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CN104598714B - 车辆用电池的可用容量演算装置及方法及可机读记录媒体 - Google Patents

车辆用电池的可用容量演算装置及方法及可机读记录媒体 Download PDF

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CN104598714B
CN104598714B CN201410520057.4A CN201410520057A CN104598714B CN 104598714 B CN104598714 B CN 104598714B CN 201410520057 A CN201410520057 A CN 201410520057A CN 104598714 B CN104598714 B CN 104598714B
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    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
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Abstract

根据本发明的一实施例的电池的可用剩余容量演算装置,包括:完全充电容量演算部,演算根据电池的目前SOH(State Of Health‑健康状态)状态的相对性完全充电容量;能源储备容量演算部,演算所述电池的目前可使用的能源储备容量;相对性充电状态演算部,利用演算出的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量,演算所述电池的相对性充电状态;及实际可用能源换算容量演算部,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的SOC(State Of Charge‑充电状态)可用范围而演算实际可用能源换算容量。

Description

车辆用电池的可用容量演算装置及方法及可机读记录媒体
技术领域
本发明的实施例涉及电池的可用剩余容量演算,例如,涉及能够演算车辆电池的可用剩余容量的车辆用电池的可用剩余容量演算装置及方法,以及计算机可读的记录媒体。
背景技术
应对大气污染和石油枯竭的危机,正在积极开发把电能使用为车辆动力的电子汽车(electric vehicle)相关的技术。电池系统包括高电压电池组、用于控制充放电的PRA(Power relay assay,功率继电器检测)、用于提高电池组的冷却性能的鼓风机、安全装置即安全插头(Safety plug)、线束、监测并控制电池组的状态信息的电池管理系统(BMS,Battery Management System-电池管理系统)及结构物等。剩余容量计算监测电池组的电压、电流、温度等,根据使用环境演算与电池系统的性能相关的参数并进行补正,并传达到BMS及驾驶员。
电池的充电状态(State Of Charge-充电状态,以下称SOC)无法直接测定,可间接使用电流积分法(Coulomb counting,库仑计数)、电压测定法(Open circuit voltage,开路电压)、放电功率换算法(Look up table,对照表)、阻抗测定法(Impedance tracking,阻抗追踪)等演算方法进行演算。传统技术是综合使用所述演算方法中的至少两个方法。根据用于预测实际电池的SOC演算的演算法的不同,演算的电池充放电测定误差也不同。并且,无法考虑到根据实际电池的退化度而初期计算值产生变化的电化学参数。因此,传统技术的情况是,作为前提假设SOC为0%至100%的范围,根据车辆环境,从所述演算法中选择性地选出多个演算法而预测了实际电池的SOC。
另外,SOC根据使用电池系统的车辆数据,能源可用范围会变得不同。电池系统被用于向驱动马达传达能源的驱动容量、用于初期车辆的发动发电的HSG(Hybrid Starter&Generator,混合型起动机和发电机)容量、车辆 用电场负荷容量、空调及加热器负荷的压缩机(compressor)容量等的能源电源。
并且,根据汽车的传动系(Power train)结构的不同,SOC的可用范围也不同。例如,混合动力使用SOC20%至80%,插电式混合动力车使用SOC15%至90%,电子汽车使用SOC5%至95%的可用能源。
并且,根据满足各车辆的负荷条件及耐用年限的条件而设定电池系统的可用能源范围。假设电池系统的能源容量为100Wh/kg时,混合动力车辆具有60%的可用能源,插电式混合动力为75%的可用能源,电汽车可推定为90%的可用能源。但是,根据汽车的使用环境,各车辆的可用能源会经过退化过程而比初期减少。因此,需要能够把通过传统的SOC演算方法演算的SOC换算为可用容量(capacity available)的演算方法。
专利文献
1.韩国专利申请编号KR2012-0137574A
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明的实施例提供一种车辆用电池的可用剩余容量演算方法及计算机可读的记录媒体,能够把通过SOC演算方法演算的SOC换算为可用容量。
并且,本发明的实施例提供一种车辆用电池的可用剩余容量演算方法及计算机可读的记录媒体,能够换算为根据车辆的设计条件的可用容量。(解决问题的手段)
根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算装置,包括:
完全充电容量演算部,演算根据电池的目前SOH(State Of Health-健康状态)状态的相对性完全充电容量;
能源储备容量演算部,演算所述电池的目前可使用的能源储备容量;
相对性充电状态演算部,利用演算出的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量,演算所述电池的相对性充电状态;及
实际可用能源换算容量演算部,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的SOC(State Of Charge-充电状态)可用范围而演算实际可用能源换算容量。
这时,所述实际可用能源换算容量演算部为了利用一定期间内积累的所述实际可用能源换算容量而算出所述电池的可更换时期,把实际可用能源换算容量传送到电池管理系统(Battery Management System-电池管理系统)或车辆控制器(Hybrid Control Unit-混合动力控制器)。
并且,所述相对性完全充电容量,根据数学式RFCC=FCC-(FCC×实际电池充电容量的下降值%)而算出,FCC定义为车辆安装前所述电池的完全充电容量,实际电池充电容量的下降值定义为反映所述电池被使用的时间信息的信息。
并且,所述实际电池充电容量的下降值,以安装到所述车辆前的电池的完全充电容量为基准值,反映所述电池的充电容量的信息、所述电池的使用量的信息、所述电池的剩余容量的信息及从所述电池的初期安装时点到目前为止的时间信息中的至少一个信息。
并且,所述FCC的计算利用CC/CV(Constant Current/Constant Voltage-恒流/恒压)法。
并且,所述能源储备容量为所述电池的目前能源储备容量,电流积分法(Coulombcounting)、电压测定法(Open circuit voltage)、放电功率换算法(Look up table)及阻抗测定法(Impedance tracking)演算方法中至少使用一个演算。
并且,所述相对性充电状态通过数学式算出,RC定义为所述能源储备容量,RFCC定义为所述相对性完全充电容量。
并且,所述车辆的实际可用能源换算容量通过数学式算出,RSOC定义为所述相对性充电状态,可用电池容量定义为基于所述车辆的环境信息及所述电池的健康状态(SOH:State Of Health)信息算出的信息。
并且,所述车辆的环境信息,包括按照所述车辆的种类而预设不同设定值的车辆种类信息及按照传动系结构的种类预设不同设定值的传动系信息中的至少一个。
并且,所述车辆为HEV(Hybrid Electric Vehicle-混合动力汽车)、PHEV(Plug-inHybrid Electric Vehicle-插电式混合动力汽车)及EV(Electric Vehicle)中的任意一个。
并且,所述相对性的充电状态考虑到所述电池的SOC的整个可用范围而演算。
并且,所述相对性完全充电容量演算过程至实际可用能源换算容量演算过程仅在BMS(Battery Management System-电池管理系统)或上位控制器的请求时执行。
除此以外,本发明的另一实施例提供的电池可用剩余容量演算方法,包括:相对性完全充电容量演算过程,演算根据电池的目前SOH(State Of Health-健康状态)状态的相对性完全充电容量;能源储备容量演算过程,演算所述电池的目前可使用的能源储备容量;相对性充电状态演算过程,利用演算的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量而演算所述电池的相对性充电状态;及实际可用能源换算容量演算过程,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的SOC(State Of Charge-充电状态)可用范围而演算实际可用能源换算容量。
并且,所述可用剩余容量演算方法,还包括:把所述实际可用能源换算容量传送到电池管理系统(Battery Management System-电池管理系统)或车辆控制器(HybridControl Unit-混合动力控制器)的过程;及利用一定期间内积累的所述实际可用能源换算容量而算出所述电池的可更换时期的过程。
除此以外,对车辆用电池的可用容量演算方法的信息可保存到计算机可读的记录媒体。这种记录媒体包括保存可被计算机系统读取的程序及数据的所有种类的记录媒体。例如,只读存储器(ROM:Read Only Memor y)、随机存储器(RAM:Random Access Memory)、CD(Compact Disk,光盘)、DVD(Digital Video Disk,数字视频盘)-ROM、磁带、软磁盘、光学数据保存装置、嵌入式多媒体卡(eMMC)等,并且,还包括电波(例如,通过互联网的传送)形态呈现的。并且,这种记录媒体分散到用网络连接的计算机系统,通过分散方式,能够保存并执行计算机可读的代码。
(发明的效果)
根据本发明的实施例,能够把SOC换算为可用容量。
本发明的实施例中,可换算为根据车辆的设计条件的可用容量。
附图说明
图1是根据本发明实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算装置的框图。
图2是图示根据本发明实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法的运转的流程图。
具体实施方式
下面,参照附图所记载的内容而详细说明根据本发明的例示性实施例。但是,本发明并不限定于所述例示性实施例。并且,附图所示的相同的参照符号实质上表示具有相同功能的部件。
第1、第2等包含序数的用语可用于说明不同的构成要素,但所述构成要素并不限定于所述用语。所述用语只用于从一个构成要素区别另一构成要素。例如,不脱离本发明的权利范围的情况下,第1构成要素可被命名为第2构成要素,与此相同,第2构成要素也可被命名为第1构成要素。本申请中使用的用语只是为了说明特定的实施例,并不是为了限制本发明。除了在文脉上有明确不同的意思以外,单数包含复数。
考虑到在本发明中的功能,对本发明中使用的用语,尽量选择了目前广泛使用的一般用语,可根据相关领域的技术人员的意图或判例、新技术的出现等而被改变。并且,特定情况下,还会出现申请人任意选择的用语,这时,将在相应发明的说明部分中详细记载其意思。因此,本发明中使用的用语并不是单纯的用语的名称,而应基于该用语所具有的的意思和本发明的整个内容而被定义。
在整个说明书中,除了有特殊规定外,某一部分"包括"某一构成要素并不是指排除其他构成要素,而是指还可包括其他构成要素。并且,说明书中记载的“...部”,“模块”,“块”等用语是指处理至少一个功能或运转的单位,可呈现为硬件或软件、或硬件及软件的结合。
传统的一般电池系统SOC演算方法是把能源的整个容量假设成SOC0%至100%的范围的演算方法。并且,电池的充放电配置文件中根据可用能源设定范围,可使用的能源容量会不同,因使用时间及根据电池的 使用环境的电池的退化程度不同,与初期设计的容量不同。
根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法,为了弥补所述传统的SOC演算方法的缺点,生成反映了安装到目前车辆的电池的状态及车辆的环境性变数的车辆的实际可用能源换算容量的信息,向使用者提供对测定时点的电池可用容量(Batteryremaining capacity available)的信息。驾驶员基于提供的信息,判断根据车辆的能源消费管理及可用能源的实际行驶距离。
另外,为了有助于理解根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法,按如下内容定义用语。
根据本发明的实施例的相对性完全充电容量(Relative Full Charge Capacity,以下称RFCC)中,传统的完全充电容量表示设置到车辆前的纯粹电池的完全充电容量,但根据本发明的实施例的RFCC表示设置在目前车辆的根据电池的健康状态的实际完全充电时可使用的容量,定义为如下数学式。
RFCC=FCC-(FCC×实际电池充电容量的下降值%)
这里,FCC表示安装到车辆之前的电池的完全充电容量,实际电池充电容量的下降值%表示安装到车辆而反映实际使用时间的实际电池的充电容量的下降值。对实际电池的充电容量的下降值的信息以初期安装到车辆时点前的纯粹电池的完全充电容量为100%的基准值,包括充电容量的信息、电池使用量的信息、电池的剩余容量的信息、电池初期安装时点到目前为止的时间的信息中的至少一个而进行演算。例如,初期电池的FCC的值为10Ah,电池安装时间未到5年的时点,若电池的充电容量的下降值为10%,可演算实际电池的充电容量的下降值(RFCC)为9Ah。
根据本发明的实施例的相对性充电状态(Relative State Of Charge-充电状态,以下称RSOC)是用于根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法的算法,定义为如下数学式。
这里,RSOC表示目前电池的能源储备容量除以完全充电时预测的完全充电容量的值,RC表示目前电池的能源储备容量,及RFCC表示相对 性完全充电容量。
车辆的实际可用能源换算容量(Automotive Relative State Of Charge-充电状态,以下称ARSOC)是用于根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法的算法,定义为如下数学式。
这里,可用电池容量是基于由车辆的环境信息及电池管理系统(BMS)提供的电池的健康状态(SOH,State Of Health-健康状态)信息而生成的信息。
车辆的环境信息包括按照车辆的种类预先设定不同的设定值的车辆种类信息、按照传动系结构的种类预先设定不同的设定值的变数信息的传动系信息。
车辆种类信息及传动系信息可事先通过与各车辆型号别信息匹配的数据表形式,保存到车辆内记录媒体(未图示)。
车辆型号别信息包括EV(Electric Vehicle)车辆型号别信息、BEV(BatteryElectric Vehicle)车辆型号别信息、HEV(Hybrid Electric Vehicle-混合动力汽车)车辆型号别信息、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle-插电式混合动力汽车)车辆型号别信息、FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle-燃料电池电动汽车)车辆型号别信息及NEV(Neighborhood Eclectic Vehicle-附近车辆)车辆型号别信息中的至少一个。
参照以下附图,说明根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算装置及方法。
图1是根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算装置的框图。参照图1,电池的可用剩余容量演算装置100由电池110、BMS(Battery Management System-电池管理系统)120、控制部130及上位控制器140等构成。
电池110由电池单元(未图示)串连及/或并联而构成,该电池单元可以是镍金属电池、锂离子电池等环保车用电池。
这里,以环保车辆的为例,包括EV(Electric Vehicle,电子汽车)、 HEV(HybridElectric Vehicle-混合动力汽车)、PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle-插电式混合动力汽车)、燃料电池车辆等。
BMS120具有维持并管理电池110的功能。进一步说,感测电池110的电压及/或电流及/或温度等电池信息或执行对电池110的电量平衡。并且,把这种电池信息传送到上位控制器。
上位控制器140指HCU(Hybrid Control Unit-混合动力控制器)、ECU(ElectricControl Unit-电子控制单元)等。
控制部130包括:完全充电容量演算部131,演算根据电池110的目前SOH(State OfHealth-健康状态)状态的相对性完全充电容量;能源储备容量演算部133,演算所述电池110的目前可使用的能源储备容量;相对性充电状态演算部135,利用演算的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量而演算所述电池110的相对性充电状态;实际可用能源换算容量演算部137,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的SOC(State Of Charge-充电状态)可用范围,演算实际可用能源换算容量。
虽然图1中另行图示了控制部130,但也可以合并到BMS。
图2是图示根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法的运转的流程图。参照图2,首先,根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算装置能够接收请求演算电池可用剩余容量的请求信息(S210)。
进一步说,只有在BMS(Battery Management System-电池管理系统)或上位控制器的请求时,才执行S220至S260。
请求演算电池可用剩余容量的请求信息可以是由电池管理系统(BatteryManagement System-电池管理系统,以下称BMS)、上位控制器即车辆控制器(HybridControl Unit-混合动力控制器)等车辆内其他控制部中的至少一个发送的信息。并且,除了设置在车辆的控制部以外,还可以是通过能够与本发明的车辆用电池的可用剩余容量演算装置进行通信的任意电子装置发送的信息。
然后,车辆用电池的可用剩余容量演算装置可演算相对性完全充电容量(RFCC)(S220)。RFCC是根据设置在目前车辆的电池的健康状态的实际完全充电时可使用的容量,可通过以下数学式算出。
RFCC=FCC-(FCC×实际电池充电容量的下降值%)
这里,FCC表示车辆安装电池的完全充电容量,实际电池充电容量的下降值表示安装到车辆而反映实际使用的时间的实际电池的充电容量的下降值。
对实际电池的充电容量的下降值的信息以初期安装到车辆时点前的纯粹电池的完全充电容量为100%的基准值,包括充电容量的信息、电池使用量的信息、电池的剩余容量的信息、电池初期安装时点到目前为止的时间的信息中的至少一个。
然后,车辆用电池的可用剩余容量演算装置可演算目前电池的能源储备容量(RC)(S230)。RC是目前电池的能源储备容量,可使用电流积分法(Coulomb counting)、电压测定法(Open circuit voltage)、放电功率换算法(Look up table)、阻抗测定法(Impedancetracking)等演算方法中的至少一个进行演算。
之后,车辆用电池的可用剩余容量演算装置可演算相对性充电状态(RSOC)(S240)。RSOC表示相对性充电状态,可通过如下数学式算出。
这里,RC表示目前电池的能源储备容量,RFCC表示相对性完全充电容量。
尤其,相对性的充电状态考虑到所述电池的SOC的可用范围整个(即,SOC0~100%)而演算。
车辆用电池的可用剩余容量演算装置可演算车辆的实际可用能源换算容量(ARSOC)(S250)。ARSOC通过如下数学式算出。
这里,可用电池容量是基于由车辆的环境信息及电池管理系统(BMS)提供的电池的健康状态(SOH)信息为基础而生成的信息。
之后,车辆用电池的可用剩余容量演算装置生成车辆的实际可用能源换算容量信息并传送(S260)。车辆的实际可用能源换算容量信息基于所述S250过程中算出的ARSOC而生成。
并且,车辆用电池的可用剩余容量演算装置能够把生成的车辆的实际可用能源换算容量信息传送到电池管理系统或车辆控制器(HCU、ECU等)。
并且,车辆用电池的可用剩余容量演算装置把生成的车辆的实际可用能源换算容量信息保存到已保存现有车辆的实际可用能源换算容量信息的车辆内保存媒体(未图示)。
并且,车辆用电池的可用剩余容量演算装置基于已保存的车辆的实际可用能源换算容量信息而演算电池的可更换时期,从而生成电池更换时间信息。电池更换时间信息基于相对性充电状态信息及车辆的燃费效率而生成。
并且,车辆用电池的可用剩余容量演算装置可把已生成的电池更换时间信息传送到电池管理系统或车辆控制器。
另外,上述的根据本发明的实施例的车辆用电池的可用剩余容量演算方法呈现为可通过多种计算机手段而执行的程序命令形态,可保存到计算机可读的记录媒体。所述计算机可读媒体包括程序命令、数据文件、数据结构等或这些的组合。所述保存到媒体的程序命令是为了本发明而特别设计或构成的,也可以是计算机软件行业的技术人员所公知并可使用的。计算机可读记录媒体包括硬盘、软磁盘及磁带等磁性媒体(magnetic media);CD-ROM、DVD等光存储媒体(optical media);软式光盘(floptical disk)等磁光介质(magneto-optical media)及只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、闪存等能够保存并执行程序命令的具有特殊结构的硬件装置。程序命令除了包括根据编译程序完成的机器语言代码以外,还包括使用了解释程序的,计算机可执行的高级语言代码。为实现本发明的运转,所述硬件装置可构成为通过一个以上的软件模块启动,反之亦然。
如上所述,根据具体的构成要素等特定事项和限定的实施例及附图而说明了本发明,但这只是为了能够更加全面地解释本发明,而不是指本发明限定于所述实施例,本发明所属技术领域具有一般知识的人能够通过所述记载而进行多种修改及变更。
因此,本发明的技术思想不可局限于说明的实施例,不仅是后述的专利权利要求范围,而且与该权利要求范围均等或具有相等变形的一切都属 于本发明技术思想的范畴。

Claims (13)

1.一种电池的可用剩余容量演算装置,包括:
完全充电容量演算部,演算根据电池的目前的健康状态的相对性完全充电容量;
能源储备容量演算部,演算所述电池的目前可使用的能源储备容量;
相对性充电状态演算部,利用演算出的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量,演算所述电池的相对性充电状态;及
实际可用能源换算容量演算部,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的充电状态可用范围而演算实际可用能源换算容量,
所述车辆的实际可用能源换算容量通过数学式
算出,RSOC定义为所述相对性充电状态,可用电池容量定义为基于所述车辆的环境信息及所述电池的健康状态信息算出的信息。
2.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述实际可用能源换算容量演算部为了利用一定期间内积累的所述实际可用能源换算容量而算出所述电池的可更换时期,把实际可用能源换算容量传送到电池管理系统或车辆控制器。
3.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述相对性完全充电容量,根据数学式RFCC=FCC-(FCC×实际电池充电容量的下降值%)而算出,FCC定义为车辆安装前所述电池的完全充电容量,实际电池充电容量的下降值定义为反映所述电池被使用的时间信息的信息。
4.根据权利要求3所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述实际电池充电容量的下降值,以安装到所述车辆前的电池的完全充电容量为基准值,反映所述电池的充电容量的信息、所述电池的使用量的信息、所述电池的剩余容量的信息及从所述电池的初期安装时点到目前为止的时间信息中的至少一个信息。
5.根据权利要求3所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述FCC的计算利用恒流/恒压法。
6.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述能源储备容量为所述电池的目前能源储备容量,在电流积分法、电压测定法、放电功率换算法及阻抗测定法演算方法中至少使用一个演算。
7.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述相对性充电状态通过数学式算出,RC定义为所述能源储备容量,RFCC定义为所述相对性完全充电容量。
8.根据权利要求7所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述车辆的环境信息,包括按照所述车辆的种类而预设不同设定值的车辆种类信息及按照传动系结构的种类预设不同设定值的传动系信息中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述车辆为混合动力汽车、插电式混合动力汽车及电动汽车中的任意一个。
10.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述相对性的充电状态考虑到所述电池的充电状态的整个可用范围而演算。
11.根据权利要求1所述的电池的可用剩余容量演算装置,其特征在于,
所述相对性完全充电容量演算过程至实际可用能源换算容量演算过程,仅在电池管理系统或上位控制器的请求时执行。
12.一种电池的可用剩余容量演算方法,包括:
相对性完全充电容量演算过程,根据电池的目前的健康状态演算相对性完全充电容量;
能源储备容量演算过程,演算所述电池的目前可使用的能源储备容量;
相对性充电状态演算过程,利用演算的相对性完全充电容量及演算的能源储备容量而演算所述电池的相对性充电状态;及
实际可用能源换算容量演算过程,考虑到根据演算的相对性充电状态及车辆设计的充电状态可用范围而演算实际可用能源换算容量,
所述车辆的实际可用能源换算容量通过数学式
算出,RSOC定义为所述相对性充电状态,可用电池容量定义为基于所述车辆的环境信息及所述电池的健康状态信息算出的信息。
13.根据权利要求12所述的电池的可用剩余容量演算方法,其特征在于,
还包括:
把所述实际可用能源换算容量传送到电池管理系统或车辆控制器的过程;及
利用一定期间内积累的所述实际可用能源换算容量而算出所述电池的可更换时期的过程。
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