CN114270202B - 电池管理设备、电池组及电池管理方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明实施方式的电池管理装置被配置为基于容量‑电压差分曲线诊断电池单元的状态。具体地，电池管理装置根据容量‑电压差分曲线中与正极反应面积相关联的峰和与可用锂相关联的峰的变化方面来诊断电池单元的状态。根据本发明的一个方面，存在的优点在于：即使电池单元正在工作时，也能够实时地诊断电池单元的状态。此外，存在的另一优点在于：能够独立地诊断电池单元的正极反应面积是否减小以及可用锂是否损失。

Description

电池管理设备、电池组及电池管理方法
技术领域
本公开涉及一种电池管理设备及方法，并且更具体地，涉及一种基于容量-电压差分曲线(capacity-voltage differential profile)来诊断电池单元的状态并管理电池单元的电池管理设备及方法。
背景技术
近来，对于诸如笔记本电脑、摄像机、便携式电话之类的便携式电子产品的需求量急剧增加，并且电动车辆、储能电池、机器人、卫星等已经得到了认真的发展。因此，正在积极研究允许重复充放电的高性能电池。
目前市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。在这些电池当中，锂电池由于与镍基电池相比几乎没有记忆效应并且还具有非常低的自充电率并高的能量密度，因此备受关注。
随着重复充电或放电，电池单元可能会劣化。例如，在电池单元的正极处，电解质可能被氧化或者晶体结构可能被破坏，导致电池单元劣化。在负极处，金属锂可能析出以使电池单元劣化。另外，一般而言，依据锂离子二次电池的制造条件，二次电池的容量劣化较快。
因此，在相关技术中，已经公开了一种在电池单元制造步骤中基于容量-电压差分曲线来检测电池单元的异常以确保长期容量可靠性的技术(专利文献1)。
然而，专利文献1针对一种在电池单元制造阶段检测电池单元长期容量的可靠性，因此存在只能以相同的充电C-率(C-rate)对电池单元进行充电的限制。
例如，专利文献1的问题在于，当以不同于预设充电C-率的充电C-率对电池单元充电时，无法诊断电池单元的状态。也就是说，专利文献1不能用于电池单元被设置于车辆并实际被操作的过程中，并且可以有限地仅在电池单元制造步骤期间用于测试目的。
(专利文献1)KR 10-2013-0142884A
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供基于容量-电压差分曲线即使在电池单元工作期间也可以实时地诊断电池单元的状态的电池管理设备及方法。
可以从以下详细描述中理解本公开的这些和其他目的和优点，并且本公开的这些和其他目的和优点从本公开的示例性实施方式中将变得更加明显。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所示的手段及其组合来实现。
技术方案
一方面，本公开可以提供一种电池管理设备，该电池管理设备包括：测量单元，其被配置为在电池单元的充放电循环中在电池单元正在被充电或放电的同时测量电池单元的电压和电流；控制单元，其被配置为基于由测量单元测量的电池单元的电流，来估计电池单元的容量；以及存储单元，其被配置为存储基于由测量单元测量的电池单元的电压和由控制单元估计的电池单元的容量所生成的容量-电压差分曲线、以及每个充放电循环中的充放电C-率。
控制单元可以被配置为生成存储单元中存储的具有相同充放电C-率的充放电循环的组，并通过将与包括在同一组中的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线彼此进行比较，来诊断电池单元的状态。
控制单元可以被配置为：基于在新的充放电循环期间由测量单元测量的电池单元的电流，来估计电池单元的容量，并基于测量单元测量的电压和所估计的容量生成新的容量-电压差分曲线。
控制单元可以被配置为：在所生成的组当中选择预定组，并根据与所选预定组的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线与新的容量-电压差分曲线之间的变化模式，来诊断电池单元的状态。
预定组可以是所生成的组当中具有与新的充放电循环的充放电C-率相同的充放电C-率的循环的组。
控制单元可以被配置为：在与同一组中所包括的充放电循环相对应的每个容量-电压差分曲线中，提取与设置于电池单元的负极的可用锂损失相关联的第一峰和与正极反应面积相关联的第二峰中的至少一个。
控制单元可以被配置为根据多个提取的第一峰和多个提取的第二峰中的至少一个的变化模式，来诊断电池单元的状态。
控制单元可以被配置为：当多个第一峰的电压随着充放电循环的增加而朝向高电位移动时，将电池单元的状态诊断为电池单元的可用锂损失的状态。
控制单元可以被配置为：当多个第二峰的每单位电压的容量变化量随着充放电循环的增加而减小时，将电池单元的状态诊断为电池单元的正极反应面积减小的状态。
控制单元可以被配置为：从每个容量-电压差分曲线中提取多个峰，在多个提取的峰当中选择满足预定条件的参考峰，以及基于所选参考峰的电压和每单位电压的容量变化量，提取第一峰和第二峰中的至少一个。
参考峰是在容量-电压差分曲线中电池单元的正极峰和负极峰混合的峰。
控制单元可以被配置为在与参考峰的电压相比电位低的区段中，在多个提取的峰当中选择第一峰。
控制单元可以被配置为在多个提取的峰当中，选择电位低的区段中的每单位电压的容量变化量最接近参考峰的每单位电压的容量变化量的峰，作为第一峰。
控制单元可以被配置为在多个提取的峰当中，在与参考峰的电压相比电位高的区段中选择第二峰。
控制单元可以被配置为在电位高的区段中所包括的多个提取的峰当中，选择斜率从正变为负并且相应电压具有最大峰的峰，作为第二峰。
控制单元可以被配置为基于电池单元的诊断状态改变电池单元的充电或放电C-率的阈值和电池单元的工作电压范围中的至少一个。
另一方面，本公开可以提供一种电池组，该电池组包括根据本公开一个方面的电池管理设备。
在又一方面，本公开可以提供一种电池管理方法，其包括：电压和电流测量步骤，其在电池单元的充放电循环中，在电池单元正在被充电或放电的同时测量电池单元的电压和电流；容量估计步骤，其基于在测量步骤中测量的电池单元的电流，来估计电池单元的容量；组生成步骤，其生成具有相同充放电C-率的充放电循环的组；以及状态诊断步骤，其通过将与包括在同一组中的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线彼此进行比较，来诊断电池单元的状态。
技术效果
根据本公开的一个方面，存在的优点在于：即使电池单元在工作时也可以实时地诊断电池单元的状态。
另外，存在的优点在于：可以独立地诊断电池单元的正极反应面积是否减少以及可用锂是否损失。
另外，由于通过考虑电池单元的电压-容量曲线和容量-电压差分曲线选择的峰来诊断电池单元的状态，因此可以提高对电池单元的状态的诊断的准确性和可靠性。
另外，随着电池单元的容量-电压差分曲线的积累，可以提高对电池单元的状态的诊断的准确性和可靠性。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从权利要求的描述中将清楚地理解未提及的其他效果。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并且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，本公开不解释为限于附图。
图1是示意性示出了本公开实施方式的电池管理设备的图。
图2是示例性地示出了包括根据本公开实施方式的电池管理设备的电池组的配置的图。
图3是示意性地示出由根据本公开实施方式的电池管理设备生成的第一容量-电压差分曲线的图。
图4是示意性地示出了由根据本公开实施方式的电池管理设备生成的第二容量-电压差分曲线的图。
图5是示意性地示出了由根据本公开实施方式的电池管理设备生成的电压-容量曲线的图。
图6是示意性地示出了根据充电循环的第一电池单元的容量-电压差分曲线的图。
图7是示意性地示出了根据充电循环的第二电池单元的容量-电压差分曲线的图。
图8是示意性地示出了根据充电循环的第三电池单元的容量-电压差分曲线的图。
图9是示意性示出了根据本公开另一实施方式的电池管理方法的图。
具体实施方式
应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为仅限于一般含义和字典含义，而是以允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则为基础，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念而解释的。
因此，本文所提出的描述仅是出于示例目的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以对其进行其他等同和修改。
附加地，在描述本公开中，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，在此省略详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等的序数词的术语可以用于在各种元件当中将一个元件与另一元件区分开，但并非旨在通过这些术语来限制这些元件。
在整个说明书中，当部分被称为“包含”或“包括”任何元件时，除非另外明确提及，否则表示该部分还可以包括其他元件，而不排除其他元件。此外，说明书中所描述的术语“控制单元130”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、或者硬件和软件的组合来实现。
此外，在整个说明书中，当部分被称为“连接”至另一部分时，这不限于它们“直接连接”的情况，还包括它们与介于它们之间的另一元件“间接连接”的情况。
以下，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。
图1是示意性地示出了根据本公开实施方式的电池管理设备100的图。图2是示例性地示出了包括根据本公开实施方式的电池管理设备100的电池组1的配置的图。
参照图1，根据本公开实施方式的电池管理设备100可以包括测量单元110、存储单元120和控制单元130。
另外，参照图2，电池管理设备100可以设置在电池组1内部并连接至电池单元10。图2示出了在电池组1中提供单个电池单元10的示例，但是电池组1可以包括其中一个或更多个电池单元10串联和/或并联连接的电池模块。在这种情况下，电池管理设备100可以连接至电池模块和包括在电池模块中的多个电池单元10中的每一个。
电池管理设备100中所包括的测量单元110和存储单元120可以分别连接至控制单元130以与其通信。例如，测量单元110可以将关于电池单元10的测量结果发送给控制单元130。另外，控制单元130可以提取存储单元120中所存储的数据并将新数据存储在存储单元120中。
在下文中，将详细描述电池管理设备100的每个组件。
测量单元110可以被配置为在电池单元10的充放电循环中，在电池单元10被充电或放电的同时测量电池单元10的电压和电流。
参照图2，测量单元110可以包括用于测量电池单元10的电压的电压测量单元和用于测量电池单元10的充放电电流的电流测量单元。
电压测量单元可以通过测量电池单元10的正极电位和负极电位并获得测量的正极电位和测量的负极电位之间的差，来测量电池单元10的电压。
电流测量单元可以借助于设置在电池单元10的充放电路径上的电压表A来测量电池单元10的充放电电流。
测量单元110可以将关于测量到的电池单元10的电压和电流的信息转换成信号并将该信号发送给控制单元130。
控制单元130可以被配置为基于由测量单元110测量的电池单元10的电流，来估计电池单元10的容量。这里，电池单元10的容量可以是电池单元10的充电状态(SOC)。
例如，控制单元130可以通过在电池单元10被充电的同时，对通过电流测量单元测量到的充电电流量进行积分，来估计电池单元10的容量。另外，控制单元130可以通过在电池单元10被放电的同时对通过电流测量单元测量到的放电电流量进行积分，来估计电池单元10的容量。
也就是说，控制单元130可以使用安培计数方法来估计电池单元10的容量。
存储单元120可以被配置为存储基于由测量单元110测量的电池单元10的电压和由控制单元130估计的电池单元10的容量所生成的容量-电压差分曲线、以及每个充放电循环的充放电C-率。
也就是说，存储单元120可以被配置为存储电池单元10的容量-电压差分曲线和每个充放电循环的C-率(电流速率)信息。
这里，容量-电压差分曲线是将电池单元10的容量-电压曲线相对于电压进行微分得到的曲线，并且可以是每单位电压的容量变化量相对于电池单元10的电压的曲线。
例如，存储单元120可以以表格的形式存储容量-电压差分曲线，在该表格中针对电池单元10的每个电压记录每单位电压的容量变化量。另选地，存储单元120可以以记录在坐标处的曲线的形式存储容量-电压差分曲线，在该坐标中X轴是电池单元10的电压并且Y轴是电池单元10的每单位电压的容量变化量。
另外，存储单元120可以存储电池单元10在每个充放电循环中的充放电C-率。也就是说，存储单元120可以针对电池单元10的每个充放电循环存储要匹配的充放电C-率和容量-电压差分曲线。
例如，存储单元120可以存储电池单元10在每个充放电循环中的充放电C-率和容量-电压差分曲线。优选地，存储单元120可以存储电池单元10在第1个充电循环中的充电C-率和容量-电压差分曲线，并存储在第一放电循环中的放电C-率和容量-电压差分曲线。
将参照图3描述容量-电压差分曲线的示例。
图3是示意性地示出了由根据本公开实施方式的电池管理设备100生成的第一容量-电压差分曲线P1的图。
为了便于说明，应当注意，图3所示的第一容量-电压差分曲线P1是基于在电池单元10的充电循环中测量到的电池单元10的电压和电池单元10的估计容量而生成的。也就是说，控制单元130可以生成在电池单元10的充电循环和/或放电循环中的容量-电压差分曲线。
在下文中，为了便于说明，将描述充放电循环是指充电循环和/或放电循环，并且充放电C-率是指充电C-率和/或放电C率。
具体地，图3在二维坐标平面上一起示出了当电池单元10处于BOF(寿命开始)状态时生成的参考曲线PB和劣化的电池单元10的第一容量-电压差分曲线P1。
也就是说，容量-电压差分曲线是与针对电池单元10的电压的每单位电压的容量变化量相关联的曲线，可以以如图3所示的曲线形式、或者以其中记录了电压值和每单位电压的容量变化量的表格形式存储在存储单元120中。
控制单元130可以生成具有存储单元120中所存储的相同充放电C-率的充放电循环的组。
在存储单元120中，可以存储充放电C-率和容量-电压差分曲线以针对每个充放电循环进行匹配。控制单元130可以生成具有相同C-率的充放电循环的组。另外，控制单元130可以将关于所生成的组的信息存储在存储单元120中。也就是说，存储单元120存储每个充放电C-率的组信息，并且组信息可以包括充放电循环信息。
优选地，控制单元130可以生成存储单元120中所存储的充放电循环当中具有相同C-率的循环的组。
例如，假设第1个充电循环、第100个充电循环和第200个充电循环的充电C-率为0.33C，并且第50个充电循环、第150个充电循环和第250个充电循环的充电C-率为0.05C。控制单元130可以将具有相同充电C-率的第1个充电循环、第100个充电循环和第200个充电循环分为一个组。另外，控制单元130可以将第50个充电循环、第150个充电循环和第250个充电循环分为一个组。也就是说，所生成的组可以包括关于以相同充电C-率执行充电的充电循环的信息。
在图3中，可以基于在以相同充电C-率充电的充电循环中测量的电池单元10的电压和电池单元10的估计容量，来生成参考曲线PB和第一容量-电压差分曲线P1。
另外，控制单元130可以被配置为通过比较与同一组中所包括的充放电循环相对应的每个容量-电压差分曲线，来诊断电池单元10的状态。
优选地，控制单元130可以通过比较与以相同C-率充电的循环或以相同C-率放电的循环相对应的容量-电压差分曲线，来提高对电池单元10的状态诊断的准确性和可靠性。
例如，如果电池单元10以低C-率(例如，以0.1C或更低的C-率)充电或放电，则充电或放电需要很长时间，但是可能更清楚地示出所获得的用于诊断电池单元10的状态的容量-电压差分曲线的峰。然而，如果将电池单元10设置于从电池单元10接收电力的装置(如车辆)，则存在的问题在于：在装置的驱动过程中，电池单元10不能以低C-率进行充电或放电。
反之，电池单元10以高C-率(例如，超过0.1C的C-率)进行充电或放电，充电或放电时间缩短，但与低速率充放电的情况相比，可能会更加不清楚地示出所获得的用于诊断电池单元10的状态的容量-电压差分曲线的峰。也就是说，如果通过比较以不同充电C-率充电的多个充电循环中的容量-电压差分曲线，来诊断电池单元10的状态，则不可避免地降低对电池单元10的诊断结果的准确性和可靠性。
因此，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有通过比较与以相同C-率充放电的循环相对应的容量-电压差分曲线，来更准确地诊断电池单元10的状态的优点。
这里，设置于电池管理设备100的控制单元130可以选择性地包括本领域公知的处理器、专用集成电路(ASIC)、其他芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等，以执行本公开中执行的各种控制逻辑。而且，当控制逻辑以软件实现时，控制单元130可以实现为程序模块的集合。此时，程序模块可以存储在存储器中并由处理器执行。存储器可以位于处理器内部或外部，并且可以通过各种公知方式连接至处理器。
另外，存储单元120可以存储控制单元130诊断电池单元10的状态所需的程序和数据。也就是说，存储单元120可以存储根据本公开实施方式的电池管理设备100的每个组件的操作和功能所需的数据，诸如神经网络和电池模型，在执行操作或功能的过程中生成的数据等。存储单元120的类型没有特别限制，只要它是能够记录、擦除、更新和读取数据的已知信息存储装置即可。作为示例，信息存储装置可以包括RAM、闪存、ROM、EEPROM、寄存器等。另外，存储单元120可以存储其中定义了控制单元130可执行的处理的程序代码。
控制单元130可以被配置为在新的充放电循环期间基于由测量单元110测量的电池单元10的电流，估计电池单元10的容量。
也就是说，当电池单元10处于新的充放电循环时，控制单元130可以基于由电流测量单元所测量的电池单元10的电流实时地估计电池单元10的容量。
另外，控制单元130可以被配置为基于由测量单元110测量的电压和估计的容量，来生成新的容量-电压差分曲线。
也就是说，在新的充放电循环期间，电压测量单元可以测量电池单元10的电压，并且控制单元130可以估计电池单元10的容量。
控制单元130可以基于电池单元10的测量电压和电池单元10的估计容量，生成在新的充放电循环期间的新的容量-电压差分曲线。另外，控制单元130可以在存储单元120中存储所生成的新的容量-电压差分曲线。
另外，控制单元130可以被配置为在所生成的组当中选择预定组，并根据与所选预定组的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线与新的容量-电压差分曲线之间的变化模式，来诊断电池单元10的状态。
优选地，控制单元130可以识别与根据充放电C-率所生成的组当中的预定组相对应的容量-电压差分曲线和新的容量-电压差分曲线之间的变化模式，并根据所识别的变化模式来诊断电池单元10的状态。
因此，控制单元130可以基于在电池单元10处于操作中的同时所生成的新的容量-电压差分曲线以及为了诊断电池单元10的状态而预先存储的容量-电压差分曲线，来诊断电池单元10的状态。
也就是说，控制单元130可以实时诊断电池单元10的状态。
例如，假设电池单元10和电池管理设备100设置在车辆中，车辆当前正在运行，并且电池单元10正在充电。为了便于说明，假设在车辆中包括一个电池单元10。测量单元110可以测量电池单元10的电压和电流，并且控制单元130可以估计电池单元10的容量。另外，控制单元130可以基于电池单元10的电压和容量生成新的电压-容量差分曲线。另外，控制单元130可以在所生成的组当中选择预定组，并将与所选预定组的充电循环相对应的容量-电压差分曲线与所生成的新容量-电压差分曲线进行比较。因此，即使在车辆运行时，控制单元130也可以诊断电池单元10的状态。
也就是说，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有即使在电池单元10在使用中时也实时诊断电池单元10的状态的优点。
优选地，预定组可以是所生成的组当中具有与新的充放电循环的充放电C-率相同的充放电C-率的循环组。
具体地，控制单元130可以在所生成的组当中选择具有与新的充放电循环的充放电C-率相同C-率的循环组。这里，所选择的组可以是预定组。
控制单元130可以通过将所选预定组中所包括的容量-电压差分曲线与新的容量-电压差分曲线进行比较，来诊断电池单元10的状态。
也就是说，控制单元130可以通过比较在以相同的C-率充电或放电时所生成的容量-电压差分曲线，来诊断电池单元10的状态。在这种情况下，与通过比较在以不同充放电C-率充电或放电时所生成的容量-电压差分曲线来诊断电池单元10的状态的情况相比，可以提高对电池单元10的状态的诊断的准确性和可靠性。
例如，如在以上的示例中，假设电池单元10和电池管理设备100设置在车辆中，车辆当前正在运行，并且电池单元10正在充电。控制单元130可以在所生成的组当中选择具有与新的充电循环的C-率相同的充电C-率的循环的组。也就是说，所选择的组的充电循环和新的充电循环可以具有相同的充电C-率。控制单元130可以通过将与所选择的组的充电循环相对应的容量-电压差分曲线与新的容量-电压差分曲线进行比较，来诊断电池单元10的状态。
也就是说，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有的优点在于：即使电池单元10依据情况以不同的C-率充电或放电，也可以通过比较在相同C-率下的电压-容量差分曲线来提高对电池单元10的状态的诊断的准确性和可靠性。
控制单元130可以被配置为在与同一组中包括的充放电循环相对应的每个容量-电压差分曲线中，提取与设置于电池单元10的负极的可用锂的损失相关联的第一峰和与正极反应面积相关联的第二峰中的至少一个。
例如，控制单元130可以基于在容量-电压差分曲线中的在电池单元10的正极处的峰来诊断正极反应面积是否减小。另外，控制单元130可以基于在容量-电压差分曲线中的在电池单元10的负极处的峰来诊断可用锂的损失。也就是说，控制单元130可以基于在容量-电压差分曲线中的在电池单元10的负极处的峰，来诊断是否由于可用锂的损失而出现锂镀层(Li-plating)。这里，用于确定可用锂是否损失的在负极处的峰是第一峰。而且，用于确定正极的反应面积是否减小的在正极处的峰是第二峰。
控制单元130可以被配置为根据多个提取的第一峰和多个提取的第二峰中的至少一个的变化模式来诊断电池单元10的状态。
例如，控制单元130可以基于第一峰诊断可用锂是否损失，或者可以基于第二峰诊断正极反应面积是否减小。另外，控制单元130可以通过考虑第一峰和第二峰二者，来诊断电池单元10的可用锂的损失和正极反应面积的减少二者。
也就是说，根据本公开实施方式的电池管理设备100可以通过分别考虑在电池单元10的负极处的峰和在正极处的峰，来诊断电池单元10的状态。因此，由于电池单元10的正极的状态和负极的状态是独立诊断的，因此可以更具体和准确地诊断电池单元10的状态。
如果随着充放电循环的增加，多个第一峰的电压朝向高电位移动，则控制单元130可以被配置为将电池单元10的状态诊断为电池单元10的可用锂损失的状态。
例如，在与每个充放电循环相对应的容量-电压差分曲线中，如果随着充放电循环的增加，第一峰的电压朝向高电位移动，这可能是由于固态锂在电池单元10的负极上析出(precipitate)而产生锂镀层的情况。
也就是说，由于产生锂镀层以在负极的表面上形成金属锂镀膜，因此即使在与电池单元10处于初始状态相同的电压下，电池单元10的可用容量也可能降低。因此，随着可用锂的损失越多，第一峰的电压可以朝向高电位移动。
具体来说，如果在负极的表面上形成金属锂镀膜，则负极表面上的反应面积减少并且有效锂减少，从而可能改变负极半电池的电压行为。同时，即使产生了锂镀层，正极半电池的电压行为也相对不变，因此全单元的第一峰的电压可以朝向高电位移动。
基于这一点，如果随着充放电循环的增加，第一峰的电压朝向高电位移动，则控制单元130可以诊断出可用锂损失。
例如，参照图3，参考曲线PB的第一峰位于约3.36V处，而第一容量-电压差分曲线P1的第一峰位于约3.42V处。这可以意味着，在与第一容量-电压差分曲线P1相对应的充电循环中，与初始状态相比，电池单元10的可用锂减少。因此，因为与参考曲线PB的第一峰的电压相比，第一容量-电压差分曲线P1的第一峰的电压朝向高电位移动，所以控制单元130可以诊断出电池单元10的可用锂损失。
另外，锂镀层是指锂金属的析出，并且由于锂金属与水剧烈反应，因此可能导致电池单元10爆炸。也就是说，锂镀层的发生不仅在电池单元10中而且在包括电池单元10的电池组1中都可能引起大问题。
因此，根据本公开实施方式的电池管理设备100可以通过基于容量-电压差分曲线的第一峰实时地检查在电池单元10中是否存在可用锂的损失来快速且准确地诊断电池单元10的状态。另外，电池管理设备100具有的优点在于：通过快速诊断电池单元10中是否产生锂镀层来提前防止由锂镀层的发生而引起的意外事故。
如果多个第二峰的每单位电压的容量变化量随着充放电循环的增加而减小，则控制单元130可以被配置为将电池单元10的状态诊断为电池单元10的正电极反应面积减小的状态。
在与每个充放电循环相对应的容量-电压差分曲线中，如果第二个峰的每单位电压的容量变化量随着充放电循环的增加而减少，则这可以是电池单元10的正极上的可用反应面积由于副作用等而减小的情况。例如，正极反应面积可以由于正极活性材料的劣化或颗粒膜阻的增加而减小。另外，正极反应面积也可能由于孔隙堵塞或接触损失而减少。
如果正极反应面积减小，则电池单元10的输出可能降低，这是因为正极活性材料的表面与电解质之间的反应面积减小。也就是说，随着正极反应面积减小，电池单元10的每单位电压的容量变化量可以减小。因此，控制单元130可以根据容量-电压差分曲线的第二峰的变化模式来诊断电池单元10的正极反应面积是否减小。
图4是示意性地示出了由根据本公开实施方式的电池管理设备100生成的第二容量-电压差分曲线P2的图。
为了便于说明，应当注意，与第一容量-电压差分曲线P1类似，图4所示的第二容量-电压差分曲线P2是基于在电池单元10的充电循环中测量的电池单元10的电压和电池单元10的估计容量而生成的。
具体来说，图4是在二维坐标平面上一起示出电池单元10处于BOF(寿命的开始)状态时所生成的参考曲线PB与若干充放电循环之后所生成的第二容量-电压差分曲线P2的图。
也就是说，容量-电压差分曲线是与电池单元10的电压相对于每单位电压的容量变化量相关联的曲线，并且可以以如图4所示的曲线形式、或者以其中记录电压值和每单位电压的容量变化量的表格的形式存储在存储单元120中。
参照图4，参考曲线PB和第二容量-电压差分曲线P2的第二峰位于大约4.11V。然而，参考曲线PB的第二峰的每单位电压的容量变化量为97，而第二容量-电压差分曲线P2的第二峰的每单位电压的容量变化量为92。也就是说，与参考曲线PB的第二峰的每单位电压的容量变化量相比，第二容量-电压差分曲线的第二峰的每单位电压的容量变化量减小。如上所述，如果每单位电压的容量变化量减小，即，如果电池单元10的输出减小，这意味着电池单元10的正极反应面积减小。因此，控制单元130可以将电池单元10的状态诊断为正极反应面积减小的状态。
根据本公开实施方式的电池管理设备100可以通过基于容量-电压差分曲线的第二峰实时地检查电池单元10的正极反应面积是否减小来快速且准确地诊断电池单元10的状态。
控制单元130可以被配置为从每个容量-电压差分曲线中提取多个峰。
这里，峰是与容量-电压曲线中的拐点相对应的点。也就是说，峰可以是容量-电压差分曲线中斜率从正变为负的点，或者可以是斜率从负变为正的点。例如，在多个峰处，容量-电压差分曲线的瞬时斜率可以为0。
控制单元130可以被配置为在多个提取的峰当中选择满足预定条件的参考峰(RefP)。
一般来说，可以从电池单元10的容量-电压差分曲线中提取多个峰。例如，参照图3和图4，在每个容量-电压差分曲线中可以存在多个峰。
控制单元130可以在多个提取的峰当中选择满足预定条件的参考峰(Ref P)。
例如，在参考曲线PB、图3和图4所示的第一容量-电压差分曲线P1和第二容量-电压差分曲线P2全部中，参考峰(Ref P)可以位于大约3.6V点处。
另外，控制单元130可以被配置为基于所选参考峰(Ref P)的电压和每单位电压的容量变化量，来提取第一峰(Ea(1))和第二峰(Ec(4))中的至少一个。
也就是说，控制单元130可以在容量-电压差分曲线中所包括的多个峰当中选择参考峰(Ref P)，然后基于参考峰(Ref P)的电压和每单位电压的容量变化量提取第一峰(Ea(1))和第二峰(Ec(4))中的至少之一。由于在包括负极和正极的电池单元10中始终选择参考峰(Ref P)，因此控制单元130可以通过使用参考峰(Ref P)提高选择第一峰(Ea(1))和第二峰(Ec(4))的准确性和可靠性。
因此，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有的优点在于：基于按照参考峰(Ref P)选择的第一峰(Ea(1))和/或第二峰(Ea(4))更准确地诊断电池单元10的状态。
优选地，参考峰(Ref P)可以是容量-电压差分曲线中电池单元10的正极峰和负极峰混合和交叠的峰。
控制单元130可以基于参考峰(Ref P)选择第一峰(Ea(1))和第二峰(Ec(4))。也就是说，控制单元130可以基于作为电池单元10的负极的峰的第一峰(Ea(1))来诊断电池单元10中的可用锂的损失，并且基于作为电池单元10的正极的峰的第二峰(Ec(4))诊断正电池单元10的电极反应面积是否减小。
例如，参考曲线PB、图3和图4所示的第一容量-电压差分曲线P1和第二容量-电压差分曲线P2中的参考峰(Ref P)可以全部是位于约3.6V点的峰。
具体地，可以基于电池单元10的电压-容量曲线和容量-电压差分曲线来选择参考峰(Ref P)。这里，电压-容量曲线是关于容量的电压曲线，其可以示出X轴为容量并且Y轴为电压的坐标平面上。也就是说，电压-容量曲线和容量-电压曲线可以彼此对称。
图5是示意性地示出了由根据本公开实施方式的电池管理设备100生成的电压-容量曲线的图。具体地，图5是示意性地示出充电循环中的电池单元10的电压-容量曲线的图。
控制单元130可以在电池单元10的电压-容量曲线中识别多个平坦部分。另外，控制单元可以在多个识别出的平坦部分当中选择至少一个平坦部分。这里，平坦部分可以是指电压恒定的某个区段。也就是说，平坦部分可以被认为是指即使容量增加但电压恒定或电压变化小于预定水平的区段。
参照图5，控制单元130可以确定在电池单元10的负极的电压-容量曲线的0.2V、0.11V和0.08V处形成多个平坦部分。另外，控制单元130可以选择多个所选择的平坦部分当中的对应电压具有第二大量值的平坦部分的容量区段。所选择的容量区段可以是17Ah至26Ah。
控制单元130可以识别电池单元10的与所选择的容量区段相对应的电压区段。参照图5，电池单元10的与所选容量区段17Ah至26Ah相对应的电压区段可以为3.58V至3.7V。
最后，控制单元130可以在容量-电压差分曲线中所包括的多个峰当中选择包括在所选电压区段中的峰作为参考峰(Ref P)。例如，参照图3和图4，在包括在容量-电压差分曲线中的多个峰当中，一个峰可以被包括在3.58V至3.7V的电压区段中。控制单元130可以选择包括在该电压区段中的峰作为参考峰(Ref P)。
换言之，根据本公开实施方式的电池管理设备可以通过选择正极峰和负极峰混合的峰作为参考峰(Ref P)，来提高选择第一峰(Ea(1))和第二峰(Ec(4))的准确性。
控制单元130可以被配置为在多个提取的峰当中选择与参考峰的电压相比在电位更低的区段中的第一峰(Ea(1))。
参照图3和图4，在与参考峰(Ref P)的电压相比电位更低的区段中可以包括多个峰。控制单元130可以在包括在低电位区段中的多个峰当中选择与可用锂损失相关联的第一峰(Ea(1))。
例如，参照图3，第一容量-电压差分曲线P1中的第一峰(Ea(1))是在3.42V电压处的峰。另外，参照图4，第二容量-电压差分曲线P2中的第一峰(Ea(1))是在3.36V电压处的峰。
控制单元130可以从在每个充放电循环生成的每个容量-电压差分曲线中提取第一峰(Ea(1))。另外，控制单元130可以根据所提取的第一峰(Ea(1))的电压是否随着充放电循环的增加而朝向高电位侧移动，来诊断电池单元10的可用锂容量是否损失。
例如，控制单元130可以被配置为在多个提取的峰当中的低电位区段中，选择每单位电压的容量变化量最接近参考峰(Ref P)的每单位电压的容量变化量的峰，作为第一峰(Ea(1))。
也就是说，参照图3，在第一容量-电压差分曲线P1中，参考峰(Ref P)是在大约3.6V的电压处的峰。控制单元130可以在小于3.6V的电压处选择每单位电压的容量变化量最接近参考峰(Ref P)的每单位电压的容量变化量的峰，作为峰(Ea(1))。
作为另一示例，控制单元130可以在电池单元10的负极的电压-容量曲线中所选择的多个平坦部分当中，选择相应电压最大的平坦部分的容量区段。参照图5，所选择的容量区段可以是4Ah至7Ah。
控制单元130可以选择电池单元10的与所选容量区段相对应的电压区段。参照图5，与所选容量区段4Ah至7Ah相对应的电池单元10的电压区段可以为3.35V至3.45V。
最后，控制单元130可以在包括在容量-电压差分曲线中的多个峰当中选择包括在所选电压区段中的峰，作为第一峰(Ea(1))。例如，参照图3和图4，在包括在容量-电压差分曲线中的多个峰当中，一个峰可以被包括在3.35V至3.45V的电压区段中。控制单元130可以选择包括在该电压区间中的峰作为第一峰(Ea(1))。
如此，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有的优点在于：可以通过使用电压-容量曲线和容量-电压差分曲线选择参考峰(Ref P)和第一峰(Ea(1))来根据更清晰的标准选择峰。另外，由此，可以更准确地诊断电池单元10的状态。
控制单元130可以被配置为在多个提取的峰当中在与参考峰的电压相比电位的区间中选择第二峰(Ec(4))。
参照图3和图4，在与参考峰(Ref P)的电压相比电位高的区段中可以包括多个峰。控制单元130可以在包括在高电位区段中的多个峰当中，选择与正极反应面积损失相关联的第二峰(Ec(4))。
例如，参照图3，第一容量-电压差分曲线P1中的第二峰(Ec(4))是在4.11V电压处的峰。另外，参照图4，第二容量-电压差分曲线P2中的第二峰(Ec(4))是在4.11V电压处的峰。也就是说，第二峰(Ec(4))是在容量-电压差分曲线中位于靠近约4.1V的充电端子附近的峰。
控制单元130可以从在每个充放电循环中生成的每个容量-电压差分曲线中提取第二峰(Ec(4))。另外，控制单元130可以根据所提取的第二峰的每单位电压的容量变化量是否随着充放电循环的增加而减小，来诊断电池单元10的正极反应面积是否损失。
例如，参照图3，参考曲线PB和第一容量-电压差分曲线P1的第二峰(Ec(4))就电压和每单位电压的容量变化量而言相同。也就是说，参考曲线PB中的第二峰和第一容量-电压差分曲线P1中的第二峰就电压和每单位电压的容量变化量而言相同。可以发现，电池单元10的正极反应面积没有减少而是保持在初始状态。因此，控制单元130可以诊断出图3的电池单元10的正极反应面积没有减小。
作为另一示例，参考图4，参考曲线PB和第二容量-电压差分曲线P2的第二峰(Ec(4))具有相同的电压，但是每单位电压的容量变化量不同。也就是说，参考曲线PB中的第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量大于第二容量-电压差分曲线P2中的第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量。
具体地，参考曲线PB中的第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量为97，而第二容量-电压差分曲线P2中第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量为92。也就是说，随着电池单元10的使用，第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量减少5，这可以被认为是电池单元10的正极反应面积减小的情况。因此，控制单元130可以诊断出图4的电池单元10的正极反应面积是否减小。
根据本公开实施方式的电池管理设备100可以基于位于高电位区段(正极区段)的峰而不是容量-电压差分曲线中的参考峰(Ref P)的变化模式，来独立地诊断电池单元10的正极反应面积是否损失。因此，可以更准确地诊断电池单元10的正极反应面积是否由于副反应等而减小。
控制单元130可以被配置为在包括在高电位区段中的多个峰当中选择斜率从正变为负并且相应电压最大的峰作为第二峰(Ec(4))。
具体地，与容量-电压差分曲线中的参考峰(Ref P)相比，第二峰(Ec(4))被包括在电位高的区段中。另外，第二峰(Ec(4))是容量-电压差分曲线中斜率从正变为负的峰。也就是说，第二峰(Ec(4))可以是容量-电压差分曲线中与局部最大值相对应的峰中的任何一个。这里，局部最大值是指容量-电压差分曲线中斜率从正变为负的点。例如，参照图3和图4，第一峰(Ea(1))、参考峰(Ref P)和第二峰(Ec(4))可以全部是与局部最大值相对应的峰。
另外，第二峰(Ec(4))可以是相应电压最大的峰。也就是说，由于第二峰(Ec(4))是出现在电池单元10的充电端子附近的峰，因此即使在高电位区段中，第二峰(Ec(4))也可以是相应电压最大的峰。
例如，假设电池单元10的最大操作电压为4.2V，第二峰(Ec(4))可以出现在约4.1V左右。这是因为在电池单元10的充电过程期间锂离子从正极向负极移动，并且当正极反应面积减小时，变化模式可以最佳地出现在电池单元10的充电端子附近。
因此，根据本公开实施方式的电池管理设备100具有的优点在于：基于最能代表正极反应面积的减少的第二峰(Ec(4))，诊断电池单元10的正极反应面积是否减小。因此，可以更独立且准确地诊断电池单元10的状态。
图6是示意性地示出了根据充电循环的第一电池单元的容量-电压差分曲线的图。
为了便于说明，在图6所示的第一电池单元的容量-电压差分曲线中，假设第一峰(Ea(1))是基于电压位于约3.45V至3.5V附近的峰，并且参考峰(Ref P)是基于电压位于约3.65V附近的峰。另外，假设第二峰(Ec(4))是基于电压位于约4.14V附近的峰。
第一电池单元是在负极活性材料中混合有石墨和硅的电池单元10。因此，在图6中，基于包括在第一电池单元中的硅，可能出现硅峰(Ea(Si))。
可以发现，随着第一电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线的第一峰(Ea(1))的电压朝向高电位移动。例如，在第一电电池单元的第1个充电循环中，第一峰(Ea(1))的电压约为3.45V，但在第50个充电循环中，第一峰(Ea(1))的电压约为3.5V。第一峰(Ea(1))的电压朝向高电位的移动可以被认为是第一电池单元中可用锂损失的结果。因此，控制单元130可以诊断出第一电池单元中的可用锂损失。
然而，可以发现，即使第一电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线中第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量是恒定的。因此，控制单元130可以诊断出第一电池单元的正极反应面积没有减小。
综上所述，控制单元130可以将第一电池单元的状态诊断为可用锂损失但正极反应面积没有减小的状态。
图7是示意性地示出了根据充电循环的第二电池单元的容量-电压差分曲线的图。
为了便于说明，在图7所示的第二电池单元的容量-电压差分曲线中，假设第一峰(Ea(1))是基于电压位于大约3.46V附近的峰，并且参考峰(Ref P)是基于电压位于大约3.67V附近的峰。另外，假设第二峰(Ec(4))是基于电压位于约4.15V至4.16V附近的峰。
与第一电池单元类似，第二电池单元是在负极活性材料中混合有石墨和硅的电池单元10。因此，在图7中，基于包含于第二电池单元中的硅可能出现Ea(Si)峰。
可以发现，即使第二电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线的第一峰(Ea(1))的电压是恒定的。例如，第二电池单元的第1个充电循环和第100个充电循环中的第一峰(Ea(1))的电压相同，约为3.46V。因此，控制单元130可以诊断出第二电池单元的可用锂没有损失。
然而，可以发现，随着第二电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线中第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量减小。第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量的减小可以被认为是第二电池单元的正极反应面积减小的结果。因此，控制单元130可以诊断出第二电池单元的正极反应面积减小。
综上所述，控制单元130可以将第二电池单元的状态诊断为可用锂没有损失但正极反应面积减小的状态。
图8是示意性地示出根据充电循环的第三电池单元的容量-电压差分曲线的图。
为了便于说明，在图8所示的第三电池单元的容量-电压差分曲线中，假设第一峰(Ea(1))是基于电压位于约3.5V至3.55V附近的峰，并且参考峰(Ref P)是基于电压位于约3.7V附近的峰。另外，假设第二峰(Ec(4))是基于电压位于约4.18V附近的峰。
与第一电池单元和第二电池单元类似，第三电池单元是在负极活性材料中混合了石墨和硅的电池单元10。因此，在图8中，基于包含于第三电池单元中的硅可以出现Ea(Si)峰。
可以发现，随着第三电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线中的第一峰(Ea(1))的电压朝向高电位移动。例如，在第三电池单元的第1个充电循环中，第一峰(Ea(1))的电压约为3.5V，但在第400个充电循环中，第一峰(Ea(1))的电压约为3.55V。第一峰(Ea(1))的电压朝向高电位移动可以被认为是第三电池单元中可用锂损失的结果。因此，控制单元130可以诊断出第三电池单元的可用锂损失。
另外，可以发现，随着第三电池单元的充电循环增加，容量-电压差分曲线中第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量减小。第二峰(Ec(4))的每单位电压的容量变化量的减小可以被认为是第三电池单元的正极反应面积减小的结果。因此，控制单元130可以诊断出第三电池单元的正极反应面积减小。
综上所述，控制单元130可以将第三电池单元的状态诊断为可用锂损失并且正极反应面积减小的状态。
控制单元可以被配置为基于电池单元的状态的诊断结果改变电池单元的充电或放电C-率的阈值以及电池单元的工作电压范围中的至少一个。
具体来说，如果控制单元诊断出电池单元的可用锂损失或正极反应面积减小，则可以改变并设置充放电C-率的上限阈值，以减缓电池单元的劣化率。优选地，控制单元可以改变电池单元的充放电C-率的上限。例如，如果电池单元的充放电C-率初始设置为最大值，则控制单元可以将电池单元的充放电C-率的上限阈值改变为最大值的90％的水平。
另外，如果诊断出电池单元的可用锂损失或正极反应面积减小，则控制单元可以改变电池单元的工作电压范围。例如，如果电池单元的工作电压范围初始设置为3.6V至4.2V，则控制单元可以将电池单元的工作电压范围改变为3.7V至4.1V。结果，可以提前防止劣化的电池单元的过充电和/或过放电。
根据本公开实施方式的电池管理设备100可以应用于电池管理系统(BMS)。也就是说，根据本公开的BMS可以包括上述根据本公开的电池管理设备100。在该配置中，根据本公开的电池管理设备100的至少一些组件可以通过补充或添加包括在传统BMS中的组件的功能来实现。例如，根据本公开的电池管理设备100的测量单元110、存储单元120和控制单元130可以被实现为BMS的组件。
另外，根据本公开的电池管理设备100可以被设置到电池组1。也就是说，根据本公开的电池组1可以包括上述根据本公开的电池管理设备100。这里，电池组1可以包括至少一个电池单元10、电池管理设备100、电气装备(包括BMS、继电器、保险丝等)和壳体。
图9是示意性示出了根据本发明另一实施方式的电池管理方法的图。
根据本公开另一实施方式的电池管理方法可以由根据本公开实施方式的电池管理设备执行。
参照图9，根据本公开另一实施方式的电池管理方法可以包括电压和电流测量步骤(S100)、容量估计步骤(S200)、组生成步骤(S300)和状态诊断步骤(S400)。
电压和电流测量步骤(S100)是在电池单元的充放电循环中，在电池单元正在被充电或放电抽时测量电池单元的电压和电流的步骤，并且可以由测量单元110执行。
测量单元110可以测量电池单元10的正极电位和负极电位，并通过获得测量的正极电位和测量的负极电位之间的差，来测量电池单元10的电压。
另外，测量单元110可以借助于设置在电池单元10的充放电路径上的伏特计A来测量电池单元10的充放电电流。
容量估计步骤S200是基于在测量步骤S100中测量的电池单元的电流估计电池单元的容量的步骤，并且可以由控制单元130执行。
控制单元130可以使用安培计数方法来估计电池单元10的容量。这里，电池单元10的容量可以是电池单元10的电荷状态(SOC)。
组生成步骤(S300)是生成具有相同充放电C-率的充放电循环的组的步骤，并且可以由控制单元130执行。
首先，存储单元120可以存储在电池单元10的每个充放电循环中的充放电C-率和容量-电压差分曲线。控制单元130可以生成存储单元120中存储的充放电循环当中具有相同的充放电C-率的充放电循环的组。
例如，假设第1个充电循环、第二充电循环和第三充电循环的充电C-率为0.33C，并且第四充电循环、第五充电循环和第六充电循环的充电C-率为0.2C。第1个充电循环至第六充电循环的容量-电压差分曲线和充电C-率可以存储在存储单元120中。控制单元130可以生成包括具有相同充电C-率的第1个充电循环、第二充电循环和第三充电循环的第一组，并生成包括第四充电循环、第五充电循环和第六充电循环的第二组。也就是说，包括在一组中的充放电循环以相同的充放电C-率进行充放电。
状态诊断步骤S400是通过将与包括在同一组中的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线彼此进行比较，来诊断电池单元的状态的步骤，并且可以由控制单元130执行。
控制单元130可以针对每组选择包括在该组中的充放电循环，以选择以相同充放电C-率充电或放电的充放电循环。
控制单元130可以在存储单元120中所存储的容量-电压差分曲线当中选择与所选择的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线。另外，控制单元130可以通过将所选的容量-电压差分曲线彼此进行比较，来诊断电池单元10的状态。
具体地，控制单元130可以从每个所选的容量-电压差分曲线中提取与电池单元10的可用锂损失相关联的第一峰。控制单元130可以根据所选的容量-电压差分曲线中的第一峰的电压是否随着充放电循环的增加而朝向高电位移动，来诊断电池单元10的可用锂是否损失。
另外，控制单元130可以从每个所选的容量-电压差分曲线中提取与电池单元10的正极反应面积相关联的第二峰。控制单元130可以根据所选的容量-电压差分曲线中的第二峰的每单位电压的容量变化量是否随着充放电循环的增加而减小，来诊断电池单元10的正极反应面积是否减小。
优选地，控制单元130可以通过比较预先存储在存储单元120中的容量-电压曲线来诊断电池单元10的状态，以及通过使用在电池单元10正在运行的状态下所生成的新的容量-电压曲线实时地诊断电池单元10的当前状态。
也就是说，控制单元130可以将所生成的新的容量-电压曲线与预先存储在存储单元120中的容量-电压曲线进行比较，以诊断电池单元10的可用锂是否损失以及正极反应面积是否减小。
因此，即使在电池单元10正在运行时，根据本公开另一实施方式的电池管理方法也可以诊断电池单元10的状态。另外，随着电池单元10的容量-电压曲线累积得越多，可以进一步提高对电池单元10的状态的诊断的准确性和可靠性。
上述本公开的实施方式可以不仅仅通过设备和方法来实现，而且可以通过实现与本公开实施方式的配置相对应的功能的程序或者上面记录有程序的介质来实现。根据实施方式的以上描述，本领域技术人员可以容易地实现程序或记录介质。
已经详细描述了本公开。然而，应理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施方式，但仅作为示例给出，因为从以上描述，在本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。
附加地，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以上描述的本公开进行许多替换、修改和变化，并且本公开不限于上述实施方式和附图，并且每个实施方式可以部分或全部选择性地组合，以允许各种修改。
本申请要求于2019年9月11日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2019-0112936的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
(附图标记)
1：电池组
10：电池单元
100：电池管理设备
110：测量单元
120：存储单元
130：控制单元
A：伏特计
PB：参考曲线
P1：第一容量-电压差分曲线
P2：第二容量-电压差分曲线
Ea 1：第一峰
Ec(4)：第二峰
Ref P：参考峰

Claims (17)

1.一种电池管理设备，该电池管理设备包括：
测量单元，该测量单元被配置为在电池单元的充放电循环中在所述电池单元正在被充电或放电的同时测量所述电池单元的电压和电流；
控制单元，该控制单元被配置为基于由所述测量单元测量的所述电池单元的电流来估计所述电池单元的容量；以及
存储单元，该存储单元被配置为存储基于由所述测量单元测量的所述电池单元的电压和由所述控制单元估计的所述电池单元的容量所生成的容量-电压差分曲线、以及每个充放电循环中的充放电C-率，
其中，所述控制单元被配置为生成所述存储单元中存储的具有相同充放电C-率的充放电循环的组，并且通过将与包括在同一组中的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线彼此进行比较，来诊断所述电池单元的状态。
2.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为：
基于在新的充放电循环期间由所述测量单元测量的所述电池单元的电流，来估计所述电池单元的容量，并且基于由所述测量单元测量的电压和所估计的容量生成新的容量-电压差分曲线，并且
在所生成的组当中选择预定组，并且根据与所选预定组的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线与所述新的容量-电压差分曲线之间的变化模式，来诊断所述电池单元的状态。
3.根据权利要求2所述的电池管理设备，
其中，所述预定组是所生成的组当中具有与所述新的充放电循环的充放电C-率相同的充放电C-率的循环的组。
4.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为：
在与所述同一组中所包括的充放电循环相对应的每个容量-电压差分曲线中，提取与设置于所述电池单元的负极的可用锂损失相关联的第一峰和与正极反应面积相关联的第二峰中的至少一个，并且
根据多个提取的第一峰和多个提取的第二峰中的至少一个的变化模式，来诊断所述电池单元的状态。
5.根据权利要求4所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为：当所述多个提取的第一峰的电压随着所述充放电循环的增加而朝向高电位移动时，将所述电池单元的状态诊断为所述电池单元的可用锂损失的状态。
6.根据权利要求4所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为：当所述多个提取的第二峰的每单位电压的容量变化量随着所述充放电循环的增加而减小时，将所述电池单元的状态诊断为所述电池单元的所述正极反应面积减小的状态。
7.根据权利要求4所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为：
从每个容量-电压差分曲线中提取多个峰，
在多个提取的峰当中选择满足预定条件的参考峰，并且
基于所选参考峰的电压和每单位电压的容量变化量，提取所述第一峰和所述第二峰中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的电池管理设备，
其中，所述参考峰是在所述容量-电压差分曲线中，所述电池单元的正极峰和负极峰混合的峰。
9.根据权利要求7所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为在与所述参考峰的电压相比电位低的区段中，在所述多个提取的峰当中选择所述第一峰。
10.根据权利要求9所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为在所述多个提取的峰当中，选择所述电位低的区段中的每单位电压的容量变化量最接近所述参考峰的每单位电压的容量变化量的峰，作为所述第一峰。
11.根据权利要求7所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为在所述多个提取的峰当中，在与所述参考峰的电压相比电位高的区段中选择所述第二峰。
12.根据权利要求11所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为在所述电位高的区段中所包括的所述多个提取的峰当中，选择斜率从正变为负并且相应电压具有最大峰的峰，作为所述第二峰。
13.根据权利要求1所述的电池管理设备，
其中，所述控制单元被配置为基于所述电池单元的诊断状态改变所述电池单元的充电或放电C-率的阈值和所述电池单元的工作电压范围中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的电池管理设备，其中，所述容量-电压差分曲线是将所述电池单元的容量-电压曲线相对于电压进行微分得到的曲线，并且是每单位电压的容量变化量相对于所述电池单元的电压的曲线。
15.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1至14中的任一项所述的电池管理设备。
16.一种电池管理方法，该电池管理方法包括以下步骤：
电压和电流测量步骤，该电压和电流测量步骤在电池单元的充放电循环中，在所述电池单元正在被充电或放电的同时测量所述电池单元的电压和电流；
容量估计步骤，该容量估计步骤基于在所述电压和电流测量步骤中测量的所述电池单元的电流，来估计所述电池单元的容量；
组生成步骤，该组生成步骤生成具有相同充放电C-率的充放电循环的组；以及
状态诊断步骤，该状态诊断步骤通过将与包括在同一组中的充放电循环相对应的容量-电压差分曲线相互进行比较，来诊断所述电池单元的状态。
17.根据权利要求16所述的电池管理方法，其中，在所述组生成步骤中，存储在所述电池单元的每个充放电循环中的充放电C-率和容量-电压差分曲线，并且生成所存储的充放电循环当中具有相同充放电C-率的充放电循环的组。
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