CN110753849A - 电池容量估计设备及方法以及具有电池容量估计设备的电池管理设备及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种电池容量估计设备，包括：电池；感测单元，所述感测单元连接至所述电池以测量所述电池的OCV；SOC估计单元，所述SOC估计单元连接至所述感测单元以使用由所述感测单元测量的OCV来估计所述电池的SOC；存储器单元，所述存储器单元被配置为储存包括所述电池的SOC和OCV的数据并连接至所述SOC估计单元；及操作单元，所述操作单元连接至所述SOC估计单元和所述存储器单元，并被配置为根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度以及根据改变的使用容量来重新计算改变的SOC。

Description

电池容量估计设备及方法以及具有电池容量估计设备的电池 管理设备及方法
技术领域
本发明涉及用于估计电池容量的设备和方法，更特定地，涉及用于根据使用电压范围的缩减来估计电池容量的设备和方法。
背景技术
近年，由于对诸如笔记本和便携式电话之类的便携式电子产品的需求急剧增加，因此对能够重复充电和放电的高性能二次电池(以下称作电池)进行了积极的研究。当前可商购的电池包括镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍锌电池和锂电池。在这些电池中，锂电池具有比镍电池小的记忆效应，因此锂电池由于例如自由充电/放电、非常低的自放电速率、高能量密度等优点而引人注目。
另一方面，由于碳能量逐渐枯竭且环境问题增加，对混动车辆和电动车辆的需求不断增加。由于这些混动车辆和电动车辆使用电池组的充电和放电能量来获得车辆驱动功率，因此它们比仅使用发动机的车辆更加节能，并且不排放污染物或减少污染物。因此，它们从众多消费者获得了良好的反应。因此，更多关注和研究集中在作为混动车辆和电动车辆的关键部件的汽车电池上。
由于电池被用于不连接至诸如AC电力的外部电源的移动装置，因此存在时间限制。然而，若电池的可使用时间(即可用时间)没有被正确预测，那么用户可能经历很大的问题。例如，若电动车辆的电池可用时间没有被准确预测，那么电池可能在操作期间完全放电，从而导致车辆在道路中间停止。
这样，为了避免用户没有预测到电池放电的情况下在使用期间突然的电池完全放电，用于估计电池剩余容量，即充电状态(SOC)，并将SOC提供给用户的技术被众所周知。电池的SOC通常表示为电池剩余容量相对于满电容量(FCC)的百分比。可使用各种方法作为估计电池的SOC的方法。一种代表性方法是使用电流积分方法估计SOC的方法。电流积分方法是通过对电池的输入/输出电流进行积分并将积分值加入初始容量或从初始容量减去积分值来获得SOC的方式。
另一方面，当电池组安装在车辆或类似物上时，考虑到电池寿命及稳定性，汽车制造商可改变可使用的电压范围。例如，对于能够在2.0V的最小值至4.2V的最大值操作的电池，可用电压范围可缩减为2.4V的最小值至4.0V的最大值。然而，尽管可用容量随着电压范围缩减而减小，但对SOC和FCC计算算法而言，可用容量可能没有减小。就是说，没有根据使用范围缩减来进行初始剩余容量估计，这会随着时间的过去而导致更大的错误。
(现有技术文件)
韩国专利公开案第2014-0053590号
发明内容
技术问题
本发明提供一种能够根据使用电压范围的改变来估计电池容量的电池容量估计设备和方法以及包括这种电池容量估计设备的电池管理设备和方法。
本发明提供一种能够使用通过OCV表的初始容量估计，根据缩减的使用电压范围来估计容量的电池容量估计设备和方法以及包括这种电池容量估计设备的电池管理设备和方法。
技术方案
根据示例性实施方式，一种电池容量估计设备包括：电池；感测单元，所述感测单元连接至所述电池以测量所述电池的OCV；SOC估计单元，所述SOC估计单元连接至所述感测单元以使用由所述感测单元测量的OCV来估计所述电池的SOC；存储器单元，所述存储器单元被配置为储存包括所述电池的SOC和OCV的数据并连接至所述SOC估计单元；及操作单元，所述操作单元连接至所述SOC估计单元和所述存储器单元，并被配置为根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度以及根据改变的使用容量来重新计算改变的SOC。
存储器单元可匹配及储存多个初始SOC和多个初始OCV，并且可匹配及储存多个改变的SOC和多个改变的OCV。
所述操作单元可通过下面的[等式1]计算改变的容量。
[等式1]
X'[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
所述操作单元可通过下面的[等式2]计算改变的SOC。
[等式2]
Figure BDA0002321941700000031
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
根据另一示例性实施方式，一种电池管理设备包括：电池；感测单元，所述感测单元连接至所述电池以测量所述电池的OCV；SOC估计单元，所述SOC估计单元连接至所述感测单元以使用由所述感测单元测量的OCV来估计所述电池的SOC；存储器单元，所述存储器单元被配置为储存包括所述电池的SOC和OCV的数据并连接至所述SOC估计单元；操作单元，所述操作单元连接至所述SOC估计单元和所述存储器单元，并被配置为根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度以及根据改变的使用容量来重新计算改变的SOC；控制单元，所述控制单元连接至所述操作单元和所述存储器单元中的至少一个，以通过参考SOC而根据所述电池的状态来控制所述电池的充电和放电；及开关单元，所述开关单元设置在所述电池与负载之间以根据所述控制单元的控制信号使所述电池充电/放电。
所述操作单元可通过下面的[等式1]计算改变的容量，并且可通过下面的[等式2]计算改变的SOC。
[等式1]
X'[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量。A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
[等式2]
Figure BDA0002321941700000032
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
根据又一示例性实施方式，一种电池容量估计方法包括：测量电池的OCV；根据所测量的OCV估计初始SOC；在根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度后，计算改变的SOC；及根据改变的SOC计算改变的OCV。
所述方法可进一步包括：匹配及储存所述电池的多个初始SOC和根据所述多个初始SOC的多个初始OCV。
可通过匹配所测量的OCV和初始OCV来估计初始SOC。
计算改变的SOC可包括：根据使用电压范围改变来计算SOC改变程度；通过从初始容量减去SOC改变程度来计算改变的容量；及计算改变的SOC。
可通过下面的[等式1]计算改变的容量。
[等式1]
X'[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
可通过下面的[等式2]计算改变的SOC
[等式2]
Figure BDA0002321941700000041
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
所述方法可进一步包括：通过匹配改变的SOC和改变的OCV而储存多个数据。
根据又一示例性实施方式，一种电池管理方法包括：测量电池的OCV；根据所测量的OCV估计初始SOC；在根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度后，计算改变的SOC；根据改变的SOC计算改变的OCV；及参考改变的SOC根据所述电池的状态而控制所述电池的充电/放电。
计算改变的SOC可包括：根据使用电压范围改变来计算SOC改变程度；通过从初始容量减去SOC改变程度来计算改变的容量；及计算改变的SOC。
可通过下面的[等式1]计算改变的容量，并且可通过下面的[等式2]计算改变的SOC。
[等式1]
X'[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
[等式2]
Figure BDA0002321941700000051
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A和B是高容量减小比率和低容量减小比率。
有益效果
本发明的实施方式可通过使用OCV表估计电池组的SOC和容量，其中已经根据将电池安装在汽车或类似物中的制造商的需求而改变了所述电池组的使用电压范围。例如，可根据制造商对完成制造并且设定了使用电压范围的电池组的要求，改变所述使用电压范围。在此情况中，在通过参考OCV表计算当前SOC之后，针对电压使用范围上限和下限，通过参考OCV表来计算SOC减小程度，通过扣除SOC减小量来计算FCC容量，然后针对缩减的使用范围计算出新SOC。以此方式，通过估计根据电压范围缩减而改变的SOC，可避免错误的出现，从而允许电池的稳定使用。
附图说明
可从下面结合附图进行的描述更详细地理解示例性实施方式，在附图中：
图1是采用根据本发明实施方式的电池SOC估计的电动车辆的示意方块图；
图2是示出根据本发明实施方式的电池SOC估计设备的配置的方块图；
图3是在根据本发明实施方式的电池SOC估计方法中使用的初始OCV表的示例性视图；
图4是示出根据电压范围缩减通过根据本发明实施方式的电池SOC估计方法而改变的OCV表的示例性视图；
图5是用于解释根据本发明实施方式的电池SOC估计方法的示意图；
图6是比较初始OCV表和改变的OCV表的数据的图表；
图7和8是根据本发明实施方式的电池管理设备的方块图；
图9是用于解释根据本发明实施方式的电池SOC估计方法的示意图；
图10是根据本发明实施方式的电池SOC估计方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以不同形式实施而不应被解释为限制于本文阐述的实施方式，而是，这些实施方式被提供以使得公开内容是全面及完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
图1是采用根据本发明实施方式的电池SOC估计的电动车辆的示意方块图。
参考图1，电动车辆可包括用于提供电能的电池10、用于管理电池10的BMS 20、用于控制电动车辆的状态的ECU 30、用于驱动电机50以使电动车辆能够行驶的逆变器40、以及用于驱动电动车辆的电机50。
电池10是向电机50提供驱动力以驱动电动车辆1的电能源。电池10可根据电机50和/或内燃机(未示出)的驱动而通过逆变器40来充电或放电。这里，电池10可包括至少一个电池组。至少一个电池组的每一个可包括多个电池模块。电池模块可包括多个可充电及可放电的电池单元。多个电池模块可以各种方式串联和/或并联连接以满足车辆、电池组等的规格，并且多个电池单元也可串联和/或并联连接。这里，电池单元的类型不被特别地限制并且可以是例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。
BMS 20估计电池10的状态并利用所估计的状态信息来管理电池10。例如，估计及管理诸如电池10的SOC、健康状态(SOH)、最大输入/输出功率允许量和输出电压之类的电池10的状态信息。然后，使用该状态信息来控制电池10的充电或放电。根据本发明的BMS 20包括用于估计电池SOC的SOC估计设备。此外，BMS 20控制电池单元平衡以平衡每个电池单元的充电状态。就是说，具有相对高充电状态的电池单元可被放电，而具有相对低充电状态的电池单元可被充电。
发动机控制器单元(ECU)30是用于控制电动车辆的状态的电子控制单元。例如，基于诸如油门、刹车、速度等信息，确定扭矩度并且控制电机50的输出以匹配该扭矩信息。另外，基于由BMS 20传送的电池10的SOC、SOH等状态信息，ECU 30允许电池10充电或放电。例如，若从BMS 20传送的SOC是55％或更低，则控制逆变器40的开关以在电池10的方向上输出功率以对电池10充电，若SOC是55％或更高，则控制逆变器40的开关以在电机50的方向上输出功率以使电池10放电。
逆变器40驱动电机50，使得电动车辆可基于ECU 30的控制信号而行驶。
电机50基于从ECU 30传送的控制信息(例如扭矩信息)使用电池10的电能来驱动电动车辆。
图2是示出根据本发明实施方式的电池SOC估计设备的配置的方块图。就是说，图2是用于估计电池的初始SOC以及根据使用电压范围缩减来估计改变的SOC的设备的方块图。此外，图3和图4是示出本发明实施方式中使用的OCV表的示例的视图。图3是初始OCV表的示例性图表。图4根据本发明示出了根据操作电压范围缩减而修正的OCV表。图5是用于解释根据本发明实施方式的电池SOC估计方法的示意图。另一方面，图6是比较初始OCV表和改变的OCV表的数据的图表。
参考图2，根据本发明实施方式的电池SOC估计设备包括用于感测电池10的电压和电流的感测单元100、用于估计电池SOC的SOC估计单元200、用于储存诸如电池10的SOC和电压之类的数据的存储器单元300、及用于计算由于使用电压范围改变导致的SOC减小的程度并且根据缩减的使用范围重新计算SOC的操作单元400。
首先，电池10可包括可充电及放电的多个电池单元11、12、13、……、1n。这里，关于电池10，可连接偶数个电池单元或可连接奇数个电池单元。就是说，n可以是偶数或奇数。而且，多个电池单元可串联连接。就是说，多个电池单元具有一个端子和另一端子，一个电池单元的一个端子可连接至另一电池单元的另一端子。例如，第一电池单元11的阴极可连接至第二电池单元12的阳极，并且第二电池单元12的阴极可连接至第三电池单元13的阳极。另外，多个电池单元可具有相同容量，并且相应地，最大充电电压可以是相同的。例如，最大充电电压可以是4.2V。
1.感测单元
感测单元100被提供用于感测电池10的状态并且感测例如电池10的电压和电流。这里，感测单元100可感测电池组、电池模块和电池单元的电压和电流。为此，感测单元100可包括多个传感器，例如，至少一个电压传感器(未示出)和至少一个电流传感器(未示出)。电压传感器可测量电池组、电池模块或电池单元中的至少一个的电压。例如，电压传感器可用于测量电池组的电压，并且在启动BMS后，可在预定时间后测量电池组的稳定电压，即OCV。电流传感器可测量电池组的电流。电流传感器可包括例如使用霍尔元件测量电流并输出对应于所测量的电流的信号的霍尔电流互感器(Hall CT)。同时，感测单元100可进一步包括用于测量电池10或环境温度的温度传感器(未示出)。温度传感器可测量电池组或电池模块的一个区域或多个区域的温度，并且为此目的可提供至少一个温度传感器。为了使用感测单元100感测电池10的电压、电流、温度等，感测单元100可通过图2所示的多个连接线连接至电池10。例如，多个电池单元11、12、13、14、……、1n的每一个可通过多个连接线连接至感测单元100。作为此处的特定示例，第一电池单元11的正极和感测单元100通过连接线连接，且第一电池单元11与第二电池单元12之间的点通过连接线连接至感测单元100。串联连接的多个电池单元11、12、13、14、……、1n的每一个通过连接线连接至感测单元100，并且相应地，感测单元100可感测多个电池单元11、12、13、14、……、1n的状态。
2.SOC估计单元
SOC估计单元200估计电池10的SOC。具有多种方法估计SOC。例如，可使用由SOH估计单元(未示出)估计的电池10的容量以及由感测单元100测量的电池10的电流来估计电池10的SOC。就是说，SOC估计单元200对由感测单元100在预定时间内测量的电流值进行积分，并使积分值除以由SOH估计单元估计的电池容量，以估计电池10的SOC。而且，SOC估计单元200可使用电池10的开路电压(OCV)估计SOC。就是说，可通过参考储存在存储器单元300中的初始OCV表并选取与由感测单元100测量的OCV匹配的SOC来估计SOC。例如，若由感测单元100测量的OCV是3560mV，则通过参考图3的OCV表可估计出SOC是40％。此外，SOC估计单元200可通过用于测量电池10的阻抗并估计SOC的多种方法估计SOC。本发明实施方式通过将感测单元100测量的OCV与储存在存储器单元300中的OCV表匹配来估计SOC。
3.存储器单元
存储器单元300可储存用于操作电池10的各种数据。特别地，存储器单元300可储存SOC和OCV。此时，可匹配及储存SOC和OCV。就是说，各种实验测量的SOC和相应的OCV可储存在存储器单元300中。例如，如图3所示，可测量0％至100％范围内的SOC及对应于各个SOC的OCV，并且可匹配并储存SOC和OCV。可以各种方式测量及储存存储器单元300中储存的SOC和OCV。作为一个方法，例如，与用作本发明的电池10的电池单元相同规格的电池单元以0.5C和50mA自3V充电至4.2V，保持5小时，然后以0.01C放电至3V。在放电期间周期性地测量电池单元的电压。该过程重复多次，例如7至8次，以便计算SOC和OCV平均值以提供SOC和OCV表。作为另一方法，在电池单元充电至0.001C(即充电1000小时)期间周期性地测量充电OCV，并且在电池单元放电至0.001C(即放电1000小时)期间周期性地测量放电OCV。可通过计算充电OCV和放电OCV的平均值及计算此时的SOC来制备SOC和OCV表。作为另一方法，使用机械固定装置将圆柱形电池单元完全固定，并且使用螺钉将充电器和负载的+/-端子与圆柱形电池单元的+/-端子接触。在制造多组其中电池单元与充电器、负载接触的结构并将多组结构放置在恒温恒湿腔室中之后，在恒温下获得SOC和OCV。另一方面，匹配及储存OCV和SOC，并且也可储存此时的温度和内部电阻。就是说，存储器单元300可分别获得取决于电池的环境温度、内部电阻或温度的容量降低系数，并预先储存所述容量降低系数。此外，可将根据使用电压范围改变而新修正的OCV和SOC匹配及储存在存储器单元300中。例如，如图4所示，可根据使用电压范围缩减来匹配及储存新估计的SOC和相应的OCV。此时，可通过更新初始OCV表储存新修正的OCV表，或者可独立于初始OCV表储存新修正的OCV表。就是说，新计算的SOC和OCV数据可覆盖并储存在初始OCV表中，或者新OCV表可作为与初始OCV表分开的数据被储存。同时，存储器单元300可设置在BMS 20中，也可在BMS 20之外单独设置。存储器单元300可包括非易失存储器，诸如硬盘驱动器、闪存、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、静态随机存取存储器(SRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)和相变随机存取存储器(PRAM)。
4.操作单元
操作单元400根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度并相应地重新计算SOC。为此，操作单元400首先根据使用电压范围改变，用使用电压范围的上限和下限来计算SOC减小程度。就是说，操作单元400通过参考存储器单元300的初始OCV表来检查使用电压范围的上限水平和下限水平，并根据检查的OCV表计算SOC减小程度。例如，若使用电压范围是4.0V至2.4V，则根据该电压参考图3的OCV表来检查SOC，即90％和5％，并且相应地计算出SOC减小程度是高容量减小10％及低容量减小5％。而且，操作单元400通过从初始容量减去相当于SOC减小程度的FCC容量来计算改变的容量，并根据缩减的使用范围计算新SOC。这里，操作单元400使用等式1计算改变的容量，并使用等式2计算改变的SOC。
[等式1]
X'[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
[等式2]
Figure BDA0002321941700000101
用于计算改变的容量X'和改变的SOC I'的示意图示于图5中。如图5所示，最大电压和最小电压分别由Vfc和Ve表示，最大SOC和最小SOC分别是100％和0％。此外，高容量减小比率和低容量减小比率分别由A％和B％表示，并且初始SOC和改变的SOC分别由I和I'表示。此时，改变的最大电压和最小电压分别由V'fc和V'e表示。如等式1所示，改变的容量X'可通过使初始容量X乘以1减去高容量减小比率A％和低容量减小比率B％之和而获得的值来计算。此外，如等式2所示，改变的SOC I'通过使初始SOC I减去低容量减小比率B％获得的值除以100％减去高容量减小比率A％和低容量减小比率B％之和获得的值来计算。例如，在假设最大电压和最小电压是4.2V和2.0V，初始SOC是40％，高容量减小比率A％和低容量减小比率B％分别是10％和5％的情况下，通过等式1计算改变的容量是1275mAh，通过等式2计算改变的SOC是41％。表1示出根据初始容量和初始SOC以及高容量减小比率和低容量减小比率通过等式1和2计算的改变的容量和改变的SOC的示例。
[表1]
示例1 示例2 示例3 示例4 示例5 示例6 示例7
初始容量(mAh) 1500 3000 2800 2200 3000 2400 2400
高容量减小比率(％) 10％ 15％ 7％ 0％ 2％ 10％ 10％
低容量减小比率(％) 5％ 3％ 0％ 7％ 8％ 3％ 3％
初始SOC(％) 40％ 60％ 55％ 64％ 60％ 95％ 2％
改变的容量(mAh) 1275 2460 2604 2046 2700 2088 2088
改变的SOC(％) 41％ 70％ 59％ 61％ 58％ 106％ -1％
然而，当改变的SOC超过减小范围时，其被计算为过高SOC或过低SOC。就是说，如示例6中所示，由于改变的SOC比初始SOC大11％，超过了10％的减小范围，因此其被计算为过高SOC，并且如示例7所示，改变的SOC比初始SOC小3％，与减小范围3％相同，因此其被计算为过低SOC。另一方面，操作单元400据此计算取决于使用电压改变，即使用电压缩减的SOC和OCV，并将它们储存在存储器单元300中。就是说，新计算的OCV表被更新及储存在现有OCV表中。此时，可以按照覆盖现有数据的形式储存新数据，或者新数据可储存为与现有数据分开的数据。在新OCV表中，用户所设定的最大电压4V被设定为SOC 100％，最小电压2.4V被设定为SOC 0％，并且可由等式1计算及储存与最大电压和最小电压之间的OCV对应的SOC。此种新OCV表的示例示于图4，比较初始OCV表和改变的OCV表的数据的图表示于图6。
如以上描述的，根据本发明实施方式的电池SOC估计设备包括感测单元100、SOC估计单元200、存储器单元300和操作单元400。根据将电池安装在车辆中的制造商的需求，可使用OCV表的初始SOC估计改变了使用电压范围的电池的容量。例如，可根据制造商对具有电池制造完成时设定的使用电压范围的电池的要求而改变使用电压范围。在此情况中，通过参考OCV表计算当前电压SOC，并且通过参考OCV表计算制造商的电压使用范围上限和下限。通过扣除缩减量来计算FCC容量，并且重新计算对应于缩减的使用范围的新SOC。因此，通过估计根据使用电压范围缩减而改变的SOC，可防止错误的出现，从而允许电池的稳定使用。
同时，可使用本发明的SOC估计设备估计以上描述的使用电压范围改变的电池10的容量，并且可使用电池管理设备对使用电压范围已经改变的电池10充电和放电。图7和8示出包括本发明的SOC估计设备的电池管理设备。图7是根据本发明实施方式的电池管理设备的方块图，图8是用于解释电池管理设备的开关单元的配置的电池管理设备的方块图。
参考图7，根据本发明示例性实施方式的电池管理设备包括：具有多个电池单元11、12、13、14、……、1n的电池10、用于感测电池10的状态的感测单元100、用于估计电池SOC的SOC估计单元200、用于储存诸如电池10的SOC和电压的数据的存储器单元300、用于根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度并根据缩减的使用范围输出SOC的操作单元400、用于参考重新计算的SOC而根据电池10的状态来控制电池10充电和放电的控制单元500、及用于根据控制单元500的控制信号控制电池10与负载之间的连接的开关单元600。就是说，本发明的电池管理设备被配置为，在包括感测单元100、SOC估计单元200和操作单元400的SOC估计设备中进一步包括控制单元500和开关单元600。这里，由于已经描述了SOC估计设备，因此将在下面详细描述本发明的电池管理设备的控制单元500和开关单元600。
5.控制单元
控制单元500根据感测单元100测量的多个电池单元的每一个的电压来产生控制信号以控制电池10与负载之间的开关单元600，从而控制电池10的充电/放电。因此，可防止电池单元的过充电或过放电。例如，控制单元500将用于停止充电操作的第一设定电压和用于执行充电操作的第二设定电压与感测单元100测量的多个电池单元的电压进行比较。若所测量的电压高于或等于第一设定电压，则控制单元500产生控制信号以停止电池单元的充电操作，若所测量的电压低于或等于第二设定电压，则控制单元500产生控制信号以进行电池单元的充电操作。这里，当多个电池单元的每一个的最大充电电压是4.0V时，为了防止过充电，例如，第一设定电压可设定为3.8V。第二设定电压可设定为例如2.4V以防止多个电池单元的每一个的过放电。此外，控制单元500通过根据电池单元的改变的容量改变电池单元的设定电压，可控制电池单元的充电/放电。例如，当最大充电电压从4.0V变为3.8V且最小充电电压变为2.5V时，控制单元500可改变第一和第二设定电压并将该数据与使用操作单元400的操作结果的存储器单元的数据进行比较，或将该数据与存储器单元300中更新及储存的数据进行比较。例如，当最大充电电压变为3.8V且最小充电电压变为2.5V时，第一设定电压变为3.6V且第二设定电压变为2.6V并与存储器单元的数据进行比较。因此，可根据电池单元的最大充电电压和最小充电电压的改变来控制电池单元的充电和放电，从而防止改变的电池单元的过充电和过放电。
6.开关单元
开关单元600设置在电池10与负载间的电流路径之间，通过控制单元500控制电池10的充电和放电。如图8所示，开关单元600可包括第一开关610和第二开关620。就是说，开关单元600设置在电池10与负载之间。第一开关610可设置在电池10侧且第二开关620可设置在负载侧。第一开关610和第二开关620根据由控制单元500产生的控制信号而被驱动，且可在电池10充电及放电时被驱动，并且可驱动它们中的任何一个。例如，当电池10充电时，可驱动第一开关610，当电池10放电时，可驱动第二开关620。这里，负载可包括用于给电池10充电的外部电源以及安装有电池10且根据电池10的放电电压而被驱动的电子设备。就是说，当电池10充电时，电池10可连接至外部电源，当电池10放电时，电池10可连接至电子设备。
第一开关610可包括第一FET 610a和第一寄生二极管610b。第一FET 610a具有设置在电池10与第一节点Q1之间的源极端子和漏极端子以及连接至控制单元500的栅极端子。因此，第一FET 610a根据控制单元500输出的控制信号而被驱动，且在充电期间用于向电池10施加电流。第一寄生二极管610b与第一FET 610a并联连接。就是说，第一寄生二极管610b沿正向方向连接在电池10与第一节点Q1之间。当第一FET 610a关闭时，第一寄生二极管610b设定电池10的放电路径。就是说，电池10可通过第一FET 610a充电，并且电池10可通过第一寄生二极管610b放电。
第二开关620可包括第二FET 620a和第二寄生二极管620b。第二FET 620a具有设置在第一节点Q1与负载之间的源极端子和漏极端子以及连接至控制单元500的栅极端子。因此，第二FET 620a根据控制单元500输出的控制信号而被驱动，且在放电期间用于向连接的电子设备施加电池10的放电电流。第二寄生二极管620b与第二FET 620a并联连接。就是说，第二寄生二极管620b沿反方向连接在第一节点Q1与负载之间。当电池10充电时，第二寄生二极管620b设定充电电流的路径。就是说，电池10可通过第二寄生二极管620b充电，并且电池10可通过第二FET 620a放电。
对于开关单元600，控制单元500连接至第一FET 610a的栅极端子和第二FET 620a的栅极端子，使得第一FET 610a和第二FET 620a分别根据从控制单元500输出的控制信号而被驱动。当电池10充电时，控制单元500导通第一FET 610a并关断第二FET 620a。因此，电池10通过第二寄生二极管620b和第一FET 610a而从外部电源充电。此外，当电池10放电时，控制单元500导通第二FET 620a并关断第一FET 610a。因此，电池10通过第二FET 620a和第一寄生二极管610b放电。此时，用于分别导通第一FET 610a和第二FET 620a的控制信号可以是逻辑高信号，且用于分别关断第一FET 610a和第二FET 620a的控制信号可以是逻辑低信号。
如以上描述的，根据本发明实施方式的电池控制设备可在感测电池10的状态后控制电池10的充电/放电。而且，电池控制设备可在通过SOC估计设备改变电池10的容量和SOC之后，根据改变的电池10容量来控制电池10的充电/放电。当电池10的容量减小时，可通过根据减小的容量降低设定电压来控制电池的充电/放电。
图9是示出根据本发明实施方式的SOC估计方法的流程图，图10是过程的详细流程图。
参考图9和图10，根据本发明实施方式的SOC估计方法包括测量电池10的OCV和电流(S100)，匹配所测量的OCV与存储器单元300中储存的初始OCV并根据初始OCV得到初始SOC(S200)，根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度并根据缩减的使用范围重新计算SOC(S300)，以及根据使用电压缩减来计算及储存所计算的SOC和OCV(S400)。此外，重新计算SOC S300可包括根据使用电压范围改变，用使用电压范围上限和下限来计算SOC减小程度(S310)，从初始容量减去相当于SOC减小程度的FCC容量来计算改变的容量(S320)，以及计算对应于缩减的使用范围的新SOC(S330)。现在将详细描述根据本发明实施方式的SOC估计方法。
S100：使用感测单元100测量电池10的电压。就是说，在BMS启动后，使用电压传感器测量在预定时间后稳定的电池组电压，即OCV。而且，感测单元100可使用电流传感器测量电池组电流。
S200：SOC估计单元200匹配测量的OCV与存储器单元300中储存的初始OCV并据此估计初始SOC。可将用于操作电池10的各种数据储存在存储器单元300中，并且特别地，可匹配及储存各种实验测量的初始SOC和相应的初始OCV。例如，可测量0％至100％的SOC以及根据各SOC的OCV，并将它们匹配及储存，如图3所示。因此，由感测单元100测量的OCV可与存储器单元300中储存的初始OCV比较，并且相应地得到初始SOC。
S300：操作单元400根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度并根据缩减的使用范围重新计算SOC。根据使用电压范围的改变来重新计算SOC的过程示于图7中。
S310：操作单元400根据使用电压范围改变，用使用电压范围上限和下限来计算SOC减小程度。就是说，操作单元400通过参考存储器单元300的初始OCV表的使用电压范围上限和下限，计算SOC减小程度。例如，若使用电压范围是4.0V至2.4V，则根据该电压参考图3的OCV表，检查SOC为90％和5％，相应地计算出SOC减小程度是高容量减小10％和低容量减小5％。
S320和S330：操作单元400通过从初始容量减去相当于SOC减小程度的FCC容量来计算改变的容量，并根据缩减的使用范围计算新SOC。这里，操作单元400使用等式1计算改变的容量，并使用等式2计算改变的SOC。如等式1中所示，改变的容量X'可通过使初始容量X乘以1减去高容量减小比率A％和低容量减小比率B％之和获得的值来计算。此外，如等式2所示，改变的SOC I'可通过使初始SOC I减去低容量减小比率B％获得的值除以100％减去高容量减小比率A％和低容量减小比率B％之和获得的值来计算。例如，在假设最大电压和最小电压是4.2V和2.0V，初始SOC是40％，高容量减小比率A％和低容量减小比率B％分别是10％和5％的情况下，通过等式1计算改变的容量是1275mAh，通过等式2计算改变的SOC是41％。
S400：操作单元400据此计算取决于使用电压改变的SOC和OCV，并将它们储存在存储器单元300中。就是说，新计算的OCV表被更新并储存在现有OCV表中。此时，可以按照覆盖现有数据的形式储存新数据，或者新数据可储存为与现有数据分开的数据。在新OCV表中，用户所设定的最大电压4V被设定为SOC 100％，最小电压2.4V被设定为SOC 0％，并且可由等式1计算及储存与最大电压和最小电压之间的OCV对应的SOC。此种新OCV表的示例示于图4。
同时，可使用图7和8所示的SOC估计设备估计以上描述的使用电压范围改变的电池10的容量，并且可使用电池管理设备对使用电压范围已经改变的电池10充电和放电。就是说，控制单元500可根据电池单元的改变的容量，通过改变电池单元的设定电压而控制电池单元的充电/放电。例如，当最大充电电压从4.0V变为3.8V且最小充电电压变为2.5V时，控制单元500可改变第一和第二设定电压并将该数据与使用操作单元400的操作结果的存储器单元的数据进行比较，或与存储器单元300中更新及储存的数据进行比较，然后，可控制电池单元的充电/放电。就是说，可根据电池单元的最大充电电压和最小充电电压的改变来控制电池单元的充电和放电，从而防止改变的电池单元的过充电和过放电。
另一方面，尽管参照以上实施方式具体描述了本发明的技术思想，但应注意以上实施方式是为了解释的目的而不是为了限制的目的。对本领域技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变化。

Claims (16)

1.一种电池容量估计设备，包括：
电池；
感测单元，所述感测单元连接至所述电池以测量所述电池的OCV；
SOC估计单元，所述SOC估计单元连接至所述感测单元以使用由所述感测单元测量的OCV来估计所述电池的SOC；
存储器单元，所述存储器单元被配置为储存包括所述电池的SOC和OCV的数据并连接至所述SOC估计单元；及
操作单元，所述操作单元连接至所述SOC估计单元和所述存储器单元，并被配置为根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度以及根据改变的使用容量重新计算改变的SOC。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述存储器单元匹配及储存多个初始SOC和多个初始OCV，并且匹配及储存多个改变的SOC和多个改变的OCV。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述操作单元通过下面的[等式1]计算改变的容量
[等式1]
X′[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述操作单元通过下面的[等式2]计算改变的SOC
[等式2]
Figure FDA0002321941690000011
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
5.一种电池管理设备，包括：
电池；
感测单元，所述感测单元连接至所述电池以测量所述电池的OCV；
SOC估计单元，所述SOC估计单元连接至所述感测单元以使用由所述感测单元测量的OCV来估计所述电池的SOC；
存储器单元，所述存储器单元被配置为储存包括所述电池的SOC和OCV的数据并连接至所述SOC估计单元；
操作单元，所述操作单元连接至所述SOC估计单元和所述存储器单元，并被配置为根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度以及根据改变的使用容量来重新计算改变的SOC；
控制单元，所述控制单元连接至所述操作单元和所述存储器单元中的至少一个，以通过参考SOC而根据所述电池的状态来控制所述电池的充电和放电；及
开关单元，所述开关单元设置在所述电池与负载之间以根据所述控制单元的控制信号使所述电池充电/放电。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述操作单元通过下面的[等式1]计算改变的容量，并且通过下面的[等式2]计算改变的SOC
[等式1]
X′[mAh]＝X[mAh]×(1-(A%+B%))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率，
[等式2]
Figure FDA0002321941690000021
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
7.一种电池容量估计方法，包括：
测量电池的OCV；
根据所测量的OCV估计初始SOC；
在根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度后，计算改变的SOC；及
根据改变的SOC计算改变的OCV。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括匹配及储存所述电池的多个初始SOC和根据所述多个初始SOC的多个初始OCV。
9.如权利要求8所述的方法，其中通过匹配所测量的OCV和初始OCV来估计初始SOC。
10.如权利要求7所述的方法，其中计算改变的SOC包括：
根据使用电压范围改变来计算SOC改变程度；
通过从初始容量减去SOC改变程度来计算改变的容量；及
计算改变的SOC。
11.如权利要求10所述的方法，其中通过下面的[等式1]计算改变的容量
[等式1]
X′[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
12.如权利要求10所述的方法，其中通过下面的[等式2]计算改变的SOC
[等式2]
Figure FDA0002321941690000041
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
13.如权利要求7所述的方法，进一步包括通过匹配改变的SOC和改变的OCV而储存多个数据。
14.一种电池管理方法，包括：
测量电池的OCV；
根据所测量的OCV估计初始SOC；
在根据使用电压范围改变来计算SOC减小程度后，计算改变的SOC；
根据改变的SOC计算改变的OCV；及
参考改变的SOC而根据所述电池的状态控制所述电池的充电/放电。
15.如权利要求14所述的方法，其中计算改变的SOC包括：
根据使用电压范围改变来计算SOC改变程度；
通过从初始容量减去SOC改变程度来计算改变的容量；及
计算改变的SOC。
16.如权利要求15所述的方法，其中通过下面的[等式1]计算改变的容量，并且通过下面的[等式2]计算改变的SOC
[等式1]
X′[mAh]＝X[mAh]×(1-(A％+B％))
其中X'是改变的容量，X是初始容量，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率，
[等式2]
Figure FDA0002321941690000051
其中I'是改变的SOC，I是初始SOC，A是高容量减小比率，B是低容量减小比率。
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