CN101208847B - 估算电池健康状态的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种利用内电阻估算电池的健康状态(SOH)的装置和方法,已经发现了内电阻作为对电池SOH施加最大影响的参数。估算方法包括如下步骤:将SOH估算表存储在存储器中,所述SOH估算表建立了与根据温度和充电状态(SOC)的各种内电阻值相对应的SOH值;当提出估算SOH的请求时,进行温度测量和电池SOC的估算;检测电池的内电阻值;以及从所述SOH估算表读取与测量温度、所估算的电池SOC以及所检测的电池内电阻值相对应的SOH值。

Description

估算电池健康状态的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种估算电池健康状态(SOH)的方法和装置,以及更加具体地涉及一 种根据时间流逝利用电池内电阻来估算电池状态的方法。
背景技术
[0002] 通常,电动车或混合式电动车利用存储在电池中的电能作为能源。作为用于上述 车辆的电池,主要地使用了锂离子聚合物电池,以及正在集中地进行研究。
[0003] 在汽油车的情况下,利用汽油作为燃料驱动其引擎,以及由此它们在测量燃料量 时没有很大困难。然而,在电动车或混合式电动车的情况下,由于电池被用作它们的电源, 因此难以测量电池中累积的剩余能量。
[0004] 同时,对于电动车或混合式电动车的驾驶员来说,与还剩多少电流能量以及由此 所述电流能量能在未来支持(cover)多久有关的信息是非常重要的。
[0005] 具体地,由于通过其电池中充入的能量来驱动电动车或混合式电动车,因此检查 电池的充电状态(SOC)是非常重要的。由此,开发了各种技术,意图在驾驶期间检查电池的 SOC从而向驾驶员通知例如可驾驶的距离的信息。
[0006] 进一步,进行了各种尝试,希望在驾驶车辆之前恰当地设置电池的SOC的初始值。
[0007] 此时,通常参考开路电压(OCV)设置SOC的初始值。这方法的前提是,OCV不会根 据环境而变化以及用作SOC的绝对参考值。然而,根据各种测试和论文,结论是OCV根据温 度和时间而变化,而并非根据环境而不发生变化。
[0008] 同时,除了如上所述的SOC之外,作为用于表明电动车的电池的状态的指标,使用 了健康状态(SOH)的概念。更具体地,随着时间的流逝,电池具有不同的特性。即,发生了 老化效应。通过预先预测老化程度,从而检测电池的当前状态S0H。目前,与SOC的估算不 同,没有SOH的定义,而且也没有其精确的估算方法。由此,存在单独提出的各种方法。
[0009] 例如,为了测量表示SOH的各因素,在将电池安装到车辆或任何其他系统之前,在 实验室或维修车间进行必要的测试,用于测量电池的SOC及其他因素。然而,该方案需要很 多时间,以及由此为了缩短时间而仅仅测量安装电池的电压。用这样的方式,仅仅估算电池 电压的测量没有考虑各种操作条件下负载处理能力的真实状态,需要上述各种操作条件以 便在电池的SOC下或在安装了电池的车辆或其他系统中确保电池可靠工作而需要执行的 测量。
发明内容
[0010] 技术问题
[0011] 因此,已经考虑到上述问题而作出了本发明,以及本发明的目的在于提供一种利 用内电阻估算电池的健康状态(SOH)的方法以及装置,已经发现内电阻是对电池的SOH施 加最大影响的参数。
[0012] 技术解决方案[0013] 根据本发明的一方面,提供了一种估算电池的健康状态(SOH)的方法。该方法包 括如下步骤:将SOH估算表存储在存储器中,所述SOH估算表建立了与根据温度和充电状态 (SOC)的各种内电阻值相对应的SOH值;当提出估算SOH的请求时,进行温度的测量和电池 SOC的估算;检测电池的内电阻值;以及从所述SOH估算表读取与测量温度、所估算的电池 SOC以及所检测的电池的内电阻值相对应的SOH值。
附图说明
[0014] 参考附图,根据以下某些优选实施例的具体实施方式当时,本发明的上述及其他 目的、优点以及优点将变得更加明显,其中:
[0015] 图1示出了根据本发明示例性实施例的建立健康状态(SOH)估算表的方法的流程 图;
[0016] 图2示出了根据本发明示例性实施例的SOH估算表;
[0017] 图3示出了根据本发明示例性实施例的SOH估算装置;以及
[0018] 图4示出了根据本发明示例性实施例的SOH估算方法的流程图。
[0019] 本发明的模式
[0020] 现在将描述本发明的示例性实施例。
[0021] 将参考图1进行说明,图1涉及根据本发明示例性实施例建立健康状态(SOH)估 算表的方法的流程图。
[0022] 为了建立SOH估算表,基于电池的S0H,测试者根据电池的温度和充电状态(SOC) 测量电池的内电阻值(SlOO)。
[0023] 此时,温度和S0C,即测量内电阻值的环境,落入特定电池的温度和SOC的实际工 作范围之内。
[0024] 进一步,代替直接测量内电阻值,测量根据温度和SOC的电压和电流,并随后优选 地根据电压和电流的测量值来计算所述内电阻值。
[0025] 这里,可以通过将SOH分为五个步骤,从而基于电池的SOH测量根据温度和SOC的 电池内电阻值,并随后在每个步骤中重复根据温度和SOC的电池内电阻值的测量。
[0026] 如上所述,当在SOH的每个步骤中完成了根据温度和SOC的电池内电阻值的测量 时,测试者基于每个测量结果建立SOH估算表(S102)。
[0027] 在所述SOH估算表中,如图2所示,根据温度、SOC和电池内电阻值而对不同SOH值 的每一个进行映射。
[0028] 当估算使用中的相应电池的SOH时,使用该SOH估算表。
[0029] 将参考图3描述利用SOH估算表估算SOH的装置的结构。
[0030] SOH估算装置包括控制器200、存储器202、电流和电压表204、温度传感器206、SOC 估算器208。
[0031] 根据本发明的示例性实施例,控制器200总体上控制SOH估算装置,测量温度,SOC 和内电阻,以及从所述SOH估算表读取与测量值相对应的SOH值。
[0032] 根据本发明的示例性实施例,存储器202存储各项信息,所述信息包括控制器200 的处理程序,以及特别包括SOH估算表。
[0033] 电流和电压表204根据控制器200的控制来测量电流和电压,以及使得可以计算电池的内电阻。这里,在使用电池的同时,例如在操作车辆的同时,实时地测量一秒的电压 和电流。通常,电池的内电阻是例如直流(DC)电阻,扩散电阻等的阻抗的总和,并且很难实 时测量。因此,适宜仅仅对单纯的DC电阻分量进行测量。优选在短时间内测量电阻,但是 考虑到硬件和其他信息的计算时间,测量时间被任意地设置为一秒。
[0034] 温度传感器206根据控制器200的控制检测温度,以及向控制器200提供检测结
果ο
[0035] SOC估算器208根据控制器200的控制估算S0C,以及向控制器200提供估算结果。
[0036] 现在,将参考图4描述根据本发明的示例性实施例的SOH估算方法,其可以应用于 SOH估算装置。
[0037] 当要求SOH估算时,控制器200通过温度传感器206,SOC估算器208以及电流和 电压表204测量温度,S0C,电流和电压(S300, S302,和S304)。
[0038] 此后,控制器200利用所测量的电流和电压计算电池的内电阻(S306)。
[0039] 当完成了内电阻的计算时,控制器200从存储在存储器202中的SOH估算表读取 SOH值,该SOH值与测量温度和SOC以及所计算的内电阻相对应。通过读出SOH值,完成了 基于SOH估算请求的电池的SOH估算。
[0040] 如上所述,可以利用内电阻估算S0H,已经发现了内电阻作为对电池SOH施加最大 影响的参数。
[0041] 工业实用性
[0042] 从上述可以看出,根据本发明,通过测试利用检测每个S0H、温度、SOC以及内电阻 而建立了 SOH估算表,以及通过SOH估算表读出S0H,从而可以容易地检测相应电池的S0H, 其中所述SOH与在实际使用电池期间实时测量的内电阻相对应。进一步,可以相对地且精 确地估算电池的S0H,其中电池的SOH不可能被直接检测且具有非常强的非线性。
[0043] 此外,可以在不向电池管理系统(BMS)增加独立装置以用于估算电池SOH的情况 下估算出电池的S0H。
[0044] 尽管已经参考了目前被认为是最实用的和最优选的实施例而描述了本发明,但是 将要理解,本发明不局限于所公开的实施例和附图,而是相对地,意图是覆盖所附权利要求 书的精神和保护范围内的各种改型和变化。

Claims (5)

1. 一种估算电池的健康状态(SOH)的方法,所述方法包括如下步骤:将健康状态估算表存储在存储器中,所述健康状态估算表建立了与根据温度和充电状 态(SOC)的各种内电阻值相对应的健康状态值;当提出估算健康状态的请求时,进行电池的温度测量和充电状态估算;检测电池的内电阻值;以及从所述健康状态估算表读取健康状态值,所述健康状态值与所测量的温度、所估算的 电池的充电状态、以及所检测的电池内电阻值相对应。
2.根据权利要求1的方法,其中所述内电阻值通过电压和电流计算,在电池的实际工 作期间在预定时间内测量所述电压和电流。
3.根据权利要求1的方法,其中利用电池的实际工作温度和充电状态范围内的值来建 立所述健康状态估算表。
4. 一种估算电池的健康状态(SOH)的装置,包括:存储器,其存储健康状态估算表,所述健康状态估算表建立了与根据温度和充电状态 (SOC)的各种内电阻值相对应的健康状态值;电流和电压表,其测量电池的电流和电压;温度计,其测量温度;充电状态估算器,其估算所述电池的充电状态;以及控制器,当提出估算健康状态的请求时,该控制器通过温度计对温度进行测量,并且通 过充电状态估算器对电池的充电状态进行估算,通过电流和电压表测量所述电池的电流和 电压,根据所测量的电流和电压计算内电阻值,以及从所述健康状态估算表读取健康状态 值,所述健康状态值与所测量的温度、所估算的电池的充电状态、以及所计算的电池的内电 阻值相对应。
5.根据权利要求4的装置,其中利用电池的实际工作温度和充电状态范围内的值建立 所述健康状态估算表。
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