CN105745811A - 用于校正电池soc的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于校正的电池充电状态(SOC)的系统和方法。用于校正电池SOC的系统包括：SOC测量单元，该SOC测量单元测量电池SOC值；存储单元，该存储单元存储用来确定是否补偿电池充电/放电的预设操作范围；确定单元，该确定单元确定在预设操作范围中对应于电池SOC值的操作范围；以及SOC校正单元，该SOC校正单元根据在确定单元中确定的结果调整充电/放电方向的死区或者充电/放电功率以校正电池SOC值。用于校正电池SOC的方法包括：测量电池SOC值；将SOC值与预设操作范围进行比较以确定对应于SOC值的操作范围；以及根据对应于操作范围的条件调整充电/放电方向的死区或者充电/放电功率以校正电池SOC值，该操作范围对应于SOC值。

Description

用于校正电池SOC的系统和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求2014年10月21日在大韩民国知识产权局提出的大韩民国专利申请号10-2014-0142609，以及2014年10月21日在大韩民国知识产权局提出的大韩民国专利申请号10-2014-0142610的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于校正电池的充电状态(SOC)的系统和方法，并且特别涉及在电池被充电和放电的同时维持SOC值在预定范围内的系统和方法。
背景技术
近来，由于化石能源的衰竭和环境污染，因而对能够通过使用电能源而不使用化石能源驱动的电产品的兴趣日益增长。
相应地，随着移动设备、电动汽车、混合动力汽车、储能设备、不间断电源等的不断增长的发展和需求，作为能源资源的二次电池的需求在快速不断增多，并且需求形式也正多样化。
因此，为了应对这种多样化的需求，关于二次电池的更多研究正在被积极地开展。一般而言，二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、以及锂离子聚合物电池。
这种二次电池被分类为基于锂的电池和基于镍氢的电池。基于锂的电池主要被用于小型产品，诸如数字相机、P-DVD、MP3Ps、蜂窝电话、PDA、便携式游戏设备、动力工具以及电动自行车，而基于镍氢的电池主要被应用及被用于大型产品，诸如需要高输出的电动汽车或混合电动汽车。
为了驱动电动汽车或混合电动汽车，不得不驱动要求高输出的发动机。而且，在用于向建筑物或特定区域供应电力的电力储存设备的情况下，不得不供应足以满足电力需求的大量电力。如上所述，为了提供具有高输出或大容量的电力，其每一个均由单元电池组件组成的多个电池彼此串行或并行连接以提供所期望的输出或电力。
然而，在电池的多个电池单元彼此连接的情况下，在单元电池被反复充电和放电后，可使单元电池的充电性能中存在差异。如果在存在充电性能差异的状态中，继续电池放电，则因为具有低充电性能的特定单元电池被过度放电，可能难以稳定地操作电池。另一方面，如果在存在充电性能差异的状态中，继续电池充电，则特定单元电池可能被过度充电从而影响电池的安全性。
充电性能的差异可能导致一些单元电池的过度充电或过度放电。结果，由于上述问题，电力可能不稳定地被供应至负载(例如，电发动机、电网等)。
为了解决这个问题，需要用于持续监测电池单元的充电性能以将电池单元的充电性能平衡至恒定水平的各种方法。
发明内容
技术问题
本发明的目标是提供一种用于校正电池SOC的系统和方法，其能够通过在充电/放电电池的同时调整充电/放电方向的死区或者调整充电/放电功率来更有效地校正电池SOC值至预定范围。
本发明的目标不限于上述，但是本领域的技术人员将从以下的描述中清楚地理解本文没有描述的其他目标。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种用于校正电池的充电状态(SOC)的系统，该系统包括：SOC测量单元，该SOC测量单元测量电池的SOC值；存储单元，该存储单元存储用来确定是否补偿电池充电/放电的预设操作范围；确定单元，该确定单元确定在预设操作范围中对应于电池的SOC值的操作范围；以及SOC校正单元，该SOC校正单元根据在确定单元中确定的结果调整充电/放电方向的死区或者充电/放电功率以校正电池SOC值。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于校正电池的充电状态(SOC)的方法，该方法包括：测量电池的SOC值；将SOC值与预设操作范围进行比较以确定对应于该SOC值的操作范围；以及根据对应于操作范围的条件调整充电/放电方向的死区或者充电/放电功率以校正电池SOC值，该操作范围对应于该SOC值。
有益效果
根据本发明，可以通过在充电/放电电池的同时调整充电/放电方向的死区或者调整充电/放电功率来执行SOC校正，以维持电池的SOC值在预定范围内。此外，可以减少电池SOC值达到约100％或约0％的概率，以及可以在设计电池时减少电池的容量。
附图说明
图1是根据本发明的实施例用于校正电池SOC的系统的框图。
图2是根据本发明的实施例用于校正电池SOC的方法的流程图。
图3是根据本发明的实施例依据电池的充电/放电部分的SOC变化的曲线图。
图4A至4C是根据本发明的实施例用于校正电池SOC的方法的曲线图。
图5是根据本发明的另一实施例用于校正电池SOC的系统的框图。
图6是根据本发明的另一实施例用于校正电池SOC方法的流程图。
图7是根据本发明的另一实施例依据电池的充电/放电部分的SOC变化的曲线图。
图8A至8C、9A至9C、以及10A至10C是根据本发明的另一实施例用于校正电池SOC的方法的曲线图。
具体实施方式
本说明书及权利要求中所使用的术语或词语不应被解释为受限于词汇含义，而应由于发明者基于他/她能够定义术语来以其他人将领会的最好方法描述他/她的发明而被理解为合适的概念。
因此，本说明书中所描述的实施例以及附图中所示出的解释仅是本发明的优选实施例，以及可能并没有彻底地描述技术精神。相应地，应理解能够替换实施例的各种等效物和修改可以在本说明书的申请时间点被提供。而且，涉及众所周知的功能或配置的详细描述将被排除在外，以免不必要地混淆本发明的主题。
以下，将通过参考附图，详细描述根据本发明的优选实施例用于校正电池SOC的一种系统和方法。
图1是根据本发明的实施例用于校正电池充电状态(SOC)的系统的框图。
参考图1，用于校正电池SOC的系统包括SOC测量单元110、存储单元120、确定单元130以及SOC校正单元140。
首先，SOC测量单元110测量电池的SOC值，该电池通过从电池储能系统(BESS)的电力产生设备中供应的电力而被充电。SOC测量单元110可以在每个预设单位时间上测量电池的SOC值。
并且，在SOC测量单元110中所测量的电池SOC值，被存储在存储单元120中。
多个对应于电池的SOC值的操作范围被存储在存储单元120中。多个操作范围可以被事先设置，以用来确定是否补偿电池充电/放电。对应于电池SOC值的操作范围可以被设置为适合于BESS的生命周期的操作范围。
例如，如果与客户公司讨论的操作范围是SOC值的约20％至约80％，并且适合BESS的生命周期的操作范围是SOC值的约40％至约60％，则操作范围可以被设置为用于参考值的操作范围。这里，如果操作范围是在SOC测量单元110中测量的电池的SOC值的约70％至约100％，则操作范围可以被定义为第一操作范围。如果操作范围是SOC值的约30％至约70％，则操作范围可以被定义为第二操作范围，以及如果操作范围是SOC值的约0％至约30％，则操作范围可以被定义为第三操作范围。由于存在许多将电池SOC值匹配至约50％的水平的需求，第二操作范围可以被确定为正常范围。在本说明书中，虽然每个操作范围值被上述设置，但本发明不限于此。例如，操作范围值可以根据电池状态或周围环境而改变。
确定单元130可以将测量的电池SOC值与存储在存储单元120中的多个操作范围进行比较以确定在多个操作范围中对应于测量的电池SOC值的操作范围。
SOC校正单元140存储对应于多个操作范围的校正值。
根据操作范围校正值可以被设置为彼此不同的校正值。对应于第一操作范围的第一校正值可以包括用于增大充电方向的死区或减小放电方向的死区(deadband)的条件。
对应于第二操作范围的第二校正值可以包括用于增大充电/放电方向的死区或维持当前状态的条件，以及对应于第三操作范围的第三校正值可以包括用于减小充电方向的死区或增大放电方向的死区的条件。
SOC校正单元140根据在确定单元130中确定的结果调整死区部分以校正电池的SOC值。
例如，当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，SOC校正单元140增大充电方向的死区或减小放电方向的死区。由于第二操作范围对应于正常范围，当确定测量的电池SOC值对应于第二操作范围时，维持当前状态。这里，即使测量的电池SOC值对应于正常范围，考虑到电池的效能，依然可以在充电方向增大死区。
当测量的电池SOC值对应于第三操作范围时，在充电方向减小死区，或在放电方向增大死区。
如上所述，可以在充电/放电电池的同时调整充电/放电方向的死区部分以校正电池SOC值，由此把SOC值维持在预定的范围。
图2是根据本发明的实施例用于校正电池SOC的方法的流程图。
参考图2，SOC测量单元110测量通过从BESS的电力产生设备中供应的电力而被充电的电池的SOC值(S100)。可以在每个预设单位时间上测量电池SOC值。
图3是在每个单元时间上测量的电池SOC的曲线图。参考图3，看出电池SOC值在约0％至约100％的范围内经常被改变。
确定单元(130)将测量的电池SOC值与存储在存储单元(参见图1的附图标记120)中的多个操作范围进行比较以确定在多个操作范围中对应于测量的SOC值的操作范围(S110)。
多个对应于电池SOC值的操作范围被存储在存储单元120中。多个操作范围可以被事先设置，以用来确定是否补偿电池充电/放电。
将通过参考图3的曲线描述多个操作范围。这里，曲线中的x轴可以指代时间，曲线中的y轴可以指代电池SOC值。
参考图3，电池SOC值可以被部分地设置为约70％至约100％的范围(第一操作范围：a)，约30％至约70％的范围(第二操作范围：b)，以及约0％至约30％的范围(第三操作范围：c)。
由于存在许多将当前电池SOC值匹配至约50％的水平的需求，可以确定第一操作状态a被定义为过度充电状态，第二操作范围b被定义为正常范围，以及第三操作范围c被定义为过度放电状态。在本说明书中，虽然每个操作范围值被如上所述设置，但本发明不限于此。例如，可以考虑到电池的性能、充电效能、放电电阻等，改变操作范围值。
接下来，SOC校正单元140通过使用对应于操作范围的校正值来执行SOC校正(S120)，该操作范围对应于测量的SOC值。SOC校正可以根据在操作S110中确定的结果调整在充电/放电方向的死区部分。
将参考图4A至4C的曲线图描述SOC校正值。
图4A示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约70％至约100％的第一操作范围a的情况。当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，死区在充电方向被增大或在放电方向被减小。
当在充电方向增大死区时，充电方向的死区范围被扩展以减少对应于死区范围的频率校正信号范围。并且，应用到电池的功率信号数被减小。并且，电池SOC值达到约100％的概率被减少。
当减小放电方向的死区时，放电方向的死区范围被减小，并且对应于死区范围的频率校正信号范围被增大。并且，应用到电池的功率信号数被增大。并且，电池SOC值达到约100％的概率被减少。
参考图4B，当在SOC测量单元110中测量的电池SOC值对应于约30％至约70％的第二操作范围b时，维持当前状态，或者如图4B所示，考虑到电池的效能，增大充电/放电方向的死区。
参考图4C，当在SOC测量单元110中测量的电池SOC值对应于约0％至约30％的第三操作范围c时，如图4C所示，减小充电方向的死区，增大放电方向的死区。
当减小充电方向的死区时，死区范围被减小，并且对应于死区范围的频率校正信号范围被增大。并且，应用到电池的功率信号数被增大，以及电池SOC值达到约0％的概率被减少。
如上所述，可以测量电池SOC值，以及可以确定对应于测量的SOC值的操作范围。然后，可以通过使用对应于操作范围的校正值调整死区部分，以维持SOC值在预定的范围内。
图5是根据本发明的另一实施例用于校正电池SOC的系统的框图。
参考图5，用于校正电池SOC的系统200包括SOC测量单元210、存储单元220、确定单元230以及SOC校正单元240。
首先，SOC测量单元210测量通过从电池储能系统(BESS)的电力产生设备中供应的电力而被充电的电池的SOC值。可以在每个预设单位时间上测量电池SOC值。
在SOC测量单元210中所测量的电池SOC值，被存储在存储单元220中。
多个对应于电池SOC值的操作范围被存储在存储单元220中。多个操作范围可以被事先设置，以用来确定是否补偿电池充电/放电。对应于电池SOC值的操作范围可以被设置为适合BESS的生命周期的操作范围。
例如，如果与客户公司讨论的操作范围是SOC值的约20％至约80％，以及适合BESS的生命周期的操作范围是SOC值的约40％至约60％，则操作范围可以被设置为用于参考值的操作范围。这里，如果操作范围是在SOC测量单元210中测量的电池SOC值的约70％至约100％，则操作范围可以被设置为第一操作范围。如果操作范围是SOC值的约30％至约70％，则操作范围可以被设置为第二操作范围，以及如果操作范围是SOC值的约0％至约30％，则操作范围可以被设置为第三操作范围。由于存在许多将电池SOC值匹配至约50％的水平的需求，第二操作范围可以被确定为正常范围。在本说明书中，虽然每个操作范围值被如上所述设置，但本发明不限于此。例如，操作范围值可以根据电池状态或周围环境而改变。
确定单元230确定在多个操作范围中对应于测量的电池SOC值的操作范围。
SOC校正单元240分别存储对应于多个操作范围的校正值。
SOC校正单元240包括第一校正部分240a、第二校正部分240b和第三校正部分240c。这些校正部分分别具有由使用彼此不同的充电/放电功率调整方式所获得的校正值。
第一校正部分240a包括用于以指数形式增大或减小充电/放电功率的条件。第二校正部分240b包括用于以阶梯形式增大或减小充电/放电功率的条件。以及，第三校正部分240c包括用于以预定比例增大或减小充电/放电功率的条件。
SOC校正单元240根据在确定单元230中确定的结果调整充电/放电功率，以校正电池SOC值。
例如，当确定单元230确定电池SOC值对应于第一操作范围时，SOC校正单元240的一个校正部分被选择，以通过使用对应于第一操作范围的所选校正部分的校正值来执行SOC校正。
当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，减小充电功率或增大放电功率。这里，可以以指数或阶梯形式或以预定比例增大或减小充电/放电功率。
由于第二操作范围对应于正常范围，当确定测量的电池SOC值对应于第二操作范围时，维持当前状态。
当确定测量的电池SOC值对应于第三操作范围时，增大充电功率或减小放电功率。这里，可以以指数或阶梯形式或以预定比例增大或减小充电/放电功率。
如上所述，由于根据各种条件调整充电/放电功率，以执行SOC校正，所以电池SOC值可以被维持在预定范围内。此外，可以减少电池SOC值达到约100％或约0％的概率，并且可以在设计电池时减少电池的容量。
图6是根据本发明的另一实施例用于校正电池SOC的方法的流程图。
参考图6，通过从电池储能系统(BESS)的电力产生设备中供应的电力而被充电的电池的SOC值被测量(S200)。可以在每个预设单位时间上测量电池SOC值。图3是在每个单元时间上测量的电池SOC的曲线图。参考图3，看出电池SOC值在约0％至约100％的范围内经常被改变。
将测量的电池SOC值与存储在存储单元(参见图5的附图标记220)中的多个操作范围进行比较以确定在多个操作范围中对应于测量的SOC值的操作范围(S210)。
多个对应于电池SOC值的操作范围被存储在存储单元120中。多个操作范围可以被事先设置，以确定是否补偿电池充电/放电。
将通过参考图7的曲线描述多个操作范围。这里，曲线中的x轴可以指代时间，曲线中的y轴可以指代电池SOC值。
参考图7，电池SOC值可以被部分地设置为约70％至约100％的范围(第一操作范围：a)，约30％至约70％的范围(第二操作范围：b)，以及约0％至约30％的范围(第三操作范围：c)。由于存在许多将当前电池SOC值匹配至约50％的水平的需求，可以确定第一操作状态被定义为过度充电状态，第二操作范围被定义为正常范围，以及第三操作范围被定义为过度放电状态。在本说明书中，虽然每个操作范围值被如上所述设置，但本发明不限于此。例如，可以考虑到电池的性能、充电效能、放电电阻等，改变操作范围值。
接下来，选择SOC校正单元的一个校正部分。
SOC校正单元240包括第一校正部分240a、第二校正部分240b，以及第三校正部分240c。通过使用彼此不同的充电/放电功率调整方式来分别操作校正部分。
第一校正部分240a包括用于以指数形式增大或减小充电/放电功率的条件。第二校正部分240b包括用于以阶梯形式增大或减小充电/放电功率的条件。以及，第三校正部分240c包括用于以预定比例增大或减小充电/放电功率的条件。
然后，通过使用对应于操作范围的校正值来执行SOC校正(S220)，该操作范围对应于测量的电池SOC值。SOC校正可以根据在操作S210中确定的结果调整充电/放电功率。
用于调整充电/放电功率的方法可以包括设置在SOC校正单元240中的各种方法，并且将通过参考实施例描述该方法。
首先，图8A至8C是用于以指数形式增大或减小充电/放电功率的方法的曲线图。
图8A示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约70％至约100％的第一操作范围a的情况。当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，校正值被应用，通过该校正值充电功率以指数形式被减小并且放电功率以指数形式被增大。可以减少电池SOC值达到约100％的概率，并且可以在设计电池时减少电池的容量。
图8B示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约30％至约70％的第二操作范围b的情况。在这种情况下，确定为正常范围以维持当前状态。
接下来，图8C示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约0％至约30％的第三操作范围c的情况。在这种情况下，校正值被应用，通过该校正值充电功率以指数形式被增大并且放电功率以指数形式被减小。
图9A至9C是用于以阶梯形式增大或减小充电/放电功率的方法的曲线图。
图9A示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约70％至约100％的第一操作范围a的情况。当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，校正值被应用，通过该校正值充电功率以阶梯形式被减小并且放电功率以阶梯形式被增大。
图8B示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约30％至约70％的第二操作范围b的情况。在这种情况下，确定为正常范围以维持当前状态。
接下来，图9C示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约0％至约30％的第三操作范围c的情况。在这种情况下，校正值被应用，通过该校正值充电功率以阶梯形式被增大并且放电功率以阶梯形式被减小。
图10A至10C是用于以预定比例增大或减小充电/放电功率的方法的曲线图。
图10A示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约70％至约100％的第一操作范围a的情况。当测量的电池SOC值对应于第一操作范围时，校正值被应用，通过该校正值充电功率以预定比例被减小。
图10B示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约30％至约70％的第二操作范围b的情况。在这种情况下，确定为正常范围以维持当前状态。
接下来，图10C示出了在SOC测量单元中测量的电池SOC值对应于约0％至约30％的第三操作范围c的情况。在这种情况下，校正值被应用，通过该校正值，相较于目前的放电功率，放电功率按预定比率被减小。
如上所述，由于根据各种条件调整充电/放电功率，以执行SOC校正，所以电池SOC值可以被维持在预定范围内。此外，可以减少电池SOC值达到约100％或约0％的概率，并且可以在设计电池时减少电池的容量。
上述主题将将被视为示例性的而非限制性的，并且权利要求旨在覆盖所有这些落入本发明的真实思想和范围内的修改、增强和其他实施例。
因此，本发明的实施例将被视为示例性的而非限制性的，并且本发明的技术思想不限于前面提及的实施例。
因此，本发明的范围不由本发明的详细描述而由权利要求来定义，并且范围内的所有差异将被解释为将被包括在本发明中。

Claims (20)

1.一种用于校正电池的充电状态(SOC)的系统，所述系统包括：
SOC测量单元，所述SOC测量单元测量所述电池的SOC值；
存储单元，所述存储单元存储用来确定是否补偿所述电池的充电/放电的预设操作范围；
确定单元，所述确定单元确定在所述预设操作范围中对应于所述电池的SOC值的操作范围；以及
SOC校正单元，所述SOC校正单元根据在所述确定单元中确定的结果调整在充电方向/放电方向的死区或者充电功率/放电功率，以校正所述电池的SOC值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储单元包括第一操作范围、第二操作范围和第三操作范围。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一操作范围是所述SOC值的约70％至约100％，所述第二操作范围是所述SOC值的约30％至约70％，以及所述第三操作范围是所述SOC值的约0％至约30％。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，根据所述操作范围，所述SOC校正单元被设置为彼此不同的校正值。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第一操作范围时，应用第一校正值，利用该第一校正值在所述充电方向增大死区。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第二操作范围时，应用第二校正值，利用该第二校正值在所述充电方向增大死区或维持当前状态。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第三操作范围时，应用第三校正值，利用该第三校正值在所述充电方向减小死区或在所述放电方向增大死区。
8.根据权利要求2所述的系统，其中，所述SOC校正单元以指数或阶梯形式或者以预定比例调整所述充电功率/放电功率。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第一操作范围时，应用一校正值，利用该校正值减小所述充电功率以及增大所述放电功率。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第二操作范围时，应用一校正值，利用该校正值维持当前状态。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，当在所述确定单元中确定为所述第三操作范围时，应用一校正值，利用该校正值增大所述充电功率以及减小所述放电功率。
12.一种用于校正电池的SOC的方法，所述方法包括：
测量所述电池的SOC值；
把所述SOC值与预设操作范围做比较以确定对应于所述SOC值的操作范围；以及
根据对应于所述操作范围的条件调整在充电方向/放电方向的死区或者充电功率/放电功率以校正所述电池的所述SOC值，所述操作范围对应于所述SOC值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预设操作范围包括第一操作范围、第二操作范围，以及第三操作范围，以及
所述第一操作范围是所述SOC值的约70％至约100％，所述第二操作范围是所述SOC值的约30％至约70％，以及所述第三操作范围是所述SOC值的约0％至约30％。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，当确定为所述第一操作范围时，应用第一校正值，利用该第一校正值在所述充电方向增大死区。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，当确定为所述第二操作范围时，应用第二校正值，利用该第二校正值在所述充电方向/放电方向增大死区或维持当前状态。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，当确定为所述第三操作范围时，应用第三校正值，利用该第三校正值在所述充电方向减小死区或在所述放电方向增大死区。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电池的SOC值的校正包括以指数或阶梯形式或者以预定比例调整所述充电功率/放电功率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，当确定为所述第一操作范围时，应用一校正值，通过该校正值减小所述充电功率以及增大所述放电功率。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，当确定为所述第二操作范围时，应用一校正值，利用该校正值维持当前状态。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，当确定为所述第三操作范围时，应用一校正值，利用该校正值增大所述充电功率以及减小所述放电功率。
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