CN106054079B

CN106054079B - 用于计算劣化程度的装置和方法

Info

Publication number: CN106054079B
Application number: CN201510777844.1A
Authority: CN
Inventors: 金宇成
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: KR20160120476A; US20160299197A1; US10330737B2; KR101684092B1; CN106054079A; DE102015222979A1

Abstract

本发明涉及用于计算劣化程度的装置和方法。提供了一种计算劣化程度的装置，其包括蓄电池和感测蓄电池以生成行为信息的测量器。该装置还包括计算器，其将行为信息划分成多个区间，并在每个区间中计算行为信息的每个区间的行为变化量和/或每个区间的充电容量。计算器使用每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量来确定每个区间的蓄电池的劣化程度，并使用每个区间的蓄电池的劣化程度来生成蓄电池的最终劣化程度。

Description

用于计算劣化程度的装置和方法

技术领域

本发明涉及蓄电池管理技术，更具体地说，涉及用于通过测量蓄电池的电压的变化率来计算劣化程度(degradation degree)的装置和方法。

背景技术

通常，车辆里程/行驶距离(mileage)受到蓄电池的容量和/或状态的影响。然而，当蓄电池被连续使用时，蓄电池的容量劣化。当发生蓄电池劣化时，即使显示相同的荷电状态(SOC)，也会发生里程的减少和用于加速的功率的减小。

关于蓄电池的劣化程度的确定是基于测量内阻的方法。例如，蓄电池被连接到测量内阻的装置，使用测量内阻的装置来测量内阻。或者，与此不同的是，关于蓄电池的劣化程度的确定是基于如下方法，该方法基于对蓄电池的电压输出与其输入电流之比进行建模分析来估计内阻，根据内阻的增加程度确定蓄电池的劣化状态。

然而，在蓄电池被安装在车辆内的状态下测量蓄电池的内阻时，使蓄电池分离是困难的。此外，由于容量的劣化和功率的劣化，蓄电池的内阻增加，并且因此，对蓄电池的内阻的确定可能不适合于在环保型车辆中确定容量的劣化。环保型车辆的示例可以包括电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等。

此外，在蓄电池是专用于环保型车辆且以恒定电流对蓄电池进行充电的条件下测量蓄电池的劣化的方法中，使用减小特定电压区域的充电容量的特征。然而，由于该计算是在特定的温度区域中进行的，因此该计算被限制。换句话说，计算条件具有慢速充电区域(其为恒定的低电流充电)并且电压检测区域是宽的，因此该计算条件不反映基于温度变化的电压特性。此外，该方法比较特定的电压区域中的电流积分量，并且因此计算精度对电流积分期间发生的传感器误差敏感。

发明内容

本发明提供一种通过反映相对于电流的电压变化量(voltage change quantityto current)和/或基于温度的电压特性来计算蓄电池的劣化程度的装置和方法。另外，本发明提供一种用于计算蓄电池的劣化程度的装置，所述劣化程度表示相对于电流的电压变化量和/或基于温度的电压特性。

在一个示例性实施例中，一种用于计算劣化程度的装置可以包括：蓄电池；测量器，其被配置为感测蓄电池以生成行为信息；计算器，其被配置为将行为信息划分成多个区间，并在每个区间中计算行为信息的每个区间的行为变化量和/或每个区间的充电容量。每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量可以被用来计算每个区间的蓄电池的劣化程度。每个区间的蓄电池的劣化程度可以被用来计算蓄电池的最终劣化程度。

在一些示例性实施例中，行为信息可以包括蓄电池的电压、电流和温度。计算器可以包括行为变化计算器，其被配置为基于预设温度条件的确认，确定多个区间之中的初始电压基准区间。初始电压基准区间可以被用来计算每个区间的电压变化量与电流之比。此外，蓄电池劣化计算器可以被配置为在每个区间中计算与电压变化率对应的每个区间的充电容量，以计算每个区间的蓄电池的劣化程度。

可以使用初始测得的充电容量来计算每个区间的充电容量。初始充电容量可以基于车辆的里程而变化。可以通过将对应区间的充电容量除以初始充电容量来计算每个区间的蓄电池的劣化程度。可以使用多个区间之中的进行计算的区间来计算每个区间的蓄电池的劣化程度。可以基于每个区间的蓄电池的劣化程度的平均值来确定最终劣化程度。

在其他示例性实施例中，该装置还可以包括输出单元，其被配置为将最终劣化程度生成为字符、声音和图形的组合。可以通过基于产生非线性特征的点划分行为信息，由此形成多个区间。每个区间的行为变化量可以是通过将每个区间的电压转换为电流值而获得的值。

根据另一示例性实施例，一种用于计算劣化程度的方法可以包括以下步骤：由传感器感测蓄电池以生成行为信息；由计算器通过将行为信息划分成多个区间，在每个区间中计算行为信息的每个区间的行为变化量和/或每个区间的充电容量，由此使用每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量来确定每个区间的蓄电池的劣化程度；以及由计算器通过使用每个区间的蓄电池的劣化程度来计算蓄电池的最终劣化程度。

在一些示例性实施例中，计算每个区间的劣化程度的步骤包括：基于预设温度条件的确认，确定多个区间之中的初始电压基准区间，并使用初始电压基准区间，计算每个区间的电压变化量与电流之比。可以通过在每个区间中计算与电压变化率对应的每个区间的充电容量，确定每个区间的蓄电池的劣化程度。该方法还可以包括以下步骤：将最终劣化程度输出到输出单元，输出为字符、声音和图形的组合。

附图说明

从下面结合附图进行的详细描述中，本公开的上述特征和其它特征将是显而易见的，其中：

图1是根据本发明的示例性实施例的用于计算劣化程度的装置的示例性框图；

图2是图1中示出的行为改变计算器的示例性框图；

图3是图1中示出的蓄电池劣化计算器的示例性框图；

图4是示出根据本发明的示例性实施例的计算劣化程度的过程的示例性流程图；

图5是示出根据本发明的示例性实施例的在充电时一般的蓄电池电压行为的示例性曲线图；

图6是示出根据本发明的示例性实施例的特定区间中的由于蓄电池的劣化而导致的相对于电流的电压变化量的行为的示例性曲线图；以及

图7是示出根据本发明的示例性实施例的由于蓄电池的劣化而导致的以相对于恒定电流的电压变化量为基准的充电容量的示例性曲线图。

具体实施方式

通过参考下面对示例性实施例和附图的详细描述，可以更容易地理解本发明的优点和特征及其实现方法。虽然本发明将结合示例性实施例进行描述，但是应当理解，这些描述并非旨在将本发明限制到那些示例性实施例。然而，应该理解，本发明旨在不仅覆盖示例性实施例，而且覆盖包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种修改、等同形式和替代。

在整个附图中，相同的参考标号将用于描述相同的部件。在本说明书中所用的术语“第一”、“第二”等可以用于描述各种部件，但是这些部件不应被解释为被限制到这些术语。这些术语用于将一个部件和另一个部件区分开。例如，“第一”部件可以被命名为“第二”部件，反之亦然，而不脱离本发明的范围。术语“和/或”包括多个项目的组合或多个项目中的任一个。

除非另外指明，否则应当理解，在本说明书中使用的所有术语，包括技术术语和科学术语，具有与本领域技术人员理解的含义相同的含义。应当理解，字典定义的术语与在相关技术的上下文内的含义相同，并且它们不应当被理想地或过于形式地定义，除非上下文明确规定。

在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。例如，为了使本发明的描述清楚，没有示出不相关的部分，并且层和区域的厚度出于清楚起见而被放大。此外，当叙述一层在另一层或基板“上”时，该层可以直接在另一层或基板上，或者第三层可以被布置在其间。

除非具体说明或者从上下文显而易见，否则如在此使用的，术语“大约”被理解为在本领域正常公差的范围内，例如，在平均值的2个标准方差内。“大约”可以被理解为在所叙述的值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或者0.01％内。除非从上下文清楚地得出，否则在此提供的所有数值均由术语“大约”修饰。

应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，示例性过程也可以由一个或复数个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为运行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其包含可执行程序指令，可执行程序指令由处理器、控制器/控制单元等执行。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机***中，使得计算机可读媒介以分布式方式例如由远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN)存储和执行。

图1示出根据示例性实施例的用于计算劣化程度的装置100的示例性框图。参考图1，用于计算劣化程度的装置100可以包括被配置为测量蓄电池110以生成行为信息的测量器120和使用行为信息来确定多个区间的劣化程度的计算器130。劣化程度可以被用于计算蓄电池110的最终劣化程度，并且输出单元140可以被配置为输出最终劣化程度等。

蓄电池110可以包括串联连接和/或并联连接的多个蓄电池单元(未示出)。此外，蓄电池单元可以是用于环保型车辆的高压蓄电池，例如镍金属蓄电池和锂离子蓄电池。通常，高压蓄电池(例如，约100V或更大)可以被用作动力源，以启动环保型车辆的移动。然而，示例性实施例并不限于此，并且因此，可以使用低压蓄电池。在本文中，环保型车辆的示例可以包括电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆等。

测量器120(例如，传感器)可以被配置为感测蓄电池110的行为以生成行为信息。行为信息的示例可以包括电压、电流、温度等。因此，测量器120可以包括电压传感器、电流传感器、温度传感器等，以感测电压、电流、温度等。计算器130可以被配置为将行为信息划分成多个区间，并且可以在每个区间中确定行为信息的每个区间的行为变化量和/或每个区间的充电容量。此外，计算器可以使用每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量来确定每个区间的蓄电池的劣化程度。

此外，计算器130可以包括行为变化计算器131，其被配置为计算每个区间的行为变化量和充电容量。蓄电池劣化计算器132可以确定每个区间的蓄电池的劣化程度等。行为变化计算器131可以被配置为基于预设温度条件的确认，确定多个区间之中的初始电压基准区间。另外，初始电压基准区间可以被用于确定每个区间的相对于电流的电压变化量。此外，蓄电池劣化计算器132可以被配置为在每个区间中确定与电压变化率对应的每个区间的充电容量，以计算每个区间的蓄电池的劣化程度。输出单元140可以被配置为将最终劣化程度输出(例如，产生或生成)为字符、声音和图形的组合。换句话说，可以配置有显示***、音频***等。

图2是图1中示出的行为变化计算器131的示例性框图。参考图2，行为变化计算器131可以包括温度条件确认器(confirmer)210、以及被配置为计算行为信息的多个区间中的行为变化量的变化量计算器220。行为变化计算器131可以包括容量计算器230，其被配置为基于多个区间的行为变化量来确定多个区间的充电容量。

特别地，温度条件确认器210可以使用测得的蓄电池110(图1)的温度来确认测得的温度是否对应于预设温度条件。换句话说，当测得的蓄电池110的温度对应于预设温度条件(例如，约20℃至30℃)时，可以选择行为信息(例如，电压和电流)，并且可以丢弃与该温度对应的信息。变化量计算器220可以被配置为计算行为信息之中的相对于电流的电压变化量(ΔV/I)。换句话说，当计算蓄电池110的劣化程度时，相对于电流的电压变化量可以从蓄电池充电时的电压行为来确定。容量计算器230可以确定在恒定的电压变化量(ΔV/I)的区间内的蓄电池110的充电容量Ahn。换句话说，当每个区间将电压转换为电流值(例如，与电阻特性类似)时，可以确定与每个区间的充电容量的相互关系。

图3是图1中示出的蓄电池劣化计算器132的示例性框图。参考图3，蓄电池劣化计算器132可以包括每个区间的劣化程度计算器310和最终劣化程度计算器320等。每个区间的劣化程度计算器310可以被配置为将基于基本恒定的电压变化量(ΔV/I)的当前充电容量除以初始充电容量，以确定对应区间中的蓄电池的劣化。这将由以下公式1来表示。

公式1

每个区间的劣化程度＝Ahn/Ahnini。

其中，Ahn表示每个区间的当前充电容量，Ahnini表示初始充电容量。

在公式1中，通过使用初始测得的充电容量，可以确定每个区间的充电容量。图5至图7是示出计算多个区间中的劣化程度的概念的示例性曲线图，这将在下面描述。

参考图3，当最终劣化程度计算器320确定了被划分的(例如，分开的)每个区间的蓄电池的劣化程度时，可以通过对所有区间的值进行平均来获得蓄电池的最终劣化程度。这将由以下公式2来表示。

公式2

最终劣化程度＝(∑每个区间的劣化程度(n))/n。

当确定最终劣化程度时，因为初始充电状态是基于车辆的里程而变化的，因此，并不是始终需要计算每个区间。因此，可以在可能执行计算的区间中确定区间蓄电池劣化程度，并且获得计算区间的平均值。另外，可以提高计算劣化程度的进入频率(entryfrequency)。

此外，当确定所有区间的平均值时，每个区间的劣化程度的计算误差可能会变化，并且因此可以获得基于劣化程度的每个区间的计算误差。当蓄电池的最终劣化程度是基于计算误差时，区间的平均值可以被用于最小化计算误差。替换地，具有基于区间的误差精度而设定的特定比率的简单平均值的计算可以被用于最小化计算误差。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的计算劣化程度的过程的示例性流程图。参考图4，测量器120(图1)可以被配置为感测蓄电池110(图1)并生成行为信息(电流、电压、温度等)(S410)。当生成了行为信息时，测量器120可以被配置为确定在行为信息之中的测得的温度是否满足预设温度条件(S420)。换句话说，当预设温度条件被设定为约20℃至30℃时，测量器确定测得的温度是否满足该条件。

当测得的温度不满足预设温度条件时，可以不确定劣化程度。换句话说，当测得的温度为约35℃时，测得的温度超过温度条件，并且不需要计算劣化程度。相反地，当在S420中测得的温度满足预设温度条件时，可以确定多个区间之中的初始电压基准区间(S431)。接下来，可以使用初始电压基准区间来确定每个区间的相对于电流的电压变化量(S432)。

当确定了每个区间的相对于电流的电压变化量时，可以在每个区间中确定与电压变化率对应的每个区间的充电容量(S441)，并且可以确定每个区间的蓄电池的劣化程度(S442)。当计算出每个区间的蓄电池的劣化程度时，可以计算所有区间的平均劣化程度，以确定最终劣化程度(S450)。

图5是示出充电时蓄电池电压行为的示例性曲线图。参考图5，环保型车辆可以使用以基本上恒定的电流(例如，功率)充电的蓄电池，并且因此可以使用蓄电池的电压变化特性来确定蓄电池的劣化状态。如在图5的曲线图的上部所示，蓄电池充电时的电压行为510可以基于充电容量而变化。

例如，基于充电容量Ah的蓄电池的电压(V)在每个充电区间内可以以非线性形式移动，而不是以恒定速率的线性特性移动。特别地，通过划分电压变化率变化的区间，可以表示多个区间520中的容量变化与(相对于电流的)电压变化之间的相互关系，如图5的曲线图的下部所示。参考图5，随着蓄电池劣化的进行，相对于电流的电压变化(例如，电阻)会增加。相对于电流的电压变化可以发生在图5的每个区间520中。例如，以相同的容量为基准，电压变化增加，反过来，以相同的电压变化为基准，充电容量减小。因此，可以基于以非线性发生电压变化的点(例如，拐点)，划分蓄电池充电期间的电压行为的区间。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的在特定区间中由于蓄电池的劣化而导致的相对于电流的电压变化量的行为的示例性曲线图。参考图6，每个区间的电压可以被转换为电流值(例如，电阻特性)，以获得每个区间的相对于电流的电压变化量ΔV/I与充电容量ΔAh之间的相互关系。例如，区间容量与相对于电流的电压变化量之间的相互关系可以通过蓄电池的劣化条件的特性测试来获得。特别地，获得的蓄电池的劣化特性可以由一个区间来表示，如图6中所示。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的由于蓄电池的劣化而导致的以相对于恒定电流的电压变化量为基准的容量变化的示例性曲线图。特别地，图7示出初始测得的充电容量ΔAhini与相对于电流的电压变化量(ΔV/I)之间的关系。参考图7，通过基于相对于恒定电流的电压变化量(ΔV/In)计算劣化状态中的充电容量，可以看出，随着劣化进行，充电容量会减小。

因此，可以通过将相对于恒定电流的电压变化量(ΔV/In)的充电容量除以初始容量Ahn来确定在对应区间中的蓄电池的劣化程度。如上所述，当划分了每个区间的蓄电池的劣化程度时，可以通过取所有部分的平均值来获得蓄电池的劣化程度。

根据示例性实施例，通过将电压区间划分成多个区间，可以增加劣化程度的计算进入频率。此外，可以通过增加计算频率来确保劣化程度的计算可靠性和精度。另外，可以应用使用相对于电流的电压变化量来计算劣化程度而与充电形式(低电流或高电流充电/慢速充电或快速充电)无关的方法。

虽然结合目前认为是其示例性实施例的内容描述了本发明。因此，本发明并不限于上述示例性实施例和附图，并且因此，本发明的范围并不限于上述示例性实施例。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，示例性实施例可以包括各种方式的替代、修改和变型，所述替代、修改和变型可以在不偏离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内进行并且也可以属于在本发明的范围。

Claims

1.一种用于计算蓄电池的劣化程度的装置，包括：

测量器，其被配置为生成蓄电池的多个区间中的行为信息，其中，所述行为信息包括蓄电池的每个区间的电压、电流和温度；

计算器，其被配置为：

通过基于产生非线性特性的点划分所述行为信息，来划分所述多个区间中测得的行为信息；

在每个区间中计算所述行为信息的每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量；

使用每个区间的行为变化量和每个区间的充电容量来计算每个区间的蓄电池的劣化程度，其中，所述劣化程度是通过在电流保持恒定时，与每个区间的电压变化对应的充电容量变化来计算的；以及

使用每个区间的蓄电池的劣化程度来计算蓄电池的最终劣化程度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述计算器包括：

行为变化计算器，其被配置为基于预设温度条件的确认，确定所述多个区间之中的初始电压基准区间，并基于所述初始电压基准区间，计算每个区间的相对于电流的电压变化量；以及

蓄电池劣化计算器，其被配置为在每个区间中计算与电压变化率对应的每个区间的充电容量，以计算每个区间的蓄电池的劣化程度。

3.根据权利要求2所述的装置，其中使用初始充电容量来计算每个区间的充电容量。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述初始充电容量是基于车辆的里程而变化的。

5.根据权利要求3所述的装置，其中通过将对应区间的充电容量除以所述初始充电容量来计算每个区间的蓄电池的劣化程度。

6.根据权利要求1所述的装置，其中使用所述多个区间之中的能够进行计算的区间来计算每个区间的蓄电池的劣化程度，并且所述最终劣化程度是基于每个区间的蓄电池的劣化程度的平均值。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：

输出单元，其被配置为将所述最终劣化程度输出为字符、声音和图形的组合。

8.根据权利要求1所述的装置，其中每个区间的行为变化量是通过将每个区间的电压转换为电流值而获得的值。

9.一种用于计算蓄电池的劣化程度的方法，包括以下步骤：

生成蓄电池的多个区间中的行为信息，其中，所述行为信息包括蓄电池的每个区间的电压、电流和温度；

通过使用每个区间的蓄电池的劣化程度来计算蓄电池的最终劣化程度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中计算每个区间的劣化程度的步骤包括：

基于预设温度条件的确认，确定所述多个区间之中的初始电压基准区间，并使用所述初始电压基准区间，计算每个区间的相对于电流的电压变化量；以及

在每个区间中计算与电压变化率对应的每个区间的充电容量，由此计算每个区间的蓄电池的劣化程度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中使用初始充电容量来计算每个区间的充电容量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述初始充电容量是基于车辆的里程而变化的。

13.根据权利要求11所述的方法，其中通过将对应区间的充电容量除以所述初始充电容量，计算每个区间的蓄电池的劣化程度。

14.根据权利要求9所述的方法，其中使用所述多个区间之中的能够进行计算的区间来计算每个区间的蓄电池的劣化程度，并且基于所述多个区间的蓄电池的劣化程度的平均值来确定所述最终劣化程度。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

将所述最终劣化程度输出到输出单元，输出为字符、声音和图形的组合。

16.根据权利要求9所述的方法，其中每个区间的行为变化量是通过将每个区间的电压转换为电流值而获得的值。