CN115291123A - 用于表征多个电池单元的方法、电池参数估算装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于表征多个电池单元的方法、电池参数估算装置和方法，包括向多个电池单元施加初步放电/充电循环以获得每个电池单元的初始容量，向多个电池单元施加多个小电流放电/充电循环以最小化多个电池单元的初始电压偏差，配置第一电池单元于多个第一测试点测试，配置第二电池单元于多个第二测试点测试，配置第三电池单元于多个第三测试点测试，其中第一电池单元、第二电池单元和第三电池单元同时测试以生成OCV‑SOC曲线，并且多个第一测试点、多个第二测试点和多个第三测试点以交替方式排列。

Description

用于表征多个电池单元的方法、电池参数估算装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于生成OCV-SOC曲线的装置和方法，并且在特定实施例中，涉及一种通过同时测试多个电池单元来有效地生成OCV-SOC曲线的方法。
背景技术
随着技术的进一步发展，诸如移动电话、平板电脑、智能手表、无线耳机、VR设备等的各种电子设备已经变得流行。在便携式设备中，难以测量蓄积在电池中的剩余能量。同时，对于便携式设备的用户来说，了解有关能量剩余多少以及便携式设备可以使用多长时间的信息是非常重要的。
电池的充电状态(SOC)指示电池中剩余的能量。动力电池管理系统（BMS）用于测量电池的各种参数，并根据测量的参数估算电池的SOC。开路电压(OCV)-电池SOC估算方法是实现可靠SOC估算的众所周知的方法。电池单元的OCV是在没有电流流过并且电池单元已经静置预定时间时，电池单元的正负极端子之间的电位差。基于OCV的电池SOC估算方法依赖于OCV-SOC曲线来估算电池单元中的剩余能量。
OCV-SOC曲线是估算电池SOC的一个非常重要的部分。获得适用于各种情况的SOC-OCV关系曲线是准确估算电池SOC的基础。
可以通过恒流和恒压充电控制方案将电池单元完全充电。电池单元充满电后，SOC为100%的SOC。为了获得OCV-SOC曲线，将电池单元依次置于不同环境温度下，并采用恒流放电方式进行放电。每当电池单元的SOC降低一定的SOC后，就停止放电过程。一旦电池单元已经静置了预定时间（例如，一小时），就收集OCV值。重复该过程以收集不同环境温度和不同SOC值下的多个OCV值。根据测得的OCV值和SOC值，得到OCV-SOC曲线。
上述OCV表征过程非常耗时。希望有一种简单有效的方法来生成准确的OCV-SOC曲线。本公开解决了这种需求。
发明内容
通过提供一种通过同时测试多个电池单元来有效地生成OCV-SOC曲线的方法，本公开的优选实施例总体上解决或规避了这些和其他问题，并且总体上实现了技术优势。
根据一个实施例，一种用于表征多个电池单元的方法包括将多个电池单元中的第一电池单元配置为在多个第一测试点进行测试，以及将多个电池单元中的第二电池单元配置为在多个第二测试点进行测试，其中，第一电池单元和第二电池单元同时进行测试，多个第一测试点和多个第二测试点从多个电池单元的充电完全状态到多个电池单元的完全耗尽状态的范围内交替排列。
根据另一个实施例，一种方法包括向多个电池单元应用初步放电/充电循环以获得每个电池单元的初始容量，向多个电池单元应用多个小电流放电/充电循环以最小化多个电池单元的初始电压偏差，将多个电池单元中的第一电池单元配置为在多个第一测试点进行测试，将多个电池单元中的第二电池单元配置为在多个第二测试点进行测试，以及配置多个电池单元中的第三电池单元在多个第三测试点进行测试，其中第一电池单元、第二电池单元和第三电池单元同时测试以产生OCV-SOC曲线，多个第一测试点、多个第二测试点和多个第三测试点交替排列。
根据又一个实施例，一种装置包括被配置为测量被配置为在一个腔室中同时测试的多个电池单元中的每个电池单元的OCV值的电压传感器，被配置为测量多个电池单元中的每个电池单元的电流值的电流传感器，以及被配置为接收多个电池单元的OCV测量值和电流测量值的控制电路，生成每个电池单元的OCV-SOC曲线并且合并多个电池单元的OCV-SOC曲线成单一的OCV-SOC曲线。
前面已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下公开的详细描述。下文将描述本公开的附加特征和优点，其形成本公开权利要求的主体。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效结构不脱离所附权利要求中阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现结合附图参考以下描述，其中：
图1示出了根据本公开的各种实施例的用于测试多个电池单元并产生OCV-SOC曲线的装置的框图；
图2示出了根据本公开的各种实施例的用于生成OCV-SOC曲线的方法的第一实施例；
图3示出了根据本公开的各个实施例的用于生成OCV-SOC曲线的方法的第二实施例；
图4示出了根据本公开的各种实施例的用于生成OCV-SOC曲线的一种方法的流程图；
图5示出了根据本公开的各种实施例的用于生成OCV-SOC曲线的另一种方法的流程图；
图6示出了根据本公开的各种实施例的处理系统的框图。
除非另有说明，不同附图中的对应数字和符号通常指对应的部分。绘制这些图是为了清楚地说明各种实施例的相关方面并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选实施例的制作和使用。然而，应该理解的是，本公开提供了许多可以应用在各种特定背景中的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅用于说明制作和使用本发明的具体方式，并不限制本发明的范围。
本公开将针对特定背景中的优选实施例进行描述，即通过同时测试多个电池单元来有效地生成OCV-SOC曲线的方法。然而，本公开也可以应用于估算各种电池参数，比如电池的内阻。在下文中，将参照附图详细说明各种实施例。
图1示出了根据本公开的各种实施例的用于测试多个电池单元并生成OCV-SOC曲线的装置的框图。多个电池单元放置在腔室104中。为简单起见，图1中仅示出了多个电池单元中的第一电池单元101、第二电池单元102和第三电池单元103。
应当注意，图1中所示的三个电池单元仅仅是示例。可以测试任意数量的电池单元以生成OCV-SOC曲线。本公开不限于任何特定数量的电池单元。
如图1所示，电压传感器111被配置为测量每个电池单元的开路电压(OCV)。电压传感器111可以使用本领域常用的电压测量电路(例如，源测量单元)来实现。电流传感器112被配置为测量流过每个电池单元的电流。电流传感器112可以使用本领域中常用的电流测量电路(例如，源测量单元)来实现。温度传感器113被配置为测量腔室104内部的温度。温度传感器113可以使用本领域常用的温度测量电路(例如，数字万用表)来实现。
需要说明的是，图1所示的单个电压传感器、单个电流传感器和单个信号温度传感器仅仅是示例。根据不同的应用和设计需求，可以使用额外的传感器来满足测量要求。
电压传感器111的输出、电流传感器112的输出和温度传感器113的输出连接到控制电路110。这三个传感器的输出将从电池单元101、102和103测量的数据传输到控制电路110。
控制电路110被配置为基于从三个传感器发送的测量数据为每个电池单元生成OCV-SOC曲线。此外，控制电路110将多个电池单元的OCV-SOC曲线合并为单个OCV-SOC曲线。此单一OCV-SOC曲线用于SOC估算和其他合适的电池管理系统(BMS)应用。
控制电路110可以被实现为处理器、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、寄存器、数字信号处理器(DSP)、它们的任意组合以执行上述操作。
在操作中，电池单元101、102和103在腔室104中同时进行测试。具体而言，在将各种初步放电/充电循环应用于这三个电池单元后，电池单元101、102和103被设置在100%的SOC。
在操作中，第一电池单元101在多个第一测试点被测试。在一些实施例中，多个第一测试点是通过将第一电池单元的SOC以7.5%为单位在第一电池单元101的97.5%到0%的SOC之间划分获得的。第二电池单元102在多个第二测试点被测试。在一些实施例中，多个第二测试点是通过将第二电池单元的SOC以7.5%为单位在第二电池单元102的95%到5%的SOC之间划分获得的。第三电池单元103在多个第三测试点被测试。在一些实施例中，多个第三测试点是通过将第三电池单元的SOC以7.5%为单位在第三电池单元103的92.5%到2.5%的SOC之间划分获得的。
在一些实施例中，第一电池单元101的多个第一测试点、第二电池单元102的多个第二测试点和第三电池单元103的多个第三测试点在从多个电池单元的充电完全状态(100％的SOC)到多个电池单元的完全耗尽状态(0%的SOC)的范围内以交替方式排列。
在操作中，使用脉冲电流源设置新的SOC。特别地，一旦电池单元(例如，第一电池单元101)在先前的SOC下的OCV值被测量，脉冲电流源被打开以将电池单元放电到新的SOC。电流传感器用于监测流经电池单元的电流。基于流过电池的电流和放电时间，控制电路110能够确定电池单元的新SOC值。在这个新的SOC上，OCV测试结果是通过应用电压静置方法获得的。具体地，在电池单元已经放电到该新SOC之后，在电池单元静置预定时间段后测量该新SOC处的电池单元的OCV。
在操作中，第一电池单元101在多个第一测试点处被测试。一旦控制电路110获得多个第一测试点的OCV测试结果和SOC测试结果，控制电路110就能够根据在多个第一测试点测量的OCV测试结果和SOC测试结果为第一电池单元101生成第一OCV-SOC曲线。
同样地，在多个第二测试点处测试第二电池单元102。一旦控制电路110在多个第二测试点获得OCV测试结果和SOC测试结果，控制电路110就能够根据在多个第二测试点测量的OCV测试结果和SOC测试结果为第二电池单元102生成第二OCV-SOC曲线。
在多个第三测试点处测试第三电池单元103。一旦控制电路110在多个第三测试点获得OCV测试结果和SOC测试结果，控制电路110就能够根据在多个第三测试点测量的OCV测试结果和SOC测试结果为第三电池单元103生成第三OCV-SOC曲线。
多个第一测试点、多个第二测试点和多个第三测试点在100%的SOC至0%的SOC的范围内交替排列。同时测试电池单元101、102和103以产生从100％的SOC到0％的SOC的OCV和SOC测试结果。一旦三条OCV-SOC曲线可用，控制电路110就能够将以上OCV-SOC曲线合并成单个OCV-SOC曲线。单个OCV-SOC曲线用于SOC估算以及其他合适的BMS应用。下面将结合图2和图3描述生成OCV-SOC曲线的详细过程。
在操作中，根据表征电池单元的常规方法，在从100%的SOC到0%的SOC的范围内的40个测试点对电池单元进行测试。此外，充电特性必须在-20度、-10度、0度、10度、25度、40度和50度这七种不同温度下进行表征。放电特性必须在0度、10度、25度、40度和50度这五种不同温度下进行表征。因此，电池单元在12种不同的温度下进行测试。在每个温度下，有40个测试点。电池总计需进行大约480次测试（480次充电或放电过程）。在每次充电/放电过程中，电池单元的静置时间约为一小时。因此，总表征时间约为20天。相比之下，根据上述方法，每个温度下的测试点大约是常规方法的三分之一。因此，总表征时间约为8.5天。
具有图1所示装置的一个有利特征是控制电路110能够通过同时测试三个电池单元来有效地生成OCV-SOC曲线。生成OCV-SOC曲线的常规方法是基于测试单个电池单元。使用电压静置方法在预定数量的测试点处测试单个电池单元。然而，电压静置方法耗时（例如，大约需要20天才能完成生成OCV-SOC曲线的测试）。在本公开中，预定数量的测试点被分配在三个电池单元中。三个电池单元同时进行测试。应用于这三个电池单元中的每一个单元的测试点的数量大约是常规方法中使用的测试点的三分之一。通过减少测试点并同时测试三个电池单元，可以显著提高测试效率（例如，测试时间从约20天减少到约8.5天）。
图2示出了根据本公开的各种实施例的用于生成OCV-SOC曲线的方法的第一实施例。图1所示的第一电池单元101在图2中称为单元1。图1所示的第二电池单元102在图2中称为单元2。图1所示的第三电池单元103在图2中称为单元3。虚线矩形202中的曲线表示每个电池单元从100%的SOC到0%的SOC的放电过程。在虚线矩形202中，水平轴表示时间间隔。纵轴代表三个电池单元的开路电压。
在操作中，单元1的第一个测试点为单元1的100%的SOC。一旦测量了单元1在第一个测试点的OCV值，就使用脉冲电流以预定的放电速率从100%的SOC到下一个SOC（例如，97.5%的SOC）对单元1进行放电。在单元1的每个测试点，使用电压静置法测量单元1对应的OCV值。SOC值是根据流过单元1的电流和放电时间计算得出的。一旦获得了OCV和SOC值，控制电路就被配置为使用上述相同的过程处理下一个SOC。单元1的多个第一测试点如下表1的第一列所示。
同样，单元2的第一个测试点为单元2的100%的SOC。一旦测量了单元2在第一个测试点的OCV值，就使用脉冲电流以预定的放电速率从100%的SOC到下一个SOC（例如，95%的SOC）对单元2进行放电。在单元2的每个测试点，使用电压静置法测量单元2对应的OCV值。SOC值是根据流过单元2的电流和放电时间计算得出的。一旦获得了OCV和SOC值，控制电路就被配置为使用上述相同的过程处理下一个SOC。单元2的多个第二测试点如下表1的第二列所示。
单元3的第一个测试点为单元3的100%的SOC。一旦测量了单元3在第一个测试点的OCV值，就使用脉冲电流以预定的放电速率从100%的SOC到下一个SOC（例如，92.5%的SOC）对单元3进行放电。在单元3的每个测试点，使用电压静置法测量单元3对应的OCV值。SOC值是根据流过单元3的电流和放电时间计算得出的。一旦获得了OCV和SOC值，控制电路就被配置为使用上述相同的过程处理下一个SOC。单元3的多个第三测试点如下表1的第三列所示。
表1显示了每个电池单元的测试点。在表1中，数字（例如，100）代表SOC值。例如，测试点100表示OCV和SOC值是在100%的SOC获得的。
单元 1 单元 2 单元 3
100 100 100
97.5 95 92.5
90 87.5 85
82.5 80 77.5
75 72.5 70
67.5 65 62.5
60 57.5 55
52.5 50 47.5
45 42.5 40
37.5 35 32.5
30 27.5 25
22.5 20 17.5
15 12.5 10
7.5 5 2.5
0 0 0
表1
如表1所示，单元1在多个第一测试点进行测试，包括100、97.5、90、82.5、75、67.5、60、52.5、45、37.5、30、22.5、15、7.5和0。单元1的多个第一测试点是通过在单元1的97.5%和0%的SOC之间以7.5%为单位划分得到的。
单元2在多个第二测试点进行测试，包括100、95、87.5、80、72.5、65、57.5、50、42.5、35、27.5、20、12.5、5和0。单元2的多个第二测试点是通过在单元2的95%和5%的SOC之间以7.5%为单位划分得到的。
单元3在多个第三测试点进行测试，包括100、92.5、85、77.5、70、62.5、55、47.5、40、32.5、25、17.5、10、2.5和0。单元3的多个第三测试点是通过在单元3的92.5%和2.5%的SOC之间以7.5%为单位划分得到的。如表1所示，单元1的多个第一测试点，单元2的多个第二测试点与单元3的多个第三测试点交替排列。需要注意的是，一旦将三个电池单元的测试结果合并为一条单一的OCV-SOC曲线，测试点在100%的SOC到0%的SOC范围内，并且两个相邻测试点之间的间隔为2.5%的SOC。
三个电池单元的OCV和SOC测试结果显示在虚线矩形204中。虚线矩形204中的水平轴表示SOC值。虚线矩形204中的纵轴代表三个电池单元的OCV测试结果。在虚线矩形204中，圆形代表单元1的OCV测试结果。三角形代表单元2的OCV测试结果。正方形代表单元3的OCV测试结果。
如图2所示，三个电池单元的OCV测试结果交替分布。在一些实施例中，虚线矩形204中的圆形组成第一OCV-SOC曲线。虚线矩形204中的三角形组成第二OCV-SOC曲线。虚线矩形204中的正方形组成第三OCV-SOC曲线。通过使用合适的数据估算技术（例如，插值），可以将三个OCV-SOC曲线合并为单条OCV-SOC曲线以用于SOC估算应用。
具有单条OCV-SOC曲线的一个有利特征是单条OCV-SOC曲线有助于提高SOC估算精度。更具体地，通过合并三个电池单元的数据，可以消除每个电池单元的OCV数据偏差。
图3示出了根据本公开的各种实施例的用于生成OCV-SOC曲线的方法的第二实施方式。图3所示的第二实施例类似于图2所示的第一实施例，除了以下五个不同之处。
首先，如虚线矩形302所示，在测试三个电池单元之前，对三个电池单元应用初步放电/充电循环。如图3所示，在初步放电/充电循环中，每个电池单元从100%的SOC放电到0%的SOC，然后每个电池单元从0%的SOC充电到100%的SOC。每个电池单元的初始容量是根据初步放电/充电循环的测试结果计算的。
其次，在测试三个电池单元之前，对三个电池单元施加多个小电流放电/充电循环。作为对三个电池单元施加多个小电流放电/充电循环的结果，三个电池单元的初始电压偏差被控制在预定电压偏差范围内。在一些实施例中，预定电压偏差范围为约-2mV至约2mV。
第三，使用多个测试点（例如，下表2的第一列中所示的单元1的测试点）表征每个电池单元（例如，单元1)，以获得基于在初步放电/充电循环中获得的初始容量的多个SOC测试结果。在完成每个电池单元的表征过程之后，基于多个SOC测试结果计算每个电池单元的更新容量。根据更新的容量，重新计算每个电池单元的SOC值，以提高测量精度。
在一些实施例中，基于在初步放电/充电循环中获得的测试结果，电池单元的初始容量可以是一定的电池容量(例如，2000mAh)。初步放电/充电循环中测量的容量与多次放电/充电过程中的容量不同。为了获得更好的SOC精度，每个单元的额定容量会在表征完成后更新。具体而言，在该电池单元的放电过程中，控制电路记录在每个SOC点的容量下降值。在电池单元完全放电后，控制电路可以通过将所有容量下降值加在一起来计算更新的容量。例如，容量下降值的总和可能是不同的电池容量（例如，2050mAh）。然后，可以将新测量的结果（例如，2050mAh）用作更新的容量，以重新计算SOC测试结果。
第四，在后续的SOC表征步骤中，采用多个校准测试点来重置SOC积分误差。例如，如下表2所示，将第一校准测试点（例如，表2第一列中的80）放置在单元1的多个第一测试点中。将第二校准测试点（例如，表2第二列中的80)放置在单元2的多个第二测试点中。将第三校准测试点(例如，表2第三列中的80)放置在单元3的多个第三测试点中。在运行中，根据先前已知的OCV-SOC关系，三个电池单元被放电到与80%的SOC相关的相同的OCV。在单元1的放电过程中，控制电路被配置为根据流过单元1的放电电流和放电时间得到单元1的第一SOC。同样地，在单元2的放电过程中，控制电路被配置为根据流过单元2的放电电流和放电时间得到单元2的第二SOC。在单元3的放电过程中，控制电路被配置为根据流过单元3的放电电流和放电时间得到单元3的第三SOC。接着，控制电路被配置为确定单元1的第一SOC、单元2的第二SOC和单元3的第三SOC是否均匀分布在预定校准SOC(例如，80％的SOC)周围。如果第一SOC、第二SOC和第三SOC均匀分布在预定校准SOC周围，则使用第一SOC、第二SOC和第三SOC的平均值来代替第一SOC、第二SOC和第三SOC，以便在后续SOC表征步骤中重置SOC积分误差。如果第一SOC、第二SOC和第三SOC分布不均匀，则删除偏离的SOC并重新计算相邻的SOC测试结果。
在一些实施例中，在三个SOC测试结果中，一个是SOC中位数。偏离的SOC被定义为远离SOC中位数的SOC。例如，如果SOC（例如，第一SOC测试结果）和SOC中位数（例如，第二SOC测试结果）之间的差异是其他SOC（例如，第三SOC测试结果）和SOC中位数之间的差异的至少1.5倍，则该SOC（例如，第一SOC测试结果）是偏离的SOC。
在操作中，如果单元1的第一SOC是偏离的SOC，则第一SOC将被第二SOC和第三SOC的平均值代替。此外，在重新计算第一SOC前，至少要获得一半的SOC值，以重置SOC积分误差。在下表2中，对于单元1，在100%的SOC和80%的SOC之间有四个SOC值。如果在80%的SOC下单元1的第一SOC是偏离的SOC，则至少应重新计算在90%和82.5%的SOC处的SOC值，以提高测量精度。
第五，控制电路被配置为过滤掉与相邻OCV测试结果有偏差的OCV测试结果，以提高测量精度。根据电池单元的特性，OCV-SOC的关系在小范围内是线性的。但由于设备误差等多种因素，OCV测试结果可能会在小范围内偏离线性曲线。例如，在虚线矩形304中，过滤掉与相邻测试结果有偏差的圆形，以提高测量精度。
表格显示了每个电池单元的测试点。在表2中，数字（例如，100）代表SOC值。例如，测试点100表示OCV和SOC值是在100%的SOC时获得的。
单元 1 单元 2 单元 3
100 100 100
97.5 95 92.5
90 87.5 85
82.5 80 80
80 72.5 77.5
75 65 70
67.5 60 62.5
60 57.5 60
52.5 50 55
45 42.5 47.5
40 40 40
37.5 35 32.5
30 27.5 25
22.5 20 20
20 12.5 17.5
15 5 10
7.5 0 2.5
0 0
表 2
如表2所示，单元1在多个第一测试点进行测试，包括100、97.5、90、82.5、80、75、67.5、60、52.5、45、40、37.5、30、22.5、20、15、7.5和0。与表1所示的第一测试点相比，新增了测试点80、40和20。第一测试点中的测试点80、60、40和20作为SOC校准测试点。
单元2在多个第二测试点进行测试，包括100、95、87.5、80、72.5、65、60、57.5、50、42.5、40、35、27.5、20、12.5、5和0。与表1所示的第二测试点相比，新增了60和40测试点。第二测试点中的测试点80、60、40和20作为SOC校准测试点。
单元3在多个第三测试点进行测试，包括100、92.5、85、80、77.5、70、62.5、60、55、47.5、40、32.5、25、20、17.5、10、2.5和0。与表1所示的第三测试点相比，新增了测试点80、60和20。第三测试点中的测试点80、60、40和20作为SOC校准测试点。
三个电池单元的OCV和SOC测试结果如虚线矩形304所示。虚线矩形304中的水平轴表示SOC值。虚线矩形304中的垂直轴代表三个电池单元的OCV测试结果。在虚线矩形304中，圆形代表单元1的OCV测试结果。三角形代表单元2的OCV测试结果。正方形代表单元3的OCV测试结果。
在一些实施例中，虚线矩形304中的圆形组成第一OCV-SOC曲线。虚线矩形304中的三角形组成第二OCV-SOC曲线。虚线矩形304中的正方形组成第三OCV-SOC曲线。通过使用合适的数据估算技术（例如，插值法），可以将三条OCV-SOC曲线合并为单条OCV-SOC曲线，以用于SOC估算应用。
图4示出了根据本公开的各种实施例的生成OCV-SOC曲线的一种方法的流程图。图4所示的这个流程图仅仅是一个例子，它不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，可以添加、删除、替换、重新排列和重复图4中所示的各种步骤。
返回参考图1，电压传感器被配置为测量多个电池单元（例如，图1所示的三个电池单元）的OCV值。三个电池单元在一个腔室中同时进行测试。电流传感器被配置为测量这三个电池单元中的每个电池单元的电流值。控制电路被配置为接收三个电池单元的OCV测量值和电流测量值，为每个电池单元生成OCV-SOC曲线并将三个电池单元的OCV-SOC曲线合并成单条OCV-SOC曲线。
在步骤402，多个电池单元中的第一电池单元被配置为在多个第一测试点处测试。
在步骤404，多个电池单元中的第二电池单元被配置为在多个第二测试点处测试。同时对第一电池单元和第二电池单元进行测试，多个第一测试点和多个第二测试点在从多个电池单元的充电完全状态到多个电池单元的完全耗尽状态的范围内交替排列。
所述方法还包括将多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试，其中第一电池单元、第二电池单元和第三电池单元同时测试，并且多个第一测试点、多个第二测试点与多个第三测试点以另一种交替方式排列。
回到图2，在表1中，多个第一测试点是通过在第一电池单元的97.5%和0%的SOC之间以7.5%为单位划分第一电池单元的SOC得到的。多个第二测试点是通过在第二电池单元的95%和5%的SOC之间以7.5%为单位划分第二电池单元的SOC得到的。多个第三测试点是通过在第三电池单元的92.5%和2.5%的SOC之间以7.5%为单位划分第三电池单元的SOC得到的。
该方法还包括在表征多个电池单元之前，对多个电池单元应用初步放电/充电循环，以及基于初步放电/充电循环的测试结果计算每个电池单元的初始容量.
该方法进一步包括基于在初步放电/充电循环中获得的初始容量，使用多个第一测试点来表征第一电池单元以获得多个SOC测试结果，在表征第一电池单元之后，根据多个SOC测试结果计算第一电池单元的更新容量，并根据第一电池单元的更新容量重新计算多个SOC测试结果。
该方法还包括在表征多个电池单元之前，向多个电池单元施加多个小电流放电/充电循环，其中作为向多个电池施加多个小电流放电/充电循环的结果，将多个电池单元的初始电压偏差控制在预定电压偏差范围内。
该方法还包括将多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点处进行测试，将第一校准测试点放置在多个第一测试点中，将第二校准测试点放置在多个第二测试点中，并将第三校准测试点放置在多个第三测试点中，其中第一校准测试点、第二校准测试点和第三校准测试点具有相同的开路电压(OCV)。
该方法还包括通过将第一电池单元放电到相同的开路电压来获得第一电池单元的第一SOC，通过将第二电池单元放电到相同的开路电压来获得第二电池单元的第二SOC，通过将第三电池单元放电到相同的开路电压得到第三电池单元的第三SOC，并确定第一SOC、第二SOC和第三SOC是否均匀分布。如果第一SOC、第二SOC和第三SOC均匀分布，则使用第一SOC、第二SOC和第三SOC的平均值代替第一SOC、第二SOC和第三SOC来在后续SOC表征步骤中重置SOC积分误差。如果第一SOC、第二SOC和第三SOC分布不均匀，则删除偏离的SOC并重新计算相邻的SOC测试结果。
该方法还包括将多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试，通过在多个第一测试点测试第一电池单元来获得多个第一OCV测试结果和多个第一SOC测试结果，通过在多个第二测试点测试第二电池单元来获得多个第二OCV测试结果和多个第二SOC测试结果，通过在多个第三测试点测试第三电池单元来获得多个第三OCV测试结果和多个第三SOC测试结果，基于多个第一OCV测试结果和多个第一SOC测试结果获得表征第一电池单元的OCV和SOC关系的第一OCV-SOC曲线，基于多个第二OCV测试结果和多个第二SOC测试结果获得表征第二电池单元的OCV和SOC关系的第二OCV-SOC曲线，基于多个第三OCV测试结果和多个第三SOC测试结果获得表征第三电池单元的OCV和SOC关系的第三OCV-SOC曲线，过滤偏离相邻OCV测试结果的OCV测试结果，并将第一OCV-SOC曲线、第二OCV-SOC曲线和第三OCV-SOC曲线合并为基于线性插值的单条OCV-SOC曲线。
图5示出了根据本公开的各种实施例的生成OCV-SOC曲线的另一种方法的流程图。图5所示的流程图仅仅是一个示例，不应过度限制权利要求的范围。本领域普通技术人员将认识到许多变化、替代和修改。例如，可以添加、移除、替换、重新排列和重复图5中所示的各种步骤。
返回参考图1，电压传感器被配置为测量多个电池单元（例如，图1所示的三个电池单元）的OCV值。三个电池单元在一个腔室中同时进行测试。电流传感器被配置为测量这三个电池单元中的每个电池单元的电流值。控制电路被配置为接收三个电池单元的OCV测量值和电流测量值，为每个电池单元生成OCV-SOC曲线，并将三个电池单元的OCV-SOC曲线合并成单条OCV-SOC曲线。
在步骤502，对多个电池单元应用初步放电/充电循环以获得每个电池单元的初始容量。
在步骤504，对多个电池单元施加多个小电流放电/充电循环以最小化多个电池单元的初始电压偏差。
在步骤506，多个电池单元中的第一电池单元被配置为在多个第一测试点处测试。
在步骤508，多个电池单元中的第二电池单元被配置为在多个第二测试点处测试。
在步骤510，多个电池单元中的第三电池单元被配置为在多个第三测试点处测试。
同时测试第一电池单元、第二电池单元和第三电池单元以生成OCV-SOC曲线。多个第一测试点、多个第二测试点以及多个第三测试点交替排列。
该方法进一步包括基于在初步放电/充电循环中获得的初始容量表征每个电池单元以获得相应的SOC测试结果，基于相应的SOC测试结果计算每个电池单元的更新容量，以及基于更新容量重新计算每个电池单元的SOC测试结果。
该方法还包括在初步放电/充电循环期间，将每个电池单元从100%的SOC放电到0%的SOC，并且将每个电池单元从0%的SOC充电到100%的SOC。
该方法还包括对于多个电池单元中的一个电池单元，通过应用电压静置方法获得多个OCV测试结果，其中在每个测试点，电池单元被放电到对应的SOC值，将电池单元静置预定时间后，测量相应SOC值下电池单元的OCV。
该方法还包括通过将多个电池单元放电到相同的OCV来获得多个校准SOC测试结果，并确定多个校准SOC测试结果是否均匀分布。如果多个校准SOC测试结果均匀分布，则使用多个校准SOC测试结果的平均值代替多个校准SOC测试结果以重置SOC积分误差。如果多个校准SOC测试结果分布不均，则删除偏离的SOC测试结果，并重新计算与偏离的SOC测试结果相邻的SOC测试结果。
该方法还包括为多个电池单元中的每个电池单元获得多个OCV测试结果和多个SOC测试结果，基于多个OCV测试结果和多个SOC测试结果获得每个电池单元的OCV-SOC曲线，并过滤掉与相邻OCV测试结果有偏差的OCV测试结果。
该方法还包括为多个电池单元生成多条OCV-SOC曲线，并在过滤掉与相邻OCV测试结果有偏差的OCV测试结果后，合并多条OCV-SOC曲线得到OCV-SOC曲线。
图6示出了根据本公开的各种实施例的处理系统的框图。处理系统600描绘了通用平台以及可用于实现部分实施例SOC估算装置和/或与实施例SOC估算装置接口的外部计算机或处理装置的通用组件和功能。例如，处理系统600可用于实现图1所示的控制电路110的一部分。在一些实施例中，处理系统600可用于确定和评估测量参数，以及根据测量参数确定使用在SOC估算应用的OCV-SOC曲线。
处理系统600可以包括例如中央处理单元(CPU)602和连接到总线608的存储器604，并且可以被配置为执行上述过程。如果需要，处理系统600还可包括显示适配器610以提供与本地显示器612的连接和输入-输出(I/O)适配器614以提供用于一个或多个输入/输出设备616的输入/输出接口，例如鼠标、键盘、闪存驱动器等。
处理系统600还包括网络接口618，其可以通过使用被配置为耦合到诸如网络电缆、USB接口等的有线链路和/或用于与网络620通信的无线/蜂窝连接的网络适配器来实现。网络接口618还包括用于无线通信的合适的接收器和发射器。应当注意，处理系统600可以包括其他组件。例如，如果在外部实施，处理系统600可以包括硬件组件电源、电缆、主板、可移动存储媒体、外壳等。尽管未示出，但这些其他组件被认为是处理系统600的一部分。在一些实施例中，处理系统600可以在单个单片半导体集成电路上和/或在与其他公开的系统组件相同的单片半导体集成电路上实现。
在一个实施例中，图6中所示的处理系统600可以实现为用于电池的SOC估算系统。存储器604被配置为存储生成OCV-SOV曲线的程序。CPU 602被配置为执行存储在存储器中的程序以实现上述实施例中描述的电池的SOC估算方法。
尽管已经详细描述了本公开的实施例及其优点，但是应当理解，在不背离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。正如本领域普通技术人员从本公开的公开内容中容易理解的那样，目前存在或以后将被开发的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤可执行基本相同功能或实现与根据本公开可利用本文描述的相应实施例基本相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种用于表征多个电池单元的方法，包括：
将所述多个电池单元中的第一电池单元配置为在多个第一测试点进行测试；和
将所述多个电池单元中的第二电池单元配置为在多个第二测试点进行测试，其中所述第一电池单元和所述第二电池单元同时进行测试，并且所述多个第一测试点和所述多个第二测试点在从多个电池单元的充电完全状态到多个电池单元的完全耗尽状态的范围内以交替方式排列。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试，其中所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述第三电池单元同时进行测试，并且所述多个第一测试点，所述多个第二测试点与所述多个第三测试点以另一种交替方式排列。
3.如权利要求2所述的方法，其中：
所述多个第一测试点是通过将所述第一电池单元的荷电状态(SOC)以7.5%为单位在所述第一电池单元的SOC的97.5%和0%之间划分得到的；
所述多个第二测试点是通过将所述第二电池单元的SOC以7.5%为单位在所述第二电池单元的SOC的95%和5%之间划分得到的；和
所述多个第三测试点是通过将所述第三电池单元的SOC以7.5%为单位在所述第三电池单元的SOC的92.5%和2.5%之间划分得到的。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
在表征所述多个电池单元之前，对所述多个电池单元应用初步放电/充电循环；和
根据所述初步放电/充电循环的测试结果计算每个电池单元的初始容量。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
通过基于在所述初步放电/充电循环中获得的初始容量,使用所述多个第一测试点以获得多个SOC测试结果,来表征所述第一电池单元；
在表征所述第一电池单元之后，根据所述多个SOC测试结果计算所述第一电池单元的更新容量；和
基于所述第一电池单元的所述更新容量重新计算所述多个SOC测试结果。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
在表征所述多个电池单元之前，向所述多个电池单元施加多个小电流放电/充电循环，其中作为向所述多个电池单元施加所述多个小电流放电/充电循环的结果，所述多个电池单元的初始电压偏差被控制在预定的电压偏差范围内。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试；
在所述多个第一测试点中设置第一校准测试点；
在所述多个第二测试点中设置第二校准测试点；和
在所述多个第三测试点中设置第三校准测试点，其中所述第一校准测试点、所述第二校准测试点和所述第三校准测试点都具有相同的开路电压(OCV)。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
通过将所述第一电池单元放电至所述相同的开路电压得到所述第一电池单元的第一SOC；
通过将所述第二电池单元放电至所述相同的开路电压得到所述第二电池单元的第二SOC；
通过将所述第三单体电池放电至所述相同的开路电压得到所述第三电池单元的第三SOC；和
确定所述第一SOC、所述第二SOC和所述第三SOC是否均匀分布，其中：
如果所述第一SOC、所述第二SOC和所述第三SOC均匀分布，则使用所述第一SOC、所述第二SOC和所述第三SOC的平均值代替所述第一SOC、所述第二SOC和所述第三SOC来重置在后续SOC表征步骤中的SOC积分误差；和
如果所述第一SOC、所述第二SOC和所述第三SOC分布不均匀，则删除偏离的SOC并重新计算相邻的SOC测试结果。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试；
通过在所述多个第一测试点测试所述第一电池单元，以获得多个第一OCV测试结果和多个第一SOC测试结果；
通过在所述多个第二测试点测试所述第二电池单元，以获得多个第二OCV测试结果和多个第二SOC测试结果；
通过在所述多个第三测试点测试所述第三电池单元，以获得多个第三OCV测试结果和多个第三SOC测试结果；
基于所述多个第一OCV测试结果和所述多个第一SOC测试结果，获得表征所述第一电池单元的OCV和SOC关系的第一OCV-SOC曲线；
基于所述多个第二OCV测试结果和所述多个第二SOC测试结果，获得表征所述第二电池单元的OCV和SOC关系的第二OCV-SOC曲线；
基于所述多个第三OCV测试结果和所述多个第三SOC测试结果，获得表征所述第三电池单元的OCV和SOC关系的第三OCV-SOC曲线；
过滤掉与相邻OCV测试结果有偏差的OCV测试结果；和
基于线性插值将所述第一OCV-SOC曲线、所述第二OCV-SOC曲线和所述第三OCV-SOC曲线合并为单个OCV-SOC曲线。
10.一种电池参数估算方法，包括：
对多个电池单元进行初步放电/充电循环以获得每个电池单元的初始容量；
对所述多个电池单元进行多个小电流放电/充电循环以最小化所述多个电池单元的初始电压偏差；
将所述多个电池单元中的第一电池单元配置为在多个第一测试点进行测试；
将所述多个电池单元中的第二电池单元配置为在多个第二测试点进行测试；和
将所述多个电池单元中的第三电池单元配置为在多个第三测试点进行测试，其中所述第一电池单元、所述第二电池单元和所述第三电池单元同时测试以产生OCV-SOC曲线，并且所述多个第一测试点、所述多个第二测试点以及所述多个第三测试点交替排列。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
根据在所述初步放电/充电循环中获得的所述初始容量，对每个电池单元进行表征，得到相应的SOC测试结果；
根据所述对应的SOC测试结果计算每个电池单元的更新容量；和
根据更新后的容量重新计算每个电池单元的SOC测试结果。
12.如权利要求10所述的方法，还包括：
在初步放电/充电循环期间，将每个电池单元从100%的SOC放电到0%的SOC，并将每个电池单元从0%的SOC充电到100%的SOC。
13.如权利要求10所述的方法，还包括：
对于所述多个电池单元中的一个电池单元，采用电压静置法获得多个OCV测试结果，其中在每个测试点，将所述电池单元放电到对应的SOC值，以及在所述电池单元静置预定时间后，测量在所述对应的SOC值处的电池单元的OCV。
14.如权利要求10所述的方法，还包括：
通过将所述多个电池单元放电到相同的OCV获得多个校准SOC测试结果；和
确定所述多个校准SOC测试结果是否均匀分布。
15.如权利要求14所述的方法，其中：
如果所述多个校准SOC测试结果均匀分布，则使用所述多个校准SOC测试结果的平均值代替所述多个校准SOC测试结果以重置SOC积分误差。
16.如权利要求14所述的方法，其中：
如果所述多个校准SOC测试结果分布不均，则删除偏离的SOC测试结果，并重新计算与偏离的SOC测试结果相邻的SOC测试结果。
17.如权利要求10所述的方法，还包括：
获得所述多个电池单元中的每个电池单元的多个OCV测试结果和多个SOC测试结果；
基于所述多个OCV测试结果和所述多个SOC测试结果，获得每个电池单元的OCV-SOC曲线；和
过滤掉与相邻OCV测试结果有偏差的OCV测试结果。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
生成所述多个电池单元的多个OCV-SOC曲线；和
在过滤掉与所述相邻OCV测试结果有偏差的所述OCV测试结果后，将所述多条OCV-SOC曲线合并来获得OCV-SOC曲线。
19.一种电池参数估算装置，包括：
电压传感器，其被配置为测量多个电池单元中的每个电池单元的OCV值，所述多个电池单元被配置为在一个腔室中同时进行测试；
电流传感器，其被配置为测量所述多个电池单元中的每个电池单元的电流值；和
控制电路，其被配置为接收所述多个电池单元的OCV测量值和电流测量值，生成每个电池单元的OCV-SOC曲线并将所述多个电池单元的OCV-SOC曲线合并为单个OCV-SOC曲线。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制电路被配置为使得：
对所述多个电池单元进行初步放电/充电循环以获得每个电池单元的初始容量；
对所述多个电池单元施加多个小电流放电/充电循环，以最小化所述多个电池单元的初始电压偏差；
在多个第一OCV-SOC测试点测试所述多个电池单元中的第一电池单元；
在多个第二OCV-SOC测试点测试所述多个电池单元中的第二电池单元；和
在多个第三OCV-SOC测试点测试所述多个电池单元中的第三电池单元，其中所述多个第一OCV-SOC测试点、所述多个第二OCV-SOC测试点和所述多个第三OCV-SOC测试点交替排列。
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