電池組、包括電池組的裝置和管理電池組的方法
【專利摘要】公開了一種電池組、一種包括電池組的裝置和一種管理電池組的方法，所述電池組包括：電池，結(jié)合到負載和充電裝置，并包括至少一個電池單元；以及電池管理單元，控制電池從充電裝置的充電和電池對負載的放電，其中，電池管理單元包括：測量單元，通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；容量估計單元，基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及健康狀況(SOH)估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的SOH。
【專利說明】電池組、包括電池組的裝置和管理電池組的方法
[0001]本申請要求于2013年9月9日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2013-0108056號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請的公開內(nèi)容通過引用被全部包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的一個或更多個實施例涉及一種電池組、一種包括該電池組的裝置和一種管理該電池組的方法，更具體地說，涉及一種包括電池單元的電池組、一種包括該電池組的裝置和一種通過估計電池單元的健康狀況(SOH)來管理電池組的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]與未被設(shè)計為再充電的一次電池不同，二次電池可以重復地充電和放電，并廣泛地不僅用在包括智能電話、筆記本計算機、個人數(shù)字助理(PDA)等的高科技小型電子裝置中，而且還用在電動車輛和能量儲存系統(tǒng)中。電池容量根據(jù)使用環(huán)境、使用時間段、充放電次數(shù)等而降低。電池的健康狀況(SOH)是用于指示電池容量相對于在電池的規(guī)范中規(guī)定的電池的初始電池容量降低多少的指標，并且是用于評估電池的關(guān)鍵參數(shù)之一。
[0004]為了估計電池的S0H，可以使用當前計算方法。當前計算方法包括:通過對電池進行充分地充電和放電來估計電池容量；以及通過將電池容量與初始電池容量進行比較來估計電池的S0H。如果可以適當?shù)匮a償溫度變化或充電速度變化，則當前計算方法可以準確地估計電池的S0H。然而，因為電池不得不充分地充電然后充分地放電，所以當前計算方法不是高效的(例如，是耗時的)。可選地，可以通過測量電池的阻抗來估計電池的S0H。為了測量電池的阻抗，不得不測量電池的交流電壓響應(alternating voltage response)。然而，阻抗測量方法需要額外的電路，并且由于傳感器差錯、耐久性、成本等而不是高效的(例如，可能不是所期望的)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個或更多個方面包括一種具有電池單元的電池組和一種包括該電池組的裝置，其中，可以實時地估計電池單元的健康狀況(SOH)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個或更多個方面包括一種通過容易地實時地估計電池單元的SOH來管理電池組的方法。
[0007]附加方面將部分地在下面的描述中進行說明，并部分地根據(jù)該描述將是明顯的，或者可以由所提出的實施例的實施而知曉。
[0008]按照根據(jù)本發(fā)明的實施例的一方面，提供了一種電池組，所述電池組包括:電池，結(jié)合到負載和充電裝置，并包括至少一個電池單元；以及電池管理單元，被構(gòu)造成控制電池從充電裝置的充電和電池對負載的放電，其中，電池管理單元包括:測量單元，被構(gòu)造成通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；容量估計單元，被構(gòu)造成通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，被構(gòu)造成通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及健康狀況(SOH)估計單元，被構(gòu)造成基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的S0H。
[0009]電池組還可以包括:第一存儲單元，用于存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)(SOC)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)。
[0010]容量估計單元可以被構(gòu)造為:存儲第一開路電壓，第一開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第一時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；存儲第二開路電壓，第二開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第二時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；通過從第一時間到第二時間對所述至少一個電池單元的電流進行積分來計算第一時間和第二時間之間的變化容量；基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第一開路電壓對應的第一 SOC和與第二開路電壓對應的第二 SOC ；以及通過將變化容量除以第一 SOC和第二 SOC之間的差來測量所述至少一個電池單元的當前容量，并更新當前容量數(shù)據(jù)。
[0011]第一時間和第二時間可以被設(shè)為使得第一 SOC和第二 SOC之間的差可以等于或大于 36 %。
[0012]內(nèi)阻估計單元可以被構(gòu)造為:存儲充放電電壓，充放電電壓是當所述至少一個電池單元的電流不為O時的第三時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；存儲充放電電流，充放電電流是第三時間時的所述至少一個電池單元的電流；基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第三時間時的所述至少一個電池單元的SOC對應的所述至少一個電池單元的開路電壓；以及通過將開路電壓和充放電電壓之間的差除以充放電電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻；以及基于所估計的所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
[0013]內(nèi)阻估計單元可以被構(gòu)造為:存儲第三開路電壓，第三開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第四時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；以及通過將當所述至少一個電池單元的電流不為O時的與第四時間接近的第五時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓和第三開路電壓之間的差除以第五時間時的所述至少一個電池單元的電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻；以及基于所估計的所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
[0014]電池組還可以包括:第二存儲單元，用于存儲與所述至少一個電池單元的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)和與所述至少一個電池單元的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
[0015]SOH估計單元可以被構(gòu)造為基于初始容量數(shù)據(jù)和初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)來測量所述至少一個電池單元的第一 S0H。
[0016]SOH估計單元可以包括與當所述至少一個電池單元處于劣化狀態(tài)時所述至少一個電池單元的劣化容量有關(guān)的劣化容量數(shù)據(jù)，其中，可以通過將所述至少一個電池單元的當前容量和劣化容量之間的差除以所述至少一個電池單元的初始容量和劣化容量之間的差來計算第一 SOH。
[0017]SOH估計單元可以被構(gòu)造為基于初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二 S0H。
[0018]SOH估計單元可以包括與當所述至少一個電池單元處于劣化狀態(tài)時所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻有關(guān)的劣化內(nèi)阻數(shù)據(jù)，其中，可以通過將所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻和當前內(nèi)阻之間的差除以所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻和初始內(nèi)阻之間的差來計算第二 SOH。
[0019]SOH估計單元可以被構(gòu)造為:基于初始容量數(shù)據(jù)和當前容量數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第一 SOH ;基于初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二 SOH ;以及基于第一 SOH和第二 SOH來估計所述至少一個電池單元的S0H。
[0020]SOH可以被估計為第一 SOH和第二 SOH的平均值。
[0021]按照根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一方面，提供了一種裝置，所述裝置包括:電池組，包括電池和被構(gòu)造為控制電池的充電和放電的電池管理單元，電池包括至少一個電池單元；測量單元，被構(gòu)造為通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；容量估計單元，被構(gòu)造為通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，被構(gòu)造為通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及健康狀況(SOH)估計單元，被構(gòu)造為基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的S0H。
[0022]所述裝置可以是能量儲存裝置，能量儲存裝置包括結(jié)合在電池組與發(fā)電系統(tǒng)、負載和電網(wǎng)中的至少一個之間的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，電力轉(zhuǎn)換裝置可以被構(gòu)造為在電池組與發(fā)電系統(tǒng)、負載和電網(wǎng)中的至少一個之間轉(zhuǎn)換電能。
[0023]所述裝置可以包括電動車輛，電動車輛包括電池組和電機，其中，電機可以通過利用儲存在電池組中的電能來驅(qū)動。
[0024]按照根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一方面，提供了一種管理電池組的方法，電池組包括電池和用于控制電池的充電和放電的電池管理單元，電池包括至少一個電池單元，所述方法包括:通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的健康狀況(SOH)。
[0025]所述方法還可以包括存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)(SOC)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)，其中，產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)的步驟可以包括:獲取第一開路電壓，第一開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第一時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；獲取第二開路電壓，第二開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第二時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；通過從第一時間到第二時間對所述至少一個電池單元的電流進行積分來計算第一時間和第二時間之間的變化容量；基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第一開路電壓對應的第一 SOC和與第二開路電壓對應的第二 SOC ；以及通過將變化容量除以第一 SOC和第二 SOC之間的差來估計所述至少一個電池單元的當前容量。
[0026]所述方法還可以包括存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)(SOC)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)，其中，產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)的步驟可以包括:存儲充放電電壓，充放電電壓是當所述至少一個電池單元的電流不為O時的第三時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；存儲充放電電流，充放電電流是第三時間時的所述至少一個電池單元的電流；基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第三時間時的所述至少一個電池單元的SOC對應的所述至少一個電池單元的開路電壓；以及通過將開路電壓和充放電電壓之間的差除以充放電電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻。
[0027]估計SOH的步驟可以包括:基于與所述至少一個電池單元的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)和當前容量數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第一 SOH ;基于與所述至少一個電池單元的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二 SOH ;以及基于第一 SOH和第二 SOH來估計所述至少一個電池單元的S0H。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]根據(jù)結(jié)合附圖進行的實施例的以下描述，本發(fā)明的以上和/或其它方面將變得明顯和更易于理解，在附圖中:
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的電池組的框圖；
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一示例實施例的電池組的框圖；
[0031]圖3A示出的曲線圖指示根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的電池單元的電壓、電流和剩余容量；
[0032]圖3B示出的曲線圖指示根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)(SOC)之間的相互關(guān)系；
[0033]圖4示出了根據(jù)一個或更多個示例實施例估計的SOH和根據(jù)對比示例估計的SOH的曲線圖；
[0034]圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的包括電池組的能量儲存裝置的框圖；
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的包括電池組的電動車輛的框圖。
【具體實施方式】
[0036]現(xiàn)在將詳細地對實施例進行介紹，在附圖中示出了實施例的示例，其中，同樣的附圖標記始終指同樣的元件。在這方面，當前實施例可以具有不同的形式，并且不應當被解釋為局限于這里闡述的描述。因此，當前實施例可以包括包含在與當前實施例有關(guān)的構(gòu)思和技術(shù)范圍內(nèi)的所有修改、等同物或替換。
[0037]在附圖中，同樣的附圖標記指示同樣的元件。在附圖中，為了清楚起見，可夸大結(jié)構(gòu)的尺寸。
[0038]此外，這里陳述的所有示例和條件語言應當被解釋為不局限于這些具體陳述的示例和條件。在整個說明書中，除非與之相反的具體描述，否則單數(shù)形式可以包括復數(shù)形式。另外，諸如“包括”或“包含”的術(shù)語用于說明存在所述的形式、數(shù)量、工藝、操作、組件和/或它們的組，但不排除存在一個或更多個其它所述的形式、一個或更多個其它數(shù)量、一個或更多個其它工藝、一個或更多個其它操作、一個或更多個其它組件和/或它們的組。如這里使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或更多個相關(guān)所列的項目的任意組合和所有組合。在整個說明書中，盡管使用術(shù)語“第一”和“第二”來描述不同的組件，但意圖是組件不限于術(shù)語“第一”和“第二”。術(shù)語“第一”和“第二”僅用來在各個組件之間進行區(qū)分。在整個說明書中，還將理解的是，當元件被稱作“在”另一元件“上”時，該元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中間元件。
[0039]除非另外明確地描述，否則這里使用的包括描述性或技術(shù)術(shù)語的所有術(shù)語應當被解釋為具有對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講明顯的含義。另外，在通用詞典中定義的以及在下面的描述中使用的術(shù)語應當被解釋為具有與在相關(guān)描述中使用的含義等同的含義，除非這里另外明確地描述，否則術(shù)語不應當被解釋為是理想的或過于形式化的。
[0040]當諸如“…中的至少一個(種)”的表述在一系列元件(要素)之后時,修飾整個系列的元件(要素)，而不是修飾系列中的個別元件(要素)。
[0041]這里，當描述本發(fā)明的實施例時，術(shù)語“可以”的使用是指“本發(fā)明的一個或更多個實施例”。另外，當描述本發(fā)明的實施例時，諸如“或者(或)”的替代語言的使用是指針對每個列出的相應項的“本發(fā)明的一個或更多個實施例”。
[0042]術(shù)語“時間(時)”是指時間的短暫瞬間，在整個說明書中，“第一時間”和“第二時間”中的每個可以指時間的短暫瞬間或可以指時間段。例如，第一時間可以指具有時間長度(例如，預定的時間長度)的第一時間段，第二時間可以指不與第一時間段重疊的第二時間段。
[0043]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組100的框圖。
[0044]參照圖1，電池組100包括電池110和電池管理單元120。電池管理單元120包括測量單元130、容量估計單元140、內(nèi)阻估計單元150和健康狀況(SOH)估計單元160。
[0045]電池110儲存電力，并包括至少一個電池單元111。電池110可以包括串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或以串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的組合方式連接的多個電池單元111。包括在電池110中的電池單元111的數(shù)量可以根據(jù)期望的輸出電壓來確定。
[0046]電池110可以經(jīng)由端子101連接到負載和充電裝置。當電池110放電時，電池110經(jīng)由端子101將電能輸出到負載，當電池110充電時，電池110儲存經(jīng)由端子101從充電裝置輸入的電能。在電池組100安裝在僅由電能驅(qū)動的純電動車輛中或安裝在由電能或化石燃料驅(qū)動的混合電動車輛中的示例中，負載可以是電動車輛的驅(qū)動電機，充電裝置可以是電動車輛充電器和通過使在制動中發(fā)生的能量再生來產(chǎn)生電力的再生發(fā)電機。
[0047]當電池組100和電力轉(zhuǎn)換裝置組成能量儲存裝置(其中，電力轉(zhuǎn)換裝置電結(jié)合到發(fā)電系統(tǒng)、電池組100、負載和/或電網(wǎng)(例如，連接在它們之間)，并在它們之間轉(zhuǎn)換電能)時，負載可以是所述的負載和/或電網(wǎng)，充電裝置可以是發(fā)電系統(tǒng)和/或電網(wǎng)。
[0048]電池單元111可以包括可充電二次電池。例如,在一個實施例中，電池單元111包括鎳鎘電池、鉛蓄電池、鎳金屬氫化物電池(NiMH)、鋰離子電池、鋰聚合物電池等。
[0049]電池110可以由多個電池模塊形成，多個電池模塊可以包括串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或以串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的任何適當組合方式連接的電池單元111。
[0050]電池管理單元120監(jiān)測電池110的狀態(tài)，并控制電池110的包括充電操作和放電操作的所有操作。電池管理單元120可以稱作電池管理系統(tǒng)(BMS)
[0051]電池管理單元120可以測量與電池110有關(guān)的參數(shù)，例如單元電壓、溫度、充電和放電電流等，并可以基于測量的參數(shù)的數(shù)據(jù)來控制電池110的充電和放電。電池管理單元120可以由所述數(shù)據(jù)來計算剩余電量、壽命、荷電狀態(tài)(SOC)(例如，以完全充電狀態(tài)的百分數(shù)進行量度)等，或者可以確定在電池I1中是否已經(jīng)發(fā)生差錯。例如，電池管理單元120可以確定是否已經(jīng)發(fā)生諸如過充電、過放電、過電流、過電壓、過熱、電池單元不平衡、電池單元劣化等的差錯。如果已經(jīng)發(fā)生差錯，則電池管理單元120可以根據(jù)內(nèi)部算法執(zhí)行適當?shù)牟僮?例如，預設(shè)的操作)。例如，電池管理單元120可以控制充電開關(guān)和/或放電開關(guān)，或可以切斷保險絲。電池管理單元120可以根據(jù)所述數(shù)據(jù)和適當?shù)乃惴?例如，預設(shè)的算法)通過電池110的電池單元來控制單元平衡操作。
[0052]電池管理單元120包括:測量單元130,通過測量電池單元111的單元電壓和電流產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD ;容量估計單元140，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)⑶估計電池單元111的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)CXD ;內(nèi)阻估計單元150，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD估計電池單元111的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD ;以及SOH估計單元160，基于當前容量數(shù)據(jù)CXD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD估計電池單元111的S0H。盡管將測量單元130、容量估計單元140、內(nèi)阻估計單元150和SOH估計單元160示為單獨的元件,但是測量單元130、容量估計單元140、內(nèi)阻估計單元150和SOH估計單元160可以包括(例如，實現(xiàn))在一個芯片中。在另一實施例中，測量單元130可以包括在稱作模擬前端(AFE)的裝置中，容量估計單元140、內(nèi)阻估計單元150和SOH估計單元160可以包括在稱作電池監(jiān)測單元(BMU)的微控制器中。
[0053]測量單元130通過測量電池單元111的單元電壓產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)VD。測量單元130經(jīng)由線結(jié)合到(例如，連接到)電池單元111的兩個端子，因此可以直接測量電池單元111的單元電壓。測量單元130可以包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以將測量的單元電壓轉(zhuǎn)換為單元電壓數(shù)據(jù)VD。在實施例中，測量單元130可以經(jīng)由線結(jié)合到電池單元111之間的節(jié)點，并可以產(chǎn)生與電池單元111的單元電壓對應的多份單元電壓數(shù)據(jù)VD?？紤]到單元電壓變化、噪聲和測量公差，單元電壓數(shù)據(jù)VD可以對應于在一定時間(例如，預定時間)期間的電池單元111的平均單元電壓值。所述時間可以是I秒、10秒或I分鐘長。
[0054]測量單元130通過測量電池單元111的充電電流和放電電流產(chǎn)生電流數(shù)據(jù)⑶。測量單元130可以通過使用電流傳感器測量電池單元111的充電電流和放電電流。在電池單元111串聯(lián)連接的示例中，相同幅值的電流在串聯(lián)連接的電池單元111中流動，因此，測量單元130可以關(guān)于電池單元111僅測量一個電流。在電池單元111并聯(lián)連接或串并聯(lián)連接的示例中，測量單元130可以測量每個電池單元111的單元電流，或者可以測量并聯(lián)連接的電池單元111中的每個電池單元111的單元電流。測量單元130可以包括ADC，以將測量的電流轉(zhuǎn)換為電流數(shù)據(jù)CD?？紤]到單元電流變化、噪聲和測量公差，電流數(shù)據(jù)CD可以對應于在一定時間(例如，預定時間)期間的電池單元111的平均電流值。所述時間可以是I秒、10秒或I分鐘長。
[0055]測量單元130還可以測量諸如電池110的溫度、端子電壓、電池單元111的單元電壓、充電電流、放電電流等的參數(shù)。
[0056]容量估計單元140通過基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)⑶估計電池單元111的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)CCD。容量估計單元140可以從測量單元130接收單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD，并可以通過使用單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD來估計電池單元111的當前容量。
[0057]在實施例中，容量估計單元140通過使用單元電壓數(shù)據(jù)VD確定完全充電狀態(tài)和完全放電狀態(tài)，并通過使用電流數(shù)據(jù)CD在完全充電狀態(tài)和完全放電狀態(tài)之間對流入電池單元111的電流或從電池單元111流出的電流進行積分，從而容量估計單元140可以計算完全充電容量或完全放電容量。
[0058]在另一實施例中，容量估計單元140通過使用與電池單元111的開路電壓和SOC之間的相互關(guān)系有關(guān)的數(shù)據(jù)OSD來估計電池單元111的當前容量。電池管理單元120還可以包括存儲數(shù)據(jù)OSD的第一存儲單元170。電池單元111的開路電壓是負載或充電裝置未結(jié)合到(例如，連接到)電池單元111時的單元電壓,并等于電池單元111的電流為O時的單元電壓。電池單元111的SOC表示電池單元111的剩余容量與電池單元111的初始容量之比。
[0059]容量估計單元140可以基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD確定電池單元111的電流為O時的第一時間，并可以確定第一開路電壓，S卩，第一時間時的電池單元111的單元電壓。
[0060]容量估計單元140可以基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD確定電池單元111的電流為O時的第二時間，并可以確定第二開路電壓，S卩，第二時間時的電池單元111的單元電壓。第二時間可以不同于第一時間。另外，第二開路電壓可以不同于第一開路電壓。
[0061]容量估計單元140可以基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD在第一時間和第二時間之間對電流進行積分，然后可以計算第一時間和第二時間之間的電池單元111的變化容量，即，電池單元111的剩余容量的變化量。變化容量表示在第一時間時電池單元111的剩余容量與在第二時間時電池單元111的剩余容量之間的差。
[0062]容量估計單元140可以基于數(shù)據(jù)OSD確定與第一開路電壓對應的第一 SOC和與第二開路電壓對應的第二 S0C。例如，第一 SOC表示在第一時間時電池單元111的S0C，第二SOC表示在第二時間時電池單元111的S0C。通常，第一 SOC和第二 SOC可以表示為O和I之間的實數(shù)，或可以用百分數(shù)表示。
[0063]容量估計單元140可以通過將變化容量除以第一 SOC和第二 SOC之間的差來測量電池單元111的當前容量。例如，當?shù)谝?SOC為90%且第二 SOC為40%時，如果電池單元111的剩余容量在第一時間和第二時間之間減少了 100mAh,則電池單元111的當前容量可以被估計為2000mAh。作為另一示例，當?shù)谝?SOC為30%且第二 SOC為90%時，如果電池單元111的剩余容量在第一時間和第二時間之間增加了 1500mAh，則電池單元111的當前容量可以被估計為2500mAh。在前述示例中，100mAh和1500mAh中的每個可以對應于電池單元111的變化容量，并可以通過基于電流數(shù)據(jù)⑶在第一時間和第二時間之間對電池單元111的電流進行積分來計算。
[0064]容量估計單元140可以通過參考所估計的當前容量來更新當前容量數(shù)據(jù)(XD。例如，當所估計的當前容量為2000mAh時，當前容量數(shù)據(jù)CCD可以被更新為2000。即，當前容量數(shù)據(jù)CCD可以表示最近估計的電池單元111的當前容量。
[0065]在實施例中，噪聲可以包能在最近估計的電池單元111的當前容量中，因此容量估計單元140可以通過參考更新之前的當前容量數(shù)據(jù)CCD的值和最近估計的電池單元111的當前容量來更新當前容量數(shù)據(jù)CCD。例如，在更新之前的當前容量數(shù)據(jù)CCD的值為2000且最近估計的當前容量為1900mAh的情況下，當前容量數(shù)據(jù)CCD可以被更新為1950，即，兩個值的算術(shù)平均值。代替算術(shù)平均值，可以向其應用加權(quán)平均值。
[0066]在另一實施例中，容量估計單元140通過使用最近多次估計的電池單元111的當前容量來更新當前容量數(shù)據(jù)CCD。例如，當最近估計的當前容量為1910mAh、恰在最近估計之前所估計的當前容量為1870mAh且先前估計的當前容量為1920mAh時，當前容量數(shù)據(jù)CCD可以被更新為1900mAh，S卩，三個值的算術(shù)平均值。在實施例中，代替算術(shù)平均值，可以使用加權(quán)平均值，從而可以將更大的權(quán)重施加于最近估計的當前容量。
[0067]在其它實施例中，可以設(shè)定第一時間和第二時間，使得第一 SOC和第二 SOC之間的差等于或大于36%。當?shù)谝?SOC和第二 SOC之間的差為小時，所估計的電池單元111的當前容量可能是不準確的。因此，當?shù)谝?SOC和第二 SOC之間的差小于36%時，可以重新確定第二時間。
[0068]在另一實施例中，容量估計單元140通過分析單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)⑶的模式(pattern)來估計電池單元111的當前容量。第一存儲單元170可以存儲與在電池單元111的不同容量時單元電壓和單元電流的模式有關(guān)的模式數(shù)據(jù)。容量估計單元140可以通過使用模式數(shù)據(jù)來掃描與單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD的模式最類似的模式，并可以基于掃描結(jié)果來估計電池單元111的當前容量。
[0069]內(nèi)阻估計單元150通過基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)⑶估計電池單元111的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD。內(nèi)阻估計單元150可以從測量單元130接收單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD，并可以通過使用單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。已知的是，電池單元111的內(nèi)阻隨著電池單元111的老化而增大。
[0070]在實施例中，通過利用電池單元111的開路電壓和單元電壓之間的差隨著從電池單元111輸出的電流的增大而增大的事實，內(nèi)阻估計單元150基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD估計電池單元111的當前內(nèi)阻?？苫谠趶碾姵貑卧?11輸出的電流急劇變化的時間時的單元電壓的變化水平來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0071]在另一實施例中，內(nèi)阻估計單元150確定電池單元111的電流為O時的第四時間，然后確定第三開路電壓，即，第四時間時的電池單元111的單元電壓。
[0072]內(nèi)阻估計單元150可以確定電池110轉(zhuǎn)至SOC或放電狀態(tài)時的第五時間。第五時間可以盡可能地接近(例如，鄰近于)第四時間。第五時間可以設(shè)為從電池110轉(zhuǎn)至SOC或放電狀態(tài)時的時間經(jīng)歷一時間段(例如，預定時間)之后的時間。當電池I1的充電或放電開始時，電池單元111的單元電壓發(fā)生波動。所述時間段(例如，預定時間)可以表示單元電壓的波動消退(例如，消失)且然后單元電壓穩(wěn)定的時間段。第五時間可以設(shè)為在電池單元111的電流變得大于或小于O之后單元電壓穩(wěn)定時的時間。
[0073]內(nèi)阻估計單元150可以通過將第五時間中的電池單元111的單元電壓和第三開路電壓之間的差除以第五時間中的電池單元111的電流來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0074]內(nèi)阻估計單元150可以通過參考所估計的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD。當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD可以表示最近估計的電池單元111的當前內(nèi)阻。在實施例中，當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD可以基于更新之前的當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD的值和最近估計的電池單元111的當前內(nèi)阻來確定，或者可以基于最近多次估計的電池單元111的當前內(nèi)阻來確定。
[0075]在另一實施例中，內(nèi)阻估計單元150通過使用數(shù)據(jù)OSD來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。如上所述，電池管理單元120還可以包括存儲數(shù)據(jù)OSD的第一存儲單元170。
[0076]內(nèi)阻估計單元150可以確定電池單元111的電流不為O時的第三時間。在第三時間，電池110可以處于SOC或放電狀態(tài)。內(nèi)阻估計單元150可以確定第三時間時的充放電電壓(即，電池單元111的單元電壓)，并可以確定第三時間時的充放電電流(即，電池單元111的電流)。
[0077]內(nèi)阻估計單元150可以確定第三時間時的電池單元111的S0C。內(nèi)阻估計單元150可以具有與第三時間之前的特定時間時的SOC有關(guān)的信息。例如，內(nèi)阻估計單元150可以從容量估計單元140接收與第二時間時的SOC有關(guān)的信息。內(nèi)阻估計單元150可以通過在第二時間和第三時間之間對電池單元111的電流進行積分來計算第二時間和第三時間之間的變化容量，然后可以基于變化容量和由容量估計單元140估計的電池單元111的當前容量來確定第三時間時的SOC。
[0078]在實施例中，因為SOC在電池單元111完全放電的時間時為O %，并且SOC在電池單元111完全充電的時間時為100 %，所以內(nèi)阻估計單元150可以通過從在完全放電時間或完全充電時間之后到第三時間對電池單元111的電流進行積分來確定第三時間時的S0C。
[0079]在另一實施例中，內(nèi)阻估計單元150確定在第三時間之前電池單元111的電流為O時的特定時間內(nèi)的開路電壓(即，電池單元111的單元電壓)，并基于存儲在第一存儲單元170中的數(shù)據(jù)OSD來確定與開路電壓對應的S0C。如此，內(nèi)阻估計單元150可以確定特定時間時的S0C。內(nèi)阻估計單元150可以通過在特定時間和第三時間之間對電池單元111的電流進行積分來計算特定時間和第三時間之間的變化容量，然后可以基于變化容量和由容量估計單元140估計的電池單元111的當前容量來確定第三時間時的S0C。
[0080]內(nèi)阻估計單元150可以基于存儲在第一存儲單元170中的數(shù)據(jù)OSD來確定與第三時間時的所確定的SOC對應的第三時間時的電池單元111的開路電壓。內(nèi)阻估計單元150可以通過將開路電壓和充放電電壓之間的差除以充放電電流來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。內(nèi)阻估計單元150可以通過參考所估計的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD。
[0081]在另一實施例中，內(nèi)阻估計單元150通過分析單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)⑶的模式來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。第一存儲單元170可以存儲與根據(jù)電池單元111的內(nèi)阻(例如，在不同的內(nèi)阻時)的單元電壓和電流的模式有關(guān)的模式數(shù)據(jù)。內(nèi)阻估計單元150可以通過使用模式數(shù)據(jù)來掃描與單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD的模式最類似的模式，并可以基于掃描結(jié)果來估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0082]SOH估計單元160基于當前容量數(shù)據(jù)CXD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD估計電池單元111的SOH。SOH估計單元160從容量估計單元140接收當前容量數(shù)據(jù)CCD，從內(nèi)阻估計單元150接收當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD，然后基于當前容量數(shù)據(jù)CCD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD估計電池單元111 的 S0H。
[0083]根據(jù)實施例，SOH估計單元160包括對當前容量數(shù)據(jù)CXD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD的輸入予以接收并輸出電池單元111的SOH的模糊邏輯塊。模糊邏輯塊基于當前容量數(shù)據(jù)CCD來確定電池單元111的當前容量是良好的、正常的還是差的。模糊邏輯塊還基于當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD來確定電池單元111的當前內(nèi)阻是良好的、正常的還是差的。模糊邏輯塊通過將如果則(If-then)規(guī)則應用于確定當前容量的結(jié)果和確定當前內(nèi)阻的結(jié)果來估計電池單元111的S0H。如果則規(guī)則的示例如下。
[0084]如果當前容量是良好的，且當前內(nèi)阻是良好的，則電池單元111的SOH是良好的。這里，SOH被確定在大約0.9和大約I之間。
[0085]如果當前容量是良好的，且當前內(nèi)阻是正常的，則電池單元111的SOH是略好的。這里，SOH被確定在大約0.7和大約0.9之間。
[0086]如果當前容量是良好的，且當前內(nèi)阻是差的，則電池單元111的SOH是正常的。這里，SOH被確定在大約0.5和大約0.7之間。
[0087]如果當前容量是正常的，且當前內(nèi)阻是良好的，則電池單元111的SOH是略好的。這里，SOH被確定在大約0.7和大約0.9之間。
[0088]如果當前容量是正常的，且當前內(nèi)阻是正常的，則電池單元111的SOH是正常的。這里，SOH被確定在大約0.5和大約0.7之間。
[0089]如果當前容量是正常的，且當前內(nèi)阻是差的，則電池單元111的SOH是略差的。這里，SOH被確定在大約0.3和大約0.5之間。
[0090]如果當前容量是差的，且當前內(nèi)阻是良好的，則電池單元111的SOH是正常的。這里，SOH被確定在大約0.5和大約0.7之間。
[0091]如果當前容量是差的，且當前內(nèi)阻是正常的，則電池單元111的SOH是略差的。這里，SOH被確定在大約0.3和大約0.5之間。
[0092]如果當前容量是差的，且當前內(nèi)阻是差的，則電池單元111的SOH是略差的。這里，SOH被確定在大約O和大約0.3之間。
[0093]在另一實施例中，SOH估計單元160通過使用與電池單元111的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)ICD和與電池單元111的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)IIRD基于當前容量數(shù)據(jù)C⑶和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD來估計電池單元111的S0H。電池管理單元120還可以包括第二存儲單元180，第二存儲單元180存儲與電池單元111的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)ICD和與電池單元m的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)IIRD。初始容量是根據(jù)產(chǎn)品規(guī)范的電池單元111的容量，其屬于(例如，分配給)在電池單元111的制造時的電池單元111。初始內(nèi)阻表示屬于(例如，分配給)在電池單元111的制造時的電池單元111的內(nèi)阻。
[0094]SOH估計單元160可以根據(jù)初始容量數(shù)據(jù)I⑶和當前容量數(shù)據(jù)CXD來估計電池單元111的基于容量的S0H?；谌萘康腟OH被稱作第一 S0H。
[0095]SOH估計單元160可以包括與當電池單元111處于劣化狀態(tài)時電池單元111具有的劣化容量有關(guān)的劣化容量數(shù)據(jù)DCD。劣化容量可以根據(jù)電池單元111的容量來確定，電池單元111的容量由電池組100的制造商來保證。當電池單元111的當前容量小于劣化容量時，SOH估計單元160可以確定出電池單元111已經(jīng)劣化。例如，劣化容量可以被確定在初始容量的大約60%和大約90%之間。劣化容量數(shù)據(jù)DCD可以表示劣化容量與初始容量之比。第一 SOH可以被確定為電池單元111的當前容量與劣化容量之間的差除以電池單元111的初始容量與劣化容量之間的差所獲得的值。
[0096]SOH估計單元160可以根據(jù)初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)IIRD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD來估計電池單元111的基于內(nèi)阻的S0H?；趦?nèi)阻的SOH被稱作第二 S0H。
[0097]SOH估計單元160可以包括與當電池單元111處于劣化狀態(tài)時電池單元111具有的劣化內(nèi)阻有關(guān)的劣化內(nèi)阻數(shù)據(jù)DIRD。當電池單元111的當前容量小于劣化容量時，電池單元111會具有劣化內(nèi)阻。例如，劣化內(nèi)阻可以被確定在初始內(nèi)阻的大約130%和大約200%之間。劣化內(nèi)阻數(shù)據(jù)DIRD可以表示劣化內(nèi)阻與初始內(nèi)阻之比。第二 SOH可以被確定為通過將電池單元111的劣化內(nèi)阻與當前內(nèi)阻之間的差除以電池單元111的劣化內(nèi)阻與初始內(nèi)阻之間的差所獲得的值。
[0098]SOH估計單元160可以基于第一 SOH和第二 SOH估計電池單元111的S0H。例如，電池單元111的SOH可以被確定為第一 SOH和第二 SOH的算術(shù)平均值。在另一實施例中，電池單元111的SOH可以被確定為第一 SOH和第二 SOH的加權(quán)平均值。根據(jù)電池單元111的容量，可以調(diào)節(jié)第一 SOH的權(quán)重和第二 SOH的權(quán)重。例如，隨著電池單元111的容量增加，第一 SOH的權(quán)重可以大于第二 SOH的權(quán)重。相反，隨著電池單元111的容量減小,第二 SOH的權(quán)重可以大于第一 SOH的權(quán)重。
[0099]如上所述，測量單元130測量在操作中的電池組100的電池單元111的單元電壓和電流，并實時地產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD。容量估計單元140和內(nèi)阻估計單元150在不使用單獨的附加電路裝置的情況下通過僅基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD估計電池單元111的當前容量來實時地產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)CCD，并通過估計電池單元111的當前內(nèi)阻來實時地產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD。SOH估計單元160基于當前容量數(shù)據(jù)CCD和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)CIRD實時地測量電池單元111的S0H。因此，操作中的電池組100可以以相對容易的方式準確地估計電池單元111的S0H。
[0100]在根據(jù)圖1的實施例中，電池組100的電池管理單元120估計電池單元111的S0H，但在另一實施例中，可以與電池組100、電池組100的測量單元130或電池組100的電池管理單元120通信的上位控制器或外部控制器估計電池單元111的S0H。
[0101]圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電池組10a的框圖。
[0102]參照圖2，電池組10a包括電池110、AFE135和微控制器單元(MCU) 125。
[0103]電池110包括電池單元111。參照圖2，電池單元111串聯(lián)連接，但如果期望的話，則電池單元111可以串聯(lián)、并聯(lián)或以串聯(lián)和并聯(lián)的組合方式連接。另外，可以基于期望的輸出電壓來選擇(例如，根據(jù)期望的輸出電壓來確定)電池單元的數(shù)量。位于兩端的電池單元111連接到端子101。
[0104]AFE135可以對應于圖1中示出的測量單元130。AFE135包括用于測量每個電池單元111的單元電壓的單元電壓測量單元131。單元電壓測量單元131可以結(jié)合到從端子101和電池單元111之間的節(jié)點延伸的線。單元電壓測量單元131可以測量單元電壓，并可通過使用ADC將測量的單元電壓轉(zhuǎn)換為單元電壓數(shù)據(jù)。單元電壓數(shù)據(jù)可以提供給MCU125。
[0105]AFE135包括電流測量單元132，電流測量單元132結(jié)合到用于測量電池單元111的充放電電流的電流傳感器133。電流傳感器133可以是安裝在電池110和端子101之間的高電流路徑中的分流器或霍爾傳感器。電流測量單元132可以將模擬電流值轉(zhuǎn)換為電流數(shù)據(jù)，其中，模擬電流值對應于由電流傳感器133測量的電流。電流數(shù)據(jù)可以提供給MCU125。
[0106]MCU125可以監(jiān)測電池110的狀態(tài)，并可以控制電池110的包括充電操作和放電操作的所有操作。MCU125可以從AFE135接收測量數(shù)據(jù)。測量數(shù)據(jù)可以包括單元電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、指示電池110的溫度的溫度數(shù)據(jù)、指示端子101之間的端子電壓的端子電壓數(shù)據(jù)等。端子電壓數(shù)據(jù)可以由MCU125使用單元電壓數(shù)據(jù)來計算。
[0107]MCU125可以基于測量數(shù)據(jù)控制電池110的充電和放電。MCU125可以由多份測量數(shù)據(jù)來計算剩余電量、壽命、SOC等，或可以確定在電池110中是否已經(jīng)發(fā)生差錯。當在電池110中已經(jīng)發(fā)生差錯時，MCU125可以控制充電開關(guān)191和/或放電開關(guān)192，或可以切斷保險絲。當端子電壓數(shù)據(jù)大于充電上限值(例如，預設(shè)的充電上限值)時，MCU125可以斷開充電開關(guān)191，以中斷充電，當端子電壓數(shù)據(jù)小于放電下限值(例如，預設(shè)的放電下限值)時，MCU125可以斷開放電開關(guān)192，以中斷放電。當電流數(shù)據(jù)大于過電流參考值(例如，預設(shè)的過電流參考值)時，MCU125可以切斷保險絲，以保護電池組100a。
[0108]MCU125基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)測量每個電池單元111的SOH。MCU125包括圖1中示出的容量估計單元140、內(nèi)阻估計單元150和SOH估計單元160。
[0109]MCU125可以包括圖1中示出的第一存儲單元170和第二存儲單元180。第一存儲單元170和第二存儲單元180可以是非易失性存儲器裝置，例如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)、閃存、鐵電RAM(FeRAM)、磁阻隨機存取存儲器(MRAM)、相變存儲器(PRAM)等。盡管將第一存儲單元170和第二存儲單元180示為單獨的元件，但第一存儲單元170和第二存儲單元180可以被包括在一個存儲器裝置中。
[0110]MCU125可以與外部裝置通信，并可以將每個電池單元111的SOH發(fā)送到外部裝置。
[0111]參照圖2，電池組10a包括作為單獨元件的AFE135和M⑶125，但AFE135和MCU125可以集成在一個芯片中。此外，盡管將MCU125示為一個微控制器芯片，但MCU125的功能可以實現(xiàn)為至少兩個集成電路芯片。此外，在電池組10a具有等級結(jié)構(gòu)(其中，電池模塊包括多個電池單元，電池托盤包括多個電池模塊，電池架包括多個電池托盤，電池系統(tǒng)包括多個電池架)的實施例中，估計電池單元的SOH的方法可以由用于管理并控制電池托盤的托盤管理單元、用于管理并控制電池架的架管理單元和/或用于管理并控制電池系統(tǒng)的系統(tǒng)管理單元來執(zhí)行。例如，系統(tǒng)管理單元可以基于包括在電池系統(tǒng)中的每個電池單元的單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)來估計每個電池單元的S0H。如果存在能夠與電池系統(tǒng)通信的監(jiān)測系統(tǒng)，則該監(jiān)測系統(tǒng)可以估計每個電池單元的S0H。
[0112]圖3A示出了指示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池單元111的電壓、電流和剩余容量的曲線圖。圖3B示出了指示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池單元111的開路電壓和SOC之間的相互關(guān)系的曲線圖。參照圖1、圖3A和圖3B，現(xiàn)在將描述根據(jù)實施例的估計電池單元111的當前容量和當前內(nèi)阻的方法。
[0113]圖3A的電壓曲線圖指示圖1的單元電壓數(shù)據(jù)VD隨時間的變化，圖3A的電流曲線圖指示圖1的電流數(shù)據(jù)CD隨時間的變化。圖3A的電流曲線圖指示電池單元111的放電電流，負電流值指示電池單元111正在充電。關(guān)于根據(jù)實施例的估計電池單元的當前容量和當前內(nèi)阻的方法，示出了圖3A的電壓曲線圖和電流曲線圖。圖3A的下方曲線圖指示電池單元111的剩余容量隨時間的變化，其中，通過基于電流數(shù)據(jù)CD對電池單元111的電流進行積分來計算剩余容量。圖3B示出的曲線圖指示作為圖1中示出的第一存儲單元170中的數(shù)據(jù)OSD存儲的電池單元111的開路電壓和SOC之間的相互關(guān)系。
[0114]首先，下面描述估計電池單元111的當前容量的方法。
[0115]當電池單元111的電流為O時的時間包括第一時間tl、第三時間t3和第五時間t5。為了估計其中電池單元111放電的第一時間tl和第三時間t3之間的當前容量，將第一時間tl的單元電壓確定為第一開路電壓0CV1，并將第三時間t3的單元電壓確定為第三開路電壓0CV3?？梢酝ㄟ^在第一時間tl和第三時間t3之間對電流進行積分來計算第一時間tl和第三時間t3之間的變化容量。參照圖3A的下方曲線圖(即，容量曲線圖)，可以將變化容量計算為第一時間tl時的剩余容量Ql和第三時間t3時的剩余容量Q3之間的差(Q1-Q3)。參照圖3B的曲線圖，與第一開路電壓OCVl對應的第一時間tl時的SOC是SOCl，與第三開路電壓0CV3對應的第三時間t3時的SOC是S0C3。可以將基于第一時間tl和第三時間t3之間的單元電壓數(shù)據(jù)DV和電流數(shù)據(jù)CV計算的電池單元111的當前容量確定為(Q1-Q3)/(S0C1-S0C3)。
[0116]可以在其中電池單元111放電的第三時間t3和第五時間t5之間估計電池單元111的當前容量。將第五時間t5時的單元電壓確定為第五開路電壓0CV5，并且參照圖3B的曲線圖，與第五開路電壓0CV5對應的第五時間t5時的SOC為S0C5?？梢酝ㄟ^在第三時間t3和第五時間t5之間對電流進行積分來計算第三時間t3和第五時間t5之間的變化容量。參照容量曲線圖，可以將變化容量計算為第三時間t3時的剩余容量Q3和第五時間t5時的剩余容量Q5之間的差(Q5-Q3)。可以將基于第三時間t3和第五時間t5之間的單元電壓數(shù)據(jù)DV和電流數(shù)據(jù)CV計算的電池單元111的當前容量確定為(Q5-Q3)/(S0C5-S0C3)。
[0117]當電池單元111正在充電、正在放電時，或者當電池單元111正在依次進行充電和放電時，可以估計電池單元111的當前容量。即，可以在第一時間tl和第五時間t5之間估計電池單元111的當前容量。然而，因為第一時間tl時的SOC(即，S0C1)和第五時間t5時的S0C(即，S0C5)之間的差小，所以在第一時間tl和第五時間t5之間所估計的電池單元111的當前容量可能不準確。然而，當?shù)谝粫r間tl時的S0C(即，S0C1)和第五時間t5時的SOC (即，S0C5)之間的差等于或大于參考值(例如，預定值)(例如，36% )時，在第一時間tl和第五時間t5之間所估計的電池單元111的當前容量可具有足夠的可靠性。
[0118]在下文中，下面描述估計電池單元111的當前內(nèi)阻的方法。作為示例，假設(shè)在第二時間t2和第四時間t4 ( S卩，當電池單元111的電流不為O時的時間)中的每個時間時估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0119]在第二時間t2，電池單元111的電流大于0，但電池單元111的SOC在第一時間tl和第二時間t2之間是恒定的。盡管電池單元111的單元電壓在放電開始而單元電壓穩(wěn)定之前的第二時間t2時波動，但圖3A未示出波動?？梢詫⒌诙r間t2選擇為波動消失且單元電壓穩(wěn)定時的時間。將第二時間t2時的單元電壓確定為充放電電壓V2，并將第二時間t2時的電流確定為充放電電流12。在另一實施例中，可以將第二時間t2定義為時間段，并可將單元電壓和電流分別定義為在此時間段期間的單元電壓的平均值和電流的平均值。因為第二時間t2時的SOC等于第一時間tl時的S0C，所以第二時間t2時的開路電壓等于第一時間tl時的第一開路電壓0CV1?？梢詫⒃诘诙r間t2時估計的電池單元111的當前內(nèi)阻確定為(0CV1-V2)/I2。
[0120]類似地，可以在第四時間t4時估計電池單元111的當前內(nèi)阻。可以將在第四時間t4時估計的電池單元111的當前內(nèi)阻確定為(V4-0CV5)/I4。盡管14是負數(shù)，但當前內(nèi)阻的值始終為正數(shù)，因此，即使當前內(nèi)阻的值為負數(shù)，仍可將當前內(nèi)阻的值表示為(例如，記錄為)正數(shù)。類似地，當充電開始或放電結(jié)束時，可以估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0121]在下文中，根據(jù)另一實施例，在下面描述估計電池單元111的當前內(nèi)阻的方法。作為示例，假設(shè)在第六時間t6時估計電池單元111的當前內(nèi)阻。
[0122]將第六時間t6時的單元電壓確定為充放電電壓V6，并將第六時間t6時的電流確定為充放電電流16。如上所述，第五時間t5時的電池單元111的SOC為S0C5，內(nèi)阻估計單元150可以以與容量估計單元140相同的方式獲取指示第五時間t5時的電池單元111的SOC為S0C5時的信息，或者可以從容量估計單元140接收指示第五時間t5時的電池單元111的SOC為S0C5時的信息?？梢酝ㄟ^在第五時間t5和第六時間t6之間對電流進行積分來計算第五時間t5和第六時間t6之間的變化容量，并且參照容量曲線圖，可以將變化容量計算為第五時間t5時的剩余容量Q5和第六時間t6時的剩余容量Q6之間的差(Q5-Q6)?？梢曰谒嬎愕淖兓萘縼泶_定第六時間t6時的S0C?？梢詫0C6( S卩，第六時間t6時的電池單元111的S0C)計算為S0C5-(Q5-Q6)/當前容量。參照圖3B的曲線圖，可以確定第六時間t6時的第六開路電壓0CV6，其對應于第六時間t6時的S0C(S0C6)?？梢詫⒃诘诹鶗r間t6時估計的電池單元111的當前內(nèi)阻確定為(0CV6-V6)/I6。
[0123]如參考前述方法描述的，可以基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD以及與電池單元111的開路電壓和SOC之間的相互關(guān)系有關(guān)的數(shù)據(jù)OSD來估計電池單元111的當前容量和當前內(nèi)阻。
[0124]圖4示出了根據(jù)一個或更多個實施例估計的SOH和根據(jù)對比示例估計的SOH的曲線圖。
[0125]根據(jù)對比示例的SOH是基于電池單元的容量所計算的電池單元的S0H，其中，通過在對完全放電的電池單元正在進行充電的同時流入電池單元的電流進行積分來測量電池單元的容量。如在曲線圖中示出的，電池單元的SOH隨時間降低。
[0126]根據(jù)一個或更多個實施例的SOH是以如下方式估計的電池單元的S0H，即，基于單元電壓數(shù)據(jù)VD和電流數(shù)據(jù)CD估計電池單元的當前容量和當前內(nèi)阻，然后基于估計的當前容量和當前內(nèi)阻估計電池單元的S0H。如圖4所示，根據(jù)一個或更多個實施例的電池單元的SOH也隨時間減低，并具有與根據(jù)對比示例的SOH的結(jié)果類似的結(jié)果。
[0127]根據(jù)對比示例的SOH估計需要完全放電和完全充電過程，從而難以將根據(jù)對比示例的SOH估計應用于操作中的電池組。然而，根據(jù)一個或更多個實施例的SOH估計可以應用于操作中的電池組，不需要附加的電路裝置，并可以容易地執(zhí)行。此外，如圖4所示，根據(jù)一個或更多個實施例的SOH估計的SOH結(jié)果與根據(jù)對比示例的SOH估計的SOH結(jié)果類似，因此，根據(jù)一個或更多個實施例的SOH估計可以具有足夠的可靠性。
[0128]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括電池組510的能量儲存裝置500的框圖。
[0129]參照圖5，能量儲存裝置500與發(fā)電系統(tǒng)501和電網(wǎng)502結(jié)合，由此向負載503供電。能量儲存裝置500可以稱作能量儲存系統(tǒng)。
[0130]發(fā)電系統(tǒng)501從能量源發(fā)電。發(fā)電系統(tǒng)501可以將產(chǎn)生的電力供給到能量儲存裝置500。發(fā)電系統(tǒng)501可以包括但不限于光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)和潮汐發(fā)電系統(tǒng)中的至少一種。通過利用諸如太陽熱或地熱的可再生能量發(fā)電的所有類型的發(fā)電系統(tǒng)可以包括在發(fā)電系統(tǒng)501中。具體地說，通過利用太陽光發(fā)電的太陽能電池可以容易地安裝在住宅或工廠內(nèi)，使得太陽能電池可以與能量儲存裝置500 —起用在住宅或工廠內(nèi)。發(fā)電系統(tǒng)501可以構(gòu)成大容量能量系統(tǒng)，在大容量能量系統(tǒng)中，能夠發(fā)電的多個發(fā)電模塊并行排列。
[0131]電網(wǎng)502可以包括發(fā)電廠、變電站、輸電線等。當電網(wǎng)502處于正常狀態(tài)時，電網(wǎng)502可以向能量儲存裝置500 (即，負載503和電池組510中的至少一個)供電，或者可以從能量儲存裝置500 (具體為電池組510或發(fā)電系統(tǒng)501)接收電力。當電網(wǎng)502處于異常狀態(tài)時，中斷電網(wǎng)502和能量儲存裝置500之間的電力傳輸。
[0132]負載503可以消耗由發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力、儲存在電池組510中的電力和/或從電網(wǎng)502接收的電力。住宅或工廠中的電裝置可以是負載503的示例。
[0133]能量儲存裝置500可以將發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力儲存在電池組510中，或者可以將該電力供給到電網(wǎng)502。能量儲存裝置500可以將在電池組510中儲存的電力供給到電網(wǎng)502，或者可以將從電網(wǎng)502接收的電力儲存在電池組510中。此外，當電網(wǎng)502處于異常狀態(tài)時，例如，當發(fā)生供電故障時，能量儲存裝置500可以執(zhí)行不間斷電源(UPS)功能，使得能量儲存裝置500可以將發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力或儲存在電池組510中的電力供給到負載503。
[0134]在一個實施例中，能量儲存裝置500包括電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS) 520、電池組510、第一開關(guān)530和第二開關(guān)540。PCS520可以稱作電力轉(zhuǎn)換裝置。
[0135]PCS520可以將由發(fā)電系統(tǒng)501、電網(wǎng)502和/或電池組510供給的電力轉(zhuǎn)換為適當形式的電力，并可以將電力供給到負載503、電池組510和/或電網(wǎng)502。PCS520可以包括電力轉(zhuǎn)換單元521、直流(DC)鏈路單元522、逆變器523、轉(zhuǎn)換器524和集成控制器525。
[0136]電力轉(zhuǎn)換單元521可以結(jié)合在(例如，連接在)發(fā)電系統(tǒng)501和DC鏈路單元522之間。電力轉(zhuǎn)換單元521可以將發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)換為DC鏈路電壓，并可以將其傳輸?shù)紻C鏈路單元522。根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)501的類型，電力轉(zhuǎn)換單元521可以包括諸如轉(zhuǎn)換器電路、整流電路等的電力轉(zhuǎn)換電路。例如，在發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生DC電力的實施例中，電力轉(zhuǎn)換單元521包括用于將發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的DC電力轉(zhuǎn)換為另一 DC電力的DC-DC轉(zhuǎn)換器電路。在發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生交流(AC)電力的實施例中，電力轉(zhuǎn)換單元521包括用于將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力的整流電路。
[0137]在發(fā)電系統(tǒng)501是光伏發(fā)電系統(tǒng)的實施例中，電力轉(zhuǎn)換單兀521包括用于執(zhí)行最大功率點跟蹤(MPPT)控制的MPPT轉(zhuǎn)換器，從而根據(jù)太陽輻射、溫度等的變化最大化地獲得由發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力。當發(fā)電系統(tǒng)501不發(fā)電時，電力轉(zhuǎn)換單元521中斷其操作，使得由諸如轉(zhuǎn)換器或整流電路的電力轉(zhuǎn)換裝置消耗的電力可以被最少化或減少。
[0138]由于諸如發(fā)電系統(tǒng)501或電網(wǎng)502中的瞬時壓降或在負載503中出現(xiàn)峰值負荷之類的問題，DC鏈路電壓的電平可能是不穩(wěn)定的。然而，期望的是，使DC鏈路電壓穩(wěn)定化，以正常地操作轉(zhuǎn)換器524和逆變器523。DC鏈路單元522可以結(jié)合在電力轉(zhuǎn)換單元521和逆變器523之間，并可以恒定地或基本上恒定地保持DC鏈路電壓。DC鏈路單元522的示例可以包括大容量電容器。
[0139]逆變器523可以是結(jié)合在DC鏈路單元522和第一開關(guān)530之間的電力轉(zhuǎn)換裝置。逆變器523可以包括將從發(fā)電系統(tǒng)501和電池組510中的至少一個輸出的DC鏈路電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)502的AC電壓并輸出AC電壓的逆變器。另外，為了在充電模式期間將電網(wǎng)502的電力儲存在電池組510中，逆變器523可以包括將來自電網(wǎng)502的AC電壓轉(zhuǎn)換為DC電壓且隨后輸出DC鏈路電壓的整流電路。逆變器523可以是雙向逆變器，在雙向逆變器中，輸入和輸出的方向可以改變。
[0140]逆變器523可以包括從輸出到電網(wǎng)502的AC電壓去除諧波的濾波器。此外，為了抑制或限制無功功率的發(fā)生，逆變器523可以包括鎖相環(huán)(PLL)，以使從逆變器523輸出的AC電壓的相位與電網(wǎng)502的AC電壓的相位同步。此外，逆變器523可以用于限制電壓變化范圍，以改善功率因數(shù)，從而去除DC分量，并防止或減小瞬變現(xiàn)象。
[0141]轉(zhuǎn)換器524可以是結(jié)合在DC鏈路單元522和電池組510之間的電力轉(zhuǎn)換裝置。轉(zhuǎn)換器524可以包括在放電模式期間將儲存在電池組510中的電力的DC電壓轉(zhuǎn)換(例如，DC-DC轉(zhuǎn)換)為具有適當電平的DC鏈路電壓并將其輸出到逆變器523的DC-DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器524可以包括在充電模式期間將從電力轉(zhuǎn)換單元521或從逆變器523輸出的電力的電壓轉(zhuǎn)換(例如，DC-DC轉(zhuǎn)換)為具有適當電平(即，電池組510所要求的充電電壓電平)的電壓且隨后將該電壓輸出到電池組510的DC-DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器524可以是雙向轉(zhuǎn)換器，在雙向轉(zhuǎn)換器中，輸入和輸出的方向可以改變。當未執(zhí)行針對電池組510的充電或放電時，轉(zhuǎn)換器524中斷其操作,從而可以使電力消耗最少化或減少。
[0142]集成控制器525可以監(jiān)測發(fā)電系統(tǒng)501、電網(wǎng)502、電池組510和負載503的狀態(tài)。例如，集成控制器525可以監(jiān)測許多操作參數(shù)，例如，在電網(wǎng)502中是否發(fā)生供電故障、發(fā)電系統(tǒng)501是否發(fā)電、當發(fā)電系統(tǒng)501發(fā)電時產(chǎn)生的電力的量、電池組510的S0C、負載503的耗電量、時間等。
[0143]根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和適當?shù)乃惴?例如，預設(shè)的算法)，集成控制器525可以控制電力轉(zhuǎn)換單元521、逆變器523、轉(zhuǎn)換器524、第一開關(guān)530和第二開關(guān)540的操作。例如，當在電網(wǎng)502中發(fā)生供電故障時，集成控制器525可以控制儲存在電池組510中的電力或由發(fā)電系統(tǒng)501產(chǎn)生的電力被供給到負載503。在不能向負載503供給足夠的電力的情況下，集成控制器525可以向負載503的電裝置分配優(yōu)先級順序(或設(shè)定負載503的電裝置的優(yōu)先級順序)，并可以控制負載503，以向具有高優(yōu)先級順序的電裝置供電。集成控制器525還可以控制電池組510的充電和放電。
[0144]第一開關(guān)530和第二開關(guān)540串聯(lián)連接在逆變器523和電網(wǎng)502之間，并通過響應于集成控制器525的控制執(zhí)行ON(接通)或OFF (斷開)操作來控制發(fā)電系統(tǒng)501和電網(wǎng)502之間的電流的流動。根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)501、電網(wǎng)502和電池組510的狀態(tài)，可以確定第一開關(guān)530和第二開關(guān)540的ON或OFF狀態(tài)。更詳細地講，當將來自發(fā)電系統(tǒng)501和電池組510中的至少一者的電力供給到負載503，或者將來自電網(wǎng)502的電力供給到電池組510時，接通第一開關(guān)530。當將來自發(fā)電系統(tǒng)501和電池組510中的至少一者的電力供給到電網(wǎng)502，或者將來自電網(wǎng)502的電力供給到負載503和電池組510中的至少一者時，接通第二開關(guān)540。
[0145]當在電網(wǎng)502中發(fā)生供電故障時，斷開第二開關(guān)540，并接通第一開關(guān)530。如此，可以將來自發(fā)電系統(tǒng)501和電池組510中的至少一者的電力供給到負載503,并同時防止供給到負載503的電力流向電網(wǎng)502。如上所述，能量儲存裝置500作為獨立系統(tǒng)而操作，從而能夠防止在電網(wǎng)502的電纜附近工作的人員受到來自發(fā)電系統(tǒng)501或電池組510的電擊的事故。
[0146]第一開關(guān)530和第二開關(guān)540可以包括開關(guān)裝置，例如能夠耐受或處理高電流的繼電器。
[0147]電池組510可以在從發(fā)電系統(tǒng)501和電網(wǎng)502中的至少一個接收電力之后儲存電力，并可以將儲存的電力供給到負載503和電網(wǎng)502中的至少一個。電池組510可以包括用于儲存電力的部件和用于控制并保護該部件的另一部件。電池組510的充電和放電可以由集成控制器525控制。
[0148]電池組510可以對應于參照圖1和圖2描述的電池組100和100a。電池組510包括具有至少一個電池單元的電池511和用于控制電池511的充電和放電的電池管理單元512。電池管理單元512可以包括:測量單元，通過測量電池單元的單元電壓和電流產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及SOH估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計電池單元的S0H。電池管理單元512可以將所估計的電池單元的SOH提供到集成控制器525。
[0149]在另一實施例中，電池管理單元512通過測量電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，并將單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)發(fā)送到集成控制器525。集成控制器525可以從電池管理單元512接收單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)。集成控制器525可以包括:容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及SOH估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計電池單元的 SOH。
[0150]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括電池組610的電動車輛600的框圖。
[0151]參照圖6，電動車輛600可以包括電子控制單元(E⑶)621、逆變器控制器622、逆變器623、電機624和電池組610。電池組610包括具有至少一個電池單元的電池611和用于控制電池611的充電和放電的電池管理單元612。電池組610可以對應于參照圖1和圖2描述的電池組100和100a。
[0152]電池611可以包括至少一個電池單元，可以在驅(qū)動電動車輛600時通過將電壓供給到電機624來支持電機624的輸出動力，并可以在制動電動車輛600時回收并儲存作為發(fā)電機操作的電機624的再生制動能量。電池611可以被充以從DC充電單元625 (例如PCS或供電站的能量儲存系統(tǒng))供給的DC電力。電池611可以被充以從諸如商用電源的AC充電單元627供給的AC電力。為此，電動車輛600可以包括電力轉(zhuǎn)換單元626。電池611可以結(jié)合到電力轉(zhuǎn)換單元626，電力轉(zhuǎn)換單元626可以將從AC充電單元627供給的AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力。
[0153]電池管理單元612可以檢測電池611的包括電壓、電流、溫度等的信息，可以診斷并管理電池611的S0C，并可以控制電池611的諸如充電和放電的所有操作。電池管理單元612可以經(jīng)由通信線路(例如，電動車輛600的控制器局域網(wǎng)(CAN)通信線路)將電池611的諸如電壓、電流、溫度、S0C、診斷信息等的信息提供到ECU621。
[0154]電池管理單元612可以包括:測量單元,通過測量電池單元的單元電壓和電流產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)；容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及SOH估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計電池單元的S0H。電池管理單元612可以將所估計的電池單元的SOH提供到ECU621。
[0155]在另一實施例中，電池管理單元612通過測量電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，并將單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)發(fā)送到ECU621。ECU621可以從電池管理單元612接收單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)。E⑶621可以包括:容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)；內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及SOH估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計電池單元的S0H。
[0156]考慮到從電池管理單元612提供的與電池611有關(guān)的信息，E⑶621總體上控制電動車輛600的車輛狀態(tài)、驅(qū)動模式等，并幫助駕駛員穩(wěn)定地驅(qū)動電動車輛600。當電池611的一個電池單元的SOH等于或小于參考值(例如，預設(shè)的參考值)時，ECU621可以為電動車輛600的管理者識別(例如，顯示)劣化的電池單元和/或顯示其S0H。管理者可以采取諸如替換劣化的電池單元等的措施，從而可以安全地驅(qū)動電動車輛600。E⑶621可以經(jīng)由逆變器控制器622控制逆變器623。逆變器623可以通過將從電池611供給的DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力來提供用于驅(qū)動電機624的AC電力。此外，當電動車輛600制動時，逆變器623可以將從電機624供給的AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力，并可以將DC電力提供給電池611。
[0157]盡管圖6示出了包括根據(jù)一個或更多個實施例的電池組的電動車輛600，但該電池組可以應用于各種其它車輛，例如混合動力車輛、電動自行車、電動摩托車等。
[0158]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個或更多個實施例，電池單元的SOH可以在不使用附加電路或復雜算法的情況下通過使用電池單元的單元電壓和電流以簡單的且具有成本效益的方式來測量。根據(jù)測試結(jié)果，電池單元的SOH的測量結(jié)果可以是可靠的。另外，可以測量正在對負載進行放電的或正在由充電裝置進行充電的電池單元的單元電壓和電流，從而可以實時地測量操作中的電池單元的S0H，而無需將電池單元與負載或充電裝置分開。
[0159]應當理解的是，在此描述的示例實施例應當僅以描述性意思來考慮，而不是出于限制的目的。每個實施例內(nèi)的特征或方面的描述應當通常被視為可用于其它實施例中的其它相似特征或方面。
[0160]盡管已經(jīng)參照圖描述了本發(fā)明的一個或更多個實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在此做出形式和細節(jié)方面的各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種電池組,所述電池組包括: 電池，結(jié)合到負載和充電裝置，并包括至少一個電池單元；以及 電池管理單元，控制電池從充電裝置的充電和電池對負載的放電， 其中，電池管理單元包括: 測量單元，通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)； 容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)； 內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及 健康狀況估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的健康狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述電池組還包括:第一存儲單元，用于存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其中，容量估計單元執(zhí)行如下操作: 存儲第一開路電壓，第一開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第一時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 存儲第二開路電壓，第二開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第二時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 通過從第一時間到第二時間對所述至少一個電池單元的電流進行積分來計算第一時間和第二時間之間的變化容量； 基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第一開路電壓對應的第一荷電狀態(tài)和與第二開路電壓對應的第二荷電狀態(tài)；以及 通過將變化容量除以第一荷電狀態(tài)和第二荷電狀態(tài)之間的差來測量所述至少一個電池單元的當前容量，并更新當前容量數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組，其中，設(shè)定第一時間和第二時間，使得第一荷電狀態(tài)和第二荷電狀態(tài)之間的差等于或大于36%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其中，內(nèi)阻估計單元執(zhí)行如下操作: 存儲充放電電壓，充放電電壓是當所述至少一個電池單元的電流不為O時的第三時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 存儲充放電電流，充放電電流是第三時間時的所述至少一個電池單元的電流； 基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第三時間時的所述至少一個電池單元的荷電狀態(tài)對應的所述至少一個電池單元的開路電壓；以及 通過將開路電壓和充放電電壓之間的差除以充放電電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻；以及 基于所估計的所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，內(nèi)阻估計單元執(zhí)行如下操作: 存儲第三開路電壓，第三開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第四時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓；以及 通過將當所述至少一個電池單元的電流不為O時的與第四時間接近的第五時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓和第三開路電壓之間的差除以第五時間時的所述至少一個電池單元的電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻；以及 基于所估計的所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來更新當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述電池組還包括:第二存儲單元，用于存儲與所述至少一個電池單元的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)和與所述至少一個電池單元的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組，其中，健康狀況估計單元基于初始容量數(shù)據(jù)和初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)來測量所述至少一個電池單元的第一健康狀況。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其中，健康狀況估計單元包括與當所述至少一個電池單元處于劣化狀態(tài)時所述至少一個電池單元的劣化容量有關(guān)的劣化容量數(shù)據(jù)， 其中，通過將所述至少一個電池單元的當前容量和劣化容量之間的差除以所述至少一個電池單元的初始容量和劣化容量之間的差來計算第一健康狀況。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組，其中，健康狀況估計單元基于初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二健康狀況。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電池組，其中，健康狀況估計單元包括與當所述至少一個電池單元處于劣化狀態(tài)時所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻有關(guān)的劣化內(nèi)阻數(shù)據(jù)， 其中，通過將所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻和當前內(nèi)阻之間的差除以所述至少一個電池單元的劣化內(nèi)阻和初始內(nèi)阻之間的差來計算第二健康狀況。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組，其中，健康狀況估計單元執(zhí)行如下操作: 基于初始容量數(shù)據(jù)和當前容量數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第一健康狀況； 基于初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二健康狀況；以及 基于第一健康狀況和第二健康狀況來估計所述至少一個電池單元的健康狀況。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池組，其中，將健康狀況估計為第一健康狀況和第二健康狀況的平均值。
14.一種裝置，所述裝置包括: 電池組，包括電池和控制電池的充電和放電的電池管理單元，電池包括至少一個電池單元； 測量單元，通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)； 容量估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)； 內(nèi)阻估計單元，通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及 健康狀況估計單元，基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的健康狀況。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述裝置是能量儲存裝置，能量儲存裝置包括結(jié)合在電池組與發(fā)電系統(tǒng)、負載和電網(wǎng)中的至少一個之間的電力轉(zhuǎn)換裝置，其中，電力轉(zhuǎn)換裝置在電池組與發(fā)電系統(tǒng)、負載和電網(wǎng)中的至少一個之間轉(zhuǎn)換電能。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述裝置包括電動車輛，電動車輛包括電池組和電機，其中，電機通過利用儲存在電池組中的電能來驅(qū)動。
17.—種管理電池組的方法，電池組包括電池和用于控制電池的充電和放電的電池管理單元，電池包括至少一個電池單元，所述方法包括: 通過測量所述至少一個電池單元的單元電壓和電流來產(chǎn)生單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)； 通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前容量來產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)； 通過基于單元電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻來產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)；以及 基于當前容量數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的健康狀況。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法還包括:存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)，其中，產(chǎn)生當前容量數(shù)據(jù)的步驟包括: 獲取第一開路電壓，第一開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第一時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 獲取第二開路電壓，第二開路電壓是當所述至少一個電池單元的電流為O時的第二時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 通過從第一時間到第二時間對所述至少一個電池單元的電流進行積分來計算第一時間和第二時間之間的變化容量； 基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第一開路電壓對應的第一荷電狀態(tài)和與第二開路電壓對應的第二荷電狀態(tài)；以及 通過將變化容量除以第一荷電狀態(tài)和第二荷電狀態(tài)之間的差來估計所述至少一個電池單元的當前容量。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，所述方法還包括:存儲與所述至少一個電池單元的開路電壓和荷電狀態(tài)之間的相互關(guān)系有關(guān)的第一數(shù)據(jù)，其中，產(chǎn)生當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)的步驟包括: 存儲充放電電壓，充放電電壓是當所述至少一個電池單元的電流不為O時的第三時間時的所述至少一個電池單元的單元電壓； 存儲充放電電流，充放電電流是第三時間時的所述至少一個電池單元的電流； 基于第一數(shù)據(jù)來獲取與第三時間時的所述至少一個電池單元的荷電狀態(tài)對應的所述至少一個電池單元的開路電壓；以及 通過將開路電壓和充放電電壓之間的差除以充放電電流來估計所述至少一個電池單元的當前內(nèi)阻。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，估計健康狀況的步驟包括: 基于與所述至少一個電池單元的初始容量有關(guān)的初始容量數(shù)據(jù)和當前容量數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第一健康狀況； 基于與所述至少一個電池單元的初始內(nèi)阻有關(guān)的初始內(nèi)阻數(shù)據(jù)和當前內(nèi)阻數(shù)據(jù)來估計所述至少一個電池單元的第二健康狀況；以及基于第一健康狀況和第二健康狀況來估計所述至少一個電池單元的健康狀況。
【文檔編號】H02J7/00GK104426209SQ201410246638
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】金鐘勛, 德米崔·尼基塔克夫, 樸正泌 申請人:三星Sdi株式會社