专利名称：诊断车辆电池的单元电池劣化的方法
技术领域：
本发明涉及一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，更特别涉及这样一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，利用电池组中每个单元电池的电流和电压可计算内阻并基于内阻来确定单元电池是否劣化。
背景技术：
除发动机之外，混合动力车辆通常还以由高压电池供应的电能来操作的电动机作为电源。电动车辆以由高压电池输出的电能来操作的电动机作为电源。使用这些车辆可以减少废气并可提高燃料效率。混合动力车辆和电动车辆均由电池组供应的电能驱动，电池组是通过将多个可充电的单元电池串连形成的高压电池。这些单元电池是可充电和放电的。高压电池在长时间使用以后可能会劣化。在使用过程中，电池利用内部的可逆电化学反应产生电能，而这会导致电池劣化。尽管多个相同电池在相同条件下工作，其劣化程度可能相似，然而由于所有电池的单元电池通常不能在完全相同的条件下工作，因此指定电池的单元电池的劣化程度可能不同。另外，单元电池劣化程度的不同使指定电池组中单元电池的输出和容量发生变化。因此，电池组系统和车辆的性能可能会降低。本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术信息。

发明内容
本发明提供了一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法。本方法可以防止由于退化而产生的电池组的劣化和性能的降低。在优选实施方式中，通过电流和电压计算电池组中每个单元电池的内阻。基于内阻，可以确定单元电池是否劣化，如果需要还可以检查并修复电池组。本发明一个典型实施方式提供一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，包括 测量电池组的单元电池的电流和电压，基于所测量的值并利用最小二乘法估计单元电池的内阻；基于估计的内阻，利用存储的数据表计算有效容量(available capacity)和有效输出(available output)；基于计算的有效容量和有效输出诊断一个或多个单元电池是否劣化。在一个优选实施方式中，诊断单元电池劣化的步骤包括(a)基于计算的有效容量和有效输出来检查单元电池劣化以确定单元电池是否劣化；(b)当在(a)中的检查单元电池劣化的步骤确定出单元电池没有劣化时，检查内阻以确定单元电池的内阻是否超过平均电阻(其中平均电阻是所有单元电池的内阻的平均值)的两倍；以及(c)当在(a)的检查单元电池劣化的步骤中确定出单元电池劣化，或者当在(b)的检查内阻的步骤中确定出内阻超过平均内阻的两倍时，确定单元电池劣化。
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在优选实施方式中，当电池组的温度高于25°C且低于30°C，且电池组中的电池单元的SOC(充电状态)为50%以上且低于70%时，计算所估计的内阻。本发明的另一实施方式提供一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，其包括 测量电池组的单元电池的电流和电压，基于所测量的电流和电压，并利用最小二乘法估计单元电池的内阻；通过确定所估计的单元电池的内阻是否异常地大于平均内阻(其中平均内阻是所有单元电池内阻的平均值)来诊断单元电池劣化。在优选实施方式中，诊断电池劣化的步骤包括确定是否存在具有内阻超过平均内阻的两倍的单元电池；以及当单元电池被确定为具有超过平均电阻的两倍的内阻时，确定该单元电池劣化。根据本发明，提供一种用于诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，其可以防止由于退化而使电池组劣化以及性能降低。通过利用电池组中每个单元电池的电流和电压来计算内阻并基于所计算的内阻确定单元电池是否劣化，对单元电池的劣化进行诊断。基于诊断的结果，如果需要，则驾驶员可以检查和修复电池组。本发明的方法和装置还具有其他特征和优点，其在合并与此的附图和下面的具体实施方式
中变得明显或被更详细描述，与具体实施方式
一起用来解释本发明的基本原理。


图1是示出根据本发明一个典型实施方式的诊断车辆电池的单元电池劣化的方法的流程图；图2是示出在图1的估计内阻的步骤中用于估计内阻的电流和电压分布的图；图3是示出根据本发明又一典型实施方式的诊断车辆电池的单元电池劣化的方法的流程图；图4是示出根据本发明又一典型实施方式的诊断车辆电池的单元电池劣化的方法的流程图。
具体实施例方式下面将详细参考本发明的多个实施方式，在附图和下文的描述中将示出这些实施方式的具体实施例。尽管将结合典型的实施方式对本发明进行描述，然而应该理解这些描述并不试图将本发明限制在这些典型的实施方式上。相反，本发明不仅涵盖典型实施方式， 还涵盖包括在由权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种变型、改进、等价及其它实施方式。本发明提供一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法。电池可以是包括在混合动力车辆和电动车辆在内的车辆中普遍使用的任何电池。在特别优选的实施方式中，电池为高压电池，是通常串连的多个单元电池组成的电池组。因此，以下方法适用于所有类型的车辆电池。如图1所示，一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法包括估计内阻(Si)、计算有效容量(available capacity)和有效输出(available output) (S2)，和诊断电池单元劣化(S3A)。在估计内阻(Si)阶段，首先测量高压电池的单元电池的电流和电压，然后基于所测量的电流和电压利用最小二乘法估计单元电池的内阻。例如，如图1所示，估计内阻阶段(Si)由以下步骤构成测量单元电池电流和电压的步骤(Sll)，用于测量单元电池的电流和电压；检查内阻条件的步骤(S12)，检查单元电池的状态是否满足用于计算内阻的条件；和计算内阻的步骤(S13)，基于在(Sll)中测量的单元电池的电流和电压，使用最小二乘法计算单元电池的内阻。在该配置中，可以使用连接于每个单元电池的电流传感器和电压传感器来测量单元电池的电流和电压。因此，即使在车辆使用时也可以进行这种测量。通过在预定时间段中实时测量一秒或数秒单元电池的电流和电压，电流传感器和电压传感器还可以提高所测量数据的可靠性。在优选实施方式中，检查内阻条件的步骤(S12)检查电池是否处于正常工作的范围内，即优选地高于25 0C且低于30 0C，并检查单元电池的SOC (充电状态)是否优选地为 50 %以上且低于70 %。内阻条件是单元电池的估计内阻不过度分散。当在检查内阻条件的步骤(S12)中电池的温度和SOC满足条件时，执行计算内阻的步骤(S13)以计算内阻。如果在检查内阻条件的步骤(S12)中电池的温度和SOC不满足， 则处理返回到开始诊断(S)并重复估计内阻阶段(Si)。如图2所示，计算内阻的步骤(S13)在坐标平面上示出电压对电流的分布，该电压和电流是在测量单元电池电流和电压的步骤(Sll)中测量得到的。在图2中，与电流和电压的分布线性近似的直线斜率R表示单元电池的内阻分量。另外，基于电流I和电压V，利用最小二乘法，以一次方程即线性方程的形式近似计算单元电池的内阻并输出。如图1所示，在估计内阻步骤(Si)之后，该方法进行到计算有效容量和有效输出的阶段(S2)。基于存储的数据表，利用最小二乘法，计算相对于内阻的有效容量和有效输出。数据表存储在控制器(未示出)中，并由相对于内阻的有效容量表和相对于内阻的有效功率表组成。特别地，数据表由容量变化表和功率变化表构成，容量变化表存储相对于具有相同配置的单元电池的内阻的变化而测量和收集的有效容量的变化，而功率变化表存储相对于内阻的变化，通过实验测量和收集的有效功率的变化。因而，数据表表示有效容量和有效功率相对于内阻的变化。因此，计算有效容量和有效输出阶段(S2)，利用存储在控制器中的数据表，计算相对于单元电池内阻的电池有效容量和有效输出，该单元电池的内阻在估计内阻阶段(Si) 中计算得到。该方法随后进行诊断单元电池劣化阶段(S3A)，通过计算出的有效容量和有效输出来诊断单元电池是否劣化。如图1所示，诊断单元电池劣化阶段(S3A)由以下步骤构成检查单元电池劣化的步骤(S31A)，检查在计算有效容量和有效输出阶段(S2)中计算的有效容量和有效输出是否小于电池的参考容量和输出；和确定单元电池劣化的步骤(S32A)，确定上述具有小于参考容量和输出的计算的有效容量和有效输出的单元电池劣化。在该配置中，可以将电池的参考容量和输出设置为未使用单元电池初始容量和输出的任何百分比，例如80%。然后当通过电池的内阻计算出的单元电池的有效容量和有效输出变得小于初始状态下单元电池的百分比(例如80%)时确定出电池劣化。
如果在检查单元电池劣化的步骤(S31A)中确定出所计算的单元电池的有效容量和有效输出，与在正常工作状态下的电池的参考容量和输出相比，相同或更大，则该处理随后返回到开始诊断(S)并重复估计内阻阶段(Si)。在一些实施方式中，本方法还提供结束和指示阶段(E)，结束对单元电池劣化的诊断，并且当在诊断单元电池劣化阶段(S3A)中确定出电池已劣化时，还通过线束等通知劣化，并指示进行电池检查。该诊断车辆电池的单元电池劣化的方法可以防止因退化而使电池组劣化和性能降低。这种诊断可以通过利用电池组中每个单元电池的电流和电压来计算内阻、基于内阻确定单元电池是否劣化、以及指示驾驶者检查并修复电池组来实现。图3示出根据另一个实施方式所述的诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，包括估计内阻(Si)和诊断单元电池劣化(S;3B)。估计内阻阶段(Si)可以与图1相关的描述和显示的估计内阻阶段(Si)相似或相同；以下进一步说明其后续的诊断单元电池劣化的阶段(S3B)。根据图3，诊断单元电池劣化阶段(S3B)检查在估计内阻阶段(Si)中计算的单元电池的内阻是否异常地大于平均电阻(其中平均电阻是所有单元电池的内阻的平均值)。 具有异常地大于平均电阻的内阻的单元电池劣化。换言之，由于在电池组中所有单元电池中相对快速劣化的单元电池显示异常地大于平均电阻的内阻，因此单元电池是否劣化可以基于内阻来确定。在本实施方式中，如图3所示，诊断单元电池劣化阶段(S;3B)由以下步骤构成检查内阻的步骤(S31B)，计算平均电阻(其中平均电阻是电池组中所有单元电池的内阻的平均值)，并将内阻与计算的平均电阻的两倍的值进行比较；和确定单元电池劣化的步骤 (S32B)，确定具有大于平均电阻两倍的内阻的单元电池劣化。如图3所示，当在步骤(S;3B)中确定出单元电池具有小于平均电阻的两倍的内阻且因而在正常状态下工作时，该处理返回到开始诊断(S)并再次开始估计内阻(Si)。在一些实施方式中，当在步骤(S;3B)中确定出单元电池具有与平均电阻的两倍相同或更大的内阻时，该方法还可继续并执行结束和指示检查步骤(E)，结束对电池中的单元电池劣化的诊断，通知单元电池是否劣化，并且如果需要则指示进行电池检查。用来诊断车辆电池的单元电池劣化的本方法可以防止由于退化而使电池组劣化以及性能降低。特别地，本发明的方法通过利用电池组中每个单元电池的电流和电压的测量值来计算内阻，基于内阻确定单元电池是否劣化，以及如果需要则指示驾驶者检查并修复电池组。如图4所示，诊断车辆电池的单元电池劣化的其他方法，包括估计内阻(Si)、计算有效容量和有效输出(S2)，和诊断单元电池劣化(S3C)。在一些实施方式中，估计内阻阶段(Si)和计算有效容量和有效输出阶段(S》可以与图1相关的描述和显示的估计内阻阶段(Si)和计算有效容量和有效输出阶段(S》类似或相同；后面进一步描述其后的诊断单元电池劣化的阶段(S3C)。在本实施方式中，如图4所示，诊断单元电池劣化阶段(S3C)基于(1)在计算有效容量和有效输出阶段(S》中计算的有效容量和有效输出，和( 在估计内阻阶段(Si)中计算的单元电池的内阻，来诊断单元电池是否劣化。
在如图4所示的优选实施方式中，诊断单元电池劣化阶段(S3C)包括检查单元电池劣化的步骤(S31C)，检查有效容量和有效输出(在计算有效容量和有效输出阶段(S2)中计算的)是否小于电池的参考容量和输出；检查内阻的步骤(S32C)，计算平均电阻(其中平均电阻是电池组中所有单元电池的内阻的平均值)，并将所计算的平均电阻的两倍的值与单元电池的内阻进行比较；和确定单元电池劣化的步骤(S33C)，确定具有小于电池参考容量和输出的所计算的有效容量和有效输出值的单元电池，以及具有超过平均电阻的两倍的内阻的单元电池劣化。例如，在检查单元电池劣化步骤(S31C)中可以将电池的参考容量和输出设置为未使用单元电池初始容量和输出的百分比，例如80%。该方法执行确定电池劣化的步骤 (S33C)，当单元电池的有效容量和有效输出(通过电池的内阻计算得出)变得小于初始状态下单元电池的80%时确定出电池劣化。在一些实施方式中，在执行确定单元电池劣化步骤(S33C)之后，该方法还执行结束和指示检查步骤(E)，结束对单元电池劣化的诊断，通过束线等通知存在劣化，并且如果需要则指示检查电池。如果在检查单元电池劣化的步骤中(S31C)，确定出电池没有劣化，则该方法继续以执行检查内阻的步骤(S32C)以便基于内阻再次确定在检查单元电池劣化的步骤(S31C) 中计算的有效容量和有效输出与电池的参考容量和输出相同或更大的单元电池是否劣化。确定单元电池劣化的步骤(S33C)然后确定具有与在检查内阻步骤(S32C)中确定的平均电阻的两倍相同或更大的内阻的单元电池劣化。该方法可随后执行结束和指示检查 (E)，在确定单元电池劣化步骤(S33C)之后，结束对单元电池劣化的诊断，通过线束等通知劣化，并指示进行电池检查。根据优选实施方式，如果单元电池在检查内部电阻的步骤(S32C)中被确定出具有小于平均电阻两倍的内阻，且因而处于正常工作状态，则该处理返回到开始诊断(S)并再次开始估计内阻步骤(Si)。诊断车辆电池的单元电池劣化的本方法可以防止由于退化而导致电池组劣化和性能降低。特别地，本方法通过利用电池组中每个单元电池的电流和电压计算内阻、基于内阻确定单元电池是否劣化，以及如果需要则指示驾驶者检查和修复电池组来实现。上面已出于说明和描述的目的，对本发明的具体实施方式
进行说明。这些说明不试图将本发明详尽或限制到所公开的确切形式，根据以上教导可以进行多种改进和变换。 为了说明本发明的基本原理及其实际应用而选择和描述了这些典型实施方式，从而使本领域其它技术人员能够获得和利用本发明的多种实施方式，及其各种变换和改进。本发明的范围意图由权利要求及其等价形式来确定。
权利要求
1.一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，所述方法包括测量单元电池的电流和电压，基于所测量的电流和电压并利用最小二乘法估计所述单元电池的内阻；基于估计的内阻，利用存储的数据表计算有效容量和有效输出；基于计算的有效容量和有效输出诊断单元电池劣化。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述诊断单元电池劣化的步骤包括(a)基于计算的有效容量和有效输出来诊断单元电池是否劣化；(b)如果在(a)中诊断出所述单元电池没有劣化，则计算所有单元电池的内阻的平均值并确定所估计的单元电池的内阻是否大于所有单元电池的内阻的平均值的两倍；以及(c)如果在(a)中诊断出所述单元电池劣化，或者如果估计的内阻大于所有单元电池的内阻的平均值的两倍，则确定出所述单元电池劣化。
3.如权利要求1所述的方法，其中当电池组的温度为高于25°C且低于30°C，且电池组中单元电池的充电状态为50%以上且低于70%时，所述估计内阻的步骤计算内阻。
4.一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法，所述方法包括测量单元电池的电流和电压，基于所测量的电流和电压并利用最小二乘法估计所述单元电池的内阻；计算所有单元电池的内阻的平均值；以及确定所估计的单元电池的内阻是否异常地大于所有单元电池的内阻的平均值；其中具有异常地大于所有单元电池的内阻的平均值的估计内阻的单元电池被诊断为劣化。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述诊断电池劣化的步骤包括确定电池是否具有大于所有单元电池的内阻的平均值的两倍的估计内阻；以及如果所述单元电池具有大于所有单元电池的内阻的平均值的两倍的估计内阻，则确定出所述单元电池劣化。
全文摘要
本发明提供一种诊断车辆电池的单元电池劣化的方法。本方法可以防止由于退化而使电池组劣化及性能降低。该方法包括基于电池组中所有单元电池的电流和电压并利用最小二乘法计算内阻；通过内阻计算单元电池的有效容量和有效功率；基于有效容量和有效功率来确定单元电池是否劣化；以及如果需要则指示驾驶者检查和修复电池组。
文档编号G01R31/36GK102280668SQ201010543110
公开日2011年12月14日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年6月8日
发明者金宇成 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社