評(píng)估電池荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)的是一種用于評(píng)估電池荷電狀態(tài)(SOC)的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的用于評(píng)估電池荷電狀態(tài)的設(shè)備包括：輸入/輸出電力模式分析單元，其用于通過(guò)在預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得該電池的輸入/輸出電力模式；應(yīng)用狀態(tài)確定單元，其用于通過(guò)分析該電池的輸入/輸出電力模式以確定該電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)；以及SOC計(jì)算單元，其通過(guò)使用對(duì)應(yīng)于該電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的荷電狀態(tài)評(píng)估算法以計(jì)算該電池的SOC。
【專(zhuān)利說(shuō)明】評(píng)估電池荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)主張2012年10月26日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提出申請(qǐng)的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.10-2012-0119709的優(yōu)先權(quán)，其完整內(nèi)容以參考的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于評(píng)估電池的荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法，更特別地涉及用于評(píng)估電池的荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法，其分析預(yù)定時(shí)間的電池的輸入/輸出電力模式，以確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)，并使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的荷電狀態(tài)(SOC)，使得主動(dòng)地應(yīng)用適于評(píng)估電池的SOC的狀況的評(píng)估算法而使電池的SOC評(píng)估誤差最小化以獲得更準(zhǔn)確的電池的SOC評(píng)估值。
【背景技術(shù)】
[0004]具有產(chǎn)品群的高適用性及諸如高能量密度的電特性的二次電池廣泛用于不僅便攜式裝備，亦用于由電驅(qū)動(dòng)源或能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(ESS)或不間斷電源(UPS)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)(EV)或混合動(dòng)力車(chē)(HV)，其使用用于家用或工業(yè)用途的中或大型電池。
[0005]這樣的二次電池具有主要優(yōu)點(diǎn)，其大幅降低礦物燃料的使用，但不制造依據(jù)能量使用的副產(chǎn)品，使得二次電池已吸引注意作為環(huán)保并改進(jìn)能量效率的新能源。
[0006]當(dāng)二次電池實(shí)施為用于便攜式終端的電池時(shí)，不一定增加二次電池在高容量環(huán)境中的使用。然而，通常使用應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)或能量?jī)?chǔ)存源的電池，使得多個(gè)二次電池單元組合在一起以增加對(duì)于高容量環(huán)境的使用。
[0007]當(dāng)這樣的電池具體地多個(gè)二次電池交替充電及放電時(shí)，需要管理電池使得有效率地控制電池的充電及放電，以維持適當(dāng)操作狀態(tài)及性能。
[0008]為達(dá)此目的，提供電池管理系統(tǒng)(BMS)，其管理電池的狀態(tài)及性能。BMS測(cè)量電池的電流、電壓或溫度，以依據(jù)測(cè)量的電流、電壓及溫度評(píng)估電池的荷電狀態(tài)(SOC)，并控制SOC使得燃料消耗效率最佳。為正確地控制S0C，需要正確地測(cè)量充電及放電的電池的S0C。
[0009]在相關(guān)領(lǐng)域的BMS中，電池的SOC的測(cè)量方法包括一種方法，其累積流入電池的充電/放電電流以評(píng)估電池的S0C。然而，依據(jù)此方法，當(dāng)以電流傳感器測(cè)量電流所產(chǎn)生的誤差持續(xù)地累積，使得SOC的準(zhǔn)確性隨時(shí)間而降低。
[0010]另一方面，存在一種方法，其在對(duì)電池充電/放電的同時(shí)測(cè)量電池的電壓,從測(cè)量的電壓評(píng)估非負(fù)載狀態(tài)的電池的開(kāi)路電壓(OCV)，并參照每一開(kāi)路電壓的SOC表而映射對(duì)應(yīng)于評(píng)估的開(kāi)路電壓的S0C。然而，在對(duì)電池充電或放電的同時(shí)測(cè)量的電壓與實(shí)際電壓大不相同。例如，當(dāng)電池連接至負(fù)載以開(kāi)始對(duì)電池放電時(shí)，電池的電壓突然下降，且當(dāng)電池開(kāi)始從外部電源充電時(shí)，電池的電壓突然增加。因此，因電池充電/放電時(shí)測(cè)量的電壓及實(shí)際電壓間的誤差，SOC的精確度可能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明已致力提供用于評(píng)估電池荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法，其分析預(yù)定時(shí)間的電池輸入/輸出電力模式以確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)，并使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C，使得當(dāng)評(píng)估電池的SOC時(shí)，主動(dòng)地應(yīng)用適于狀況的評(píng)估算法以最小化電池的SOC評(píng)估誤差，而獲得更精確的電池的SOC評(píng)估值。
[0012]本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供電池SOC評(píng)估設(shè)備，包括:輸入/輸出電力模式分析單元，其在預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得電池的輸入/輸出電力模式；應(yīng)用狀態(tài)確定單元，其分析電池的輸入/輸出電力模式以確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)；以及SOC計(jì)算單元，其使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的荷電狀態(tài)(SOC)評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0013]輸入/輸出電力模式可包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。在此狀況下，輸入/輸出電力模式單元可包括短期輸入/輸出電力模式分析單元，其在第一設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得電池的短期輸入/輸出電力模式；以及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式分析單元，其在比第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得電池的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。
[0014]SOC評(píng)估算法可包括擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF) SOC評(píng)估算法或智能SOC移動(dòng)評(píng)估(SSME)算法。
[0015]電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)可包括恒定電流(CC)狀態(tài)、光伏打(PV)狀態(tài)、頻率調(diào)整(FR)狀態(tài)、及調(diào)峰(PS)狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)。
[0016]當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)時(shí)，SOC計(jì)算單元可使用EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的SOC。
[0017]當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)時(shí)，SOC計(jì)算單元可使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的SOC。
[0018]當(dāng)電池的輸入/輸出電力模式的放電深度(DOD)為預(yù)定參考值或更高時(shí)，SOC計(jì)算單元可使用EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0019]當(dāng)電池的輸入/輸出電力模式的DOD低于預(yù)定參考值時(shí)，SOC計(jì)算單元可使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0020]電池SOC評(píng)估設(shè)備可進(jìn)一步包括電流傳感器檢查單元，其檢查是否設(shè)置了測(cè)量輸入至/輸出自電池的電流值的電流傳感器或電流傳感器是否正常操作。
[0021]若電流傳感器檢查單元確定沒(méi)有設(shè)置電流傳感器或電流傳感器異常操作，則SOC計(jì)算單元使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0022]本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例提供電池SOC評(píng)估方法，包括:通過(guò)在預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力而獲得電池的輸入/輸出電力模式；通過(guò)分析電池的輸入/輸出電力模式而確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài):以及使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的SOC。
[0023]輸入/輸出電力模式可包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。在此狀況下，電池的輸入/輸出電力模式的獲得可包括通過(guò)在第一設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力而獲得電池的短期輸入/輸出電力模式；以及通過(guò)在比第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力而獲得電池的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。
[0024]SOC評(píng)估算法可包括EKF SOC評(píng)估算法或SSME算法。[0025]電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)可包括恒定電流(CC)狀態(tài)、光伏打(PV)狀態(tài)、頻率調(diào)整(FR)狀態(tài)、及調(diào)峰(PS)狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)。
[0026]當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)時(shí)，電池的SOC的計(jì)算可包括使用EKFSOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0027]當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)時(shí)，電池的SOC的計(jì)算可包括使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0028]當(dāng)電池的輸入/輸出電力模式的放電深度(DOD)為預(yù)定參考值或更高時(shí)，電池的SOC的計(jì)算可包括使用EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0029]當(dāng)電池的輸入/輸出電力模式的DOD低于預(yù)定參考值時(shí)，電池的SOC的計(jì)算可包括使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0030]電池SOC評(píng)估方法可進(jìn)一步包括檢查是否設(shè)置了測(cè)量輸入至/輸出自電池的電流值的電流傳感器或電流傳感器是否正常操作。
[0031]若在是否設(shè)置電流傳感器的檢查中確定沒(méi)有設(shè)置電流傳感器或電流傳感器異常操作，則電池的SOC的計(jì)算可包括使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池的S0C。
[0032]依據(jù)本發(fā)明的方面，可提供用于評(píng)估電池的荷電狀態(tài)的設(shè)備及方法，其分析預(yù)定時(shí)間的電池的輸入/輸出電力模式以確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)，并使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的S0C，使得主動(dòng)地應(yīng)用適于評(píng)估電池的SOC的狀況的評(píng)估算法而使電池的SOC評(píng)估誤差最小化以獲得更準(zhǔn)確的電池的SOC評(píng)估值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1示意描繪應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備的電動(dòng)車(chē)。
[0034]圖2示意描繪依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備。
[0035]圖3至5描繪SSME算法，其用于依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備。
[0036]圖6為流程圖，描繪依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估方法。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。文中，可能造成本發(fā)明不必要含糊的已知功能及配置的重復(fù)說(shuō)明及詳細(xì)說(shuō)明將被省略。提供本發(fā)明的示例性實(shí)施例使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可更完全了解本發(fā)明。因此，附圖中元件的形狀、尺寸等可夸大以求清楚理解。
[0038]在說(shuō)明書(shū)中，除非清楚說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“包含”及例如“包括”的變形將理解為簡(jiǎn)單地包含所述元件，但不排除任何其他元件。
[0039]說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)明的術(shù)語(yǔ)“單元”表示處理至少一功能及操作的單元，并可由硬件組件或軟件組件或其組合實(shí)施。
[0040]以下將說(shuō)明的電動(dòng)車(chē)系指包括一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)以獲得動(dòng)力的車(chē)輛。用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的能量包括電源，諸如可再充電電池和/或燃料電池。電動(dòng)車(chē)可為混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)，其使用內(nèi)燃機(jī)引擎作為另一電源。
[0041]圖1示意描繪應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備的電動(dòng)車(chē)。
[0042]圖1描繪示例，其中依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)。然而，若二次電池應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)的外的對(duì)象，則依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備可應(yīng)用于任何【技術(shù)領(lǐng)域】，諸如家用或工業(yè)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(ESS)或不間斷電源(UPS)系統(tǒng)。
[0043]電動(dòng)車(chē)I可包括電池10、電池管理系統(tǒng)(BMS) 20、電子控制單元(E⑶)30、逆變器
40、及電機(jī)50。
[0044]電池10為電能量源，其供應(yīng)驅(qū)動(dòng)力至電機(jī)50以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)10。電池10可依據(jù)電機(jī)50和/或內(nèi)燃機(jī)引擎(未描繪)的驅(qū)動(dòng)而由逆變器40充電或放電。
[0045]此處，并未特定限制電池10的類(lèi)型，例如，電池10可由鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、或鎳鋅電池配置。
[0046]電池10系由電池組形成，其中多個(gè)電池單元串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。設(shè)置一個(gè)或多個(gè)電池組以形成電池10。
[0047]BMS20評(píng)估電池10的狀態(tài)，并使用評(píng)估的狀態(tài)信息來(lái)管理電池10。例如，BMS20評(píng)估及管理電池10的狀態(tài)信息，諸如荷電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)、最大輸入/輸出電力能力、或電池的輸出電壓。BMS20使用狀態(tài)信息控制電池10的充電或放電，且進(jìn)一步亦可評(píng)估替換電池10的時(shí)間。
[0048]依據(jù)本發(fā)明的BMS20可包括電池SOC評(píng)估設(shè)備(圖2的100)，其將于以下說(shuō)明。使用電池SOC評(píng)估設(shè)備可改進(jìn)評(píng)估電池10的SOC的精確度及可靠性。
[0049]E⑶30為電子控制裝置，其控制電動(dòng)車(chē)I的狀態(tài)。例如，E⑶30依據(jù)諸如油門(mén)、煞車(chē)、或速度的信息而確定轉(zhuǎn)矩的程度，并控制電機(jī)50的輸出以便符合轉(zhuǎn)矩信息。
[0050]E⑶30發(fā)送控制信號(hào)至逆變器40，使得電池10依據(jù)諸如從BMS20傳輸?shù)碾姵?0的SOC或SOH的狀態(tài)信息而充電或放電。
[0051]逆變器40依據(jù)E⑶30的控制信號(hào)而對(duì)電池10充電及放電。
[0052]電機(jī)50依據(jù)從ECU30傳輸?shù)目刂菩畔?例如，轉(zhuǎn)矩信息)而使用電池10的電能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)10。
[0053]使用電池10的電能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)I，使得正確評(píng)估電池10的狀態(tài)(例如，S0C)是
重要的。
[0054]因此，以下將參照?qǐng)D2至6說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備
及方法。
[0055]圖2示意描繪依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備。
[0056]參照?qǐng)D2，依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備100連接至電池10以評(píng)估電池10的S0C。依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備100可包括于連接至電池10的電池管理系統(tǒng)(BMS)、電力監(jiān)控系統(tǒng)(例如，遠(yuǎn)程監(jiān)督控制及數(shù)據(jù)獲取(SCADA)系統(tǒng))、用戶(hù)終端、及充電器/放電器的至少一者中，或可實(shí)施為BMS、電力監(jiān)控系統(tǒng)、用戶(hù)終端、及充電器/放電器。
[0057]依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備100可包括輸入/輸出電力模式分析單元110、應(yīng)用狀態(tài)確定單元120、S0C計(jì)算單元130、及電流傳感器檢查單元140。圖2中所描繪的電池SOC評(píng)估設(shè)備100為示例性實(shí)施例，但其組成元件不局限于圖2中所描繪的示例性實(shí)施例，且若有需要，則可增加、修改、或刪除若干組成元件。
[0058]輸入/輸出電力模式分析單元110分析預(yù)定時(shí)間的電池10的輸入/輸出電力，以獲得電池10的輸入/輸出電力模式。輸入/輸出電力模式可為具有高放電深度(DOD)的模式，其中以預(yù)定或更高水平充電及以預(yù)定或更低水平放電的過(guò)程持續(xù)發(fā)生，或?yàn)榫哂械头烹娚疃鹊哪Ｊ?，其中發(fā)生于特定SOC以上及以下重復(fù)交替的過(guò)程。
[0059]上述輸入/輸出電力模式可包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。輸入/輸出電力模式分析單兀110可包括短期輸入/輸出電力模式分析單兀111及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式分析單兀112。
[0060]短期輸入/輸出電力模式分析單兀111分析第一設(shè)定時(shí)間的電池10的輸入/輸出電力，以獲得電池10的短期輸入/輸出電力模式，長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式分析單兀112分析比第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間的電池10的輸入/輸出電力，以獲得電池10的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。在此狀況下，第一設(shè)定時(shí)間及第二設(shè)定時(shí)間可預(yù)先于依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備100中設(shè)定為固定值，或由用戶(hù)輸入。例如，第一設(shè)定時(shí)間可為一分鐘及第二設(shè)定時(shí)間可為60分鐘。
[0061]應(yīng)用狀態(tài)確定單元120分析電池10的輸入/輸出電力模式以確定電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)。電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)表示電池10目前應(yīng)用的狀況，并可為恒定電流(CC)狀態(tài)、光伏打(PV)狀態(tài)、頻率調(diào)整(FR)狀態(tài)、及調(diào)峰(PS)狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)。CC狀態(tài)系指恒定電流于電池10中流動(dòng)且電池10以恒定電流充電或放電的狀態(tài)。PV狀態(tài)系指電力于電池10中光伏打地產(chǎn)生的狀態(tài)。FR狀態(tài)系指電池10用以調(diào)整頻率以便維持當(dāng)負(fù)載改變時(shí)的頻率的狀態(tài)。PS狀態(tài)系指電池10用以供應(yīng)緊急電力以便于系統(tǒng)的高峰時(shí)間期間調(diào)整高峰負(fù)載的狀態(tài)。
[0062]通常，在CC狀態(tài)或PV狀態(tài)，一貫發(fā)生以預(yù)定或更高水平充電及以預(yù)定或更低水平放電的過(guò)程，使得電池10的輸入/輸出電力模式具有高D0D。因此，若為以上模式，則應(yīng)用狀態(tài)確定單元120可確定電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)。
[0063]在FR狀態(tài)或PS狀態(tài)，發(fā)生特定SOC以上及以下重復(fù)交替的過(guò)程，使得電池10的輸入/輸出電力模式具有低放電深度。因此，若為此模式，應(yīng)用狀態(tài)確定單元120可確定電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)。
[0064]SOC計(jì)算單元130使用對(duì)應(yīng)于電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池10的SOC。SOC評(píng)估算法可包括擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF) SOC評(píng)估算法或智能SOC移動(dòng)評(píng)估(SSME)算法。
[0065]EKF SOC評(píng)估算法為一種方法，其使電池作為電模型并比較電池模型的理論輸出值與實(shí)際輸出值以經(jīng)由主動(dòng)修正評(píng)估SOC。EKF SOC評(píng)估算法的輸入值為電壓、電流、及溫度，輸出值為S0C。通過(guò)相關(guān)領(lǐng)域中多個(gè)已知材料，EKF SOC評(píng)估算法已廣為知名，使得如何于EKFSOC評(píng)估算法中實(shí)施SOC評(píng)估的特定說(shuō)明將被省略。
[0066]EKF SOC評(píng)估算法具有優(yōu)點(diǎn)，其中SOC的最大誤差低，例如在室溫為3%，且SOC評(píng)估可穩(wěn)定實(shí)施，明顯與電力模式無(wú)關(guān)，但具有缺點(diǎn)，其中算法對(duì)于電池模型的參數(shù)敏感，不可避免地需要電流傳感器，并對(duì)于電池的健康狀態(tài)(SOH)的變化敏感。
[0067]SSME算法為一種方法，其依據(jù)終端測(cè)量電壓的先前值及當(dāng)前值間的變化而評(píng)估開(kāi)路電壓(OCV)的變化，并未使用電流值，并依據(jù)評(píng)估的OCV評(píng)估SOC。EKF SOC評(píng)估算法的輸入值為電壓及溫度，輸出值為S0C。以下，將參照?qǐng)D3至5說(shuō)明SSME算法。
[0068]圖3至5描繪用于依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估設(shè)備的SSME算法。
[0069]圖3及4描繪依據(jù)二電壓模式評(píng)估OCV的改變的方法。[0070]參照?qǐng)D3，測(cè)量的電壓值201的曲線(xiàn)隨著時(shí)間而匯聚。在此狀況下，實(shí)際OCV非?？赡転閰R聚的電壓值，使得SSME算法使評(píng)估的OCV值202快速接近測(cè)量的電壓值201。
[0071]參照?qǐng)D4，測(cè)量的電壓值301的曲線(xiàn)偏離同時(shí)斜率隨著時(shí)間而增加。此狀況可為非?？赡芤蚋咚矔r(shí)電流而電壓反彈，若可能，使得測(cè)量的OCV值301可逐漸跟隨評(píng)估的OCV值302。
[0072]圖5描繪針對(duì)圖3及4中所描繪的兩類(lèi)電壓模式于OCV評(píng)估期間可能發(fā)生的問(wèn)題的SSME算法的解決方法。
[0073]在測(cè)量的電壓值401的曲線(xiàn)偏離且斜率隨時(shí)間增加的電壓模式的狀況下，若電壓并非如參照?qǐng)D4所說(shuō)明的暫時(shí)偏離，而是一貫偏離，當(dāng)需要時(shí)評(píng)估的OCV值便無(wú)法跟隨測(cè)量的電壓值401，如曲線(xiàn)402，使得誤差可能增加。因此，在SSME算法中，使用依據(jù)移動(dòng)平均的修正因子。即，當(dāng)移動(dòng)平均值及評(píng)估的OCV值間的差異大于預(yù)定水平時(shí)，便使用修正因子創(chuàng)建曲線(xiàn)403，使得評(píng)估的OCV值跟隨測(cè)量的電壓值401，無(wú)論電壓模式如何。
[0074]SSME算法具有優(yōu)點(diǎn)，其中不需電流傳感器且不累積誤差，但具有缺點(diǎn)，其中在線(xiàn)性電力模式中精確度低，且室溫下SOC的最大誤差為5%，其較EKF SOC評(píng)估算法略高。
[0075]以上所說(shuō)明的SOC評(píng)估算法具有明顯優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)，使得難以斷定何者較佳。SOC評(píng)估算法的SOC精確度非常取決于電池10的輸入/輸出電力模式。因此，SOC計(jì)算單元130使用對(duì)應(yīng)于電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的適當(dāng)SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C，以增加SOC的精確度。
[0076]在一示例性實(shí)施例中，當(dāng)電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)時(shí)，SOC計(jì)算單元130可使用EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C。當(dāng)電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)時(shí)，恒定電流于電池10中流動(dòng)使得可顯示線(xiàn)性電力模式。因此，若使用EKFSOC評(píng)估算法而非SSME算法，則可計(jì)算更精確的S0C。電池10的大部分應(yīng)用狀態(tài)可顯示線(xiàn)性電力模式，F(xiàn)R狀態(tài)或PS狀態(tài)除外，使得EKF SOC評(píng)估算法可應(yīng)用于電池10的大部分當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)中。
[0077]當(dāng)電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)時(shí)，SOC計(jì)算單元130可使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C。當(dāng)電池10的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)時(shí)，重復(fù)地于電池10中流動(dòng)的電流可交替為高及低，使得可顯示非線(xiàn)性電力模式。因此，若使用SSME算法而非EKF SOC評(píng)估算法，則可計(jì)算更精確的S0C。
[0078]在另一示例性實(shí)施例中，當(dāng)電池10的輸入/輸出電力模式的放電深度(DOD)為預(yù)定參考值或更高時(shí)，SOC計(jì)算單元130可使用EKFSOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C。當(dāng)電池10的DOD為高時(shí)，一貫發(fā)生以預(yù)定或更高水平充電及以預(yù)定或更低水平放電的過(guò)程，其可顯示線(xiàn)性電力模式。因此，當(dāng)使用EKF SOC評(píng)估算法而非SSME算法時(shí)，可計(jì)算更精確的SOC0預(yù)定參考值可預(yù)先地于SOC計(jì)算單元130中設(shè)定為固定值，或由用戶(hù)輸入。
[0079]當(dāng)電池10的輸入/輸出電力模式的DOD低于預(yù)定參考值時(shí)，SOC計(jì)算單元130可使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C。當(dāng)電池10的DOD為低時(shí)，電力模式重復(fù)地于特定SOC以上及以下交替，其可顯示非線(xiàn)性電力模式。因此，當(dāng)使用SSME算法而非EKF SOC評(píng)估算法時(shí)，可計(jì)算更精確的S0C。
[0080]電流傳感器檢查單元104檢查是否設(shè)置了測(cè)量輸入至/輸出自電池10的電流值的電流傳感器11或電流傳感器11是否正常操作。[0081]作為電流傳感器檢查單元104中的檢查結(jié)果，若確定未設(shè)置電流傳感器11或電流傳感器11異常操作，則SOC計(jì)算單元103直接使用SSME算法來(lái)計(jì)算電池10的S0C。這是因?yàn)镾SME算法不需電流值使得不需電流傳感器11。
[0082]圖6為流程圖，描繪依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估方法。
[0083]參照?qǐng)D6，當(dāng)依據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電池SOC評(píng)估方法開(kāi)始時(shí)，首先于SlO中檢查是否設(shè)置電流傳感器，及于S20中檢查電流傳感器是否正常操作。若確定未設(shè)置電流傳感器或電流傳感器異常操作，立即于S80中使用SSME算法，并于步驟S90中計(jì)算S0C。
[0084]若確定設(shè)置電流傳感器并正常操作，便于預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得電池的輸入/輸出電力模式。輸入/輸出電力模式包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。獲得電池的輸入/輸出電力模式的過(guò)程可包括分析第一設(shè)定時(shí)間的電池的輸入/輸出電力以獲得電池的短期輸入/輸出電力模式的步驟(S30)，及分析比第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間的電池的輸入/輸出電力以獲得電池的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式的步驟(S40)。
[0085]其次，于S50中分析電池的輸入/輸出電力模式以確定電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)。
[0086]其次，于步驟560、570、580、及S90中使用對(duì)應(yīng)于電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算電池的SOC。
[0087]例如，當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)(S60)為CC狀態(tài)或PV狀態(tài)時(shí)，使用EKF SOC評(píng)估算法(S70)，以于步驟S90中計(jì)算電池的S0C，并且當(dāng)電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)(S60)為FR狀態(tài)或PS狀態(tài)時(shí)，使用SSME算法(S80)，并于步驟S90中計(jì)算電池的S0C。
[0088]以上所說(shuō)明的電池SOC評(píng)估方法已參照?qǐng)D中所描繪的流程圖加以說(shuō)明。為簡(jiǎn)單說(shuō)明本發(fā)明，已參照一系列方塊圖說(shuō)明方法，但本發(fā)明不局限于方塊的順序，且若干方塊的過(guò)程可以與說(shuō)明書(shū)中所描繪及說(shuō)明的方塊順序不同的順序?qū)嵤蚺c其它方塊同時(shí)實(shí)施?？蓪?shí)施可達(dá)成相同或類(lèi)似結(jié)果的方塊的各式不同分歧、流程路徑、及順序。已描繪的所有方塊不必然實(shí)施說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)明的方法。
[0089]雖然已描繪及說(shuō)明本發(fā)明的特定實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯然本發(fā)明的技術(shù)精神不局限于附圖及以上說(shuō)明，且可實(shí)施各式修改而不偏離本發(fā)明的范圍。理解的是本發(fā)明的精神內(nèi)的本發(fā)明的權(quán)利要求將涵蓋這樣的修改。
【權(quán)利要求】
1.一種電池荷電狀態(tài)評(píng)估設(shè)備，包括: 輸入/輸出電力模式分析單元，其在預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得所述電池的輸入/輸出電力模式； 應(yīng)用狀態(tài)確定單元，其分析所述電池的輸入/輸出電力模式以確定所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)；以及 荷電狀態(tài)(SOC)計(jì)算單元，其使用對(duì)應(yīng)于所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的SOC評(píng)估算法計(jì)算所述電池的SOC。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述輸入/輸出電力模式包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式，且 所述輸入/輸出電力模式單兀包括: 短期輸入/輸出電力模式分析單元，其在第一設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力以獲得所述電池的短期輸入/輸出電力模式；以及 長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式分析單元，其在比所述第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間期間分析所述電池的輸入/輸出電力以獲得所述電池的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述SOC評(píng)估算法包括擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)SOC評(píng)估算法或智能SOC移動(dòng)評(píng)估(SSME)算法。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)包括恒定電流(CC)狀態(tài)、光伏打(PV)狀態(tài)、頻率調(diào)整(FR)狀態(tài)、及調(diào)峰(PS)狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為所述CC狀態(tài)或所述PV狀態(tài)時(shí)，所述SOC計(jì)算單元使用所述EKFSOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算所述電池的S0C。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為所述FR狀態(tài)或所述PS狀態(tài)時(shí)，所述SOC計(jì)算單元使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的S0C。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述電池的輸入/輸出電力模式的放電深度(DOD)為預(yù)定參考值或更高時(shí)，所述SOC計(jì)算單元使用所述EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算所述電池的SOC。
8.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述電池的輸入/輸出電力模式的DOD低于預(yù)定參考值時(shí)，所述SOC計(jì)算單元使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的S0C。
9.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括: 電流傳感器檢查單元，其檢查是否設(shè)置了測(cè)量輸入至/輸出自所述電池的電流值的電流傳感器或所述電流傳感器是否正常操作。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，若所述電流傳感器檢查單元確定沒(méi)有設(shè)置電流傳感器或所述電流傳感器異常操作，則所述SOC計(jì)算單元使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的 SOC。
11.一種電池荷電狀態(tài)評(píng)估方法，包括: 通過(guò)在預(yù)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力而獲得所述電池的輸入/輸出電力模式； 通過(guò)分析所述電池的輸入/輸出電力模式而確定所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)；以及 使用對(duì)應(yīng)于所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)的荷電狀態(tài)(SOC)評(píng)估算法來(lái)計(jì)算所述電池的SOC。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述輸入/輸出電力模式包括短期輸入/輸出電力模式及長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式，且 電池的輸入/輸出電力模式的獲得包括: 通過(guò)在第一設(shè)定時(shí)間期間分析電池的輸入/輸出電力而獲得所述電池的短期輸入/輸出電力模式；以及 通過(guò)在比所述第一設(shè)定時(shí)間長(zhǎng)的第二設(shè)定時(shí)間期間分析所述電池的輸入/輸出電力而獲得所述電池的長(zhǎng)期輸入/輸出電力模式。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述SOC評(píng)估算法包括擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)SOC評(píng)估算法或智能SOC移動(dòng)評(píng)估(SSME)算法。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)包括恒定電流(CC)狀態(tài)、光伏打(PV)狀態(tài)、頻率調(diào)整(FR)狀態(tài)、及調(diào)峰(PS)狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為所述CC狀態(tài)或所述PV狀態(tài)時(shí)，所述電池的SOC的計(jì)算包括使用所述EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算所述電池的SOC。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，當(dāng)所述電池的當(dāng)前應(yīng)用狀態(tài)為所述FR狀態(tài)或所述PS狀態(tài)時(shí)，所述電池的SOC的計(jì)算包括使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的S0C。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，當(dāng)所述電池的輸入/輸出電力模式的放電深度(DOD)為預(yù)定參考值或更高時(shí)，所述電池的SOC的計(jì)算包括使用所述EKF SOC評(píng)估算法來(lái)計(jì)算所述電池的SOC。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，當(dāng)所述電池的輸入/輸出電力模式的DOD低于預(yù)定參考值時(shí)，所述電池的SOC的計(jì)算包括使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的S0C。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括: 檢查是否設(shè)置了測(cè)量輸入至/輸出自所述電池的電流值的電流傳感器或所述電流傳感器是否正常操作。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，若在是否設(shè)置了電流傳感器的檢查中確定沒(méi)有設(shè)置電流傳感器或所述電流傳感器異常操作，則所述電池的SOC的計(jì)算包括使用所述SSME算法來(lái)計(jì)算所述電池的SOC。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104011554SQ201380004368
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】曹永昌 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)