用于確定電池組健康狀態的系統和方法技術方案

本發明專利技術涉及用于確定電池組健康狀態的系統和方法。一種系統和方法使用計算化學電池組的健康狀態（SOH）的開路電壓（OCV）方法。該OCV系統和方法包括將電池組充電至最大充電電位，在充電完成后等待預定時間段之后確定電池組的開路電壓（OCV），以及基于所確定的電池組的OCV來確定電池組的SOH。另一系統和方法使用計算化學電池組的健康狀態（SOH）的充電時間（TTC）方法。該TTC系統和方法包括監視電池組的充電時間并將其存儲在存儲器中并對所存儲的充電時間進行縮放以形成SOH指示。?

【技術實現步驟摘要】
用于確定電池組健康狀態的系統和方法
本專利技術涉及用于確定電池組（battery）健康狀態的系統和方法。
技術介紹
本公開涉及電池組的健康狀態（SOH）的確定。具體地，本專利技術涉及用于確定可充電電池組且特別是鋰電池組的SOH的系統和方法。然而，本專利技術不限于鋰電池組，而是可應用于隨著時間推移而退化的任何可充電電池組，因此迫使需要確定電池組的SOH。隨著時間推移，可充電電池組老化并退化，引起電池組保持電荷并將其額定電流輸送到負荷的能力的下降。最后，在電池組已退化至其不再有效地保持電荷的程度之后，將需要將其替換。電池組的SOH指示電池組電池（cell）通過其累積應力壽命的可返回（可使用）或凈容量。電池的SOH也是電池組有多嚴密地滿足其設計規范的指示。在許多不同的領域中都使用可充電電池組，其中，電池組在充電之后具有最小容量、從而使得電池組可以執行其預定功能是至關重要的。容量是電池組能夠保持的最大電荷。嶄新的電池組的容量應近似為由制造商所指示的容量。確定電池組的最小容量在諸如醫療設備、軍事武器以及飛行器緊急電源應用的應用中特別重要，在那里，由于充電不足而引起的電池組故障可能導致損失慘重的后果。在可充電電池組電池中期望電池組的充電狀態（SOC）的監視。SOC是電池在其相對充電水平方面的可用性的量化（以百分比（%）為單位）。用于鋰電池的傳統SOC指示一般地與穩定化的開路停止期間的電池的端電壓有關。開路電壓（OCV）很像燃料計一樣運行以傳達電池何時被充滿電、完全耗盡或處于那兩個端點之間的某些其它可用狀態。然而，如上文所討論的，電池將隨著時間的推移而老化和退化，從而使得退化機理促使電池的阻抗增加。在充電期間，老化的電池將達到指定的充電終止電壓（EOCV）并正確地報告100%SOC，作為電池已接收到其最大可用電荷的正確指示。然而，隨著電池老化，即使電池在充電完成時指示100%SOC，在已經歷某個穩定時間之后，用于老化電池的后續OCV響應將下降并指示由于電池阻抗的上升而引起的小于100%的SOC。因此，已經發現需要來自SOC“充電狀態”燃料計的單獨測量，其將直接地捕捉電池通過其累積應力壽命的可返回或凈容量。存在已被提出用于確定電池組的SOH的許多方法。例如，第一方法通過測量電池組的內電阻來計算SOH。當電池組正在經歷高內電阻時，這是電池組的SOH低（即差）的指示。然而，此測量不能單獨地提供電池組的SOH的真實估計。具體地，此估計忽視了影響電池組的SOH的各種因素（即內電阻的隨時間推移的下降以及保護電路和溫度的影響）。雖然此估計對于實驗室使用或罕見的固定使用是良好的，但其一般地不能被直接應用到應用。另外，要測量的電池的類型在嘗試使用上述方法來確定電池組的SOH時引起許多問題。不同的可充電電池組以不同的方式表現，具有不同的電池組化學作用，并且在以不同的類型從不同的制造商獲得。可充電電池組的某些常見示例包括鋰、鋰離子、鋰鎳、鎳金屬氫化物、鎳鎘以及鉛-酸。確定電池組的SOH的另一方法是完全/部分放電測試。在這種方法中，通過使電池組經受恒定負荷來將電池組完全地或部分地放電。在放電時間期間，監視電池組電壓，從而使得將電池組下降至某個電壓所花費的時間與健康電池組的時間相比較。該比較考慮電池組的SOH計算。然而，存在與這種方法相關聯的許多缺陷。這種方法是昂貴、消耗的，并且要求電池組在測試期間離線。確定電池組的SOH的又另一方法涉及獨立電池組監視系統的使用。在電池組的老化期間，這些系統測量電池組的一個或多個電化學參數的（一個或多個）值。然后基于（一個或多個）參數隨時間推移而變化的方式來確定電池組的SOH。然而，由于該（一個或多個）參數測量的歷史必須在能夠確定這些（一個或多個）參數的退化之前積累，所以獨立電池監視系統不能在沒有首先獲取隨時間推移的這些測量結果的情況下確定電池組的SOH。期望的是提供一種用于測量電池組的SOH的系統，其改善上文所討論的缺點。如上文所討論的，需要在不需要執行SOH的連續計算的情況下確定在電池組已在各種應用中被充電之后執行電池組的預定功能所需的絕對最小容量。
技術實現思路
提供一種在不需要復雜數學公式的情況下確定電池組的SOH的方法將是有利的。具體地，提供一種可以在獨立于預定應用的使用中的同時容易地量化并報告用于電池組電池（例如鋰電池組電池）的永久容量損失的簡單方法將是有利的。依照本專利技術的一個方面，一種方法計算包括單獨或并行分組的電池的化學電池組的健康狀態（SOH）。該方法包括將電池組充電至電池組的最大充電電位。在充電完成后等待預定時間段之后，確定電池組的開路電壓（OCV）。基于所確定的電池組的OCV，確定電池組的SOH。在某些實施例中，預定時間段是約30分鐘。在某些實施例中，該方法包括在充電和確定步驟期間將電池組保持在至少約20℃的溫度。在某些實施例中，將該溫度保持在約25℃。在某些實施例中，通過使用所確定的OCV來查閱查找表而確定電池組的SOH。在某些實施例中，通過在所述預定時間段之后使用二階多項式等式來計算電池組的充電狀態（SOC）而確定電池組的SOH。用于一個特定應用的此類等式的一個示例是以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。所確定的SOC表示電池組的SOH。在某些實施例中，該方法包括使用以下公式來計算電池組能量水平（BEL）：BEL=SOH×SOC×電池堆棧電壓×111.6(kJ)。在某些實施例中，該方法包括確定期間電池組正在充電的充電時間、將充電時間乘以用于電池組的第一電池完成充電的所測量電池電流響應以確定庫侖計數，以及通過將庫侖計數與電池組充電期間的充電狀態（SOC）計算相加來調整BEL。針對一個特定應用，SOC計算可以基于以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。在某些實施例中，該方法包括以規則的間隔遞增地對負荷電流進行采樣，對采樣求和以提供所使用的放電容量，并通過從電池組放電期間的SOC計算中減去所使用的放電容量來調整BEL。在某些實施例中，該方法包括在每個正常終止的充滿電事件完成之后將BEL計算重置。本專利技術的另一方面涉及估計電池組的健康狀態（SOH）的化學電池組管理系統。電池組管理系統的控制器被配置成（i）在電池組已被充滿電之后等待預定時間段，（ii）在所述預定時間段之后，確定電池組的開路電壓（OCV），以及（iii）根據所確定的OCV來確定電池組的SOH。在一個特定應用之后，所述控制器被配置成通過使用以下公式在所述預定時間段之后計算電池組的充電狀態（SOC）來確定電池組的SOH：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102，其中，所確定的SOC表示電池組的SOH。在某些實施例中，所述控制器被配置成控制電池組溫度控制系統以將在充電和確定期間將電池組保持在最低約20℃的溫度。在某些實施例中，所述控制器被配置成使用以下公式來計算電池組能量水平（BEL）：BEL=SOH×SOC×電池堆棧電壓×111.6(kJ)。在某些實施例中，所述控制器被配置成（v）確定期間電池組正在充電的充電時間；（vi）將該充電時間乘以用于電池組的第一電池完成充電的所測量電池電流響應以確定庫侖計數；以及（vii）通過將該庫侖計數與電池組本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種計算包括單獨或并行分組的電池的化學電池組的健康狀態（SOH）的方法，該方法包括：將該電池組充電至該電池組的最大充電電位；在充電完成后等待預定時間段之后，確定該電池組的開路電壓（OCV）；以及基于電池組的所確定的OCV，確定電池組的SOH。

【技術特征摘要】
2011.09.12 US 61/533519;2012.08.17 US 13/5885801.一種計算包括單獨或并行分組的電池的化學電池組的健康狀態SOH以及電池組能量水平BEL的方法，該方法包括：將該電池組充電至該電池組的最大充電電位；在充電完成后等待預定時間段之后，確定該電池組的開路電壓OCV；基于電池組的所確定的OCV，確定電池組的SOH；以及使用以下公式來計算電池組能量水平BEL：BEL=SOH×SOC×電池堆棧電壓×111.6(kJ)，其中，通過使用以下公式在預定時間段之后計算電池組的充電狀態SOC來確定電池組的SOH：SOC=A×OCV2+B×OCV-C，其中，SOC表示電池組的SOH，A和B表示響應的斜率，并且C表示在0%SOC處預期的OCV。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述預定時間段為30分鐘。3.根據權利要求1所述的方法，還包括：控制電池組溫度控制系統以在充電和確定步驟期間將電池組保持在至少20℃的溫度處。4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述溫度被保持在25℃處。5.根據權利要求1所述的方法，還包括：確定充電時間，在該充電時間期間電池組正在充電；將該充電時間乘以用于電池組的第一電池要完成充電的所測量的電池電流響應以確定庫侖計數；以及通過將庫侖計數與電池組充電期間的充電狀態SOC計算相加來調整BEL，其中所述SOC計算是基于以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。6.根據權利要求1所述的方法，還包括；以規則間隔遞增地對負荷電流進行采樣；對采樣求和以提供所使用的放電容量；以及通過從電池組放電期間的SOC計算中減去所使用的放電容量來調整BEL。7.根據權利要求5所述的方法，還包括：在每個正常終止充滿電事件完成之后將BEL計算重置。8.根據權利要求6所述的方法，還包括：在每個正常終止充滿電事件完成之后將BEL計算重置。9.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JR邦德，J德莫特，E利斯特魯，
申請(專利權)人：伊格皮切爾科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：