CN111251940B

CN111251940B - 管理电池单元劣化的系统和方法

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Publication number: CN111251940B
Application number: CN202010074610.1A
Authority: CN
Inventors: 萨伊德·哈勒吉·拉希米安; 韩桑武; 刘瀛; 唐一帆
Original assignee: Chongqing Jinkang New Energy Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Jinkang New Energy Automobile Co Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: CN111251940A; US11038214B2; US20200235441A1

Abstract

本发明涉及一种管理电池单元劣化的系统和方法。该系统确定全电池中的阳极化学计量界限和全电池中的阴极化学计量界限。该系统在休息持续时间之后测量电池开路电压。该系统通过数据拟合技术和电池开路电压来识别全电池中阳极化学计量界限的变化和全电池中阴极化学计量界限的变化。该系统确定电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量。该系统确定电池单元的初级容量衰减机制。该系统生成电池健康指示符、选择命令、并且提供该命令以管理来自电池单元的功耗。

Description

管理电池单元劣化的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于管理电池单元劣化的系统及方法。

背景技术

诸如汽车的车辆可以包括向车辆的组件提供电力的电池。由电池提供的电量或电力的持续时间可以变化。

发明内容

至少一个方面涉及一种用于管理电池单元劣化的系统。所述系统可包含具有一个或多个处理器和存储器的电池管理系统。电池管理系统可以包括或执行电池健康组件和电池控制器组件。电池管理系统可以将数据拟合技术应用于与电池单元相对应的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压。电池管理系统可以确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池中的阳极化学计量界限，以及对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池中的阴极化学计量界限。所述电池管理系统可以在休息持续时间之后在所述电池单元的多个充电状态下测量单元开路电压。电池管理系统可以经由数据拟合技术和在多个充电状态下的电池开路电压来识别全电池中的阳极化学计量界限的变化和全电池中的阴极化学计量界限的变化。电池管理系统可以响应于全电池中阳极化学计量界限的变化和全电池中阴极化学计量界限的变化来确定电池单元的总可循环锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量。电池管理系统可以基于电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量来确定电池单元的初级容量衰减机制，包括可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一个。电池管理系统可以基于电池单元的初级容量衰减机制产生电池健康指示符。所述电池管理系统可基于所述电池健康状况指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗。电池管理系统可以提供用于执行的命令以管理来自电池单元的功耗。

至少一个方面涉及一种管理电池单元劣化的方法。该方法可以包括电池管理系统基于拟合对应于电池单元的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压来确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阳极化学计量界限，以及对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阴极化学计量界限。所述方法可以包括所述电池管理系统在休息持续时间之后检测所述电池单元的多个充电状态下的单元开路电压。该方法可以包括电池管理系统经由数据拟合技术和在多个充电状态下的电池单元开路电压来识别全电池中阳极化学计量界限的变化和全电池中阴极化学计量界限的变化。该方法可以包括电池管理系统响应于全电池中阳极化学计量界限的变化和全电池单元中阴极化学计量界限的变化来确定电池单元的总的可循环锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量。该方法可以包括电池管理系统基于电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量来确定电池单元的初级容量衰减机制，该初级容量衰减机制包括可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一个。所述方法可包括所述电池管理系统基于所述电池单元的所述初级容量衰减机制产生电池健康指示符。所述方法可包含所述电池管理系统基于所述电池健康状况指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗。所述方法可包含所述电池管理系统提供用于执行的命令以管理来自所述电池单元的电力消耗。

至少一个方面涉及一种电动车辆。电动车辆可以包括电池管理系统。所述电池管理系统可包含一个或多个处理器和存储器。电池管理系统可以包括或执行电池健康组件和电池控制器组件。电池管理系统可以将数据拟合技术应用于与电池单元相对应的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压。电池管理系统可以确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阳极化学计量界限，以及对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阴极化学计量界限。所述电池管理系统可以在休息持续时间之后在所述电池单元的多个充电状态下测量单元开路电压。电池管理系统可以经由数据拟合技术和在多个充电状态下的电池单元开路电压来识别全电池中的阳极化学计量界限的变化和全电池中的阴极化学计量界限的变化。电池管理系统可以响应于全电池单元中阳极化学计量界限的变化和全电池单元中阴极化学计量界限的变化来确定电池单元的总可循环锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量。电池管理系统可以基于电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量来确定电池单元的初级容量衰减机制，包括可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一个。电池管理系统可以基于电池单元的初级容量衰减机制产生电池健康指示符。所述电池管理系统可基于所述电池健康状况指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗。电池管理系统可以提供用于执行的命令以管理来自电池单元的功耗。

这些方面和其它方面和实现方式将在下面详细讨论。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实施方式的说明性示例，并且提供了用于理解所要求保护的方面和实施方式的性质和特征的概览或框架。附图提供了对各个方面和实施方式的说明和进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。

附图说明

附图不是按比例绘制的。在各个附图中，相同的附图标记和名称表示相同的元件。为了清楚起见，不是每个组件都在每幅图中被标记。在附图中：

图1描绘了根据实施方式的描绘用于管理电池单元劣化的示例系统的框图；

图2描绘了根据实施方式的描绘用于管理电池劣化以促进电池制造的示例系统的框图；

图3描绘了根据实施方式的管理电池劣化的方法的示例；以及

图4是示出了可以用于实施这里描述和示出的系统和方法的元件的计算机系统的体系结构的框图，所述系统和方法包括例如图1和2中示出的系统以及图3中示出的方法。

具体实施方式

以下是与管理电池劣化的方法、装置和系统相关的各种概念以及其实施方式的更详细描述。以上介绍并在下面更详细讨论的各种概念可以以多种方式中的任何一种来实施。

本公开涉及管理电池劣化的系统和方法，例如车辆(例如，电动车辆或电动和燃气混合动力车辆)的电池。例如，车辆可以包括具有一个或多个电池单元的一个或多个电池。电池可以向车辆的各种组件例如电动机提供电力。电池单元的劣化会影响电池的健康状态，这会影响电池可提供的电池电力的量。可用的电池电力的量可影响电动车辆在对电池再充电之前可行驶的距离。

然而，锂离子(“Li离子”或“Li +”)电池的性能在循环过程中或在储存条件下会由于电池的电池单元的容量损失和电阻增加而劣化。锂离子电池的性能会由于几种电池老化机理而降低。例如，锂离子电池单元(例如石墨阳极、金属氧化物阴极)的性能会由于在阳极(例如石墨)颗粒上形成固体电解质界面(SEI)、SEI膜生长、阳极中的金属Li电镀副反应、颗粒破裂、活性材料颗粒的接触损失或电极孔隙率降低中的一种或多种而降低。这些降级机制可以被分类为三种主要的容量衰减机制：i)可循环Li +的损失，ii)阳极活性材料的损失，和iii)阴极活性材料的损失。例如，SEI形成和Li镀覆可导致可循环Li +的初级损失，而颗粒破裂主要导致电极活性材料的损失。

然而，准确且可靠地确定电池单元劣化的量可能由于各种因素而具有挑战性。例如，确定电池单元劣化可能是乏味的，需要大量测量，是计算密集的，利用过量的处理电力或存储器利用率。由于确定技术的复杂程度，预测电池单元劣化可能是侵入性的、缓慢的或花费大量时间。例如，确定不同的循环和储存条件如何影响电池单元寿命可能是具有挑战性的。虽然可能频繁地(例如，每两周)执行参考性能测试(RPT)以监视电池单元容量和电阻以便促进电池单元设计优化、建立用于离线健康状态(SOH)估计的循环/日历寿命模型和用于保修目的电池单元寿命预测，但此类RPT信息可能不提供足够的信息来确定详细衰退机制。因此，使用RPT信息可能无法确定电池单元的性能劣化的机制。另一种测试，例如增量容量分析(“ICA”)，是非侵入性方法，可以便于确定造成容量衰减的因素。然而，ICA测试利用了整个电池单元充电状态(SOC)范围的电池单元开路电压(OCV)测量，这可能花费至少一天以上。此外，由于使用OCV关于容量的导数，ICA方法可能易于出现数值误差。然而，执行侵入性测试以确定降级机制也可能是低效的，因为它们是耗时的，可能损坏电池并且阻止电池被再次使用。因此，以非侵入性方式有效、准确和可靠地确定引起锂离子电池单元性能降低的机制在技术上是具有挑战性的。

本技术方案的系统和方法可确定导致电池单元性能劣化的机制，从而便于管理电池单元劣化以改善电池性能、电池单元寿命、由电池单元供电的车辆的性能或单元设计。为此，本技术方案的电池管理系统可以确定电池单元开路电压(“OCV”)。电池单元OCV可由于阳极和阴极化学计量而随着电池单元健康状态(“SOH”)而变化。化学计量可以指参与反应或形成化合物的物质的相对量之间的关系。化学计量可以指化学反应方程中的数值系数。例如，阳极和阴极化学计量可以指或包括Li_xC₆阳极中的变量“x”和Li_yNiCoAlO₂阴极中的变量“y”。电池单元OCV以及因此的电池单元SOH可基于由可循环Li +和电极(例如阳极和阴极)的活性材料的损失引起的变化而变化。本技术方案的电池管理系统可以通过拟合电池单元寿命期间的电池单元OCV数据来跟踪阳极和阴极化学计量变化以及阳极和阴极活性材料重量分数的任何变化。因此，本技术方案的电池管理系统可以确定总的可循环Li +、总的阳极容量和总的阴极容量如何随电池单元SOH变化。本技术方案的非侵入性方法可以将处于预定数量的充电状态的单元OCV作为输入。预定数量的充电状态可以是3、4、5、6、7、8或更多。充电状态可以包括例如100%、70%、50%或20%。电池单元OCV可使用一个或多个传感器来确定或使用基于在线模型的估计方法，以在休息的时间间隔(例如，2小时、3小时、4小时、5小时或更长)之后测量电池单元电压。通过拟合来自几个不同充电状态的电池单元OCV数据，电池管理系统可确定可循环Li +的总量。基于总的可循环Li +，电池管理系统然后可以确定电池单元的性能劣化的原因。电池管理系统然后可通过向电池或使用电池的车辆发送一个或多个命令来基于劣化原因管理电池的劣化。

图1描绘了描绘管理车辆的电池性能的示例系统的框图。系统100可包括至少一个电池管理系统102。电池管理系统(“BMS”)102可以包括至少一个接口104、至少一个电池健康组件106、至少一个电池控制器组件108和至少一个数据仓库110。电池管理系统102或其一个或多个组件可包含硬件或硬件与软件的组合，例如通信总线、电路、处理器、通信接口等等。电池管理系统102可以驻留在车辆(例如，车辆118)上或车辆内、计算设备上、服务器上、或被配置为促进车辆或电池控制、设计或制造的其他位置或硬件基础设施上。

数据仓库110可以存储、管理或参考信息以便于电池控制、设计或制造。数据仓库110可以包括一个或多个数据结构、数据库或数据文件以存储信息。例如，数据仓库110可以包括简档信息112、模型信息114或命令信息116。简档信息112可以包括例如简档数据结构。简档信息112可以包括例如电池简档信息，诸如电化学参数或化学计量。该简档可以包括每个电极的化学计量范围和OCV。在一些情况下，所述简档可以包括电池的电化学参数，例如粒度、电极厚度、孔隙率或开路电压。包括表1的输入参数的简档信息112可以被输入到电池管理系统102的组件中以用于进一步处理。表1中提供了附加简档信息112的示例。

名称	单位
		阳极颗粒半径	μm
阴极颗粒半径	μm
		阳极固体扩散率	m<sup>2</sup>/s
阴极固体扩散率	m<sup>2</sup>/s
		阳极固体最大浓度	mol/m<sup>3</sup>
阴极固体最大浓度	mol/m<sup>3</sup>
		在0%SOC下的阳极化学计量	-
100%SOC下的阳极化学计量	-
		在0%SOC下的阴极化学计量	-
100%SOC下的阴极化学计量	-
		单元交叉区域	M<sup>2</sup>
阳极膜电阻	Ωm<sup>2</sup>
		阴极膜电阻	Ωm<sup>2</sup>
参比态阳极交换电流密度	A/m<sup>2</sup>
		参比态阴极交换电流密度	A/m<sup>2</sup>
电解质迁移数	-
		初始电解质浓度	mol/m<sup>3</sup>
电解质的导电性	S/M
		电解质扩散性	m<sup>2</sup>/s
阳极固体导电性	S/M
		阴极固体导电	S/M
阳极厚度	μm
		隔板厚度	μm
阴极厚度	μm
		阳极布鲁格曼指数	-
隔板布鲁格曼指数	-
		阴极布鲁格曼指数	-
阳极活性材料体积比	-
		阳极电解液体积比	-
阴极活性材料体积比	-
		阴极电解质体积比	-
隔板电解质体积比	-
		阳极熵系数	V/K
阴极熵系数	V/K
		阳极开路电压	V
阴极开路电压	V

表1：简档信息

例如，用于锂电池的阴极材料可包括锂钴氧化物LiCoO₂、锂镍氧化物LiNiO₂、锂锰氧化物LiMn₂O₄或磷酸锂铁LiFePO₄。示例性阳极材料可包括碳C、锂Li或钛酸锂Li₂TiO₃。

数据仓库110可以包括或存储一个或多个模型114。模型114可指可由电池管理系统102使用的任何模型。以确定、预测、评估或以其他方式识别与电池或电池单元(例如，电池126)相关联的参数、度量、行为或特性。模型114可以包括例如OCV数据曲线、数据拟合模型、历史模型、历史性能模型或化学计量模型。数据仓库110可以存储或包括用于不同类型的电池的不同模型114。数据仓库110可以包括或存储命令116。命令116可以包括例如指令、控制命令、车辆控制、警报或通知。命令116可以包括用于修改或改变与电池利用相关的参数或功能的指令。

系统100可以包括中央电池管理系统128或与其接口。中央电池管理系统128可包含电池管理系统102的一个或多个组件或功能性。例如，电池管理系统102可以被称为车辆电池管理系统，并且中央电池管理系统128可以远离车辆电池管理系统。中央电池管理系统128可以与车辆电池管理系统102通信或接口。中央电池管理系统128可例如经由电池管理系统102与车辆118的一个或多个组件通信或接口。

电池管理系统102或中央电池管理系统128的组件中的每一个可使用硬件或软件与硬件的组合来实施。电池管理系统102(或中央电池管理系统128)的每个组件可以包括逻辑电路(例如，中央处理单元或CPU)，其响应于从存储器单元(例如，存储器415或存储设备425)获取的指令并对其进行处理。电池管理系统102的每一组件可包含或使用微处理器或多核处理器。多核处理器可包括单个计算组件上的两个或更多个处理单元。电池管理系统102的每一组件可基于这些处理器中的任一者，或能够如本文所述操作的任何其它处理器。每个处理器可以利用指令级并行性、线程级并行性、不同级别的高速缓存等。举例来说，电池管理系统102可包含至少一个逻辑装置，例如具有至少一个处理器以经由网络101通信的计算装置或服务器。车辆118的电池管理系统102可以与不同的电池管理系统102或中央电池管理系统128通信。

电池管理系统102的组件和元件可以是单独的组件、单个组件或电池管理系统102的一部分。例如，接口104、电池健康组件106、电池控制器组件108(以及电池管理系统102的其他元件)可以包括硬件和软件的组合，诸如被配置为例如发起停止命令、发起运动命令以及发送或接收定时数据的一个或多个处理器。

电池管理系统102的一个或多个组件可以被容纳在车辆118上或内。电池管理系统102的一个或多个组件可位于车辆118外部或远离车辆，并且与车辆通信至少一定时间段。例如，数据仓库110上示出的数据的部分可以驻留在远程服务器、中央电池管理系统128或服务器云上，其可以维护简档信息、模型、命令或可以由电池管理系统102 (例如，通过网络101)访问的其他信息。电池管理系统102的组件可彼此连接或通信地耦合。电池管理系统102的各种组件之间的连接可为有线或无线的，或其任何组合。对应系统或组件可以托管在其他车辆上以实现车辆之间的通信或协调。

网络101可以包括计算机网络，例如因特网、局域网、广域网、近场通信网络、城域网或其他区域网络，以及卫星网络或其他计算机网络，例如语音或数据移动电话通信网络，以及它们的组合。网络101可以包括或构成车辆间通信网络，例如，包括电池管理系统102及其组件的用于车辆间数据传输的组件的子集。网络101可以包括例如点对点网络、广播网络、电信网络、异步传输模式网络、同步光网络或同步数字分层网络。网络101可以包括至少一个无线链路，例如红外信道或卫星频带。网络101的拓扑可以包括总线型、星型或环型网络拓扑。网络101可以包括移动电话或数据网络，其使用任何协议或多种协议在车辆或其他设备之间进行通信，包括高级移动协议、时分或码分多址协议、全球移动通信系统协议、通用分组无线服务协议或通用移动电信系统协议，并且相同类型的数据可以经由不同协议来传输。

车辆118可以指任何类型的车辆或汽车，例如小汽车、卡车、货车、运动型多功能车、摩托车、自驾车辆、驾驶员辅助车辆、电动车、混合动力车或化石燃料动力车。车辆118可以包括车载计算单元120。车载计算单元120可以包括硬件、软件或固件中的一个或多个。车载计算单元120可包括数字组件或电路，包括例如图4中描绘的一个或多个组件。

车载计算单元120可以包括例如车辆118的电子控制单元(“ECU”)或与其接口，以提供线控驱动功能。车载计算单元120可以包括或被称为汽车计算机，并且可以包括处理器或微控制器、存储器、嵌入式软件、输入/输出和通信链路。ECU包括硬件和软件以执行从该特定模块预期的功能。例如，ECU的类型包括电子/发动机控制模块(ECM)、动力系控制模块(PCM)、变速器控制模块(TCM)、制动控制模块(BCM或EBCM)、中央控制模块(CCM)、中央定时模块(CTM)、通用电子模块(GEM)、车身控制模块(BCM)、悬架控制模块(SCM)、控制单元或控制模块。其它示例包括域控制单元(DCU)、电动助力转向控制单元(PSCU)、人机接口(HMI)、远程信息处理控制单元(TCU)、速度控制单元(SCU)、电池管理系统(BMS)。例如，车辆118的车载计算单元120可以查询车辆118的一个或多个组件或模块以确定车辆118的状态，其可以包括例如车辆的位置或GPS位置、车辆的速度、车辆的加速度、车辆的转角、车辆的方位、车辆的油门、制动状态或制动量或其他信息。

车辆118可以包括一个或多个传感器122或与其接口。传感器122可以耦合到车辆118或与之相关联。传感器122可向电池管理系统102提供信息。一个或多个车辆118可以包括传感器122，其被设计、构造、配置或操作以检测从电池126输出的电流值。传感器122可以包括测量装置，其被配置为测量、检测或确定与车辆的电池126相关联的电的特性，例如电流、电压或阻抗。传感器122可以包括电流表、电压表或万用表。传感器122可以测量电流，例如电荷的流量或以安培为单位的每秒库伦。传感器122可以测量阳极或阴极的开路电压。传感器122可以测量半电池单元的电特性或全电池单元的电特性。

传感器122可以包括温度传感器、温度计或环境温度传感器。传感器122可以是车辆118的一部分，或者远离车辆118。传感器122可以包括例如雷达传感器、激光雷达传感器或照相机。车辆118的传感器122可包括加速度计、陀螺仪、重量传感器或接近传感器，其可收集、检测或确定车辆动态信息，例如定向数据、速度或重量。传感器122可以识别、测量、检测或以其他方式确定由向车辆118供电的电池126 (或其一个或多个电池)输出的电流值。传感器122或车载计算单元120或电池管理系统102可以接收电流输出的值。传感器122、车载计算单元120或电池管理系统102可以将电流输出的值与时间戳相关联。时间戳可以对应于或指代传感器122检测到或识别电流值的时间。时间戳可以对应于或指代由车载计算单元120、电池管理系统102接收电流值或存储在数据仓库110中的电流值的时间。时间戳可以对应于或指代电池输出电流的时间。时间戳可以是相对的、基于本地时间、基于GPS时间、或基于世界时间。时间戳可以是采样计数，诸如数字连续计数器(例如，1、2、3、4)。

传感器122可以包括一个或多个感测元件或换能器，其捕获、获取、记录或将关于车辆118或环境的信息转换为用于处理的形式。传感器122可以获取一个或多个图像或记录(例如，照片、雷达、超声波、毫米波、红外、紫外、光检测和测距或激光雷达、或音频或视频)。传感器122可将所感测数据传送到电池管理系统102以供处理。

传感器122可以包括照相机以及一种或多种类型的一个或多个传感器。例如，传感器122可以包括雷达、光检测和测距(LIDAR)、超声波或车辆到所有物(V2X) (例如，车辆到车辆(V2V)、V2I、车辆到装置(V2D)或车辆到乘客(V2P))传感器或接口。传感器122可以包括全球定位系统(GPS)设备，其可以使用地图数据来确定车辆的位置。传感器122可以检测(例如，使用运动感测、成像或任何其他感测能力)任何其他车辆或物体是否存在于或接近车辆118。

车辆118经由传感器122或车载计算单元120可以经由网络101与定位系统接口或通信。定位系统可包括基于诸如全球导航卫星系统(GNSS)的定位系统的任何设备，GNSS可包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗和其它区域系统。定位系统可以包括一个或多个蜂窝塔以提供三角测量。定位系统可以包括无线信标，诸如近场通信信标、短距离无线信标(例如，蓝牙信标)或Wi-Fi模块。车辆118可以包括设备、组件、天线或其他模块或元件或与其对接，以经由定位系统确定车辆118的位置。

车辆118可以包括显示装置124。显示装置124可包括例如车辆仪表板、LCD、LED或通信地联接到车载计算单元120或电池管理系统102的其它电子或数字视觉显示器。显示装置124可以包括平视显示器、机械显示器、或者数字或电子显示器。

车辆118可以包括电池126。电池126可以是可再充电电池。电池可以是一次性使用或一次性电池。电池可以包括一个或多个电池单元。例如，电池126可以指多个电池单元。多个电池单元可以彼此独立，但是存储在相同的物理容器或区域中。电池126的多个电池单元可以电子地或通信地耦合到另一个上。例如，电池126中的一个或多个电池单元可以通过电子电路以串联或并联配置连接。电池管理系统102可监视、管理或控制电池126的方面。电池126可以包括电动车辆电池，例如21700电池单元。电池126可以与安装在车辆118中的电池组中的多个其它电池126一起被包括，以给车辆118 (例如，电动车辆)供电

电池126可以指或包括具有多个电池单元的电池组。电池组中所包括的电池单元可包括锂-空气电池单元、锂离子电池单元、镍-锌电池单元、锌-溴电池单元、锌-铈电池单元、钠-硫电池单元、熔盐电池单元、镍镉电池单元或镍-金属氢化物电池单元等。电池组中的每个电池单元可具有或限定正端子和负端子。正端子和负端子两者都可以沿着电池单元的顶表面。电池单元的形状可以是具有多边形基底的棱柱形壳体，例如三角形、正方形、矩形、五边形或六边形。电池单元的形状也可以是圆柱形壳体或具有圆形(例如，如所描绘的)、卵形或椭圆形基底的圆柱形单元等。每个电池单元的高度范围可以在50mm至90mm之间。每个电池单元的宽度或直径可以在16mm至26mm之间的范围内。每个电池单元的长度或直径可以在16mm至26mm之间的范围内。例如，18650型电池单元可以具有18mm的直径和65mm的高度，而21700型电池单元可以具有21mm的直径和70mm的高度。

电池126可以包括一个或多个电池单元。电池可以指电池中的电化学电流产生单元，其由一组正极板、负极板、电解质、隔板和外壳组成。电池可以具有例如1伏、2伏、3伏、几伏或一些其它电压的开路电压。在单个电池126中可以有多个电池。电池126或电池单元的类型可包括例如铅酸(“淹没式”、深循环和VRLA)、NiCd、镍金属氢化物、锂离子聚合物、锌空气或熔融盐电池。

锂离子电池或锂离子电池(缩写为LIB)是一种可再充电电池，其中锂离子在放电期间从负极移动到正极，而在充电时返回。与不可再充电锂电池中使用的金属锂相比，锂离子电池使用嵌入的锂化合物作为一种电极材料。允许离子运动的电解质和两个电极是锂离子电池单元的组成组件。例如，锂离子电池可用于向电动车辆118提供电力。一种锂离子电池，其可具有高能量密度、低记忆效应和低自放电。锂基电池126的类型可包括例如磷酸铁锂(LiFePO₄)、锂离子锰氧化物电池(LiMn₂O₄、Li₂MnO₃或LMO)和锂镍锰钴氧化物(LiNiMnCoO₂或NMC)、锂镍钴铝氧化物(LiNiCoAlO₂或NCA)和钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂或LTO)，或锂-硫电池。

电池管理系统102可以包括接口104。接口104可以被配置为使用一个或多个协议、导线、连接器或端口来与电池管理系统102、车辆118或中央电池管理系统128的一个或多个组件通信或促进它们之间的通信。接口104可以包括硬件接口、软件接口、有线接口或无线接口。接口104可以便于将数据从一种格式转换或格式化为另一种格式。例如，接口104可以包括应用编程接口，该应用编程接口包括用于在诸如软件组件的各种组件之间通信的定义。接口104可以被设计、构造或操作为与一个或多个传感器122通信以收集或接收信息。接口104可被设计、构造或操作为与电池健康组件106、电池控制器组件108或数据仓库110通信。

电池管理系统102可以包括接口或以其他方式访问电池控制器组件108。电池控制器组件108可以被称为主要组件、协调器组件或主要组件。例如，电池控制器组件108可以协调、管理或维护电池管理系统102的一个或多个其他组件，诸如电池健康组件106，或者向车辆118的一个或多个组件，诸如车载计算单元120传输指令。例如，电池控制器组件108可以从传感器122接收与电池126相关联的电的特性。与电池126相关联的电的特性可以包括例如电流或电荷流(例如，以诸如安培或毫安的单位表示)。电流可对应于电线中的移动电子或由电解质中的离子携载。与电池126相关联的电的特性可以包括例如电压。电压可以指确定何时没有电流流动的开路电压。

电池管理系统102 (例如，经由电池控制器组件108)可接收、检测、识别或测量由电池126输出的电流值。电池126可以向车辆118的一个或多个组件或马达供电。电池管理系统102 (例如，经由电池控制器组件)可响应于接收到电流值而将电流值提供到电池管理系统102的一个或多个组件以供进一步处理。电流值可以包括或指代电流的时间相关函数，或者在特定时间的电流的样本或值，诸如对应于时间戳。

为了有助于确定全电池单元中的阳极和阴极的化学计量，电池管理系统102可以确定半电池单元中的阳极和半电池单元中的阴极的化学计量界限。为此，电池管理系统可以测量或检测在各种充电状态下用于分割的电池单元的电极OCV值。电池管理系统102可确定处于第一充电状态的半电池单元中的阳极的开路电压和处于第二充电状态的半电池单元中的阳极的开路电压。电池管理系统102可以基于在第一充电状态下半电池单元中的阴极的开路电压和在第二充电状态下半电池中单元的阴极的开路电压来确定与电池单元相对应的半电池单元中的阴极的化学计量界限。电池管理系统102可以基于分割的电池单元测量与电池单元相对应的半电池单元中的阳极的开路电压。电池管理系统102可以基于分割的电池单元测量与电池单元对应的半电池单元中的阴极的开路电压。

电池健康组件106可识别电池126的电池的阳极的全电池单元中的化学计量。电池健康组件106可识别电池126的电池的阴极的全电池单元中的化学计量。电池健康组件106可以确定在电池126的充电状态下阳极和阴极的化学计量。例如，当电池健康组件106确定全电池单元中阳极和阴极的化学计量时，电池充电状态可以是100%。充电状态可以是最大充电状态(例如，100%、99%或98%)、最小充电状态(例如，0%、1%或2%)或有助于确定全电池单元中阳极和阴极的化学计量以确定性能劣化的原因的一些其它充电状态。

电池健康组件106可以确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阳极化学计量界限。边界可以指或包括范围或限制。电池健康组件106可以确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阴极化学计量界限。最小荷电状态可以包括例如预定最小荷电状态，诸如0%、5%、10%、15%、20%或一些其他最小荷电状态。全电池单元中的阳极和阴极化学计量界限可以对应于电池单元。可以使用与车辆118中的电池单元不同的电池单元来确定、计算、测量或以其他方式识别阳极和阴极化学计量界限。用于确定全电池中的初始化学计量界限的电池单元可以是用于为车辆118供电的相同类型的电池单元。例如，车辆118中的电池组可以具有多个相同类型的电池或电池单元。电池健康组件106可以使用来自电池组的电池单元或与电池组中存在的电池单元的类型相同的电池单元来识别全电池单元中的化学计量界限。因此，对应于车辆118中的电池单元可以指与车辆118中的电池单元相同类型或代表的电池单元。

电池健康组件106可以基于应用于与电池单元相对应的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压的数据拟合技术来确定电极化学计量。电池健康组件106可以检测电池126的电池单元的阳极的开路电压，以及电池126的电池单元的阴极的开路电压。开路电压可以指当从电路断开使得没有外部负载(例如，没有外部电流)时装置的两个端子之间的电势差。电池健康组件106可以在离线模式中为可能没有连接或安装在车辆118中的电池126确定开路电压。例如，电池健康组件106可以在离线模式中确定用于阳极和阴极的半电池单元中的开路电压。为了获得半电池单元OCV，可以分割电池单元并且可以构建半电池单元。电池健康组件106或其它组件或装置可以测量半电池单元中的阳极和阴极OCV。

电池健康组件106可以在电池126安装在车辆118中的在线模式下确定电池126的开路电压。为了确定在线模式中的开路电压，电池健康组件106可以等待直到电池126 (或其电池单元)已经休息了预定的时间量。休息可以指电池126没有被充电或放电。例如，电池健康组件106可利用计时器或时钟来确定在电池126已经停止提供或接收电流或功率之后，或在电池126已经停止提供或接收小于或等于阈值(例如，1毫安、2毫安、10微安)的电流或功率之后的预定时间间隔或持续时间。预定时间量可以包括例如2小时、2.5小时、3小时、3.5小时、4小时或更多。在一些情况下，电池健康组件106可通过应用在线估计技术来估计在脉冲状况期间的OCV。

电池健康组件106可以建立或确定半电池单元中的阳极的化学计量界限和半电池单元中的阴极的化学计量界限。化学计量界限可以指或包括化学计量极限。电池健康组件106可以确定在不同充电状态(例如，0%充电状态和100%充电状态)下全电池单元中的每个电极(例如，阳极和阴极)的化学计量限制。电池健康组件106可以通过使用半电池单元OCV拟合全电池单元OCV来获得每个电极的化学计量范围。全电池单元中每个电极的化学计量范围可以比半电池单元中的更窄。因此，由于在充电和放电结束时的电池单元电压限制，总的可循环Li +可大于可用的可循环Li +。因此，为了跟踪在电池单元寿命期间全电池单元中的每个电极的化学计量范围如何变化，电池健康组件106可以拟合电池OCV数据以满足数据拟合技术。

电池健康组件106可以将数据拟合技术应用于半电池单元开路电压和全电池单元开路电压，以确定全电池单元中的阳极化学计量和全电池单元中的阴极化学计量。OCV电压可对应于电池单元在最小充电状态和最大充电状态下的电压。电池健康组件106可进一步确定电池单元的总阴极容量(例如，基于或对应于阴极活性材料的量)、总阳极容量(例如，基于或对应于阳极活性材料的量)和安培小时的变化。负极活性物质或负极活性物质的量可指负极活性物质体积比。阴极活性材料或阴极活性材料的量可指阴极活性材料体积比。数据拟合技术可以包括例如非线性最小二乘求解程序。数据拟合技术可以求解非线性最小二乘曲线拟合函数。数据拟合技术可以拟合数据以满足不同充电状态下的一个或多个函数。

例如，电池健康组件106可以首先确定0%和100% SOC处的全电池单元中的每个电极的化学计量极限，这可以通过使用半电池单元OCV拟合全电池单元OCV来获得。为了跟踪在电池寿命期间全电池单元中的每个电极的化学计量范围如何变化，电池健康组件106可以使用非线性最小二乘法技术拟合电池单元OCV数据以在不同SOC处满足以下函数：

[函数1]

[函数2]

[函数3]

其中，分别

、

、

、

、

是总阴极容量、总阳极容量、阴极OCV、阳极OCV以及电池单元OCV。

(或安培小时的变化)可通过库仑计数来计算。

、

是全电池单元中的阴极和阳极化学计量，分别在100% SOC下。半电池单元中的最大和最小化学计量由下式表示。电池健康组件106可以使用以下函数4确定总的可循环Li+：

[函数4]

电池健康组件106可以配置有数据拟合技术和函数1-4，以确定总的可循环锂离子和电极容量。为此，电池健康组件106可使用可靠的阳极OCV和阴极OCV。电池健康组件106可以从数据仓库110 (例如，简档112或模型114)获得可靠的阳极OCV和阴极OCV。电池健康组件可通过以非常低的速率(例如，小于C/20、C/30或C/50)对由新的全电池单元制成的半电池单元进行充电/放电来获得可靠的阳极OCV和阴极OCV。例如，电池健康组件106、电池管理系统102或其它系统可以以小于或等于阈值(例如，C/50)的速率对电池单元充电和放电，以检测电池单元的阳极的开路电压。

电池健康组件106可以通过使用测量的半电池单元的OCV在寿命开始时拟合全电池单元OCV来确定全电池单元中的电极的化学计量限制。此后，为了确定总的可循环Li +，电池健康组件106可以在电池单元寿命期间以几个SOC以一定时间间隔(例如，每2-3周、每周、每15天或每30天)测量或估计电池单元OCV。通过拟合电池单元OCV数据，电池健康组件106可确定寿命期间的总的可循环Li +和总的电极的容量。电池健康组件106可使用所确定的总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量来确定在特定循环或存储条件下的降解机制。

例如，在在线模式中，电池健康组件106可以在休息持续时间之后在电池单元的多个充电状态下测量单元开路电压。休息持续时间可以是诸如2小时、3小时、4小时或更长的时间间隔，在该时间间隔期间，电池126不被用来给车辆118供电，或者电池126提供小于阈值(例如，5 mA、1 mA、0.5 mA或一些其它低电流输出)的功率或电流输出。

电池健康组件106然后可以经由数据拟合技术确定或识别电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量或损失以及阴极活性材料的量或损失。电池健康组件106可以使用数据拟合技术和在多个充电状态下测量的电池单元开路电压来确定全电池单元中阳极化学计量界限的变化和全电池单元中阴极化学计量界限的变化。

电池健康组件106可以响应于全电池单元中阳极化学计量界限的变化和全电池单元中阴极化学计量界限的变化来确定电池单元的总可循环的锂离子、阳极活性材料或阳极容量的量、以及阴极活性材料或阴极容量的量。阳极容量可指示阳极活性材料的损失量。阴极容量可指示阴极活性材料的损失量。

因此，电池管理系统102可以确定在整个电池单元充电状态范围内不存在电池单元开路电压的情况下电池单元的总的可循环锂离子、阳极活性材料和阴极材料。相反，电池管理系统102可以以非侵入性方式基于电池单元充电状态范围(例如，100%、70%、50%和20%)上的电池单元开路电压的子集来确定电池单元的总的可循环锂离子。电池健康组件106可确定总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量的值。电池管理系统102可以通过首先从对应于车辆中的电池单元的分割的全电池单元获得半电池单元中的阳极和阴极化学计量，然后确定车辆118中的电池单元的全电池单元中的OCV值以及与许多充电状态相对的充电状态的子集(例如，与6、7、8、9、10或更多充电状态相对的4个充电状态)，来提高确定总的可循环的锂离子、阳极活性材料和阴极材料的效率、可靠性和准确性。

基于总的可循环的锂离子、损失的阳极活性材料的量和损失的阴极活性材料的量，电池健康组件106可确定电池单元(例如，电池126)的初级容量衰减机制。初级容量衰减机制可以指或指示电池126的容量损失或减少的主要原因。主衰减机制可包括损失可循环的锂离子、损失阳极活性材料或损失阴极活性材料中的一种。为了确定主衰减机制，电池健康组件106可比较可循环的锂离子、阳极活性材料和阴极活性材料的损失量。电池健康组件106可确定哪种材料具有最大损失，并选择该材料作为主衰减机制。损失可以表示为绝对值、百分比、比率、分数或其他指标。可以将损失归一化以便于比较。所述损失可通过比较存储在电池管理系统102的数据存储库110或存储器中的材料的先前量或值来确定。使用总的可循环Li +、阳极活性材料的量或阳极容量、以及阴极活性材料的量或阴极容量，电池健康组件106可产生电池健康指标。电池健康状况组件106可以基于电池单元的初级容量衰减机制来生成电池健康状况指标。

电池健康组件106可以确定电池单元的初级容量衰减机制(或单元劣化的原因)。初级容量衰减机理可包括损失可循环的锂离子、损失阳极活性材料或损失阴极活性材料中的一种。电池健康组件可以基于基本容量衰减机制来确定电池健康指标。

为了确定初级容量衰减机制或主要劣化机制，电池健康组件106可以比较总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量值。电池健康组件106可将总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量值归一化，然后将归一化的值进行比较或分级。归一化值可以包括基于原始值或初始值的百分比或比率。例如，总的可循环Li +可表示为初始的总的可循环Li +的百分数；阳极容量可表示为初始总阳极容量的百分比；并且阴极容量可以表示为初始总阴极容量的百分比。

电池健康组件106可基于将可循环Li +的总量、阳极活性材料的量或阳极容量、以及阴极活性材料的量或阴极容量中的每一个与相应的阈值进行比较来确定电池单元劣化的主要原因。如果总的可循环Li +小于或等于可循环Li +阈值，而阳极容量和阴极容量大于各自的阳极容量阈值和阴极容量阈值，则电池健康组件106可确定初级单元劣化机制是由于总的可循环Li +。如果总的可循环Li +大于或等于可循环Li +阈值，并且阳极容量大于阳极容量阈值，但阴极容量小于阴极容量阈值，则电池健康组件106可确定初级单元劣化机制是由于阴极容量。如果总的可循环Li +大于或等于可循环Li +阈值，并且阴极容量大于阴极容量阈值，但阳极容量小于阳极容量阈值，则电池健康组件106可确定初级单元劣化机制是由于阳极容量。

因此，随着电池单元老化，电池单元OCV可改变。电池单元OCV可等于或基于阳极OCV与阴极OCV之间的差值，并且随着电池单元老化，由阳极OCV-阴极OCV给出的曲线形状可保持恒定或基本上恒定(例如，在5%、10%或20%内)。虽然OCV曲线的形状可保持恒定，但化学计量范围可改变。例如，LixC₆中的“x”可以改变。例如，x在生命开始时最初可以是.8至. 1。因此，阳极OCV和阴极OCV可保持恒定，但全电池单元中每个电极的化学计量限制变化，这可引起电池单元OCV的变化。

电池健康状况组件106可以基于多个SOC (例如，3或4个不同的SOC，诸如100%、70%、50%和20%)处的电池单元开路电压来生成电池健康状况指标。电池健康状况指示符可指示或对应于总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量中的一个或多个的值。电池健康状况指示符可包括分数、数值、字母数字值、等级、范围、数据结构、百分比或其它指示符电池健康状况。例如，电池健康状况指示符可以识别电池单元的主要或主要劣化机制。电池健康指示符可识别总的可循环Li +、阳极容量和阴极容量中的一个。电池健康指示符可说明总的可循环Li +、阳极容量或阴极容量中的是电池单元劣化的主要机制。

电池控制器组件108可以确定一个或多个电池单元的电池健康状况指示符。电池控制器组件108可以确定电池126的多个电池单元的电池健康状况指示符。电池控制器组件108可以比较电池126的多个电池单元之间的电池健康状况指标、总的可循环Li +、阳极容量或阴极容量。电池控制器组件108可以基于该比较来确定劣化的主要原因。电池控制器组件108可以基于聚集与电池126中的多个电池单元相关联的一个或多个电池健康状况指示符的值来执行统计分析以确定平均值、标准偏差、百分位或其他相对或统计值。电池健康状况指示符可以基于对电池126的多个电池单元的分析。

电池管理系统102可包括、执行电池控制器组件108或与其进行其它接口以基于电池健康状况指示符选择命令来管理来自电池单元的电力消耗。电池控制器组件108可以基于初级容量衰减机制来选择命令。电池控制器组件108可以提供用于执行的命令以管理来自电池单元的电力消耗。

电池控制器组件108可以基于由电池健康组件106确定的主要容量衰减机制或电池单元劣化机制来选择或生成管理电池的性能的命令。所述命令可包括通知、指示、指令、控制命令或基于电池健康状况指示符的其它输出。电池控制器组件108可以生成具有指令的命令以减小由电池126输出的电流值。电池控制器组件108可以产生具有剩余电池电力(或总的可循环Li +、阳极容量或阴极容量)的指示的命令，以经由车辆118的显示设备124显示。电池控制器组件108可以响应于电池健康状况指示符而终止从电池126的一个或多个电池单元输出的电流。电池控制器组件108可以响应于电池健康状况指示符而终止对电池126的一个或多个电池单元的充电。电池控制器组件108可以基于电池健康状况指示符提供更换电池单元或电池126的指示。例如，如果容量衰减或电池单元劣化的主要原因是总的可循环Li +，则电池控制器组件108可以生成更换电池单元的指示。

电池管理系统102 (例如，经由控制器组件108)可以生成包括指令的命令，以使车辆118的车载计算单元120执行动作，诸如经由显示设备124 (例如，车辆仪表板、LCD、LED、或通信地耦合到车载计算单元120的其他电子或数字视觉显示器)显示通知。例如，视觉输出可以包括警报、通知、警告或建议，以调整、改变或终止车辆118的功能或方面。

电池管理系统102可响应于接收、测量或检测电流值而实时产生命令。实时产生命令可以指在检测或确定电池126的当前输出值的1分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟、6分钟或10分钟内产生命令。实时产生命令可以指产生指示或响应于当前在车辆118中使用的电池126的特性或性能的命令。实时产生命令可指产生经配置以改进与电池126或车辆118相关联的特性或行为的命令。

电池管理系统102可基于电池健康状况指示符选择命令。例如，电池管理系统102可基于作为阴极活性材料损失的初级容量衰减机制来确定电池健康指示符。电池管理系统102可基于作为阴极活性材料损失的初级容量衰减机制来选择命令。在另一个示例中，电池管理系统102可以基于作为阳极活性材料损失的初级容量衰减机制来确定电池健康状况指示符。电池管理系统102可以基于作为阳极活性材料损失的初级容量衰减机制来选择命令。在另一个示例中，电池管理系统102可以基于作为可循环Li +的损失的初级容量衰减机制来确定电池健康指示符。电池管理系统102可以基于作为可循环Li +损失的初级容量衰减机制来选择命令。该命令可包括主渐变机构的警报或通知。该命令可以包括控制电池126或车辆118的方面的控制命令。

随着电池126继续使用，电池管理系统102可以在多个时间间隔测量在预定数量的充电状态下的电池单元开路电压。例如，每2周，电池管理系统可确定100% SOC、70% SOC、50% SOC和20% SOC的电池单元开路电压。电池管理系统102可以通过数据拟合技术并基于在预定数量的充电状态下在多个时间间隔测量的电池单元开路电压来确定电池单元的更新的总的可循环的锂离子。电池管理系统102可以基于在预定数量的充电状态下在多个时间间隔测量的电池单元开路电压和电池单元的更新的可循环的锂离子来更新电池健康指示符。

当电池管理系统102确定电池单元的更新的开路电压时，电池管理系统102可以确定电池单元的更新的总的可循环锂离子，并且确定第二电池健康指示符。第二电池健康状况指示符可以不同于先前的电池健康状况指示符，因为电池单元可能随着电池126老化而劣化。由于不同的电池健康状况指示符，电池管理系统102可选择不同于基于第二电池健康状况指示符的命令的第二命令。第二命令可以是禁用电池单元。例如，第一电池健康状况指示符可能没有指示存在任何电池单元劣化，而第二电池健康状况指示符可以传达电池单元劣化。

图2描绘了描绘根据实施方式的用于管理电池性能以便于电池制造的示例系统的框图。系统200可包括图1中描绘的中央电池管理系统128。系统200可包括电池制造系统202。电池制造系统202可以指或包括与设计电池126的方面、制造电池126或测试电池126有关的组件或过程。中央电池管理系统128可被配置成模拟电池性能，例如模拟给定的电池分布和全电池单元、阳极或阴极的开路电压。中央电池管理系统128可基于模型114和简档112信息运行电池性能的模拟，以便测试具有简档112的电池是否以所要方式起作用。中央电池管理系统128可输出或提供总的可循环的锂离子、阳极容量或阴极容量以用于显示。由或使用电池制造系统202设计、测试或制造的电池可以被安装或使用在电动车辆中，例如车辆118。

中央电池管理系统128可包含电池管理系统102的一个或多个组件或功能性。中央电池管理系统128可经由网络101与电池管理系统102通信或与其接收或发射数据。中央电池管理系统128可经配置以对电池性能运行模拟，且识别电池126的所要配置。在识别电池126的期望配置或以其他方式基于诸如发热率和电压电平的性能度量来验证电池配置时，中央电池管理系统128可以提供验证的或期望的电池简档的指示以用于电池制造系统202(例如，电池设计过程)。

图3描绘了管理电池劣化的示例方法。方法300可使用图1-2和4中描述的一个或多个系统或组件来执行。例如，方法300可以由BMS102、车辆118或中央电池管理系统128执行。

方法300提供的技术方案可以包括以非侵入方式更可靠、准确和高效地确定初级容量衰减机制或电池单元劣化机制。方法300解决了确定电池单元劣化的主要原因而不必在整个充电状态范围内的每个充电状态下测量、检测或模拟开路电压，或者不必侵入性地测量或检测电池单元中的粒子变化的技术问题或挑战。

在ACT302，方法300包括确定化学计量边界的电池管理系统。电池管理系统可以识别在最小充电状态和最大充电状态下电池单元的阳极在全电池单元中的化学计量界限。电池管理系统可以识别在最小充电状态和最大充电状态下电池单元的阴极在全电池单元中的化学计量界限。化学计量可以指化合物或反应中元素的相对量。电池管理系统可以识别阳极和阴极中的锂的量。例如，阳极化学计量可以指LixC₆中的变量“x”。阴极化学计量可以指Li_yNiCoAlO₂中的变量“y”。化学计量可以最初从电池轮廓或模型确定。化学计量可以是新电池单元的预定或预设化学计量。

电池管理系统可以基于拟合对应于电池单元的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压来确定全电池单元中的阳极和阴极化学计量界限。数据拟合技术可以包括例如线性最小二乘数据拟合技术。

在ACT304，电池管理系统可检测开路电压。所述电池管理系统可以在休息持续时间(例如，至少2小时、3小时、4小时或更长)之后的电池单元的多个充电状态下检测单元开路电压。电池开路电压可以以在线模式确定。多个充电状态可以包括例如100%、70%、50%或20%。

电池管理系统可以检测电池单元的阳极的开路电压和电池单元的阴极的开路电压。电池管理系统可使用传感器，例如电压表来确定开路电压。开路电压可以指没有电流流动时阳极或阴极的电压。开路电压可以基于充电水平或充电状态而改变。此外，阳极或阴极上的Li +的量可影响开路电压。例如，当对电池充电时，Li +可从阴极移动到阳极。当电池放电时，Li +可从阳极移动到阴极。开路电压可以指示电池的健康或寿命。随着电池单元老化，电池中的可循环Li +损失。因此，通过确定在各种充电状态下的开路电压，电池管理系统可确定阳极和阴极处的Li +的量，并计算阳极和阴极处的活性材料的量(例如，阳极容量和阴极容量)。

在ACT306，电池管理系统可以通过数据拟合技术和在多个充电状态下的电池单元开路电压来识别全电池单元中阳极化学计量界限的变化和全电池单元中阴极化学计量界限的变化。化学计量界限可以指或包括化学计量极限或范围。化学计量边界或范围或限制可以指开路电压模型曲线的窗口的变化，其基于阳极OCV和阴极OCV。虽然曲线的形状可以保持恒定，但是窗口或化学计量范围可以随着可循环Li +的量和每个电极中活性材料的量随着电池单元老化而下降而改变。

在ACT308，电池管理系统可确定活性材料的量，例如电池单元的总的可循环的锂离子的量、阳极活性材料的量或阴极活性材料的量。电池管理系统可以使用数据拟合技术和功能1-4中的一个或多个来确定活性材料的量。

在ACT310，电池管理系统可确定初级容量衰减机制。电池管理系统可以基于电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料和阴极活性材料，将电池单元的初级容量衰减机制确定为可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一个。

在ACT312，电池管理系统可基于基本容量衰减机制产生电池健康状况指示符。电池管理系统可基于多个SOC处的电池单元开路电压生成电池健康指示符。电池健康指示符可指示电池单元劣化或容量衰减的主要原因。电池健康指示符可以指示没有电池单元劣化或容量衰减。例如，电池健康状况指示符可指示阳极活性材料的量或阳极容量、阴极活性材料的量或阴极容量以及总的可循环Li +大于或等于对应于健康或新鲜电池单元的阈值。

电池管理系统可确定总的可循环Li +损失、阳极容量损失或阴极容量损失之一是电池单元劣化的主要原因。电池管理系统可确定总的可循环Li +损失、阳极容量损失和阴极容量损失这三者全部都是电池单元劣化的原因。

在ACT314，电池管理系统可以选择并提供命令。所述电池管理系统可基于所述电池健康状况指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗。所述命令可经配置以减少或减轻单元劣化。该命令可以被配置为增加电池单元的寿命。该命令可以被配置为引起电池单元的更换。该命令可以提供电池单元的健康的警报或通知。电池管理系统可以提供用于执行的命令以管理来自电池单元的电力消耗。例如，命令可包括用于经由车辆的显示设备上的图形用户界面显示的指令或内容。所述命令可包含停用电池单元或减少从电池单元汲取的电流或电力的量的指令。该命令可以包括更换电池单元的请求或指示。

图4是示例计算机系统400的框图。计算机系统或计算装置400可包含或用于实施电池管理系统102或其组件，例如电池管理系统102。计算系统400包括至少一个总线405或用于传送信息的其它通信组件，以及耦合到总线405用于处理信息的至少一个处理器410或处理电路。计算系统400还可以包括耦合到总线的用于处理信息的一个或多个处理器410或处理电路。计算系统400还包括至少一个主存储器415，例如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备，其耦合到总线405以用于存储信息和要由处理器410执行的指令。主存储器415还可以用于存储位置信息、车辆信息、命令指令、车辆状态信息、车辆内或车辆外的环境信息、道路状态或道路状况信息、或在处理器410执行指令期间的其他信息。计算系统400可进一步包括至少一个只读存储器(ROM) 420或其它静态存储装置，其耦合到总线405以用于存储用于处理器410的静态信息和指令。诸如固态设备、磁盘或光盘之类的存储设备425可以耦合到总线405以持久地存储信息和指令。

计算系统400可以经由总线405耦合到显示器435，诸如液晶显示器或有源矩阵显示器，用于向诸如车辆118的驾驶员的用户显示信息。诸如键盘或语音接口的输入设备430可以耦合到总线405，用于向处理器410传送信息和命令。输入设备430可以包括触摸屏显示器435。输入设备430还可以包括光标控制，例如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于向处理器410传送方向信息和命令选择，并且用于控制显示器435上的光标移动。显示器435 (例如，在车辆仪表板上)可以是电池管理系统102、传感器122或图1的其他组件的一部分，以及例如车辆118的一部分。

本文描述的过程、系统和方法可以由计算系统400响应于处理器410执行包含在主存储器415中的指令的布置来实现。这些指令可以从诸如存储设备425的另一计算机可读介质读入主存储器415。执行包含在主存储器415中的指令的布置使得计算系统400执行本文描述的说明性过程。还可以采用多处理配置中的一个或多个处理器来执行包含在主存储器415中的指令。可以使用硬连线电路来代替软件指令或与软件指令结合，以及这里描述的系统和方法。本文描述的系统和方法不限于硬件电路和软件的任何特定组合。

尽管在图4中描述了示例计算系统，但是包括本说明书中描述的操作的主题可以在其他类型的数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。

本文的一些描述强调系统组件(例如，仲裁组件)的各方面的结构独立性，并且定位组件105和地图数据示出这些系统组件的操作和责任的一个分组。执行类似的总体操作的其它分组被理解为在本申请的范围内。模块可以用硬件实现，或者实现为非瞬态计算机可读存储介质上的计算机指令，并且模块可以分布在各种硬件或基于计算机的组件上。

上述系统可以提供这些组件中的任何组件或每一个组件中的多个，并且这些组件可以在独立系统上或在分布式系统中的多个实例上提供。另外，上述系统和方法可以作为包含在一个或多个制造产品上或其中的一个或多个计算机可读程序或可执行指令来提供。该制品可以是云存储、硬盘、CD-ROM、闪存卡、PROM、RAM、ROM或磁带。通常，计算机可读程序可以以任何编程语言实现，例如LISP、PERL、C++、C #、PROLOG，或者以任何字节代码语言实现，例如JAVA。软件程序或可执行指令可以作为目标代码存储在一个或多个制造物品上或其中。

示例性和非限制性模块实现元件包括提供本文确定的任何值的传感器、提供作为本文确定的值的前身的任何值的传感器、包括通信芯片的数据链路或网络硬件、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴布线、屏蔽布线、发射器、接收器或收发器、逻辑电路、硬布线逻辑电路、根据模块规范配置的特定非瞬态中的可重新配置逻辑电路、至少包括电、液压或气动致动器的任何致动器、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、除法器、增益元件)或数字控制元件。

本说明书中描述的主题和操作可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等效物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。本说明书中描述的主题可以被实现为一个或多个计算机程序，例如，计算机程序指令的一个或多个电路，其被编码在一个或多个计算机存储介质上以供数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。可替换地或另外地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以编码信息以用于传输到合适的接收器装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备、或者它们中的一个或多个的组合，或者可以包括在它们中。虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或多个单独的组件或介质(例如，多个CD、盘或包括云存储的其它存储设备)，或者被包括在一个或多个单独的组件或介质中。本说明书中描述的操作可以被实现为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作。

术语“计算设备”、“组件”或“数据处理装置”等涵盖用于处理数据的各种装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机、片上系统或多个、或前述的组合。该装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA (现场可编程门阵列)或ASIC (专用集成电路)。除了硬件之外，该装置还可以包括创建用于所讨论的计算机程序的执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。该装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，诸如web服务、分布式计算和网格计算基础设施。

计算机程序(也称为程序、软件应用、app、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序、对象或适合于在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可以对应于文件系统中的文件。计算机程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可以被部署为在一个计算机上执行，或者在位于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的多个计算机上执行。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，该可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路执行，并且装置还可以被实现为专用逻辑电路，例如FPGA (现场可编程门阵列)或ASIC (专用集成电路)。适于存储计算机程序指令和数据的设备可以包括非易失性存储器、介质和存储器设备，作为示例包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。

本文描述的主题可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端组件，例如作为数据服务器，或者包括中间件组件，例如应用服务器，或者包括前端组件，例如具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，通过图形用户界面或网络浏览器用户可以与本说明书中描述的主题的实现进行交互，或者包括一个或多个这样的后端、中间件或前端组件的组合。系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互联网(例如，因特网)以及对等网络(例如，自组织对等网络)。

尽管在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这样的操作不需要以所示的特定顺序或以顺序执行，并且不需要执行所有示出的操作。可以以不同的顺序执行这里描述的动作。

现在已经描述了一些说明性的实现，很明显，前述内容是说明性的而非限制性的，已经通过示例的方式呈现。特别地，尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但是那些动作和那些元素可以以其他方式组合以实现相同的目的。结合一个实现讨论的动作、元素和特征不旨在被排除在其它实现或实现中的类似角色之外。

这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制。在此使用的“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”、“特征在于”及其变化，意味着包括其后列出的项目、其等价物和附加项目，以及由其后列出的项目专门组成的替代实施方式。在一个实施方式中，本文描述的系统和方法由一个、多于一个的每个组合、或所有描述的元件、动作或组件组成。

对本文以单数形式提及的系统和方法的实现或元件或动作的任何引用也可以涵盖包括多个这些元件的实现，并且对本文的任何实现或元件或动作的任何复数引用也可以涵盖仅包括单个元件的实现。单数或复数形式的引用不旨在将本公开的系统或方法、其组件、动作或元件限制为单个或复数配置。对基于任何信息、动作或元素的任何动作或元素的引用可以包括其中动作或元素至少部分地基于任何信息、动作或元素的实现。

本文公开的任何实施方式可以与任何其他实施方式或实施例组合，并且对“实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指示结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方式或实施例中。这里使用的这些术语不一定全部指相同的实现。任何实施方式可以以与本文公开的方面和实施方式一致的任何方式与任何其他实施方式组合，包括地或排他地。

对“或”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个、以及所有所描述的术语中的任何一个。对“‘A’和‘B’中的至少一个”的引用可以包括仅“A”、仅“B”、以及“A”和“B”两者。结合“包括”或其它开放术语使用的这些引用可包括附加项目。

在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征之后跟随有附图标记的情况下，包括附图标记以增加附图、详细描述和权利要求的可理解性。因此，参考标记或它们的不存在对任何权利要求要素的范围都没有任何限制作用。

在本质上不脱离本文公开的主题的教导和优点的情况下，可以发生所述元件和动作的修改，例如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向的变化。例如，显示为整体形成的元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可颠倒或以其它方式改变，且离散元件的性质或数目或位置可改变或变化。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在所公开的元件和操作的设计、操作条件和布置中进行其它替换、修改、改变和省略。

在不脱离本发明的特征的情况下，本文描述的系统和方法可以以其它特定形式来实施。例如，对正和负电特性(例如，极性)的描述可以颠倒。描述为负元件的元件可以替代地配置为正元件，并且描述为正元件的元件可以替代地配置为负元件。电池单元(例如，电池126)可以向电动车辆(包括混合动力)以及不是电动车辆的其他机器提供电力，诸如无人机器人或其他设备，包括不是运输车辆的设备。进一步的相对平行、垂直、竖直或其它定位或取向描述包括在纯竖直、平行或垂直定位的+/-10%或+/-10度内的变化。除非另外明确指出，否则提及“大约”、“约”、“基本上”或其它程度术语包括相对于给定测量、单位或范围的+/-10%的变化。耦合元件可以直接或通过中间元件彼此电耦合、机械耦合或物理耦合。因此，本文所述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指示，并且在权利要求的等同方案的含义和范围内的变化被包含在其中。

Claims

1.一种用于管理电池单元劣化的系统，包括：

电池管理系统，所述电池管理系统包括一个或多个处理器和存储器；

电池健康组件，所述电池健康组件由所述电池管理系统执行，以：

基于应用于关于电池单元的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压的数据拟合技术，确定对应于在最小充电状态和最大充电状态下的电池单元的全电池单元中的阳极化学计量界限，以及对应于在最小充电状态和最大充电状态下的电池单元的全电池单元中的阴极化学计量界限；

在休息持续时间之后测量在所述电池单元的多个充电状态下的全电池单元开路电压；

经由数据拟合技术和在所述多个充电状态下的全电池单元开路电压来识别全电池单元中的所述阳极化学计量界限的变化和全电池单元中的所述阴极化学计量界限的变化；

响应于全电池单元中的阳极化学计量界限的变化和全电池单元中的阴极化学计量界限的变化，确定电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量；

基于所述电池单元的所述总的可循环的锂离子、所述阳极活性材料的量和所述阴极活性材料的量，确定所述电池单元的初级容量衰减机制，所述初级容量衰减机制包括可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一种；

基于所述电池单元的所述初级容量衰减机制来生成电池健康指示符；

电池控制器组件，所述电池控制器组件由所述电池管理系统执行，以：

基于所述电池健康指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗；以及

提供用于执行的命令以管理来自所述电池单元的所述电力消耗。

2.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述电池管理系统基于所述初级容量衰减机制确定所述电池健康指示符，所述初级容量衰减机制是阴极活性材料的损失。

3.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述电池管理系统基于所述初级容量衰减机制选择所述命令，所述初级容量衰减机制是所述阳极活性材料的损失。

4.根据权利要求1所述的系统，包括：

电动车辆；

电池单元向电动车辆提供电力。

5.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统，以：

基于半电池单元中的阳极在第一充电状态下的半电池单元开路电压和半电池单元中的阳极在第二充电状态下的半电池单元开路电压来确定对应于电池单元的半电池单元中的阳极的化学计量界限；以及

基于所述半电池单元中的阴极在所述第一充电状态下的半电池单元开路电压和所述半电池单元中的阴极在所述第二充电状态下的半电池单元开路电压来确定对应于所述电池单元的所述半电池单元中的所述阴极的化学计量界限。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一充电状态是0%，并且所述第二充电状态是100%。

7.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统，以：

基于分割的电池单元测量与所述电池单元对应的半电池单元中的阳极的半电池单元开路电压；以及

基于所分割的电池单元测量对应于所述电池单元的半电池单元中的阴极的半电池单元开路电压。

8.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统，以：

以小于或等于C/50的阈值的速率对所述电池单元进行充电和放电，以检测所述电池单元的阳极的开路电压。

9.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统：

在多个时间间隔测量在预定数量的充电状态下的电池单元开路电压；

经由所述数据拟合技术并且基于在所述预定数量的充电状态下在所述多个时间间隔测量的电池单元开路电压，确定所述电池单元的更新的总的可循环的锂离子；以及

基于在所述预定数量的充电状态下在所述多个时间间隔测量的电池单元开路电压和所述电池单元的所述更新的总的可循环的锂离子，更新所述电池健康指示符。

10.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统，以：

确定所述电池单元的更新的开路电压；

确定所述电池单元的更新的总的可循环的锂离子；

确定不同于所述电池健康指示符的第二电池健康指示符；

基于所述第二电池健康指示符选择不同于所述命令的第二命令，所述第二命令经配置以停用所述电池单元。

11.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述电池管理系统确定在整个电池充电状态范围内不存在电池单元开路电压的情况下电池单元的总的可循环的锂离子。

12.根据权利要求1所述的系统，包括：

所述电池管理系统基于在电池充电状态范围上的电池单元开路电压的子集来确定所述电池单元的总的可循环的锂离子。

13.一种管理电池单元劣化的方法，包括：

通过包括一个或多个处理器和存储器的电池管理系统，基于拟合对应于电池单元的半电池单元开路电压和全电池单元开路电压，确定对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阳极化学计量界限，以及对应于处于最小充电状态和最大充电状态的电池单元的全电池单元中的阴极化学计量界限；

由所述电池管理系统检测在休息持续时间之后的所述电池单元的多个充电状态下的全电池单元开路电压；

由所述电池管理系统经由数据拟合技术和所述多个充电状态下的全电池单元开路电压来识别全电池单元中的所述阳极化学计量界限的变化和全电池单元中的所述阴极化学计量界限的变化；

由所述电池管理系统响应于全电池单元中的阳极化学计量界限的变化和全电池单元中的阴极化学计量界限的变化来确定所述电池单元的总的可循环的锂离子、阳极活性材料的量和阴极活性材料的量；

由所述电池管理系统基于所述电池单元的总的可循环的锂离子、所述阳极活性材料的量和所述阴极活性材料的量来确定所述电池单元的初级容量衰减机制，所述初级容量衰减机制包括可循环的锂离子的损失、阳极活性材料的损失或阴极活性材料的损失中的一种；

由所述电池管理系统基于所述电池单元的所述初级容量衰减机制来生成电池健康指示符；

由所述电池管理系统基于所述电池健康指示符选择命令以管理来自所述电池单元的电力消耗；以及

由所述电池管理系统提供用于执行的所述命令以管理来自所述电池单元的所述电力消耗。

14.根据权利要求13所述的方法，包括：

确定在整个电池单元充电状态范围内不存在电池单元开路电压的所述电池单元的所述总的可循环的锂离子。

15.根据权利要求13所述的方法，包括：

基于所述初级容量衰减机制确定所述电池健康指示符，所述初级容量衰减机制为可循环的锂离子的损失。

16.根据权利要求13所述的方法，包括：

基于作为阳极活性材料损失的初级容量衰减机制来选择命令。

17.根据权利要求13所述的方法，包括：

由所述电池单元向电动车辆提供电力。

18.根据权利要求13所述的方法，包括：

基于第一充电状态下的阳极的半电池单元开路电压和第二充电状态下的阳极的半电池单元开路电压来确定与电池单元对应的半电池单元中的阳极的化学计量界限；以及

基于所述阴极在所述第一充电状态下的半电池单元开路电压和所述阴极在所述第二充电状态下的半电池单元开路电压来确定对应于所述电池单元的半电池单元中的阴极的化学计量界限。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一充电状态是0%，并且所述第二充电状态是100%。

20.根据权利要求13所述的方法，包括：