CN113597562A - 用于确定电池单元异常的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种用于确定电池单元异常的设备，该设备包括：磁场测量单元，其用于测量由在电池单元中流动的电流产生的磁场；以及控制单元，其用于通过使用由磁场测量单元测量的磁场计算出的电流来计算电池单元的容量，其中控制单元通过使用电池单元的容量来确定电池单元的异常。

Description

用于确定电池单元异常的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月14日提交的韩国专利申请第10-2019-0017277号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种电池单元异常确定设备和方法。
背景技术
近来，已经积极地进行了二次电池的研究和开发。在此，二次电池作为能够充放电的意味着它们包括传统的Ni/Cd电池和Ni/MH电池以及近来的锂离子电池。在二次电池中，锂离子电池具有能量密度比传统的Ni/Cd电池和Ni/MH电池高得多的优点，并且能够以小尺寸的趋势制造锂离子电池，以便其用作移动设备的电源。另外，锂离子电池的使用范围扩大为电动车辆的电源，因此锂离子电池作为下一代的能量存储介质受到关注。
另外，二次电池通常用作包括电池模块的电池组，在该电池模块中，多个电池单元串联和/或并联连接。并且，电池组的状态和操作由电池管理系统管理和控制。
在此，在诸如电动车辆和能量存储系统(ESS)之类的应用中，大量电池单元串联连接以确保高电压。于是，在包括大量电池单元的电池组中，使用单个电流传感器来测量充电和放电电流。
在这种情况下，因为电池的劣化程度是通过整个电池组的容量或内部电阻来计算的，所以不可能确定特定电池单元的容量或其它内部异常。
另外，在确定电池组的容量和劣化时，不以电池单元为单位进行测量，因而误差大。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是通过以电池单元为单位测量容量和电压而准确测量电池的容量是否劣化。
技术解决方案
根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备包括：磁场测量单元，所述磁场测量单元构造成测量由在电池单元中流动的电流产生的磁场；以及控制单元，所述控制单元构造成通过使用由所述磁场测量单元测得的磁场计算出的电流来计算所述电池单元的容量，其中，所述控制单元通过使用所述电池单元的容量来确定所述电池单元的异常。
根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备还包括磁场屏蔽单元，所述磁场屏蔽单元用于收集由在所述电池单元中流动的电流产生的磁场。
根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述电池单元制造时的容量。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备中，所述控制单元在第一时间内累积所述电流以计算所述电池单元的容量。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备中，当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，所述控制单元确定所述电池单元的容量劣化。
根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备还包括：电压测量单元，所述电压测量单元用于测量所述电池单元的电压；其中，所述存储单元还存储所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间，其中，所述控制单元使用所述电池单元的电压计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间，其中，当测得的所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的内部电阻增加。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备中，所述磁场测量单元和所述磁场屏蔽单元设置在所述电池单元的负极和正极中的任何一者处。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备中，所述电池单元异常确定设备用于能量存储装置ESS或车辆电池单元。
根据本发明的另一实施方式的一种电池组包括：串联连接的多个电池单元；以及设置在每个电池单元中的电池单元异常确定设备，其中，所述电池单元异常确定设备包括：电流测量单元，所述电流测量单元用于测量流过所连接的电池单元的电流；以及控制单元，所述控制单元用于通过使用所述电流来计算所述电池单元的容量，其中，所述控制单元通过使用所述电池单元的容量来确定所述电池单元的异常。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述电流测量单元通过使用由在所述电池单元中流动的电流产生的磁场来测量电流。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述电池单元异常确定设备还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述电池单元制造时的容量。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述控制单元在第一时间内累积所述电流以计算所述电池单元的容量。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，所述控制单元确定所述电池单元的容量劣化。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述电池组还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于测量所述电池单元的电压，其中，所述存储单元还存储所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间，其中，所述控制单元使用所述电池单元的电压计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间，其中，当测得的所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的内部电阻增加。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述电流测量单元设置在所述电池单元的负极和正极中的任何一者处。
在根据本发明的另一实施方式的电池组中，所述电池组用于ESS或车辆电池组。
根据本发明的一个实施方式的一种电池单元异常确定方法包括：测量由在电池单元中流动的电流产生的磁场；通过累积根据测得的磁场推导出的电流来测量所述电池单元的容量；以及通过使用测得的所述电池单元的容量确定所述电池单元的异常。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定方法中，该方法还包括测量所述电池单元的电压，并且该方法还包括：通过使用测得的所述电池单元的电压来计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间；确定所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值是否超过预设阈值；以及当所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过所述预设阈值时，确定所述电池的内部电阻增加。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定方法中，该方法还包括：当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的容量劣化。
在根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定方法中，该方法还包括：如果确定所述电池的内部电阻增加或所述电池单元的容量劣化，则向外部发送所述电池的内部电阻增加信号或容量劣化信号。
有益效果
根据本发明的实施方式，通过以电池单元为单位测量容量和电压，能够实现可以更准确地确定电池单元的容量是否劣化以及内部电阻是否增加的效果。
附图说明
图1是示出电池控制系统的构造的框图。
图2示出了电池模块中的电池单元的简化构造。
图3是根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备的框图。
图4a至图4c示出了根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备的实施例。
图5是示出根据本发明的一个实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
图6是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
图7是根据本发明的另一实施方式的电池单元异常确定设备的框图。
图8是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
图9是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
图10是示出根据本发明的一个实施方式的电池管理系统的硬件构造的框图。
具体实施方式
在下文中，参考附图公开了本发明的各种实施方式。然而，这并不意图将本发明限制为具体实施方式，并且应当理解，本发明包括各种变型例、等同例和/或另选例。关于附图的描述，相似的附图标记指代相似的元件。
本文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的，并且不旨在限制其它实施方式的范围。单数形式的术语可以包括复数形式，除非它们在上下文中具有明显不同的含义。除非本文中另外指出，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)可以具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。通常，字典中定义的术语应被认为具有与相关技术的上下文含义相同的含义，并且，除非在此明确定义，否则不应被理解为具有理想的或过于正式的含义。在任何情况下，即使在本说明书中定义的术语也不能解释为排除本公开的实施方式。
另外，在描述本发明的实施方式的部件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)之类的术语。这些术语仅是为了将部件与其它部件区分开，并且部件的性质、顺序或次序不受这些术语的限制。另外，如果将部件描述成“连接至”、“联接至”或“链接至”另一部件，则这些部件可以直接彼此连接或链接，但应理解，其它部件可以“连接”、“联接”或“链接”在每个部件之间。
图1是示意性示出根据本发明的一个实施方式的包括电池组1和上级控制器2的电池控制系统的框图，上级控制器2包括在上级系统中。
如图1中所示，电池组1包括：电池模块10，其由一个或多个电池单元构成并且能够充电和放电；开关单元14，其串联连接至电池模块10的+端子侧或-端子侧以控制电池模块10的充电/放电电流流动；以及电池管理系统20，其监测电池组1的电压、电流、温度等以控制和管理电池组1从而防止过度充电和过度放电。
在此，开关单元14是用于控制电池模块10的充电或放电的电流的半导体开关元件，并且例如可以使用至少一个MOSFET。
另外，为了监测电池组1的电压、电流、温度等，BMS 20可以测量或计算半导体开关元件的栅极、源极和漏极的电压和电流，另外可以使用与半导体开关元件14相邻设置的传感器12测量电池组的电流、电压、温度等。BMS 20是用于接收通过测量上述各种参数而获得的值的接口，并且可以包括多个端子以及连接至这些端子并处理所接收的值的电路。
另外，BMS 20可以控制诸如MOSFET之类的开关元件14的通/断，并且可以连接至电池模块10以监测电池模块10的状态。
上级控制器2可以将用于电池模块的控制信号发送到BMS 20。因此，可以基于从上级控制器施加的信号来控制BMS 20的操作。本发明的电池单元可以是包括在用于能量存储系统(ESS)或车辆的电池组中的部件。但是，不限于此用途。
由于电池组1的构造和BMS 20的构造是已知构造，因此将省略其更详细的描述。
另一方面，根据本发明的实施方式的电池单元异常确定设备连接到在电池模块10中串联连接的多个电池单元中的每一者，并且确定电池单元的异常。尽管传感器12测量电池模块10本身的电流、电压和温度以测量整个电池模块10的容量劣化，但是难以准确地测量电池单元中的容量劣化。因此，在下文中，将描述能够测量电池单元的容量劣化的电池单元异常确定设备。
图2示出了电池模块中的电池单元的简化构造。
在电池模块10中，多个电池单元串联/并联连接。
通常，电池模块10处安装有位于模块壳体的下表面上由高导热率材料制成的电池组托盘。这样的电池组托盘能够吸收在电池单元组件的每个电芯中产生的热量。
电池单元异常确定设备布置在电池单元的负极端子和正极端子侧上。将参照图3和图4更详细地描述电池单元异常确定设备。
图3是根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备300的框图。
电池单元异常确定设备300可以布置在电池单元的负极端子和正极端子之间。特别地，电池单元异常确定设备300可以布置在从电池单元引出的负极接头和正极接头中的任一者上。电池单元异常确定设备300包括磁场屏蔽单元301、磁场测量单元302、电压测量单元304、温度测量单元306、控制单元308、存储单元310和通信单元312。
磁场屏蔽单元301收集流过电池单元的磁场，以便以电池单元为单位测量电池单元的电流。磁场屏蔽单元301可以形成为围绕电池单元的至少一部分，以便准确地测量当电流在电池单元中流动时产生的磁场。具体地，磁场屏蔽单元301可以形成为围绕例如电池单元的接头(阳极或阴极)的下侧和电池单元的侧部。此时，磁场屏蔽单元301形成在距电池单元的接头预定距离处。
磁场测量单元302测量当电流在电池单元中流动时在电池单元周围产生的磁场。在电池单元周围产生的磁场可以被磁场屏蔽单元301屏蔽。可以使用测得的磁场例如通过比奥-萨伐尔定律间接地计算电池单元的电流。例如，由磁场测量单元302测得的磁场强度可以由控制单元308接收，并且控制单元308可以实时计算在相应电池单元中流动的电流。另外，通过在预定时间内累积实时计算的在电池单元中流动的电流获得的值可以被推导为电池单元的容量。在此，所述预定时间例如可以是约1小时(作为1C速率放电基准时间)。
电压测量单元304测量电池单元的电压。因为电压测量单元304测量电池单元的电压，所以电压测量单元304布置在电池单元的负极端子和正极端子之间(在接头之间)。由电压测量单元304测得的电池单元的电压被发送到控制单元308。从电压测量单元304接收电池单元的电压的控制单元308使用电池单元的电压计算电池的完全充电/放电到达时间。在此，完全充电/放电到达时间是电池单元从其完全放电状态到达其完全充电状态所花费的时间。
温度测量单元306可以测量电池单元的温度。温度测量单元306可以是例如热敏电阻，但是不限于此。电池单元可以根据温度来改变电池充电状态值(例如，SOC)。因此，当根据电流计算电池单元容量时，也能够通过参考电池单元的温度来计算电池单元容量。可以使用通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量作为参照表来计算根据电池单元温度的电池单元容量变化。
控制单元308使用由磁场测量单元302接收的电池单元的磁场值来计算电池单元的实时电流。此外，控制单元308通过在预定时间内累积计算出的电流来计算电池单元容量。在这种情况下，控制单元308可以使用由温度测量单元306测得的温度来反映电池单元容量。在计算电池单元容量时可以使用预先通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量变化参照表。
另外，控制单元308将电池单元容量与预先存储的电池单元制造时的电池单元容量进行比较。关于电池单元制造时的电池单元容量，将测得的制造时的电池单元容量值存储在存储单元310中。如果推导出的电池单元容量和存储的电池单元制造时的电池单元容量之间的差值超过预设阈值时，则控制单元308确定电池单元容量已劣化。
另外，控制单元308使用由电压测量单元304测得的电压来计算电池单元的完全充电/放电到达时间。如果计算出的电池单元的完全充电/放电到达时间与电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值，则控制单元308确定电池单元由于电池单元的内部电阻的增加而劣化。
存储单元310存储与电池单元异常确定设备连接的电池单元的识别信息(例如，ID)。另外，存储单元310存储电池单元的初始制造容量。初始制造容量是电池单元在出厂时的容量。另外，制造时的根据电池单元电流的容量表或者制造时的根据电池单元电压的容量表可以存储在存储单元310中。另外，存储单元310存储电池单元制造时的完全充电/放电到达时间信息。
通信单元312可以在控制单元308的控制下将诸如电池单元容量劣化信号或电池单元内部电阻增加信号之类的指示电池单元异常的信号与相应电池单元的识别信息一起发送到外部装置(例如，连接至电池模块的电池管理系统)。电池单元异常可能是这样的情况，其中由控制单元308推导出的电池单元容量与预先存储的电池单元制造时的电池单元容量之间的差值超过预设阈值，从而确定相应电池单元容量劣化。另外，电池单元异常可能是这样的情况，其中由控制单元308计算出的电池单元的完全充电/放电到达时间与电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预定阈值，从而确定电池单元由于电池单元的内部电阻的增加而劣化。
图4a至图4c示出了根据本发明的一个实施方式的电池单元异常确定设备的简化实施。
参照图4a，示出了在电池单元的正极端子和负极端之间布置的电压感测单元。电压感测单元可以被视为与图3的构造中的电压测量单元304相对应的构造。电压感测单元布置在电池单元的正极端子和负极端子之间以感测电池单元的电压。由电压感测单元测量的电压被发送到测量/存储电路。
测量/存储电路布置在电池单元的负极端子的上侧。测量/存储电路可以包括与图3的构造中的磁场测量单元302、温度测量单元306、控制单元308、存储单元310和通信单元312相对应的构造。
由电压感测单元测得的电压被发送到测量/存储电路，并且使用从测量/存储电路的控制单元308发送的电池单元的电压来计算电池单元的完全充电/放电到达时间。如果计算出的电池单元的完全充电和放电到达时间与电池单元制造时的完全充电和放电到达时间之间的差值超过预设阈值，则控制单元308确定电池单元由于电池单元的内部电阻的增加而劣化。
另外，测量/存储电路的磁场测量单元302测量当电流在电池单元中流动时在电池单元周围产生的磁场。例如，由磁场测量单元302测得的磁场强度可以由控制单元308接收，并且控制单元308可以实时计算在相应电池单元中流动的电流。另外，通过在预定时间内累积实时计算的在电池单元中流动的电流获得的值可以被推导为电池单元容量。
测量/存储电路的控制单元308推导出电池单元容量，并且如果推导出的电池单元容量与存储的电池单元制造时的电池单元容量之间的差值超过预设阈值，则确定电池单元容量劣化。
另外，测量/存储电路可以包括能够测量电池单元温度的热敏电阻等。例如，热敏电阻可以是与图3的电池单元异常确定设备的温度测量单元306相对应的构造。
当确定电池单元容量是否劣化时，控制单元308可以通过反映由热敏电阻等测得的电池单元温度来确定劣化。在这种情况下，可以使用预先通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量变化参照表。
存储单元310也可以布置在测量/存储电路中。存储单元310存储电池单元异常确定设备所连接的电池单元的识别信息(例如，ID)。另外，存储单元310存储电池单元的初始制造容量。初始制造容量是电池单元在出厂时的容量。另外，制造时的根据电池单元电流的容量表或制造时的根据电池单元电压的容量表可以存储在存储单元310中。另外，存储单元310存储电池单元制造时的完全充电/放电到达时间信息。
通信单元312也可以布置在测量/存储电路中。在由控制单元308推导出的电池单元容量与预先存储的电池单元制造时的电池单元容量之间的差值超过预设阈值从而确定电池单元容量劣化的情况下，或者在计算出的电池单元完全充电/放电到达时间与相应的电池单元的制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值从而确定电池单元由于电池单元内部电阻的增加而劣化的情况下，通信单元312可以将电池单元容量劣化信号或电池单元内部电阻增加信号与相应电池单元的识别信息一起发送到与外部装置(例如电池模块)连接的电池管理系统。
参照图4b，示出了：磁场屏蔽件，其在一定距离处包绕电池单元的接头的下表面和侧表面；以及PCB，其包括布置在电池单元的接头的上表面上的电路部件，该电路部件与测量/存储电路相对应。
磁场屏蔽件收集电流流过电池单元时产生的磁场。测量/存储电路的磁场测量单元302测量由磁场屏蔽件收集的电池单元的电流产生的磁场。
磁场屏蔽件可以由例如镍合金(Ni-合金)形成。
参照图4c，示出了PCB以及磁场屏蔽件的构造的侧视图，该PCB包括布置在电池单元的接头的上表面上的与测量/存储电路相对应的电路部件，并且该磁场屏蔽件形成为以预定距离围绕电池单元的接头的底表面和侧表面。
在附接到电池单元的接头的上表面的PCB基板上形成电路，并且PCB基板附接到围绕电池单元的接头的磁场屏蔽件的两侧。
图5是示出根据本发明的一个实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
磁场屏蔽单元收集由流过电池单元的电流产生的磁场。磁场测量单元302测量所收集的磁场，并且测得的磁场强度被发送到控制单元308。接收到测得的磁场强度的控制单元308使用测得的磁场强度实时计算电池单元中流动的电流(S500)。例如，可以例如借助比奥-萨伐尔定律使用测得的磁场间接计算电池单元的电流。例如，控制单元308可以接收由磁场测量单元302测得的磁场强度，并且控制单元308可以实时计算在相应的电池单元中流动的电流。
控制单元308在预定时间内累积计算出的电流以计算电池单元的容量(S502)。用于在预定时间内累积计算出的电流的公式如下：
Figure BDA0003126361370000101
控制单元308确定计算出的电池单元容量与存储在存储单元310中的相应电池单元制造时的容量之间的差值是否超过预设阈值(S504)。
这里，另外，温度测量单元306可以测量电池单元温度。温度测量单元306例如可以是热敏电阻。电池单元可以根据温度来改变电池充电状态值(例如，SOC)。因此，当根据电流计算电池单元容量时，还能够通过参考电池单元温度来计算电池单元容量。可以使用通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量作为参照表来计算根据电池单元温度的电池单元容量变化。
如果控制单元308确定计算出的电池单元容量与存储在存储单元310中的相应电池单元制造时的容量之间的差值未超过预设阈值，则计算由流过电池单元的电流所产生的磁场测量值作为电池单元电流值。
当控制单元308确定计算出的电池单元容量与存储在存储单元310中的相应电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，其使通信单元312发送电池单元容量劣化通知信号(S506)。
图6是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
电压测量单元304测量电池单元电压(S600)。由于电压测量单元304测量电池单元电压，因此其被布置在电池单元的负极端子和正极端子之间。由电压测量单元304测得的电池单元的电压被发送到控制单元308。
控制单元308从电压测量单元304实时接收测得的电池单元的电压，控制单元308使用接收的电池单元的电压来测量电池单元从完全放电状态到达完全充电所花费的时间。即，控制单元308推导出电池单元的完全充电/放电到达时间(S602)。
另外，控制单元308将推导出的电池单元的充电和放电到达时间与预先存储的电池单元制造时的电池单元的充电/放电到达时间进行比较。控制单元308确定推导出的电池单元的充电/放电时间与预先存储的电池单元制造时的电池单元的充电/放电到达时间之间的差值是否超过预设阈值(S604)。
如果推导出的电池单元的充电/放电时间与预先存储的电池单元制造时的电池单元的充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值，则控制单元308使通信单元312发送电池单元内部电阻增加信号(S606)。
另一方面，如果推导出的电池单元的充电/放电时间与预先存储的电池单元制造时的电池单元的充电/放电到达时间之间的差值没有超过预设阈值，则控制单元308使电压测量单元304测量电池单元的电压。
图7是根据本发明的另一实施方式的电池单元异常确定设备的框图。
电池单元异常确定设备700包括磁场屏蔽单元701、磁场测量单元702、电压测量单元704、温度测量单元706和通信单元708。
磁场屏蔽单元701收集在电池单元中流动的磁场，以便以电池单元为单位测量电池单元的电流。磁场屏蔽单元701可以形成为以预定距离围绕电池单元的接头的下表面和侧表面，以准确地测量电流在电池单元中流动时产生的磁场。磁场屏蔽单元701可以由例如镍合金构成。
磁场测量单元702测量当电流在电池单元中流动时在电池单元周围产生的磁场。可以例如借助比奥-萨伐尔定律使用测得的磁场间接计算电池单元的电流。
电压测量单元704测量电池单元的电压。由于电压测量单元704测量电池单元的电压，因此其布置在电池单元的负极端子和正极端子之间。
温度测量单元706可以测量电池单元的温度。温度测量单元306例如可以是热敏电阻。由于电池单元可以根据温度改变电池充电状态值(例如，SOC)，因此当根据电流计算电池单元容量时，还能够通过参考电池单元的温度来计算电池单元容量。可以使用通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量作为参照表来计算根据电池单元温度的电池单元容量变化。
通信单元708将分别由磁场测量单元702、电压测量单元704和温度测量单元706测得的磁场强度、电压值和温度发送到电池管理系统(BMS)710。通信单元708可以通过无线或有线方式将电池单元的磁场强度、电压值和温度发送到BMS 710。此外，通信单元708将存储在存储单元709中的电池单元识别信息、电池单元初始制造容量以及电池单元制造时的完全充电/放电时间信息一起发送。
存储单元709存储与电池单元异常确定设备连接的电池单元识别信息(例如，ID)。另外，存储单元709存储电池单元初始制造容量。初始制造容量可以从根据电池单元电压的容量表中得出。因此，可以将制造时根据电池单元电流的容量表或制造时根据电池单元电压的容量表存储在存储单元709中。此外，存储单元709存储电池单元制造时的完全充电/放电到达时间信息。
然而，代替磁场屏蔽单元701和磁场测量单元702的构造，电流测量单元可以测量电池单元的电流。在这种情况下，由电流测量单元测得的电流值被发送到BMS。
BMS 710的通信单元712通过无线或有线方式从电池单元异常确定设备700接收特定电池单元的磁场强度、电压值和温度。
通信单元712将接收到的电池单元的磁场强度、电压值、温度、电池单元识别信息、电池单元制造时的容量信息以及电池单元制造时的完全充电到达时间信息发送到控制单元714。
控制单元714使用接收到的电池单元的磁场值来计算电池单元的实时电流。控制单元714通过在预定时间内累积所计算的电池单元电流来计算电池单元容量。在这种情况下，控制单元714可以使用由温度测量单元706测得的温度来反映电池单元容量。可以使用预先通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量变化参照表。
另外，控制单元714将电池单元容量与预先存储的电池单元制造时的电池单元容量进行比较。电池单元制造时的电池单元容量存储在存储单元709中。如果推导出的电池单元容量与预先存储的电池单元制造时的电池单元容量之间的差值超过预设阈值，则控制单元714确定电池单元容量已劣化。
另外，控制单元714使用由电压测量单元704测得的电压来计算电池单元的完全充电/放电到达时间。如果计算出的电池单元的完全充电和放电到达时间与电池单元制造时的完全充电和放电到达时间之间的差值超过预设阈值，则控制单元714确定电池单元由于电池单元的内部电阻的增加而劣化。
在该实施方式中，相应电池单元在制造时的容量和完全充电/放电到达时间存储在存储单元709中，但是可以存储在BMS的单独存储单元(未示出)中。
另选地，如果存储单元709存储相应电池单元在制造时的容量和完全充电/放电到达时间并且BMS接收相应电池单元在制造时的容量和完全充电/放电到达时间。则相应电池单元在制造时的容量和完全充电/放电到达时间可以与相应电池单元的识别信息一起被存储，以备后用。
图8是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
磁场测量单元702测量当电流在电池单元中流动时在电池单元周围产生的磁场(S800)。在电池单元周围产生的磁场可以被磁场屏蔽单元701屏蔽。
另外，电压指定单元704测量电池单元的电压(S802)。由于电压测量单元704测量电池单元的电压，因此其布置在电池单元的负极端子和正极端子之间。
另外，温度测量单元706测量电池单元的温度(S802)。温度测量单元706例如可以是热敏电阻。由于电池单元可以根据温度改变电池充电状态值(例如，SOC)，因此当根据电流计算电池单元容量时，还能够通过参考电池单元的温度来计算电池单元的容量。可以使用通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量作为参照表来计算根据电池单元温度的电池单元容量变化。
另外，通信单元708将电池单元的识别信息、电池单元的初始制造容量以及电池单元制造时的完全充电/放电到达时间信息与测得的电池单元的磁场强度、电压和温度一起发送(S806)。
图9是示出根据本发明的另一实施方式的用于确定电池单元异常的方法的流程图。
BMS 710从多个电池单元中的每一者的电池单元异常确定设备接收电池单元的识别信息、电池单元的初始制造容量和电池单元制造时的完全充电/放电到达时间信息以及测得的电池单元的磁场强度、电压和温度(S900)。BMS 710的通信单元712通过无线或有线的方式从每个电池单元异常确定设备接收信息。
BMS 710的控制单元714使用接收到的磁场强度实时计算电池单元中流动的电流(S902)。例如，可以例如借助比奥-萨伐尔定律使用测得的磁场间接计算电池单元的电流。
然后，控制单元714在预定时间内累积计算出的电流以计算电池单元的容量(S904)。用于在预定时间内累积计算出的电流的公式如下：
Figure BDA0003126361370000141
计算特定电池单元的容量的控制单元714确定所计算的电池单元容量与电池单元制造时的容量之间的差值是否超过预设阈值(S906)。
这里，此外，因为电池单元可以根据温度而改变电池充电状态值(例如，SOC)，所以当根据电流计算电池单元容量时，也能够通过参考电池单元温度来计算电池单元容量。可以使用通过实验确定的根据电池单元温度的电池单元容量作为参照表来计算根据电池单元温度的电池单元容量变化。
如果控制单元714确定计算出的电池单元容量与电池单元制造时的容量之间的差值未超过预设阈值，则其再次实时从电池单元异常确定设备接收关于电池单元的信息。
然而，如果控制单元714确定计算出的电池单元容量与电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值，则其使通信单元712将电池单元容量劣化通知信号发送到上级控制器2(S906)。
同时，控制单元714还使用特定电池单元的接收电压来计算电池单元的完全充电/放电到达时间。另外，控制单元714确定所计算的特定电池单元的完全充电/放电到达时间与电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值是否超过预设阈值(S908)。
如果推导出的电池单元的充电/放电到达时间与预存储的电池单元制造时的电池单元充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值，则控制单元714使通信单元712将电池单元内部电阻增加信号发送到上级控制器2(S910)。
另一方面，如果推导出的电池单元的充电/放电到达时间与预先存储的电池单元制造时的充电/放电到达时间之间的差值不超过预设阈值，则控制单元308再次实时从电池单元异常确定设备接收电池单元信息。
图10是示出根据本发明的一个实施方式的电池管理系统的硬件构造的框图。
电池管理系统1000可以包括：微控制器(MCU)1010，其用于控制各种处理和部件；存储器1040，其中记录有操作系统程序和各种程序(例如，电池组异常诊断程序或电池组温度估计程序)；输入/输出接口1030，其用于在电池单元模块和/或半导体开关元件之间提供输入接口和输出接口；以及通信接口1020，其能够借助有线或无线通信网络与外部通信。如上所述，根据本发明的计算机程序可以被记录在存储器1040中并且由微控制器1010处理，以实施成用于执行图3和图7中所示的各个功能块的模块。
本文中对本发明原理的“一个实施方式”的参考以及这种表达的各种变型意味着相对于该实施方式的特定特征、结构、特性等被包括在本发明的原理的至少一个实施方式中。因此，在整个说明书中公开的“在一个实施方式中”的表述和任何其它变型不一定都参考同一实施方式。
描述本说明书中公开的所有实施方式和条件实施例旨在帮助本领域技术人员理解本发明的原理和概念，从而本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在其中进行形式和细节的各种变化。因此，所公开的实施方式应仅在说明性角度而不是限制性角度考虑。本发明的范围不是由本发明的详细描述限定，而是由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (20)

1.一种电池单元异常确定设备，所述电池单元异常确定设备包括：
磁场测量单元，所述磁场测量单元构造成测量由在电池单元中流动的电流产生的磁场；以及
控制单元，所述控制单元构造成通过使用由所述磁场测量单元测得的磁场计算出的电流来计算所述电池单元的容量，
其中，所述控制单元通过使用所述电池单元的容量来确定所述电池单元的异常。
2.根据权利要求1所述的电池单元异常确定设备，所述电池单元异常确定设备还包括磁场屏蔽单元，所述磁场屏蔽单元用于收集由在所述电池单元中流动的电流产生的磁场。
3.根据权利要求1所述的电池单元异常确定设备，所述电池单元异常确定设备还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述电池单元制造时的容量。
4.根据权利要求3所述的电池单元异常确定设备，其中，所述控制单元在第一时间内累积所述电流以计算所述电池单元的容量。
5.根据权利要求3所述的电池单元异常确定设备，其中，当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，所述控制单元确定所述电池单元的容量劣化。
6.根据权利要求3所述的电池单元异常确定设备，所述电池单元异常确定设备还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于测量所述电池单元的电压；
其中，所述存储单元还存储所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间，
其中，所述控制单元使用所述电池单元的电压计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间，
其中，当测得的所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的内部电阻增加。
7.根据权利要求2所述的电池单元异常确定设备，其中，所述磁场测量单元和所述磁场屏蔽单元设置在所述电池单元的负极和正极中的任何一者处。
8.根据权利要求1所述的电池单元异常确定设备，其中，所述电池单元异常确定设备用于能量存储装置ESS或车辆电池单元。
9.一种电池组，所述电池组包括：
串联连接的多个电池单元；以及
设置在每个电池单元中的电池单元异常确定设备，
其中，所述电池单元异常确定设备包括：电流测量单元，所述电流测量单元用于测量流过所连接的电池单元的电流；以及控制单元，所述控制单元用于通过使用所述电流来计算所述电池单元的容量，
其中，所述控制单元通过使用所述电池单元的容量来确定所述电池单元的异常。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电流测量单元通过使用由在所述电池单元中流动的电流产生的磁场来测量电流。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，所述电池单元异常确定设备还包括存储单元，所述存储单元用于存储所述电池单元制造时的容量。
12.根据权利要求10所述的电池组，其中，所述控制单元在第一时间内累积所述电流以计算所述电池单元的容量。
13.根据权利要求11所述的电池组，其中，当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，所述控制单元确定所述电池单元的容量劣化。
14.根据权利要求11所述的电池组，所述电池组还包括电压测量单元，所述电压测量单元用于测量所述电池单元的电压，
其中，所述存储单元还存储所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间，
其中，所述控制单元使用所述电池单元的电压计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间，
其中，当测得的所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的内部电阻增加。
15.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电流测量单元设置在所述电池单元的负极和正极中的任何一者处。
16.根据权利要求9所述的电池组，其中，所述电池组用于ESS或车辆电池组。
17.一种电池单元异常确定方法，所述方法包括：
测量由在电池单元中流动的电流产生的磁场；
通过累积根据测得的磁场推导出的电流来测量所述电池单元的容量；以及
通过使用测得的所述电池单元的容量确定所述电池单元的异常。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括测量所述电池单元的电压，并且
所述方法还包括：
通过使用测得的所述电池单元的电压来计算所述电池单元的完全充电/放电到达时间；
确定所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值是否超过预设阈值；以及
当所述电池单元的完全充电/放电到达时间与所述电池单元制造时的完全充电/放电到达时间之间的差值超过所述预设阈值时，确定所述电池的内部电阻增加。
19.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：当所述电池单元的容量与所述电池单元制造时的容量之间的差值超过预设阈值时，确定所述电池单元的容量劣化。
20.根据权利要求18或19所述的方法，所述方法还包括：如果确定所述电池的内部电阻增加或所述电池单元的容量劣化，则向外部发送所述电池的内部电阻增加信号或容量劣化信号。
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