CN115667963A - 用于诊断电池的设备、方法和系统 - 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：欧姆电阻确定单元，所述欧姆电阻确定单元被配置为在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个中确定所述电池电芯的欧姆电阻；电阻变化率计算单元，所述电阻变化率计算单元被配置为计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率；气体产生程度确定单元，所述气体产生程度确定单元被配置为基于计算出的所述电阻变化率来确定所述电池电芯的内部气体产生程度；以及状态诊断单元，所述状态诊断单元被配置为根据所确定的内部气体产生程度来诊断所述电池电芯的状态。

Description

用于诊断电池的设备、方法和系统
技术领域
本申请要求于2020年9月29日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2020-0127289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、方法和系统，并且更具体地，涉及能够诊断电池电芯的状态的电池诊断设备、方法和系统。
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，锂电池因它们与镍类电池相比几乎没有记忆效应且还具有极低的自放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可以以非破坏性方式基于电池的欧姆电阻来确定电池的内部气体产生水平并根据所确定的内部气体产生水平来诊断电池状态的电池诊断设备、方法和系统。
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，并且将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装置及其组合来实现。
技术方案
在本公开的一方面，提供了一种电池诊断设备，该电池诊断设备包括：欧姆电阻确定单元，所述欧姆电阻确定单元被配置为在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个中确定所述电池电芯的欧姆电阻；电阻变化率计算单元，所述电阻变化率计算单元被配置为计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率；气体产生水平确定单元，所述气体产生水平确定单元被配置为基于计算出的所述电阻变化率来确定所述电池电芯的内部气体产生水平；以及状态诊断单元，所述状态诊断单元被配置为根据所确定的内部气体产生水平来诊断所述电池电芯的状态。
所述气体产生水平确定单元可以被配置为基于预设的参考变化率区域当中的、计算出的电阻变化率所属的区域来确定所述电池电芯的内部气体产生水平。
所述参考变化率区域可以根据所述内部气体产生水平被预设为小于第一参考电阻变化率的第一区域、等于或大于所述第一参考电阻变化率且小于第二参考电阻变化率的第二区域以及等于或大于所述第二参考电阻变化率的第三区域。
所述气体产生水平确定单元可以被配置为当计算出的电阻变化率属于所述第一区域时确定所述内部气体产生水平为正常，当计算出的电阻变化率属于所述第二区域时确定所述内部气体产生水平为警告，并且当计算出的电阻变化率属于所述第三区域时确定所述内部气体产生水平为危险。
所述状态诊断单元可以被配置为当所述内部气体产生水平被确定为正常时，将所述电池电芯的状态诊断为正常状态。
所述状态诊断单元可以被配置为当所述内部气体产生水平被确定为警告时，将所述电池电芯的状态诊断为警告状态，并且减小最大可允许温度和最大可允许SOC中的至少一个。
所述状态诊断单元可以被配置为当所述内部气体产生水平被确定为危险时，将所述电池电芯的状态诊断为不可用状态。
根据本公开的另一方面的所述电池诊断设备还可以包括：测量单元，所述测量单元被配置为测量所述电池电芯的温度、电压和电流中的至少一个；以及SOC估计单元，所述SOC估计单元被配置为基于测得的电压和电流中的至少一个来估计所述电池电芯的SOC。
所述欧姆电阻确定单元可以被配置为基于由所述测量单元测得的所述电池电芯的温度和由所述SOC估计单元估计的所述电池电芯的SOC来在所述多个阻抗分布当中选择满足预定条件的至少一个阻抗分布。
所述电阻变化率计算单元可以被配置为基于由所述欧姆电阻确定单元选择的阻抗分布来计算所述电阻变化率。
所述欧姆电阻确定单元可以被配置为在所述多个阻抗分布当中选择对应电池电芯的温度等于或高于参考温度并且对应电池电芯的SOC等于或大于参考SOC的阻抗分布。
根据本公开的又一方面的所述电池诊断设备还可以包括电荷转移电阻确定单元，所述电荷转移电阻确定单元被配置为在所述多个阻抗分布中的每一个中确定电荷转移电阻。
所述电阻变化率计算单元可以被配置为还计算所确定的多个电荷转移电阻之间的电荷转移电阻变化率。
所述状态诊断单元可以被配置为基于计算出的电荷转移电阻变化率与参考电阻值的比较结果来进一步诊断所述电池电芯的状态。
所述状态诊断单元可以被配置为：当计算出的所述电荷转移电阻变化率小于所述参考电阻值时，将所述电池电芯的状态诊断为正常状态。
所述状态诊断单元可以被配置为当计算出的所述电荷转移电阻变化率等于或大于所述参考电阻值时，将所述电池电芯的状态诊断为警告状态，并减小所述电池电芯的充电和放电的最大可允许C速率。
根据本公开的又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的所述电池诊断设备；EIS单元，所述EIS单元被配置为向所述电池电芯输出AC电流，根据所述AC电流的输出结果生成将电池电芯的阻抗表示为实部与虚部之间的对应关系的阻抗分布，并将所生成的所述阻抗分布输出到所述电池诊断设备。
根据本公开的又一方面的所述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电芯的温度，使得所述电池电芯的温度变得等于或高于参考温度；以及充电单元，所述充电单元被配置为对所述电池电芯进行充电，使得所述电池电芯的SOC变得等于或大于参考SOC。
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的所述电池诊断设备。
根据本公开的又一方面的一种电池诊断方法可以包括：欧姆电阻确定步骤，所述欧姆电阻确定步骤在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个中确定所述电池电芯的欧姆电阻；电阻变化率计算步骤，所述电阻变化率计算步骤计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率；气体产生水平确定步骤，所述气体产生水平确定步骤基于计算出的所述电阻变化率来确定所述电池电芯的内部气体产生水平；以及状态诊断步骤，所述状态诊断步骤根据所确定的所述内部气体产生水平来诊断所述电池电芯的状态。
有益效果
根据本公开的一方面，基于电池电芯的欧姆电阻与电池电芯的内部气体产生水平之间的相关性，存在的优点是，可以用电池电芯的欧姆电阻的电阻变化率以非破坏性方式诊断电池电芯的内部气体产生水平和状态。
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分布的图。
图3是示意性示出了根据本公开的实施方式的多个阻抗分布的图。
图4是示意性示出了根据本公开的实施方式的多个其它阻抗分布的图。
图5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6是示意性示出了根据本公开的另一实施方式的电池组的示例性配置的图。
图7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，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”且它们之间插置有另一元件的情况。
下文中，将参考附图来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，电池诊断设备100可以包括欧姆电阻确定单元110、电阻变化率计算单元120、气体产生水平确定单元130和状态诊断单元140。
欧姆电阻确定单元110可以被配置为在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个中确定电池电芯的欧姆电阻(Ro)。
这里，电池电芯是指具有负极端子和正极端子并且物理上可分离的一个独立电芯。例如，一个袋型锂聚合物电池可以被视为电池电芯。
另外，阻抗分布可以是电池电芯的阻抗被表示为实部(Zre)与虚部(-Zim)之间的对应关系的分布。将参考图2和图3来详细描述阻抗分布。
图2是示意性示出了根据本公开的实施方式的阻抗分布的图。具体地，图2是示意性示出了阻抗分布的示例的图。
参照图2，当X被设置为实部(Zre)并且Y被设置为虚部(-Zim)时，阻抗分布可以被表示为X-Y平面图。在图2的实施方式中，电池电芯的欧姆电阻可以是阻抗分布的起始电阻值。具体地，在阻抗分布中，虚部(-Zim)的值为0时的实部(Zre)的电阻值可以是电池电芯的欧姆电阻。由于欧姆电阻是众所周知的因素，因此应该注意，将省略欧姆电阻的描述。
图3是示意性示出了根据本公开的实施方式的多个阻抗分布的图。具体地，图3是示出了由欧姆电阻确定单元110获得的多个阻抗分布的图。
在图3的实施方式中，欧姆电阻确定单元110可以获得第一阻抗分布P1至第九阻抗分布P9。优选地，第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9可以是针对一个电池电芯在不同时间点生成的阻抗分布。例如，第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9是在温度和SOC(充电状态)被包括在预定范围内的条件下针对一个电池电芯以24小时的间隔测得的阻抗的阻抗分布。这里，优选地，可以首先生成第一阻抗分布P1，并且可以最近生成第九阻抗分布P9。
另外，在图3的实施方式中，欧姆电阻确定单元110可以确定第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9中的每一个中的欧姆电阻。具体地，欧姆电阻确定单元110可以将第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9中的每一个中的虚部(-Zim)的值为0时实部(Zre)的电阻值确定为对应阻抗分布的欧姆电阻。优选地，在图3的实施方式中，第一阻抗分布P1的欧姆电阻可以是最小的，并且第九阻抗分布P9的欧姆电阻可以是最大的。
电阻变化率计算单元120可以被配置为计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率。
具体地，电阻变化率计算单元120可以计算由欧姆电阻确定单元110确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率。优选地，电阻变化率计算单元120可以考虑生成多个阻抗分布的时间点来计算多个欧姆电阻之间的电阻变化率。
例如，在图3的实施方式中，电阻变化率计算单元120可以将第一阻抗分布P1的欧姆电阻设置为标准，并计算第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9的欧姆电阻之间的电阻变化率。
例如，假定欧姆电阻确定单元110将第一阻抗分布至第n阻抗分布中的每一个的欧姆电阻确定为Ro_1至Ro_n。电阻变化率计算单元120可以将Ro_n与Ro_1的比率计算为电阻变化率。在这种情况下，电阻变化率计算单元120可以通过计算公式“Ro_n÷Ro_1”来计算电阻变化率。
作为另一示例，电阻变化率计算单元可以计算Ro_n与Ro_1之间的差相对于Ro_1的比值作为电阻变化率。在这种情况下，电阻变化率计算单元120可以通过计算公式“(Ro_n-Ro_1)÷Ro_1”来计算电阻变化率。
气体产生水平确定单元130可以被配置为基于计算出的电阻变化率来确定电池电芯的内部气体产生水平。即，气体产生水平确定单元130可以基于由电阻变化率计算单元120计算的电阻变化率来确定电池电芯的内部气体产生水平。
具体地，气体产生水平确定单元130可以被配置为基于预设参考变化率区域当中的计算出的电阻变化率所属的区域来确定电池电芯的内部气体产生水平。
例如，参考变化率区域可以被预设为第一区域、第二区域和第三区域。下文中，将描述参考变化率区域被设置为第一区域至第三区域，但应该注意，参考变化率区域可以被设置为被再细分。
优选地，参考变化率区域可以被配置为根据内部气体产生水平被预设为小于第一参考电阻变化率的第一区域、等于或大于第一参考电阻变化率且小于第二参考电阻变化率的第二区域以及等于或大于第二参考电阻变化率的第三区域。
气体产生水平确定单元130可以通过将计算出的电阻变化率代入参考变化率区域来确定计算出的电阻变化率所属的区域。即，气体产生水平确定单元130可以确定参考变化率区域当中的计算出的电阻变化率所属的区域。
例如，气体产生水平确定单元130可以被配置为当计算出的电阻变化率属于第一区域时确定内部气体产生水平为正常，并且当计算出的电阻变化率属于第二区域时确定内部气体产生水平为警告，并且当计算出的电阻变化率属于第三区域时确定内部气体产生水平为危险。
状态诊断单元140可以被配置为根据所确定的内部气体产生水平来诊断电池电芯的状态。即，状态诊断单元140可以根据由气体产生水平确定单元130确定的内部气体产生水平来诊断电池电芯的状态。
例如，在之前的实施方式中，气体产生水平确定单元130可以基于计算出的电阻变化率将内部气体产生水平确定为正常、警告或危险。与此对应，状态诊断单元140可以将电池电芯的状态诊断为正常状态、警告状态或不可用状态。
具体地，状态诊断单元140可以被配置为当内部气体产生水平被确定为正常时将电池电芯的状态诊断为正常状态。
另外，状态诊断单元140可以被配置为当内部气体产生水平被确定为警告时将电池电芯的状态诊断为警告状态。优选地，状态诊断单元140可以被配置为降低电池电芯的最大可允许温度和最大可允许SOC中的至少一个，以便抑制电池电芯的内部气体的产生。即，对于对应的电池电芯，最大可允许温度和最大可允许SOC中的至少一个可以被设置为降低。
另外，状态诊断单元140可以被配置为当内部气体产生水平被确定为危险时将电池电芯的状态诊断为不可用状态。
即，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100具有以下优点:基于电池电芯的欧姆电阻与电池电芯的内部气体产生水平之间的相关性，以非破坏性方式用电池电芯的欧姆电阻的电阻变化率来诊断电池电芯的内部气体产生水平和状态。例如，如果由电池电芯产生的内部气体的量增加，则电极内部的电子传输能力由于内部气体而下降，并且电池电芯的欧姆电阻可能由于电解液的离子导电率的减小而易感知地增大。因此，电池诊断设备100可以通过考虑到欧姆电阻与所产生的内部气体的量之间的关系，基于欧姆电阻的电阻变化率来诊断电池电芯的气体产生水平和状态。
例如，当诊断被收集以供重新使用的多个电池电芯的状态时，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可以获得多个电池电芯中的每一个的多个阻抗分布，并基于所获得的多个阻抗分布非破坏性地诊断多个电池电芯中的每一个的内部气体产生水平和状态。被诊断为正常状态的电池电芯可以在没有额外的设置改变的情况下被重新使用，但被诊断为警告状态的电池电芯可以在设置为降低最大可允许温度和最大可允许SOC中的至少一个之后被重新使用。另外，被诊断为不可用状态的电池电芯不能被重新使用。根据本公开的实施方式，由于如上所述使用电池电芯的欧姆电阻可以快速且容易地诊断电池电芯的内部气体产生水平和状态，因此存在可以提高诊断电池电芯的状态的效率的优点。
此外，电池诊断设备100还可以包括存储单元(未示出)。存储单元可以存储操作电池诊断设备100所需的程序、数据等。即，存储单元可以存储电池诊断设备100的每个部件的操作和功能所必需的数据、在执行操作或功能的过程中生成的数据等。存储单元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，存储单元可以存储程序代码，在该程序代码中，定义了能由电池诊断设备100的每个部件执行的处理。
参照图1，电池诊断设备100还可以包括测量单元150和SOC估计单元160。
测量单元150可以被配置为测量电池电芯的温度、电压和电流中的至少一个。
优选地，测量单元150可以测量电池电芯的温度。另外，测量单元150可以测量电池电芯的电压和电流中的至少一个。
更优选地，测量单元150可以测量电池电芯的温度、电压和电流的全部。
SOC估计单元160可以被配置为基于测得的电压和电流中的至少一个来估计电池电芯的SOC。
例如，SOC估计单元160可以使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)来估计电池电芯的SOC。作为另一示例，SOC估计单元160可以使用用于对由测量单元150测得的电池电芯的电流进行计数的电流计数方法(库仑计数、安培计数)来估计电池电芯的SOC。由于SOC估计单元160使用公知的方法来估计电池电芯的SOC，因此将省略其详细描述。
欧姆电阻确定单元110可以被配置为基于由测量单元150测得的电池电芯的温度和由SOC估计单元160估计的电池电芯的SOC来在多个阻抗分布当中选择满足预定条件的至少一个阻抗分布。
具体地，欧姆电阻确定单元110可以在多个阻抗分布当中仅选择电池电芯的温度和SOC满足预定条件的阻抗分布。例如，即使欧姆电阻确定单元110获得了100个阻抗分布，如果10个阻抗分布满足电池电芯的温度和SOC的预定条件，则欧姆电阻确定单元110也可以仅选择对应的10个阻抗分布。
另外，电阻变化率计算单元120可以被配置为基于由欧姆电阻确定单元110选择的阻抗分布来计算电阻变化率。
例如，在之前的实施方式中，当欧姆电阻确定单元110在100个阻抗分布当中仅选择10个阻抗分布时，欧姆电阻确定单元110可以确定10个阻抗分布中的每一个中的电池电芯的欧姆电阻。另外，电阻变化率计算单元120可以计算所确定的10个欧姆电阻之间的电阻变化率。
在下文中，将参考图3和图4更详细地描述欧姆电阻确定单元110选择阻抗分布的条件。
图4是示意性示出了根据本公开的实施方式的多个其它阻抗分布的图。
欧姆电阻确定单元110可以被配置为在多个阻抗分布当中选择对应电池电芯的温度等于或高于参考温度并且对应电池电芯的SOC等于或大于参考SOC的阻抗分布。
通常，当电池电芯的SOC等于或大于一定水平时，由电池电芯产生的内部气体的量可能随着电池电芯的温度升高而增加。即，当电池电芯的SOC小于一定水平时，由电池电芯本身产生的内部气体的量小，因此即使电池电芯具有高温，由电池电芯产生的内部气体的量也不会增加。因此，当电池电芯的温度和SOC二者都满足预定条件时，与由电池电芯产生的内部气体的量相关的电池电芯的欧姆电阻可以增加。
具体地，图3中示出的多个阻抗分布是当电池电芯的温度等于或高于参考温度并且电池电芯的SOC等于或大于参考SOC时生成的阻抗分布。
例如，在图3的实施方式中，参考温度可以为40℃，电池电芯的温度可以为55℃，参考SOC可以为90％，并且电池电芯的SOC可以为100％。即，图3中示出的多个阻抗分布是在高温和满充状态下针对电池电芯以恒定周期生成的阻抗分布。
相反地，图4中示出的多个阻抗分布是当电池电芯的温度等于或高于参考温度但电池电芯的SOC小于参考SOC时生成的阻抗分布。
例如，在图4的实施方式中，参考温度可以为40℃，电池电芯的温度可以为55℃，参考SOC可以为90％，并且电池电芯的SOC可以为0％。即，图4中示出的多个阻抗分布是在高温并且在完全放电状态下针对电池电芯以恒定时段生成的阻抗分布。
另外，图3和图4的多个阻抗分布是通过向电池电芯输出相同电流而测得的阻抗的分布。即，图3和图4的阻抗分布之间的差是测量时电池电芯的SOC。
参照图3，可以清楚地看到，电池电芯的欧姆电阻随着时间的流逝而增大(例如，如过程从第一阻抗分布P1向第九阻抗分布P9进展)。
另一方面，参照图4，可以确认，即使时间流逝，电池电芯的欧姆电阻也保持在近似范围内。即，在图4的情况下，由于电池电芯的SOC为0％，因此电池电芯的内部本身不产生气体或者本身产生的气体量小。因此，即使电池电芯的温度高，电池电芯的欧姆电阻也可以保持在近似范围内。
即，为了考虑电池电芯的内部气体产生水平与电池电芯的欧姆电阻的电阻变化率之间的相关性来诊断电池电芯的状态，在测量阻抗时电池电芯的温度必须等于或高于参考温度，并且电池电芯的SOC也必须等于或大于参考SOC。
例如，根据图4的实施方式，即使当电池电芯严重劣化并处于不可用状态时，由于欧姆电阻的电阻变化率非常小，因此存在以下问题：内部气体产生水平可能被错误地诊断为正常并且电池电芯的状态可能被错误地诊断为正常状态。具体地，根据图4的实施方式，由于电池电芯本身不产生内部气体或其量小，因此计算出的欧姆电阻的电阻变化率低，并且根据计算出的低电阻变化率，电池电芯可能被错误地诊断为处于正常状态。
因此，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100具有通过考虑在测量阻抗时电池电芯的温度和SOC二者来更精确地诊断电池电芯的内部气体产生水平和状态的优点。
参照图1，电池诊断设备100还可以包括电荷转移电阻确定单元170。
电荷转移电阻确定单元170可以被配置为在多个阻抗分布中的每一个中确定电荷转移电阻(Rct)。
这里，电荷转移电阻是指在电极材料界面处锂离子的氧化反应或还原反应中产生的电阻。应该注意，由于电荷转移电阻是公知的因素，因此将省略电荷转移电阻本身的描述。
如上所述，当阻抗分布中的虚部(-Zim)的值为0时，实部(Zre)的电阻值是可以由欧姆电阻确定单元110确定的电池电芯的欧姆电阻(Ro)。
另选地，可以基于阻抗分布中的电池电芯的欧姆电阻(Ro)与目标峰值TP的电阻值(RTP)之间的差来确定电荷转移电阻(Rct)。由于阻抗分布的特性，目标峰值TP的电阻值(RTP)总是大于欧姆电阻(Ro)，所以可以根据公式“目标峰值TP的电阻值(RTP)-欧姆电阻(Ro)”来确定电荷转移电阻。
即，电荷转移电阻确定单元170可以确定多个阻抗分布中的每一个中的目标峰值TP，并基于所确定的目标峰值TP的电阻值(RTP)与由欧姆电阻确定单元110确定的欧姆电阻(Ro)之间的差来确定每个阻抗分布的电荷转移电阻。
例如，在图2的实施方式中，阻抗分布可以包括目标峰值TP。具体地，目标峰值TP可以是阻抗分布中的虚部(-Zim)相对于实部(Zre)的瞬时变化率为0并具有向下凸的开放形状的峰值。即，基于目标峰值TP，随着实部(Zre)的电阻值增大，虚部(-Zim)相对于实部(Zre)的瞬时变化率可以从负变为正。
例如，在图3的实施方式中，电荷转移电阻确定单元170可以确定第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9中的每一个的电荷转移电阻。这里，第一阻抗分布P1的电荷转移电阻可以是最小的，并且第九阻抗分布P9的电荷转移电阻可以是最大的。即，第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9的电荷转移电阻的大小可以依次增大。
电阻变化率计算单元120可以被配置为还计算所确定的多个电荷转移电阻之间的电荷转移电阻变化率。
即，电阻变化率计算单元120可以计算由欧姆电阻确定单元110确定的多个欧姆电阻的电阻变化率，并计算由电荷转移电阻确定单元170确定的多个电荷转移电阻的电荷转移电阻变化率。
状态诊断单元140可以被配置为基于计算出的电荷转移电阻变化率与参考电阻值的比较结果来进一步诊断电池电芯的状态。
具体地，状态诊断单元140可以被配置为当计算出的电荷转移电阻变化率小于参考电阻值时将电池电芯的状态诊断为正常状态。
另外，状态诊断单元140可以被配置为当计算出的电荷转移电阻变化率等于或大于参考电阻值时将电池电芯的状态诊断为警告状态。另外，状态诊断单元140可以被配置为减小用于电池电芯的充电和放电的最大可允许C速率(C-rate)。这里，C速率(电流速率)意指电池电芯的充电/放电速率。
即，当电池电芯的状态被诊断为警告状态时，状态诊断单元140可以减小电池电芯的最大可允许C速率，以便减小电荷转移电阻。因此，电池电芯的充电C速率和放电C速率的最大可允许值可以减小。
例如，当诊断被收集以供重新使用的多个电池电芯的状态时，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100除了考虑欧姆电阻之外还可以考虑电荷转移电阻。基于电荷转移电阻被诊断为正常状态的电池电芯可以在没有附加设置改变的情况下被重新使用，但被诊断为警告状态的电池电芯可以在最大可允许C速率被设置为减小之后被重新使用。
如此，根据本公开的实施方式的电池诊断设备100可以基于用阻抗分布确定的电池电芯的欧姆电阻来诊断电池电芯的状态，并还可以基于用阻抗分布确定的电荷转移电阻来诊断电池电芯的状态。即，由于电池诊断设备100可以以两种方式诊断电池电芯的状态，因此存在可以更准确地诊断电池电芯的状态的优点。
图5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5，电池诊断系统10可以包括电池诊断设备100和EIS单元200。
EIS单元200可以被配置为将AC电流输出到电池电芯，并根据AC电流的输出结果生成将电池电芯的阻抗表示为实部(Zre)与虚部(-Zim)之间对应关系的阻抗分布。
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可以向电池电芯施加微小AC电流以测量电池电芯的阻抗，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分布。
EIS单元200可以被配置为将所生成的阻抗分布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分布发送到电池诊断设备100的欧姆电阻确定单元110和电荷转移电阻确定单元170。
作为另一示例，EIS单元200可以将所生成的阻抗分布发送到电池诊断设备100的存储单元。在这种情况下，欧姆电阻确定单元110和电荷转移电阻确定单元170可以访问存储单元，以获取由EIS单元200生成的阻抗分布。
另外，参照图5，电池诊断系统10还可以包括加热单元300和充电单元400。
加热单元300可以被配置为升高电池电芯的温度，使得电池电芯的温度等于或高于参考温度。
充电单元400可以被配置为对电池电芯进行充电，使得电池电芯的SOC等于或大于参考SOC。
优选地，加热单元300和充电单元400的操作可以由电池管理系统控制。例如，加热单元300和充电单元400的操作可以由状态诊断单元140控制。
如上所述，参照图3，当电池电芯的温度等于或高于参考温度并且电池电芯的SOC等于或大于参考SOC时，电池电芯的欧姆电阻可以在多个阻抗分布中逐渐增大。
因此，由于电池电芯的温度因加热单元300变得等于或高于参考温度并且电池电芯的SOC因充电单元400变得等于或大于参考SOC，因此在该条件下由EIS单元200生成的阻抗分布可以被选择为用于诊断电池电芯的状态的阻抗分布。即，基于在该条件下生成的阻抗分布，可以诊断电池电芯的状态。
因此，只有当电池电芯的温度和SOC满足预定条件时，电池诊断系统10才可以基于对应的阻抗分布来诊断电池电芯的状态，因此电池电芯的状态诊断的准确性和可靠性可以高。
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1。即，根据本公开的电池组1可以包括上述的电池诊断设备100和至少一个电池电芯。另外，电池组1还可以包括电气设备(继电器、保险丝等)和壳体。
图6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6，电池组1可以包括电池诊断设备100、EIS单元200、加热单元300和充电单元400。
例如，在图6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150。
测量单元150可以通过第一感测线SL1测量电池电芯B的温度。
另外，测量单元150可以通过第二感测线SL2测量电池电芯B的正极电压，并通过第三感测线SL3测量电池电芯B的负极电压。另外，测量单元150可以通过计算所测得的电池电芯B的正极电压与负极电压之间的差来测量电池电芯B的电压。
另外，测量单元150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150可以通过第四感测线SL4测量电池电芯B的电流。图6示出了作为优选实施方式的电流测量元件A设置在电池电芯B的负极与电池组1的负极端子P-之间的实施方式，但电流测量元件A也可以设置在电池电芯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+和电池电芯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-和电池电芯B的负极之间。另外，EIS单元200可以在输出微小AC电流之后测量电池电芯B的阻抗。此后，EIS单元200可以生成电池电芯B的阻抗分布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电芯B的正极，并且另一端可以连接到电池电芯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，状态诊断单元140)控制，并且当加热单元300操作时，电池电芯B的温度可以升高。
充电单元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，充电单元400的一端可以直接连接到电池电芯B的正极，并且另一端可以直接连接到电池电芯B的负极，类似于加热单元300。充电单元400的操作可以由电池诊断设备100(具体地，状态诊断单元140)控制，并且当充电单元400操作时，电池电芯B可以被充电。
图7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叠的内容。
电池诊断方法可以包括欧姆电阻确定步骤(S100)、电阻变化率计算步骤(S200)、气体产生水平确定步骤(S300)和状态诊断步骤(S400)。
欧姆电阻确定步骤(S100)是在针对电池电芯B在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个中确定电池电芯B的欧姆电阻的步骤，并可以由欧姆电阻确定单元110执行。
例如，在图4的实施方式中，欧姆电阻确定单元110可以获得第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9。另外，欧姆电阻确定单元110可以在第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9中的每一个中确定电池电芯B的欧姆电阻。
电阻变化率计算步骤(S200)是计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率的步骤，并可以由电阻变化率计算单元120执行。
例如，在图4的实施方式中，当由欧姆电阻确定单元110在第一阻抗分布P1至第九电阻分布P9中的每一个中确定欧姆电阻时，电阻变化率计算单元120可以计算9个欧姆电阻的电阻变化率。
气体产生水平确定步骤(S300)是基于计算出的电阻变化率来确定电池电芯B的内部气体产生水平的步骤，并可以由气体产生水平确定单元130执行。
气体产生水平确定单元130可以通过将由电阻变化率计算单元120计算出的电阻变化率代入预设的参考变化率区域来确定与计算出的电阻变化率所属的区域对应的内部气体产生水平。
状态诊断步骤(S400)是根据所确定的内部气体产生水平来诊断电池电芯B的状态的步骤，并可以由状态诊断单元140执行。
状态诊断单元140可以与气体产生水平确定单元130确定的电池电芯B的内部气体产生水平对应地诊断电池电芯B的状态。
例如，如果内部气体产生水平为正常，则状态诊断单元140可以诊断电池电芯B的状态是正常状态。如果内部气体产生水平为警告，则状态诊断单元140可以诊断电池电芯B的状态为警告状态。如果内部气体产生水平为危险，则状态诊断单元140可以诊断电池电芯B的状态为不可用状态。
上述本公开的实施方式可以不仅通过设备、方法和系统来实现，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。
(附图标记)
1：电池组
10：电池诊断系统
100：电池诊断设备
110：欧姆电阻确定单元
120：电阻变化率计算单元
130：气体产生水平确定单元
140：状态诊断单元
150：测量单元
160:SOC估计单元
170：电荷转移电阻确定单元
200:EIS单元
300：加热单元
400：充电单元
B：电池电芯

Claims (12)

1.一种电池诊断设备，该电池诊断设备包括：
欧姆电阻确定单元，所述欧姆电阻确定单元被配置为在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个阻抗分布中确定所述电池电芯的欧姆电阻；
电阻变化率计算单元，所述电阻变化率计算单元被配置为计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率；
气体产生水平确定单元，所述气体产生水平确定单元被配置为基于计算出的电阻变化率来确定所述电池电芯的内部气体产生水平；以及
状态诊断单元，所述状态诊断单元被配置为根据所确定的内部气体产生水平来诊断所述电池电芯的状态。
2.根据权利要求1所述的电池诊断设备，
其中，所述气体产生水平确定单元被配置为基于预设的参考变化率区域当中的、计算出的电阻变化率所属的区域来确定所述电池电芯的内部气体产生水平，并且
其中，所述参考变化率区域根据所述内部气体产生水平被预设为小于第一参考电阻变化率的第一区域、等于或大于所述第一参考电阻变化率且小于第二参考电阻变化率的第二区域以及等于或大于所述第二参考电阻变化率的第三区域。
3.根据权利要求2所述的电池诊断设备，
其中，所述气体产生水平确定单元被配置为当计算出的电阻变化率属于所述第一区域时确定所述内部气体产生水平为正常，当计算出的电阻变化率属于所述第二区域时确定所述内部气体产生水平为警告，并且当计算出的电阻变化率属于所述第三区域时确定所述内部气体产生水平为危险。
4.根据权利要求3所述的电池诊断设备，
其中，所述状态诊断单元被配置为：
当所述内部气体产生水平被确定为正常时，将所述电池电芯的状态诊断为正常状态，
当所述内部气体产生水平被确定为警告时，将所述电池电芯的状态诊断为警告状态，并且减小最大可允许温度和最大可允许SOC中的至少一个，并且
当所述内部气体产生水平被确定为危险时，将所述电池电芯的状态诊断为不可用状态。
5.根据权利要求1所述的电池诊断设备，所述电池诊断设备还包括：
测量单元，所述测量单元被配置为测量所述电池电芯的温度、电压和电流中的至少一个；以及
SOC估计单元，所述SOC估计单元被配置为基于测得的电压和电流中的至少一个来估计所述电池电芯的SOC，
其中，所述欧姆电阻确定单元被配置为基于由所述测量单元测得的所述电池电芯的温度和由所述SOC估计单元估计的所述电池电芯的SOC来在所述多个阻抗分布当中选择满足预定条件的至少一个阻抗分布，并且
其中，所述电阻变化率计算单元被配置为基于由所述欧姆电阻确定单元选择的阻抗分布来计算所述电阻变化率。
6.根据权利要求5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在所述多个阻抗分布当中选择对应电池电芯的温度等于或高于参考温度并且对应电池电芯的SOC等于或大于参考SOC的阻抗分布。
7.根据权利要求1所述的电池诊断设备，所述电池诊断设备还包括：
电荷转移电阻确定单元，所述电荷转移电阻确定单元被配置为在所述多个阻抗分布中的每一个阻抗分布中确定电荷转移电阻，
其中，所述电阻变化率计算单元被配置为还计算所确定的多个电荷转移电阻之间的电荷转移电阻变化率，并且
其中，所述状态诊断单元被配置为基于计算出的电荷转移电阻变化率与参考电阻值的比较结果来进一步诊断所述电池电芯的状态。
8.根据权利要求7所述的电池诊断设备，
其中，所述状态诊断单元被配置为：
当计算出的所述电荷转移电阻变化率小于所述参考电阻值时，将所述电池电芯的状态诊断为正常状态，并且
当计算出的所述电荷转移电阻变化率等于或大于所述参考电阻值时，将所述电池电芯的状态诊断为警告状态，并减小所述电池电芯的充电和放电的最大可允许C速率。
9.一种电池诊断系统，该电池诊断系统包括：
根据权利要求1至8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电芯输出AC电流，根据所述AC电流的输出结果生成将所述电池电芯的阻抗表示为实部与虚部之间的对应关系的阻抗分布，并将生成的所述阻抗分布输出到所述电池诊断设备。
10.根据权利要求9所述的电池诊断系统，所述电池诊断系统还包括：
加热单元，所述加热单元被配置为升高所述电池电芯的温度，使得所述电池电芯的温度变得等于或高于参考温度；以及
充电单元，所述充电单元被配置为对所述电池电芯进行充电，使得所述电池电芯的SOC变得等于或大于参考SOC。
11.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1至8中任一项所述的电池诊断设备。
12.一种电池诊断方法，该电池诊断方法包括：
欧姆电阻确定步骤，所述欧姆电阻确定步骤在针对电池电芯在不同时间点生成的多个阻抗分布中的每一个阻抗分布中确定所述电池电芯的欧姆电阻；
电阻变化率计算步骤，所述电阻变化率计算步骤计算所确定的多个欧姆电阻之间的电阻变化率；
气体产生水平确定步骤，所述气体产生水平确定步骤基于计算出的电阻变化率来确定所述电池电芯的内部气体产生水平；以及
状态诊断步骤，所述状态诊断步骤根据所确定的内部气体产生水平来诊断所述电池电芯的状态。
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