CN115428231A - 电池诊断设备和电池诊断方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的实施方式的一种电池诊断设备包括：测量部，该测量部被配置为测量电池的电压和温度；欧姆电阻确定部，该欧姆电阻确定部被配置为基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述电池的欧姆电阻；以及控制部，该控制部被配置为通过将由所述测量单元测得的所述电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量，通过将由所述欧姆电阻确定部确定的欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率，通过将计算出的所述电阻变化率的大小和与参考电阻变化率的大小进行比较来确定所述电池的内部气体产生程度，并且通过计算出的所述电压变化量与标准电压变化量的大小比较来确定所述电池的内部气体产生原因。

Description

电池诊断设备和电池诊断方法
技术领域
本申请要求于2020年10月12日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2020-0131450的优先权，该韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。
本公开涉及电池诊断设备和方法，并且更具体地，涉及能够诊断电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因的电池诊断设备和方法。
背景技术
近来，对诸如笔记本计算机、摄像机和便携式电话这样的便携式电子产品的需求已急剧增加，并且认真地开发了电动车辆、储能电池、机器人、卫星等。因此，正在积极研究允许反复充电和放电的高性能电池。
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。其中，锂电池因它们与基于镍的电池相比几乎没有存储效应、并还具有极低的自充电率和高能量密度而备受关注。
随着电池的劣化，出现伴随内部气体产生的各种副反应。如果副反应持续并且内部气体的量超过可允许值，则电池的接合部分断开，并且电池达到EOL(寿命终止)状态。
因此，为了诊断电池的状态，需要测量内部气体量，但在现有技术中，难以以非破坏性方式测量电池的内部气体量。
发明内容
技术问题
本公开被设计用于解决相关技术的问题，因此本公开涉及提供用于基于电池的阻抗曲线以非破坏性方式诊断电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因的电池诊断设备和方法。
本公开的这些和其它目的及优点可以从如下详细描述来理解，并且从本公开的示例性实施方式更完全地显现出来。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中所示的方式及其组合来实现。
技术方案
根据本公开的一方面的一种电池诊断设备可以包括：测量单元，该测量单元被配置为测量电池的电压和温度；欧姆电阻确定单元，该欧姆电阻确定单元被配置为基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述电池的欧姆电阻；以及控制单元，该控制单元被配置为通过将由所述测量单元测得的所述电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量，通过将由所述欧姆电阻确定单元确定的欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率，通过将计算出的所述电阻变化率的大小和与标准电阻变化率的大小进行比较来判断所述电池的内部气体产生水平，并且通过比较计算出的所述电压变化量的大小与标准电压变化量的大小来判断所述电池的内部气体产生原因。
所述欧姆电阻确定单元可以被配置为当在预定时段期间由测量单元测得的所述电池的温度等于或高于标准温度时，基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述欧姆电阻。
所述控制单元可以被配置为当计算出的所述电阻变化率等于或大于所述标准电阻变化率时，判断产生了等于或大于标准量的所述电池的内部气体。
所述控制单元可以被配置为当计算出的所述电阻变化率小于所述标准电阻变化率时，判断产生了小于所述标准量的所述电池的内部气体。
所述控制单元可以被配置为当计算出的所述电压变化量等于或大于所述标准电压变化量时，判断所述内部气体产生原因是所述电池的正极的副反应。
所述控制单元可以被配置为当计算出的所述电压变化量小于所述标准电压变化量时，判断所述内部气体产生原因是除了所述正极的副反应之外的其它原因。
所述控制单元可以被配置为基于所述内部气体产生水平和所述内部气体产生原因来诊断所述电池的状态。
所述控制单元可以被配置为当判断由于所述其它原因而产生小于所述标准量的所述内部气体时诊断所述电池的状态是正常状态。
当判断由于所述其它原因而产生等于或大于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元可以被配置为诊断所述电池的状态是第一警告状态并降低所述电池的上限温度。
当判断由于所述正极的副反应而产生等于或大于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元可以被配置为诊断所述电池的状态是第二警告状态并降低所述电池的上限温度和上限SOC中的至少一个。
当判断由于所述正极的副反应而产生小于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元可以被配置为判断所述电池中发生内部短路并且诊断所述电池的状态是不可使用状态。
根据本公开的另一方面的一种电池诊断系统可以包括：根据本公开的一方面所述的电池诊断设备；EIS单元，该EIS单元被配置为向所述电池输出AC电流，根据所述AC电流的输出结果来生成将电池的阻抗表示为实部与虚部之间对应关系的阻抗曲线，并将所生成的所述阻抗曲线输出到所述电池诊断设备。
根据本公开的另一方面的一种电池诊断系统还可以包括加热单元，所述加热单元被配置为升高所述电池的温度，使得所述电池的温度变得等于或高于标准温度。
根据本公开的又一方面的一种电池组可以包括根据本公开的一方面所述的电池诊断设备。
根据本公开的又一方面的一种电池诊断方法，该电池诊断方法可以包括以下步骤：测量步骤，该测量步骤测量电池的电压和温度；欧姆电阻确定步骤，该欧姆电阻确定步骤基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述电池的欧姆电阻；电压变化量计算步骤，该电压变化量计算步骤通过将在所述测量步骤中测得的所述电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量；电阻变化率计算步骤，该电阻变化率计算步骤通过将在所述欧姆电阻确定步骤中确定的所述欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率；内部气体产生水平判断步骤，该内部气体产生水平判断步骤通过比较计算出的所述电阻变化率的大小与标准电阻变化率的大小来判断所述电池的内部气体产生水平；以及内部气体产生原因判断步骤，该内部气体产生原因判断步骤通过比较计算出的所述电压变化量的大小与标准电压变化量的大小来判断所述电池的内部气体产生原因。
有益效果
根据本公开的一方面，可以以非破坏性方式诊断电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因。
本公开的效果不限于以上提到的效果，并且本领域技术人员可以通过对权利要求书的描述来清楚理解未提到的其它效果。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并与以上公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是示意性示出了根据本公开的实施方式的电池诊断设备的图。
图2是示意性示出了根据本公开的实施方式的阻抗曲线的图。
图3是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备计算出的电压变化量的示例的图。
图4是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备计算出的电阻变化率的示例的图。
图5是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备诊断出的电池状态的图。
图6是示意性示出了根据本公开的另一实施方式的电池诊断系统的图。
图7是示出了根据本公开的实施方式的包括电池诊断设备的电池组的示例性配置的图。
图8是示意性示出了根据本公开的又一实施方式的电池诊断方法的图。
具体实施方式
应该理解，在说明书和随附权利要求书中使用的术语不应该被解释为限于通用含义和字典含义，而是以允许发明人定义适于最佳说明的术语的原理为基础基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。
因此，本文中提出的描述仅仅是只出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，可以得到其它等同形式和修改形式。
另外，在描述本公开时，当认为对相关已知元件或功能的详细描述致使本公开的关键主题模糊不清时，在本文中省略所述详细描述。
包括诸如“第一”、“第二”等这样的序数的术语可以被用于在各种元件当中区分一个元件与另一元件，但并不旨在通过术语来限制这些元件。
在整个说明书中，当一部分被称为“包含”或“包括”任何元件时，这意味着，该部分还可以包括其它元件，不排除有其它元件，除非另外特别阐述。
另外，说明书中描述的诸如控制单元这样的术语意指处理至少一个功能或操作的单元，其可以被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。
另外，在整个说明书中，当一部分被称为“连接”到另一部分时，不限于它们“直接连接”的情况，而是还包括它们“间接连接”且它们之间插置另一元件的情况。
下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施方式。
图1是示意性示出了根据本公开的实施方式的电池诊断设备100的图。
参照图1，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100可以包括测量单元110、欧姆电阻确定单元120和控制单元130。
测量单元110可以被配置为测量电池的电压和温度。
这里，电池意指具有负极端子和正极端子的单个独立电芯并且是物理上可分离的。例如，一个袋型锂聚合物电芯可以被视为电池。另外，电池可以包括一个或更多个电池串联和/或并联连接的电池模块。然而，下文中，为了便于说明，电池将被描述为意指独立的电芯。
例如，测量单元110可以电连接到电池的正极端子和负极端子，以测量电池的电压。另外，测量单元110可以通过测量电池的正极电压和负极电压来测量电池的电压，并计算所测得的正极电压与所测得的负极电压之间的差。优选地，测量单元110可以测量电池的OCV(开路电压)。
另外，测量单元110可以连接到电池，以测量电池的当前温度。
欧姆电阻确定单元120可以被配置为基于针对电池生成的阻抗曲线来确定电池的欧姆电阻。
图2是示意性示出了根据本公开的实施方式的阻抗曲线的图。
参照图2，当X被设置为实部(Zre)并且Y被设置为虚部(-Zim)时，阻抗曲线可以被表示为X-Y平面图。在图2的实施方式中，电池的欧姆电阻(Ro)可以是阻抗曲线的起始电阻值。具体地，在阻抗曲线中，当虚部(-Zim)的值为0时，实部(Zre)的电阻值可以是电池的欧姆电阻(Ro)。由于欧姆电阻(Ro)是众所周知的因素，因此应该注意，将省略对欧姆电阻(Ro)的描述。
例如，电池的阻抗曲线可以在电池诊断设备100的外部产生。另外，欧姆电阻确定单元120可以直接接收在外部产生的电池的阻抗曲线，或者可以通过访问其中存储有电池的阻抗曲线的存储器来获取阻抗曲线。
然后，欧姆电阻确定单元120可以从接收到的阻抗曲线来确定起始电阻值，并将所确定的起始电阻值确定为电池的欧姆电阻。
控制单元130可以被配置为通过将由测量单元110测得的电池电压与参考电压进行比较来计算电压变化量。
这里，参考电压可以是针对处于BOL(寿命开始)状态下的电池预先测得的电压值。更优选地，参考电压可以是当处于BOL状态的电池的SOC(充电状态)为100％时测得的OCV值。
具体地，控制单元130可以计算参考电压与电池的测量电压之间的差，以计算电池的电压变化量。例如，控制单元130可以通过计算公式“参考电压-电池的测量电压”来计算电池的电压变化量。
图3是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备100计算出的电压变化量的示例的图。
例如，在图3的实施方式中，控制单元130可以计算第一电池B1至第六电池B6的电压变化量。这里，可以针对第一电池B1至第六电池B6中的每一个预设参考电压。即，针对第一电池B1的第一参考电压和针对第二电池B2的第二参考电压可以是预设的。另外，针对第三电池B3的第三参考电压和针对第四电池B4的第四参考电压可以是预设的。另外，针对第五电池B5的第五参考电压和针对第六电池B6的第六参考电压可以是预设的。
即，控制单元130不通过使用一个预设参考电压来计算第一电池B1至第六电池B6的电压变化量，而可以通过计算对应的参考电压与电池的测量电压之间的差来计算第一电池B1至第六电池B6中的每一个的电压变化量。因此，每个电池的劣化程度可以被反映在由控制单元130计算出的电池的电压变化量中。
例如，在图3的实施方式中，第一电池B1的电压变化量可以为86.9mV，并且第二电池B2的电压变化量可以为148.1mV。另外，第三电池B3的电压变化量可以为97.3mV，并且第四电池B4的电压变化量可以为83.8mV。另外，第五电池B5的电压变化量可以为119.8mV，并且第六电池B6的电压变化量可以为87.3mV。
控制单元130可以被配置为通过将由欧姆电阻确定单元120确定的欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率。
这里，参考电阻可以是针对处于BOL状态的电池预先测得的电阻值。更优选地，参考电阻可以是当处于BOL状态的电池的SOC(充电状态)为100％时测得的欧姆电阻值。
具体地，控制单元130可以通过计算参考电阻与针对参考电阻的电池的测量欧姆电阻之间的差的比率来计算电池的电阻变化率。例如，控制单元130可以通过计算公式“(电池的测量欧姆电阻-参考电阻)÷参考电阻×100”来计算电池的电阻变化率。
图4是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备100计算出的电阻变化率的示例的图。
例如，在图4的实施方式中，控制单元130可以计算第一电池B1至第六电池B6的电阻变化率。如同参考电压，可以针对第一电池B1至第六电池B6中的每一个预设参考电阻。即，针对第一电池B1的第一参考电阻和针对第二电池B2的第二参考电阻可以是预设的。另外，针对第三电池B3的第三参考电阻和针对第四电池B4的第四参考电阻可以是预设的。另外，针对第五电池B5的第五参考电阻和针对第六电池B6的第六参考电阻可以是预设的。另外，控制单元130可以基于对应参考电阻与电池的欧姆电阻来计算第一电池B1至第六电池B6中的每一个的电阻变化率。
例如，在图4的实施方式中，第一电池B1的电阻变化率可以为16.4％，并且第二电池B2的电阻变化率可以为13.8％。另外，第三电池B3的电阻变化率可以为17.1％，并且第四电池B4的电阻变化率可以为16.1％。另外，第五电池B5的电阻变化率可以为24.2％，并且第六电池B6的电阻变化率可以为25.2％。
控制单元130可以被配置为通过比较计算出的电阻变化率的大小与标准电阻变化率的大小来判断电池的内部气体产生水平。
具体地，控制单元130可以被配置为当计算出的电阻变化率等于或大于标准电阻变化率时，判断产生了等于或大于标准量的电池的内部气体。另外，控制单元130可以被配置为当计算出的电阻变化率小于标准电阻变化率时，判断产生了小于标准量的电池的内部气体。这里，产生小于标准量的电池的内部气体的情况可以包括产生小于标准量的电池的内部气体的情况以及不产生内部气体的情况二者。
例如，在图4的实施方式中，假定标准电阻变化率被预设为20％。由于第一电池B1至第四电池B4的电阻变化率小于标准电阻变化率，因此控制单元130可以判断产生了小于标准量的第一电池B1至第四电池B4的内部气体。另外，由于第五电池B5和第六电池B6的电阻变化率大于标准电阻变化率，因此控制单元130可以判断产生了大于标准量的第五电池B5和第六电池B6的内部气体。
控制单元130可以被配置为通过比较计算出的电压变化量的大小与标准电压变化量的大小来判断电池的内部气体产生原因。
具体地，控制单元130可以被配置为当计算出的电压变化量大于或等于标准电压变化量时，判断内部气体产生原因是电池正极的副反应。更优选地，控制单元130可以被配置为当计算出的电压变化量大于或等于标准电压变化量时，判断内部气体产生原因是电池的正极和电解液的副反应。
另外，控制单元130可以被配置为当计算出的电压变化量小于标准电压变化量时，判断内部气体产生原因是除了正极的副反应之外的其它原因。例如，其它原因可以包括电池负极的副反应。
例如，在图3的实施方式中，假定标准电压变化量被预设为110mV。由于第一电池B1、第三电池B3、第四电池B4和第六电池B6的电压变化量小于标准电压变化量，因此控制单元130可以判断第一电池B1、第三电池B3、第四电池B4和第六电池B6的内部气体是由其它原因引起的。此外，由于第二电池B2和第五电池B5的电压变化量大于标准电压变化量，因此控制单元130可以判断第二电池B2和第五电池B5的内部气体是由对应电池的正极的副反应而产生的。
即，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100可以判断是否产生了等于或大于标准量的电池的内部气体以及是否由于任何副反应而产生电池的内部气体。特别地，电池诊断设备100的优点是以非破坏性方式诊断是否由于电池的正极的副反应而产生电池的内部气体。
例如，当诊断为重新使用而收集的一个或更多个电池的状态时，可以使用根据本公开的实施方式的电池诊断设备100。电池诊断设备100可以以非破坏性方式针对一个或更多个电池中的每一个诊断内部气体产生水平和内部气体产生原因。因此，根据本公开的实施方式，因为可以基于电池的欧姆电阻和电压快速且容易地诊断电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因，所以可以快速且准确地判断收集到的电池是否可重新使用。
此外，被设置用于电池诊断设备100的控制单元130可以可选地包括在本领域中已知的用于执行本公开中执行的各种控制逻辑的处理器、专用集成电路(ASIC)、另一芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等。另外，当用软件实现控制逻辑时，控制单元130可以被实现为程序模块的集合。此时，程序模块可以被存储在存储器中并由控制单元130执行。存储器可以设置在控制单元130内或控制单元130外，并可以通过各种公知装置连接到控制单元130。
另外，参照图1，电池诊断设备100还可以包括存储单元140。存储单元140可以存储用于电池诊断设备100的各部件的操作和功能所必需的数据或程序、在执行操作或功能的过程中生成的数据等。存储单元140的种类不受特别限制，只要它是可以记录、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140可以存储其中定义了可由控制单元130执行的处理的程序代码。
例如，存储单元140可以存储每个电池的参考电压和参考电阻。另外，存储单元140可以存储电池的阻抗曲线。在这种情况下，欧姆电阻确定单元120可以访问存储单元140，以获得电池的阻抗曲线。
优选地，欧姆电阻确定单元120可以被配置为当在预定时段期间由测量单元110测得的电池温度等于或高于标准温度时，基于针对电池生成的阻抗曲线来确定欧姆电阻。
这里，预定时段可以是电池温度必须保持在标准温度或以上使得电池的欧姆电阻变化可以与电池的内部气体产生相关的最小时段。即，如果仅在太短的时段内将电池温度保持在标准温度或以上，则所产生的电池内部气体可能与电池的欧姆电阻变化没有显著的关系。因此，在本公开中，通过在预定时段期间将电池的温度保持在标准温度或以上，可以通过将电池的欧姆电阻的变化与电池的内部气体产生水平相互关联来进行判断。
例如，标准温度可以被设置为40℃至60℃中的任一温度。优选地，标准温度可以被设置为40℃。另外，预定时段可以被设置为3天至8天中的任一个。优选地，预定时段可以被设置为3天。
作为特定示例，假定标准温度被设置为40℃并且预定时段被设置为3天。当由测量单元110测得的电池的温度在3天内保持在40℃或以上时，欧姆电阻确定单元120可以通过获取对应电池的阻抗曲线来确定对应电池的欧姆电阻。
另外，测量单元110可以仅测量相对于相应电池的电压，并且控制单元130可以仅针对相应的电池诊断内部气体产生水平和内部气体产生原因。
通常，电池的SOC和温度越高，电池的内部气体产生量就会增加。即，为了出于判断电池是否可重复使用的目的而诊断内部气体产生水平和内部气体产生原因，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100可以对在预定时段期间保持在标准温度或以上的电池执行诊断。
另外，优选地，电池可以最初完全充电至SOC 100％状态。另外，充满电的电池可以在预定时段内保持在标准温度或以上。即，在预定时段期间，充满电的电池可以自然地逐渐放电，但电池的温度可以被配置为保持在标准温度或以上。
即，只有当充满电的电池在预定时段内保持在标准温度或以上以便形成可以产生电池的内部气体的测试环境时，电池诊断设备100才可以判断是否产生电池的内部气体，并且如果产生了电池的内部气体，则判断由于哪种原因产生了电池的内部气体。
下文中，将详细描述电池诊断设备100根据诊断出的电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因来诊断电池状态的实施方式。
控制单元130可以被配置为基于内部气体产生水平和内部气体产生原因来诊断电池的状态。
下文中，为了便于说明，可以由控制单元130判断的电池的状态被划分为正常状态、第一警告状态、第二警告状态或不可使用状态。然而，可以由控制单元130判断的电池的状态可以根据电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因被进一步细分。例如，控制单元130可以通过将计算出的电池的电阻变化率与划分为多段的标准电阻范围进行比较来具体地细分和诊断电池的内部气体产生水平。另外，控制单元130可以将计算出的电池的电压变化量与划分为多个电压段的标准电压范围进行比较，以更详细地细分和诊断电池的内部气体产生原因。另外，应该注意，可以通过细分和诊断的内部气体产生水平和内部气体产生原因在更多的各种方面具体地诊断电池的状态。
图5是示意性示出了根据本公开的实施方式的由电池诊断设备100诊断出的电池状态的图。
参照图5，控制单元130可以被配置为当判断由于另一原因而产生小于标准量的内部气体时诊断电池的状态是正常状态。
即，即使将充满电的电池在预定时段放置于标准温度或以上的情形中，如果产生小于标准量的内部气体并且所产生的内部气体不是由正极的副反应引起的，则控制单元130可以诊断出电池的状态是正常状态。另外，控制单元130可以将电池归类为可重新使用电池。
另外，参照图5，控制单元130可以被配置为当判断由于其它原因而产生等于或大于标准量的内部气体时诊断电池的状态是第一警告状态。另外，控制单元130可以将电池归类为可重新使用电池。
此后，控制单元130可以被配置为降低电池的上限温度，以便减少被诊断为第一警告状态的电池的内部气体产生量。即，被诊断为第一警告状态的电池可以由控制单元130设置为使得可允许上限温度降低。即，当被诊断为第一警告状态的电池被重新使用时，电池的可允许上限温度可以限于由控制单元130设置的温度。
另外，参照图5，控制单元130可以被配置为当判断因正极的副反应产生等于或大于标准量的内部气体时诊断电池的状态是第二警告状态。另外，控制单元130可以将电池归类为可重新使用电池。
此后，控制单元130可以被配置为降低电池的上限温度和上限SOC中的至少一个，以便减少被诊断为第二警告状态的电池的内部气体产生量。即，被诊断为第二警告状态的电池可以由控制单元130设置为使得可允许上限温度和可允许上限SOC中的至少一个降低。优选地，控制单元130可以降低电池的上限温度和上限SOC二者，以便有效地降低被诊断为第二警告状态的电池的内部气体产生量。也就是说，当被诊断为第二警告状态的电池被重新使用时，对应电池可允许的上限温度和上限SOC中的至少一个可以限于由控制单元130设置的值。
具体地，控制单元130可以诊断具有等于或大于标准量的内部气体产生水平的电池的状态是警告状态，并降低上限温度和/或上限SOC以便减少内部气体产生量。
另外，参照图5，当判断因正极的副反应而产生小于标准量的内部气体时，控制单元130可以被配置为判断电池中出现内部短路并且诊断电池的状态是不可使用状态。另外，控制单元130可以将电池归类为不可重新使用电池。
即，当产生小于标准量的电池内部气体但判断出现了正极的副反应时，控制单元130可以判断电池中发生了内部短路。另外，控制单元130可以诊断电池的状态是不可使用状态，从而防止电池被重新使用。
总之，控制单元130可以将被诊断为正常状态、第一警告状态或第二警告状态的电池归类为可重新使用电池，并且将被诊断为不可使用状态的电池归类为不可使用电池。另外，控制单元130可以通过适当地限制被诊断为第一警告状态或第二警告状态的电池的操作来减少当电池被重新使用时电池的内部气体产生量。
这样，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100可以通过基于电池的内部气体产生水平和内部气体产生原因关注电池是否可重复使用来诊断电池的状态。另外，为了减少在重新使用期间内部气体的产生，可以基于诊断状态来限制每个电池的操作。因此，电池诊断设备100的优点在于，不仅判断电池是否可重新使用，而且设置适当的控制条件，使得电池可以使用更长的时段。
图6是示意性示出了根据本公开的另一实施方式的电池诊断系统10的图。
参照图6，电池诊断系统10可以包括根据本公开的实施方式的电池诊断设备100和EIS单元200。
EIS单元200可以被配置为将AC电流输出到电池，并根据AC电流的输出结果来生成将电池的阻抗表示为实部(Zre)与虚部(-Zim)之间对应关系的阻抗曲线。
具体地，EIS单元200可以被配置为执行EIS(电化学阻抗谱)。因此，EIS单元200可以向电池施加微小AC电流以测量电池的阻抗，并生成将阻抗表示为实部(Zre)与虚部(-Zim)之间对应关系的阻抗曲线。
例如，当电池的温度等于或高于标准温度时，由EIS单元200测得的电池的阻抗可能由于温度的影响而不准确。因此，当电池的温度变得接近室温时，EIS单元200可以测量电池的阻抗。
EIS单元200可以被配置为将所生成的阻抗曲线输出到电池诊断设备100。
例如，EIS单元200可以将所生成的阻抗曲线发送到电池诊断设备100的欧姆电阻确定单元120。
作为另一示例，EIS单元200可以将所生成的阻抗曲线发送到电池诊断设备100的存储单元140。在这种情况下，欧姆电阻确定单元120可以访问存储单元140，以获取由EIS单元200生成的阻抗曲线。
另外，参照图6，电池诊断系统10还可以包括加热单元300。
加热单元300可以被配置为升高电池的温度，使得电池的温度等于或高于标准温度。即，加热单元300可以升高并保持电池的温度，使得电池的温度可以在预定时段内保持在标准温度或以上。
因此，电池诊断系统10的优点是，通过满足可以产生电池内部气体的测试条件来诊断电池是否可重新使用。
另外，参照图6，电池诊断系统10还可以包括充电放电单元400。
充电放电单元400可以被配置为连接到电池，以对电池进行充电或放电。
例如，电池可以被充电放电单元400完全充电。另外，电池的温度可以在预定时段内被加热单元300保持在标准温度或以上。在这种情况下，电池诊断设备100可以诊断内部气体产生水平、内部气体产生原因和电池的状态。
另一方面，当电池的内部气体产生的原因被诊断为除了正极的副反应之外的其它原因时，电池诊断系统10可以执行附加诊断，以便具体地诊断电池的内部气体产生原因。
充电放电单元400可以被配置为在再次将电池充满电之后将电池完全放电。
例如，在预定时段内保持在等于或高于标准温度的电池可以自然放电，以降低其容量。因此，充电放电单元400可以在经过了预定时段之后的第一时间点再次将电池充满电。即，在第一时间点，电池的SOC可以为100％。另外，在比第一时间点晚的第二时间点，充电放电单元400可以将电池完全放电。即，在第二时间点，电池的SOC可以为0％。测量单元110可以测量从第一时间点到第二时间点的电池的放电容量。
控制单元130可以通过将由测量单元110计算出的电池的放电容量与标准容量进行比较来计算容量变化率。这里，标准容量可以是处于BOL状态的电池的放电容量。即，标准容量可以是当处于BOL状态的电池从100％SOC放电至0％SOC时的放电容量。
具体地，控制单元130可以通过计算标准容量与计算出的放电容量的差来计算容量变化率。例如，控制单元130可以通过计算公式“(标准容量-计算出的放电容量)÷标准容量×100”来计算电池的容量变化率。
此外，控制单元130可以被配置为如果计算出的容量变化率大于或等于标准容量变化率，则判断电池的内部气体产生原因是负极的副反应。
另外，控制单元130可以被配置为当判断由于负极的副反应产生等于或大于标准量的电池内部气体时诊断电池的状态是第三警告状态。另外，控制单元130可以将电池归类为可重新使用电池。
此后，控制单元130可以被配置为降低电池的上限温度和上限C速率中的至少一个，以便减少被诊断为第三警告状态的电池的内部气体产生量。即，被诊断为第三警告状态的电池可以由控制单元130设置为使得可允许上限温度和上限C速率中的至少一个降低。也就是说，当被诊断为第三警告状态的电池被重新使用时，电池的可允许上限温度和/或上限C速率可以被限于由控制单元130设置的值。
根据本公开的电池诊断设备100可以应用于BMS(电池管理系统)。即，根据本公开的BMS可以包括上述的电池诊断设备100。在该配置中，电池诊断设备100的至少一些部件可以通过补充或添加常规BMS中所包括的配置的功能来实现。
另外，根据本公开的电池诊断设备100可以被设置用于电池组。即，根据本公开的电池组可以包括上述的电池诊断设备100和至少一个电池。另外，电池组还可以包括电气设备(继电器、保险丝等)和壳体。
图7是示意性示出了根据本公开的另一实施方式的电池组1的示例性配置的图。参照图7，电池组1可以包括电池诊断设备100、EIS单元200、加热单元300和充电放电单元400。即，电池组1可以包括电池诊断系统10。
例如，在图7的实施方式中，电池诊断设备100可以连接到第一感测线SL1至第四感测线SL4。优选地，第一感测线SL1至第四感测先SL4可以连接到电池诊断设备100的测量单元110。
测量单元110可以通过第一感测线SL1测量电池B的温度。
另外，测量单元110可以通过第二感测线SL2测量电池B的正极电压，并通过第三感测线SL3测量电池B的负极电压。另外，测量单元110可以通过计算所测得的电池B的正极电压与负极电压之间的差来测量电池B的电压。
另外，测量单元110可以通过第四感测线SL4连接到电流测量元件A。这里，电流测量元件A可以是电流系统或分流电阻器。因此，测量单元110可以通过第四感测线SL4测量电池B的电流。图7示出了电流测量元件A设置在电池B的负极与电池组1的负极端子P-之间的实施方式作为优选实施方式，但电流测量元件A也可以设置在电池B的正极与电池组1的正极端子P+之间。
EIS单元200的一端可以连接在电池组1的正极端子P+和电池B的正极之间，并且另一端可以连接在电池组1的负极端子P-和电池B的负极之间。另外，EIS单元200可以在输出微小AC电流之后测量电池B的阻抗。此后，EIS单元200可以生成电池B的阻抗曲线并将其发送到电池诊断设备100。
加热单元300的一端可以连接到电池B的正极，并且另一端可以连接到电池B的负极。另外，加热单元300的操作由电池诊断设备100(特别地，控制单元130)控制，并且当加热单元300操作时，电池B的温度可以升高。
充电放电单元400的一端可以连接到电池组1的正极端子P+，并且另一端可以连接到电池组1的负极端子P-。在另一实施方式中，充电放电单元400的一端可以直接连接到电池B的正极，而另一端可以直接连接到电池B的负极，类似于加热单元300。充电放电单元400的操作可以由电池诊断设备100(具体地，控制单元130)控制，并且当充电放电单元400操作时，电池B可以被充电或放电。
例如，电池B可以被充电放电单元400完全充电。另外，通过加热单元300，电池B的温度可以在预定时段内保持在标准温度或以上。此后，可以通过电池诊断设备100诊断电池B的内部气体产生水平、内部气体产生原因和状态。
图8是示意性示出了根据本公开的又一实施方式的电池诊断方法的图。
这里，电池诊断方法的每个步骤可以由电池诊断设备100执行。下文中，为了便于说明，将简要描述或省略与先前描述的内容重复的内容。
参照图8，根据本公开的实施方式的电池诊断方法可以包括测量步骤(S100)、欧姆电阻确定步骤(S200)、电压变化量计算步骤(S300)、电阻变化率计算步骤(S400)、内部气体产生水平判断步骤(S500)和内部气体产生原因判断步骤(S600)。
测量步骤(S100)是测量电池的电压和温度的步骤，并可以由测量单元110执行。
例如，参照图1和图7，测量单元110可以通过第一感测线SL1至第三感测线SL3连接到电池。另外，测量单元110可以通过第一感测线SL1测量电池的温度，并通过第二感测线SL2和第三感测线SL3测量电池的电压。
欧姆电阻确定步骤(S200)是基于针对电池生成的阻抗曲线来确定电池的欧姆电阻的步骤，并可以由欧姆电阻确定单元120执行。
例如，欧姆电阻确定单元120可以直接从外部接收针对电池生成的阻抗曲线，或者可以访问存储单元140以获得存储在存储单元140中的阻抗曲线。另外，欧姆电阻确定单元120可以根据阻抗曲线来确定电池的欧姆电阻。
优选地，欧姆电阻确定单元120可以仅针对由测量单元110测得的电池的温度等于或高于标准温度并且该状态保持达预定时段的电池确定欧姆电阻。
电压变化量计算步骤(S300)是通过将在测量步骤(S100)中测得的电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量的步骤，并可以由控制单元130执行。
例如，控制单元130可以通过计算公式“参考电压-电池的测量电压”来计算电池的电压变化量。
电阻变化率计算步骤(S400)是通过将在欧姆电阻确定步骤(S200)中确定的欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率的步骤，并可以由控制单元130执行。
例如，控制单元130可以通过计算公式“(所确定的欧姆电阻-参考电阻)÷参考电阻×100”来计算电池的电阻变化率。
内部气体产生水平判断步骤(S500)是通过比较计算出的电阻变化率的大小与标准电阻变化率的大小来判断电池的内部气体产生水平的步骤，并可以由控制单元130执行。
例如，如果计算出的电阻变化率大于或等于标准电阻变化率，则控制单元130可以判断产生了等于或大于标准量的电池的内部气体。相反，如果计算出的电阻变化率小于标准电阻变化率，则控制单元130可以判断产生了小于标准量的电池的内部气体。
内部气体产生原因判断步骤(S600)是通过比较计算出的电阻变化量的大小与标准电压变化量的大小来判断电池的内部气体产生原因的步骤，并可以由控制单元130执行。
例如，如果计算出的电压变化量大于或等于标准电压变化量，则控制单元130可以判断因电池正极的副反应产生了电池的内部气体。相反，如果计算出的电压变化量小于标准电压变化量，则控制单元130可以判断因除了电池正极的副反应外的其它原因产生电池的内部气体。
此外，尽管在图8中未示出，但电池诊断方法还可以在内部气体产生原因判断步骤(S600)之后包括电池状态诊断步骤。
电池状态诊断步骤是基于内部气体产生水平和内部气体产生原因诊断电池状态的步骤，并可以由控制单元130执行。
参照图5，控制单元130可以基于内部气体产生水平和内部气体产生原因将电池的状态诊断为正常状态、第一警告状态、第二警告状态或不可使用状态。
例如，控制单元130可以将被诊断为正常状态、第一警告状态或第二警告状态的电池归类为可重新使用电池，并且将被诊断为不可使用状态的电池归类为不可重新使用电池。另外，控制单元130可以通过适当地限制被诊断为第一警告状态或第二警告状态的电池的操作来减少当电池被重新使用时电池的内部气体产生量。
另外，在电池状态诊断步骤之后，只有当电池被判断为第一警告状态时，可以执行附加诊断步骤，以更具体地确认电池的内部气体产生原因。
附加诊断步骤是诊断电池的内部气体产生原因是否是负极的副反应的步骤，并可以由控制单元130执行。
上述本公开的实施方式不仅可以通过设备和方法来实现，而且可以通过实现与本公开的实施方式的配置对应的功能的程序或其上记录有该程序的记录介质来实现。根据以上对实施方式的描述，本领域的技术人员可以容易地实现程序或记录介质。
已经详细地描述了本公开。然而，应该理解，详细说明和具体示例尽管指示了本公开的优选实施方式但是仅以例示的方式给出，这是因为从该详细说明本领域技术人员将清楚在本公开的范围内的各种改变和修改。
另外，本领域的技术人员可以在不脱离本公开的技术方面的情况下，对上文中描述的本公开进行许多替换、修改和改变，并且本公开不限于上述实施方式和附图，并且可以部分或全部地选择性组合各实施方式，以允许进行各种修改。
(参考符号)
1：电池组
10：电池诊断系统
100：电池诊断设备
110：测量单元
120：欧姆电阻确定单元
130：控制单元
140：存储单元
200：EIS单元
300：加热单元
400：充电放电单元。

Claims (13)

1.一种电池诊断设备，该电池诊断设备包括：
测量单元，所述测量单元被配置为测量电池的电压和温度；
欧姆电阻确定单元，所述欧姆电阻确定单元被配置为基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述电池的欧姆电阻；以及
控制单元，所述控制单元被配置为通过将由所述测量单元测得的所述电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量，通过将由所述欧姆电阻确定单元确定的欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率，通过将计算出的所述电阻变化率的大小与标准电阻变化率的大小进行比较来判断所述电池的内部气体产生水平，并且通过将计算出的所述电压变化量的大小与标准电压变化量的大小进行比较来判断所述电池的内部气体产生原因。
2.根据权利要求1所述的电池诊断设备，
其中，所述欧姆电阻确定单元被配置为当在预定时段期间由所述测量单元测得的所述电池的温度等于或高于标准温度时，基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述欧姆电阻。
3.根据权利要求1所述的电池诊断设备，
其中，所述控制单元被配置为当计算出的所述电阻变化率等于或大于所述标准电阻变化率时，判断产生了等于或大于标准量的所述电池的内部气体，并且
其中，所述控制单元被配置为当计算出的所述电阻变化率小于所述标准电阻变化率时，判断产生了小于所述标准量的所述电池的内部气体。
4.根据权利要求3所述的电池诊断设备，
其中，所述控制单元被配置为当计算出的电压变化量等于或大于所述标准电压变化量时，判断所述内部气体产生原因是所述电池的正极的副反应，并且
其中，所述控制单元被配置为当计算出的所述电压变化量小于所述标准电压变化量时，判断所述内部气体产生原因是除了所述正极的副反应之外的其它原因。
5.根据权利要求4所述的电池诊断设备，
其中，所述控制单元被配置为基于所述内部气体产生水平和所述内部气体产生原因来诊断所述电池的状态。
6.根据权利要求5所述的电池诊断设备，
其中，所述控制单元被配置为当判断由于所述其它原因而产生小于所述标准量的所述内部气体时诊断所述电池的状态是正常状态。
7.根据权利要求5所述的电池诊断设备，
其中，当判断由于所述其它原因而产生等于或大于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元被配置为诊断所述电池的状态是第一警告状态并降低所述电池的上限温度。
8.根据权利要求5所述的电池诊断设备，
其中，当判断由于所述正极的副反应而产生等于或大于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元被配置为诊断所述电池的状态是第二警告状态并降低所述电池的上限温度和上限SOC中的至少一个。
9.根据权利要求5所述的电池诊断设备，
其中，当判断由于所述正极的副反应而产生小于所述标准量的所述内部气体时，所述控制单元被配置为判断在所述电池中发生内部短路并且诊断所述电池的状态为不可使用状态。
10.一种电池诊断系统，该电池诊断系统包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的电池诊断设备；以及
EIS单元，所述EIS单元被配置为向所述电池输出AC电流，根据所述AC电流的输出结果生成作为实部与虚部之间的对应关系的表示所述电池的阻抗的阻抗曲线，并将所生成的阻抗曲线输出到所述电池诊断设备。
11.根据权利要求10所述的电池诊断系统，所述电池诊断系统还包括：
加热单元，该加热单元被配置为升高所述电池的温度，使得所述电池的温度变得等于或高于标准温度。
12.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1至9中任一项所述的电池诊断设备。
13.一种电池诊断方法，该电池诊断方法包括以下步骤：
测量步骤，所述测量步骤测量电池的电压和温度；
欧姆电阻确定步骤，所述欧姆电阻确定步骤基于针对所述电池生成的阻抗曲线来确定所述电池的欧姆电阻；
电压变化量计算步骤，所述电压变化量计算步骤通过将在所述测量步骤中测得的所述电池的电压与参考电压进行比较来计算电压变化量；
电阻变化率计算步骤，所述电阻变化率计算步骤通过将在所述欧姆电阻确定步骤中确定的所述欧姆电阻与参考电阻进行比较来计算电阻变化率；
内部气体产生水平判断步骤，所述内部气体产生水平判断步骤通过比较计算出的电阻变化率的大小与标准电阻变化率的大小来判断所述电池的内部气体产生水平；以及
内部气体产生原因判断步骤，所述内部气体产生原因判断步骤通过比较计算出的电压变化量的大小与标准电压变化量的大小来判断所述电池的内部气体产生原因。
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