CN106208168B - 估计电动车辆电池健康状态的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于估计电动车辆的电池的健康状态(state of health,SOH)的系统，包括充电识别单元、放电指令单元和SOH估计器。充电识别单元基于电池的充电状态生成充电识别信号。放电指令单元在电池达到至少一个预定的充电电压值的时接收充电识别信号，暂时停止电池的充电，并使电池放电到一定的水平。放电是通过操作电动车辆的至少一个功能来执行。SOH估计器基于在使电池基于至少一个预定电流值放电的过程中所测量的电压变化，对电池的SOH进行估计。

Description

估计电动车辆电池健康状态的系统

相关申请的交叉引用

韩国专利申请号10-2015-0002635，申请日期为2015年1月8日，题为“估计电动车辆电池健康状态的系统，”以引用方式将其全文并入本文。

技术领域

本文所描述的一个或多个实施例涉及一种估计电动车辆电池健康状态的系统。

背景技术

二次电池用于电动车辆供电。该电池的寿命可以通过电池管理系统(BMS)估计。在一个所提议的系统中，与电池充电和放电相关的电压变化被周期性地测量。基于该测量，电池的内部电阻可被确定，并与电池的初始电阻进行比较。这个比较用来提供电池电阻随时间推移而升高的程度的指示，其由此提供了估计电池寿命的基础。

发明内容

根据一个或多个实施例，一种估计电动车辆的电池的健康状态(SOH)的系统，包括：充电识别单元，用于基于电池的充电状态生成充电识别信号；放电控制器，用于当电池达到至少一个预定的充电电压值时，接收充电识别信号以及用于暂时停止电池的充电，以及用于操作电动车辆的至少一个功能使电池基于至少一个预定的电流值放电达预定时间；以及SOH估计器，基于在使电池基于至少一个预定的电流值放电的过程中测量的电压变化，估计电池的SOH。

充电识别单元可以基于电池电压升高确定电池的充电状态。充电识别单元可以包括用于感测电动车辆的外部充电端子和对电池充电的外部充电器的连接状态的传感器。当电动车辆的起动器被关闭或电动车辆停止移动时，充电识别单元可以生成充电识别信号。

SOH估计器可以包括：电压检测器，用于基于多个预定的电流值测量电池的电压；数据计算器，其基于预定的电流值计算电池的电阻值和功率值，基于由电压检测器测量的电压的变化计算所述电阻值和功率值；以及SOH确定器，基于所述电阻值和功率值与预先存储的电阻值和预先存储的功率值的比较，确定电池的当前SOH。

所述系统可以包括数据存储设备，用于存储对于由电压检测器测量的电压的数据，以及用于将该数据提供给数据计算器。系统可以包括显示器，用于显示由SOH估计器估计的指示电池的SOH的信息。放电控制器可以设置所述至少一个预定的充电电压值和所述至少一个预定的电流值。放电指令控制器可以设置多个预定的充电电压值，以及用于设置对应于所述预定的充电电压值的不同的预定的电流值。所述至少一个功能可以包括电动车辆的电机的操作或车辆的一个或多个电气功能的操作。

根据一个或多个其它的实施例，一种用于电动车辆的装置，包括：第一逻辑，用于确定对车辆的电池充电的充电状态；第二逻辑，用于基于所述充电状态暂时停止对电池充电，以及用于操作车辆的至少一个功能使电池放电；以及第三逻辑，基于电池的放电期间测量的电压变化估计电池的健康状态(SOH)，其中所述第一逻辑用于基于在车辆不移动时来自电池管理系统的信号，确定电池的充电状态。

第二逻辑可以在电池的充电电压值等于至少一个预定值时，暂时停止电池的充电。第二逻辑可以基于预定的电流值，操作至少一个功能使电池放电在预定的时间内。第二逻辑可以在电池的充电电压值等于第一预定值时，暂时停止电池的充电，基于所述至少一个功能使电池放电到第一水平，控制电池的充电以升高充电电压，当电池的充电电压值等于第二预定值时，暂时停止电池的充电，基于所述至少一个功能使电池放电到第二水平，控制电池的充电以升高充电电压。

第一预定值可以等于第二预定值。第一预定值可以与所述第二预定值不同。第一水平可以等于所述第二水平。第一水平可以与第二水平不同。所述至少一个功能可以是操作车辆的电机和操作车辆的电气系统中的至少一个。车辆不移动的时间可以包括车辆的起动器未被激活的时间或车辆已经停止移动的时间中的至少一个。

附图说明

对于本领域技术人员，通过参照附图，详细描述示例性实施例，特征将变得明显，其中：

图1示出了估计电动车辆电池健康状态的系统的实施例；

图2示出了估计电动车辆电池健康状态的方法的实施例；

图3示出了使电池放电的方法的实施例；

图4示出了使多个电池放电的方法的实施例；

图5示出了使用如图4所示的放电方法使电池额外放电的实施例。

图6示出了遵从一个或多个上述实施例的电池充电或放电状态的例子。

具体实施方式

下文将参照附图更充分地描述示例实施例；但是，它们可以以不同的形式实施并且不应被解释为局限于本文阐述的实施例。而是，提供这些实施例是为了使本公开是彻底的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达示例性实施。类似的附图标记通篇指代相似的元件。实施例可组合以形成另外的实施例。

图1示出了估计电池健康状态(SOH)的系统100的实施例，所述电池，例如，可用于为电动车辆供电。该车辆可以是一个仅由电力供电或混合动力供电的车辆。

参考图1，系统100包括充电识别单元110、放电指令单元120以及SOH估计单元130。此外，电池SOH估计系统100还可以包括显示单元140。

在一个实施例中，电池SOH估计系统100可以与电动车辆10中的电池模块11的电池管理系统(BMS)物理分离和/或与其在功能上不同。例如，电池模块11可以包括BMS以控制电池单元的充电和放电，从而保护电池单元免受过度充电或过度放电，和/或执行单元平衡。相比之下，电池SOH估计系统100可以是用于管理电动车辆10中电池模块11的单独系统，虽然它可以与BMS协同操作。在一个替代实施例中，电池的SOH估计系统100可以被包括在BMS中。

充电识别单元110确定电池模块11的充电状态，并输出一个相应的充电识别信号。因为BMS测量电池单元的电压，所以充电识别单元110连接到电池模块11的BMS，以从BMS检测是否发生了电压升高。例如，如果电池模块11的电池单元已经或正在充电，则充电识别单元110从BMS检测到电池单元的电压升高，并确定电池模块11处于正在充电或已充电状态。

此外，与混合动力车辆不同，电动车辆10可以从外部充电设备1接收电力为电池模块11充电。在这种情况下，外部充电设备1可以通过电动车辆10的外部充电端子15对电池模块11充电。因此，在一个实施例中，充电识别单元110可以位于外部充电端子15中，例如，以检测外部充电端子15和外部充电设备1的连接状态的传感器的形式。

如上所述，充电识别单元110可以连接到电池模块11的BMS，以便识别电池单元的充电状态，或者可以以传感器的形式安装在外部充电端子15中，以通过外部充电装置1识别电池单元的充电状态。但是，当电动车辆10正在移动(例如，被驾驶)时，充电识别单元110可以不输出充电识别信号。例如，当电动车辆10的起动器被开启或电动车辆正在行驶时，即使已通过以上描述的方式识别了电池模块11的充电状态，充电识别单元110也可以不输出充电识别信号。其结果是，可以不执行SOH估计过程。

因此，在电动车辆10的起动器被关闭或在电动车辆10以其它方式静止或不移动的状态下，如果充电识别单元110识别出电池模块11的充电状态，则充电识别单元110可以输出充电识别信号。充电识别单元110可以连接到电动车辆10的电机管理系统，并且可以识别是启动还是停止电动车辆10。

放电指令单元120可以接收来自充电识别单元110中的充电识别信号和通过电池模块11的BMS监控电池模块11的充电电压。如果电池模块11的充电电压值达到至少一个预定的充电电压值，则可以暂时停止对电池模块11的充电。

当暂时停止对电池模块11的充电时，放电指令单元120可以操作电动车辆10的至少一个功耗设备13，使电池模块11以至少一个预定义的电流值放电达预定时间。功耗设备13可以包括由电池模块11的电力驱动的电机13a以及各种电气部件13b或单独的放电电路。

放电指令单元120可设置一个或多个预定的充电电压值以及一个或多个预定的放电电流值。例如，当在放电指令单元120中设置一个预定的充电电压值时，一个预定的放电电流值可以被设置为对应于所设置的充电电压值。当在放电指令单元120中设置多个预定的充电电压值时，多个预定的放电电流值可以被设置为对应于所设置的充电电压值。所述多个预定的充电电压值可以相等或彼此不同，并且所述多个预定的放电电流值可以相互不同。

当电池模块11达到一个或多个设置的充电电压值时，放电指令单元120可以操作电机13a和/或电气部件13b(例如，加热丝片、加热丝、空调)，使电池模块11以一个或多个对应的预定电流值放电达预定时间。

SOH估计单元130可以在电池模块11的放电过程中根据预定的电流值测量电池模块11的电压，并且基于测量的电压的变化估计电池模块11的当前健康状态。

在一个实施例中，SOH估计单元130包括电压测量单元131、数据存储单元133、数据计算单元135以及SOH确定单元137。电压测量单元131可以在预定的时间内测量电池的电压，在此期间，功耗设备13使电池模块11以预定的电流值放电。

数据存储单元133可以存储由电压测量单元131测量的电压值，并可以向数据计算单元135提供存储的数据。存储于数据存储单元133且由其提供的数据可以包括，例如电池模块11的放电电流值，和/或电池模块11放电时测量的电压的变化。数据存储单元133还可以存储SOH确定单元137的输出的结果数据，例如，指示电池当前健康状态的数据。

数据计算单元135可以基于数据存储单元133的数据计算电池的电阻值R和最大功率值P。例如，数据计算单元135可以通过将电压变化ΔV和电池的放电电流值I施加到欧姆定律(V＝IR)和功率计算方程(P＝VI)，计算电池的电阻值R和最大功率值P。

SOH确定单元137可以通过将电池的电阻值R和最大功率值P与预先存储在对于电池的SOH的查找表中的电阻和功率值进行比较，确定电池的当前SOH。该查找表可以包括电池各种健康状态的电池的电阻值和功率值。因此，SOH确定单元137可以查找对应于计算得出的电池电阻值R和最大功率值P的电池的SOH，以确定电池当前的SOH。

显示单元140可以显示SOH估计单元130估计的结果作为用户信息。例如，显示单元140可以被实施为仪表盘、导航装置或电动车辆10的灯，以及例如可以表示为百分比(％)。

图2示出了用于估计电动车辆电池SOH的方法(S200)的实施例。在这个方法的初始操作中，当外部充电设备1开始对电动车辆10的电池模块11充电时(S201)，充电识别单元110通过电池模块11的BMS中的传感器或外部充电端子15，识别电池模块11的充电。

充电识别单元110检查是否电动车辆10的起动器(starter)被关闭或电动车辆10已经停止移动。当电动车辆10的起动器被关闭或电动车辆10已经停止移动时，充电识别单元110输出充电识别信号到放电指令单元120(S202)。但是，当电动车辆10的起动器被开启或电动车辆10正在行驶时，充电识别单元110不输出充电识别信号，并且不对电池执行SOH估计过程。

当评估电池寿命所需的数据是在驾驶电动车辆10的过程中获得时，电池寿命可能是在根据驾驶状况和/或驾驶员驾驶习惯的各种条件下进行评估。这可能导致难以得到准确的评估结果。根据一个或多个实施例，用于确定车辆电池寿命的数据在车辆不移动时确定，例如泊车、在交通灯前停止或其他原因不移动。在车辆不移动时确定数据可以产生电池寿命的更精确的结果，因为数据不受驾驶状况和/或驾驶员习惯的影响。

此后，放电指令单元120检查电池是否达到预设的充电电压，同时与电池模块11的BMS一起监控电池的电压(S203)。如果电池达到预设的充电电压(S203)，则放电指令单元120暂时停止对电池充电(S204)，并指示电动车辆10中的功耗设备13使电池以预定的电流放电达预定时间(S205)。例如，放电指令单元120可以指示电机13a在10秒钟内以约2000rpm怠速，以便使电池在10秒内以200A放电。

电压测量单元131可以在电池的放电过程中测量电池的电压，以及数据存储单元133可存储由电压测量单元131测量的数据(S206)。存储在数据存储单元133中的数据可以包括电池模块11的放电电流值和电池放电过程中测量的电压变化。

接着，数据计算单元135可以基于存储在数据存储单元133中的数据计算电池的电阻值R和最大功率值P(S207)。例如，数据计算单元135可以通过将电池的电压变化ΔV和放电电流值I施加到欧姆定律(V＝IR)和功率的计算公式(P＝VI)，计算电池的电阻值R和最大功率值P。

然后，SOH确定单元137可以通过将数据计算单元135计算出的电池的电阻值R和最大功率值P与预先存储在查找表中的电阻和功率值进行比较(S208)，确定电池的当前SOH(S211)。该查找表可以包括电池各种健康状态的电阻值和功率值。因此，SOH判定单元137可以查找对应于计算得出的电池电阻值R和最大功率值P的电池SOH，以确定电池当前的SOH。

如果在使电池放电之后过了预定时间(S213)，放电指令单元120终止使电池放电和功耗设备13的操作(S210)，并且对重新对电池充电(S201)。

如果另外设置了特定的充电电压(S203)，则放电指令单元120和SOH估计单元130暂时停止对电池充电，并重复执行上述过程。在一个实施例中，放电指令单元120可以在改变放电电流值时候，执行上述过程。例如，虽然在前一阶段，放电指令单元120指示电机13a在以约2000rpm怠速10秒，以便使电池以200A放电10秒，但是在当前阶段，放电指令单元120可以指示电机13a以约1000rpm怠速，以便使电池以100A放电。此外，放电指令单元120不仅可以指示电机13a，而且可以指示电气部件13b(例如，加热丝片，加热丝或空调)进行操作。例如，放电指令单元120可以操作加热丝片10秒钟以使电池以50A放电10秒。

此后，电池模块11的充电完成(S209)，并且SOH估计单元130估计得出的电池SOH通过显示单元140显示给用户(S212)。显示单元140可以被实施为诸如仪表板、导航装置或电动车辆10的灯，并且例如可以表示为百分比(％)。

图3示出在一个充电电压处使电池以一个电流放电的方法的实施例。图4示出了在两个充电电压处使电池以不同的电流放电的方法的实施例。图5示出了在不同充电电压处使用图4的放电方法使电池额外放电的方法的实施例。图6是示出了已进行健康状态(SOH)估计过程的电池充电或放电状态的例子的图。

参考图3，在(D1)处执行在特定的充电电压V1使电池放电。其结果是，得到一个对应的电压变化ΔV1。

参考图4，在D1和D2处执行在两个特定的彼此相等的电压V1使电池放电。其结果是，得到两个相应的电压变化ΔV2和ΔV3。在这种情况下，使电池放电执行了两次。在一个实施例中，可以以不同的放电电流值执行放电操作。

参考图5，在D1、D2、D3和D4处执行在四个特定的两两相等的充电电压V1和V4使电池放电。其结果是，得到四个电压变化ΔV4、ΔV5、ΔV6和ΔV7。在这种情况下，电池放电执行了四次。在一个实施例中，相同的充电电压的放电操作可以以不同的放电电流值执行。

本文描述的实施例的充电识别单元、放电指令单元、计算器、估计系统、控制器以及其它处理特征逻辑上可以实现，例如，可以包括硬件、软件或两者兼而有之。当其至少部分地以硬件实现时，本文描述的实施例的充电识别单元、放电指令单元、估计系统、计算器、控制器以及其他处理特征可以是诸如各种集成电路的任一项，所述各种集成电路包括但不限于专用集成电路、现场可编程门阵列、组合逻辑门、片上系统、微处理器或其它类型的处理或控制电路。

当其至少部分地以软件实现时，本文描述的实施例的充电识别单元、放电指令单元、估计系统和其他处理特征可以包括诸如存储器或其它存储设备，用于存储可被诸如计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理设备执行的代码或指令。所述计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理设备可以是本文描述的那些或除本文描述的元件之外的一个。因为形成所述方法(或计算机、处理器、微处理器、控制器或其它信号处理装置的操作)基础的算法已被详细说明，所以用于实现该方法实施例的操作的代码或指令可以将计算机、处理器、控制器或其它信号处理设备转变为执行本文描述方法的专用处理器。

作为总结和回顾，当前的BMS只能够在车辆移动中的时候估计电池寿命。因此，BMS对寿命的估计是在基于驾驶状况或驾驶习惯而变化的条件下执行的。其结果是，很难获得对电池寿命的准确可靠的估计。根据上述实施例的一个或多个，用于确定车辆电池寿命的数据在车辆不移动时确定。其结果是，在降低或最小化车辆BMS处理负担的同时，可以确定更准确和可靠的电池寿命的评估结果。

本文已公开示例实施例，并且尽管采用了特定术语，但这些术语仅以一般的和描述的意义被使用和被理解，而并非为了限制的目的。在一些情况下，正如因为本申请的提交而对本领域技术人员将是显而易见的那样，针对特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者可以与针对其他实施例描述的特征、特性和/或元件结合使用，除非另外指明。因此，本领域的技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种改变，而不脱离如以下权利要求所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于估计电动车辆的电池的健康状态SOH的系统，该系统包括：

充电识别单元，用于基于电池的充电状态生成充电识别信号；

放电控制器，用于在电池达到至少一个预定的充电电压值时，接收充电识别信号，用于暂时停止电池的充电，以及用于操作电动车辆的至少一个功能以使电池基于至少一个预定的电流值放电达预定时间；以及

SOH估计器，用于基于在使电池基于所述至少一个预定的电流值放电的过程中测量的电压变化，估计电池的SOH。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述充电识别单元用于基于电池电压升高，确定电池的充电状态。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述充电识别单元包括感测电动车辆的外部充电端子和对电池充电的外部充电器的连接状态的传感器。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述充电识别单元用于在电动车辆的起动器被关闭或电动车辆停止移动时，生成充电识别信号。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述SOH估计器包括：

电压检测器，用于基于多个预定的电流值测量电池的电压；

数据计算器，用于基于所述多个预定的电流值计算电池的电阻值和功率值，将基于由所述电压检测器测量的电压变化计算该电阻值和功率值；以及

SOH确定器，用于基于对所述电阻值和功率值与预先存储的电阻值和预先存储的功率值的比较，确定电池的当前SOH。

6.如权利要求5所述的系统，还包括：

数据存储设备，用于存储由所述电压检测器测量的电压的数据，以及提供该数据给数据计算器。

7.如权利要求1所述的系统，还包括：

显示器，用于显示由SOH估计器估计的指示电池的SOH的信息。

8.如权利要求1所述的系统，其中：

所述放电控制器用于设置所述至少一个预定的充电电压值和所述至少一个预定的电流值。

9.如权利要求1所述的系统，其中：

所述放电控制器用于设置多个预定的充电电压值，以及用于设置对应于所述多个预定的充电电压值的不同的预定的电流值。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述至少一个功能包括电动车辆的电机的操作或者电动车辆的一个或多个电气功能的操作。

11.一种用于电动车辆的装置，该装置包括：

第一逻辑，用于确定对电动车辆的电池充电的充电状态；

第二逻辑，用于基于所述充电状态暂时停止对电池充电，以及用于操作电动车辆的至少一个功能以使电池放电；以及

第三逻辑，用于基于电池放电过程中测量的电压变化估计电池的健康状态SOH，其中所述第一逻辑用于基于在电动车辆不移动的时间来自电池管理系统的信号，确定电池的充电状态。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述第二逻辑用于在电池的充电电压值等于至少一个预定值时，暂时停止电池的充电。

13.如权利要求12所述的装置，其中所述第二逻辑用于基于预定的电流值，操作所述至少一个功能使电池放电达预定时间。

14.如权利要求11所述的装置，其中所述第二逻辑用于：

在电池的充电电压值等于第一预定值时，暂时停止电池的充电；

基于所述至少一个功能，使电池放电到第一水平；

控制电池的充电以升高充电电压；

当电池的充电电压值等于第二预定值时，暂时停止电池的充电；

基于所述至少一个功能，使电池放电至第二水平；以及

控制电池的充电，以升高充电电压。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述第一预定值等于所述第二预定值。

16.如权利要求14所述的装置，其中所述第一预定值与所述第二预定值不同。

17.如权利要求14所述的装置，其中所述第一水平等于第二水平。

18.如权利要求14所述的装置，其中所述第一水平与第二水平不同。

19.如权利要求14所述的装置，其中所述至少一个功能是操作电动车辆的电机和操作电动车辆的电气系统中的至少一个。

20.如权利要求14所述的装置，其中所述电动车辆不移动的时间包括电动车辆的起动器未被激活的时间或电动车辆已经停止移动的时间中的至少一个。

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