電池電芯健康狀態(tài)估計(jì)方法
【專利說明】電池電芯健康狀態(tài)估計(jì)方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利申請要求法國專利申請F(tuán)R14/52182的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，以法律最大程度地允許的情況下通過引用方式將其全部內(nèi)容并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開通常涉及電池領(lǐng)域，且更具體地旨在確定初級電池電芯的健康狀態(tài)或者老化狀態(tài)。
【背景技術(shù)】
[0004]電池為在兩個(gè)電壓供應(yīng)節(jié)點(diǎn)或者終端之間串聯(lián)和/或并聯(lián)的多個(gè)可再充電的初級電芯(電芯、蓄電池等)的組。
[0005]電池通常與連接到電池電芯的管理設(shè)備相關(guān)聯(lián)，其可以實(shí)現(xiàn)各種功能例如電芯平衡功能、保護(hù)功能等。
[0006]在特定系統(tǒng)中，管理設(shè)備管理計(jì)量儀或者指示器，其使管理設(shè)備能夠在任何時(shí)候知道電池的每個(gè)初級電芯的電荷狀態(tài)SOC，即電芯中包含的電荷與在考慮時(shí)間處的電荷的總?cè)萘康谋?。管理設(shè)備可以例如基于預(yù)先定義的算法和/或基于由連接到電池電芯的傳感器完成的測量來估計(jì)每個(gè)電芯的電荷狀態(tài)。
[0007]在特定系統(tǒng)中，管理設(shè)備還管理補(bǔ)充指示器，其表示用于“健康狀態(tài)”的電芯老化，通常稱為SOH。在電芯的壽命的給定時(shí)間處，SOH等于在考慮時(shí)間處的電芯容量與當(dāng)電芯為新時(shí)的電芯容量的比。知道每個(gè)電芯的SOH可以例如能夠識別有缺陷的電芯，以隔離或者替換它們，或者能夠重新調(diào)整電芯的電荷狀態(tài)計(jì)量儀以考慮電芯的健康狀態(tài)，來使它們能夠繼續(xù)提供相對可靠的估計(jì)。
[0008]已知電芯SOH確定技術(shù)使用了電芯容量的測量。為此目的，電芯可以被完全放電并且然后完全再充電，或者完全再充電并且然后完全被放電。在完全再充電或者完全放電期間，在電芯中存儲的電荷、或者從電芯中提取的電荷可以通過電量(coulometric)測量來測量，這相當(dāng)于測量電芯的實(shí)際容量。知道電芯的實(shí)際容量，則管理設(shè)備可以通過該實(shí)際容量除以當(dāng)電芯為新時(shí)的電芯容量或者電芯的額定容量來重新計(jì)算電芯S0H，其可以存儲在管理設(shè)備中。這種SOH確定技術(shù)的缺點(diǎn)在于它們需要實(shí)現(xiàn)電芯的完全放電接著完全充電或者完全充電接著完全放電，這是相當(dāng)受限的并且可能在特定應(yīng)用中存在問題。
[0009]文獻(xiàn)JP2000261901描述了用于測量電池的容量的退化的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，實(shí)施例提供用于確定電池的第一初級電芯的健康狀態(tài)的方法，包括以下步驟:在第一電荷狀態(tài)等級和第二電荷狀態(tài)等級之間在電芯充電或者放電期間多次測量電芯兩端的電壓；并且檢測預(yù)先確定的特定值的所述電壓對應(yīng)于電芯的預(yù)先確定的特定電荷值的交叉，所述特定電荷和電壓值與表示針對電芯的不同健康狀態(tài)的、所述電壓根據(jù)電芯中包含的電荷而變化的至少兩個(gè)曲線的交叉點(diǎn)的坐標(biāo)對應(yīng)。
[0011]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電壓為在參考電流下的電芯兩端的電壓。
[0012]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:確定且存儲所述電壓測量之間的電芯電荷的變化。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電荷變化由電量計(jì)或者電流積分器來測量。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電荷變化通過考慮所述電壓測量之間消逝的時(shí)間來估計(jì)。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括用于確定表示電壓根據(jù)電芯電荷變化而變化的曲線在其交叉所述特定電壓值時(shí)的斜率的步驟。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括用于計(jì)算所述第一電芯電荷等級和第二電芯電荷等級之間的所述電壓的平均值的步驟，所述第一電荷等級和第二電荷等級均高于所述特定電荷值或者均低于所述特定電荷值。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:在檢測所述預(yù)先確定的特定值的所述電壓的交叉之后的、電芯的完全再充電的步驟，并且在該再充電步驟期間測量注入到電芯中的電荷。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述特定電荷值在電芯的額定完全充電容量的20%到60%的范圍內(nèi)。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電芯為鋰離子類型的電芯，并且，所述特定電荷值在電芯的額定完全充電容量的38%到42%的范圍內(nèi)。
[0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電芯具有2.2-Ah額定容量和4.2-V額定完全充電電壓，并且其中所述特定電壓值在3.5V到3.6V的范圍內(nèi)。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括:之前特征化階段，包括:針對與第一電芯相同類型的第二初級電芯而獲得表示針對第二電芯的至少兩個(gè)不同健康狀態(tài)的、第二電芯兩端的電壓根據(jù)第二電芯中包含的電荷而變化的至少兩個(gè)特征化曲線。
[0022]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，之前特征化階段還包括:用于在電芯的額定容量的20%到60%的電荷范圍中確定所述至少兩個(gè)特征曲線的交叉點(diǎn)的步驟。
[0023]另一個(gè)實(shí)施例提供一種系統(tǒng)，包括:包括多個(gè)初級電芯的電池；以及電池管理設(shè)備，其中，所述管理設(shè)備能夠通過上述類型的方法確定初級電芯的健康狀態(tài)。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述電池為具有動(dòng)態(tài)重新配置架構(gòu)的電池，并且，所述管理設(shè)備能夠動(dòng)態(tài)斷開且連接后面的電池電芯，使得在所述電芯兩端提供AC電壓。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述參考電流為零，并且，所述用于測量所述第一電芯兩端的電壓的步驟由所述管理設(shè)備在所述第一電芯的斷開期間實(shí)現(xiàn)，以用于在所述電池兩端生成AC電壓。
[0026]在特定實(shí)施例的下面非限制描述中結(jié)合附圖詳細(xì)討論上述特征和優(yōu)勢以及其它特征和優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0027]圖1是示出初級電池電芯的行為隨著其年齡的變化的示意圖；
[0028]圖2是示出初級電池電芯的特征值隨著其年齡的變化的示意圖；以及
[0029]圖3以框圖形式示出確定初級電池電芯的健康狀態(tài)的方法的實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1是包括示出針對電池電芯的三種不同老化狀態(tài)或者健康狀態(tài)的、在參考電流iMf下的電芯兩端的電壓的伏特?cái)?shù)(V)(即當(dāng)電芯傳導(dǎo)電流i %時(shí)的電芯兩端的電壓)隨著電芯中包含的電荷而變化的三條曲線1laUOlb和1lc的示意圖。圖1的曲線針對NMC(鎳、鈷、錳)/石墨類型的、具有2.2-Ah額定容量(即由制造商顯示的容量)和4.2V額定全充電電壓的鋰離子電芯而繪制。曲線1la示出了當(dāng)電芯為新時(shí)的電芯行為，曲線1lb與在表示電芯的典型使用的大約600個(gè)充電/放電循環(huán)之后的相同電芯對應(yīng)，并且曲線1lc與在表示電芯的典型使用的大約1200個(gè)充電/放電循環(huán)之后的相同電芯對應(yīng)。在該示例中，電壓測量在零參考電流完成。進(jìn)一步地，在圖1中，電芯電荷在橫坐標(biāo)中以標(biāo)準(zhǔn)化的剩余安培時(shí)(Ah NORM)(即額定電芯容量的百分比)來表示。它因此實(shí)際上為表示在電芯中有效包含的物理電荷(或者剩余Ah的數(shù)量)且不表示電芯的電荷狀態(tài)(SOC)的變量，其為可以隨著電芯老化而變化的電芯的實(shí)際總?cè)萘康陌俜直取?br>[0031]發(fā)明人實(shí)施的測試示出了在不同電芯健康狀態(tài)下、根據(jù)電芯電荷、在恒定參考電流下、特征化電芯兩端的電壓的曲線在電芯工作范圍中均為單調(diào)的(即連續(xù)增加或者降低)，并且均在特征化電芯的相同點(diǎn)(這里使用參考A來指定)處交叉。在圖1的特定示例中，點(diǎn)A與3.55V的電壓隊(duì)和電芯的額定容量的40 %的電荷Q A