基于电阻劣化程度的电池诊断方法和应用电池诊断方法的电池系统

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月2日向韩国知识产权局提交的第10-2021-0149028号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及基于电阻劣化程度的电池诊断方法和应用该电池诊断方法的电池系统。

背景技术

电池包可以包括串联连接的多个电池组，并且每个电池组可以包括并联连接的多个电池单元。

当电池包通过外部设备被重复地充电和放电时，内部电池单元的充电容量可能出现差异。当继续充电和放电而不关注该差异时，可能出现电池单元的电阻劣化或异常情况。

当出现电池单元的电阻劣化或异常情况时，可能存在电池包不能稳定地向外部设备供应电力的问题。

发明内容

技术问题

本发明致力于提供一种能够针对包括多个电池组的电池包检测多个电池组的每一个中的异常的电池诊断方法，以及应用该电池诊断方法的电池系统。

技术解决方案

在根据本发明的实施方式的电池诊断方法中，一种对包括多个电池组的电池包进行诊断的方法包括：由电池管理系统(BMS)确定在多个电池组当中是否存在满足放电条件的目标电池组；由BMS对通过确定检测到的目标电池组放电达预定时间；由BMS存储在使目标电池组放电之前目标电池组的第一组电压以及在使目标电池组放电之后目标电池组的第二组电压；由BMS基于第一组电压和第二组电压来得出当前电压变化；由BMS基于目标电池组的参考电压变化和当前电压变化来估计针对目标电池组的电阻劣化程度；以及由BMS基于针对多个电池组中的每一个的电阻劣化程度来对多个电池组进行诊断，其中，放电条件包括多个电池组中的每一个的组电压、组温度和休息时间中的至少一者。

目标电池组的参考电压变化是存储在BMS中的针对目标电池组的初始电压变化，并且初始电压变化是多个电池组中的每一个的第一次放电之前与第一次放电之后的电压变化。

对多个电池组的诊断包括：由BMS基于针对多个电池组的多个电阻劣化程度，来得出多个电阻劣化程度的整体代表值；由BMS基于多个电池组的并联连接的数目来计算多并联理想因子；由BMS基于多个电阻劣化程度的整体代表值和多并联理想因子，来计算正常范围的上限阈值；以及由BMS基于上限阈值来得出正常范围，并且根据正常范围来诊断多个电池组中的每一个的状态。

上限阈值的计算包括：由BMS将在多个电池组当中电阻劣化程度小于或等于多个电阻劣化程度的整体代表值的多个第一电池组设置为目标组；由BMS得出属于目标组的多个第一电池组的多个电阻劣化程度的目标代表值；以及基于目标代表值和多并联理想因子来计算正常范围的上限阈值。

对多个电池组中的每一个的状态的诊断包括：由BMS将多个电池组当中电阻劣化程度等于或小于上限阈值的电池组确定为正常状态；以及由BMS将多个电池组当中电阻劣化程度大于上限阈值的电池组确定为异常状态。

根据本发明的另一实施方式的电池系统包括：多个电池组，在多个电池组的每一个中多个电池单元并联连接；放电电路，并联连接在多个电池组中的每一个的正极与负极之间，并且被配置成使电池组中的每一个放电；以及电池管理系统(BMS)，被配置成：确定在多个电池组当中是否存在满足放电条件的目标电池组；由放电电路使通过确定检测到的目标电池组放电；存储在使目标电池组放电之前目标电池组的第一组电压以及在使目标电池组放电之后目标电池组的第二组电压；基于第一组电压和第二组电压来得出当前电压变化；基于目标电池组的参考电压变化和当前电压变化来估计针对目标电池组的电阻劣化程度；以及基于针对多个电池组中的每一个的电阻劣化程度来对多个电池组进行诊断，其中，放电条件包括多个电池组中的每一个的组电压、组温度和休息时间中的至少一者。

目标电池组的参考电压变化是存储在BMS中的针对目标电池组的初始电压变化，并且初始电压变化是多个电池组中的每一个的第一次放电之前与第一次放电之后的电压变化。

BMS基于针对多个电池组的多个电阻劣化程度，来计算正常范围的上限阈值；基于上限阈值来得出正常范围；以及根据正常范围来诊断多个电池组中的每一个的状态。

上限阈值通过以下步骤由BMS基于多个电阻劣化程度的整体代表值和多并联理想因子来计算：基于分别针对多个电池组的多个电阻劣化程度，来得出多个电阻劣化程度的整体代表值；以及基于多个电池组的并联连接的数目来计算多并联理想因子。

BMS将多个电池组当中电阻劣化程度等于或小于电阻劣化程度的上限阈值的电池组确定为正常状态；以及将多个电池组当中电阻劣化程度大于电阻劣化程度的上限阈值的电池组确定为异常状态。

BMS通过区分多个电池组中的每一个是否处于异常状态来诊断多个电池组的状态。

有益效果

针对包括多个电池组的电池包，多个电池组中的每一个可以在特定条件下放电；可以得出在多个电池组中的每一个的放电之前与放电之后的电压变化；可以基于电压变化来计算多个电池组中的每一个的电阻劣化程度；以及可以基于多个电池组中的每一个的电阻劣化程度来检测多个电池组中的每一个中的异常。

附图说明

图1是示出根据实施方式的电池系统的图。

图2是示出根据实施方式的电池诊断方法的流程图。

图3是示出开关控制信号、组电压和组电流根据多个电池组中的每一个的放电的变化的波形图。

图4是用于说明基于多个电阻劣化程度来对多个电池组进行诊断的步骤的详细流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本说明书中公开的实施方式，但是相同或相似的部件被给予相同或相似的附图标记，并且将省略其冗余描述。在下面的描述中使用的部件的后缀“模块”和/或“部分”仅仅是考虑到撰写本说明书的容易性而给出或混合的，它们本身并不具有彼此不同的含义或作用。另外，在描述本说明书中公开的实施方式时，当确定相关已知技术的详细描述可能模糊本说明书中公开的实施方式的要点时，将省略相关已知技术的详细描述。另外，附图仅用于容易理解本说明书中公开的实施方式，而不限制本说明书中公开的技术思想，并且应当被理解为包括本公开内容的精神和范围中包括的所有变化、等同内容或替代内容。

包括序数例如第一、第二等的术语可以用于描述各种部件，但是这些部件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分开的目的。

还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、部件和/或部分的存在，但是不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、部件、部分和/或它们的组合的存在或添加。

在根据实施方式的配置中的在特定控制条件下控制其他配置的配置中，可以安装实施为实现控制其他配置所需的控制算法的指令集的程序。控制配置可以根据所安装的程序处理输入数据和所存储的数据，以生成输出数据。控制配置可以包括用于存储程序的非易失性存储器以及用于存储数据的存储器。

在下文中，将参照附图描述根据实施方式的估计电池组的电阻劣化程度并考虑电阻劣化程度的多并联理想因子来对电池进行诊断的方法和应用该方法的电池系统。考虑电阻劣化程度的多并联理想因子来对电池进行诊断的方法可以被实现为安装在电池管理系统中的软件或包括软件组合的程序。相应的程序可以存储在电池管理系统的存储介质中。存储介质可以被实现为各种类型的存储器，例如高速随机存取存储器、闪速存储器设备、诸如其他非易失性固态存储器设备的非易失性存储器等。

图1是示出根据实施方式的电池系统的图。

电池系统1包括电池包10、电池管理系统20、放电电路30以及继电器40和41。在下文中，电池管理系统20被称为BMS。图1示出了电池包10的数目为一个，但是本发明不限于此，并且电池系统1可以包括两个或更多个电池包。

外部设备2可以包括诸如逆变器和转换器的负载以及充电设备。当外部设备2是充电器时，电池系统1的两端可以连接至充电器，从充电器接收电力，并且被充电。当外部设备2是负载时，电池系统1的两端可以连接至负载，以使得由电池包10供应的电力可以通过负载放电。

电池包10包括多个电池组101至103和多个温度传感器111至113。图1示出了电池组的数目为三个，但是本发明不限于此，并且电池包10可以包括两个或更多个电池组。

多个电池组101至103中的每一个(例如，101)包括并联连接的多个电池单元(例如，11和12)。图1示出了每个电池组(例如，101)包括并联连接的两个电池单元(例如，11和12)，但是本发明不限于此，并且每个电池组可以包括并联连接的两个或更多个电池单元。

多个温度传感器111至113中的每一个(例如，111)可以检测多个电池组101至103当中的相应电池组(例如，101)的组温度，并且生成温度测量信号(例如，TS1)。图1示出了多个温度传感器111至113被定位成分别对应于多个电池组101至103，并且生成多个温度测量信号TS1至TS3，但是本发明不限于此，并且电池包10中的温度传感器的数目和位置可以被改变。

BMS20可以根据多个电压测量信号和多个温度测量信号，来监测多个电池组101至103的组电压和组温度；通过基于组电压、组温度和休息时间确定电池组是否满足放电条件，来估计电池组的电阻劣化程度；以及通过基于每个电池组的电阻劣化程度检测每个电池组的异常来对电池组进行诊断。

BMS20连接至多个电池组101至103中的每一个，并且通过多个输入端子P1至P4获得从多个电池组101至103的两端测量的多个电压测量信号VS1至VS4。多个电池组101至103中的每一个(例如，101)的正极通过布线连接至多个输入端子P1至P3当中的相应输入端子(例如，P1)，并且多个电池组101至103中的每一个(例如，101)的负极通过布线连接至多个输入端子P2至P4当中的相应输入端子(例如，P2)。例如，测量信号VS1是电池组101的正电压，并且通过输入端子P1输入至BMS20，测量信号VS2是电池组101的负极的电压或电池组102的正极的电压，并且通过输入端子P2输入至BMS20。

BMS20可以通过多个输入端子P8至P10接收根据从多个温度传感器111至113分别感测的温度确定的多个温度测量信号TS1至TS3。

放电电路30可以包括多个放电开关31至33和多个放电电阻器301至303。串联连接的放电开关31和放电电阻器301并联连接在电池组101的正极与负极之间，串联连接的放电开关32和放电电阻器302并联连接在电池组102的正极与负极之间，以及串联连接的放电开关33和放电电阻器303并联连接在电池组103的正极与负极之间。多个放电开关31至33的数目和多个放电电阻器301至303的数目可以根据多个电池组101至103的数目增加或减少。

可以根据从BMS20供应的开关控制信号SCS1至SCS3来控制多个放电开关31至33的接通和关断。多个开关控制信号SCS1至SCS3中的每一个(例如，SCS1)通过BMS20的多个输出端子P5至P7当中的相应输出端子(例如，P5)被发送至多个放电开关31至33当中的相应开关31。

当多个放电开关31至33当中的相应放电开关(例如，31)接通时，多个放电电阻器301至303中的每一个(例如，301)使多个电池组101至103当中的相应电池组(例如，101)放电。

继电器40和41中的每一个的一端连接至电池包10，并且继电器40和41中的每一个的另一端连接至外部设备2中的至少一个部件。根据从BMS20供应的继电器控制信号RSC1和RSC2来控制继电器40和41的闭合和断开。

在下文中，将根据图2所示的流程图顺序地描述用于诊断电池包10的状态的BMS20的每个部件的操作。

图2是示出根据实施方式的电池诊断方法的流程图。

在BMS20中，预先存储分别针对多个电池组101至103的多个参考电压变化(ΔV

下面将在计算电压变化的步骤S6中描述电压变化。参考电压变化可以是初始电压变化。初始电压变化可以意指当多个电池组101至103中的每一个被初始放电时放电之前与放电之后的电压变化。

BMS20确定在多个电池组101至103当中是否存在具有满足放电条件的组电压、组温度和休息时间的电池组(S2)。

在下文中，多个电池组101至103当中具有满足放电条件的组电压、组温度和休息时间的电池组被称为目标电池组。BMS20可以基于多个电池组101至103中的每一个的组电压、组温度和休息时间来检测目标电池组。

BMS20可以基于多个电压测量信号VS1至VS4得出分别针对多个电池组101至103的多个组电压。例如，BMS20可以基于电压测量信号VS1与电压测量信号VS2之间的电压差来得出电池组101的组电压。BMS20可以得出与包括在电池包10中的电池组101至103的数目相同数目的组电压。

BMS20可以基于多个温度测量信号TS1至TS3得出分别针对多个电池组101至103的多个组温度。BMS20可以得出与包括在电池包10中的电池组101至103的数目相同数目的组温度。图1示出了三个温度传感器被定位成分别对应于多个电池组101至103，但是电池包10可以包括比多个电池组的数目少的温度传感器。在这种情况下，BMS20可以根据由温度传感器中的每一个感测的温度测量信号，来估计多个电池组101至103中的每一个的组温度。

BMS20可以确定电池组不被充电/放电的休息时间是否满足关于包括在放电条件中的休息时间的条件。

放电条件可以包括至少与组电压、组温度和休息时间相关的条件。例如，放电条件可以包括以下条件：组电压在3.6V至3.65V的范围内，组温度在20℃至30℃的范围内，以及休息时间等于或大于2小时。

当在多个电池组101至103当中不存在具有满足放电条件的组电压、组温度和休息时间的电池组时，BMS20可以周期性地重复步骤S2。

当在多个电池组101至103当中存在具有满足放电条件的组电压、组温度和休息时间的目标电池组时，BMS20可以将目标电池组的组电压存储为指示放电之前电池组的电压的第一电压(S3)。

在下文中，将描述电池组101是满足放电条件的目标电池组。

BMS20可以在目标电池组101的放电开始之前得出目标电池组101的组电压VB1，并且将所得出的组电压VB1存储为第一电压。

BMS20可以通过开关控制信号SCS1接通放电开关31，并且使目标电池组101放电达预定时间(S4)。

当多个开关控制信号SCS1至SCS3当中的每一个开关控制信号(例如，SCS1)处于作为接通电平的高电平时，多个放电开关31至33中的相应一个(例如，31)被接通，以及当多个开关控制信号SCS1至SCS3当中的每一个开关控制信号(例如，SCS1)处于作为关断电平的低电平时，多个放电开关31至33中的相应一个(例如，31)被关断。例如，当开关控制信号SCS1处于高电平时，放电开关31可以被接通。

预定时间可以是被预先确定为初始信息的固定时间。

当在经过预定时间之后目标电池组101的放电结束时，BMS20可以将目标电池组的组电压存储为指示放电之后电池组的电压的第二电压(S5)。

在目标电池组101的放电结束之后，BMS20可以得出目标电池组101的组电压VB1，并且将所得出的组电压VB1存储为第二电压。

BMS20可以基于第一电压和第二电压得出指示由于目标电池组101的放电引起的组电压的变化的当前电压变化(ΔV

参照[式1]，当前电压变化(ΔV

[式1]

ΔV

ΔV

在下文中，将参照图3描述BMS20得出目标电池组101的当前电压变化的过程。

图3是示出开关控制信号、组电压和组电流根据电池组的放电的变化的波形图。

如图3所示，目标电池组101的组电压VB1可以通过放电而降低。在图3中，波形图(a)示出了多个开关控制信号SCS1至SCS3当中对应于目标电池组101的开关控制信号SCS1，波形图(b)示出了随时间推移的目标电池组101的组电压VB1，以及波形图(c)示出了随时间推移的在目标电池组101中流动的组电流IB。

根据图3所示的波形图，放电开关31可以由作为开关控制信号SCS1的接通电平的高电平的信号接通。

开关控制信号SCS1可以被保持为作为关断电平的低电平的信号，可以在时间t1处转变为高电平的信号，并且可以被保持处于高电平直至时间t2为止。此后，开关控制信号SCS1可以从时间t2再次转变为低电平的信号，并且可以被保持。

参照图3，BMS20可以与目标电池组101的放电开始的时间t1同步地得出组电压VB1。在时间t1处得出的组电压VB1为电压V1。

BMS20可以与目标电池组101的放电结束的时间t2同步地得出组电压VB1。在时间t2处得出的组电压VB1为电压V2。BMS20可以计算在时间t1处的组电压与在时间t2处的组电压之间的差(V2-V1)，并且可以计算由于目标电池组101的放电引起的组电压VB1的当前电压变化(ΔV

在放电期间，组电流IB可以被恒定地控制在电流水平I

BMS20可以基于参考电压变化(ΔV

由于电池单元的内部电阻的增加而引起的电池组的电阻的增加的程度被称为电阻劣化程度。

BMS20可以基于预先存储的分别针对多个电池组101至103的多个参考电压变化当中的目标电池组101的参考电压变化(ΔV

参照[式2]，电池组的电阻劣化程度可以通过计算当前电压变化相对于参考电压变化的比率来估计。

[式2]

BMS20可以重复步骤S1至S7，直至估计出包括在电池包10中的所有多个电池组101至103的电阻劣化程度。

BMS20可以基于分别针对多个电池组101至103的多个电阻劣化程度，来对包括在电池包10中的多个电池组101至103进行诊断(S8)。

在下文中，将参照图4描述BMS20基于多个电阻劣化程度来对多个电池组101至103进行诊断的过程。

图4是用于说明基于多个电阻劣化程度来对多个电池组进行诊断的步骤的详细流程图。

BMS20基于分别针对多个电池组101至103的多个电阻劣化程度来得出电阻劣化程度的整体代表值(S81)。

作为得出电阻劣化程度的整体代表值的方法，可以使用得出分别针对多个电池组101至103的多个电阻劣化程度的中值、平均值等的方法。在下文中，将基于电阻劣化程度的整体代表值是多个电阻劣化程度的中值来进行描述。

BMS20基于多个电池组101至103的并联连接的数目来计算多并联理想因子(S82)。

并联连接的数目是包括在多个电池组101至103中的一个(例如，101)中的并联连接的多个电池单元(例如，11和12)的数目。

如图1所示，多个电池组101至103中的每一个可以具有相同数目的并联连接。

在图1的示例中，多个电池组101至103分别包括并联连接的两个电池单元11-12、13-14和15-16，并且BMS20可以将两个确定为多个电池组101至103的并联连接的数目。

在下文中，参照[式3]，BMS20可以基于多个电池组101至103的并联连接的数目来得出多并联理想因子。

[式3]

μ指示多并联理想因子。P指示并联连接的数目。在图1的示例中，因为并联连接的数目为2，所以μ为2/1＝2。

BMS20可以基于电阻劣化程度的整体代表值和多并联理想因子来计算正常范围的上限阈值(S83)。

当多个电池组101至103处于正常状态时，针对电池组的电阻劣化程度的范围被称为正常范围。具有不落入正常范围内的电阻劣化程度的电池组可以被确定为处于电池组具有高电阻劣化程度的异常状态。

首先，BMS20可以将在分别针对多个电池组101至103的多个电阻劣化程度当中电阻劣化程度等于或小于整体代表值的电池组设置为目标组。

BMS20可以得出属于目标组的电池组的电阻劣化程度的目标代表值。

作为得出目标代表值的方法，可以使用得出属于目标组的电池组的电阻劣化程度的中值、平均值等的方法。在下文中，将基于属于目标组的电池组的电阻劣化程度的目标代表值是分别针对属于目标组的多个电池组的电阻劣化程度的中值来进行描述。

在下文中，参照[式4]，BMS20可以通过将作为分别针对属于目标组的多个电池组的电阻劣化程度的中值而得出的目标代表值乘以多并联理想因子来计算上限阈值。

[式4]

Upper指示正常范围的上限阈值。B指示电池组的电阻劣化程度。T(B)指示属于目标组的电池组的电阻劣化程度。X

BMS20可以基于上限阈值来得出正常范围，并且根据正常范围来诊断多个电池组101至103中的每一个的状态(S84)。

正常范围可以具有计算出的上限阈值。

当正常范围具有上限阈值时，BMS20可以将电阻劣化程度等于或小于上限阈值的电池组确定为正常状态。另外，当电池组的电阻劣化程度超过上限阈值时，BMS20可以确定电池组处于异常状态。

BMS20可以通过区分包括在电池包10中的多个电池组101至103中的每一个是否处于正常状态以及/或者多个电池组101至103中的每一个是否处于异常状态，来诊断电池包10的状态。

虽然已经结合目前被认为是实用的示例性实施方式的内容描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式。相反，旨在涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。