专利名称：基于电池电压变化模式估计电池健康状态的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计电池健康状态(State of Health, S0H)的装置及方法， 并且更具体而言，涉及用于基于充电状态(State Of Charge, S0C)来估计电池健康状态的 装置及方法，其中，健康状态是代表电池的容量衰退的参数，充电状态是代表电池的剩余容 量的参数。
背景技术：
一般来说，电动车辆或混合动力车辆(下文中均称为电力驱动车辆)使用存储在 电池中的电能、以电力驱动模式来驱动。使用化石燃料的车辆利用液态燃料来操作发动机，因此测量燃料的剩余量并不 难。但对于电力驱动车辆来说，电池的剩余能量并不容易精确地测量出来。电力驱动车辆使用充电于电池中的能量来移动，所以检查电池的剩余容量是非常 重要的。因此，由检查电池的SOC来告知驾驶人例如可能的行驶距离等信息的技术已经蓬 勃地发展。举例来说，有一种方法是当电池充电/放电时，对其电压进行测量；在未负载的状 态下，由测量到的电压来估计电池的开路电压，然后参考对每个开路电压均定义SOC的SOC 表格，对应于所估计的开路电压来映射S0C。然而，当电池充电/放电时，由于压降效应aR drop effect)，所估计出的电池电压与实际的电压有显著地差异，因此，除非校正该误差， 否则无法获得精确的S0C。其中，压降效应是指当电池连接至负载来开始放电、或由外部电力源开始充电时， 其电压快速变化的现象。即，当电池开始放电时，其电压会快速降低，而当电池开始充电时， 其电压会快速增加。另一示例是一种由对电池的充电、放电电流进行积分来对其电池的SOC进行估计 的方法。使用该方法时，由于电流测量过程中所产生的测量误差持续地累积，因该SOC的精 确度会随时间而下降。同时，除了前述的SOC，SOH是代表电池的状态的另一参数。SOH是量化地表示因老 化效应而造成的电池容量变化的参数，以及其允许用于检查电池的容量衰退了多少。因此， 如果检查S0H，即可以在适当的时间点处更换电池，且还可根据电池的使用期限控制电池的 充电/放电容量，以避免电池被过度充电或过度放电。电池容量特征的变化反映在电池内部电阻的变化上，因此一般皆知可由电池的内 部电阻及温度来估计S0H。换言之，通过充电/放电实验，由电池的每个内部电阻及其温度 来测量出电池的容量。接着，基于电池的初始容量将所测量出的容量估计为相对的数值，以 得出用于SOH映射的查找表。然后，在实际的电池使用环境下，电池的内部电阻及温度均被 测量，然后由前述的查找表映射出对应于内部电阻及温度的SOH以估计电池的S0H。在前述的SOH估计方法中，最重要的是如何精确获得电池内部电阻。然而，当电池 充电/放电时，事实上不可能直接测量出电池内部电阻。因此，通常是测量电池电压及充电/放电电流，以间接地根据欧姆定律计算出电池内部电阻。然而，由于压降效应造成电池电 压与实际电压不一致，且电池电流还有测量误差，根据欧姆定律简单计算出的内部电阻、以 及由内部电阻估计出的SOH并不确保足够的可信度。
发明内容
本发明被设计成解决现有技术的问题，并因此本发明的目的是提供具有高精确性 的估计SOH的装置及方法。本发明的另一目的是提供一种估计SOH的装置及方法，其是当SOH为由数学模型 所估计时，由使用从电池电压变化模式所估计的SOC来提高SOH估计的精确度。本发明的又一目的是提供一种估计SOH的装置及方法，其是当SOH由数学模型所 估计时，通过一起考虑以不同方式所估计出的S0C，可以提高SOH估计的精确度。为了达成上述目的，本发明提供一种用于基于电池电压变化模式估计电池的SOH 的装置。该装置包括数据存储单元，其用于在估计SOH时，获得并存储来自电压感测单元、 电流感测单元以及温度感测单元的电池电压、电流以及温度数据，且该电压感测单元、该电 流感测单元以及该温度感测单元耦合至该电池；第一 SOC(充电状态)估计单元，其用于通 过使用存储的电池电流数据的安培计算方式来估计出第一 SOC ；第二 SOC估计单元，其用 于由存储的电池电压变化模式估计开路电压，以及使用开路电压与SOC之间的相关性、以 及电池温度与SOC之间的相关性来计算并存储对应于该开路电压以及该电池温度的第二 SOC ；加权平均值收敛计算单元，其用于计算并存储第二 SOC的变化与第一 SOC的变化的比 率(或SOC变化比率)的加权平均值的收敛值；SOH估计单元，其通过用于使用SOC变化比 率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性来估计对应于存储的SOC变化比率的加权 平均收敛值的电池容量，估计所估计出的电池容量与初始电池容量的相对比率，以及存储 该相对比率作为S0H。在本发明的一方面中，SOC变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性 是查找表，其中对SOC变化比率的每个加权平均收敛值均定义电池容量。在这种情况下， SOH估计单元是根据该查找表通过映射进行对应于存储的SOC变化比率的加权平均收敛值 的电池容量的估计。在本发明的另一方面，SOC变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性 为函数，该函数分别使用SOC变化比率的加权平均收敛值以及电池容量作为输入参数以及 输出参数。在这种情况下，该SOH估计单元通过将存储的SOC变化比率的加权平均收敛值 作为输入参数代入该函数以估计电池容量。选择性地，当计算出当前电池容量与初始电池容量的相对比率时，该SOH估计单 元基于最低允许电池容量计算出相对比率。优选地，第二 SOC估计单元包括开路电压变化计算单元，其用于通过应用数学模 型以由现在及以往所测量的存储电池电压的变化模式来计算开路电压变化，当中该数学模 型定义电池电压的变化模式与开路电压变化之间的相关性，以及把对应于电池温度的校正 因子反映到所计算出的开路电压变化以估计现阶段的开路电压变化；开路电压计算单元， 其用于把已估计的开路电压变化反映到前一阶段所估计出的电池开路电压以估计现阶段 的电池开路电压；以及SOC估计单元，其用于使用开路电压与SOC之间的相关性、以及温度与SOC之间的相关性，以估计并存储对应于所估计的开路电压及测量温度的S0C。优选地，开路电压计算单元通过增加差值至现阶段的开路电压以校正开路电压 值，该差值是当前及先前电池电压的加权平均值(较早测量得的电池电压被赋予较大的权 数)和前一阶段的开路电压之间的差值。此时，先前电池电压是前一阶段所测量出的电池 电压。优选地，该估计开路电压变化通过将所计算出的开路电压变化乘以根据温度的校 正因子来计算。优选地，构造变化模式的电池电压至少包括现阶段所测量出的电压Vn、前一阶段 所测量出的电压Vlri、以及前一阶段的前一阶段所测量出的电压\_2。在本发明中，该数学模型是利用数学运算来定义，数学运算在现在阶段及前一阶 段之间的电池电压变化和由电池电压变化模式中的每一电压所定义的模式函数之间的数
学运算。在本发明中，校正因子是将电池温度作为输入参数代入数学模型以计算得之，该 数学模型使用电池温度(T)作为输入参数且使用电池开路电压变化的校正因子作为输出参数。为达成上述目的，本发明还提供一种基于电池电压变化模式估计电池的SOH的方 法，包括(a)每当估计S0H，都可获得并存储来自电压感测单元、电流感测单元及温度感测 单元的电池电压、电流及温度数据，当中电压感测单元、电流感测单元及温度感测单元耦合 至电池；(b)由使用存储的电池电流数据的安培计算方式来估计第一 SOC; (c)由存储的电 池电压变化模式估计开路电压，并使用开路电压与SOC之间的相关性、以及电池温度与SOC 之间的相关性以计算并存储对应于所估计的开路电压及电池温度的第二 SOC ； (d)计算并 存储比率(或SOC变化比率)的加权平均值的收敛值，该比率通过将该第二 SOC的变化除 以该第一 SOC的变化而得的；以及(e)通过使用SOC变化比率的加权平均收敛值与电池容 量之间的相关性以估计对应于存储的SOC变化比率的加权平均收敛值的电池容量，估计已 估计的电池容量与初始电池容量的相对比率，并将该相对比率存储为S0H。
从参考附图对实施例进行的说明，本发明的其他目的和方面变得明显，其中图1是本发明实施例的基于电池电压变化模式来估计电池的SOH的装置的示意 图。图2是根据本发明实施例的SOH估计程序的框图。图3是根据本发明的基于电池电压变化模式估计SOH的第二 SOC估计单元的框图。图4是根据本发明实施例的基于电池电压变化模式估计SOH的方法的流程图。图5是本发明实施例的基于电池电压变化模式的SOC估计过程的流程图。图6是电池在初始电池使用阶段处在相同充电/放电情形下，以安培计算方式以 及电池电压变化模式所估计的SOC的变化模式的示意图。图7是电池在容量衰退至一定程度后在相同充电/放电情形下，以安培计算方式、 及电池电压变化模式所估计的SOC的变化模式的示意图。
图8及图9是当对容量已知的两电池进行充电/放电测试时，将其初始加权平均 值随意设为不同数值来周期性计算出的SOC变化比率的加权平均值的示意图。图10是经由实验所计算出的每个电池的实际容量、每个电池的当前容量与初始 容量的百分比、SOC变化比率的加权平均收敛值、每个电池的估计容量与初始容量的百分 比、以及基于实际容量的估计容量的误差值的表格。
具体实施例方式以下，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。在说明之前，应该理解的是， 说明书及权利要求中的术语不应限制于一般以及字典上的意义，而应根据本发明的技术方 面的意义及构思进行解释，以适当地提供这些术语的最佳解释。因此，以下所提出的叙述仅 为说明所需的优选示例，并非用于限制本发明的范围。也就是说，在未脱离本发明的精神的 情况下，本发明可具有任何同等物或任何调整。图1是根据本发明实施例的基于电池电压变化模式来估计电池的SOH (健康状态) 的装置的示意图。请参阅图1，根据本发明的基于电池电压变化模式来估计电池100的SOH的装置被 连接在电池100与负载107之间，且其包括电压感测单元101、温度感测单元102、电流感测 单元103、存储器104、以及微控制器105。每次SOH估计处，电压感测单元101在微控制器105的控制下测量电池电压，并将 测量所得的电池电压输出至微控制器105。每次SOH估计处，温度感测单元102在微控制器105的控制下测量电池温度，并将 测量所得的电池温度输出至微控制器105。每次SOH估计处，电流感测单元103在微控制器105的控制下测量流经电流感测 电阻108的电池电流，并将测量所得的电池电流输出至微控制器105。存储器104存储估计电池的容量衰退所需的程序、预先估计电池容量衰退所需的 各种数据、由电压感测单元101、温度感测单元102及电流感测单元103测量所得的电池电 压、温度及电流数据、以及在用于估计电池容量衰退的各种计算过程处所得的各种计算数 值。电池100的每次SOH估计时，微控制器105从电压感测单元101、温度感测单元102 及电流感测单元103接收电池电压、温度及电流数据，并将数据存储在存储器104中。而且， 微控制器105自存储器104中读取并执行电池容量衰退估计程序，估计电池的SOH并将该 SOH存储在存储器104中，并于需要时经由显示单元106输出估计所得的S0H。而电池容量 衰退估计程序的结构及操作方式，将详细叙述于后。电池100的种类并未特别限定，以及其可以采用锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉 电池、镍氢电池、镍锌电池等，皆为可充电且其SOC应被考虑。负载107的种类并未特别限定，以及其可为例如摄影机、移动电话、便携式PC、 PMP、及MP3播放器等的便携式电子装置、电动车辆或混合动力车辆的马达、直流-直流转换器等。图2是示出根据本发明实施例的SOH估计程序的框图。请参阅图2，根据本发明的电池容量衰退估计程序200由微控制器105来执行，其包括数据存储单元201、第一 SOC估计单元202、第二 SOC估计单元203、加权平均值收敛计 算单元204、以及SOH估计单元205。数据存储单元201在每次SOH估计中接收来自电压感测单元101、温度感测单元 102及电流感测单元103的电池电压、温度及电流数据，如图1所示，并将这些数据存储在存 储器104中。第一 SOC估计单元202在每次SOH估计中，通过使用累积存储在存储器104中的 电池电流数据的安培计算方式来估计SOCA并将所估计的SOC111存储在存储器104中。此 处η代表所估计的SOC111是第η个S0C，下文中的η均代表相同的意义。作为参考，前述的安培计算方式是基于初始电池容量来累积电池的充电/放电电 流，以得出当前电池的剩余容量、以及基于初始容量来计算当前容量的相对比率以估计SOC 的方法。由于安培计算方式已广为业界所知，此处并不再详细叙述。第二 SOC估计单元203在每次SOH估计中，使用存储在存储器104的电池电压变 化模式来计算开路电压，估计对应于所计算出的开路电压的SOC1111，并将估计所得的SOC1111 存储在存储器中。更进一步地，第二 SOC估计单元203是使用电池电压变化模式来计算出电池的开 路电压变化AOCVn,应用根据温度的校正因子来校正所计算出的电池开路电压变化，把校 正后的电池开路电压变化模式反映到先前所算出的电池开路电压OCVlri来计算现阶段的电 池开路电压AOCVn,以及使用预先定义的电池开路电压与SOC之间的相关性、以及温度与 SOC之间的相关性，而估计对应于所计算出的电池开路电压及所测量的电池温度的S0Cnn。 另外，第二 SOC估计单元203将估计而得的SOC1111存储在存储器104中。加权平均值收敛计算单元204基于安培计算方式而计算出估计的SOC的变化、以 及依据下列的数学式1及数学式2，使用电池电压变化模式而计算出估计的SOC的变化。数学式1Δ SOC1" = SOCjn-SOC1n^其中，Δ SOC111为第η个SOC的变化，以安培计算方式所估计；SOC111为在当前的SOC估计中所计算出的SOC ；SOC11"1为在前一次soc估计中所计算出的S0C。数学式2Δ S0Cnn = SOCnn-SOCnlri其中，Δ S0C n为第η个SOC的变化，以电池电压变化模式所估计；S0Cnn为在当前的SOC估计中所计算出的SOC ；SOC/—1为在前一次SOC估计中所计算出的S0C。接着，加权平均值收敛计算单元204使用下列的数学式3计算出Δ S0Cnn相对于 Δ SOC111的绝对比率Rati0_S0Cn。下文中，该绝对比率被称作SOC变化比率。数学式3Ratio socn = | Δ SOC11111 / | Δ SOC1"然后，加权平均值收敛计算单元204使用下列的数学式4而计算出SOC变化比率 Ratio.soc11的加权平均值。数学式4
WMVn = (Ratio socn_1Xweight+Ratio socn) / (weight+1)加权平均值WMVn会随着η逐渐增加而收敛至特定值，其将详述于后。图6是电池于初始电池使用阶段在相同充电/放电情形下所估计的Δ SOC111和 ASOCii"的变化模式的示意图。参考图6，在初始电池使用阶段，以安培计算方式所估计出 的SOC与以电池电压变化模式所估计出的SOC之间并无太大差异。图7是在电池使用特定时间之后，即电池的容量衰退至一定程度后在相同充电/ 放电情形下所估计的ASOC111* ASOCnn的变化模式的示意图。参考图7，在电池容量衰退 至一定程度后，以安培计算方式所估计出的SOC与以电池电压变化模式所估计出的SOC之 间的差异增加。如图6及图7所示，在电池以相同的模式被充电/放电的情况下，以安培计算方式 所估计出的SOC的曲线并非由电池容量衰退而决定，而且没有剧烈的变化。这代表如果电 池的充电/放电模式维持不变，则不论电池容量的衰退如何，以安培计算方式所估计出的 SOC仍具有相同的变化模式。同时，以电池电压变化模式所估计出的S0C，其曲线的变化与电池容量衰退呈比例 关系。换言之，当电池容量衰退，即使充电电流小，电池电压仍迅速增加，并且即使放电电流 小，电池电压仍迅速降低。因此，基于电池电压变化模式所估计出的SOC是依电池容量衰退 的程度而有很大的变化。由此可知，尽管电池以相同的模式充电/放电，如果电池容量衰 退，则基于开路电压变化模式所估计出的SOC变化依电池容量衰退的程度而增加。图8及图9是当对容量已知的两电池进行充电/放电测试时，将其初始加权平均 值随意设为不同数值而周期性计算出的SOC变化比率的加权平均值的示意图。图8中，曲线Α、B、C及D是分别在将初始加权平均值WMV1设定为1. 0,0. 8,0. 66 及0. 3的状态下所计算出的加权平均值，其中该电池的容量为5. 72Ah。此处，0. 66是实际 的加权平均收敛值。在图9中，曲线A、B、C及D是分别在将初始加权平均值WMV1设定为1.4、1. 1,0. 95 及0. 6的状态下所计算出的加权平均值，其中该电池的容量为4. 3Ah。此处，0. 9是实际的 加权平均收敛值。由图8及图9可知，不论初始加权平均值如何，SOC变化比率的加权平均值都会收 敛至同一个实际收敛值，且如果电池容量降低，则加权平均收敛值便增加。如此可知，加权 平均收敛值在数量上可为代表电池容量衰退的参数。同时，经由长时间地充电/放电测试的方式可得出SOC变化比率的加权平均收敛 值。但在实际的电池应用环境下，当得出特定的时间点的SOC变化比率的加权平均值，数学 模型将用于估计SOC变化比率的加权平均值会在将来收敛的数值。因此，加权平均值收敛计算单元204通过重复计算SOC变化比率的加权平均值ρ 次而得出加权平均收敛值WMVn，当中ρ为足够大的数字，是使用下列的数学式5，其是以SOC 变化比率的加权平均值作为初始条件的加权平均计算级数，然后加权平均值收敛计算单元 204将收敛值存储在存储器104中。此处，WMVn代表加权平均值被收敛至的数值。数学式5加权平均算数级数WMV1V1= (WMVVi X weight+WMVnk) / (weight+1)
加权平均算数级数的初始条件WMVn1 = (Ratio socn_1 Xweight+Ratio socn) / (weight+1)数学式5中，k是不小于1的整数。当k = 1，WMVn0被设为WMVlri,其是在前一阶 段所得出的SOC变化比率的加权平均收敛值。加权平均算数级数被计算的次数被设定为大 于数千次。在制造电池时，初始加权平均收敛值WMV1被在前地设定，且被存储在存储器104 中以供参考。SOH估计单元205从存储器104中读取SOC变化比率的加权平均收敛值，然后估 计电池容量Capacity11。换言之，SOH估计单元205使用电池容量与SOC变化比率的加权平 均收敛值之间的相关性计算出对应于SOC变化比率的加权平均收敛值的估计的电池容量 C&p&cityn。例如，前述的相关性是查找表，当中，对每一 SOC变化比率的加权平均收敛值均定 义电池容量。另一示例，前述的相关性为函数，其是将SOC变化比率的加权平均收敛值、以 及电池容量分别作为输入参数、以及输出参数。前述的相关性可藉以下的步骤而得出当对足够大数量的电池，其实际容量已广 泛地被得知，以相同的情况进行长时间的充电/放电实验时，即可得出SOC变化比率的加权 平均收敛值。然后，将经由实验所得的对应于SOC变化比率的加权平均收敛值的电池容量 填入查找表。其他情况下，SOC变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的函数关系可 经由使用SOC变化比率的加权平均收敛值的数值分析而得出，且与已知电池容量是分别作 为输入参数及输出参数。SOH估计单元205计算对应于SOC变化比率的加权平均收敛值的电池容量 Capacity11，接着根据下列数学式6及数学式7计算已算出的电池容量Capacity"与初始电 池容量Capacityinitial的相对比率。然后SOH估计单元205将所计算出的结果估计为S0Hn， 其是代表电池容量衰退的参数。数学式6SOHn = (Capacityn+Capacityinitial) X 100数学式7SOHn = [ (Capacityn-Capacitylimit) + (Capacityinitial-Capacitylimit) ] X 100在数学式6及数学7中SOHn是当前估计所得的电池容量衰退；Capacity"是当前估计所得的电池容量；Capacityinitial是初始的电池容量；以及Capacity""1"是使用电池所允许的最小容量。SOHn是代表当前电池容量相对于初始的电池容量的比率，因此SOHn是成为依据初 始的电池容量而决定电池剩余寿命的参数。而且SOHn可用于控制电池的充电/放电容量。 举例来说，如果SOHn下降，电池的充电容量及放电容量依SOHn的变化量而降低。在这种情 况下，通过对电池其容量进行适当的充电或放电，而可以有效地避免电池被过度充电或过 度放电。SOH估计单元205可以将估计所得的50记输出至显示单元106。在这种情况下，显 示单元106经由接口被耦合至微控制器105。而且SOH估计单元205经由该接口而将估计所得的SOHn输出至显示单元106。然后显示单元106以可视地显示SOHn以供使用者辨识。图3是根据本发明的基于电池电压变化模式估计SOH的第二 SOC估计单元的框 图。如图3所示，第二 SOC估计单元203包括开路电压变化计算单元2031、开路电压计 算单元2032以及SOC估计单元2033。开路电压变化计算单元2031使用电池电压变化模式、基于前一阶段的开路电压 来计算开路电压变化，以便计算现阶段的电池开路电压。换言之，开路电压变化计算单元 2031计算现阶段的开路电压相对于前一阶段的开路电压的变化。详细地说，开路电压变化计算单元2031从存储器104中读取当前SOC估计所测量 出的电池电压r、前一次soc估计所测量出的电池电压Vlri以及当前soc估计所测量出的电 池温度τη。然后开路电压变化计算单元2031依据下列数学式8计算开路电压变化A0CVn。数学式8Δ OCVn = OCVn-OCVlri = G(V) XF(T)在上述数学式8中，G(V)为开路电压变化操作函数，将电池电压变化"Vn-Vlri"映 射至开路电压变化AOCVn5F(T)是开路电压校正函数，用于通过反映根据温度变化的开路 电压变化来校正开路电压变化A0CVn。G(V)为函数，其并非直接将电池电压变化转换为开路电压变化，而在校正因子压 降(IR drop)产生的误差(即，测量电压与实际电压之间的差距)时才进行转换。换言之， 如果电池电压的变化逐渐地增加，G (V)降低电池电压变化并且将降低的电池电压变化以电 池开路电压变化的形式输出。并且，电池电压变化倾向维持其原来的数值，G(V)以电池开 路电压变化的形式输出的电池电压变化也倾向维持其原来的数值。另外，如果电池电压倾 向降低，G(V)便将电池电压变化稍微放大，接着将该稍微放大的电池电压变化以电池开路 电压变化的形式输出。G(V)可经由以数学模型表现在特定温度条件下，电池电压变化模式与开路电压变 化之间的相关性而得出。例如，数学模型函数可通过，在允许测量电池电压及电池开路电压 的实验环境下，分析电池电压vn、Vn-1及Vn_2之间的变化模式、与开路电压变化八00^之间 的相关性而得出。电池电压变化模式中所包括的电池电压数目可延伸至4或以上。G(V)可总结为如下列的数学式9。数学式9G (V) = (Vn-Vlri) Xg (Vn, Vlri，T—2，...)此处，g(Vn，Vn-1, Ψ'2,…)是定义电池电压变化模式的模式函数。其中符号“…” 表示该模式函数可由至少三个电池电压所定义，其是包括现阶段所测量出的电池电压。模 式函数通过分析实验所得的多个电池电压变化与电池开路电压变化之间的相关性而被定 义。例如函数g可被定义为前一阶段的电压变化与现阶段的电压变化的比率。但本发明并 未将模式函数g定义为任何特定的数学式。同时，电池内部电阻随着温度而变化。如果电池内部电阻发生变化，则即使在相同 的充电或放电情况下，电池电压变化模式及电池开路电压变化也会随之变化。F(T)是依据 温度条件校正由G(V)所计算出的开路电压变化。换句话说，F(T)是当电池温度与以G(V) 的计算条件所设定的温度不同时用于校正由G(V)所计算出的开路电压变化的函数。F(T)可由分析温度以一定间隔变化的电池电压变化模式与电池开路电压变化之间的变化相关 性而得出。换言之，在实验条件被设定为每次测量温度以例如rc的规律间隔而变化的情况 下所测出的电池电压变化模式相同，则F(T)可通过测量电池开路电压变化AOCVn相对于 在标准温度下测量所得的电池开路电压变化△ OCVn的变化量而得出，然后以温度T、及电池 开路电压变化AOCV的变化量分别作为输入参数、及输出参数而应用于温度及电池开路电 压变化AOCVn的数学模式。而所得的F(T)即成为以电池温度T作为输入参数而输出电池 开路电压变化的校正因子的函数。为简化计算，可建立对应每个T值的校正因子的查找表， 然后参考存储在查找表中的每一温度的校正因子以计算电池开路电压变化。开路电压计算单元2032从存储器104中读取前一 SOC估计所估计出的开路电压 OCVn-1,接着将由开路电压变化计算单元2031所计算出的电池开路电压变化AOCVn加入至 该开路电压Δ OCVn-1,以计算出在前一 SOC估计的开路电压0CVn。优选地，开路电压计算单元2032经由下列的数学式10计算电池电压Vn及前一阶 段所测量到的电池电压的加权平均值Vnfcanvalud。数学式10
权利要求
1.一种基于电池电压变化模式而估计健康状态的装置，包括数据存储单元，所述数据存储单元用于在每当估计所述健康状态时，都获得并存储来 自电压感测单元、电流感测单元以及温度感测单元的电池电压、电流以及温度数据，所述电 压感测单元、所述电流感测单元以及所述温度感测单元被耦合至所述电池；第一充电状态估计单元，所述第一充电状态估计单元用于通过安培计算方式、使用存 储的电池电流数据来估计出第一充电状态；第二充电状态估计单元，所述第二充电状态估计单元用于根据存储的电池电压变化 模式来估计开路电压，以及使用开路电压与充电状态之间的相关性以及电池温度与充电状 态之间的相关性来计算并存储对应于所述估计的开路电压及所述电池温度的第二充电状 态；加权平均值收敛计算单元，所述加权平均值收敛计算单元用于计算并存储所述第二充 电状态的变化与所述第一充电状态的变化的比率(或充电状态变化比率)的加权平均值的 收敛值；以及健康状态估计单元，所述健康状态估计单元用于通过使用充电状态变化比率的加权平 均收敛值与电池容量之间的相关性来估计出对应于存储的充电状态变化比率的加权平均 收敛值的电池容量，估计出所估计的电池容量相对于初始电池容量的相对比率，并存储所 述相对比率作为健康状态。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述充电状态变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性是查找表， 在所述查找表中，对充电状态变化比率的每一加权平均收敛值均定义电池容量；以及其中，所述健康状态估计单元根据所述查找表通过映射来估计出对应于存储的所述充 电状态变化比率的加权平均收敛值的电池容量。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述充电状态变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性是函数，该 函数使用充电状态变化比率的加权平均收敛值和电池容量分别作为输入参数和输出参数； 以及其中，所述健康状态估计单元通过将所存储的充电状态变化比率的加权平均收敛值作 为输入参数代入所述函数，来估计出所述电池容量。
4.如权利要求1所述的装置，其中，当计算出当前电池容量相对于初始电池容量的相对比率时，所述健康状态估计 单元基于最低允许电池容量来计算出相对比率。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述第二充电状态估计单元包括开路电压变化计算单元，所述开路电压变化计算单元通过应用数学模型而从过去及现 在测量所得的存储电池电压变化模式中计算出开路电压变化，所述数学模型定义电池电压 变化模式与开路电压变化之间的相关性，以及通过把对应于电池温度的校正因子反映到计 算出的开路电压变化来估计出现在阶段的开路电压变化；开路电压计算单元，所述开路电压计算单元用于通过把估计开路电压变化模式反映到 前一阶段所估计出的电池开路电压，来估计出现在阶段的电池开路电压；以及充电状态估计单元，所述充电状态估计单元用于通过使用开路电压与充电状态之间的相关性以及温度与充电状态之间的相关性，来估计并存储对应于所述估计开路电压以及所 述测量温度的充电状态。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述开路电压计算单元通过把在用于当前与先前电池电压的加权平均值(较早 测量得的电池电压会被赋予较大的权数)与前一阶段的开路电压之间的差异增加到现在 阶段处的所述估计的开路电压，来校正开路电压。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述先前电池电压是前一阶段测量所得的电池电压。
8.如权利要求5所述的装置，其中，所述估计开路电压变化通过将计算所得的开路电压变化乘以依据温度的校正因 子来计算。
9.如权利要求5所述的装置，其中，构造变化模式的所述电池电压至少包括现在阶段测量所得的电压Vn、前一阶段 测量所得的电压Vlri以及前一阶段的前一阶段测量所得的电压\_2。
10.如权利要求5所述的装置，其中，所述数学模型通过在现在阶段与前一阶段之间的电池电压变化和由电池电压变 化模式的每一电压所定义的模式函数之间的数学运算来定义。
11.如权利要求5所述的装置，其中，所述校正因子通过将电池温度作为输入参数代入使用电池温度作为输入参数并 且使用所述电池开路电压变化的校正因子作为输出参数的数学模型来计算。
12.一种基于电池电压变化模式而估计健康状态的方法，包括(a)每当估计所述健康状态时，获得并存储来自电压感测单元、电流感测单元以及温度 感测单元的电池电压、电流以及温度数据，所述电压感测单元、所述电流感测单元以及所述 温度感测单元被耦合至所述电池；(b)通过安培计算方式、使用存储的电池电流数据来估计第一充电状态；(c)根据存储的电池电压变化模式来估计开路电压，以及使用开路电压与充电状态之 间的相关性以及电池温度与充电状态之间的相关性来计算并存储对应于所述开路电压及 所述电池温度的第二充电状态；(d)计算并存储所述第二充电状态的变化与所述第一充电状态的变化的比率(或充电 状态变化比率)的加权平均值的收敛值；以及(e)通过使用充电状态变化比率的加权平均收敛值与电池容量之间的相关性来估计出 对应于存储的充电状态变化比率的加权平均收敛值的电池容量，估计出所估计的电池容量 相对于初始电池容量的相对比率，并存储所述相对比率作为健康状态。
13.如权利要求12所述的方法，其中，在步骤(e)中，所述电池容量通过参考查找表来映射与存储的充电状态变化比 率的加权平均收敛值相对应的电池容量来估计，在所述查找表中，对每一充电状态变化比 率的加权平均收敛值均定义电池容量。
14.如权利要求12所述的方法，其中，在步骤(e)中，所述电池容量通过将存储的充电状态变化比率的加权平均收敛值作为输入参数代入使用充电状态变化比率的加权平均收敛值作为输入参数并且使用电 池容量作为输出参数的函数来估计。
15.如权利要求12所述的方法，其中，在步骤(e)中，当计算出当前电池容量相对于初始电池容量的相对比率时，基于 最低允许电池容量来计算相对比率。
16.如权利要求12所述的的方法，其中所述步骤(c)包括通过应用数学模型而从过去及现在测量所得的存储电池电压变化模式中计算开路电 压变化，所述数学模型定义电池电压变化模式与开路电压变化之间的相关性；通过把对应于电池温度的校正因子反映到计算出的开路电压变化来估计现在阶段的 开路电压变化；通过把所述估计的开路电压变化反映到前一阶段所估计出的电池开路电压，来估计现 在阶段的电池开路电压；以及通过使用开路电压与充电状态之间的相关性以及温度与充电状态之间的相关性，来估 计并存储对应于所述估计的开路电压以及所述测量的温度的充电状态。
17.如权利要求16所述的方法，还包括通过把在用于当前与先前电池电压的加权平均值(当中较早测量得的电池电压会被 赋予较大的权数)与前一阶段的开路电压之间的差异增加到所述估计的现在阶段处的开 路电压，来校正开路电压。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述先前电池电压是前一阶段测量所得的电池电压。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述估计开路电压变化通过将计算所得的开路电压变化乘以依据温度的校正因 子来计算。
20.如权利要求16所述的方法，其中，构成所述变化模式的所述电池电压至少包括现在阶段处测量所得的电压Vn、前 一阶段测量所得的电压Vlri以及前一阶段的前一阶段测量所得的电压\-2。
21.如权利要求16所述的方法，其中，所述数学模型通过在现在阶段与前一阶段之间的电池电压变化以及由电池电压 变化模式的每一电压定义的模式函数之间的数学运算来定义，其中，所述数学模型通过现在阶段与前一阶段之间的电池电压变化以及所述电池电压 变化模式的每一电压定义的模式函数的数学运算来定义。
22.如权利要求16所述的方法，其中，所述校正因子通过将电池温度作为输入参数代入使用电池温度(T)作为输入参 数并且使用所述电池开路电压变化的校正因子作为输出参数的数学模型来计算。
全文摘要
一种基于电池电压变化模式而估计SOH的装置。数据存储单元，在每次SOH的估计，从感测器获得并存储电池电压、电流以及温度数据。第一SOC估计单元通过使用电池电流数据的电流积分来估计第一SOC。第二SOC估计单元根据电压变化模式来估计开路电压，并使用开路电压与SOC之间以及温度与SOC之间的相关性来计算及存储对应于开路电压及温度的第二SOC。加权平均值收敛计算单元计算并存储第二SOC的变化与第一SOC的变化的比率的加权平均值的收敛值。SOH估计单元使用加权平均收敛值与电池容量之间的相关性来估计出对应于加权平均收敛值的电池容量，估计出所估计的电池容量相对于初始容量的相对比率并将该相对比率存储为SOH。
文档编号G01R31/36GK102119338SQ200980130989
公开日2011年7月6日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年8月8日
发明者康桢洙, 郑彰棋, 金智浩, 金珠英 申请人:株式会社Lg化学