专利名称：在电池管理系统中测量电池的充电状态的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电池管理系统中测量电池的SOC (充电的状态)的方法及其装置，更 具体地涉及使用简单的等效电路根据希望的条件在电池管理系统中将SOCi (基于电流的 充电状态)或SOCv(基于电压的充电状态)设置为电池的SOC的方法、及其装置。
背景技术：
具有使用汽油或重油的内燃机的汽车通常对产生污染(如大气污染)具有严重影 响。因此，为了降低污染的产生，已作出许多努力来开发混合动力车辆或电动车辆。近来，已开发使用高能量密度、非水电解质的大功率二次电池。为了形成大容量二 次电池，可以设置多个高功率二次电池并且将它们串联连接。如上所述，大容量二次电池(以下，称为“电池”)通常是由串联连接的多个二次电 池组成。对电池、尤其是HEV电池来说，由于多个或数十个二次电池轮流充电和放电，有必 要对电池进行管理，以控制电池的充电和放电并将电池维持在适当的工作状态。为此，提供了用于管理电池的全部状态的BMS(电池管理系统)。BMS检测电压、电 流或温度等，通过计算操作来估计SOC并控制SOC以优化车辆的燃料消耗效率。为了精确 控制S0C，需要正确地测量电池在执行充电和放电工作时的S0C。作为现有技术，存在公开的韩国专利申请No. 2005-00611234 (2005年7月7日提 交)，其题巨为"Method for resetting SOC of secondary battery module，，。为了精确地计算电池的S0C，上述现有技术包括当开启开关时测量电池模块的 电流值、电压值和温度值，使用测量的值计算初始S0C，累加电流值，根据累加的电流值计 算实际S0C，确定电池模块是否处于无负载状态，如果电池模块处于无负载状态则确定实际 SOC是否处于可以通过累加电流值来测量的设置范围内，以及如果实际SOC处于设置范围 之外则通过测量电压值来根据电压值计算S0C。但是，该现有技术没有公开将简单的等效电 路应用于实际电池的方法及其装置。一般来说，在短期内，SOCi不具有误差，但是，如图1所示，存在着误差累积的趋 势。因此，在电池长时间工作的情况下，出现相当大的误差。尤其是，当完全完成电池的充 电或放电时通常产生累积误差。这是由以下原因所引起的精确度受由自放电导致的SOC 减少所产生的误差和在计算SOC时忽略了 CPU的LBS位所产生的误差影响。此外，由于SOC 的精确度大大地取决于电流测量传感器，因此当传感器有故障时不可能校正误差。但是，如图2所示，SOCv通过开路电压测量S0C。在该测量方法中，当电流不流动 时可以获得非常精确的结果。但是，当电流流动时，SOCv的精确度取决于电池的充电和放电 模式。因此，由于SOC的精确度也取决于充电和放电模式，所以它变得恶化。此外，使SOCv 的精确度恶化的充电和放电模式处于普通电池的使用范围内。因而，尽管仅使用SOCv，也存 在必须接受相当大的误差的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种在电池管理系统中测量电池的SOC(充电状态)的 方法及其装置，其使用简单的等效电路模型和自适应数字滤波器，从而容易且精确地测量 电池的SOC。本发明的另一目的是提供一种在电池管理系统中测量电池的SOC(充电状态)的 方法及其装置，其确定低电流状态是否保持了期望的时间段然后将SOCi (基于电流的充电 状态)或SOCv (基于电压的充电状态)设置为电池的S0C，从而容易且精确地测量电池的 SOC。为实现本发明的目的，本发明提供了一种测量电池的充电状态的方法，该方法包 括通过测量电池的电流、电压和温度获得电流数据、电压数据和温度数据；通过累加电流 数据，来计算SOCi(基于电流的充电状态)；使用等效电路模型来计算ocv(开路电压)，在 该等效电路模型中由电路简单地表示电流数据、电压数据和电池；使用温度数据和0CV，来 计算SOCv(基于电压的充电状态)；以及在期望的时间段内判断电池的电流状态，并使用 SOCv和SOCi的至少一个来设置电池的S0C。此外，本发明提供一种测量电池的SOC的装置，该装置包括电池信息获取部，其 测量电池的电流、电压和温度，并获得电流数据、电压数据和温度数据；电流累加部，其通过 累加电流数据计算SOCi ；OCV计算部，其使用等效电路模型来计算0CV，在该等效电路模型 中由电路简单地表示电流数据、电压数据和电池；SOCv估计部，其使用温度数据和OCV来估 计SOCv ；以及SOC设置部，其在期望的时间段内判断电池的电流状态，并使用SOCv和SOCi 的至少一个来设置电池的S0C。本发明通过使用简单的等效电路模型和自适应数字滤波器，容易并且精确地测量 电池的SOC。此外，本发明确定低电流状态是否保持了期望的时间段，然后使用SOCv和SOCi中 的至少一个来设置电池的S0C，从而容易且精确地测量电池的S0C。
根据结合附图给出的对优选实施方式的如下描述，本发明的上述和其他目的、特 征和优点将变得明显，在附图中图1是示出了通过使用常规的SOCi设置电池的SOC的情况的图。图2是示出通过使用常规的SOCv设置电池的SOC的情况的示意图。图3是根据本发明实施方式的测量电池的SOC的装置的框图。图4是根据本发明实施方式的测量电池的SOC的方法的流程图。图5是示出了根据本发明实施方式的出现IA的偏移量的情况下的仿真结果的图。图6是示出了根据本发明实施方式的等效电路模型的视图。图7是示出了根据本发明实施方式的在使用提供了积分效果的模型的情况下实 际SOC和计算出的BMS SOC的图。图8是示出了根据本发明实施方式的在使用提供了积分效果的模型的情况下的 补偿点的图。图9是示出了根据本发明另一实施方式的等效电路模型的视图。
图10是示出了根据本发明实施方式的提议的时间标准的图。图11是示出了根据本发明实施方式的在执行具有20秒的时间标准和提议的时间 标准的仿真的情况下的误差的图。[主要部件的详细描述]100:电流累加部200 低通滤波部300:开路电压计算部400: SOCv 估计部500: SOC 设置部
具体实施例方式申请中使用的各种术语是在本领域中普遍描述的，但在特殊情况下，一些术语可 选地由申请人选择。在该情况下，在本发明的说明书中定义了这些术语的含义。因此，本发 明应该根据术语的含义、而不是其名称来理解。下面，将参考附图详细地描述本发明的实施方式。图3是根据本发明实施方式在电池管理系统中用于测量电池的SOC的装置的框 图。参考图3，用于测量电池的SOC的装置包括电池信息获取部(未示出)、电流累加部100、 低通滤波部200、开路电压计算部300、SOCv估计部400和SOC设置部500。在电池管理系统中计算电池的SOC(以下称为“BMS S0C")的处理包括如下6个步骤第一步骤收集电流和电压数据第二步骤通过电流累加计算SOCi第三步骤低通滤波第四步骤等效电路模型和自适应数字滤波第五步骤通过开路电压和温度计算SOCv第六步骤适当选择S0C。电池信息获取部执行第一步骤。S卩，电池信息获取部从电池管理系统(BMS Battery Management System)收集电流数据、电压数据和温度数据等。收集的电流数据传 输到电流累加部100。在电流累加部100中，累加电流数据并接着将电流数据加到在前一时 间间隔计算出的SOC(图3中的SOC(k-l))，由此计算SOCi。此外，由电池信息获取部收集的电流数据和电压数据被传输到低通滤波部200。低 通滤波部200对电流数据和电压数据进行滤波并接着将它们传输到开路电压计算部300。 开路电压计算部300通过等效电路模型和自适应数字滤波来计算在等效电路模型中使用 的参数，并接着使用这些参数来计算开路电压(OCV=Open Circuit Voltage)。SOCv估计部 400使用温度数据和该OCV来估计SOCv，并接着将估计出的SOCv传输到SOC设置部500。 SOC设置部500根据预定的标准将在电流累加部100计算出的SOCi或在SOCv估计部400 中估计出的SOCv设置给BMSBOC。下面将参考图5至图10来描述在SOC测量装置的各个部 分中执行的详细处理。图4是根据本发明实施方式的测量电池的SOC的方法的流程图。将使用在图3中 的SOC测量装置来描述SOC测量方法。
参考图4，电池信息获取部实时测量来自BMS的电池组的电流数据、电压数据和温 度数据等(S401)。并且电流累加部100累加电流数据并计算SOCi (S402)。接着，低通滤波 部200对电流数据和电压数据进行滤波(S403)。滤波后的电流数据和电压数据被传输到OCV计算部300，并且OCV计算部300通 过自适应数字滤波计算在等效电路模块中使用的参数(S404)，并使用这些参数来计算OCV Vo (S405)。此外，SOCv估计部400使用该OCV来估计SOCv (S406)。接着，SOC设置部500确定是否保持在低电流状态。如果保持在低电流状态 (S407)，则将SOCv设置给BMS SOC (S408)，并且如果未保持在低电流状态(S407)，则将SOCi 设置给BMS S0C(S409)。通过上述处理来计算电池管理系统中电池的SOC(S410)。下面，将 详细描述在BMS SOC测量方法中的每个步骤。A、第一步骤收集电流数据、电压数据和温度数据等。该步骤从BMS收集电流数据和电压数据等。在该步骤中，由于电流传感器的故障， 可能未精确地测量电流数据。具体地说，在电流传感器未精确地测量电流强度、而是仅测量 其大致的值的情况下，在电流估计处理中可能出现相当大的误差。但是，在本发明的SOC测 量方法中，用SOCv来补偿SOCi的误差。通过实际仿真来检查本发明的SOC测量方法是否 准确地计算了 BMS SOC0结果，由于误差在SOCi中逐渐累积，但利用SOCv来进行补偿，所以 在计算最终BMS SOC时并没有问题。确认了计算值与实际值之间的误差处于5. 000%的目 标容限内，该5. 000%的目标容许限为1.502 -4. 170%。即，尽管由于电流传感器的故障 而不能精确地测量电流，但在本发明的SOC测量方法中不存在大的误差。除了电流传感器 的故障，还可能出现其他问题。电流值可以由于电流传感器的故障或CAN(控制器局域网) 的故障而发生偏移，并接着被传输。图5是示出根据本发明实施方式的出现IA的偏移量的情况下的仿真结果的图。如 图5所示，误差在SOCi中累积。应当理解的是，累积的程度是很大的。累积是由偏移了 IA 造成的，并且计算该累积。但是，还应当理解的是，SOCv补偿适当地产生，因而误差不显著 地出现。根据整个分析，由于在模式的开始和结束部分(其中出现充电和放电操作)不存 在SOCv补偿，因此在BMS SOC中可能产生问题。但是，如果在充电和放电操作之后进行了 SOCv补偿，则可以保证计算的可靠性。另外，在出现-IA的偏移量的情况下，可以按照同样 的方式保证其可靠性。B、第二步骤通过电流累加来计算SOCi在该步骤，将第一步骤中收集的电流数据被累加并接着加到在前一时间间隔计算 出的SOC上，由此计算SOCi。通过对电流在时间上进行积分而执行该计算。计算的结果除 以总的容量，然后用百分比来表示剩余的容量。这可以由如下等式(1)表示等式权利要求
一种测量电池的充电状态的方法，该方法包括以下步骤通过测量所述电池的电流、电压和温度获得电流数据、电压数据和温度数据；通过累加所述电流数据，来计算基于电流的充电状态SOCi；使用由电路简单地表示所述电流数据、所述电压数据和所述电池的等效电路模型，来计算开路电压OCV；使用所述温度数据和所述OCV，来计算基于电压的充电状态SOCv；以及在期望的时间段内判断所述电池的电流状态，并使用所述SOCv和所述SOCi中的至少一个来设置所述电池的充电状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，使用由电路简单地表示所述电流数据、所述电压 数据和所述电池的等效电路模型，来计算OCV的步骤包括使用低通滤波器，对所述电流数据和所述电压数据进行滤波； 通过将滤波后的电流数据和电压数据应用于所述等效电路模型和自适应数字滤波器， 来计算在所述等效电路模型中使用的参数；以及 使用所述参数来计算所述0CV。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述低通滤波器是三阶低通滤波器。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述等效电路模型由使用电阻参数R、电流参数 I、电容参数C、端子电压参数V和VOC参数Vo的电路来表示。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，由所述自适应数字滤波器更新在所述等效电路 模型中使用的所述参数的值。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在期望的时间段内判断所述电池的电流状态，并 使用所述SOCv和所述SOCi的至少一个来设置所述电池的充电状态的步骤包括如果在所述期望的时间段内所述电池处于低电流状态，将所述SOCv设置为所述电池 的充电状态；以及如果在所述期望的时间段内所述电池未处于低电流状态，将所述SOCi设置为所述电 池的充电状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述期望的时间段是20至60秒，并且低电流标 准为2A。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用由电路简单地表示所述电流数据、所述电压 数据和所述电池的等效电路模型，来计算OCV的步骤包括使用由所述电路简单地表示所述电流数据、所述电压数据和所述电池的所述等效电路 模型的积分模型，来计算所述0CV。
9.一种测量电池的充电状态的装置，该装置包括电池信息获取部，其测量所述电池的电流、电压和温度，并获得电流数据、电压数据和 温度数据；电流累加部，其通过累加所述电流数据计算基于电流的充电状态SOCi ； OCV计算部，其使用等效电路模型来计算开路电压0CV，在该等效电路模型中由电路简 单地表示所述电流数据、所述电压数据和所述电池；SOCv估计部，其使用所述温度数据和所述OCV来估计基于电压的充电状态SOCv ；以及 SOC设置部，其在期望的时间段内判断所述电池的电流状态，并使用所述SOCv和所述SOCi中的至少一个来设置所述电池的充电状态。
10.根据权利要求9所述的装置，该装置还包括低通滤波部，该低通滤波部使用低通滤 波器，对所述电流数据和所述电压数据进行滤波，其中，所述OCV计算部将经所述低通滤波部滤波后的所述电流数据和所述电压数据应 用于所述等效电路模型和自适应数字滤波器，计算在所述等效电路模型中使用的参数；以 及然后使用所述参数来计算所述0CV。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述低通滤波器是三阶低通滤波器。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述等效电路模型由使用电阻参数R、电流参 数I、电容参数C、端子电压参数V和VOC参数Vo的电路来表示。
13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述自适应数字滤波器持续地更新在所述等 效电路模型中使用的所述参数的值。
14.根据权利要求9所述的装置，其中，如果在所述期望的时间段内所述电池处于低电 流状态，则所述SOC设置部将所述SOCv设置为所述电池的充电状态，并且还在其他情况下 将所述SOCi设置为所述电池的充电状态。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述期望的时间段是20至60秒，并且低电流 标准为2A。
16.根据权利要求9所述的装置，其中，所述OCV计算部通过所述等效电路模型的积分 模型来计算所述0CV。
17.一种计算机可读记录介质，其记录用于执行根据权利要求1至8中任何一项所述的 方法的程序。
全文摘要
根据本发明的实施方式，用于测量电池的SOC(充电的状态)的方法包括以下步骤通过测量电池的电流、电压和温度获得电流数据、电压数据和温度数据；通过累加所述电流数据，来计算SOCi(基于电流的充电状态)；使用通过电路简单地表示所述电流数据、所述电压数据和所述电池的等效电路模型来计算开路电压；使用所述温度数据和所述开路电压来计算SOCv(基于电压的充电状态)；以及基于对特定时间间隔内电池的电流状态的判断，通过使用所述SOCv和SOCi来选择所述SOCv和SOCi中的至少一个作为电池的SOC。
文档编号G01R31/36GK101965522SQ200980108286
公开日2011年2月2日 申请日期2009年1月12日 优先权日2008年1月11日
发明者吴全根, 林载焕, 赵晟佑, 金珊善, 韩宗勋 申请人:Sk能源株式会社