阅读说明：本技术 用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法 (System and method for operating a battery based on electrode crystal structure changes ) 是由 Y.戈林 J.F.克里斯琴森 A.苏巴拉曼 R.克莱因 于 2019-06-26 设计创作，主要内容包括：提供了用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法。一种电池包括：在超出阈值电位进行锂化时展现晶体结构改变的电极,以及电池管理系统。电池管理系统包括控制器,该控制器配置成在电池在线的同时,确定阈值电位,基于所确定的阈值电位而确定电池操作参数,并且基于所确定的电池操作参数而操作电池。(Systems and methods for operating a battery based on electrode crystal structure changes are provided. A battery includes: electrodes that exhibit a change in crystal structure upon lithiation beyond a threshold potential, and battery management systems. The battery management system includes a controller configured to determine a threshold potential while the battery is online, determine a battery operating parameter based on the determined threshold potential, and operate the battery based on the determined battery operating parameter.)

用于基于电极晶体结构改变而操作电池的系统和方法

优先权要求

本申请要求享有2018年6月27日提交的题为“Method for Operating BatteriesBased on Electrode Crystal Structure Change”的美国临时申请序列号62/690,376的优先权，该美国临时申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总地涉及电池，并且更具体地涉及用于电池的电池管理系统。

背景技术

数种新的电池化学品正在进入市场以提供特殊化应用中所必需的能力。曾经，锂离子电池市场被这样的电池在便携式电子器件中的使用所驱动，该便携式电子器件要求高能量但是仅有限的寿命和功率。最近，其它产业已经聚焦于电池的使用。作为举例，电池通常被合并到电力工具和某些类型的混合电动车辆中。每一种新的产业要求不同的性能特性。某些应用（诸如汽车应用），要求在既针对大包装又针对长寿命（例如至少10至15年）的电池安全方面的电池稳定性。

锂离子电池已经成为电动汽车和便携式电子器件应用二者中的产业标准。锂离子电池基于锂离子在负电极（还称为“阳极”）与正电极（还称为“阴极”）之间的移动而操作。当前的负电极是基于石墨，其为***锂并且具有372mAh/g_石墨的重量比容量（gravimetriccapacity）的材料。硅由于其与锂形成合金并且实现3579mAh/g_Si的重量比密度（gravimetric density）的能力而已经被识别为潜在的负电极材料。然而，目前，使用纯硅作为负电极由于在纯硅的锂化过程期间发生的高体积膨胀率而已经证实是具有挑战性的。尽管如此但是，一些当前的电池将小量的纯硅或含硅的材料（诸如氧化硅（SiO）或硅合金（SiB₃、Si₂Fe、TiSi₂及其它））合并到基于石墨的负电极中以将负电极的重量比容量增加至纯石墨的水平以上。

锂离子电池通常在电池的操作期间耦合到电池管理系统（BMS）。BMS一般包括控制器，该控制器施行存储在存储器中的程序指令以操作电池来基于电池的操作参数的已知模型而控制电池以其充电和放电的速度。

因此所需要的是基于可测量的特征而设计BMS策略的改进方式，以便改进锂离子电池的循环寿命并且减少由于锂化过程期间的体积膨胀而可能发生的缺陷。

发明内容

一种电池包括在超出阈值电位进行锂化时展现晶体结构改变的电极，以及电池管理系统。电池管理系统包括控制器，该控制器配置成在所述电池在线的同时，确定阈值电位，基于所确定的阈值电位而确定电池操作参数，并且基于所确定的电池操作参数而操作所述电池。

在所述电池的实施例中，阈值电位的确定包括识别指示电极的内部状态的操作特性。

在另一实施例中，阈值电位的确定包括：将所述电池充电至超出阈值电位的第一电位，将所述电池从第一电位放电，并且在存储器中存储第一放电曲线；以及将所述电池充电至不超出阈值电位的第二电位，将所述电池从第二电位放电，并且在存储器中存储第二放电曲线。

在另外的实施例中，操作特性的识别包括识别存在于第一放电曲线中的在第二放电曲线中缺失的至少一个特征。

在所述电池的一些实施例中，阈值电位的确定还包括执行充电和放电循环至多个不同的截止电位，以及基于来自所述多个充电和放电循环的对应放电曲线而确定阈值电位。

在一些实施例中，基于来自所述多个充电和放电循环的放电曲线而确定阈值电位可以包括选择作为阈值电位的多个截止电位中的最低截止电位，在此处对应的放电曲线不包括所述至少一个特征。

在一个实施例中，阈值电位被确定在2mV内。

在一些实施例中，电池操作参数的确定包括基于所确定的阈值电位和来自最近一次充电的充电截止电位而选择充电状态曲线。

在又一实施例中，电池操作参数的确定包括基于所确定的阈值电位而适配充电过程的边界条件。

在另外的实施例中，电池操作参数的确定包括选择处于阈值电位的2mV内的充电目标电位。

在另一实施例中，一种使用电池管理系统来操作电池的方法包括，在电池在线的同时，确定阈值电位，其中在超出阈值电位进行锂化时，电池的电极展现晶体结构改变。所述方法还包括基于所确定的阈值电位而确定电池操作参数，并且基于所确定的电池操作参数而操作电池。

附图说明

图1是根据本公开的电池包的示意性视图。

图2是具有展现晶体结构改变的电极的图1的电池包的电池单元的示意性视图。

图3是针对由硅和导电添加剂组成的硅电极的锂化和脱锂与容量关系曲线的图表，其示出在锂化到10mV或60mV之后脱锂曲线中的差异。

图4是针对含硅电极的半单元测试的锂化和脱锂与容量关系曲线的图表，其示出在锂化到10mV或60mV之后脱锂曲线中的差异。

图5是针对具有含硅负电极的锂离子电池的全单元测试的锂化和脱锂与以Ah计的容量关系曲线的图表，其示出在晶体结构改变电位以上的锂化之后和在锂化到晶体结构改变电位以下之后的脱锂曲线之间的差异。

图6描绘了通过可视化所测量的电位与时间关系的一系列三个实验，以论证可以如何在2mV精度内识别晶体结构改变发生所在的电位。

图7描绘了模型优化过程的流程图，该模型优化过程使用晶体结构改变的电位来识别针对BMS的模型参数。

图8描绘了使用晶体结构改变的检测以改进BMS中的模型电压预测和SOC估计精度的过程的流程图。

具体实施方式

出于促进本文所描述的实施例的原理理解的目的，现在参考附图和以下书面说明书中的描述。没有通过参考来对主题范围的限制意图。本公开还包括对所说明的实施例的任何更改和修改，并且包括如本文档所涉及的领域中的技术人员正常将想到的所描述的实施例的原理的另外应用。

可以以最有助于理解所要求保护的主题的方式将各种操作依次描述为多个分立的动作或操作。然而，描述的顺序不应当被解释为暗示这些操作必然是顺序相关的。特别地，可以不以呈现的顺序来执行这些操作。可以以与所描述的实施例不同的顺序来执行所描述的操作。可以执行各种附加的操作，和/或可以在附加实施例中省略所描述的操作。

如关于本公开的实施例所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。如本文所使用的，术语“近似地”是指处于参考值的±10%内的值。

以下讨论的本公开的实施例适用于任何期望的电池化学品。出于说明目的，一些示例涉及锂离子电池。如本文所使用的，术语“锂离子电池”是指包括作为活性材料的锂的任何电池。特别地，锂离子电池在没有限制的情况下包括基于锂的液体电解质、固体电解质、胶体电解质和通常称为锂聚合物电池或锂离子聚合物电池的电池。如本文所使用的，术语“胶体电解质”是指利用液体电解质浸渍的聚合物。

现在参考图1，电池包100包括布置在包外壳104中的多个电池单元102。每一个电池单元102包括单元外壳106，从单元外壳106暴露正端子108和负端子112。在并联布置中，正端子108可以通过集电器116连接到彼此，并且负端子112可以通过不同的集电器120连接到彼此。在串联布置中，正端子108可以通过集电器连接到邻近的负端子112。集电器116、120连接到相应的正和负电池包端子124、128，正和负电池包端子124、128连接到外部电路132，外部电路132可以由电池包100供电或者可以配置成为电池包100充电。

此外，电池包100包括电池管理系统（BMS）140，其包括控制器144、存储器单元（未示出），以及在一些实施例中，一个或多个传感器（未示出）。在BMS 140的帮助下执行电池包100的操作和控制。BMS 140的控制器144利用施行经编程的指令的通用或专用可编程处理器来实现。执行经编程的功能所必需的指令和数据存储在与控制器相关联的存储器单元中。处理器、存储器和接口电路将控制器144配置成操作电池包100以在期望的充电和放电速率内将电池充电和放电到期望的充电和放电阈值，以及以其它方式操作电池包100。处理器、存储器和接口电路组件可以被提供在印刷电路卡上或被提供为专用集成电路（ASIC）中的电路。每一个电路可以利用单独的处理器实现，或者多个电路可以实现在相同处理器上。可替换地，电路可以利用提供在VLSI电路中的电路或分立组件来实现。本文所描述的电路还可以利用处理器、ASIC、分立组件或VLSI电路的组合实现。可以例如在2012年5月29日发布的美国专利号8,188,715中找到所述BMS和基于电化学模型的BMS的进一步讨论，该美国专利的内容通过引用以其整体并入本文。

每一个电池单元102包括图2中图示的电极配置200，电极配置200包括正电极集电器204、正电极层208、分离器层212、负电极216和负电极集电器220。在一些实施例中，电极配置200的多个层堆叠在彼此的顶部上以便形成电极堆叠。在其它实施例中，电极配置200以螺旋形状绕自身缠绕以便形成被称为“果冻卷”或“瑞士卷”配置的电极配置。

正电极集电器204将电池单元102的正端子108与正电极208连接以便使得能够实现电子在外部电路132与正电极208之间的流动。同样地，负电极集电器220将负端子112与负电极层216连接。在所图示的实施例中，负电极层216包括石墨与硅（Si）、氧化硅（SiO）和诸如硅化物之类的硅合金中的一个或多个的组合。在另一实施例中，负电极层216包括在锂化和脱锂期间经受晶体结构改变的不同材料。

当电池包100连接到由电池包100供电的外部电路132时，锂离子与负电极216中的电子分离。锂离子行进通过分离器212并且进入到正电极208中。电池中的自由电子创建电池中的正电荷，并且然后从负电极216通过负电极集电器220流动到电池单元102的负端子112。电子然后被电池包集电器120收集并且传输至电池包端子128。电子流动通过外部电路132以便为外部电路132提供电力，并且然后穿过正电池包端子124，通过正电池包端子116，并且经由正端子108回到电池单元102中，其中电子被正电极集电器204收集并且被分配到正电极208中。返回到正电极208的电子与已经跨过分离器212的锂离子相关联。将电池包100连接到为电池包100充电的外部电路导致电子和锂离子的相反流动。

当电极之一包含诸如硅或基于硅的材料之类的在锂化或脱锂期间经受晶体结构改变的材料时，OCP/SOC或OCP-容量关系展现与不经受晶体结构改变的电极材料相比不同的电化学性质。

图3描绘了针对包括硅和导电添加剂的硅电极的锂化和脱锂曲线。在图3的图表300中，曲线304a表示硅电极到0.010V的截止电位的锂化，而曲线308a表示硅电极到0.060V的截止电位的锂化。

如图3中所描绘的，当硅被锂化到10mV（曲线304a）时，脱锂曲线304b具有在~0.42V处的平台区304c。当硅被锂化到60mV或以上（例如曲线308a）时，脱锂曲线308b缺少平台区，并取而代之具有在0.20和0.45V之间的连续斜坡特征308c。在脱锂曲线304b、308b中的这种所观察到的改变是由于在~55mV以下应用的电位处的锂化期间发生的硅的晶体结构中的改变所致。其中晶体结构改变发生的区被指定为区1并且通过圆圈312标记，而其中观察到两个脱锂曲线之间的差异的区被指定在区2中并且通过箭头316标记。

以类似的方式，脱锂曲线中的差异还可以图示在已经经受晶体结构改变的电极与尚未经受晶体结构改变的电极之间的差异。图4图示了包括石墨和SiO的混合物的负电极的脱锂曲线的“半单元”测试。图4的图表400图示了使用包含SiO和石墨的混合物的电极的锂化和脱锂与容量关系曲线，该电极从以18650格式的商业上可得到的电池中提取，并且所提取的电极针对锂金属进行循环。

在图4的图表400中，曲线404a表示电极到1mV的锂化，而曲线404b表示在锂化到1mV之后负电极的脱锂。曲线408a表示电极到60mV的锂化，而曲线408b表示在锂化到60mV之后负电极的脱锂。当硅或基于硅的材料在近似55mV以下进行锂化时，如在曲线404a中那样，材料经受晶体结构改变（通过圆圈412标记）。材料的晶体结构改变导致不同于被锂化到处于55mV或在55mV以上的较高截止电压（诸如通过曲线408a和408b表示的60mV锂化）的硅或基于硅的材料的脱锂曲线404b。

当负电极被锂化到1mV时，脱锂曲线404b具有近似在0.44V处的平台区416。相比之下，当负电极的锂化停止在60mV处或以上时，负电极的脱锂曲线408b缺少平台区，并取而代之具有在0.24V和0.5V之间的连续斜坡特征418。照此，在脱锂曲线404b与408b之间存在通过箭头420表示的差异。在近似0.44V处的平台区416和曲线404b、408b之间差异420是由于硅的晶体结构中的改变所致，并且如以下将详细讨论的，脱锂曲线中的该差异可以用于部分地验证包含基于硅的材料的电池的电化学模型。

在常规的电池中，基于先前的文献和初始实验数据，电池经受晶体结构改变所在的电位一般被假定成对应于近似55mV。然而，如图4中所图示的，在混合的硅-石墨负电极中，脱锂曲线上的两个区由于石墨材料的存在而与彼此分离。通过使截止电压从70mV变化到50mV，以比55mV的常规估计更大的精度确定晶体结构改变的半单元电位（还称为

）是可能的。在一些实施例中，将晶体结构改变确定到2mV内，而在其它实施例中将晶体结构改变确定到1mV内。

图5图示了“全单元测试”的图表500，其中以2C的恒定电流将商业电池充电到两个不同的电位。一个充电电位导致电池脱锂时的可测量特征，其论证了充电电位足够高以使得晶体结构改变发生。在其中负电极包括混合有SiO的石墨的商业上可得到的18650电池上执行图5中所图示的全单元测试。

第一曲线504a示出第一充电过程，其中将电池充电到4.35V的电位，这导致负电极锂化到在近似55mV以下的水平。如图5中所看到的，第一曲线504a的充电过程导致4.07V的静息全单元电位504c。

另一方面，第二曲线508a示出其中电池被充电到3.95V的电位的曲线，该电位对应于负电极在大于55mV的电位处的锂化的停止。通过第二曲线508a描绘的充电过程导致近似3.95V的静息全单元电位508c。

由于第一曲线504a中的电池的附加充电（通过圆圈512标记），在单元以C/10的速率放电期间，第一充电过程的放电曲线504b展现与由第二过程（通过曲线508a表示）充电的电池的放电曲线508b的差异。在图表500中的位置516处可见的该差异可以归因于电极已经受晶体结构改变之后的脱锂中的差异。因此，第一曲线504a的充电条件引起硅材料中的晶体结构改变，而第二曲线508a的充电条件不导致硅中的晶体结构改变中的改变。使用图4和5中所示出的实验，晶体结构改变发生所在的全单元电位可以与负电极的半单元电位关联。

电化学电池模型的参数化和验证是具有挑战性的任务。参数化通常要求跨越电池的操作规制的电气测试和特殊化电化学测试。典型地，可用于量化电池模型的性能的信号是电压和温度。由于仿真电化学模型所必需的参数的显著大数目，许多参数被拟合以将模型预测匹配到可用实验数据。优化问题中的挑战包括局部最小值的存在、用于识别某些模型参数的不足数据质量、以及模型中使得某些参数难以或不可能唯一地识别的结构挑战。因此，不同的参数组可能导致来自模型的类似电压和温度预测。

经拟合的参数的精度和模型质量可以通过参数特定电化学实验来确定。然而，这样的实验可能是耗时的，并且对于一些参数而言，可用的方法可能不是直接适用的或良好精炼的。进一步评价模型质量的可替换方案是测量电池的内部状态，例如负电极和电解质电位。对这样的测量的获取典型地要求具有多个参考电极的特殊化单元设计。然而，在包含展现晶体结构改变的活性材料的电池的情况下，通过检测指示晶体结构改变的特征来部分地验证模型的内部状态预测是可能的，如以上参考图3-5所描述的。

图6是描绘了三个示例性充电-放电循环604、608、612的图表600，其中充电电位随着以下目标而变化：在2mV内识别晶体结构改变第一次发生所在的充电电位。从第一循环上的近似0%SOC开始，利用恒定电流对单元充电直到达到截止电位

，并且然后以缓慢速率（例如C/10）对单元放电直到单元达到2.5V的电位，以观察与晶体结构改变相关联的特征的存在或缺失。在完成放电之后，增加或减小截止电位

，并且然后重复充电和放电序列。

在第一充电循环604中，将电池充电至4.2V的电位V₁。然后对电池放电，并且如图6中所图示的，对应的放电曲线不展现指示晶体结构改变的特征（在616处）（例如以上参考图5讨论的差异516）。在第二充电循环608中，将电池充电至较高的电位V₂，例如4.3V。再次对电池放电，并且这次电池展现指示晶体结构改变的放电曲线中的差异620。在第三充电循环612中，将电池充电至V₁与V₂之间的电位V₃（例如4.25V），并且然后对电池放电。如在图6中看到的，第三充电循环612期间的放电也展现指示晶体结构改变的特征620。照此，电极经受4.20V与4.25V之间的晶体结构改变。

图6中图示的过程可以针对期望数目的循环而重复以实现期望的精度。在截止电位

所在的电位V^*（所图示的实验中的V₁）描绘了在随后的放电循环中未检测到晶体改变特征，而对于，检测到晶体改变特征。从结果得到的电位V^*，提取相关的内部状态（负电极电位V_neg）并且将其与如以上参考图3-5确定的半单元电位的已知值比较。

图7描绘了根据本公开的模型优化过程的流程图700，该模型优化过程使用晶体结构改变的电位来识别对模型参数的更好拟合。针对每一个电极的OCP_O与SOC_O之间的固有热力学关系取决于典型地不改变的材料性质。然而，如以上参考图3和4所图示的，其中晶体结构改变的材料具有在单元使用期间可以改变的不同热力学关系。

由于针对展现晶体结构改变的材料的OCP与SOC或容量之间的关系，晶体结构改变的检测可以用于部分地验证电池单元的内部状态。验证过程包括使用如以上关于图4和5讨论的类似方法、基于电化学电池模型对硅经受晶体结构改变所在的电位

的初始确定（块704）。特别地，将电池充电至已知引起晶体结构改变的单元电位和已知不引起晶体结构改变的单元电位。在两个充电过程之间，脱锂曲线（例如曲线504b和508b）中的差异（例如图5中图示的差异516）用于确定与尚未发生晶体结构改变之后的放电相比，在晶体结构改变已经发生之后可在电池的放电曲线中观察的可预测特征。当使用电化学模型时，BMS基于全单元电位和诸如V_neg之类的内部状态二者进行操作。可替换地，在其它实施例中，BMS可以仅基于全单元电位或仅基于内部状态而在电化学模型之下操作。

因此，基于在块704中确定的电化学电池模型，可以预测基于电池的内部状态的特征（块708）。例如，BMS可以配置成确定：当电位在曲线上的特定点处以近似5mV从针对其未发生晶体结构改变的曲线变化时，指示电池电极的晶体结构改变的特征存在。在另一实施例中，BMS在电位在曲线上的特定点处以近似10mV从针对其未发生晶体结构改变的曲线变化的情况下，确定该特征。在各种实施例中，取决于石墨与Si或SiO之间的容量比，阈值电位差可以是近似5mV和近似10mV之间的任何值。在其它实施例中，BMS可以被编程有基于电极和电池的特定化学品而指示晶体结构改变特征的另一期望的阈值电位差。

在另外的实施例中，BMS通过例如识别氧化硅的基于电位而估计的SOC中的快速改变来识别指示晶体结构改变的特征。在一个特定实施例中，针对这样的基于SOC的特征识别的阈值将是从基于容量的SOC改变的近似或精确5%偏离。

此外，电池单元可以以与以上参考图6所描述的类似的方式循环到各种充电截止电位（块712）。将曲线与彼此比较以确定充电截止电位V^*——其为没有晶体改变发生所在的最高电位，以及负电极电位V_neg——其为检测到晶体结构改变所在的最低电位（块716）。可以将所确定的充电截止电位与从电化学模型预计的电位

比较，以验证经预测的内部状态。基于从电化学电池模型确定的锂化电位

（块704）与从V、I和T数据识别的V_neg（块712）之间的差异，可以更新模型参数以基于不同的充电过程而更好地预测电池单元的内部状态（块720），并且经更新的参数可以用于方法700的随后迭代。

在一个实施例中，可以在优化问题的规划中直接合并晶体结构改变的检测以拟合模型参数。典型地，提出如下优化问题：

其中J是成本函数，x和z是指模型的微分和代数状态，f、g、h是指形成电化学模型结构的函数，i是指实验数目，

是指第i次实验的初始条件，是优化问题的结果，并且集合

限定针对参数变化的上限和下限。使用模型降阶技术从包括耦合偏微分方程的基于物理学的Li离子电池模型导出函数f、g、h。

为了简化，在以下章节中忽略实验下标i。模型输出是

并且实验测量值是

。成本函数的结构典型地为。然而，通过使用识别晶体结构改变发生所在的电位的实验，成本函数可以被修改成包括关于系统的内部状态的更多信息。例如，在一个这样的修改中，

，其中如果对于给定循环，检测到结构改变则

，并且如果没有检测到结构改变则。函数

是映射到0或1并且取决于模型状态的针对晶体结构改变的指示符函数，而

是权重。针对函数

的示例结构将是：如果在充电期间的某个时间处，则

，并且否则为0，其中

是指向量z中的状态。因此，BMS配置成基于晶体结构改变的检测而选择或合并适当的模型。

在一些实施例中，在电池处于服务中（否则称为在线）的同时，基于所检测到的晶体结构改变而更新BMS操作参数。特别地，在各种实施例中，检测晶体结构改变以改进电压预测和SOC估计的精度，改进电压预测和功率预测精度，适配对电池寿命的电池限制并且控制电池老化行为，和/或优化用于Li离子电池的快速充电算法。

图8描绘了基于晶体结构改变的检测而改进模型电压预测和SOC估计精度的过程800的流程图示例。在电池的操作期间，电化学电池模型用于通过例如以上参考图5和块704描述的过程来估计电池的充电状态（块804）。当使用电化学模型时，BMS可以基于全单元电位和内部状态（诸如V_neg，其等同于阳极的半单元电位）二者进行操作。在其它实施例中，BMS可以基于全单元电位或电池的内部状态进行操作。从实验数据，确定与以下内容相关的放电曲线的某些特征（块808）：在针对具有包含Si、SiO、Si合金或可以经受晶体结构改变的其它材料的负电极的电池的充电过程期间，晶体结构改变是否已经发生。

所观察到的特征中的改变可以归因于在负电极的脱锂期间电池单元的OCP中的改变。因此，与结构改变相关的内部状态用于确定使用负电极的哪个脱锂边界曲线来用于针对随后模型预测的模型（块812）。特别地，当电池的电极已经经受晶体结构改变时，基于所确定的晶体结构改变而从曲线确定充电状态曲线和功率预测，而当电极尚未经受晶体结构改变时，充电状态和功率预测是基于针对没有晶体结构改变的曲线。

有利地，所公开的BMS可以因而提供比在常规的BMS系统中的更精确的针对模型的电压和充电状态预测。由于用于BMS中的功率预测的算法依赖于针对精确电压预测的模型，因此通过检测和计及晶体结构改变来改进电压预测模型的质量导致针对BMS的改进的功率预测能力。

而且，由于用于精确SOC估计的算法依赖于经模型预测的电压820与经测量的单元电压824之间的电压误差反馈（块816），因此通过检测负电极中的结构改变来当电池在线的同时改进模型质量导致电池SOC的更精确的估计。

BMS配置成利用控制电池的内部状态（例如V_neg）的充电电流对电池充电，以将电流和电流积分（即容量）维持在指定范围内，从而还将电位维持在期望的范围中。由于所公开的BMS操作提供更精确的SOC确定，因此充电电流被更精确地控制以将电位维持在期望的范围中。

在另一实施例中，BMS配置成优化电池的操作规制以便减少电池寿命内的电池老化。电池由BMS操作以在电池寿命内逐渐减小最大充电截止电位或所应用的恒定电压。对于展现晶体结构改变的电池，晶体结构改变的检测可以用于适配操作规制的边界条件。在一个特定实施例中，晶体结构改变的检测与接近于电池的镀锂规制（其发生在V_neg＜0处）但是刚好在其之外的电位处的电池操作相关。由于镀锂行为是公知的老化机制和潜在安全问题，因此通过检测晶体结构改变，电池的最大操作电压可以与电池年龄适配以维持V_neg＞0以减少电池由于镀锂所致的恶化。

检测晶体结构改变还帮助在缺失电化学模型的情况下经验快速充电算法的适配。在放电上的晶体结构改变的检测之后在逐个循环的基础上做出适配。在下个充电循环中，该信息被BMS用于适配快速充电算法的参数，从而导致迭代学习控制过程。特别地，放电过程中的晶体结构改变的知识可以用于适配快速充电期间的电池的最大电压或截止准则以实现快速充电，而同时最小化电池的老化。

例如，基于OCP与SOC之间的经导出和验证的关系，电池的锂化可以限于直接邻近于但不超出电极经受晶体结构改变所在的经确定的阈值电位的电位值。特别地，在一个实施例中，电池被锂化到全单元电位，该全单元电位处于已经确定硅或基于硅的材料经受晶体结构改变所在的阈值电位的直接上方或直接下方（例如在2mV内）。在不同的实施例中，电池操作期间的锂化可以限于例如以近似1mV、近似2mV、近似5mV或近似10mV小于或大于晶体结构改变阈值电位的充电目标半单元电位。有利地，在这样的操作中，可以利用详细的电化学模型和更简单的模型二者来测试单个电池或电池类型，并且可以比其中假定晶体结构改变的BMS更准确地优化电池操作参数，以避免晶体结构改变，或者如果期望的话，确保晶体结构改变发生。

在另一实施例中，BMS策略包括使用经验证的内部状态来将负电极电位控制到70mV和55mV之间的区中的充电目标电位。在这样的实施例中，与详细的电化学模型组合地使用BMS策略。

在另外的实施例中，BMS策略包括将负电极电位控制到55mV以下的区中的充电目标电位。控制负电极电位在55mV以下的区中可以使得能够获取用于电池的附加容量，该附加容量如果将电池操作到常规的55mV电位水平则否则将不可得到，常规的55mV电位水平仅是晶体结构改变发生所在的电位的估计而不是其精确确定。

将领会，以上描述的和其它的特征和功能的变体或其替换物可以合期望地组合到许多其它不同的系统、应用或方法中。同样被意图由前述公开内容涵盖的各种目前未预见到的或未设想到的替换物、修改、变型或改进可以由本领域技术人员随后做出。