CN116583754A - 电池诊断装置、电池管理系统、电池组、电动车和电池诊断方法 - Google Patents

电池诊断装置、电池管理系统、电池组、电动车和电池诊断方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一方面，一种用于电池的电池诊断装置，所述电池包括多个单元电芯的并联连接体，所述电池诊断装置包括：数据获取单元，所述数据获取单元被配置为收集充电和放电数据，所述充电和放电数据包括电压时间序列和电流时间序列，所述电压时间序列指示所述电池两端子两端的电压随时间的变化，所述电流时间序列指示流经所述电池的充电和放电电流随时间的变化；以及数据处理单元，所述数据处理单元被配置为基于所述充电和放电数据来确定指示所述电池的满充容量的估计容量值。所述数据处理单元被配置为监测所述估计容量值随时间的变化来诊断所述并联连接体中的任何异常。

Description

电池诊断装置、电池管理系统、电池组、电动车和电池诊断 方法
技术领域
本申请要求于2021年9月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0120039的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。
本公开涉及根据电池的满充容量随时间的变化来检测电池中单元电芯的并联结构中的异常。
背景技术
近来，诸如膝上型电脑、摄像机、手机之类的便携式电子产品的需求已经有了快速增长，并且随着电动车、储能电池、机器人、卫星的发展，有关能够被反复地再充电的高性能电池的大量研究正在进行中。
目前，市售电池组包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等，并且其中，锂电池几乎没有或没有记忆效应，因此由于其在方便时随时能够再充电、自放电率非常低以及能量密度高的优点，其比镍基电池得到更多关注。
电池可以通过在封装材料中一起容纳电解液和电极组件并密封封装材料来制造。电极组件包括并联连接的多个单元电芯，并且称作单元电芯的并联结构。这里，单元电芯指储能装置中的能够被单独地再充电的最小单元。例如，单元电芯可以是包括单电芯或双电芯中的至少一个的全电芯。
异常可以由于各种因素而发生在电池内的并联结构中，例如，电池生产中的误差、反复的充电和放电所导致的老化和外部影响。电池的容量异常可以被分为两类。第一类异常指因并联结构中的一些单元电芯的连接部位(例如，电极接头)中的微损伤和/或不完全断路故障而无法对电池的充电/放电做出贡献的暂时性故障。第二类异常指因并联结构中的一些单元电芯的不可恢复的破损而无法对电池的充电/放电做出贡献的永久性故障。
尤其，在电池的并联结构具有第二类异常时，相比于第一类容量异常，充电/放电集中于正常的单元电芯，导致电池的火灾和爆炸风险增加。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决上述问题，因此本公开旨在提供一种电池诊断装置和电池诊断方法，用于通过重复确定电池的满充容量监测满充容量随时间的变化来预先检测电池中的单元电芯的并联结构中的异常。
可以通过以下的描述来理解本公开的这些以及其他目的和优点，并且这些目的和优点将从本公开的实施方式看出。此外，将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求书中所阐述的手段及其组合来实现。
技术方案
根据本公开的一方面的一种用于电池的电池诊断装置，所述电池包括单元电芯的并联结构，所述电池诊断装置包括：数据获取单元，所述数据获取单元被配置为收集充电/放电数据，所述充电/放电数据包括电压时间序列和电流时间序列，所述电压时间序列指示所述电池两端的电压随时间的变化，所述电流时间序列指示流经所述电池的充电/放电电流随时间的变化；以及数据处理单元，所述数据处理单元被配置为基于所述充电/放电数据来确定指示所述电池的满充容量的估计容量值。所述数据处理单元被配置为通过监测所述估计容量值随时间的变化来诊断所述并联结构中的异常。
所述数据处理单元可以被配置为通过向容量估计模型输入所述充电/放电数据来确定所述电池的累积电流值和充电状态SOC变化值，并且根据所述累积电流值与所述SOC变化值之比来确定所述估计容量值。
所述数据处理单元可以被配置为基于在第一时间和第二时间估计的两个容量值来诊断所述并联结构中的异常，所述第一时间和所述第二时间隔着等于或大于所述第一时间间隔的第二时间间隔以所述第一时间间隔偏移(shift)。
所述数据处理单元可以被配置为确定小于所述第一时间的估计容量值的针对所述第二时间的阈值容量值，并且通过将所述第二时间的估计容量值与所述阈值容量值进行比较来诊断所述并联结构中的异常。
所述数据处理单元可以被配置为通过从所述第一时间的估计容量值减去参考容量值来确定所述阈值容量值。
所述数据处理单元可以被配置为通过将所述第一时间的估计容量值乘以小于1的参考因子来确定所述阈值容量值。
当所述第二时间的估计容量值小于所述阈值容量值时，所述数据处理单元可以被配置为增加诊断计数，并且响应于所述诊断计数达到阈值计数，诊断所述并联结构故障。
所述数据处理单元可以被配置为当诊断出所述并联结构故障时，根据在隔着等于或小于所述第二时间间隔的时间间隔的、发现有所述满充容量的最大减少的两个过去时间估计的两个容量值来确定所述多个单元电芯当中的故障单元电芯的数量。
根据本公开的另一方面的一种电池组包括所述电池诊断装置。
根据本公开的又一方面的一种电动车包括所述电池组。
根据本公开的再一方面的一种用于包括单元电芯的并联结构的电池的电池诊断方法，所述电池诊断方法包括以下步骤：收集充电/放电数据，所述充电/放电数据包括电压时间序列和电流时间序列，所述电压时间序列指示所述电池两端的电压随时间的变化，所述电流时间序列指示流经所述电池的充电/放电电流随时间的变化；基于所述充电/放电数据来确定指示所述电池的满充容量的估计容量值；以及通过监测所述估计容量值随时间的变化来诊断所述并联结构中的异常。
确定指示所述电池的满充容量的估计容量值可以包括以下步骤：通过向容量估计模型输入所述充电/放电数据来确定所述电池的累积电流值和充电状态SOC变化值；以及根据所述累积电流值与所述SOC变化值之比来确定所述估计容量值。
诊断所述并联结构中的异常的步骤可以基于在第一时间和第二时间估计的两个容量值，所述第一时间和第二时间隔着等于或大于所述第一时间间隔的第二时间间隔以所述第一时间间隔偏移。
诊断所述并联结构中的异常的步骤可以包括以下步骤：确定小于所述第一时间的估计容量值的针对所述第二时间的阈值容量值；以及通过将所述第二时间的估计容量值与所述阈值容量值进行比较来诊断所述并联结构中的异常。
技术效果
根据本公开的至少一个实施方式中，能够通过重复确定电池的满充容量监测满充容量随时间的变化来检测电池中的单元电芯的并联结构中的异常。
此外，根据本公开的至少一个实施方式，能够通过响应于检测出并联结构中的异常而采取适当的保护措施来预先消除电池的火灾和爆炸风险。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求书清楚地理解这些以及其他效果。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并且与如下所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，因此本公开不应该被解释为限于附图。
图1是示例性地示出了根据本公开的电动车的图。
图2是示例性地示出了图1中所示的电池的示意图。
图3是描述电池的第一容量异常(不完全断路故障)时参照的图。
图4是描述电池的第二容量异常(完全断路故障)时参照的图。
图5是描述电池的容量异常与满充容量之间的关系时参照的示例性图表。
图6是示例性地示出了根据本公开的实施方式的电池诊断方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。在该描述之前，应该理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语和词汇不应该被解释为限于一般的和词典的含义，反而是在发明人被允许为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上，基于符合本公开的技术方面的含义和概念而被解释。
因此，本文中描述的实施方式和附图中示出的说明仅仅是本公开的示例性实施方式，但不旨在完全地描述本公开的技术方面，因此应该理解，在本申请被提交时就能够对其作出各种的其他等同和变形。
包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语，用于区分各种元件中的一个元件与另一个元件，但不旨在限制元件。
除非上下文另外清楚地指示，否则将理解，当在本说明书中使用术语“包括”时，是指定了所述元件的存在，但不排除一个或更多个其他元件的存在或者添加。此外，本文中使用的术语“单元”是指至少一个功能或操作的处理单元，并且可以以硬件和软件单独或组合实施。
此外，在整个说明书中，将进一步理解，当元件被称为“连接至”另一个元件时，其可能是直接连接至另一个元件或者可以存在中间元件。
图1是示例性地示出了根据本公开的电动车的图。
参照图1，电动车1包括车辆控制器2、电池组10和电气负载30。电池组10的充电/放电端子P+、P-可以通过充电线电联接至充电器40。充电器40可以被包括在电动车1中或被提供在电动车1外的充电站中。
车辆控制器2(例如，电子控制单元(ECU))被配置为响应于电动车1的点火按钮(未示出)被用户切换至开启(ON)位置而向电池管理系统100发送钥匙接通(key on)信号。车辆控制器2被配置为响应于点火按钮被用户切换至关闭(OFF)位置而向电池管理系统100发送钥匙断开(key off)信号。充电器40可以经由与车辆控制器2的通信通过电池组10的充电/放电端子P+、P-供应恒流或恒压的充电电力。
电池组10包括电池分组BG、继电器20和电池管理系统100。
电池分组BG包括至少一个电池B。例如，电池B不限于特定类型并且可以包括诸如锂离子电芯(cell)之类的能够重复充电的任何类型的电芯。图1将电池分组BG示出为电池B1～BN(N为2或更大的自然数)的串联连接结构。多个电池B1～BN可以被制造为具有相同的电学和化学规格。以下，在对多个电池B1～BN的共同描述中，符号’B’附于电池。
继电器20通过连接电池分组BG和换流器31的电力路径而串联电连接至电池分组BG。图1示出了继电器20连接在电池分组BG的正端子与充电/放电端子中的一个端子P+之间。继电器20的导通-关断控制响应于来自电池管理系统100的切换信号而执行。继电器20可以是由线圈的磁场导通/关断的机械接触器或诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)之类的半导体开关。
电气负载30包括换流器31和电动马达32。换流器31被提供以响应于来自电池管理系统100或车辆控制器2的命令而将来自包括在电池组10中的电池分组BG的直流电(DC)功率转换为交流电(AC)功率。电动马达32使用来自换流器31的AC功率运行。电动马达32可以包括，例如，三相AC马达。
电池管理系统100包括感测电路110、存储器120和计算电路130。电池管理系统100还可以包括通信电路140。电池管理系统100为根据本公开的电池诊断装置的示例。
感测电路110被配置为收集能够从电池B观察到的物理量中的至少一个。电池的物理量包括电池B的电压、电流和/或温度。感测电路110和存储器120为根据本公开的数据获取单元的示例。感测电路110包括电压检测器111和电流检测器112。感测电路110还可以包括温度检测器113。
电压检测器111连接至包括在电池分组BG中的多个电池B1～BN中的每一个的正端子和负端子以分别检测多个电池B1～BN的两端的电压或电池电压V1～VN，并且生成包括电池电压V1～VN的电压值的电压信号。
电流检测器112通过电池分组BG与换流器31之间的电流路径串联连接至电池分组BG。电流检测器112被配置为检测流经电池分组BG的充电/放电电流并且生成指示充电/放电电流的电流值的电流信号。由于多个电池B1～BN串联连接，因此共同的充电/放电电流流到多个电池B1～BN中。电流检测器112可以包括诸如分流电阻器、霍尔效应装置之类的已知的电流检测装置中的至少一种。
温度检测器113被配置为检测电池温度或电池分组BG的温度，并且生成指示所检测的电池温度的温度信号。温度检测器113可以设置在离电池分组BG的预定距离内以检测接近电池分组BG的实际温度的温度。例如，温度检测器113可以附接至包括在电池分组BG中的至少一个电池B的表面，并且可以检测电池B的表面温度作为电池温度。温度检测器113可以包括诸如热电偶、热敏电阻、双金属器件之类的已知的温度检测装置中的至少一种。
存储器120例如可以包括闪存型、硬盘型、固态硬盘(SSD)型、硅盘驱动(SDD)型、多媒体卡微型、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)中的至少一种存储介质。存储器120可以通过将感测电路110收集的测量的电池的物理量按时间排列而记录电池B的充电/放电数据。充电/放电数据包括指示电池B的两端的电池电压随时间变化的电压时间序列和指示流经电池B的充电/放电电流随时间变化的电流时间序列。存储器120可以存储指示计算电路130的计算操作结果的数据。存储器120可以存储电池B的控制、管理和诊断所需的程序、算法、诊断逻辑和/或函数。
通信电路140被配置为支持计算电路130和车辆控制器2之间的有线或无线通信。有线通信例如可以为控制器局域网(CAN)通信，并且无线通信例如可以为Zigbee或蓝牙通信。当然，通信协议不限于特定类型并且可以包括支持计算电路130和车辆控制器2之间的有线/无线通信的任何类型的通信协议。通信电路140可以包括输出装置(例如，显示器、扬声器)以便于以对于用户(驾驶员)来说可识别的格式提供从计算电路130和/或车辆控制器2接收的信息。
计算电路130可以可操作地联接至继电器20、感测电路110、通信电路140中的至少一个。可操作地联接指直接/间接地联接以单向地或双向地发送和接收信号。计算电路130可以称作“车载控制器”，并且是根据本公开的数据处理单元的示例。
计算电路130可以在电池分组BG的充电、放电和/或休息期间周期性地以预定的时间间隔或非周期性地以无规律的时间间隔收集来自电压检测器111的电压信号、来自电流检测器112的电流信号和/或来自温度检测器113的温度信号。即，计算电路130可以使用被提供于其中的模数转换器(ADC)从检测器111、112、113收集的模拟信号获取检测电压值、检测电流值和/或检测温度值并将它们记录在存储器120中。
计算电路130可以被实施为使用专用集成电路(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种的硬件。
当电气负载30和/或充电器3在继电器20导通期间运行时，电池分组BG进入充电模式或放电模式。当继电器20关断时，电池分组BG被变更为休息模式。
计算电路130可以响应于钥匙接通信号而导通继电器20。计算电路130可以响应于钥匙断开信号关断继电器20。钥匙接通信号是请求从休息切换到充电或放电的信号。钥匙断开信号是请求从充电或放电切换到休息的信号。另选地，车辆控制器2可以代替计算电路130承担继电器20的导通-关断控制。
远程电池监测器300为根据本公开的电池诊断装置的另一示例，并且可以被提供为电动车1外的云服务器的形式。远程电池监测器300包括通信电路310、存储器320和计算电路330。通信电路310和存储器320是根据本公开的数据获取单元的另一示例。计算电路330是根据本公开的数据处理单元的另一示例，并且可以称作“外接控制器”。通信电路310通过有线/无线通信信道被连接至电池管理系统100的通信电路140以从电池管理系统100收集电池B的充电/放电数据并且在存储器320中记录所收集的充电/放电数据。在包括在电池分组BG的至少一个电池B中的并联结构200的异常诊断中，计算电路330承担常见于电池管理系统100的计算电路130的操作和功能。注意，如下所述的计算电路130与计算电路330可能具有共同的描述。
图2是示例性地示出了图1中所示的电池的示意图，图3是描述电池的第一容量异常(不完全断路故障)时参照的图，并且图4是描述电池的第二容量异常(完全断路故障)时参照的图。
参照图2，电池B包括电极组件200、正极引线210、负极引线220和封装材料230。
电极组件200是单元电芯UC1～UCM(M为2或更大的自然数)的并联结构的示例。单元电芯UC包括隔膜203、正极板201和通过隔膜203与正极板201绝缘的负极板202。
正极板201具有连接至正极引线210的一端的正极接头205，并且负极板202具有连接至负极引线220的一端的负极接头206。
在多个单元电芯UC1～UCM的正极接头205和负极接头206联接至正极引线210和负极引线220中的每一个的一端的状态下，电极组件200与电解液一起被容纳在封装材料230中。通过封装材料230暴露的正极引线210和负极引线220中的每一个的相对的端被提供为电池B的正端子和负端子。
参照图3，电极组件200的第一容量异常指因多个单元电芯UC1～UCM当中的一些单元电芯UC1、UC2的电极接头205、206中的微损伤和/或不完全断路故障导致的单元电芯UC1、UC2与电极引线210、220之间的接触电阻R1、R2的无规律的大改变。在不完全断路故障的情况下，电极接头205、206的被切割部位不是彼此间隔开的，并且随着电池B收缩和膨胀，会出现它们的连接和断开，并且在连接时，接触面积改变。在单元电芯UC1、UC2处的接触电阻被保持得较低的期间，所有单元电芯UC1～UCM几乎均匀地充电和放电，并且随着接触电阻R1、R2增大，单元电芯UC1、UC2更像是与其余的单元电芯UC3～UCM分离(断路)，结果，电池B的容量显现出明显依赖于单元电芯UC1、UC2的接触电阻R1、R2的、诸如骤然增大或骤然减小之类的无规律的行为。例如，在因电池B的隆胀而导致的单元电芯UC1、UC2的电极接头205、206与电极引线210、220之间的大拉伸强度的作用期间，单元电芯UC1、UC2的接触电阻R1、R2增大，并且相反地，随着拉伸强度逐渐减小，单元电芯UC1、UC2的接触电阻R1、R2减小。
参照图4，电极组件200的第二容量异常等同于多个单元电芯UC1～UCM当中的一些单元电芯UC1、UC2的不可恢复的破损，即，因单元电芯UC1、UC2的完全断路故障而导致的单元电芯UC1、UC2与电极引线210、220之间的充电/放电电流路径的不可逆转的损坏。不完全断路故障与完全断路故障的不同在于，单元电芯UC1、UC2的电极接头205、206或电极板201、202破损成相隔太远而无法将它们再次连接的碎片。在电池B的制造或使用期间的某一时间的、单元电芯UC1、UC2所致的第二容量异常的出现指示单元电芯UC1、UC2不可恢复地与电极引线210、220分离。因此，由于从出现第二容量异常的特定时间起，单元电芯UC1、UC2对于电池B的充电/放电不做任何贡献，所以电池B的容量只依赖于单元电芯UC1、UC2之外的其余单元电芯UC3～UCM的容量。
计算电路130周期性地或非周期性地重复通过将容量估计模型应用于充电/放电数据来确定指示电池的满充容量(FCC)的估计容量值的过程。即，计算电路130监测估计容量值随时间的变化。
容量估计模型是一种算法，其作为针对输入的充电/放电数据的输出，提供估计容量值，并且是函数的组合。
具体地，容量估计模型可以包括：(i)第一函数，其根据电池B的电流时间序列计算在过去的可变的时间段或预定的时间段电池B的充电/放电电流的累积电流值，(ii)第二函数，其根据电池B的电压时间序列和/或电流时间序列计算过去的可变的时间段或预定的时间段电池B的开路电压(OCV)，(iii)第三函数，其使用预设的OCV-SOC关系表根据电池B的OCV计算电池B的充电状态(SOC)，以及(iv)第四函数，其根据在共同的时间段分别计算的累积电流值与SOC变化值之比来计算电池B的满充容量的估计结果，即，估计容量值。以下等式为第四函数的示例。
<等式>
在上述等式中，ΔAht1-t2是在两个时间t1、t2之间的时间段反复测量的充电/放电电流的累积电流值，ΔSOC t1-t2是在两个时间t1、t2之间的时间段的SOC变化值，并且FCC t2是指示在时间t2的满充容量的估计容量值。时间t1早于时间t2，并且可以是满足ΔAh t1-t2的绝对值等于或大于参考累计值和/或ΔSOC t1-t2的绝对值等于或大于参考变化值的最新的时间。参考累计值和参考变化值可以被预设以防止FCC t2的准确度因ΔAh t1-t2和/或ΔSOC t1-t2的非常小的绝对值而变差。
在计算累积电流值时，充电电流可以被设置为正值并且放电电流可以被设置为负值。时间t2是满充容量的计算时机。当以每个第一时间间隔反复计算满充容量时，本领域普通技术人员将容易理解，时间t2以第一时间间隔偏移(shift)。
在示例中，当在过去的共同的时间段的累积电流值和SOC变化值分别为+100Ah[安培小时]和+80％的情况下，满充容量的估计容量值为125Ah。在另一示例中，当在过去的共同的时间段的累积电流值和SOC变化值分别为-75Ah[安培小时]和-60％的情况下，满充容量的估计容量值亦为125Ah。
满充容量指示电池B的最大可能容量，即，SOC100％时的电池B的剩余容量。正常的是，满充容量随着电池B劣化而平缓下降。因此，当短时间内的满充容量的下降大于预定的水平时，其指示的是出现了第一容量异常或第二容量异常。
图5是描述电池的容量异常与满充容量之间的关系时参照的示例性图表。
参照图5，曲线500示出了正常电池的满充容量随时间的变化。为了帮助理解，曲线500以简单的形式绘制来示出正常电池的满充容量随时间线性减小。
曲线510示出了当第一容量异常和第二容量异常依次发生时电池B的满充容量随时间的变化。描述曲线510，如在图3中示出，其示出了因单元电芯UC1、UC2中的微损伤和/或不完全断路故障而发生第一容量异常的电池B的满充容量。在曲线510中，满充容量在时间ta(例如电池出厂时)与时间tb之间的时间段平缓下降，然后在时间tb与时间tc之间的时间段骤降，并且在时间tc与时间td之间的时间段骤升。即，时间tb和时间tc之间的满充容量的下降在时间tc和时间td之间的时间段几乎恢复。这是由于单元电芯UC1、UC2的接触电阻R1、R2在时间tb和时间tc之间的时间段骤然增大并且在时间tc和时间td之间的时间段回到正常水平，如同在上文中参照图3所述。
当第一容量异常长时间地持续时，这可能发展成第二容量异常(变得更糟)。描述曲线510，在时间td之后，从时间te到时间tf，以类似于时间tb和时间tc之间的时间段的方式，满充容量存在骤降。与在时间tc～td的行为相对照，即使在满充容量的骤降停止的时间tf之后，满充容量也没能回到正常水平并且具有与曲线500类似的斜率。这是由单元电芯UC1、UC2在时间te或大约在时间te发生完全断路故障(即，第二容量异常)导致的，如同在上文中参照图4所述。
计算电路130通过根据曲线510监测满充容量(即，估计容量值)随时间的变化(时间序列)来确定是否出现并联结构200的第一容量异常和/或第二容量异常。即，根据本公开的电池诊断装置可以执行诊断逻辑来在并联结构200中执行根据本公开的电池异常诊断，并且具体地，基于诊断逻辑来标识(或诊断)是否有异常出现在包括在并联结构200中的单元电芯中。
换言之，根据本公开的电池诊断装置可以通过基于本公开的诊断逻辑诊断并联结构200来标识包括至少一个故障单元电芯或大于阈值数量的较大数量的故障单元电芯的并联结构200，从而诊断异常的并联结构200(或并联结构200中的异常)。
具体地，计算电路130可以通过将诊断逻辑应用于第一时间和第二时间的两个估计容量值来确定是否出现并联结构200的第一容量异常和/或第二容量异常，所述第一时间和第二时间隔着等于或大于所述第一时间间隔的第二时间间隔以第一时间间隔来偏移。第二时间比第一时间晚第二时间间隔，并且第一时间和第二时间中的每一个可以被计算电路130设置为以每个第一时间间隔增加第一时间间隔。第一时间间隔可以等于充电/放电数据的收集循环(或估计容量值的计算循环)，并且第二时间间隔可以是第一时间间隔的整数倍(例如，10倍)。
诊断逻辑可以包括：(i)第一例程，该第一例程确定小于第一时间的估计容量值的针对第二时间的阈值容量值；以及(ii)第二例程，该第二例程比较第二时间的估计容量值与针对第二时间的阈值容量值。
在第一例程中，针对第二时间的阈值容量值可以等于从第一时间的估计容量值减去参考容量值的结果或将第一时间的估计容量值乘以小于1的参考因子的结果。参考容量值可以考虑包括在电池B中的单元电芯UC1～UCM的总数M和电池B的设计容量(崭新时的满充容量)而作为预设的值被记录在存储器120中。参考因子可以考虑包括在电池B中的单元电芯UC1～UCM的总数M而作为预设的值(例如，(M-1)/M、(M-2)/M)被记录在存储器120中。图5的曲线520示出了通过将第一例程应用于曲线510而计算的阈值容量值随时间的变化。
当第二时间的估计容量值小于针对第二时间的阈值容量值时，计算电路130可以确定第一容量异常或第二容量异常中的至少一个出现在并联结构200中。
每当第二时间的估计容量值小于针对第二时间的阈值容量值时，计算电路130可以将诊断计数加1。每当第二时间的估计容量值等于或大于针对第二时间的阈值容量值时，计算电路130可以将诊断计数复位至起始值(例如，0)或者将诊断计数减1。响应于第二时间的估计容量值在诊断计数达到阈值计数之前上升至或超过针对第二时间的阈值容量值，计算电路130可以确定并联结构200的异常类型为第一容量异常。计算电路130可以响应于诊断计数达到阈值计数(例如，5)而确定出现了并联结构200的第二容量异常。
在图5中，时间ta+、tb+、tc+、td+、te+和tf+分别是将时间ta、tb、tc、td、te和tf在正方向上以第二时间间隔偏移的时间。在时间tx与时间ty之间的时间段，曲线510在曲线520下方。因此，从时间tx到时间ty，诊断计数以每个第一时间间隔加1。计算电路130可以响应于诊断计数在时间ty之前达到阈值计数而激活与电池B的第二容量异常相关的预定的保护功能。
图6是示例性地示出了根据本公开的实施方式的电池诊断方法的流程图。图6的方法可以以第一时间间隔迭代地执行。
参照图1至图6，在步骤S610，数据获取单元收集电池B的充电/放电数据。当电池管理系统100被用作电池诊断装置时，感测电路110和存储器120对应于数据获取单元。在远程电池监测器300被用作电池诊断装置时，通信电路310和存储器320对应于数据获取单元。
在步骤S620，数据处理单元确定指示电池B的满充容量的估计容量值。当电池管理系统100被用作电池诊断装置时，计算电路130对应于数据处理单元。当远程电池监测器300被用作电池诊断装置时，计算电路330对应于数据处理单元。步骤S620可以包括步骤S622和S624。在步骤S622中，数据处理单元通过向容量估计模型输入充电/放电数据来确定电池B的累积电流值和SOC变化值。在步骤S624，数据处理单元从电池B的累积电流值与SOC变化值之比来确定指示电池B的满充容量的估计容量值。估计容量值的时间序列被记录在数据获取单元中。
在步骤S630，数据处理单元通过监测估计容量值随时间的变化来检测并联结构200中的异常。步骤S630可以包括步骤S632、S634、S636、S638和S639。在步骤S632，数据处理单元确定小于第一时间的估计容量值的针对第二时间的阈值容量值。例如，第二时间可以是当前循环的估计容量值的计算时机，并且第一时间可以是10个循环前的估计容量值的计算时机。在步骤S634，数据处理单元将第二时间的估计容量值与针对第二时间的阈值容量值进行比较。第二时间的估计容量值小于针对第二时间的阈值容量值表示第一容量异常、第二容量异常中的至少一个出现在并联结构200中。在步骤S634的值为"是"时，执行步骤S636。否则，可以执行步骤S638。在步骤S636，数据处理单元将诊断计数加1。在步骤S638，数据处理单元将诊断计数复位。在步骤S639，数据处理单元确定诊断计数是否达到阈值计数。步骤S639的值为"是"表示诊断出在并联结构200的至少一个单元电芯UC中发生完全断路故障或第二容量异常。
在步骤S640，数据处理单元可以激活预定的保护功能。该保护功能可以包括，例如，输出警告消息和关断继电器20。数据处理单元可以根据在隔着等于或小于第二时间间隔的时间间隔的、发现有估计容量值的最大减少的两个过去时间(例如，te、tf)估计的两个容量值来确定多个单元电芯UC1～UCM当中的故障单元电芯(完全断路故障)的数量。可以确定多个单元电芯UC1～UCM当中的故障单元电芯(完全断路故障)的数量。故障单元电芯的数量可以被确定为等于不大于ΔAhmax/(Ahp/M)的最大整数。Ahp是两个时间(例如，te、tf)当中的较早的时间te的估计容量值。ΔAhmax是在并联结构200中的异常检测时机之前的两个时间(例如，te、tf)之间的时间段的满充容量的最大减少，并且是从较早的时间te的估计容量值减去较晚的时间tf的估计容量值的结果。例如，Ahp＝122Ah，ΔAhmax＝27Ah，M＝10，2≤27Ah/(122Ah/10)<3，因此故障单元电芯的数量被确定为2。警告消息可以包括多个电池B1～BN当中的故障电池(例如，B1)的标识信息。警告消息可以包括指示包括在故障电池(例如，B1)的并联结构200中的故障单元电芯(例如，UC1、UC2)的数量的数据。
以上描述的本公开的实施方式并不是仅仅通过设备和方法来实施，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记录该程序的记录介质来实施，并且此种实施可以由本领域普通技术人员从上述的实施方式的公开内容容易地实现。
尽管已经在上文中就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普通技术人员来说显而易见的是，可以在本公开的技术方面以及所附权利要求书的等同范围以内对其作出各种修改和变更。
此外，由于可以由本领域普通技术人员对上文中描述的公开内容作出诸多置换、修改和变更而不脱离本公开的技术方面，因此本公开不被上述实施方式和附图限制，并且全部或一些实施方式可以被选择性地组合来允许各种变形。
[附图标记说明]
1：电动车 2：车辆控制器
10：电池组 20：继电器
30：电气负载 40：充电器
100：电池管理系统(“电池诊断装置”的示例)
110：感测电路 120：存储器
130：计算电路 140：通信电路
300：远程电池监测器(“电池诊断装置”的另一示例)
310：通信电路320：存储器
330：计算电路

Claims (14)

1.一种用于电池的电池诊断装置，所述电池包括单元电芯的并联结构，所述电池诊断装置包括：
数据获取单元，所述数据获取单元被配置为收集充电/放电数据，所述充电/放电数据包括电压时间序列和电流时间序列，所述电压时间序列指示所述电池两端的电压随时间的变化，所述电流时间序列指示流经所述电池的充电/放电电流随时间的变化；以及
数据处理单元，所述数据处理单元被配置为基于所述充电/放电数据来确定指示所述电池的满充容量的估计容量值，
其中，所述数据处理单元被配置为通过监测所述估计容量值随时间的变化来诊断所述并联结构中的异常。
2.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为通过向容量估计模型输入所述充电/放电数据来确定所述电池的累积电流值和充电状态SOC变化值，并且根据所述累积电流值与所述SOC变化值之比来确定所述估计容量值。
3.根据权利要求1所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为基于第一时间和第二时间的两个估计容量值来诊断所述并联结构中的异常，所述第一时间和所述第二时间隔着等于或大于所述第一时间间隔的第二时间间隔以所述第一时间间隔偏移。
4.根据权利要求3所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为：
确定小于所述第一时间的估计容量值的针对所述第二时间的阈值容量值，并且
通过将所述第二时间的估计容量值与所述阈值容量值进行比较来诊断所述并联结构中的异常。
5.根据权利要求4所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为通过从所述第一时间的估计容量值减去参考容量值来确定所述阈值容量值。
6.根据权利要求4所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为通过将所述第一时间的估计容量值乘以小于1的参考因子来确定所述阈值容量值。
7.根据权利要求4所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为：
当所述第二时间的估计容量值小于所述阈值容量值时，增加诊断计数，并且
响应于所述诊断计数达到阈值计数，诊断所述并联结构有故障。
8.根据权利要求4所述的电池诊断装置，其中，所述数据处理单元被配置为当诊断出所述并联结构故障时，根据在隔着等于或小于所述第二时间间隔的时间间隔的、发现有所述满充容量的最大减少的两个过去时间的两个估计容量值来确定多个单元电芯当中的故障单元电芯的数量。
9.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1至8中的任一项所述的电池诊断装置。
10.一种电动车，该电动车包括根据权利要求9所述的电池组。
11.一种用于包括单元电芯的并联结构的电池的电池诊断方法，所述电池诊断方法包括以下步骤：
收集充电/放电数据，所述充电/放电数据包括电压时间序列和电流时间序列，所述电压时间序列指示所述电池两端的电压随时间的变化，所述电流时间序列指示流经所述电池的充电/放电电流随时间的变化；
基于所述充电/放电数据来确定指示所述电池的满充容量的估计容量值；以及
通过监测所述估计容量值随时间的变化来诊断所述并联结构中的异常。
12.根据权利要求11所述的电池诊断方法，其中，确定指示所述电池的满充容量的估计容量值的步骤包括以下步骤：
通过向容量估计模型输入所述充电/放电数据来确定所述电池的累积电流值和充电状态SOC变化值；以及
根据所述累积电流值与所述SOC变化值之比来确定所述估计容量值。
13.根据权利要求11所述的电池诊断方法，其中，基于在第一时间和第二时间的两个估计容量值来诊断所述并联结构中的异常，所述第一时间和第二时间隔着等于或大于所述第一时间间隔的第二时间间隔以所述第一时间间隔偏移。
14.根据权利要求13所述的电池诊断方法，其中，诊断所述并联结构中的异常的步骤包括以下步骤：
确定小于所述第一时间的估计容量值的针对所述第二时间的阈值容量值；以及
通过将所述第二时间的估计容量值与所述阈值容量值进行比较来诊断所述并联结构中的异常。
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