基于充电所需时间来管理电池的系统和方法技术方案

本申请涉及基于充电所需时间来管理电池的系统和方法。提供了一种基于加权最小二乘(WLS)的健康状态(SOH)估算系统和方法。根据本发明专利技术的一个方面的电池管理系统包括：测量器，其在电池利用恒定电流进行充电的预设的电压范围内，在每个预设的电压间隔处测量测量充电所需时间；估算器，其利用依据预设的元模型的充电所需时间的估算值和在完成恒定电流充电之后充电所需时间的测量值来估算参数。

【技术实现步骤摘要】
基于充电所需时间来管理电池的系统和方法与相关申请的交叉引用本申请要求2016年8月1日提交的韩国专利申请第10-2016-0098063号的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
本专利技术涉及一种电池管理技术，并且更具体地，本专利技术涉及基于加权最小二乘(weightedleastsquare，WLS)的健康状态(stateofhealth，SOH)估算系统和方法，其能够容易地估算电池的老化状态。
技术介绍
通常，电动车辆或者混合动力电动车辆(在下文中，称作为“电动车辆”)在电驱动模式下利用电池的电能来驱动。由于电池(其为蓄电池)重复地充电和放电而衰退成具有降低的性能，因而需要估算其衰退的程度。SOH(其为量化表示电池容量由于老化影响的特性变化的参数)为表示电池容量所衰退到的程度的量度。SOH用于根据电池的更换点和电池使用期限来调节电池充电/放电容量。实际上，电池容量的特性变化可以通过内部电池电阻和温度来估算。因而，在相关领域中，依据温度的内部电池电阻和电池容量提前经由充电/放电实验来测量，相对于初始容量来对测量容量进行相对数字化，以获得用于SOH映射的查找表(look-uptable，LUT)，随后估算与温度和内部电池电阻相对应的SOH。这里，在电池充电/放电过程期间，内部电池电阻难以直接测量，因此需要用于准确地测量内部电池电阻的技术。简单地，内部电池电阻可以通过将电池电压和充电/放电电流的测量值应用于欧姆定律而间接地计算出，但是，由于电池的IR压降现象，电池电压的测量值相对于实际电压具有误差，并且电池电流也具有测量误差，结果是，利用欧姆定律计算的SOH具有明显的误差。用于估算SOH以降低SOH误差的另一个相关技术方法增加电池的充电/放电电流，来估算电池的充电状态(stateofcharge，SOC)，并且利用估算的SOC来估算SOH。然而，在该方法中，随着在测量电流的过程期间存在的测量误差的累积，用作SOH估算的基本数据的SOC的准确性随着时间的推移而降低，导致SOH估算的可靠性下降。公开于本专利技术背景部分的信息仅仅旨在增强对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的各个方面致力于提供一种基于加权最小二乘(weightedleastsquare，WLS)的健康状态(stateofhealth，SOH)估算系统和方法，其能够利用WLS技术来估算电池的老化状态。本专利技术的技术主题不限制于前述技术主题，并且从下文所述的本专利技术中，本领域的技术人员可以清楚地理解本文中未提及的任何其它的技术主题。根据本专利技术的示例性实施方案，一种健康状态(SOH)估算系统包括：测量器，其在电池被恒定电流充电的预设的电压范围内，在每个预设的电压间隔处计算充电所需时间的测量值；以及参数估算器，其当电池电压高于所述预设的电压范围时，所述参数估算器通过预设的元模型在每个电压间隔处计算充电所需时间的估算值，所述参数估算器估算测量值与估算值之间的基于加权最小二乘(WLS)的误差最小的电池SOH。根据本专利技术的另一个示例性实施方案，一种基于至少一个处理器的健康状态(SOH)估算方法包括：在电池被恒定电流充电的预设的电压范围内，在每个预设的电压间隔处计算充电所需时间的测量值；当电池电压高于所述预设的电压范围时，通过预设的元模型根据预测SOH，在每个电压间隔处计算充电所需时间的估算值；以及将测量值与的估算值之间的基于加权最小二乘(WLS)的误差最小的预测SOH估算为电池SOH。本专利技术的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方案中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方案中进行详细陈述，这些附图和具体实施方案共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明图1为图示了SOC仪表和SOH仪表的图。图2A和图2B图示了开环电池模型和闭环电池模型。图3A为图示了电压函数随着充电所需时间变化的形状的充电曲线的曲线图。图3B为图示了根据本专利技术的一个示例性实施方案的闭环电池模型的图。图4A为图示了在充电/放电测试过程期间当前容量变化的曲线图。图4B为图示了在充电/放电测试过程期间充电曲线变化的曲线图。图5为图示了电压随着归一化容量变化的形状的充电曲线的图。图6为图示了当前容量根据电池老化的变化的曲线图。图7为图示了根据本专利技术的示例性实施方案的基于当前容量估算的训练数据与测试数据之间的差异的图。图8为图示了影响充电曲线的操作因素的曲线图。图9A、图9B、图9C和图9D为图示了充电曲线由于各种操作因素而产生的变化的曲线图。图10为图示了在充电之前SOC为10％至40％时，充电曲线形状变化的曲线图。图11A、图11B和图11C分别为图示了根据本专利技术的示例性实施方案将相关技术的电池模型转换成元模型的过程以及根据本专利技术的示例性实施方案的充电曲线和元模型的图。图12A、图12B和图12C为图示了通过应用OLS和WLS至各种SOC中的元模型的参数估算所获得的测试结果的曲线图。图13A为根据本专利技术的示例性实施方案的电池管理系统的框图。图13B为图示了根据本专利技术的示例性实施方案的充电曲线的曲线图。图14A为图示了根据本专利技术的示例性实施方案的数据测量方法的流程图。图14B为图示了根据本专利技术的示例性实施方案的参数估算方法的流程图。应当理解的是，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本专利技术的基本原理。本文所公开的本专利技术的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本专利技术的同样的或等同的部分。附图中每个元件的附图标记1310：初始化器1320：数据测量器1330：参数估算器1340：调度器1350：存储器具体实施方式通过参照所附附图所描述的以下示例性实施方案，本专利技术的前述主题、优点和特征及其实施方式方法将清晰。然而，本专利技术可以采用不同的形式实施并且不应解释为限于本文中所阐述的实施方案。确切地说，提供这些实施方案使得本专利技术将全面与完整，并且向本领域的技术人员充分地传达本专利技术的范围，本专利技术由权利要求的类别来限定。本公开所利用的技术术语仅用于解释特定的示例性实施方案，而不限制本专利技术。单数形式的术语可以包括复数形式，除非相反地指出。此外，将进一步理解的是，在本文中使用术语“包括”和/或“包含”时，指明存在所述元件、步骤、操作和/或部件，但是不排除存在或加入一种或多种其他的元件、步骤、操作和/或其部件。在描述本专利技术的具体配置之前将描述本专利技术的理论概念。首先，将参照图1至图3B来描述根据本专利技术的示例性实施方案的SOH估算概念。图1为图示了充电状态(SOC)仪表和健康状态(SOH)仪表的图，图2A和图2B图示了开环电池模型和闭环电池模型，图3A为图示了电压函数随着充电所需时间变化的形状的充电曲线的曲线图，图3B为图示了根据本专利技术的示例性实施方案的闭环电池模型的图。电池管理中最重要的变量为与剩余电池容量相关的SOC和与电池老化状态相关的SOH。首先，SOC可以计算为剩余容量相对于当前容量，如以下等式1所表示的。这里，以hA为单位来表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种健康状态估算系统，其包括：测量器，其在电池利用恒定电流进行充电的预设的电压范围内，在每个预设的电压间隔处确定充电所需时间的测量值；参数估算器，当电池电压高于所述预设的电压范围时，所述参数估算器通过预设的元模型在每个电压间隔处确定充电所需时间的估算值，所述参数估算器估算测量值与估算值之间的基于加权最小二乘的误差最低的电池健康状态。

【技术特征摘要】
2016.08.01 KR 10-2016-00980631.一种健康状态估算系统，其包括：测量器，其在电池利用恒定电流进行充电的预设的电压范围内，在每个预设的电压间隔处确定充电所需时间的测量值；参数估算器，当电池电压高于所述预设的电压范围时，所述参数估算器通过预设的元模型在每个电压间隔处确定充电所需时间的估算值，所述参数估算器估算测量值与估算值之间的基于加权最小二乘的误差最低的电池健康状态。2.根据权利要求1所述的健康状态估算系统，其中，所述预设的电压范围为3600mV至4040mV，并且电压间隔为20mV。3.根据权利要求1所述的健康状态估算系统，其中，所述测量器在形成电池的全部电池单元之中选择具有最小电压、平均电压和最大电压的电池单元，并且在三个选择的电池单元的每个电压间隔处测量充电所需时间。4.根据权利要求3所述的健康状态估算系统，其中，参数估算器估算三个选择的电池单元的每个的电池健康状态，并且将具有最大电压的电池单元的健康状态确定为电池健康状态。5.根据权利要求1所述的健康状态估算系统，进一步包括：初始化器，其在恒定电流充电之前，通过将剩余容量除以充电电流所获得的结果换算成秒单位，来确定充电所需时间的初始时间。6.根据权利要求5所述的健康状态估算系统，其中，当在电池开始被充电之后初始化地估算参数时，参数估算器通过将健康状态为1时的充电曲线改变成对应于初始时间，来确定充电所需时间的估算值。7.根据权利要求5所述的健康状态估算系统，其中，充电电流为由电流传感器测量的值。8.根据权利要求1所述的健康状态估算系统，其中，参数估算器更新预测的健康状态；通过元模型对应于预测的健康状态在每个电压间隔处确定充电所需时间的估算值；通过将每个电压间隔的确定估算值减去每个电压间隔的测量值来确定残差矢量；将残差矢量的加权最小二乘之和最小的预测的健康状态估算为电池健康状态。9.根据权利要求8所述的健康状态估算系统，其中，当电池开始被充电之后首次确定残差矢量时，预测的健康状态被设定为1，并且通过元模型在预设的单位内根据更新预测的健康状态的数目而顺序降低。10.根据权利要求8所述的健康状态估算系统，其中，在预设的最大重复数目内更新预测的健康状态，并且更新预测的健康状态直到残差矢量的加权最小二乘之和收敛，同时参数估算器估算电池健康状态。11.根据权利要求8所述的健康状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：成雨锡，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR