CN100370649C

CN100370649C - 组电池容量控制系统和方法

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Publication number: CN100370649C
Application number: CNB2005100998061A
Authority: CN
Inventors: 杉本智永
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2006073364A; CN1744374A; US20060043934A1; US7956580B2; JP4843921B2

Abstract

本发明公开了一种组电池容量控制系统，其中，电池控制单元(20)通过使用放电电阻器(Rj)以散热方式个别地控制电池集合(Cj)的第一子集(Cf)的电池容量(SOC)，推算元件集合(21，31-33，S1-S6，S11-S16，S18-S19)依据电池控制单元(20)的基板(25)的温度升高(To(n)-To(0))来推算电池集合(Cj)的散热程度，以及中断元件集合(SWj，S17)中断对依赖于所推算的温度升高(To(n)-To(0))而确定的属于电池第一子集(Cf)的第二子集(Cs)的电池容量(SOC)的控制。

Description

组电池容量控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种组电池容量控制系统和一种组电池容量控制方法。

背景技术

近年来，已出现了其上安装有作为驱动电源的组电池的电动车(electrical vehicle)和混合动力车(hybrid vehicle)的研发，其中该组电池由串联的一组单电池(simplex cell)组成。该组电池具有组电池容量控制系统，用于其容量调整以防止单个电池的过度充电和过度放电。

日本特开公报No.2004-31012提出了一种组电池容量控制系统，其检测各个电池的SOC(state of charge，充电状态)、确定全部电池的平均SOC、判断该平均SOC是否位于特定的电池开路电压Vo对SOC的特性曲线具有大于规定值的斜率(ΔVo/ΔSOC)的SOC范围内。如果平均SOC位于该SOC范围内，则根据被确定为各个电池的容量控制条件的SOC控制时间和放电容量来对组电池的单个电池进行SOC控制。

发明内容

然而，对于进行SOC控制的电池数目增加的组电池，由于自热放电电阻器导致的散热量增加，从而，对于高密集致密ECU(electric control unit，电子控制单元)，鉴于目标瞄准包括控制器在内的最小化的组电池的当前动向，散热不容忽视，从而需要诸如通过增加冷却效用或额外的冷却工具来加强冷却。

鉴于上述问题提出了本发明。因而本发明的目的是提供一种组电池容量控制系统和组电池容量控制方法，每个在组电池的容量调整中都适于减少散热量以允许降低诸如冷却的成本，以及适于在欲小型化的相关联的电路的布置上增加致密性。

为了实现该目的，根据本发明的一个方面，提供了一种组电池容量控制系统，其包括：控制器，其被配置来以散热方式个别地控制电池集合的第一子集的电池容量；推算器，其被配置来推算电池集合的散热程度；以及中断器，其被配置来中断对依赖于所推算的散热程度而确定的属于电池第一子集的第二子集的电池容量的控制。

为了实现该目的，根据本发明的另一方面，提供了一种组电池容量控制方法，该方法包括：以散热方式个别地控制电池集合的第一子集的电池容量；推算电池集合的散热程度；中断对依赖于所推算的散热程度而确定的属于电池第一子集的第二子集的电池容量的控制。

附图说明

从下面的详细说明并且当结合附图来阅读该详细说明时，本发明的上述和其他目的以及新颖性特征将更清楚，在所述附图中：

图1是包括包含组电池的车辆系统、和电池控制单元的电动车控制系统的框图；

图2是电池控制单元的容量控制器的框图；

图3是用于组电池的SOC推算的流程图；

图4是电池组(battery)电压对SOC的特性曲线图；

图5是用于电池SOC控制和控制中断的流程图；

图6是电池电压的分布图；以及

图7是电池减少数目的图；

具体实施方式

下面将描述本发明的优选实施例，其应用于电动车(EV)的控制系统，该控制系统用于控制就“串联单电池组”(下文称其为“组电池(cell set)”或“电池组(battery)”)的充电状态(State of charge，SOC)而言的容量，为使说明易于理解，现在假设该组电池作为EV的电池组，但是该组电池也可以是用于混合动力车、发动机驱动(engine-driven)车或者可应用范围内的任何其它装置的电池组。

(EV控制系统ECS)

图1以框图形式示出了EV控制系统ECS的整体，对于组电池10该EV控制系统ECS包括适合对组电池10进行充电-放电控制的电池控制单元20和车辆系统30，该车辆系统30覆盖了为使EV行驶所必须的各种控制。在图1的图中，实线(除了方框外)表示的是强电流或弱电流线，虚线(broken line)是信号线，点线(dotted line)是相关联的基板(substrate)、封装(package)或空间的边界。

组电池10具有总数为J(J：规定的整数)的蓄电池(secondary cell)Cj(j：从1到J的任意整数)，这些蓄电池Cj串联连接并且被封在封装11(在图11中用组电池10四侧的点线来限定)中。

将电池控制单元20配置为由微机(microcomputer)组成的ECU(electroniccontrol unit，电子控制单元)，因此包括下述必要组件：

电池电压检测器21，用于检测组电池10的各个电池Cj(j＝1到J)上的电压Vj(j＝1到J，参见图2)；

散热容量控制器22，用于控制任意电池Cj的充电容量(下文中有时称其为SOC_j，j＝1到J)，从而J个电池Cj具有可能的平衡容量SOC_j；

CPU(中央处理单元)23，用于单元20的总体控制；以及

存储器(或存储器组)24，用于存储为单元20的总体控制所必需的程序和数据。

控制单元20具有作为单片基板(monolithic substrate)25的电路板(在图1中由该单元20四侧的点线限定)，其上以空间密集条件(spatially densecondition)建构和安装了单元组件(内含检测器21、控制器22、CPU 23、存储器24)，从而它们(单元组件和基板)从控制器22接收消散的热量。单元20的基板25位于组电池10的封装11的热交互临近区(thermally interactive vicinity)内，反之亦然。

如图2所示，经由容量控制器22将电池电压检测器21与组电池10的J个电池Cj电连接，从而可由检测器21个别地检测电流周期(current cycle)中该J个电池Cj的开路电压Vj。将检测到的电压Vj顺序取样以读到CPU 23中，在CPU 23中，处理它们的数据以将它们的数据作为电压代表性数据存储在存储器24中。

配置容量控制器22以在CPU 23的控制下使得所选择的电池Cj放电以便由此抑制作为整体的J个电池Cj之间的容量变化，从而以容量变化校正方式或者以容量平衡方式在它们(Cj)之间实现容量调整，稍后将对此进行详细描述。

CPU 23从电池电压检测器21读取J个电池Cj的电压数据，并且处理它们以校验在组电池10中J个电池的电压Vj是如何分布的(参见图6)，以便在指定参考容量的每次充电和放电之后检查相对于车辆系统30的(空载)启动的初始条件而言电压Vj的分布中的变化。然后，基于此校验结果，CPU 23向容量控制器22输出容量控制命令，该容量控制命令指示进行适当的容量调整的必要条件。车辆系统30可以进入空闲(off)状态，基于该空闲状态，当CPU23将对于每个电池Cj的剩余容量控制条件存储在存储器24中时控制容量控制器22来中断对组电池10的容量调整。容量控制条件包括电池Cj的放电容量及其容量控制周期(放电时间)。

存储器24可以是适于存储从CPU 23提供的各种数据的RAM(随机访问存储器)和非易失存储器。由来自CPU 23的请求可以读取所存储的数据。

如下配置车辆系统30：

为了检测组电池10的工作状况，具有

电流传感器31，用于检测流向或者来自组电池10的充电或放电电流Is(此后有时统称其为“组电池电流”或“电池组电流”)，因为该电流是通过连接到组电池10的强电流电路HC传导的再生(regenerative)或累积的电能的流动，

电压传感器32，用于检测组电池10上的组电池端电压(此后有时称其为“电池组电压”)Vs，以及

温度传感器33，用于检测组电池温度(此后有时称其为“电池组温度”)Ts作为组电池10的代表温度；

为了驱动EV，具有

驱动电动机34，用于产生EV的驱动动力以及用于提供再生的动力给组电池10，

辅助系统35，作为配备给EV的辅助器械和工具的整体并提供有来自组电池10的动力，以及

一对主继电器36a、36b，用于接通和断开经由组电池10与驱动电动机34和辅助系统35的并行组合之间的强电流电路HC的电源；以及

为了控制EV，具有

车辆系统CPU 37，其与所包含的电池控制单元20的CPU 23一起管理车辆系统30的整体，

告警灯38，用于向EV的驾驶员或乘客发出警告，

作为备用电源的辅助电池39，用于依据相关联的电源开关(SW)41的状态为CPU 23和CPU 37提供辅助动力，以及

键控开关40，用于产生键控信号以控制来自辅助电池39的电源。

温度传感器33通过检测组电池温度(或电池组温度)Ts(Ts被采样以读到CPU 23中)用于在组电池10放电时监控热量的产生。

电流传感器31检测从为驱动电动机34和辅助系统35的并行组合提供电源的组电池10放电流出的电流量，作为组电池电流(或电池组电流)Is，Is被采样以读到CPU 23中。电压传感器32在从组电池10向驱动电动机34和辅助系统35的并行组合提供电力时检测在组电池10的正极电极10a和负极电极10b之间产生的电势差来作为组电池电压(或电池组电压)Vs，Vs被采样以读到CPU 23中。

成对的主继电器36a、36b分别被安装在使组电池10与驱动电动机34、辅助系统35两者的并行组合互相连接的强电流电路HC的火线和地线上，并且由来自CPU 23的命令来同步操纵，以对在组电池10与驱动电动机34、辅助系统两者的并联之间的电流传导进行开关控制。

驱动电动机34在EV被加电以行驶时用作驱动电源，以通过消耗组电池10中所积累的电能来为EV提供驱动动力。在EV加电后行驶期间，打开主继电器36a、36b，由此将dc(直流电)动力从电池组10提供给驱动电动机34、辅助系统35两者的并行组合，其中通过没有示出的换流器(inverter)将该直流电动力转变成ac(交流电)动力以供给驱动电动机34。在EV再生条件下诸如在减速中或者当驶下山坡时，驱动电动机34再生ac动力，该ac动力被转换成dc动力并且经由主继电器36a、36b被充到组电池10中。

辅助系统35包括利用从组电池10提供的电力来运转的空调、灯、刮水器等等。

车辆系统CPU 37适于控制驱动电动机34以控制EV的行驶以及控制辅助系统35以控制辅助器械和工具的操作。然后CPU 37计算驱动电动机34和辅助系统35处各自所需的电量。然后，通过与CPU 23通信，即CPU 37控制该CPU 23来操纵主继电器36a、36b，从而为驱动电动机34和辅助系统35两者的并行组合提供必要的电量。

告警灯38由CPU 37控制来发光或闪烁以在车辆系统30出麻烦时向EV的驾驶员或乘客发出警告。

辅助电池39适于用作备用电源，用于根据键控开关40产生的键控信号来驱动CPU 23和CPU 37。即，为辅助电池39提供了电源开关41，电源开关在驾驶员和乘客操纵键控开关40时打开，从而辅助电池39进入导通状态以提供电力来驱动CPU 23和CPU 37，用于EV启动。

(容量控制器22)

图2以框图形式示出了容量控制器22的配置。如图2所示，容量控制器22配置有总数为J的级联容量控制电路Dj(j＝1到J)，其中第j个并行连接到组电池10的串联的J个电池Cj中的第j个电池Cj。第j个容量控制电路Dj被配置为放电电阻器Rj和控制开关SWj的串联，并且具有用于检测控制开关SWj上的电压Vmj(j＝1到J)的开关监控电压传感器Vcj以监控开关SWj的工作状况。

通过从CPU 23控制开关SWj，由电阻器Rj和开关SWj组成的第j个容量控制电路Dj适于用来经由电阻器Rj释放为组电池10的容量调整所需的相应的电池Cj的充电电能量以控制SOC_j。控制开关SWj用作对电池Cj的放电和其中断进行切换的开关，并且可以是半导体开关元件，诸如TFT(Thin-FilmTransistor，薄膜晶体管)或FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管)或继电器，如果可适用的话。

为了对组电池10进行容量调整，CPU 23输出接通命令(on-command)以控制与被选择作为受SOC控制的对象的那些电池Cj并联的开关SWj，以便接通开关SWj，即使开关导通，由此使得在要受SOC控制的每个对象电池Cj中到那时为止的充电电能经由导通的控制开关SWj流出，并作为流过放电电阻器Rj并在其中被消耗的受限电流，从而对象电池Cj使得它的SOC_j放电从而减少与所消耗的电能量相当的比例。

CPU 23控制该控制开关SWj接通(导通)和断开(开路)，从而通过调节负载期(duty period)(即，加载时间)与负载周期(duty cycle)(即，加载时间+空载时间)的比率来进行负载控制(即，加载时间控制)。用于负载控制的负载比率(dutyratrio)取决于用于对象电池Cj的SOC控制的可用放电时间和待放电的容量。

如上所述，在电池控制单元20中，通过引导为组电池10的容量调整所需要的SOC控制电流流过相关联的放电电阻器Rj，CPU 23适用于来获得SOC控制的对象电池Cj的容量平衡。与SOC控制一起，CPU 23监控控制开关SWj的工作状况以核实对象电池Cj的SOC控制的平衡。对于每个电池Cj或每个对象电池Cj，控制电压传感器Vcj以检测控制开关SWj上的电压Vmj，并且对结果的数据进行采样以读到CPU 23中。

更具体地，在容量控制器22中，在每个容量控制电路Dj处，控制开关SWj由晶体管组成，该晶体管的集电极和发射极连接到电压传感器Vcj，从而检测晶体管的发射极到集电极的电压作为电压Vmj。当晶体管断开时，发射极到集电极的电压Vmj被保持到电池Cj上的端电压Vj，而当晶体管被CPU23导通时，发射极到集电极的电压下降到近似零，即0[V]。这样CPU 23适于从电压传感器Vcj检测到的电压Vmj来核实晶体管的工作状况，即相关联的对象电池Cj的SOC控制状态。

这样，容量控制器22适于对组电池10的J个电池Cj进行个别地SOC控制，从而允许防止任何电池Cj处的过度充电或放电，否则该任何电池Cj处的过度充电或放电可能导致组电池10容量的不适当使用。

EV控制系统ECS可以仅仅具有电池电压检测器21或用于组电池10的电压检测的组电池电压传感器32。为覆盖这种情况，存储器24之中存储了Vb(电池组电压)_SOC(充电状态中的容量)特性表，从而CPU 23可以参考该特性表来确定电池组或组电池的SOC，其中，该特性表代表电池组或组电池10的SOC[％]和电池组或组电池开路电压Vb[V]之间的关系，该电池组或组电池开路电压定义如下：由电池电压检测器21检测的J个电池开路电压Vj的总和(∑Vj)；或者由电压传感器32检测到的组电池端电压Vs。通过直接检测组电池开路电压Vb来给出组电池电压Vs。将对利用电池电压Vj推算组电池SOC进行描述。

(通过电池电压Vj推算组电池SOC)

图3以流程图形式示出了CPU 23检测J个电池Cj的开路电压Vj并且推算组电池10的SOC的程序控制过程。

在步骤S1，在操纵键控开关40接通的条件下，接通辅助电源开关41以从辅助电池39提供电力，由此包括车辆系统30和电池控制单元20在内的EV控制系统ECS启动，从而CPU 23进入随后的步骤S2。

在步骤S2，在接通主继电器36a、36b之前，CPU 23控制电池电压检测器21检测J个电池Cj的开路电压Vj，并且计算检测到的电压Vj的总和作为组电池开路电压Vb。

在随后的步骤S3，基于在步骤S2中计算得到的电压Vb，CPU 23进入组电池SOC的推算的阶段。换言之，通过将步骤S2中的Vb(＝∑Vj)与从存储器24读取的Vb-SOC特性表进行匹配，CPU 23确定组电池10的SOC作为推算的初始值。该表是作为组电池10的Vb[V]对SOC[％]特性曲线的映射而准备的。

图4图示了对于由一组串联的J个锂离子蓄电池(Cj)组成的电池组(10)的典型的Vb对SOC的特性曲线。如图4所示，组电池开路电压Vb依赖于组电池SOC而变化，且对于约在30％以下的低组电池SOC范围以及对于约超过95％的高组电池SOC范围具有增加的斜率，而对于从约30％到约95％的中等组电池SOC范围具有减少的斜率。

在随后的步骤S4，CPU 23控制电池电压检测器21来检测J个电池Cj的开路电压Vj，并且控制电流传感器31来检测组电池10的放电电流Is。基于检测到的电压Vj和电流Is的相关性，CPU 23计算组电池10的开路电压Vb作为J个电压Vj的总和，并将开路电压Vb与Vb-SOC特性表进行匹配。

然后，在步骤S5，基于步骤S4中的匹配结果，CPU 23更新组电池SOC的值。

在判定步骤S6，类似于步骤S1中那样，CPU 23做出是否关闭EV控制系统ECS或车辆系统30的判断。如果关闭该系统(即Yes)，则控制流程前进到终止步骤。否则不关闭(即No)，则流程前进到步骤S4以从该处重复步骤。

在EV控制系统ECS中，即使驱动电动机34或辅助系统35在使用中以及在容量调整期间，也作为循环重复步骤S4到S6，由此在每个控制循环更新组电池SOC。

(电池Cj的SOC控制)

作为图3的并行过程，图5以流程图形式示出了CPU 23执行组电池10的容量调整的程序控制过程。

通过在CPU 23的控制下平衡电池Cj的SOC，即通过控制电池Cj的放电从而减少或者最小化电池Cj之间的SOC变化(或者分散度)，沿着图5的控制流程实现对组电池10的容量调整。如果电池控制单元20的基板25具有超过阈值(规定的外表温度Tα)的温度(在本实施例中是表面或外表温度To)，则中断对于属于电池集合(10)Cj的SOC变化(或分散度)较小的子集的SOC控制，由此减少从相关联的放电电阻器Rj的热量消散。

首先，在步骤S11，利用从辅助电池39提供的电力，如步骤S1那样启动EV控制系统ECS。

然后，在步骤S12，依赖于在电流循环中由温度传感器33检测到的组电池温度Ts，将电池控制单元20的基板25的外表温度To确定为它的初始值。

请注意，基板25用作电池控制单元20的底部，其上安装了电池电压检测器21、容量控制器22、CPU 23、存储器24，并且具有通过辐射、对流、热传导、或热传递的很高的散热趋势。在组电池10的封装11的热交互临近区内布置基板25，从而CPU 23可以根据由温度传感器33检测到的组电池10的温度(Ts)来确定基板25的温度(To)，而不需要将另一温度传感器安装在基板25的表面上。这样CPU 23适于用作检测器，用于依赖于组电池10的封装11的大气温度(或内表温度或外表温度)Ts检测(通过计算)诸如关于CPU 23的基板25的外表温度To。CPU 23可以通过下述步骤来确定基板25的外表温度To：从温度传感器33检测到的温度Ts中减去诸如由于基板25的传热系数而确定的指定值；采用诸如经验数据的映射表，该映射表描述组电池10或封装11的代表温度Ts和基板25的代表温度To之间的关系；或者使用数值算式。

在随后的步骤S13，CPU 23依据由电池电压检测器21检测到的电池电压Vj来计算组电池10的电池Cj之间的SOC变化(或者其分散度)。图6示出了在J个电池Cj中电池电压Vj相对于控制的目标电压(在该示例中是V4)的变化dj(j＝1到J)的分散度(dispersion)。在图6中，横坐标轴代表电池Cj的标识符j，纵坐标轴代表电池电压Vj。

给定这样一组检测到的电池电压Vj，CPU 23确认具有最低电压Vj(j＝4)的电池电压Cj(j＝4)，并且将其设置为目标电池Ct(即，将控制目标的标识符“j”设置为“t”，在本示例中是4)，由此将其SOC_t设置为SOC控制的目标。CPU 23由此适用于识别相对于目标电池Ct(t＝4)电压差(d5)较小(例如，d5＝V5-V4)的特定电池Cj(例如，在本示例中j＝5)作为相对于目标SOC_tSOC变化较小的电池Cj，而识别相对于目标电池Ct(t＝4)电压差(d1)较大(即，d1＝V5-V4)的特定电池Cj(例如，在本示例中j＝1)作为相对于目标SOC_tSOC变化较大的电池Cj。请注意，组电池10可以具有两个或多个目标电池Ct，因为这些{Ct}具有相等的或者实质上相等的电压Vt。

CPU 23选择除一个或多个目标电池Ct外的全体电池Cf(f＝1到3，5到J)作为电池{Cj}集合10的第一子集{Cf}(即，{Cf}＝{Cj}-{Ct})，该全体电池Cf是电池SOC控制的对象电池Cf。请注意，如这里所使用的，{}表示其中描述的元素的集合。然后，控制流程前进到随后的步骤S14以启动电池SOC控制。

在步骤S14，CPU 23接通对象电池Cf(f＝1到3，5到J)的各自的控制开关SWf(f＝1到3，5到J)，由此控制这些电池Cf经由相应的放电电阻器Rf(f＝1到3，5到J)放电，由此它们的电池SOC控制启动。随同这些SOC控制一起，电阻器Rf被其中所消耗的电能加热，使得电池控制单元20的基板25的外表温度To开始上升。

至此，在判定步骤S15，CPU 23判断代替基板25的外表温度To的推算值是否达到规定的许可上限Tα。如果达到该极限Tα，则控制流程前进到随后的判定步骤S16，该判定步骤S16是电池Cf的第一子集{Cf}的第二子集{Cs}的SOC控制的稍后将描述的中断(在步骤S17)的入口，因为第二子集{Cs}的电池Cs具有相对于SOC控制的目标电池Ct的较小的SOC变化。

如果没有达到该极限Tα，则流程重复步骤S15，从而重复相关联的推算操作。

换言之，在电流推算循环中，在每个经重复的步骤S15，CPU 23都将基板外表温度To从先前推算的值推算的上升值，作为相关联的放电电阻器Rf(f＝1到3，5到J)的放电电流、放电电阻、放电时间的乘积的和。

更明确地，设To(n-1)是先前的第(n-1)个推算中的基板外表温度To的推算值，To(n)是当前第n个推算中的基板外表温度To的推算值，ΔT是从To(n-1)到To(n)的推算上升值，CPU 23通过表达式(1)推算该上升ΔT，这样

其中对各个相关联的j(在图6的情况中为f＝1到3以及5到J)取关于j的和，k是用于从电能到温度的转换考虑到相关联的热量的平衡和电池控制单元20的基板的热容量而指定的系数(k＞0)，p、q、r是以适合对象(object-fit)方式指定的可变的幂。

仅对于所涉及到的推算，k可以是经验系数或者1，p可以是2、1或0，q可以是1或0，r可以是1或0。在特别的情况下(例如，对于电压变化df的分散度较小的情况)，可以对于代表性的单个f取j。

然后，对于表达式(2)的第n个推算值，有

To(n)＝To(n-1)+ΔT...(2)

CPU 23判断是否满足表达式(3)的不等式，即

To(n)≥Tα...(3)

其中，许可的上限Tα代表到达代替实际基板外表温度To的推算值To(n)的临界范围的过渡区域的较低端，而临界范围以及到其的过渡区域是考虑到关于电池控制单元20的冷却效果的设计数据和经验数据而预先确定的，从而，在该临界范围中，基板25在预期的期间将被加热到可能给其上的任一组件带来损害的程度，而该过度区域具有充足的宽度以确保无故障运行。

在步骤S15，如果不满足不等式(3)，则重复步骤S15。当满足不等式(3)时，控制流程前进到步骤S16。

在步骤S15，CPU 23可以对于过渡区域的中间值(或阈值)Tβ判断是否满足不等式(4)，即

To(n)＞Tβ...(4)

在这种情况下，如果不满足不等式(4)则重复步骤S15。当满足该不等式时，则控制流程前进到步骤S16。

请注意，该推算并不是实际检测(具有固定的比例)，而是为了判定而虚构的操作(是比例自由(scale-free)的至少是比例可变(scale--flexible)的)。因此，在步骤S15，判定可能依赖于用于容量控制的过去的时间(即，放电时间)，这意味着，在表达式(1)中，k＝1、p＝0、q＝0、r＝1，并且对于电池Cj的集合10的第一子集{Cf}的代表性的单个f取j。

例如，CPU 23可以采用表达式(4)，并且由于基板外表温度To的初始值(在步骤S12确定)较大，作为用于步骤S15处的判定的阈值Tβ，将放电时间设置得较短。在这种情况下，CPU 23在超过阈值Tβ时做出应该已达到确定的许可的上限Tα的判断。

在步骤S16，CPU 23读取关于组电池10的SOC的最近数据，这是因为SOC的数据是在每个控制周期都由图3的电荷容量推算过程更新的，并且CPU 23判断最近的组电池的SOC是否过度了，即是否大于参考值，该参考值可以是90％或接近90％。组电池的SOC的参考值是作为阈值预先设置的用于判断来假定组电池10的当前SOC如此高以致如果被供以诸如来自驱动电动机34的最大量的再生电能则组电池10可能会被过度充电。如上所述，图3的SOC推算过程是与图5的SOC调整过程并行执行的，从而在步骤S16读取的组电池的SOC数据被更新为最近的。

基于组电池SOC大于参考值的判断，CPU 23重复步骤S16，从而对于所有的当前对象电池Cf(即，电池第一子集{Cf})，继续SOC控制而不中断。考虑这种SOC控制的继续以使得作为结果的放电量来用作防止过度充电的界限。在步骤S14启动的电池SOC控制包括一定量的放电的能量，由此逐渐减少组电池SOC(而不过度放电)，从而防止过度充电。

但是，基于组电池SOC不大于参考值的判断，CPU 23进入随后的步骤S17。

然后，在步骤S17，CPU 23选择要中断其SOC控制的那些电池Cs(即，电池第二子集{Cs})，这是因为通过推算电池控制单元20的基板外表温度To已经达到了许可的上限Tα。

为了选择电池Cs，CPU 23首先计算基板外表温度To的初始值To(0)与推算中的许可上限Tα之间的温度差dT(＝Tα-To(0))，以了解中间进行的SOC控制的度或程度如何。

然后，CPU 23通过将温度差dT与用来描述温度差dT(作为已进行的SOC控制的程度)与要减少的电池数目(用于中断SOC控制)之间关系的表映射进行匹配，来确定要从作为当前SOC控制对象的电池第一子集{Cf}中削减或减少的电池Cs的数目(以中断它们的SOC控制)。

从说明此关系的图7可以看出，随着温度差dT(即，规定的Tα-可变的To(0))减少，即，随着基板外表温度To的初始值To(0)变高，电池减少数目增加。根据如此确定的电池减少数目，CPU 23顺序选择要减少的电池Cs(作为电池第二子集{Cs}的元素)，优先选择变化较小并且接近目标电池SOC_t的电池SOC，接着CPU 23控制相关联的开关SWs断开。

通过从SOC控制的对象电池Cf中减少电池Cs，从组电池10的J个放电电阻器Rj的散热总量也相称地减少，从而降低了电池控制单元20的基板外表温度To。

在随后的步骤S18，CPU 23首先：

从关于下述热平衡的经验数据推算基板25的正在下降的外表温度To应该饱和的饱和温度Ts，所述热平衡是电池第一子集{Cf}减去电池第二子集{Cs}的差集{Cd}中的剩余电池Cf{下文中称其为Cd}处产生的热与电池控制单元20的基板25释放的热之间的热平衡；以及

推算从断开开关SWs时的电池数目减少的时刻起计算的基板外表温度To饱和的饱和时间。

然后，CPU 23判断是否经过了所推算的饱和时间，由此检查基板外表温度To是否饱和。当经过了饱和时间这么长时间时，CPU 23假定基板外表温度To饱和了，并且进入步骤S19，在步骤S19中CPU 23停止电池差集{Cd}的SOC控制，从而在控制流程再次前进到步骤S12以进入图5中流程的下一轮控制循环之前完全停止了组电池10的SOC控制。

在该步骤S12，在重新进入步骤S13以及后续等步骤，即重新确定电池集合{Cj}中的目标SOCt、电池第一子集{Cf}、以及定义相对于第一子集的电池差集{Cd}的电池第二子集{Cs}的序列之前，CPU 23将在前一轮控制循环中的步骤S18处推算得到的饱和温度Ts设置作为当前控制循环中的基板外表温度To的初始值To(0)。

从所描述的实施例中可见，在EV控制系统ECS的组电池10的SOC调整中，当推算中达到了电池控制单元20的基板外表温度To的许可上限Ta时，为了选择具有相对小SOC变化的组电池10的电池Cs，中断了它们的SOC控制，由此控制系统ECS成功地减少了从放电电阻器Rj的散热量。

根据实施例可见，一种组电池容量控制系统ECS适于控制组电池10的电池Cj的控制电荷容量SOC_j，并且包括：控制器(作为电池控制单元20的容量控制器22、CPU 23、存储器24的示例性组合)，被配置来以散热的方式个别地控制电池集合{Cj}的第一子集{Cf}的电池容量SOC_f(通过使用传导电池第一子集{Cf}中充电后的电能的流动的放电电阻器Rj)；推算器(作为车辆系统30的电流传感器31、电压传感器32、温度传感器33与电池控制单元20的电池电压检测器21和电压传感器Vcj的示例性组合)，被配置来推算电池集合{Cj}的散热程度(通过使用表达式(1)、(2)、(3)或(4)以及由CPU 23执行的步骤S1-S6、S11-S16、S18-S19的组合)；以及中断器(作为控制开关SWj和由CPU 23执行的步骤S17的示例性组合)，被配置来中断对电池第一子集{Cf}的依赖于散热的推算程度而确定的第二子集{Cs}的电池容量SOC_s的控制。

(实施例的有利效果)

根据实施例，设To(n-1)是先前的第(n-1)个推算中的基板外表温度To的推算值，To(n)是当前第n个推算中的基板外表温度To的推算值，ΔT是从To(n-1)到To(n)的推算上升值，CPU 235通过表达式(1)推算该上升ΔT，这样

其中对各个相关联的j或代表性的单个j取关于j的和，k是可变的系数(k＞0)，p、q、r是以适合对象(object-fit)方式指定的可变的幂，从而允许不按比例或者比例可变地广度应用于被提供了需要考虑热平衡进行SOC调整的组电池的各种装置，而不管组电池中各个电池如何连接(串联，并联，或串并联)。

根据实施例，在电池集合{Cj}之中，至少一个具有最小SOC_t的电池被选择作为目标电池C_t，而在电池集合{Cj}的第一子集{Cf}之中，选择相对于目标电池Ct具有相对小SOC变化的第二子集{Cs}来停止SOC控制，这允许考虑各个电池的电池容量的变化和质量下降以及温度特性来逐个电池(cell-wise)地执行组电池{Cj}的适当SOC调整。

根据实施例，容量控制器22被配置来当组电池10具有大于参考值的SOC时继续电池SOC控制而不中断，由此允许容量控制功能构成用于防止过度的组电池SOC的过度充电防护器。

根据实施例，随着基板25的外表温度To的初始值To(0)变高，来自受容量控制器22的SOC控制的Cf中的用于控制中断的减少的电池Cs的数目增加，从而即使初始值To(0)高，也抑制基板外表温度To防止其在短时间内到达许可上限Tα，从而允许考虑到基板外表温度To来总是控制电池Cf数目适当。

根据实施例，根据在中断电池Cs的控制之后受SOC控制的剩余电池Cd的数目来推算基板外表温度To的饱和温度Ts，并且一旦在当前的控制循环中温度To饱和，则就在下一轮的控制循环中设置饱和温度Ts作为温度To的初始值To(0)，该温度To的初始值To(0)是用于新确定目标SOC_t和选择要中断SOC控制的电池Cs的基础，从而允许在启动车辆系统30之后在类似的判定条件下连续地执行组电池SOC调整。

根据所描述的实施例(ECS)的一种修改，当电池控制单元20的基板25具有相对于阈值Tβ而言推算中的过度的外表温度To时，对于SOC变化小的所选择的电池Cs，中断它们的SOC控制由此减少在放电电阻器Rj处热量产生的总量，从而允许与按比例地缩减系统的冷却性能以及所采用的组件、电路的紧密匹配、紧缩封装。

根据实施例的一种修改，当在实际的SOC控制时间期间，经过了基于基板外表温度To的初始值To(0)而推算到的控制时间时，则假定已经达到了基板外表温度To的许可上限Tα，从而在SOC控制期间放电电流基本上不变，这允许从并行电池的数目计算得到自热(self-heating)放电电阻器Rj处的散热量。因此，可以不需一直监控电池控制单元20的基板外表温度To来做出控制判定。

于2004年9月2日提交的日本专利申请2004-255759的内容在此引作参考。

虽然使用特定术语描述了本发明的优选实施例，但是这样的描述仅用于说明的目的，并且应该理解可以进行各种修改和改变而不背离所附权利要求的精神或范围。

Claims

1.一种组电池容量控制系统，包括：

控制器，其被配置来以散热方式个别地控制电池集合的第一子集的电池容量；

推算器，其被配置来推算电池集合的散热程度；以及

中断器，其被配置来中断对依赖于所推算的散热程度而确定的属于电池第一子集的第二子集的电池容量的控制。

2.如权利要求1所述的组电池容量控制系统，其中

所述控制器包括被配置来控制电池集合的电池容量的控制元件集合和被配置来安装该控制元件集合的基板，

所述推算器被配置来依据基板温度的升高来推算散热程度，以及

所述中断器适用于，对于基板温度的升高超过其阈值、且组电池容量不大于参考值的情况，中断对电池第二子集的电池容量的控制，其中，电池第二子集在电池第一子集中具有相对小的电池容量。

3.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述控制器适用于随着基板温度具有较高的初始值而使得电池第二子集的电池数目增加。

4.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述控制器适用于对于电池集合的容量超过阈值、且组电池容量不大于参考值的情况使得电池第二子集等同于电池第一子集。

5.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述推算器被配置来根据从开始电池容量的控制起所经过的时间来推算基板温度的升高，以及

所述中断器适用于对于所述经过的时间超过阈值的情况而假定基板温度的升高超过了其阈值。

6.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述电池集合包括串联的蓄电池集合，

所述控制元件集合包括以逐个电池方式连接到蓄电池集合的放电电路集合，以及

所述中断器包括安装在该放电电路集合中的开关集合。

7.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述控制器适用于将基板的饱和温度设置为基板温度的初始值，以及

所述推算器适用于依赖于电池第二子集的电池的数目来推算饱和温度。

8.如权利要求2所述的组电池容量控制系统，其中

所述控制器被配置来：优先选择具有相对于组电池中最低电池容量的变化较小的电池容量的电池作为电池第二子集。

9.一种组电池容量控制方法，包括：

以散热方式个别地控制电池集合的第一子集的电池容量；

推算电池集合的散热程度；和

中断对依赖于所推算的散热程度而确定的属于电池第一子集的第二子集的电池容量的控制。