CN115774212A - 用于估计电池状态的电子装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于估计电池状态的电子装置及其操作方法。所述电子装置包括：温度传感器，被配置为测量电池的温度；电流传感器，被配置为测量电池的电流；电压传感器，被配置为测量电池的电压；以及处理器，被配置为：基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计电池的温度分布，基于温度分布确定电池的过电压分布，基于电池的当前荷电状态(SOC)和电池的电压来修正过电压分布，以及基于修正后的过电压分布和电池的开路电压(OCV)分布来估计电池的不可用SOC。

Description

用于估计电池状态的电子装置和方法
本申请要求于2021年9月8日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0119543号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
下面的描述涉及一种用于估计电池状态的电子装置和方法。
背景技术
为了最佳的电池管理，可使用各种方法来估计电池的状态。例如，可通过对电池的电流进行积分或通过使用电池模型(例如，电路模型或电化学模型)来估计电池的状态。
发明内容
提供本发明内容以简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作确定要求保护的主题的范围的帮助。
在一个总体方面中，提供一种电子装置，包括：温度传感器，被配置为测量电池的温度；电流传感器，被配置为测量电池的电流；电压传感器，被配置为测量电池的电压；以及处理器，被配置为：基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计电池的温度分布，基于温度分布确定电池的过电压分布，基于电池的当前荷电状态(SOC)和电池的电压来修正过电压分布，以及基于修正后的过电压分布和电池的开路电压(OCV)分布来估计电池的不可用SOC。
处理器可被配置为：通过移动温度分布以使过电压分布的起始点具有预定值，来确定过电压分布。
处理器可被配置为：基于通过从与电池的当前SOC对应的OCV减去电池的电压而获得的当前过电压，校正过电压分布。
处理器可被配置为：通过将被确定为在当前SOC下具有当前过电压的过电压分布进行缩放，来校正过电压分布
处理器可被配置为：通过从OCV分布减去修正后的过电压分布来估计电压分布，并且估计与电压分布中的放电结束电压(EDV)对应的不可用SOC。
电池模型可包括存储在电子装置的存储器中的电化学模型的简化模型或与电化学模型相同的模型，所述简化模型被配置为：使用电化学模型的参数来估计电池的温度分布。
所述简化模型可被配置为：基于电池内部的离子浓度分布恒定，估计电池的温度分布。
处理器可被配置为：基于“预定时段”和“响应于电池的温度或电流中的至少一者的变化”中的任何一个或任何组合，估计电池的不可用SOC。
处理器可被配置为：基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计温度分布的一部分，响应于未完成对温度分布的全部部分的估计，估计温度分布的下一部分；以及响应于完成对温度分布的全部部分的估计，基于温度分布确定过电压分布。
响应于随着电池由于电流从电池输出而放电电池达到EDV，不可用SOC可与SOC对应。
处理器可被配置为：基于不可用SOC和当前SOC来估计电池的相对荷电状态(RSOC)。
处理器可被配置为：基于存储在电子装置的存储器中的电化学模型来估计电池的当前荷电状态。
处理器可被配置为：基于不可用SOC与当前SOC之间的差来确定电池的可用容量；通过将可用容量除以电池的电流来确定剩余使用时间，以及通过将剩余使用时间乘以电子装置的移动速度来确定电子装置的剩余里程。
在另一总体方面，提供了一种电子装置，包括：电池；以及处理器，被配置为：基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计电池的温度分布，基于温度分布确定电池的过电压分布，基于电池的当前荷电状态(SOC)和电池的电压来修正过电压分布，以及基于修正后的过电压分布和电池的开路电压(OCV)分布，估计电池的不可用SOC。
在另一总体方面，提供了一种处理器实现的操作电子装置的方法，所述方法包括：基于电池的温度、电池的电流以及与电池对应的电池模型，估计电池的温度分布；基于温度分布确定电池的过电压分布；基于电池的当前荷电状态(SOC)和电池的电压，修正过电压分布；以及基于修正后的过电压分布和电池的开路电压(OCV)分布，估计电池的不可用SOC。
确定过电压分布的步骤可包括：通过将温度分布移动以使过电压分布的起始点具有预定值，来确定过电压分布。
修正过电压分布的步骤可包括：基于通过从与电池的当前SOC对应的OCV减去电池的电压而获得的当前过电压，校正过电压分布。
估计电池的不可用SOC的步骤可包括：通过从OCV分布减去修正后的过电压分布来估计电压分布，以及估计与电压分布中的放电结束电压(EDV)对应的不可用SOC。
电池模型可包括电化学模型的简化模型或与电化学模型相同的模型，所述简化模型被配置为：使用电化学模型的参数，估计电池的温度分布。
在另一总体方面，提供了一种车辆，包括：电池，被配置为向车辆供应电力；处理器，被配置为基于电池的温度、电池的电流以及电池模型，估计电池的温度分布；基于温度分布确定电池的过电压分布；基于电池的当前荷电状态(SOC)和电池的电压，修正过电压分布；基于修正后的过电压分布和电池的开路电压(OCV)分布，估计电池的不可用SOC；基于不可用SOC与当前SOC之间的差确定电池的可用容量；以及将电池的可用容量发送给车辆的车辆控制单元(VCU)，并且VCU被配置为通过车辆的显示器输出电池的剩余容量。
处理器可被配置为：通过将可用容量除以电流来确定电池的剩余里程，VCU可被配置为输出剩余里程。
电池模块可包括基于电池内部的离子浓度分布恒定的电化学模型的简化模型。
处理器可被配置为：基于对针对温度分布的N个子区间中的每个子区间估计的局部温度分布进行连接，估计电池的温度分布。
根据以下具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是清楚的。
附图说明
图1至图4示出电池系统的示例。
图5至图9示出估计不可用荷电状态(SOC)的操作的示例。
图10和图11示出估计相对荷电状态(RSOC)的示例。
图12示出了电子装置的操作方法的示例。
图13示出电子装置的示例。
图14示出移动装置的示例。
图15和图16示出车辆的示例。
在整个附图和具体实施方式中，除非另有描述或提供，否则相同的附图参考标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。附图可不按比例，并且为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对大小、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作顺序仅是示例，并且不限于在此阐述的那些顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开之后将是清楚地那样改变。
在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已仅提供在此描述的示例，以示出在理解本申请的公开之后将是清楚的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”、A、B、C、(a)、(b)、(c)等的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应受这些术语的限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在整个说明书中，当组件被描述为“连接到”或“结合到”另一组件时，它可直接“连接到”或直接“结合到”另一组件，或者可存在介于它们之间的一个或多个其他组件。相反，当元件被描述为“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
如在此使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个和任何两个或更多个的任何组合。如在此使用的，术语“包括”、“包含”和“具有”表明存在陈述的特征、数量、操作、元件、组件和/或它们组合，但不排除存在或者添加一个或多个其他特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的那些术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的意义进行解释。
在此关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现的什么)表示存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，但是所有示例不限于此。
在下文中，将参照附图详细描述示例实施例。当参照附图描述示例实施例时，相同的参考标号表示相同的组件，并且将省略与相同的参考标号相关的重复描述。
参照图1，电池系统100包括电池110和电池状态估计设备120。
电池110可以是电池单体、电池模块和电池组中的一者或多者。
电池状态估计设备120可使用一个或多个传感器来测量电池110。换言之，电池状态估计设备120可收集电池110的测量数据。例如，测量数据可包括电压数据、电流数据和/或温度数据。
电池状态估计设备120可基于测量数据来估计电池110的状态信息，并且可输出结果。状态信息可包括例如荷电状态(SOC)、相对荷电状态(RSOC)、健康状态(SOH)和/或异常状态信息。在一个实施例中，用于估计状态信息的电池模型是参照图4描述的电化学热(ECT)模型。
参照图2，示出描述SOC和RSOC的示例。
SOC可表示基于开路电压(OCV)设计的电池的总容量中的当前可用容量，并且可通过下面示出的等式1表示。可基于图2中示出的OCV曲线图来确定SOC。参照图2，Vmax可表示完全充电电压，完全充电电压是电池完全充电时的电压，Vmin可表示放电结束电压(EDV)，EDV是基于OCV的完全放电的电压。例如，Vmin可表示由制造商设置的电池不再放电的电压。
[等式1]
Figure BDA0003743848170000061
在等式1中，Qmax可表示设计容量，设计容量是基于OCV设计的电池的总容量，并且Qpassed可表示当前使用的电池容量。因此，“Qmax-Qpassed”可表示基于OCV的当前可用容量。由于SOC指示不管放电电流如何的绝对SOC，因此，SOC可被称为绝对SOC(ASOC)。此外，由于SOC指示当前状态下的电池的SOC，所以SOC可被称为当前SOC。
可通过将电流施加到连接的负载来使电池放电。在实际使用中，可利用基于负载下电压(under load voltage)的RSOC，而不是基于OCV的SOC。RSOC可表示基于电流被施加时的电压的总可用容量中的当前可用容量，并且可从用户的角度表示总可用容量。RSOC可基于图2的负载下曲线图通过下面示出的等式2被确定。
[等式2]
Figure BDA0003743848170000062
在等式2中，Qusable可表示完全充电容量(FCC)，完全充电容量是基于当负载连接到电池时电流被施加时的电压的总可用容量。Qusable可通过“Qmax-Qunusable”被确定。Qunusable可表示当连接到负载的电池达到EDV时进一步放电被限制的不可用容量。Qunusable可根据电池的电流强度、温度和/或老化状态而变化。
例如，在负载连接到电池时从电池输出电流的情况下，电池的输出电压可低于OCV。因此，图2的负载下曲线图可具有比OCV曲线图低的值。换言之，随着从电池输出的电流增大，负载下曲线图与OCV曲线图之间的间隔可增大。随着从电池输出的电流增大，Qunusable可增大。
需要准确预测Qusable和Qpassed以准确预测电池的RSOC。然而，如上所述，由于Qusable基于Qunusable(Qunusable可基于电流强度和温度而变化)被确定，因此，准确的预测可是困难的，因此，RSOC可通过使用SOC的等式而不是Q的等式(如等式2)被确定。RSOC可基于SOC和SOCunusable被确定。在这种情况下，SOC可表示通过等式1确定的当前SOC，并且不可用SOC(SOCunusable)可表示当电池由于电流施加而放电时电池达到EDV时的SOC。不可用SOC可表示EDV中的SOC，并且可基于电池的电流强度、温度和/或老化状态而变化。不可用SOC可被称为SOCEDV。
电池的输出电流的强度可基于安装有电池的装置的操作类型而变化。例如，输出电流的强度可基于不同的操作类型(诸如，在智能电话上玩游戏、播放视频和播放音乐)而变化，并且随着不可用SOC变化，基于不可用SOC的RSOC也可变化。与播放音乐相比，当播放视频时，装置的可用操作时间可更短。不可用SOC可与通过估计SOC(在电池以与当前被施加的电流的强度相同的电流的强度放电时电池达到EDV时的SOC)来从当前状态预测未来状态对应。在下文中，下面进一步描述估计不可用SOC并进一步估计RSOC的操作。
参照图3，电子装置300可通过使用电化学模型310和电池模型320来估计电池的当前SOC和不可用SOC。
电子装置300可使用电化学模型310来估计当前SOC。例如，电子装置300可使用电池的测量电压与电池的估计电压之间的电压差，确定电池状态的变化(例如，ΔSOC)，可使用该变化来更新电化学模型310的内部状态(例如，锂离子浓度分布)，并且可通过更新的电化学模型310来估计电池的当前SOC。估计电压可以是通过电化学模型310估计的电池的电压。在公开号2021/0116510的美国专利申请中公开了基于电化学模型310估计当前SOC的操作，所述美国专利申请的全部公开通过引用全部包含于此。
电子装置300可使用电池模型320来估计不可用SOC。例如，电池模型320可以是电化学模型310的简化模型，并且可以是基于电池内部的离子浓度分布恒定的假设的集总模型(lumped model)。该集总模型可使用电化学模型310的参数来估计电池的温度分布(profile，或称为曲线、廓线)。电子装置300可通过使用通过对电化学模型310进行简化获得的集总模型估计温度分布，来有效地减少运算量。在另一示例中，电池模型320可与电化学模型310相同。电子装置300可估计电池的温度分布，这将在下面通过电化学模型310来描述。由于电化学模型310可以是不基于电池内部的离子浓度分布恒定的假设的模型，因此，可需要大量计算来估计电池的温度分布。然而，温度分布估计的准确性可以是高的。然而，电池模型320的示例不限于此，并且可无限制地应用各种电池模型。
电子装置300可将温度分布转换为过电压分布(overvoltage profile)，可通过电池的电压和当前SOC来校正或修正转换的过电压分布，并可通过基于修正后的过电压分布确定电压分布来确定不可用SOC。
在电流被施加到电池的情况下，电池温度可由于各种电阻因素而增加，并且温度分布可表示从放电开始到结束的电池温度。此外，当电流被施加到电池时，电池电压可由于电池中的各种电阻因素而降低。OCV与测量电压之间的差可被称为过电压，并且过电压分布可表示在电池放电时变化的电池的过电压。电压分布可表示在电池放电时变化的电压，并且例如可表示从放电开始到结束的电压随时间的变化。
电子装置300可通过使用温度分布与过电压分布之间的模式(pattern)的相似性通过估计温度而不是需要大量计算的直接估计电压，来有效地降低计算成本。因为当电流被施加到电池时，由于各种电阻因素而电池温度可增加并且过电压可发生，所以温度模式和过电压模式可彼此类似。此外，因为温度和过电压可受到与根据温度的开路电位(OCP)的变化率相关的OCV特征、与电极反应和固体电解质界面(SEI)相关的特征和与电解质相关的特征的影响，所以温度模式与过电压模式之间的相似性可被描述。
即使在电池的测量温度中发生误差，电子装置300也可通过使用基于当前状态(诸如，电池的测量电压或电池的当前SOC)的反馈方法的校正，来在低温区域中以高精度稳健地估计不可用SOC。此外，电子装置300可通过需要相对低的计算成本的估计温度分布获得不可用SOC，而不是通过需要相当大的计算成本的直接估计电压分布获得不可用SOC，来有效地降低计算成本。
参照图5至图9进一步描述了确定不可用SOC的操作。
参照图4，电化学模型可通过对电池的内部物理现象(诸如，离子浓度、电位等)进行建模来估计电池的剩余容量。换言之，电化学模型可通过与在电极/电解质界面上发生的电化学反应、电极/电解质浓度和电荷守恒相关联的物理守恒等式表示。为此，各种模型参数(诸如，形状(例如，厚度、半径等)、OCP和物理属性值(例如，电导率、离子电导率、扩散系数等)被使用。
在电化学模型中，各种状态变量(诸如，浓度和电位)可彼此结合(couple)。通过电化学模型估计的估计电压410可以是作为阴极和阳极的两端之间的电位差。如箭头420所指示的，阴极和阳极中的每个的电位信息可受到阴极和阳极中的每个的离子浓度分布(ionconcentration distribution)的影响。通过电化学模型估计的SOC 430是阴极和阳极的平均离子浓度。
这里，离子浓度分布可以是电极中的离子浓度分布440或存在于电极中的位置处的活性材料颗粒中的离子浓度分布450。电极中的离子浓度分布440可以是位于电极方向上的活性材料颗粒的表面离子浓度分布或平均离子浓度分布，并且电极方向可以是连接电极的一端(例如，与集流体邻近的边界)与电极的另一端(例如，与隔膜邻近的边界)的方向。此外，活性材料颗粒中的离子浓度分布450可以是根据活性材料颗粒的中心方向的活性材料颗粒内的离子浓度分布，并且活性材料颗粒的中心方向可以是将活性材料颗粒的中心连接到活性材料颗粒的表面的方向。
为了减小电池的测量电压与估计电压之间的电压差，可在保持与浓度相关联的物理守恒的同时移动阴极和阳极中的每个的离子浓度分布，可基于移动的浓度分布得出阴极和阳极中的每个的电位信息，并且可基于得出的阴极和阳极中的每个的电位信息来计算电压。可通过得出使电压差为“0”的内部状态移动量，来最终确定电池的当前SOC。
图5至图9示出估计不可用SOC的操作的示例。
参照图5，电子装置可通过电池模型来估计温度分布。电子装置可基于电池模型执行关于与当前输入条件对应的电池的温度和电流的放电温度模拟。例如，电池模型的电流输入可以是在一段时间期间的电池的电流的移动平均值、算术平均值和加权平均值或当前被施加的电流。输入到电池模型的温度可以是测量温度(例如，放电开始时的测量温度T0)。可基于下面示出的等式3和等式4来执行放电温度模拟。然而，应该理解，等式3和等式4仅是示例性的，本发明的放电温度模拟不限于此，可使用其他的模拟方案。
[等式3]
Figure BDA0003743848170000101
Figure BDA0003743848170000102
在等式3中，Tn可表示当前时间步长中的估计温度，Tn-1可表示前一时间步长中的估计温度，
Figure BDA0003743848170000103
可表示温度随时间的变化率，并且dt可表示计算期间的时间间隔。此外，Qgen可表示热生成率，hc可表示对流传热系数(convective heat transfer coefficient)，并且T∞可表示电池表面的测量温度，“m”可表示电池单体的质量，并且
Figure BDA0003743848170000104
可表示电池单体的比热容。
[等式4]
Figure BDA0003743848170000105
在等式4中，Qreversible可表示可逆的热生成率，Qirreversible可表示不可逆的热生成率，并且Qohmic可表示欧姆热生成率。I可表示电流，T可表示温度，Voln可表示阳极部分的体积，Volp可表示阴极部分的体积，
Figure BDA0003743848170000106
可表示阳极的熵热系数，并且
Figure BDA0003743848170000107
可表示阴极的熵热系数。R可表示气体常数，F可表示法拉第常数，jp可表示阴极的局部电流密度，jo，p可表示阴极的交换电流密度，jn可表示阳极的局部电流密度，并且jo，n可表示阳极的交换电流密度。Rf，p可表示阴极的薄膜电阻，Rf，n可表示阳极的薄膜电阻，Kp可表示阴极部分中的有效电解质电导率，Kn可表示阳极部分中的有效电解质电导率，并且α可表示由于其小的尺寸而被省略的欧姆热相关项。在等式4中，Voln、Volp、Rf，p和Rf，n可与电化学模型的参数对应，并且
Figure BDA0003743848170000111
jp、jo，p、jn和jo，n可与电化学计算状态变量对应。
图3中示出的电化学模型310的参数可被应用于以上等式3和4的参数。换言之，电子装置可通过将电化学模型的参数应用于电池模型来执行放电温度模拟。
电子装置可从电池放电开始到结束执行放电温度模拟，并且可通过温度传感器测量作为放电起始点处的电池温度的电池的初始温度T0。通过电子装置估计的温度分布的示例可与图5中示出的曲线图相同。
参照图6，电子装置可基于温度分布确定电池的过电压分布。例如，电子装置可通过移动温度分布使得过电压分布的起始点可具有预定值(例如，“0”)来确定过电压分布。在放电的起始点，由于电池电压等于OCV，所以过电压可以是“0”。因此，由于过电压分布的起始点为“0”，所以可通过使用如上所述的温度分布与过电压分布之间的模式的相似性，平行移动温度分布以使温度分布的起始点为“0”，来确定过电压分布。可如以下示出的等式5执行从温度分布确定过电压分布的操作。
[等式5]
ηn＝Tn-T0
在等式5中，Tn可表示示出温度随时间变化的温度分布，T0可表示温度分布的初始值，并且ηn可表示示出过电压随时间变化的过电压分布。
参照图7，电子装置可将过电压分布的时间轴转换为SOC轴，并且可使用电池电压和当前SOC来校正或修正过电压分布。电子装置可通过从与电池的当前SOC对应的OCV减去电池电压，来计算当前过电压ηreal。例如，可通过图3的电化学模型310来估计当前SOC，并且可通过电压传感器来测量电池电压。可从预设OCV分布中与当前SOC对应的值得出OCV。在图6中确定的过电压分布中，可校正过电压分布，以去除当前过电压ηreal与对应于当前SOC的过电压ηi之间的差。参照图8进一步描述该处理。
参照图8，电子装置可基于电池的当前SOC和电流来校正或修正过电压分布。如上所述，电子装置可基于当前SOC和测量电压来计算当前过电压ηreal，并且可使用当前过电压ηreal执行校正，如下面示出的等式6。
[等式6]
Figure BDA0003743848170000121
在等式6中，ηn *可表示校正后的过电压分布。通过基于当前SOC和测量电压校正过电压分布，估计不可用SOC的准确性可通过使用反馈方法反映电池的当前状态而被有效地增强。
参照图9，电子装置可基于OCV分布910和校正后的过电压分布920，估计电池的不可用SOC。OCV分布910可表示电化学模型的指示由SOC导致的OCV的变化的参数，并且可基于电池规格被确定。校正后的过电压分布920可示出在反映电池的当前条件(例如，温度、电流等)的状态下过电压随时间的变化。
电子装置可通过从OCV分布910减去校正后的过电压分布920，来估计电压分布930，这可通过以下示出的等式7表示。
[等式7]
Vn＝OCVn-ηn *
在等式7中，Vn可表示电压分布930，OCVn可表示OCV分布910，并且ηn *可表示校正后的电压分布。
电子装置可估计与电压分布930中的EDV(例如，3.4V)对应的不可用SOC(例如，0.25)。此外，电子装置可通过将估计的不可用SOC和当前SOC应用于等式2来估计电池的RSOC。
通过在估计不可用SOC时反映作为电池的当前状态信息的测量电压和当前SOC，可增强估计不可用SOC和RSOC的准确性，并且可对温度传感器的测量误差具有鲁棒性。此外，温度分布的特征可在RSOC分布中示出，该RSOC分布通过基于温度分布估计不可用SOC，基于估计的不可用SOC被确定。
图10和图11示出估计RSOC的示例。
参照图10，示出电子装置估计不可用SOC并基于不可用SOC和当前SOC来估计RSOC的示例。图10中的操作可以以如示出的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的说明性示例的精神和范围的情况下，可改变一些操作的顺序或者省略一些操作。图10中示出的操作中的许多操作可并行或同时执行。图10的一个或多个框和框的组合可通过执行特定功能的基于专用硬件的计算机(诸如，处理器)或专用硬件和计算机指令的组合实现。在一个示例中，操作1001至1010可通过电子装置的至少一个组件(例如，处理器、传感器等)执行。除了下面的图10的描述之外，图1至图9的描述也适用于图10，并且通过引用包含于此。因此，这里可不再重复以上描述。
在操作1001中，电子装置感测电池状态。例如，电池状态可包括电池的温度、电流和电压。电子装置可将通过感测获得的电池状态存储在存储器中。
在操作1002中，电子装置可基于电池状态通过电化学模型来估计电池的当前SOC。
在操作1003中，电子装置可确定是否达到不可用SOC的估计条件。例如，不可用SOC的估计条件可包括预定时段和/或电池的温度和/或电流是否改变。例如，电子装置可在每个预定时段(例如，10秒)确定已经达到不可用SOC的估计条件，例如，电子装置可每隔预定时段(例如，10秒)确定已经达到不可用SOC的估计条件，也就是说，电子装置可每隔预定时段(例如，10秒)再次估计不可用SOC。此外，每当电池的温度和电流中的至少一者改变时，电子装置可确定已经达到不可用SOC的估计条件。在电池的温度和电流都不变的情况下，电子装置可确定不可用SOC也不变，并且可不再次估计不可用SOC。
响应于确定还未达到不可用SOC的估计条件，可执行操作1004。在另一示例中，响应于确定已经达到不可用SOC的估计条件，可执行操作1005。
在操作1004中，由于还未达到不可用SOC的估计条件，因此，电子装置可不再次估计不可用SOC，并且可调用存储在存储器中的先前不可用SOC。
在操作1005中，电子装置可基于电池的温度和电流以及电池模型来估计电池的温度分布。例如，电池模型可以是电化学模型的简化模型，以使用电化学模型的参数来估计电池的温度分布，或者是与电化学模型相同的模型。简化模型可基于电池内部的离子浓度(例如，平均离子浓度)分布恒定的假设来估计电池的温度分布。
在操作1006中，电子装置可基于温度分布确定电池的过电压分布。例如，电子装置可通过移动温度分布使得过电压分布的起始点可具有预定值来确定过电压分布。
在操作1007中，电子装置可基于电池的当前SOC和电压，校正或修正确定的过电压分布。例如，电子装置可基于通过从与当前SOC对应的OCV减去电池的电压而获得的当前过电压，校正或修正确定的过电压分布。电子装置可通过将确定的过电压分布进行缩放来校正或修正确定的过电压分布，确定的过电压分布被确定为在当前SOC下具有当前过电压。
在操作1008中，可基于校正后的过电压分布和电池的OCV分布来估计电池的不可用SOC。例如，电子装置可通过从OCV分布减去校正后的过电压分布来估计电压分布，并且可估计与电压分布中的EDV对应的不可用SOC。
在操作1009中，电子装置可基于当前SOC和不可用SOC来估计RSOC。在一个示例中，可利用等式2来估计RSOC。
在操作1010中，电子装置可确定是否达到监测电池的终止条件。例如，当预定监测时段未结束时，电子装置可确定未达到监测的终止条件，并且可针对下一监测时段执行操作1001至1009。在另一示例中，当预定监测时段已经结束时，电子装置的操作可被终止。
参照图11，示出估计不可用SOC并基于不可用SOC和当前SOC估计RSOC的示例。图11中的操作可以以如示出的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的说明性示例的精神和范围的情况下，可改变一些操作的顺序或者省略一些操作。图11中示出的操作中的许多操作可并行或同时执行。图11的一个或多个框和框的组合可通过执行特定功能的基于专用硬件的计算机(诸如，处理器)或专用硬件和计算机指令的组合来实现。在一个示例中，操作1101至1112可通过电子装置的至少一个组件(例如，处理器、传感器等)执行。除了下面的图11的描述之外，图1至图10的描述也适用于图11，并且通过引用包含于此。因此，这里可不再重复以上描述。
估计温度分布以用于估计不可用SOC的操作可涉及相当大的计算成本。考虑到电子装置的有限资源，可能难以有效地计算从电池放电的开始到结束的温度变化。可通过将总估计区间分割为N个子区间，并且然后一次计算仅一个子区间的温度变化，而不是一次执行需要相当大的计算成本的估计温度分布的操作，来分摊计算成本。通过该处理，可以以低计算负荷准确地估计不可用SOC。可将操作1105至1107添加到图10中描述的操作以分摊计算成本。
在操作1105中，电子装置可确定是否完成估计总温度分布。例如，电子装置可确定是否完成估计N个子区间的温度分布。当还未完成对总温度分布的估计时，可执行操作1106。在一个示例中，当已完成对总温度分布的估计时，可执行操作1107。
在操作1106中，电子装置可对还未估计的剩余子区间中的一个子区间执行局部温度分布估计。由于还未估计总温度分布，因此，操作1104可调用存储在存储器中的先前不可用SOC。
在操作1107中，电子装置可使用针对N个子区间估计的局部温度分布来估计总温度分布。例如，通过将N个子区间的局部温度分布连接，电子装置可确定总温度分布。
参照图10提供的描述可适用于操作1101至1104和1108至1112的描述，因此，通过引用包含于此。因此，为了简洁，这里可不再重复以上描述。
图12示出电子装置的操作方法的示例。图12中的操作可以以示出的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的说明性示例的精神和范围的情况下，可改变一些操作的顺序或者省略一些操作。图12中示出的操作中的许多操作可并行或同时执行。图12的一个或多个框和框的组合可通过执行特都部分功能的基于专用硬件的计算机(诸如，处理器)或专用硬件和计算机指令的组合来实现。除了下面的图12的描述之外，图1至图11的描述也适用于图12，并且通过引用包含于此。因此，这里可不再重复以上描述。
在操作1210中，电子装置可基于电池的温度和电流和与电池对应的电池模型来估计电池的温度分布。电池模型可以是电化学模型的简化模型，以使用电化学模型的参数来估计电池的温度分布，或者是与电化学模型相同的模型。此外，简化模型可基于电池内部的离子浓度分布恒定的假设来估计电池的温度分布。
在操作1220中，电子装置可基于温度分布确定电池的过电压分布。在一个示例中，电子装置可通过移动温度分布使得过电压分布的起始点可具有预定值，来确定过电压分布。
在操作1230中，电子装置可基于电池的当前SOC和电压校正确定的过电压分布。电子装置可基于通过从与电池的当前SOC对应的OCV减去电池的电压而获得的当前过电压，校正确定的过电压分布。电子装置可通过将确定的过电压分布进行缩放来校正确定的过电压分布，确定的过电压分布被确定为在当前SOC下具有当前过电压。
在操作1240中，可基于电池的校正后的过电压分布和OCV分布，估计电池的不可用SOC。电子装置可通过从OCV分布减去校正后的过电压分布来估计电压分布，并且可估计与电压分布中的EDV对应的不可用SOC。不可用SOC可表示：当因为电池由于电流从电池输出而放电，从而电池已经达到EDV时的SOC。
电子装置可基于不可用SOC和当前SOC来估计电池的RSOC。
图13示出电子装置的示例。
参照图13，电子装置1300可包括存储器1310、处理器1320和传感器1330。存储器1310、处理器1320和传感器1330可通过总线、外围组件互连快速(PCIe)和片上网络(NoC)彼此通信。
存储器1310可存储计算机可读指令。存储器1310可存储与电池对应的电化学模型的参数。此外，存储器1310可存储与电池对应的电化学模型和电池模型。存储模型可指示存储模型的参数之间的关系信息。存储器1310可包括易失性存储器和非易失性存储器中的任何一个或任何组合。
易失性存储器装置可被实现为动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)、零电容器RAM(Z-RAM)或双晶体管RAM(TTRAM)。
非易失性存储器装置可被实现为电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁性RAM(MRAM)、自旋转移力矩(STT)-MRAM、导电桥接式RAM(CBRAM)、铁电RAM(FeRAM)、相变RAM(PRAM)、电阻式RAM(RRAM)、纳米管RRAM、聚合物RAM(PoRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、全息存储器、分子电子存储器装置或绝缘体电阻变化存储器。以下提供关于存储器1310的进一步细节。
当存储在存储器1310中的指令通过处理器1320执行时，处理器1320可执行上述操作。处理器1320可以是执行指令或程序或者控制电子装置1300的装置。处理器1320可基于电池的温度和电池的电流以及电池模型来估计电池的放电温度分布，可基于放电温度分布来确定电池的过电压分布，可基于电池的当前SOC和电池的电压来校正确定的过电压分布，并且可基于校正后的过电压分布和电池的OCV分布来估计电池的不可用SOC。
处理器1320可以是通过包括具有用于执行期望操作的物理结构的电路的硬件实现的数据处理装置。例如，期望的操作可包括包含在程序中的代码或指令。
硬件实现的数据处理装置可包括例如主处理器(例如，中央处理器(CPU)、现场可编程门阵列(FPGA)或应用处理器(AP))或可独立于主处理器或与主处理器协同操作的辅助处理器(例如，图形处理器(GPU)、神经处理器(NPU)、图像信号处理器(ISP)、传感集线器处理器或通信处理器(CP))。下面提供关于处理器1320的进一步细节。
传感器1330可包括用于测量电池的当前状态的温度传感器、电流传感器和电压传感器中的任何一个或任何组合。由传感器1330测量的数据可被存储在存储器1310中和/或发送给处理器1320。
电子装置1300可包括电池管理系统(BMS)，BMS估计二次电池单体或使用电池的装置的当前SOC、不可用SOC和RSOC中的任何一个或任何组合，并且包括例如各种计算装置(诸如，移动电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、膝上型计算机、PC或电子书装置)、各种可穿戴装置(诸如，智能手表、智能眼镜、头戴式显示器(HMD)或智能服装)、各种家用电器(诸如，智能扬声器、智能电视(TV)和智能冰箱)和其他装置(诸如，智能车辆、智能信息亭、物联网(IoT)装置、步行辅助装置(WAD)、无人机、机器人等)。此外，电子装置1300可通过经由基于集总模型估计温度分布来估计不可用SOC而有效地降低计算成本，来以低规格装置(例如，功率管理集成电路(PMIC))实现。此外，电子装置1300可应用于通过电池状态估计的快速充电、基于电化学模型的自动老化更新、电池的内部短路的预测、电池的燃料计量等。
此外，电子装置1300可处理上述操作。
图14示出移动装置的示例。
参照图14，移动装置1400可包括电池1410。移动装置1400可以是使用电池1410作为电源的装置。移动装置1400可以是便携式终端(例如，智能电话)。尽管为了便于描述，图14示出移动装置1400是智能电话的情况，但是各种终端(诸如，笔记本计算机、平板PC和可穿戴装置(诸如，智能手表))可不受限制地应用于此。电池1410包括BMS和电池单体(或电池模块)。
移动装置1400可包括电池状态估计设备1420。电池状态估计设备1420可执行对电池1410的当前SOC、不可用SOC和RSOC中的任何一个或任何组合进行估计的操作。
参照图1至图13提供的描述可适用于图14的描述，因此，已省略了详细描述。
图15和图16示出车辆的示例。
参照图15，车辆1500可包括电池1510和BMS 1520。车辆1500可使用电池1510作为电源。车辆1500可以是例如电动车辆或混合动力车辆。
电池1510可包括多个电池模块。电池模块可包括多个电池单体。
BMS 1520可监测电池1510是否表现异常并且防止电池1510被过度充电或过度放电。此外，在电池1510的温度超过第一温度(例如，40℃)或低于第二温度(例如，-10℃)的情况下，BMS 1520可对电池1510执行热控制。此外，BMS 1520可通过执行单体平衡来均衡包括在电池1510中的电池单体的荷电状态。
BMS 1520可执行如上所述的估计电池状态的操作。BMS 1520可将电池单体的状态信息的最大值、最小值或平均值确定为电池1510的状态信息。
BMS 1520可将电池1510的状态信息发送给车辆1500的电子控制单元(ECU)或车辆控制单元(VCU)。车辆1500的ECU或VCU可通过车辆1500的显示器输出电池1510的状态信息。
此外，BMS 1520可基于电池的当前SOC和不可用SOC来计算剩余里程。例如，BMS1520可将当前SOC与不可用SOC之间的差确定为可用SOC。此外，BMS 1520可通过将可用SOC乘以总电池容量来确定可用电池容量，并且可通过将可用电池容量除以当前电流来确定剩余行驶时间或剩余使用时间。此外，BMS 1520可通过将剩余行驶时间或剩余使用时间乘以当前速度来确定剩余里程。
作为图16的示例，ECU或VCU可在车辆1500中的仪表板1610上显示电池1510的状态信息。在另一示例中，ECU或VCU可在仪表板1610上显示基于估计的状态信息确定的剩余里程。尽管未在图16中示出，但是ECU或VCU可在车辆1500中的平视显示器上显示电池1510的状态信息和剩余里程。
参照图1至图13提供的描述可适用于图15和图16的描述，因此，为了简洁，已省略了其详细描述。
在此关于图1和图14描述的电池系统100、电池状态估计设备120、电池状态估计设备1420和其他设备、装置、单元、模块和组件通过硬件组件实现。可用于执行本申请中描述的操作的硬件组件的示例在适当的情况下包括控制器、传感器、生成器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器和被配置为执行本申请中描述的操作的任何其他电子组件。在其他示例中，通过计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现执行本申请中描述的操作的硬件组件中的一个或多个硬件组件。处理器或计算机可通过一个或多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以限定的方式响应并执行指令以实现期望的结果的任何其他装置或装置的组合)来实现。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。由处理器或计算机实现的硬件组件可执行用于执行本申请中描述的操作的指令或软件(诸如，操作系统(OS)和在OS上运行的一个或多个软件应用)。硬件组件还可响应于指令或软件的执行来访问、操控、处理、创建和存储数据。为了简明，单数术语“处理器”或“计算机”可用在本申请描述的示例的描述中，但是在其他示例中，多个处理器或计算机可被使用，或者处理器或计算机可包括多个处理元件，或多种类型的处理元件，或两者。例如，单个硬件组件、或两个或更多个硬件组件可通过单个处理器、或两个或更多个处理器、或处理器和控制器来实现。一个或多个硬件组件可通过一个或多个处理器、或处理器和控制器来实现，并且一个或多个其他硬件组件可通过一个或多个其他处理器、或另外的处理器和另外的控制器实现。一个或多个处理器、或处理器和控制器可实现单个硬件组件、或两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有不同处理配置中的任何一个或多个，不同的处理配置的示例包括单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理、多指令多数(MIMD)多处理、控制器和算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器(DSP)、微型计算机、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑单元(PLU)、中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、神经处理器(NPU)、或者能够以限定的方式响应并执行指令的任何其他装置。
执行本申请中描述的操作的方法由计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)来执行，计算硬件被实现为如上所述执行指令或软件以执行在本申请中描述的由所述方法执行的操作。例如，单个操作、或两个或更多个操作可由单个处理器、或两个或更多个处理器、或处理器和控制器来执行。一个或多个操作可由一个或多个处理器、或处理器和控制器来执行，并且一个或多个其他操作可由一个或多个其他处理器、或另外的处理器和另外的控制器执行。一个或多个处理器、或处理器和控制器可执行单个操作、或者两个或更多个操作。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并执行如上所述方法的指令或软件被编写为计算机程序、代码段、指令或它们的任何组合，以单独地或共同地指示或者配置处理器或计算器作为机器或专用计算机进行操作，以执行通过如上所述的硬件组件和方法执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括通过处理器和计算机直接执行的机器代码(诸如，通过解释器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括通过处理器或计算机使用解释器执行的高级代码。在一个示例中，指令或软件包括小应用程序、动态链接库(DLL)、中间件、固件、装置驱动器、存储操作电子装置的方法的应用程序中的至少一者。本领域普通技术的程序员可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的相应描述容易地编写指令或软件，附图中示出的框图和流程图以及说明书中的相应描述公开了用于执行通过如上所述的硬件组件和方法执行的操作的算法。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中，或者被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、磁性RAM(MRAM)、自旋转移力矩(STT)-MRAM、静态随机存取存储器(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)、零电容器RAM(Z-RAM)、双晶体管RAM(TTRAM)、导电桥接式RAM(CBRAM)、铁电RAM(FeRAM)、相变RAM(PRAM)、电阻式RAM(RRAM)、纳米管RRAM、聚合物RAM(PoRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、全息存储器、分子电子存储器装置、绝缘体电阻变化存储器、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、蓝光或光盘存储装置、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、闪存、卡型存储器(诸如，多媒体卡或微型卡(例如，安全数字(SD)或极速数字(XD))、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘和任何其他装置，任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能够执行指令。在一个示例中，指令或软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，使得指令和软件以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构以分布式方式被一个或多个处理器或计算机存储、访问和执行。
虽然本公开包括特定示例，但是在理解本申请的公开之后将清楚的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例仅被认为是描述性的，而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果描述的技术以不同的顺序执行，和/或如果描述的系统、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合，和/或由其他组件或其等同物替换或补充，则可实现合适的结果。
因此，公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变化都应被解释为包括在公开中。

Claims (20)

1.一种电子装置，包括：
温度传感器，被配置为测量电池的温度；
电流传感器，被配置为测量电池的电流；
电压传感器，被配置为测量电池的电压；以及
处理器，被配置为：
基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计电池的温度分布，
基于温度分布确定电池的过电压分布，
基于电池的当前荷电状态和电池的电压来修正过电压分布，以及
基于修正后的过电压分布和电池的开路电压分布来估计电池的不可用荷电状态。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：通过移动温度分布以使过电压分布的起始点具有预定值，来确定过电压分布。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：基于通过从与电池的当前荷电状态对应的开路电压减去电池的电压而获得的当前过电压，校正过电压分布。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：通过将被确定为在当前荷电状态下具有当前过电压的过电压分布进行缩放，来校正过电压分布。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：通过从开路电压分布减去修正后的过电压分布来估计电压分布，并且估计与电压分布中的放电结束电压对应的不可用荷电状态。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，电池模型包括存储在电子装置的存储器中的电化学模型的简化模型或与电化学模型相同的模型，所述简化模型被配置为：使用电化学模型的参数来估计电池的温度分布。
7.根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述简化模型被配置为：基于电池内部的离子浓度分布恒定，估计电池的温度分布。
8.根据权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：基于预定时段和/或响应于电池的温度和电池的电流中的至少一者的变化，估计电池的不可用荷电状态。
9.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：
基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计温度分布的一部分，
响应于未完成对温度分布的全部部分的估计，估计温度分布的下一部分，以及
响应于完成对温度分布的全部部分的估计，基于温度分布确定过电压分布。
10.根据权利要求1所述的电子装置，其中，响应于随着电池由于电流从电池输出而放电电池达到放电结束电压，不可用荷电状态与荷电状态对应。
11.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：基于不可用荷电状态和当前荷电状态来估计电池的相对荷电状态。
12.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：基于存储在电子装置的存储器中的电化学模型来估计电池的当前荷电状态。
13.根据权利要求1所述的电子装置，其中，处理器还被配置为：
基于不可用荷电状态与当前荷电状态之间的差来确定电池的可用容量，
通过将可用容量除以电池的电流来确定剩余使用时间，以及
通过将剩余使用时间乘以电子装置的移动速度来确定电子装置的剩余里程。
14.一种电子装置，包括：
电池；以及
处理器，被配置为：
基于电池的温度、电池的电流以及电池模型来估计电池的温度分布，
基于温度分布确定电池的过电压分布，
基于电池的当前荷电状态和电池的电压来修正过电压分布，以及
基于修正后的过电压分布和电池的开路电压分布，估计电池的不可用荷电状态。
15.一种处理器实现的操作电子装置的方法，所述方法包括：
基于电池的温度、电池的电流以及与电池对应的电池模型，估计电池的温度分布；
基于温度分布确定电池的过电压分布；
基于电池的当前荷电状态和电池的电压，修正过电压分布；以及
基于修正后的过电压分布和电池的开路电压分布，估计电池的不可用荷电状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，确定过电压分布的步骤包括：通过将温度分布移动以使过电压分布的起始点具有预定值，来确定过电压分布。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，修正过电压分布的步骤包括：基于通过从与电池的当前荷电状态对应的开路电压减去电池的电压而获得的当前过电压，校正过电压分布。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，估计电池的不可用荷电状态的步骤包括：通过从开路电压分布减去修正后的过电压分布来估计电压分布，以及估计与电压分布中的放电结束电压对应的不可用荷电状态。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，电池模型包括电化学模型的简化模型或与电化学模型相同的模型，所述简化模型被配置为：使用电化学模型的参数，估计电池的温度分布。
20.一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时，使所述处理器执行根据权利要求15至权利要求19中的任意一项所述的方法。
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