CN102565710B

CN102565710B - 用于估计蓄电池健康状态的方法和装置

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Publication number: CN102565710B
Application number: CN201110339413.9A
Authority: CN
Inventors: J.S.王; P.刘; S.王; S.索基亚齐安; M.W.费尔布吕格
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: US20120105069A1; DE102011117249A1; US8680815B2; DE102011117249B4; CN102565710A

Abstract

一种监测锂离子蓄电池单元的方法，包括：在电功率事件期间监测蓄电池单元电压和蓄电池单元的相应电荷容量，电功率事件包括电功率充电事件和电功率放电事件之一。在该电功率事件期间通过相对于相应的蓄电池电压求导电荷容量来确定测量电荷容量导数。将测量电荷容量导数与阳极充电曲线（对电功率放电事件）或阳极放电曲线（对电功率充电事件）的优选阳极电荷容量导数进行比较，并且将测量电荷容量导数与阴极充电曲线（对电功率充电事件）或阴极放电曲线（对电功率放电事件）的优选阴极电荷容量导数进行比较。确定与测量电荷容量导数与阳极曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数。并且确定与测量电荷容量导数与阴极曲线的优选阴极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第二健康状态参数。

Description

用于估计蓄电池健康状态的方法和装置

技术领域

本发明涉及监测锂离子蓄电池***。

背景技术

在本节中的描述仅仅提供与本发明相关的背景信息，而可以不构成现有技术。

在便携应用（包括例如用于车辆的移动设备、计算设备和推进***）中使用锂离子蓄电池来提供高功率和高能量密度。锂离子蓄电池的功率和能量管理依靠实时地精确确定蓄电池参数，包括荷电状态（SOC）和健康状态（SOH）。用于确定SOC和SOH的已知***包括自适应算法以SOC和SOH的实时预测，具有由于估计SOC的不精确性引起的相关误差。

SOC是指蓄电池***中存储的电荷，表示相对于当蓄电池完全充电时可用做功电功率的可用做功电功率。SOC可视为热力学量，允许人们估计***的潜在能量。SOC可以被用于调节来自蓄电池组的功率流以产生机械功的目的，以与由内燃机产生的机械功率平衡。

为了更好控制车辆中的推进蓄电池***以便于长的蓄电池寿命和良好燃料经济性，车载***确定并处理诸如开路电压（OCV）、蓄电池欧姆阻抗、蓄电池容量和其他参数的蓄电池参数以确定SOC。但是，OCV和其他蓄电池内部参数在车辆操作期间不可直接测量。

本领域中已知使用预定的标定表来调节蓄电池组，该标定表具有基于标准车辆或实验车辆的预定参数。已知使用库伦计数来确定蓄电池***的SOC值。当初始SOC和当前效率已知时可以实现库伦计数，其可能具有不精确性。已知使用差分电压分析（即dv/dQ vs. V）来确定锂离子蓄电池的容量衰减源。已知使用差分电荷分析（即dQ/dv vs. Q）来确定锂离子蓄电池的容量衰减，并量化材料中的成分变化。

发明内容

本发明涉及下述技术方案。

1. 一种监测锂离子蓄电池单元的方法，包括：

在电功率事件期间监测蓄电池单元电压和蓄电池单元的相应电荷容量，电功率事件包括电功率充电事件和电功率放电事件之一；

在该电功率事件期间通过相对于相应的蓄电池电压求导电荷容量来确定测量电荷容量导数；

将测量电荷容量导数与阳极曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较；

将测量电荷容量导数与阴极曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较；

确定与测量电荷容量导数与阳极曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数；和

确定与测量电荷容量导数与阴极曲线的优选阴极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第二健康状态参数。

2. 如技术方案1所述的方法，其中：

所述电功率事件包括电功率放电事件；

所述阳极曲线包括阳极充电曲线；和

所述阴极曲线包括阴极放电曲线。

3. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

确定总测量阳极电容量，所述总测量阳极电容量包括测量电荷容量导数的测量标志性峰值之间的电荷容量差。

4. 如技术方案3所述的方法，还包括：

识别阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值；和

确定优选总阳极电容量，所述优选阳极电容量包括优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值之间的电荷容量差；

其中确定与测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：通过将总测量阳极电容量与优选总阳极电容量比较来确定总石墨阳极电容量。

5. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值；

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

确定测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动。

6. 如技术方案5所述的方法，其中确定与测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：确定与测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动相对应的蓄电池单元的总电容量损失和锂损失的大小。

7. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：

基于测量电荷容量导数与优选阳极电荷容量导数的比较确定阴极电压响应的电荷容量导数；和

将阴极电压响应的电荷容量导数与优选阴极电荷容量导数进行比较。

8. 如技术方案2所述的方法，其中电功率放电事件包括从大于80%荷电状态至小于20%荷电状态的蓄电池单元放电。

9. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的放电事件期间测量与不同于锂电极的阳极相关的蓄电池参数来确定。

10. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阴极放电曲线的阴极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阴极放电曲线的阴极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的放电事件期间测量与不同于锂电极的阴极相关的蓄电池参数来确定。

11. 如技术方案2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：积分测量电荷容量导数，积分阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数,并将积分测量电荷容量导数与阴极曲线的积分优选阴极电荷容量导数相比较。

12. 如技术方案1所述的方法，其中：

所述电功率事件包括电功率充电事件；

所述阳极曲线包括阳极放电曲线；和

所述阴极曲线包括阴极充电曲线。

13. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

14. 如技术方案13所述的方法，还包括：

识别阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值；和

其中确定与测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：通过将总测量阳极电容量与优选总阳极电容量比较来确定总石墨阳极电容量。

15. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值；

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

确定测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动。

16. 如技术方案15所述的方法，其中确定与测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：确定与测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动相对应的蓄电池单元的总电容量损失和锂损失的大小。

17. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极充电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：

18. 如技术方案12所述的方法，其中电功率充电事件包括从小于20%荷电状态至大于80%荷电状态的蓄电池单元充电。

19. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的充电事件期间测量与不同于锂电极的阳极相关的蓄电池参数来确定。

20. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极充电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阴极充电曲线的阴极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阴极充电曲线的阴极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的充电事件期间测量与不同于锂电极的阴极相关的蓄电池参数来确定。

21. 如技术方案12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：积分测量电荷容量导数，积分阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数,并将积分测量电荷容量导数与阳极充电曲线的积分优选阳极电荷容量导数相比较。

附图说明

参见附图，通过举例方式，一个或多个实施例现在将得到描述，其中：

图1是根据本发明的锂离子蓄电池单元的等效电路的示意图；

图2示意性地示出根据本发明的流程图，描述了使用差分曲线技术来监测和评价影响蓄电池单元的SOH的成分的方法；

图3是根据本发明与包括完全单元放电的示例性蓄电池单元的充电/放电特性相关的数据的曲线图，阴极放电响应曲线vs.锂，和阳极充电响应曲线vs.锂；

图4是根据本发明的阴极放电响应曲线和相应的优选阴极电势导数的曲线图；

图5是根据本发明的阳极充电响应曲线和相应的优选阳极电势导数的曲线图；

图6是根据本发明的优选阳极电势导数355和从蓄电池单元的测量放电电压轮廓线计算的测量电势导数的曲线图；和

图7是根据本发明的优选阴极放电响应曲线和优选阴极电势导数、测量的阴极放电响应曲线和测量的阴极电势导数的曲线图。

具体实施方式

现在参见附图，其中描述的目的仅仅为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1示意性图示锂离子蓄电池单元100的等效电路（或模型）200的框图。等效电路200具有第一节点202和第二节点204，在节点之间存在可测量的蓄电池电压207（V）。第一节点202对应于优选地由FePO4（例如石墨-FePO4单元）制造的阴极（正）电极。第二节点204对应于优选地由石墨（例如石墨-FePO4单元）制造的阳极（负）电极。电压设备206（例如电压计）可以布置在第一节点202和第二节点204之间，以获取测量的蓄电池电压207（V）的读数。电流测量设备208测量第一节点202处的电流209（I）。流入第一节点202的电流表示等效电路200的正充电电流。虚线箭头表示此正充电电流。

等效电路200包括布置在第三节点212和第一节点202之间的一系列电阻210（R）。与电阻216（Rct）并联布置的电容214（C）布置在第三节点212和第四节点218之间。电容214（C）表示蓄电池模型的内部双层电容。电阻216（Rct）表示蓄电池模型的充电传送电阻。跨越电容214和电阻216上的电压被称为双层电压（Vdl），并且是在实际蓄电池中不易测量的内部电压。由于蓄电池单元100的滞后还可能有对开路电压的贡献，通过该滞后过去的电流影响开路电压（OCV）的幅值。

等效电路200包括布置在第四节点218和第二节点204之间的蓄电池电压源220。开路电压224（OCV）定义在第四节点和第二节点204之间，并且表示蓄电池电压源220的开路端子电压，其在正常操作条件下不易被测量，因为蓄电池电压源220被连接到电气***。测量的蓄电池电压207（V）可以由关系式表示：

（1）

控制模块可以被适当地配置以基于可测量的蓄电池参数（即，测量的蓄电池电压207（V）、测量的电流209（I）和测量的蓄电池温度）确定锂离子蓄电池单元100的蓄电池参数。

在锂离子蓄电池例如蓄电池单元100的放电事件期间，锂离子从阳极电极移动到阴极电极。因此，阴极电极通过锂***过程放电，而阳极电极通过锂***过程充电。在锂离子蓄电池单元100的充电事件期间，锂离子从阴极电极移动到阳极电极。因此，阴极电极通过锂***过程充电，而阳极电极通过锂***过程放电。

蓄电池电压V_battery、阴极电压V_cathode和阳极电压V_anode可以表示如下：

（2）

作为电荷存储量Q的函数的导数可以表示如下：

（3）

差分曲线技术被应用以直接监测锂离子蓄电池单元100的健康状态（SOH）。这包括在延长的放电事件期间分析蓄电池单元的OCV-SOC关系的导数，其中OCV是开路电压并且SOC是蓄电池单元的荷电状态和放电状态之一。差分曲线技术提供与蓄电池单元的阴极和阳极的单个OCV-SOC行为相关的信息，并且提供与有效锂损失的幅值相关的信息。此信息增强了锂离子蓄电池单元的SOC和SOH监测的精确性。蓄电池单元老化的源也可以基于与阴极材料、阳极材料和有效锂的损失来确定。

差分曲线技术包括确定电势导数（即dv/dQ vs. Q和相关的差分电压曲线）与电荷容量导数（即dQ/dV vs. V和相关差分电荷曲线）之一。任一者可以通过从相应的差分电压或电荷曲线确定和分析不同的标志性峰值来监测蓄电池单元的SOH。差分电压曲线中的标志性峰值涉及电极材料的相转换。差分电荷曲线中的标志性峰值指示电极材料的相平衡。

阴极和阳极中每个的电化学行为从蓄电池单元的充电/放电特性解卷积，并且基于在任一差分曲线中识别的峰值的幅值和电压位置移动被量化。当蓄电池单元的容量衰减时，获得与阴极材料、阳极材料和有效锂的损失相关的信息。

图2示意性地示出了流程图，描述了使用差分曲线技术监测和评价影响蓄电池单元100的SOH的成分的方法。应当认识到，有三个影响蓄电池单元的SOH的可测量成分，包括阴极电容量、阳极电容量和有效锂的量。流程图中描述的方法对于提取蓄电池单元中的阴极电容量、阳极电容量和有效锂的量是有用的，并且参考图1中描述的蓄电池单元100描述。术语单元、蓄电池和蓄电池单元在整个说明书中可互换地使用。

表1被提供作为用于图2阐述的流程图的索引，其中数字标引的方框和对应的功能阐述如下。

表1

流程图包括开发标定值（105）以确定正和负电极之间的关系，用于为具有混合氧化物阴极和石墨阳极的蓄电池单元实施例开发理想标定值曲线。确定正和负电极的关系用于开发理想标定值曲线的标定值（105）可以在代表性蓄电池单元上开发，并且实现用于在使用中监测和控制其他蓄电池单元的目的。

用于新蓄电池单元的标定方法包括测量与混合氧化物阴极和石墨阳极（不同于已知极板，例如锂金属）的充电/放电特性相关联的蓄电池参数（110）。参考图3描述确定示例性蓄电池的充电/放电特性的测量和分析的蓄电池参数，其中OCV表示开路电压，其参考图1描述地那样确定，并且SOC和Q表示蓄电池的荷电状态或电荷容量。测量的数据包括阴极放电响应曲线340和阳极充电响应曲线345，它们参考图3示出。

图3是与示例性蓄电池单元的充电/放电特性相关的数据的曲线图，包括相对于x轴线上示出的电荷容量（315）绘制的y轴线上示出的电势（310）。数据是举例说明的。描述的数据包括完全单元放电311，新蓄电池单元的阴极的阴极放电响应曲线340 vs.锂，和新蓄电池单元的阳极的阳极充电响应曲线345 vs.锂。在慢速充电/放电速率（例如，<C/20）下测量充电/放电特性，以获得平衡曲线，导致半单元数据（即阴极和阳极之一）、描述新蓄电池单元的阴极和阳极的OCV-SOC关系的OCV-SOC曲线，即阴极放电响应曲线340和阳极充电响应曲线345。

阴极放电响应曲线340和阳极充电响应曲线345的导数也被确定并与SOC相关联（120）。导数可以包括对差分电压（即dV/dQ vs. Q）计算的电势的电势导数，或者替代地对于差分电荷（即dQ/dV vs. V）计算的电荷容量的电荷容量导数。

与阴极放电响应曲线340和阳极充电响应曲线345的导数相关联的优选标志性峰值被确定并在随后的评价中使用。通过取得阴极放电响应曲线340和阳极充电响应曲线345的导数，标志性峰值可以被获取，其为阴极和阳极的典型。

图4是均显示在y轴线上的电势V（310）和该电势的电势导数dV/dQ（320），它们对显示在x轴线上的放电容量（325）绘制。放电容量（325）可以以安培-小时为单位，或者可以归一化到100%放电，或者为其他适当单位。描述的数据包括阴极放电响应曲线340和相应的优选阴极差分电压曲线350，也称为优选阴极放电导数350。优选阴极差分电压曲线350是阴极放电响应曲线340的导数，其提供了混合氧化物阴极放电的特征电势响应（不同于已知极板），即阴极放电的dV/dQ vs. SOC。

图5是对电荷容量（315）（显示在x轴线上）绘制的电势V（310）和电势的电势导数dV/dQ（320）（均显示在y轴线上）。电荷容量315可以以安培-小时为单位，或者归一化到100%充电，或其它适合单位。描述的数据包括阳极充电响应曲线345和相应的优选阳极差分电压曲线355，也称为优选阳极电势导数355。优选阳极差分电压曲线355是阳极充电响应曲线345的电势导数。优选阳极差分电压曲线355，即阳极充电的dV/dQ vs. SOC，具有两个峰值360和365，它们位于电荷容量（315）的点上，两个点相差总标准化电荷容量的约0.33或33%，并且此处称为优选总阳极电容量。应当认识到，两个峰值360和365可以识别为石墨阳极的优选标志性峰值360和365，并且在进行的操作期间用于评价蓄电池单元的健康性。

替代地，OCV-SOC曲线可以使用电荷容量导数（即dQ/dV vs. V）来分析。电势导数（即dV/dQ vs. Q）对应于电极材料中的相转变，同时电荷容量导数dQ/dV vs. V指示电极材料的相平衡。

再次参考图2，在进行的操作期间蓄电池的健康状态在电功率事件期间被监测（125）。该方法参考在电功率事件期间收集蓄电池数据来描述，电功率事件主要是蓄电池放电事件以产生放电电压轮廓线。当蓄电池功率用于车辆推进时，在混合动力或电动车辆的操作期间发生示例性的蓄电池放电事件。该方法同等地应用于在电功率事件（主要是蓄电池充电事件）期间收集蓄电池数据，以产生充电电压轮廓线。这包括使用图4所示的优选阴极电势导数350和图5所示的优选阳极电势导数355。

在包括低速率放电的操作期间测量蓄电池单元的放电，以确定测量的放电电压轮廓线。与蓄电池单元的放电相关联的测量数据在表2中描述（130）。

表2

测量数据包括在延长的放电事件期间测量蓄电池单元的端子上的蓄电池参数，包括如参考图1所述作为经过时间的函数的电流208和电压207以及蓄电池温度（Temp）。应当认识到，与蓄电池单元的充电相关联的数据可以在低速率的蓄电池充电时测量，以使用与表2描述的数据相同的数据来确定测量充电电压轮廓线。

测量的蓄电池参数被用于测量与荷电状态Q（即OCV vs. Q）相关联的测量放电电压轮廓线，其中OCV是开路电压，并且Q是荷电状态（130）。示例性延长放电事件可以包括从大于80%SOC至小于20%SOC的放电事件。蓄电池状态估计器可以被应用到测量的蓄电池参数，以估计包括开路电压OCV和荷电状态Q的蓄电池状态。蓄电池状态估计器是已知的并且此处不再详细描述。

测量的电势导数（dV/dQ vs. Q）从蓄电池的测量的放电电压轮廓线计算，优选地使用差分分析方法（140）。

石墨阳极电极的标志性峰值通过将从蓄电池单元的测量放电电压轮廓线获得的测量的电势导数（dV/dQ vs. Q）与阳极电极的优选阳极电势导数355（即dV/dQ vs. SOC）相比较来识别。这在图6中示出。

图6是对电荷容量（315）（示出在x轴线上）绘制的电势dV/dQ的电势导数（320）（示出在y轴线上）的曲线图。描述的数据包括阳极充电曲线的优选阳极电势导数355，和从蓄电池单元的测量放电电压轮廓线计算的单元放电曲线的测量电势导数（dV/dQ vs. Q）370。优选阳极电势导数355包括阳极的优选标志性峰值360和365。单元放电曲线的测量电势导数（dV/dQ vs. Q）370包括测量的标志性峰值375和380。

再次参考图2，从蓄电池的测量放电电压轮廓线计算的单元放电曲线的测量电势导数370还包括两个测量标志性峰值375和380，它们参考图6识别并示出（145）。标志性峰值375和380之间的距离（优选地以安培-小时为单位或其他适当标度测量）代表总电极电容量的百分比（例如33%）。总测量电极电容量由此确定。

测量充电导数370中的测量标志性峰值375和380与阳极充电曲线的优选阳极电势导数355的优选标志性峰值360和365在数量上进行比较，以确定总电极电容量（150）。数量上比较测量标志性峰值包括将测量标志性峰值的总测量电极电容量与优选总电极电容量相比较，其中该比较优选地以标志性峰值之间的安培-小时差为单位来进行。数量上比较测量标志性峰值还包括将一个测量标志性峰值（例如峰值380）与优选阳极电势导数355的优选标志性峰值的相应一个（例如峰值365）对齐，以相对于完整蓄电池单元确定阳极电极的位置。

数量上将测量电势导数370中的测量标志性峰值375和380与优选阳极电势导数355的优选标志性峰值360和365进行比较还包括将相应峰值对齐，以参考蓄电池单元确定阳极的位置，这允许相对于蓄电池单元解卷积阳极的OCV-SOC关系。

总石墨阳极电容量可以计算为测量标志性峰值的总电极电容量和优选总电极电容量的比（155）。总石墨阳极电容量可用作石墨阳极损失的指示器。相对于石墨阳极的优选标志性峰值360和365的测量标志性峰值中的一个或两个的位置移动被计算，并且在与优选总阳极电容量比较时是锂损失和总电容量损失的指示。在标志性峰值之间的距离的缩短反应石墨阳极损失。峰值的位置的左侧移动（排除缩短）表示锂损失或总电容量损失的量。可以采用适当的分析方法（例如比值关系比较）来计算可与总石墨电极电容量、锂损失和总电容量损失相关的参数。

与电极相关联的测量值也被计算，包括数量上比较测量的电势导数与优选阴极电势导数（160）。这包括将电势导数的测量标志性峰值与优选标志性峰值相比较以确定总电极电容量（165）。这包括使用先前确定的单元放电电压（即与表2相关的数据）计算阴极电极的OCV-SOC关系，和相对蓄电池单元的阳极的解卷积OCV-SOC关系，即此处所述的V _anode（SOC）。

对参考表2描述的数据，通过在每个特定SOC处将单元电压（即OCV或V _battery（SOC））和解卷积的阳极电压V _anode（SOC）加在一起来确定阴极电压响应。

阴极电压响应通过下述算术关系式来描述：

（4）

类似地，阴极电压响应的电势导数可以如下确定。

（5）

与阴极相关联的测量值被评价，包括将阴极电压响应的测量电势导数（即dV/dQ_cathode）与放电曲线的优选阴极电势导数350在数量上比较。示例性的数据参考图7示出。

图7是对放电容量（330）（其显示在x轴线上）绘制的电势的电势导数dV/dQ (320)和电势V（310）（显示在y轴线上）的曲线图。描绘的数据包括优选的计算阴极放电响应曲线340和优选的计算阴极电势导数350。描绘的数据还包括测量的阴极放电响应曲线390和测量的阴极差分电压曲线395，两者都在已经参考表2描述那样获得的测量数据的每个具体SOC处从示例性蓄电池的测量放电电压轮廓线370（即V_battery（SOC））和负的电极电压V_anode（SOC）一起计算。

在蓄电池单元的使用中操作期间，在阳极和阴极处的峰值的位置和大小的变化使用差分dV/dQ分析来监测。阳极和阴极的电容量衰减行为和关于有效锂损失的信息通过监测（多个）峰值位置的移动、峰值的缩小幅值和峰值之间距离的缩短来确定。

参考图2描述的方法也可以应用于在电功率充电事件期间监测锂离子蓄电池单元100。这包括参考图2所述使用与参考图2所述类似的分析方法来监测在充电事件期间的蓄电池电压和相应的蓄电池单元的荷电状态。测量的电势导数通过在电功率充电事件期间相对于相应荷电状态将蓄电池电压求导来确定。测量电势导数与阳极放电曲线的优选阳极电势导数进行比较。测量电势导数也与阴极充电曲线的优选阴极电势导数进行比较。锂离子蓄电池单元的第一健康状态参数可以被确定，并且对应于测量电势导数与阳极放电曲线的优选阳极电势导数的比较。锂离子蓄电池单元的第二健康状态参数可以被确定，并且对应于测量电势导数与阴极充电曲线的优选阴极电势导数的比较。

替代地或者额外地，监测锂离子蓄电池单元包括在电功率充电事件或电功率放电事件期间监测蓄电池电压或蓄电池单元的相应电荷容量，如参照表2中的数据在前面描述的那样，使用与参照图2所描述相似的分析方法。测量的电荷容量导数可以通过在电功率事件期间相对于相应的蓄电池电压将电荷容量求导来确定。测量的电荷容量导数与阳极曲线的优选电荷容量导数进行比较。测量的电荷容量导数与阴极曲线的优选电荷容量导数进行比较。锂离子蓄电池单元的第一健康状态参数可以被确定，并且对应于测量电荷容量导数与阳极曲线的优选电荷容量导数的比较。锂离子蓄电池单元的第二健康状态参数可以被确定，并且对应于测量的电荷容量导数与阴极曲线的优选电荷容量导数的比较。将测量的电荷容量导数与阳极曲线的优选电荷容量导数进行比较包括识别阳极曲线的优选电荷容量导数的优选标志性峰值，识别测量的电荷容量导数的测量标志性峰值，并确定相对于优选标志性峰值的与测量的标志性峰值相对应的阳极电容量。此外，将测量的电荷容量导数与阴极曲线的优选电荷容量导数进行比较可以包括积分测量的电荷容量导数，积分阴极曲线的优选电荷容量导数,并将积分的测量电荷容量导数与阴极曲线的优选电荷容量导数相比较。

再次参考图2，总阴极电容量可以确定为测量标志性峰值的总阴极电容量与优选总阴极容量的比（165）。总阴极电容量可用作阴极材料损失的指示器。

此分析允许以阴极电极的损失、阳极电极的损失和有效锂的损失的形式的蓄电池SOH的确定，其表示总电容量损失（170）。

此处描述的使用差分曲线技术监测并评价影响蓄电池单元100的SOH的成分的方法优选地使用存储在车载控制模块中的算法和预定标定值来执行。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语是指以下部件的任何适合的或各种组合：一个或多个专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元（优选为微处理器）和相关的存储器和存储介质（只读、可编程序只读、随机访问、硬驱动等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓存电路、以及提供所述功能的其他适当部件。控制模块具有一组控制算法，其包括保存在非易失性存储器中并且被执行以提供期望功能的常驻程序指令和校准程序。算法优选在预置的循环周期期间执行。例如通过中央处理单元来执行算法，所述算法可操作以监测来自上述的传感装置和其他联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制对致动器的操作。可以每隔一定间隔执行循环周期，例如在正在进行的发动机和车辆操作期间每隔3.125、6.25、12.5、25以及100毫秒。可替代地，算法可以响应于事件的发生而被执行。

本发明已经描述了一些优选实施例和修改。在别人阅读和理解说明书后，可想到进一步的修改和变更。因此，本发明的意图不限于在用于实施本发明构思的，作为最佳方式的具体实施例，而是本发明将包括落入附加的权利要求范围内的所有实施例。

Claims

1.一种监测锂离子蓄电池单元的方法，包括：

将测量电荷容量导数与阳极曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较，所述优选阳极电荷容量导数是新蓄电池单元的阳极曲线的阳极电荷容量导数；

将测量电荷容量导数与阴极曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较，所述优选阴极电荷容量导数是新蓄电池单元的阴极曲线的阴极电荷容量导数；

2.如权利要求1所述的方法，其中：

所述电功率事件包括电功率放电事件；

所述阳极曲线包括阳极充电曲线；和

所述阴极曲线包括阴极放电曲线。

3.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

识别阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值，所述优选标志性峰值是新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数的标志性峰值；和

确定优选总阳极电容量，所述优选总阳极电容量包括优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值之间的电荷容量差，所述优选总阳极电容量是新蓄电池单元的总阳极电容量；

5.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值，所述优选标志性峰值是新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数的标志性峰值；

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

确定测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动。

6.如权利要求5所述的方法，其中确定与测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：确定与测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动相对应的蓄电池单元的总电容量损失和锂损失的大小。

7.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：

8.如权利要求2所述的方法，其中电功率放电事件包括从大于80%荷电状态至小于20%荷电状态的蓄电池单元放电。

9.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阳极充电曲线的阳极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的放电事件期间相对于锂电极测量阳极相关的蓄电池参数来确定。

10.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阴极放电曲线的阴极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阴极放电曲线的阴极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的放电事件期间相对于锂电极测量阴极相关的蓄电池参数来确定。

11.如权利要求2所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：积分测量电荷容量导数，积分阴极放电曲线的优选阴极电荷容量导数,并将积分测量电荷容量导数与阴极曲线的积分优选阴极电荷容量导数相比较。

12.如权利要求1所述的方法，其中：

所述电功率事件包括电功率充电事件；

所述阳极曲线包括阳极放电曲线；和

所述阴极曲线包括阴极充电曲线。

13.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

识别阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值，所述优选标志性峰值是新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数的标志性峰值；和

15.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：

识别优选阳极电荷容量导数的优选标志性峰值，所述优选标志性峰值是新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数的标志性峰值；

识别测量电荷容量导数的测量标志性峰值；和

确定测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动。

16.如权利要求15所述的方法，其中确定与测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数的比较相对应的蓄电池单元的第一健康状态参数包括：确定与测量标志性峰值相对于优选标志性峰值的移动相对应的蓄电池单元的总电容量损失和锂损失的大小。

17.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极充电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：

18.如权利要求12所述的方法，其中电功率充电事件包括从小于20%荷电状态至大于80%荷电状态的蓄电池单元充电。

19.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极放电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阳极放电曲线的阳极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的充电事件期间相对于锂电极测量阳极相关的蓄电池参数来确定。

20.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阴极充电曲线的优选阴极电荷容量导数进行比较包括：将测量电荷容量导数与新蓄电池单元的阴极充电曲线的阴极电荷容量导数进行比较，新蓄电池单元的阴极充电曲线的阴极电荷容量导数通过在新蓄电池单元的充电事件期间相对于锂电极测量阴极相关的蓄电池参数来确定。

21.如权利要求12所述的方法，其中将测量电荷容量导数与阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数进行比较包括：积分测量电荷容量导数，积分阳极充电曲线的优选阳极电荷容量导数,并将积分测量电荷容量导数与阳极充电曲线的积分优选阳极电荷容量导数相比较。