实时主动测量电化学系统的方法与流程

本公开涉及电化学元件，例如锂离子二次电池或动力电池，以及相关的电化学存储管理系统，例如电池管理系统。

背景技术：

1、缺乏有效手段用于快速准确地评估可充电电池的健康状态和充电状态。同时也缺乏有效手段用于分析一组电池单元和电池模块中的一个或多个电池单元。本申请描述了这些问题和相关领域中其他问题的解决方案。

技术实现思路

0、发明概述

1、在一个实施例中，本申请描述了一种安排测量的方法，该方法包括：

2、(a)提供或已经提供了至少两个电化学元件；

3、(b)将如下输入到主动参数和元件选择器(apaes)：

4、(1)被动电流测量值(ip)；

5、(2)来自系统控制器的异步输出；

6、(3)电压分布计算器的输出(vd)；

7、(4)来自主动参数分布计算器的第一输出(zd)；

8、(5)温度模型的输出值(td)；或者

9、(6)(1)、(2)、(3)、(4)和/或(5)的任意组合；

10、(c)从apaes生成：(1)主动参数输出(d′)；(2)选定的电化学元件(y′)；

11、(d)将d′和y′输入到主动参数致动器和计算器中；

12、(e)进行或已经进行主动参数测量，以从y′生成至少一个主动参数输出(zm)；

13、(f)将zm输入主动参数分布计算器，生成第二主动参数分布(zd′)；

14、(g)将vd、zd′和td输入到健康状态(soh)模型中；

15、(h)从soh模型生成soh模型输出(sohd)。

16、在另一个实施例中，本申请描述了一种使用最小化函数在两个或更多个电化学元件之间主动平衡充电状态(soc)、电压(v)或同时平衡两者的方法，包括：

17、(a)提供或已经提供至少两个电化学元件；

18、(b)通过主动参数和元件选择器(apaes)生成选定的电化学元件(y′)；

19、(c)提供或已经提供源自eis的阻抗测量值作为y′的主动参数(zm)；

20、(d)以zm、充电状态(soc)、健康状态(soh)或其组合作函数，提供或已经提供一个或多个温度查找表(lut)；

21、(e)使用lut估计y′的温度；

22、(f)使用lut估计y′的健康状况(soh)；

23、(g)基于步骤(e)和(f)中估计的soh和估计的温度，选择模块开路电压(ocv)lut；

24、(h)基于步骤(g)中选择的ocv lut，生成两个或更多个电化学元件中的至少两个的soc、v预测值或同时生成两者的预测值；

25、(i)使用最小化函数主动平衡两个或更多个电化学元件的soc、v或soh中的至少一个。

26、在另一实施例中，本申请描述的是一种用于实时分析和平衡电池的方法，包括：

27、(a)将至少两个或更多个电化学元件的分布输入决策计算器，选择电化学元件集合中的至少一个电化学元件作为决策计算器的输出；其中所述分布是以下变量的函数：

28、(1)电压分布计算器的输出(vd)；

29、(2)主动参数分布计算器的输出(zd)；

30、(3)温度模型的输出(td)；

31、(4)其组合；

32、(b)使用eis方法生成所选电化学元件的soc、soh或v；

33、(c)主动平衡两个或更多个电化学元件的soc、soh、v或其组合；

34、(d)重复步骤(a)、(b)和(c)至少一次。

技术特征：

1.一种安排测量的方法，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)中，通过下列测量方法之一对y′进行分析：电化学阻抗谱(eis)、脉冲测试、混合脉冲功率表征(hppc)、恒电流间歇滴定技术(gitt)、恒电位间歇滴定技术(pitt)及其组合。

3.根据权利要求2所述的方法，其中zm是阻抗测量值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中zm通过eis进行测量。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述分析同时包括放电脉冲和充电脉冲两者。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中包括测量y′的温度、电压或阻抗。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述至少两个电化学元件是模块或电池包内的电池。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少两个电化学元件是串联的。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少两个电化学元件是并联的。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述实时主动参数和元件选择器包括滤波器。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述滤波器是卡尔曼滤波器(kf)、扩展卡尔曼滤波器(ekf)、线性或非线性联合概率分布估计。

12.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述的通过apaes生成所选择的y′是以下变量的函数：

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述(k)是频率或者预设频率组的函数。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述(k)是频率的函数或者是可变频率组的函数。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中：

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述等效电路元件选自阻抗、电阻、电抗、电感、电容、恒定相位元件、warburg元件、电压或其组合。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述等效电路元件选自电压元件(vx)、电阻元件(r0)、阻抗元件(rx)、电容元件(cx)、电感元件(lx)、改进的电感元件(ly)、恒定相位元件(cpex)、warburg元件(wx)或其组合。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中还包括通过将zm或zd输入到内部温度计算器中来生成td。

20.根据权利要求16-19中任一项所述的方法，其中包括根据测量到的电压(vm)、测量到的电流(im)或同时根据两者，使用快速傅里叶变换函数或根据时域信号计算离散频率的等效函数生成阻抗测量值zm。

21.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中包括每秒、10秒、30秒、分钟、90秒、2分钟、150秒、3分钟、5分钟、10分钟或20分钟至少生成一次zm。

22.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中包括每1-5秒、1-15秒、1-30秒、1-45秒、1-60秒、1-120秒、1-240秒、1-500秒或1-5,000秒至少生成一次zm。

23.根据权利要求1-20中任一项所述的方法，其中包括每1-2分钟、1-5分钟、1-10分钟、1-15分钟、1-20分钟、1-25分钟、1-30分钟、1-35分钟或1-45分钟至少生成一次zm。

24.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中包括通过将zd、vd、td、ip及其组合中的至少一个输入到滤波器中来生成充电状态(socd)。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述滤波器是卡尔曼滤波器(kf)、扩展卡尔曼滤波器(ekf)、线性或非线性联合概率分布估计。

26.根据权利要求1-25中任一项所述的方法，其中包括使用最小化函数在两个或更多个电化学元件之间主动平衡soc。

27.根据权利要求1-26中任一项所述的方法，其中包括选择一个或多个温度查阅表(lut)作为zm、zd、vd、ip、soc、socd、soh、sohd或其组合的函数，其中所述lut是基于已知soc或soh的电化学元件预先生成的。

28.根据权利要求1-27中任一项所述的方法，其中包括选择一个或多个soh查阅表(lut)作为zm、zd、vd、ip、soc、socd、t、td或其组合的函数，其中所述lut是基于已知温度或soc的电化学元件预先生成的。

29.根据权利要求1-28中任一项所述的方法，进一步包括：

30.根据权利要求29所述的方法，其中包括使用最小化函数来减小socd、vd和/或sohd的σ。

31.一种安排测量的系统，包括执行权利要求1-30中任一项所述方法的装置。

32.一种使用最小化函数在两个或更多个电化学元件之间主动平衡充电状态(soc)、电压(v)、soh或同时平衡三者的方法，包括：

33.根据权利要求32所述的方法，其中包括重复步骤(a)至(i)。

34.根据权利要求32或33所述的方法，其中所述lut是通过具有已知soc和/或soh的电化学元件来预先生成的。

35.根据权利要求32-34任一项所述的方法，其中包括使用一个或多个lut来估计ocv。

36.根据权利要求32-35任一项所述的方法，其中包括使用最小化函数来减小soc、电压或soh的σ。

37.一种实时分析和平衡电化学存储系统的方法，包括：

38.根据权利要求37所述的方法，其中包括识别所述至少一个电化学元件上的警告、错误或故障。

39.根据权利要求37或38所述的方法，其中包括识别所述至少一个电化学元件上的安全事件。

40.根据权利要求38或39所述的方法，其中不对被识别为具有故障或安全事件的电化学元件进行主动平衡。

41.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中包括使用最小化函数主动平衡两个或更多个电化学元件的soc。

42.根据权利要求41所述的方法，其中使用最小化函数减小socd的σ、电压的σ和/或soh的σ。

43.一种编码有指令的非暂时性计算机可读介质，当在硬件中执行时，所述指令执行权利要求1-42中任一项所述的方法。

44.一种执行权利要求1-42中任一项所述方法的计算机程序产品。

45.一种非暂时性计算机可读介质，其中存储有执行下述方法的程序指令：

46.一种非暂时性计算机可读介质，其中存储有执行下述方法的程序指令：

47.一种非暂时性计算机可读介质，其中存储有执行下述方法的程序指令：

技术总结
本申请公开了一种快速、实时地对可充电电化学存储系统进行主动测量和主动平衡的系统和方法。所描述的某些系统和方法是从电气方面单独针对电池组中的某些电化学元件；所描述的某些系统和方法是从电气方面单独针对电化学元件集合中的某些电化学元件；所描述的某些系统和方法是用于分析电池组/电池模块/电池包中的一个或多个电池；所描述的某些系统和方法是用于分析在电化学元件集合中的一个或多个电化学元件。

技术研发人员：雨果·勒迪克,拉塞尔·奥卡穆拉,艾鲁·凯尤恩-内奥米,肯尼·黄,史蒂芬·钟
受保护的技术使用者：锂组公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16