CN102183730B - 电池诊断装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设备，其包括用于确定电池的溶液电阻Rsol和电荷迁移电阻Rct的电阻测量单元；以及包括代码的至少一个计算机可读的非易失性存储介质，当由至少一个处理器执行时，所述代码用于以下方式提供电池的当前价值的估计：将Rsol和Rct与历史劣化转变信息进行比较；使用该比较估计在电池达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数；以及使用该比较估计在电池达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。电池的当前价值的估计包括在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数或在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数中的较小者。

Description

电池诊断装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2009年12月25日提交的日本专利申请No.2009-295627的优先权权益，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本公开涉及一种用于确定电池劣化状态和当前价值的技术和设备。
背景技术
安装在电动车辆(EV)上的电池价格昂高，并且这样的电池的价格相对于电动车辆价格的比率高于电池的价格相对于诸如笔记本电脑或便携电话的电子装置的价格的比率。例如，有些人指出电动车辆高成本的最大因素是昂贵的电池。因此，当电动车辆投入二手车市场时，了解每个电池的当前价格是必需的。
然而，电池的劣化程度随着使用状态而变化，并且那些电池的价值不能仅仅通过使用年数或充电和放电循环的次数来计算。因此，难以在二手车市场或类似场合设定每块电池的当前价格。
为了解决这个问题，已经提出了各种关于确定电池劣化程度的方法的建议。
例如，已经提出了使用电池的内阻来确定电池劣化程度的方法。在其他的建议中，通过充电/放电电流的累积值来确定电池的当前容量，并且计算当前容量相对于初始电池容量的比率来确定劣化程度。
然而，影响电池容量和功率的电池内阻分量不仅仅是DC电阻，该DC电阻是电解液的电阻分量。因此，通过仅仅使用DC电阻分量的确定方法难以预测未来的劣化趋势。
而且，如果指示具有相同电池容量的电池已经如何劣化的历史记录(劣化样式(pattern))彼此不同，那么未来的劣化状态将不是必然彼此相同的。因此，仅仅通过基于电池容量的劣化程度来确定的当前价值可能是不可靠的。
通常，相比于待用于其他目的的电池而言，要求安装在电动车辆上的电池表现出诸如大电流和大容量的高性能。因此，已经被用于车辆中但不再满足那些高要求的电池可能仍然足以实现其他目的。
由于在车辆中已经没用的电池可能对于其他目的仍然是有用的，因此每块电池的当前价格需要通过考虑电池的未来使用目的来确定。
如上所述，存在以高精度确定电池劣化状态以及根据未来使用目的确定电池当前价值的合理指标的方法的需求。
发明内容
在一些实施例中，公开了一种电池诊断设备，包括：电阻分量确定单元，用于确定电池的溶液电阻Rsol和电荷迁移电阻Rct；以及包括代码的至少一个计算机可读的非易失性存储介质，在由至少一个处理器执行时，所述代码用于通过如下方式提供所述电池的当前价值的估计：将Rsol和Rct与历史劣化转变信息进行比较；使用所述比较，估计所述电池在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数；以及使用所述比较，估计所述电池在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数，其中Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。。
该设备还可包括AC振荡器，该AC振荡器扫描具有多个频率的AC电压并将所述AC电压施加到至少一个电池的两端；以及电压测量单元和电流测量单元，该电压测量单元和电流测量单元分别测量每个频率下所述至少一个电池的两端产生的电压变化和电流变化，其中电阻分量确定单元根据每个频率下所测量的电压变化和所测量的电流变化，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以使得包含RSOL和RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
该设备还可包括AC振荡器，该AC振荡器将具有多个频率的其上叠加有正弦波的AC电压施加到至少一个电池的两端；以及电压测量单元和电流测量单元，该电压测量单元和电流测量单元分别测量所施加的AC电压在所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化；其中电阻分量确定单元通过对所述电压变化和所述电流变化的波形执行傅立叶变换，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以使得包含RSOL和RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
该设备还可包括充电－放电单元，该充电－放电单元对包含至少一个电池的电池组执行充电和放电，其中，在确定RSOL和RCT时，电阻分量确定单元控制所述充电－放电单元以调整所述电池组的充电状态SOC到大约50％。
在其他实施例中，公开了一种电池诊断设备，包括：电阻分量确定单元，其确定电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT；充电－放电单元，其对包含至少一个电池的电池组执行步降充电和放电；电池容量确定单元，其通过操作所述充电－放电单元并利用多个电流控制充电和放电，确定各个C速率下的电池容量，其中C速率是电池标称容量可在在一小时内以其放电的电流值；以及当前价值指标计算单元，其获取包含表示所述电池的特性的所述各个C速率下的电池容量以及电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权以产生新的数字值；以及将所述新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，其中电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
该设备还可包括AC振荡器，该AC振荡器扫描具有多个频率的AC电压并将所述AC电压施加到至少一个电池的两端；以及电压测量单元和电流测量单元，该电压测量单元和电流测量单元分别测量每个频率下所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化，其中电阻分量确定单元根据每个所述频率下所测量的电压变化和所测量的电流变化，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的所述溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含RSOL和RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。该设备还可包括AC振荡器，该AC振荡器将具有多个频率的其上叠加有正弦波的AC电压施加到至少一个电池的两端；以及电压测量单元和电流测量单元，该电压测量单元和电流测量单元分别测量所施加的AC电压在所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化，其中电阻分量确定单元通过对所述电压变化和所述电流变化的波形执行傅立叶变换，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的所述溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含RSOL和RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
在其他实施例中，公开了一种电池诊断设备，包括：电阻分量确定单元，其确定电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT；充电单元，其对包含至少一个电池的电池组执行步降充电；时间信息获取单元，其通过操作所述充电单元以多个步降电流控制充电，并且获取关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息；以及当前价值指标计算单元，其获取包含表示所述电池的特性的时间信息以及RSOL和RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权以产生新的数字值；以及将所述新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，其中Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
在其他实施例中，公开了一种电池组，包括：电池模块，其具有至少多个串联连接的电池；电压和温度测量单元，其测量所述电池的电压和温度；通信端子，其连接用于与诊断装置交换信息的通信线路；第一端子，其连接从至少一个电池的两端延伸的线路；第二端子，其连接从所述电池模块的两端延伸的线路；以及线路传导孔，用于连接到在所述电池模块的外部中形成的至少一个电池的两端，其中通过所连接的诊断装置经由所述通信端子获取电池容量和电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以及所述电池容量、电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以及由所述电压和温度测量单元测量的温度信息被作为历史信息存储在存储器中，其中电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
在其他实施例中，公开了一种电池组，包括：电池模块，其具有至少多个串联连接的电池；电压和温度测量单元，其测量所述电池的电压和温度；通信端子，其连接用于与诊断装置交换信息的通信线路；第一端子，其连接从至少一个电池的两端延伸的线路；第二端子，其连接从所述电池模块的两端延伸的线路；以及线路传导孔，用于连接到在所述电池模块的外部中形成的至少一个电池的两端，其中通过所连接的诊断装置经由所述通信端子获取时间信息和电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，所述时间信息、电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以及由所述电压和温度测量单元测量的温度信息被作为历史信息存储在存储器中，以及所述时间信息是关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息，通过所述诊断装置控制所述电池以多个步降电流进行充电来获取所述时间信息，其中电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
在其他实施例中，公开了一种电池诊断方法，包括：通过将诊断装置连接到电池并获取各个C速率下的电池容量以及电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT来累积历史信息，其中C速率是电池标称容量可在在一小时内以其放电的电流值；获取包含表示所述电池的特性的各个C速率下的电池容量以及电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以及以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权；以及将新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，其中电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。。
在其他实施例中，公开了一种电池诊断方法，包括:通过将诊断装置连接到电池并获取时间信息、电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT来累积历史信息；获取包含表示所述电池的特性的时间信息以及电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以及以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权；以及将新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，所述时间信息是关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息，通过所述诊断装置控制所述电池以多个步降电流进行充电来获取所述时间信息，其中电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
在其他实施例中，公开了一种电池诊断方法，包括：确定电池的溶液电阻Rsol和电荷迁移电阻Rct；以及通过以下方式提供所述电池的当前价值的估计：将Rsol和Rct与历史劣化转变信息进行比较；使用所述比较，估计在所述电池达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数；以及使用所述比较，估计在所述电池达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数，其中Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
附图说明
图1是示出与二次电池性能相关的指标的各自转变的曲线图；
图2是示出诊断装置和电池组之间连接的视图；
图3是示出将由诊断装置中的控制器执行的测量操作的流程图；
图4是以Cole-Cole绘图示出测量结果的曲线图；
图5是将在装置中使用的电池的等效电路的视图；
图6示出存储在非易失性存储器中的信息的示例；
图7图示说明了计算能够被使用的循环次数的方法；
图8是示出通过执行充电和放电确定各个C速率下的容量的操作的流程图；
图9是示出通过执行充电和放电获得的累积电流量之间的关系图；
图10示出与各个C速率下的容量相关的参考信息的示例；
图11示出与RSOL和RCT相关的参考信息的示例；
图12示出用于确定点数(score)的点数表；
图13示出根据电池的使用目的的系数的系数表；以及
图14示出通过执行充电获得的时间TH4和时间TH1之间的关系。
具体实施方式
根据实施例，一种诊断装置包括：电阻分量确定单元，其确定电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT；以及指标计算单元，其参考关于每个具有已使用循环次数作为参数的RSOL和RCT的劣化转变信息，估计所确定的RSOL和RCT中具有较大劣化者的一个电阻分量的已使用循环的当前次数，以及使用所估计的已使用循环的当前次数，设定指示电池的当前价值的指标，该指标是放电容量达到其下限所需的剩余循环次数和放电时间达到其下限所需的剩余循环次数中的较小者。
根据另一个实施例，能够连接到上述诊断装置的电池组包括：具有至少多个串联连接的电池单元的电池模块；电压和温度测量单元，其测量电池单元的电压和温度；通信端子，其连接用于与诊断装置交换信息的通信线路；第一端子，其连接从至少一个电池单元的两端延伸的线路；以及第二端子，其连接从电池模块的两端延伸的线路；线路传导孔，用于连接到在电池模块的外部中形成的一个电池单元的两端。
根据又一个实施例，创建电池价值指标的方法包括：通过将诊断装置连接到电池并获取各个C速率下的电池容量以及RSOL和RCT来累积历史信息；获取包含表示电池的特性的各个C速率下的电池容量以及RSOL和RCT的历史信息，将该历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与参考劣化数据最相似的劣化数据，并基于所选择的劣化数据，将电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以及以根据未来使用目的的系数对该数字值进行加权，以及将该新的数字值相加以产生电池的当前价值指标。C速率是电池标称容量可在在一小时内以其放电的电流值。例如，8C表示电流值是1C电流的8倍。20Ah电池单元的1C是20A。
通常，电池的内阻经常意味着在电池中现存的DC电阻分量。然而，当DC电压继续施加到电池时，离子随着时间聚集到电极，并且电流停止平顺地流动。这一现象暗示不仅存在欧姆电阻，还存在导致电流与电压之间相位差的阻抗分量。
在电池中，通常存在溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，该溶液电阻RSOL是DC电阻分量并由电解液产生，该电荷迁移电阻RCT是AC电阻分量。本公开的第一实施例提供了一种通过考虑电阻分量RCT和RSOL确定二次电池的当前价值的方法。
图1是示出与二次电池的性能相关的指标的各自转变的曲线图。图1中的横坐标轴指示二次电池的已使用循环的次数。左侧的纵坐标轴指示连续放电时间(min)和已放电容量(Ah),以及右侧纵坐标轴指示RCT(mΩ)和RSOL(mΩ)。
如图1所示，RSOL线性增加直到900次循环，但是，此后，几乎以不连续的方式急剧增加。当感测到电阻中的这一急剧增加时，能够检测到电池劣化的加速。另一方面，如从二次电池的性能指标所示的连续放电时间和已放电容量的转变曲线可以看到的，在RSOL的改变之前，在大约700次循环时检测到性能劣化。然而，RSOL的转变曲线没有示出在大约700次循环处向增加趋势的转变。因此，显然不能仅仅通过测量RSOL来检测劣化。
另一方面，RCT已经指示在大约700次循环处的增加趋势，并且这一趋势在大约900次循环处变得更加显著。
通常，由于二次电池的使用，薄膜沉积在电极的表面，并且RCT相应地增加。在薄膜沉积在电极表面的情况下，RCT线性增加。当二次电池中发生电极的晶体结构崩塌或称为“块状裂化(bulk cracking)”的电极微型化现象时，薄膜也沉积在微型化结构的间隙中。由于电极的表面面积随着电极被微型化而变得更大，RCT以加速的速率增加。图1中的RCT曲线准确地示出了这一特征。
最初诸如晶体结构崩塌和块状裂化的现象不影响DC电阻分量RSOL。然而，不久之后，形成在电极上薄膜的生长被加速，并且电池性能倾向于快速劣化。
RSOL的转变曲线指示了这一方面，如RSOL没有示出其增加趋势在大约700次循环处的改变而在900次循环之后急剧增加。
考虑到上述内容，不能仅仅通过测量RSOL来准确地预测电池劣化，并且必须一起测量RCT。
接下来，描述测量RSOL和RCT的方法。
图2是示出根据第一实施例的诊断装置100与电池组200之间连接的视图。电池组200通常安装在电动车辆等中，并提供功率。诊断装置100连接到电池组200，并测量RSOL和RCT。
在电池组200中，电池模块201和202被串联连接以形成组装电池。在图2中，串联连接的电池模块的数量是两个，但可以是两个或更大的任意数量。每个电池模块包括八个电池单元(cell)，但可以包括两个或更多个电池单元或任意数量的电池单元。而且，电池单元可以不是串联连接，而可以并联连接来代替。
该组装电池的正电极连接到连接端子203，而负电极经由电流检测器212连接到连接端子204。
在每个电池模块的外部中形成有孔，并且电线(wire)从一个电池单元的正电极和负电极连接到端子205。信号线从用于测量RSOL和RCT的诊断装置100连接到端子205。
电池模块201和202的电池单元的端子也被连接到电压和温度测量单元211。为了监测的目的，电压和温度测量单元211周期性地测量包含在电池模块201和202中的电池单元的电压和温度。
来自电压和温度测量单元211的测量信息被输入到BM S(电池管理系统)210。BM S210还经由信号线(未示出)接收由电流检测器212检测到的电流值。BM S210收集上述的电压、温度和电流值，并基于所收集的值计算诸如充电状态(SOC)的指示值(indicator)。
BM S210进一步经由通信端子206与外部装置(诸如汽车引擎控制装置ECU和诊断装置100)通信以交换各种信息。BM S210还将已收集信息、已计算信息和已交换信息存储到非易失性存储器213中。
诊断装置100包括AC阻抗技术测量单元110、充电-放电单元120、启动开关121和控制器122。
AC阻抗技术测量单元110包括AC振荡器111、电压测量单元112和电流测量单元113。AC阻抗技术测量单元110经由端子205向电池提供以来自AC振荡器111的频率扫描的AC电压。AC阻抗技术测量单元110使用电压测量单元112和电流测量单元113测量电压和电流。
充电-放电单元120能够执行快速充电和放电。充电-放电单元120的正电极连接到电池组200的连接端子203，以及充电-放电单元120的负电极连接到电池组200的连接端子204。
基于从AC阻抗技术测量单元110传送的测量信号，控制器122控制充电-放电单元120的操作，并测量RSOL和RCT。启动开关121指令控制器122启动测量操作的时序。
控制器122通过通信线路连接到充电-放电单元120，以及AC阻抗技术测量单元110中的AC振荡器111、电压测量单元112以及电流测量单元113。控制器122进一步通过通信线路连接到电池组200的BM S210。
接下来，描述将由诊断装置100执行的测量RSOL和RCT的操作。
为了进行电动车辆的周期性诊断，测量者将电池组200与电动车辆断开，并将电池组200连接到诊断装置100。在如图2所示连接电池组200和诊断装置100之后，测量者开始进行测量。
图3是示出由诊断装置100的控制器122执行的测量操作的要点的流程图。
在步骤S01，控制器122感测到电池组200连接到诊断装置以及启动开关121被按压。在步骤S02，控制器122与BM S210通信，并接收电池的当前SOC。
在步骤S03，控制器122通过通信设备与BM S210交换信息，并执行操作以设定电池的当前SOC在50％。具体而言，如果SOC是50％或更高，则控制器122控制快速充电-放电单元执行放电。如果SOC低于50％，则控制器122控制快速充电-放电单元执行充电。
在此，SOC被设定在50％，以防止电池在后面将要执行的AC阻抗测量期间的充电和放电中被过充电或过放电。由于由BM S210计算的SOC是整个电池组200的SOC，因此不能基于步骤S03的过程结果，确定将进行AC阻抗测量的电池单元的SOC是否为50％。然而，设定SOC在50％的操作被执行以防止如上所述的过充电状态，且因此，电池单元的SOC可以不是准确的50％。
在步骤S04，AC阻抗技术测量单元110扫描频率在1mH z到100kH z范围内以10倍增量(1mHz,10mHz,100mHz，…，1000kHz)的具有±10mV电压幅值的AC电压，并将该AC电压施加到电池单元。结合这一操作，电流测量单元113和电压测量单元112分别测量电池单元中的电流和电压。
控制器122随后获取表示来自电流测量单元113和电压测量单元112的每个频率下的电流变化和电压变化的波形。控制器122随后从由电流－电压比率获得的阻抗的复数表示提取实部和虚部。
在步骤S05，控制器122通常通过使用称为Cole-Cole绘图或复数平面绘图的表示方法表示关于每个频率的测量数据。
图4是示出由Cole-Cole绘图表示的测量结果的曲线图。在图4中，纵坐标轴指示阻抗的虚部，而横坐标轴指示阻抗的实部。测量点在执行扫描的各个频率处以三角形标志绘出。
在步骤S06，控制器122通过执行拟合来确定电池的等效电路的各个参数，以使得该些参数与所获得的测量值相匹配。
图5是示出在装置中使用的电池的等效电路的视图。根据这个等效电路，C的阻抗在高频区域可以被忽略，并且等效电路等效于仅包含RSOL的电路。因而，电路阻抗的虚部变为零。因此，从Cole-Cole绘图中的起始点到第一次在实部轴上执行绘示的点的距离等效于RSOL。在低频区域，C的阻抗被认为是无穷大的，而代表拟合结果的半圆曲线的直径等效于RCT。
上述等效电路是表示电池阻抗的模型，并且存在其他等效电路的变型。这个实施例公开通过对表示阻抗的等效电路执行拟合来确定RSOL和RCT。
除了上述方法之外，可以使用对等效电路执行拟合的以下方法。AC振荡器111预先施加其上叠加有每个频率的正弦波的AC电流。控制器122通过对所获得的电压和电流波形执行傅立叶变换来确定对应于各个频率的阻抗分量。
在步骤S07中，控制器122经由通信线路传送所获得的RSOL和RCT到BM S210。
BM S210对与由电压和温度测量单元211测量的电池组的各个组件的温度和电压相关的信息，以及所传送的RSOL和RCT进行加密。此后，BM S210将该信息存储到非易失性存储器213。图6是示出存储在非易失性存储器213中信息的示例的视图。
虽然上述实施例中，电池组中的一个具体电池单元被进行测量，但是可以对多于一个电池单元进行测量。此外，待进行测量的电池单元不限于位于电池模块中心部分的电池单元，还可以是位于温度条件较差的端部的电池单元。可以对电池组中的所有电池单元执行上述测量，但是这样的操作会导致诊断装置100成本的增加。待进行测量的电池单元的数量可以通过考虑与成本增加之间的关系来确定。
接下来，描述确定电池当前价值的方法。
基于所获得的RSOL和RCT以及通过电池评估获得的劣化趋势数据，通过计算剩余可用循环的次数来确定电池的当前价值。
图7是图示说明计算可用循环的次数的方法的曲线图。在图7中，使用已使用循环的次数作为共同参数来示出在特定使用条件下与标准电池性能的劣化趋势有关的数据的转变。图7的曲线的坐标与图1的曲线的坐标相同，因此在此省略对它们的详细解释。
作为在特定点电阻值的测量结果，RSOL是20mΩ，以及RCT是5mΩ。各个测量点在图7中的RSOL和RCT曲线上被绘出。在图7中，测量点由三角形标志和圆形标志表示。
当RSOL曲线示出已经使用大约600次循环时，RCT曲线示出已经使用大约700次循环。如从这些曲线可以看到的，RCT已经比RSOL劣化得更厉害。因此，RCT被用作后面步骤中用于确定的指标。
然而，待使用于电动车辆中的电池的下限性能示出6Ah或更高的已放电容量以及8分钟的放电时间的情况下，达到各个下限值所需的循环次数根据由RCT确定的当前循环次数(700次循环)来计算。
当放电时间达到下限时，循环次数是950，且因此，剩余循环次数是250。当已放电容量达到下限时，循环次数是900，且因此，剩余循环次数是200。
由于能够预测已放电容量达到下限所需的剩余循环次数小于放电时间达到下限所需的剩余循环次数，因此在这个例子中电池的当前价值被确定为剩余200次循环可被使用。
已放电容量与放电时间之间的关系，以及RSOL和RCT随着电池的类型不同而改变。因此，图7所示的各个参考曲线根据该电池和类似物的类型形成。
【第二实施例】
第二实施例与第一实施例的区别在于电池的当前价值是使用所测量的电流容量以及所测量RSOL与RCT来确定的。因此，与第一实施例相同的组件由在第一实施例使用的相同附图标记来表示，并且在此省略对它们的详细解释。
在第二实施例中，电动车辆或类似物的周期性诊断中，当电池组200连接到诊断装置100时测量RSOL与RCT，如第一实施例中所述。
接下来，测量不同的C速率下的电池容量。
诊断装置100的充电－放电单元120具有执行步降放电和步降充电的功能，并能够测量各个C速率：1C、2C、4C以及8C下的电池容量。
图8是示出通过执行充电或放电确定各个C速率下的容量的操作要点的流程图。
在步骤S11，控制器122被切换到用于控制充电和放电的模式。当启动开关121被接通时，在步骤S12，控制器122首先控制充电－放电单元120执行8C放电。在此，“1C”意味着在一小时内标称容量被放电时观察到的电流。因此，“8C”指示以大于1C电流8倍的电流执行放电。
在步骤S13，当通过与BM S210的通信感测到电池组200的总电压已经达到用于检测过放电而设定的阈值电压VL时，控制器122停止放电。控制器122接着通过与BM S210的通信在这个点获取放电累积电流量QL1，并记录累积电流量QL1。
在步骤S14，控制器122控制充电－放电单元120开始4C放电。当使用小于8C放电电流的4C放电电流时，电压由于内阻变得更小而下降。因此，电池组200的总电压变得高于阈值电压VL，并且可以执行进一步放电。在步骤S15，如在8C放电的情况下一样，感测到总电压已经达到阈值电压VL，控制器122停止放电，并记录在该时间期间放电的累积电流量QL2。
在步骤S16，控制器122控制充电－放电单元120开始2C放电。在步骤S17到S19中，执行如上的相同步骤直到1C放电被执行，并且获得累积电流量QL3和QL4。
在步骤S20，控制器122控制充电－放电单元120执行8C充电。在S21，当感测到电池组200的总电压已经达到用于检测过充电的阈值VH时，控制器122控制充电－放电单元120停止充电，并记录在该时间期间已放电的累积电流量QH1。
在步骤S22，控制器122控制充电－放电单元120执行4C充电。在步骤S23到步骤S27中，执行如上的相同步骤直到1C充电被执行，并且获得累积电流量QH2、QH3和QH4。随后停止充电和放电。在步骤S28中，控制器122计算各个C速率下的容量。
图9是示出通过充电和放电获得的累积电流量QL1到QL4以及QH1到QH4之间关系的视图。根据图9下部示出的等式，控制器122计算各个C速率下的容量。
此后，控制器122通知BM S210在1C、2C、4C和8C的各自电池组容量。在加密后，BM S210将用于充电和放电的温度和各个C速率下的容量记录到非易失性存储器213中。在此记录的内容是在图6中示出的信息以及各个C速率下的容量。
接下来，描述确定电池组200的当前价值的方法。
控制器122与BM S210通信，以获得关于过去RSOL与RCT，以及各个C速率下的电池容量的历史信息。控制器122接着从所获得的历史信息中提取与15到25℃的测量温度相对应的信息。因为电池性能受温度影响，所以测量温度被用于提取。通过电池的特性以及具有安装在其中的电池的汽车所使用的区域可以确定温度范围。
已获得的历史信息接着按照笛卡尔坐标绘示，横坐标轴为时间轴。已绘示的历史信息与参考信息比较。参考信息是指示在评估电池组的各种条件下所测量的电池的劣化趋势的数据。准备关于不同温度条件的信息，并且选择关于与指定的温度条件最相似的温度条件的信息作为参考信息。参考信息包括多于一个用于单个温度条件的样式。
图10是示出与各个C速率下的容量相关的参考信息的示例的曲线图。图11是示出与RSOL与RCT相关的参考信息的示例的曲线图。
图10中的左上坐标作为示例描述。绘示了关于通过测量获得的8C速率的电池容量的历史信息。通过三角形标志指示该历史信息。从所示为参考信息的各个样式(样式A到C)中选择与该历史信息最相似的样式。在这个示例中，选择样式A。
以如上相同的方式从其他指标中选择样式。结果，如图10所示，选择样式B用于速率4C下的电池容量。选择样式C用于速率2C下的电池容量。选择样式A用于速率1C下的电池容量。如图11所示，选择样式C用于RSOL。选择样式B用于RCT。
接下来，针对每个指标确定点数(score)。
图12示出用于确定点数的点数表。电池的使用年数为两年。
对于速率8C下的电池容量，选择样式A，并且因此，点数为9。对于速率4C下的电池容量，选择样式B，并且因此，点数为7。对于速率2C下的电池容量，选择样式C，并且因此，点数为6。对于速率1C下的电池容量，选择样式A，并且因此，点数为9。对于RSOL，选择样式C，并且因此，点数为5。对于RCT，选择样式B，并且因此，点数为7。
在上面提到的点数表中，点数越高，则价值越高。然而，仅仅通过合计点数并不能正确地评估电池的价值，因为这里确定的点数是基于过去历史的点数。电池的价值应该根据未来使用来确定。
因此，根据未来使用的类型或使用目的对每个指标进行加权。
图13示出适合电池各个使用目的系数的系数表。通过将以上指标乘以从这个系数表中得到的系数而获得的值是电池组的当前价值。
例如，未来将用于车辆的电池的价值是26.6(＝9×1+7×0.5+6×0.2+9×0.1+5×1.0+7×1.0)。未来用于摩托车的电池的价值是19.7(＝9×0.4+7×0.5+6×0.3+9×0.3+5×0.5+7×0.8)。
如上所述，针对电池的各个特性获取历史信息，并且基于该历史信息，将劣化状态转化为与各个特性相关的数字值。已获得的数字值根据未来使用的系数进行加权，并获得新的数字值。该数字值被相加，并且所得值用作电池的评估值。以这种方式，能够合理地确定电池的当前价值。
此外，RSOL与RCT被用作待使用的电池的特性，从而能够高精度地确定电池的劣化状态。
【第三实施例】
在第二实施例中，通过充电－放电单元120控制充电和放电操作以测量1C、2C、4C和8C的各个电流的电池容量。第三实施例与第二实施例的区别在于仅仅通过充电操作来测量指标。因此，与第一实施例相同的组件使用与第一实施例中相同的附图标记表示，并且在此省略它们的详细解释。
图14示出通过充电获得的时间TH4和时间TH1之间的关系。参考图14，描述控制器122的操作。
诊断装置100被连接到电池组200，控制器122被切换到用于控制充电的模式，并且启动开关121被接通。控制器122接着控制充电－放电单元120执行8C充电。当通过与BM S210通信，感测到电池组200的总电压已经达到用于检测过充电的阈值电压VH时，控制器122控制充电－放电单元120停止充电。控制器122接着记录该点的时间TH1，并执行4C充电。
在4C充电时，当感测到电池组200的总电压已经达到用于检测过充电的阈值电压VH时，控制器122停止充电。控制器122接着以如上相同的方式执行2C充电和1C充电，并当1C结束时记录时间TH4。
此后，控制器122向电池组200中的BM S210通知所获得的时间信息(TH4－TH1)。BM S210加密用于充电的温度和时间信息(TH4－TH1)，并接着将已加密的信息记录到非易失性存储器213。
随着电池劣化和电池内阻变得更高，上述时间(TH4－TH1)被认为也变得更长。因此，当大量电流流动时，上述时间能够替代电池容量的劣化趋势指标。
通过利用本公开第一实施例中描述的诊断装置100的评估方法，可以高精度地确定未来待使用的电池的当前价值。通过利用由第二实施例典型实现的诊断装置100的确定方法，可以根据未来使用目的执行价值计算。通过第三实施例中描述的诊断方法，从步降充电中的高速率充电的结束时刻到低速率充电的结束时刻的时间用作高速率的电池容量的替代指标。通过这种方法，充电-放电单元120不需要具有放电功能。因此，能够简化诊断装置100的设计，并且能够降低成本。此外，BM S210加密已测量的数据并将已加密数据存储到诸如非易失性存储器的数据存储器。因此，能够防止数据篡改，并且能够确保电池价值的合理计算。
在上述实施例中，历史信息被存储在电池组200的非易失性存储器213中。然而，本公开不限于此，例如，历史数据可以有选择地存储在数据管理公司，该数据管理公司有选择地管理用于评估电池的价值的信息。在数据管理公司中，可以执行由每个实施例的诊断装置执行的电池价值的确定。
在以上实施例中描述的各个功能可以通过使用硬件来形成，或可以使用软件通过读取指定各个功能的程序的计算机来实现。可替换地，各个功能可以通过选择所需的软件或硬件形成。
进一步地，各个功能可通过读取存储在记录介质(未图示)中的程序的计算机来实现。在该实施例中的记录介质可以具有任何种类的记录格式，只要程序能够被记录在记录介质中并能够被计算机读取。
本公开不限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下，在实践阶段可以对它们的组件进行修改。
此外，能够通过适当组合在上述实施例中公开的组件来开发出各种不同的发明。例如，在上述实施例中公开的一些组件可以被去除。另外，从两个或更多的实施例中选择的组件可以合适地组合。
如到目前为止所描述的，本公开能够提供一种高精度地确定电池劣化状态，以及根据未来使用目的确定电池合理的当前价值的指标的方法。

Claims (15)

1.一种电池诊断设备，包括：
电阻分量确定单元，用于确定电池的溶液电阻Rsol和电荷迁移电阻Rct；以及
包括代码的至少一个计算机可读的非易失性存储介质，在由至少一个处理器执行时，所述代码用于通过如下方式提供所述电池的当前价值的估计：
将所述电池的溶液电阻Rsol和所述电荷迁移电阻Rct与历史劣化转变信息进行比较；
使用所述比较，估计所述电池在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数；以及
使用所述比较，估计所述电池在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
2.根据权利要求1所述的电池诊断设备，还包括：
AC振荡器，其扫描具有多个频率的AC电压并将所述AC电压施加到至少一个电池的两端；以及
电压测量单元和电流测量单元，其分别测量在每个所述频率下所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化，
其中所述电阻分量确定单元根据每个所述频率下所测量的电压变化和所测量的电流变化，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
3.根据权利要求1所述的电池诊断设备，还包括：
AC振荡器，其将具有多个频率的其上叠加有正弦波的AC电压施加到至少一个电池的两端；以及
电压测量单元和电流测量单元，其分别测量由所施加的AC电压在所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化；
其中所述电阻分量确定单元通过对所述电压变化和所述电流变化的波形执行傅立叶变换，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
4.根据权利要求1所述的电池诊断设备，还包括：
充电－放电单元，其对包含至少一个电池的电池组执行充电和放电，
其中，在确定所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT时，所述电阻分量确定单元控制所述充电－放电单元以调整所述电池组的充电状态SOC到大约50％。
5.根据权利要求1所述的电池诊断设备，其中所述电池的当前价值的估计包括达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数或达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数中的较小者。
6.一种电池诊断设备，包括：
电阻分量确定单元，其确定电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT；
充电－放电单元，其对包含至少一个电池的电池组执行步降充电和放电；
电池容量确定单元，其通过操作所述充电－放电单元并利用多个电流控制充电和放电，确定各个C速率下的电池容量，其中C速率是电池标称容量可在在一小时内以其放电的电流值；以及
当前价值指标计算单元，其获取包含表示所述电池的特性的所述各个C速率下的电池容量以及所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权以产生新的数字值；以及将所述新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
7.根据权利要求6所述的电池诊断设备，还包括：
AC振荡器，其扫描具有多个频率的AC电压并将所述AC电压施加到至少一个电池的两端；以及
电压测量单元和电流测量单元，其分别测量每个频率下所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化，
其中所述电阻分量确定单元根据每个所述频率下所测量的电压变化和所测量的电流变化，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
8.根据权利要求6所述的电池诊断设备，还包括：
AC振荡器，其将具有多个频率的其上叠加有正弦波的AC电压施加到至少一个电池的两端；以及
电压测量单元和电流测量单元，其分别测量由所施加的AC电压在所述至少一个电池的所述两端产生的电压变化和电流变化，
其中所述电阻分量确定单元通过对所述电压变化和所述电流变化的波形执行傅立叶变换，将每个频率下所述电池的阻抗确定为复数表示，并且确定所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以使得包含所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的等效电路的阻抗拟合于所述复数表示的所述阻抗。
9.一种电池诊断设备，包括：
电阻分量确定单元，其确定电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT；
充电单元，其对包含至少一个电池的电池组执行步降充电；
时间信息获取单元，其通过操作所述充电单元以多个步降电流控制充电，并且获取关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息；以及
当前价值指标计算单元，其获取包含表示所述电池的特性的时间信息以及所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权以产生新的数字值；以及将所述新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
10.一种电池组，包括：
电池模块，其具有至少多个串联连接的电池；
电压和温度测量单元，其测量所述电池的电压和温度；
通信端子，其连接用于与诊断装置交换信息的通信线路；
第一端子，其连接从至少一个电池的两端延伸的线路；
第二端子，其连接从所述电池模块的两端延伸的线路；以及
线路传导孔，用于连接到在所述电池模块的外部中形成的至少一个电池的两端，其中
通过所连接的诊断装置经由所述通信端子获取电池容量和电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，以及
所述电池容量、所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以及由所述电压和温度测量单元测量的温度信息被作为历史信息存储在存储器中，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
11.一种电池组，包括：
电池模块，其具有至少多个串联连接的电池；
电压和温度测量单元，其测量所述电池的电压和温度；
通信端子，其连接用于与诊断装置交换信息的通信线路；
第一端子，其连接从至少一个电池的两端延伸的线路；
第二端子，其连接从所述电池模块的两端延伸的线路；以及
线路传导孔，用于连接到在所述电池模块的外部中形成的至少一个电池的两端，其中
通过所连接的诊断装置经由所述通信端子获取时间信息和电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT，
所述时间信息、所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT，以及由所述电压和温度测量单元测量的温度信息被作为历史信息存储在存储器中，以及
所述时间信息是关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息，通过所述诊断装置控制所述电池以多个步降电流进行充电来获取所述时间信息，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
12.一种电池诊断方法，包括：
通过将诊断装置连接到电池并获取各个C速率下的电池容量以及电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT来累积历史信息，其中C速率是电池标称容量可在在一小时内以其放电的电流值；
获取包含表示所述电池的特性的各个C速率下的电池容量以及所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以及
以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权；以及将新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
13.一种电池诊断方法，包括:
通过将诊断装置连接到电池并获取时间信息、电池的溶液电阻RSOL和电荷迁移电阻RCT来累积历史信息；
获取包含表示所述电池的特性的时间信息以及所述电池的溶液电阻RSOL和所述电荷迁移电阻RCT的所述历史信息；将所述历史信息与参考劣化数据进行比较以选择与所述参考劣化数据最相似的劣化数据；基于所选择的劣化数据，将所述电池的当前劣化状态转换为与各个特性相关的数字值；以及
以根据未来使用目的的系数对所述数字值进行加权；以及将新的数字值相加以产生所述电池的当前价值指标，
所述时间信息是关于从以第一电流充电的结束时刻至以最后一个电流充电的结束时刻的时间的信息，通过所述诊断装置控制所述电池以多个步降电流进行充电来获取所述时间信息，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
14.一种电池诊断方法，包括：
确定电池的溶液电阻Rsol和电荷迁移电阻Rct；以及
通过以下方式提供所述电池的当前价值的估计：
将所述电池的溶液电阻Rsol和所述电荷迁移电阻Rct与历史劣化转变信息进行比较；
使用所述比较，估计在所述电池达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数；以及
使用所述比较，估计在所述电池达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数，
其中所述电池的溶液电阻Rsol用于估计在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数，所述电荷迁移电阻Rct用于估计在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数。
15.根据权利要求14所述的电池诊断方法，其中所述电池的所述当前价值的估计包括在达到放电容量下限之前的剩余充电循环次数或在达到放电时间下限之前的剩余充电循环次数中的较小者。
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