用于确定电池组健康状态的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于确定电池组健康状态的系统和方法。一种系统和方法使用计算化学电池组的健康状态（SOH）的开路电压（OCV）方法。该OCV系统和方法包括将电池组充电至最大充电电位，在充电完成后等待预定时间段之后确定电池组的开路电压（OCV），以及基于所确定的电池组的OCV来确定电池组的SOH。另一系统和方法使用计算化学电池组的健康状态（SOH）的充电时间（TTC）方法。该TTC系统和方法包括监视电池组的充电时间并将其存储在存储器中并对所存储的充电时间进行缩放以形成SOH指示。?

【技术实现步骤摘要】
用于确定电池组健康状态的系统和方法
本专利技术涉及用于确定电池组（battery）健康状态的系统和方法。
技术介绍
本公开涉及电池组的健康状态（SOH）的确定。具体地，本专利技术涉及用于确定可充电电池组且特别是锂电池组的SOH的系统和方法。然而，本专利技术不限于锂电池组，而是可应用于随着时间推移而退化的任何可充电电池组，因此迫使需要确定电池组的SOH。随着时间推移，可充电电池组老化并退化，引起电池组保持电荷并将其额定电流输送到负荷的能力的下降。最后，在电池组已退化至其不再有效地保持电荷的程度之后，将需要将其替换。电池组的SOH指示电池组电池（cell）通过其累积应力寿命的可返回（可使用）或净容量。电池的SOH也是电池组有多严密地满足其设计规范的指示。在许多不同的领域中都使用可充电电池组，其中，电池组在充电之后具有最小容量、从而使得电池组可以执行其预定功能是至关重要的。容量是电池组能够保持的最大电荷。崭新的电池组的容量应近似为由制造商所指示的容量。确定电池组的最小容量在诸如医疗设备、军事武器以及飞行器紧急电源应用的应用中特别重要，在那里，由于充电不足而引起的电池组故障可能导致损失惨重的后果。在可充电电池组电池中期望电池组的充电状态（SOC）的监视。SOC是电池在其相对充电水平方面的可用性的量化（以百分比（%）为单位）。用于锂电池的传统SOC指示一般地与稳定化的开路停止期间的电池的端电压有关。开路电压（OCV）很像燃料计一样运行以传达电池何时被充满电、完全耗尽或处于那两个端点之间的某些其它可用状态。然而，如上文所讨论的，电池将随着时间的推移而老化和退化，从而使得退化机理促使电池的阻抗增加。在充电期间，老化的电池将达到指定的充电终止电压（EOCV）并正确地报告100%SOC，作为电池已接收到其最大可用电荷的正确指示。然而，随着电池老化，即使电池在充电完成时指示100%SOC，在已经历某个稳定时间之后，用于老化电池的后续OCV响应将下降并指示由于电池阻抗的上升而引起的小于100%的SOC。因此，已经发现需要来自SOC“充电状态”燃料计的单独测量，其将直接地捕捉电池通过其累积应力寿命的可返回或净容量。存在已被提出用于确定电池组的SOH的许多方法。例如，第一方法通过测量电池组的内电阻来计算SOH。当电池组正在经历高内电阻时，这是电池组的SOH低（即差）的指示。然而，此测量不能单独地提供电池组的SOH的真实估计。具体地，此估计忽视了影响电池组的SOH的各种因素（即内电阻的随时间推移的下降以及保护电路和温度的影响）。虽然此估计对于实验室使用或罕见的固定使用是良好的，但其一般地不能被直接应用到应用。另外，要测量的电池的类型在尝试使用上述方法来确定电池组的SOH时引起许多问题。不同的可充电电池组以不同的方式表现，具有不同的电池组化学作用，并且在以不同的类型从不同的制造商获得。可充电电池组的某些常见示例包括锂、锂离子、锂镍、镍金属氢化物、镍镉以及铅-酸。确定电池组的SOH的另一方法是完全/部分放电测试。在这种方法中，通过使电池组经受恒定负荷来将电池组完全地或部分地放电。在放电时间期间，监视电池组电压，从而使得将电池组下降至某个电压所花费的时间与健康电池组的时间相比较。该比较考虑电池组的SOH计算。然而，存在与这种方法相关联的许多缺陷。这种方法是昂贵、消耗的，并且要求电池组在测试期间离线。确定电池组的SOH的又另一方法涉及独立电池组监视系统的使用。在电池组的老化期间，这些系统测量电池组的一个或多个电化学参数的（一个或多个）值。然后基于（一个或多个）参数随时间推移而变化的方式来确定电池组的SOH。然而，由于该（一个或多个）参数测量的历史必须在能够确定这些（一个或多个）参数的退化之前积累，所以独立电池监视系统不能在没有首先获取随时间推移的这些测量结果的情况下确定电池组的SOH。期望的是提供一种用于测量电池组的SOH的系统，其改善上文所讨论的缺点。如上文所讨论的，需要在不需要执行SOH的连续计算的情况下确定在电池组已在各种应用中被充电之后执行电池组的预定功能所需的绝对最小容量。
技术实现思路
提供一种在不需要复杂数学公式的情况下确定电池组的SOH的方法将是有利的。具体地，提供一种可以在独立于预定应用的使用中的同时容易地量化并报告用于电池组电池（例如锂电池组电池）的永久容量损失的简单方法将是有利的。依照本专利技术的一个方面，一种方法计算包括单独或并行分组的电池的化学电池组的健康状态（SOH）。该方法包括将电池组充电至电池组的最大充电电位。在充电完成后等待预定时间段之后，确定电池组的开路电压（OCV）。基于所确定的电池组的OCV，确定电池组的SOH。在某些实施例中，预定时间段是约30分钟。在某些实施例中，该方法包括在充电和确定步骤期间将电池组保持在至少约20℃的温度。在某些实施例中，将该温度保持在约25℃。在某些实施例中，通过使用所确定的OCV来查阅查找表而确定电池组的SOH。在某些实施例中，通过在所述预定时间段之后使用二阶多项式等式来计算电池组的充电状态（SOC）而确定电池组的SOH。用于一个特定应用的此类等式的一个示例是以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。所确定的SOC表示电池组的SOH。在某些实施例中，该方法包括使用以下公式来计算电池组能量水平（BEL）：BEL=SOH×SOC×电池堆栈电压×111.6(kJ)。在某些实施例中，该方法包括确定期间电池组正在充电的充电时间、将充电时间乘以用于电池组的第一电池完成充电的所测量电池电流响应以确定库仑计数，以及通过将库仑计数与电池组充电期间的充电状态（SOC）计算相加来调整BEL。针对一个特定应用，SOC计算可以基于以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。在某些实施例中，该方法包括以规则的间隔递增地对负荷电流进行采样，对采样求和以提供所使用的放电容量，并通过从电池组放电期间的SOC计算中减去所使用的放电容量来调整BEL。在某些实施例中，该方法包括在每个正常终止的充满电事件完成之后将BEL计算重置。本专利技术的另一方面涉及估计电池组的健康状态（SOH）的化学电池组管理系统。电池组管理系统的控制器被配置成（i）在电池组已被充满电之后等待预定时间段，（ii）在所述预定时间段之后，确定电池组的开路电压（OCV），以及（iii）根据所确定的OCV来确定电池组的SOH。在一个特定应用之后，所述控制器被配置成通过使用以下公式在所述预定时间段之后计算电池组的充电状态（SOC）来确定电池组的SOH：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102，其中，所确定的SOC表示电池组的SOH。在某些实施例中，所述控制器被配置成控制电池组温度控制系统以将在充电和确定期间将电池组保持在最低约20℃的温度。在某些实施例中，所述控制器被配置成使用以下公式来计算电池组能量水平（BEL）：BEL=SOH×SOC×电池堆栈电压×111.6(kJ)。在某些实施例中，所述控制器被配置成（v）确定期间电池组正在充电的充电时间；（vi）将该充电时间乘以用于电池组的第一电池完成充电的所测量电池电流响应以确定库仑计数；以及（vii）通过将该库仑计数与电池组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算包括单独或并行分组的电池的化学电池组的健康状态（SOH）的方法，该方法包括：将该电池组充电至该电池组的最大充电电位；在充电完成后等待预定时间段之后，确定该电池组的开路电压（OCV）；以及基于电池组的所确定的OCV，确定电池组的SOH。

【技术特征摘要】
2011.09.12 US 61/533519;2012.08.17 US 13/5885801.一种计算包括单独或并行分组的电池的化学电池组的健康状态SOH以及电池组能量水平BEL的方法，该方法包括：将该电池组充电至该电池组的最大充电电位；在充电完成后等待预定时间段之后，确定该电池组的开路电压OCV；基于电池组的所确定的OCV，确定电池组的SOH；以及使用以下公式来计算电池组能量水平BEL：BEL=SOH×SOC×电池堆栈电压×111.6(kJ)，其中，通过使用以下公式在预定时间段之后计算电池组的充电状态SOC来确定电池组的SOH：SOC=A×OCV2+B×OCV-C，其中，SOC表示电池组的SOH，A和B表示响应的斜率，并且C表示在0%SOC处预期的OCV。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定时间段为30分钟。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：控制电池组温度控制系统以在充电和确定步骤期间将电池组保持在至少20℃的温度处。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述温度被保持在25℃处。5.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定充电时间，在该充电时间期间电池组正在充电；将该充电时间乘以用于电池组的第一电池要完成充电的所测量的电池电流响应以确定库仑计数；以及通过将库仑计数与电池组充电期间的充电状态SOC计算相加来调整BEL，其中所述SOC计算是基于以下公式：SOC=-0.026×OCV2+1.584×OCV-23.102。6.根据权利要求1所述的方法，还包括；以规则间隔递增地对负荷电流进行采样；对采样求和以提供所使用的放电容量；以及通过从电池组放电期间的SOC计算中减去所使用的放电容量来调整BEL。7.根据权利要求5所述的方法，还包括：在每个正常终止充满电事件完成之后将BEL计算重置。8.根据权利要求6所述的方法，还包括：在每个正常终止充满电事件完成之后将BEL计算重置。9.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR邦德，J德莫特，E利斯特鲁，
申请(专利权)人：伊格皮切尔科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：