專利名稱：用于電池容量的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電池容量的測量方法，具體地說涉及一種用于電池的充電狀態(tài)(SOC)的精確的估算方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明與電池容量的測量有關(guān)。本發(fā)明的方法為電池的充電狀態(tài)(SOC)提供了一種精確的再校正方法和/或?yàn)殡姵氐腟OC提供了一種精確的估算方法。本發(fā)明對于那些不十分頻繁地全部放電和/或全部充電的電池應(yīng)用場合是特別有益的。通常，精確的SOC測定是重要的，這樣，可以可靠地預(yù)言在一個電池中尚剩余多少儲存的能量和/或怎樣最優(yōu)化此電池的充電和放電。
傳統(tǒng)的電池容量測量方法和裝置利用硬件和算法來測定全部充電和/或全部放電，然后，進(jìn)行電量計(jì)的測量，以估計(jì)SOC與時(shí)間的變化。這些電量計(jì)測量方法一般利用修正因子來解釋電池的非線性關(guān)系，例如，充電效率，自放電和可能輸出的能量。依據(jù)這些電量計(jì)測量的SOC估計(jì)的誤差將連續(xù)地累積，直到能進(jìn)行下一次再校正為止。校正過程可包括在經(jīng)驗(yàn)上或者理論上顯示能對一個特殊的SOC提供良好的關(guān)聯(lián)的可測量的電池參數(shù)的處理。一般認(rèn)為全部充電和/或全部放電已經(jīng)知道了SOC點(diǎn)，然后，它們可以用來再校正電池容量的測量和重新設(shè)定估算的誤差。
全部充電測定取決于電池的化學(xué)變化，這在工業(yè)界是眾所周知的。全部放電通常與放電電壓的端點(diǎn)(EODV)相關(guān)聯(lián)。這些校正方法在諸如電動工具，計(jì)算機(jī)和蜂巢式電話等，在正常使用期間允許電池頻繁地循環(huán)通過這些已知的校正點(diǎn)的應(yīng)用場合下工作得很好。
然而，在這樣一些電池應(yīng)用場合下，實(shí)現(xiàn)全部充電和/或全部放電的頻率是低的。例如，在某些混合式電動車輛(HEV)的應(yīng)用場合下，電池的SOC保持在一個SOC設(shè)定值附近的一個操作范圍之內(nèi)是最好的。此設(shè)定值在某些時(shí)候被叫作“最優(yōu)點(diǎn)(sweet point)”。舉個例子，最優(yōu)點(diǎn)，對于電池的SOC最好限制在±30％的操作范圍之內(nèi)，可能是50％的SOC。所以，在這種情況之下，電池將維持在20％的SOC和80％的SOC之間，因而，一般達(dá)不到全部充電和/或全部放電狀態(tài)的傳統(tǒng)的校正點(diǎn)。因此，依據(jù)電量計(jì)測量的SOC估計(jì)的誤差將隨著使用時(shí)間的增加而增大。這種增大的誤差可能導(dǎo)致不想要的車輛的性能。如果電池SOC估計(jì)過高，此車輛只為峰值負(fù)荷，例如，爬坡、加速和重新啟動，留下最小量的動力。如果電池SOC估計(jì)過低，由于電池在高SOC下降低的充電效率，車輛系統(tǒng)的效率可能被降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在電池不十分頻繁地達(dá)到全部充電或全部放電的場合下，允許電池的充電狀態(tài)SOC的測量方法。特別是，在SOC最優(yōu)點(diǎn)為中心的一個范圍之內(nèi)操作的混合式電動車輛HEV電池應(yīng)用場合，需要一個再校正SOC的措施，以保持一個更精確的SOC的估算。同時(shí)，也需要一種方法，允許在電池操作期間，測定電池的SOC。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，這種用于電池容量的測量方法，包括產(chǎn)生一條在整個感興趣的區(qū)域中表達(dá)了電池的一個參數(shù)和充電狀態(tài)SOC之間的關(guān)系的曲線；在一個時(shí)間區(qū)間中測量電池的電壓和電流，以產(chǎn)生一組電壓和電流的數(shù)據(jù)；針對代表電池的一個方程式，對處理后的數(shù)據(jù)組進(jìn)行回歸，以得到參數(shù)的值；以及為了得到電池充電狀態(tài)的估算，將參數(shù)的值與曲線相比較。
本發(fā)明的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的微分的電壓和電流數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的積分的電壓和電流數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的積分的電流數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的曲線是在電池的正常操作之前產(chǎn)生的。
本發(fā)明曲線是在電池的正常操作期間產(chǎn)生的。
本發(fā)明的電池在一個時(shí)間區(qū)間中是電路上隔離的。
本發(fā)明的電池是在一個時(shí)間區(qū)間中，通過一個預(yù)先確定的區(qū)域循環(huán)的。
本發(fā)明的曲線是儲存在一個或者多個記錄表中的。
本發(fā)明的曲線是由一個數(shù)學(xué)函數(shù)來表示的。
本發(fā)明數(shù)學(xué)函數(shù)是一條直線。
本發(fā)明的感興趣的區(qū)域是在20％的充電狀態(tài)和80％的充電狀態(tài)之間，此處所述的方法被用來估算處于20％的充電狀態(tài)和80％的充電狀態(tài)之間的電池的充電狀態(tài)。
本發(fā)明的感興趣的區(qū)域是在30％的充電狀態(tài)SOC和70％的充電狀態(tài)SOC之間，所述的方法被用來估算處于30％的充電狀態(tài)SOC和70％的充電狀態(tài)SOC之間的電池的充電狀態(tài)SOC。
本發(fā)明的參數(shù)選自下列的開路電壓OCV，開路電壓對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dOCV/dSOC，開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2，電池的內(nèi)部“極化”電阻Rp，“極化”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRp/dSOC，在極化電阻附近的電流分流電容C，電池的內(nèi)部“歐姆”電阻Ro以及“歐姆”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRo/dSOC。
本發(fā)明的參數(shù)是開路電壓OCV。
本發(fā)明的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dOCV/dSOC。
本發(fā)明的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2。
本發(fā)明的參數(shù)是“極化”電阻Rp。
本發(fā)明的參數(shù)是“歐姆”電阻Ro。
本發(fā)明的參數(shù)是“極化”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRp/dSOC。
本發(fā)明的參數(shù)是“歐姆”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRo/dSOC。
本發(fā)明的電池在所述的時(shí)間區(qū)間的第二部分中正在充電，此處所述的第二部分是在所述的第一部分之前或者之后。
本發(fā)明的電池在所述的時(shí)間區(qū)間的第三部分中正處于間歇狀態(tài)，此處所述的第三部分是在所述的第一部分之前或者之后，和在所述的第二部分之前或者之后。
本發(fā)明的方程式是相應(yīng)于電池的一個廣義化的方程式。
本發(fā)明的方程式的系數(shù)與代表了相應(yīng)于電池的等效電路的一個方程式的系數(shù)有關(guān)。
本發(fā)明的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2，所述的曲線表示為一條直線。
本發(fā)明的開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2有一個零值時(shí)，電池的充電狀態(tài)被重新校正到一個已知的充電狀態(tài)。
本發(fā)明的開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2從正值變?yōu)樨?fù)值，或者從負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，存在著一個零值。
本發(fā)明的電池在所述的時(shí)間區(qū)間中通過一個預(yù)先確定的區(qū)域循環(huán)。
本發(fā)明的預(yù)先確定的區(qū)域是混合脈沖功率特征HPPC動態(tài)負(fù)載剖面。
本發(fā)明的電池是鎳基電池NiMH電池。
本發(fā)明的電池包括選自D型，C型和小C型的一個或多個電池。
本發(fā)明以一種連續(xù)的方式監(jiān)視電壓的測量和電流的測量，此處的時(shí)間是根據(jù)至少一個與電壓的測量和電流的測量有關(guān)的預(yù)先確定的要求而選擇的。
本發(fā)明的時(shí)間區(qū)間是小于或者等于60秒種。
本發(fā)明的少一個預(yù)先確定的要求是在所述的時(shí)間區(qū)間中，至少放電15秒鐘。
本發(fā)明的至少一個預(yù)先確定的準(zhǔn)則是在所述的時(shí)間區(qū)間中，至少充電15秒鐘。
本發(fā)明在將參數(shù)值與曲線進(jìn)行比較期間，考慮針對下列的一個或多個因子的曲線的變化電池溫度，電池壽命，內(nèi)部壓力和充電/放電速率。
本發(fā)明代表等效電路的方程式是電池的電壓和電流，電池的電壓和電流的導(dǎo)數(shù)和積分的一個函數(shù)。
本發(fā)明代表等效電路的方程式有下列的形式0=a+b∫ILdt+cIL+ddILdt+edVdtfV+g∫Vdt+hd2ILdt2+...]]>本發(fā)明代表等效電路的方程式包括了二次或更高次指數(shù)項(xiàng)。
本發(fā)明代表的等效電路是附圖5B所示的電路。
本發(fā)明代表的等效電路是附圖6所示的電路。
本發(fā)明一種用于重新校正電池容量的測量方法，包括由電池的一個參數(shù)和一個充電狀態(tài)之間的關(guān)系確定電池的充電狀態(tài)的再校正，在此狀態(tài)下，在電池的參數(shù)和電池的充電狀態(tài)之間的關(guān)系有一個拐點(diǎn)；
在一個時(shí)間區(qū)間中，測量電池的電壓和電流，以產(chǎn)生一組電壓和電流的數(shù)據(jù)；處理此電壓和電流數(shù)據(jù)組，以產(chǎn)生一組處理后的數(shù)據(jù)；針對代表了電池的一個方程式，回歸此組處理后的數(shù)據(jù)，以獲得此參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)以及在此參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)有一個零值時(shí)，重新校正電池的充電狀態(tài)到電池的再校正充電狀態(tài)。
上述方法的參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，或者，從負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，存在著一個零值。
上述方法的參數(shù)是電池的開路電壓OCV。
本發(fā)明與估算一個電池的充電狀態(tài)(SOC)的方法有關(guān)。本發(fā)明的特別之處包括了在整個研究區(qū)域中表達(dá)了在電池充電的一個參數(shù)和一個狀態(tài)之間的關(guān)系的曲線的產(chǎn)生；在一段時(shí)間區(qū)間中測量電池的電壓和電流，以產(chǎn)生一組電壓和電流數(shù)據(jù)；處理這組電壓和電流數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生一組處理后的數(shù)據(jù)；將處理后的數(shù)據(jù)回歸成代表此電池的一個方程式，以獲得參數(shù)的值；為了得到電池充電狀態(tài)的估計(jì)，將此參數(shù)值與曲線進(jìn)行比較。
本發(fā)明的方法可以用于再校正電池的SOC。本發(fā)明在電池不十分頻繁地達(dá)到全部充電狀態(tài)和/或全部放電狀態(tài)的情況下是有益的。在一個具體的方面，本發(fā)明的方法和注解可以利用一個電池的電壓和/或電流，和/或電池的電壓和/或電流隨時(shí)間的變化，以重新校正電池的SOC和/或估算電池的SOC。
許多電池化學(xué)變化的開路電壓(OCV)單純地隨SOC變化。除此之外，OCV與SOC的曲線一般有一個拐點(diǎn)。為了測定電池處于OCV與SOC曲線的什么位置，以及確定在一個特殊的場合下，在什么時(shí)間達(dá)到了拐點(diǎn)，本發(fā)明的方法可以監(jiān)視與電池的條件有關(guān)的各種參數(shù)。在一個特殊的場合下，本發(fā)明的方法可以監(jiān)視OCV與SOC曲線的二階導(dǎo)數(shù)，并且與電池的OCV與SOC曲線相比較，以估算SOC。用于比較的電池的OCV與SOC曲線，例如，在電池使用之前，或者，在電池使用期間，可以被確定。因此，本發(fā)明可用于確定在什么時(shí)間，電池處于某個SOC區(qū)域，如30％SOC～70％SOC的區(qū)域，或者，20％SOC～80％SOC的區(qū)域。如果需要，為了提高這樣的SOC再校正和/或估算的精度，可以考慮OCV與SOC曲線隨溫度，電池壽命，充電速率和/或放電速率的變化。


圖1顯示了一個可充電電池的典型的開路電壓(OCV)與充電狀態(tài)(SOC)的曲線。
圖2顯示了圖1的曲線的一階導(dǎo)數(shù)(dOCV/dSOC)。
圖3顯示了圖1的曲線的二階導(dǎo)數(shù)(d2OCV/dSOC2)。
圖4顯示了對應(yīng)于圖3的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖。
圖5A描述了一個可以用作一個與本發(fā)明相一致的電池的等效電路模型的回路的一個應(yīng)用場合。
圖5B描述了一個可以用作一個與本發(fā)明相一致的電池的等效電路模型的回路的一個應(yīng)用場合。
圖6描述了一個可以用作一個與本發(fā)明相一致的低內(nèi)阻電池的等效電路模型的回路的一個應(yīng)用場合。
圖7描述了與本發(fā)明相一致的電池的電池脈沖功率區(qū)域。
圖8A和8B顯示了40瓦功率放電的負(fù)載電壓VL’電流IL和IP’功率交換AMPH，以及模型曲線擬合的估計(jì)負(fù)載電壓VLest，在50％SOC處顯示了回歸的4個輸入變量的一個典型的放電區(qū)域。
圖9是描述了在試驗(yàn)區(qū)之前有一個小時(shí)的間歇，在混合脈沖功率特征化HPPC試驗(yàn)下的三種同樣設(shè)計(jì)的鎳基電池NiMHD的d2OCV/dSOC2與充電狀態(tài)以及dOCV/dSOC與充電狀態(tài)圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明是關(guān)于再校正電池的放電狀態(tài)(SOC)和/或估算電池的SOC的一種方法。本發(fā)明在電池不十分頻繁地全部充電和/或全部放電的情況下是有益的。在一個特殊的應(yīng)用場合中，本發(fā)明的方法利用了電池的電壓，電流，溫度，內(nèi)部壓力，壽命(循環(huán)次數(shù))，電池電壓隨時(shí)間的變化，和/或電池電流隨時(shí)間變化而測到的值，以及再校正電池的SOC，和/或估計(jì)電池的SOC。
參見圖1，圖1顯示了可充電電池的開路電壓(OCV)與SOC的典型的曲線，對于許多電池化學(xué)變化，OCV單純地隨SOC變化。此外，OCV與SOC的曲線一般有一個拐點(diǎn)。OCV與SOC的曲線上這樣的一個拐點(diǎn)與dOCV/dSOC與SOC的曲線上的最小值相重合，如圖2和圖9分別所示，它可與d2OCV/dSOC2與SOC曲線的零交叉相重合，如圖3，4和9所示。圖9是在試驗(yàn)區(qū)之前采用了一個小時(shí)的間歇的三種同樣設(shè)計(jì)的鎳基電池NiMHD電池的d2OCV/dSOC2與充電狀態(tài)，以及dOCV/dSOC與充電狀態(tài)的曲線，此處采用了混合脈沖功率特征化(HPPC)試驗(yàn)區(qū)域。
可以使用各種方法產(chǎn)生類似于圖1所示的曲線的一根曲線。例如，在充電或放電之后的某個間歇時(shí)間后，可以測量平衡電壓。在一個特殊的應(yīng)用場合下，對于一系列的充電狀態(tài)，在一個小時(shí)的間歇之后，測量平衡電壓。然后，將測量結(jié)果記錄在一張記錄表中。同樣，可以對OCV1小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式曲線擬合。可以在數(shù)學(xué)上從OCV1小時(shí)數(shù)據(jù)求導(dǎo)高階導(dǎo)數(shù)，如dOCV/dSOC1小時(shí)求導(dǎo)和d2OCV/dSOC21小時(shí)求導(dǎo)。這些導(dǎo)數(shù)也可以放入一張記錄表中?？梢暂喠鞯卦谔厥獾某潆姞顟B(tài)和功率處作HPPC的剖面。例如，對于每種充電狀態(tài)，可以回歸一個參數(shù)組。此參數(shù)組可以包括OCVHPPC和dOCV/dSOCHPPC，可以記錄在數(shù)據(jù)表中。同樣，可以對OCVHPPC和d2OCV/dSOC2HPPC數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，可以在數(shù)學(xué)上求導(dǎo)高階導(dǎo)數(shù)，如dOCV/dSOCHPPC求導(dǎo)和d2OCV/dSOC2HPPC求導(dǎo)。這些值可以同時(shí)記錄在單獨(dú)的記錄表中。然后，相應(yīng)于這些求導(dǎo)值的回歸的值可以由SOC追蹤。
參數(shù)dOCV/dSOC1小時(shí)求導(dǎo)，dOCV/dSOCHPPC和dOCV/dSOCHPPC求導(dǎo)在某種意義上描述了參數(shù)dOCV/dSOC，這樣，通過每一次估算獲得了對參數(shù)dOCV/dSOC的更好的理解。雖然由于采用的方法不同，這些特殊的值可能不同，但是，可以通過提供記錄表而得到方法之間的關(guān)系。這樣就獲得dOCV/dSOC的一個更高的精確度。其他的參數(shù)，諸如電池內(nèi)部的“極化”電阻RP，和電池內(nèi)部的“歐姆”電阻RO，可能與求導(dǎo)的數(shù)量有關(guān)。
為了確定電池處于OCV與SOC曲線的什么地方，以及，在一個特殊的應(yīng)用場合下，在什么時(shí)候電池達(dá)到了OCV與SOC曲線的拐點(diǎn)，本發(fā)明的方法可以監(jiān)視與電池條件有關(guān)的各種參數(shù)。例如，可以監(jiān)視和使用電池的電流(I)和電壓(V)，以估算OCV。在另一種特殊的應(yīng)用場合中，本發(fā)明的方法和注解可以監(jiān)視OCV與SOC的二階導(dǎo)數(shù)(d2OCV/dSOC2)，并且與電池的OCV與SOC曲線進(jìn)行比較，如圖2所示，以估計(jì)SOC。因此，本發(fā)明可以確定在什么時(shí)候，此電池處于某個SOC區(qū)域，例如30％SOC與70％SOC之間的區(qū)域，或者，20％SOC與80％SOC之間的區(qū)域。如果需要，為了提高這樣的SOC再校正和/或估算的精確度，在SOC的再校正和/或估算期間，可以考慮OCV與SOC曲線相應(yīng)于溫度，電池壽命(循環(huán)次數(shù))，內(nèi)部壓力，和/或速率的變化。
本發(fā)明可以用于各種電池化學(xué)變化和電池尺寸。本發(fā)明實(shí)踐中有用的電池組可以含有一個或多個電池，包括但不限于D，C和小C型電池。對于含有一個電池以上的電池組的應(yīng)用場合，可以監(jiān)視任何一個單獨(dú)的電池，或者，可以輪流地監(jiān)視整個電池組。
一般而言，電池組可以由一個等效電路而模型化。圖5A，5B和6是電池的這樣的等效電路的例子?？梢愿鶕?jù)包括了電池的化學(xué)變化和電池的物理參數(shù)的許多因素，選擇等效電路。圖6的等效電路有一個電容—電阻并聯(lián)組和一個串連電阻。圖5A和5B的等效電路更復(fù)雜一些。選擇的等效電路的元件的值受到了，包括但不限于，卷筒的幾何尺寸，平板的尺寸，電介質(zhì)，分離器型式，設(shè)計(jì)方位比，活性物質(zhì)，成分密度和集電器設(shè)計(jì)等電池設(shè)計(jì)參數(shù)的影響。通過采用直流電試驗(yàn)，可以計(jì)算和復(fù)制內(nèi)部阻抗和功率的瞬時(shí)的和穩(wěn)態(tài)的部件。通過在電池循環(huán)期間的直流電流和電壓測量的分析，可以提取內(nèi)部阻抗的更精確的細(xì)節(jié)。假定圖6的等效電路以合理的精度描述了電池，我們可以寫出關(guān)于對于響應(yīng)的方程式。各種交流電路，如圖5A和5B所示，可以用作電池容量計(jì)量的電池組的等效電路模型。
在短路放電(1～2分鐘)期間的電壓可以被描述成在充電狀態(tài)下的開路電壓，由于能力(用OCV的斜率乘以能力來表示的)變化的電壓降，由于歐姆電阻的電壓降，由于極化電阻的電壓降，以及由于電阻對電流變化的阻抗降之和。極化電阻可以伴有電池化學(xué)變化和擴(kuò)散作用，而歐姆電阻可能與電導(dǎo)有關(guān)。選擇的等效電路有一個代表性的方程式，作為一個例子，對應(yīng)于圖6的電路模型的一個代表性的方程式為VL=IL*RL=OCVSOC+∂(OCVSOC)∂SOC*∫Ipdt-IL*RO-IP*RP-dILdtL---(1)]]>式中OCV＝開路電壓SOC＝充電狀態(tài)RO＝電池內(nèi)部的“歐姆”電阻RP＝電池內(nèi)部的“極化”電阻RL＝外部的負(fù)載電阻C＝在極化電阻周圍的分流電容II＝施加的負(fù)載電流，和IP＝通過極化電阻的電流。一個廣義化的方程式的例子可以寫成0=a+b∫ILdt+cIL+ddILdt+edVdtfV+g∫Vdt+hd2ILdt+...---(2)]]>式中的a，b，c d，e，f，g，h，...是相應(yīng)于元件的值，和/或相應(yīng)的等效電路的參數(shù)的系數(shù)?？梢圆捎闷渌姆匠淌?，它們結(jié)合了其他的近似估算，例如，用IL替換了方程式(1)中的IP?？梢哉J(rèn)為方程式(1)是V，I，以及V和IL的導(dǎo)數(shù)和積分的線性求和。所以，可以將方程式(1)置于方程式(2)的形式中去。同樣，從圖5A和5B以及其他的圖中顯示的電路模型中導(dǎo)出的方程式也可以產(chǎn)生能夠置于方程式(2)的形式中去的方程式。廣義化的方程式可以按需要簡化，為特別的應(yīng)用場合提供需要的精確度。這些元件和/或參數(shù)可以包括，諸如電阻，電容，電感，電流和電壓等。在廣義化方程式和相應(yīng)于選擇的模型的代表性的方程式的導(dǎo)數(shù)之間的關(guān)系，可以很容易地被導(dǎo)出，對于典型的精度要求，可以直接地進(jìn)行代數(shù)轉(zhuǎn)換?？梢耘c本發(fā)明一起利用其他的廣義化的方程式，它們可能包括二次項(xiàng)或者更高次項(xiàng)。
求解代表性的方程式，或者，求解廣義化的方程式和變換廣義化方程式的系數(shù)成代表性方程式的系數(shù)，可以提供其他再校正SOC和/或估計(jì)SOC有用的參數(shù)。在本發(fā)明的一個特殊的應(yīng)用場合中，可以監(jiān)視一個電池電壓和一個電池電流，使得至少有一組，最好是多組，電壓和電流數(shù)據(jù)點(diǎn)作為時(shí)間的函數(shù)被測量了。最好應(yīng)該對每個數(shù)據(jù)點(diǎn)補(bǔ)償其電壓和電流值，使得在電壓測量和電流測量之間有一個可以忽略的時(shí)間延遲。每一組的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)該大于或者等于對應(yīng)于等效電路的廣義化方程式的系數(shù)的數(shù)量。這樣，可以采用數(shù)據(jù)點(diǎn)組來求解廣義化方程式的未知系數(shù)。
在整個收集電壓和電流數(shù)據(jù)期間的電池的狀態(tài)可能會影響廣義化方程式和/或代表性方程式的參數(shù)的估算值的精度。最好在包括了放電部分和充電部分的一個時(shí)期中收集電壓和電流的數(shù)據(jù)。更好的做法是同時(shí)包括了電池處于間歇狀態(tài)的一個時(shí)期。給出可預(yù)期產(chǎn)生正確的結(jié)果的一個充電/放電區(qū)域。此區(qū)域被叫作混合脈沖功率特征化(HPPC)動態(tài)負(fù)載剖面，它在美國能源部的愛達(dá)華國家工程實(shí)驗(yàn)室在1998年5月出版的“PNGV電池試驗(yàn)手冊”，修訂版1，參照ID-10957中有說明。圖7顯示了類似于HPPC區(qū)域的一個區(qū)域。HPPC試驗(yàn)區(qū)域延續(xù)1分鐘，包括了一個充電部分，一個放電部分和一個間歇部分。圖8A和8B是一張圖，顯示了在圖7中的一個電壓尖峰期間，對于40瓦放電的負(fù)載的電壓VL，電流IL和IP，能量交換的安培一分鐘，以及VLest。至少部分地設(shè)計(jì)了HPPC區(qū)域，以模擬在實(shí)際驅(qū)動條件下一臺混合電動車輛(HEV)的電池可能遭遇到什么。例如，車輛可能加速18秒鐘，電池放電，達(dá)到需要的速度；等速運(yùn)行32秒鐘，在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，電池處于間歇狀態(tài)；急剎車2秒鐘，車輛的動能用于高速向電池充電；再剎車4秒鐘，更多的車輛的動能用于向電池充電；輕輕地剎車4秒鐘，車輛的剩余動能用于進(jìn)一步向電池充電。在這一點(diǎn)上，該區(qū)域也加入了可能產(chǎn)生的另一個間歇部分，例如，車輛遇上了紅燈。
然而，在電池實(shí)際使用時(shí)，不經(jīng)?？赡苓_(dá)到必定存在著規(guī)律性的可重復(fù)的區(qū)域。所以，在收集電壓和電流數(shù)據(jù)時(shí)，可以監(jiān)視這些數(shù)據(jù)，以選擇電池至少經(jīng)受一個或多個需要狀態(tài)的一個最小時(shí)期的時(shí)間區(qū)間。例如，可以采用一個電池放電，電池充電，和/或電池間歇的最小時(shí)期作為選擇一個時(shí)間區(qū)間的準(zhǔn)則。在一個應(yīng)用場合中，可以用一種連續(xù)的方式和在依據(jù)至少一個與電壓和電流的測量有關(guān)的，預(yù)先確定的準(zhǔn)則而選擇的一個時(shí)間區(qū)間內(nèi)來監(jiān)視電壓和電流的測量。例如，一個時(shí)間區(qū)間可以小于或者等于60秒鐘。預(yù)先確定的準(zhǔn)則的例子包括，但不限于，在此時(shí)間區(qū)間中，至少15秒鐘的放電，或者，至少15秒鐘的充電。也可以考慮這些事件的發(fā)生順序，以及放電和/或充電的大小。一個特殊的示例可以將1分鐘的周期分割成，至少在15瓦的功率下放電至少15秒鐘，至少在10瓦的功率下充電至少15秒鐘，在充電或放電功率小于1瓦處，至少15秒鐘的間歇?？梢圆捎闷渌臏?zhǔn)則，時(shí)間周期可按需要調(diào)整。也可以按照應(yīng)用場合規(guī)定的精度，電池的化學(xué)變化和/或其他因素，修改這些準(zhǔn)則。在這些準(zhǔn)則被滿足時(shí)，那末，與選擇的時(shí)期相關(guān)的數(shù)據(jù)可以用于回歸中。
連續(xù)監(jiān)視電壓和電流數(shù)據(jù)的一個替換是定期地，或者，在某個選擇的時(shí)間程序下，在電氣上隔離電池與應(yīng)用場合，以及循環(huán)電池通過預(yù)先確定的區(qū)域?？梢赃x擇此區(qū)域，以提供相應(yīng)的精確度。最好是，最小化被隔離電池的時(shí)間區(qū)間。例如，1到2秒鐘的時(shí)間可以提供足夠的精度。
在一個特定的應(yīng)用場合中，可以采用回歸技術(shù)來求解廣義化方程式的系數(shù)。與本發(fā)明有關(guān)的，可以利用的一種線性回歸技術(shù)的示例在愛達(dá)華國家工程實(shí)驗(yàn)室的PNGV電池試驗(yàn)手冊，修訂版1的附件D中有敘述。然后，可以采用回歸所產(chǎn)生的系數(shù)求解等效電路，例如，通過代數(shù)變換中的參數(shù)和/或參數(shù)的值。在一個特殊的應(yīng)用場合下，這些參數(shù)包括了OCV，以及與SOC相關(guān)的OCV的斜率。通過利用多組電池的電壓和電流的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以得到系數(shù)的導(dǎo)函數(shù)，以及系數(shù)的二階導(dǎo)函數(shù)。例如，可以得到關(guān)于SOC的OCV二階導(dǎo)數(shù)。系數(shù)的導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)對于再校正和/或估計(jì)SOC是有用的。
如上所述，可以采用一種線性回歸的方法來指定廣義化方程式中的系數(shù)的值，或等效電路中的元件和/或參數(shù)的值?？梢杂酶鞣N方法計(jì)算這種回歸。例如，可以隨時(shí)間進(jìn)行電壓和電流的測量，以及使用求導(dǎo)和積分的方法。例如，可以用∫Vd(SOC)，∫Vdt，和/或∫VdI來計(jì)算回歸。也可以利用顯示單獨(dú)的放電的二次項(xiàng)。雖然象dV/d(SOC)，dV/dt和dV/dI這樣的導(dǎo)數(shù)可能有些麻煩，但是，它們對于時(shí)間，充電狀態(tài)和/或電流的積分可以提供額外的信息。為了使計(jì)算更加精確，每種方法能增加一些獨(dú)特的信息。
在一個特殊的示例中，OCV，OCV的斜率和/或其他的參數(shù)可以對SOC作圖，此處的SOC可以獨(dú)立地被測量。可以從此數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個或多個廣義化方程式的系數(shù)，和/或在等效電路中的元件和參數(shù)對于充電狀態(tài)的曲率。在一個特殊的應(yīng)用場合中，可以產(chǎn)生OCV與SOC，dOCV/dSOC與SOC，和/或d2OCV/dSOC2與SOC的曲率，它們在再校正SOC和/或估算SOC時(shí)是可能有用的。這些系數(shù)和/或參數(shù)關(guān)于充電狀態(tài)的曲率及對于每種電池類型均可能是獨(dú)一無二的。如果存在了差異，可以由內(nèi)部電阻和OCV提供額外的信息。在一個特殊的應(yīng)用場合下，可以將OCV斜率和充電狀態(tài)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系與收集到的電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行擬合。也可以將OCV斜率和溫度，和/或電池壽命之間的數(shù)學(xué)關(guān)系與特殊的電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行擬合。與SOC有關(guān)的各個系數(shù)和/或參數(shù)的曲率可以儲存起來，供以后的比較所用，和/或用于創(chuàng)建代表了電池的等效電路的數(shù)學(xué)模型。例如，這些數(shù)據(jù)可以儲存在記錄表中，供以后的參照。
參見相應(yīng)于圖6的電路的方程式1，方程式的變量是IL，IP，dIL/dt和∫IPdt，回歸常數(shù)是IL，IP，RP，RU，OCV和_OCV/_SOC。對于回歸，可以測量一個或多個數(shù)據(jù)組的電池電壓和電流。可以對每個回歸點(diǎn)計(jì)算方程式的變量IL，IP，dIL/dt和∫IPdt。隨著電池充電狀態(tài)的變化，回歸可以重復(fù)地進(jìn)行。因此，回歸常數(shù)的值可以隨著時(shí)間更新。如IL和∫ILdt這樣的項(xiàng)可以從電流測量中導(dǎo)出，因而可以通過追蹤IL而給出一個值。與之相反，變量IP可以通過，例如依據(jù)圖6的模型的下列方程式計(jì)算出來τdIpdt=IL-IP---(3)]]>為了計(jì)算，通過一個差分方程式，IP作為IL和時(shí)間的函數(shù)，可以利用一個近似的電容性的時(shí)間常數(shù)τ。因?yàn)檎`差可以很快地累積，最好采用具差分方程式的大量的點(diǎn)，以提高精度。一旦達(dá)到變量IP的一個值，可以進(jìn)行回歸。除此之外，一旦初始的計(jì)算完成以后，為了最小化回歸的誤差，可以通過改變電容性的時(shí)間常數(shù)實(shí)現(xiàn)對回歸常數(shù)的更好的估算。雖然這種技術(shù)似乎是適宜的，但是，實(shí)際上，為了計(jì)算變量IP，它可能變得十分麻煩，因?yàn)榇瞬罘址匠淌娇赡苄枰罅康膬?nèi)存和計(jì)算時(shí)間。
在一個特殊的應(yīng)用場合中，利用了電壓的導(dǎo)數(shù)和積分的線性求和，使得計(jì)算的變量IP可以由測量的變量IL所代替?？梢酝ㄟ^用從方程式(3)中導(dǎo)出的IP來代替方程式(1)中的IP，來實(shí)現(xiàn)這種替換，這樣，IP不再處于修改的方程式(1)中了。這種替換極大地簡化了回歸。按照方程式(3)和方程式(3)的積分中描述的關(guān)系，通過加入乘以電容性的時(shí)間常數(shù)的方程式(1)的導(dǎo)數(shù)到方程式(1)中，以及用IL項(xiàng)替換了 項(xiàng)，就可以建立如下的方程式。V=OCVSOC+∂(OCVSOC)∂SOC∫ILdt+(RO+RP)+τROdILdt-τdVLdt---(4)]]>此方程式?jīng)]有IP項(xiàng)，因此可以更直接地進(jìn)行計(jì)算。
在一個特殊的應(yīng)用場合中，可以通過跟蹤電池的OCV，dOCV/dSOC和/或d2OCV/dSOC2進(jìn)行電池的SOC的估算。OCV，dOCV/dSOC和d2OCV/dSOC2對于SOC的曲線的形狀可通過理論或者試驗(yàn)確定，只需要在整個感興趣的區(qū)域中產(chǎn)生即可。例如，一個或多個曲線的形狀可以在電池使用之前確定，然后，在電池使用期間用于SOC的再校正和/或估算?？梢越惶娴兀蛘吲c預(yù)先測到的曲線相關(guān)聯(lián)，根據(jù)電池使用期間的行程確定一條或多條曲線的形狀。然后，可以將OCV，dOCV/dSOC和d2OCV/dSOC2數(shù)據(jù)與相對于曲線形狀的儲存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以重新校正SOC和/或提供SOC的估算。
一個或多個電池的OCV與SOC的曲線，dOCV/dSOC與SOC的曲線以及d2OCV/dSOC2與SOC的曲線可以模型化成一個數(shù)學(xué)函數(shù)。對于一個特殊的NiMHD基的電池，d2OCV/dSOC2可近似于一條具不變斜率的直線。而且。d2OCV/dSOC2的零交叉可以模型化，駐留在一個已知SOC處。因此，當(dāng)d2OCV/dSOC2為零時(shí)，SOC可以在此已知SOC值處重新校正。同時(shí)，通過使用d2OCV/dSOC2曲線，可以估算對于其他的d2OCV/dSOC2的值的SOC。對于d2OCV/dSOC2被模型化成一條直線的應(yīng)用場合，可以使用不變的斜率(對于一個特殊的鎳基電池NiMHD為0.011mV/Ah2)和已知的SOC來估算對于d2OCV/dSOC2的一個特別的值的SOC。d2OCV/dSOC2的斜率可能發(fā)生變化，例如，隨溫度和/或電池壽命而變化，如果需要，可以考慮直線變化。
除了上面所述的方程式之外，下面的方程式可用于關(guān)于圖6的等效電路的電壓和電流數(shù)據(jù)的回歸τdIpdt=IL-IP---(5)]]>V=OCV(1+t/τ)+(RP+RO)/τ∫ILdt+ROIL+dOCVdSOC*1τ∫∫ILdt-∫Vdt/τ---(6)]]>V=OCV+dOCVdSOC∫ILdt+(RO+RP)IL+τRodILdt-τdVdt---(7)]]>V=OCV+dOCVdSOC∫IPdt+RPIP+ROIL---(8)]]>測得的變量IL＝電流V＝電壓t＝時(shí)間計(jì)算的變量IP＝極化電流各個電壓和電流的導(dǎo)數(shù)回歸的變量RP＝極化電阻RO＝歐姆電阻OCV＝開路電壓dOCV/dSOC＝開路電壓對于充電狀態(tài)的變化τ＝電容性的時(shí)間常數(shù)方程式(8)與沒有dIL/dtL項(xiàng)的方程式(1)是一樣的。如果我們假定沒有積分常數(shù)，對方程式(4)進(jìn)行積分，可以產(chǎn)生方程式(6)。由于導(dǎo)數(shù)項(xiàng)，方程式(7)可能是麻煩的，而由于積分項(xiàng)，方程式(6)就比較不麻煩。因此，方程式(5)和(8)在一起，單獨(dú)的方程式(6)，或者單獨(dú)的方程式(7)可用于回歸。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如上所述，在各個電池充電和/或放電區(qū)域中，可以測量電壓和電流。本發(fā)明的一個特殊應(yīng)用場合包括下列1.以固定的時(shí)間和速率進(jìn)行均勻的和可重復(fù)的充電和放電循環(huán)。例如，一個電池可通過下列過程而循環(huán)在40瓦下，電池放電18秒鐘；電池間歇32秒鐘；在48瓦下，電池充電2秒鐘；在32瓦下，電池充電4秒鐘；在16瓦下，電池充電4秒鐘；以及記錄整個循環(huán)過程中的電池電壓和時(shí)間。
這就是愛達(dá)華國家工程實(shí)驗(yàn)室的PNGV電池試驗(yàn)手冊，修訂版1中描述的混合脈沖功率特征化(HPPC)動態(tài)負(fù)載剖面。
2.然后，可以用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行下列的計(jì)算，描繪充電狀態(tài)計(jì)算OCV；以及計(jì)算dOCV/dSOC。
可以通過應(yīng)用方程式(6)和愛達(dá)華國家工程實(shí)驗(yàn)室的PNGV電池試驗(yàn)手冊，修訂版1中描述的技術(shù)進(jìn)行這些計(jì)算。也可以利用進(jìn)行這些計(jì)算的替代的方法，例如，應(yīng)用方程式(7)和(8)。
3.充電狀態(tài)可被移動一個小的百分?jǐn)?shù)，電池通過具固定時(shí)間和速率的同樣均勻的和可重復(fù)的循環(huán)而再次循環(huán)?？梢杂纱说诙M數(shù)據(jù)執(zhí)行上面的步驟中列出的第二組計(jì)算。如果需要，可以得到額外的數(shù)據(jù)組，可以進(jìn)行對應(yīng)的額外的數(shù)據(jù)組的計(jì)算。
4.一旦進(jìn)行了二個充電狀態(tài)的數(shù)據(jù)組計(jì)算之后，可以執(zhí)行下列額外的計(jì)算從二個OCV點(diǎn)計(jì)算OCV對充電狀態(tài)的斜率；從二個dOCV/dSOC點(diǎn)計(jì)算dOCV/dSOC對充電狀態(tài)的斜率；另外，最好能得到額外的數(shù)據(jù)組和相應(yīng)的計(jì)算值組。在另一個特殊的應(yīng)用場合中，利用了五個數(shù)據(jù)組，使用五組對應(yīng)的計(jì)算值進(jìn)行這些額外的計(jì)算。
5.如果需要，可以重復(fù)，以得到多個計(jì)算斜率的數(shù)值。可以使用這些多個數(shù)值來計(jì)算對于充電狀態(tài)的平均斜率。在一個特殊的應(yīng)用場合中，可以重復(fù)步驟1～4五次，以產(chǎn)生五個計(jì)算斜率的值，再求出平均值。
6.采用充電狀態(tài)(SOC)為正的數(shù)量這樣一種常規(guī)做法，可以將SOC與預(yù)先確定的校正點(diǎn)進(jìn)行比較，如果必要，調(diào)整SOC。各個點(diǎn)可提供再校正的參照。如果需要，可以對溫度變化和特殊的電池設(shè)計(jì)進(jìn)行少量的調(diào)整。在一個特殊的應(yīng)用場合中，如圖9所示，可用于提供參照的這些點(diǎn)包括，但不限于下列1)在d2OCV/dSOC2＝0時(shí)，SOC＝40％；在d2OCV/dSOC2＞0時(shí)，SOC＞40％；在d2OCV/dSOC2＜0時(shí)，SOC＜40％；以及2)在所有的地方，dOCV/dSOC＞0。
雖然此實(shí)施例1中描述的步驟在實(shí)際的電池使用中難于完成，但是，這些步驟仍然可以在實(shí)驗(yàn)室中初次特征化一個電池時(shí)使用。這樣的初始調(diào)整可以產(chǎn)生一條OCV與SOC的曲線，一條dOCV/dSOC與SOC的曲線和/或一條d2OCV/dSOC2與SOC的曲線，然后，它們可用于為了再校正和/或估算電池的SOC的，與回歸中得到的值相比較的參照。例如，來自初始特征化的值可儲存在記錄表中，用作這樣的比較。
實(shí)施例2以一種類似于實(shí)施例1的方式，可以從回歸中得到替換的參數(shù)，包括電池的內(nèi)部“極化”電阻(RP)，在極化電阻周圍的電池分流電容(C)，電池的內(nèi)部“歐姆”電阻(RO)，dRP/dSOC和/或dRO/dSOC，并且利用它們提供電池充電狀態(tài)(SOC)的估算和/或電池SOC的再校正。
實(shí)施例3圖5A和5B敘述了另外二個與本發(fā)明相一致的，用作電池模型的等效電路。在圖5A中，R01是電子電阻，而R02是純電阻。在圖5B中，R01是電子電阻。下列方程式可用于圖5B的電路。VL=IL*RL=OCVSOC+∂(OCVSOC)∂SOC[1-C*∂(OCVSOC)∂SOC]*∫ILdt-IL*[RO+RP[1-C*∂(OCVSOC)∂SOC]]-]]>dhdtL-dVLdt*C*RP[1-C*∂(OCVSOC)∂SOC]---(9)]]>前面的方程式變量是IL，dIL/dt和∫ILdt，回歸常數(shù)是RP，RO，OCV，dOCV/dSOC和C，此處的C是電池的電容。圖5A的線路的對應(yīng)的方程式也可由圖5A顯示的線路所確定。
實(shí)施例中所描述的應(yīng)用場合是對本發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說明，其中電池所處的各種狀態(tài)和變化的內(nèi)容，應(yīng)該包括在本發(fā)明的獨(dú)立權(quán)利要求和附屬權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于電池容量的測量方法，包括產(chǎn)生一條在整個感興趣的區(qū)域中表達(dá)了電池的一個參數(shù)和充電狀態(tài)SOC之間的關(guān)系的曲線；在一個時(shí)間區(qū)間中測量電池的電壓和電流，以產(chǎn)生一組電壓和電流的數(shù)據(jù)；處理電壓和電流的數(shù)據(jù)組，以產(chǎn)生一組處理后的數(shù)據(jù)；針對代表了電池的一個方程式，對處理后的數(shù)據(jù)組進(jìn)行回歸，以得到參數(shù)的值；以及為了得到電池充電狀態(tài)的估算，將參數(shù)的值與曲線相比較。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的微分的電壓和電流數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的積分的電壓和電流數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電壓和電流數(shù)據(jù)組包括來自電壓和電流數(shù)據(jù)組的積分的電流數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的曲線是在電池的正常操作之前產(chǎn)生的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的曲線是在電池的正常操作期間產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電池在一個時(shí)間區(qū)間中是電路上隔離的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量方法，其特征在于所述的電池是在一個時(shí)間區(qū)間中，通過一個預(yù)先確定的區(qū)域循環(huán)的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的曲線是儲存在一個或者多個記錄表中的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的曲線是由一個數(shù)學(xué)函數(shù)來表示的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量方法，其特征在于所述的數(shù)學(xué)函數(shù)是一條直線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的感興趣的區(qū)域是在20％的充電狀態(tài)和80％的充電狀態(tài)之間，此處所述的方法被用來估算處于20％的充電狀態(tài)和80％的充電狀態(tài)之間的電池的充電狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的感興趣的區(qū)域是在30％的充電狀態(tài)SOC和70％的充電狀態(tài)SOC之間，所述的方法被用來估算處于30％的充電狀態(tài)SOC和70％的充電狀態(tài)SOC之間的電池的充電狀態(tài)SOC。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)選自下列的開路電壓OCV，開路電壓對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dOCV/dSOC，開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2，電池的內(nèi)部“極化”電阻RP，“極化”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRP/dSOC，在極化電阻附近的電池分流電容C，電池的內(nèi)部“歐姆”電阻RO以及“歐姆”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRO/dSOC。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是開路電壓OCV。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dOCV/dSOC。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是“極化”電阻RP。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是“歐姆”電阻RO。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是“極化”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRP/dSOC。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是“歐姆”電阻對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)dRO/dSOC。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電池在所述的時(shí)間區(qū)間的第一部分中正在放電。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的測量方法，其特征在于所述的電池在所述的時(shí)間區(qū)間的第二部分中正在充電，此處所述的第二部分是在所述的第一部分之前或者之后。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的測量方法，其特征在于所述的電池在所述的時(shí)間區(qū)間的第三部分中處于間歇狀態(tài)，此處所述的第三部分是在所述的第一部分之前或者之后，和在所述的第二部分之前或者之后。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的方程式是相應(yīng)于電池的一個廣義化的方程式。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的測量方法，其特征在于所述的方程式的系數(shù)與代表了相應(yīng)于電池的等效電路的一個方程式的系數(shù)有關(guān)。
27.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2，所述的曲線表示為一條直線。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的測量方法，其特征在于所述的開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2有一個零值時(shí)，電池的充電狀態(tài)被重新校正到一個已知的充電狀態(tài)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測量方法，其特征在于所述的開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d2OCV/dSOC2從正值變?yōu)樨?fù)值，或者從負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，存在著一個零值。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電池在所述的時(shí)間區(qū)間中通過一個預(yù)先確定的區(qū)域循環(huán)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的測量方法，其特征在于所述的預(yù)先確定的區(qū)域是混合脈沖功率特征HPPC動態(tài)負(fù)載剖面。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電池是鎳基電池NiMH電池。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的電池包括選自D型，C型和小C型的一個或多個電池。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于以一種連續(xù)的方式監(jiān)視電壓的測量和電流的測量，此處的時(shí)間是根據(jù)至少一個與電壓的測量和電流的測量有關(guān)的預(yù)先確定的要求而選擇的。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的測量方法，其特征在于所述的時(shí)間區(qū)間是小于或者等于60秒鐘。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的測量方法，其特征在于所述的至少一個預(yù)先確定的要求是在所述的時(shí)間區(qū)間中，至少放電15秒鐘。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測量方法，其特征在于所述的至少一個預(yù)先確定的要求是在所述的時(shí)間區(qū)間中，至少充電15秒鐘。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于在將參數(shù)值與曲線進(jìn)行比較期間，考慮針對下列的一個或多個因子的曲線的變化電池溫度，電池壽命，內(nèi)部壓力和充電/放電速率。
39.根據(jù)權(quán)利要求26所述的測量方法，其特征在于所述的代表等效電路的方程式是電池的電壓和電流，電池的電壓和電流的導(dǎo)數(shù)和積分的一個函數(shù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的測量方法，其特征在于所述的代表等效電路的方程式有下列的形式0=a+b∫ILdt+cIL+ddILdt+edVdtfV+g∫Vdt+hd2ILdt2+...]]>
41.根據(jù)權(quán)利要求25所述的測量方法，其特征在于所述的代表等效電路的方程式包括了二次或更高次指數(shù)項(xiàng)。
42.根據(jù)權(quán)利要求26所述的測量方法，其特征在于所述的代表的等效電路是附圖5B所示的電路。
43.根據(jù)權(quán)利要求26所述的測量方法，其特征在于所述的代表的等效電路是附圖6所示的電路。
44.一種用于重新校正電池容量的測量方法，包括由電池的一個參數(shù)和一個充電狀態(tài)之間的關(guān)系確定電池的充電狀態(tài)的再校正，在此狀態(tài)下，在電池的參數(shù)和電池的充電狀態(tài)之間的關(guān)系有一個拐點(diǎn)；在一個時(shí)間區(qū)間中，測量電池的電壓和電流，以產(chǎn)生一組電壓和電流的數(shù)據(jù)；處理此電壓和電流數(shù)據(jù)組，以產(chǎn)生一組處理后的數(shù)據(jù)；針對代表了電池的一個方程式，回歸此組處理后的數(shù)據(jù)，以獲得此參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)；以及在此參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)有一個零值時(shí)，重新校正電池的充電狀態(tài)到電池的再校正充電狀態(tài)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)從正值變?yōu)樨?fù)值時(shí)，或者，從負(fù)值變?yōu)檎禃r(shí)，存在著一個零值。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的測量方法，其特征在于所述的參數(shù)是電池的開路電壓OCV。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電池容量的測量方法，具體地說涉及用于電池的充電狀態(tài)(SOC)的校正和估算方法。本發(fā)明的方法可以用測量電池的電壓和/或電流，電池電壓和/或電流隨時(shí)間的變化狀態(tài)來校正和估算電池的充電狀態(tài)(SOC)。本發(fā)明通過對開路電壓(OCV)與SOC的曲線，開路電壓對充電狀態(tài)的一階導(dǎo)數(shù)d OCV/d SDC與SOC的曲線和/或開路電壓對充電狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)d
文檔編號G01R31/36GK1437031SQ02110828
公開日2003年8月20日 申請日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者丹尼爾.黑爾(Daniel.Hall), 理查德.A.哈德森(Richard.A.Hudson) 申請人:上海華誼(集團(tuán))公司