CN115136019A - 电池系统诊断装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开的是一种能够在早期阶段有效地诊断电池系统中包括的多个电池单体当中的有缺陷的电池单体的电池诊断技术。电池系统诊断装置诊断包括在其中具有电极接线片的多个电池单体的电池系统，并且包括：单体测量单元，该单体测量单元被配置成针对多个电池单体中的每一个测量电压或电流；以及处理器，该处理器被配置成通过使用由单体测量单元测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体计算SOH，并且基于多次计算的每个电池单体的SOH检测多个电池单体当中的、在电极接线片中具有缺陷的电池单体。

Description

电池系统诊断装置和方法
技术领域
本申请要求于2021年1月13日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2021-0004822的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种电池诊断技术，并且更具体地，涉及一种能够在包括多个电池单体的电池系统的状态下诊断有缺陷的电池单体的电池诊断技术。
背景技术
当前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。在它们当中，锂二次电池备受瞩目，因为由于与镍基二次电池相比基本上无记忆效应以及非常低的放电率和高能量密度，它们确保自由充电和放电。
锂二次电池主要使用锂基氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。另外，锂二次电池包括：电极组件，其中布置有分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极板和负极板，同时分隔件插置在正极板与负极板之间；以及外部，即电池壳体，用于封闭地接纳电极组件连同电解质。
通常，根据外部的形状，锂二次电池可以被分类成其中电极组件被内置到金属罐中的罐型二次电池和其中电极组件被内置在铝层压片材的袋中的袋型二次电池。特别地，袋型二次电池由于其诸如容易堆叠和轻重量的优点而往往被更广泛地使用。
袋型二次电池可以是通过在电极组件被容纳在袋外部中的状态下注入电解质然后密封袋外部来制造的。
图1是示出一般袋型二次电池的分解透视图，并且图2是示出图1的袋型二次电池的透视图。
如图1和图2所示，袋型二次电池1可以包括电极组件20和用于容纳电极组件20的袋外部30。
这里，电极组件20具有包括正极板、负极板以及插置在正极板与负极板之间的分隔件的基本结构，并且可以被容纳在形成于袋外部30内部的内部空间I中。此时，袋外部30可以被形成有上袋31和下袋32，并且密封部分S设置在上袋31和下袋32的外周边表面上，使得密封部分S彼此粘附以密封其中容纳有电极组件20的内部空间I。
这里，至少一个正极接线片11和至少一个负极接线片12可以分别从正极板和负极板延伸。另外，正极接线片11和负极接线片12可以分别与板形电极引线——即，板形正极引线41和板形负极引线42——耦合。另外，正极引线41的一部分和负极引线42的一部分可以被暴露在袋外部30之外，以提供电连接到例如另一二次电池或外部设备的二次电池的外部配置的电极端子。
随着二次电池的应用的领域已扩大，近年来，二次电池正在变得被广泛地不仅在诸如便携式电子设备的小型设备中而且在诸如车辆和能量存储系统(ESS)的中大型设备中用于驱动或能量存储。在这样的中大型设备的情况下，为了增加输出或容量，可以将大量的二次电池串联和/或并联电连接。特别地，在能量存储系统的情况下，可以包括非常大量的二次电池。例如，能量存储系统可以包括多个电池架，并且每个电池架可以被配置成在架框架中容纳多个电池模块。另外，每个电池模块可以包括若干二次电池，并且可以将每个二次电池称为电池单体。因此，能量存储系统可以包括非常大量的电池单体，例如数千至数万个电池单体。
在这样的电池系统的情况下，诊断每个电池单体的状态非常重要。然而，随着包括在其中的电池单体的数目增加，不容易诊断特定电池单体的状态并且检测具有缺陷的电池单体。此外，对电池单体来说可以存在许多不同类型的故障。例如，在电池单体中可能发生各种问题，诸如外部损坏、分隔件损坏、金属异物形成、电解液泄漏和接线片缺陷。在它们当中，接线片缺陷可以是当设置在电池单体内部的至少一个正极接线片11或负极接线片12——即，电极接线片10——断连或者引起接触错误时发生的缺陷类型。如果发生这样的接线片缺陷，则所对应的电池单体的性能可能劣化或者可能发生故障，因此电池系统的性能和可靠性可能总体上劣化。另外，如果在特定电池单体中发生诸如接线片缺陷的问题，则该电池单体可能着火并且在整个电池系统中引起火灾。
因此，在电池系统中包括的大量的电池单体当中标识哪个电池单体有问题以及已发生了什么类型的缺陷非常重要。特别地，当发生有缺陷的单体时，在早期阶段诊断这样的有缺陷的单体非常重要。然而，仍然尚未提出用于在早期阶段诊断这样的有缺陷的电池单体并且甚至诊断特定缺陷类型的有效方法。
发明内容
技术问题
本公开被设计来解决相关技术的问题，因此本公开致力于提供一种可以在早期阶段有效地诊断电池系统中包括的多个电池单体当中的有缺陷的电池单体的电池系统诊断装置和方法，以及一种包括该电池系统诊断装置的电池系统。
本公开的这些及其他目的和优点可以从以下详细描述理解并且将从本公开的示例性实施例变得更充分地显而易见。另外，将容易地理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中示出的手段来实现。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种电池系统诊断装置，该电池系统诊断装置诊断包括多个电池单体的电池系统，在电池单体中具有电极接线片，该装置包括：单体测量单元，该单体测量单元被配置成针对多个电池单体中的每一个测量电压或电流；以及处理器，该处理器被配置成通过使用由单体测量单元测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体计算SOH，并且基于多次计算的每个电池单体的SOH检测多个电池单体当中的、在电极接线片中具有缺陷的电池单体。
这里，处理器可以被配置成将SOH计算值与阈值进行比较，使得断连缺陷和不完全接触缺陷被分开地检测为电极接线片的缺陷。
另外，当SOH计算值等于或小于阈值的情况持续超过第一准则次数时，处理器可以被配置成检测到所对应的电池单体具有断连缺陷。
另外，当SOH计算值相对于阈值的向上/向下切换次数持续超过第二准则次数时，处理器可以被配置成检测到所对应的电池单体具有不完全接触缺陷。
另外，处理器可以被配置成标识向上/向下切换次数是增加还是减少。
另外，阈值可以是基于多个电池单体当中的至少一些电池单体的SOH来设定的。
另外，处理器可以被配置成通过针对每个电池单体区分充电过程和放电过程来检测有缺陷的电池单体。
另外，处理器可以被配置成设定用于针对每个电池单体计算SOH的前提条件，使得针对充电过程的前提条件和针对放电过程的前提条件彼此不同地设定。
在本公开的另一方面中，还提供了一种电池系统，该电池系统包括根据本公开的电池系统诊断装置。
在本公开的再一方面中，还提供了一种电池系统诊断方法，该电池系统诊断方法诊断包括多个电池单体的电池系统，在电池单体中具有电极接线片，该方法包括：针对多个电池单体中的每一个测量电压或电流；通过使用在测量步骤中测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体计算SOH；以及基于在计算步骤中多次计算的每个电池单体的SOH检测多个电池单体当中的、在电极接线片中具有缺陷的电池单体。
有益效果
根据本公开，在包括多个电池单体的电池系统中，可以有效地诊断有缺陷的电池单体。
特别地，根据本公开的实施例，可以快速地检测在内部部件当中的电极接线片中具有问题的电池单体。
此外，根据本公开的实施例，可以具体地对在电极接线片中已发生的问题的种类进行分类。
因此，根据本公开的实施例，可以针对有缺陷的电池单体、特别是在电极接线片中具有异常的电池单体执行适当的后续措施，诸如分离、修复、替换等。
另外，根据本公开的实施例，由于可以获得关于电池单体的缺陷类型的特定信息，所以可以基于所获得的信息适当地修改电池单体制造过程。因此，在这种情况下，可以降低电池单体的缺陷率。
另外，本公开可以具有各种其他效果，并且可以在下面更详细地描述这些效果。另外，相对于每个部件，如果任何效果能够被本领域的技术人员容易地理解，则将不详细地描述这样的效果。
附图说明
附图图示本公开的优选实施例并且与前面的公开内容一起，用来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是示出一般袋型二次电池的分解透视图。
图2是示出图1的袋型二次电池的透视图。
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的电池系统诊断装置的功能配置的框图。
图4是示出由根据本公开的实施例的处理器针对任意一个电池单体计算的SOH连同要与其进行比较的阈值的曲线图。
图5是示出由根据本公开的实施例的处理器针对另一电池单体计算的SOH连同要与其进行比较的阈值的曲线图。
图6是示出由根据本公开的实施例的处理器针对再一电池单体计算的SOH的曲线图。
图7是示出根据本公开的实施例的电池系统中包括的若干电池单体的SOH计算值的曲线图。
图8是用于示意性地图示根据本公开的实施例的电池系统诊断方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应该被解释为限于一般和词典含义，而是在发明人被允许适当地定义术语以获得最佳说明的原则的基础上，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，本文提出的描述只是仅用于例示目的的优选示例，不旨在限制本公开的范围，所以应该理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其做出其他等同和修改。
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的电池系统诊断装置的功能配置的框图。
如图3所示，电池系统可以包括多个电池单体1。这里，电池单体1可以意指一个二次电池。二次电池可以是其中如图1和图2所示电极组件20被容纳在袋外部30中的袋型二次电池，并且二次电池还可以是其中电极组件被容纳在圆柱形或棱柱形金属罐中的罐型二次电池。作为要由本公开的电池系统诊断装置诊断的目标的电池单体1可以选自在本申请的提交日期已知的各种二次电池。
特别地，电池单体1可以在其中包括电极接线片10。例如，参考图1，电池单体1的电极组件20可以包括至少一个正极板和至少一个负极板。另外，正极接线片11和负极接线片12可以被分别设置到正极板和负极板。而且，正极接线片11可以连接到正极引线41，并且负极接线片12可以连接到负极引线42。这在本申请的提交日期广为人知，因此这里将不详细地描述电池单体1的内部配置。
电池系统可以包括多个此类二次电池(电池单体1)。也就是说，电池系统是包括多个电池单体1的系统，并且可以是指被配置成充电和放电电力的系统。电池系统可以包括各种类型的系统，诸如电池模块、电池组、电池架和能量存储系统(ESS)。特别地，在电池系统中，多个二次电池可以彼此串联和/或并联电连接。
能够将根据本公开的电池系统诊断装置认为是如上所述用于诊断包括在其中具有电极接线片的多个电池单体1的电池系统的装置。
特别地，根据本公开的电池系统诊断装置可以包括单体测量单元100和处理器200。
单体测量单元100可以被配置成针对电池系统中包括的多个电池单体1中的每一个测量电压或电流。例如，单体测量单元100可以包括电压传感器，并且可以被配置成测量在电池系统中包括的每个电池单体1的两端处的电压。替换地，单体测量单元100可以包括电流传感器，并且可以被配置成测量在每个电池单体1中流动的电流。这里，单体测量单元100可以测量每个电池单体1的电压或电流中的仅一个，或者可以被配置成测量每个电池单体1的电压和电流两者。
另外，对于每个电池单体1，单体测量单元100可以被配置成测量除电压或电流以外的电池特性，诸如电池单体1的温度、充电时间、放电时间或充电/放电循环次数等。
单体测量单元100可以被配置成测量电池系统中包括的所有电池单体1的特性，例如，所有电池单体1的电压。然而，本公开不一定限于此配置，并且单体测量单元100可以被配置成仅针对电池系统中包括的多个电池单体1当中的一些电池单体1测量电压或电流。
根据本公开的电池系统诊断装置可以采用在本申请的提交日期已知的各种电池测量设备作为本公开的单体测量单元100。因此，这里将不详细地描述单体测量单元100。
处理器200可以电连接到单体测量单元100并且从单体测量单元100接收测量数据。特别地，由于单体测量单元100可以针对多个电池单体1中的每一个测量电压或电流，所以处理器200可以从单体测量单元100接收关于针对每个电池单体1以这种方式测量的电压或电流的信息。
另外，处理器200可以通过使用如上所述发送的每个电池单体1的电压测量值或电流测量值来针对每个电池单体1计算SOH。这里，每个电池单体1的SOH意指健康状态，并且可以根据电池单体1的电压或电流计算。SOH计算方法在本申请的提交日期以各种形式广为人知，因此这里将不详细地描述。另外，在根据本公开的电池系统诊断装置中，处理器200可以采用在本申请的提交日期已知的SOH计算方法以便计算SOH。
处理器200可以针对每个电池单体1多次计算SOH。特别地，处理器200可以被配置成针对每个电池单体1随时间多次计算SOH。例如，处理器200可以被配置成针对每个电池单体1每天、每周或每月计算SOH。替换地，处理器可以被配置成每当循环次数增加了预定次数时针对每个电池单体1计算SOH。例如，处理器200可以被配置成针对每个电池单体1每当循环次数增加了10时计算SOH。
因此，由于处理器200针对每个电池单体1随时间获得SOH计算结果，所以处理器200可以针对每个电池单体1具有多个SOH计算结果。例如，处理器200可以针对每个电池单体1具有预定时段内的50次SOH计算结果。
另外，处理器200可以被配置成基于多次计算的每个电池单体1的SOH来检测具有缺陷的电池单体1。也就是说，处理器200可以被配置成针对每个电池单体1获得多个SOH计算结果并且通过使用多个获得的SOH计算结果来检测在电池系统中包括的多个电池单体1当中的哪个电池单体1有问题。
特别地，处理器200可以被配置成通过使用针对每个电池单体1的SOH计算结果来检测在电极接线片中具有缺陷的电池单体1。例如，如图3所示，当在电池系统中包括多个电池单体1时，处理器200可以诊断多个电池单体1当中的哪个电池单体1在电极接线片中具有缺陷。
根据本公开的此配置，可以通过使用每个电池单体1的SOH及早诊断有缺陷的电池单体。特别地，根据此配置，可以在早期阶段准确地检测在电极接线片10中具有缺陷的电池单体1。因此，可以有效地防止由电极接线片10的缺陷引起的问题，例如电池系统的整体性能劣化、故障或火灾。
处理器200可以可选地包括本领域中已知的中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理设备等，以运行在本公开中执行的各种控制逻辑，或者可以使用这些术语来表达。另外，当控制逻辑用软件加以实现时，可以将处理器200实现为一组程序模块。在这种情况下，程序模块可以被存储在内部存储器或外部存储器模块400等中并且由处理器200运行。存储器模块400可以设置在处理器200内部或外部，并且可以通过各种公知手段连接到处理器200。
特别地，如果在电池系统中包括被称为微控制器单元(MCU)或电池管理系统(BMS)的控制设备，则处理器200可以由诸如所设置的MCU或BMS的部件来实现。
同时，在本说明书中，诸如用于处理器200的操作或功能的“用于”或“被配置成”的术语可以包括“被编程为”的含义。
另外，根据本公开的电池系统诊断装置还可以包括如图3所示的通知单元300。
通知单元300可以被配置成向用户等发送由处理器200进行的检测结果。例如，通知单元300可以包括显示监视器、扬声器、警告灯等，并且以诸如视觉和听觉方法的各种方式向用户显示有缺陷单体检测结果。特别地，通知单元300可以被配置成向用户发送关于在电池系统中包括的多个电池单体1当中的哪个电池单体1在电极接线片中具有缺陷的信息，例如有缺陷电池单体的标识信息或位置信息。另外，通知单元300可以连接到在本申请的提交日期已知的各种有线或无线通信网络，并且可以连接到用户的移动终端或外部服务器。在这种情况下，通知单元300可以通过通信网络向便携式终端或服务器发送有缺陷单体检测信息。
另外，根据本公开的电池系统诊断装置可以进一步包括如图3所示的存储器单元400。
存储器单元400可以存储单体测量单元100或处理器200执行其功能所必需的程序和数据。也就是说，存储器单元400可以存储根据本公开的实施例的电池系统诊断装置的至少一些部件执行操作和功能所必需的数据或程序，或在执行操作和功能的过程中生成的数据。例如，存储器单元400可以存储每次针对每个电池单体1测量的多个SOH计算值。
存储器单元400可以采用本领域已知能够无限制地写入、擦除、更新和读取数据的任意信息存储手段。作为示例，信息存储手段可以包括RAM、闪速存储器、ROM、EEPROM、寄存器等。另外，存储器单元400可以存储其中定义了可由单体测量单元100和/或处理器200运行的过程的程序代码。
处理器200可以被配置成将SOH计算值与阈值进行比较。这里，阈值是要与SOH计算值进行比较的值，并且可以是用于确定所对应的电池单体1的SOH计算值是否正常的准则值。特别地，阈值可以被认为是能够区分在所对应的电池单体1中是否发生电极接线片缺陷的SOH值。阈值可以被表达为特定值或者可以被表达为特定范围。
阈值可以预先存储在处理器200本身中或在存储器单元400中以便由处理器200使用。
另外，可以根据时间的流逝来设定多个阈值。也就是说，随时间多次计算每个电池单体1的SOH，并且可以设定与以这种方式计算的每个SOH相对应的阈值。例如，当诸如一月、二月、三月…每月地针对每个电池单体1计算SOH时，也可以每月地设定诸如一月阈值、二月阈值、三月阈值等的阈值。在这种情况下，阈值可以被彼此不同地设定，但是至少一些阈值可以被彼此相同地设定。
处理器200可以基于SOH计算值与阈值之间的比较结果来诊断电极接线片中的缺陷。特别地，处理器200可以被配置成检测电极接线片的缺陷是断连缺陷还是不完全接触缺陷。这里，断连缺陷可以意指包括在电池单体1中的一个或多个电极接线片10在特定部分处被完全切断的状态。例如，在包括十个电极接线片10的电池单体1中，断连缺陷可以是至少一个电极接线片10被完全切断的状态。不完全接触缺陷可以意指包括在电池单体1中的一个或多个电极接线片10在特定部分处被切断然后反复地接触的状态。例如，不完全接触缺陷可以意指在至少一个电极接线片10中存在切断部分但是在切断部分处间歇地发生接触的状态。
根据本公开的此配置，电池单体1中的电极接线片缺陷使用SOH计算值来检测，并且甚至可以分开地具体诊断电极接线片缺陷的类型。因此，在这种情况下，可以根据电极接线片缺陷的类型来采取更适当的措施。
特别地，由于不完全接触缺陷是电极接线片10的切断部分反复地附接和分离的状态，所以可以预测物理外力被施加到电极接线片10或电池单体1。因此，在这种情况下，可以相对于施加到所对应的电池单体1的外力采取更适当的动作。例如，当存在具有不完全接触缺陷的电池单体1时，可以通过通知单元300向用户发送所对应的情形。此时，用户可以标识外力的原因，并且采取适当的措施来去除外力的原因，诸如停止电池系统或者改进电池架框架的固定力。
在此实施例中，处理器200可以被配置成判断SOH计算值小于或等于阈值的情况是否持续超过第一准则次数。另外，当SOH计算值小于或等于阈值的情况持续超过第一准则次数时，处理器200可以被配置成将所对应的电池单体1检测为具有断连缺陷。将参考图4对此进行更详细的描述。
图4是示出由根据本公开的实施例的处理器200针对任意一个电池单体1计算的SOH连同要与其进行比较的阈值的曲线图。
参考图4，指示在预定时段期间——即，在d1与d2之间——针对特定电池单体1计算的SOH的曲线图由B1指示。特别地，在曲线图B1中，针对d1与d2之间的时段计算的SOH值由点指示，并且此类点由线连接。
另外，在图4中，要与SOH计算值B1进行比较的阈值由A1指示。特别地，阈值A1可以被设定成对应于在d1至d2的时段期间的SOH计算值中的每一个以便与多个SOH计算值进行比较，如图4所示。此外，阈值A1可以被配置成在d1与d2之间的时段期间改变，而不是保持不变。也就是说，可以不同地配置与SOH的每个计算周期相对应的阈值。
在此实施例中，处理器200可以判断所计算的SOH B1是否等于或小于阈值A1。另外，如果存在SOH计算值B1等于或小于阈值A1的部分，则处理器200可以判断SOH计算值B1等于或小于阈值A1的情况是否持续超过第一准则次数。这里，可以根据诸如电池单体1的规格或电池系统的操作情形的各种因素适当地设定第一准则次数。第一准则次数可以被预设并存储在存储器单元400或处理器200中。作为示例，可以将第一准则次数设定为5次。在这种情况下，处理器200可以判断SOH计算值B1等于或小于阈值A1的情况是否持续5次或更多次。
作为更特定的示例，参考图4，当时间从d1流逝到d2时，处理器200可以标识SOH计算值B1小于阈值A1的部分。在这种情况下，处理器200可以在SOH计算值B1小于阈值A1的部分当中提取e1部分、e2部分和e3部分作为连续部分。另外，处理器200可以判断在如上提取的部分当中，SOH计算值B1小于阈值A1的部分是否持续超过第一准则次数。例如，当第一准则次数被设定为5次时，处理器200可以标识SOH计算值B1小于阈值A1的部分持续5次或更多次。
在图4中，在e1部分中，SOH计算值B1小于阈值A1的部分持续仅一次，而在e2部分中，SOH计算值B1小于阈值A1的部分持续仅两次。因此，在e1部分或e2部分被标识的状态下，处理器200可以不判断在电池单体1中发生电极接线片缺陷。然而，在e3部分中，SOH计算值B1小于阈值A1的部分持续5次或更多次。因此，在e3部分被标识的状态下，处理器200可以判断在电池单体1中发生电极接线片缺陷。特别地，处理器200可以从当e3部分开始时的第一时间点da起相对于所对应的电池单体1检测到断连缺陷。也就是说，如果SOH计算值B1小于阈值A1的状态持续预定时间或更长，则处理器200可以针对所对应的电池单体1判断电极接线片断连。另外，当SOH计算值B1小于阈值A1的部分持续超过第一准则次数时，处理器200可以判断所对应的电池单体1的容量劣化。另外，处理器200可以通过通知单元300向用户发送容量劣化判断结果。
同时，在图4的实施例中，描述了基于SOH计算值B1等于或小于阈值A1的次数检测到电池单体1的断连缺陷或容量劣化，但还可以配置的是，基于当SOH计算值B1等于或小于阈值A1时的时间来检测电池单体1的断连缺陷。例如，如果特定电池单体1的SOH计算值B1小于或等于阈值A1的情况持续一定天数(例如4天)，则处理器200可以被配置成针对所对应的电池单体1检测断连缺陷。
同时，即使SOH计算值B1等于或小于阈值A1的次数被判断为大于或等于第一准则次数，如果在从此起的预定时间内计算的SOH B1被判断为大于阈值A1，则处理器200可以取消针对所对应的电池单体1检测到的断连缺陷的判断。例如，在基于图4的实施例的e3部分之后的点，如果SOH计算值B1等于或大于阈值A1的情况再次持续超过预定次数，则处理器200可以取消在e3部分的时间点做出的断连缺陷的判断。在这种情况下，可以更准确地判断断连缺陷。
此外，如果由处理器200判断断连缺陷，则可以取决于缺陷判断时间点来获得各种附加信息。例如，在当单体被安装到电池系统时的初始阶段中单体被判断为具有断连缺陷的情况下，如果单体处于BOL(寿命开始)状态，即，如果单体处于刚制造后的状态，则可以判断在所对应的单体的制造过程期间存在问题。因此，在这种情况下，可以发送与所对应的单体的制造过程相关的信息，从而帮助解决所对应的单体的制造过程中的问题。如果所对应的单体是处于MOL(寿命中间)状态的单体，即，如果单体在一定程度上处于被使用状态，则可以通过跟踪现有使用历史等来获得关于问题的信息。替换地，如果单体在被安装到电池系统之后在一定程度上被使用的状态下被判断为具有断连缺陷，则可以附加地全面地审查操作系统或操作条件的问题或在制造时间点的问题。
另外，处理器200可以被配置成判断SOH计算值相对于阈值的向上/向下切换次数是否持续超过第二准则次数。另外，处理器200可以被配置成当向上/向下切换次数持续超过第二准则次数时相对于所对应的电池单体1检测到不完全接触缺陷。将参考图5对此进行更详细的描述。
图5是示出由根据本公开的实施例的处理器200针对另一电池单体1计算的SOH连同要与其进行比较的阈值的曲线图。
参考图5，指示在从d1到d2的时段期间针对与图4的电池单体1不同的另一电池单体1计算的SOH的曲线图被图示为B2。另外，在曲线图B2中，在每个时间点计算的SOH值被示出为点，并且此类点由线连接。另外，图5的阈值以与图4的阈值相同的方式示出。
在此实施例中，当将所计算的SOH B2与阈值A1进行比较时，处理器200可以标识大于或等于阈值A1并且被切换成小于阈值A1的部分。也就是说，处理器200可以对当SOH计算值B2在小于阈值A1之后上升时或者当SOH计算值B2在高于阈值A1之后降低时的次数或时间段进行计数。
例如，处理器200可以在图5的配置中标识SOH计算值B2相对于阈值A1的切换点。另外，处理器200可以判断连续切换点的数目是否等于或大于第二准则次数。这里，可以根据诸如电池单体1的规格或电池系统的操作情形的各种情况适当地设定第二准则次数。另外，第二准则次数可以被预设并存储在存储器单元400或处理器200中。例如，可以将第二准则次数设定为3次。在这种情况下，当SOH计算值B2相对于阈值A1的切换次数持续3次或更多次时，处理器200可以判断在所对应的电池单体1的电极接线片中存在不完全接触缺陷。
作为更特定示例，参考图5，当时间从d1流逝到d2时，处理器200可以将f1、f2、f3、...、f11标识为基于阈值A1在垂直方向上切换SOH计算值B2的时间点。特别地，垂直方向切换时间点可以是SOH计算值B2的曲线图和阈值A1的曲线图彼此相交的点。另外，处理器200可以判断每个切换时间点是否持续超过第二准则次数，例如三次或更多次。这里，可以将切换时间点的持续认为是意味着相对于阈值的切换部分在三个或更多个SOH计算时间点处在操作时间点之间连续地发生。
在图5的实施例中，在时间点f1、f2和f3的情况下，可以认为切换次数不是连续的，而是切换次数是仅一次。另外，在f4和f5的情况下，由于在三个连续SOH计算时间点处发生两个切换部分，所以可以认为连续切换次数对应于两次。由于连续切换次数小于作为第二准则次数的3，所以处理器200可以不判断在时间点f1至f5电池单体1具有不完全接触缺陷。
然而，SOH阈值从时间点f6到时间点f11连续地切换。也就是说，从时间点f6起，SOH计算值相对于阈值的切换次数持续多达6次，并且可以认为持续超过第二准则次数(3次)。因此，在这种情况下，处理器200可以判断在电池单体1的电极接线片中发生不完全接触缺陷。可以将不完全接触缺陷认为是在电池单体1内部一个电极接线片反复地附接到另一电极接线片或电极引线然后与其分离的情形。如果SOH计算值B2如上基于阈值A1连续地上下振动，则处理器200可以判断在所对应的电池单体1的电极接线片中发生不完全接触缺陷。另外，如果SOH计算值B2基于阈值A1连续地上下振动，则处理器200可以判断所对应的电池单体1的容量不稳定。另外，处理器200可以通过通知单元300向用户发送此信息。
根据此实施例，可以通过将SOH计算值B2与阈值A1进行比较来有效地标识在电池单体1的电极接线片中是否存在不完全接触缺陷。
同时，在图5的实施例中，描述了用于通过将每个电池单体1的SOH计算值B2与阈值A1进行比较来标识在电池单体1的电极接线片中是否存在不完全接触缺陷的配置，但是电极接线片的不完全接触缺陷还可以仅通过SOH计算值来标识。将参考图6对此进行更详细的描述。
图6是示出由根据本公开的实施例的处理器200针对再一电池单体1计算的SOH的曲线图。
参考图6，指示在从d3到d4的时段期间针对任意一个电池单体1计算的SOH的曲线图被图示为B3。这里，同样，在每个时间点计算的SOH值由点指示，并且此类点由线连接。然而，与在图4和图5中不同，在图6中未示出阈值。
处理器200可以相对于SOH计算结果曲线图计算每次计算之间的SOH变化量。这里，SOH变化量可以意指连续SOH计算值之间的差。另外，处理器200可以被配置成将所计算的SOH变化量与如由图6中的Mt所指示的准则变化量进行比较。接下来，如果SOH变化量大于准则变化量Mt的情况持续超过预定次数，例如第三准则次数，则处理器200可以被配置成检测到所对应的电池单体1具有不完全接触缺陷。
更具体地，在图6的配置中，SOH变化量大于准则变化量Mt的部分由g1至g7指示。在它们当中，在g1和g2部分中，连续次数是2次。另外，在g3至g7部分中，连续次数是5次。如果第三准则次数是3次，则处理器200可以判断在SOH变化量大于准则变化量Mt的情况连续地存在三次或更多次的g3至g7时间点处在所对应的电池单体1的电极接线片中发生不完全接触缺陷。
在以上实施例中，处理器200可以被配置成将紧接的前一模式认为是SOH变化量大于准则变化量Mt的次数。更具体地，如果SOH变化量以与前一模式相同的模式增加或减少，则即使SOH变化量大于准则变化量Mt，处理器200也可以不对SOH变化量大于准则变化量Mt进行计数。也就是说，只有当SOH变化量以与前一模式不同的模式增加或减少时，处理器200才可以对SOH变化量大于准则变化量Mt进行计数。例如，如果SOH变化量在先前次数的计算结果中增加并且SOH变化量在当前次数的计算结果中减少，或者如果SOH变化量在先前次数的计算结果中减少并且SOH变化量在当前次数的计算结果中增加，则处理器200可以被配置成判断SOH变化量是否大于准则变化量Mt。在这种情况下，以SOH计算值上下振动的形式，处理器200可以对当振动的振幅等于或大于某个水平(准则变化量)时的次数进行计数并且基于计数结果来检测所对应的电池单体1的不完全接触缺陷。
根据本公开的此配置，即使未设定要与SOH进行比较的阈值，也可以检测到电池单体1的电极接线片缺陷，特别是是否存在不完全接触缺陷。因此，用于存储或计算阈值的过程可以不是必要的。
另外，处理器200可以被配置成标识SOH计算值相对于阈值的向上/向下切换次数是增加还是减少。也就是说，处理器200可以对当SOH计算值基于阈值从向上切换到向下或者从向下切换到向上的次数进行计数。另外，处理器200可以记录每次的计数结果并且标识切换次数是随时间逐渐地增加还是减少。
特别地，如果切换次数随时间逐渐地增加，则处理器200可以判断存在在电极接线片中发生问题的高风险。此外，如果切换次数随时间增加，则处理器200可以判断所对应的电池单体1的电极接线片正在从正常状态进展到不完全接触缺陷状态或者正在从不完全接触缺陷状态进展到断连缺陷状态。
可以基于多个电池单体1中的至少一些的SOH来设定阈值。此外，处理器200可以基于针对电池系统中包括的所有电池单体1当中的至少一些电池单体1、特别是所有电池单体1计算的SOH值来设定阈值。将参考图7对此进行更详细的描述。
图7是示出根据本公开的实施例的电池系统中包括的若干电池单体1的SOH计算值的曲线图。
参考图7，针对多个电池单体1中的每一个计算SOH，并且随时间多次计算SOH。另外，每次显示针对每个电池单体1计算的SOH值。在图7中，x轴表示基于天的时间，而y轴表示形式为标准偏差的SOH计算值。此外，在y轴中，在所有SOH计算值的平均值处于中心的状态下，基于中心的偏差被示出为σ(西格玛)。特别地，在图7中，S1和S2表示与3σ相对应的极限。作为平均值的标准偏差，处理器200可以将与3σ相对应的值设定为每次(计算次数)的阈值。另外，处理器200可以通过将与3σ相对应的值——即，阈值——与每个电池单体1的SOH计算值进行比较来检测每个电池单体1的电极接线片缺陷。特别地，处理器200可以将位于平均值两侧的与3σ相对应的两个值——即，与+3σ相对应的阈值S1和与-3σ相对应的阈值S2的下限值设定为阈值。
根据本公开的此配置，可以考虑到电池系统的整体情况有效地诊断特定电池单体1中的问题，特别是在电极接线片中是否存在缺陷。此外，电池系统中包括的电池单体1的SOH可以取决于诸如电池系统的操作状态或周围环境的各种因素而变化。根据此实施例，由于基于这些因素适当地设定阈值，所以可以更准确地诊断特定电池单体1的电极接线片缺陷问题。另外，根据此实施例，不必要将阈值预先存储在存储器单元400、处理器200等中。
同时，在图7中，与3σ相对应的值被例示为阈值，但这仅是示例，并且可以将阈值设定为诸如6σ的另一值。也就是说，处理器200可以被配置成将作为阈值的相对于所有电池单体1的平均值的6σ相对应的值与每个电池单体1的SOH进行比较。替换地，处理器200可以基于每个电池单体1的SOH值的单体至单体等级的变化、或者基于每个电池单体1的SOH值与整个电池系统的平均SOH值之间的差来诊断每个电池单体1的SOH是否异常。另外，处理器200可以以各种其他形式评价每个电池单体1的SOH计算值，并且可以判断所对应的电池单体1的电极接线片是否具有缺陷。
当针对多个电池单体1中的每一个计算SOH时，处理器200可以被配置为使得用于电池单体1之间的SOH计算的准则时间点可以相同或者仅具有预定水平内的时间误差。这里，由于SOH计算基于由单体测量单元100测量的结果，所以单体测量单元100可以被配置为使得用于多个电池单体1中的每一个的电压测量时间点或电流测量时间点是在相同或类似的时间段做出的。例如，当在电池系统中包括多个电池单体1时，单体测量单元100可以被配置成在每个测量周期同时或者在小于1秒钟的时间误差范围内测量所有电池单体1的电压或电流。
根据本公开的此配置，通过允许用于电池单体1的SOH计算的准则时间点相同或在某个水平内来保证阈值设定的可靠性，并且可以通过阈值与计算值之间的比较来改进诊断的准确性。
另外，当检测到有缺陷的电池单体时，处理器200可以被配置成对于每个电池单体1分开地执行充电过程和放电过程。
例如，处理器200可以被配置成分开地标识基于在充电过程中测量的电压而计算的SOH模式和基于在放电过程中测量的电压而计算的SOH模式。在这种情况下，还可以针对充电阈值和放电阈值分开地设定阈值。例如，可以分开地设定如图7所示形式为3σ的阈值以分别对应于充电状态和放电状态。
另外，处理器200可以被配置为使得，对于每个电池单体1，将放电过程中的SOH计算值与放电阈值进行比较，并且将充电过程中的SOH计算值与充电阈值进行比较。
根据本公开的此配置，由于充电过程和放电过程被分开地比较，所以可以更准确地诊断电池单体1的状态。特别地，电池单体1的SOH的模式可以取决于它是处于充电状态还是处于放电状态而不同地形成，并且根据此实施例，可以通过更适当地反映此情形来诊断SOH。因此，可以进一步改进用于诊断电池单体1的电极接线片缺陷的准确性。
特别地，处理器200可以设定用于针对电池单体1计算SOH的前提条件。也就是说，处理器200可以被配置成只有当满足预定前提条件时才计算SOH。另外，处理器200可以被配置成不满足前提条件时不计算SOH。
例如，处理器200可以使用SOC来计算SOH。这里，获得SOC的方法在本申请的提交日期广为人知，因此这里将不详细地描述。
更具体地，处理器200可以被配置成通过下面的等式1来计算SOH。
[等式1]
Figure BDA0003788738540000221
这里，I意指在电池单体1中流动的电流，f意指充电/放电结束时间，并且i意指充电/放电开始时间。另外，SOCf意指在充电/放电结束时的SOC值，并且SOCi意指在充电/放电开始时的SOC值。
这里，处理器200可以使用充电/放电过程中的SOC变化量作为用于计算SOH的前提条件。特别地，处理器200可以被配置成只有当在每个电池单体1的充电和放电开始时的SOC值与在充电和放电结束时的SOC值之间的差等于或大于某个水平时才计算所对应的电池单体1的SOH。
例如，在等式1中，关于在充电和放电开始时的SOC值与在充电和放电结束时的SOC值之间的差的绝对值，处理器200可以被配置成只有当|(SOCf-SOCi)|≥50时才计算SOH。在这种情况下，可以认为只有当充电或放电过程是50％或以上时才计算SOH。
根据本公开的此配置，可以只有当在某个水平之上充分地执行充电或放电时才计算SOH。在这种情况下，可以进一步改进SOH计算的准确性和可靠性。
另外，处理器200可以使用充电/放电过程中的开始时间和结束时间之间的时间差作为用于计算SOH的前提条件。特别地，处理器200可以被配置成只有当每个电池单体1的充电/放电结束时间与充电/放电开始时间之间的时间差等于或大于某个水平时才计算所对应的电池单体1的SOH。
例如，在等式1中，处理器200可以被配置成只有当(f-i)≥3600s时才计算SOH。在这种情况下，只有当充电或放电过程持续达3600秒钟或更长时才可以计算SOH。
根据本公开的此配置，由于只有当充电或放电持续达预定时间或更长时才计算SOH，所以可以进一步改进SOH计算的准确性和可靠性。
此外，处理器200可以被配置成当上述两个前提条件——即，针对SOC之间的差的前提条件和针对时间差的前提条件——两者都被满足时计算SOH。
在以上实施例中，处理器200可以被配置成不同地设定针对充电过程的前提条件和针对放电过程的前提条件。
例如，作为充电过程期间的前提条件，处理器200可以被配置成当SOC在充电开始时小于或等于某个水平时计算SOH。也就是说，处理器200可以被配置成当在充电开始时的SOC超过预定水平时不计算SOH。
作为更特定的示例，处理器200可以被配置成当电池单体1在充电过程期间在等式1中满足SOCi≤7时计算SOH。这里，当作为在充电开始时间点的SOC的SOCi超过7％时，处理器200可以不计算SOH。根据此实施例，可以防止由于仅在过高SOC区间中执行充电而在充电过程中的SOH计算的准确性劣化的问题。同时，在此实施例中，可以根据电池单体1的规格或电池系统的操作方法不同地设定作为SOCi的上限的7％。
作为另一示例，作为放电过程期间的前提条件，处理器200可以被配置成当SOC在放电开始时大于或等于某个水平时计算SOH。也就是说，处理器200可以被配置成当在放电开始时的SOC小于某个水平时不计算SOH。
作为更特定的示例，在放电过程期间，处理器200可以被配置成当在等式1中SOCi≥50时计算SOH。这里，如果作为在放电开始时间点的SOC的SOCi小于50％，则处理器200可以不计算SOH。根据此实施例，可以防止由于在过低SOC区间中执行放电而在放电过程中的SOH计算的准确性劣化的问题。同时，在此实施例中，可以根据电池单体1的规格或电池系统的操作方法不同地设定作为SOCi的下限的50％。
根据本公开的此配置，针对充电过程和放电过程分开地计算SOH，并且特别地，可以针对充电过程和放电过程不同地设定用于计算SOH的前提条件。在这种情况下，取决于电池单体1是在充电过程还是放电过程中，可以在最合适的条件下计算SOH。因此，可以进一步改进SOH计算的准确性和可靠性。
此外，可以将针对充电开始SOC的上限条件或针对放电开始SOC的下限值与上述其他公共条件一起设定为针对SOH计算的前提条件。例如，在充电过程中，处理器200可以被配置成只有当与充电开始SOC(SOCi)的上限的条件一起满足SOC差的绝对值(|SOCf-SOCi|)等于或大于某个水平的条件和充电时间(f-i)等于或大于某个水平的条件两者时才计算充电过程中的SOH。另外，在放电过程中，处理器200可以被配置成只有当与放电开始SOC(SOCi)的下限的条件一起满足SOC差的绝对值(|SOCf-SOCi|)等于或大于某个水平的条件和放电时间(f-i)等于或大于某个水平的条件两者时才计算放电过程中的SOH。
根据本公开的此配置，在充电或放电过程中，通过允许仅在能够获得更准确的SOH的情况下计算SOH，可以进一步改进SOH计算的准确性。
根据本公开的电池系统可以包括根据本公开的电池系统诊断装置。这里，电池系统可以包括各种类型的系统，诸如电池模块、电池组、电池架、电池库和能量存储系统(ESS)。也就是说，根据本公开的电池系统可以以在模块壳体内部具有多个电池单体1的电池模块的形式实现，或者可以以具有多个电池模块的电池组的形式实现。另外，根据本公开的电池系统可以以具有被配置成堆叠多个电池模块或电池组的架框架以及容纳在该架框架中的多个电池模块或电池组的电池架的形式实现。替换地，根据本公开的电池系统可以以包括多个电池架的电池库的形式实现。替换地，根据本公开的电池系统可以以包括多个电池库的能量存储系统的形式实现。
图8是用于示意性地图示根据本公开的实施例的电池系统诊断方法的流程图。在图8中，每个步骤可以由上述电池系统诊断装置的每个部件执行。
参考图8，根据本公开的电池系统诊断方法是诊断包括在其中具有电极接线片的多个电池单体1的电池系统的方法，并且可以包括测量步骤(S110)、计算步骤(S120)和检测步骤(S130)。
这里，步骤S110可以是针对电池系统中包括的多个电池单体1中的每一个测量电压或电流的步骤。
接下来，步骤S120可以是通过使用在步骤S110中测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体1计算SOH的步骤。
另外，步骤S130可以是基于在步骤S120中多次计算的每个电池单体1的SOH检测在多个电池单体1当中的在电极接线片中具有缺陷的电池单体的步骤。
对于根据本公开的电池系统诊断方法的细节，可以以相同或类似的方式应用如上所述的根据本公开的电池系统诊断装置的特征，因此将不详细地描述它们。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和特定示例虽然指示本公开的优选实施例，但是仅通过例示的方式给出，因为根据这种详细描述，在本公开的范围内的各种变化和修改将变得对本领域的技术人员而言显而易见。
附图标记
1：电池单体
10：电极接线片
11：正极接线片，12：负极接线片
20：电极组件
30：袋外部
31：上袋，32：下袋
41：正极引线，42：负极引线
100：单体测量单元
200：处理器
300：通知单元
400：存储器单元

Claims (10)

1.一种电池系统诊断装置，所述电池系统诊断装置诊断包括多个电池单体的电池系统，在所述电池单体中具有电极接线片，所述装置包括：
单体测量单元，所述单体测量单元被配置成针对所述多个电池单体中的每一个测量电压或电流；以及
处理器，所述处理器被配置成通过使用由所述单体测量单元测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体计算SOH，并且基于多次计算的每个电池单体的SOH检测所述多个电池单体当中的、在所述电极接线片中具有缺陷的电池单体。
2.根据权利要求1所述的电池系统诊断装置，
其中，所述处理器被配置成将SOH计算值与阈值进行比较，使得断连缺陷和不完全接触缺陷被分开地检测为所述电极接线片的缺陷。
3.根据权利要求2所述的电池系统诊断装置，
其中，当所述SOH计算值等于或小于所述阈值的情况持续超过第一准则次数时，所述处理器被配置成检测到所对应的电池单体具有断连缺陷。
4.根据权利要求2所述的电池系统诊断装置，
其中，当所述SOH计算值相对于所述阈值的向上/向下切换次数持续超过第二准则次数时，所述处理器被配置成检测到所对应的电池单体具有不完全接触缺陷。
5.根据权利要求4所述的电池系统诊断装置，
其中，所述处理器被配置成标识向上/向下切换次数是增加还是减少。
6.根据权利要求2所述的电池系统诊断装置，
其中，所述阈值是基于所述多个电池单体当中的至少一些电池单体的SOH而设定的。
7.根据权利要求1所述的电池系统诊断装置，
其中，所述处理器被配置成通过针对每个电池单体区分充电过程和放电过程来检测有缺陷的电池单体。
8.根据权利要求7所述的电池系统诊断装置，
其中，所述处理器被配置成设定用于针对每个电池单体计算SOH的前提条件，使得针对所述充电过程的前提条件和针对所述放电过程的前提条件彼此不同地设定。
9.一种包括根据权利要求1至8中的任一项所述的电池系统诊断装置的电池系统。
10.一种电池系统诊断方法，所述电池系统诊断方法诊断包括多个电池单体的电池系统，在所述电池单体中具有电极接线片，所述方法包括：
针对所述多个电池单体中的每一个测量电压或电流；
通过使用在测量步骤中测量的电压或电流来随时间多次针对每个电池单体计算SOH；以及
基于在计算步骤中多次计算的每个电池单体的SOH检测所述多个电池单体当中的、在所述电极接线片中具有缺陷的电池单体。
CN202280002612.7A 2021-01-13 2022-01-04 电池系统诊断装置和方法 Pending CN115136019A (zh)

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