CN109964137A - 用于估计二次电池的容量保持率的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于由包括在电池组中的二次电池的日历老化程度和循环老化程度来估计二次电池的容量保持率的装置和方法。用于估计容量保持率的装置包括：控制单元，被配置为在具有预设时间长度的每个循环中，从安装在电池组中的感测单元接收二次电池的电流信息和温度信息，并且按顺序执行第一主过程和第二主过程。该装置进一步包括：存储器，被配置为存储预定加权因子，并且进一步存储当执行第一主过程时在每个循环中更新的二次电池的充电状态、循环老化程度和日历老化程度。

Description

用于估计二次电池的容量保持率的装置和方法
技术领域
本公开涉及一种用于估计二次电池的容量保持率的装置和方法，更具体地，涉及一种用于综合考虑二次电池的循环老化程度(degree of cycle aging)和日历老化程度(degree of calendar aging)来估计二次电池的容量保持率的装置和方法。
本申请要求于2017年7月6日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0085996的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
二次电池通过电化学氧化和还原反应产生电能，并且具有广泛的应用。通常，二次电池具有下述结构：包含电极组件和电解质的封装被密封，而具有不同极性的两个电极端子暴露于外部。电极组件包括多个单元单体，并且每个单元单体构造成使得多孔隔膜至少插入在负极板和正极板之间。负极板和正极板涂覆有参与电化学反应的活性材料，并且二次电池通过活性材料和电解质之间的电化学反应进行充电或放电。
二次电池的最大容量不会持续保持在设计容量，并且随着日历时间(calendartime)或循环时间(cycle time)而减少。在本文中，日历时间是指不充电/放电二次电池并且保持在空载状态的累积时间，以及循环时间是指充电/放电二次电池的累积时间。
二次电池不仅在充电/放电二次电池，即循环状态时老化，而且在不充电/放电二次电池，即日历状态(calendar state)时也老化。这是因为即使在空载状态下，二次电池也通过自放电非常缓慢地放电。
二次电池在循环状态下比在日历状态下老化得更快。这是因为当二次电池处于循环状态时，由于二次电池产生的热量，电解质降解得更快，并且涂覆在电极板上的活性材料在工作离子(在锂电池的情况下为Li离子)嵌入到电极板或从其脱嵌期间降解得更快。
可以通过测量二次电池的最大容量并且计算测量的最大容量与设计容量之间的差来确定二次电池的老化程度。
作为参考，可以通过从二次电池完全放电的时间到二次电池完全充电的时间积分二次电池的充电电流来计算二次电池的实际最大容量。替选地，可以通过从完全充电二次电池的时间到完全放电二次电池的时间积分二次电池的放电电流来计算二次电池的实际最大容量。
然而，在实际使用二次电池的环境中，二次电池完全充电或放电的情况很少，因此难以准确地确定二次电池的最大容量。
为了解决上述问题，已经公开了老化程度估计模型。如图1所示，老化程度估计模型包括根据二次电池的操作状态(例如，充电状态(SOC)、温度和电流率)预定义的多个老化程度简档Δy1(t),Δy2(t)....Δyn(t)。例如，Δy1(t),Δy2(t),....Δyk(t)可以是对应于不同循环状态的老化程度简档，而Δyk+1(t),Δyk+2(t),....Δyn(t)可以是对应于不同日历状态的老化程度简档。
老化程度估计模型基于识别在二次电池的操作期间每个预定循环中的操作状态、选择对应于所识别的操作状态的老化程度简档、以及使用所选择的老化程度简档确定当前时间点的老化程度的过程。
参考图1，当在从初始时间点开始的时间Δt1期间具有与设计容量相同的最大容量的二次电池保持在作为与Δyn-k(t)(其中，1≤k≤n-1)匹配的第一操作状态(例如，循环状态)的循环状态时，二次电池的老化程度从对应于点P0的0％增加到对应于点P1的G1％。也就是说，二次电池的老化程度在时间Δt1期间增加G1％。
在从初始时间点开始经过Δt1时，当二次电池的操作状态变为与Δy2(t)匹配的第二操作状态时，从Δt1起，二次电池的老化程度沿曲线Δy2(t)增加。在这种情况下，由于老化程度需要连续增加，因此Δy2(t)上计算老化程度的开始时间是对应于G1％的点P2。在下文中，在改变的老化程度简档中，将诸如点P2的老化程度增加的参考时间点称为参考等效时间点。
当在Δt2期间保持第二操作状态时，二次电池的老化程度从对应于点P2的G1％沿着曲线Δy2(t)的实线，增加到对应于点P3的G2％。也就是说，在Δt2期间，二次电池的老化程度增加(G2-G1)％。
此外，在从初始时间点开始经过Δt1+Δt2时，当二次电池的操作状态改变为与Δy1(t)匹配的第三操作状态时，二次电池的老化程度从Δt1+Δt2起，沿着曲线Δy1(t)增加。由于老化程度需要持续增加，因此Δy1(t)上的参考等效时间点变为对应于点P4的时间。
当在Δt3期间保持第三操作状态时，二次电池的老化程度从对应于点P4的G2％增加到对应于点P5的G3％。
每当二次电池的操作状态以这种方式改变时，反复地执行以下过程：选择与改变的操作状态匹配的老化程度简档，确定所选择的老化程度简档上的参考等效时间点，其对应于紧接先前的积分的老化程度，并且在保持改变的操作状态的同时，使用所选择的老化程度简档来更新二次电池的老化程度。
然而，如图1所示的老化程度估计模型不单独地估计当二次电池处于循环状态时以及当二次电池处于日历状态时的老化程度，因此存在所估计的老化程度与实际老化程度之间有很大差异的问题。这是因为当二次电池的操作状态在特定时间点急剧变化时，与紧接在特定时间点之前的操作状态匹配的老化程度简档的斜率和与紧接在特定时间点之后的操作状态匹配的老化程度简档的斜率之间的差异非常大。
例如，参考图1，二次电池的操作状态在某一时间点(例如，Δt1)，可以从与Δy1(t)匹配的操作状态改变为与Δyn(t)匹配的操作状态，并且在这种情况下，在上述时间点，Δy1(t)和Δyn(t)之间的斜率差非常大。当分别与紧接在特定时间点之前和之后的操作状态匹配的两个老化程度简档之间的斜率差超出阈值时，由紧接在该特定时间点之前的操作状态(例如，循环状态)引起的电学和化学特性(例如，极化现象)不会完全消失并且影响紧接在该特定时间点之后的操作状态(例如，日历状态)。
然而，图1所示的老化程度估计模型没有考虑二次电池的操作状态急剧变化的情况，因此，老化程度的估计误差可能太大以致不能忽略，因此，其是准确地估计二次电池的容量保持率或剩余寿命的障碍。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，因此本公开针对提供一种用于综合考虑二次电池的循环老化程度和日历老化程度来估计二次电池的容量保持率的装置和方法。
通过下述描述，本公开的这些和其他目的及优点将通过下述描述理解，并且从本公开的实施例将显而易见。另外，将易于理解到，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中阐述的装置来实现。
技术方案
用于实现上述目的的本公开的各种实施例如下。
根据本公开的一个方面的用于估计容量保持率的装置由包括在电池组中的二次电池的日历老化程度和循环老化程度来估计二次电池的容量保持率。用于估计容量保持率的装置包括：控制单元，其被配置为在具有预设时间长度的每个循环中，从安装在电池组中的感测单元接收二次电池的电流信息和温度信息，并且按顺序执行第一主过程和第二主过程，并且该装置进一步包括存储器，其被配置为存储预定加权因子，并且进一步存储当执行第一主过程时在每个循环中更新的二次电池的充电状态、循环老化程度和日历老化程度。第一主过程包括：第一子过程，用于基于电流信息来更新存储在存储器中的充电状态；第二子过程，用于基于电流信息，将二次电池的操作状态设置为循环状态和日历状态中的一个；以及第三子过程，用于当通过第二子过程，将二次电池的操作状态设置为循环状态时，基于更新的充电状态、电流信息和温度信息，更新存储在存储器中的循环老化程度。第二主过程包括基于在存储器中存储的加权因子、更新的循环老化程度和日历老化程度来估计二次电池的容量保持率。
第一子过程可以包括在时间长度上对由电流信息指示的电流进行积分，并且基于积分的电流和存储在存储器中的最大容量，更新存储在存储器中的充电状态。
第二子过程可以包括当对应于电流信息的电流率等于或大于阈值电流率时，将二次电池的操作状态设置为循环状态。
存储器可以进一步被配置为存储多个循环老化程度简档，并且第三子过程可以包括：第一例程，用于在多个循环老化程度简档中，选择与更新的充电状态、电流信息和温度信息相匹配的一个循环老化程度简档；第二例程，用于确定与所选择的循环老化程度简档相关的第一参考等效时间点；以及第三例程，用于基于第一参考等效时间点，使用所选择的循环老化程度简档来更新存储在存储器中的循环老化程度。
第二子过程可以包括当对应于电流信息的电流率小于阈值电流率时，将二次电池的操作状态设置为日历状态。
第一主过程可以进一步包括第四子过程，用于当通过第二子过程，将二次电池的操作状态设置为日历状态时，基于更新的充电状态和温度信息，更新存储在存储器中的日历老化程度。
存储器可以进一步被配置为存储多个日历老化程度简档，并且第四子过程可以包括第四例程，用于从多个日历老化程度简档中，选择与更新的充电状态和温度信息相匹配的一个日历老化程度简档；第五例程，用于确定与所选择的日历老化程度简档相关的第二参考等效时间点；以及第六例程，用于基于第二参考等效时间点，使用所选择的日历老化程度简档来更新存储在存储器中的日历老化程度。
第二主过程可以包括第七例程，用于基于加权因子，校正循环老化程度；以及第八例程，用于基于日历老化程度和经校正的循环老化程度，估计二次电池的容量保持率。
加权因子可以是通过实验确定的、在0以上且2以下之间的范围内的常数。
根据本公开的另一方面的电池组包括用于估计容量保持率的装置。
根据本公开的又一方面的用于估计容量保持率的方法包括：在具有预设时间长度的每个循环中，从安装在电池组中的感测单元接收二次电池的电流信息和温度信息；激活第一主过程；以及激活第二主过程。第一主过程包括：第一子过程，用于基于电流信息来更新二次电池的充电状态；第二子过程，用于基于电流信息，将二次电池的操作状态设置为循环状态和日历状态中的一个；第三子过程，用于当通过第二子过程，将二次电池的操作状态设置为循环状态时，基于更新的充电状态、电流信息和温度信息来更新循环老化程度；以及第四子过程，用于当通过第二子过程，将二次电池的操作状态设置为日历状态时，基于更新的充电状态和温度信息，来更新日历老化程度。第二主过程包括基于预定加权因子、更新的循环老化程度和日历老化程度来估计二次电池的容量保持率。
有益效果
根据本公开的至少一个实施例，二次电池的循环老化程度和日历老化程度彼此独立地计算，并且通过组合所计算的循环老化程度和所计算的日历老化程度来估计二次电池的容量保持率，从而减小实际容量保持率和估计容量保持率之间的差异。
另外，根据本公开的至少一个实施例，基于加权因子，校正每个预定循环中更新的循环老化程度，并且使用经校正的循环老化程度来估计容量保持率，从而提高容量保持率的估计精度。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求中清楚地理解本文未提及的其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例，并且与下述详细描述一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不应当被解释为限于附图。
图1是示出根据现有技术的用于估计二次电池的老化程度的老化程度估计模型的多个老化程度简档的图表。
图2是示出根据本公开的实施例的电池组的构成和包括在电池组中、用于估计容量保持率的装置的示意性框图。
图3是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池的循环老化程度、日历老化程度和容量保持率的方法的流程图。
图4是显示根据本公开的实施例的分别估计的循环老化程度和日历老化程度之间的关系的图。
图5和图6是在描述根据本公开的实施例的用于确定用来校正循环老化程度的加权因子的方法中参考的图表。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解到，说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应当被解释为限于一般和词典含义，而是在允许发明人适当地定义术语以获得最佳解释的基础上，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。
因此，本文所述的实施例和附图中示出的图示仅仅是本公开的最优选实施例，但是并不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应当理解到，在提交本申请时，可以对其做出各种其他等同物和修改。
另外，在描述本公开时，当认为相关已知元件或功能的详细描述使得本公开的关键主题不明确时，本文省略该详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可以被用来在各种元件中区分一个元件与另一元件，但不旨在通过术语限制元件。
除非上下文另有明确说明，否则将理解到，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise)”或“包括(include)”指定存在所述元件，但不排除存在或添加一个或多个其他元件。另外，本文使用的术语<控制单元>指的是至少一个功能或操作的处理单元，并且这可以通过硬件或软件单独地或组合地实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解到，当元件被称为“连接到”另一个元件时，它可以直接连接到另一个元件，或者可以存在中间元件。
在本公开中，“循环老化程度”是指表示当二次电池处于执行充电/放电的循环状态时，在二次电池中累积的老化程度的数值。
在本公开中，“日历老化程度”是指表示当二次电池处于未执行充电/放电的日历状态时，在二次电池中累积的老化程度的数值。
在本公开中，“容量保持率(CRR)”是表示二次电池的最大容量与二次电池的设计容量的比率的值。容量保持率随着循环老化程度的增加和/或日历老化程度的增加而降低。
图2是示出根据本公开的实施例的电池组10的构成和包括在电池组10中、用于估计容量保持率的装置100的示意性框图。
参考图2，电池组10包括至少一个二次电池20、感测单元和用于估计容量保持率的装置100。装置100包括控制单元110和存储器120，并且可选地，可以进一步包括通信单元130。
要使用装置100来估计其老化程度的二次电池20包括一个或两个或更多个电池单体。在本文中，电池单体是指能够存储和提取电能的元件，即能够重复充电和放电的最小单元。例如，电池单体可以是袋型锂离子电池。
当在二次电池20中包括多个电池单体时，多个电池单体可以彼此串联和/或并联电连接。
二次电池20可以通过设置在电池组10中的外部端子电连接到各种负载设备。例如，负载设备可以是诸如电动车的车辆、诸如无人机的飞行物体、包括在电网中的大容量储能设备(ESS)或移动设备。
设置在电池组10中的外部端子可以电连接到充电设备。通过控制由二次电池20供电的负载设备，充电设备可以电连接到二次电池20。
感测单元包括电流测量电路31和温度测量电路32，并且可选地，进一步包括电压测量电路33。
电流测量电路31包括通常用在电池领域中的电流传感器。例如，电流测量电路31可以输出表示流过二次电池20的电流的方向和大小的电流信息。电流测量电路31输出的电流信息可以由装置100接收。
温度测量电路32包括通常用在电池领域中的温度传感器。例如，温度测量电路32可以直接附接到二次电池20或者安装在二次电池20附近，以输出表示二次电池20的温度的温度信息。温度测量电路32输出的温度信息可以是由装置100接收。
电压测量电路33包括通常用在电池领域中的电压传感器。例如，电压测量电路33可以输出表示二次电池20的正极端子和负极端子之间的电位差的电压信息。电压测量电路33输出的电压信息可以由装置100接收。
电流测量电路31、温度测量电路32和/或电压测量电路33可以在每个预定循环中测量二次电池20的电流、温度和电压，并且将所测量的电流信息、温度信息和/或电压信息传送到控制单元110。测量结果可以以模拟信号或数字信号的形式提供给控制单元110。当电流信息、温度信息和/或电压信息是模拟信号的形式时，控制单元110可以通过A/D(模拟到数字)信号转换处理，将电流信息、温度信息和/或电压信息转换为数字信号，并且基于转换的数字信号，确定二次电池20的当前电流、温度和电压。
装置100是可以单独地估计二次电池20的循环老化程度和日历老化程度的装置，并且可以通过诸如电缆的有线手段或诸如蓝牙的无线手段，可操作地连接到感测单元。
存储器120存储用于控制单元110估计二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率的各种数据和程序。
另外，当控制单元110估计二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率(CRR)时，存储器120删除和/或更新存储在存储器120中的各种数据，此外根据来自控制单元110的请求存储新数据。另外，存储器120存储用于周期性地估计二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率的各种参数的初始值。例如，存储器120可以存储二次电池20的充电状态的初始值、循环老化程度的初始值、日历老化程度的初始值、容量保持率的初始值、参考等效时间点的初始值、阈值电流率、加权因子、多个循环老化程度简档和/或多个日历老化程度简档。
存储器120可以存储定义OCV-SOC曲线的查找表，该OCV-SOC曲线表示二次电池20的开路电压(OCV)和充电状态(SOC)之间的关系。控制单元110可以通过参考查找表，从OCV获得SOC或从SOC获得OCV。
存储器120不限于特定类型，并且包括可以记录、删除、更新和读取数据的任何已知信息存储装置。例如，存储器120可以是DRAM、SDRAM、闪存120、ROM、EEPROM和寄存器。存储器120可以存储定义可以由控制单元110执行的过程的程序代码。
同时，存储器120可以与控制单元110物理分离，或者可以与控制单元110一起集成到芯片中。
装置100可以进一步包括通信单元130。在这种情况下，控制单元110可以通过已知的有线手段或无线手段，可操作地连接到通信单元130。装置100可以通过通信单元130，将表示二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率的通知信息输出到外部设备(例如，用户的PC)。
从通信单元130输出的通知信息可以由安装在二次电池20中的负载设备的控制计算机或二次电池20的诊断设备接收。控制计算机或诊断设备可以基于从装置100接收的通知信息，确定是否更换二次电池20。另外，控制计算机或诊断设备可以将通知信息转换为人类可识别的视觉形式(例如，图像)或可听形式(例如，音频)并且输出。另外，当包括在通知信息中的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率超过阈值时，控制计算机或诊断设备可以输出警告消息。
如上所述，控制单元110估计二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和/或容量保持率。控制单元110可以选择性地包括处理器、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和本领域已知的、执行上述控制逻辑的数据处理设备。另外，当以软件实现控制逻辑时，控制单元110可以被实现为一组程序模块。在这种情况下，每个程序模块可以被存储在存储器120中并且由计算机处理器执行。存储器120可以在处理器的内部或外部，并且可以利用各种已知的计算机组件连接到处理器。另外，存储器120可以被包括在本公开的存储器120中。另外，存储器120共同地指代与设备类型无关地存储信息的设备，并且不限于特定存储器120设备。
可以组合控制单元110的各种控制逻辑中的至少一个，并且可以将组合控制逻辑写入计算机可读代码系统中并且被记录在计算机可读记录介质中。记录介质不限于特定类型，并且包括可以由包括在计算机中的处理器访问的任何类型。例如，记录介质包括从由ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录设备组成的组中选择的至少一个。另外，代码系统可以被调制为载波信号并且在特定时间点被包括在通信载波中，以及可以在以分布式方式，经由网络连接的计算机中存储和执行。另外，用于实现组合控制逻辑的功能程序、代码和代码段易于由本公开所属的技术领域的程序员推断。
控制单元110可以是可以电连接到二次电池20的电池管理系统(BMS)，或者包括在BMS中的控制元件。
为了便于描述，在下文中，循环老化程度也被称为“DOAcyc”，以及日历老化程度也称为“DOAcal”。在该定义中，DOA是“老化程度”的缩写形式。
图3是示出根据本公开的实施例的用于估计二次电池20的循环老化程度、日历老化程度和容量保持率的方法的流程图，而图4是示出根据本公开的实施例的分别估计的循环老化程度和日历老化程度之间的关系的图表。在每个预定循环中可以反复地执行图3的步骤。每个循环具有预设的时间长度Δt。
参考图3，在S310中，控制单元110在第k(k＝1,2,3,...)个循环中，从感测单元接收二次电池20的电流信息和温度信息。k是表示当前循环的计数，每经过Δt就增加1。
也就是说，控制单元110接收表示当前第k循环的电流Ik和温度Tk的电流信息和温度信息。可选地，控制单元110可以进一步从感测单元接收二次电池20的电压信息。
当S310完成时，控制单元110激活第一主过程。第一主过程由控制单元110基于在S305中接收的电流信息和温度信息来激活。第一主过程包括多个子过程。具体地，第一主过程基本上包括第一至第三子过程。
在完成第一子过程和第二子过程中的一个之后，可以执行另一个子过程，或者在执行一个子过程的同时，可以执行另一个子过程，或者可以同时执行两个子过程。
图3的S315、S320、S322、S324、S325、S330、S335、S340、S345和S350是当第一主过程被激活时，可以在第一主过程中执行的步骤。
在S315中，控制单元110执行第一子过程。当执行第一子过程时，控制单元110基于电流信息，更新存储在存储器120中的SOCk-1。具体地，控制单元110在Δt期间对由电流信息确定的电流Ik进行积分。随后，控制单元110基于积分的电流量Ik×Δt、先前SOC SOCk-1和最大容量Qmax将SOCk-1更新为SOCk。例如，SOCk＝SOCk-1+(Ik×Δt)/Qmax。当k＝1时，SOC0是存储在存储器120中的SOC的初始值。
当在当前循环中充电二次电池20时，积分电流Ik×Δt具有正值，因此更新后的SOCk大于更新前的SOCk-1。相反，当在当前循环中放电二次电池20时，积分电流Ik×Δt具有负值，因此更新后的SOCk小于更新前的SOCk-1。
控制单元110执行第二子过程。当执行第二子过程时，控制单元110基于电流信息，将二次电池20的操作状态设置为循环状态和日历状态中的一个。
具体地，第二子过程包括S320、S322和S324。在S320中，控制单元110确定对应于电流信息的电流率是否等于或大于阈值电流率。
当对应于电流信息的电流率等于或大于阈值电流率时，控制单元110在S322中，将二次电池20的操作状态设置为循环状态。等于或大于阈值电流率的电流率表示现在正在充电和放电二次电池20。在本文中，电流率是指通过将对应于电流信息的充电/放电电流除以二次电池20的设计容量获得的值而不指示单位。电流率也被称为“C率”，其单位可以是“C”。例如，当充电/放电电流为1A(安培)且设计容量为4(Ah：安培小时)时，电流率为2.5C。
相反，当对应于电流信息的电流率小于阈值电流率时，控制单元110在S324中将二次电池20的操作状态设置为日历状态。小于阈值电流率的电流率表示二次电池20未被充电/放电并且现在处于空载状态。
当完成第一和第二子过程时，控制单元110可以执行第三子过程。当在第二子过程中二次电池20的操作状态被设置为循环状态时，第三子过程可以由控制单元110执行。
当执行第三子过程时，控制单元110基于电流信息、温度信息和第一子过程中的更新的SOC SOCk来更新存储在存储器120中的循环老化程度。当最初执行第三子过程(即，k＝1)时，控制单元110将存储在存储器120中的循环老化程度的初始值DOAcal[0]更新为更大值。DOAcal[0]＝0。
具体地，第三子过程包括第一到第三例程。
在S325中，控制单元110执行第一例程。当执行第一例程时，控制单元110从多个循环老化程度简档中选择与更新的SOC SOCk、电流信息和温度信息匹配的一个循环老化程度简档。
在实施例中，在第k个循环中选择的循环老化程度简档可以由诸如以下等式1的函数表示：
<等式1>
在等式1中，参数βk和γk中的每一个是确定当前选择的循环老化程度简档的形状的因子，并且可以是正数。由等式1表示的循环老化程度简档具有随着时间逐渐收敛到1的形状，如图1中所示的传统的老化程度简档。循环老化程度简档收敛于1的速率取决于参数βk和γk。
在第一例程中，选择多个循环老化程度简档中的一个表示唯一地选择等式1的参数βk和γk的每个值。参数βk与二次电池20的SOC、温度和电流率之间的关系可以通过实验，以查找表或函数的形式预定义。同样地，参数γk与二次电池20的SOC、温度和电流率之间的关系可以通过实验，以查找表或函数的形式预定义。
在S330中，控制单元110执行第二例程。当执行第二例程时，控制单元110计算第一参考等效时间点tk。第一参考等效时间点tk是估计在第k循环中选择的老化程度简档DOAcyc_k的循环老化程度的开始时间。在实施例中，控制单元110可以使用以下等式2来计算第一参考等效时间点tk：
<等式2>
在等式2中，tk-1是在先前的第k-1个循环中使用的先前的第一参考等效时间点。当初始地执行第二例程(即，k＝1)时，控制单元110将第一参考等效时间点的初始值0代入等式2的tk-1中。即，t0＝0被存储在存储器120。
在S335中，控制单元110执行第三例程。当执行第三例程时，控制单元110基于tk和/或Δt，使用在第一例程中选择的循环老化程度简档DOAcyc_k(t)，更新在先前的第k-1个循环中计算的循环老化程度DOAcyc[k-1]并且将更新的DOAcyc[k-1]存储在存储器120中。当k＝1时，控制单元110将存储器120中存储为0的循环老化程度的初始值DOAcyc[0]更新为大于0的值。
在实施例中，控制单元110可以使用以下等式3来更新循环老化程度：
<等式3>
在等式3中，DOAcyc[k]是直到第k个循环为止累积的循环老化程度，并且是替换直到第k-1个循环为止累积的循环老化程度DOAcyc[k-1]并且存储在存储器120中的值。也就是说，DOAcyc[k-1]被更新为DOAcyc[k]。
当DOAcyc[k-1]和DOAcyc[k]之间的差大于第一差阈值或DOAcyc[k]小于DOAcyc[k-1]时，控制单元110可以向通信单元130输出第一错误信号。
第一主过程可以进一步包括第四子过程。当在第二子过程中将二次电池20的操作状态设置为日历状态时，控制单元110执行第四子过程而不是第三子过程。
当执行第四子过程时，控制单元110基于温度信息和在第一子过程中更新的SOC来更新存储在存储器120中的日历老化程度。当初始地执行第四子过程时，控制单元110将存储器120中存储为0的日历老化程度的初始值DOAcal[0]更新为大于0的值。
具体地，第四子过程包括第四到第六例程。
在S340中，控制单元110执行第四例程。当执行第四例程时，控制单元110从多个日历老化程度简档中选择与更新的SOC SOCk和温度信息匹配的一个日历老化程度简档。日历老化程度与当二次电池20未被充电/放电时老化有关，因此与循环老化程度相比，不考虑电流信息。
在一个实施例中，在第k个循环中选择的日历老化程度简档DOAcal_k(t)可以由诸如以下等式4的函数表示：
<等式4>
在等式4中，参数β* k和γ* k中的每一个是确定当前选择的日历老化程度简档的形状的因子，并且可以是正数。由等式4表示的日历老化程度简档具有随时间逐渐收敛到1的形状，如图1所示。日历老化程度简档收敛于1的速率取决于参数β* k和γ* k。
在第四例程中，选择多个日历老化程度简档中的一个表示唯一地选择等式4的参数β* k和γ* k的每个值。参数β* k与二次电池20的SOC和温度两者之间的关系可以通过实验，以查找表或函数的形式预定义。同样地，参数γk与二次电池20的SOC和温度两者之间的关系可以通过实验，以查找表或函数的形式预定义。
在S345中，控制单元110执行第五例程。当执行第五例程时，控制单元110计算第二参考等效时间点t* k。第二参考等效时间点t* k是估计在第k循环中选择的日历老化程度简档DOAcal_k上的日历老化程度的开始时间。在实施例中，控制单元110可以使用以下等式5来计算第二参考等效时间点t* k：
<等式5>
在等式5中，t* k-1是用在先前的第k-1个循环中的先前的第二参考等效时间点。当初始地执行第五例程(即，k＝1)时，控制单元110将第二参考等效时间点的初始值0代入等式5的t* k-1中。即，t* 0＝0被存储在存储器120中。
在S350中，控制单元110执行第六例程。当执行第六例程时，控制单元110基于t* k和/或Δt，使用在第四例程中选择的日历老化程度简档DOAcal_k(t)，更新在先前第k-1个循环中计算并存储在存储器120中的日历老化程度DOAcal_k(t)。在实施例中，控制单元110可以使用以下等式6来更新日历老化程度。
在实施例中，控制单元110可以使用以下等式6来更新循环老化程度：
<等式6>
在等式6中，DOAcal[k]是到第k个循环为止累积的日历老化程度，并且是替换直到第k-1个循环为止累积并且存储在存储器120中的日历老化程度DOAcal[k-1]的值。也就是说，DOAcal[k-1]被更新为DOAcal[k]。
当DOAcal[k-1]和DOAcal[k]之间的差大于第二差阈值或者DOAcal[k]小于DOAcal[k-1]时，控制单元110可以向通信单元130输出第二错误信号。
同时，在每个循环中，交替地执行第三子过程和第四子过程。例如，在第k个循环中，当执行第三子过程时，第四子过程被停用，相反，当执行第四子过程时，第三子过程被停用。
在第k循环中，当执行第三子过程时，控制单元110将第k循环的日历老化程度保持在先前值。即，在第k循环中，当执行第三子过程时，控制单元110可以将DOAcal[k]设置为等于DOAcal[k-1]。例如，参考图4，当二次电池20的操作状态被设定为从第一循环到第L循环的循环状态时，二次电池20的循环老化程度从0逐渐增加到DOAcyc[L]，而日历老化程度保持在初始值DOAcal[0]＝0直到第L个循环为止。
相反，在第k个循环中，当执行第四子过程时，控制单元110将第k循环的循环老化程度保持在先前值。即，在第k循环中，当执行第四子过程时，控制单元110可以将DOAcyc[k]设置为等于DOAcyc[k-1]。例如，参考图4，当二次电池20的操作状态被设置为日历状态直到第L个循环之后的第M个循环时，二次电池20的日历老化程度从0逐渐增加到DOAcal[M]，而循环老化程度保持在DOAcyc[L]直到第L个循环后的第M个循环为止。
当包括在第一主过程中的步骤全部完成时，控制单元110可以激活第二主过程。第二主过程包括多个例程。图3的S355、S360和S365是当激活第二主过程时可以执行的步骤。
具体地，第二主过程基本上包括第七例程和第八例程，并且可选地，可以进一步包括第九例程。
在S355中，控制单元110执行第七例程。当执行第七例程时，控制单元110基于存储在存储器120中的加权因子来校正在第三例程中获得的循环老化程度DOAcyc[k]。在实施例中，控制单元110可以使用以下等式7来校正循环老化程度：
<等式7>
DOAcyc_correct[K]＝DOAcyc[K]×w
在等式7中，w是表示存储在存储器120中的加权因子的值。w可以是预定范围(例如，等于或大于0且等于或小于2)内的常数，并且可以由先前的实验或控制单元110预定。另外，DOAcyc_correct[k]是表示校正的循环老化程度的值。
在S360中，控制单元110执行第八例程。当执行第八例程时，控制单元110基于日历老化程度(参见等式6)和校正的循环老化程度(参见等式7)，估计二次电池20的容量保持率CRRmix[k]。在实施例中，控制单元110可以使用以下等式8，计算表示在第k循环中可以在二次电池20中充电的最大充电量的CRRmix[k]。
<等式8>
CRRmix[K]＝{1-DOAcyc_correct[K]}×(1-DOAcal[K])
对于本领域技术人员显而易见的是，随着二次电池20老化，容量保持率降低。例如，参考等式8，随着二次电池20的循环状态的持续时间和二次电池20的日历状态的持续时间随时间增加，DOAcyc_correct[k]和DOAcal[k]中的每一个增加。因此，随着k增加，CRRmix[k]从1减小到0。
在S365中，控制单元110执行第九例程。当执行第九例程时，控制单元110可以基于CRRmix[k]和设计容量Qdegisn来更新二次电池20的最大容量Qmax。例如，Qmax＝Qdegisn×CRRmix[k]。CRRmix[k]是小于1的正数，因此Qmax小于Qdegisn。更新的最大容量Qmax可以被用来将在下一个循环中执行的S315中更新SOC。
图5和图6是用于在描述根据本公开的实施例的确定用于校正循环老化程度的加权因子的方法中参考的图表。
控制单元110执行测试电池的至少一个预设的诱导老化测试。每个测试电池以与二次电池20相同的规格制造，并且在执行每个诱导老化测试之前，容量保持率是1。
当执行每个诱导老化测试时，代替二次电池20，每个测试电池可以逐个被电连接到图2的电池组10。另外，当一个诱导老化测试结束时，在用新测试电池替换旧测试电池之后，可以执行另一个诱导老化测试。
在每个诱导老化测试的开始时间和结束时间之间的多个不同时间点计算实际容量保持率。
与此同时，控制单元110估计每个测试电池在每个诱导老化测试的开始时间到结束时间的多个时间点的容量保持率。在这种情况下，控制单元110可以将两个或更多个不同的预设候选值代入等式7的w，以获得多个容量保持率变化曲线。多个容量保持率变化曲线和多个候选值具有一对一的对应关系。也就是说，每个容量保持率变化曲线由在每个候选值被代入等式7的w时的多个时间点估计的容量保持率来定义。
控制单元110将多个容量保持率变化曲线与在多个时间点计算的实际容量保持率进行比较。随后，控制单元110将与容量保持率变化曲线中、具有与实际容量保持率的最小差的一个容量保持率变化曲线相关的一个候选值确定为加权因子。
图5是示出对具有与二次电池20相同规格并且容量保持率为1的第一试验电池和第二试验电池进行的第一诱导老化试验的结果的图表，而图6是示出对具有与二次电池20相同规格并且容量保持率为1的第三测试电池和第四测试电池进行的第二诱导老化测试的结果的图表。从第一和第二诱导老化中的每一个，通过将不同的第一和第二候选值代入等式7的w，获得两个容量保持率变化曲线。
参考图5，第一诱导老化测试是第一测试持续时间ΔPC1和第二测试持续时间ΔPC2中的每一个以交替方式重复九次的测试。第一测试持续时间ΔPC1是日历状态保持四周并且第一和第二测试电池中的每一个的SOC和温度分别为60％和30℃的时间段。第二测试持续时间ΔPC2是循环状态保持两周并且温度为45℃的第一和第二测试电池中的每一个在SOC为30％～60％中以9C(C-率)充电并且以6C放电的时间段。
在图5中，对第一测试电池执行第一诱导老化测试以获得估计的容量保持率Psim1_A和估计的容量保持率Psim1_B，以及对第二测试电池执行第一诱导老化测试以获得实际容量保持率Pexp1。
在通过图5中所示的图表看到的第一诱导老化测试中，通过将第一候选值代入等式7的w来获得第一容量保持率变化曲线Csim1_A，并且通过将不同于第一候选值的第二候选值代入等式7的w，获得第二容量保持率变化曲线Csim1_B。
第一容量保持率变化曲线Csim1_A是由在从第一测试持续时间ΔPC1和第二测试持续时间ΔPC2中的一个改变到另一个的多个时间点t1～t18处估计的容量保持率Psim1_A定义的曲线。另外，第二容量保持率变化曲线Csim1_B是由在从第一测试持续时间ΔPC1和第二测试持续时间ΔPC2中的一个改变成另一个的多个时间点t1～t18处估计的容量保持率Psim1_B定义的曲线。另外，在多个时间点t1～t18计算实际容量保持率Pexp1。因此，估计容量保持率Psim1_A可以在多个时间点t1～t18的基础上，一对一地对应于估计容量保持率Psim1_B和实际容量保持率Pexp1。
控制单元110将定义第一容量保持率变化曲线Csim1_A的估计容量保持率Psim1_A与实际容量保持率Pexp1进行比较，并且将定义第二容量保持率变化曲线Csim1_B的估计容量保持率Psim1_B与实际容量保持率Pexp1进行比较。
例如，控制单元110可以将估计的容量保持率Psim1_A与实际容量保持率Pexp1之间的差之和(或偏差平方之和)设置为第一结果值，以及将估计的容量保持率Psim1_B与实际容量保持率Pexp1之间的差之和(或偏差平方之和)设置为第二结果值。
参考图6，第二诱导老化测试是第三测试持续时间ΔPC3和第四测试持续时间ΔPC4中的每一个以交替方式重复九次的测试。第三测试持续时间ΔPC3是日历状态保持四周并且第一和第二测试电池中的每一个的SOC和温度分别为50％和45℃的时间段。第四测试持续时间ΔP4是循环状态保持两周并且温度为30℃的第三和第四测试电池中的每一个在SOC为30％～60％中以9C(C-率)充电并且以6C放电的时间段。
在图6中，对第三测试电池执行第二诱导老化测试以获得估计的容量保持率Psim2_A和估计的容量保持率Psim2_B，以及对第四测试电池执行第二诱导老化测试以获得实际容量保持率Pexp2。
在通过图6中所示的图表看到的第二诱导老化测试中，通过将第一候选值代入等式7的w来获得第三容量保持率变化曲线Csim2_A，并且通过将第二候选值代入等式7的w，获得第四容量保持率变化曲线Csim2_B。
第三容量保持率变化曲线Csim2_A是由在从第三测试持续时间ΔPC3和第四测试持续时间ΔPC4中的一个改变到另一个的多个时间点t'1～t'18处估计的容量保持率Psim2_A定义的曲线。另外，第四容量保持率变化曲线Csim2_B是由在从第三测试持续时间ΔPC3和第四测试持续时间ΔPC4中的一个改变成另一个的多个时间点t'1～t'18处估计的容量保持率Psim2_B定义的曲线。另外，在多个时间点t'1～t'18计算实际容量保持率Pexp2。因此，估计容量保持率Psim2_A可以在多个时间点t'1～t'18的基础上，一对一地对应于估计容量保持率Psim2_B和实际容量保持率Pexp2。
控制单元110将定义第三容量保持率变化曲线Csim2_A的估计容量保持率Psim2_A与实际容量保持率Pexp2进行比较，并且将定义第四容量保持率变化曲线Csim2_B的估计容量保持率Psim2_B与实际容量保持率Pexp2进行比较。
例如，控制单元110可以将估计的容量保持率Psim2_A与实际容量保持率Pexp2之间的差之和(或偏差平方和)设置为第三结果值，以及将估计的容量保持率Psim2_B与实际容量保持率Pexp2之间的差之和(或偏差平方和)设置为第四结果值。
控制单元110可以计算与候选值相同数量的比较值。每个比较值是与候选值之一相关的所有结果值的总和。例如，参见图5和图6，控制单元计算与第一候选值有关的第一比较值以及与第二候选值有关的第二比较值。在本文中，第一比较值是第一结果值和第三结果值之和，第二比较值是第二结果值和第四结果值之和。
控制单元110可以将所计算的比较值中，与最小比较值相关的一个候选值设置为加权因子，并且将其存储在存储器120中。例如，当第一比较值小于第二比较值时，控制单元110可以将加权因子存储在存储器120中，作为与第一候选值相同的值。相反，当第二比较值小于第一比较值时，控制单元110可以将加权因子存储在存储器120中，作为与第二候选值相同的值。
上文描述的本公开的实施例不是仅通过装置和方法实现的，而是可以通过实现与本公开的实施例的配置相对应的功能的程序或者在其上记录有程序的记录介质来实现，并且本领域技术人员可以从上述实施例的公开内容易于实现该实施方式。
虽然在上文中，已经参考有限多个实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种改进和改变。
另外，在不脱离本公开的技术方面的情况下，本领域技术人员可以对上文所述的本公开进行许多替换、改进和改变，并且本公开不限于上述实施例和附图，可以选择性地部分或全部组合每个实施例以允许各种改进。
<参考数字列表>
10：电池组
20：二次电池
31：电流测量电路
32：温度测量电路
33：电压测量电路
100：用于估计容量保持率的装置
110：控制单元
120：存储器
130：通信单元

Claims (11)

1.一种用于由包括在电池组中的二次电池的日历老化程度和循环老化程度来估计所述二次电池的容量保持率的装置，所述装置包括：
控制单元，所述控制单元被配置为在具有预设的时间长度的每个循环中，从安装在所述电池组中的感测单元接收所述二次电池的电流信息和温度信息，并且按顺序执行第一主过程和第二主过程；以及
存储器，所述存储器被配置为存储预定加权因子，并且进一步存储当执行所述第一主过程时在每个循环中更新的所述二次电池的充电状态、循环老化程度和日历老化程度，
其中，所述第一主过程包括：
第一子过程，用于基于所述电流信息来更新存储在所述存储器中的充电状态；
第二子过程，用于基于所述电流信息，将所述二次电池的操作状态设置为循环状态和日历状态中的一个；以及
第三子过程，用于当通过所述第二子过程，将所述二次电池的操作状态设置为循环状态时，基于更新的充电状态、所述电流信息和所述温度信息，更新存储在所述存储器中的循环老化程度，以及
所述第二主过程包括基于在所述存储器中存储的加权因子、所更新的循环老化程度和所述日历老化程度来估计所述二次电池的容量保持率。
2.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述第一子过程包括在所述时间长度上对由所述电流信息指示的电流进行积分，并且基于所积分的电流和存储在所述存储器中的最大容量，更新存储在所述存储器中的所述充电状态。
3.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述第二子过程包括：当对应于所述电流信息的电流率等于或大于阈值电流率时，将所述二次电池的操作状态设置为所述循环状态。
4.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述存储器进一步被配置为存储多个循环老化程度简档，以及
所述第三子过程包括：
第一例程，用于在所述多个循环老化程度简档中，选择与所述更新的充电状态、所述电流信息和所述温度信息相匹配的一个循环老化程度简档；
第二例程，用于确定与所选择的循环老化程度简档相关的第一参考等效时间点；以及
第三例程，用于基于所述第一参考等效时间点，使用所选择的循环老化程度简档来更新存储在所述存储器中的循环老化程度。
5.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述第二子过程包括：当对应于所述电流信息的电流率小于阈值电流率时，将所述二次电池的操作状态设置为所述日历状态。
6.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述第一主过程进一步包括：
第四子过程，用于当通过所述第二子过程，将所述二次电池的操作状态设置为所述日历状态时，基于所述更新的充电状态和所述温度信息，更新存储在所述存储器中的日历老化程度。
7.如权利要求6所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述存储器进一步被配置为存储多个日历老化程度简档，以及
所述第四子过程包括：
第四例程，用于从所述多个日历老化程度简档中，选择与所述更新的充电状态和所述温度信息相匹配的一个日历老化程度简档；
第五例程，用于确定与所选择的日历老化程度简档相关的第二参考等效时间点；以及
第六例程，用于基于所述第二参考等效时间点，使用所选择的日历老化程度简档来更新存储在所述存储器中的日历老化程度。
8.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述第二主过程包括：
第七例程，用于基于所述加权因子，校正所述循环老化程度；以及
第八例程，用于基于所述日历老化程度和经校正的循环老化程度，估计所述二次电池的容量保持率。
9.如权利要求1所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置，其中，所述加权因子是通过实验确定的、在0以上且2以下之间的范围内的常数。
10.一种电池组，包括如权利要求1至9中任一项所述的用于估计二次电池的容量保持率的装置。
11.一种用于由包括在电池组中的二次电池的日历老化程度和循环老化程度来估计所述二次电池的容量保持率的方法，所述方法包括：
在具有预设时间长度的每个循环中，从安装在所述电池组中的感测单元接收所述二次电池的电流信息和温度信息；
激活第一主过程；以及
激活第二主过程，
其中，所述第一主过程包括：
第一子过程，用于基于所述电流信息来更新所述二次电池的充电状态；
第二子过程，用于基于所述电流信息，将所述二次电池的操作状态设置为循环状态和日历状态中的一个；
第三子过程，用于当通过所述第二子过程，将所述二次电池的操作状态设置为所述循环状态时，基于更新的充电状态、所述电流信息和所述温度信息，来更新循环老化程度；以及
第四子过程，用于当通过所述第二子过程，将所述二次电池的操作状态设置为所述日历状态时，基于所述更新的充电状态和所述温度信息，来更新日历老化程度，以及
所述第二主过程包括基于预定加权因子、所更新的循环老化程度和所述日历老化程度来估计所述二次电池的容量保持率。
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