用于诊断电池劣化的装置和方法与流程

本申请要求基于2017年10月30日提交的韩国专利申请no.10-2017-0142607的优先权，并且该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及电池领域，更具体地，涉及一种用于诊断电池劣化的装置和方法。

背景技术：

通常，电动车辆或混合动力电动车辆在电驱动模式下使用存储在电池中的电能来驱动汽车。

此时，使用的电池通常能够具有高适用性，具有诸如高能量密度的电特性的电池具有使用蓄电池或二次电池并且可以减少化石燃料的使用的主要优点并且具有不存在使用能源的副产品的优点。因此，电池作为环境友好和提高能量效率的新能源而备受关注。

因此，电池通常应用于由电驱动源驱动的电动车辆(ev)以及便携式设备或能量存储系统(ess)，并且已经积极进行对电池管理系统(bms)、电池平衡电路和继电器电路的研究和开发以实现更有效的电池管理。

特别地，在将锂电池应用于ess(能量存储系统)的情况下，需要长寿命特性。然而，当锂电池经历数百个循环时，发生气体产生、锂电镀、电解质分解、副产物积聚和诸如瞬时压降的突然下降现象。因此，需要一种在锂二次电池的循环期间发生突然下降之前区分二次电池是否劣化的方法。

近年来，为了节省，电动车辆中使用的电池已被重新用作用于ess的电池。因此，诊断电池的健康状态很重要。

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个目的是提供一种用于诊断电池劣化的装置和方法。

本发明的另一个目的是提供一种电池劣化诊断装置和方法，其能够通过测量电池单体的微小电流来测量电池的劣化程度。

本发明的另一个目的是提供一种用于在电池循环期间发生突然下降之前区分电池是否劣化的装置和方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于诊断电池劣化的装置，包括：电池，其包括至少一个单体；充电单元，其被配置为对单体进行充电并在被充电的单体稳定的稳定时间期间执行切断；感测单元，其被配置为相对于时间测量单体的电流；以及，控制器，其被配置为通过使用所测量的电流来检测所测量的电流的转折点，在与转折点对应的时间点之后的第一时段期间计算所测量的电流的斜率，并且通过将所测量的电流的斜率与参考单体的斜率进行比较来诊断单体是否已经劣化，其中参考单体是尚未劣化的单体。

在此，在稳定时间期间单体的电流可以大于0ma。

在此，感测单元可以以ma为单位相对于时间测量完全充电单体的流动电流。

在此，控制器可以将所测量的电流的斜率的绝对值与参考单体的电流的斜率的绝对值进行比较，并且如果所测量的电流的斜率的绝对值大于参考单体的电流的斜率的绝对值，控制器可以诊断出单体已经劣化。

在此，单体的稳定时间可以长于参考单体的稳定时间。

此外，根据本发明的另一方面，提供了一种诊断包括至少一个单体的电池的劣化的方法，包括：对单体进行充电并在被充电的单体稳定的稳定时间期间执行切断；相对于时间测量单体的电流；通过使用所测量的电流来检测所测量的电流的转折点，并在与转折点对应的时间点之后的第一时段期间计算所测量的电流的斜率；通过将所测量的电流的斜率与参考单体的斜率进行比较来诊断单体是否已经劣化，其中参考单体是尚未劣化的单体。

在此，在稳定时间期间单体的电流可以大于0ma。

在此，电流的测量可以包括以ma为单位相对于时间测量完全充电单体的流动电流。

在此，诊断可以包括：将所测量的电流的斜率的绝对值与参考单体的电流的斜率的绝对值进行比较；如果所测量的电流的斜率的绝对值大于参考单体的电流的斜率的绝对值，则诊断出单体已经劣化。

在此，单体的稳定时间可以长于参考单体的稳定时间。

有益效果

根据本发明，可以提供一种用于诊断电池劣化的装置和方法。

此外，根据本发明，可以提供一种能够通过测量电池单体的微小电流来测量电池的劣化程度的电池劣化诊断装置和方法。

此外，根据本发明，可以提供一种用于在电池循环期间发生突然下降之前区分电池是否劣化的装置和方法。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的电池劣化诊断装置的配置的框图。

图2是根据本发明的实施例的单体的时间(h)-电流(ma)图。

图3是根据本发明的另一实施例的电池劣化诊断方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述根据本发明的用于诊断电池劣化的装置和方法。

图1是示出根据本发明的实施例的电池劣化诊断装置的配置的框图。

在下文中，将参考图1描述根据本发明的电池劣化诊断装置。

参考图1，根据本发明的电池劣化诊断装置1包括电池10、充电单元20、感测单元30和控制器40。

电池10包括例如单元单体或单个单体的至少一个单体c，并且连接到充电单元20。单体(c)通过充电单元20充电或放电。

充电单元20对单体(c)进行充电。

更具体地，充电单元20以预定的c-速率在恒定电流模式下对充电状态(soc)为0(soc0)的单体c进行充电，并且当通过感测单元30测量的单体c的电压对应于充电结束电压时，通过切换到恒定电压模式，能够通过恒定电压对单体c进行充电。

在此，c-速率是电流速率，其是用于在单体(c)的充电/放电期间在各种使用条件下预测或指示单体(c)的电流值设置和可用时间的单位，并且能够根据诸如电池的容量、负载等各种因素来确定c-速率值的设置。

此外，充电单元20可以执行用于在其期间电池c能够被充分稳定的例如10小时的稳定时间的时间切断，替代在恒定电压模式下的电流切断。这里，稳定时间可以是用于稳定单体c的电流、电压和容量的时间，单体c的电流、电压和容量是波动的。此时，稳定时间防止单体c的电流变为0ma。

在初始单体(未劣化单体，下文中称为参考单体(未示出))的情况下，当单体达到稳定时间时没有电流流动，稳定时间是达到完全稳定状态(此时，电流为0ma)所需的时间，但随着单体(c)的充电和放电次数增加并且单体(c)的循环重复(即，高温循环状态的单体)，在恒定电压模式下的单体(c)的稳定时间变得比参考单体的稳定时间长。因此，在劣化的单体的情况下，甚至在稳定时间期间也会流过剩余电流。在下文中，假设单体c是高温循环单体。

因此，可以通过使用在稳定时间的单体c的时间(h)与电流(ma)曲线来诊断单体c是否劣化。稍后将描述根据本发明的实施例的用于诊断单体c的劣化的具体方法。

尽管已经描述了充电单元20用于在恒定电流模式-恒定电压模式充电方案(cccv充电方案)下对单体c进行充电，但是本发明的充电模式不限于此。

感测单元30测量微细区域(fineregion)中的参考单体和单体c的电流(例如，浮动电流)(例如，可以使用ma单位，但不限于此)，并且测量的电流被发送到控制器40。

具体地，仅在感测单元30的稳定时间内以ma为单位测量处于充电状态的参考单体的电流，以ma为单位测量处于充电状态的单体c的电流，并且测量的结果被传送到控制器40。

感测单元30可以是ec实验室设备，但是本发明不限于此。

控制器40通过使用参考单体和单体c的测量电流来诊断单体c是否劣化。

在下文中，将参考图2描述用于通过根据本发明的控制单元40诊断单体c是否劣化的特定方法。

图2是示出根据本发明的实施例的单体c中的电流的曲线图。

控制器40使用单体c的时间(h)-电流(ma)曲线图检测参考单体和单体c的转折点pi和ph，计算在与转折点对应的时间之后的诊断时段t期间在单体中测量的参考单体和单体c的电流斜率k1和k2，并根据计算结果诊断单体c是否已经劣化。

此时，斜率(k：k1、k2)能够通过以下等式1计算。

[等式1]

k＝电流/时间

具体地，控制器40在稳定时间10h期间检测单体c的时间(h)-电流(ma)曲线图中的参考单体的转折点pi，并计算作为在与转折点pi对应的时间之后的诊断时段t期间参考单体的电流改变量的斜率k1。

控制器40还在稳定时间10h期间检测在时间(h)-电流(ma)曲线图中单体c的转折点ph，计算作为相对于与转折点ph对应的时间之后的诊断时段t的单体c的电流改变量的斜率k2。

此后，控制器40将单体c的斜率k2的绝对值与参考单体的斜率k1的绝对值进行比较，并且如果单体c的斜率k2的绝对值大于参考单体的斜率k1的绝对值，则单体c被诊断为其中劣化已经进行的单体。此外，控制器40诊断与单体c的斜率k2的绝对值成比例的单体c的劣化程度。

如上所述，在参考单体的情况下，当达到稳定时间时电流不流动，但是当通过增加单体的充电和放电的次数来重复单体的循环时，单体c的稳定时间变得比参考单体的稳定时间长。因此，在单体c的情况下，即使在稳定时间期间剩余电流也流动，使得劣化的单体c的斜率k2的绝对值变得大于参考单体的斜率k1的绝对值，并且单体c的斜率k2的绝对值越大，单体c的劣化程度越大。

尽管上面已经描述了感测单元30测量参考单体的电流，但是关于参考单体的电流的信息可以预存储在控制器40中，并且本发明不限于此。

已经解释了感测单元30和控制器40被分开配置，但是感测单元30和控制器40可以被集成，并且本发明不限于此。

图3是根据本发明的实施例的电池劣化诊断方法的流程图。

在下文中，将参考图3描述根据本发明的实施例的电池劣化诊断方法。

在步骤s10中，充电单元20在恒定电流模式和恒定电压模式下对单体c进行充电。

将参考图1描述通过充电器20对单体c进行充电的具体方法，且这里将省略其详细描述。

在步骤s20中，充电单元20在恒定电压模式下在稳定时间期间对单体c执行时间切断。

将参考图1描述通过充电单元20在恒定电压模式下在稳定时间期间执行对单体c的时间切断的细节，且这里将省略其详细描述。

在步骤s30中，如图2所示，控制器40使用单体的时间(h)-电流(ma)曲线图检测单体的转折点pi和ph，并计算在与转折点对应的时间之后的诊断时段(t)期间的单体的斜率(k1，k2)。

将参考图2描述控制器40如何计算单体的斜率k1和k2的细节，且这里将省略其详细描述。

在步骤s40中，控制器40将单体c的斜率k2的绝对值与参考单体的斜率k1的绝对值进行比较，并且如果单体c的斜率k2的绝对值比参考单体的斜率k1的绝对值大，则单体c被诊断为其中劣化已经进行的单体。

将参考图2描述控制器40诊断单体的劣化的细节，且这里将省略其详细描述。