[发明专利]用于确定电池组健康状态的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定电池组（battery）健康状态的系统和方法。

背景技术

本公开涉及电池组的健康状态（SOH）的确定。具体地，本发明涉及用于确定可充电电池组且特别是锂电池组的SOH的系统和方法。然而，本发明不限于锂电池组，而是可应用于随着时间推移而退化的任何可充电电池组，因此迫使需要确定电池组的SOH。

随着时间推移，可充电电池组老化并退化，引起电池组保持电荷并将其额定电流输送到负荷的能力的下降。最后，在电池组已退化至其不再有效地保持电荷的程度之后，将需要将其替换。电池组的SOH指示电池组电池（cell）通过其累积应力寿命的可返回（可使用）或净容量。电池的SOH也是电池组有多严密地满足其设计规范的指示。

在许多不同的领域中都使用可充电电池组，其中，电池组在充电之后具有最小容量、从而使得电池组可以执行其预定功能是至关重要的。容量是电池组能够保持的最大电荷。崭新的电池组的容量应近似为由制造商所指示的容量。确定电池组的最小容量在诸如医疗设备、军事武器以及飞行器紧急电源应用的应用中特别重要，在那里，由于充电不足而引起的电池组故障可能导致损失惨重的后果。

在可充电电池组电池中期望电池组的充电状态（SOC）的监视。SOC是电池在其相对充电水平方面的可用性的量化（以百分比（%）为单位）。用于锂电池的传统SOC指示一般地与稳定化的开路停止期间的电池的端电压有关。开路电压（OCV）很像燃料计一样运行以传达电池何时被充满电、完全耗尽或处于那两个端点之间的某些其它可用状态。然而，如上文所讨论的，电池将随着时间的推移而老化和退化，从而使得退化机理促使电池的阻抗增加。在充电期间，老化的电池将达到指定的充电终止电压（EOCV）并正确地报告100% SOC，作为电池已接收到其最大可用电荷的正确指示。然而，随着电池老化，即使电池在充电完成时指示100% SOC，在已经历某个稳定时间之后，用于老化电池的后续OCV响应将下降并指示由于电池阻抗的上升而引起的小于100%的SOC。因此，已经发现需要来自SOC“充电状态”燃料计的单独测量，其将直接地捕捉电池通过其累积应力寿命的可返回或净容量。

存在已被提出用于确定电池组的SOH的许多方法。例如，第一方法通过测量电池组的内电阻来计算SOH。当电池组正在经历高内电阻时，这是电池组的SOH低（即差）的指示。然而，此测量不能单独地提供电池组的SOH的真实估计。具体地，此估计忽视了影响电池组的SOH的各种因素（即内电阻的随时间推移的下降以及保护电路和温度的影响）。虽然此估计对于实验室使用或罕见的固定使用是良好的，但其一般地不能被直接应用到应用。

另外，要测量的电池的类型在尝试使用上述方法来确定电池组的SOH时引起许多问题。不同的可充电电池组以不同的方式表现，具有不同的电池组化学作用，并且在以不同的类型从不同的制造商获得。可充电电池组的某些常见示例包括锂、锂离子、锂镍、镍金属氢化物、镍镉以及铅-酸。

确定电池组的SOH的另一方法是完全/部分放电测试。在这种方法中，通过使电池组经受恒定负荷来将电池组完全地或部分地放电。在放电时间期间，监视电池组电压，从而使得将电池组下降至某个电压所花费的时间与健康电池组的时间相比较。该比较考虑电池组的SOH计算。然而，存在与这种方法相关联的许多缺陷。这种方法是昂贵、消耗的，并且要求电池组在测试期间离线。

确定电池组的SOH的又另一方法涉及独立电池组监视系统的使用。在电池组的老化期间，这些系统测量电池组的一个或多个电化学参数的（一个或多个）值。然后基于（一个或多个）参数随时间推移而变化的方式来确定电池组的SOH。然而，由于该（一个或多个）参数测量的历史必须在能够确定这些（一个或多个）参数的退化之前积累，所以独立电池监视系统不能在没有首先获取随时间推移的这些测量结果的情况下确定电池组的SOH。

期望的是提供一种用于测量电池组的SOH的系统，其改善上文所讨论的缺点。如上文所讨论的，需要在不需要执行SOH的连续计算的情况下确定在电池组已在各种应用中被充电之后执行电池组的预定功能所需的绝对最小容量。

发明内容

提供一种在不需要复杂数学公式的情况下确定电池组的SOH的方法将是有利的。具体地，提供一种可以在独立于预定应用的使用中的同时容易地量化并报告用于电池组电池（例如锂电池组电池）的永久容量损失的简单方法将是有利的。