專利名稱：在電池管理系統(tǒng)中測量電池的充電狀態(tài)的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電池管理系統(tǒng)中測量電池的SOC (充電的狀態(tài))的方法及其裝置，更 具體地涉及使用簡單的等效電路根據(jù)希望的條件在電池管理系統(tǒng)中將SOCi (基于電流的 充電狀態(tài))或SOCv(基于電壓的充電狀態(tài))設(shè)置為電池的SOC的方法、及其裝置。
背景技術(shù)：
具有使用汽油或重油的內(nèi)燃機的汽車通常對產(chǎn)生污染(如大氣污染)具有嚴重影 響。因此，為了降低污染的產(chǎn)生，已作出許多努力來開發(fā)混合動力車輛或電動車輛。近來，已開發(fā)使用高能量密度、非水電解質(zhì)的大功率二次電池。為了形成大容量二 次電池，可以設(shè)置多個高功率二次電池并且將它們串聯(lián)連接。如上所述，大容量二次電池(以下，稱為“電池”)通常是由串聯(lián)連接的多個二次電 池組成。對電池、尤其是HEV電池來說，由于多個或數(shù)十個二次電池輪流充電和放電，有必 要對電池進行管理，以控制電池的充電和放電并將電池維持在適當?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)。為此，提供了用于管理電池的全部狀態(tài)的BMS(電池管理系統(tǒng))。BMS檢測電壓、電 流或溫度等，通過計算操作來估計SOC并控制SOC以優(yōu)化車輛的燃料消耗效率。為了精確 控制S0C，需要正確地測量電池在執(zhí)行充電和放電工作時的S0C。作為現(xiàn)有技術(shù)，存在公開的韓國專利申請No. 2005-00611234 (2005年7月7日提 交)，其題巨為"Method for resetting SOC of secondary battery module，，。為了精確地計算電池的S0C，上述現(xiàn)有技術(shù)包括當開啟開關(guān)時測量電池模塊的 電流值、電壓值和溫度值，使用測量的值計算初始S0C，累加電流值，根據(jù)累加的電流值計 算實際S0C，確定電池模塊是否處于無負載狀態(tài)，如果電池模塊處于無負載狀態(tài)則確定實際 SOC是否處于可以通過累加電流值來測量的設(shè)置范圍內(nèi)，以及如果實際SOC處于設(shè)置范圍 之外則通過測量電壓值來根據(jù)電壓值計算S0C。但是，該現(xiàn)有技術(shù)沒有公開將簡單的等效電 路應(yīng)用于實際電池的方法及其裝置。一般來說，在短期內(nèi)，SOCi不具有誤差，但是，如圖1所示，存在著誤差累積的趨 勢。因此，在電池長時間工作的情況下，出現(xiàn)相當大的誤差。尤其是，當完全完成電池的充 電或放電時通常產(chǎn)生累積誤差。這是由以下原因所引起的精確度受由自放電導致的SOC 減少所產(chǎn)生的誤差和在計算SOC時忽略了 CPU的LBS位所產(chǎn)生的誤差影響。此外，由于SOC 的精確度大大地取決于電流測量傳感器，因此當傳感器有故障時不可能校正誤差。但是，如圖2所示，SOCv通過開路電壓測量S0C。在該測量方法中，當電流不流動 時可以獲得非常精確的結(jié)果。但是，當電流流動時，SOCv的精確度取決于電池的充電和放電 模式。因此，由于SOC的精確度也取決于充電和放電模式，所以它變得惡化。此外，使SOCv 的精確度惡化的充電和放電模式處于普通電池的使用范圍內(nèi)。因而，盡管僅使用SOCv，也存 在必須接受相當大的誤差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種在電池管理系統(tǒng)中測量電池的SOC(充電狀態(tài))的 方法及其裝置，其使用簡單的等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波器，從而容易且精確地測量 電池的SOC。本發(fā)明的另一目的是提供一種在電池管理系統(tǒng)中測量電池的SOC(充電狀態(tài))的 方法及其裝置，其確定低電流狀態(tài)是否保持了期望的時間段然后將SOCi (基于電流的充電 狀態(tài))或SOCv (基于電壓的充電狀態(tài))設(shè)置為電池的S0C，從而容易且精確地測量電池的 SOC。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種測量電池的充電狀態(tài)的方法，該方法包 括通過測量電池的電流、電壓和溫度獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；通過累加電流 數(shù)據(jù)，來計算SOCi(基于電流的充電狀態(tài))；使用等效電路模型來計算ocv(開路電壓)，在 該等效電路模型中由電路簡單地表示電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和電池；使用溫度數(shù)據(jù)和0CV，來 計算SOCv(基于電壓的充電狀態(tài))；以及在期望的時間段內(nèi)判斷電池的電流狀態(tài)，并使用 SOCv和SOCi的至少一個來設(shè)置電池的S0C。此外，本發(fā)明提供一種測量電池的SOC的裝置，該裝置包括電池信息獲取部，其 測量電池的電流、電壓和溫度，并獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；電流累加部，其通過 累加電流數(shù)據(jù)計算SOCi ；OCV計算部，其使用等效電路模型來計算0CV，在該等效電路模型 中由電路簡單地表示電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和電池；SOCv估計部，其使用溫度數(shù)據(jù)和OCV來估 計SOCv ；以及SOC設(shè)置部，其在期望的時間段內(nèi)判斷電池的電流狀態(tài)，并使用SOCv和SOCi 的至少一個來設(shè)置電池的S0C。本發(fā)明通過使用簡單的等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波器，容易并且精確地測量 電池的SOC。此外，本發(fā)明確定低電流狀態(tài)是否保持了期望的時間段，然后使用SOCv和SOCi中 的至少一個來設(shè)置電池的S0C，從而容易且精確地測量電池的S0C。


根據(jù)結(jié)合附圖給出的對優(yōu)選實施方式的如下描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特 征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中圖1是示出了通過使用常規(guī)的SOCi設(shè)置電池的SOC的情況的圖。圖2是示出通過使用常規(guī)的SOCv設(shè)置電池的SOC的情況的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的測量電池的SOC的裝置的框圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的測量電池的SOC的方法的流程圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的出現(xiàn)IA的偏移量的情況下的仿真結(jié)果的圖。圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的等效電路模型的視圖。圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的在使用提供了積分效果的模型的情況下實 際SOC和計算出的BMS SOC的圖。圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的在使用提供了積分效果的模型的情況下的 補償點的圖。圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的等效電路模型的視圖。
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的提議的時間標準的圖。圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的在執(zhí)行具有20秒的時間標準和提議的時間 標準的仿真的情況下的誤差的圖。[主要部件的詳細描述]100:電流累加部200 低通濾波部300:開路電壓計算部400: SOCv 估計部500: SOC 設(shè)置部
具體實施例方式申請中使用的各種術(shù)語是在本領(lǐng)域中普遍描述的，但在特殊情況下，一些術(shù)語可 選地由申請人選擇。在該情況下，在本發(fā)明的說明書中定義了這些術(shù)語的含義。因此，本發(fā) 明應(yīng)該根據(jù)術(shù)語的含義、而不是其名稱來理解。下面，將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的實施方式。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式在電池管理系統(tǒng)中用于測量電池的SOC的裝置的框 圖。參考圖3，用于測量電池的SOC的裝置包括電池信息獲取部(未示出)、電流累加部100、 低通濾波部200、開路電壓計算部300、SOCv估計部400和SOC設(shè)置部500。在電池管理系統(tǒng)中計算電池的SOC(以下稱為“BMS S0C")的處理包括如下6個步驟第一步驟收集電流和電壓數(shù)據(jù)第二步驟通過電流累加計算SOCi第三步驟低通濾波第四步驟等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波第五步驟通過開路電壓和溫度計算SOCv第六步驟適當選擇S0C。電池信息獲取部執(zhí)行第一步驟。S卩，電池信息獲取部從電池管理系統(tǒng)(BMS Battery Management System)收集電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)等。收集的電流數(shù)據(jù)傳 輸?shù)诫娏骼奂硬?00。在電流累加部100中，累加電流數(shù)據(jù)并接著將電流數(shù)據(jù)加到在前一時 間間隔計算出的SOC(圖3中的SOC(k-l))，由此計算SOCi。此外，由電池信息獲取部收集的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)被傳輸?shù)降屯V波部200。低 通濾波部200對電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)進行濾波并接著將它們傳輸?shù)介_路電壓計算部300。 開路電壓計算部300通過等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波來計算在等效電路模型中使用 的參數(shù)，并接著使用這些參數(shù)來計算開路電壓(OCV=Open Circuit Voltage)。SOCv估計部 400使用溫度數(shù)據(jù)和該OCV來估計SOCv，并接著將估計出的SOCv傳輸?shù)絊OC設(shè)置部500。 SOC設(shè)置部500根據(jù)預(yù)定的標準將在電流累加部100計算出的SOCi或在SOCv估計部400 中估計出的SOCv設(shè)置給BMSBOC。下面將參考圖5至圖10來描述在SOC測量裝置的各個部 分中執(zhí)行的詳細處理。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的測量電池的SOC的方法的流程圖。將使用在圖3中 的SOC測量裝置來描述SOC測量方法。
參考圖4，電池信息獲取部實時測量來自BMS的電池組的電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫 度數(shù)據(jù)等(S401)。并且電流累加部100累加電流數(shù)據(jù)并計算SOCi (S402)。接著，低通濾波 部200對電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)進行濾波(S403)。濾波后的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)被傳輸?shù)絆CV計算部300，并且OCV計算部300通 過自適應(yīng)數(shù)字濾波計算在等效電路模塊中使用的參數(shù)(S404)，并使用這些參數(shù)來計算OCV Vo (S405)。此外，SOCv估計部400使用該OCV來估計SOCv (S406)。接著，SOC設(shè)置部500確定是否保持在低電流狀態(tài)。如果保持在低電流狀態(tài) (S407)，則將SOCv設(shè)置給BMS SOC (S408)，并且如果未保持在低電流狀態(tài)(S407)，則將SOCi 設(shè)置給BMS S0C(S409)。通過上述處理來計算電池管理系統(tǒng)中電池的SOC(S410)。下面，將 詳細描述在BMS SOC測量方法中的每個步驟。A、第一步驟收集電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)等。該步驟從BMS收集電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)等。在該步驟中，由于電流傳感器的故障， 可能未精確地測量電流數(shù)據(jù)。具體地說，在電流傳感器未精確地測量電流強度、而是僅測量 其大致的值的情況下，在電流估計處理中可能出現(xiàn)相當大的誤差。但是，在本發(fā)明的SOC測 量方法中，用SOCv來補償SOCi的誤差。通過實際仿真來檢查本發(fā)明的SOC測量方法是否 準確地計算了 BMS SOC0結(jié)果，由于誤差在SOCi中逐漸累積，但利用SOCv來進行補償，所以 在計算最終BMS SOC時并沒有問題。確認了計算值與實際值之間的誤差處于5. 000%的目 標容限內(nèi)，該5. 000%的目標容許限為1.502 -4. 170%。即，盡管由于電流傳感器的故障 而不能精確地測量電流，但在本發(fā)明的SOC測量方法中不存在大的誤差。除了電流傳感器 的故障，還可能出現(xiàn)其他問題。電流值可以由于電流傳感器的故障或CAN(控制器局域網(wǎng)) 的故障而發(fā)生偏移，并接著被傳輸。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的出現(xiàn)IA的偏移量的情況下的仿真結(jié)果的圖。如 圖5所示，誤差在SOCi中累積。應(yīng)當理解的是，累積的程度是很大的。累積是由偏移了 IA 造成的，并且計算該累積。但是，還應(yīng)當理解的是，SOCv補償適當?shù)禺a(chǎn)生，因而誤差不顯著 地出現(xiàn)。根據(jù)整個分析，由于在模式的開始和結(jié)束部分(其中出現(xiàn)充電和放電操作)不存 在SOCv補償，因此在BMS SOC中可能產(chǎn)生問題。但是，如果在充電和放電操作之后進行了 SOCv補償，則可以保證計算的可靠性。另外，在出現(xiàn)-IA的偏移量的情況下，可以按照同樣 的方式保證其可靠性。B、第二步驟通過電流累加來計算SOCi在該步驟，將第一步驟中收集的電流數(shù)據(jù)被累加并接著加到在前一時間間隔計算 出的SOC上，由此計算SOCi。通過對電流在時間上進行積分而執(zhí)行該計算。計算的結(jié)果除 以總的容量，然后用百分比來表示剩余的容量。這可以由如下等式(1)表示等式權(quán)利要求
一種測量電池的充電狀態(tài)的方法，該方法包括以下步驟通過測量所述電池的電流、電壓和溫度獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；通過累加所述電流數(shù)據(jù)，來計算基于電流的充電狀態(tài)SOCi；使用由電路簡單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓數(shù)據(jù)和所述電池的等效電路模型，來計算開路電壓OCV；使用所述溫度數(shù)據(jù)和所述OCV，來計算基于電壓的充電狀態(tài)SOCv；以及在期望的時間段內(nèi)判斷所述電池的電流狀態(tài)，并使用所述SOCv和所述SOCi中的至少一個來設(shè)置所述電池的充電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用由電路簡單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓 數(shù)據(jù)和所述電池的等效電路模型，來計算OCV的步驟包括使用低通濾波器，對所述電流數(shù)據(jù)和所述電壓數(shù)據(jù)進行濾波； 通過將濾波后的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)應(yīng)用于所述等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波器， 來計算在所述等效電路模型中使用的參數(shù)；以及 使用所述參數(shù)來計算所述0CV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述低通濾波器是三階低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述等效電路模型由使用電阻參數(shù)R、電流參數(shù) I、電容參數(shù)C、端子電壓參數(shù)V和VOC參數(shù)Vo的電路來表示。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，由所述自適應(yīng)數(shù)字濾波器更新在所述等效電路 模型中使用的所述參數(shù)的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在期望的時間段內(nèi)判斷所述電池的電流狀態(tài)，并 使用所述SOCv和所述SOCi的至少一個來設(shè)置所述電池的充電狀態(tài)的步驟包括如果在所述期望的時間段內(nèi)所述電池處于低電流狀態(tài)，將所述SOCv設(shè)置為所述電池 的充電狀態(tài)；以及如果在所述期望的時間段內(nèi)所述電池未處于低電流狀態(tài)，將所述SOCi設(shè)置為所述電 池的充電狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述期望的時間段是20至60秒，并且低電流標 準為2A。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用由電路簡單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓 數(shù)據(jù)和所述電池的等效電路模型，來計算OCV的步驟包括使用由所述電路簡單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓數(shù)據(jù)和所述電池的所述等效電路 模型的積分模型，來計算所述0CV。
9.一種測量電池的充電狀態(tài)的裝置，該裝置包括電池信息獲取部，其測量所述電池的電流、電壓和溫度，并獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和 溫度數(shù)據(jù)；電流累加部，其通過累加所述電流數(shù)據(jù)計算基于電流的充電狀態(tài)SOCi ； OCV計算部，其使用等效電路模型來計算開路電壓0CV，在該等效電路模型中由電路簡 單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓數(shù)據(jù)和所述電池；SOCv估計部，其使用所述溫度數(shù)據(jù)和所述OCV來估計基于電壓的充電狀態(tài)SOCv ；以及 SOC設(shè)置部，其在期望的時間段內(nèi)判斷所述電池的電流狀態(tài)，并使用所述SOCv和所述SOCi中的至少一個來設(shè)置所述電池的充電狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，該裝置還包括低通濾波部，該低通濾波部使用低通濾 波器，對所述電流數(shù)據(jù)和所述電壓數(shù)據(jù)進行濾波，其中，所述OCV計算部將經(jīng)所述低通濾波部濾波后的所述電流數(shù)據(jù)和所述電壓數(shù)據(jù)應(yīng) 用于所述等效電路模型和自適應(yīng)數(shù)字濾波器，計算在所述等效電路模型中使用的參數(shù)；以 及然后使用所述參數(shù)來計算所述0CV。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述低通濾波器是三階低通濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述等效電路模型由使用電阻參數(shù)R、電流參 數(shù)I、電容參數(shù)C、端子電壓參數(shù)V和VOC參數(shù)Vo的電路來表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述自適應(yīng)數(shù)字濾波器持續(xù)地更新在所述等 效電路模型中使用的所述參數(shù)的值。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，如果在所述期望的時間段內(nèi)所述電池處于低電 流狀態(tài)，則所述SOC設(shè)置部將所述SOCv設(shè)置為所述電池的充電狀態(tài)，并且還在其他情況下 將所述SOCi設(shè)置為所述電池的充電狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述期望的時間段是20至60秒，并且低電流 標準為2A。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述OCV計算部通過所述等效電路模型的積分 模型來計算所述0CV。
17.一種計算機可讀記錄介質(zhì)，其記錄用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項所述的 方法的程序。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于測量電池的SOC(充電的狀態(tài))的方法包括以下步驟通過測量電池的電流、電壓和溫度獲得電流數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)；通過累加所述電流數(shù)據(jù)，來計算SOCi(基于電流的充電狀態(tài))；使用通過電路簡單地表示所述電流數(shù)據(jù)、所述電壓數(shù)據(jù)和所述電池的等效電路模型來計算開路電壓；使用所述溫度數(shù)據(jù)和所述開路電壓來計算SOCv(基于電壓的充電狀態(tài))；以及基于對特定時間間隔內(nèi)電池的電流狀態(tài)的判斷，通過使用所述SOCv和SOCi來選擇所述SOCv和SOCi中的至少一個作為電池的SOC。
文檔編號G01R31/36GK101965522SQ200980108286
公開日2011年2月2日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者吳全根, 林載煥, 趙晟佑, 金珊善, 韓宗勛 申請人:Sk能源株式會社