电池组、包括电池组的装置和管理电池组的方法

电池组、包括电池组的装置和管理电池组的方法
【专利摘要】公开了一种电池组、一种包括电池组的装置和一种管理电池组的方法，所述电池组包括：电池，结合到负载和充电装置，并包括至少一个电池单元；以及电池管理单元，控制电池从充电装置的充电和电池对负载的放电，其中，电池管理单元包括：测量单元，通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据；容量估计单元，基于单元电压数据和电流数据产生当前容量数据；内阻估计单元，基于单元电压数据和电流数据产生当前内阻数据；以及健康状况(SOH)估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据估计所述至少一个电池单元的SOH。
【专利说明】电池组、包括电池组的装置和管理电池组的方法
[0001]本申请要求于2013年9月9日在韩国知识产权局提交的第10-2013-0108056号韩国专利申请的优先权和权益，该申请的公开内容通过引用被全部包含于此。

【技术领域】
[0002]本发明的一个或更多个实施例涉及一种电池组、一种包括该电池组的装置和一种管理该电池组的方法，更具体地说，涉及一种包括电池单元的电池组、一种包括该电池组的装置和一种通过估计电池单元的健康状况(SOH)来管理电池组的方法。

【背景技术】
[0003]与未被设计为再充电的一次电池不同，二次电池可以重复地充电和放电，并广泛地不仅用在包括智能电话、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)等的高科技小型电子装置中，而且还用在电动车辆和能量储存系统中。电池容量根据使用环境、使用时间段、充放电次数等而降低。电池的健康状况(SOH)是用于指示电池容量相对于在电池的规范中规定的电池的初始电池容量降低多少的指标，并且是用于评估电池的关键参数之一。
[0004]为了估计电池的S0H，可以使用当前计算方法。当前计算方法包括:通过对电池进行充分地充电和放电来估计电池容量；以及通过将电池容量与初始电池容量进行比较来估计电池的S0H。如果可以适当地补偿温度变化或充电速度变化，则当前计算方法可以准确地估计电池的S0H。然而，因为电池不得不充分地充电然后充分地放电，所以当前计算方法不是高效的(例如，是耗时的)。可选地，可以通过测量电池的阻抗来估计电池的S0H。为了测量电池的阻抗，不得不测量电池的交流电压响应(alternating voltage response)。然而，阻抗测量方法需要额外的电路，并且由于传感器差错、耐久性、成本等而不是高效的(例如，可能不是所期望的)。


【发明内容】

[0005]根据本发明的实施例的一个或更多个方面包括一种具有电池单元的电池组和一种包括该电池组的装置，其中，可以实时地估计电池单元的健康状况(SOH)。
[0006]根据本发明的实施例的一个或更多个方面包括一种通过容易地实时地估计电池单元的SOH来管理电池组的方法。
[0007]附加方面将部分地在下面的描述中进行说明，并部分地根据该描述将是明显的，或者可以由所提出的实施例的实施而知晓。
[0008]按照根据本发明的实施例的一方面，提供了一种电池组，所述电池组包括:电池，结合到负载和充电装置，并包括至少一个电池单元；以及电池管理单元，被构造成控制电池从充电装置的充电和电池对负载的放电，其中，电池管理单元包括:测量单元，被构造成通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据；容量估计单元，被构造成通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，被构造成通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及健康状况(SOH)估计单元，被构造成基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的S0H。
[0009]电池组还可以包括:第一存储单元，用于存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态(SOC)之间的相互关系有关的第一数据。
[0010]容量估计单元可以被构造为:存储第一开路电压，第一开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第一时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；存储第二开路电压，第二开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第二时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；通过从第一时间到第二时间对所述至少一个电池单元的电流进行积分来计算第一时间和第二时间之间的变化容量；基于第一数据来获取与第一开路电压对应的第一 SOC和与第二开路电压对应的第二 SOC ；以及通过将变化容量除以第一 SOC和第二 SOC之间的差来测量所述至少一个电池单元的当前容量，并更新当前容量数据。
[0011]第一时间和第二时间可以被设为使得第一 SOC和第二 SOC之间的差可以等于或大于 36 %。
[0012]内阻估计单元可以被构造为:存储充放电电压，充放电电压是当所述至少一个电池单元的电流不为O时的第三时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；存储充放电电流，充放电电流是第三时间时的所述至少一个电池单元的电流；基于第一数据来获取与第三时间时的所述至少一个电池单元的SOC对应的所述至少一个电池单元的开路电压；以及通过将开路电压和充放电电压之间的差除以充放电电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻；以及基于所估计的所述至少一个电池单元的当前内阻来更新当前内阻数据。
[0013]内阻估计单元可以被构造为:存储第三开路电压，第三开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第四时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；以及通过将当所述至少一个电池单元的电流不为O时的与第四时间接近的第五时间时的所述至少一个电池单元的单元电压和第三开路电压之间的差除以第五时间时的所述至少一个电池单元的电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻；以及基于所估计的所述至少一个电池单元的当前内阻来更新当前内阻数据。
[0014]电池组还可以包括:第二存储单元，用于存储与所述至少一个电池单元的初始容量有关的初始容量数据和与所述至少一个电池单元的初始内阻有关的初始内阻数据。
[0015]SOH估计单元可以被构造为基于初始容量数据和初始内阻数据来测量所述至少一个电池单元的第一 S0H。
[0016]SOH估计单元可以包括与当所述至少一个电池单元处于劣化状态时所述至少一个电池单元的劣化容量有关的劣化容量数据，其中，可以通过将所述至少一个电池单元的当前容量和劣化容量之间的差除以所述至少一个电池单元的初始容量和劣化容量之间的差来计算第一 SOH。
[0017]SOH估计单元可以被构造为基于初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二 S0H。
[0018]SOH估计单元可以包括与当所述至少一个电池单元处于劣化状态时所述至少一个电池单元的劣化内阻有关的劣化内阻数据，其中，可以通过将所述至少一个电池单元的劣化内阻和当前内阻之间的差除以所述至少一个电池单元的劣化内阻和初始内阻之间的差来计算第二 SOH。
[0019]SOH估计单元可以被构造为:基于初始容量数据和当前容量数据来估计所述至少一个电池单元的第一 SOH ;基于初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二 SOH ;以及基于第一 SOH和第二 SOH来估计所述至少一个电池单元的S0H。
[0020]SOH可以被估计为第一 SOH和第二 SOH的平均值。
[0021]按照根据本发明的实施例的另一方面，提供了一种装置，所述装置包括:电池组，包括电池和被构造为控制电池的充电和放电的电池管理单元，电池包括至少一个电池单元；测量单元，被构造为通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据；容量估计单元，被构造为通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，被构造为通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及健康状况(SOH)估计单元，被构造为基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的S0H。
[0022]所述装置可以是能量储存装置，能量储存装置包括结合在电池组与发电系统、负载和电网中的至少一个之间的电力转换装置，其中，电力转换装置可以被构造为在电池组与发电系统、负载和电网中的至少一个之间转换电能。
[0023]所述装置可以包括电动车辆，电动车辆包括电池组和电机，其中，电机可以通过利用储存在电池组中的电能来驱动。
[0024]按照根据本发明的实施例的另一方面，提供了一种管理电池组的方法，电池组包括电池和用于控制电池的充电和放电的电池管理单元，电池包括至少一个电池单元，所述方法包括:通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据；通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据；通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的健康状况(SOH)。
[0025]所述方法还可以包括存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态(SOC)之间的相互关系有关的第一数据，其中，产生当前容量数据的步骤可以包括:获取第一开路电压，第一开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第一时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；获取第二开路电压，第二开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第二时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；通过从第一时间到第二时间对所述至少一个电池单元的电流进行积分来计算第一时间和第二时间之间的变化容量；基于第一数据来获取与第一开路电压对应的第一 SOC和与第二开路电压对应的第二 SOC ；以及通过将变化容量除以第一 SOC和第二 SOC之间的差来估计所述至少一个电池单元的当前容量。
[0026]所述方法还可以包括存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态(SOC)之间的相互关系有关的第一数据，其中，产生当前内阻数据的步骤可以包括:存储充放电电压，充放电电压是当所述至少一个电池单元的电流不为O时的第三时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；存储充放电电流，充放电电流是第三时间时的所述至少一个电池单元的电流；基于第一数据来获取与第三时间时的所述至少一个电池单元的SOC对应的所述至少一个电池单元的开路电压；以及通过将开路电压和充放电电压之间的差除以充放电电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻。
[0027]估计SOH的步骤可以包括:基于与所述至少一个电池单元的初始容量有关的初始容量数据和当前容量数据来估计所述至少一个电池单元的第一 SOH ;基于与所述至少一个电池单元的初始内阻有关的初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二 SOH ;以及基于第一 SOH和第二 SOH来估计所述至少一个电池单元的S0H。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]根据结合附图进行的实施例的以下描述，本发明的以上和/或其它方面将变得明显和更易于理解，在附图中:
[0029]图1是根据本发明的示例实施例的电池组的框图；
[0030]图2是根据本发明的另一示例实施例的电池组的框图；
[0031]图3A示出的曲线图指示根据本发明的示例实施例的电池单元的电压、电流和剩余容量；
[0032]图3B示出的曲线图指示根据本发明的示例实施例的电池单元的开路电压和荷电状态(SOC)之间的相互关系；
[0033]图4示出了根据一个或更多个示例实施例估计的SOH和根据对比示例估计的SOH的曲线图；
[0034]图5是根据本发明的示例实施例的包括电池组的能量储存装置的框图；
[0035]图6是根据本发明的示例实施例的包括电池组的电动车辆的框图。

【具体实施方式】
[0036]现在将详细地对实施例进行介绍，在附图中示出了实施例的示例，其中，同样的附图标记始终指同样的元件。在这方面，当前实施例可以具有不同的形式，并且不应当被解释为局限于这里阐述的描述。因此，当前实施例可以包括包含在与当前实施例有关的构思和技术范围内的所有修改、等同物或替换。
[0037]在附图中，同样的附图标记指示同样的元件。在附图中，为了清楚起见，可夸大结构的尺寸。
[0038]此外，这里陈述的所有示例和条件语言应当被解释为不局限于这些具体陈述的示例和条件。在整个说明书中，除非与之相反的具体描述，否则单数形式可以包括复数形式。另外，诸如“包括”或“包含”的术语用于说明存在所述的形式、数量、工艺、操作、组件和/或它们的组，但不排除存在一个或更多个其它所述的形式、一个或更多个其它数量、一个或更多个其它工艺、一个或更多个其它操作、一个或更多个其它组件和/或它们的组。如这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。在整个说明书中，尽管使用术语“第一”和“第二”来描述不同的组件，但意图是组件不限于术语“第一”和“第二”。术语“第一”和“第二”仅用来在各个组件之间进行区分。在整个说明书中，还将理解的是，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。
[0039]除非另外明确地描述，否则这里使用的包括描述性或技术术语的所有术语应当被解释为具有对于本领域普通技术人员来讲明显的含义。另外，在通用词典中定义的以及在下面的描述中使用的术语应当被解释为具有与在相关描述中使用的含义等同的含义，除非这里另外明确地描述，否则术语不应当被解释为是理想的或过于形式化的。
[0040]当诸如“…中的至少一个(种)”的表述在一系列元件(要素)之后时,修饰整个系列的元件(要素)，而不是修饰系列中的个别元件(要素)。
[0041]这里，当描述本发明的实施例时，术语“可以”的使用是指“本发明的一个或更多个实施例”。另外，当描述本发明的实施例时，诸如“或者(或)”的替代语言的使用是指针对每个列出的相应项的“本发明的一个或更多个实施例”。
[0042]术语“时间(时)”是指时间的短暂瞬间，在整个说明书中，“第一时间”和“第二时间”中的每个可以指时间的短暂瞬间或可以指时间段。例如，第一时间可以指具有时间长度(例如，预定的时间长度)的第一时间段，第二时间可以指不与第一时间段重叠的第二时间段。
[0043]图1是根据本发明的实施例的电池组100的框图。
[0044]参照图1，电池组100包括电池110和电池管理单元120。电池管理单元120包括测量单元130、容量估计单元140、内阻估计单元150和健康状况(SOH)估计单元160。
[0045]电池110储存电力，并包括至少一个电池单元111。电池110可以包括串联连接、并联连接或以串联连接和并联连接的组合方式连接的多个电池单元111。包括在电池110中的电池单元111的数量可以根据期望的输出电压来确定。
[0046]电池110可以经由端子101连接到负载和充电装置。当电池110放电时，电池110经由端子101将电能输出到负载，当电池110充电时，电池110储存经由端子101从充电装置输入的电能。在电池组100安装在仅由电能驱动的纯电动车辆中或安装在由电能或化石燃料驱动的混合电动车辆中的示例中，负载可以是电动车辆的驱动电机，充电装置可以是电动车辆充电器和通过使在制动中发生的能量再生来产生电力的再生发电机。
[0047]当电池组100和电力转换装置组成能量储存装置(其中，电力转换装置电结合到发电系统、电池组100、负载和/或电网(例如，连接在它们之间)，并在它们之间转换电能)时，负载可以是所述的负载和/或电网，充电装置可以是发电系统和/或电网。
[0048]电池单元111可以包括可充电二次电池。例如,在一个实施例中，电池单元111包括镍镉电池、铅蓄电池、镍金属氢化物电池(NiMH)、锂离子电池、锂聚合物电池等。
[0049]电池110可以由多个电池模块形成，多个电池模块可以包括串联连接、并联连接或以串联连接和并联连接的任何适当组合方式连接的电池单元111。
[0050]电池管理单元120监测电池110的状态，并控制电池110的包括充电操作和放电操作的所有操作。电池管理单元120可以称作电池管理系统(BMS)
[0051]电池管理单元120可以测量与电池110有关的参数，例如单元电压、温度、充电和放电电流等，并可以基于测量的参数的数据来控制电池110的充电和放电。电池管理单元120可以由所述数据来计算剩余电量、寿命、荷电状态(SOC)(例如，以完全充电状态的百分数进行量度)等，或者可以确定在电池I1中是否已经发生差错。例如，电池管理单元120可以确定是否已经发生诸如过充电、过放电、过电流、过电压、过热、电池单元不平衡、电池单元劣化等的差错。如果已经发生差错，则电池管理单元120可以根据内部算法执行适当的操作(例如，预设的操作)。例如，电池管理单元120可以控制充电开关和/或放电开关，或可以切断保险丝。电池管理单元120可以根据所述数据和适当的算法(例如，预设的算法)通过电池110的电池单元来控制单元平衡操作。
[0052]电池管理单元120包括:测量单元130,通过测量电池单元111的单元电压和电流产生单元电压数据VD和电流数据CD ;容量估计单元140，通过基于单元电压数据VD和电流数据⑶估计电池单元111的当前容量来产生当前容量数据CXD ;内阻估计单元150，通过基于单元电压数据VD和电流数据CD估计电池单元111的当前内阻来产生当前内阻数据CIRD ;以及SOH估计单元160，基于当前容量数据CXD和当前内阻数据CIRD估计电池单元111的S0H。尽管将测量单元130、容量估计单元140、内阻估计单元150和SOH估计单元160示为单独的元件,但是测量单元130、容量估计单元140、内阻估计单元150和SOH估计单元160可以包括(例如，实现)在一个芯片中。在另一实施例中，测量单元130可以包括在称作模拟前端(AFE)的装置中，容量估计单元140、内阻估计单元150和SOH估计单元160可以包括在称作电池监测单元(BMU)的微控制器中。
[0053]测量单元130通过测量电池单元111的单元电压产生单元电压数据VD。测量单元130经由线结合到(例如，连接到)电池单元111的两个端子，因此可以直接测量电池单元111的单元电压。测量单元130可以包括模数转换器(ADC)，以将测量的单元电压转换为单元电压数据VD。在实施例中，测量单元130可以经由线结合到电池单元111之间的节点，并可以产生与电池单元111的单元电压对应的多份单元电压数据VD。考虑到单元电压变化、噪声和测量公差，单元电压数据VD可以对应于在一定时间(例如，预定时间)期间的电池单元111的平均单元电压值。所述时间可以是I秒、10秒或I分钟长。
[0054]测量单元130通过测量电池单元111的充电电流和放电电流产生电流数据⑶。测量单元130可以通过使用电流传感器测量电池单元111的充电电流和放电电流。在电池单元111串联连接的示例中，相同幅值的电流在串联连接的电池单元111中流动，因此，测量单元130可以关于电池单元111仅测量一个电流。在电池单元111并联连接或串并联连接的示例中，测量单元130可以测量每个电池单元111的单元电流，或者可以测量并联连接的电池单元111中的每个电池单元111的单元电流。测量单元130可以包括ADC，以将测量的电流转换为电流数据CD。考虑到单元电流变化、噪声和测量公差，电流数据CD可以对应于在一定时间(例如，预定时间)期间的电池单元111的平均电流值。所述时间可以是I秒、10秒或I分钟长。
[0055]测量单元130还可以测量诸如电池110的温度、端子电压、电池单元111的单元电压、充电电流、放电电流等的参数。
[0056]容量估计单元140通过基于单元电压数据VD和电流数据⑶估计电池单元111的当前容量来产生当前容量数据CCD。容量估计单元140可以从测量单元130接收单元电压数据VD和电流数据CD，并可以通过使用单元电压数据VD和电流数据CD来估计电池单元111的当前容量。
[0057]在实施例中，容量估计单元140通过使用单元电压数据VD确定完全充电状态和完全放电状态，并通过使用电流数据CD在完全充电状态和完全放电状态之间对流入电池单元111的电流或从电池单元111流出的电流进行积分，从而容量估计单元140可以计算完全充电容量或完全放电容量。
[0058]在另一实施例中，容量估计单元140通过使用与电池单元111的开路电压和SOC之间的相互关系有关的数据OSD来估计电池单元111的当前容量。电池管理单元120还可以包括存储数据OSD的第一存储单元170。电池单元111的开路电压是负载或充电装置未结合到(例如，连接到)电池单元111时的单元电压,并等于电池单元111的电流为O时的单元电压。电池单元111的SOC表示电池单元111的剩余容量与电池单元111的初始容量之比。
[0059]容量估计单元140可以基于单元电压数据VD和电流数据CD确定电池单元111的电流为O时的第一时间，并可以确定第一开路电压，S卩，第一时间时的电池单元111的单元电压。
[0060]容量估计单元140可以基于单元电压数据VD和电流数据CD确定电池单元111的电流为O时的第二时间，并可以确定第二开路电压，S卩，第二时间时的电池单元111的单元电压。第二时间可以不同于第一时间。另外，第二开路电压可以不同于第一开路电压。
[0061]容量估计单元140可以基于单元电压数据VD和电流数据CD在第一时间和第二时间之间对电流进行积分，然后可以计算第一时间和第二时间之间的电池单元111的变化容量，即，电池单元111的剩余容量的变化量。变化容量表示在第一时间时电池单元111的剩余容量与在第二时间时电池单元111的剩余容量之间的差。
[0062]容量估计单元140可以基于数据OSD确定与第一开路电压对应的第一 SOC和与第二开路电压对应的第二 S0C。例如，第一 SOC表示在第一时间时电池单元111的S0C，第二SOC表示在第二时间时电池单元111的S0C。通常，第一 SOC和第二 SOC可以表示为O和I之间的实数，或可以用百分数表示。
[0063]容量估计单元140可以通过将变化容量除以第一 SOC和第二 SOC之间的差来测量电池单元111的当前容量。例如，当第一 SOC为90%且第二 SOC为40%时，如果电池单元111的剩余容量在第一时间和第二时间之间减少了 100mAh,则电池单元111的当前容量可以被估计为2000mAh。作为另一示例，当第一 SOC为30%且第二 SOC为90%时，如果电池单元111的剩余容量在第一时间和第二时间之间增加了 1500mAh，则电池单元111的当前容量可以被估计为2500mAh。在前述示例中，100mAh和1500mAh中的每个可以对应于电池单元111的变化容量，并可以通过基于电流数据⑶在第一时间和第二时间之间对电池单元111的电流进行积分来计算。
[0064]容量估计单元140可以通过参考所估计的当前容量来更新当前容量数据(XD。例如，当所估计的当前容量为2000mAh时，当前容量数据CCD可以被更新为2000。即，当前容量数据CCD可以表示最近估计的电池单元111的当前容量。
[0065]在实施例中，噪声可以包能在最近估计的电池单元111的当前容量中，因此容量估计单元140可以通过参考更新之前的当前容量数据CCD的值和最近估计的电池单元111的当前容量来更新当前容量数据CCD。例如，在更新之前的当前容量数据CCD的值为2000且最近估计的当前容量为1900mAh的情况下，当前容量数据CCD可以被更新为1950，即，两个值的算术平均值。代替算术平均值，可以向其应用加权平均值。
[0066]在另一实施例中，容量估计单元140通过使用最近多次估计的电池单元111的当前容量来更新当前容量数据CCD。例如，当最近估计的当前容量为1910mAh、恰在最近估计之前所估计的当前容量为1870mAh且先前估计的当前容量为1920mAh时，当前容量数据CCD可以被更新为1900mAh，S卩，三个值的算术平均值。在实施例中，代替算术平均值，可以使用加权平均值，从而可以将更大的权重施加于最近估计的当前容量。
[0067]在其它实施例中，可以设定第一时间和第二时间，使得第一 SOC和第二 SOC之间的差等于或大于36%。当第一 SOC和第二 SOC之间的差为小时，所估计的电池单元111的当前容量可能是不准确的。因此，当第一 SOC和第二 SOC之间的差小于36%时，可以重新确定第二时间。
[0068]在另一实施例中，容量估计单元140通过分析单元电压数据VD和电流数据⑶的模式(pattern)来估计电池单元111的当前容量。第一存储单元170可以存储与在电池单元111的不同容量时单元电压和单元电流的模式有关的模式数据。容量估计单元140可以通过使用模式数据来扫描与单元电压数据VD和电流数据CD的模式最类似的模式，并可以基于扫描结果来估计电池单元111的当前容量。
[0069]内阻估计单元150通过基于单元电压数据VD和电流数据⑶估计电池单元111的当前内阻来产生当前内阻数据CIRD。内阻估计单元150可以从测量单元130接收单元电压数据VD和电流数据CD，并可以通过使用单元电压数据VD和电流数据CD来估计电池单元111的当前内阻。已知的是，电池单元111的内阻随着电池单元111的老化而增大。
[0070]在实施例中，通过利用电池单元111的开路电压和单元电压之间的差随着从电池单元111输出的电流的增大而增大的事实，内阻估计单元150基于单元电压数据VD和电流数据CD估计电池单元111的当前内阻。可基于在从电池单元111输出的电流急剧变化的时间时的单元电压的变化水平来估计电池单元111的当前内阻。
[0071]在另一实施例中，内阻估计单元150确定电池单元111的电流为O时的第四时间，然后确定第三开路电压，即，第四时间时的电池单元111的单元电压。
[0072]内阻估计单元150可以确定电池110转至SOC或放电状态时的第五时间。第五时间可以尽可能地接近(例如，邻近于)第四时间。第五时间可以设为从电池110转至SOC或放电状态时的时间经历一时间段(例如，预定时间)之后的时间。当电池I1的充电或放电开始时，电池单元111的单元电压发生波动。所述时间段(例如，预定时间)可以表示单元电压的波动消退(例如，消失)且然后单元电压稳定的时间段。第五时间可以设为在电池单元111的电流变得大于或小于O之后单元电压稳定时的时间。
[0073]内阻估计单元150可以通过将第五时间中的电池单元111的单元电压和第三开路电压之间的差除以第五时间中的电池单元111的电流来估计电池单元111的当前内阻。
[0074]内阻估计单元150可以通过参考所估计的当前内阻来更新当前内阻数据CIRD。当前内阻数据CIRD可以表示最近估计的电池单元111的当前内阻。在实施例中，当前内阻数据CIRD可以基于更新之前的当前内阻数据CIRD的值和最近估计的电池单元111的当前内阻来确定，或者可以基于最近多次估计的电池单元111的当前内阻来确定。
[0075]在另一实施例中，内阻估计单元150通过使用数据OSD来估计电池单元111的当前内阻。如上所述，电池管理单元120还可以包括存储数据OSD的第一存储单元170。
[0076]内阻估计单元150可以确定电池单元111的电流不为O时的第三时间。在第三时间，电池110可以处于SOC或放电状态。内阻估计单元150可以确定第三时间时的充放电电压(即，电池单元111的单元电压)，并可以确定第三时间时的充放电电流(即，电池单元111的电流)。
[0077]内阻估计单元150可以确定第三时间时的电池单元111的S0C。内阻估计单元150可以具有与第三时间之前的特定时间时的SOC有关的信息。例如，内阻估计单元150可以从容量估计单元140接收与第二时间时的SOC有关的信息。内阻估计单元150可以通过在第二时间和第三时间之间对电池单元111的电流进行积分来计算第二时间和第三时间之间的变化容量，然后可以基于变化容量和由容量估计单元140估计的电池单元111的当前容量来确定第三时间时的SOC。
[0078]在实施例中，因为SOC在电池单元111完全放电的时间时为O %，并且SOC在电池单元111完全充电的时间时为100 %，所以内阻估计单元150可以通过从在完全放电时间或完全充电时间之后到第三时间对电池单元111的电流进行积分来确定第三时间时的S0C。
[0079]在另一实施例中，内阻估计单元150确定在第三时间之前电池单元111的电流为O时的特定时间内的开路电压(即，电池单元111的单元电压)，并基于存储在第一存储单元170中的数据OSD来确定与开路电压对应的S0C。如此，内阻估计单元150可以确定特定时间时的S0C。内阻估计单元150可以通过在特定时间和第三时间之间对电池单元111的电流进行积分来计算特定时间和第三时间之间的变化容量，然后可以基于变化容量和由容量估计单元140估计的电池单元111的当前容量来确定第三时间时的S0C。
[0080]内阻估计单元150可以基于存储在第一存储单元170中的数据OSD来确定与第三时间时的所确定的SOC对应的第三时间时的电池单元111的开路电压。内阻估计单元150可以通过将开路电压和充放电电压之间的差除以充放电电流来估计电池单元111的当前内阻。内阻估计单元150可以通过参考所估计的当前内阻来更新当前内阻数据CIRD。
[0081]在另一实施例中，内阻估计单元150通过分析单元电压数据VD和电流数据⑶的模式来估计电池单元111的当前内阻。第一存储单元170可以存储与根据电池单元111的内阻(例如，在不同的内阻时)的单元电压和电流的模式有关的模式数据。内阻估计单元150可以通过使用模式数据来扫描与单元电压数据VD和电流数据CD的模式最类似的模式，并可以基于扫描结果来估计电池单元111的当前内阻。
[0082]SOH估计单元160基于当前容量数据CXD和当前内阻数据CIRD估计电池单元111的SOH。SOH估计单元160从容量估计单元140接收当前容量数据CCD，从内阻估计单元150接收当前内阻数据CIRD，然后基于当前容量数据CCD和当前内阻数据CIRD估计电池单元111 的 S0H。
[0083]根据实施例，SOH估计单元160包括对当前容量数据CXD和当前内阻数据CIRD的输入予以接收并输出电池单元111的SOH的模糊逻辑块。模糊逻辑块基于当前容量数据CCD来确定电池单元111的当前容量是良好的、正常的还是差的。模糊逻辑块还基于当前内阻数据CIRD来确定电池单元111的当前内阻是良好的、正常的还是差的。模糊逻辑块通过将如果则(If-then)规则应用于确定当前容量的结果和确定当前内阻的结果来估计电池单元111的S0H。如果则规则的示例如下。
[0084]如果当前容量是良好的，且当前内阻是良好的，则电池单元111的SOH是良好的。这里，SOH被确定在大约0.9和大约I之间。
[0085]如果当前容量是良好的，且当前内阻是正常的，则电池单元111的SOH是略好的。这里，SOH被确定在大约0.7和大约0.9之间。
[0086]如果当前容量是良好的，且当前内阻是差的，则电池单元111的SOH是正常的。这里，SOH被确定在大约0.5和大约0.7之间。
[0087]如果当前容量是正常的，且当前内阻是良好的，则电池单元111的SOH是略好的。这里，SOH被确定在大约0.7和大约0.9之间。
[0088]如果当前容量是正常的，且当前内阻是正常的，则电池单元111的SOH是正常的。这里，SOH被确定在大约0.5和大约0.7之间。
[0089]如果当前容量是正常的，且当前内阻是差的，则电池单元111的SOH是略差的。这里，SOH被确定在大约0.3和大约0.5之间。
[0090]如果当前容量是差的，且当前内阻是良好的，则电池单元111的SOH是正常的。这里，SOH被确定在大约0.5和大约0.7之间。
[0091]如果当前容量是差的，且当前内阻是正常的，则电池单元111的SOH是略差的。这里，SOH被确定在大约0.3和大约0.5之间。
[0092]如果当前容量是差的，且当前内阻是差的，则电池单元111的SOH是略差的。这里，SOH被确定在大约O和大约0.3之间。
[0093]在另一实施例中，SOH估计单元160通过使用与电池单元111的初始容量有关的初始容量数据ICD和与电池单元111的初始内阻有关的初始内阻数据IIRD基于当前容量数据C⑶和当前内阻数据CIRD来估计电池单元111的S0H。电池管理单元120还可以包括第二存储单元180，第二存储单元180存储与电池单元111的初始容量有关的初始容量数据ICD和与电池单元m的初始内阻有关的初始内阻数据IIRD。初始容量是根据产品规范的电池单元111的容量，其属于(例如，分配给)在电池单元111的制造时的电池单元111。初始内阻表示属于(例如，分配给)在电池单元111的制造时的电池单元111的内阻。
[0094]SOH估计单元160可以根据初始容量数据I⑶和当前容量数据CXD来估计电池单元111的基于容量的S0H。基于容量的SOH被称作第一 S0H。
[0095]SOH估计单元160可以包括与当电池单元111处于劣化状态时电池单元111具有的劣化容量有关的劣化容量数据DCD。劣化容量可以根据电池单元111的容量来确定，电池单元111的容量由电池组100的制造商来保证。当电池单元111的当前容量小于劣化容量时，SOH估计单元160可以确定出电池单元111已经劣化。例如，劣化容量可以被确定在初始容量的大约60%和大约90%之间。劣化容量数据DCD可以表示劣化容量与初始容量之比。第一 SOH可以被确定为电池单元111的当前容量与劣化容量之间的差除以电池单元111的初始容量与劣化容量之间的差所获得的值。
[0096]SOH估计单元160可以根据初始内阻数据IIRD和当前内阻数据CIRD来估计电池单元111的基于内阻的S0H。基于内阻的SOH被称作第二 S0H。
[0097]SOH估计单元160可以包括与当电池单元111处于劣化状态时电池单元111具有的劣化内阻有关的劣化内阻数据DIRD。当电池单元111的当前容量小于劣化容量时，电池单元111会具有劣化内阻。例如，劣化内阻可以被确定在初始内阻的大约130%和大约200%之间。劣化内阻数据DIRD可以表示劣化内阻与初始内阻之比。第二 SOH可以被确定为通过将电池单元111的劣化内阻与当前内阻之间的差除以电池单元111的劣化内阻与初始内阻之间的差所获得的值。
[0098]SOH估计单元160可以基于第一 SOH和第二 SOH估计电池单元111的S0H。例如，电池单元111的SOH可以被确定为第一 SOH和第二 SOH的算术平均值。在另一实施例中，电池单元111的SOH可以被确定为第一 SOH和第二 SOH的加权平均值。根据电池单元111的容量，可以调节第一 SOH的权重和第二 SOH的权重。例如，随着电池单元111的容量增加，第一 SOH的权重可以大于第二 SOH的权重。相反，随着电池单元111的容量减小,第二 SOH的权重可以大于第一 SOH的权重。
[0099]如上所述，测量单元130测量在操作中的电池组100的电池单元111的单元电压和电流，并实时地产生单元电压数据VD和电流数据CD。容量估计单元140和内阻估计单元150在不使用单独的附加电路装置的情况下通过仅基于单元电压数据VD和电流数据CD估计电池单元111的当前容量来实时地产生当前容量数据CCD，并通过估计电池单元111的当前内阻来实时地产生当前内阻数据CIRD。SOH估计单元160基于当前容量数据CCD和当前内阻数据CIRD实时地测量电池单元111的S0H。因此，操作中的电池组100可以以相对容易的方式准确地估计电池单元111的S0H。
[0100]在根据图1的实施例中，电池组100的电池管理单元120估计电池单元111的S0H，但在另一实施例中，可以与电池组100、电池组100的测量单元130或电池组100的电池管理单元120通信的上位控制器或外部控制器估计电池单元111的S0H。
[0101]图2是根据本发明的另一实施例的电池组10a的框图。
[0102]参照图2，电池组10a包括电池110、AFE135和微控制器单元(MCU) 125。
[0103]电池110包括电池单元111。参照图2，电池单元111串联连接，但如果期望的话，则电池单元111可以串联、并联或以串联和并联的组合方式连接。另外，可以基于期望的输出电压来选择(例如，根据期望的输出电压来确定)电池单元的数量。位于两端的电池单元111连接到端子101。
[0104]AFE135可以对应于图1中示出的测量单元130。AFE135包括用于测量每个电池单元111的单元电压的单元电压测量单元131。单元电压测量单元131可以结合到从端子101和电池单元111之间的节点延伸的线。单元电压测量单元131可以测量单元电压，并可通过使用ADC将测量的单元电压转换为单元电压数据。单元电压数据可以提供给MCU125。
[0105]AFE135包括电流测量单元132，电流测量单元132结合到用于测量电池单元111的充放电电流的电流传感器133。电流传感器133可以是安装在电池110和端子101之间的高电流路径中的分流器或霍尔传感器。电流测量单元132可以将模拟电流值转换为电流数据，其中，模拟电流值对应于由电流传感器133测量的电流。电流数据可以提供给MCU125。
[0106]MCU125可以监测电池110的状态，并可以控制电池110的包括充电操作和放电操作的所有操作。MCU125可以从AFE135接收测量数据。测量数据可以包括单元电压数据、电流数据、指示电池110的温度的温度数据、指示端子101之间的端子电压的端子电压数据等。端子电压数据可以由MCU125使用单元电压数据来计算。
[0107]MCU125可以基于测量数据控制电池110的充电和放电。MCU125可以由多份测量数据来计算剩余电量、寿命、SOC等，或可以确定在电池110中是否已经发生差错。当在电池110中已经发生差错时，MCU125可以控制充电开关191和/或放电开关192，或可以切断保险丝。当端子电压数据大于充电上限值(例如，预设的充电上限值)时，MCU125可以断开充电开关191，以中断充电，当端子电压数据小于放电下限值(例如，预设的放电下限值)时，MCU125可以断开放电开关192，以中断放电。当电流数据大于过电流参考值(例如，预设的过电流参考值)时，MCU125可以切断保险丝，以保护电池组100a。
[0108]MCU125基于单元电压数据和电流数据测量每个电池单元111的SOH。MCU125包括图1中示出的容量估计单元140、内阻估计单元150和SOH估计单元160。
[0109]MCU125可以包括图1中示出的第一存储单元170和第二存储单元180。第一存储单元170和第二存储单元180可以是非易失性存储器装置，例如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、铁电RAM(FeRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)等。尽管将第一存储单元170和第二存储单元180示为单独的元件，但第一存储单元170和第二存储单元180可以被包括在一个存储器装置中。
[0110]MCU125可以与外部装置通信，并可以将每个电池单元111的SOH发送到外部装置。
[0111]参照图2，电池组10a包括作为单独元件的AFE135和M⑶125，但AFE135和MCU125可以集成在一个芯片中。此外，尽管将MCU125示为一个微控制器芯片，但MCU125的功能可以实现为至少两个集成电路芯片。此外，在电池组10a具有等级结构(其中，电池模块包括多个电池单元，电池托盘包括多个电池模块，电池架包括多个电池托盘，电池系统包括多个电池架)的实施例中，估计电池单元的SOH的方法可以由用于管理并控制电池托盘的托盘管理单元、用于管理并控制电池架的架管理单元和/或用于管理并控制电池系统的系统管理单元来执行。例如，系统管理单元可以基于包括在电池系统中的每个电池单元的单元电压数据和电流数据来估计每个电池单元的S0H。如果存在能够与电池系统通信的监测系统，则该监测系统可以估计每个电池单元的S0H。
[0112]图3A示出了指示根据本发明的实施例的电池单元111的电压、电流和剩余容量的曲线图。图3B示出了指示根据本发明的实施例的电池单元111的开路电压和SOC之间的相互关系的曲线图。参照图1、图3A和图3B，现在将描述根据实施例的估计电池单元111的当前容量和当前内阻的方法。
[0113]图3A的电压曲线图指示图1的单元电压数据VD随时间的变化，图3A的电流曲线图指示图1的电流数据CD随时间的变化。图3A的电流曲线图指示电池单元111的放电电流，负电流值指示电池单元111正在充电。关于根据实施例的估计电池单元的当前容量和当前内阻的方法，示出了图3A的电压曲线图和电流曲线图。图3A的下方曲线图指示电池单元111的剩余容量随时间的变化，其中，通过基于电流数据CD对电池单元111的电流进行积分来计算剩余容量。图3B示出的曲线图指示作为图1中示出的第一存储单元170中的数据OSD存储的电池单元111的开路电压和SOC之间的相互关系。
[0114]首先，下面描述估计电池单元111的当前容量的方法。
[0115]当电池单元111的电流为O时的时间包括第一时间tl、第三时间t3和第五时间t5。为了估计其中电池单元111放电的第一时间tl和第三时间t3之间的当前容量，将第一时间tl的单元电压确定为第一开路电压0CV1，并将第三时间t3的单元电压确定为第三开路电压0CV3。可以通过在第一时间tl和第三时间t3之间对电流进行积分来计算第一时间tl和第三时间t3之间的变化容量。参照图3A的下方曲线图(即，容量曲线图)，可以将变化容量计算为第一时间tl时的剩余容量Ql和第三时间t3时的剩余容量Q3之间的差(Q1-Q3)。参照图3B的曲线图，与第一开路电压OCVl对应的第一时间tl时的SOC是SOCl，与第三开路电压0CV3对应的第三时间t3时的SOC是S0C3。可以将基于第一时间tl和第三时间t3之间的单元电压数据DV和电流数据CV计算的电池单元111的当前容量确定为(Q1-Q3)/(S0C1-S0C3)。
[0116]可以在其中电池单元111放电的第三时间t3和第五时间t5之间估计电池单元111的当前容量。将第五时间t5时的单元电压确定为第五开路电压0CV5，并且参照图3B的曲线图，与第五开路电压0CV5对应的第五时间t5时的SOC为S0C5。可以通过在第三时间t3和第五时间t5之间对电流进行积分来计算第三时间t3和第五时间t5之间的变化容量。参照容量曲线图，可以将变化容量计算为第三时间t3时的剩余容量Q3和第五时间t5时的剩余容量Q5之间的差(Q5-Q3)。可以将基于第三时间t3和第五时间t5之间的单元电压数据DV和电流数据CV计算的电池单元111的当前容量确定为(Q5-Q3)/(S0C5-S0C3)。
[0117]当电池单元111正在充电、正在放电时，或者当电池单元111正在依次进行充电和放电时，可以估计电池单元111的当前容量。即，可以在第一时间tl和第五时间t5之间估计电池单元111的当前容量。然而，因为第一时间tl时的SOC(即，S0C1)和第五时间t5时的S0C(即，S0C5)之间的差小，所以在第一时间tl和第五时间t5之间所估计的电池单元111的当前容量可能不准确。然而，当第一时间tl时的S0C(即，S0C1)和第五时间t5时的SOC (即，S0C5)之间的差等于或大于参考值(例如，预定值)(例如，36% )时，在第一时间tl和第五时间t5之间所估计的电池单元111的当前容量可具有足够的可靠性。
[0118]在下文中，下面描述估计电池单元111的当前内阻的方法。作为示例，假设在第二时间t2和第四时间t4 ( S卩，当电池单元111的电流不为O时的时间)中的每个时间时估计电池单元111的当前内阻。
[0119]在第二时间t2，电池单元111的电流大于0，但电池单元111的SOC在第一时间tl和第二时间t2之间是恒定的。尽管电池单元111的单元电压在放电开始而单元电压稳定之前的第二时间t2时波动，但图3A未示出波动。可以将第二时间t2选择为波动消失且单元电压稳定时的时间。将第二时间t2时的单元电压确定为充放电电压V2，并将第二时间t2时的电流确定为充放电电流12。在另一实施例中，可以将第二时间t2定义为时间段，并可将单元电压和电流分别定义为在此时间段期间的单元电压的平均值和电流的平均值。因为第二时间t2时的SOC等于第一时间tl时的S0C，所以第二时间t2时的开路电压等于第一时间tl时的第一开路电压0CV1。可以将在第二时间t2时估计的电池单元111的当前内阻确定为(0CV1-V2)/I2。
[0120]类似地，可以在第四时间t4时估计电池单元111的当前内阻。可以将在第四时间t4时估计的电池单元111的当前内阻确定为(V4-0CV5)/I4。尽管14是负数，但当前内阻的值始终为正数，因此，即使当前内阻的值为负数，仍可将当前内阻的值表示为(例如，记录为)正数。类似地，当充电开始或放电结束时，可以估计电池单元111的当前内阻。
[0121]在下文中，根据另一实施例，在下面描述估计电池单元111的当前内阻的方法。作为示例，假设在第六时间t6时估计电池单元111的当前内阻。
[0122]将第六时间t6时的单元电压确定为充放电电压V6，并将第六时间t6时的电流确定为充放电电流16。如上所述，第五时间t5时的电池单元111的SOC为S0C5，内阻估计单元150可以以与容量估计单元140相同的方式获取指示第五时间t5时的电池单元111的SOC为S0C5时的信息，或者可以从容量估计单元140接收指示第五时间t5时的电池单元111的SOC为S0C5时的信息。可以通过在第五时间t5和第六时间t6之间对电流进行积分来计算第五时间t5和第六时间t6之间的变化容量，并且参照容量曲线图，可以将变化容量计算为第五时间t5时的剩余容量Q5和第六时间t6时的剩余容量Q6之间的差(Q5-Q6)。可以基于所计算的变化容量来确定第六时间t6时的S0C。可以将S0C6( S卩，第六时间t6时的电池单元111的S0C)计算为S0C5-(Q5-Q6)/当前容量。参照图3B的曲线图，可以确定第六时间t6时的第六开路电压0CV6，其对应于第六时间t6时的S0C(S0C6)。可以将在第六时间t6时估计的电池单元111的当前内阻确定为(0CV6-V6)/I6。
[0123]如参考前述方法描述的，可以基于单元电压数据VD和电流数据CD以及与电池单元111的开路电压和SOC之间的相互关系有关的数据OSD来估计电池单元111的当前容量和当前内阻。
[0124]图4示出了根据一个或更多个实施例估计的SOH和根据对比示例估计的SOH的曲线图。
[0125]根据对比示例的SOH是基于电池单元的容量所计算的电池单元的S0H，其中，通过在对完全放电的电池单元正在进行充电的同时流入电池单元的电流进行积分来测量电池单元的容量。如在曲线图中示出的，电池单元的SOH随时间降低。
[0126]根据一个或更多个实施例的SOH是以如下方式估计的电池单元的S0H，即，基于单元电压数据VD和电流数据CD估计电池单元的当前容量和当前内阻，然后基于估计的当前容量和当前内阻估计电池单元的S0H。如图4所示，根据一个或更多个实施例的电池单元的SOH也随时间减低，并具有与根据对比示例的SOH的结果类似的结果。
[0127]根据对比示例的SOH估计需要完全放电和完全充电过程，从而难以将根据对比示例的SOH估计应用于操作中的电池组。然而，根据一个或更多个实施例的SOH估计可以应用于操作中的电池组，不需要附加的电路装置，并可以容易地执行。此外，如图4所示，根据一个或更多个实施例的SOH估计的SOH结果与根据对比示例的SOH估计的SOH结果类似，因此，根据一个或更多个实施例的SOH估计可以具有足够的可靠性。
[0128]图5是根据本发明的实施例的包括电池组510的能量储存装置500的框图。
[0129]参照图5，能量储存装置500与发电系统501和电网502结合，由此向负载503供电。能量储存装置500可以称作能量储存系统。
[0130]发电系统501从能量源发电。发电系统501可以将产生的电力供给到能量储存装置500。发电系统501可以包括但不限于光伏发电系统、风力发电系统和潮汐发电系统中的至少一种。通过利用诸如太阳热或地热的可再生能量发电的所有类型的发电系统可以包括在发电系统501中。具体地说，通过利用太阳光发电的太阳能电池可以容易地安装在住宅或工厂内，使得太阳能电池可以与能量储存装置500 —起用在住宅或工厂内。发电系统501可以构成大容量能量系统，在大容量能量系统中，能够发电的多个发电模块并行排列。
[0131]电网502可以包括发电厂、变电站、输电线等。当电网502处于正常状态时，电网502可以向能量储存装置500 (即，负载503和电池组510中的至少一个)供电，或者可以从能量储存装置500 (具体为电池组510或发电系统501)接收电力。当电网502处于异常状态时，中断电网502和能量储存装置500之间的电力传输。
[0132]负载503可以消耗由发电系统501产生的电力、储存在电池组510中的电力和/或从电网502接收的电力。住宅或工厂中的电装置可以是负载503的示例。
[0133]能量储存装置500可以将发电系统501产生的电力储存在电池组510中，或者可以将该电力供给到电网502。能量储存装置500可以将在电池组510中储存的电力供给到电网502，或者可以将从电网502接收的电力储存在电池组510中。此外，当电网502处于异常状态时，例如，当发生供电故障时，能量储存装置500可以执行不间断电源(UPS)功能，使得能量储存装置500可以将发电系统501产生的电力或储存在电池组510中的电力供给到负载503。
[0134]在一个实施例中，能量储存装置500包括电力转换系统(PCS) 520、电池组510、第一开关530和第二开关540。PCS520可以称作电力转换装置。
[0135]PCS520可以将由发电系统501、电网502和/或电池组510供给的电力转换为适当形式的电力，并可以将电力供给到负载503、电池组510和/或电网502。PCS520可以包括电力转换单元521、直流(DC)链路单元522、逆变器523、转换器524和集成控制器525。
[0136]电力转换单元521可以结合在(例如，连接在)发电系统501和DC链路单元522之间。电力转换单元521可以将发电系统501产生的电力转换为DC链路电压，并可以将其传输到DC链路单元522。根据发电系统501的类型，电力转换单元521可以包括诸如转换器电路、整流电路等的电力转换电路。例如，在发电系统501产生DC电力的实施例中，电力转换单元521包括用于将发电系统501产生的DC电力转换为另一 DC电力的DC-DC转换器电路。在发电系统501产生交流(AC)电力的实施例中，电力转换单元521包括用于将AC电力转换为DC电力的整流电路。
[0137]在发电系统501是光伏发电系统的实施例中，电力转换单兀521包括用于执行最大功率点跟踪(MPPT)控制的MPPT转换器，从而根据太阳辐射、温度等的变化最大化地获得由发电系统501产生的电力。当发电系统501不发电时，电力转换单元521中断其操作，使得由诸如转换器或整流电路的电力转换装置消耗的电力可以被最少化或减少。
[0138]由于诸如发电系统501或电网502中的瞬时压降或在负载503中出现峰值负荷之类的问题，DC链路电压的电平可能是不稳定的。然而，期望的是，使DC链路电压稳定化，以正常地操作转换器524和逆变器523。DC链路单元522可以结合在电力转换单元521和逆变器523之间，并可以恒定地或基本上恒定地保持DC链路电压。DC链路单元522的示例可以包括大容量电容器。
[0139]逆变器523可以是结合在DC链路单元522和第一开关530之间的电力转换装置。逆变器523可以包括将从发电系统501和电池组510中的至少一个输出的DC链路电压转换为电网502的AC电压并输出AC电压的逆变器。另外，为了在充电模式期间将电网502的电力储存在电池组510中，逆变器523可以包括将来自电网502的AC电压转换为DC电压且随后输出DC链路电压的整流电路。逆变器523可以是双向逆变器，在双向逆变器中，输入和输出的方向可以改变。
[0140]逆变器523可以包括从输出到电网502的AC电压去除谐波的滤波器。此外，为了抑制或限制无功功率的发生，逆变器523可以包括锁相环(PLL)，以使从逆变器523输出的AC电压的相位与电网502的AC电压的相位同步。此外，逆变器523可以用于限制电压变化范围，以改善功率因数，从而去除DC分量，并防止或减小瞬变现象。
[0141]转换器524可以是结合在DC链路单元522和电池组510之间的电力转换装置。转换器524可以包括在放电模式期间将储存在电池组510中的电力的DC电压转换(例如，DC-DC转换)为具有适当电平的DC链路电压并将其输出到逆变器523的DC-DC转换器。转换器524可以包括在充电模式期间将从电力转换单元521或从逆变器523输出的电力的电压转换(例如，DC-DC转换)为具有适当电平(即，电池组510所要求的充电电压电平)的电压且随后将该电压输出到电池组510的DC-DC转换器。转换器524可以是双向转换器，在双向转换器中，输入和输出的方向可以改变。当未执行针对电池组510的充电或放电时，转换器524中断其操作,从而可以使电力消耗最少化或减少。
[0142]集成控制器525可以监测发电系统501、电网502、电池组510和负载503的状态。例如，集成控制器525可以监测许多操作参数，例如，在电网502中是否发生供电故障、发电系统501是否发电、当发电系统501发电时产生的电力的量、电池组510的S0C、负载503的耗电量、时间等。
[0143]根据监测结果和适当的算法(例如，预设的算法)，集成控制器525可以控制电力转换单元521、逆变器523、转换器524、第一开关530和第二开关540的操作。例如，当在电网502中发生供电故障时，集成控制器525可以控制储存在电池组510中的电力或由发电系统501产生的电力被供给到负载503。在不能向负载503供给足够的电力的情况下，集成控制器525可以向负载503的电装置分配优先级顺序(或设定负载503的电装置的优先级顺序)，并可以控制负载503，以向具有高优先级顺序的电装置供电。集成控制器525还可以控制电池组510的充电和放电。
[0144]第一开关530和第二开关540串联连接在逆变器523和电网502之间，并通过响应于集成控制器525的控制执行ON(接通)或OFF (断开)操作来控制发电系统501和电网502之间的电流的流动。根据发电系统501、电网502和电池组510的状态，可以确定第一开关530和第二开关540的ON或OFF状态。更详细地讲，当将来自发电系统501和电池组510中的至少一者的电力供给到负载503，或者将来自电网502的电力供给到电池组510时，接通第一开关530。当将来自发电系统501和电池组510中的至少一者的电力供给到电网502，或者将来自电网502的电力供给到负载503和电池组510中的至少一者时，接通第二开关540。
[0145]当在电网502中发生供电故障时，断开第二开关540，并接通第一开关530。如此，可以将来自发电系统501和电池组510中的至少一者的电力供给到负载503,并同时防止供给到负载503的电力流向电网502。如上所述，能量储存装置500作为独立系统而操作，从而能够防止在电网502的电缆附近工作的人员受到来自发电系统501或电池组510的电击的事故。
[0146]第一开关530和第二开关540可以包括开关装置，例如能够耐受或处理高电流的继电器。
[0147]电池组510可以在从发电系统501和电网502中的至少一个接收电力之后储存电力，并可以将储存的电力供给到负载503和电网502中的至少一个。电池组510可以包括用于储存电力的部件和用于控制并保护该部件的另一部件。电池组510的充电和放电可以由集成控制器525控制。
[0148]电池组510可以对应于参照图1和图2描述的电池组100和100a。电池组510包括具有至少一个电池单元的电池511和用于控制电池511的充电和放电的电池管理单元512。电池管理单元512可以包括:测量单元，通过测量电池单元的单元电压和电流产生单元电压数据和电流数据；容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及SOH估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计电池单元的S0H。电池管理单元512可以将所估计的电池单元的SOH提供到集成控制器525。
[0149]在另一实施例中，电池管理单元512通过测量电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据，并将单元电压数据和电流数据发送到集成控制器525。集成控制器525可以从电池管理单元512接收单元电压数据和电流数据。集成控制器525可以包括:容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及SOH估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计电池单元的 SOH。
[0150]图6是根据本发明的实施例的包括电池组610的电动车辆600的框图。
[0151]参照图6，电动车辆600可以包括电子控制单元(E⑶)621、逆变器控制器622、逆变器623、电机624和电池组610。电池组610包括具有至少一个电池单元的电池611和用于控制电池611的充电和放电的电池管理单元612。电池组610可以对应于参照图1和图2描述的电池组100和100a。
[0152]电池611可以包括至少一个电池单元，可以在驱动电动车辆600时通过将电压供给到电机624来支持电机624的输出动力，并可以在制动电动车辆600时回收并储存作为发电机操作的电机624的再生制动能量。电池611可以被充以从DC充电单元625 (例如PCS或供电站的能量储存系统)供给的DC电力。电池611可以被充以从诸如商用电源的AC充电单元627供给的AC电力。为此，电动车辆600可以包括电力转换单元626。电池611可以结合到电力转换单元626，电力转换单元626可以将从AC充电单元627供给的AC电力转换为DC电力。
[0153]电池管理单元612可以检测电池611的包括电压、电流、温度等的信息，可以诊断并管理电池611的S0C，并可以控制电池611的诸如充电和放电的所有操作。电池管理单元612可以经由通信线路(例如，电动车辆600的控制器局域网(CAN)通信线路)将电池611的诸如电压、电流、温度、S0C、诊断信息等的信息提供到ECU621。
[0154]电池管理单元612可以包括:测量单元,通过测量电池单元的单元电压和电流产生单元电压数据和电流数据；容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及SOH估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计电池单元的S0H。电池管理单元612可以将所估计的电池单元的SOH提供到ECU621。
[0155]在另一实施例中，电池管理单元612通过测量电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据，并将单元电压数据和电流数据发送到ECU621。ECU621可以从电池管理单元612接收单元电压数据和电流数据。E⑶621可以包括:容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前容量来产生当前容量数据；内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及SOH估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计电池单元的S0H。
[0156]考虑到从电池管理单元612提供的与电池611有关的信息，E⑶621总体上控制电动车辆600的车辆状态、驱动模式等，并帮助驾驶员稳定地驱动电动车辆600。当电池611的一个电池单元的SOH等于或小于参考值(例如，预设的参考值)时，ECU621可以为电动车辆600的管理者识别(例如，显示)劣化的电池单元和/或显示其S0H。管理者可以采取诸如替换劣化的电池单元等的措施，从而可以安全地驱动电动车辆600。E⑶621可以经由逆变器控制器622控制逆变器623。逆变器623可以通过将从电池611供给的DC电力转换为AC电力来提供用于驱动电机624的AC电力。此外，当电动车辆600制动时，逆变器623可以将从电机624供给的AC电力转换为DC电力，并可以将DC电力提供给电池611。
[0157]尽管图6示出了包括根据一个或更多个实施例的电池组的电动车辆600，但该电池组可以应用于各种其它车辆，例如混合动力车辆、电动自行车、电动摩托车等。
[0158]如上所述，根据本发明的一个或更多个实施例，电池单元的SOH可以在不使用附加电路或复杂算法的情况下通过使用电池单元的单元电压和电流以简单的且具有成本效益的方式来测量。根据测试结果，电池单元的SOH的测量结果可以是可靠的。另外，可以测量正在对负载进行放电的或正在由充电装置进行充电的电池单元的单元电压和电流，从而可以实时地测量操作中的电池单元的S0H，而无需将电池单元与负载或充电装置分开。
[0159]应当理解的是，在此描述的示例实施例应当仅以描述性意思来考虑，而不是出于限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述应当通常被视为可用于其它实施例中的其它相似特征或方面。
[0160]尽管已经参照图描述了本发明的一个或更多个实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节方面的各种改变。
【权利要求】
1.一种电池组,所述电池组包括: 电池，结合到负载和充电装置，并包括至少一个电池单元；以及 电池管理单元，控制电池从充电装置的充电和电池对负载的放电， 其中，电池管理单元包括: 测量单元，通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据； 容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据； 内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及 健康状况估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的健康状况。
2.根据权利要求1所述的电池组，所述电池组还包括:第一存储单元，用于存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态之间的相互关系有关的第一数据。
3.根据权利要求2所述的电池组，其中，容量估计单元执行如下操作: 存储第一开路电压，第一开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第一时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 存储第二开路电压，第二开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第二时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 通过从第一时间到第二时间对所述至少一个电池单元的电流进行积分来计算第一时间和第二时间之间的变化容量； 基于第一数据来获取与第一开路电压对应的第一荷电状态和与第二开路电压对应的第二荷电状态；以及 通过将变化容量除以第一荷电状态和第二荷电状态之间的差来测量所述至少一个电池单元的当前容量，并更新当前容量数据。
4.根据权利要求3所述的电池组，其中，设定第一时间和第二时间，使得第一荷电状态和第二荷电状态之间的差等于或大于36%。
5.根据权利要求2所述的电池组，其中，内阻估计单元执行如下操作: 存储充放电电压，充放电电压是当所述至少一个电池单元的电流不为O时的第三时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 存储充放电电流，充放电电流是第三时间时的所述至少一个电池单元的电流； 基于第一数据来获取与第三时间时的所述至少一个电池单元的荷电状态对应的所述至少一个电池单元的开路电压；以及 通过将开路电压和充放电电压之间的差除以充放电电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻；以及 基于所估计的所述至少一个电池单元的当前内阻来更新当前内阻数据。
6.根据权利要求1所述的电池组，其中，内阻估计单元执行如下操作: 存储第三开路电压，第三开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第四时间时的所述至少一个电池单元的单元电压；以及 通过将当所述至少一个电池单元的电流不为O时的与第四时间接近的第五时间时的所述至少一个电池单元的单元电压和第三开路电压之间的差除以第五时间时的所述至少一个电池单元的电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻；以及 基于所估计的所述至少一个电池单元的当前内阻来更新当前内阻数据。
7.根据权利要求1所述的电池组，所述电池组还包括:第二存储单元，用于存储与所述至少一个电池单元的初始容量有关的初始容量数据和与所述至少一个电池单元的初始内阻有关的初始内阻数据。
8.根据权利要求7所述的电池组，其中，健康状况估计单元基于初始容量数据和初始内阻数据来测量所述至少一个电池单元的第一健康状况。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中，健康状况估计单元包括与当所述至少一个电池单元处于劣化状态时所述至少一个电池单元的劣化容量有关的劣化容量数据， 其中，通过将所述至少一个电池单元的当前容量和劣化容量之间的差除以所述至少一个电池单元的初始容量和劣化容量之间的差来计算第一健康状况。
10.根据权利要求7所述的电池组，其中，健康状况估计单元基于初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二健康状况。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中，健康状况估计单元包括与当所述至少一个电池单元处于劣化状态时所述至少一个电池单元的劣化内阻有关的劣化内阻数据， 其中，通过将所述至少一个电池单元的劣化内阻和当前内阻之间的差除以所述至少一个电池单元的劣化内阻和初始内阻之间的差来计算第二健康状况。
12.根据权利要求7所述的电池组，其中，健康状况估计单元执行如下操作: 基于初始容量数据和当前容量数据来估计所述至少一个电池单元的第一健康状况； 基于初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二健康状况；以及 基于第一健康状况和第二健康状况来估计所述至少一个电池单元的健康状况。
13.根据权利要求12所述的电池组，其中，将健康状况估计为第一健康状况和第二健康状况的平均值。
14.一种装置，所述装置包括: 电池组，包括电池和控制电池的充电和放电的电池管理单元，电池包括至少一个电池单元； 测量单元，通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据； 容量估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据； 内阻估计单元，通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及 健康状况估计单元，基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的健康状况。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置是能量储存装置，能量储存装置包括结合在电池组与发电系统、负载和电网中的至少一个之间的电力转换装置，其中，电力转换装置在电池组与发电系统、负载和电网中的至少一个之间转换电能。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置包括电动车辆，电动车辆包括电池组和电机，其中，电机通过利用储存在电池组中的电能来驱动。
17.—种管理电池组的方法，电池组包括电池和用于控制电池的充电和放电的电池管理单元，电池包括至少一个电池单元，所述方法包括: 通过测量所述至少一个电池单元的单元电压和电流来产生单元电压数据和电流数据； 通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前容量来产生当前容量数据； 通过基于单元电压数据和电流数据估计所述至少一个电池单元的当前内阻来产生当前内阻数据；以及 基于当前容量数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的健康状况。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括:存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态之间的相互关系有关的第一数据，其中，产生当前容量数据的步骤包括: 获取第一开路电压，第一开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第一时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 获取第二开路电压，第二开路电压是当所述至少一个电池单元的电流为O时的第二时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 通过从第一时间到第二时间对所述至少一个电池单元的电流进行积分来计算第一时间和第二时间之间的变化容量； 基于第一数据来获取与第一开路电压对应的第一荷电状态和与第二开路电压对应的第二荷电状态；以及 通过将变化容量除以第一荷电状态和第二荷电状态之间的差来估计所述至少一个电池单元的当前容量。
19.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括:存储与所述至少一个电池单元的开路电压和荷电状态之间的相互关系有关的第一数据，其中，产生当前内阻数据的步骤包括: 存储充放电电压，充放电电压是当所述至少一个电池单元的电流不为O时的第三时间时的所述至少一个电池单元的单元电压； 存储充放电电流，充放电电流是第三时间时的所述至少一个电池单元的电流； 基于第一数据来获取与第三时间时的所述至少一个电池单元的荷电状态对应的所述至少一个电池单元的开路电压；以及 通过将开路电压和充放电电压之间的差除以充放电电流来估计所述至少一个电池单元的当前内阻。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，估计健康状况的步骤包括: 基于与所述至少一个电池单元的初始容量有关的初始容量数据和当前容量数据来估计所述至少一个电池单元的第一健康状况； 基于与所述至少一个电池单元的初始内阻有关的初始内阻数据和当前内阻数据来估计所述至少一个电池单元的第二健康状况；以及基于第一健康状况和第二健康状况来估计所述至少一个电池单元的健康状况。
【文档编号】H02J7/00GK104426209SQ201410246638
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】金钟勋, 德米崔·尼基塔克夫, 朴正泌 申请人:三星Sdi株式会社