CN112639499A - 用于确定电池的差分电压曲线的装置和方法以及包括该装置的电池组 - Google Patents
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Abstract
用于确定电池的差分电压曲线的装置包括：恒定电流单元；感测单元，其输出指示在每个单位时间处的电池的电压和电流的感测信号；以及控制单元，其基于感测信号确定指示在每个单位时间处的电池的电压和剩余容量的控制历史。当剩余容量在第一感兴趣范围之外时，控制单元基于剩余容量向恒定电流单元输出第一请求消息，并且当剩余容量在第一感兴趣范围之内时，控制单元向恒定电流单元输出第二请求消息。恒定电流单元响应于第一请求消息以第一电流速率的恒定电流对电池进行放电，并且响应于第二请求消息以第二电流速率的恒定电流对电池进行放电。当剩余容量达到阈值时，控制单元确定差分电压曲线。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于确定电池的差分电压曲线的技术。
本申请要求于2019年4月22日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0046840的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
最近，对诸如笔记本计算机、摄像机和移动电话的便携式电子产品的需求已经急剧增大，并且随着电动车辆、储能蓄电池、机器人和卫星的广泛发展，对可重复地再充电的电池进行了许多研究。
目前，市售电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且在它们中，锂电池几乎没有或没有记忆效应，并且因为它们只要方便就可以进行再充电、自放电率很低并且能量密度高的优点，它们比镍基电池受到更多关注。
存在多种用于电池的健康状态(SOH)诊断的技术。例如，专利文献公开了使用差分电压分析或“DVA”从电池的差分电压曲线(也被称为“Q-dV/dQ”曲线或“Q-dV/dSOC”曲线)获取与电池的SOH相关联的信息。Q-dV/dQ曲线可以被表示为具有Q轴和dV/dQ轴的图。在此，Q代表电池的剩余容量，V代表电池的电压，dQ代表Q的变化，dV代表V的变化，且dV/dQ代表dV与dQ的比率。例如，可以基于出现在Q-dV/dQ曲线上的特征点的位置或特征点的距离来估计电池的SOH。
由于电池的电压V对电池的内阻或温度敏感，因此通过以高电流速率的恒定电流对电池进行充电或放电而获得的Q-dV/dQ曲线不适合用于电池的精确SOH确定。因此，为了确定Q-dV/dQ曲线，通常以低电流速率(例如0.05C)的恒定电流对电池进行充电或放电。
但是，使用低电流速率确定电池的Q-dV/dQ曲线会花费很长时间。例如，以0.05C的恒定电流对完全充电的电池进行完全放电大约需要20个小时。
(专利文献)日本专利公开No.2009-252381(2009年10月29日出版)
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决上述问题，并且因此本公开旨在提供一种通过基于电池的剩余容量(充电状态)是否在感兴趣范围内来调整用于电池的充电或放电的恒定电流的电流速率来减少确定电池的差分电压曲线(Q-dV/dQ)所需的时间的装置、方法和电池组。
本公开的这些和其他目的和优点可以通过以下描述来理解，并且根据本公开的实施例将变得显而易见。另外，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阐述的装置及其组合来实现。
技术方案
根据本公开的一方面的装置用于确定电池的差分电压曲线。该装置包括：恒定电流单元，其被配置为控制电池的电流；感测单元，其被配置为输出指示在每个单位时间处的电池的电压和电流的感测信号；以及控制单元，其可操作地耦合到该感测单元。控制单元被配置为基于感测信号，确定指示在每个单位时间处的电池的电压和剩余容量的控制历史。控制单元被配置为当剩余容量在第一感兴趣范围之外时，基于剩余容量选择性地向恒定电流单元输出第一请求消息。控制单元被配置为当剩余容量在第一感兴趣范围之内时，向恒定电流单元输出第二请求消息。恒定电流单元被配置为响应于第一请求消息，以第一电流速率的恒定电流对电池进行放电。恒定电流单元被配置为响应于第二请求消息，以低于第一电流速率的第二电流速率的恒定电流对电池进行放电。控制单元被配置为：当剩余容量达到阈值时，基于控制历史确定差分电压曲线。
控制单元可以被配置为：当剩余容量在第一感兴趣范围的下限与第二感兴趣范围的上限之间时，向恒定电流单元输出第三请求消息。恒定电流单元可以被配置为：响应于第三请求消息以高于第二电流速率的第三电流速率的恒定电流对电池进行放电。
控制单元可以被配置为：当剩余容量在第二感兴趣范围之内时，向恒定电流单元输出第四请求消息。恒定电流单元可以被配置为：响应于第四请求消息以低于第三电流速率的第四电流速率的恒定电流对电池进行放电。
第四电流速率可以等于或低于第二电流速率。
阈值可以等于或低于第二感兴趣范围的下限。
控制单元可以被配置为：使用电池的最大容量作为索引，从第一数据表中确定与电池的最大容量相关联的第一感兴趣范围，在第一数据表中记录最大容量和感兴趣范围之间的相关性。
控制单元可以被配置为：使用电池的最大容量作为索引，从第二数据表中确定与电池的最大容量相关联的第一电流速率和第二电流速率，在第二数据表中记录最大容量与电流速率之间的相关性。
控制单元可以被配置为：当剩余容量高于第一感兴趣范围的上限时，向恒定电流单元输出第一请求消息。
控制单元可以被配置为：当剩余容量低于第二感兴趣范围的上限时，向恒定电流单元输出第四请求消息。
根据本公开的另一方面的电池组包括该装置。
根据本公开的另一方面的方法是用于使用该装置确定差分电压曲线。该方法包括：由控制单元确定指示每个单位时间处的电池的电压和剩余容量的控制历史，当剩余容量在第一感兴趣范围之外时，由控制单元基于剩余容量选择性地向恒定电流单元输出第一请求消息，第一请求消息诱导恒定电流单元以第一电流速率的恒定电流对电池进行放电，当剩余容量在第一感兴趣范围之内时，由控制单元输出第二请求消息，第二请求消息诱导恒定电流单元以低于第一电流速率的第二电流速率的恒定电流对电池进行放电，以及当剩余容量达到阈值时，由控制单元基于控制历史确定差分电压曲线。
有益效果
根据本公开的实施例中的至少一个，可以通过基于电池的剩余容量(或充电状态)是否在感兴趣范围内来调整用于电池的充电或放电的恒定电流的电流速率，来减少确定电池的差分电压曲线(Q-dV/dQ)所需的时间。
此外，通过基于电池的最大容量来变化感兴趣范围，可以有效地追踪电池的差分电压曲线上的随着电池劣化而位置变化的(一个或多个)关键特征点。
此外，通过基于电池的最大容量来变化用于对在感兴趣的范围之内或之外的电池的充电或放电的恒定电流的电流速率，可以减少在电池的差分电压曲线上的(一个或多个)关键特征点的强度或位置的失真现象。
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这些和其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例，并且与下面描述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此本公开不应被理解为限于附图。
图1是说明根据本公开的实施例的电池组的配置的图。
图2是说明寿命开始处的电池的剩余容量-电压曲线和劣化电池的剩余容量-电压曲线的图。
图3是说明使用图1的装置来确定电池的差分电压曲线的方法的流程图。
图4是在描述图3的方法时参考的图。
图5是说明使用图1的装置来确定电池的差分电压曲线的另一方法的流程图。
图6是在描述图5的方法时参考的图。
图7是说明根据比较例1的差分电压曲线的图。
图8是说明根据比较例2的差分电压曲线的图。
图9是说明通过图5的方法获得的差分电压曲线的图。
图10是说明使用图1的装置来确定电池的差分电压曲线的又一方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语或单词不应被解释为限于一般含义和词典含义，而是在允许发明人适当地限定术语以获得最佳解释的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
因此，本文描述的实施例和附图中示出的图示仅是本公开的最优选示例，而不旨在完全地描述本公开的技术方面，因此应当理解，可以在本申请被提交对其做出各种其他等同替换和修改。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可用于区分各种元件当中的一个元件与另一元件，但不旨在通过术语限制元件。
除非上下文另外明确指出，否则将理解，在本说明书中使用时术语“包括”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，本文所使用的术语“控制单元”指至少一个功能或操作的处理单元，并且可以通过硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解，当元件被称为“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到另一元件，或者可以存在中间元件。
图1是说明根据本公开的实施例的电池组的配置的图，并且图2是说明寿命开始(BOL)处的电池的Q-V曲线和劣化电池的Q-V曲线的图。
参照图1，电池组10被设置为被安装在电气系统1(例如，电动车辆)中，并且包括电池B、开关SW和装置100。装置100可以被实现为电池管理系统(BMS)。
电池B的正端子和负端子电连接至装置100。电池B可以是诸如锂离子电池的可再充电电池。
开关SW电连接到用于电池B的充电和放电的电流路径。开关SW可以是通过线圈的磁力来接通或关断的机械继电器，或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体开关。在开关SW被接通的同时，电池B可以被充电和放电。在开关SW被关断的同时，电池B的充电和放电停止。可以响应于第一控制信号(例如高电平电压)来接通开关SW。可以响应于第二控制信号(例如低电平电压)关断开关SW。
设置装置100以确定电池B的健康状态(SOH)。装置100包括感测单元110、恒定电流单元120、控制单元130和存储单元140。装置100还可以包括接口单元150。装置100还可以包括开关驱动器200。
感测单元110包括电压传感器111和电流传感器112。电压传感器111电连接到电池B的正端子和负端子。电压传感器111被配置为在电池B的充电或放电期间在每个预定单位时间(例如1ms)处周期性地测量跨电池B的电压。电流传感器112被安装在用于电池B的充电和放电的电流路径上。电流传感器112被配置为在电池B的充电或放电期间在每个单位时间处周期性地测量流过电池B的电流。感测单元110被配置为将指示通过电压传感器111和电流传感器11测量的在每个单位时间处的电池B的电压和电流的感测信息输出到控制单元130。
恒定电流单元120电连接到用于电池B的充电和放电的电流路径。恒定电流单元120被配置为响应于来自控制单元130的命令控制用于电池B的充电或放电的恒定电流的电流速率。恒定电流单元120可以通过选择性地使用至少两个电流速率来对电池B进行充电或放电。为此，恒定电流单元120可以包括至少两个恒定电流电路，该至少两个恒定电流电路被配置为以不同的电流速率对电池B进行充电或放电。
控制单元130可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器和用于执行其他功能的电气单元中的至少一种在硬件中实现。
控制单元130可操作地耦合到恒定电流单元120和感测单元110。控制单元130被配置为基于来自感测单元110的感测信息来确定控制历史。控制历史包括指示在每个单位时间处的电池B的电压和剩余容量的数据。控制历史可以进一步包括指示每个单位时间处的电池B的电压变化和剩余容量变化的数据。电池B的剩余容量指存储在电池B中的电荷量，并且可以通过在每个单位时间处累积电池B的电流来确定。电池B的剩余容量可以用充电状态(SOC)代替。电池B的SOC指示电池的剩余容量与电池B的最大容量的比率，并且通常被表达为0～1或0～100％。可以通过控制单元130将每个单位时间的控制历史记录在存储单元140中。
控制单元130可以基于每个单位时间处的控制历史来确定每个单位时间处的电压变化dV与剩余容量变化dQ的比率dV/dQ。
当预定事件中的至少一个发生时，控制单元130可以命令开关驱动器200接通开关SW。在其他情况下，控制单元130可以命令开关驱动器200关断开关SW。
存储单元140可操作地耦合到控制单元130。存储单元140也可以可操作地耦合到感测单元110。存储单元140可以被配置为存储来自感测单元110的每个单位时间处的感测信息。存储单元140可以存储控制单元130进行计算操作所需的数据和程序。存储单元140可以存储指示控制单元130进行计算操作的结果(例如控制历史)的数据。
存储单元140可以包括例如闪存类型、硬盘类型、固态盘(SSD)类型、硅盘驱动器(SDD)类型、多媒体卡微型类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和可编程只读存储器(PROM)中的至少一种类型的储存介质。
开关驱动器200被电耦合到装置100和开关SW。开关驱动器200被配置为响应于来自装备100的命令将第一控制信号或第二控制信号选择性地输出到开关SW。第二控制信号的输出可以是第一控制信号的输出的停止。
参照图2中，存在两个不同的剩余容量-电压曲线201、202。该剩余容量-电压曲线可以被称为“Q-V曲线”。Q-V曲线201指示当电池B处于BOL时电池B的剩余容量Q与电压V之间的关系。Q-V曲线202指示劣化电池B的剩余容量Q和电压V之间的关系。控制单元130可以基于每个单位时间处的控制历史来确定Q-V曲线202。Q-V曲线201可以被存储在存储单元140中。
在预定充电终止电压Vmax处，Q-V曲线202的剩余容量Qk小于Q-V曲线201的最大容量QBOL。剩余容量QBOL指示电池B是新的时在BOL处的电池B的最大容量。剩余容量Qk指示电池B劣化的特定时间的电池B的最大容量。这揭示了以下事实：随着电池B劣化，剩余容量Qk逐渐减少，并且剩余容量QBOL和剩余容量Qk之间的差增大。
在特定剩余容量Qx处，Q-V曲线201的电压V1低于Q-V曲线202的电压V2。也就是说，在相同的充电条件(或相同的放电条件)下，随着电池B劣化，电池B的电压迅速变化。
接口单元150被配置为支持控制单元130与电气系统1的上级控制器2(例如，电子控制单元(ECU))之间的有线或无线通信。有线通信可以是例如控制器局域网(CAN)通信，且无线通信可以是例如Zigbee或蓝牙通信。通信协议不限于特定类型，并且可以包括支持控制单元130和上级控制器2之间的有线或无线通信的任何类型的通信协议。接口单元150可以包括诸如显示器或扬声器的输出设备，来以用户可识别的形式提供由控制单元130执行的关于电池B的SOH的处理结果。接口单元150可以包括诸如鼠标和键盘的输入设备以从用户接收数据输入。
控制单元130可以使用以下等式1确定电池B的最大容量Qk。
<等式1>
在等式1中，SOC1代表在时间t1处的电池B的SOC，SOC2代表在时间t2处的电池B的SOC，ΔSOC代表时间t1与时间t2之间的SOC的变化，it代表指示在时间t1与时间t2之间的时间t处由电流传感器112检测的电流的电流值，ΔC代表在时间t1与时间t2之间的时间段内的累积电流值，并且Qk代表在时间t2处的电池B的最大容量。关于等式1，当ΔSOC太小时，Qk与实际最大容量之间可能有很大的差异。因此，控制单元130可以被配置为仅当ΔSOC等于或高于预定值(例如0.5)时才使用等式1确定电池B的最大容量Qk。当ΔSOC低于预定值(例如0.5)时，控制单元130可以将最新估计的最大容量用作当前最大容量(或容量保持率)。
控制单元130可以基于最大容量QBOL和最大容量Qk之间的差来确定电池B的劣化率。电池B的劣化率指示电池B的最大容量Qk从最大容量QBOL减少了多少。控制单元130可以使用以下等式2确定电池B的劣化率。
<等式2>
在等式2中，QBOL代表在BOL处的最大容量(被称为“设计容量”)，Qk代表在特定时间处的电池B的最大容量，并且Dk代表在特定时间处的电池B的劣化率。例如，当QBOL为50Ah且Qk为45Ah时，Dk为10％。
在下文中，将详细描述用于确定电池B的差分电压曲线的方法。在此使用的术语“感兴趣范围”是剩余容量范围(或SOC范围)，在该范围内，在电池B的差分电压曲线上出现的所有特征点当中清楚地观察到与电池B的SOH相关联的(一个或多个)关键特征点。可以通过针对与电池B具有相同电学和化学特性而制造的(一个或多个)其他电池的实验，来获取与每个感兴趣范围相关联的数据，并存储在存储单元140中。
图3是说明使用图1的装置100来确定电池B的差分电压曲线的方法的流程图，并且图4是在描述图3的方法时参考的图。图3的方法可以在控制单元130进入曲线确定模式时开始，并且可以在每个单位时间重复，直到电池B的剩余容量达到预定阈值为止。当电池B被完全充电时，控制单元130可以进入曲线确定模式。当正在执行图3的方法时，控制单元130可以将开关SW保持在接通状态。
参照图3，在步骤S300中，控制单元130基于感测信号确定指示电池B的电压V和剩余容量Q的控制历史。
在步骤S310中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第一数据表中确定与最大容量Qk相关联的感兴趣范围。第一数据表记录最大容量和感兴趣范围之间的相关性。随着电池B劣化，电池B的差分电压曲线上的(一个或多个)关键特征点的位置逐渐变化。通过步骤S310，可以通过根据与电池B的劣化率相对应的最大容量Qk变化感兴趣范围的上限和下限中的至少一个，来有效地跟踪电池B的差分电压曲线上的(一个或多个)关键特征点的位置的变化。例如，随着最大容量Qk减少，通过步骤S310确定的感兴趣范围的上限和下限中的至少一个可以减少。
可替代地，可以预设感兴趣范围，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以省略步骤S310。例如，感兴趣范围的上限和下限可以分别是SOC 60％时的剩余容量和SOC 5％时的剩余容量。
在步骤S320中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第二数据表中确定与最大容量Qk相关联的至少第一电流速率和第二电流速率。控制单元130可以进一步从存储在存储单元140中的第二数据表中确定与最大容量Qk相关联的第三电流速率。第二数据表记录最大容量与第一至第三电流速率之间的相关性。随着电池B劣化，即使流过电池B的电流的小的变化也可能极大地变化电池B的电压。原因之一是电池B的内阻增大。通过步骤S320，可以通过根据与电池B的劣化率相对应的最大容量Qk来变化将被用于确定电池B的差分电压曲线的恒定电流的电流速率，来防止电池B的差分电压曲线的(一个或多个)关键特征点的位置(即，特征点的剩余容量Q)和强度(即，特征点的差分电压值dV/dQ)的失真现象。例如，随着最大容量Qk减少，在步骤S320中确定的第一至第三电流速率中的至少一个可以减少。
可替代地，可以预设第一至第三电流速率，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以从图3的方法中省略步骤S320。
此后，假定在步骤S320中确定第一电流速率至第三电流速率或对其进行预设。第一电流速率和第三电流速率可以高于第二电流速率，并且第三电流速率可以等于或低于第一电流速率。
在步骤S330中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或高于感兴趣范围的上限QU。当步骤S330的值为“是”时，执行步骤S340。当步骤S330的值为“否”时，执行步骤S350。
在步骤S340中，控制单元130向恒定电流单元120输出第一请求消息。第一请求消息用于诱导恒定电流单元120以第一电流速率I1(例如0.2～1C)的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第一请求消息以第一电流速率I1的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S350中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或低于感兴趣范围的下限QL。当步骤S350的值为“否”时，执行步骤S360。当步骤S350的值为“是”时，执行步骤S370。
在步骤S360中，控制单元130向恒定电流单元120输出第二请求消息。第二请求消息用于诱导恒定电流单元120以低于第一电流速率I1的第二电流速率I2(例如0.05C)的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第二请求消息以第二电流速率I2的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S370中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否达到预定阈值QTH1。阈值QTH1可以等于或低于感兴趣范围的下限QL。当步骤S370的值为“否”时，执行步骤S380。当步骤S370的值为“是”时，执行步骤S390。
在步骤S380中，控制单元130向恒定电流单元120输出第三请求消息。第三请求消息用于诱导恒定电流单元120以高于第二电流速率I2的第三电流速率I3的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第三请求消息以第三电流速率I3的恒定电流对电池B进行放电。当阈值QTH1等于感兴趣范围的下限QL时，可以省略步骤S370和S380。
在步骤S390中，控制单元130基于在曲线确定模式期间在每个单位时间处记录在存储单元140中的控制历史来确定差分电压曲线。本领域技术人员将容易理解，在步骤S390中确定的差分电压曲线将包括指示电池B的当前SOH的信息。
图5是说明使用图1的装置来确定电池B的差分电压曲线的另一方法的流程图，并且图6是在描述图5的方法时参考的图。当控制单元130进入曲线确定模式时，图5的方法可以开始，并且可以在每个单位时间重复，直到电池B的剩余容量Q达到预定阈值为止。当电池B被完全充电时，控制单元130可以进入曲线确定模式。当正在执行图5的方法时，控制单元130可以将开关SW保持在接通状态。图5的方法使用两个感兴趣范围，并且这是图5的方法和使用单个感兴趣范围的图3的方法之间的区别。
参照图5，在步骤S500中，控制单元130基于感测信号确定指示电池B的电压V和剩余容量Q的控制历史。
在步骤S510中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第一数据表中确定与最大容量Qk相对应的第一和第二感兴趣范围。第一数据表记录最大容量与第一和第二感兴趣范围之间的相关性。例如，随着最大容量Qk减少，在步骤S510中确定的第一感兴趣范围和第二感兴趣范围中的至少一个的上限和下限中的至少一个可以减少。
可替代地，可以预设第一感兴趣范围和第二感兴趣范围，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以省略步骤S510。
第一感兴趣范围和第二感兴趣范围不重叠。例如，第一感兴趣范围的上限QU1和下限QL1可以分别是SOC 60％时的剩余容量和SOC 40％时的剩余容量，并且第二感兴趣范围的上限QU2和下限QL2可以分别是SOC 20％时的剩余容量和SOC 5％时的剩余容量。
在步骤S520中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第二数据表中确定与最大容量Qk相关联的第一至第四电流速率。第二数据表可以记录最大容量和第一至第四电流速率之间的相关性。例如，随着最大容量Qk减少，在步骤S520中确定的第一至第四电流速率中的至少一个可以减少。
可替代地，可以预设第一至第四电流速率，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以省略步骤S520。
在下文中，假定在步骤S520中确定或预设第一至第四电流速率。第一和第三电流速率高于第二和第四电流速率。第三电流速率可以等于或低于第一电流速率，并且第四电流速率可以等于或低于第二电流速率。
在步骤S530中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或高于第一感兴趣范围的上限QU1。步骤S530的值为“是”指示电池B的剩余容量Q在第一感兴趣范围之外。当步骤S530的值为“是”时，执行步骤S540。当步骤S530的值为“否”时，执行步骤S550。
在步骤S540中，控制单元130向恒定电流单元120输出第一请求消息。第一请求消息用于诱导恒定电流单元120以第一电流速率I11(例如0.2～1C)的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第一请求消息以第一电流速率I11的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S550中，对电池B的剩余容量Q是否等于或低于第一感兴趣范围的下限QL1进行确定。步骤S550的值为“否”指示电池B的剩余容量Q在第一感兴趣范围内。当步骤S550的值为“否”时，执行步骤S560。当步骤S550的值为“是”时，执行步骤S570。
在步骤S560中，控制单元130向恒定电流单元120输出第二请求消息。第二请求消息用于诱导恒定电流单元120以低于第一电流速率I11的第二电流速率I12(例如0.05C)的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第二请求消息以第二电流速率I12的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S570中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或高于第二感兴趣范围的上限QU2。步骤S570的值为“是”指示电池B的剩余容量Q在第一感兴趣范围的下限与第二感兴趣范围的上限之间。当步骤S570的值为“是”时，执行步骤S580。当步骤S570的值为“否”时，执行步骤S590。
在步骤S580中，控制单元130向恒定电流单元120输出第三请求消息。第三请求消息用于诱导恒定电流单元120以高于第二电流速率I12的第三电流速率I13的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第三请求消息以第三电流速率I13的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S590中，对电池B的剩余容量Q是否达到阈值QTH2进行确定。阈值QTH2可以等于或低于第二感兴趣范围的下限QL2。步骤S590的值为“否”可以指示电池B的剩余容量Q在第二感兴趣范围内。当步骤S590的值为“否”时，执行步骤S592。当步骤S590的值为“是”时，执行步骤S594。
在步骤S592中，控制单元130向恒定电流单元120输出第四请求消息。第四请求消息用于诱导恒定电流单元120以低于第三电流速率I13的第四电流速率I14的恒定电流对电池B进行放电。恒定电流单元120响应于第四请求消息以第四电流速率I14的恒定电流对电池B进行放电。
在步骤S594中，当控制单元130处于曲线确定模式时，控制单元130基于在每个单位时间的记录在存储单元140中的控制历史来确定差分电压曲线。本领域技术人员将容易理解，在步骤S594中确定的差分电压曲线将包括指示电池B的当前SOH的信息。
同时，假设第二感兴趣范围的下限QL2高于阈值QTH2。当电池B的剩余容量Q在下限QL2与阈值QTH2之间时，可以代替步骤S592而执行步骤S540、S560或S580。
图7是说明根据比较例1的差分电压曲线的图，图8是说明根据比较例2的差分电压曲线的图，并且图9是说明通过图5的方法获得的差分电压曲线的图。
参照图7至图9，通过实验(耗时约20小时)确定根据比较例1(常规技术)的差分电压曲线700，其中使用包括石墨作为负极材料的负极制造的半电池以0.05C的恒定电流被放电。
通过实验(耗时约10小时)确定根据比较例2的差分电压曲线800，其中半电池以0.1C的恒定电流被放电。
通过实验(耗时约9小时48分钟)确定根据图5的方法的差分电压曲线900，其中半电池在第一感兴趣范围和第二感兴趣范围之内以0.05C的恒定电流被放电，并在第一感兴趣范围和第二感兴趣范围之外以高于0.05C的0.33C的恒定电流被放电。第一感兴趣范围是2.88～4.32mAh(对应于SOC 40～60％)，第二感兴趣范围是0～1.44mAh(对应于SOC 0～20％)。为了方便起见，差分电压曲线900仅示出了在第一感兴趣范围和第二感兴趣范围内的dV/dQ的变化。
结果，关于第一感兴趣范围和第二感兴趣范围，发现差分电压曲线900的关键特征点901、902和差分电压曲线700的关键特征点701、702具有非常相似的位置和强度。相反，发现差分电压曲线900的关键特征点901、902与差分电压曲线800的关键特征点801、802之间的位置(即，剩余容量Q)和强度(即，差分电压值dV/dQ)存在较大的差异。
图10是说明使用图1的装置来确定电池的差分电压曲线的又一方法的流程图。当控制单元130进入曲线确定模式时，图10的方法可以开始，并且可以在每个单位时间重复，直到电池B的剩余容量Q达到预定阈值为止。与图3和图5的方法相反，当电池B被完全放电时，控制单元130可以进入曲线确定模式。当正在执行图10的方法时，控制单元130可以将开关SW保持在接通状态。图10的方法使用两个感兴趣范围，并且这是图10的方法和使用单个感兴趣范围的图3的方法之间的区别。
参照图10，在步骤S1000中，控制单元130基于感测信号确定指示电池B的电压V和剩余容量Q的控制历史。
在步骤S1010中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第一数据表中确定与最大容量Qk相关联的第一感兴趣范围和第二感兴趣范围。第一数据表记录最大容量与第一感兴趣范围和第二感兴趣范围之间的相关性。
可替代地，可以预设第一感兴趣范围和第二感兴趣范围，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以省略步骤S1010。
第一感兴趣范围和第二感兴趣范围不重叠。例如，与图5至图9相关联的实施例相反，在根据图10的实施例中，第一感兴趣范围的下限和上限可以分别是SOC 0％时的剩余容量和SOC 20％时的剩余容量，并且第二感兴趣范围的下限和上限可以分别是SOC 40％时的剩余容量和SOC 60％时的剩余容量。
在步骤S1020中，控制单元130使用电池B的最大容量Qk作为索引，从存储在存储单元140中的第二数据表中确定与最大容量Qk相关联的第一至第四电流速率。第二数据表可以记录最大容量和第一至第四电流速率之间的相关性。可替代地，可以预设第一至第四电流速率，而与最大容量Qk无关。在这种情况下，可以省略步骤S1020。
在下文中，假定在步骤S1020中确定或预设第一至第四电流速率。第一和第三电流速率高于第二和第四电流速率。第三电流速率可以等于或低于第一电流速率，并且第四电流速率可以等于或低于第二电流速率。
在步骤S1030中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或低于第一感兴趣范围的下限。当步骤S1030的值为“是”时，执行步骤S1040。当步骤S1030的值为“否”时，执行步骤S1050。
在步骤S1040中，控制单元130向恒定电流单元120输出第一请求消息。第一请求消息用于诱导恒定电流单元120以第一电流速率(例如0.2～1C)的恒定电流对电池B进行充电。恒定电流单元120响应于第一请求消息以第一电流速率的恒定电流对电池B进行充电。
在步骤S1050中，对电池B的剩余容量Q是否等于或高于第一感兴趣范围的上限进行确定。当步骤S1050的值为“否”时，执行步骤S1060。当步骤S1050的值为“是”时，执行步骤S1070。
在步骤S1060中，控制单元130向恒定电流单元120输出第二请求消息。第二请求消息用于诱导恒定电流单元120以低于第一电流速率的第二电流速率(例如0.05C)的恒定电流对电池B进行充电。恒定电流单元120响应于第二请求消息以第二电流速率的恒定电流对电池B进行充电。
在步骤S1070中，控制单元130确定电池B的剩余容量Q是否等于或低于第二感兴趣范围的下限。当步骤S1070的值为“是”时，执行S1080。当步骤S1070的值为“否”时，执行步骤S1090。
在步骤S1080中，控制单元130向恒定电流单元120输出第三请求消息。第三请求消息用于诱导恒定电流单元120以高于第二电流速率的第三电流速率的恒定电流对电池B进行充电。恒定电流单元120响应于第三请求消息以第三电流速率的恒定电流对电池B进行充电。
在步骤S1090中，对电池B的剩余容量Q是否达到阈值进行确定。阈值可以等于或高于第二感兴趣范围的上限。当步骤S1090的值为“否”时，执行步骤S1092。当步骤S1090的值为“是”时，执行步骤S1094。
在步骤S1092中，控制单元130向恒定电流单元120输出第四请求消息。第四请求消息用于诱导恒定电流单元120以低于第三电流速率的第四电流速率的恒定电流对电池B进行充电。恒定电流单元120响应于第四请求消息以第四电流速率的恒定电流对电池B进行充电。
在步骤S1094中，当控制单元130处于曲线确定模式时，控制单元130基于在每个单位时间的记录在存储单元140中的控制历史来确定差分电压曲线。本领域技术人员将容易理解，在步骤S1094中确定的差分电压曲线将包括指示电池B的当前SOH的信息。
同时，假设第二感兴趣范围的上限低于阈值。当电池B的剩余容量Q在第二感兴趣范围的上限和阈值之间时，可以代替S1092而执行步骤S1040、S1060或S1080。
以上描述的本公开的实施例不仅仅通过装置和方法来实现，并且可以通过执行与本公开的实施例的配置相对应的功能的程序或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中容易地实现这种实施方式。
虽然以上已经针对有限数量的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修改和改变。
另外，由于本领域技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下对上述本公开做出许多替换、修改和改变，因此本公开不限于上述实施例和附图，并且一些或全部实施例可以被选择性地组合以允许各种修改。
Claims (11)
1.一种用于确定电池的差分电压曲线的装置，包括：
恒定电流单元，所述恒定电流单元被配置为控制所述电池的电流；
感测单元，所述感测单元被配置为输出指示在每个单位时间处的所述电池的电压和电流的感测信号；以及
控制单元，所述控制单元可操作地耦合到所述感测单元，
其中，所述控制单元被配置为：
基于所述感测信号，确定指示在每个单位时间处的所述电池的所述电压和剩余容量的控制历史，
当所述剩余容量在第一感兴趣范围之外时，基于所述剩余容量选择性地向所述恒定电流单元输出第一请求消息，以及
当所述剩余容量在所述第一感兴趣范围之内时，向所述恒定电流单元输出第二请求消息，
所述恒定电流单元被配置为：
响应于所述第一请求消息，以第一电流速率的恒定电流对所述电池进行放电，以及
响应于所述第二请求消息，以低于所述第一电流速率的第二电流速率的恒定电流对所述电池进行放电，以及
所述控制单元被配置为：当所述剩余容量达到阈值时，基于所述控制历史确定所述差分电压曲线。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：当所述剩余容量在所述第一感兴趣范围的下限与所述第二感兴趣范围的上限之间时，向所述恒定电流单元输出第三请求消息，以及
所述恒定电流单元被配置为：响应于所述第三请求消息，以高于所述第二电流速率的第三电流速率的恒定电流对所述电池进行放电。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：当所述剩余容量在所述第二感兴趣范围之内时，向所述恒定电流单元输出第四请求消息，以及
所述恒定电流单元被配置为：响应于所述第四请求消息，以低于所述第三电流速率的第四电流速率的恒定电流对所述电池进行放电。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第四电流速率等于或低于所述第二电流速率。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述阈值等于或低于所述第二感兴趣范围的下限。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：使用所述电池的最大容量作为索引，从第一数据表中确定与所述电池的所述最大容量相关联的所述第一感兴趣范围，在所述第一数据表中记录所述最大容量和感兴趣范围之间的相关性。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：使用所述电池的最大容量作为索引，从第二数据表中确定与所述电池的所述最大容量相关联的所述第一电流速率和所述第二电流速率，在所述第二数据表中记录所述最大容量与电流速率之间的相关性。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：当所述剩余容量高于所述第一感兴趣范围的上限时，向所述恒定电流单元输出所述第一请求消息。
9.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制单元被配置为：当所述剩余容量低于所述第二感兴趣范围的上限时，向所述恒定电流单元输出所述第四请求消息。
10.一种包括根据权利要求1至9中任一项所述的装置的电池组。
11.一种使用根据权利要求1所述的装置来确定差分电压曲线的方法，所述方法包括：
由所述控制单元确定指示每个单位时间处的所述电池的电压和剩余容量的控制历史；
当所述剩余容量在第一感兴趣范围之外时，由所述控制单元基于所述剩余容量选择性地向所述恒定电流单元输出第一请求消息，所述第一请求消息诱导所述恒定电流单元以第一电流速率的恒定电流对所述电池进行放电；
当所述剩余容量在所述第一感兴趣范围之内时，由所述控制单元输出第二请求消息，所述第二请求消息诱导所述恒定电流单元以低于所述第一电流速率的第二电流速率的恒定电流对所述电池进行放电；以及
当所述剩余容量达到阈值时，由所述控制单元基于所述控制历史确定所述差分电压曲线。
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