在高速率电池放电期间估计放电持续时间的方法技术

本公开的实施例提供用于在高速率电池放电期间估计电池放电持续时间的系统和方法。一般而言，本公开的实施例涉及对以秒而不是以分钟为尺度的短持续时间高电流放电事件的电池运行时间的预测，并且针对环境温度进行连续地补偿，该环境温度由于在化学容量实际耗尽之前达到热限制而可以更改放电时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在高速率电池放电期间估计放电持续时间的方法相关申请的交叉引用根据35U.SC§119(e)，本申请要求2016年1月13日提交的题为“MethodofEstimationofDischargeTimeDurationDuringHigh-RateBatteryDischarge”的美国临时申请序列号62/278,292的权益和优先权，其全部公开内容通过引用整体而并入本文，该整体用于其所教导的全部和用于全部目的。
本公开的实施例总体上涉及用于估计电池放电时间的方法和系统，并且更具体地，涉及在高速率电池放电期间估计电池放电持续时间。
技术介绍
电池(诸如，锂电池)为许多消费电子装置供电。可用电池之间的重要市场差异度量一般与电池在特定应用场景中可以持续多长时间有关。大多数消费电子产品以低至中等电流消耗运行，导致电池放电持续时间可以以小时计量。在这样的应用中，放电率通常是总电池容量的一部分，例如，在C/2和C/10之间，其中C是电池容量。消费者还要求连续且准确地预测他们可以预期的放电持续时间。因此，由一系列模拟测量和计算机逻辑芯片组成的电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)监控电池状态，做出关于电池操作的决定(诸如何时开始和结束充电、何时向用户发出警告等)，并持续估计电池容量、充电状态和预计充放电持续时间。大多数BMS系统所使用的智能电池系统(SmartBattterySystem,SBS)规范要求以分钟为单位进行并呈现放电持续时间计算。对于低至中等放电率的应用，可以精确地并且足够精细以便有用地进行这样的以分钟为单位的放电持续时间的估计。然而，存在高功率电池组以非常高的速率放电的新兴应用。这些应用通常包含用来在短持续时间内操作电气设备的可充电锂电池。这样的应用的一个示例是用于在电源故障的情况下维持计算机系统的电池备用电源。在这样的应用中，放电率可以以显著的因子(例如，10C)超过电池容量，其中C是电池容量。在这样的放电率下，这些应用将可能会在短至3到5分钟的时间段内将电池放电。这样的快速放电产生极大的热量。在一些情况下，热足以熔化电池并引起灾难性故障，例如火灾和/或爆炸。因此，大多数BMS包含热安全特征，其监控电池温度并当电池加热到某一温度时关闭或中断放电。虽然这些热安全特征极大地改善了电池的安全性和可靠性，但是它们可能引起由BMS计算的放电持续时间估计不准确，因为在电池的可用储存能量完全耗尽之前可能达到热限制。此外，当电池仅在几分钟内放电时，以分钟为单位计算的放电持续时间估计不提供可用信息。因此，需要用于在高速率电池放电期间估计电池放电持续时间的改善的方法和系统。
技术实现思路
本公开的实施例提供用于在高速率电池放电期间估计电池放电持续时间的系统和方法，其考虑化学和热容量两者。一般而言，本公开的实施例涉及对以秒而不是以分钟为尺度的短持续时间高电流放电事件的电池运行时间的预测，并且对包含环境温度上升和归因于单元自热的单元内部温度上升两者的温度变化进行连续地补偿，所述温度变化由于在化学容量实际耗尽之前达到热限制而可以更改放电时间。根据一个实施例，确定电池的放电持续时间可以包括基于正从电池放电的实际电流量，计算电池的基于电流的放电终止时间。计算出的电池的基于电流的放电终止时间可以包括若干秒。还可以基于电池正被放电时电池的实际温度，计算电池的基于温度的放电终止时间。计算出的电池基于温度的放电终止时间也可以包括若干秒。计算出的电池的基于温度的放电终止时间还基于电池正被放电时电池的实际温度以及电池正被放电时电池的实际温度的变化率的实时测量。可以将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较，并且可以基于将该计算出的电池的基于电流的放电终止时间与该计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较而确定电池的放电持续时间。更具体地，基于将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较而确定电池的放电持续时间可以包括：响应于电池的基于电流的放电终止时间大于计算出的电池的基于温度的放电终止时间，将放电持续时间的值设定为电池的基于温度的放电终止时间的秒数。响应于电池的基于电流的放电终止时间不大于计算出的电池的基于温度的放电终止时间，将放电持续时间的值设定为电池的基于电流的放电终止时间的秒数。可以提供所确定的放电持续时间，例如，作为剩余电荷的燃料计量或其他指示。根据一个实施例，确定电池的SOH可以至少部分地基于电池正被放电时电池的实际温度，并且可以包括储存电池温度上升值的一组初始变化。可以确定电池正被放电时电池的温度上升的实际变化。可以确定所储存的温度上升值的该组初始变化中的至少一个初始变化与温度上升的实际变化之间的比率。还可以确定电池正被放电时电池的最高温度和预期温度。可以基于所储存的温度上升值的该组初始变化中的至少一个初始变化与温度上升的实际变化之间的比率以及电池正被放电时电池的最高温度和预期温度，确定放电期间允许的最短预测时间。响应于实际放电时间小于最短预测时间，可以将电池标识为服务寿命结束(EOSL)。附图说明图1是图示根据一个实施例的包含实现电池监控和放电持续时间计算的电池管理系统(BMS)的系统的框图。图2是图示根据一个实施例的作为放电率的函数的电池单元温度上升的比较的图。图3是图示根据一个实施例的温度上升相对电流曲线的图。图4是图示根据一个实施例的基于电流和基于时间的放电持续时间计算的比较的曲线图。图5是图示根据一个实施例的用于电池监控和放电持续时间计算的示例性处理的流程图。图6是图示根据一个实施例的用于预测电池的SOH的示例性处理的流程图。在附图中，类似的组件和/或特征可以具有相同的参考标记。此外，可以通过在参考标记之后用区分类似组件的字母来区分相同类型的各种组件。如果在说明书中仅使用第一参考标记，则该描述适用于具有相同第一参考标记的任何一个类似组件，而与第二参考标签无关。具体实施方式在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本文公开的各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下实践本公开的各种实施例。随后的描述仅提供示例性实施例，并且不旨在限制本公开的范围或适用性。此外，为了避免不必要地模糊本公开，前面的描述省略了若干已知的结构和装置。该省略不应被解释为对权利要求范围的限制。而是，示例性实施例的随后的描述将为本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的能实现的描述。然而，应当理解，本公开可以以超出本文阐述的具体细节的各种方式实践。应当理解，在本文中说明的方面、实施例和/或配置描述高功率电池系统。该系统的各种组件可以包含电源、电力转换装备、电机驱动器、高功率机械致动器、高功率电池系统及其组合。在一些实施例中，当高功率电池或电池系统具有切入和切出与电源或包含该电源的系统的电连接的能力时，高功率电池可以在电源或电力转换系统发生故障的情况下输送电力。这些高功率电池，其中本说明书的实施例可以用于电力备用、车辆、运输、电动工具、医疗设备和测量设备。从以下描述中可以理解，并且出于计算效率的原因，在不影响系统的操作的情况下，系统的组件可以布置在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定电池的放电持续时间的方法，所述方法包括：由电池管理系统(BMS)基于对放电开始时储存在电池中的电荷的确定以及正从电池放电的实际电流量，计算电池的基于电流的放电终止时间；由所述BMS基于电池正被放电时电池的实际温度测量，计算电池的基于温度的放电终止时间；由所述BMS将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较；由所述BMS基于将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较，确定电池的放电持续时间；以及由所述BMS提供所确定的放电持续时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.13 US 62/278,2921.一种用于确定电池的放电持续时间的方法，所述方法包括：由电池管理系统(BMS)基于对放电开始时储存在电池中的电荷的确定以及正从电池放电的实际电流量，计算电池的基于电流的放电终止时间；由所述BMS基于电池正被放电时电池的实际温度测量，计算电池的基于温度的放电终止时间；由所述BMS将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较；由所述BMS基于将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较，确定电池的放电持续时间；以及由所述BMS提供所确定的放电持续时间。2.如权利要求1所述的方法，其中所述计算出的电池的基于电流的放电终止时间包括若干秒。3.如权利要求1所述的方法，其中所述计算出的电池的基于温度的放电终止时间包括若干秒。4.如权利要求3所述的方法，其中所述计算出的电池的基于温度的放电终止时间还基于电池正被放电时电池的实际温度以及电池正被放电时电池的实际温度的变化率的实时测量。5.如权利要求4所述的方法，其中基于将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较，确定电池的放电持续时间包括：响应于电池的基于电流的放电终止时间大于计算出的电池的基于温度的放电终止时间，将放电持续时间的值设定为电池的基于温度的放电终止时间的秒数；以及响应于电池的基于电流的放电终止时间不大于计算出的电池的基于温度的放电终止时间，将放电持续时间的值设定为电池的基于电流的放电终止时间的秒数。6.如权利要求1所述的方法，还包括由所述BMS至少部分地基于电池正被放电时电池的实际温度来确定电池的健康状态(SOH)。7.如权利要求6所述的方法，其中由所述BMS确定电池的SOH还包括储存电池的温度上升值的一组初始变化。8.如权利要求7所述的方法，其中由所述BMS确定电池的SOH还包括：确定电池正被放电时电池的温度上升的实际变化；确定所储存的温度上升值的该组初始变化中的所储存的至少一个初始变化与温度上升的实际变化之间的比率；确定电池正被放电时电池的最高温度和预期温度；基于所储存的温度上升值的该组初始变化中的至少一个初始变化与温度上升的实际变化之间的比率以及电池正被放电时电池的最高温度和预期温度，确定放电期间允许的最短预测时间；以及响应于实际放电时间小于最短预测时间，将电池标识为服务寿命结束(EOSL)。9.一种系统，包括：处理器；以及存储器，与处理器耦接并可由处理器读取，并在其中储存一组指令，当由处理器执行时，该组指令使得处理器通过以下操作确定电池的放电持续时间：基于正从电池放电的实际电流量，计算电池的基于电流的放电终止时间；基于电池正被放电时电池的实际温度，计算电池的基于温度的放电终止时间；将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较；基于将计算出的电池的基于电流的放电终止时间与计算出的电池的基于温度的放电终止时间进行比较，确定电池的放电持续时间；以及提供所确定的放电持续时间。10.如权利要求9所述的系统，其中所述计算出的电池的基于电流的放电终止时间和所述计算出的电池的基于温度的放电终止时间各自包括若干秒。11.如权利要求10所述的系统，其中所述计算出的电池的基于温度的放电终止时间还基于电池正被放电时电池的实际温度以及电池正被放电时电池的实际温度的变化率的实时测量。12.如权利要求11所述的系统，其中基于将计算出的电池的基于电...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP诺瓦克，RL梅尔斯，A蒂克洪斯基，
申请(专利权)人：弗莱克斯电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US