用于估计二次电池的充电状态的装置和方法与流程

本公开涉及一种使用扩展卡尔曼滤波器估计二次电池的充电状态的装置和方法。

本申请要求于2017年10月10日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2017-0129133的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

二次电池能够被重复地充电和放电，因此它们可以用作各种领域的电源。

例如，二次电池用于诸如移动电话、膝上型计算机、数码相机、摄像机、平板电脑和电动工具的手持设备。

此外，二次电池用于包括电动自行车、电动摩托车、电动车辆、混合动力电动车辆、电动船舶和电动飞机的各种类型的电动设备。

另外，二次电池的应用范围逐渐扩展到用于稳定地向包括用于与服务器计算机通信的基站的各种类型的信息通信设备供电的不间断电力系统(ups)或用于存储通过新的可再生能源产生的电力或冗余电力的电力存储系统。

二次电池的充电状态(soc)意指当前剩余容量与当电池完全充电时的容量的相对比率，以百分比或0和1之间的数字指示。

soc指示二次电池中剩余的能量的量，因此它是在控制二次电池的充电和放电时绝对必要的参数。在100％soc时，需要停止充电，并且在0％soc时，需要停止放电。另外，在控制二次电池的输出或估计二次电池的健康状态(stateofhealth)时也使用soc。

可以通过电流积分方法(也称为安培计数)来估计soc。这里，安培计数通过将充电电流和放电电流随时间积分来确定soc。然而，由于存在由电流传感器测量的电流与实际电流之间的差，因此单独使用安培计数估计的soc随时间的精度较低。

除了安培计数之外，还有使用被设计来模拟二次电池的电气和化学性质的等效电路模型(ecm)的算法，其中之一是扩展卡尔曼滤波器(extendedkalmanfilter)。扩展卡尔曼滤波器是一种使用可测量参数来估计系统的内部状态的概率和统计技术。

然而，随着二次电池劣化，扩展卡尔曼滤波器的准确度逐渐降低。例如，扩展卡尔曼滤波器的等效电路模型包括与二次电池的容量和电阻相关的参数，并且难以由于由二次电池的劣化引起的减小的容量和增加的电阻适当地更新等效电路模型的参数。

另外，由于扩展卡尔曼滤波器的等效电路模型被设计为模拟二次电池的线性操作特性，因此很难设计等效电路模型来准确地模拟二次电池的非线性操作特性。

技术实现要素：

技术问题

本公开是在如上所述的相关技术的背景下设计的，因此本公开旨在提供一种用于即使在其中二次电池具有非线性操作特性的区域下也更准确地估计二次电池的充电状态的装置和方法。

本公开的这些和其他目的和优点将通过以下描述理解，并且根据本公开的实施例将显而易见。另外，将容易理解的是，本公开的目的和优点通过所附权利要求中阐述的装置及其组合来实现。

技术方案

为了实现上述技术目的，一种根据本公开的使用扩展卡尔曼滤波器算法估计二次电池的充电状态的装置包括：传感器单元，其被配置为以预定周期测量二次电池的电压和电流；以及，控制单元，其可操作地耦合到传感器单元，并且被配置为：通过重复地执行使用与电流积分模型和等效电路模型相关的状态等式以及与等效电路模型相关的输出等式的扩展卡尔曼滤波器算法，基于由传感器单元测量的电压和电流，来以预定周期估计二次电池的充电状态。控制单元还被配置为基于阈值电压和所测量的电压将二次电池的操作状态确定为线性操作状态和非线性操作状态中的任何一个。控制单元还被配置为根据所确定的操作状态，确定指示电流积分模型的不准确性的第一过程噪声和指示等效电路模型的不准确性的第二过程噪声。

控制单元还可以被配置为当二次电池的操作状态被确定为线性操作状态时，将第一过程噪声设置为第一固定值并且将第二过程噪声设置为第二固定值。

控制单元还可以被配置为：当二次电池的操作状态被确定为非线性操作状态时，将第一过程噪声设置为第一固定值并且将第二过程噪声设置为第一校正值。第一校正值可以大于第二固定值。控制单元还可以被配置为基于所测量的电压和阈值电压之间的差来确定第一校正值。

控制单元还可以被配置为：当二次电池的操作状态被确定为非线性操作状态时，将第一过程噪声设置为第二校正值，并且将第二过程噪声设置为第二固定值。第二校正值可以小于第一固定值。控制单元还可以被配置为基于所测量的电压和阈值电压之间的差来确定第二校正值。

控制单元还可以被配置为：当二次电池的操作状态被确定为非线性操作状态时，将第一过程噪声设置为第三校正值，并且将第二过程噪声设置为第四校正值。第三校正值可以小于第一固定值，第四校正值可以大于第二固定值。控制单元还可以被配置为基于所测量的电压和阈值电压之间的差来确定第三校正值和第四校正值。

该装置还可以包括通信接口，该通信接口被配置为将数据发送到外部设备，该数据指示由控制单元重复地估计的二次电池的充电状态。

传感器单元还可以被配置为以预定周期测量二次电池的温度。控制单元还可以被配置为基于所测量的温度来确定阈值电压。阈值电压是用于区分线性操作状态和非线性操作状态的标准。控制单元还可以被配置为当所测量的电压高于阈值电压时将二次电池的操作状态确定为线性操作状态。控制单元还可以被配置为当所测量的电压低于阈值电压时将二次电池的操作状态确定为非线性操作状态。

有益效果

根据本公开，即使在其中二次电池具有非线性操作特性的区域下，也可以更准确地估计二次电池的充电状态。

另外，可以使用所估计的充电状态来执行控制以安全地对二次电池进行充电和放电。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求中清楚地理解本公开的这些和其他效果。

附图说明

附图说明了本公开的实施例，并且与以下详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此，本公开不应被解释为限于附图。

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池的充电状态(soc)的装置的配置的示意性框图。

图2是示出与用于图1中所示的soc估计的扩展卡尔曼滤波器算法相关的等效电路模型的示例性视图。

图3和4是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池的soc的方法的序列的流程图。

图5的(a)是示出通过在将具有36ah的相同的最大容量和10％、20％、30％、40％和50％的不同的soc的五个二次电池的温度保持在25℃时进行的恒定电流放电实验获得的放电曲线的图，且图5的(b)是示出从图5的(a)中所示的放电曲线获得的电阻变化曲线的图。

图6是示出从在各种温度条件下获得的放电曲线和电阻变化曲线确定的候选电压值的曲线图。

图7是示出随温度条件的改变的阈值电压的改变的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于一般和词典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以最佳解释的原则的基础上，基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，这里描述的实施例和附图中示出的图示仅仅是本公开的实施例，但是并不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应该理解的是，在制造发明时可以对其进行各种其他的等同和修改。

在下面描述的实施例中，二次电池意指锂二次电池。这里，锂二次电池统称为二次电池，其中锂离子在充电和放电期间用作在正电极和负电极处引起电化学反应的操作离子。

同时，应该将其解释为即使二次电池的名称根据锂二次电池中使用的电解质或隔板的类型、用于封装二次电池的封装类型和锂二次电池的内部或外部结构而改变，锂二次电池覆盖使用锂离子作为操作离子的任何二次电池。

本公开还可以应用于除锂二次电池之外的二次电池。因此，应该将其解释为本公开覆盖尽管操作离子不是锂离子，但可以应用本公开的技术方面的任何类型的二次电池。

另外，二次电池不限于构成二次电池的元件的数量。因此，二次电池应该被解释为包括：包括在封装材料中的正电极/隔板/负电极和电解质的集合的单元单体、以及单元单体的集合、包括串联和/或并联连接的多个集合的模块、包括串联和/或并联连接的多个模块的电池组、包括串联和/或并联连接的多个电池组的电池系统等。

图1是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池的充电状态(soc)的装置100的配置的示意性框图。

如附图所示，用于估计soc的装置100包括传感器单元110和控制单元120，并且电气可连接到二次电池b以使用扩展卡尔曼滤波器估计二次电池b的soc。

二次电池b电气可连接到负载130。负载130被包括在许多电动装置中，并且意指包括在通过在二次电池b被放电时供应的电能操作的电动装置中的能量消耗设备。

负载130的非限制性示例可以包括诸如电动机的旋转动力设备和诸如逆变器的电力转换设备，但是本公开不受负载130的类型的限制。

装置100还可以包括存储单元140。存储单元140不限于特定类型，并且包括能够记录和擦除信息的任何存储介质。

例如，存储单元140可以是ram、rom、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。

存储单元140可以例如通过数据总线连接到控制单元120，以允许控制单元120访问它。

存储单元140存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括由控制单元120执行的各种类型的控制逻辑的程序，和/或当执行控制逻辑时创建的数据。

存储单元140可以在逻辑上分成两个或更多个，并且可以包括在控制单元120中，但是不限于此。

传感器单元110可操作地耦合到控制单元120，以向/从控制单元120发送和接收电信号。

传感器单元110在控制单元120的控制下，以预定周期重复测量在二次电池b的正电极和负电极之间施加的电压以及流入和流出二次电池b的电流，并向控制单元120提供指示所测量的电压的信号和指示所测量的电流的信号。这里，可以在相同的时间点或不同的时间点测量电压和电流。传感器单元110可以以预定周期测量二次电池b的温度，并将指示所测量的温度的信号提供给控制单元120。

传感器单元110可包括：电压测量单元，用于测量二次电池b的电压；以及，电流测量单元，用于测量二次电池b的电流。

电压测量单元可包括本领域常用的电压测量电路。电流测量单元可包括本领域常用的霍尔传感器或感测电阻器。然而，本公开不限于此。

传感器单元110意指测量二次电池b的电压和电流的功能块，因此对于本领域技术人员来说显而易见的是，电压测量部件和电流测量部件可以物理上彼此分开。

控制单元120是可以执行使用扩展卡尔曼滤波器以预定周期估计二次电池b的soc所需的至少一个控制逻辑的部件。作为非限制性示例，控制单元120可以使用预定义为软件的扩展卡尔曼滤波器算法来估计二次电池b的soc。

为了在估计二次电池b的充电状态时利用扩展卡尔曼滤波器，需要定义状态等式和输出等式，其中二次电池b被视为系统。

状态等式和输出等式可以从等效电路模型导出。

图2是示出与用于图1中所示的soc估计的扩展卡尔曼滤波器算法相关的等效电路模型200的示例性视图。

参照图2，等效电路模型200包括具有根据二次电池b的soc而改变的电压值的开路电压源210。开路电压源210的开路电压(ocv)根据soc而改变，并且可以通过等效电路模型200被定义为诸如ocv＝f(soc)的函数。替选地，开路电压源210的ocv根据soc和温度的组合而改变，并且可以通过等效电路模型200被定义为诸如ocv＝f(soc，t)的函数。“t”表示二次电池b的温度。

开路电压源210模拟当二次电池b长时间电化学稳定时的ocv。

可以通过实验为每个soc预定义由开路电压源210形成的ocv。

也就是说，在各种soc和各种温度下测量被设计为具有与二次电池b相同的电气和化学性质的另一二次电池的ocv。随后，可以通过解释所测量的数据以函数或查找表的形式定义ocv和soc之间的相关性。

等效电路模型200还可以包括模拟二次电池b的内阻的直流电阻器220。直流电阻器220模拟当二次电池b被充电或放电时由内阻产生的内阻电压。

在对应的技术领域中，内阻电压被称为ir电压。由于ir电压，在充电期间测量的横跨两端的电压大于ocv。相反，在放电期间测量的横跨两端的电压小于ocv。可以通过实验预设置直流电阻器220的电阻值r0。

等效电路模型200可以包括模拟二次电池b的极化电压的至少一个rc电路230。rc电路230包括至少一个电阻器r1和并联连接到电阻器r1的至少一个电容器c1。

极化电压是当二次电池b被充电或放电时在正电极和负电极处累积的极化所导致的电压。可以通过实验预设置rc电路230的电阻值r1和电容c1。

根据本公开的扩展卡尔曼滤波器的状态等式和输出等式是从上述等效电路模型200导出的。

扩展卡尔曼滤波器是一种自适应软件算法，其可以使用概率和统计，考虑外部可测量的变量和系统扰动来估计动态系统的状态。

扩展卡尔曼滤波器的基本原理在本公开所属的技术领域中是公知的，并且例如，可以参考gregoryl.plett的论文“用于lipb基hev电池组的电池管理系统的扩展卡尔曼滤波，第1部分.背景(extendedkalmanfilteringforbatterymanagementsystemsoflipb-basedhevbatterypackspart1.background)”(2004年，journalofpowersource134,252-261)，其公开内容可以并入本文作为参考。

在本公开中，扩展卡尔曼滤波器的状态等式包括二次电池的soc和二次电池的极化电压作为状态变量，并且随时间更新状态变量。

详细地，状态等式可以包括基于时间离散模型的以下两个等式。

等式1：

等式2：

等式1是基于电流积分模型的soc更新等式，并且可以用于对作为两个状态变量之一的二次电池的soc进行时间更新。

等式2是基于等效电路模型200的极化电压更新等式，并且可以用于使用rc电路230对两个状态变量中的另一个，即二次电池的极化电压进行时间更新。

在等式1中，qcapacity是二次电池b的最大容量，k是时间索引，i[k]是在时间索引k处测量的电流，soc[k]是在时间索引k处的soc，△t是时间索引增加的时间间隔，r1和c1是等效电路模型200中包括的rc电路230的电阻值和电容。在等式2中，v1[k]是在时间索引k处的极化电压，即跨越rc电路230两端的电压。

表示为上述等式1和2的状态等式可以使用矩阵被表达为诸如等式3的矢量状态等式。

等式3：

等式3中的sock、v1,k和ik分别与等式1和2中的soc[k]、v1[k]和i[k]相同。等式3中的r1、c1和capacity(与等式1中的qcapacity相同)是可以使用试错(trial&error)方法进行调整或通过实验直接测量以最小化通过扩展卡尔曼滤波器估计的系统的状态误差的电特性值，并且它们是固定值或者根据二次电池b的soc或二次电池b的soh而改变的值。本领域技术人员将容易理解，根据等式3的状态等式与电流积分模型和等效电路模型200相关。

在本公开中，扩展卡尔曼滤波器算法的输出等式可以表示为时间离散模型。也就是说，输出等式使用与时间索引k处的二次电池的soc对应的ocv、极化电压和由二次电池的内阻产生的内阻电压，将二次电池的电压表示为输出变量。

详细地，在时间索引k处输出等式可以表示为以下等式4。

等式4：

vcell[k]＝vocv[k]+v1[k]+i[k]r0

在上面的等式4中，vocv[k]是在时间索引k处的二次电池b的ocv，并且是由等效电路模型200中包括的开路电压源210形成的电压。vocv[k]可以使用预定义soc和ocv之间的相关性的函数或查找表来计算。也就是说，在通过等式1获得soc之后，可以使用函数或查找表来确定与soc对应的ocv。

i[k]r0是当i[k]流过二次电池b时跨越等效电路模型200的直流电阻器220形成的内阻电压，并且可以使用在时间索引k处测量的电流值i[k]和预设置直流电阻器220的电阻值r0来确定。

控制单元120可以通过使用上述状态等式和输出等式重复执行扩展卡尔曼滤波器算法来自适应地估计二次电池b的soc。

首先，控制单元120可以如下初始化两个状态变量，即soc和极化电压v1。

初始化：

v1[0]＝0

soc[0]＝ocv^-1(vcell[0])

在上面的初始化等式中，vcell[0]表示在二次电池b的充电或放电开始时第一次测量的初始电压。另外，ocv^-1是将soc转换为ocv的函数的反函数。可以根据soc和ocv之间的预定义的相关性容易地计算soc[0]。

在上面的初始化等式中，vcell[0]表示在二次电池b的充电或放电开始时第一次测量的初始电压。另外，ocv^-1是将soc转换为ocv的函数的反函数。可以根据soc和ocv之间的预定义的相关性容易地计算soc[0]。

这里，预定义的相关性可以是查找表或查找函数。查找表可以具有允许soc和ocv之间的交叉引用的数据结构。

查找函数可以具有可以输入soc和ocv中的一个作为输入变量并且输出另一个作为输出变量的函数形式。

扩展卡尔曼滤波器对于初始条件是鲁棒的，因此状态变量的初始条件不必限于特定条件。因此，状态变量的初始条件可以任意设置，以满足由扩展卡尔曼滤波器估计的系统的状态必须不发散的条件。

控制单元120可以在每个时间步长中，即，每次时间索引增加1时使用等式1和等式2的状态等式对soc和极化电压进行时间更新。例如，等式1和等式2在k＝1时表示为以下等式1-1和2-1。

等式1-1：

等式2-1：

在等式1-1和等式2-1中，i[0]是由传感器单元110第一次测量的初始电流值。

另外，控制单元120使用以下等式5对状态变量的误差协方差进行时间更新。这里，k可以是例如1。

等式5：

在等式5中，x是状态变量，k是时间索引，w是扩展卡尔曼滤波器的过程噪声，具有附接到顶部的^符号的a和b是从状态等式获得的雅可比矩阵(jacobians)，并且t是转置矩阵运算符。具有sigma的参数表示对应参数的误差协方差。可以预设置等式5中的误差协方差的初始值，即，当k-1＝0时分配给误差协方差的值。另外，具有附接在其上的负号的误差协方差表示时间更新的协方差，并且具有附接在其上的加号的误差协方差表示紧接之前校正的误差协方差。

在等式5中，当时间索引k是1时，右侧的状态变量的误差协方差的初始值可以被预设置以防止扩展卡尔曼滤波器的发散，并且优选地可以将其设置为0。

当完成误差协方差的时间更新时，控制单元120使用传感器单元110测量二次电池b的电流i[1]和电压v[1]，并通过将时间更新的状态变量v1[1]、与soc[1]对应的测量电流i[1]和ocvvocv[1]应用于等式4来估计二次电池b的电压vcell[1]作为输出变量。也就是说，vcell[1]与以下等式4-1相同。

等式4-1：

vcell[1]＝vocv[1]+v1[1]+/[1]r0

随后，控制单元120通过将时间更新的误差协方差应用于下面的等式6，确定在时间索引k为1时的卡尔曼增益lk。

等式6：

在等式6中，具有附接到顶部的^符号的c和d是从输出等式获得的雅可比矩阵，v是扩展卡尔曼滤波器的传感器噪声，并且t是转置矩阵运算符。

随后，控制单元120通过将所确定的卡尔曼增益l、所测量的电压v[k]和时间更新的状态变量应用于以下等式来估计状态变量，以校正状态变量。

等式7：

在等式7中，x和z分别表示状态变量和输出变量，-符号表示对应状态变量是时间更新的状态变量，+符号表示对应状态变量是估计的状态变量，具有附接到顶部的^符号的变量z是二次电池b的所估计的电压vcell[k]，且顶部没有^符号的z是二次电池的实际测量的电压v[k]。

控制单元120可以通过从由等式7估计的状态变量中提取soc来估计二次电池b的soc。

控制单元120通过将所确定的卡尔曼增益、雅可比矩阵c和时间更新的状态变量的误差协方差应用于下面的等式8来校正状态变量的误差协方差。

等式8：

每当时间索引k增加1时，重复执行上述一系列计算过程。另外，在下一个计算周期中对状态变量及其误差协方差进行时间更新时使用由等式7估计的状态变量和由等式8校正的状态变量的误差协方差。

控制单元120可基于在最新时间索引k处由传感器单元110测量的电压来确定二次电池b是否进入非线性操作状态。也就是说，控制单元120可以基于在最新时间索引k处由传感器单元110测量的电压将二次电池b的操作状态确定为线性操作状态和非线性操作状态中的任何一个。

这里，非线性操作状态可以意指当二次电池b的电压等于或低于阈值电压时的操作状态。相反，线性操作状态可以意指当二次电池b的电压高于阈值电压时的操作状态。阈值电压是用于区分线性操作状态和非线性操作状态的标准，并且可以基于传感器单元110在预定时间段内测量的最新温度由控制单元120来确定。

当二次电池b处于非线性操作状态时，等效电路模型200不提供足以估计二次电池b的soc的可靠数据。也就是说，由等式2的v1[k]表示的极化电压和实际极化电压之间的差超过可允许范围。在非线性操作状态中，随着二次电池b的电压与阈值电压之间的差增加，由等式2的v1[k]表示的极化电压与实际极化电压之间的差也可能倾向于增加。

扩展卡尔曼滤波器的过程噪声分量是用于对状态变量的误差协方差进行时间更新的等式5的第二项中包括的并且可以被表示为以下等式9。

等式9：

在等式9中，σsoc²指示第一过程噪声，σv1²指示第二过程噪声。第一过程噪声表示电流积分模型的不准确性，且第二过程噪声表示等效电路模型200的不准确性。期望在电流积分模型的准确性更低时将第一过程噪声设置得更高。另外，期望在等效电路模型200的准确性更低时将第二过程噪声设置得更高。

当二次电池b处于线性操作状态时，等效电路模型200很好地模拟二次电池b的实际极化电压。然而，当二次电池b处于非线性操作状态时，尤其是来自与等效电路模型200相关的等式2的极化电压与实际极化电压之间的差可能超过可允许范围。因此，需要根据二次电池b的操作状态来调整第一过程噪声和第二过程噪声之间的比率。

当确定二次电池b处于非线性操作状态时，控制单元120改变第一过程噪声σsoc²和第二过程噪声σv1²中的至少一个。详细地，当二次电池b处于线性操作状态时，也就是说，当二次电池b不处于非线性操作状态时，第一固定值和第二固定值分别被设置为第一过程噪声和第二过程噪声中的每一个。第一固定值和第二固定值彼此相同或不同。可以预设置第一固定值和第二固定值。相反，当二次电池b处于非线性操作状态时，第一固定值和第二固定值中的至少一个被另一个值替换。

在示例中，控制单元120将第一过程噪声设置为第一固定值，并且将第二过程噪声设置为大于第二固定值的第一校正值。控制单元120可以基于由传感器单元110测量的电压与阈值电压之间的差来确定第一校正值。例如，通过从第一校正值减去第二固定值而获得的值可以与通过从在最新时间索引k处测量的电压减去阈值电压而获得的值成比例。

在另一示例中，控制单元120将第一过程噪声设置为小于第一固定值的第二校正值并且将第二过程噪声设置为第二固定值。控制单元120可以基于由传感器单元110测量的电压与阈值电压之间的差来确定第二校正值。例如，通过从第一固定值减去第二校正值而获得的值可以与通过从在最新时间索引k处测量的电压减去阈值电压而获得的值成比例。

在又一示例中，控制单元120将第一过程噪声设置为小于第一固定值的第三校正值并且将第二过程噪声设置为大于第二固定值的第四校正值。控制单元120可以基于由传感器单元110测量的电压与阈值电压之间的差来确定第三校正值和第四校正值。例如，通过从第一固定值减去第三校正值而获得的值可以与通过从在最新时间索引k处测量的电压减去阈值电压而获得的值成比例。除此之外，通过从第四校正值减去第二固定值而获得的值可以与通过从在最新时间索引k处测量的电压减去阈值电压而获得的值成比例。

预期通过类似上述示例改变第一过程噪声σsoc²和第二过程噪声σv1²中的至少一个，将显著减少在二次电池b是非线性操作状态时由于等效电路模型200的不准确性而可能增加的soc估计中的误差。

另外，即使当通过二次电池的劣化改变扩展卡尔曼滤波器的参数时，也可以保持这种效果。

也就是说，根据本公开的装置100对于受二次电池的劣化影响的二次电池的容量和内阻的改变是鲁棒的。

可选地，为了进一步增强本公开的效果，控制单元120可以另外减小传感器噪声的大小，同时调整扩展卡尔曼滤波器的过程噪声分量中包括的第一过程噪声σsoc²和第二过程噪声σv1²中的至少一个。

传感器噪声是确定卡尔曼增益的等式6中包括的并且可以被表示为以下等式10。

等式10：

在等式10中，对应于传感器噪声的σv²是可以通过试验和误差方法调整的参数。

每当时间索引增加时，控制单元120可以通过通信接口150将表示由扩展卡尔曼滤波器更新的当前soc的数据发送到外部设备(例如，电动车辆的ecu、图形用户界面)。

控制单元120可以选择性地包括处理器、专用集成电路(asic)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和本领域已知的数据处理设备，以执行上述各种控制逻辑。另外，当控制逻辑以软件实现时，控制单元120可以实现为一组程序模块。在该实例中，程序模块可以存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以在处理器内部或外部，并且可以用各种已知的计算机部件连接到处理器。另外，存储器可以包括在本公开的存储单元140中。另外，存储器统指其中存储信息的设备，而与设备类型无关，并且不意指特定的存储器设备。

显然，控制单元120的上述控制逻辑可以形成根据本公开的实施例的用于估计二次电池的状态的方法的过程。

图3和图4是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池的soc的方法的序列的流程图。

首先，在步骤s305中，控制单元120执行根据本公开的扩展卡尔曼滤波器算法。

随后，在步骤s310中，控制单元120初始化时间索引k。随后，在步骤s315中，控制单元120使用传感器单元110在初始化时间索引k处测量二次电池b的初始电压和初始电流。在该实例中，初始电压和初始电流分别对应于vcell[0]和i[0]。随后，在步骤s320中，控制单元120基于初始电压和初始电流确定两个状态变量的初始值。两个状态变量中的一个是二次电池b的soc，另一个是二次电池b的极化电压。上面描述了状态变量的初始化方法。

在步骤s325中，控制单元120将时间索引k增加1。随后，在步骤s330中，控制单元120使用扩展卡尔曼滤波器算法的状态等式对两个状态变量进行时间更新。在步骤s335中，控制单元120使用传感器单元110测量二次电池b的电压、电流和温度。

在步骤s340中，控制单元120基于由传感器单元110测量的二次电池b的温度来确定阈值电压。在s345中，控制单元120基于阈值电压和由传感器单元110测量的二次电池b的电压来确定第一过程噪声和第二过程噪声。

在步骤s350中，控制单元120基于紧接之前校正的误差协方差、第一过程噪声和第二过程噪声，对时间更新的两个状态变量的误差协方差进行时间更新。当时间索引k＝1时，紧接之前校正的误差协方差可以是预设置的初始值。

在步骤s355中，控制单元120基于时间更新的误差协方差来确定卡尔曼增益。在步骤s360中，控制单元120使用扩展卡尔曼滤波器算法的输出等式来估计二次电池b的电压。在s365中，控制单元120基于卡尔曼增益校正时间更新的误差协方差。在步骤s370中，控制单元120基于估计电压与测量电压之间的差和卡尔曼增益来校正时间更新的两个状态变量。这里，由步骤s370校正的两个状态变量中的一个是估计为当前soc的值。

因此，通过将二次电池b的soc更新为最新值来完成扩展卡尔曼滤波器算法的一个周期。以上描述了每个步骤和能够在每个步骤中使用的等式的详细描述，并且省略了多余的描述。

另外，控制单元120可以通过通信接口150将存储在存储单元140中的当前soc输出到外部设备。

可以组合控制单元120的各种控制逻辑中的至少一个，并且可以将组合的控制逻辑写入计算机可读编码系统中并存储在计算机可读记录介质中。记录介质不限于特定类型，并且包括能够由计算机中包括的处理器访问的任何类型。例如，记录介质可以包括从由rom、ram、寄存器、cd-rom、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录设备组成的组中选择的至少一个。另外，编码系统可以被调制成载波信号并在特定时间存储在通信载波中，并且可以以分布式方式在经由网络连接的计算机上存储和执行。此外，用于实现组合的控制逻辑的功能程序、代码和段可以由本公开所属的技术领域中的程序员容易地推断。

在下文中，将参考图5至图7详细描述将作为参数的阈值电压设置为用于确定二次电池b是否处于非线性操作状态的标准的过程。

图5的(a)是示出通过在将具有36ah的相同的最大容量和10％、20％、30％、40％和50％的不同的soc的五个二次电池的温度保持在25℃时进行的恒定电流放电实验获得的放电曲线的图，图5的(b)是示出从图5的(a)中所示的放电曲线获得的电阻变化曲线的图，图6是示出从在各种温度条件下获得的放电曲线和电阻变化曲线确定的候选电压值的曲线图，且图7是示出随温度条件的改变的阈值电压的改变的曲线图。

对于多个预设置温度条件中的每一个，可以通过对每个soc进行恒定电流放电测试来获得多个放电曲线，以及图5的(a)示出了在25℃的温度条件下获得的五个放电曲线。

在每个恒定电流放电测试中施加的放电电流的大小是与二次电池b的soc和温度对应的阈值电流值。可以通过混合脉冲功率表征(hppc)方法等确定与特定soc和温度对应的阈值电流值，并且该阈值电流值可以是不损坏二次电池b的放电电流的最大值。

优选地，当在特定soc和温度通过hppc方法确定的放电电流的最大值大于针对二次电池b的安全性的放电电流的给定上限值时，与特定soc和温度对应的阈值电流值可以被设置为等于放电电流的上限值。

在进行以获得图5的(a)中所示的放电曲线的恒定电流放电实验中，放电电流的上限值设置为360a。在图5的(a)中，在图的右侧指示在获得每个放电曲线时应用的阈值电流值。也就是说，对应于20％、30％、40％和50％soc的阈值电流值等于360a。这是因为针对在25℃的温度条件下的20％、30％、40％和50％soc的二次电池通过hppc方法确定的放电电流的最大值超过放电电流的上限值360a。相反，由于针对在25℃的温度条件下的10％soc的二次电池通过hppc方法确定的放电电流的最大值200a低于放电电流的上限值360a，200a被施加作为阈值电流值。

可以通过对每个放电曲线应用以下等式11来获得每个电阻变化曲线。

等式11：

在等式11中，t可以是时间，ith可以是与特定soc和温度对应的阈值电流值，v(t)可以是在t处二次电池的电压，并且ocv可以是与二次电池的特定soc和温度对应的ocv。ith和ocv是针对特定充电状态和温度提前给定的值，并且v(t)是能够从针对特定充电状态和温度的放电曲线中提取的值。

在确定在其处每个电阻变化曲线达到预设置的阈值变化rth的时间点之后，将所确定的时间点处的每个放电曲线的电压值记录为候选电压值。因此，对于每个温度条件，可以记录多个候选电压值。

参照图5的(a)和(b)，可以记录与在25℃的温度条件下针对五个soc中的每一个获得的放电曲线中的每一个相关的五个候选电压值。详细地，参照图5的(b)，五个电阻变化曲线按顺序在五个时间点t1、t2、t3、t4和t5达到阈值变化rth。也就是说，当给定阈值变化rth时，可以确定在其处每个电阻变化曲线达到阈值变化rth的时间点。随后，可以确定在五个所确定的时间点t1、t2、t3、t4和t5处的图5的(a)中示出的每个放电曲线的电压。

参照图6，示出了在45℃、25℃、10℃、0℃和-10℃的各种温度条件中的每一个下记录的候选电压值。为了帮助理解，在相同温度条件下记录的候选电压值通过按顺序利用直线将它们连接来分组。一起参照图5的(a)和(b)，在25℃的温度条件下确定的五个候选电压值中，时间点t3处的候选电压值最高。因此，在25℃的温度条件下，可以将时间点t3处的候选电压值设置为阈值电压。

以相同的方式，用于图6中所示的剩余温度条件45℃、10℃、0℃和-10℃中的每一个的阈值电压可以被设置，并且这能够通过图7看出。如图7所示，阈值电压可能随着温度增加而趋于增加。可以使用插值等来设置用于除了恒定电流放电测试中使用的温度之外的温度的阈值电压。

基于上面参照图5至图7描述的针对每个温度条件设置阈值电压的操作可以通过控制单元120来执行。也就是说，当从存储单元140等提供针对特定温度条件的至少一个放电曲线时，控制单元120可以确定在其处与每个放电曲线对应的电阻变化曲线达到阈值变化rth的时间点，将在所确定的时间点的每个放电曲线的电压记录为候选电压值，并将在相同温度条件下记录的候选电压值中的任何一个设置为用于特定温度条件的阈值电压。当然，针对每个温度条件的阈值电压可以以查找表的形式被预存储在存储单元140中。当从传感器单元110发送的指示二次电池b的温度的信号异常时，控制单元120可以从多个阈值电压设置针对多个温度条件中的最高温度的阈值电压。

在描述本公开的各种实施例时，应该理解，由“单元”指定的部件是在功能上而不是在物理上分类的元件。因此，每个部件可以选择性地与其他部件组合，或者可以被分成子部件以有效地执行(一个或多个)控制逻辑。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，即使部件被组合或分开，如果确认功能的相同性，则组合或分开的部件应被解释为在本公开的范围内。

尽管已经关于有限数量的实施例和附图在上文中描述了本公开，但是本公开不限于此，并且应当理解，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内由本领域技术人员进行各种修改和改变。

参考标号的描述

b：二次电池

100：用于估计充电状态的装置

110：传感器单元

120：控制单元

130：负载

140：存储单元

150：通信接口

200：等效电路模型