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用于估计电池的健康状态的方法

阅读：1024发布：2020-05-23

IPRDB可以提供用于估计电池的健康状态的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于校准电池的方法，所述方法允许存储与所述电池的健康状态链接的校准数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：E1：通过在对所述电池充电或放电时检测所述电池的开路电压的导数的变化的峰来确定介于完全充电与完全放电之间的所述电池的至少一个特征状态，或者确定当所述电池被完全充电或完全放电时的至少一个特征状态，或者由在对所述电池充电或放电时在恒定电流或恒定电压阶段中的电压或电流阈值的交叉定义的至少一个特征状态；E2：基于该特征状态来定义所述电池的参考状态；E4‑E7：测量处于多个不同健康状态SOHi的所述参考状态中的所述电池的所述开路电压OCVi，并且将这些校准数据存储在电子存储器中，所述校准数据包括至少一些由实际健康状态/开路电压(SOHi、OCVi)值构成的对。，下面是用于估计电池的健康状态的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于校准电池的方法，所述方法允许存储与所述电池的健康状态链接的校准数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：E1：通过在对所述电池充电或放电时检测所述电池的开路电压的导数的变化的峰来确定介于完全充电与完全放电之间的所述电池的至少一个特征状态，或者确定当所述电池被完全充电或完全放电时的至少一个特征状态，或者由在对所述电池充电或放电时在恒定电流或恒定电压阶段中的电压或电流阈值的交叉定义的至少一个特征状态；

E2：基于该特征状态来定义所述电池的参考状态；

E4-E7：测量处于多个不同健康状态SOHi的所述参考状态中的所述电池的所述开路电压OCVi，并且将这些校准数据存储在电子存储器中，所述校准数据包括至少一些由实际健康状态SOHi/开路电压OCVi值构成的对。

2.根据权利要求1所述的用于校准电池的方法，其特征在于，确定所述电池的至少一个特征状态的步骤考虑所述电池的开路电压关于由所述电池蓄积的电荷量或关于时间的所述导数。

3.根据前述权利要求中的一项所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述参考状态是在接近于所检测的特征状态的所述峰的所述开路电压的所述导数的稳定区域中选择的。

4.根据权利要求3所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述参考状态通过在由所述电池蓄积的电荷中关于在所检测的峰处的所述电池的电荷的固定电荷Q1的偏移来定义。

5.根据权利要求1或2所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述方法包括针对至少一个电池的多个不同的健康状态重复以下步骤：E4：将电池置于已知的和选定的健康状态SOHi中；

E5：对所述电池充电或放电，测量和/或估计所述电池的所述开路电压的所述导数并检测所述导数中的预定义的峰；

E6：继续基于所述预定义的峰充电或放电预定义的电荷量，以便达到所述电池的所述参考状态，并且测量在该参考状态中的所述电池的开路电压OCVi；

E7：在包括所述校准数据的电子存储器中存储由包括与所述电池的所述参考状态相关联的所述开路电压OCVi和所述健康状态SOHi的值的值构成的对。

6.根据权利要求1或2所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述方法实施所述电池的缓慢充电或放电的阶段，以便促进对所述开路电压的测量。

7.根据权利要求1或2所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述电池的所述开路电压经由以下步骤中的一项来获得：-测量在多于一个小时的弛豫时间之后当没有将所述电池连接到负载时跨所述电池的端子的电压；或-测量在小于或等于一个小时的弛豫时间之后当没有将所述电池连接到负载时跨所述电池的端子的电压；或-测量跨所述电池的端子的电压，而不管由所述电池递送或接收的电流非常微弱；或-测量在理论的开路电压的不同条件下跨所述电池的端子的电压，并且实施针对所测量的电压的校正，以便估计所述开路电压；或-基于所述电池的一个或多个测量的电量来估计所述电池的所述开路电压。

8.根据权利要求1或2所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述方法包括确定所述电池的所述健康状态与在所述参考状态下的所述电池的开路电压之间的规律的步骤E8，具体而言，通过线性内插和/或对图表的构建，所述图表基于实际健康状态SOHi/开路电压OCVi值所构成的对来将所述电池的所述健康状态的值与在参考状态中的所述电池的所述开路电压的值相关联。

9.根据权利要求1或2所述的用于校准电池的方法，其特征在于，所述方法在新状态下使用电池的族中的至少一个电池，并且在至少一个老化状态下使用相同的电池来实施。

10.一种用于估计电池的健康状态的方法，其特征在于，所述方法包括：校准阶段P1，其实施根据前述权利要求中的一项所述的校准方法；以及估计所述电池的所述健康状态的阶段P2，其包括在所述参考状态中的所述电池的开路电压的测量和根据在所述校准阶段P1中获得的校准数据并且根据所测量的开路电压来推导所述电池的健康状态的估计。

11.根据权利要求10所述的用于估计电池的健康状态的方法，其特征在于，第二估计阶段P2包括为了确定其触发的目的的以下预备步骤中的全部或一些：-E11a：在来自用户的经由其中使用了所述电池的设备的或电池充电设备的人机接口的请求之后触发命令；和/或-E11b：以预定义的频率自动地触发；和/或

-E11c：当所述电池的电条件是有利时自动触发；和/或

-E11d：在对电池充电的一个阶段中自动触发；

和/或，所述方法包括以下预备步骤：

-自动检测所述电池的电情况以便检测特征状态的步骤E12；或

-修改所述电池的配置以便将所述电池置于接近于所述参考状态的步骤E13。

12.根据权利要求10或11所述的用于估计电池的健康状态的方法，其特征在于，所述方法实施以下步骤：E14-在对所述电池充电或放电时测量或估计所述开路电压的导数；

E15-检测在所述开路电压的该导数中的峰；

E16-基于所述开路电压的所述导数中的所述峰将所述电池置于其参考状态中，并且测量所述电池的所述开路电压；

E17-根据所述校准数据并且根据所测量的开路电压推导所述电池的所述健康状态。

13.一种能够由管理单元读取的计算机介质，其特征在于，所述计算机介质包括记录的计算机程序，所述计算机程序包括用于实施根据权利要求10至12中的一项所述的用于估计电池的健康状态的方法的计算机程序代码模块。

14.一种包括至少一个电池和一个管理单元的设备，其特征在于，所述管理单元实施根据权利要求10至12中的一项所述的用于估计至少一个电池的健康状态的方法。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述设备是自动化车辆或移动对象。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述设备是计算机、电话、平板电脑或个人数字助理。

17.一种用于校准电池的设备，其特征在于，所述设备实施根据权利要求1到9中的一项所述的校准方法。

说明书全文

用于估计电池的健康状态的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于估计电池健康状态的方法。其还涉及用于校准电池的方法和用于管理电池的方法。最后，其还涉及实施用于估计电池的健康状态的该方法的电池管理系统。

背景技术

[0002] 现有技术中电池的管理利用表示电池老化的指标，经常被称为其健康状态或SOH。该指标，有时也称为其生命状态，通常被表达为当电池是新的时候的初始容量的百分比，所述容量在该初始状态中被测量或由电池的生产商提供。SOH常常被用在电池的诊断中。它的评价对于有效控制电池的操作以及最佳地管理它的寿命结束是重要的。

[0003] 在第一种方法中，SOH的实际值通过执行容量测试来检测，包括在选定的电流和温度条件下顺序地对电池进行完全充电然后进行完全放电。当放电时，释放的电荷量被检测，由此得到电池的实际容量，并且因此推断出它的SOH。该方法的优点在于获得了SOH的实际值，因为它是基于真实的测量的。然而，其缺点是它耗费了大量时间，消耗了能量，并且需要在电池中的介入，该介入有时与其正常使用不兼容，所述正常使用即供应能量以实施特定的实际应用：它接着需要该应用被暂停，使得电池测试可以被执行。出于该最后的原因，该第一种方法被认为是侵入式的，因为它通常需要电池的正常使用被暂停。

[0004] 为了克服测量实际SOH的缺点，存在基于对其的估计的其他的更少侵入的方法。通过示例，一种用于估计SOH的常用方法包括跟踪电池的电阻的变化，或甚至于，跟踪电池的一个或多个阻抗参数。电池疲劳实际上通常伴随着这些参数的变化。该方法的缺点是电池的容量的损失不是直接测量的，而是代替地基于不同参数的变化而估计的，同时高度依赖于温度的测量。然而，容量的损失的变化和电阻或阻抗的增加的变化并不遵循可以归纳用于所有电池的规律电，所述规律也不用于电池的所有老化状态。因此，实际上具有这样的情况，其中，电池的电阻的增加有时是可忽略得，而电池经历容量的大量损失，反之亦然。该估计方法因此不够可靠，并且经常是复杂的，因为它需要基于例如在前学习的额外计算，以便试图克服其缺点。

发明内容

[0005] 因此，本发明的总体目的是提出估计电池的SOH的方法，其不包括现有技术的任何或一些缺点。

[0006] 更具体地，本发明的目的是提出可靠的、快速地和非侵入式方案以用于估计电池的SOH。

[0007] 为此，本发明基于一种用于校准电池的方法，所述方法允许存储与所述电池的健康状态链接的校准数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

[0008] -通过在对所述电池充电或放电时检测所述电池的开路电压的导数的变化的峰来确定介于完全充电与完全放电之间的所述电池的至少一个特征状态，或者确定当所述电池被完全充电或完全放电时的至少一个特征状态，或者由在对所述电池充电或放电时在恒定电流或恒定电压阶段中的电压或电流阈值的交叉定义的至少一个特征状态；

[0009] -基于该特征状态来定义所述电池的参考状态；

[0010] -测量处于多个不同健康状态SOHi的所述参考状态中的所述电池的所述开路电压OCVi，并且将这些校准数据存储在电子存储器中，所述校准数据包括至少一些由实际健康状态/开路电压(SOHi、OCVi)值构成的对。

[0011] 确定所述电池的至少一个特征状态的步骤可以考虑所述电池的开路电压关于由所述电池蓄积的电荷量或关于时间的所述导数。

[0012] 所述参考状态可以是在接近于所检测的特征状态的所述峰的所述开路电压的所述导数的稳定区域中选择的。

[0013] 所述参考状态可以通过在由所述电池蓄积的电荷中关于在所检测的峰处的所述电池的电荷的固定电荷Q1的偏移来定义。

[0014] 用于校准电池的方法可以包括针对至少一个电池的多个不同的健康状态重复以下步骤：

[0015] -将电池置于已知的和选定的健康状态SOHi中；

[0016] -对所述电池充电或放电，测量和/或估计所述电池的所述开路电压的所述导数并检测所述导数中的预定义的峰；

[0017] -继续基于所述预定义的峰充电或放电预定义的电荷量，以便达到所述电池的所述参考状态，并且测量在该参考状态中的所述电池的开路电压VOCi；

[0018] -在包括所述校准数据的电子存储器中存储由包括与所述电池的所述参考状态相关联的所述开路电压OCVi和所述健康状态SOHi的值的值构成的对。

[0019] 用于校准电池的方法可以实施所述电池的缓慢充电或放电的阶段，以便促进对所述开路电压的测量。

[0020] 所述电池的所述开路电压可以经由以下步骤中的一项来获得：

[0021] -测量在多于一个小时的弛豫时间之后当没有将所述电池连接到负载时跨所述电池的端子的电压；

[0022] -测量在小于或等于一个小时的弛豫时间之后当没有将所述电池连接到负载时跨所述电池的端子的电压；或

[0023] -测量跨所述电池的端子的电压，而不管由所述电池递送或接收的电流非常微弱；或

[0024] -测量在理论的开路电压的不同条件下跨所述电池的端子的电压，并且实施针对所测量的电压的校正，以便估计所述开路电压；

[0025] -基于所述电池的一个或多个测量的电量来估计所述电池的所述开路电压。

[0026] 用于校准电池的方法可以包括确定所述电池的所述健康状态与在所述参考状态下的所述电池的开路电压之间的规律的步骤，具体而言，通过线性内插和/或对图表的构建，所述图表基于实际健康状态/开路电压(SOHi、OCVi)所构成值的对来将所述电池的所述健康状态的值与在参考状态中的所述电池的所述开路电压的值相关联。

[0027] 用于校准电池的方法可以使用在新状态下的电池的族中的至少一个电池，并且在至少一个老化状态下使用相同的电池来实施。

[0028] 本发明还涉及一种用于估计电池的健康状态的方法，其特征在于，所述方法包括：校准阶段，其实施根据前述权利要求中的一项所述的校准方法；以及估计所述电池的所述健康状态的阶段，其包括在所述参考状态中的所述电池的开路电压的测量和根据在所述校准阶段中获得的校准数据并且根据所测量的开路电压推导所述电池的健康状态的估计。

[0029] 第二估计阶段可以包括为了确定其触发的目的的以下预备步骤中的全部或一些：

[0030] -在来自用户的经由其中使用了所述电池的设备的或电池充电设备的人机接口的请求之后触发命令；和/或

[0031] -以预定义的频率自动地触发；和/或

[0032] -当所述电池的电条件是有利时自动触发；

[0033] -在对电池充电的一个阶段中自动触发；

[0034] 和/或，其特征在于，所述方法可以包括以下预备步骤：

[0035] -自动检测所述电池的电情况以便检测特征状态的步骤(E12)；或

[0036] -修改所述电池的配置以便将所述电池置于接近于所述参考状态的步骤。

[0037] 用于估计电池健康状态的方法可以实施以下步骤：

[0038] -在对所述电池充电或放电时测量或估计所述开路电压的导数；

[0039] -检测在所述开路电压的该导数中的峰；

[0040] -基于所述开路电压的所述导数中的所述峰将所述电池置于其参考状态中，并且测量所述电池的所述开路电压；

[0041] -根据所述校准数据并且根据所测量的开路电压推导所述电池的所述健康状态。

[0042] 本发明还涉及一种能够由管理单元读取的计算机介质，其特征在于，所述计算机介质包括记录的计算机程序，所述计算机程序包括用于实施诸如前面描述的用于估计电池的健康状态的方法的计算机程序代码模块。

[0043] 本发明还涉及一种包括至少一个电池和一个管理单元的设备，其特征在于，所述管理单元实施诸如前面描述的用于估计至少一个电池的健康状态的方法。

[0044] 所述设备可以是自动化车辆或移动对象，例如计算机、电话、平板电脑或个人数字助理。

[0045] 本发明还涉及一种用于校准电池的设备，其特征在于，其执行诸如以上描述的校准方法。

附图说明

[0046] 本发明的这些主题、特征和优点将在结合附图非限制性提供的一个特定实施方式的以下描述中进行详述，其中：

[0047] 图1示出了针对电池的多个相应的健康状态SOH值的，作为充电阶段中输送到电池的电荷的函数的电池的开路电压OCV中的变化的多个曲线。

[0048] 图2示出了针对电池的多个相应的健康状态SOH值的，作为该电荷函数的表示通过充电阶段中输送到电池的电荷的电池的开路电压OCV的函数的导数的变化的多个曲线。

[0049] 图3示出了与图2的那些相同的曲线，但是关于彼此被校准；

[0050] 图4示出了与图1的那些相同的曲线，但是根据图3定义的校准被校准；

[0051] 图5示出了电池的健康状态SOH和电池参考状态下电池的开路电压OCV之间的关系，所述状态由本发明的实施例定义；

[0052] 图6示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于估计电池的健康状态的方法的流程图。

具体实施方式

[0053] 根据本发明的方法利用电池的开路电压或OCV，其具有不依赖于温度的优点。该开路电压被定义为当电池没有使用时，并且在它最后一次被使用之后的弛豫阶段之后的跨电池的端子测量的电压，在所述弛豫阶段期间，跨其端子的电压变化，直到它收敛到一个稳定的值，所述稳定的值为开路电压。

[0054] 应该注意的是该理论上的开路电压很少被用作以上定义的，因为它需要相对长的弛豫时间，常常为数小时，以获取跨电池的端子的稳定的电压值，其可以被比作开路电压，这通常与电池的使用需求不兼容。

[0055] 为此，开路电压的定义被扩展为大致上接近它的值，有时指的是伪开路电压，以便于容易使用相关联的解决方案。因此，术语开路电压在下文中被用于还覆盖了跨电池的端子的电压的以下类似值：

[0056] -在缩短的弛豫时间之后测量的开路电压，针对其，跨电池的端子的电压不可以被认为已经收敛到理论上的开路电压值；

[0057] -不管电池输送或接收非常微弱的电流而测量的开路电压，例如在非常慢的充电阶段的情况下，如C/25，其中，C是推荐标称充电方案；

[0058] -基于在以上定义的不同开路电压条件下的电压测量结果之一估计的开路电压，例如在以上提到的两种配置中，同时施加校正以便考虑这种情况，尤其是由于电池的阻抗的电压降；

[0059] -基于任意的电池的其他电测量结果或电估计结果估计的开路电压；

[0060] -在电池的充电或放电阶段中经由上面提到的方法中的一个来测量或估计开路电压。应当注意，对于充电或放电阶段，在弛豫时获得跨电池的端子的不完全相同的开路电压值。因此分别地，针对充电和放电，可能有两个开路电压值。因此会考虑两个值中的一个，或在变型中，考虑充电和放电开路电压的平均值。

[0061] 因此，根据将在下面进行描述的本发明的实施例的方法，可以使用以上方法中的任一个来定义开路电压OCV。然而，在校准和估计SOH的该方法的所有步骤中必须使用该开路电压的相同定义值，以便获得最一致和精确的可能结果。

[0062] 图1包括针对73％、75％、85％、89％和100％的电池的相应的健康状态SOHi(i从1到5变化)分别获得的，作为在充电阶段中电池蓄积的电荷量Qc(单位Ah)的函数的电池的开路电压(OCV)(单位V)中的变化的五条曲线1到5。这些曲线示出了取决于其开路电压的针对给定的电荷的电池的健康状态SOH的值。

[0063] 在图1的曲线1到5的基础上，图2中绘制了五条曲线1’到5’，分别表示作为电荷量的函数的开路电压函数的导数值(分别针对五条曲线1到5)。这些曲线都包括峰Pi(i从1到5变化)。这些不同峰Pi关于彼此轻微地偏离，即针对电池的各个健康状态SOH针对池的各个电荷量水平Qc获得的。这些峰示出了这些导数的局部最大值。

[0064] 分析已经示出了观察到的峰对应于电池的特定物理状态，其中，阶段转变发生在这两个电极处。该特定状态(或特征状态)随着电池老化而偏移。这通过可以简单地观察曲线1’到5’容易地检测到。这将被用于定义针对其健康状态的电池的估计的中间参考状态，如以下将讨论的。

[0065] 上述结论将因此被使用以便根据以下两个原理实施电池健康状态的估计：

[0066] -该健康状态将从电池的开路电压推导得到；

[0067] -该健康状态将针对电池的充电的中间状态来估计，所述中间状态在完全充电和完全放电之间。

[0068] 现在将描述本发明的一个详细的实施例。

[0069] 该实施例基于用于估计电池的健康状态的方法，所述方法通过图6的图示意性地示出，其包括以下两个阶段：

[0070] -第一预备阶段P1基于校准方法，其允许校准数据被计算，包括针对特定参考状态的其开路电压的函数的特定电池的健康状态SOH的参考数值；

[0071] -基于校准方法的结果在使用电池的同时估计SOH的第二阶段P2。

[0072] 应该注意的是在该第一校准阶段，被用于校准的电池的SOH经由已知的非常精确的方法来计算，以使用实际的SOH数值来设置精确的校准，从而在未来的估计中实现高水平的性能。

[0073] 根据实施例，校准方法初始包括第一步骤E1，包括搜索曲线dOCV/dQc的至少一个峰Pi，曲线作为电池的电荷量Qc的函数。为此目的，曲线1’到5’中的至少一个通过执行充电操作和在高频处测量OCV值来绘制，即，试验流程允许具有间隔的OCV信号，所述间隔关于要获得的dOCV/dQc曲线中的变化足够小，以便获得精确的曲线，并且确保峰被实际地检测。一旦选定的峰的几何形状被识别，选定足够高的OCV测量频率以便检测所述峰，同时避免频率高到所述方法因为过多数量的OCV测量结果而变得缓慢。第二个实施例将包括定义特征状态，其可以通过使用经由在充电或放电期间针对特定温度的恒定电流(或电压)处的电压(或电流)阈值的交叉的电压(或电流)测量结果来检测。描述的剩余部分将在与峰的检测相关联的一个实施例的背景下详细给出。

[0074] 第二步骤E2包括基于一个或多个识别的峰确定电池的参考状态，其表征电池的特定状态。该参考状态优选地不在峰本身处选择，因为通过限定，开路电压OCV的值随着在该峰处的电荷量Qc更强烈地变化，该区域因此是不利的。特别地，估计方法将基于测量在参考状态处的电池的开路电压并且对于该值来说是更有利的，因为其在绕该参考状态周围是相对稳定的，以使误差最小化。为此，电池的参考状态在峰的外界选择，在这样的区域中导数值是低的，并且因此其中OCV值是相对稳定的。然而，该参考状态与识别的峰尽可能地保持靠近，以便其识别不会复杂化，这将基于随后的峰检测来执行。因此，参考状态优选地不同于通过峰检测到的特征状态，如以上解释的。

[0075] 为了图示在图示的实例中的参考状态的该选择，构建了图3，其中绘制了五条曲线11’到15’，分别地与图2的曲线1’到5’相对应，但是被偏移以便将表示电池的中间特定状态的它们的峰Pi交叠。接着以上的解释，选择确定在峰周围的阴影区域外的校准方法的参考状态，在阴影区域中导数的值较高。最后，在描述的实施例中，参考状态通过距峰Pi的电池电荷的预定电荷Q1来定义，其允许与不推荐的区域存在距离，同时仍然保持在附近。峰Pi和附近的参考状态之间的差异优选小于或等于5Ah，或甚至为3Ah。通过示例性实施例的方式，其还优选大于或等于2Ah。

[0076] 图4显示了五条曲线11到15，分别地对应曲线1到5，其已经根据上面解释的偏移进行了偏移，以将它们的参考状态交叠。

[0077] 两个前述的步骤E1、E2可以针对电池的单个SOH值来实施，其足够检测峰并且选择参考状态。在变型中，峰的准确度可以通过针对电池的多个不同的健康状态重复这些步骤来验证。

[0078] 接着，一旦这两个预备步骤已经执行，所述方法对于电池的多个已知的健康状态实施以下步骤的迭代(根据所选择的独立健康状态的数量和/或所选择的电池数量)：

[0079] E4：将电池放置在已知的和选定的健康状态SOH中；

[0080] E5：给电池充电，测量电荷量和开路电压，并且首先，关于电荷的开路电压的导数，并检测预定义的峰；

[0081] E6：基于识别的峰继续充电值Q1，以获得电池的参考状态，并且测量其开路电压；

[0082] E7：在电子存储器中存储健康状态的值SOH和相关的开路电压OCV，这两个值在电池的参考状态中获得。所述对(OCV、SOH)形成了参考数据，用于校准电池的数据。

[0083] 应该注意的是，在步骤E5的实施方式期间，电池的初始状态可以是它的全放电状态，由此允许当充电时测量电池的全部电荷，并且提供证实检测到正确的期望峰的有用指示，其关于电池的电荷的位置是处于相对有限的已知范围中。在变型中，该充电可以在这样的状态中开始，其中，电池没有完全放电，但是处于低于峰的电荷水平(即，在图3的期望峰的左侧)。

[0084] 另一方面，该充电根据非常慢的充电方案来执行，例如C/25，其导致非常微弱的电流，并且允许检测跨电池的端子的电压，其形成伪开路电压。在变型中，电池被允许在每个电压测量前进行弛豫。而且，该开路电压测量测和开路电压的导数的估计和/或估计根据预期以可与期望峰值的检测兼容的方式定义的周期周期性地执行。

[0085] 最后，多个实际的数值对(OCVi、SOHi)由此通过校准方法而获得，其针对电池的每个健康状态SOH的值，针对所述健康状态实施前述步骤E4到E7。通过示例，这些实际的数值对在图5的图中通过点Ci来图示。

[0086] 接着，根据该实施例的校准方法包括将在参考状态下在电池的SOH和OCV之间的规律E8公式化的另一步骤，以便基于几个实际地测量的离散值(由点Ci表示)，获得针对所有开路电压OCV值的电池健康状态SOH的未来的估计。在选定的示例中，图5通过绘制直线7示出了在电池的参考状态下在SOH和OCV之间的线性关系。允许表征该直线的参数，或者更一般地，基于实际点Ci确定的和例如使用任何数学内插法公式化的规律也可以与校准数据一起存储。应该注意的是，在变型中该步骤E8可以在之后来实施，例如当电池在使用时，并且不必在校准阶段内。

[0087] 其他参数，例如允许表征校准阶段中实施的电池的充电的那些，也可以被作为参考数据，因为所述方法将优选地通过使用针对其参考数据是最相关的相同的充电条件来实施。然而，不是必须要重现与用于校准的那些相同的用于充电的条件，校准数据在任何其他充电条件下仍然是有用的。

[0088] 另外，用于计算电池的开路电压的选定方法也被存储，以便总是重现相同的计算，如上所述。而且，当充电时用于测量OCV的最优频率也可以被存储，使得其能够在未来的估计中潜在地使用，并且确保开路电压的导数中的峰被正确地检测。最后，该峰的近似位置也可以被存储，例如在电池的电荷值的范围内。

[0089] 当然，该校准阶段P1可以针对电池的特定族被执行一次(在一个电池上)，或甚至多次，尤其是在多个电池上，以便公式化有希望更精确的方法，结果然后随后可应应用于根据该相同技术操作的族的全部电池(当它们被用在一个系统中时)。

[0090] 而且，该校准阶段可以针对电池的预定数量的SOH值被执行，表示所获得精度(其随着SOH的数量的增加而增加)和校准阶段的简单性(其随着SOHs的数量减少而变得更简单和快速)之间的折中。随后，如果期望高水平的精确度，可以增加所考虑的实际SOH值的数量。有利地，至少两个点被校准(其在规律基本上是线性的时可以实际上是足够的)，并且优选地至少为三个，即分离的SOH的数量大于或等于3。在所考虑的SOH之中，电池的新状态和至少一个老化阶段可以有利地被集成。另外为了增加该方法的精确度，还能够存储针对同一个电池的多个参考状态的校准数据，例如其是围绕同一个峰分布和/或与不同的峰相关联。

[0091] 在描述所述方法时已经提到了电池的充电时段。在变型中，相同的步骤可以通过使用放电时段来实施。两种方法(充电和放电)可以在校准期间被累积和/或组合，以便随后提供更大的精度和灵活性。

[0092] 而且，所述方法已经使用了作为电池电荷Qc的函数的电池的开路电压OCV中的变化，但是在变型中，其可以以类似的方式基于作为时间的函数的开路电压OCV中的变化和关于时间的开路电压的导数。在该后一种情况下，则优选地根据恒定的方案或在小心地对电压信号滤波(低通滤波)时工作。

[0093] 所述方法还没有考虑温度。然而，如果选择足够远离理论开路电压的伪OCV定义，考虑温度作为所述方法中的变量并且对多个不同温度实施相同的校准方法是有用的。

[0094] 所述方法可应用于单个的电池，即采用有源存储部分形式的基本电池(例如基于位于壳体中的化学分量或电容性质的分量)，其第一外表面形成正极端子或电池的第一电流收集器，并且其第二外表面形成了负极端子或第二电流收集器。该壳体的功能是保持和支撑电池的有源部分，并且关于外部将它密封。它围绕形成被固定就位的不可分割的整体单元的物理组件，所述物理组件的电连接不能由基本电池的用户修改，其中，输出电流等于它端子的输入电流。

[0095] 在变型中，所述方法可应用于多个基本电池的电组件，所述多个基本电池优选关于彼此具有很少的分散和不平衡，并且特别地，所述方法可应用于包括串联连接的电组件的电池组，所述电组件具有包括并联和/或串联连接的基本电池的多个模块。

[0096] 根据实施例，一旦校准阶段一次地并且针对全部已经被设置，所述方法就可以使用得到的校准数据以便估计相同类型的任何电池的SOH(在电池的整个寿命期间，当它在使用时)。如果需要的话，校准阶段可以重新开始，例如在怀疑关于校准数据的质量的情况下，但是这对于用于估计SOH的方法的实施方式不是必须的，其将在以下描述。

[0097] 因此，所述方法随后实施用于在电池正常使用期间经由估计SOH的第二阶段P2估计的电池的SOH的方法。

[0098] 该第二阶段P2包括，根据在该参考状态中的其开路电压的测量结果或估计结果，一旦电池处于参考状态，就根据校准数据推导电池的健康状态。

[0099] 根据实施例，该第二阶段P2包括为了触发该第二阶段P2的目的的以下预备步骤：

[0100] -例如基于其电荷状态或其开路电压的检测，自动检测电池的电情况的步骤E12，以便检测它是否接近于参考状态；或，在变型中，

[0101] -修改电池的配置(充电或放电)的步骤E13，以便将其放置为接近于参考状态。

[0102] 用于触发第二阶段P2的另一预备步骤E11可以基于以下步骤中的一个：

[0103] -E11a：在经由其中电池被使用的设备的人机接口或者电池充电设备的人机接口从用户请求后触发命令；

[0104] -E11b：在预定频率处自动触发；

[0105] -E11c：当电池的电条件是有利的时，即当其接近参考状态时自动触发；

[0106] -E11d：在对电池充电的一个阶段中自动触发(该充电阶段独立地被触发，例如由于电池被严重地放电)。

[0107] 步骤E11和E12或E13可以潜在地被累积。

[0108] 接着，所述方法实施步骤E14，其是随后基于电池的充电时段的，或在变型中基于放电时段，其中开路电压被测量或估计和/或是测量或估计的开路电压的导数。不是必须在与校准阶段在其下的那些相同的条件下执行该步骤，尤其是在这种情况下充电条件可以是标称的。

[0109] 接着，所述方法实施：检测电池的开路电压的导数的峰的步骤E15，将电池放置在其参考状态中和测量参考状态中的开路电压的步骤E16，然后是从校准数据和测量的开路电压推导其健康状态的步骤E17。这些步骤没有被详细描述，因为它们类似于针对校准解释的那些。

[0110] 当然，所述方法可以包括最后的步骤E19，其经由用于估计SOH的设备的人机接口将该SOH的该估计传输给操作者。

[0111] 前面的方法已经基于用于定义电池的健康状态的最普通方法进行了描述，所述方法包括考虑存储电荷量的容量的损失。在变型中，根据另一实施，相同的方法可以被调节，以便估计电池的健康状态，例如通过考虑其在随时间释放能量的潜力方面的损失。在这样的方法中，所述方法可以通过利用能量的量来替代电荷量进行调节。

[0112] 而且，本发明可以针对各种类型的电池来实施。其特别适合于基于锰的锂离子电池或从本发明的观点来看展现类似的行为的任何其他类型的技术。

[0113] 如以上所陈述的，所图示的曲线是在对电池充电的阶段中获得的。相反地，相同的现象在放电阶段被观察到。因此，所述实施例可以相反地被实施用于放电阶段。

[0114] 在变型中还能够设想开路电压的时间导数，特别是在根据恒定方案的充电或放电的情况下。

[0115] 最后，本发明的实施例具有以下优点：

[0116] -其具有不需要对电池完全充电或放电的优点，但是能够在电池正在被使用时当它通过其中间参考状态时以非侵入式方式估计其健康状态，所述中间参考状态容易被识别；

[0117] -在第二阶段P2中实施的计算是简单的，由此允许其实施不需要大量的计算力量，并因此与任何设备(例如潜在地小尺寸的移动对象)内的实施兼容；

[0118] -该方法可以容易地推广都任何类型的电池，其足够对各类型的电池将校准阶段重现至少一次；

[0119] -所述方法已经实际上示出了其允许达到非常高水平的精确度；

[0120] -所述方法可以被快速地实施，由此使得其是非侵入式的，因为它可以被容易地在电池接近其参考状态时以机会主义的方式实施，而不打断电池的正常操作。

[0121] 本发明还涉及用于估计电池健康状态的设备，包括管理单元，其经由软件和/或硬件部件实施用于估计电池的健康状态(SOH)的方法，如上所述。为此目的，所述管理单元包括计算机，其与至少一个电子存储器耦合，所述电子存储器尤其是存储通过第一校准阶段输出的数值数据，即校准数据，以及计算软件，其实施用于估计健康状态(SOH)的方法的中的全部或一些。此外，本发明本身涉及这样的软件。所述设备还包括人机接口，其允许向用户通知电池的健康状态，并且与其交互以定义所述方法的特定参数，例如用于触发估计的条件。最后，所述设备包括用于测量电压和/或电流和/或温度的至少一个传感器，其连接到与管理单元通信的设备。应该注意的是，用于管理电池的所述装置(其实施用于估计电池健康状态的方法)可以被集成到所述电池本身中。

[0122] 本发明还涉及装备有电池的设备，其包括用于估计电池健康状态的这样的设备。

[0123] 本发明还涉及电池校准设备，其允许检测开路电压的导数中的峰的步骤被实施。该设备因此还包括计算机和电子存储器，其接收校准数据和其他要存储的数据，以在未来由估计设备来使用。该校准设备还可以包括实施对电池充电和放电的循环的部件，以便将其放置于选定的健康状态中。

[0124] 通过非限定性示例，估计方法可以因此被集成在自动化车辆中，尤其是混合动力车或电动车，并且其可以在自动化车辆的正常操作期间实施。其还可以在电池充电器中或更特别地在车辆充电点来实施。其还可以实施在任何移动对象内，例如便携式计算机、平板电脑、移动电话、个人数字助理等。

标题	发布/更新时间	阅读量
桥梁健康状态评估系统-专利编号CN106779326A	2020-05-11	345
电池健康状态获取方法-专利编号CN107765188A	2020-05-13	92
健康状态判断装置-专利编号CN102216951A	2020-05-12	83
人体健康状态评估系统-专利编号CN105373984A	2020-05-12	818
健康状态的测定法-专利编号CN101292046A	2020-05-13	1042
人体健康状态判断装置-专利编号CN105496380A	2020-05-12	997
电池健康状态获取方法-专利编号CN107765188B	2020-05-11	645
植物健康状态检测仪-专利编号CN109212127A	2020-05-13	44
健康状态评价系统、健康状态评价装置以及健康状态评价方法-专利编号CN109196592A	2020-05-11	492
健康状态推定装置-专利编号CN109068613A	2020-05-11	546

用于估计电池的健康状态的方法

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