CN105762431B - 用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置和方法 - Google Patents

用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置和方法。该方法包括计算慢速充电器在电动车慢速充电的设定区间中的平均充电功率并基于该平均充电功率计算校正因子。该方法还包括基于该平均充电功率计算电池的劣化程度并通过将校正因子反映到该劣化程度来计算最终劣化程度。

Description

用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置和方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119(a)，本申请要求2014年9月18日提交的韩国专利申请第10-2014-0124554号优先权，其公开内容通过引用的方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及电动车的电池，且更具体地，涉及用于诊断设置在电动车内的高电压电池的劣化的装置和方法。
背景技术
储存的电能可以是配备有高电压电池的车辆(比如，电动车(EV)或插电式混合动力车(PHEV)等)的驱动力。这类车辆的行驶里程受高电压电池的容量和状态的影响。然而，由于车辆电池的性质，当一直为车辆提供功率时，电池会遭受到劣化现象，即充电容量会不可避免地减少。同时，随着劣化的发展，即使可以显示出同样的充电状态(SOC)，车辆也会遭遇行驶里程的减少以及用于加速的电池输出的降低等等。
在传统的关于电动车电池的现有技术中，即使电池显示出高于90％的SOC并且车辆能够利用大量的储存电量，电池劣化可能已经发生。随着劣化的进行，这些现有技术电池的电压容量会经历线性降低。一般地，为提高电池寿命，车辆电池可以使用慢速充电进行充电，然而，由于取决于充电电流的电池充电效率不会反映在显示出的充电状态中，随着电池的持续使用，会出现由电池劣化程度引起的不断增加的计算误差。
发明内容
本发明的示例性实施方式提供用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置和方法，其通过使用用于电动车的慢速充电器的充电功率来诊断劣化程度。此外，本发明的示例性实施方式通过反映出对于不同充电电流和不同劣化程度的充电效率，从而提供对劣化程度有更高检测精度的诊断车辆中高电压电池的劣化的装置和方法。
根据本发明的示例性实施方式，用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法可以包括：计算慢速充电器在电动车慢速充电的设定时间区间中的平均充电功率；基于该平均充电功率，计算校正因子；基于该平均充电功率，计算劣化程度；以及通过将劣化因子反映到劣化程度来计算最终劣化程度。另外，平均充电功率的计算可以包括：确定是否满足电池充电状态的检测条件；当满足电池充电状态的检测条件时，通过测量对电池充电的充电电压和充电电流来计算充电功率；确定是否满足电池充电状态的检测结束条件；以及当满足电池充电状态的检测结束条件时，计算通过计算充电功率而检测到的充电功率的平均值。
是否满足充电状态的检测条件的确定可以包括：确定电池中单元电池的温度是否约为室温；以及确定充电电压是否在特定的电压范围内。此外，校正因子的计算包括使用查询表来计算与平均充电功率对应的校正因子。查询表可以包括在电池的单元电池温度约为室温并且慢速充电器的充电电压在预定的电压范围内的状态下得到的测试结果，并且显示用于各个充电功率的校正因子。劣化程度的计算可以包括：基于平均充电功率来计算平均充电电流；以及使用平均充电电流和充电状态检测时间来计算劣化程度。此外，最终劣化程度的计算可以包括：通过将劣化程度与校正因子相乘来计算最终劣化程度。
根据本发明的示例性实施方式，用于诊断车辆中高电压电池的劣化的装置可以包括：电池，其配置成供应用于驱动电动车电机的电源；慢速充电器，其设置在电动车内并配置成对电池充电；测量仪表，其配置成测量电池的充电状态；以及劣化诊断设备，其配置成当电池的充电状态满足预定条件时通过计算慢速充电器的充电功率来计算平均充电功率，基于该平均充电功率来计算校正因子和劣化程度，以及使用该劣化程度和校正因子来计算最终劣化程度。
测量仪表可以包括：配置成测量电池中单元电池的温度的温度传感器；配置成测量从慢速充电器输出的充电电压的电压传感器；以及配置成测量从慢速充电器输出的充电电流的电流传感器。此外，劣化诊断设备可以配置成当电池中单元电池的温度约为室温并且慢速充电器的充电电压在特定电压范围内时计算充电功率。劣化诊断设备可以配置成使用测量仪表来测量慢速充电器的充电电压和充电电流并通过将测得的充电电压与充电电流相乘来计算充电功率。劣化诊断设备可以配置成从平均充电功率计算平均充电电流并使用平均充电电流和充电状态的检测时间来计算劣化程度。此外，劣化诊断设备可以配置成通过将劣化程度与校正因子相乘来计算最终劣化程度。劣化诊断设备也可以配置成响应于最终劣化因子超过阈值来输出需要更换并检查电池的通知。
本发明的示例性实施方式可以使用用于电动车的慢速充电器的充电功率来诊断电池的劣化程度。并且，本发明的示例性实施方式可以通过反映对于不同充电电流和不同劣化程度的充电效率来提高劣化程度的检测精度。
附图说明
为描述本发明的示例性实施方式，提供附图作为参考，本发明的精神不应该仅仅通过这些附图来解读。通过结合附图的以下描述，本发明的上述以及其他目的、特征和其他优点将得到更清晰的理解，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施方式的用于诊断车辆的高电压电池劣化的装置的配置的示例性框图；以及
图2是示出根据本发明示例性实施方式的用于诊断车辆的高电压电池劣化的方法的示例性流程图。
附图中各个元件的附图标记
10：电池
20：慢速充电器
30：测量仪表
31：温度传感器
32：电压传感器
33：电流传感器
40：劣化诊断设备
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的示例性实施方式进行详细的解释。
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。本文中提到的混合动力车是具有两种或更多种动力来源的车，例如同时为汽油动力和电动力的车。
尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元以执行示例性进程，但应理解的是，示例性进程还可以由一个或多个模块执行。另外，应当理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成对模块进行存储，处理器具体配置成执行该模块以执行将在以下进一步描述的一个或更多进程。
此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储设备。计算机可读记录介质也可以在连接网络的计算机系统中分布，从而计算机可读介质可以通过例如远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)以分布方式进行存储并执行。
本文使用的术语仅为说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有结合。
本发明涉及用于诊断车辆电池的健康状态(SOH)、以及使用在对电动车的高电压电池进行慢速充电中慢速充电器(车载电池充电器，OBC)的充电功率来诊断车辆电池的劣化程度的技术。
车辆电池效率可以基于对电池充电的充电电流的水平而变化。一般来说，随着充电电流的降低，电池效率提高。随着电池劣化的增加，电池可充电的量趋于线性地降低。相应地，当电池充电在相同条件下进行时，充电效率会基于电池的劣化程度和充电电流而不同。为补偿电池劣化和基于充电电流的充电效率的差异，本发明可以通过对慢速充电器的各个不同的充电功率施加校正因子来提高电池劣化的计算精确度。
图1是示出根据本发明示例性实施方式的用于诊断车辆中高电压电池的劣化的装置的示例性框图。用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置可以包括电池10、慢速充电器20、测量仪表30以及劣化诊断设备40(例如控制器)。控制器可以配置成操作电池10、慢速充电器20、测量仪表30以及劣化诊断设备40，或者，该控制器可以与劣化诊断设备40是同一个。
电池10可以是设置在电动车内的高电压电池，并且可以配置成供应用于驱动车辆电机的电源。慢速充电器20可以设置在电动车内，并且可以配置成对电池10充电(比如，通过从供电设备(未示出)供应的商用功率)。慢速充电器20可以配置成以相同的功率对电池10充电。测量仪表30可以配置成感测电池10的充电环境信息，并且可以包括温度传感器31、电压传感器32和电流传感器33。温度传感器31可以配置成测量电池10的单元电池的温度，电压传感器32可以配置成测量从慢速充电器20输出的用于电池10充电的充电电压，且电流传感器33可以配置成测量从慢速充电器20供应到电池10的充电电流。测量仪表30还可以配置成将由各个传感器31至33测得的数据储存到存储器(未示出)并管理这些数据。
劣化诊断设备40可以配置成，当从慢速充电器20接收到通知慢速充电开始的信号时，确定是否满足充电状态(比如，健康状态SOH)的检测条件。换言之，劣化诊断设备40可以配置成使用温度传感器31来确定电池中单元电池的温度是否约为室温(例如，约为15℃～25℃)，以及确定由电压传感器32测得的充电电压是否在特定的电压范围内(比如，约为210V～230V)。特定电压范围基于电池10的特性而不同。劣化诊断设备40可以配置成，当满足充电状态的检测条件时，使用从慢速充电器20输出的充电电压(V)和充电电流(I)来计算充电功率(P＝I×V)。换言之，劣化诊断设备40也可以配置成检测慢速充电器20的充电功率。劣化诊断设备40可以配置成将所计算出的充电功率储存到存储器(未示出)并管理所计算出的充电功率。
而且，劣化诊断设备40可以配置成确定是否满足充电状态的检测结束条件。劣化诊断设备40可以配置成反复使用电压传感器32和电流传感器33计算慢速充电器20的充电功率直到满足充电状态的检测结束条件(S12～S14)。劣化诊断设备40可以配置成，当满足充电状态的检测结束条件时，计算在特定电压范围内计算的充电功率的平均充电功率。劣化诊断设备40可以配置成通过参照查询表基于平均充电功率来计算校正因子(F)。查询表可以包括当电池的单元电池温度约为室温时在特定电压范围内测试电池充电的测试结果。用于各个充电功率的校正因子在表1中给出。
表1
劣化诊断设备40可以配置成使用平均充电功率来计算在充电功率检测时间区间内的平均充电电流。例如，劣化诊断设备40可以配置成通过将平均功率除以慢速充电器20的充电电压来估算平均充电电流劣化诊断设备40可以配置成使用平均充电电流Iavg和充电功率检测时间t来计算劣化程度。充电功率检测时间是指从满足充电功率检测条件到满足充电功率检测结束条件的持续时间。劣化程度D可以用以下等式1定义。
等式1
其中，Cini是电池中单元电池的初始充电量(Ah)。
劣化诊断设备40可以配置成使用所计算出的劣化程度D和校正因子F来计算电池10的最终劣化程度Dfinal。最终劣化程度Dfinal可以用以下等式2来表示。
等式2
Dfinal＝D×F
劣化诊断设备40可以配置成，当电池10的最终劣化程度超过阈值时，输出需要更换并检查电池10的通知。应该理解，不同的阈值可适用于不同的电池和不同的车辆，并且这些阈值可以由包括车辆制造商在内的本领域技术人员进行选择。劣化诊断设备40可以被实施成使用无线通信向车辆所有者或驾驶员的移动终端(比如，电话、全球定位设备、平板电脑等)传送通知。
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的用于诊断车辆高电压电池的劣化的方法的示例性流程图。当试图进行车辆的慢速充电时，慢速充电器20可以配置成向劣化诊断设备40告知电池10的慢速充电的开始并执行慢速充电(S11)。劣化诊断设备40可以配置成在开始慢速充电时，使用测量仪表30确定是否满足充电状态的检测条件(S12)。劣化诊断设备40可以配置成使用温度传感器31来确定电池中单元电池的温度是否约为室温，以及使用电压传感器32来确定供应到电池10的充电电压是否在特定电压范围内。
在慢速充电过程中，劣化诊断设备40可以配置成当满足充电状态的检测条件时计算从慢速充电器20供应的用于对电池10充电的充电功率(S13)。劣化诊断设备40可以配置成使用测量仪表30的电压传感器32和电流传感器33来测量慢速充电器20的充电电压和充电电流，并且使用测得的充电电压和充电电流来计算充电功率。
劣化诊断设备40可以配置成在计算充电功率后通过使用测量仪表30来检测充电状态，确定是否满足充电状态的检测结束条件(S13)。换言之，劣化诊断设备40可以配置成确定电池中单元电池的温度是否偏离(比如，小于或大于)大约室温，以及使用电压传感器32来确定测得的充电电压是否偏离特定电压范围。
进程S12到S14可以被执行以检测在特定电压范围内通过慢速充电器20供应到电池10的充电功率。劣化诊断设备40可以配置成当满足充电状态的检测结束条件时计算在特定电压范围内检测到的充电功率的平均值(S15)。劣化诊断设备40可以配置成通过参照查询表来计算与平均充电功率对应的校正因子(S16)。劣化诊断设备40可以配置成基于平均充电功率来计算劣化程度(S17)。劣化诊断设备40可以配置成使用平均充电功率来计算平均充电电流。劣化诊断设备40还可以配置成使用平均充电电流和充电功率检测时间来计算劣化程度。
劣化诊断设备40可以配置成通过将校正因子反映到计算出的劣化程度来计算最终劣化程度(S18)。之后，劣化诊断设备40可以配置成，当最终劣化程度超过阈值时，输出需要更换并检查电池10的通知(比如，以车辆使用者(驾驶员)可识别的形式)。
根据本发明的示例性实施方式可以通过各种设备实施，例如，硬件、固件、软件或其组合等。在硬件实施的情况下，本发明的示例性实施方式可以由一个或多个ASIC(专用集成电路)、DSP(数字信号处理器)、DSPD(数字信号处理设备)、PLD(可编程逻辑器件)、FPGA(现场可编程门阵列)、处理器、控制器、微控制器、微处理器等实施。在由固件或软件实施的情况下，本发明的示例性实施方式可以以用于执行上述功能或操作、程序、函数等的模块的形式实施。软件代码可以被储存在存储单元中并可以由处理器驱动。存储单元位于处理器的内部或外部，且数据可以通过各种已知的设备与处理器交换。
对于本领域技术人员而言明显的是，本发明可以以其他特定实施而不偏离本发明的特征。因此，上述详细描述不能被理解为限制性的，而必须被视为实例。本发明的范围应当由所附权利要求的合理解释来限定，并且在等效范围内的所有变化都包括在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，包括：
通过处理器，计算慢速充电器在电动车慢速充电的设定区间中的平均充电功率；
通过所述处理器，基于所述平均充电功率来计算校正因子；
通过所述处理器，基于所述平均充电功率来计算劣化程度；以及
通过所述处理器，通过将所述校正因子反映到所述劣化程度来计算最终劣化程度。
2.根据权利要求1所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，所述平均充电功率的计算包括：
通过所述处理器，确定是否满足所述电池的充电状态的检测条件；
通过所述处理器，当满足所述电池的充电状态的检测条件时，通过测量对所述电池充电的充电电压和充电电流来计算充电功率；
通过所述处理器，确定是否满足所述电池的充电状态的检测结束条件；以及
通过所述处理器，当满足所述电池的充电状态的检测结束条件时，计算通过计算所述充电功率而检测到的充电功率的平均值。
3.根据权利要求2所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，是否满足充电状态的检测条件的确定包括：
通过所述处理器，确定所述电池的单元电池温度是否约为室温；以及
通过所述处理器，确定所述充电电压是否在特定电压范围内。
4.根据权利要求1所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，所述校正因子的计算包括，通过所述处理器，使用查询表来计算与所述平均充电功率对应的校正因子。
5.根据权利要求4所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，所述查询表包括电池在所述电池的单元电池温度约为室温并且所述慢速充电器的充电电压在预定电压范围内的状态下测试得到的测试结果，并且示出用于各个充电功率的校正因子。
6.根据权利要求1所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，所述劣化程度的计算包括：
通过所述处理器，基于所述平均充电功率来计算平均充电电流；以及
通过所述处理器，使用所述平均充电电流和充电状态检测时间来计算所述劣化程度。
7.根据权利要求1所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的方法，其中，所述最终劣化程度的计算包括：
通过所述处理器，通过将所述劣化程度与所述校正因子相乘来计算所述最终劣化程度。
8.一种用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，包含：
电池，其配置成供应用于驱动电动车的电机的电源；
慢速充电器，其设置在所述电动车中并配置成对所述电池充电；
测量仪表，其配置成测量所述电池的充电状态；
劣化诊断设备，其配置成：
当所述电池的充电状态满足预定条件时，通过计算所述慢速充电器的充电功率来计算平均充电功率；
基于所述平均充电功率来计算校正因子和劣化程度；以及
使用所述劣化程度和所述校正因子来计算最终劣化程度。
9.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中，所述测量仪表包含：
温度传感器，其配置成测量所述电池的单元电池的温度；
电压传感器，其配置成测量从所述慢速充电器输出的充电电压；以及
电流传感器，其配置成测量从所述慢速充电器输出的充电电流。
10.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中，所述劣化诊断设备配置成，当所述电池的单元电池的温度约为室温并且所述慢速充电器的充电电压在预定电压范围内时，计算所述充电功率。
11.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中所述劣化诊断设备配置成，使用所述测量仪表来测量所述慢速充电器的充电电压和充电电流，并通过将所测得的充电电压与充电电流相乘来计算所述充电功率。
12.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中，所述劣化诊断设备配置成，从所述平均充电功率计算平均充电电流，并使用所述充电电流和所述充电状态的检测时间来计算所述劣化程度。
13.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中，所述劣化诊断设备配置成，通过将所述劣化程度与所述校正因子相乘来计算所述最终劣化程度。
14.根据权利要求8所述的用于诊断车辆的高电压电池的劣化的装置，其中，所述劣化诊断设备配置成，响应于所述最终劣化程度超过阈值，输出需要更换并检查所述电池的通知。
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