[发明专利]用于估计二次电池的充电状态的装置和方法

说明书

提供了一种用于估计二次电池的充电状态的装置和方法。该装置包括传感器单元，其被配置为以预定周期测量二次电池的电压和电流，以及控制单元，其可操作地耦合到传感器单元。控制单元被配置为基于由传感器单元测量的电压和电流来以预定周期估计二次电池的充电状态。控制单元还被配置为基于阈值电压和所测量的电压将二次电池的操作状态确定为线性操作状态和非线性操作状态中的任何一个，然后根据所确定的操作状态确定指示电流积分模型的不准确性的第一过程噪声和指示等效电路模型的不准确性的第二过程噪声。

技术领域

本公开涉及一种使用扩展卡尔曼滤波器估计二次电池的充电状态的装置和方法。

本申请要求于2017年10月10日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2017-0129133的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

二次电池能够被重复地充电和放电，因此它们可以用作各种领域的电源。

例如，二次电池用于诸如移动电话、膝上型计算机、数码相机、摄像机、平板电脑和电动工具的手持设备。

此外，二次电池用于包括电动自行车、电动摩托车、电动车辆、混合动力电动车辆、电动船舶和电动飞机的各种类型的电动设备。

另外，二次电池的应用范围逐渐扩展到用于稳定地向包括用于与服务器计算机通信的基站的各种类型的信息通信设备供电的不间断电力系统(UPS)或用于存储通过新的可再生能源产生的电力或冗余电力的电力存储系统。

二次电池的充电状态(SOC)意指当前剩余容量与当电池完全充电时的容量的相对比率，以百分比或0和1之间的数字指示。

SOC指示二次电池中剩余的能量的量，因此它是在控制二次电池的充电和放电时绝对必要的参数。在100％SOC时，需要停止充电，并且在0％SOC时，需要停止放电。另外，在控制二次电池的输出或估计二次电池的健康状态(State Of Health)时也使用SOC。

可以通过电流积分方法(也称为安培计数)来估计SOC。这里，安培计数通过将充电电流和放电电流随时间积分来确定SOC。然而，由于存在由电流传感器测量的电流与实际电流之间的差，因此单独使用安培计数估计的SOC随时间的精度较低。

除了安培计数之外，还有使用被设计来模拟二次电池的电气和化学性质的等效电路模型(ECM)的算法，其中之一是扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter)。扩展卡尔曼滤波器是一种使用可测量参数来估计系统的内部状态的概率和统计技术。

然而，随着二次电池劣化，扩展卡尔曼滤波器的准确度逐渐降低。例如，扩展卡尔曼滤波器的等效电路模型包括与二次电池的容量和电阻相关的参数，并且难以由于由二次电池的劣化引起的减小的容量和增加的电阻适当地更新等效电路模型的参数。

另外，由于扩展卡尔曼滤波器的等效电路模型被设计为模拟二次电池的线性操作特性，因此很难设计等效电路模型来准确地模拟二次电池的非线性操作特性。

发明内容

技术问题

本公开是在如上所述的相关技术的背景下设计的，因此本公开旨在提供一种用于即使在其中二次电池具有非线性操作特性的区域下也更准确地估计二次电池的充电状态的装置和方法。

本公开的这些和其他目的和优点将通过以下描述理解，并且根据本公开的实施例将显而易见。另外，将容易理解的是，本公开的目的和优点通过所附权利要求中阐述的装置及其组合来实现。

技术方案