估计电池充电状态的方法以及应用该方法的电池管理系统与流程

估计电池充电状态的方法以及应用该方法的电池管理系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年10月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10
‑
2019
‑
0137548的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种用于估计电池的充电状态的方法以及一种应用该方法的电池管理系统。


背景技术：

4.近年来，诸如混合动力电动车辆(hev)或纯水电动车辆(pev)的电动车辆已赢得高度关注。电动车辆包括用于驱动电动机并且驱动车辆的电池。另外，电动车辆包括再生制动系统，并且通过再生制动系统，制动功率可以被转换成用于对电池充电的有用电能。因此，电动车辆中包括的电池可能频繁地引起充电状态和放电状态的转变。
5.另一方面，当电池连接到负载并且放电开始时，端子电压逐渐地降低，并且当端子电压达到终止电压时，放电性能可能丧失。当端子电压被放电为小于终止电压时，电池的寿命可能降低或者功能可能丧失。
6.因此，使用电池的电动车辆的一个重要参数是电池的充电状态(soc)。当准确地知道电池的充电状态(soc)时，可以预先防止电动车辆突然停止的问题，并且可以向电动车辆的驱动电动机稳定地供应电力。
7.库仑计数方法和阻抗测量方法被用作用于计算电池单体的soc的方法。库仑计数方法是用于对放电电流(流向负载的电流)的量进行计数并且根据放电电流的量来估计电池的soc的方法。然而，库仑计数方法具有如下问题：通过用于测量电流的过程所生成的测量误差相对于时间累积并且估计soc的准确性降低。阻抗测量方法是用于测量电池单体的开路电压(ocv)、在查找表上映射所测量到的ocv并且估计电池单体的soc的方法。
8.以另一方式，可以通过在包括多个电池单体的电池系统中组合多个相应电池单体的soc来计算整体soc。在这种情况下，随着电池单体的数量增加，计算整体soc的时间增加，并且存储器的容量的使用增加。


技术实现要素：

9.要解决的问题
10.本发明致力于提供一种用于在包括分别包括有多个电池单体的多个电池模块的电池系统中减少估计电池的充电状态(soc)的时间和存储空间的方法，以及一种应用该方法的电池管理系统。
11.技术方案
12.本发明的实施例提供一种在用于估计电池模块组件的充电状态(soc)的方法中用于估计电池的soc的方法，电池模块组件包括分别包括有多个电池单体的电池模块，该方法
包括：从电流传感器接收电池电流；比较电池电流和阈值电流，并且根据比较结果来选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法；根据所选择的充电状态估计方法来估计单体的soc；以及通过组合所估计的电池单体的soc来估计电池模块组件的soc。
13.选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法可以包括：当电池电流等于或小于阈值电流时选择第一充电状态估计方法，并且当电池电流大于阈值电流时选择第二充电状态估计方法。
14.估计单体的soc可以包括：根据第一充电状态估计方法，估计每个电池模块的soc；以及根据第二充电状态估计方法，基于与通过离散化区分的电池模块的相应代表值相对应的soc之间的soc偏差来估计单体的soc。
15.根据第一充电状态估计方法估计soc可以包括：估计构成选择的电池模块的多个电池单体的soc；以及通过用先前soc取代构成未选择的电池模块的多个电池单体的当前soc来估计当前soc。
16.根据第二充电状态估计方法来估计soc可以包括通过将soc偏差与构成电池模块的多个电池单体的先前soc相加来估计单体的当前soc。
17.soc偏差可以是与代表值相对应地估计的当前soc与先前soc之间的偏差。
18.本发明的另一实施例提供一种用于估计电池模块组件的充电状态(soc)的电池管理系统，电池模块组件包括分别包括有多个电池单体的多个电池模块，该电池管理系统包括：单体监视ic，单体监视ic连接到各个单体的相应端并且测量单体的单体电压；以及主控制电路，主控制电路用于通过基于所测量的单体电压估计并组合单体的soc，来估计电池模块组件的soc，其中，主控制电路从电流传感器接收电池电流，比较电池电流和阈值电流，根据比较结果来选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法，并且根据所选择的方法来估计单体的soc。
19.当电池电流等于或小于阈值电流时，主控制电路可以选择第一充电状态估计方法以用于估计每个电池模块的soc，并且当电池电流大于阈值电流时，主控制电路可以选择第二充电状态估计方法，以用于基于与通过离散化区分的电池模块的相应代表值相对应的soc之间的soc偏差来估计单体的soc。
20.主控制电路可以根据第一充电状态估计方法来估计构成选择的电池模块的多个电池单体的soc，并且可以用先前soc取代构成未选择的电池模块的多个电池单体的当前soc。
21.主控制电路可以根据第二充电状态估计方法，通过将soc偏差与构成电池模块的多个电池单体的先前soc相加来估计单体的当前soc。
22.soc偏差可以是与代表值相对应地估计的当前soc与先前soc之间的偏差。
23.有利效果
24.本公开可以在包括分别包括有多个电池单体的多个电池模块的电池系统中节省估计电池的充电状态(soc)的时间和存储空间。
25.当安装在电池系统中的电池模块的数目增加时，本公开可以估计安装在电池模块中的整体电池单体的充电状态。
附图说明
26.图1示出根据实施例的电池系统。
27.图2示出参考图1描述的主控制电路的功能。
28.图3示出根据实施例的用于基于电池电流测量和测量到的电池电流的第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法的时序图。
29.图4示出根据实施例的第一充电状态估计方法的示意图。
30.图5示出根据实施例的第二充电状态估计方法的示意图。
31.图6示出根据实施例的用于估计电池的充电状态的方法的流程图。
具体实施方式
32.在下文中，将参考附图详细地描述本说明书中公开的实施例。在本说明书中，相同或类似的部件将由相同或类似的附图标记表示，并且将省略其重复描述。在以下描述中使用的用于部件的术语“模块”和“单元”仅用于使得说明书变得更容易，并且因此，这些术语不具有本身将它们彼此区分开的含义或作用。在描述本说明书的实施例时，当确定了与本发明相关联的公知技术的详细描述可能使本发明的要点混淆时，将省略详细描述。附图被仅提供使得允许容易地理解本说明书中公开的实施例，而不应被解释为限制本说明书中公开的精神，并且应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明包括所有修改、等同物和替换。
33.包括诸如第一、第二等的序数的术语将仅用于描述各种部件，而不被解释为限制这些部件。这些术语仅用于区分一个部件和其他部件。
34.应当理解，当一个部件被称为“连接”或“耦合”到另一部件时，它可以直接连接或耦合到另一部件或者在其之间插置其他部件的情况下连接或耦合到另一部件。另一方面，应当理解，当一个部件被称为“直接连接或耦合”到另一部件时，它可以在其之间没有其他部件的情况下连接或耦合到另一部件。
35.还应理解，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指定存在所述的特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、部件、零件或其组合。
36.图1示出根据实施例的电池系统，图2示出参考图1描述的主控制电路的功能，图3示出根据实施例的用于基于电池电流测量和测量到的电池电流的第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法的时序图，图4示出根据实施例的第一充电状态估计方法的示意图，并且图5示出根据实施例的第二充电状态估计方法的示意图。
37.如图1所示，电池系统1包括电池模块组件10、电流传感器20、继电器30和bms 40。
38.电池模块组件10包括串联/并联连接的多个电池模块(m1、m2、
…
、mm)，并且它可以供应要由外部设备使用的电力电压。在图1中，电池模块组件10连接在电池系统1的两个输出端out1和out2之间，继电器30连接在电池系统1的正极与输出端out1之间，并且电流传感器20连接在电池系统1的负极与输出端out2之间。
39.例如，电池模块组件10可以包括串联耦合的多个电池模块(m1、m2、
…
、mm)，并且电池模块(m
x
)可以分别包括串联耦合的多个电池单体(cell
_x1
、cell
_x2
、
…
、cell
_xn
)。参考图1描述的配置及其之间的连接关系仅是示例，并且本公开不限于此。x是1至m的自然数中的一
个。
40.电流传感器20串联连接到电池模块组件10与外部设备之间的电流路径。电流传感器20可以测量流向电池模块组件10的电流，即，充电电流和放电电流(在下文中，电池电流)，并且可以将测量结果发送到bms 40。详细地，电流传感器20可以对于每个预定时段(ta)测量电池电流并且将其发送到bms 40。
41.继电器30控制电池系统1与外部设备之间的电连接。当继电器30被接通时，电池系统1电连接到外部设备以执行充电或放电，并且当继电器30被断开时，电池系统1从外部设备电断连。外部设备可以是负载或充电器。
42.bms 40可以包括单体监视ic 41和主控制电路43。
43.单体监视ic 41电连接到多个相应电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的正极和负极，并且测量开路电压(ocv)(在下文中，单体电压)。在图1中，单体监视ic 41包括与多个电池模块(m1、m2、
…
、mm)相对应的多个单体监视ic(41_1、41_2、
…
、41_m)并且测量多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压，而且在不限于此的情况下，它可以以各种形式被配置用于测量多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压。
44.单体监视ic 41将多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压发送到主控制电路43。例如，单体监视ic 41对于每个预定时段(ta)测量多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压，并且将多个测量到的单体电压发送到主控制电路43。
45.参考图2，主控制电路43可以包括电流强度比较器431、模块状态估计器433、代表值基准估计器435和单体状态组合器437。
46.参考图1和图3(a)，主控制电路43接收由电流传感器20测量的电池电流(ib)和由单体监视ic 41测量的多个单体电压(在下文中，soc参数)。可以以预定时段(ta)的规则间隔对于相应时间(t1、t2、...、tn)重复地测量并且接收soc参数。
47.电流强度比较器431可以比较从电流传感器20接收到的电池电流(ib)和阈值电流(it)，并且可以根据比较结果来选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法。
48.图3图示对于估计时间t1、t2、t3和t4选择第一充电状态估计方法而对于估计时间tn
‑
2、tn
‑
1和tn选择第二充电状态估计方法，这然而不限于此。例如，电流强度比较器431可以以预定时段(ta)的规则间隔重复地比较相应时间(t1、t2、
…
、tn)的电流，并且可以根据比较结果来选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法。
49.详细地，当电池电流(ib)小于阈值电流(it)时，电流强度比较器431确定多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的充电状态(soc)的变化(δsoc)小，并且可以选择第一充电状态估计方法。当根据比较结果电池电流(ib)大于阈值电流(it)时，电流强度比较器431可以确定多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的充电状态的变化(δsoc)大，并且可以选择第二充电状态估计方法。
50.模块状态估计器433可以根据第一充电状态估计方法来针对相应电池模块(m
x
)估计并且取代多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的soc。在下文中，针对先前估计时间估计的soc将被定义为先前soc，而针对当前估计时间估计的soc将被定义为当前soc。
51.详细地，模块状态估计器433可以从多个电池模块(m1、m2、
…
、mm)当中选择一个电池模块(m
x
)，并且可以基于查找表(未示出)估计构成所选择的电池模块(m
x
)的多个电池单
体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压的soc。模块状态估计器433可以通过用先前soc取代构成未选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的当前soc并且估计soc来减少soc操作过程。
52.参考图3(b)和图4，模块状态估计器433可以以预定时段(ta)的间隔对于相应时间t1、t2、t3和t4选择电池模块(m
x
)，并且可以基于单体电压来估计构成所选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2和cell_x3)的soc。模块状态估计器433可以通过用先前soc取代构成对于时间t1、t2、t3和t4未选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2和cell_x3)的当前soc来估计soc。
53.例如，对于时间t1，模块状态估计器433可以基于查找表来估计构成第一电池模块m1的多个电池单体(cell
_11
、cell
_12
和cell
_13
)的单体电压的soc(78％、80％和79％)。在这种情况下，模块状态估计器433可以将构成第二电池模块m2的多个电池单体(cell
_21
、cell
_22
和cell
_23
)的先前soc(78％、80％和78％)以及构成第三电池模块m3的多个电池单体(cell
_31
、cell
_32
和cell
_33
)的先前soc(80％、82％和80％)估计为当前soc(78％、80％和78％)和当前soc(80％、82％和80％)。
54.代表值基准估计器435可以根据第二充电状态估计方法来估计多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的相应soc。详细地，代表值基准估计器435基于相应电池模块(m
x
)中包括的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压来计算代表值，估计与所计算出的代表值相对应的soc，并且计算所估计的当前soc与先前soc之间的soc偏差。
55.代表值基准估计器435可以通过将所计算出的soc偏差与构成相应电池模块(m
x
)的多个相应电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的先前soc相加来估计多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的当前soc。代表值可以用来自构成电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压当中的中间值的单体电压以及多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压的平均电压(v
m
)来设定，但是不限于此。
56.参考图3(c)，代表值基准估计器435可以以预定时段(ta)的间隔针对时间tn
‑
2、tn
‑
1和tn计算多个相应电池模块(m1、m2、
…
、mm)的代表值，可以计算与所计算出的代表值相对应的soc偏差，并且可以基于所计算出的soc偏差来估计相应电池模块(m
x
)中包括的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的当前soc。
57.参考图5，代表值基准估计器435计算与在当前tn的代表值相对应的soc 34％和与在先前tn
‑
1的代表值相对应的soc 35％之间的soc偏差
‑
1％，并且可以通过将所计算出的
‑
1％与多个电池单体(cell_x1、cell_x2、...、cell_xn)的先前soc 34％、35％、35％、36％、
…
、34％、35％相加来估计当前soc(33％、34％、34％、35％、
…
、33％、34％)。
58.单体状态组合器437可以通过组合构成电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的估计和取代的soc来估计电池模块组件10的整体soc。例如，参考图3和图4，单体状态组合器437可以通过以预定时段(ta)的间隔针对相应时间(t1、t2、
…
、tn)重复地组合多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的估计soc来估计电池模块组件10的整体soc。
59.图6示出根据实施例的用于估计电池的充电状态的方法的流程图。
60.首先，主控制电路43从电流传感器20接收电池电流(ib)，并且从单体监视ic 41接收多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的多个单体电压(s10)。参考图3，主控制电路43可以以预定时段(ta)的间隔对于时间(t1、t2、
…
、tn)重复地接收电池电流(ib)和多个单体电压。
61.主控制电路43将所接收到的电池电流(ib)和阈值电流(it)进行比较，并且根据比较结果来选择第一充电状态估计方法或第二充电状态估计方法(s20)。
62.例如，当电池电流(ib)小于阈值电流(it)时，主控制电路43确定多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的充电状态(soc)的变化(δsoc)小，并且可以选择第一充电状态估计方法。当电池电流(ib)大于阈值电流(it)时，主控制电路43确定多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的充电状态的变化(δsoc)大，并且可以选择第二充电状态估计方法。
63.主控制电路43根据所选择的充电状态估计方法来估计多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的soc。详细地，主控制电路43可以根据第一充电状态估计方法来估计并且取代每个电池模块(m
x
)的soc(s30)，或者可以根据第二充电状态估计方法基于与通过离散化区分的电池模块的相应代表值相对应的soc当中的soc偏差来估计构成电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的soc(s40)。
64.在s30中，主控制电路43从多个电池模块(m1、m2、
…
、mm)当中选择一个电池模块(m
x
)，并且可以通过比较单体电压和查找表来估计构成所选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的soc(s31)。
65.在s30中，主控制电路43可以通过用先前soc取代构成未选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的当前soc并且估计soc来减少soc操作过程(s33)。
66.例如，参考图3(b)和图4，主控制电路43可以以预定时段(ta)的间隔对于相应时间t1、t2、t3和t4选择电池模块(m
x
)，并且可以基于单体电压来操作构成所选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2和cell_x3)的soc。主控制电路43可以通过用先前soc取代构成对于时间t1、t2、t3和t4未选择的电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2和cell_x3)的当前soc来估计soc。
67.例如，对于时间t1，主控制电路43可以基于查找表来估计构成第一电池模块m1的多个电池单体(cell
_11
、cell
_12
和cell
_13
)的单体电压的soc(78％、80％和79％)。在这种情况下，主控制电路43可以在时间t1将构成第二电池模块m2的多个电池单体(cell
_21
、cell
_22
和cell
_23
)的先前soc(78％、80％和78％)以及构成第三电池模块m3的多个电池单体(cell_
31
、cell_
32
和cell_
33
)的先前soc(80％、82％和80％)估计为当前soc(78％、80％和78％)和当前soc(80％、82％和80％)。
68.在s40中，主控制电路43可以基于相应电池模块(m
x
)中包括的多个电池单体(cell_x1、cell_x2和cell_x3)的单体电压来计算代表值，可以估计与所计算出的代表值相对应的soc，并且可以计算所估计的当前soc与先前soc之间的soc偏差。代表值可以用来自构成电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压当中的中间值的单体电压以及多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的单体电压的平均电压(v
m
)来设定，但是不限于此。
69.在s40中，主控制电路43可以通过分别将所计算出的soc偏差与多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的先前soc相加来估计当前soc(s43)。
70.例如，参考图5，主控制电路43可以通过计算与在当前tn的代表值相对应的soc 34％和与在先前tn
‑
1的代表值相对应的soc 35％之间的
‑
1％的soc偏差并且分别将所计算出的
‑
1％与多个电池单体(cell_x1、cell_x2、...、cell_xn)的先前soc 34％、35％、35％、36％、
…
、34％、35％相加来估计当前soc(33％、34％、34％、35％、
…
、33％、34％)。
71.主控制电路43可以通过组合构成电池模块(m
x
)的多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的估计和取代的soc来估计电池模块组件10的整体soc(s50)。
72.例如，参考图3和图4，主控制电路43可以通过以预定时段(ta)的间隔对于相应时间(t1、t2、...、tn)重复地组合多个电池单体(cell_x1、cell_x2、
…
、cell_xn)的估计和取代的soc来估计电池模块组件10的整体soc。
73.虽然已连同目前认为是实际的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内包括的各种修改和等同布置。