测量电池劣化程度的方法、管理电池的装置和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月18日提交的韩国专利申请第10-2019-0045568号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

本发明涉及一种用于管理车辆电池的装置和方法，并且更具体地，涉及一种包括通过使用检测到的电池劣化程度来进行电池充电和放电控制以及电池诊断的用于检测电池劣化程度并提高管理效率的装置和方法。

背景技术：

与内燃机车辆不同，电动车辆通常是无污染的车辆，其中驱动电机利用存储在电池中的电能进行操作，并且车轮通过电机通过动力传输系统旋转。随着严重的环境污染以及石油资源的枯竭对人类造成困扰，开发低污染的电动车辆引起了人们的关注。

大多数电动车辆通过利用电池的电力来操作交流(ac)或直流(dc)电机来获取动力。电动车辆通常被分类为电池电动车辆和混合动力电动车辆。在电池电动车辆中，电机利用电池的电力来运行，并且当电力用完时对电池充电。在混合动力电动车辆中，使用通过操作发动机发电的方法对电池充电，并且利用充电的电池的电力来运行电机。

这样，电动车辆的性能直接受到电池性能的影响。因此，电池性能应该很高，并且有必要通过测量电池的电压、电流等来有效地管理电池的充电和放电。在此，作为安装在车辆中的电池控制器的电池管理系统(bms)适当地管理电池的充放电特性。但是，随着电池寿命的减少，电池可能无法充分充电。

另外，当由于用户的错误而使电池长时间放电时，电池中的活性物质被固定，因此电池的寿命缩短(电池劣化)。如上所述，当将用于在电池的初始寿命阶段测量电池充电量的算法应用于已经劣化的电池时，在诊断电池状态时会出现明显的错误。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种用于确定电池劣化程度以便提高诊断电池状态的准确性的装置和方法。

本发明还旨在提供一种使用电池劣化估计方法来管理电池以提高诊断电池状态的准确性的装置和方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种测量电池劣化程度的方法，该方法包括：当开始对电池充电时确定充电方法；当开始对所述电池充电时，对电压、电流和温度中的至少一项进行存储；以及当所确定的充电方法是恒定电流(cc)充电时，通过将相对于所述电池的充电电压的增加的所述电池的充电容量的增加与cc部soh映射表进行比较来确定电池的健康状态(soh)，或者当所述确定的充电方法为恒定电压(cv)充电时，通过将所述电池的充电容量的增加和所述电池的充电时间中的至少一项与cv部soh映射表进行比较来确定所述电池的所述soh。

开始对电池充电的充电方法的确定可以包括：当开始对所述电池充电时，将所述电池的满充电状态与所述电池的充电状态进行比较；基于所述比较来确定cc充电部和cv充电部中的至少一个；以及基于所确定的充电部来确定cc充电和cv充电中的一个。

所述电池的所述满充电状态可以由所述电池的有效最大充电容量和有效最大输出电压中的至少一项来确定，并且当开始对所述电池充电时，所述电池的所述充电状态由电池容量状态和输出电压中的至少一项来确定。

所述cc部soh映射表可以是根据所述电池的每个soh关于在特定电压下的电池容量的一组信息。

通过将相对于所述电池的充电电压的增加的所述电池的充电容量的增加与所述cc部soh映射表进行比较来确定所述电池的所述soh可以包括：通过将关于从所述cc部soh映射表中选择的至少一个特定于电压的电池容量的信息与相对于所述电池的充电电压的增加的所述电池的充电容量的增加进行比较，来确定所述电池的所述soh。

所述cv部soh映射表可以是根据所述电池的每个soh的cv部充电容量信息和cv部充电时间信息的集合。

通过将所述电池的充电容量的增加和所述电池的充电时间中的至少一项与所述cv部soh映射表进行比较来确定所述电池的所述soh可以包括：通过将从所述cv部soh映射表中选择的cv部充电容量增加信息和充电时间信息中的至少一项与所述电池的充电容量的增加和所述电池的充电时间的增加中的至少一项进行比较，来确定所述电池的所述soh。

根据本发明的另一方面，提供一种考虑电池劣化的管理电池的方法，该方法包括：开始对电池充电；通过使用基于所述电池的状态而选择的cc充电和cv充电中的至少一种来测量所述电池的劣化程度；以及通过使用基于测量的所述电池的劣化程度而选择的电池充电和放电算法，对所述电池充电。

该方法还可以包括通过使用基于测量的所述电池的劣化程度而选择的电池诊断算法来诊断所述电池的状态。

该方法可以进一步包括，当选择cc充电时，通过将相对于电池的充电电压的增加的电池的充电容量的增加与cc部soh映射表进行比较来确定电池的soh。

所述cc部soh映射表可以是根据所述电池的每个soh关于在特定电压下的电池容量的一组信息。

通过将相对于所述电池的充电电压的增加的所述电池的充电容量的增加与所述cc部soh映射表进行比较来确定所述电池的所述soh可以包括：通过将与从所述cc部soh映射表中选择的关于至少一个特定于电压的电池容量的信息与相对于所述电池的充电电压的增加的所述电池的充电容量的增加进行比较，来确定所述电池的所述soh。

该方法还可以包括：当选择cv充电时，通过将电池的充电容量增加和电池的充电时间中的至少一项与cv部soh映射表进行比较，确定电池的soh。

所述cv部soh映射表可以是根据所述电池的每个soh的cv部充电容量信息和cv部充电时间信息的集合。

通过将所述电池的充电容量的增加和所述电池的充电时间中的至少一项与所述cv部soh映射表进行比较来确定所述电池的所述soh可以包括：通过将从所述cv部soh映射表中选择的cv部充电容量增加信息和充电时间信息中的至少一项与所述电池的充电容量的增加和所述电池的充电时间的增加中的至少一项进行比较，来确定所述电池的所述soh。

根据本发明的另一方面，提供一种考虑电池劣化的管理电池的装置，该装置包括电池控制器、电池状态存储器、充电方法确定器和电池劣化确定器。

充电方法确定器可以基于将电池的满充电状态与开始对电池充电时的电池状态进行比较的结果，确定cc充电和cv充电中的至少一项。

电池劣化确定器可以包括cc部soh确定器和cv部soh确定器中的至少一项。

电池控制器可以通过考虑电池劣化来执行电池充电和放电控制以及电池诊断中的至少一项。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施方式，本发明的上述和其他目的、特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加明显，其中：

图1是示出根据本发明示例性实施方式的用于管理电池的装置的框图；

图2是示出根据现有技术的电池的容量劣化的概念图；

图3是示出根据现有技术的电池的电阻劣化的概念图；

图4是示出根据本发明示例性实施方式的在恒定电流(cc)恒定电压(cv)充电中电池劣化程度的概念图；

图5a是示出根据本发明示例性实施方式的在cc充电部中充电容量相对于电池劣化程度的变化的概念图；

图5b是示出根据本发明示例性实施方式的确定cc充电部中的电池劣化程度的方法的概念图；

图6是示出根据本发明示例性实施方式的确定cv充电部中的电池劣化程度的方法的概念图；

图7是示出根据本发明示例性实施方式的cv充电部中的充电时间与电池劣化程度之间的关系的概念图；

图8是示出根据本发明示例性实施方式的确定电池劣化程度的方法的流程图；以及

图9是示出根据本发明示例性实施方式的考虑电池劣化程度的管理电池的方法的流程图。

具体实施方式

由于可以对本发明进行各种修改并具有各种实施方式，因此将在附图中示出并详细描述一些实施方式。然而，这并不旨在将本发明限制为特定的实施方式，并且应当理解，本发明的范围涵盖了从本实施方式衍生的本发明的技术精神之内的所有修改、变更、等同和替换。

尽管使用诸如第一和第二之类的术语来描述各种元素，但是这些元素不应受到这些术语的限制。该术语仅用于将一个元素与其他元素区分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，第二元素可以被称为第一元素。术语“和/或”包括多个相关列出的项目的任何一个或全部组合。

应当理解，当元素被称为“连接”或“耦接”到另一个元素时，该元素可以直接连接或耦接到另一个元素，或者可以存在中间元素。应该理解的是，仅当一个元素被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元素时，才没有中间元素。

在本说明书中使用的术语是出于描述本文阐述的实施方式的目的，并且不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式。应当理解，当在本文中使用时，术语“包括”，“具有”等规定了所述特征、整数、步骤、操作、元素、部件及其组合的存在，并且不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件及其组合。

本文所使用的包括技术和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来解释。当在本说明书中定义任何术语时，应相应地解释该术语。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。在描述本发明时，为了帮助整体理解本发明，相同的元素可以具有相同的附图标记，并且将不重复相同元素的描述。

图1是示出根据本发明示例性实施方式的用于管理电池的装置的框图。

参照图1，根据本发明示例性实施方式的用于管理电池的装置100包括电池控制器110、电池状态存储器120、充电方法确定器130和电池劣化确定器140。

当安装在电动车辆中的电池被反复充电和放电时，性能劣化，并且寿命耗尽。通常，电池的老化是通过测量其内部电阻的变化来检测的。如图3所示，当电池最初在工厂生产并装运时，内部电阻非常小。随着电池的反复充电和放电，内部电阻增大，以至于高到可能无法将电能传输到电子装置。

因此，为了增加电池的寿命，有必要有效地管理充电和放电。随着电池的内部电阻改变，电池的容量也改变，并且可以使用电池的内部电阻和温度来估计健康状态(soh)。

同时，在以下示例性实施方式中，充电状态(soc)指示电池充电状态。例如，当电池充满电时，soc可以是100％，并且当电池完全放电时，soc可以是0％。同样，soh指示电池的预期剩余寿命、或者满充电容量或劣化的电池相对于电池初始生产时的满充电容量的劣化程度。例如，新电池的soh可以为100％，并且寿命已耗尽的电池的soh可以为0％。

在本发明的以下示例性实施方式中，电池的劣化程度和soh可以指示相对于电池初始状态的劣化程度，并且可以根据示例性实施方式一起使用(例如，劣化程度或soh为80％，可以指示电池与电池初次生产时相比具有80％的充电容量或寿命)。根据电池电压和充电容量之间的soh特定关系，如图2所示，当soh降低时，在相同电池电压下电池充电容量减小。

因此，当在测量(包括估计，确定等)电池soc中考虑电池soh(电池劣化程度)时，可以更精确地测量电池soc。当甚至在电池充电和放电控制、电池状态诊断等中考虑电池soh时，可以更准确和有效地执行控制、诊断等。

为此，根据本发明的示例性实施方式的用于管理电池的装置100的电池控制器110通过控制电池状态存储器120、充电方法确定器130和电池劣化确定器140来确定(包括测量、估计等)电池劣化程度，并通过根据确定的电池劣化程度选择和应用控制电池充电和放电所需的算法来控制电池充电和放电或诊断电池状态。

另外，电池控制器110可以通过防止电池过充电和过放电来均匀地控制电池单元之间的电压。另外，电池控制器110可单独地或与主控制单元(mcu)(未示出)相关联地执行诸如电池电量水平检测(包括计算，测量等)、电池寿命估算、电池单元平衡、温度管理、诊断算法的选择性应用、保护算法的选择性应用、以及车内通信的功能。

根据本发明的示例性实施方式的电池状态存储器120测量电池的电压、电流、充电容量和温度，并将该值存储为电池状态信息。通常，电池的soh和充电容量可能会受到电池温度的影响。因此，可以根据电池温度来测量电池的电压、电流和充电容量。

根据本发明示例性实施方式的充电方法确定器130将电池的满充电状态与电池开始充电时的电池状态进行比较，并基于比较结果确定电池状态是对应于恒定电流(cc)充电部还是恒定电压(cv)充电部。随后，充电方法确定器130基于所确定的充电部，选择(包括确定)采用恒定电流的cc充电和采用恒定电压的cv充电中的一种。

例如，如图4所示，在对电池充电时，可以根据电池状态选择cc充电部410或cv充电部420(cc充电部410和cv充电部420的长度可以根据电池状态和实现方法而变化)。

同时，可以通过电池的有效最大充电容量和有效最大输出电压中的至少一个来确定电池的满充电状态，并且当开始对电池充电时，电池充电状态可以由开始充电时的电池容量状态和电池的输出电压中的至少一项来确定。

根据本发明示例性实施方式的电池劣化确定器140根据由充电方法确定器130确定的充电方法和基于存储在电池状态存储器120中的电池状态信息确定的电池充电方法，使用cc充电soh确定器150或cv充电soh确定器160来确定电池劣化程度。

换句话说，当电池充电方法是cc充电时，电池劣化确定器140的cc充电soh确定器150通过将相对于电池的充电电压的增加的电池的充电容量的增加与cc部soh映射表进行比较，来确定电池的soh。

cc部soh映射表是根据电池的soh关于在特定电压下的电池容量的一组信息。根据本发明示例性实施方式的cc部soh映射表如表1所示。表1是根据多个soh状态关于在3.8v至4.25v的充电电压下的电池容量的一组信息。本发明不限于表1，且cc部soh映射表可以是在更多数量的充电电压和电池soh下的一组电池容量信息。

[表1]

此外，根据本发明示例性实施方式的cc部soh映射表不必限于特定值，并且可以示出某些值范围。换句话说，cc部soh映射表可以示出某些范围，例如3.80v至3.85v的充电电压(而不是3.8v)，9.05ah至9.15ah的充电容量(而不是9.10ah)以及97.5％至97.9％的soh(而不是97.7％的soh)。

同时，在通过将相对于电池的充电电压的增加的电池的充电容量的增加与cc部soh映射表进行比较来确定电池的soh时，根据本发明示例性实施方式的cc充电soh确定器150可以通过将一定数量或更多数量的关于特定于电压的电池容量的信息与电池容量的增加(相对于cc部soh映射表中电池充电容量的增加)进行比较，来确定电池的soh。

例如，参考表1，当电池的充电电压从3.8v增加到3.9v时，电池容量可以从8.67ah增加到14.84ah。在这种情况下，可能无法将soh直接确定为97.7％，且也可以考虑在下一部分(3.9v和4.0v之间的部分)中电池容量的增加来确定电池soh(要考虑的部分数量可能会因使用方法和环境的不同而有所差异)。这里，用于确定电池soh的关于特定于电压的电池容量的信息可能会根据使用方法和环境而有所不同。

根据本发明示例性实施方式的cc部soh映射表可以由如图5a所示的曲线图表示。而且，在特定电压部分中，可以通过近似等式(approximationequation)来表示与电池充电容量相对应的soh。当该关系如图5b所示时，等式1近似于在3.7v至4.2v的电池电压下的充电容量与soh之间的关系。

[等式1]

y＝–0.5205x⁴+60.904x³–2670.9x²+52030x–379836；r²＝1

这里，x是充电容量，且y是soh值。r表示等式1的近似程度。

同时，当电池充电方法是cv充电时，电池劣化确定器140的cv充电soh确定器160通过将在cv部soh映射表中关于电池的充电容量增加的信息和关于电池的充电时间增加的信息中的至少一项与cv充电时电池的充电容量的增加和cv充电时电池的充电时间的增加中的至少一项进行比较，来确定电池的soh。

根据本发明的示例性实施方式的cv部soh映射表是根据电池的soh的cv部电池容量信息和cv部充电时间信息的集合。例如，如图6所示，根据电池的sohs和cv部充电容量的增加通过收集关于cv部充电时间的信息，可以生成cv部soh映射表。

换句话说，可以使用关于基于100％的soh的cv部结束时间的信息和关于基于100％的soh的充电容量增加的信息中的至少一项来确定电池的soh。

像等式1一样，在特定的电压部分中，可以通过近似等式来表示与电池充电容量相对应的soh。如图7所示，等式2示出了cv充电时间与soh之间的关系710的近似720。

[等式2]

y＝–1e-0.8x³+8e-0.5x²-0.2059x+260.83；r²＝0.9935

这里，x是充电时间，且y是soh值。r表示等式2的近似程度。

同时，cv部soh映射表可以是一组特定值范围，而不是像cc部soh映射表那样的一组特定值。接下来，下面将描述根据本发明示例性实施方式的测量电池劣化程度的方法。

图8是示出根据本发明示例性实施方式的确定电池劣化程度的方法的流程图。

图8所示的根据本发明示例性实施方式的确定电池劣化程度的方法是，根据图1所示的本发明示例性实施方式的通过使用用于管理电池的装置100来确定电池劣化程度的方法的示例性实施方式。

首先，确定要充电的电池的充电方法(s810)。为此，将电池的满充电状态与充电开始时的电池状态进行比较，并基于比较结果，判断cc充电部和cv充电部中的哪一个与充电开始时的电池状态相对应。

随后，基于所确定的充电部来选择(确定)cc充电和cv充电中的适当的一种。然后，存储关于电池状态的信息(s820)。所存储的电池状态信息包括电池的电压、电流、充电容量和温度。

随后，确定哪种充电方法是所确定的充电方法(s830)。当确定的充电方法为cc充电时(s840)，调用cc部soh映射表(s850)，并将关于充电的电池的电压和充电容量的增加的信息与被称为cc部soh映射表中的特定于电压的充电容量的信息进行比较(s860)。

在这种情况下，如上所述，根据实现方法，可以将显示值范围的cc部soh映射表用于比较，并且可以比较特定数量或更多数量的特定于电压的充电容量信息。通过这样的比较来确定(决定)电池的soh(s870)。

同时，当所确定的充电方法是cv充电时(s880)，调用cv部soh映射表(s890)，并且将在cv充电时电池的充电时间增加和充电容量的增加中的至少一项与关于被称为cv部soh映射表中的特定于soh的充电容量增加和充电时间增加的对应信息进行比较(s895)。

在这种情况下，如上所述，根据实现方法，可以将示出值范围的cv部soh映射表用于比较。通过这样的比较来确定(决定)电池的soh(s870)。接下来，下面将描述根据本发明示例性实施方式的考虑电池劣化程度的管理电池的方法。

图9是示出根据本发明示例性实施方式的考虑电池劣化程度的管理电池的方法的流程图。

图9所示的根据本发明示例性实施方式的考虑电池劣化程度的管理电池的方法是基于图1所示的根据本发明示例性实施方式的用于管理电池的装置100和图8所示的根据本发明示例性实施方式的确定电池劣化程度的方法来控制电池充电和放电并诊断电池的方法。

首先，开始电池充电(s910)，并且在cc充电和cv充电之间确定一种电池充电方法(s920)。以上述方式确定电池充电方法。

随后，存储以上已经总体描述的关于电池状态的信息(s930)。基于所确定的电池充电方法和电池状态信息来执行cc充电或cv充电中的上述电池soh确定(s940)。

然后，基于关于所确定的电池soh的信息来选择用于所确定的电池soh的适当的电池充电和放电算法，并且控制电池的充电和放电(s950)。否则，基于如上所述确定的关于电池soh的信息来选择用于电池soh的适当的电池诊断算法，并且使用电池诊断算法来诊断电池(s950)。

如上所述，由于通过考虑电池劣化程度来执行针对电池劣化程度优化的诊断算法选择和应用和/或充放电控制，因此可以根据电池劣化准确地估计电池soc并重置可用soc，使得可以延长电池的使用寿命。此外，由于根据电池充电量的故障诊断的准确性得以提高，因此可以减少电池诊断中要诊断的项目的数量。

根据本发明，通过将电池劣化程度应用于电池状态的测量，可以提高测量精度。另外，由于可以针对电池状态适当地管理和控制电池，因此可以增加电池寿命并改善性能。

尽管已经将上述元件描述为单独的装置，但是为了便于描述和更好地理解，该描述仅是示例性的，并且可以在本发明的技术范围内以各种形式实现这些元件。例如，电池状态存储器120和充电方法确定器130可以被集成到一个模块中或者被分为两个或多个装置。

根据本发明的示例性实施方式的方法可以以程序命令的形式实现，该程序命令可以由各种计算装置执行并且被记录在计算机可读介质中。计算机可读介质可以单独地或组合地包括程序命令、数据文件、数据结构等。记录在计算机可读介质中的程序命令可以针对本发明进行专门设计或构造，或者对于计算机软件领域的普通技术人员来说是众所周知的和可用的。

计算机可读介质的示例包括硬件装置，例如专门设计用于存储和执行程序命令的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和闪存。程序命令的示例不仅包括由编译器生成的机器语言代码，而且包括可由计算机使用解释器执行的高级语言代码。上述硬件装置可以被配置为用作至少一个软件模块以执行本发明的操作，反之亦然。

记录在计算机记录介质中的根据本发明的实施方式可以应用于计算机系统。该计算机系统可以包括至少一个处理器、存储器、用户输入装置、用户输出装置和存储单元。上述组件通过总线执行通信。另外，计算机系统可以进一步包括耦接到网络的网络接口。处理器可以是中央处理单元(cpu)或用于处理存储在存储器和/或存储单元中的指令的半导体装置。存储器和存储单元可以包括各种形式的易失性或非易失性介质。例如，存储器可以包括只读存储器(rom)或随机存取存储器(ram)。因此，本发明的实施方式可以体现为由计算机或包括计算机中存储的程序可执行指令的非暂时性计算机可读介质实现的方法。当由处理器执行时，计算机可读命令可以执行根据本发明的至少一个方面的方法。

上面已经参考示例性实施方式详细描述了本发明。然而，上述实施方式仅是示例，并且本发明的范围不限于此。本发明所属技术领域的普通技术人员应该能够在本发明的技术精神内，根据以上描述进行各种修改和变更。因此，本发明的范围应由所附权利要求书限定。