用于估算存儲(chǔ)電能的電化學(xué)電池的健康狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于估算存儲(chǔ)電能的電化學(xué)電池的健康狀態(tài)的方法。本發(fā)明可以 尤其但非排他性地適用于電動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛和混合動(dòng)力機(jī)動(dòng)車輛。
【背景技術(shù)】
[0002] 在圍繞氣候變化和全球變暖的共識(shí)的當(dāng)前背景下，減少二氧化碳（C02)的排放量 是汽車制造商所面臨的主要挑戰(zhàn)，就此而言的標(biāo)準(zhǔn)正變得愈加苛刻。
[0003] 除了持續(xù)改進(jìn)常規(guī)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的效率（這伴隨著C02排放量的減少），電動(dòng)汽車 (或EV)和混合熱力電動(dòng)汽車（或HEV)現(xiàn)今被視為是減少C02排放量的最有前途的解決方 案。
[0004] 近年來已經(jīng)測試了用于存儲(chǔ)電能的多種不同技術(shù)以滿足EV的需求?，F(xiàn)今的結(jié)果 是，使用鋰離子（Li離子）電池的電池允許了在功率密度（尤其有利于加速方面的性能） 與能量密度（有利于自主性）之間獲得最好的折衷。
[0005]不幸的是，功率密度和能量密度貫穿電池的整個(gè)壽命而降低，尤其在溫度變化影 響下是如此。因此，在使用了足夠長的時(shí)間之后，EV在自主性和/或功率方面可能會(huì)呈現(xiàn) 性能退化的特點(diǎn)。這種退化應(yīng)該是受控的，以便維持足夠的安全等級(jí)和服務(wù)水平。
[0006]為了量化這種退化，已經(jīng)定義了被稱為"健康狀態(tài)"（或S0H)的一種指標(biāo)，該指標(biāo) 是電池的當(dāng)前容量相對(duì)于其在壽命的開始時(shí)的初始容量的比率。從專利US6653817中尤 其已知基于通過對(duì)電池的內(nèi)阻（或?qū)?yīng)"直流電阻"的DCR)的阻抗測量的估算來估算S0H。 由于電池的內(nèi)阻表征了跨電池的端子的電壓U與流經(jīng)該電池的電流強(qiáng)度I中的某一變化相 對(duì)應(yīng)的變化，這個(gè)專利的觀點(diǎn)是對(duì)流經(jīng)該電池的強(qiáng)度I的變化的一種精確控制以及對(duì)跨該 電池的端子的電壓U的變化的一種測量。這種解決方案的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，具體在瞬態(tài)噪 聲信號(hào)的情況下，如果電壓的測量不精確，則可能會(huì)影響電阻的估算并且對(duì)S0H的估算可 能不準(zhǔn)確。這是本發(fā)明所要針對(duì)其提供出解決方案的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的具體是通過使得內(nèi)阻的測量值線性化來解決上述缺點(diǎn)，尤其是避免 這些測量問題。為此目的，本發(fā)明的主題是一種用于估算存儲(chǔ)電能的電化學(xué)電池的健康狀 態(tài)的方法。該方法包括用于將至少一個(gè)強(qiáng)度為L的電流峰值施加給該電池的步驟，該電流 峰值流經(jīng)該電池。該方法還包括用于測量跨該電池的端子的電壓U隨著施加該電流峰值以 后所經(jīng)過的時(shí)間t的變化的步驟。該方法還包括用于計(jì)算至少一個(gè)系數(shù)氣和至少一個(gè)系數(shù) 的步驟，從而對(duì)于#之亡而言使得函數(shù)44 xW+ %,/，是對(duì)電壓U隨著否的變化的 線性近似，其中〇0。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，可以在該電池的壽命的開始時(shí)已經(jīng)第一次計(jì)算了這些系數(shù)％和 。然后該方法可以包括用于計(jì)算的當(dāng)前計(jì)算出的值相對(duì)于其在壽命的開始時(shí)計(jì)算出 的值的比率的步驟，其中，該系數(shù)氣中超過預(yù)定值的增加可以表明該電池沒有能力以其最 高功率范圍來遞送電流。然后該方法還可以包括用于計(jì)算的當(dāng)前計(jì)算出的值相對(duì)于其 在壽命的開始時(shí)計(jì)算出的值的比率的步驟，其中，該系數(shù)中超過預(yù)定值的增加可以表明 該電池沒有能力以其最高功率范圍來遞送電流。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施例中，可以預(yù)先填好老化表格或圖表。然后該方法可以包括用于將 %:的當(dāng)前計(jì)算出的值與包含在老化表格或圖表中的與具有％的值的老化水平相關(guān)聯(lián)的值 進(jìn)行對(duì)比的步驟，其方式為推導(dǎo)出該電池的老化水平。該方法還可以包括用于將的當(dāng)前 計(jì)算出的值與包含在老化表格或圖表中的與具有Uo.A的值的老化水平相關(guān)聯(lián)的值進(jìn)行對(duì)比 的步驟，其方式為推導(dǎo)出該電池的老化水平。
[0010] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以將多個(gè)強(qiáng)度為（In)n>2的電流峰值施加給該電池（Ii、 12、13、14、1 5)。然后該方法可以包括用于計(jì)算系數(shù)β的步驟，從而使得函數(shù)I-βXI是 隨著I的變化的線性近似。
[0011] 在另一個(gè)實(shí)施例中，可以在該電池的壽命開始時(shí)第一次計(jì)算了系數(shù)β。然后該方 法可以包括用于計(jì)算β的當(dāng)前計(jì)算出的值相對(duì)于其在壽命的開始時(shí)計(jì)算出的值的比率的 步驟，其中，該系數(shù)β中超過預(yù)定值的增加可以表明該電池沒有能力以其最高功率范圍來 遞送電流。
[0012] 在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以預(yù)先填好老化表格或圖表。然后該方法可以包括用 于將β的當(dāng)前計(jì)算出的值與包含在老化表格或圖表中的與具有β的值的老化水平相關(guān)聯(lián) 的值進(jìn)行對(duì)比的步驟，其方式為推導(dǎo)出該電池的老化水平。
[0013] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該方法可以包括用于計(jì)算系數(shù)γ的步驟，從而使得函數(shù) I-γXI+0CV是UQiI隨著I的變化的線性近似，其中0CV是該電池的開路電壓。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，可以在該電池的壽命開始時(shí)第一次計(jì)算了系數(shù)γ。然后該方法 可以包括用于計(jì)算γ的當(dāng)前計(jì)算出的值相對(duì)于其在壽命的開始時(shí)計(jì)算出的值的比率的步 驟，其中，該系數(shù)γ中超過預(yù)定值的增加可以表明該電池沒有能力以其最高功率范圍來遞 送電流。
[0015] 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以預(yù)先填好老化表格或圖表。然后該方法可以包括用于 將γ的當(dāng)前計(jì)算出的值與包含在老化表格或圖表中的與具有γ的值的老化水平相關(guān)聯(lián)的 值進(jìn)行對(duì)比的步驟，其方式為推導(dǎo)出該電池的老化水平。
[0016] 本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)之一還在于，它只需要對(duì)用于估算電池的健康狀態(tài)的當(dāng)前裝置 進(jìn)行軟件更新。
【附圖說明】
[0017] 借助于以下就附圖而言所呈現(xiàn)的說明，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，這 些附圖示出了：
[0018]-圖1用圖表示出了在施加電流峰值強(qiáng)度后，跨Li離子電池的端子的電壓U隨時(shí) 間t而變化的一個(gè)實(shí)例；
[0019]-圖2用圖表示出了U隨i的變化；
[0020] -圖3用圖表示出了針對(duì)多個(gè)不同的電流峰值的、U隨士的變化的多種不同實(shí)例；
[0021] -圖4用圖表示出了4^/7隨著強(qiáng)度I的變化；
[0022] -圖5用圖表示出了根據(jù)本發(fā)明的系數(shù)隨著I的變化；
[0023]-圖6、圖7、圖8和圖9是根據(jù)本發(fā)明的老化的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明將計(jì)算針對(duì)Li離子電池的健康狀態(tài)的多種不同系數(shù)特點(diǎn)。
[0025] 如圖1的實(shí)例中所展示的，在強(qiáng)度的在時(shí)間t= 0時(shí)流經(jīng)這個(gè)電池后，跨過具有量 級(jí)為40%電量水平的Li離子電池的端子的電壓U可以在電流峰值強(qiáng)度I1= 74A(安培） 在時(shí)刻t= 0流經(jīng)此電池之后遵循根據(jù)這一圖中所展示圖表的從t= 0到t= 60秒的變 化。通過使用這一簡單的曲線來表示U隨時(shí)間t的變化，就可以根據(jù)本發(fā)明提取出與該電 池在高功率密度下運(yùn)行的能力直接相聯(lián)系的多種不同系數(shù)，這種能力在本申請(qǐng)的以下部分 中由"S0HP"來表示，與其在高能量密度下運(yùn)行的能力相反能力的將由"S0HE"來表示。
[0026] 在圖1的實(shí)例中，跨電池的端子的電壓清楚地以非線性方式從t=Os的3. 86V降 低至t= 60s的3. 71V。3. 86V的初始電壓值對(duì)應(yīng)于該電池的開路跨端子電壓（換言之，此 時(shí)沒有電流流經(jīng)該電池），這個(gè)電壓通常由對(duì)應(yīng)"開路電壓"的首字母縮略詞0CV來表示。
[0027] 圖2展示了同一電壓U在強(qiáng)度為11的電流峰值已經(jīng)流經(jīng)該電池后隨著石而不 是隨著t的在時(shí)間上的變化。觀察到的是，從V7 =i開始，電壓線性地隨著$降低，并且 的確，線性化的一個(gè)方法示出的是，對(duì)于W> 1而言，使得u隨著^的變化可以通過具有斜 率氣=-0.0II的并且具有起點(diǎn)處的縱坐標(biāo)[/iWi = 3.7936的直線方程C/ =氣XVF+ 來近 似，這些給出了相關(guān)系數(shù)R2= 0.9984。
[0028] 對(duì)于給定的電流I，斜率α:給出該電池的S0HP方面、尤其是在其在大于1秒的長 時(shí)間段上以給定電流運(yùn)行的能力方面的信息。
[0029] 對(duì)于給定的電流I，在起點(diǎn)處的縱坐標(biāo)U。」也給出了在該電池的S0HP方面的信息， 具體包括：
[0030]υαι相對(duì)于0CV越高，該電池以100至1000瓦特量級(jí)的高功率運(yùn)行的能力就越?。?br>[0031] 在起點(diǎn)處相對(duì)于0CV的高的縱坐標(biāo)υαι還可以表明該電池對(duì)于短時(shí)（換言之在高 頻率下）是有問題的，例如硬件連接或焊接接合的問題。
[0032] 可任選地，有可能實(shí)施一種根據(jù)本發(fā)明的、用于以若干電流診斷健康狀態(tài)的策略， 如接下來的圖3、圖4和圖5中所展示的，這種策略允許了更精細(xì)的診斷。
[0033] 的確，圖3不僅展示了在電流峰值強(qiáng)度Ι1= 74Α已經(jīng)流過具有40%量級(jí)電量水平 的同一電池之后該電池的端子的電壓U隨著#在時(shí)間上的變化，而且展示了在具有對(duì)應(yīng)的 強(qiáng)度為Ι2= 37Α、I3= 18. 5Α、I4= 7. 4Α和I5= 3. 7Α的4個(gè)其他峰值已經(jīng)流經(jīng)這同一電 池以后的變化。同樣在此，無論所討論的峰值如何，都觀察到的是，從=1開始，電壓隨著 #而線性降低。同一線性化方法示出的是，使得這些電壓隨著$的變化可以針對(duì).石& 1而 言加以近似：
[0034] 在峰值強(qiáng)度12后，通過具有斜率巧2 的并且具有在起點(diǎn)處的縱坐標(biāo) t/% = 3.8268的直線方程V=氣XVF+t/咕來近似，這些給出了相關(guān)系數(shù)R2= 〇. 9981 ;
[0035] 在峰值強(qiáng)度13后，通過具有斜率》/, = -()_?()3的并且具有在起點(diǎn)處的縱坐標(biāo) =Μ424的直線方程￡/.=氣Xj+ 來近似，這些給出了相