CN115803645A - 电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆 - Google Patents

电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN115803645A
CN115803645A CN202180049510.6A CN202180049510A CN115803645A CN 115803645 A CN115803645 A CN 115803645A CN 202180049510 A CN202180049510 A CN 202180049510A CN 115803645 A CN115803645 A CN 115803645A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
voltage
capacity
control circuit
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180049510.6A
Other languages
English (en)
Inventor
金英真
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of CN115803645A publication Critical patent/CN115803645A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/30—Measuring the maximum or the minimum value of current or voltage reached in a time interval
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/448—End of discharge regulating measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

根据本发明的电池诊断装置包括：电压传感器，所述电压传感器生成指示电池的电池电压的电压信号；电流传感器，所述电流传感器生成指示电池的电池电流的电流信号；以及控制电路。基于在恒定电流充电时段期间的每个单位时间收集的电压信号和电流信号来确定指示设定电压范围内的电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线。控制电路基于容量曲线确定指示设定电压范围内的电池电压与微分容量之间的关系的微分曲线。控制电路通过使用线性近似算法确定微分曲线的近似直线，并且基于近似直线确定电池中是否已经发生锂析出异常。

Description

电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆
技术领域
本申请要求于2020年12月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0185703的权益，其公开内容通过引用整体并入本文中。
本公开涉及用于检测电池中的锂沉积的技术。
背景技术
近来，对于诸如膝上型计算机、摄像机和移动电话的便携式电子产品的需求已经快速增加，并且随着电动车辆、用于能量存储的蓄能器、机器人和卫星的广泛发展，正在对可以重复地再充电的高性能电池进行许多研究。
目前，商业上可获得的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂离子电池等，并且在它们之中，锂离子电池几乎没有或没有记忆效应，并且因此它们比镍基电池获得更多的关注，因为锂离子电池的优点是，无论何时方便都可以进行再充电，自放电速率非常低并且能量密度高。
锂离子电池包括正极、负极、电解液和隔膜，并且是二次电池，当锂离子移动通过正极和负极之间的电解液时，二次电池可以被充电/放电。
锂离子电池在重复的充电/放电循环中缓慢劣化。特别是，当负极结构从出厂状态(fresh condition)劣化时，锂沉积的可能性增加，在锂沉积时，在充电期间通过电解液从正极移动到负极的锂离子中的一些没有嵌入负极中并且作为金属锂沉积在负极表面上。锂沉积是降低充电/放电性能并缩短锂离子电池寿命的主要原因，并且在正极和负极之间通过金属锂发生短路，从而导致火灾风险增加。
发明内容
技术问题
发明人认识到，取决于是否存在锂沉积，被充电的电池的电池电压与充电容量之间的关系明确地改变。本公开涉及提供电池诊断设备、电池诊断方法、电池组和电动车辆，其中通过恒定电流充电过程以连续顺序获得从出厂状态劣化的电池的容量曲线和微分曲线，从微分曲线的近似直线提取与锂沉积相关的信息，并且基于所提取的信息确定电池中是否存在锂沉积。
本公开的这些和其他目的和优点通过以下描述可以来理解，并且将从本公开的实施方式显而易见。另外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过在所附权利要求及其组合中阐述的手段来实现。
技术方案
根据本公开的一个方面的电池诊断设备包括：电压传感器，所述电压传感器被配置为测量电池两端的电池电压并且生成指示所测量的电池电压的电压信号；电流传感器，所述电流传感器被配置为测量流过所述电池的电池电流并且生成指示所测量的电池电流的电流信号；以及控制电路，所述控制电路被配置为在每个单位时间收集所述电压信号和所述电流信号。所述控制电路被配置为：基于在所述电池的恒定电流充电时段内的每个单位时间收集的在设定电压范围内的所述电压信号和所述电流信号来确定指示在预定的设定电压范围内的所述电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线。所述充电容量指示所述电池电流的累积值。所述控制电路被配置为基于所述容量曲线确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与微分容量之间的关系的微分曲线。所述微分容量为单位时间的所述充电容量的变化与每个单位时间的所述电池电压的变化的比率。所述控制电路被配置为使用线性近似算法来确定所述微分曲线的近似直线。所述控制电路被配置为基于所述近似直线确定所述电池中是否存在锂沉积。
所述设定电压范围的上限可以等于所述电池的预设充电结束电压。所述设定电压范围的下限可以等于比所述上限低参考电压的电压。
所述线性近似算法是最小二乘法。
所述控制电路可以被配置为当所述近似直线的斜率大于参考斜率时确定所述电池中存在锂沉积。
所述控制电路可以被配置为基于所述电池的累积使用容量来确定所述参考斜率。
所述控制电路可以被配置为当所述微分曲线与近似直线之间的系数小于参考确定系数时，确定所述电池中存在锂沉积。
所述控制电路可以被配置为基于所述电池的累积使用容量来确定所述参考确定系数。
根据本公开的另一方面的电池组包括电池诊断设备。
根据本公开的又一方面的电动车辆包括电池组。
根据本公开的又一方面的电池诊断方法可以由电池诊断设备执行。所述电池诊断方法包括以下步骤：基于在所述电池的恒定电流充电时段内的每个单位时间收集的在设定电压范围内的电压信号和电流信号来确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线；基于所述容量曲线来确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与所述微分容量之间的关系的微分曲线；使用线性近似算法确定所述微分曲线的近似直线；以及基于所述近似直线来确定在所述电池中是否存在锂沉积。
有益效果
根据本公开的实施方式中的至少一个，可以在通过恒定电流充电过程以连续顺序获得从出厂状态劣化的电池的容量曲线和微分曲线之后基于与从微分曲线的近似直线提取的锂沉积相关的信息来确定电池中是否存在锂沉积。
根据本公开的实施方式中的至少一个，可以基于电池的累积充电/放电容量来确定用于诊断电池中的锂沉积的至少一个参数(如下所述的‘参考电压’、‘参考斜率’、‘参考确定系数’)。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员根据所附权利要求将清楚地理解本文未提及的这些和其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式，并且与下面描述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此本公开不应当被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的电动车辆的示意图。
图2是示出通过图1中所示的电池的恒定电流充电获得的容量曲线的示意图。
图3是示出与图2中所示的容量曲线相关的微分曲线的示意图。
图4是示出根据本公开的第一实施方式的电池诊断方法的示例性流程图。
图5是示出根据本公开的第二实施方式的电池诊断方法的示例性流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念根据发明人被允许为最佳解释适当地定义术语的原理来解释。
因此，本文描述的实施方式和附图中示出的图示仅仅是本公开的最优选实施方式，但是不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应当理解，可以在提交申请时对其进行各种其他等同和修改。
包括序数词(诸如，“第一”、“第二”等)的术语用于将各种元件中的一个元件与另一元件区分开，但不旨在使元件受术语限制。
除非上下文另外清楚地指示，否则将理解，术语“包括”在本说明书中使用时指定所陈述的元件的存在，但不排除一个或更多个其他元件的存在或添加。另外，如本文所使用的术语“控制单元”是指至少一个功能或操作的处理单元，并且可以单独地或组合地由硬件和软件来实现。
另外，在整个说明书中，将进一步理解，当元件被称为“连接到”另一元件时，其可以直接连接到另一元件，或者可以存在中间元件。
图1是示出根据本公开的电动车辆的示意图。
参考图1，电动车辆1包括电池组2、换流器3、电动马达4、充电模块5和车辆控制器6。
电池组2包括电池B、开关SW和电池管理系统100。
电池B可以通过设置在电池组2中的一对电力端子联接到换流器3和/或充电模块5。电池B是可再充电电池，并且可以是例如锂离子电池。
换流器3被设置为响应于来自电池管理系统100的命令而将来自电池B的直流电(DC)转换为交流电(AC)。电动马达4可以是例如3相AC马达。电动马达4使用来自换流器3的AC操作。
开关SW与电池B串联连接。开关SW被安装在电池B的充电/放电的电流路径上。响应于来自电池管理系统100的开关信号来执行开关SW的开/关控制。开关SW可以为通过线圈或半导体开关装置(诸如吗，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的磁力接通/断开的机械继电器。
充电模块5被提供为响应于来自控制电路230的命令而调节电池B的充电功率。当电池B的电池电压等于或低于如下所述的设定电压范围的电压下限VL时，控制电路230可以命令对充电模块5进行恒定电流充电。充电模块5可以是硬件、DC-DC转换器、恒定电流电路或其组合。
电池管理系统100被提供为负责与电池B的充电/放电有关的总体控制。电池管理系统100包括电池诊断设备200。电池管理系统100还可以包括温度传感器310或通信电路320中的至少一个。在下文中，假设电池管理系统100包括电池诊断设备200、温度传感器310和通信电路320。
电池诊断设备200包括电压传感器210、电流传感器220和控制电路230。
电压传感器210并联连接到电池B，并且被配置为检测电池B两端的电池电压，并且生成指示检测到的电池电压的电压信号。
电流传感器220通过电流路径串联连接到电池B。电流传感器220被配置为检测流过电池B的电池电流，并且生成指示检测到的电池电流的电流信号。
温度传感器310被配置为检测电池B的温度，并且生成指示检测到的温度的温度信号。
通信电路320可以包括被配置为支持控制电路230与车辆控制器6(例如，电子控制单元(ECU))之间的有线或无线通信的通信电路。有线通信可以是例如控制器局域网(CAN)通信，并且无线通信可以是例如Zigbee或蓝牙通信。通信协议不限于特定类型，并且可以包括用于支持控制电路230与车辆控制器6之间的有线/无线通信的任何通信协议。
通信电路320可以包括输出装置(例如，显示器、扬声器)，从而提供从车辆控制器6和/或控制电路230接收的可识别形式的信息。车辆控制器6可以基于经由与电池管理系统100的通信收集的电池信息(例如，电压、电流、温度、SOC)来控制换流器3。
控制电路230可以使用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微处理器或用于执行其他功能的电气单元中的至少一者以硬件来实施。
控制电路230可以具有存储装置。存储装置可以包括例如闪存类型、硬盘类型、固态硬盘(SSD)类型、硅盘驱动器(SDD)类型、多媒体卡微型类型、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或可编程只读存储器(PROM)中的至少一种类型的存储介质。存储装置可以存储由控制电路230计算所需的数据和程序。存储装置可以存储指示控制电路230的计算结果的数据。
控制电路230可以在工作上联接到开关SW、充电模块5、电压传感器210、电流传感器220、温度传感器310和/或通信电路320。在工作上联接是指被连接以在一个或两个方向上发送和接收信号。控制电路230可以以重复的方式周期性地或非周期地收集感测信号。感测信号指示同步检测的电压信号、电流信号和/或温度信号。
控制电路230可以基于在电池B的充电/放电期间的预定时间间隔的感测信号来确定电池B的充电状态(SOC)。诸如安培计数、SOC开路电压(OCV)曲线20和卡尔曼滤波器的众所周知的算法可用于确定SOC。
图2是示出通过图1中所示的电池的恒定电流充电获得的容量曲线的示意图，并且图3是示出与图2中所示的容量曲线相关的微分曲线的示意图。图2和图3中所示的每个曲线201、202、301、302可以被视为一种类型的信号(时间序列)。
图2的两个容量曲线通过使用与电池B相同的电化学规格制造并且具有相同健康状态(SOH)的两个样本电池的恒定电流充电获得。图2示出了每个样本电池在从预定放电结束电压VD到预定充电结束电压VC的总电压范围内的恒定电流充电。充电结束电压VC可以被给出为允许电池B充电至的最大电压，并且放电结束电压VD可以被给出为允许电池B放电至的最小电压。
参考图2，容量曲线201指示通过不含锂沉积的样本电池的恒定电流充电而获得的在总电压范围内的电池电压与充电容量之间的关系。容量曲线202指示通过存在锂沉积的样本电池的恒定电流充电而获得的在总电压范围内的电池电压与充电容量之间的关系。
本文使用的充电容量是累积由电流传感器220在充电期间从特定时间开始在每个单位时间测量的电池电流的结果(即，电池电流的累积值)。因此，充电容量在充电期间保持增加。
参考图3，微分曲线301是可以从图2的容量曲线201获得的数据集，并且指示设定电压范围VL～VU中的(i)电池电压V与(ii)容量曲线201的微分容量dQ/dV之间的关系。微分曲线302是可以从图2的容量曲线202获得的数据集，并且指示设定电压范围VL～VU中的(i)电池电压与(ii)容量曲线202的微分容量之间的关系。
恒定电流充电事件是在从电池电压达到设定电压范围的下限VL的时间到电池电压达到上限VU的时间的恒定电流时段以预定电流速率(例如，0.1C速率)的充电电流对电池B充电的过程。上限VU(例如，4.3V)等于充电结束电压VC。下限VL可以等于比上限VU低参考电压Vref(例如，0.3V)的电压(例如，4.0V)。也就是说，设定电压范围的宽度等于参考电压Vref。
微分容量dQ/dV是每个单位时间的充电容量Q的变化dQ与每个单位时间的电池电压V的变化dV的比率。在一个示例中，控制电路230可以确定近似容量曲线，该近似容量曲线是通过曲线拟合将图2的容量曲线201的电池电压与充电容量之间的关系拟合到多项式函数的结果。由于容量曲线201被转换为近似容量曲线，容量曲线201中存在的噪声分量被去除。随后，作为对容量曲线201相对于作为输入变量的电池电压的近似容量曲线进行求微分的结果，控制电路230可以获得微分曲线301。同样地，作为对容量曲线202的近似容量曲线相对于电池电压进行求微分的结果，控制电路230可以获得微分曲线302。
在存在锂沉积的样本电池中，在充电期间，已经移动到负极的一些锂离子没有嵌入到负极中，并且作为金属锂沉积在负极表面上。因此，为了将存在锂沉积的样本电池和没有锂沉积的样本电池增加到相同的电池电压，需要与作为金属锂沉积的锂离子的量一样多的额外充电电流。参考图3，在设定电压范围中，随着电池电压从下限VL上升到上限VU，微分曲线301的微分容量逐渐大致线性地减小。相比之下，观察到由于锂沉积，微分曲线302在设定电压范围的一些中具有微分容量的非线性增加。
在下文中，假设电池B的容量曲线和微分曲线分别与容量曲线202和微分曲线302相同。
控制电路230使用线性近似算法来确定微分曲线302的近似直线312。线性近似算法是曲线拟合的类型，并且是将曲线转换为具有单个斜率的直线的方法。在一个示例中，最小二乘法可以用于线性近似算法。近似直线312可以表示为以下等式1。
<等式1>
ya(x)＝Ax+B
在上述等式1中，x是电池电压，A是近似直线312的斜率，B是近似直线312的y截距，并且ya(x)是当电池电压等于x时的微分容量的近似值。
可以考虑电池B的电化学规格给出参考电压Vref。另选地，控制电路230可以基于电池B的累积使用容量来确定参考电压Vref。累积使用容量可以是在从电池B的发布到恒定电流充电时段的开始时间的总使用时段内流过电池B的放电电流的累积值或充电电流的累积值或它们的总和。存储装置可以预先记录定义累积使用容量与参考电压Vref之间的预定相关性的查找表。在查找表中，参考电压Vref可以具有与累积使用容量成反比的线性或非线性。即，在查找表中，较大的累积使用容量可以与较小的参考电压相关。随着电池B劣化，锂沉积变得严重，并且因此当参考电压Vref随着电池B的累积使用容量的增加而减小时，可以减少确定近似直线312所需的计算量。
在一个实施方式中，当近似直线312的斜率A大于参考斜率时，控制电路230可以确定电池B中存在锂沉积。可以考虑电池B的电化学规格给出参考斜率。另选地，控制电路230可以基于电池B的累积使用容量来确定参考斜率。存储装置可以预先记录定义累积使用容量与参考斜率之间的预定相关性的查找表。在查找表中，参考斜率可以与累积使用容量成线性或非线性的比例关系。即，在查找表中，较大的累积使用容量可以与较大的参考斜率相关。随着电池B劣化，锂沉积变得严重，并且因此当参考斜率随着电池B的累积使用容量的增加而增大时，可以根据电池B的劣化程度有效地诊断锂沉积。
在另一实施方式中，控制电路230可以计算微分曲线302的近似直线312的确定系数，并且当确定系数小于参考确定系数时，确定电池B中存在锂沉积。通常，确定系数是在0和1之间的被指示为R2的值，并且在本说明书中，其指示微分曲线302的近似直线312的描述能力。控制电路230可以使用以下等式2来计算近似直线312和微分曲线302之间的确定系数。
<等式2>
Figure BDA0004047939540000081
在等式2中，yav是设定电压范围中的微分曲线302的平均微分容量，ym(xi)是当电池电压等于xi时微分曲线302的微分容量，ya(xi)是当电池电压等于xi时近似直线312的微分容量，并且R2是微分曲线302的近似直线312的确定系数。
随着电池B中的锂沉积变得严重，微分曲线302的非线性增加，并且随着微分曲线302的非线性增加，近似直线312与微分曲线302之间的确定系数降低到0。
可以考虑电池B的电化学规格给出参考确定系数。另选地，控制电路230可以基于电池B的累积使用容量来计算参考确定系数。存储装置可以预先记录查找表，所述查找表定义累积使用容量与参考确定系数之间的预定相关性。在查找表中，参考确定系数可以与累积使用容量成线性或非线性的比例关系。即，在查找表中，较大的累积使用容量可以与较大的参考确定系数相关。随着电池B劣化，锂沉积变得严重，并且因此当参考确定系数随着电池B的累积使用容量的增加而增加时，可以根据电池B的劣化程度有效地诊断锂沉积。
当确定电池B中的锂沉积时，控制电路230可以执行预定的安全功能。在一个示例中，控制电路230可以通过通信电路320向车辆控制器6发送警告消息。在另一示例中，控制电路230可以减小充电电流和/或放电电流的最大允许值。最大允许值的减小可以与近似直线312的斜率与参考斜率之间的差和/或近似直线312和微分曲线302的确定系数与参考确定系数之间的差成比例。
图4是示出根据本公开的第一实施方式的电池诊断方法的示例性流程图。图4的方法可以由电池诊断设备200执行。
参考图1至图4，在步骤S400中，控制电路230命令充电模块5开始恒定电流充电时段。恒定电流充电时段是电池B在设定电压范围VL～VU内以预定电流速率充电的时间段。
在步骤S410中，控制电路230在恒定电流充电时段内的每个单位时间收集电压信号和电流信号。也就是说，控制电路230生成在恒定电流充电时段内的电池电压的时间序列和电池电流的时间序列。
在步骤S420中，控制电路230基于在恒定电流充电时段内收集的电压信号和电流信号确定指示在设定电压范围VL～VU内的电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线202。
在步骤S430中，控制电路230基于容量曲线202确定指示在设定电压范围VL～VU内的电池电压与微分容量之间的关系的微分曲线301。微分容量是每个单位时间的充电容量的变化与每个单位时间的电池电压的变化的比率dQ/dV。
在步骤S440中，控制电路230使用预定线性近似算法来确定微分曲线302的近似直线312。
在步骤S450中，控制电路230确定近似直线312的斜率是否大于参考斜率。具有比参考斜率更大的斜率的近似直线312指示在电池B中存在锂沉积。当步骤S450的值为“是”时，可以执行步骤S460。
在步骤S460中，控制电路230执行预定的安全功能。
图5是示出根据本公开的第二实施方式的电池诊断方法的示例性流程图。图5的方法可以由电池诊断设备200执行。
参考图1至图3和图5，在步骤S500中，控制电路230命令充电模块5开始恒定电流充电时段。恒定电流充电时段是电池B在设定电压范围VL～VU内以预定电流速率充电的时间段。
在步骤S510中，控制电路230在恒定电流充电时段内的每个单位时间收集电压信号和电流信号。也就是说，控制电路230生成在恒定电流充电时段内的电池电压的时间序列和电池电流的时间序列。
在步骤S520中，控制电路230基于在恒定电流充电时段内收集的电压信号和电流信号确定指示在设定电压范围VL～VU内的电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线202。
在步骤S530中，控制电路230基于容量曲线202确定指示在设定电压范围VL～VU内的电池电压与微分容量之间的关系的微分曲线301。微分容量是每个单位时间的充电容量的变化与每个单位时间的电池电压的变化的比率dQ/dV。
在步骤S540中，控制电路230使用预定线性近似算法来确定微分曲线302的近似直线312。
在步骤S542中，控制电路230计算微分曲线302的近似直线312的确定系数。
在步骤S550中，控制电路230确定所确定的确定系数是否小于参考确定系数。微分曲线302与近似直线312之间小于参考确定系数的确定系数指示电池B中存在锂沉积。当步骤S550的值为“是”时，可以执行步骤S560。
在步骤S560中，控制电路230执行预定的安全功能。
上文描述的本公开的实施方式不仅通过设备和方法来实现，并且可以通过执行与本公开的实施方式的配置相对应的功能的程序或具有记录在其上的程序的记录介质来实现，并且这样的实现可以由本领域技术人员从上述实施方式的公开中容易地实现。
虽然已经关于有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求的等同范围内对其进行各种修改和改变。
另外，在不脱离本公开的技术方面的情况下，可以对本领域技术人员在上文中描述的本公开进行许多替换、修改和改变，本公开不受上述实施方式和附图的限制，并且所有或一些实施方式可以被选择性地组合以允许各种修改。
[附图标记]
1：电动车辆
2：电池组
B：电池
100：电池管理系统
200：电池诊断设备
210：电压传感器
220：电流传感器
230：控制电路。

Claims (10)

1.一种电池诊断设备，所述电池诊断设备包括：
电压传感器，所述电压传感器被配置为测量电池两端的电池电压并且生成指示所测量的电池电压的电压信号；
电流传感器，所述电流传感器被配置为测量流过所述电池的电池电流并且生成指示所测量的电池电流的电流信号；以及
控制电路，所述控制电路被配置为在每个单位时间收集所述电压信号和所述电流信号，
其中，所述控制电路被配置为：
基于在所述电池的恒定电流充电时段内的每个单位时间收集的在设定电压范围内的所述电压信号和所述电流信号来确定指示在预定的设定电压范围内的所述电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线，其中，所述充电容量指示所述电池电流的累积值，
基于所述容量曲线确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与微分容量之间的关系的微分曲线，其中，所述微分容量为单位时间的所述充电容量的变化与每个单位时间的所述电池电压的变化的比率，
使用线性近似算法来确定所述微分曲线的近似直线，并且
基于所述近似直线确定所述电池中是否存在锂沉积。
2.根据权利要求1所述的电池诊断设备，其中，所述设定电压范围的上限等于所述电池的预设充电结束电压，并且
所述设定电压范围的下限等于比所述上限低参考电压的电压。
3.根据权利要求1所述的电池诊断设备，其中，所述线性近似算法是最小二乘法。
4.根据权利要求1所述的电池诊断设备，其中，所述控制电路被配置为当所述近似直线的斜率大于参考斜率时确定所述电池中存在锂沉积。
5.根据权利要求4所述的电池诊断设备，其中，所述控制电路被配置为基于所述电池的累积使用容量来确定所述参考斜率。
6.根据权利要求1所述的电池诊断设备，其中，所述控制电路被配置为当所述微分曲线的近似直线的确定系数小于参考确定系数时，确定所述电池中存在锂沉积。
7.根据权利要求6所述的电池诊断设备，其中，所述控制电路被配置为基于所述电池的累积使用容量来确定所述参考确定系数。
8.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1至7中的任一项所述的电池诊断设备。
9.一种电动车辆，所述电动车辆包括根据权利要求8所述的电池组。
10.一种电池诊断方法，所述电池诊断方法能够由根据权利要求1至7中的任一项所述的电池诊断设备执行，所述电池诊断方法包括以下步骤：
基于在所述电池的恒定电流充电时段内的每个单位时间收集的在设定电压范围内的电压信号和电流信号来确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与充电容量之间的关系的容量曲线；
基于所述容量曲线来确定指示在所述设定电压范围内的所述电池电压与所述微分容量之间的关系的微分曲线；
使用线性近似算法来确定所述微分曲线的近似直线；以及
基于所述近似直线来确定在所述电池中是否存在锂沉积。
CN202180049510.6A 2020-12-29 2021-12-16 电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆 Pending CN115803645A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200185703A KR20220094469A (ko) 2020-12-29 2020-12-29 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량
KR10-2020-0185703 2020-12-29
PCT/KR2021/019238 WO2022145831A1 (ko) 2020-12-29 2021-12-16 배터리 진단 장치, 배터리 진단 방법, 배터리 팩 및 전기 차량

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115803645A true CN115803645A (zh) 2023-03-14

Family

ID=82259464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180049510.6A Pending CN115803645A (zh) 2020-12-29 2021-12-16 电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230314514A1 (zh)
EP (1) EP4180826A4 (zh)
JP (1) JP7477257B2 (zh)
KR (1) KR20220094469A (zh)
CN (1) CN115803645A (zh)
WO (1) WO2022145831A1 (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5662968B2 (ja) * 2012-06-19 2015-02-04 株式会社日立製作所 二次電池の検査システム、充放電機、及び検査方法
JP6485041B2 (ja) 2014-12-26 2019-03-20 株式会社リコー 蓄電デバイス劣化推定装置、蓄電デバイス劣化推定方法、移動体
KR101897859B1 (ko) * 2015-08-24 2018-09-12 주식회사 엘지화학 리튬 석출 탐지 방법, 이를 이용한 이차전지 충전 방법과 장치 및 이차전지 시스템
WO2017098686A1 (ja) * 2015-12-10 2017-06-15 ソニー株式会社 電池パック、蓄電装置及び劣化検出方法
JP2017133870A (ja) 2016-01-26 2017-08-03 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池の異常劣化検知装置および異常劣化検知方法
JP2017161228A (ja) 2016-03-07 2017-09-14 日本電気株式会社 電池制御装置及び蓄電装置
JP7080043B2 (ja) 2017-12-20 2022-06-03 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン リチウムイオン二次電池
KR102351637B1 (ko) 2018-09-12 2022-01-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
KR20200122111A (ko) * 2019-04-17 2020-10-27 주식회사 엘지화학 배터리의 퇴화 상태를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩
KR102659679B1 (ko) * 2019-04-22 2024-04-19 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리의 미분 전압 커브를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
EP4180826A4 (en) 2024-03-13
WO2022145831A1 (ko) 2022-07-07
US20230314514A1 (en) 2023-10-05
JP7477257B2 (ja) 2024-05-01
EP4180826A1 (en) 2023-05-17
KR20220094469A (ko) 2022-07-06
JP2023528403A (ja) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2435841B1 (en) Battery system and method for system state of charge determination
EP2642307A1 (en) Device for controlling assembled battery
CN114096433B (zh) 管理电池设备和管理电池方法
CN112534283B (zh) 电池管理系统、电池管理方法、电池组和电动车辆
CN112840221A (zh) 用于确定电池劣化度的设备和方法及包括设备的电池组
CN115943316A (zh) 电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆
CN115461958A (zh) 电池管理系统、电池组、能量储存系统和电池管理方法
CN113795762A (zh) 电池诊断装置、电池诊断方法和储能系统
EP4213274A1 (en) Battery management system, battery pack, electric vehicle, and battery management method
CN115803645A (zh) 电池诊断装置、电池诊断方法、电池组和电动车辆
CN113711461B (zh) 电池管理装置、电池管理方法、电池组和电动车辆
US20230194622A1 (en) Battery abnormality diagnosis apparatus and method
CN116324449A (zh) 电池诊断设备、电池组、电动车辆和电池诊断方法
CN116601508A (zh) 电池管理系统、电池组、电动车辆及电池管理方法
CN117015715A (zh) 电池诊断装置、电池组、电动车辆和电池诊断方法
CN116324454A (zh) 电池监测设备、电池监测方法、电池组及电动车辆
CN114144920A (zh) 电池充电和放电控制装置和方法
CN114174845B (zh) 电池管理系统、电池组、电动车辆和电池管理方法
US20230191942A1 (en) Battery Management System, Battery Management Method, Battery Pack, and Electric Vehicle
EP4286870A1 (en) Battery management system, battery pack, electric vehicle, and battery management method
CN114846674A (zh) 电池管理系统、电池管理方法、电池组及电动车辆
JP2023548898A (ja) バッテリー診断装置、バッテリー管理システム、バッテリーパック、電気車両及びバッテリー診断方法
KR20240041806A (ko) 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination