CN106796271B - 确定二次电池的电阻系数的方法，以及使用所确定的电阻系数估计充电功率的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的确定二次电池的电阻系数的方法，当二次电池具有特定温度和充电状态时，将从根据充电电流的大小的变化的充电终止I‑V曲线与设置为充电上限的边界线相交的交叉点的电流值计算的关于充电初始I‑V曲线的一次微分值确定为与二次电池的温度和充电状态对应的电阻系数。此外，根据本发明的用于估计充电功率的装置和方法估计与二次电池的温度和充电状态对应的充电功率，同时使用根据二次电池的温度和充电状态预定的电阻系数对二次电池充电。

Description

确定二次电池的电阻系数的方法，以及使用所确定的电阻系 数估计充电功率的装置和方法
技术领域
本申请要求在韩国分别于2015年2月2日和2016年2月1日提交的韩国专利申请No.10-2015-0016275和No.10-2016-0012520的优先权，其公开内容通过引用方式并入本文。
本公开涉及一种用于确定二次电池的电阻系数并且使用该电阻系数估计充电功率的装置和方法。
背景技术
高性能二次电池的应用需要估计与二次电池的充电状态(SOC)对应的充电功率。
例如，在混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中，车辆控制器从电池管理***(BMS)连续地请求关于二次电池的充电功率的最新信息。
混合脉冲功率表征(HPPC)是在本领域中是众所周知的用于二次电池的功率计算技术。
可以在由美国能源部的爱达荷国家工程和环境实验室出版的新一代车辆伙伴关系(PNGV)电池测试手册(版本.3，2001年2月)中找到HPPC。
HPPC仅考虑关于二次电池的电压的操作设计限制Vmin、Vmax来估计二次电池的功率。因此，该方法不考虑与二次电池的充电状态(z)和电流相关联的设计限制。
这里使用的“充电状态”是指当前剩余容量相对于完全充电的二次电池的容量的相对比率。“充电状态”由参数SOC或z表示。参数SOC用于以百分比表示充电状态。此外，参数z用于表示在0和1之间的数字中的充电状态。
HPPC仅通过下面的等式1来建模二次电池的电压。
<等式1>
V＝OCV(z)+R×I
此处，OCV(z)是对应于二次电池的充电状态的二次电池的开路电压(OCV)，并且R是表示二次电池的电阻的常数。
OCV(z)可以由通过测试预定义的SOC-OCV查找表来确定。也就是说，可以由映射对应于查找表中的充电状态的开路电压来获得OCV(z)值。
图1详细示出了使用HPPC确定二次电池的充电功率的概念。
如图1所示，一旦具有充电状态zk的二次电池以具有Ich的大小的恒定电流充电一定时间段(例如，10秒)，就测量二次电池的终止电压Vch。此处，二次电池的终止电压Vch可以根据充电电流的大小和充电时间而变化。
接下来，基于等式1确定I-V曲线的斜率Rch，并且通过使用Rch，确定关于I-V曲线的线性方程式V＝OCV(zk)+Rch*I。接下来，对确定的等式应用外推，以确定与Vlimit，即充电上限电压对应的电流值。以这种方式，确定最大充电电流Imax，ch。
根据HPPC，当确定最大充电电流Imax，ch时，由下面的等式2确定充电功率Pc。
<等式2>
Pc＝Vlimit×Imax，ch＝Vlimit×[(Vlimit-OCV(zk))÷Rch]
然而，HPPC不设置充电电流的操作设计限制。如果由HPPC确定的二次电池的最大充电电流Imax，ch大于可由二次电池实际输出的充电上限电流，则充电功率被确定为大于二次电池的性能。在这种情况下，二次电池可能在比其应该处于的条件更为过度的条件下充电。特别地，在锂二次电池的情况下，过充电可能是电池***的原因。
因此，需要在相关领域中的新充电功率估计技术，其可以克服上述HPPC的缺点。
发明内容
技术问题
本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种实验性地确定二次电池的电阻系数的方法，该方法可以用于新充电功率估计方法并且配置使用该方法的电阻系数查找表。
本公开还旨在提供一种使用电阻系数查找表以安全裕度估计充电上限内的二次电池的充电功率的装置和方法。
技术方案
在本公开的一个方面，提供了一种二次电池的电阻系数确定方法，该方法包括以下步骤：(a)按二次电池的温度的和充电状态，根据充电电流的大小变化来测量多个充电初始电压数据和多个充电终止电压数据，并将其存储在存储器中；(b)从多个充电终止电压数据确定充电终止I-V曲线，并且确定充电终止I-V曲线与对应于预设为充电上限条件的充电上限电流或充电上限电压的边界线相交的交叉点；(c)从多个充电初始电压数据确定充电初始I-V曲线，并基于交叉点的电流值确定关于充电初始I-V曲线的一阶微分值；并且(d)将所确定的一阶微分值确定为与二次电池的温度和充电状态对应的电阻系数。
优选地，根据本公开的电阻系数确定方法进一步包括：在存储器中定义电阻系数查找表，使得可以通过二次电池的温度和充电状态来映射二次电池的电阻系数；以及在定义的电阻系数查找表中存储确定的电阻系数。
根据一个方面，充电初始电压数据可以是在对二次电池施加充电电流之后的1秒内的时间点测量的电压数据，并且充电终止电压数据可以是在结束对二次电池施加充电电流时的时间点测量的电压数据。
根据另一方面，步骤(a)可以包括保持二次电池的温度恒定；按二次电池的充电状态进行对二次电池施加具有不同大小的多个充电电流的充电测试；以及在每次施加每个充电电流时测量和存储二次电池的充电初始电压和充电终止电压。
优选地，当对二次电池施加的充电电流的大小大于充电上限电流时，或当二次电池的最近测量的充电终止电压大于充电上限电压时，可以暂停充电测试。
在本公开的另一方面，提供了一种二次电池的充电功率估计装置，该装置包括：存储单元，其中预先存储按二次电池的温度和充电状态预定的、用于参考电阻系数的电阻系数查找表；传感器单元，其当二次电池正在被充电的同时测量二次电池的充电电流和温度；以及控制单元，其确定二次电池的充电状态，参考电阻系数查找表来确定与确定的充电状态和测量的温度对应的电阻系数，并且从确定的电阻系数和测量的充电电流估计二次电池的充电功率。
优选地，当二次电池具有特定的温度和充电状态时，电阻系数可以是从根据充电电流的大小的变化的充电终止I-V曲线与设置为充电上限的边界线相交的交叉点的电流值计算的关于充电初始I-V曲线的一次微分值。
优选地，边界线可以是指示充电上限电流和充电上限电压的边界线。
根据一个方面，充电初始I-V曲线可以是当具有不同大小的多个充电电流被施加到二次电池时，定义在被施加到二次电池的充电电流与施加对应的充电电流之后立即测量的电压之间的相关性的曲线图。
优选地，构成充电初始I-V曲线的多个电压数据可以是在每个充电电流被施加到二次电池之后的1秒内测量的电压数据。
根据另一方面，充电终止I-V曲线可以是当具有不同大小的电流的多个充电电流被施加到二次电池时，定义在被施加到二次电池的充电电流与在结束施加对应的充电电流时的时间点测量的电压之间的相关性的曲线图。
优选地，控制单元可以被配置为在存储单元中存储估计的充电功率。
可选地，控制单元可以与显示单元连接，并且可以通过显示单元显示估计的充电功率。
可选地，控制单元可以与通信接口连接，并且可以通过通信接口向外部发送估计的充电功率。
在本公开的另一方面中，提供了一种二次电池的充电功率估计方法，该方法包括：提供按二次电池的温度和充电状态预先确定的、用于参考电阻系数的电阻系数查找表；在二次电池正在被充电的同时测量二次电池的充电电流和温度；确定二次电池的充电状态；参考电阻系数查找表来确定与确定的充电状态和测量的温度对应的电阻系数；以及从确定的电阻系数和测量的充电电流估计二次电池的充电功率。
优选地，当二次电池具有特定的温度和充电状态时，电阻系数可以是从根据充电电流的大小的变化的充电终止I-V曲线与设置为充电上限的边界线相交的交叉点处的电流值计算的、关于充电初始I-V曲线的一次微分值。
根据本公开的二次电池的充电功率估计方法进一步包括存储、显示或发送估计的充电功率。
有益效果
根据本公开的一个方面，可以容易地确定要在安全裕度内估计二次电池的充电功率中使用的电阻系数。
根据本公开的另一方面，能够以与二次电池的充电上限条件的安全裕度可靠地估计二次电池的充电功率。
根据本公开的另一方面，在控制二次电池的充电的过程中可以防止二次电池的电压或充电电流过度地增加。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术精神的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1例示了I-V曲线，以说明当使用混合脉冲功率表征(HPPC)确定二次电池的充电功率时，当未设置充电电流上限时出现的问题。
图2示意性地示出了根据本公开的实施例的电阻系数确定***的配置。
图3是示出使用图2的电阻系数确定***的电阻系数确定方法的流程图。
图4是详细示出图3的流程图的步骤S140的流程图。
图5示出了表示当锂二次电池的充电状态为20％，锂二次电池在其正极和负极中分别包含锂金属氧化物(LiNixMnyCozO2)和石墨时，使用从基于图4的充电测试算法实施的充电测试获得的充电初始电压数据和充电终止电压数据来绘制充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线的结果的曲线图。
图6示出了表示当上述锂二次电池的充电状态为70％时，使用从基于图4的充电测试算法实施的充电测试获得的充电初始电压数据和充电终止电压数据来绘制充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线的结果的曲线图。
图7示出了表示绘制使用与从0％变化到100％的锂二次电池的每个充电状态对应的充电终止I-V曲线与充电上限条件相交的交叉点获得的最大充电电流Imax，ch的变化模式的结果的曲线图。
图8示意性地示出根据本公开的实施例的二次电池的充电功率估计装置的配置。
图9是示出根据本公开的实施例的二次电池的充电功率估计方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于对应于本公开的技术方面的含义和概念，允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础。因此，本文提出的描述仅仅是为了说明的目的的优选示例，并且不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行其它等同和修改。
在以下提供的描述中，二次电池是指锂二次电池。这里使用的“锂二次电池”包括其中锂离子充当操作离子并由此在充电和放电期间在正极和负极进行电化学反应的二次电池。
同时，虽然二次电池的名称可根据锂二次电池中使用的电解质或隔膜的类型、用于包装二次电池的包装材料的类型、锂二次电池的内部或外部结构等而变化，但是只要锂离子在这种二次电池中用作操作离子，则二次电池被解释为落入上述锂二次电池的范围内。
本公开可应用于其它二次电池以及锂二次电池。因此，不管二次电池的类型如何，即使具有除锂离子之外的操作离子的二次电池也被解释为落入本公开的范围内，只要这种二次电池可以应用本公开的技术概念。
此外，二次电池不限于构成二次电池的元件的数量。因此，二次电池应被解释为不仅包括单个封装中的正极/隔板/负极和电解质的组件的单个电体，而且包括单个电体的组件、在其中串联和/或并联连接许多组件的模块、在其中串联和/或并联连接许多模块的封装、在其中串联和/或并联连接许多封装的电池***等。
下面要说明的第一实施例涉及一种确定在估计二次电池的充电功率中使用的电阻系数的方法。
为了确定在估计二次电池的充电功率中使用的电阻系数，可以提供如图2所示的电阻系数确定***10。
根据本公开的实施例的电阻系数确定***10包括充电/放电设备20，该充电/放电设备20能够用任意充电电流对二次电池B充电一定时间段，或者将二次电池B的充电状态调节到期望值。
优选地，充电/放电设备20以各种大小的恒定电流对二次电池B充电或放电一定时间段。
充放电设备20包括能够对二次电池B充电的充电单元和能够对二次电池B放电的放电单元。
充电单元可以包括本领域公知的充电电路。类似地，放电单元可以包括本领域公知的放电电路。
电阻系数确定***10还包括电压测量设备30，其能够在二次电池B由充电/放电设备20充电一定时间段的同时，测量紧随在二次电池B开始充电之后的充电初始电压，以及当预设充电时间结束时的充电终止电压。
在一个实施例中，当二次电池B被充电10秒时，充电初始电压是从充电电流开始流动起的1秒内，例如，在0.1秒过去之后测量的电压，并且充电终止电压是在充电电流开始流动之后，例如，10秒之后测量的电压。
由于充电初始电压和充电终止电压分别是指在充电的早期阶段测量的电压和在充电的稍后阶段测量的电压，所以测量充电初始电压和充电终止电压的时间点不限于上述，但可以变化。
优选地，电压测量设备30可以包括本领域公知的电压计或电压测量电路。
电阻系数确定***10进一步包括电流测量设备35，该电流测量设备35能够在二次电池B由充电/放电设备20充电或放电一定时间段时测量二次电池B的电流。
在实施例中，电流测量设备35可以当二次电池B正在充电或放电时以时间间隔测量二次电池B的电流，并且向将在下文中解释的计算设备40提供测量的电流值。
优选地，电流测量设备35可以包括本领域公知的电流计或电流测量电路。
优选地，电阻系数确定***10还包括计算设备40。计算设备40可以连接到充电/放电设备20、电压测量设备30和电流测量设备35，并且可以控制根据本公开的实施例的上述装置中的每一个。
计算设备40可以在***操作者的请求设置当对二次电池B充电时要施加的多个充电电流大小、充电时间段等。为此，计算设备40可以向***操作者提供图形用户界面，通过该图形用户界面可以输入各种设置值。
当二次电池B正在充电时，计算设备40还可以从电压测量设备30接收充电初始电压和充电终止电压的输入。
计算设备40还可以当二次电池B正在充电或放电时以时间间隔从电流测量设备35接收二次电池B的测量的电流值的输入。
优选地，计算设备40可以包括：电阻系数确定程序60，其能够以自动的方式确定二次电池B的电阻系数；以及存储器50，其能够存储：包括电阻系数确定程序60的控制逻辑的程序代码、在执行控制逻辑的过程中生成的数据、以及当估计电阻系数时要参考的预定义的数据。
优选地，计算设备40可以包括执行电阻系数确定程序60的预定义控制逻辑的微处理器。
应当注意，在下文中解释的由电阻系数确定程序60进行的功能在硬件的角度来看将由微处理器进行。
图3是顺序地示出用于使用图2中公开的电阻系数确定***10来确定在估计二次电池B的充电功率中使用的电阻系数的方法的流程图。
参照图3，首先，由***操作者将电阻系数待确定的二次电池B安装到电阻系数确定***10上(S100)，并且在计算设备40中运行电阻系数确定程序60(S110)。
此处，二次电池B优选地是在寿命开始(BOL)状态的电池。
当电阻系数确定程序60完成运行时，可以通过计算设备40的监视器向***操作者可视地输出提供有可以通过其输入充电条件的图形用户界面(GUI)的充电条件设置界面(S110)。
例如，通过使用充电条件设置界面，***操作者可以设置将进行充电测试的充电状态区间(0至100％)和将执行充电测试的充电状态的间隔(5％)，将要施加到二次电池的多个大小的充电电流50A、100A、150A、200A、225A、275A等，在将向二次电池B施加充电电流时的时间(10秒)，以及关于何时测量充电初始电压和充电终止电压的定时信息(0.1秒和10秒)等。
接下来，电阻系数确定程序60通过充电条件设置界面从***操作者接收充电设置信息的输入，并将其存储在存储器50中(S120)。
接下来，电阻系数确定程序60在计算设备40的监视器上显示充电上限设置界面，其包括用于输入包括充电上限电流Ilimit，ch和充电上限电压Vlimit，ch的充电上限条件的图形用户界面(GUI)，并且电阻系数确定程序60从***操作者接收充电上限条件的输入，并将其存储在存储器50中(S130)。
例如，通过使用充电上限设置界面，***操作者可以将充电上限电流Ilimit，ch设置为240A，并将充电上限电压Vlimit，ch设置为4.16V。
接下来，电阻系数确定程序60通过参考存储在存储器50中的充电设置信息控制充电/放电设备20和电压测量设备30来测量充电初始电压和充电终止电压，作为按二次电池B的充电状态的、关于具有不同大小的多个充电电流的充电响应特性，并且从电压测量设备30接收测量的充电初始电压和充电终止电压的输入，并将其存储在存储器50中(S140)。
图4是详细示出根据本公开的实施例的在按二次电池的每个充电状态的多个充电电流的条件下测量充电初始电压和充电终止电压的过程的流程图。
在图4中，Ich表示施加到二次电池B的充电电流，Vi和Vf分别表示当二次电池B正在充电时测量的充电初始电压和充电终止电压。
参照图4，首先，电阻系数确定程序60控制电压测量设备30和温度调节设备70，以便测量二次电池B的开路电压和温度(S141)，并且参考预先存储在存储器50中的OCV-SOC查找表确定与测量的开路电压和温度对应的充电状态(S142)。
作为参考，OCV-SOC查找表包括与二次电池B的开路电压和温度对应的充电状态信息。
接下来，电阻系数确定程序60确定在步骤S142确定的充电状态是否是初始值(S143)。例如，初始值可以是0％。
如果充电状态不是初始值，则电阻系数确定程序60使用安培计数方法来确定包括用于将二次电池B的充电状态调节到初始值所需的放电电流的大小和放电时间的放电条件，并且通过控制充电/放电设备20根据确定的放电条件对二次电池B放电(S144)，并且进入步骤S145。
此处，假定必须放电以将二次电池B的充电状态调节为初始值的二次电池B的容量为Q(Ah)，通过首先确定放电电流的大小，然后将Q值除以电流的大小值，可以确定放电时间。放电电流的大小可以预先设置。
另一方面，如果二次电池B的充电状态对应于初始值，则电阻系数确定程序60直接进行到步骤S145。
接下来，电阻系数确定程序60控制充电/放电设备20向二次电池B施加充电电流的预设大小中的最小大小的充电电流Ich，由此对二次电池B充电(S145)。
此外，电阻系数确定程序60在二次电池B正在充电时控制电压测量设备30，以在预设定时处测量充电初始电压Vi和充电终止电压Vf，并且接收来自电压测量设备30的测量的初始电压Vi和充电终止电压Vf，以将其存储在存储器50中(S146)。
具体地，例如，在对二次电池B充电10秒的情况下，电阻系数确定程序60可以控制电压测量设备30，使得可以在0.1秒和10秒的定时处测量二次电池B的充电初始电压Vi和充电终止电压Vf。
接下来，电阻系数确定程序60确定作为二次电池B的充电条件而施加的充电电流Ich的大小或在步骤S146测量的充电终止电压Vf是否已经偏离预设充电上限条件(S147)。
此处，如果充电电流Ich的大小大于设置的充电上限电流Ilimit，ch，或者如果测量的充电终止电压Vf的大小大于设置的充电上限电压Vlimit，ch，则意味着充电电流Ich或充电终止电压Vf的大小已经偏离充电上限条件。
如果在步骤S147确定为“否”，则电阻系数确定程序60控制充电/放电设备20对二次电池B放电，从而将二次电池B的充电状态恢复到施加充电电流之前的状态(S148)。
此处，放电电流和放电时间的大小可以被调节为与充电二次电池B时施加的充电电流和充电时间的大小大致相同。
接下来，参考存储在存储器50中的充电设置信息，电阻系数确定程序60可以将要施加到二次电池B的充电电流Ich的大小增加到至少大于前一个的大小(S149)，控制充电/放电设备20以大于前一个的充电电流Ich对二次电池B充电(S150)，并当进行充电时控制电压测量设备30测量充电初始电压Vi和充电终止电压Vf，并且将其存储在存储器60中(S151)。
此处，测量充电初始电压Vi和充电终止电压Vf的定时与在步骤S146处施加的定时大致相同。
当S151结束时，电阻系数确定程序60前进到步骤S147。
因此，电阻系数确定程序60重复从步骤S148到步骤S151的步骤，直到施加到二次电池B的充电电流Ich的大小或者作为充电响应特性测量的充电终止电压Vf的大小从充电上限条件偏离，同时根据预设条件增加要施加到二次电池B的充电电流Ich的大小。
同时，如果在步骤S147处确定为“是”，则当二次电池B的充电状态处于初始值时，电阻系数确定程序60结束充电测试，并且进行到步骤S152。
在步骤S152，在进行在二次电池B的充电状态已经增加了预定宽度的状态下的充电测试之前，电阻系数确定程序60确定二次电池B的当前充电状态的大小是否大于或等于作为设置的上限的100％。
如果在步骤S152确定为“是”，则电阻系数确定程序60结束关于二次电池B的充电测试，并且进行到图3的步骤S160。
另一方面，如果在步骤S152处确定为“否”，则电阻系数确定程序60参考存储在存储器50中的充电设置信息，将二次电池B的充电状态增加预定宽度ΔSOC(S153)，并且控制充电/放电20以对二次电池B充电，从而将二次电池B的充电状态调节为在步骤S153确定的充电状态(S154)。在步骤S154施加到二次电池B的充电电流的大小和充电时间可以由使用在步骤S153确定的SOC值的安培计数方法来确定。
此处，假定必须充电以将二次电池B的充电状态调节为在步骤S153确定的SOC值的二次电池B的容量为Q'(Ah)，通过首先确定充电电流的大小，然后将Q'值除以电流的大小值，可以确定充电时间。充电电流的大小可以是预先设置的。
接下来，电阻系数确定程序60进行到步骤S145，并且因此重复上述测量充电初始电压Vi和充电终止电压Vf的过程，并将其存储到存储器50，同时根据预设条件增加要施加到二次电池B的充电电流Ich，直到关于在步骤S153处调节二次电池B的充电状态的充电电流Ich或充电终止电压Vf的大小偏离预定充电上限条件。
电阻系数确定程序60可以重复从步骤S145到步骤S151的步骤，直到二次电池B的充电状态变为100％，并且当二次电池B的充电状态变为或大于100％时，电阻系数确定程序60可以结束按二次电池B的充电状态进行的充电测试，并且进行到图3的步骤S160。
在下文中，为了便于说明，当二次电池B的充电状态为SOCp并且充电电流的大小为Ich(k)时，测量并存储在存储器50中的充电初始电压Vi和充电终止电压Vf，即充电电流的m个预设大小的第k个大小将表示如下。
充电初始电压：Vi，@SOCp(Ich(k))[k＝1，...，m]
充电终止电压：Vf，@SOCp(Ich(k))[k＝1，...，m]
此外，当施加到二次电池B的充电电流Ich的大小和二次电池B的电压分别被定义为X坐标和Y坐标时，充电初始电压数据和充电终止电压数据可以定义为多个坐标数据，如下所示。
充电初始电压数据：(Ich(k)，Vi，@SOCp(Ich(k)))[k＝1，...，m]
充电终止电压数据：(Ich(k)，Vf，@SOCp(Ich(k)))[k＝1，...，m]
此外，由多个充电初始电压数据和多个充电终止电压数据绘制的I-V曲线可以分别被定义为充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线。
图5示出了表示关于分别在其正极和负极中包含锂金属氧化物(LiNixMnyCozO2)和石墨的容量为26Ah的锂二次电池在使用图4的充电测试算法增加充电电流的大小时，使用测量充电初始电压Vi和充电终止电压Vf的结果绘制充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线的结果的曲线图。
在进行获得图5的曲线图的测试中，在对锂二次电池施加充电电流之前，将锂二次电池的充电状态调节为等于20％。
在图5中举例说明的I-V曲线中，由■指示的位置的X坐标表示施加到二次电池B的充电电流Ich的大小，Y坐标表示当施加对应的充电电流Ich时的充电初始电压Vi或充电终止电压Vf。
在图5中，虚线表示充电上限条件，垂直虚线表示充电上限电流Ilimit，ch，水平虚线表示充电上限电压Vlimit，ch。
如图所示，充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线具有相同的Y截距。作为参考，Y截距是当充电电流Ich不施加到二次电池B时测量的开路电压。开路电压被确定为取决于二次电池B的充电状态的唯一值。
由于充电初始I-V曲线(虚线)表示根据充电电流Ich的大小绘制在充电电流Ich施加到二次电池B之后，例如，在0.1秒之后立即测量的电压的结果，并因此位于充电终止I-V曲线下方。
这是因为，当充电电流Ich施加到二次电池B时，电压逐渐增加，直到充电电流Ich停止，因此测量电压越晚，测量的电压越高。
同时，充电终止I-V曲线(实线)与充电上限条件相交的交叉点处的电流大小对应于可以施加到二次电池B的最大充电电流Imax，ch，并且该电流值可以被确定为根据二次电池B的充电状态的唯一值。
参照图5，可以看出，可以施加到具有20％充电状态的锂二次电池的最大充电电流Imax，ch与被设置为边界条件的充电上限电流Ilimit，ch相同。
图6示出了表示当上述锂二次电池的充电状态为70％时，使用从基于图4中例示的算法进行的充电测试获得的充电初始电压数据和充电终止电压数据来绘制充电初始I-V曲线和充电终止I-V曲线的结果的曲线图。
在图6中，充电终止I-V曲线(实线)与充电上限条件，即，适用于具有70％状态的二次电池B的最大充电电流Imax，ch相交的交叉点处的电流大小小于被设置为充电上限条件的电流上限电流Ilimit，ch。这是因为充电终止I-V曲线(实线)与充电上限条件相交的交叉点在直线V＝Vlimit，ch上。
图7示出了表示绘制使用与从0％变化到100％的上述锂二次电池的每个充电状态对应的充电终止I-V曲线与充电上限条件相交的交叉点获得的最大充电电流Imax，ch的变化模式的结果的曲线图。
如图所示，可以看出，可用于二次电池B的最大充电电流Imax，ch在锂二次电池具有低充电状态的部分中是恒定的，但是当充电状态增加至等于或大于40％时，可用于二次电池B的最大充电电流Imax，ch逐渐减小。
获得如图7所示的图的原因是因为在最大充电电流Imax，ch恒定的充电状态部分，充电终止I-V曲线与对应于充电上限条件的垂直线的直线I＝Ilimit，ch相交，并且在最大充电电流Imax，ch逐渐减小的充电状态部分，充电终止I-V曲线与对应于充电上限条件的水平线的直线V＝Vlimit，ch相交。
回到图3，根据本公开的电阻系数确定程序60可以使用按二次电池B的充电状态的、存储在存储器50中的充电初始电压数据和充电终止电压数据来确定按二次电池B的充电状态的电阻系数Rch@SOC。
此外，电阻系数确定程序60可以以查找表的形式按充电状态在存储器50中存储电阻系数信息，使得可以由二次电池B的充电状态映射电阻系数Rch@SOC。在下文中，查找表被定义为电阻系数查找表。
具体地，电阻系数确定程序60按充电状态从存储在存储器50中的充电终止电压数据确定充电终止I-V曲线(图5和图6中的实线曲线图)(S160)。
然后，电阻系数确定程序60计算在步骤S160确定的每个充电终止I-V曲线与充电上限条件(图5和图6的水平虚线或垂直虚线)相交的点的X坐标，按二次电池B的充电状态确定最大充电电流Imax，ch(S170)。
然后，电阻系数确定程序60按充电状态从存储在存储器50中的充电初始电压数据确定对应于每个充电状态的充电初始I-V曲线(图5和图6的虚线曲线)(S180)。
然后，对于每个充电状态，电阻系数确定程序60可以基于在步骤S170确定的最大充电电流Imax，ch计算在步骤S180确定的充电初始I-V曲线的一阶微分值dV/dI@Imax，ch，并将计算结果确定为二次电池B的电阻系数Rch@SOC(S190)。
在图5所示的曲线图中，当锂二次电池的充电状态为20％时的电阻系数Rch@20％对应于当充电电流为Ilimit，ch时计算的关于虚线曲线的一阶微分值dV/dI。
类似地，在图6所示的曲线图中，当锂二次电池的充电状态为70％时的电阻系数Rch@70％对应于当充电电流为Imax，ch时计算的关于虚线曲线的一阶微分值dV/dI。
接下来，电阻系数确定程序60可以在存储器50中定义的电阻系数查找表中存储按二次电池B的充电状态确定的电阻系数Rch@soc(S200)。
优选地，电阻系数查找表具有数据结构，其中可以由二次电池B的充电状态映射二次电池B的电阻系数Rch@soc。
同时，如图2所示，根据本公开的电阻系数确定***10还可以包括温度调节设备70，其在按二次电池的每个充电状态进行充电测试时保持二次电池B的温度恒定。
在这种情况下，当根据图4所示的算法进行充电测试时，电阻系数确定程序60可以通过控制温度调节设备70保持二次电池B的温度恒定在由***操作者设置的值。
优选地，温度调节设备70可以连接到计算设备30，并且可以包括：用于降低二次电池B的温度的空气冷却风扇、升高二次电池B的温度的加热器、测量二次电池B的温度的温度传感器、以及控制器，其被提供有来自电阻系数确定程序60的温度设置值，并且使用温度传感器测量二次电池B的温度，并且控制空气冷却风扇或加热器将二次电池B的温度控制为温度设置值。此外，温度调节设备70可以在电阻系数确定程序60的请求下使用温度传感器测量二次电池B的温度，并向计算设备30提供测量的温度值。
此外，电阻系数确定程序60可以对于多个温度条件重复进行图4中公开的步骤，并且还可以根据二次电池B的温度确定对应于每个充电状态的二次电池的电阻系数Rch@SOC。
具体地，电阻系数确定程序60可以按二次电池的充电状态测量充电初始电压数据和充电终止电压数据，并将其存储在存储器50中，同时使用温度调节设备70来在由***操作者设置的条件下保持二次电池B的温度恒定，并且通过对***操作者设置的多个温度条件重复该过程，可以根据二次电池的多个温度条件按充电状态测量充电初始电压数据和充电终止电压数据，并将其存储在存储器50中。
此外，电阻系数确定程序60可以使用存储在存储器50中的充电初始电压数据和充电终止电压数据，确定与每个温度的二次电池B的充电状态对应的电阻系数Rch@SOC。
此外，电阻系数确定程序60可以在存储器50中按温度定义电阻系数查找表，并且在按温度定义的电阻系数查找表中存储根据温度条件确定的每个充电状态的电阻系数Rch@SOC。
要确定其电阻系数Rch@SOC的多个温度值可以由***操作者预先设置。为此，由电阻系数确定程序60提供的充电条件设置界面可以进一步包括用于***操作者设置多个温度值的图形用户界面(GUI)。此外，电阻系数确定程序60可以在存储器50中存储由***操作者设置的多个温度值。
到目前为止解释的二次电池B的电阻系数Rch@SOC可以用于实时估计二次电池B的充电功率。
图8是示意性地示出根据本公开的实施例的二次电池的充电功率估计装置100的配置的框图。
参照图8，充电功率估计装置100可以包括传感器单元110和控制单元120，并且可以与二次电池B电连接，以在二次电池B正在充电时估计二次电池B的充电功率。
二次电池B与充电器130电连接。充电器130包括在安装二次电池B的设备中；例如，其可以是包括在电动车辆或混合动力车辆中的充电单元。
优选地，充电器可以在下面将说明的充电器控制器180的控制下，向二次电池B侧供应当电动车辆或混合动力车辆减速时生成的再生充电电流。
优选地，充电功率估计设备100可以包括存储单元140。存储单元140不限于任何特定类型，只要其是能够记录和擦除信息的存储介质。
例如，存储单元140可以是RAM、ROM或寄存器，但是在本公开中不限于此。
优选地，存储单元140可以通过例如数据总线与控制单元120连接，使得由控制单元120可以访问存储单元140。
存储单元140还存储和/或更新和/或擦除和/或发送包括要由控制单元120进行的各种控制逻辑的程序和/或当执行控制逻辑时生成的数据。
存储单元140可以逻辑地划分为两个或更多个部分，并且对要包括在控制单元120中的存储单元140没有限制。
优选地，存储单元140在其中存储按二次电池B的充电状态定义电阻系数Rch@SOC的电阻系数查找表。
在更优选的示例中，可以按二次电池B的温度来定义电阻系数查找表。在这种情况下，可以由二次电池B的温度和充电状态来映射电阻系数Rch@SOC。
电阻系数查找表是使用参考图3和图4解释的算法预定义的。已经提到了通过实验生成电阻系数查找表的方法。此外，当在存储单元140中存储通过测试生成的电阻系数查找表时，可以使用一般的数据复制技术。
传感器单元110与控制单元120电结合以与控制单元120发送和接收电信号。
在控制单元120的控制下，传感器单元110以时间间隔重复测量施加在二次电池B的正电极和负电极之间的电压，输入到二次电池B的电流或从二次电池B输出的电流以及二次电池B的温度，并且向控制单元120提供测量的电压、电流和温度。在这种情况下，可以在相同时间点或在不同时间点测量电压、电流和温度。
传感器单元110可以包括用于测量二次电池B的电压的电压测量器，用于测量二次电池B的电流的电流测量器，以及用于测量二次电池B的温度的温度测量器。
在示例中，电压测量器可以包括能够参考地(GND)测量二次电池B的电压的一般电压测量电路111。此外，电流测量器可以包括用于测量电流的大小的感测电阻器112。此外，温度测量器可以包括用于测量二次电池的温度的热电偶113。
控制单元120可以从传感器单元110接收二次电池B的电压、电流和温度的测量结果，并且估计二次电池B的充电状态。
在示例中，控制单元120可以通过安培计数来估计二次电池B的充电状态。也就是说，控制单元120可以通过对由传感器单元110测量的电流相对于时间进行积分来估计二次电池B的充电状态。
为了估计安培计数中的二次电池B的充电状态，充电状态的初始值是必须的。可以通过测量二次电池B的开路电压来确定充电状态的初始值。
也就是说，控制单元120可以在开始二次电池B的操作之前控制传感器单元110，以测量开路电压和温度，并且参考存储在存储单元140中的OCV-SOC查找表确定对应于测量的开路电压和温度的充电状态作为初始值。OCV-SOC查找表具有数据结构，其中可以由开路电压和温度来映射充电状态。
在另一示例中，控制单元120可以使用扩展卡尔曼滤波器来估计二次电池B的充电状态。在这种情况下，可以使用由传感器单元110测量的电压、电流和温度。利用扩展卡尔曼滤波器估计充电状态的技术在本领域中是公知的。例如，可以利用在US7446504、US7589532等中公开的技术，并且可以组合作为本公开的一部分。
当二次电池B正在充电时，控制单元120可以使用存储在存储单元140中的电阻系数查找表来估计充电功率。
也就是说，控制单元120可以识别对应于测量的二次电池B的温度的电阻系数查找表，确定对应于从识别的电阻系数查找表估计的充电状态的电阻系数Rch@SOC，并且使用确定的电阻系数Rch@SOC和二次电池B的测量的电流，由下面的等式3估计二次电池B的充电功率。
<等式3>
Pch＝Rch@SOC×I2
在上式中，Pch是二次电池B的充电功率，Rch@SOC是对应于二次电池B的温度和充电状态的电阻系数，并且I是对应于充电电流的大小的二次电池B的测量的电流。
由等式3计算的充电功率具有几乎没有误差的优点，因为其通过使用容易测量的电流来计算。此外，在二次电池B的充电期间，由于二次电池B的内部电阻和极化电压而导致难以测量准确的电压。因此，更优选地使用电流来计算充电功率。
使用当由传感器单元110测量的充电电流施加到二次电池B时使用在充电的早期阶段发生的电压响应特性预先确定的电阻系数Rch@SOC来确定由等式3计算的充电功率。
因此，当基于充电功率控制二次电池B的充电时，可以防止二次电池B的电压或充电电流从充电上限条件偏离。
也就是说，由于可以防止二次电池B被施加过充电电流或者被充电到过电压状态，所以可以进行更安全的充电控制。
控制单元120可以在存储单元140中存储充电功率的历史变化和估计的二次电池B的充电功率。
在另一方面，充电功率估计装置100可以进一步包括显示单元150。显示单元150不限于任何特定类型，只要其能够将在控制单元120估计的充电功率显示为诸如数字、文本、图形等的图形用户界面(GUI)。
在一个示例中，显示单元150可以是液晶显示器、LED显示器、OLED显示器、E-INK显示器、柔性显示器等。
显示单元150可以直接或间接地连接到控制单元120。在后一种情况下，显示器150可以位于与控制单元120所在的区域物理分离的区域。此外，第三方控制单元可以布置在显示单元150和控制单元120之间，使得第三方控制单元可以从控制单元120接收要在显示单元150上表达的信息，并通过显示单元150表达所接收的信息。为此目的，可以连接第三方控制单元和控制单元120以用于数据的发送和接收。
在另一方面，充电功率估计装置100可以进一步包括通信接口160。通信接口160支持在控制单元120与用于控制充电器130的操作的充电器控制器180之间的数据的发送和接收。
在这种示例中，控制单元120可以向充电器控制器180发送估计的二次电池B的充电功率。然后，充电器控制器180可以在具有一定程度的安全裕度的充电上限条件内使用二次电池B的充电功率来控制二次电池B的充电操作。
为了实现包括上述那些的各种控制逻辑，控制单元120可以可选地包括处理器、专用集成电路(ASIC)、其它芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理器等等，如本领域已知的。此外，当控制逻辑被实施为软件时，控制单元120可以被实施为一组程序模块。在这种情况下，程序模块可以被存储在存储器并由处理器执行。存储器可以在处理器内部或外部，并且可以与具有各种已知的计算机组件的处理器连接。此外，存储器可以包括在本公开的存储单元140中。此外，“存储器”共同地指示其中存储信息的任何类型的设备，并且不旨在指示任何特定的存储器设备。
显而易见的是控制单元120的上述控制逻辑可以构成根据本公开的实施例的用于估计二次电池的充电功率的方法的过程。
图9是示出根据本公开的实施例的二次电池的充电功率估计方法的顺序流程的流程图。
首先，在步骤S200，控制单元120从存储单元140加载电阻系数查找表。电阻系数查找表按每个充电状态定义二次电池的电阻系数Rch@SOC。优选地，电阻系数查找表可以根据温度条件单独定义。
接下来，在步骤S210，控制单元120通过传感器单元110测量二次电池的电压、电流和温度，在存储单元140中存储测量的结果，并在步骤S220估计二次电池的充电状态。
接下来，在步骤S230，控制单元120识别对应于测量的温度的电阻查找系数表，并且通过使用识别的电阻系数查找表来确定对应于估计的充电状态的电阻系数Rch@SOC。
接下来，控制单元120使用使用上述等式3确定的电阻系数Rch@soc和测量的充电电流I来估计二次电池的充电功率Pch。
可选地，在步骤S250，控制单元120可以在存储单元140中存储估计的充电功率，或者通过显示单元150显示估计的充电功率，或者通过通信接口160向外部发送估计的充电功率。
可以组合控制单元120的各种控制逻辑中的至少一个，并且组合的控制逻辑可以被写为计算机可读代码***并且记录在计算机可读记录介质上。记录介质不限于任何特定类型，只要其可由包括在计算机中的处理器访问。在一个示例中，记录介质可以包括选自下述中的至少一个：ROM、RAM、寄存器、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘和光学数据记录设备组成的组。此外，代码***可以被分发到经由网络连接的计算机，并且然后被存储和执行。此外，与本公开相关的技术领域中的程序员将能够容易地设想功能程序、代码和代码段以实现组合的控制逻辑。
在描述本公开的各种方面中，名称以“单元”结尾的元件将必须被理解为在功能上区分而不是物理地区分的元件。因此，各个元件可以可选地与另一个元件合并，或者每个元件可以被划分为子元件，使得各个元件有效地实现控制逻辑。然而，即使当元件被结合或分开时，对于本领域技术人员显而易见的是，只要功能的相同性被确认并入或划分的元件也落入本公开的范围内。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，虽然指示本公开的优选实施例，但是详细描述和具体示例仅以说明的方式给出，并且在本公开的范围内的各种变化和修改从该详细描述对于本领域技术人员将变得显而易见。
工业适用性
根据本公开的一个方面，可以容易地确定在安全裕度内估计二次电池的充电功率时利用的电阻系数。
根据本公开的另一方面，可以从二次电池的充电上限条件利用安全裕度可靠地估计二次电池的充电功率。
根据本公开的另一方面，在控制二次电池的充电的过程中可以防止二次电池的电压或充电电流过度增加。

Claims (15)

1.一种二次电池的电阻系数确定方法，所述方法包括：
(a)按所述二次电池的温度和充电状态，对于具有不同大小的多个充电电流中的每一个，测量充电初始电压数据和充电终止电压数据，并在存储器中存储测量的多个充电初始电压数据和测量的多个充电终止电压数据，其中，所述充电初始电压数据是在所述充电电流被施加到所述二次电池之后立即测量的电压数据，并且所述充电终止电压数据是在结束对所述二次电池施加所述充电电流时的时间点测量的电压数据；
(b)从所述多个充电终止电压数据确定充电终止I-V曲线，并确定所述充电终止I-V曲线与对应于预设为充电上限条件的充电上限电流或充电上限电压的边界线相交的交叉点；
(c)从所述多个充电初始电压数据确定充电初始I-V曲线，并确定基于所述交叉点的电流值计算的、关于所述充电初始I-V曲线的一阶微分值；并且
(d)将所确定的一阶微分值确定为与所述二次电池的温度和充电状态对应的电阻系数。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述存储器中定义电阻系数查找表，使得能够通过所述二次电池的温度和充电状态来映射所述二次电池的电阻系数；并且
在所定义的电阻系数查找表中存储所确定的电阻系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电初始电压数据是在所述充电电流被施加到所述二次电池之后的1秒内的时间点测量的电压数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)包括：
保持所述二次电池的温度恒定；
按所述二次电池的充电状态进行向所述二次电池施加具有不同大小的多个充电电流的充电测试；以及
在每次施加每个充电电流时测量和存储所述二次电池的充电初始电压和充电终止电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当施加到所述二次电池的所述充电电流的大小大于所述充电上限电流时，或者当所述二次电池的最近测量的充电终止电压大于所述充电上限电压时，暂停所述充电测试。
6.一种二次电池的充电功率估计装置，包括：
存储单元，在所述存储单元中预存储用于通过所述二次电池的温度和充电状态来参考电阻系数的电阻系数查找表；
传感器单元，所述传感器单元在所述二次电池正在被充电的同时测量所述二次电池的充电电流和温度；以及
控制单元，所述控制单元确定所述二次电池的充电状态，参考所述电阻系数查找表来确定与所确定的充电状态和所测量的温度对应的电阻系数，并且从所确定的电阻系数和所测量的充电电流估计所述二次电池的充电功率，
其中，当所述二次电池具有特定的温度和充电状态时，所述电阻系数是从根据充电电流大小的变化的充电终止I-V曲线与设置为充电上限的边界线相交的交叉点的电流值计算的、关于充电初始I-V曲线的一次微分值，
其中，所述充电初始I-V曲线是当具有不同大小的多个充电电流被施加到所述二次电池时，定义在被施加到所述二次电池的充电电流与在施加对应的充电电流之后立即测量的电压之间的相关性的曲线图，并且
其中，所述充电终止I-V曲线是当具有不同大小的多个充电电流被施加到所述二次电池时，定义在被施加到所述二次电池的充电电流与在结束施加对应的充电电流时的时间点测量的电压之间的相关性的曲线图。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述边界线是指示充电上限电流和充电上限电压的边界线。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，构成所述充电初始I-V曲线的多个电压数据是在每个充电电流被施加到所述二次电池之后1秒内测量的电压数据。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述控制单元被配置为在所述存储单元中存储所估计的充电功率。
10.根据权利要求6所述的装置，进一步包括与所述控制单元连接的显示单元，其中，所述控制单元通过所述显示单元显示所估计的充电功率。
11.根据权利要求6所述的装置，进一步包括与所述控制单元连接的通信接口，
其中，所述控制单元通过所述通信接口向外部发送所估计的充电功率。
12.一种二次电池的充电功率估计方法，所述方法包括：
提供用于通过所述二次电池的温度和充电状态参考电阻系数的电阻系数查找表；
在所述二次电池正在被充电的同时，测量所述二次电池的充电电流和温度；
确定所述二次电池的充电状态；
参考所述电阻系数查找表确定与所确定的充电状态和所测量的温度对应的电阻系数；并且
从所确定的电阻系数和所测量的充电电流估计所述二次电池的充电功率；
其中，当所述二次电池具有特定的温度和充电状态时，所述电阻系数是从根据充电电流大小的变化的充电终止I-V曲线与设置为充电上限的边界线相交的交叉点的电流值计算的、关于充电初始I-V曲线的一次微分值，
其中，所述充电初始I-V曲线是当具有不同大小的多个充电电流被施加到所述二次电池时，定义在被施加到所述二次电池的充电电流与在施加对应的充电电流之后立即测量的电压之间的相关性的曲线图，并且
其中，所述充电终止I-V曲线是当具有不同大小的多个充电电流被施加到所述二次电池时，定义在被施加到所述二次电池的充电电流与在结束施加对应的充电电流时的时间点测量的电压之间的相关性的曲线图。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述边界线是指示充电上限电流和充电上限电压的边界线。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，构成所述充电初始I-V曲线的多个电压数据是在每个充电电流被施加到所述二次电池之后1秒内测量的电压数据。
15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括存储、显示或发送所估计的充电功率。
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