[发明专利]使用电池单体的电压变化模式的电池单体平衡设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于平衡在电池(battery)中的多个电池单体(cell)的充电状态(SOC)的设备和方法，特别涉及用于使用每一个电池单体的电压变化模式来平衡在电池中的电池单体的SOC的设备和方法。

背景技术

通常，在诸如电动车辆这样的高输出产品中使用的电池应当向负载供应高压，因此包含串联或并联地连接的多个电池单体。

当包含多个电池单体的电池被放电时，随着电池的使用时间增大，由于在电池单体之间的自放电率上的差别，每一个电池单体的充电状态(SOC)变得不同。如果电池在虽然有不平衡的SOC的情况下被持续放电，则具有较低SOC的特定电池单体被过放电，导致电池的不稳定操作。为了解决不平衡的SOC问题，传统上，在每一个电池单体安装升压或降压电路。升压或降压电路对于具有较低SOC的电池单体充电或对于具有较高SOC的电池单体放电，以平衡电池单体的SOC。

为了平衡电池单体的SOC，必须精确地测量每一个电池单体的SOC。然而，由于电池行为的非线性特性，不可能直接地测量电池单体的SOC。因为这个原因，使用可以测量的电参数来间接地估计电池单体的SOC，该可以测量的电参数例如是开路电压(OCV)和放电电流等。

一种用于使用OCV来估计电池单体的SOC的方法使用电池单体的输出电压来确定电池单体的OCV，并且使用包括基于OCV的SOC数据的查找表来将该OCV映射到对应的SOC。

然而，因为当将电池单体充电或放电时可能发生的IR降，所以测量的电池单体的输出电压与电池单体的实际输出电压不同。结果，通过将电池单体的输出电压作为OCV来估计电池单体的SOC的方法具有低精度的缺点。

作为参考，IR降表示当电池在连接到负载的同时开始被充电或开始被放电时电压迅速改变的现象。即，当放电开始时电池单体电压迅速地降低，并且当充电开始时电池单体电压迅速地升高。

一种通过积分充电/放电电流来估计电池单体的SOC的方法使用电池单体的充电/放电电流的积分量来估计电池单体的SOC。这种方法具有简单估计的优点。然而，电流测量误差随着时间连续地累积，导致低精度。

近来，已经提出了用于使用数学模型来估计电池单体的SOC的各种方法。根据该方法，使用可以测量的各种电参数来估计电池单体的SOC，该可以测量的各种电参数例如是电压、电流和温度等。然而，因为该数学模型较为复杂，所以需要长时间来估计电池单体的SOC，并且需要高级计算硬件来用于复杂的计算。

发明内容

本发明的目的是解决该问题，因此，本发明提供了一种电池单体平衡设备和方法，用于使用每一个电池单体的输出电压来精确地估计每一个电池单体的开路电压(OCV)和充电状态(SOC)，由此消除对于与测量误差的累积相关性的担心的必要。

为了实现本发明的目的，根据本发明的一个方面，一种用于平衡在电池中的多个电池单体的SOC的、使用电池单体的电压变化模式的电池单体平衡设备包括：OCV估计部件，用于测量在所述电池中的每一个电池单体的电压，并且使用每一个电池单体的电压变化模式来估计每一个电池单体的OCV，所述每一个电池单体的电压变化模式包括当前电压和过去电压；以及，电池单体平衡部件，用于通过选择要平衡的目标电池单体并且控制与选择的电池单体对应的平衡电路，来平衡每一个电池单体的SOC，其中，经由比较每一个电池单体的所述估计的OCV而选择所述要平衡的目标电池单体。

为了实现本发明的目的，根据本发明的另一个方面，一种用于平衡在电池中的每一个电池单体的SOC的、使用电池单体的电压变化模式的电池单体平衡设备包括：OCV估计部件，用于测量在所述电池中的每一个电池单体的电压，并且使用每一个电池单体的电压变化模式来估计每一个电池单体的OCV，所述每一个电池单体的电压变化模式包括当前电压和过去电压；SOC估计部件，用于从每一个电池单体的所述OCV来估计每一个电池单体的SOC；以及，电池单体平衡部件，用于通过选择要平衡的目标电池单体并且控制与选择的电池单体对应的平衡电路，来平衡每一个电池单体的SOC，其中，经由比较每一个电池单体的所述估计的SOC而选择所述要平衡的目标电池单体。