CN111263894B - 电池诊断装置、电池管理系统、电池组及电池诊断方法 - Google Patents

电池诊断装置、电池管理系统、电池组及电池诊断方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一种电池诊断装置，包括：感测单元，其用于测量电池的电流和电压；以及处理器，其用于基于借助所述感测单元测得的电流来估计所述电池的充电状态；根据预定条件从借助所述感测单元测得的电压和所估计的充电状态彼此映射的充电状态‑电压数据中选择多个充电状态；基于所选择的所述多个充电状态的大小将预设充电状态区域划分为多个子区域；基于划分的所述多个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小计算所述多个子区域中的每个子区域的大小；根据所述多个子区域中的每个子区域的所计算的变化值诊断所述电池的活性材料表面面积、放电深度和充电深度中的一个或多个变化；并且基于诊断结果确定所述电池的模式是正常模式还是故障模式。

Description

电池诊断装置、电池管理系统、电池组及电池诊断方法
技术领域
本公开涉及一种电池诊断装置及方法，更具体地，涉及一种用于诊断电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化的电池诊断装置和方法。
背景技术
二次电池通过电化学氧化和还原反应产生电能，并且被广泛用于各种应用中。例如，二次电池的使用领域逐渐扩展到能够用人手携带的便携式装置，例如蜂窝电话、膝上型计算机、数字相机、摄像机、平板计算机或动力工具；各种电动工具，例如电动自行车、电动摩托车、电动车辆、混合动力电动车辆、电动船或电动飞机；用于存储产生的多余电力或可再生能源产生的电力的电力存储装置；用于稳定地向包括服务器计算机和用于通信的基站的各种信息通信装置供应电力的电源装置；等等。
二次电池包括三个基本部件，即，负极(阳极)，其含有在放电过程中放出电子时被氧化的物质；正极(阴极)，其含有在放电过程中接受电子时被还原的物质；以及电解质，其允许离子在负极与正极之间转移。该电池可分类为一次电池和二次电池，一次电池在放电后不可重复使用，二次电池由于电化学反应至少部分可逆而允许重复充电和放电。
本领域已知的二次电池的实施例包括铅酸电池、镍镉电池、镍锌电池、镍铁电池、氧化银电池、镍金属氢化物电池、锌锰氧化物电池、溴化锌电池、金属-空气电池、锂二次电池等。其中，与其它二次电池相比，锂二次电池由于其高能量密度、高电池电压和长寿命而引起了极大的商业关注。
同时，采用二次电池的电子装置通常具有通过使用二次电池的SOC(充电状态)来通知剩余使用量的功能。通常根据由二次电池的电压变化引起的关于SOC的变化模式的SOC-电压数据来获得二次电池的SOC。在此，二次电池的电压可以是二次电池的开路电压。
SOC-电压数据不仅取决于所应用的二次电池的类型和容量，而且即使指定了二次电池的类型或容量还取决于由于使用导致的退化。
更具体地，SOC-电压数据取决于二次电池的正极和负极中每一者的退化、容量设计和活性材料的类型。
在通过使用SOC-电压数据诊断二次电池的常规技术中，仅诊断二次电池的退化，并且无法诊断二次电池的活性材料面积、放电深度和充电深度。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供一种电池诊断装置及方法，用于基于根据电池状态计算出的预设SOC区域的区域大小的变化来诊断电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化。
从以下详细描述中可以理解本公开的这些和其它目的以及优点，并且根据本公开的示例性实施方式，本公开的这些和其它目的以及优点将变得更加显而易见。而且，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中示出的装置及其组合来实现。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池诊断装置，所述电池诊断装置包括：感测单元，所述感测单元配置成测量电池的电流和电压；以及处理器，所述处理器配置成基于由所述感测单元测得的电流来估计所述电池的SOC(充电状态)；根据预定条件从所述感测单元测得的电压和所估计的SOC彼此映射的SOC-电压数据中选择多个SOC；基于所选择的所述多个SOC的大小将预设SOC区域划分为多个子区域；基于划分的所述多个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小计算所述多个子区域中的每个子区域的区域变化值；根据所述多个子区域中的每个子区域的所计算的区域变化值诊断所述电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化；并且基于诊断结果确定所述电池的模式是正常模式还是故障模式。
所述处理器可以配置成从所述SOC-电压数据中获得SOC-电压曲线，提取所获得的所述SOC-电压曲线中的多个拐点，并且选择在根据所述预定条件从所提取的所述多个拐点中选择的一些拐点处的SOC。
所述处理器可以配置成在所选择的所述多个SOC中选择最小的SOC作为第一SOC，选择最大的SOC作为第二SOC，并基于所述预设SOC区域中的与所述第一SOC和所述第二SOC对应的点将所述预设SOC区域划分为第一子区域、第二子区域和第三子区域。
所述处理器可以配置成基于所述第二子区域的大小与所述预设基准区域的第二基准区域的大小之差计算第二区域变化值，并根据计算出的所述第二区域变化值诊断所述电池的活性材料面积的变化。
所述处理器可以配置成基于根据下面的等式计算的所述第二区域变化值诊断所述电池的活性材料面积的变化：
Figure GDA0002455553390000031
其中，Qvp-p是所述第二区域变化值，Qp-p是所述第二子区域的大小，并且Qrp-p是所述第二基准区域的大小。
所述处理器可以配置成根据预设的预定活性材料面积变化范围中的对应于计算出的所述第二区域变化值的区域，诊断所述电池的活性材料面积的变化，并且当诊断出所述活性材料面积发生变化时，确定所述电池的模式为故障模式。
所述处理器可以配置成基于所述第一子区域的大小、所述预设基准区域的第一基准区域的大小和所计算的所述第二区域变化值计算第一区域变化值，并且根据所计算的所述第一区域变化值诊断所述电池的放电深度的变化。
所述处理器可以配置成基于根据下面的等式计算的所述第一区域变化值来诊断所述电池的放电深度的变化：
Figure GDA0002455553390000032
其中，Qveod是所述第一区域变化值，Qeod是所述第一子区域的大小，Qreod是所述第一基准区域的大小，并且Qvp-p是所述第二区域变化值。
所述处理器可以配置成根据预设的预定放电深度变化范围中的对应于计算出的所述第一区域变化值的区域，诊断所述电池的放电深度的变化，并且当诊断出所述放电深度发生变化时确定所述电池的模式为故障模式。
所述处理器可以配置成基于所述第三子区域的大小、所述预设基准区域的第三基准区域的大小和所计算的所述第二区域变化值计算第三区域变化值，并且根据所计算的所述第三区域变化值诊断所述电池的充电深度的变化。
所述处理器可以配置成基于根据下面的等式计算出的所述第三区域变化值来诊断所述电池的充电深度的变化：
Figure GDA0002455553390000041
其中，Qveoc是所述第三区域变化值，Qeoc是所述第三子区域的大小，Qreoc是所述第三基准区域的大小，并且Qvp-p是所述第二区域变化值。
所述处理器可以配置成根据预设的预定充电深度变化范围中的对应于计算出的所述第三区域变化值的区域，诊断所述电池的充电深度的变化，并且当诊断出所述充电深度发生变化时确定所述电池的模式为故障模式。
根据本公开的另一实施方式的一种电池管理系统可以包括根据本公开的实施方式的电池诊断装置。
根据本公开的另一实施方式的一种电池组可以包括根据本公开的实施方式的电池诊断装置。
根据本公开的另一实施方式的一种电池诊断方法可以包括：SOC估计步骤，所述SOC估计步骤测量电池的电流和电压并基于测得的电流来估计所述电池的SOC；SOC选择步骤，所述SOC选择步骤根据预定条件从测得的电压和估计的所述SOC彼此映射的SOC-电压数据中选择多个SOC；子区域划分步骤，所述子区域划分步骤基于所选择的所述多个SOC的大小将预设SOC区域划分为多个子区域；区域变化值计算步骤，所述区域变化值计算步骤基于划分的所述多个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小计算所述多个子区域中的每个子区域的区域变化值；诊断步骤，所述诊断步骤根据所述多个子区域中的每个子区域的所计算的区域变化值诊断所述电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化；以及模式确定步骤，所述模式确定步骤基于所述诊断步骤的诊断结果确定所述电池的模式是否是故障模式。
有益效果
根据本公开，可以基于电池的SOC和电压来确定SOC区域的变化，并且可以借助确定的区域变化来诊断电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化。
另外，根据本公开，因为诊断了电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化，所以能够确定电池的模式是否包括在电池的正常模式或故障模式中。
即，根据本公开，可以具体地诊断每个电池的退化的原因，并且可以将电池的模式分类为正常模式或故障模式。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式，并且附图与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施方式的电池诊断装置的图。
图2是示出电池的根据电池的SOC的电压的曲线。
图3和图4是电池的根据平滑之前和之后的SOC的电压差曲线。
图5是用于示出根据本公开的处理器选择第一SOC和第二SOC并计算第一子区域的大小、第二子区域的大小和第三子区域的大小的过程的图。
图6是用于示出根据本公开的另一实施方式的处理器诊断电池的过程的实施例的图。
图7是用于示出根据本公开的另一实施方式的处理器诊断电池的过程的另一实施例的图。
图8是用于示意性地示出根据本公开的又一实施方式的电池诊断方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限制于一般含义和词典含义，而是基于允许发明人为最佳解释适当定义术语的原则在本公开的技术方面相对应的含义和概念的基础上进行解释。
因此，本文中提出的描述仅是出于说明目的的优选实施例，而无意于限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以作出关于本文中的描述的其它等同例和变型例。
另外，在描述本公开时，当认为相关的已知元件或功能的详细描述使本公开的关键主题不明确时，本文中省略该详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”之类的序数的术语可以用于在各种元件中将一个元件与另一个元件区分开，但是并不旨在借助术语来限制这些元件。
在整个说明书中，当一部分被称为“包含”或“包括”任何元件时，意味着该部分可以进一步包括其它元件，而不排除其它元件，除非另有明确说明。此外，说明书中描述的术语“处理器”是指处理至少一个功能或操作的单元，并且可以由硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。
另外，在整个说明书中，当一个部分被称为“连接”至另一部分时，不限于它们“直接连接”的情况，而是还包括它们之间插设有另一元件的“间接连接”的情况。
图1是示出根据本公开的实施方式的电池诊断装置的图，图2是示出电池的根据电池的SOC的电压的曲线，图3和图4是电池的根据平滑之前和之后的SOC的电压差曲线，并且图5是用于示出根据本公开的处理器选择第一SOC和第二SOC并计算第一子区域的大小、第二子区域的大小和第三子区域的大小的过程的图。
首先，参考图1，根据本公开的实施方式的电池诊断装置100可以包括在具有电池B的电池组1中，并且可以连接至电池B以诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化。例如，电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度可以是电池B的电极的活性材料面积、放电深度和充电深度。
同时，根据本公开的实施方式的电池诊断装置100可以包括在设置在电池组1中的电池管理系统(BMS)中。
电池诊断装置100可以包括感测单元110、存储单元120、处理器130和通知单元140。
电池B是最小单元电池，其活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化被诊断，并且电池B包括串联和/或并联电连接的多个单元电池。当然，电池B仅包括一个单元电池的情况也属于本公开的范围中。
单元电池不限于特定类型，并且包括可以重复充电的任何电池类型。例如，单元电池可以是袋型锂聚合物电池。
电池B可以经由外部端子电联接至各种类型的外部装置。外部装置可以是例如电动车辆、混合动力电动车辆、诸如无人机的飞行物体、电网中包括的大容量能量存储系统(ESS)或移动装置。在这种情况下，电池B可以包括安装在外部装置中的模块化电池组中包括的一些或全部单元电池。
电池B的外部端子可以选择性地联接至充电装置。可以通过安装电池B的外部装置的控制将充电装置选择性地联接至电池B。
感测单元110可操作地联接至处理器130。即，感测单元110可以连接至处理器130以将电信号发送到处理器130或从处理器130接收电信号。
感测单元110可以以预定间隔重复地测量施加在电池B的正极与负极之间的电压以及流入或流出电池B的电流，并且将指示测得的电压和电流的测量信号提供给处理器130。
感测单元110包括配置成测量电池B的电流的电流传感器。而且，感测单元110还可以包括配置成测量电池B的电压的电压传感器。尽管图1中未示出，电流传感器可以连接至感测电阻器的两端，该感测电阻器借助电路连接至电池B。即，电流传感器可以测量感测电阻器的两端之间的电势差，并且基于测得的电势差和感测电阻器的电阻值来测量电池B的电流。
当处理器130从感测单元110接收到测量信号时，处理器130可以通过信号处理确定电池的电压和电流中的每一者的数字值，并将该数字值存储在存储单元120中。
存储单元120是半导体存储装置，其记录、擦除和更新由处理器130生成的数据，并且存储准备用于诊断电池B的活性材料面积、放电深度和放电深度中的至少一者的变化的多个程序代码。另外，存储单元120可以存储实施本公开使用的各种预定参数的预设值。
存储单元120可以不受特别限制，只要它是本领域中已知的能够记录、擦除和更新数据的半导体存储元件即可。例如，存储单元120可以是DRAM、SDRAM、闪存、ROM、EEPROM、寄存器等。另外，存储单元120可以进一步包括存储介质，该存储介质存储定义处理器130的控制逻辑的程序代码。该存储介质包括诸如闪存或硬盘之类的非易失性存储元件。存储单元120可以在物理上与处理器130分离，或者可以与处理器130集成在一起。
处理器130可以控制电池B的电流，以便将预设充电电流值的电流输入到电池B以对电池B充电，并基于输入至电池B的电流来估计电池B的SOC(充电状态)。
此时，可以使用下面的等式1来计算预设充电电流值。
[等式1]
IC＝a×Cn
这里，Ic可以是预设充电电流值，α可以是等于或小于1的常数，并且Cn可以是电池的额定电流。
因此，处理器130可以通过接收具有等于或小于额定电流的充电电流值的电流来估计被充电的电池B的SOC。
这里，电池B的SOC可以是电池B的充电容量与总容量之比。
处理器130可以通过使用对输入至电池B的电流的电流值进行积分的电流积分方法来估计电池B的SOC。即，处理器130可以基于由感测单元110测得的电流来估计电池的SOC。
即使已经描述了处理器130通过使用电流积分方法来估计电池B的SOC，但是该估计方法不限于此，只要能够估计输入有预设充电电流值的电流的电池B的SOC即可。
同时，处理器130可以通过电池B的电压与电池B的估计SOC映射来生成电池B的SOC-电压数据。即，处理器130可以通过以下方式生成电池B的SOC-电压数据：将感测单元120测得的电压与电池B的估计SOC相互映射。
这里，电池B的电压可以是电池B的开路电压。
如图2中所示，可以使用电池B的根据电池B的SOC的电压曲线来表达电池B的SOC-电压数据。
此时，存储单元120可以以至少一种形式的近似函数来存储电池B的SOC-电压数据，该近似函数根据电池B的SOC和其中电池B的电压与电池B的每个SOC映射的查找表将电池B的SOC-电压数据近似于电池B的电压曲线。
处理器130可以根据预定条件从SOC-电压数据中选择多个SOC。具体地，处理器130可以在SOC-电压数据中选择多个拐点，并且选择与多个所选择的拐点中的每个拐点相对应的SOC。
例如，在图2的实施方式中，处理器130可以在基于电池B的SOC-电压数据表示的SOC-电压曲线中选择多个拐点。具体地，参考图4，处理器130可以选择点a1至a7作为拐点。
例如，处理器130可以在根据SOC的微小变化电池B的电压变化先增大然后减小的点处作为拐点检测SOC和电池B的电压。而且，处理器130可以在根据SOC的微小变化电池B的电压变化先减小然后增大的点处作为拐点检测电池B的SOC和电压。即，处理器130可以检测其中与电池B的SOC-电压数据相对应的近似函数的二阶导数系数为“0”的SOC，并且检测电池B的与作为拐点的SOC相对应的电压。
为此，如图3中所示，处理器130可以通过对与电池B的SOC-电压数据相对应的近似函数进行微分来计算一阶导数。
此后，如图4中所示，处理器130可以通过平滑与电池B的SOC-电压数据相对应的近似函数的一阶导数来去除噪声分量。
此时，处理器130可以通过使用噪声滤波器来平滑与电池B的SOC-电压数据相对应的近似函数的一阶导数。
以此方式，处理器130可以防止由噪声分量引起的对拐点的错误检测，从而提高了拐点检测的准确性。
随后，处理器130可以通过对平滑过的近似函数的一阶导数进行微分来计算二阶导数，并且检测其中计算出的二阶导数的函数值为“0”的SOC以及电池B的与作为拐点的SOC相对应的电压。
例如，如图4中所示，处理器130可以检测七个拐点a1至a7。这里，与七个拐点a1至a7相对应的SOC(X轴值)可以分别是“7.2％”、“13.6％”、“19.1％”、“21.2％”、“35.3％”、“56.8％”和“60.0％”。
处理器130可以基于多个所选择的SOC的大小将预设的SOC区域划分为多个子区域。具体地，处理器130可以在多个所选择的SOC中选择最小的第一SOC和最大的第二SOC。处理器130可以基于与在预设SOC区域中选择的第一SOC和第二SOC相对应的点将预设SOC区域划分为多个子区域。
例如，处理器130可以将预设SOC区域中的最小值和第一SOC之间的区域划分为第一子区域，将第一SOC和第二SOC之间的区域划分为第二子区域，并且将第二SOC和最大值之间的区域划分为第三子区域。
在此，预设SOC区域的范围可以被限制在从由处理器130估计的SOC的最小值到最大值的区域中。例如，如图2中所示，预设SOC区域的范围可以被限制为“0％”至“100％”。因此，SOC区域的最小值可以是“0％”，并且SOC区域的最大值可以是“100％”。
例如，如图5中所示，处理器130可以在与检测到的七个拐点a1至a7对应的SOC“7.2％”、“13.6％”、“19.1％”、“21.2％”、“35.3％”、“56.8％”和“60.0％”中选择最小的SOC“7.2％”作为第一SOC(Q1)，并选择最大的SOC“60.0％”作为第二SOC(Q2)。
此后，处理器130可以将“0％”至“7.2％”的区域划分为第一子区域，将“7.2％”至“60.0％”的区域划分为第二子区域，并且将“60.0％”到“100％”的区域划分为第三子区域。另外，处理器130可以将SOC区域的最小值“0％”与第一SOC(Q1)“7.2％”之间的差值“7.2％”计算为第一子区域的大小(Qeod)。而且，处理器130可以将第一SOC(Q1)“7.2％”和第二SOC(Q2)“60.0％”之间的差值52.8％计算为第二子区域的大小(Qp-p)。另外，处理器130可以将第二SOC(Q2)“60.0％”与SOC区域的最大值“100％”之间的差值40.0％计算为第三子区域的大小(Qeoc)。
处理器130可以基于第一子区域至第三子区域的大小以及预设基准区域的大小来计算每个子区域的区域变化值。
具体地，处理器130可以通过使用第二子区域的大小以及第二基准区域的大小来计算第二区域变化值。而且，处理器130可以通过使用第一子区域的大小、第一基准区域的大小以及第二区域变化值来计算第一区域变化值。另外，处理器130可以使用第三子区域的大小、第三基准区域的大小以及第二区域变化值来计算第三区域变化值。
处理器130可以使用下面的等式2来计算第二区域变化值。
[等式2]
Figure GDA0002455553390000101
在此，Qvp-p是第二区域变化值，Qrp-p是第二基准区域的大小，并且Qp-p是第二子区域的大小。
例如，根据等式2，处理器130可以计算“-15.12％”作为第二区域变化值(Qvp-p)。
另外，处理器130可以通过使用第一子区域的大小、第一基准区域的大小以及第二区域变化值来计算第一区域变化值。具体地，处理器130可以使用下面的等式3来计算第一区域变化值。
[等式3]
Figure GDA0002455553390000102
在此，Qveod是第一区域变化值，Qreod是第一基准区域的大小，Qeod是第一子区域的大小，并且Qvp-p是第二区域变化值。
例如，假设第一基准区域的大小(Qreod)为“14％”，第一子区域的大小(Qeod)为“14.5％”，并且第二区域变化值(Qvp-p))为“-15.12％”。首先，处理器130可以通过使用等式3来计算第一子区域的大小和第一基准区域的大小之间的差与第一基准区域的大小之比。即，处理器130可以从“(14.5％-14％)/14％×100”的计算结果计算出“3.57％”。另外，处理器130可以基于计算结果与第二区域变化值之间的差来计算第一区域变化值。处理器130可以从“3.57％-(-15.12％)”的计算结果计算出第一区域变化值(Qveod)“18.69％”。
另外，处理器130可以通过使用第三基准区域的大小、第三子区域的大小以及第二区域变化值来计算第三区域变化值。具体地，处理器103可以使用下面的等式4来计算第三区域变化值。
[等式4]
Figure GDA0002455553390000111
在此，Qveoc是第三区域变化值，Qreoc是第三基准区域的大小，Qeoc是第三子区域的大小，并且Qvp-p是第二区域变化值。
例如，假设第三基准区域的大小(Qreoc)为“43％”，第三子区域的大小(Qeoc)为“39％”，并且第二区域变化值(Qvp-p)为“-15.12％”。首先，处理器130可以通过使用等式4来计算第三子区域的大小和第三基准区域的大小之间的差与第三基准区域的大小之比。即，处理器130可以从“(39％-43％)/43％×100”的计算结果计算出“-9.3％”。另外，处理器130可以基于计算结果与第二区域变化值之间的差来计算第三区域变化值。处理器130可以从“-9.3％-(-15.12％)”的计算结果计算出第三区域变化值“5.82％”。
之后，处理器130可以根据所计算的多个子区域中的每个子区域的变化值来诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中至少一者的变化。
处理器130可以在预设的预定放电深度变化范围内根据与计算出的第一区域变化值相对应的区域来诊断电池B的放电深度的变化。另外，处理器130可以在预设的预定活性材料面积变化范围内根据与计算出的第二区域变化值相对应的区域来诊断电池B的活性材料面积的变化。另外，处理器130可以根据在预设的预定充电深度变化范围内与计算出的第三区域变化值相对应的区域来诊断电池B的充电深度的变化。
例如，所有预设的预定放电深度变化范围、活性材料面积变化范围和充电深度变化范围都可以被分类为“小于-10％”的范围、“大于等于-10％且小于等于10％”的范围、“大于10％”的范围。另外，在所有预设的预定放电深度变化范围、活性材料面积变化范围和充电深度变化范围中，可以将“小于-10％”的区域诊断为减小为低于BOL(寿命开始)状态的区域，可以将“大于等于-10％且小于等于10％”的区域诊断为与BOL状态相同的区域，而可以将“大于10％”的区域诊断为增大为超过BOL状态的区域。
例如，假设如在先前的实施方式中那样：第一区域变化值被计算为“18.69％”，第二区域变化值被计算为“-15.12％”，并且第三区域变化值被计算为“5.82％”。在这种情况下，因为第一区域变化值“18.69％”落入预设的预定放电深度变化范围中的“大于10％”的范围内，所以处理器130可以诊断出电池B的放电深度增加。而且，因为第二区域变化值“-15.12％”属于预设的预定活性材料面积变化范围中的“小于-10％”的范围，所以处理器130可以诊断出电池B的活性材料面积减小。另外，因为第三区域变化值“5.82％”属于预设的预定充电深度变化范围中的“大于等于-10％且小于等于10％”的范围，所以处理器130可以诊断出电池B的充电深度与处于BOL状态的电池B的充电深度相同。
处理器130可以配置成诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化，然后基于诊断结果确定电池B的模式是正常模式还是故障模式。
如果确定电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的任何一者与BOL状态相比变化了，则处理器130可以确定电池的模式为故障模式。具体地，如果电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的任何一者不属于“大于等于-10％且小于等于10％”的区域，则处理器130可以确定电池的模式为故障模式。
例如，假设如在先前的实施方式中那样：第一区域变化值被计算为“18.69％”，第二区域变化值被计算为“-15.12％”，并且第三区域变化值被计算为“5.82％”。在这种情况下，处理器130可以诊断出电池B的放电深度增大，活性材料面积的变化减小并且充电深度与BOL状态相同。另外，因为电池B的活性材料面积的变化减小并且放电深度增大，所以处理器130可以确定电池的模式为故障模式。即，如果确定与电池B的退化相关的活性材料面积的变化、放电深度的变化和充电深度的变化中的任何一者与BOL状态相比增大或减小，则处理器130可以确定电池B的模式为故障模式。
处理器130可以确定电池B的模式，然后将电池B的模式设定为所确定的模式。例如，如果电池B的模式被确定为故障模式，则处理器130可以将电池B的模式设定为故障模式。相反，如果电池B的模式被确定为正常模式，则处理器130可以将电池B的模式设定为正常模式。
因此，根据本公开的实施方式的电池诊断装置可以正确地诊断电池退化的原因，并根据退化的原因将电池的模式确定为正常模式和故障模式中的任何一种。另外，如果确定活性材料面积的变化、放电深度的变化和充电深度的变化中的任何一者与BOL状态相比增大或减小，则电池诊断装置可以确定电池模式是故障模式，并且防止可能由于电池退化而引起的诸如过放电和过充电之类的意外问题。
下文中，将参考图6和图7更详细地描述处理器130诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化的过程的实施例。
图6是用于示出根据本公开的另一实施方式的处理器130诊断电池的过程的实施例的图。在此，应当注意，在图6中的轴线(SOC)的上侧绘出了第一子区域的大小(Qeod)、第二子区域的大小(Qp-p)以及第三子区域的大小(Qeoc)，并且在轴线(SOC)的下侧绘出了在BOL状态下的电池B的SOC的大小。
如图6中所示，假设根据由于电池B的退化引起的SOC-电压数据，SOC区域的最小值为“0％”，并且最大值减小至“90％”。此外，如果假设电池B的第一SOC(Q1)和第二SOC(Q2)分别为“14.5％”和“51％”，则处理器130可以计算出第一子区域的大小(Qeod)为“14.5％”，第二子区域的大小(Qp-p)为“36.5％”并且第三子区域的大小(Qeoc)分“39％”。此时，如果第一基准区域的大小(Qreod)、第二基准区域的大小(Qrp-p)和第三基准区域的大小(Qreoc)分别为“14％”、“43％”和“43％”，则处理器130可以将第一区域变化值、第二区域变化值和第三区域变化值分别计算为“18.69％”、“-15.12％”和“5.82％”。
例如，处理器130可以通过使用等式2运算“(36.5％-43％)÷43％×100”将第二区域变化值计算为“-15.12％”。此外，处理器130可以通过使用等式3运算“{(14.5％-14％)÷14％×100}-(-15.12％)”将第一区域变化值计算为“18.69％”。此外，处理器130可以通过使用等式4运算“{(39％-43％)÷43％×100}-(-15.12％)”将第三区域变化值计算为“5.82％”。
处理器130可以根据“18.69％”的第一区域变化值所属的预设的预定放电深度变化范围的区域来诊断电池B的放电深度的变化。预设的预定放电深度变化范围可以包括第一基准变化率范围、第二基准变化率范围和第三基准变化率范围。在此，第一基准变化率范围可以是“小于-10％”的区域，第二基准变化率范围可以是“大于等于-10％且小于等于10％”的区域，并且第三基准变化率范围可以是“大于10％”的区域。
处理器130可以确定“18.69％”的第一区域变化值落入“大于10％”的第三基准变化率范围内，并诊断出电池B的放电深度增大。
处理器130可以根据“-15.12％”的第二区域变化值所属的预设的预定活性材料面积变化范围的区域来诊断电池B的活性材料面积的变化。预设的预定活性材料面积变化范围可以包括第四基准变化率范围、第五基准变化率范围和第六基准变化率范围。这里，第四基准变化率范围可以是“小于-10％”的范围，第五基准变化率范围可以是“大于等于-10％且小于等于10％”的范围，并且第六基准变化率范围可以是“大于10％”的范围。
处理器130可以确定“-15.12％”的第二区域变化值包括在“小于-10％”的第四基准变化率范围中，并且诊断出电池B的活性材料面积减小。
处理器130可以根据“5.82％”的第三区域变化值所属的预设的预定充电深度变化范围的区域来诊断电池B的充电深度的变化。预设的预定充电深度变化范围可以包括第七基准变化率范围、第八基准变化率范围和第九基准变化率范围。这里，第七基准变化率范围可以是“小于-10％”的区域，第八基准变化率范围可以是“大于等于-10％且小于等于10％”的区域，并且第九基准变化率范围可以是“大于10％”的区域。
处理器130可以确定“5.82％”的第三区域变化值包括在“大于等于-10％且小于等于10％”的第八基准变化率范围中，并且诊断出电池B的充电深度与BOL状态下电池B的充电深度相同。换句话说，处理器130可以诊断电池B的充电深度与在BOL状态下的电池B的充电深度相同。即，处理器130可以诊断出电池B的充电深度没有从BOL状态下的电池B的充电深度改变。
即使处理器130诊断出电池B的充电深度没有从BOL状态下的充电深度改变，但是因为诊断出放电深度增大并且活性材料面积减小，所以处理器130可以确定电池B的模式是故障模式。即，因为诊断出放电深度和活性材料面积改变，所以处理器130可以将电池B的模式确定为故障模式。
换句话说，根据本公开的实施方式的电池诊断装置可以诊断出内部因素随着电池B退化的变化，并且根据诊断结果将电池状态确定为正常模式或者故障模式。因此，根据确定的模式操作电池B，以预先防止诸如过充电和过放电之类的意外问题。
下文中，将描述处理器130诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化的过程的另一实施例。
图7是用于示出根据本公开的另一实施方式的处理器130诊断电池的过程的另一实施例的图。在此，应当注意，在图7中的轴线(SOC)的上侧绘出了第一子区域的大小(Qeod)、第二子区域的大小(Qp-p)以及第三子区域的大小(Qeoc)，并且在轴线(SOC)的下侧绘出了在BOL状态下的电池B的SOC的大小。
如图7中所示，根据所测得的电池B的SOC-电压数据假设SOC区域的最小值为“0％”，并且最大值减小到“90％”，并且电池B的第一SOC(Q1)和第二SOC(Q2)分别被选择为“14％”和“56％”。处理器130可以分别将第一子区域的大小(Qeod)、第二子区域的大小(Qp-p)和第三子区域的大小(Qeoc)计算为“14％”、“42％”和“34％”。
如果第一基准区域的大小(Qreod)、第二基准区域的大小(Qrp-p)和第三基准区域的大小(Qreoc)分别为“14％”、“43％”和“43％”，则处理器130可以将第一区域变化值、第二区域变化值和第三区域变化值分别计算为“2.33％”、“-2.33％”和“-18.60％”。
例如，处理器130可以通过使用等式2运算“(42％-43％)÷43％×100”将第二区域变化值计算为“-2.33％”。此外，处理器130可以通过使用等式3运算“{(14％-14％)÷14％×100}-(-2.33％)”将第一区域变化值计算为“2.33％”。此外，处理器130可以通过使用等式4运算“{(34％-43％)÷43％×100}-(-2.33％)”将第三区域变化值计算为“-18.60％”。
处理器130可以根据“2.33％”的第一区域变化值所属的预设的预定放电深度变化范围的区域来诊断电池B的放电深度的变化。处理器130可以确定“2.33％”的第一区域变化值落入“大于等于-10％且小于等于10％”的第二基准变化率范围内，并诊断出电池B的放电深度与在BOL状态下的电池B的放电深度相同。
处理器130可以根据“-2.33％”的第二区域变化值所属的预设的预定活性材料面积变化范围的区域来诊断电池B的活性材料面积的变化。处理器130可以确定“-2.33％”的第二区域变化值包括在“大于等于-10％且小于等于10％”的第五基准变化率范围中，并且诊断出电池B的活性材料面积与在BOL状态下的电池B的活性材料面积相同。
处理器130可以根据“-18.60％”的第三区域变化值所属的预设的预定充电深度变化范围的区域来诊断电池B的充电深度的变化。处理器130可以确定“-18.60％”的第三区域变化值包括在“小于-10％”的第七基准变化率范围中，并且诊断出电池B的充电深度相比BOL状态下电池B的充电深度减小。
即使处理器130诊断出电池B的放电深度和活性材料面积没有变化，但是因为诊断出充电深度减小，所以处理器130可以确定电池B的模式是故障模式。
根据本公开的构造，能够通过电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度的变化来准确地诊断电池B的SOC区域的最大值减小的原因。
处理器130可以通过通信终端(COM)向外部装置发送指示诊断结果的消息。
处理器130可以选择性地包括专用集成电路(ASIC)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和数据处理装置。可以组合处理器130可执行的各种控制逻辑中的至少一者，并且将组合的控制逻辑写入计算机可读代码系统中并记录在计算机可读记录介质上。记录介质没有限制，只要其可以被计算机中包括的处理器130访问即可。作为一个实施例，记录介质包括选自由ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录装置组成的组中的至少一种。另外，代码系统可以被调制成载波信号并且在特定时间存储在通信载波中，并且可以以分布式的方式存储在经由网络连接的计算机上并在这些计算机上执行。此外，在本公开所属的技术领域中，程序员可以容易地推断出用于实施组合的控制逻辑的功能程序、代码和段。
通知单元140可以接收由处理器130获得的诊断结果并将其输出到外部。更具体地，通知单元140可以包括以下至少之一：用于通过使用符号、数字和代码中的至少一者来显示诊断结果的显示单元；以及用于利用声音输出诊断结果的扬声器单元。
同时，根据本公开的电池管理系统可以包括上述的电池诊断装置100。这样，能够诊断由电池管理系统管理的电池的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化。
图8是用于示意性地示出根据本公开的又一实施方式的电池诊断方法的流程图。下文中，参考图8描述根据本公开的实施方式的电池诊断方法。
电池诊断方法可以包括作为由电池诊断装置进行的操作的SOC估计步骤S100、SOC选择步骤S200、子区域划分步骤S300、区域变化值计算步骤S400、诊断步骤S500和确定步骤S600。
SOC估计步骤S100是测量电池B的电流和电压并基于所测量的电流估计电池B的SOC的步骤。基于感测单元120测得的电池B的电流，处理器130可以估计电池B的SOC。
首先，感测单元120可以测量电池B的电压和电流，并且将测得的电压值和测得的电流值发送至处理器130。处理器130可以从感测单元120接收电压值和电流值，并且根据接收到的电流值估计电池B的SOC。
SOC选择步骤S200是根据预定条件从测得的电压和估计SOC相互映射的SOC-电压数据中选择多个SOC的步骤。即，选择SOC步骤S200是在电池B的估计SOC中选择满足预定条件的多个SOC的步骤，并且可以由处理器130进行。
处理器130可以获得从感测单元120接收的电压值与估计的SOC彼此映射的SOC-电压数据，并且从所获得的SOC-电压数据中提取多个拐点。之后，处理器130可以在多个所提取的拐点中选择满足预定条件的多个拐点的SOC。
例如，处理器130可以在多个所提取的拐点中选择具有最小SOC的第一拐点和具有最大SOC的第二拐点。另外，处理器130可以选择第一拐点的第一SOC和第二拐点的第二SOC。
子区域划分步骤S300是基于多个所选择的SOC的大小将预设SOC区域划分为多个子区域的步骤。即，子区域划分步骤S300是基于所选择的第一SOC和所选择的第二SOC将预设SOC区域划分为多个子区域的步骤，并且可以由处理器130进行。
处理器130可以将预设SOC区域划分为第一子区域、第二子区域和第三子区域。例如，处理器130可以将从最小值的预设SOC区域到第一SOC的区域划分为第一子区域，将从第一SOC到第二SOC的区域划分为第二子区域，并将从第二SOC到最大值的预设SOC区域的区域划分成第三子区域。
此时，预设SOC区域的最小值和最大值可能会根据电池B的退化程度而变化。
区域变化值计算步骤S400是基于多个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小来计算多个子区域中的每个子区域的区域变化值的步骤，并且可以由处理器130进行。
处理器130可以计算多个划分的子区域中的每一者的大小。例如，假设预设SOC区域的最小值为“0％”，最大值为“90％”，第一SOC为“14％”，并且第二SOC为“56％”。处理器130可以将第一子区域的大小计算为“14％”，将第二子区域的大小计算为“42％”，并且将第三子区域的大小计算为“34％”。
之后，处理器130可以基于预设基准区域的大小和计算出的每个子区域的大小来计算每个子区域的区域变化值。此时，处理器130可以通过使用等式2来计算第二子区域的第二区域变化值，通过使用等式3来计算第一子区域的第一区域变化值，并且通过使用等式4来计算第三子区域的第三区域变化值。
诊断步骤S500是根据多个子区域中的每个子区域的所计算的区域变化值来诊断电池B的活性材料面积、放电深度和充电深度中的至少一者的变化的步骤。诊断步骤S500可以由处理器130进行。
处理器130可以将计算出的第一区域变化值、计算出的第二区域变化值和计算出的第三区域变化值分别与预设范围进行比较，并且根据比较结果诊断电池B的放电深度、活性材料面积和充电深度的变化。
具体地，处理器130可以根据计算出的第一区域变化值属于预设的放电深度变化范围的区域来诊断电池B的放电深度的变化。另外，处理器130可以根据计算出的第二区域变化值属于预设的活性材料面积变化范围的区域来诊断电池B的活性材料面积的变化。另外，处理器130可以根据计算出的第三区域变化值属于预设的充电深度变化范围的区域来诊断电池B的充电深度的变化。
确定步骤S600是基于诊断结果将电池B的模式确定为正常模式或故障模式的步骤，并且可以由处理器130进行。
如果诊断出电池B的放电深度、活性材料面积和充电深度中的至少一者改变，则处理器130可以确定电池B的模式为故障模式。具体地，如果诊断出电池B的放电深度、活性材料面积和充电深度中的至少一者与BOL状态相比增大或减少，则处理器130可以确定电池B的模式为故障模式。即，如果电池B的放电深度、活性材料面积和充电深度的诊断结果与如下至少一种情况对应，则处理器130可以确定电池B的模式为故障模式，所述情况为：电池B的放电深度相比BOL状态下电池B的放电深度增大或减小的情况；电池B的活性材料面积相比BOL状态下电池B的活性材料面积增大或减少的情况；以及电池B的充电深度相比BOL状态下电池B的充电深度增大或减小的情况。
例如，随着电池B的退化，可能发生诸如锂电镀和鼓胀现象以及过度放电和过度充电之类的各种问题。因此，如果诊断出与BOL状态下的电池B放电深度、活性材料面积变化和充电深度相比，电池B的放电深度、活性材料面积变化和充电深度中的任何一者增大或减小，则处理器130确定电池B的模式为故障模式，从而预先防止电池B可能发生的意外问题。
上述本公开的实施方式不必由设备和方法来实施，而是也可以通过用于实现与本公开的构造相对应的功能的程序或在记录有该程序的记录介质来实施。根据以上对实施方式的描述，本领域技术人员可以容易地实施。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细说明和具体实施例虽然指示了本公开的优选实施方式，但是仅以说明的方式给出，因为根据本详细描述，本公开的范围内的各种改变和变型对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
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描述的本公开进行许多替换、变型和改变，并且本公开不限于上述实施方式和附图，并且每个实施方式均可以部分或全部选择性地组合以允许各种变型。
本申请要求2018年4月10日在大韩民国提交的韩国专利申请10-2018-0041690的优先权，其公开内容通过引用合并于此。
附图标记
1：电池组
B：电池
100：电池诊断装置
110：感测单元
120：存储单元
130：处理器
140：通知单元

Claims (14)

1.一种电池诊断装置，该电池诊断装置包括：
感测单元，所述感测单元配置成测量电池的电流和电压；以及
处理器，所述处理器配置成基于由所述感测单元测得的电流来估计所述电池的充电状态；根据预定条件从所述感测单元测得的电压和所估计的充电状态彼此映射的充电状态-开路电压数据中选择多个充电状态；基于所选择的所述多个充电状态的大小将预设充电状态区域划分为三个子区域；基于划分的所述三个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小计算所述三个子区域中的每个子区域的区域变化值；根据所述三个子区域所计算的区域变化值分别与各自的寿命开始状态的比较来诊断所述电池的活性材料面积、放电深度和充电深度的变化；并且基于诊断结果确定所述电池的模式是正常模式还是故障模式，
其中，所述处理器配置成从所述充电状态-开路电压数据中获得充电状态-开路电压曲线，提取所获得的所述充电状态-开路电压曲线中的多个拐点，并且选择在根据所述预定条件从所提取的所述多个拐点中选择的一些拐点处的充电状态。
2.根据权利要求1所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成在所选择的所述多个充电状态中选择最小的充电状态作为第一充电状态，选择最大的充电状态作为第二充电状态，并基于所述预设充电状态区域中的与所述第一充电状态和所述第二充电状态对应的点将所述预设充电状态区域划分为第一子区域、第二子区域和第三子区域。
3.根据权利要求2所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于所述第二子区域的大小与所述预设基准区域的第二基准区域的大小之差计算第二区域变化值，并根据计算出的所述第二区域变化值诊断所述电池的活性材料面积的变化。
4.根据权利要求3所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于根据下面的等式计算的所述第二区域变化值诊断所述电池的活性材料面积的变化：
Figure FDA0003516346340000011
其中，Qvp-p是所述第二区域变化值，Qp-p是所述第二子区域的大小，并且Qrp-p是所述第二基准区域的大小。
5.根据权利要求3所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成根据预设的预定活性材料面积变化范围中的对应于计算出的所述第二区域变化值的区域，诊断所述电池的活性材料面积的变化，并且当诊断出所述活性材料面积发生变化时，确定所述电池的模式为故障模式。
6.根据权利要求3所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于所述第一子区域的大小、所述预设基准区域的第一基准区域的大小和所计算的所述第二区域变化值计算第一区域变化值，并且根据所计算的所述第一区域变化值诊断所述电池的放电深度的变化。
7.根据权利要求6所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于根据下面的等式计算的所述第一区域变化值来诊断所述电池的放电深度的变化：
Figure FDA0003516346340000021
其中Qveod是所述第一区域变化值，Qeod是所述第一子区域的大小，Qreod是所述第一基准区域的大小，并且Qvp-p是所述第二区域变化值。
8.根据权利要求6所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成根据预设的预定放电深度变化范围中的对应于计算出的所述第一区域变化值的区域，诊断所述电池的放电深度的变化，并且当诊断出所述放电深度发生变化时确定所述电池的模式为故障模式。
9.根据权利要求3所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于所述第三子区域的大小、所述预设基准区域的第三基准区域的大小和所计算的所述第二区域变化值计算第三区域变化值，并且根据所计算的所述第三区域变化值诊断所述电池的充电深度的变化。
10.根据权利要求9所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成基于根据下面的等式计算出的所述第三区域变化值来诊断所述电池的充电深度的变化：
Figure FDA0003516346340000022
其中Qveoc是所述第三区域变化值，Qeoc是所述第三子区域的大小，Qreoc是所述第三基准区域的大小，并且Qvp-p是所述第二区域变化值。
11.根据权利要求9所述的电池诊断装置，
其中，所述处理器配置成根据预设的预定充电深度变化范围中的对应于计算出的所述第三区域变化值的区域，诊断所述电池的充电深度的变化，并且当诊断出所述充电深度发生变化时确定所述电池的模式为故障模式。
12.一种电池管理系统，所述电池管理系统包括根据权利要求1至11中的任一项所述的电池诊断装置。
13.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1至11中任一项所述的电池诊断装置。
14.一种电池诊断方法，该电池诊断方法包括：
充电状态估计步骤，所述充电状态估计步骤测量电池的电流和电压并基于测得的电流来估计所述电池的充电状态；
充电状态选择步骤，所述充电状态选择步骤根据预定条件从测得的电压和估计的所述充电状态彼此映射的充电状态-开路电压数据中选择多个充电状态；
子区域划分步骤，所述子区域划分步骤基于所选择的所述多个充电状态的大小将预设充电状态区域划分为三个子区域；
区域变化值计算步骤，所述区域变化值计算步骤基于划分的所述三个子区域中的每个子区域的大小和预设基准区域的大小计算所述三个子区域中的每个子区域的区域变化值；
诊断步骤，所述诊断步骤根据所述三个子区域的所计算的区域变化值分别与各自的寿命开始状态的比较来诊断所述电池的活性材料面积、放电深度和充电深度的变化；以及
模式确定步骤，所述模式确定步骤基于所述诊断步骤的诊断结果确定所述电池的模式是否是故障模式，
其中，从所述充电状态-开路电压数据中获得充电状态-开路电压曲线，提取所获得的所述充电状态-开路电压曲线中的多个拐点，并且选择在根据所述预定条件从所提取的所述多个拐点中选择的一些拐点处的充电状态。
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