CN105723231B - 用于估算混合二次电池的状态的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种估算混合二次电池的状态的装置，所述混合二次电池包含电化学特性彼此不同且彼此并联连接的第一二次电池和第二二次电池。根据本发明的状态估算装置包含：传感器单元，以一定时间间隔测量所述二次电池的工作电压和工作电流；和控制单元，通过使用状态方程和输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法而估算混合二次电池的状态，所述混合二次电池的状态包含第一二次电池的第一荷电状态和第二二次电池的第二荷电状态中的至少一者，所述状态方程包含第一充电状态和第二充电状态中的至少一者作为状态变量且所述输出方程包含所述混合二次电池的工作电压作为输出变量。

Description

用于估算混合二次电池的状态的装置及其方法
技术领域
本公开涉及用于使用扩展卡尔曼滤波器估算混合二次电池的电压的装置和方法。
本申请要求2013年10月14日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2013-0122273的权益，通过引用将其公开内容以其整体并入本文中。另外，本申请要求2014年10月13日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2014-0137842的权益，并通过引用将其公开内容以其整体并入本文中。
背景技术
通过电化学氧化还原生成电能的电池应用领域广泛。例如，电池被用于逐步扩大的领域，包括：用户手中随身携带的装置，诸如便携式电话、便携式计算机、数码相机、摄像机、平板电脑、电动工具等；电驱动装置诸如电动自行车、电动自行车、电动汽车、混合动力汽车、电动船、电动飞机等；用于储存由可再生能源生成的电力或生成的盈余电力的蓄电装置；或向包括服务器、通讯用基站等的各种信息通讯装置稳定地供应电力的不间断电源。
电池包含三个基本元件，即：负极，包含在放电期间经历氧化并释放电子的材料；正极，包含在放电期间经历还原并接受电子的材料；和电解质，其允许工作离子在负极与正极之间移动。
可以将电池分为：一次电池，其在放电之后不再可用；和二次电池，其具有至少部分可逆的电化学反应，由此可重复充放电。
对于二次电池，已知的有铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍铁电池、氧化银电池、镍金属氢化物电池、锌-氧化锰电池、锌-溴化物电池、金属空气电池、锂二次电池等。
其中，考虑到比其它二次电池相对更高的能量密度、更高的电池电压和更长的贮存寿命，锂二次电池正受到最大的商业关注。
关于二次电池，用于正极材料和负极材料的材料对二次电池的性能有关键性的影响。因此，正进行各种努力以提供在高温下具有稳定性且可以提供高能量容量和低制造成本的正极材料和负极材料。
然而，开发在所有方面均具有优异性能的正极材料和负极材料并不容易。因此，近来尝试通过并联连接彼此包含不同类型的正极材料和负极材料的二次电池来弥补各种二次电池的缺点。
下文中，将会把通过并联连接不同类型的二次电池形成的二次电池称为“混合二次电池”。
同时，当构成电池具有彼此不同的工作电压范围时，混合二次电池常常具有包含拐点的电压曲线。这是因为，当构成电池具有不同的工作电压范围时，在混合二次电池的充电或放电期间占主导地位的反应动力学将会改变。
同时，当混合二次电池的电压曲线具有拐点时，即使在轻微电压变化的情况下充电状态也显著改变。因此，在拐点附近直接使用电压估算混合二次电池的充电状态伴随有增大充电状态估算误差的缺点。
作为参考，在本领域中充电状态被称为荷电状态(SOC)参数。可以通过利用参数SOC和z的定量表示来表示荷电状态的值。荷电状态可以利用参数SOC表示为百分比(0～100％)，且可以利用参数z表示为数(0～1)。通常，可以利用安培计数法测量荷电状态。
因此，本公开的技术领域需求估算混合二次电池的荷电状态的新方式。
发明内容
技术问题
本公开设计用来解决相关领域的问题，因此本公开旨在提供用于使用扩展卡尔曼滤波器估算混合二次电池的状态的装置和方法，在所述混合二次电池中将具有彼此不同的电化学特性的二次电池并联连接。
技术方案
根据本公开，提供的为用于使用扩展卡尔曼滤波器估算混合二次电池的状态的装置，其估算混合二次电池的状态，所述混合二次电池包含电化学特性彼此不同且彼此并联连接的第一二次电池和第二二次电池。
根据本公开，混合二次电池的“状态”指的是在充电或放电期间周期性改变的参数。
根据一个方面，混合二次电池的电压或荷电状态根据充电和放电在预定范围内具有增加且然后减小的周期变化特性。因此，作为指示混合二次电池的状态的状态参数包含电压和荷电状态。
根据另一个方面，也作为指示混合二次电池的状态的状态参数包括混合二次电池中包含的第一二次电池和第二二次电池的荷电状态。
例如，随着混合二次电池充电或放电，第一二次电池和第二二次电池的荷电状态也周期性改变。因此，也作为指示混合二次电池的状态的参数包含第一二次电池的荷电状态和第二二次电池的荷电状态。
根据本公开，本文中所用的“电化学特性”指的是下述至少一种：电池容量、电池使用电压范围、根据荷电状态的最大/最小电池充电率或最大/最小电池放电率、低速率放电特性、高速率放电特性、基于温度的最大/最小充电率或最大/最小放电率、充电或放电曲线、根据荷电状态变化的电阻曲线、根据荷电状态变化的开路电压曲线和表明电池的容量特性相对于电压的dQ/dV分布。
优选地，为了具有彼此不同的电化学特性，第一二次电池和第二二次电池在正极材料、负极材料或电解质方面可以至少有一种不同。
优选地，第一和第二二次电池可以为其中由锂离子引起电化学反应的锂二次电池。
优选地，用于估算混合二次电池的状态的装置可以包含(i)传感器单元，所述传感器单元以一定的时间间隔测量混合二次电池的工作电压和工作电流，和(ii)控制单元，所述控制单元与传感器单元电连接并且通过使用状态方程和输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法来估算包括第一二次电池和第二二次电池的至少一者的荷电状态的混合二次电池的状态，状态方程包含第一二次电池和第二二次电池的至少一者的荷电状态作为状态参数，并且输出方程包含混合二次电池的电压作为输出参数。
优选地，状态方程和输出方程从电路模型导出，且电路单元可以包含分别对应于第一二次电池和第二二次电池且彼此并联连接的第一电路单元和第二电路单元。
根据一个方面，第一电路单元包含第一开路电压元件和可选的第一阻抗元件，且通过第一开路电压元件和第一阻抗元件模拟第一二次电池的电压变化。
在一个实施例中，第一开路电压元件形成根据第一二次电池的荷电状态的开路电压，且第一阻抗元件形成根据流经第一电路单元的电流的阻抗电压。
下文中，第一二次电池的荷电状态被称为“第一荷电状态”，由第一开路电压元件形成的电压被称为“第一开路电压”，流经第一电路单元的电流被称为“第一电流”，且包含在第一阻抗电压元件中的电路元件形成的电压被称为“第一阻抗电压”。
根据另一个方面，第二电路单元包含第二开路电压元件和可选的第二阻抗元件，且通过第二开路电压元件和第二阻抗元件模拟第二二次电池的电压变化。
在一个实施例中，第二开路电压元件形成根据第二二次电池的荷电状态的开路电压，且第二阻抗元件形成根据流经第二电路单元的电流的阻抗电压。
下文中，第二二次电池的荷电状态被称为“第二荷电状态”，由第二开路电压元件形成的电压被称为“第二开路电压”，流经第二电路单元的电流被称为“第二电流”，且由包含在第二阻抗电压元件中的电路元件形成的电压被称为“第二阻抗电压”。
优选地，基于第一荷电状态与第一开路电压之间预定义的相关性可以确定第一开路电压。此外，基于第二荷电状态与第二开路电压之间预定义的相关性可以确定第二开路电压。
根据本公开，从第一二次电池和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压曲线可以分别获得所述预定义的相关性。
根据一个方面，预定义的相关性可以是查找表，所述查找表可以映射每一荷电状态对应的开路电压。
通过使用关于第一和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压数据可以获得所述查找表。
根据另一个方面，预定义的相关性可以为查找函数，所述查找函数可以分别包含荷电状态和开路电压作为输入参数和输出参数。
通过对构建关于第一和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压曲线的坐标数据的数值分析可以获得所述查找函数。
根据本公开，状态参数可以包含选自如下中的至少一个：由包含在第一阻抗元件中的电路元件形成的电压，和由包含在第二阻抗元件中的电路元件形成的电压。
根据一个方面，状态方程可以包含第一电流和第二电流作为输入参数。
优选地，每当经过预定的时间时，控制单元可以使用第一电流分布方程和第二电流分布方程以及通过传感器单元测得的工作电流定时更新第一电流和第二电流，第一电流分布方程和第二电流分布方程从电路模型的电流分析导出。
根据另一个方面，输出方程从电路模型的电压分析导出，且可以包含多个输入参数。
优选地，所述多个输入参数可以包含：(i)由传感器单元测得的混合二次电池的工作电流；(ii)第一开路电压；(iii)第二开路电压；(iv)可选的第一阻抗电压；和(v)可选的第二阻抗电压。
根据一个方面，可以定义状态方程，使得通过合计随着时间流经第一电路单元的第一电流和流经第二电路单元的第二电流而定时更新第一荷电状态和第二荷电状态。
在以上实例中，通过经由使用状态方程执行扩展卡尔曼滤波算法的[状态估算定时更新]，控制单元可以定时更新第一荷电状态和第二荷电状态。
根据另一个方面，可以定义状态方程，使得第一阻抗电压根据从第一阻抗元件的电路分析导出的第一阻抗电压公式而随着时间变化。此外，可以定义状态方程，使得第二阻抗电压根据从第二阻抗元件的电路分析导出的第二阻抗电压公式而随着时间变化。
在以上实例中，通过经由使用状态方程执行扩展卡尔曼滤波算法的[状态估算定时更新]，控制单元可以定时更新第一阻抗电压和第二阻抗电压。
优选地，第一阻抗电压公式和第二阻抗电压公式可以定时更新由串联连接的至少一个或多个RC电路形成的电压。
优选地，通过使用从状态方程导出的雅可比矩阵，控制单元可以执行扩展卡尔曼滤波算法的[误差协方差定时更新]。
此外，通过经由使用输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法的[输出估算]，控制单元可以估算混合二次电池的工作电压作为输出参数。
此外，通过使用从输出方程导出的雅可比矩阵和定时更新的误差协方差，控制单元可以执行扩展卡尔曼滤波算法的[卡尔曼增益确定]。
此外，通过将确定的卡尔曼增益反映到测得的混合二次电池的工作电压与通过输出方程估算的混合二次电池的工作电压之间的差，控制单元可以执行扩展卡尔曼滤波算法的[状态估算测量更新]。
此外，通过使用定时更新的误差协方差和确定的卡尔曼增益，控制单元可以执行扩展卡尔曼滤波算法的[误差协方差测量更新]。
优选地，状态方程和输出方程可以各自包含过程噪声和传感器噪声。
根据本公开，通过使用第一荷电状态和第二荷电状态，控制单元可以估算混合二次电池的荷电状态。
根据一个方面，第一阻抗元件和/或第二阻抗元件可以包含至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器或它们的组合。
优选地，第一阻抗元件和/或第二阻抗元件可以包含其中电阻器和电容器并联连接的至少一个RC电路，和可选的与所述RC电路串联连接的电阻器。
优选地，第一开路电压元件和第一阻抗元件以及第二开路电压元件和第二阻抗元件可以串联连接。
控制单元可以是可以与混合二次电池电耦接的电池管理系统(BMS)，或者是包含在BMS中的控制元件。
上述电池管理系统可以指的是在与本公开相关的技术领域中被称为BMS的系统，但从功能的角度来看，电池管理系统可以在其范围内包括任何系统，只要所述系统实现如本文中所述的至少一个功能即可。
电池管理系统可以包括可由处理器执行的作为软件算法的电路模型(circuitmodel)。在一个实例中，电路模型可以被写成程序代码并存储在存储器装置中，并由处理器执行。
本公开提供用于估算混合二次电池的状态的方法，所述混合二次电池包含具有彼此不同的电化学特性且彼此并联连接的第一二次电池和第二二次电池。
首先，以一定的时间间隔，进行测量混合二次电池的工作电压和工作电流的步骤。
接下来，通过使用状态方程和输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法估算包含第一荷电状态和第二荷电状态中的至少一者的混合二次电池的状态，其中状态方程包含第一荷电状态和第二荷电状态中的至少一者作为输入参数，且输出方程包含混合二次电池的工作电压作为输出参数。
状态方程和输出方程从电路模型导出，其中所述电路模型(circuit model)可以包含：(i)第一电路单元，其包含对应于第一二次电池的第一开路电压元件和可选的第一阻抗元件以模拟第一二次电池的电压变化；(ii)第二电路单元，其与第一电路单元并联连接且包含对应于第二二次电池的第二开路电压元件和可选的第二阻抗元件以模拟第二二次电池的电压变化。
本公开的技术目标也可以由计算机可读的记录介质实现，其中记录执行根据本公开的用于估算混合二次电池的状态的方法的程序。
有益效果
本公开给出以下效果。根据本公开的一个方面，通过使用从电路模型导出的扩展卡尔曼滤波算法的递归算法可以方便地估算混合二次电池的状态。
根据本公开的另一个方面，即使在特别接近拐点的荷电状态范围内，也可以准确地估算具有包含拐点的电压曲线的混合二次电池的状态。
根据本公开的还另一个方面，由于可以方便地估算混合二次电池的状态，所以可以提供适合于使用目的的具有最佳二次电池组合的混合二次电池。
根据本公开的还另一个方面，可以提供如下的二次电池，所述二次电池可以满足包括电动汽车、蓄电装置等的新兴应用领域所要求的各种规格。
附图说明
附图与前述公开一起说明本公开的优选实施方式，且用来提供对本公开的技术特征的进一步理解。然而，不将本公开解释为限于所述附图。
图1为示意性说明根据本公开的实施方式的用于估算混合二次电池的状态的装置的构造的方框图。
图2为说明其中将包装在彼此不同的组装件中的第一二次电池和第二二次电池并联连接的实例的示意图。
图3为说明其中将包装在一个组装件中的第一二次电池和第二二次电池在其中并联连接的实例的示意图。
图4为说明根据本公开的实施方式的电路模型(circuit model)的电路图。
图5为根据本公开的实施方式的按顺序说明用于通过使用扩展卡尔曼滤波器估算混合二次电池的状态的方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参照附图对本公开的优选实施方式进行详细说明。在说明前，应理解，在说明书和附属权利要求中使用的术语不应被解释为限于普通和字典的意思，而应在允许发明人为了最好的解释而适当地定义术语的原则的基础上基于对应于本公开的技术方面的意思和概念进行解释。因此，本文中提出的说明只是仅用于说明目的的优选实例，不是为了限制本公开的范围，因此应该理解为在不背离本公开的主旨和范围的条件下可以对其完成其它等价和修改。
图1为示意性说明根据本公开的实施方式的用于估算混合二次电池的状态的装置100的构造的方框图。
如图中所示，装置100包含传感器单元120和控制单元130，且与混合二次电池110电连接，从而估算混合二次电池110的状态。
混合二次电池110至少包含第一二次电池和第二二次电池，它们彼此并联连接且具有彼此不同的电化学特性。
根据本公开，本文中所用的“电化学特性”指的是选自如下的至少一个：电池容量、电池使用电压范围、根据荷电状态的最大/最小电池充电率或最大/最小电池放电率、低速率放电特性、高速率放电特性、基于温度的最大/最小充电率或最大/最小放电率、充电或放电曲线、根据荷电状态变化的电阻曲线、根据荷电状态变化的开路电压曲线和表示电池的容量特性关于电压的dQ/dV分布。
优选地，第一和第二二次电池可以为锂二次电池，其中通过锂离子引起电化学反应。然而，本公开不限于二次电池的具体类型。因此，任何类型的混合二次电池都可落在本公开的范围内，只要存在两个彼此具有不同的电化学特性的二次电池即可。
优选地，为了彼此具有不同的电化学特性，第一二次电池和第二二次电池可以至少在正极材料、负极材料或电解质方面存在差异。
根据一个实施方式，第一二次电池可以包含通过下述化学通式表示的碱金属化合物作为正极材料：A[AxMy]O2+z(其中，A包含Li、Na和K中的至少一种或多种；M包含选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr中的至少一种或多种；x≥0，1≤x+y≤2，-0.1≤z≤2；且以使得所述化合物保持电中性的方式选择x、y、z和包含在M中的成分的化学计量系数)。
或者作为替换，第一二次电池可包含作为正极材料的碱金属化合物xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(其中，M1包含平均氧化态为3的至少一种或多种元素；M2包含平均氧化态为4的至少一种或多种元素；且0≤x≤1)，如US 6,677,082、US6,680,143等中公开的一样。
此外，第二二次电池可以包含由下述化学通式表示的作为正极材料的锂金属磷酸盐：LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(其中M1包含选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Mg和Al中的至少一种或多种元素；M2包含选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S中的至少一种或多种元素；M3包含选自包含F的卤族的至少一种或多种元素；0<a≤2，0≤x≤1，0≤y<1，0≤z<1；以使得所述化合物保持电中性的方式选择a、x、y、z和包含在M1、M2和M3中的成分的化学计量系数)，或Li3M2(PO4)3[其中M包含选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Mg和Al中的至少一种或多种元素]。
可选地，包含在第一和/或第二二次电池中的正极材料可以包含涂层。涂层可以包含碳层，或可以包含含有选自如下中的至少一种或多种元素的氧化物层或氟化物层：Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、As、Sb、Si、Ge、V和S。
此外，第一和第二二次电池在负极中可以包含不同类型的负极材料以具有彼此不同的电化学特性。负极材料可以包含碳材料、锂金属、硅或锡，或诸如具有小于2V的电势的TiO2、SnO2的金属氧化物。对于碳材料，可以使用低结晶碳和高结晶碳。低结晶碳的代表性实例包括软碳和硬碳，高结晶碳的代表性实例包括高温烧结碳诸如天然石墨、人造石墨、Kish石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微球、中间相沥青、源自石油的焦炭、源自焦油沥青的焦炭等。
此外，第一和/或第二二次电池可以包含不同类型的电解质以具有彼此不同的电化学特性，且电解质可以包含具有诸如A+B-的结构的盐。在上述结构中，A+包含诸如Li+、Na+、K+的碱金属阳离子，或由它们的组合组成的离子。B-包含选自如下中的一种或多种阴离子：F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、AlO4 -、AlCl4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、BF2C2O4 -、BC4O8 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、C4F9SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-。
此外，电解质可以包含有机溶剂。对于有机溶剂，可以使用碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯或它们的混合物。
根据本公开，只要第一二次电池和第二二次电池具有不同的电化学特性且彼此并联连接，则它们的构造就不限于各二次电池的包装形式和各二次电池的单位电池胞(unitcell)的数目。
此外，必须将第一二次电池和第二二次电池理解为如下概念：不仅包含单位电池胞而且还包含多个电池元件的组件，诸如包含多个单位电池胞的模块、包含多个模块的电池组(pack)等。
根据一方面，第一二次电池和第二二次电池为如图2中所示的独立地包装在不同组装件中的电池，或如图3中所示的一起包装在一个组装件中的电池。
在一个实例中，第一和第二二次电池可以为单独地包装在柔性袋组装件中的不同类型的锂二次电池。或者，第一和第二二次电池可以为一起包装在一个袋组装件中的不同类型的锂二次电池。此外，当在一个组装件中将不同类型的第一和第二单位电池胞交替堆叠并并联连接时，可以将交替堆叠中的第一单位电池胞组和第二单位电池胞组分别视为对应于第一二次电池和第二二次电池。
第一单位电池胞和第二单位电池胞至少包含正极板和负极板及置于其间的隔膜。第一单位电池胞和第二单位电池胞具有不同的电化学特性。因此，第一单位电池胞和第二单位电池胞的正极板和/或负极板可以包含彼此不同的活性材料的涂层。
根据另一方面，第一二次电池和第二二次电池可以包含作为最小单位的至少一个含有负极/隔膜/正极的单位电池胞，或其中将至少两个或多个单位电池胞串联连接和/或并联连接并且堆叠的单位电池胞的组件。
根据还另一个方面，第一二次电池可以包含二次电池模块，其中将具有第一电化学特性且单独包装的多个二次电池串联和/或并联连接。类似地，第二二次电池可以包含二次电池模块，其中将具有第二电化学特性且单独包装的多个二次电池串联和/或并联连接。
可以利用负载140电连接混合二次电池110。负载140包含在各种电驱动装置中，它指的是包含在电驱动装置中并且靠二次电池110放电期间供应的电能工作的耗能设备。
电驱动装置可以为例如：电驱动移动装置诸如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)或电动自行车；手持设备诸如移动电话、智能电话或智能平板；可移动计算机诸如便携式计算机；可移动摄像设备诸如摄像机或数码相机；或用于电网或不间断电源的大容量储能系统(ESS)，但不限于此。
尽管本公开不限于负载的具体类型，但负载140可以为旋转动力装置诸如电动机、电力转换装置诸如换流器等而没有限制。
另外，装置100还可以可选地包含存储单元160。存储单元160不限于任何具体类型的存储介质，只要其能够记录和擦除信息即可。在一个实例中，存储单元160可以为RAM、ROM、寄存器、硬盘、光学记录介质或磁记录介质。此外，可以通过例如数据总线等将存储单元160与控制单元130连接以允许控制单元130的访问。存储单元160存储和/或更新和/或擦除和/或传输由控制单元130执行的包含各种控制逻辑的程序和/或在执行控制逻辑时生成的数据。存储单元160逻辑上可分为两个或多个，且包含在控制单元130中而没有限制。
另外，装置100还可以可选地包含显示单元150。显示单元150不限于任何具体的类型，只要其能够作为图形界面显示由控制单元130生成的信息即可。在一个实例中，显示单元150可以为液晶显示器、LED显示器、OLED显示器、E-INK显示器、柔性显示器等。显示单元150可以直接或间接地与控制单元130连接。在后者的情况下，显示单元150可以位于与控制单元130所处的区域物理地隔开的区域。此外，可以将第三方控制单元(未示出)配置在显示单元150与控制单元130之间，在该情况下第三方控制单元可以接受要显示在显示单元150上的来自控制单元130的信息并且将接受的信息显示在显示单元150上。为此，可以通过通讯接口连接第三方控制单元和控制单元130。
在控制单元130的控制下，传感器单元120可以以一定的时间间隔重复地测量施加到混合二次电池110的负极和正极的工作电流I和工作电压V，并且向控制单元130输出测得的工作电压V和工作电流I。在这种情况下，可以在相同的时间点或不同的时间点测量工作电压V和工作电流I。
传感器单元120可以包含电压测量装置和电流测量装置。所述电压测量装置可以被构造为基于参比电势测量混合二次电池110的电压的电路。所述电流测量装置可以被构造为被安装在充电电流或放电电流所流经的线上的检测电阻。然而，本公开不限于电压测量装置和电流测量装置的具体构造。
电压测量装置和电流测量装置可以包含在一个传感器单元120中，但可以彼此物理地隔开。在这种实例中，必须将传感器单元120理解为包含彼此隔开的电压测量装置和电流测量装置的概念。
控制单元130为能够执行用于使用扩展卡尔曼滤波器估算混合二次电池110的状态所必需的至少一个或多个控制逻辑的组成元件，所述扩展卡尔曼滤波器在非限制性实例中可以被预定义为软件执行的扩展卡尔曼滤波算法。
为了在混合二次电池110的状态估算中应用扩展卡尔曼滤波器，有必要通过将混合二次电池110视为一个系统而定义状态方程和输出方程。
在优选的实施方式中，状态方程和输出方程可以从电路模型导出。电路模型可以包含串联和/或并联连接从而模拟混合二次电池110的电压变化的至少一个或多个电路单元。
图4说明根据本公开的实施方式的电路模型200，扩展卡尔曼滤波器的状态方程和输出方程可以从电路模型200导出。
参照图4，为了模拟混合二次电池110的电压变化，电路模型200包含并联连接的第一电路单元210和第二电路单元220。
提供第一电路单元210以模拟第一二次电池的电压变化，且第一电路单元210包含彼此可以串联连接的第一开路电压元件210a和可选的第一阻抗元件210b。
类似地，提供第二电路单元220以模拟第二二次电池的电压变化，且第二电路单元220包含彼此可以串联连接的第二开路电压元件220a和可选的第二阻抗元件220b。
在混合二次电池110充电或放电期间，在第一开路电压元件210a的两端处形成按照第一二次电池的第一荷电状态zc1的大小变化的第一开路电压OCVc1(zc1)，且在第二开路电压元件220a的两端处形成按照第二荷电状态zc2的大小变化的第二开路电压OCVc2(zc2)。
第一荷电状态zc1和第二荷电状态zc2具有在0与1之间的值，且在混合二次电池110的充电期间从0至1逐渐增加，并且在混合二次电池110的放电期间从1至0逐渐减小。
然而，因为第一二次电池和第二二次电池彼此不同的电化学特性，第一荷电状态zc1和第二荷电状态zc2展现出根据混合二次电池110的荷电状态的不同变化速度。
例如，当混合二次电池110在特定的荷电状态范围内时，第一荷电状态zc1可以比第二荷电状态zc2变化更快，且在其它荷电状态范围中反之亦然。
优选地，基于第一二次电池的第一荷电状态zc1与相应的开路电压之间预定义的相关性可以确定第一开路电压OCVc1(zc1)。
类似地，基于第二二次电池的第二荷电状态zc2与相应的开路电压之间预定义的相互关系可以确定第二开路电压OCVc2(zc2)。
优选地，从第一二次电池和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压曲线可以获得所述预定义的相关性。
根据一个实施方式，预定义的相关性可以为查找表，所述查找表可以映射与每个荷电状态对应的开路电压。通过使用关于第一和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压数据可以获得这种查找表。
根据另一个实施方式，预定义的相关性可以为查找函数，所述查找函数可以分别包含荷电状态和开路电压作为输入参数和输出参数。通过对包含在关于第一和第二二次电池的每一荷电状态测得的开路电压曲线中的坐标数据的数值分析可以获得这种查找函数。
优选地，第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b可以各自包含至少一个电路元件以模拟在第一二次电池和第二二次电池的工作期间生成的IR电压和/或极化电压。
本文中所用的“IR电压”指的是由二次电池充电或放电期间的二次电池的内电阻生成的电压。
由于IR电压，在二次电池充电期间二次电池的电压高于开路电压，且在二次电池的放电期间低于开路电压。
包含在第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b中的电路元件的数目和类型以及电路元件间的连接关系可以根据第一二次电池和第二二次电池的电化学性质而确定，优选可以通过关于AC阻抗测量试验的试错法进行确定。此外，通过如下可以将各电路元件的电学特性值调节至最佳值：利用AC阻抗测量试验设定合适的值，然后通过调整使根据本公开估算的混合二次电池的状态与在精确试验条件下测得的状态之间的误差减到最小。
根据一个方面，第一阻抗元件210b和/或第二阻抗元件220b可以包含至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器或它们的组合。当第一阻抗元件210b和/或第二阻抗元件220b包含多个电路元件时，各电路元件可以相互串联和/或并联连接。
在具体实施方式中，第一阻抗元件210b可以包含至少一个由并联连接的电阻器和电容器构成的RC电路RCn,c1，和与其串联连接的电阻器R0,c1。如本文中所用的，n为表示第n个RC电路的序号。n为在1与p之间的自然数，且p的最小值为1。
类似地，第二阻抗元件220b可以包含至少一个由并联连接的电阻器和电容器构成的RC电路RCm,c2，和与其串联连接的电阻器R0,c2。如本文中所用的，m为表示第m个RC电路的序号。m为在1与q之间的自然数，且q的最小值为1。
RC电路RCn,c1、RCm,c2对应于提供用来模拟在第一二次电池和第二二次电池的工作期间生成的极化电压的电路元件。包含在RC电路RCn,c1、RCm,c2中的电阻器和电容器的元件的电学特性值和数目以及RC电路RCn,c1、RCm,c2的数目可以根据第一二次电池和第二二次电池的极化电压特性而变化。此外，当第一二次电池和第二二次电池的极化电压低至可省略不计时，可以省略RC电路RCn,c1、RCm,c2。
串联电阻器R0,c1、R0,c2对应于提供用来模拟在第一二次电池和第二二次电池的工作期间生成的IR电压的电路元件。串联电阻器R0,c1、R0,c2的电学特性值可以根据IR电压特性而变化。此外，取决于实施方式，串联电阻器R0,c1、R0,c2的数目可以为两个或更多。当第一二次电池和第二二次电池的IR电压小至可省略不计时，可以省略串联电阻器R0,c1、R0,c2。
优选地，通过使用从包含在第一阻抗元件210b中的电路元件的连接关系和电学特性值导出的第一阻抗电压公式，控制单元130可以确定由第一阻抗元件形成的第一阻抗电压Vi,c1。类似地，通过使用从包含在第二阻抗元件220b中的电路元件的连接关系和电学特性值导出的第二阻抗电压公式，控制单元130可以确定由第二阻抗元件220b形成的第二阻抗电压Vi,c2。如本文中所用的，基于对应的电路元件的类型可以确定各个电路元件的电学特性值，且所述电学特性值可以为电阻值、电容值和电感值中的任一种。
基于通过包含在第一阻抗元件210b中串联连接的电路元件形成的电压的总和可以确定第一阻抗电压Vi,c1，且基于通过包含在第二阻抗元件220b中串联连接的电路元件形成的电压的总和可以确定第二阻抗电压Vi,c2。
优选地，当第一阻抗元件210b和第二阻抗元件220b包含串联电阻器时，在确定第一阻抗电压Vi,c1和第二阻抗电压Vi,c2时可能不会将由串联电阻器形成的电压考虑在内。
当第一阻抗元件210b和/或第二阻抗元件220b包含至少一个或多个RC电路时，可以基于如下方程(1)的时间离散方程确定由各RC电路形成的电压。由于以下时间离散方程是公知的，所以在此不再详细说明该方程的推导。
在方程(1)中，k表示时间序号，Δt表示时间序号k与时间序号k+1之间的时间间隔，R和C分别表示包含在RC电路中的电路元件的电阻值和电容值，IRC[k]表示流经RC电路的电流，且VRC[k]表示由电流IRC[k]在RC电路处形成的电压。
同时，工作电流I等于流经第一电路单元210的第一电流Ic1和流经第二电路单元220的第二电流Ic2的总和。因此，在任意时间处，工作电流I、第一电流Ic1和第二电流Ic2之间的关系可以由以下方程(2)表示。
I[k]＝Ic1[k]+Ic2[k] (2)
在方程(2)中，在混合二次电池110充电期间，I[k]、Ic1[k]和Ic2[k]具有正值。相反，在混合二次电池110放电期间，I[k]、Ic1[k]和Ic2[k]具有负值。
通过使用从电路模型200导出的第一电流分布方程和第二电流分布方程，控制单元130可以分别确定第一电流Ic1[k]和第二电流Ic2[k]。
下面将说明推导时间离散方程形式的第一电流分布方程和第二电流分布方程的过程。
首先，在时间序号k处，可以由以下方程(3)和(4)表示第一电流和第二电流。
在上述方程中，V[k]表示混合二次电池的电压。表示由包含在第一电路单元210中的至少一个或多个RC电路RCn,c1形成的电压的总和，其中Vn RC,c1表示在第n个RC电路处形成的电压。类似地，表示由包含在第二电路单元220中的至少一个或多个RC电路RCm,c2形成的电压的总和，其中Vm RC,c2表示在第m个RC电路处形成的电压。zc1[k]和zc2[k]分别表示第一二次电池和第二二次电池的荷电状态。R0,c1和R0,c2分别表示包含在第一电路单元210和第二电路单元220中的串联电阻器的电阻值。
通过将方程(3)和(4)代入方程(2)并关于混合二次电池的电压V[k]进行重排，可以获得如下方程(5)的电压方程。
接下来，通过将方程(5)代入方程(3)和(4)，可以获得如下的第一电流分布方程(6)和第二电流分布方程(7)。
方程(6)和(7)可以用于定量确定当混合二次电池的工作电流I流动时被分开并分别流向第一二次电池和第二二次电池的第一和第二电流的大小。
在方程(6)和(7)中，通过使用经由对第一二次电池和第二二次电池的试验预定义的开路电压曲线可以确定OCVc1(zc1[k])和OCVc2(zc2[k])。通过利用方程(1)和第一电流Ic1[k]及第二电流Ic2[k]可以确定和
此外，通过方程(8)和(9)、由安培计数法可以定时更新第一二次电池的荷电状态zc1[k]和第二二次电池的荷电状态zc2[k]。
在上述方程中，Ic1[k]和Ic2[k]分别为流经第一电路单元210和第二电路单元220的电流，且可以通过方程(6)和(7)确定。此外，Qc1和Qc2分别表示第一二次电池和第二二次电池的容量。Δt为在时间序号k与k+1之间的时间间隔，且对应于第一荷电状态zc1[k]和第二荷电状态zc2[k]的定时更新周期。当对混合二次电池进行充电时，Ic1和Ic2具有正值。相反，当对二次电池进行放电时，Ic1[k]和Ic2[k]具有负值。
根据本公开，将从电路模型200导出的多个方程用于推导扩展卡尔曼滤波器的状态方程和输出方程。
扩展卡尔曼滤波器是能够通过考虑关于系统的外部可测量的参数和系统的干扰而统计估算动态系统的状态的软件算法。
根据本公开，系统的“状态”指的是具有基于时间的变化特性的电化学参数，且通过假定混合二次电池110为一个系统，它可以包含选自如下的至少一个参数：第一荷电状态zc1[k]；第二荷电状态zc2[k]；由包含在第一阻抗元件210b中的至少一个电路元件形成的电压；和由包含在第二阻抗元件220b中的至少一个电路元件形成的电压。
上述扩展卡尔曼滤波器的基本原理在本领域中是公知的，如可以在GregoryL.Plett的题目为“用于LiPB-基HEV电池组的电池管理系统的扩展卡尔曼滤波第一部分背景技术(Extended Kalman Filtering for battery management systems of LiPB-basedHEV battery packs Part 1.Background)”(电源期刊(Journal of Power Source)134,2004,252-261)的论文中找到，通过引用将其公开内容以其整体并入本文中。
状态方程：xk+1＝f(xk,uk,wk)
输出方程：yk+1＝g(xk,uk,vk)
其中，-xk表示要使用扩展卡尔曼滤波器估算的系统的状态，
-uk为作为系统的可测量参数的扩展卡尔曼滤波器的输入，
-wk为影响系统的状态的过程噪声建模的非测量输入，
-yk为来自系统的外部可测量的输出，且
-vk为影响系统输出测量的传感器的传感器噪声建模误差。
本领域中众所周知的是，通过使用状态方程和输出方程，扩展卡尔曼滤波器可通过如下描述的迭代步骤①～⑥估算系统的状态同时从1开始在每当经过更新时间Δt时将k递增1。下文中，步骤①～⑥被称为“扩展卡尔曼滤波算法”。
①状态估算定时更新：
②误差协方差定时更新：
③输出更新：
④卡尔曼增益确定：
⑤状态估算测量更新：
②误差协方差测量更新：
其中，和分别为过程噪声和传感器噪声的协方差和的零均值。
此外，通过利用在各时间序号k下的一阶泰勒级数展开使状态方程(f)和输出方程(g)线性化，可以使用以下提供的偏微分方程确定 和且当状态x和输入u为包含多个参数的矩阵时可以表示为雅可比矩阵。
根据本公开，通过使用从电路模型200导出的以上多个等式，可以将扩展卡尔曼滤波器的状态方程和输出方程定义为下述的时间离散方程形式。然而，本公开不限于下述的状态方程和输出方程。
状态方程
将以上方程对应于状态方程xk+1＝f(xk，uk，wk)，可以将状态xk定义为包含zc1[k]、zc2[k]、Vn RC,c1[k](n＝1,2,…,p)和Vm RC,c2[k](m＝1,2,…,q)作为状态参数的列向量，可以将输入uk定义为包含Ic1[k]和Ic2[k]作为输入参数的列向量，且可以将过程噪声wk定义为包含wc1[k]和wc2[k]作为噪声参数的列向量。Ic1[k]和Ic2[k]可以分别通过方程(6)和(7)定时更新。
wc1[k]和wc2[k]对应于过程噪声，并且是与由于没有考虑可能会影响系统的状态的其它因素而导致的错误相关的参数。过程噪声为考虑到扩展卡尔曼滤波器的精确度和灵敏度而调节的值，并且它可以是固定值，或根据混合二次电池的荷电状态、衰减速率(degradation rate)、温度等变化的可变值。
同时，可以省略至少一个或多个状态参数。例如，如果可以省略包含在第一电路单元或第二电路单元中的阻抗元件，则可以从状态参数中省略与相应的阻抗元件相关的参数。此外，当某一参数依赖于其它参数时，也可以从状态参数中将所述某一参数排除。此外，当可以将某一参数合并为另一参数的一部分时，则也可以从状态参数中将所述某一参数排除。如上所述，如果状态参数的数目减少，则状态方程的因次(dimension)相应地减少，使得扩展卡尔曼滤波算法的计算简化，且相应地，使过滤器调节更容易。明显的是，与上述实施方式相反，状态参数可以另外包含更多参数。
输出方程
通过将输出方程对应于yk+1＝g(xk，uk，vk)，输出为混合二次电池的工作电压V[k]。此外，I[k]为作为混合二次电池的工作电流可测量的值。参照方程(2)，可以通过Ic1[k]和Ic2[k]表示I[k]。因此，I[k]基本上对应于扩展卡尔曼滤波器的输入uk。v[k]对应于在测量混合二次电池的电流和/或电压的过程中所伴随的传感器噪声。考虑到扩展卡尔曼滤波器的精确度和灵敏度，可以将v[k]调节为固定值，或调节为可以根据混合二次电池的荷电状态、衰减速率、温度等变化的值。当通过使用输出方程确定V[k]时，可以通过试验直接测定包含在阻抗元件中的电路元件的电学特性值，或通过考虑扩展卡尔曼滤波器的精确度和灵敏度的试错法的规则进行调节。此外，通过使用经由试验预定义的相应的开路电压曲线可以确定开路电压OCVc1(zc1[k])和OCVc2(zc2[k])。此外，通过使用上述方程(1)、(3)和(4)，以及构造包含在第一和第二电路单元210、220中的相应的阻抗元件的电路元件的电学特性值可以确定由RC电路形成的电压Vn RC,c1[k](n＝1,2,…,p)和Vm RC,c2[k](m＝1,2,…,q)。
同时，为了执行扩展卡尔曼滤波算法，有必要设定包含在状态中的各状态参数的初始条件。优选以使得扩展卡尔曼滤波器有效地跟随系统的实际状态的方式设定状态参数的初始条件。
由于扩展卡尔曼滤波器对于初始条件具有鲁棒性，所以不是必须将初始条件限于任何具体条件。因此，可以随意地设定状态参数的初始条件以满足如下条件：由扩展卡尔曼滤波器估算的系统的状态不偏离。
优选地，可以依据以下方程(10)设定状态参数的初始条件。
zc1[0]＝OCVc1 -1(V[0])
zc2[0]＝OCVc2 -1(V[0]) (10)
Vn RC,c1[0]＝0(n为RC电路的序号)
Vm RC,c2[0]＝0(m为RC电路的序号)
参照状态参数的初始条件，V[0]为在混合二次电池开始充电或放电时最初测定的工作电压，且近似地，这相当于在混合二次电池开始充电或放电时的开路电压。运算符OCVc1 -1为将第一二次电池的第一荷电状态zc1转换为第一开路电压的运算符OCVc1(zc1[k])的逆变换运算符，并且可以由通过试验预定义的第一二次电池的开路电压曲线确定。类似地，运算符OCVc2 -1为将第二二次电池的第二荷电状态zc2转换为第二开路电压的运算符OCVc2(zc2[k])的逆变换运算符，并且可以由通过试验预定义的第二二次电池的开路电压曲线确定。优选地，可以将开路电压曲线预定义为查找表或查找函数形式，尽管实施方式不限于此。
下文中，参照图5，将会对如下方法进行详细说明：通过使用状态方程和输出方程迭代扩展卡尔曼滤波算法，控制单元130在每当经过更新周期Δt时的混合二次电池开始充电或放电后立即估算混合二次电池的状态。
首先，在S10处，控制单元130通过利用传感器单元120监控流经混合二次电池110的电流的方向和量值而确定混合二次电池的工作(即充电或放电)是否已经开始。
当确定混合二次电池110的工作已经开始了时，在S20处，控制单元130将时间序号k初始化为0。
接下来，在S30处，控制单元130通过传感器单元120测量对应于混合二次电池110的工作初始电压的V[0]和对应于工作初始电流的I[0]，并将它们存储在存储单元160中。
在测量和存储V[0]和I[0]后，在S40处，控制单元130如下设定系统的状态参数的初始条件。
接下来，在S50处，控制单元130使用方程(6)和(7)以及工作初始电流I[0]确定Ic1[0]和Ic2[0]。
在初始条件设定期间，控制单元130可以参考包含在第一电路单元210和第二电路单元220中的各电路元件的电学特性值。为此，可以优选预先将所述电学特性值存储在存储单元160处。各电路元件的电学特性值可以存储为固定值或可变值。当电学特性值存储为可变值时，电学特性值可以根据混合二次电池的荷电状态、温度、容量衰减率等而变化。
在确定Ic1[0]和Ic2[0]后，在S60处，控制单元130将时间序号k递增1，然后按顺序执行扩展卡尔曼滤波算法的六个步骤。
首先，在S70处，控制单元130使用状态参数的初始条件和Ic1[0]及Ic2[0]执行如下所述的状态估算定时更新。
当然，当对状态参数进行调节时，很明显也可以对用于状态估算定时更新的方程进行相应地修改。
第二，在S80处，控制单元130使用以下方程执行状态的误差协方差定时更新。
在上述方程中，基于定时更新的状态参数和输入参数的初始条件u0、预定义的电学特性值和开路电压曲线，通过以下的偏微分方程可以确定雅可比矩阵和
当对状态方程进行修改时，很明显雅可比矩阵也将会被相应地修改。通过试差法的规则可以调节状态的误差协方差的初始条件和过程噪声的误差协方差
在一个实施方式中，可以由以下方程表示且通过试差法的规则可以将对角线成分调节成特征值。
第三，在S90处，控制单元130通过传感器单元120测量二次电池的电流I[1]，并且通过经由使用电流I[1]将第一电流和第二电流分别更新成Ic1[1]和Ic2[1]而将输入参数更新至u1，并且如下通过使用输出方程、定时更新的状态参数和测得的二次电池的电流I[1]估算对应于系统的输出的混合二次电池的工作电压V。
在以上方程中，通过使用由试验预定义的第一二次电池和第二二次电池的开路电压曲线可以确定和此外，通过使用在第一步骤中定时更新的RC电路电压可以确定和I[1]为通过传感器单元120测得的工作电流。第一和第二电路单元的串联电阻值R0,c1、R0,c2由试验预定义且它们可以是固定值，或者根据混合二次电池的荷电状态、衰减速率、温度等变化的可变值。
在以上方程中，v[1]为通过试差法的规则调节的传感器噪声，且可以将其设定为固定值或可变值。
第四，在S100处，控制单元130使用以下方程计算卡尔曼增益。
在以上方程中，基于在第一步骤中定时更新的状态和更新的输入u1、预定义的电学特性值和通过试验预定义的开路电压曲线，通过下述偏微分方程可以确定雅可比矩阵和
当对输出方程进行修改时，很明显雅可比矩阵也将会被相应地修改。此外，为在第二步骤中确定的定时更新的误差协方差。通过试差法的规则可以调节传感器噪声的误差协方差
在一个实施方式中，可以由以下方程表示且通过试差法的规则可调节至特征值。
第五，在S110处，控制单元130使用以下方程执行状态估算测量更新。为此，控制单元130可以通过如下执行状态估算测量更新：通过传感器单元120测量混合二次电池的电压V[1]，然后通过在第四步骤中确定的卡尔曼增益L1乘以测得的电压与在第三步骤中估算为系统的输出的电压之间的差，并且将相乘的结果加至在第一步骤中确定的定时更新的状态估算。
在以上方程中，在左侧和右侧的矩阵为具有(2+p+q)*1的维数的列向量矩阵，其中p表示包含在第一电路单元中的RC电路的数目，且q表示包含在第二电路单元中的RC电路的数目。
根据状态参数的改变可以修改用于状态估算测量更新的方程。例如，当排除与包含在第一电路单元中的第一阻抗元件相关的状态参数时，可以从包含在方程中的矩阵排除相关的项。结果，可以调整矩阵的维数。然而，本公开不限于此。
最后，在S120处，控制单元130使用以下方程执行误差协方差测量更新。在上述步骤中确定在以下方程的右侧的全部项，且I对应于单位矩阵。
当执行上述一系列步骤时，完成混合二次电池的状态的第一次估算。
当完成系统的状态估算时，在S130处，控制单元130计数时间并确定是否已经经过系统状态的更新周期Δt。
当确定已经经过了更新周期时，在S140处，控制单元130通过传感器单元120监控流经混合二次电池的电流的方向和量值并且确定是否继续对混合二次电池进行充电或放电。
当确定继续对混合二次电池进行充电或放电时，控制单元130使过程进行至S60，且因此使时间序号k递增1并且重新迭代扩展卡尔曼滤波算法。
在维持混合二次电池充电或放电的同时，每当经过预定的时间Δt，则重复上述递归算法。此外，通过扩展卡尔曼滤波器估算的系统状态随着递归算法重复而提供更接近混合二次电池的实际状态的估算。
同时，当确定混合二次电池的充电或放电基本结束时，在S140处，控制单元130结束使用扩展卡尔曼滤波器的二次电池状态估算。在此所用的表述“基本结束”指的是在充电或放电结束之后已经经过了足够时间时，混合二次电池的电压稳定时的状态。
控制单元130可以将在各个步骤处确定的结果存储在存储单元160中，传输至另外的外部控制单元或通过显示单元150显示为图形界面。本文中所用的“图形界面”包括文字、图片、图表或它们的组合。
此外，控制单元130可以使用在扩展卡尔曼滤波算法的第三步骤中估算的混合二次电池的工作电压以控制混合二次电池的充电或放电。
此外，当确定混合二次电池的荷电状态或容量衰减时，控制单元130可以参考估算的工作电压。在这种情况下，可以作为控制混合二次电池的整体工作的电池管理系统的一部分而包含控制单元130。
或者，控制单元130可以将在扩展卡尔曼滤波算法的第三步骤中估算的工作电压传输至负责控制混合二次电池的充电或放电的控制单元。例如，对于安装于电动汽车或混合动力汽车的混合二次电池，控制单元130可以将估算的工作电压传输至汽车的中央控制单元。
此外，每当使用扩展卡尔曼滤波器估算系统的状态时，控制单元130可以利用下面的方程估算混合二次电池的荷电状态
参考以上方程，α和β分别表示第一二次电池和第二二次电池相对于混合二次电池的总容量的容量比率。例如，当第一二次电池和第二二次电池的容量为总容量的20％和80％时，α和β分别为0.2和0.8。
此外，控制单元130可以将混合二次电池的荷电状态存储至存储单元160，通过显示单元150输出为图形界面，或通过通讯接口或数据传输接口传输至外部控制单元。
为了执行包含上述的那些的各种控制逻辑，控制单元130可以可选地包含已知处理器、特定用途集成电路(ASIC)、其它芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理器等。此外，当作为软件执行控制逻辑时，可以作为一组程序模块执行控制单元130。在这种情况下，可以将程序模块存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以在处理器的内部或外部且可以利用各种已知计算机部件与处理器连接。此外，存储器可以包含在本公开的存储单元160中。此外，“存储器”通指其中存储信息的任何类型的设备，并且不是要指任何具体的存储设备。
此外，很明显控制单元130的控制逻辑可以构建根据本公开的实施方式的用于估算混合二次电池的电压的方法的过程。
此外，可以将控制单元130的至少一个或多个控制逻辑组合并且可以将组合的控制逻辑写成计算机可读的代码系统且记录在计算机可读的记录介质上。记录介质不限于任何具体类型，只要它可以被包含在计算机中的处理器访问即可。在一个实施例中，记录介质可以包含选自ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录设备中的至少一种或多种。此外，代码系统可以被调制成载波信号并在特定的时间点被包含在通讯载体中，并且通过网络计算机散布且在所述网络计算机中存储和执行。此外，与本公开相关的技术领域中的程序员将能够容易想到执行组合的控制逻辑的功能程序、代码和代码段。
已经详细说明了本公开。然而，应该理解，在表明公开的优选实施方式的同时，仅通过说明的方式给出详细的说明和具体实施例，因为由这一详细的说明，公开的范围内的各种改变和修改对本领域的技术人员而言都将变得显而易见。
附图标记
100：用于估算混合二次电池的状态的装置
110：混合二次电池 120：传感器单元
130：控制单元 140：负载
150：显示单元 160：存储单元

Claims (22)

1.一种用于估算混合二次电池的状态的装置，其中所述混合二次电池包含电化学特性彼此不同且彼此并联连接的第一二次电池和第二二次电池，所述装置包含：
传感器单元，该传感器单元被构造为以一定时间间隔测量所述二次电池的工作电压和工作电流；和
控制单元，该控制单元与所述传感器单元电连接，且被构造为通过使用状态方程和输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法来估算所述混合二次电池的状态，其中所述状态包含所述第一二次电池的第一荷电状态和所述第二二次电池的第二荷电状态中的至少一者，其中所述状态方程包含所述第一二次电池的所述第一荷电状态和所述第二二次电池的所述第二荷电状态中的至少一者作为状态参数，且所述输出方程包含所述混合二次电池的所述工作电压作为输出参数，
其中所述状态方程和所述输出方程从电路模型导出，所述电路模型包含第一电路单元和第二电路单元，所述第一电路单元和所述第二电路单元分别对应于所述第一二次电池和所述第二二次电池且彼此并联连接，且
所述第一电路单元和所述第二电路单元中的至少一者包含：开路电压元件，所述开路电压元件根据对应的二次电池的荷电状态改变电压；和阻抗元件，所述阻抗元件根据流经对应电路单元的电流改变电压。
2.权利要求1所述的装置，其中所述状态参数还包含下述至少之一：
由包含在所述第一电路单元中的阻抗元件形成的电压；和
由包含在所述第二电路单元中的阻抗元件形成的电压。
3.权利要求1所述的装置，其中所述状态方程包含流经所述第一电路单元的第一电流和流经所述第二电路单元的第二电流作为输入参数，且所述控制单元通过使用电流分布方程和由所述传感器单元测得的电流确定所述第一电流和所述第二电流，所述电流分布方程从所述电路模型导出。
4.权利要求1所述的装置，其中所述输出方程从所述电路模型的电压分析导出且包含多个输入参数，所述多个输入参数包含：
由所述传感器单元测得的电流；
所述第一电路单元的开路电压；
所述第二电路单元的开路电压；
所述第一电路单元的阻抗电压；和
所述第二电路单元的阻抗电压。
5.权利要求1所述的装置，其中所述状态方程被定义为，使得通过分别将随着时间流经所述第一电路单元和所述第二电路单元的电流求和而确定所述第一荷电状态和所述第二荷电状态，且
通过使用所述状态方程执行所述扩展卡尔曼滤波算法的状态估算定时更新，所述控制单元定时更新所述第一荷电状态和所述第二荷电状态。
6.权利要求2所述的装置，其中定义所述状态方程，使得由所述阻抗元件形成的电压根据从分别包含在所述第一电路单元和所述第二电路单元中的所述阻抗元件的电路分析导出的阻抗电压公式而随着时间变化，且
通过使用所述状态方程执行所述扩展卡尔曼滤波算法的状态估算定时更新，所述控制单元定时更新由每个阻抗元件形成的所述电压。
7.权利要求1所述的装置，其中通过使用从所述状态方程导出的雅可比矩阵，所述控制单元执行所述扩展卡尔曼滤波算法的误差协方差定时更新。
8.权利要求7所述的装置，其中通过经由使用所述输出方程执行所述扩展卡尔曼滤波算法的输出估算，所述控制单元估算所述混合二次电池的工作电压。
9.权利要求8所述的装置，其中通过使用从所述输出方程导出的雅可比矩阵和定时更新的误差协方差，所述控制单元执行所述扩展卡尔曼滤波算法的卡尔曼增益确定。
10.权利要求9所述的装置，其中通过将所确定的卡尔曼增益反映到所测得的工作电压与所估算的工作电压之间的差，所述控制单元执行所述扩展卡尔曼滤波算法的状态估算测量更新。
11.权利要求10所述的装置，其中通过使用所述定时更新的误差协方差和所确定的卡尔曼增益，所述控制单元执行所述扩展卡尔曼滤波算法的误差协方差测量更新。
12.权利要求1所述的装置，其中所述状态方程包含过程噪声，且所述输出方程包含传感器噪声。
13.权利要求1所述的装置，其中通过使用所述第一荷电状态和所述第二荷电状态，所述控制单元估算所述混合二次电池的所述荷电状态。
14.权利要求1所述的装置，其中包含在所述第一电路单元或所述第二电路单元中的阻抗元件包含至少一个电阻器、至少一个电容器、至少一个电感器或上述的组合。
15.权利要求14所述的装置，其中所述阻抗元件包含至少一个RC电路，在该至少一个RC电路中电阻器和电容器并联连接，和与所述RC电路串联连接的电阻器。
16.权利要求1所述的装置，其中所述开路电压元件和所述阻抗元件串联连接。
17.一种用于估算混合二次电池的状态的方法，其中所述混合二次电池包含电化学特性彼此不同且彼此并联连接的第一二次电池和第二二次电池，所述方法包括：
以一定时间间隔测量所述混合二次电池的工作电压和工作电流；和
通过使用状态方程和输出方程执行扩展卡尔曼滤波算法估算所述混合二次电池的状态，其中所述状态包含所述第一二次电池的第一荷电状态和所述第二二次电池的第二荷电状态中的至少一者，其中所述状态方程包含所述第一二次电池的所述第一荷电状态和所述第二二次电池的所述第二荷电状态中的至少一者作为状态参数，且所述输出方程包含所述混合二次电池的所述工作电压作为输出参数，
其中所述状态方程和所述输出方程从电路模型导出，且所述电路模型包含：第一电路单元，其包含对应于所述第一二次电池的开路电压元件和对应于所述第一二次电池的阻抗元件；和第二电路单元，其与所述第一电路单元并联连接，且包含对应于所述第二二次电池的开路电压元件和对应于所述第二二次电池的阻抗元件。
18.权利要求17所述的方法，还包括通过使用所述第一荷电状态和所述第二荷电状态估算所述混合二次电池的荷电状态。
19.权利要求18所述的方法，还包括存储、传输或显示所述混合二次电池的所估算的荷电状态。
20.权利要求18所述的方法，其中所述扩展卡尔曼滤波算法包括：
状态估算定时更新；
误差协方差定时更新；
输出估算；
卡尔曼增益确定；
状态估算测量更新；和
误差协方差测量更新。
21.一种电驱动装置，包含如权利要求1中所定义的装置。
22.一种计算机可读的记录介质，其中记录用于执行如权利要求17中所定义方法的程序。
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