诊断电池状态的装置和方法与流程

1.本技术要求于2020年10月16日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2020-0134587的优先权，通过引用将其公开内容合并于此。
2.本公开涉及一种用于诊断电池状态的装置和方法，更具体而言，涉及一种可以按照概率来诊断电池状态的用于诊断电池状态的装置和办法。


背景技术：

3.近年来，对于诸如笔记本电脑、摄像机和便携式电话的便携式电子产品的需求急剧增加，已经认真开发了电动车辆、储能电池、机器人、卫星等。因此，正在积极研究允许重复充电和放电的高性能电池。
4.目前的商用电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。其中，锂电池备受关注，因为与镍基电池相比，锂电池几乎没有记忆效应，并且还具有非常低的自放电率和高能量密度。
5.即使对于相同规格的电池，由于生产过程的变化和装运后实际使用环境的变化，电化学特性的差异也可能增加。例如，电池之间的间隙可能会导致充电和放电循环期间的行为偏差，因此，发热和电压差可能会以非线性方式加速。
6.传统上，设置固定阈值或固定阈值范围，并使用设置的阈值或阈值范围来诊断处于异常状态的电池。然而，这种传统方法存在的问题是，它不能反映电池随时间的劣化。此外，由于用于通过反映电池劣化来设置阈值或阈值范围的数值确定模型的复杂性，存在的问题是，实际实现变得很困难。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本公开被设计以解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种可以按照概率来诊断电池状态的用于诊断电池状态的装置和方法。
9.本公开的这些和其他目的以及优点可以根据以下详细描述来理解，并根据本公开的示例性实施例变得充分显而易见。此外将容易理解，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求及其组合中显示的手段来实现。
10.技术解决方案
11.根据本公开一个方面的用于诊断电池状态的装置可以包括：测量单元，其被配置为测量多个电池中的每个电池的电压；曲线图生成单元，其被配置为接收由测量单元测量的多个电池中的每个电池的电压的电压信息，并基于所接收的电压信息，针对多个电池中的每个电池的电压生成分布度曲线图；以及控制单元，其被配置为基于为多个电池预设的标准曲线图来设置用于分布度曲线图的参考电压，并通过将多个电池中的每个电池的所测量的电压与所设置的参考电压进行比较来诊断多个电池中的每个电池的状态。
12.曲线图生成单元可以被配置为生成表示多个电池中的每个电池的电压的正态分
布的分布度曲线图。
13.标准曲线图可以是表示在bol状态下测量的多个电池中的每个电池的电压的分布度的曲线图。
14.控制单元可以被配置为将分布度曲线图的参考电压设置为对应于针对标准曲线图预设的标准电压。
15.控制单元可以被配置为：通过将在标准曲线图的整个电压范围内与标准电压至标准曲线图的平均电压相对应的标准密度应用于分布度曲线图来设置参考电压。
16.控制单元可以被配置为：基于分布度曲线图的平均电压来计算分布度曲线图中与标准密度相对应的电压，并将所计算的电压设置为参考电压。
17.控制单元可以被配置为将在多个电池当中、所测量的电压小于参考电压的电池的状态诊断为异常状态。
18.控制单元可以被配置为将在多个电池当中、所测量的电压等于或大于参考电压的电池的状态诊断为正常状态。
19.根据本公开另一方面的电池组可以包括根据本公开一方面的用于诊断电池状态的装置。
20.根据本公开另一方面的用于诊断电池状态的方法可以包括：测量步骤，测量多个电池中的每个电池的电压；曲线图生成步骤，针对在测量步骤中测量的多个电池中的每个电池的电压生成分布度曲线图；参考电压设置步骤，基于为多个电池预设的标准曲线图来设置分布度曲线图的参考电压；以及状态诊断步骤，通过将多个电池中的每个电池的所测量的电压与所设置的参考电压进行比较来诊断多个电池中的每个电池的状态。
21.有益效果
22.根据本公开的一个方面，在考虑多个电池的bol(寿命开始)状态和当前劣化状态的情况下，存在下述优点：可以诊断多个电池中的每个电池的状态。
23.本公开的效果并不限于上述，本领域技术人员根据所附权利要求书将清楚地理解本文未提及的其他效果。
附图说明
24.附图示出本公开的优选实施例，并与前述公开一起用于提供对本公开技术特征的进一步理解，因此本公开不应理解为限于附图。
25.图1是示意性示出根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置的示意图。
26.图2是示意性示出由根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置生成的分布度曲线图的示例的示意图。
27.图3是示意性示出根据本公开实施例的标准曲线图的示例的示意图。
28.图4是示意性示出由根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置生成的分布度曲线图的示例以及由此设置的参考电压的示意图。
29.图5是示意性示出包括根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置的电池组的示例性配置的示意图。
30.图6是示意性示出根据本公开另一实施例的用于诊断电池状态的方法的示意图。
具体实施方式
31.应当理解，在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于一般意义或词典意义，而是在允许发明人为了最佳解释来适当定义术语的原则的基础上，基于与本公开技术方面相对应的含义和概念进行解释。
32.因此，本文给出的描述仅仅是出于说明目的的优选示例，并非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以对其构思其他等效物和修改。
33.此外，在描述本公开时，当认为对相关已知元件或功能的详细描述使得本公开的关键主题模糊不清时，在此省略其详细描述。
34.包括诸如“第一”、“第二”等序数的术语可用于在各种元件中区分一个元件和另一个元件，并非旨在通过术语限制元件。
35.在整个说明书中，当某个部分被称为“包括”或“包含”任何元件时，这意味着该部分可以在不排除其他元件的情况下进一步包括其他元件，除非另有明确说明。
36.此外，诸如本说明书中描述的控制单元的术语是指处理至少一个功能或操作的单元，可将其实现为硬件或软件或硬件与软件的组合。
37.此外在整个说明书中，当某个部分被称为“连接”到另一个部分时，这并不限于它们“直接连接”的情况，还包括在它们之间插入另一个元件的情形下它们“间接连接”的情况。
38.下面将参考附图详细描述本公开的优选实施例。
39.图1是示意性示出根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100的示意图。
40.参考图1，用于诊断电池状态的装置100可以包括测量单元110、曲线图生成单元120和控制单元130。
41.测量单元110可以被配置为测量多个电池中的每个电池的电压。
42.这里，电池是指具有负极端子和正极端子的一个物理上可分离的独立单体。例如，可将一个袋式锂聚合物单体视为一个电池。此外，电池可以是其中一个或多个电池单体串联和/或并联连接的电池模块。下面为了便于说明，将描述电池是电池单体。
43.具体而言，测量单元110可以测量多个电池中的每个电池的电压，并且可以输出多个电池中的每个电池的测量电压的电压信息。
44.曲线图生成单元120可以被配置为接收由测量单元110测量的多个电池中的每个电池的电压的电压信息。
45.例如，测量单元110和曲线图生成单元120可以连接为彼此通信。因此，从测量单元110输出的电压信息可以被曲线图生成单元120接收。
46.此外，曲线图生成单元120可以被配置为基于所接收的电压信息生成多个电池中的每个电池的电压的分布度曲线图p1。
47.这里，分布度曲线图p1可以是表示多个电池中的每个电池的电压的分布度的曲线图。例如，曲线图生成单元120可以被配置为生成表示多个电池中的每个电池的电压的正态分布的分布度曲线图p1。
48.图2是示意性示出由根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100生成的分布度曲线图p1的示例的示意图。
49.例如，参考图2，分布度曲线图p1可以由曲线图生成单元120生成。具体而言，可以
生成根据平均电压e1为3.0v的正态分布的分布度曲线图p1。
50.控制单元130可以被配置为基于为多个电池预设的标准曲线图p2来设置分布度曲线图p1的参考电压v1。
51.优选地，曲线图生成单元120和控制单元130可以连接为相互通信。也就是说，曲线图生成单元120可以输出所生成的分布度曲线图p1，并且控制单元130可以接收从曲线图生成单元120输出的分布度曲线图p1。
52.具体而言，标准曲线图p2可以是表示在bol(寿命开始)状态下测量的多个电池中的每个电池的电压的分布度的曲线图。例如，可以在多个电池处于bol状态时测量电压，并且可以基于所测量的电压预先生成标准曲线图p2。
53.也就是说，标准曲线图p2可以是表示bol状态下多个电池的电压的正态分布的曲线图，并且分布度曲线图p1可以是表示当前状态下多个电池的电压的正态分布的曲线图。
54.图3是示意性示出根据本公开实施例的标准曲线图p2的示例的示意图。例如，参考图3，标准曲线图p2可以是根据平均电压e2为3.4v的正态分布的曲线图。
55.具体而言，控制单元130可以将分布度曲线图p1中的参考电压v1设置为与标准曲线图p2的标准电压v2相对应。也就是说，参考电压v1可以不基于预设的下限电压值设置，而是可以设置为与标准曲线图p2的标准电压v2相对应。因此，控制单元130可以基于标准曲线图p2以及反映多个电池的bol状态的标准电压v2来设置用于多个电池的当前状态的参考电压v1。
56.图4是示意性示出由根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100生成的分布度曲线图p1的示例以及由此设置的参考电压v1的示意图。
57.例如，在图4的实施例中，标准曲线图p2的平均电压e2可以是3.4v，标准电压v2可以是3.25v。此外，分布度曲线图p1的平均电压可以是3.0v，参考电压v1可以是2.4v。
58.此外，控制单元130可以被配置为通过将多个电池中的每个电池的测量电压与设置的参考电压v1进行比较来诊断多个电池中的每个电池的状态。
59.例如，控制单元130可以被配置为将在多个电池当中、测量电压小于参考电压v1的电池的状态诊断为异常状态。此外，控制单元130可以被配置为将在多个电池当中、测量电压等于或大于参考电压v1的电池的状态诊断为正常状态。
60.例如，在图4的实施例中，当在多个电池当中由测量单元110测量的电压小于2.4v时，控制单元130可以被配置为诊断电池的状态为异常状态。相反，当在多个电池当中由测量单元110测量的电压等于或大于2.4v时，控制单元130可以被配置为诊断电池的状态为正常状态。
61.也就是说，根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100可以不统一地基于预设电压值诊断电池的状态，而是可以通过考虑bol状态下的电池的标准曲线图p2和当前状态下的电池的分布度曲线图p1的全体来诊断电池的当前状态。也就是说，因为用于诊断电池状态的装置100可以考虑电池的劣化来诊断多个电池中的每个电池的状态，所以可以更准确地诊断多个电池中的每个电池的状态。
62.更具体而言，基于多个电池处于bol状态时测量的电压来生成标准曲线图p2，并且标准电压v2可以是被设置为检测处于bol状况但处于异常状态的电池的电压。即使多个电池劣化，多个电池的劣化也可以服从正态分布，以对应于标准曲线图p2。因此，用于诊断电
池状态的装置100可以通过考虑标准曲线图p2的标准电压v2来设置分布度曲线图p1的参考电压v1，并基于设置的参考电压v1来诊断电池的状态，来在考虑多个电池的劣化的情况下诊断多个电池中的每个电池的状态。
63.在另一个实施例中，控制单元130可以从外部接收目标电压。这里，目标电压可以是为了诊断处于bol状态的多个电池的状态而设置的电压值。例如，电池可以用于诸如车辆、储能系统(ess)和家用电器的各种产品。为了根据电池的使用适当地改变被认为是用于诊断电池状态的标准值的标准电压v2，当从外部接收目标电压时，控制单元130可以将目标电压设置为标准电压v2。此外，控制单元130可以基于根据目标电压设置的标准电压v2来设置分布度曲线图p1中的参考电压v1，并基于设置的参考电压v1来诊断电池的状态。也就是说，因为可以根据电池使用环境适当地设置标准电压v2，所以存在下述优点：可以基于电池使用环境适当地诊断电池的状态。
64.此外，向用于诊断电池状态的装置100设置的控制单元130可以选择性地包括本领域公知的专用集成电路(asic)、另一个芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器和数据处理设备等，以执行下面公开的各种控制逻辑。此外，当通过软件实现控制逻辑时，可将控制单元130实现为程序模块集合。此时，可将程序模块存储在存储器中并通过控制单元130执行。存储器可以设置在控制单元130之内或之外，并且可以通过各种公知方式连接到控制单元130。
65.此外，用于诊断电池状态的装置100还可以包括存储单元140。存储单元140可以存储根据本公开的用于诊断电池状态所需的程序、数据等。也就是说，存储单元140可以存储用于诊断电池状态的装置100的每个组件的操作和功能所必须的数据、在执行操作或功能的过程中生成的数据等。只要存储单元140是能够记录、擦除、更新和读取数据的已知信息存储装置，对其种类就没有特别限制。作为示例，信息存储装置可以包括ram、闪存、rom、eeprom、寄存器等。此外，存储单元140可以存储程序代码，其中定义了可通过控制单元130执行的处理。
66.例如，可将关于多个电池的标准曲线图p2和标准电压v2的信息、关于标准比率的信息和分布度曲线图p1存储在存储单元140中。此外，控制单元130可以访问存储单元140，以获得关于多个电池的标准曲线图p2和标准电压v2的信息以及关于标准比率的信息。
67.同时，曲线图生成单元120可以在预定诊断周期或输入诊断命令时生成分布度曲线图p1。此外，每当控制单元130从曲线图生成单元120接收到分布度曲线图p1时，控制单元130可以使用标准曲线图p2和接收的分布度曲线图p1来诊断多个电池的当前状态。也就是说，可以基于在当前时间点生成的分布度曲线图p1来诊断多个电池的当前状态。
68.控制单元130可以被配置为将分布度曲线图p1的参考电压v1设置为对应于针对标准曲线图p2设置的标准电压v2。此外，控制单元130还可以被配置为将计算的电压设置为参考电压v1。
69.具体而言，控制单元130可以被配置为通过将在标准曲线图p2的整个电压范围内与标准电压v2至标准曲线图p2的平均电压e2相对应的标准密度d应用于分布度曲线图p1来设置参考电压v1。
70.在图4的实施例中，在标准曲线图p2的整个电压范围内与标准电压v2至平均电压e2相对应的标准密度可以是d。控制单元130可以将标准密度d应用于分布度曲线图p1。
71.具体而言，控制单元130可以基于分布度曲线图p1的平均电压e1来计算分布度曲线图p1中与标准密度d相对应的电压。这里，计算的电压可以是参考电压v1。
72.例如，在图4的实施例中，在将标准曲线图p2的标准密度d应用于分布度曲线图p1时，可以基于分布度曲线图p1的平均电压e1将对应于标准密度d的电压计算为2.4v。也就是说，标准曲线图p2中对应于标准密度d的标准电压v2可以是3.25v，但是分布度曲线图p1中对应于标准密度d的电压可以是2.4v。此外，控制单元130可以将计算的电压2.4v设置为参考电压v1。此后，控制单元120可以诊断测量电压小于2.4v的电池的状态为异常状态，并诊断测量电压等于或大于2.4v的电池的状态为正常状态。
73.例如，多个电池根据使用情况而劣化，并且多个电池的劣化程度可以不同。因此，在图4的实施例中，即使将相同的标准密度d应用于标准曲线图p2和分布度曲线图p1，标准曲线图p2的平均电压e2与标准电压v2之间的电压差(0.15v)以及分布度曲线图p1的平均电压e1和参考电压v1之间的电压差(0.6v)也可以彼此不同。
74.也就是说，根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100可以通过将标准曲线图p2的标准密度d应用于分布度曲线图p1来计算参考电压v1，来在考虑多个电池的劣化的情况下设置参考电压v1。因此，用于诊断电池状态的装置100具有下述优点：通过综合考虑处于bol状态下的电池的正态分布和电池的劣化来诊断电池的当前状态。
75.根据本公开的用于诊断电池状态的装置100可以应用于bms(电池管理系统)。也就是说，根据本公开的bms可以包括上述用于诊断电池状态的装置100。在该配置中，可以通过补充或添加传统bms中包括的配置的功能来实现用于诊断电池状态的装置100的至少一些组件。例如，用于诊断电池状态的装置100的测量单元110、曲线图生成单元120、控制单元130和存储单元140可以实现为bms的组件。
76.此外，可以将根据本公开的用于诊断电池状态的装置100提供给电池组1。例如，根据本公开的电池组1可以包括如上所述用于诊断电池状态的装置100和电池单体b。此外，电池组1还可以包括电气设备(继电器、保险丝等)、外壳等。
77.图5是示意性示出包括根据本公开实施例的用于诊断电池状态的装置100的电池组的示例性配置的示意图。
78.在图5的实施例中，电池b可以设置为多个。测量单元110可以测量多个电池b的每个的电压，并且曲线图生成单元120可以基于测量单元110所测量的多个电池b的电压来生成分布度曲线图p1。控制单元130可以基于曲线图生成单元120所生成的分布度曲线图p1以及为电池b预设的标准曲线图p2来诊断电池b中的每个的状态。
79.同时，测量单元110可以连接到设置在电池b的充电和放电路径上的电流测量单元a，以测量电池b的电流。
80.图6是示意性示出根据本公开另一实施例的用于诊断电池状态的方法的示意图。
81.这里，用于诊断电池状态的方法的每个步骤可以由用于诊断电池状态的装置100执行。下面为了便于说明，将省略或简要描述与前述内容重复的内容。
82.参考图6，用于诊断电池状态的方法可以包括测量步骤(s100)、曲线图生成步骤(s200)、参考电压设置步骤(s300)和状态诊断步骤(s400)。
83.测量步骤(s100)是测量多个电池中的每个电池的电压的步骤，并且可以由测量单元110执行。
84.曲线图生成步骤(s200)是针对在测量步骤(s100)中测量的多个电池中的每个电池的电压来生成分布度曲线图p1的步骤，并且可以由曲线图生成单元120执行。
85.具体而言，曲线图生成单元120可以接收由测量单元110测量的多个电池中的每个电池的电压的电压信息。此外，曲线图生成单元120可以基于所接收的电压信息，针对多个电池中的每个电池的电压来生成分布度曲线图p1。
86.例如，在图2的实施例中，曲线图生成单元120可以生成服从平均电压e1为3.0v的正态分布的分布度曲线图p1。
87.参考电压设置步骤(s300)是基于针对多个电池预设的标准曲线图p2来设置分布度曲线图p1的参考电压v1的步骤，并且可以由控制单元130执行。
88.例如，在图4的实施例中，控制单元130可以通过将标准曲线图p2的标准密度d应用于分布度曲线图p1，将与分布度曲线图p1中的标准密度d相对应的电压计算为2.4v。此外，控制单元120可以将参考电压v1设置为计算的2.4v。
89.状态诊断步骤(s400)是通过将多个电池中的每个电池的测量电压与设置的参考电压v1进行比较来诊断多个电池中的每个电池的状态的步骤，并且可以由控制单元130执行。
90.例如，如果测量电压小于参考电压v1，则控制单元130可以诊断电池的状态为异常状态。相反，如果测量电压等于或大于参考电压v1，则控制单元130可以诊断电池的状态为正常状态。
91.因此，用于诊断电池状态的方法不统一地使用预设阈值确定多个电池的状态，而是具有下述优点：基于反映多个电池的bol状态的标准曲线图p2以及反映当前状态的分布度曲线图p1来诊断多个电池中的每个电池的当前状态。
92.上述本公开的实施例不一定通过装置和方法来实现，而是也可以通过用于实现与本公开的配置相对应的功能的程序或者其上记录有该程序的记录介质来实现。根据上述实施例的描述，本领域技术人员可以容易地执行这种实现方式。
93.已经详细描述了本公开。然而应当理解，在指示本公开优选实施例的同时，仅通过示例的方式给出详细描述和具体示例，因为根据该详细描述，落入本公开范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
94.此外，本领域技术人员可以在不脱离本公开技术方面的情况下对上述本公开构思许多替换、修改和变化，并且本公开不限于上述实施例和附图，每个实施例可以选择性地部分或全部组合，以允许各种修改。
95.(附图标记)
96.1：电池组
97.100：用于诊断电池状态的装置
98.110：测量单元
99.120：曲线图生成单元
100.130：控制单元
101.140：存储单元。