专利名称：使用电池电压行为估计电池电阻特性的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种估计电池的电阻特性的装置及方法，特别是涉及用于基于电池的 开路电压来估计电池的电阻特性的装置及方法。
背景技术：
现今随着空气污染日益严重且化石燃料逐渐耗尽，可以使用电池来操作的诸如混 合动力车辆的电动车辆逐渐受重视。电池的容量在使用时慢慢降低，这是由于电池的电化 学反应是不可逆的。用于诸如蜂窝电话的便携式装置中的电池不会因为电池的容量减低而 造成严重的问题。然而，如果用于电动车辆的电池其容量被降低至允许限度之下，则电动车 辆会因电池容量短缺而突然停止。另外，如果电池在其容量低于允许限度的状态下重复地 过度充电或过度放电，则会发生诸如爆炸等的在电池稳定性上的严重问题。因此，在电池相关产业中，根据电池的使用而数量化地估计老化效应的研究正被 积极执行。为了数量化地估计电池的老化效应，需要电化学参数，所述电化学参数的性能根 据电池的使用时间而改变，以及电池电阻可以被视为这种参数之一。电池电阻依据电池的 使用时间而趋向增加，因此通过测量电池的电阻、然后将其与当电池被制造出来时的初始 电阻值比较，可以数量化地估计电池的老化效应。但是当电池被充电或放电时，电池电阻无法被直接测量。因此在相关领域中，测量 电池电压以及充电/放电电流，然后依据欧姆定律间接地测量电池电阻。然而，由于压降效 应(IR drop effect)，电池电压示出与实际电压的偏差，且电池电流也具有测量误差，因此 依据欧姆定律所简单计算出的电阻与实际电阻相比较具有误差。为了参考，压降效应是指当电池与负载相连并开始被放电、或电池从外部电源开 始被充电时电压快速变化的现象。换言之，当开始放电时，电池电压快速下降，且当开始充 电，电压快速增加。因此，相关领域正积极研究更精确地测量电池电阻的方法。
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用于高精度 地估计电池电阻特性的装置及方法。为了达到上述目的，本发明提供一种用于基于电池电压变化模式来估计电池的电 阻特性的装置，其包括数据存储管理器，其用于每当估计电阻特性时，都获得并存储来自 电压传感器、电流传感器以及温度传感器的电池电压、电流以及温度数据，其中电压传感 器、电流传感器以及温度传感器被耦合至电池；开路电压计算器，其用于根据目前与过去所 测量的电池电压变化模式来计算电池开路电压；加权平均电阻计算器，其用于根据电池电 流以及在电池开路电压与电池电压之间的差来计算电池电阻参数，以及根据目前与过去计 算所得的电池电阻参数来计算加权平均电阻；加权平均电阻收敛计算器，其用于通过使用 加权平均电阻作为初始条件来重复计算加权平均序列以计算加权平均电阻收敛值；以及电阻特性估计器，其用于根据加权平均电阻收敛值来估计电池电阻。在一个方面中，电阻特性估计器可以将加权平均电阻收敛值估计为电池电阻。在另一个方面中，电阻特性估计器可以从查找表中映射对应于所计算出的加权平 均电阻收敛值的电池电阻，所述查找表定义用于每个加权平均电阻收敛值的电池电阻。在又一个方面中，电阻特性估计器可以将所计算出的加权平均电阻收敛值输入至 使用加权平均电阻收敛值作为输入参数以及使用电池电阻作为输出参数的函数来估计电 池电阻。在又一个方面中，电阻特性估计器可以通过将所计算出的加权平均电阻收敛值与 对应于在电池被制造时的初始电池电阻值的加权平均电阻收敛值进行相对比较来估计电 池电阻。优选地，电阻特性估计器可以基于可允许的最大电阻来估计所述估计的电池电阻 与初始电池电阻的相对比率，作为代表电池电阻衰退的参数。在本发明中，开路电压计算器可以包括开路电压变化计算单元，其用于通过应用 数学模型根据目前与过去测量所得的存储电池电压变化模式来计算出开路电压变化，其中 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，以及通过把与电池温度相 对应的校正因子反映到所计算出的开路电压变化来估计现阶段的开路电压变化；以及开路 电压估计单元，其用于通过把所估计的开路电压变化反映到前一阶段所估计的电池开路电 压来估计现阶段的电池开路电压。优选地，开路电压估计单元可以通过将用于目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增加到现 阶段的估计的开路电压，来校正开路电压。在这种情况下，先前电池电压可以是前一阶段的 电池电压。优选地，可以通过将计算所得的开路电压变化与对应于温度的校正因子相乘，来 计算估计的开路电压变化。根据本发明，电池电压变化模式可以至少包括现阶段测量所得的电压\、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vn_2。优选地，数学模型可以通过现阶段与前一阶段之间的电池电压变化以及由电池电 压变化模式的每个电压所定义的模式函数之间的数学运算来定义。此外，校正因子可以通 过将电池温度输入至数学模型来计算出，该数学模型是以电池温度(T)作为输入参数并且 以电池开路电压变化的校正因子作为输出参数。为了达到上述目的，本发明还提供一种用于基于电池电压变化模式来估计电池的 电阻特性的方法，包括每当估计电池特性时，都获得并存储来自电压传感器、电流传感器 以及温度传感器的电池电压、电流以及温度数据，其中所述电压传感器、所述电流传感器以 及所述温度传感器被耦合至电池；从目前与过去测量所得的电池电压变化模式来计算电池 开路电压；根据电池电流、以及在电池开路电压与电池电压之间的差来计算电池电阻参数， 并且由目前与过去计算所得的电池电阻参数来计算出加权平均电阻；使用加权平均电阻作 为初始条件，重复地计算加权平均序列，来计算加权平均电阻收敛值；以及从加权平均电阻 收敛值来估计电池电阻。
下面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将变得明显，其 中图1是示出根据本发明实施例的根据电池电压变化模式而估计电池的电阻特性 的装置的框图。图2是示出根据本发明实施例的电池电阻特性估计程序的框图。图3是示出根据本发明的使用电池电压变化模式来估计开路电压的开路电压计 算器的框图。图4是示出根据本发明实施例的使用电池电压变化而估计电池的电阻特性的方 法的流程图。图5是示出根据本发明实施例的使用电池电压变化来估计电池的开路电压的方 法的流程图。图6是由于压降效应(IR drop effect)所导致的在进行充电/放电测试时直接 测量的电池电压与根据本发明所估计的开路电压不同的曲线图。图7是示出根据本发明所计算出的加权平均值在不考虑初始条件的情况下随时 间而收敛至实际电阻的曲线图。图8是示出实验所选的12个电池中的每个的实际电阻、估计的电阻及两者之间的
误差的表格。
具体实施例方式以下，将参考附图来详细说明本发明的优选实施例。在说明之前，应该理解的是， 在说明书及权利要求中的术语不应该被理解为限于通常及字典上的意义，而是应该基于发 明人为了最佳解释适当地定义术语的原则、基于与本发明的技术方面相对应的含义和概念 来解释。因此，在此所提出的说明仅为说明所需的优选示例，并非意欲限制本发明的范围， 因此应该理解的是，在未脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出其他等效和修改。图1是示出根据本发明实施例的基于电池电压变化模式而估计电池的电阻特性 的装置的框图。参照图1，根据本发明的基于电池电压变化模式而估计电池的电阻特性的装置与 电池100和负载107连接，并包括电压传感器101、温度传感器102、电流传感器103、存储 器104以及微控制器105。电压传感器101在微控制器105的控制下，在每个电阻特性估计时测量电池电压， 并将电池电压输出至微控制器105。由于压降效应，测量所得的电池电压与实际的电池电压 不同。温度传感器102在微控制器105的控制下，在每个电阻特性估计时测量电池温度， 并将电池温度输出至微控制器105。电流传感器103在微控制器105的控制下，在每个电阻特性估计时测量流经电流 感测电阻108的电池电流，并将电池电流输出至微控制器105。存储器104存储用于估计电池的电阻特性所需的程序、用于通过使用电池电阻特 性来估计电池电阻和电阻衰退所预先需要的各种数据、由电压传感器101、温度传感器102及电流传感器103测量所得的电池电压、温度及电流数据、以及在电池电阻特性估计程序 估计电池电阻和电阻衰退时出现的各种计算值。微控制器105在电池100的每个电阻特性估计处从电压传感器101、温度传感器 102及电流传感器103接收电池电压、温度及电流数据，并存储在存储器104中。另外，微控 制器105从存储器104中读取并执行电池电阻特性估计程序，估计电池的电池电阻及电阻 衰退，并将估计的数据存储在存储器104中，以及在需要时经由显示106输出估计所得的电 池电阻及电阻衰退。电池100的种类并未特别限定，并且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，均为可再充电的且它们的充电状态应该被考虑。负载107的种类并未特别限定，以及其可为便携式电子装置，诸如摄影机、移动电 话、便携式PC(个人计算机)、PMP及MP3播放器、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电池电阻特性估计程序的框图。请参考图2，电池电阻特性估计程序200由微控制器105来执行，并且其包括数据 存储管理器201、开路电压计算器202、加权平均电阻计算器203、加权平均电阻收敛计算器 204以及电阻特性估计器205。如图1所示，数据存储管理器201在每个电阻特性估计时接收来自于电压传感器 101、温度传感器102及电流传感器103的电池的电压Vn、温度Tn及电流Γ，并将其存储在存 储器104。此处，η代表电压、温度及电流的测量次序号，且其与电阻特性估计次序号相同。开路电压计算器202使用电池电压变化模式来计算出电池的开路电压变化 AOCVn，通过应用依据温度的校正因子来校正计算所得的电池开路电压变化，以及通过把 已校正的电池开路电压变化反映到先前计算出的开路电压OCVlri来计算现阶段的电池开路 电压0CVn。计算开路电压变化AOCVn的过程以及依据温度校正开路电压变化八00^的过 程将详细叙述于后。开路电压计算器202将计算出的Δ OCVn存储在存储器104中。加权平均电阻计算器203使用下列数学式1来计算加权平均电阻Rm_n 数学式1Rmeann = (Rlri X 权数 +Rn) + (权数 +1)Rlri = I Vn-LOCVlri I + I IlriRn = |Vn-0CVn| + |ln|在数学式1中，旧及Rlri是分别在第η次与第η_1次所计算出的电池电阻参数，Vn 及Vlri分别为第η次与第η-1次测量所得的电池电压，OCVn及OCVlri是分别在第η次与第 η-1次所计算出的开路电压，In及Γ—1是分别在第η次与第η-1次测量所得的电池电流，η 是2或更大的整数，权数是例如5000或更大的足够大的值。加权平均电阻Rm_n倾向随时间收敛至电池的实际电阻。此后，将对此特性更详细 地说明。图6是示出在预先设定模式下进行电池的充电/放电时周期性地测量所得的T、 以及使用电池电压变化模式而周期性估计所得的OCVn的曲线图。参考图6，应该理解的是，与估计所得的00^相比较，测量所得的电池电压Vn被变 化得更陡峭，其是在测量电池电压时所发生的压降效应所致，所以测量所得的电压Vn与估计所得的电压OCVn之间的绝对差，对应于由电池电流In与电池电阻Rn相乘所得的值。因 此，在测量Vn时，电池电阻参数Rn能够被看作代表电池的电阻特性。图7是示出加权平均电阻IU^RnrealMalMan4U…的变化模式的曲线图，其 在对其电阻已知的电池进行充电/放电测试时，基于电阻参数R1的不同条件，依据时间通 道来周期性地计算。在图7中，图形A代表电阻参数R1被设定为实际电阻的情况，图形B代表电阻参数 R1被设定为高于实际电阻的情况，以及图形C代表电阻参数R1被设定为低于实际电阻的情况。参考图7，虽然加权平均电阻的输入参数Rn的初始值R1被设定得不同，但是可发 现的是，加权平均电阻均随时间收敛至实际电阻。因此，加权平均电阻的收敛可以用作用于 估计电池电阻的参数。同时，加权平均电阻的收敛可以由长时间的充电/放电实验而得出。但是在电池 的实际使用环境中，当加权平均电阻在特定的时间点处被获得时，其不可能是加权平均电 阻所会收敛至的值。因此，在本发明中，当加权平均电阻在特定的时间点处使用电阻参数 Rlri及Rn而得出时，加权平均电阻的收敛使用以加权平均序列而估计出，其中该获得的加权 平均电阻是初始条件。更详细地说，加权平均电阻收敛计算器204依据加权平均序列来计算出加权平均 电阻，其中该加权平均序列使用下列数学式2，将由加权平均电阻计算器203所计算出的加 权平均电阻R_nn作为初始条件，并且此计算重复足够多次。以此方式，加权平均电阻收敛 计算器204获得加权平均电阻的收敛ILann，且将其存储在存储器104中。此处，RmeJi表示 Rfflean"的收敛值。数学式2加权平均序列RffleanV1 = (Rmean1V1 X 权数 +Rmeannk) / (权数 +1)加权平均序列的初始条件 Rme: = (Rlri X 权数 +Rn) + (权数 +1)在数学式2中，k为1或以上的整数。加权平均序列被计算非常多的次数，超过数 千次。加权平均电阻的初始收敛Rnrean1可以参考在电池被制造时设定并存储在存储器104 中的值。如图7所示，加权平均电阻R_nn倾向收敛至实际电阻，而不依赖电阻参数的初始 条件R1。因此，根据数学式2的加权平均序列中，当k = 1时，初始值RnreannCl可以被随意设 定，但是计算的次数依据RmeannCl的大小而剧烈地增加，直到加权平均电阻收敛至特定值。因 此，初始值RmeannC1优选地设定为前一阶段所得出的收敛值ILJ"1、或在电池被制造时的初始 电池电阻值。在这种情况下，序列计算的次数可以被减少直到加权平均电阻收敛至实际电 阻值，因此，加权平均电阻可以迅速地收敛至实际电阻值。电阻特性估计器205从存储器104读取加权平均电阻收敛值Rmeann，然后电阻特性 估计器205估计电池电阻Λ“ η，然后将此电池电阻存储在存储器104中。此处，表示 在第η次电阻估计时所估计的电池电阻。例如，实际上，电阻特性估计器205可以将加权平均电阻收敛值Rmeann估计为电池电阻
O作为另一个示例，电阻特性估计器205可以使用加权平均电阻收敛值与电池电阻 间的相关性，估计与加权平均电阻收敛值ILJ相对应的电池电阻Η “。此相关性可以为查找表，且此查找表对每个加权平均电阻收敛值均定义电池电 阻。作为替选方案，此相关性可以为分别使用加权平均电阻收敛值作为输入参数并使用电 池电阻作为输出参数的函数。此相关性可以经由对电池进行充电/放电测试而得出。换句话说，当对足够大量 的电池以同一条件进行长时间的充电/放电测试时，其中这些电池的实际电阻是已知且范 围广，则获得加权平均电阻收敛值。然后，与经由实验所得出的加权平均电阻收敛值相对应 的电池电阻被构造到查找表中。在其他示例中，加权平均电阻收敛值与电池电阻之间的函 数关系可以经由数值分析而得出，其使用通过实验所得出的加权平均电阻收敛值作为输入 参数并且使用电池电阻作为输出函数。在其他的示例中，电阻特性估计器205可以将由加权平均电阻收敛计算器204所 计算出的加权平均电阻收敛值ILJi与对应于在电池制造时的初始电阻值相对应的加权平 均电阻收敛值进行相对比较以估计电池电阻Λ11，并被存储在存储器104中。电阻特性估计器205可以在估计电池电阻/T之后，依据下列数学式3计算出所估 计的电池电阻与初始电池电阻值Rinitial的比率，然后SOH/的形式将计算的结果存储在存 储器104中，SOH/是代表电池电阻衰退的参数。数学式3SOHRn= [(Rlimit - ^ (Rlimk - Rinitia1)] XlOO在数学式3中，S0HKn是第η次估测时所得出的电池电阻衰退；是第η次估测时所得出的电池电阻；Rinitial是当电池被制造时的初始电池电阻值；以及Rlimit 是电池的最大允许电阻。SOH/代表目前电池电阻相对于初始电池电阻值的比率。电池电阻倾向于随时间 而增加，所以S0HKn变为参数，其用于确定电池在开始使用后所剩余的电池寿命。另外，S0HKn 可以用于控制电池的充电/放电容量。举例来说，如果S0HKn降低，电池的充电容量及放电 容量相应地降低。在这种情况下，以适合电池的电阻的方式对电池充电或放电，可以有效地 避免其被过度充电或过度放电。电阻特性估计器205可以将估计的SOH/输出至显示单元106。在这种情况下，显 示单元106经由接口耦合至微控制器105。此外，电阻特性估计器205经由此接口将S0HKn 输出至显示单元106。接着，显示单元106可视地显示S0HKn使得使用者辨识。S0HKn可以直 接以文字或图形来显示。图3是更详细地示出根据本发明的使用电池电压变化模式而估计电池开路电压 的开路电压计算器202的框图。参考图3，开路电压计算器203包括开路电压变化计算单元2031以及开路电压估计单元2032。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 来计算出开路电压变化，以便计算目前电池开路电压。换句话说，开路电压变化计算单元 2031基于前一阶段的开路电压来计算目前阶段的电池开路电压变化多少。详细地说，开路电压变化计算单元2031从存储器104读取于在目前电阻特性估计 时测量出的电池电压Vn、在前一电阻特性估计时测量出的电池电压Vn-1以及在目前电阻特 性估计时测量出的电池温度τη。然后，开路电压变化计算单元2031依据下列数学式4来计 算开路电压变化A0CVn。数学式4Δ OCVn = OCVn-OCVlri = G(V) XF(T)在数学式4中，G (V)是将电池电压变化‘Vn-Vlri ‘映射至开路电压变化Δ OCVn的 开路电压变化运算函数，以及F(T)是通过依据温度反映开路电压变化来校正开路电压变 化AOCVnW开路电压校正函数。G(V)为函数，其实际上并非将电池电压变化转换为开路电压变化，而是对由因压 降(IR drop)(即，测量电压与实际电压之间的差)所产生的电池电压误差进行校正而将电 池电压变化转换为开路电压变化。换言之，如果电池电压的变化逐渐增加，则G(V)降低电 池电压变化，然后输出降低的电池电压变化作为电池开路电压变化。另外，如果电池电压变 化倾向维持其原有的值，则G(V)输出电池电压变化作为其原本的电池开路电压变化。此 外，如果电池电压倾向减少，则G (V)稍微放大电池电压变化，然后将此稍微放大的电池电 压变化作为电池开路电压变化。G(V)可以通过数学建模而得出于特定温度下的电池电压变化模式与开路电压变 化间的相关性。作为一个示例，前述的数学模型函数可于允许测量电池电压及电池开路电 压的实验室条件下，分析存在于电池电压Ψ、电池电压Vlri及电池电压Ψ—2之间的变化模式 以及开路电压变化AOCVn之间的相关性而被得出。构造电池电压变化模式的电池电压数 目可以扩大至4或以上。G(V)可以总结为如下列数学式5的形式。数学式5G(V) = (Vn-Vlri) Xg (VnJn-1, Vn-2,…)此处，g(Vn，Vn^Vn-2,…)是模式函数，其定义在每个电阻特性估计处测量所得的 电池电阻的变化模式。符号“…”代表此模式函数可以使用至少三个电池电压来定义，其中 包括现阶段所测量出的电池电压。模式函数可以由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定义。作为示例，函数g可以被定义为前一阶段的电压变 化与现阶段的电压变化的相对比率。然而，本发明没有被限制到模式函数g的任何特定的 数学式。同时，电池电阻随着温度而变化。如果电池电阻改变，则甚至相同的充电或放电情 况下，电池电压变化模式以及电池开路电压变化也随之改变。F(T)是依据温度条件来校正 由G(V)所计算出的开路电压变化。换句话说，在电池温度与G(V)的计算条件所设定的标 准温度不同的情况下，F⑴是用于校正G(V)所计算出的开路电压变化的函数。F⑴可以 由分析当温度以一定间隔变化时，电池电压变化模式与电池开路电压变化之间的相关性而得出。换言之，在每个测量温度以例如1V的间隔规律地变化而所测量到的电池电压变化模 式相同的实验情况下，F(T)可由测量电池开路电压变化AOCVn相较于在标准温度下测量所 得的AOCVn的变化量而得出，然后，通过使用温度T作为输入参数并且使用变化量AOCVn 作为输出参数，将温度及AOCVnW变化量以数学建模。如此而得出的F(T)变为以电池温 度T作为输入参数的输出电池开路电压变化的校正因子的函数。为了简化计算，可以利用 依赖于每个T的校正因子来构造查找表，再将查找表存储在存储器104中，使得存储在查找 表中的用于每个温度的校正因子可以被参考，用于获得用于校正电池开路电压变化的校正 因子。开路电压估计单元2032从存储器104中读取于前一电阻特性估计处测量所得的 开路电压OCVn-1,然后将由开路电压变化计算单元2031所计算出的开路电压变化AOCVnW 入至OCVn-1,以计算出开路电压0CVn，且将其存储在存储器104中。优选地，开路电压估计单元2032通过下列数学式6计算在电池电压Vn与前一阶 段测量到的电池电压之间的加权平均值Vnfcanvalud。数学式6Vn(ffleanvalue) = (WAAdVw+AnJVn-AA1^VnVAtotalAt。tal = AfAJA3+…+An在数学式6中，当k增加时，Ak降低。例如当η = 100时，Ak可以具有从100开始的 值，且以1的间隔降低。在其他的示例中，数学式6中的AiM+A^Vf··· +Ak_2*Vk_2 (3 ^ k ^ η) 可以被忽略掉。即便在这种情况下，Ak的变化趋势仍可如前所示地被维持。举例来说，当k =η时，A^Vi+A^Vf··· +An_2*Vn_2可以被设定为0，且Alri被赋予较大的数目，而非An。例如， K-I与An可以分别被赋予90与10。为了附加地校正，开路电压估计单元2032可通过将在计算所得的加权平均值 Vn(ffleanvalue)与开路电压OCVn-1之间的差增加至计算出的开路电压OCVn,再一次校正开路电压。 如果加权平均值Vnfcanvalud被计算出来并附件地被用于校正开路电压，则尽管从电池100所 输出的电压异常地变化，开路电压的计算误差仍会逐渐地降低。如果开路电压使用加权平 均值Vnimeanvalue)而被完全地校正，则开路电压估计单元2032将校正后的开路电压OCVn存储 在存储器104中。很明显地，当计算加权平均电阻的输入参数时，参考到由开路电压估计单元2032 存储在存储器104中的开路电压0CVn。此处，使用电池电压变化模式来估计电池电阻特性的方法被详细叙述于下。图4是根据本发明的基于电池电压变化模式而估计电池电阻特性的方法的流程 图。在图4中，每个步骤由图1中所示的微控制器105来执行。在步骤SlO中，确认是否存在估计电池的电阻特性的请求。电阻特性估计请求可 以由外部输入、或由电池电阻特性估计程序自动产生。如果步骤SlO的确认结果是存在电池电阻特性估计请求，则估计电池电阻特性的 例行程序被启动。相反地，如果没有电池电阻特性估计请求，则终止该过程。在步骤S20中，前次电阻特性估计处所得到的电池电阻参数Rlri以及加权平均电 阻收敛值R-^从存储器中被读取出来。接着，在步骤S30中，使用电压传感器、温度传感器及电流传感器来测量出Vn、Tn&In。随后，在步骤S40中，电池开路电压OCVn通过电池电压变化模式被估计出来，以及 电池电阻参数Rn从r、r及ocvn被计算出来。然后，在步骤S50中，加权平均序列的初始条件RmeJi由旧及旧-1中得出。数学式 2在计算出初始条件时被使用。之后，在步骤S60中，使用初始条件RmeJ1及Rmean11=1重复计算加权平均序列达足够 多次以计算出加权平均电阻的收敛值R_nn。在R_nn · Rfflean1"1的计算可被预先设定的ILan1 取代时，使用数学式2。此处，在电池被初始制造时，利用初始电池电阻值来设定R-Λ此后，在步骤S70中，电池电阻从加权平均电阻的收敛值Rm_n被估计而得。举 例来说，电池电阻/r可被估计成与加权平均电阻的收敛值Rm_n相同。作为另一个示例，与 加权平均电阻的收敛值R_nn相对应的电池电阻尺"可以使用加权平均电阻的收敛值与电池 电阻之间的相关性而被估计出来。此相关性可以为对每个加权平均电阻收敛值均定义电池 电阻的查找表或者使用加权平均电阻收敛值和电池电阻作输入参数和输出参数的函数。在 又一示例中，电池电阻可以通过将与初始电池电阻值相对应的加权平均电阻的收敛值与步 骤S60所计算出的加权平均收敛值对比较、基于初始电池电阻值而被估计出来。换 言之，初始电池电阻值被增加得与加权平均收敛值的增加比率一样多，且而所增加的值可 被估计为电池电阻。接着，在步骤S80中，基于初始电池电阻值Rinitial计算估计的电池电阻尺"的相对增 加，且借助于计算出的相对增加比率来估计S0HKn。估计的SOH/被存储在存储器104中、或 被输出至显示单元106。此时，根据数学式3、基于最大允许电阻Rinitial来优选地计算相对 增加比率。如果上述步骤完成，则用于估计电池的电阻特性的处理整个完成。图5基于图4的步骤S40的电池电压变化模式来估计开路电压OCVn的过程的流 程图。在图5中，每个步骤均由图1中的微控制器105执行。如图5所示，首先，在步骤PlO中，确认是否存在用于估计开路电压OCVnW请求。 用于估计的请求可以从外部输入或依据程序算法自动地产生。如果在步骤PlO中存在用于确认有估计电池的开路电压OCVnW请求的请求存在， 则开路电压估计步骤程序便被执行启动。相反地，如果不存在用于估计OCVn的请求，则终 止该过程。在步骤P20中，在存储器中存储的电池电压变化模式被读取。电池电压变化模式 包括至少VWn-1及Vn-2。此后，在步骤P30中，通过电池电压变化模式及电池温度来计算开 路电压变化A0CVn。此处，己完整解释用于开路电压变化Δ OCVn的计算方法。同时，在本发明中，在未负载的状态下，V1与V2以及OCV1与OCV2被初始化为电池 电压，即，在电池即将与负载连接之前才被测量出来。例如，当电池用于电力驱动车辆时，V1 与V2以及OCV1与OCV2被设定为当车辆以钥匙启动时所测量到的电池电压。接着，在步骤Ρ40中，开路电压变化Δ OCVn被加入至前次开路电压AOCVlri以计算 出目前开路电压A0CVn。然后，在选择性地被执行的步骤P50中，其中目前电池电SVn、以及前次电池电压 Vn-1的加权平均值被计算，以及在计算出的加权平均值与前次开路电压OCVn-1之间的差被加入至目前开路电压OCVn，以附加地校正开路电压ocvn。以上已经解释了用于加权平均值的 计算方法。最后，在步骤P60中，估计所得的开路电压OCVn被存储在存储器104中。实验例此后，本发明的效果将基于下列的实验示例解释于后。然而，下列的实验示例仅提 供举例的功能，它们并非用于限制本发明的范围。在这些实验中，一共准备了 12个已知实际容量的电池。在这12个电池中，第5个 电池在被制造时具有初始电阻值。之后，在每个电池在相同的充电/放电条件下充电/放 电达足够次数后。依据本发明，在一小时过后可以得出加权平均电阻收敛值，然后，加权平 均电阻收敛值被估计为电池电阻。图8是示出与被选择进行实验的12个电池中的每个电池的实际电阻、估计电阻以 及估计的电阻值与实际电阻值进行比较的误差的表格。参考图8，与实际电阻相比较，根据本发明所估计的电池电阻在3%的范围内。如 此，本发明确保以高精确估计电池电阻，且使得能够精确地估计电池电阻衰退，其是能够从 电池电阻计算出的参数。工业应用性依据本发明，可以通过简单序列计算来精确地估计电池电阻特性。此外，可以以各 种方式应用电池电阻的精确估计，例如，用于估计电池更换时间点。此外，由于电池充电/ 放电容量可以基于精确地估计电阻衰退而被控制，所以本发明可以避免过度充电或过度放 电，由此增进电池的安全性。已经详细地描述了本发明。然而，应该理解的是，尽管示出了本发明的优选实施 例，但是详细的描述和特定的示例仅以说明的方式给出，因为在本发明的精神和范围中的 各种变化和修改将对本领域技术人员变得显而易见。
权利要求
1.一种用于基于电池电压变化模式来估计电池电阻特性的装置，包括数据存储管理器，所述数据存储管理器用于每当估计电阻特性时，都获得及存储来自 电压传感器、电流传感器以及温度传感器的电池电压、电流以及温度数据，所述电压传感 器、所述电流传感器以及所述温度传感器被耦合至电池；开路电压计算器，所述开路电压计算器用于根据目前及过去所测得的电池电压变化模 式来计算电池开路电压；加权平均电阻计算器，所述加权平均电阻计算器用于根据电池电流、以及在所述电池 开路电压与电池电压之间的差来计算电池电阻参数，以及用于根据目前及过去所计算出的 电池电阻参数来计算加权平均电阻；加权平均电阻收敛计算器，所述加权平均电阻收敛计算器用于通过使用加权平均电阻 作为初始条件来重复地计算加权平均序列，来计算加权平均电阻收敛值；以及电阻特性估计器，所述电阻特性估计器用于根据所述加权平均电阻收敛值来估计电池 电阻。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电阻特性估计器估计所述加权平均电阻收敛值作为电池电阻。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述电阻特性估计器通过从查找表中映射对应于所计算出的加权平均电阻收敛 值的电池电阻来估计电池电阻，所述查找表对每个加权平均电阻收敛值定义电池电阻。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述电阻特性估计器通过把所计算出的加权平均电阻收敛值输入至函数来而估 计电池电阻，所述函数使用所述加权平均电阻收敛值和所述电池电阻分别作为输入参数和 输出参数。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述电阻特性估计器通过把所计算出的加权平均电阻收敛值与对应于在电池被 制造时的初始电池电阻值的加权平均电阻收敛值进行相对比较，来估计电池电阻。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述加权平均电阻计算器依据下列数学式来计算 加权平均电阻iLann:Rffleann = (Rlri X 权数 +Rn) + (权数 +1)Rlri = I Vn-l_0CVn-l I + I p-1Rn= |vn-ocvn| +1 In其中，Rn及Rlri分别为第η次与第η-1次计算出的电池电阻参数， 其中，Vn及Vlri分别为第η次与第η-1次测量得的电池电压， 其中，OCVn及OCVlri分别为第η次与第η-1次计算出的开路电压，以及 其中，In及Γ—1分别为第η次与第η-1次测量得的电池电流。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述加权平均电阻收敛计算器依据下列加权平均序列来计算加权平均电阻收敛 值U，其中k为1或更大R_nk+1 = (RmeanVi Χ 权数 +U / (权数 +D， 其中，所述加权平均序列的初始状况！ .^由下列条件所设定RffleaHn1 = (Rn-1 χ 权数 +Rn) + (权数 +1)，其中，RmeannO被设定为前一阶段的加权平均电阻收敛值或初始电池电阻值。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述电阻特性估计器是基于可允许的最大电池电阻来估计所估计的电池电阻相 对于初始电池电阻的相对比率作为代表电池电阻衰退的参数。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述开路电压计算器包括开路电压变化计算单元，所述开路电压变化计算单元用于通过应用定义了电池电压变 化模式与开路电压变化之间的相关性的数学模型，根据目前与过去测量所得的所存储电池 电压的变化模式来计算开路电压变化，以及通过把与电池温度相对应的校正因子反映到所 计算出的所述开路电压变化来估计现阶段的开路电压变化；以及开路电压估计单元，所述开路电压估计单元用于通过把所估计的所述开路电压变化反 映到前一阶段所估计的电池开路电压来估计现阶段的电池开路电压。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述开路电压估计单元通过把用于目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)与前一阶段处的开路电压之间的差加到在现在阶 段所估计的所述开路电压，来校正开路电压值。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述先前电池电压是前一阶段的电池电压。
12.如权利要求9所述的装置，其中，通过由所计算出的开路电压变化与对应于温度的校正因子相乘来计算所估计的 开路电压变化。
13.如权利要求9所述的装置，其中，所述电池电压变化模式至少包括现阶段、前一阶段以及前一阶段的前一阶段测 量所得的电池电压vn、Vlri以及vn_2。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述数学模型通过现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 模式的每个电压所定义的模式函数之间的数学运算来定义。
15.如权利要求9所述的的装置，其中，所述校正因子通过把电池温度输入至数学模型来被计算，所述数学模型使用所 述电池温度(T)作为输入参数，并且使用所述电池开路电压变化的所述校正因子作为输出参数。
16.一种基于电池电压变化模式来估计电池的电阻特性的方法，包括(a)每当估计电阻特性时，都获得并存储来自电压传感器、电流传感器以及温度传感器 的电池电压、电流以及温度数据，所述电压传感器、所述电流传感器以及所述温度传感器被 耦合至所述电池；(b)根据目前与过去测量所得的电池电压变化模式来计算电池开路电压；(c)根据电池电流以及所述电池开路电压与电池电压之间的差来计算电池电阻参数， 以及根据目前与过去计算所得的电池电阻参数来计算加权平均电阻；(d)使用所述加权平均电阻作为初始条件，通过重复地计算加权平均序列来计算出加权平均电阻收敛值；以及(e)根据所述加权平均电阻收敛值来估计电池电阻。
17.如权利要求16所述的方法，其中在步骤(e)中，所述加权平均电阻收敛值被估计为电池电阻。
18.如权利要求16所述的方法，其中在步骤(e)中，通过从查找表中映射与所计算出的加权平均电阻收敛值相对应的 电池电阻来估计电池电阻，所述查找表对每个加权平均电阻收敛值定义电池电阻。
19.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤(e)中，通过把所计算出的加权平均电阻收敛值输入至函数来估计电池电阻， 所述函数使用所述加权平均电阻收敛值和所述电池电阻分别作为输入参数和输出参数。
20.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤(e)中，通过把所计算出的加权平均电阻收敛值与对应于在电池被制造 时的初始电池电阻值的加权平均电阻收敛值进行相对比较来估计电池电阻。
21.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤(c)中，加权平均电阻R_nn依据下列的数学式来计算 U = (Rlri X 权数 +Rn) + (权数 +1)
22.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤(d)中，加权平均电阻收敛值Rm_n依据下列加权平均序列来计算，其中k 是1或更大
23.如权利要求16所述的方法，还包括基于最大允许电阻来估计所述估计的电池电阻相对于初始电池电阻的相对比率作为 代表电池电阻衰退的参数。
24.如权利要求16所述的方法，其中步骤(b)包括通过应用数学模型根据目前与过去所测得的存储的电池电压的变化模式来计算开路 电压变化，以及通过把与电池温度相对应的校正因子反映到所计算出的开路电压变化来估 计现阶段的开路电压变化，其中所述数学模型定义电池电压变化模式与开路电压变化间的 相关性；以及通过把所估计的开路电压变化反映到前一阶段所估计的电池开路电压，来估计现阶段 的电池开路电压。
25.如权利要求M所述的方法，还包括通过将目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加到在现阶段所估计的开路电压来校正开路电压。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述先前电池电压是前一阶段的电池电压。
27.如权利要求M所述的方法，其中，通过所计算的开路电压变化与对应于温度的校正因子相乘来计算所估计的开路 电压变化。
28.如权利要求M所述的方法，其中，所述电池电压变化模式至少包括在现阶段、前一阶段以及前一阶段的前一阶段 测量所得的电压Vn、Vlri以及\_2。
29.如权利要求M所述的方法，其中，所述数学模型通过现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 模式的每个电压所定义的模式函数之间的数学运算来定义。
30.如权利要求M所述的方法，其中，所述校正因子通过将电池温度输入至数学模型来计算，所述数学模型使用所述 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所述校正因子作为输出参
全文摘要
一种用于估计电池的电阻特性的装置，包括数据存储管理器，其用于在每当估计电池电阻特性时，都获得及存储电池电压、电流以及温度数据；开路电压计算器，其用于由目前与过去所测得的电池电压变化模式来计算电池开路电压加权平均电阻计算器，其用于由电池电流以及在电池开路电压与电池电压之间的差来计算电池电阻参数，以及由目前与过去计算所得的电池电阻参数来计算加权平均电阻；加权平均电阻收敛计算器，其用于由使用加权平均电阻作为初始条件、通过重复地计算加权平均序列来计算出加权平均电阻收敛值；以及电阻特性估计器，其用于由加权平均电阻收敛值来估计电池电阻。
文档编号G01R19/00GK102124354SQ200980131780
公开日2011年7月13日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年8月14日
发明者康桢洙, 金珠英 申请人:株式会社Lg化学