CN100589301C - 用于控制二次电池输出的装置和方法、电池组系统及电动车辆 - Google Patents
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Abstract
一种电池组系统,能够在二次电池的短时间放电和长时间放电的过程中限制输出,并根据车辆的要求对输出限制的采用进行区分。这种系统设置有输出限制部件,当来自电压测量部件的电压数据在长时间放电过程中降到低于或等于第二放电终止电压的值时,输出限制部件降低正常输出限制值,当来自电压测量部件的电压数据在短时间放电过程中降到低于或等于第一放电终止电压的值时,输出限制部件降低所述短时间输出限制值。所述短时间输出限制值允许二次电池的输出电功率的短时间放电,所述正常输出限制值允许二次电池的输出电功率的长时间放电,并且在短时间放电过程中的第一放电终止电压被设置为低于长时间放电期间的第二放电终止电压。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制电动车辆中的作为电动机用电源和各种负载用驱动源而安装的二次电池的最大输出的技术,所述电动车辆例如有纯电动车辆(PEV)、混合电动车辆(HEV)、具有燃料电池和电池组的混合车辆等,所述二次电池例如有镍-金属氢化物(Ni-MH)电池。
背景技术
传统上,在HEV中,当发动机的输出比用于驱动所需的动力大时,利用剩余的动力驱动发电机以对二次电池充电。另一方面,当发动机的输出小时,利用来自二次电池的电能驱动电动机以输出补充的动力。在这种情况下,对二次电池放电。当二次电池安装在HEV或类似装置上时,必须通过控制这种充电/放电等保持适当的工作状态。
在这种情况下,对电池的控制是至关重要的,以便进行用于限制由二次电池提供的电能的输出控制。输出控制的目的在于,通过将关于可从二次电池中、从电池用电子控制单元(以下简称为“电池ECU”)中放出的最大输出的信息传送到车辆用电子控制单元(以下简称为“车辆ECU”),防止电池的损坏和恶化并延长其寿命。
根据在由车辆所需的电池电功率和以此电功率的保持时间之间的平衡,确定最大输出。由于在驱动过程中这两个因素对驾驶性能有影响,因此它们很重要。
一般而言,设定电池的最小电压(放电终止电压),当由于放电而达到了最小电压时限制了输出。图4表示在常规输出控制方法中随着时间的推移、在电池电压Vb(每组的电压)和输出限制值Pout中的变化的例子。在图4中,将放电终止电压设定为12.0V,将最大输出限制为20kw。当经过放电后电池电压Vb下降至13.0V时,13.0V作为正常输出模式(时间间隔T1)的输出限制预备电压,开始用于输出限制的预备阶段(时间间隔T2:例如约10秒)。当电池电压Vb进一步下降至作为放电终止电压的12.0V时,开始了输出限制模式(时间间隔T3),输出功率Pout逐渐下降(例如,在图4中以最大下降2kw/秒的倍率输出),每次电池电压Vb达到放电终止电压(12.0V)。
然而,当使以最大输出的保持时间更长,最大输出值变得更低。因而,在HEV等的情况下,车辆的发动机的负担增加。另一方面,当保持时间变短时,立刻实现了高输出。然而,电池电压下降并且输出立即受到限制,造成驾驶性能的急剧下降。
在车辆控制中,稳定的驱动是最重要的。因此,电池ECU不得不将更长保持时间的正常输出信息传送给车辆ECU,而不是短时间(例如,几秒或更少)的高输出的短时间输出信息。
发明内容
鉴于上述问题,实现了本发明,其目的是提供一种用于控制二次电池输出的装置和方法,该装置和方法通过采用两条信息(即短时间输出信息和正常输出信息)在车辆需要时允许适当的电池输出;还提供一种利用该装置和方法的电池组系统;以及其上安装有该电池组系统的电动车辆。
为了实现上述目的,根据本发明用于控制电动车辆二次电池输出的第一装置包括:用于测量二次电池的端电压作为电压数据(V(n))的电压测量部件;和设定用于判断是否降低短时间输出限制值的第一放电终止电压和设定用于判断是否降低正常输出限制值的第二放电终止电压的输出限制部件。其中,所述短时间输出限制值允许二次电池的输出电功率的短时间放电,并且所述正常输出限制值允许二次电池的输出电功率的长时间放电。所述正常输出限制值低于所述短时间输出限制值,并且所述第一放电终止电压低于所述第二放电终止电压。
当来自电压测量部件的电压数据在长时间放电过程中降到低于或等于所述第二放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述正常输出限制值,以及当来自电压测量部件的电压数据在短时间放电过程中降到低于或等于所述第一放电终止电压的值时,输出限制部件降低所述短时间输出限制值。
为了实现上述目的,用于根据本发明控制电动车辆二次电池的输出的第二装置包括:用于测量包括作为二次电池的多个电池的组合的电池组中二次电池的端电压作为电压数据(V(n))的电压测量部件;和设定用于判断是否降低短时间输出限制值的第一放电终止电压和设定用于判断是否降低正常输出限制值的第二放电终止电压的输出限制部件。其中,所述短时间输出限制值允许二次电池的输出电功率的短时间放电,并且所述正常输出限制值允许二次电池的输出电功率的长时间放电,所述正常输出限制值低于所述短时间输出限制值,并且所述第一放电终止电压低于所述第二放电终止电压。当来自电压测量部件的电压数据在长时间放电过程中降到低于或等于所述第二放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述正常输出限制值,以及当来自电压测量部件的电压数据在短时间放电过程中降到低于或等于所述第一放电终止电压的值时,输出限制部件降低所述短时间输出限制值。
在用于控制电动车辆二次电池输出的第一和第二装置的每一装置中,优选的是,当来自电压测量部件的电压数据达到第一放电终止电压时,输出限制部件降低二次电池的电功率短时间输出限制值,从而使二次电池的电压在几秒内返回至第二放电终止电压。
在用于控制电动车辆二次电池输出的第一和第二装置的每一装置中,优选的是,输出限制部件将在短时间放电和长时间放电过程中的输出电功率的限制值设定为相同值,并根据第二放电终止电压改变由二次电池输出的电功率的限制值,直至来自电压测量部件的电压数据达到输出限制取消电压(例如,V3=15.5V)。
在用于控制电动车辆二次电池输出的第一和第二装置的每一装置中,优选的是,短时间放电持续几秒,长时间放电持续几分钟。
优选的是,用于控制二次电池输出的第一和第二装置的每一装置还包括:用于测量二次电池的温度作为温度数据的温度测量部件;和根据来自温度测量部件的温度数据改变由二次电池输出的电功率的限制值的输出限制部件。
在这种情况下,优选的是,输出限制部件包括查询表,该查询表预先存储由二次电池输出的电功率的限制值与作为参数的温度,并根据查询表改变由二次电池输出的电功率的限制值。
在用于控制电动车辆二次电池输出的第一和第二装置的每一装置中,二次电池是镍-金属氢化物二次电池。
为了达到上述目的,根据本发明的第一电池组系统包括:用于控制二次电池输出的第二装置;和电池组。在这种情况下,优选的是,用于控制二次电池输出的第二装置构成为计算机系统。
为了达到上述目的,根据本发明的第一电动车辆具有在其上安装的第一电池组系统。在这种情况下,优选的是,用于控制二次电池输出的第二装置构成为计算机系统。
为了达到上述目的,根据本发明用于控制电动车辆二次电池输出的第一方法包括:测量二次电池的端电压作为电压数据;在允许所述二次电池输出电功率以短时间输出限制值放电的短时间放电过程中判断所述电压数据是否降到低于或等于第一放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第一放电终止电压时,降低所述短时间输出限制值。在允许所述二次电池输出电功率以正常输出限制值放电的长时间放电过程中判断所述电压数据是否降到低于或等于第二放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第二放电终止电压时,降低所述正常输出限制值,其中所述第一放电终止电压被设定为低于所述第二放电终止电压。
为了达到上述目的,根据本发明用于控制电动车辆二次电池输出的第二方法包括:测量包括作为二次电池的多个电池的组合的电池组中的二次电压的端电压作为电压数据;在允许所述二次电池输出电功率以短时间输出限制值放电的短时间放电过程中判断所述电压数据是否降到低于或等于第一放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第一放电终止电压时,降低所述短时间输出限制值。在允许所述二次电池输出电功率以正常输出限制值放电的长时间放电过程中判断所述电压数据是否降到低于或等于第二放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第二放电终止电压时,降低所述正常输出限制值。其中所述第一放电终止电压被设定为低于所述第二放电终止电压。
在用于控制二次电池输出的第一和第二方法的每一方法中,优选的是,当测量的电压数据达到第一放电终止电压时,改变由二次电池输出的电功率的限制值,使得二次电池的电压在几秒内返回至第二放电终止电压。
在用于控制二次电池输出的第一和第二方法的每一方法中,优选的是,将在短时间放电和长时间放电过程中输出的电功率的限制值设定为相同值,根据第二放电终止电压改变由二次电池的输出电功率的限制值,直至测出的电压数据达到输出限制取消电压。
在用于控制二次电池输出的第一和第二方法的每一方法中,优选的是,短时间放电持续几秒,长时间放电持续几分钟。
在用于控制二次电池输出的第一和第二方法的每一方法中,优选的是,测量二次电池的温度作为温度数据;和根据测出的温度数据改变由二次电池输出的电功率的限制值。
在这种情况下,优选的是,根据预先存储由二次电池输出的电功率的限制值与作为参数的温度的查询表,改变输出电功率的限制值。
在用于控制二次电池输出的第一和第二方法的每一方法中,二次电池是镍-金属氢化物二次电池。
为了达到上述目的,根据本发明的第二电池组系统包括:用于执行用于控制二次电池输出的第二方法的计算机系统;和电池组。
为了达到上述目的,根据本发明的第二电动车辆具有在其上安装的第二电池组系统。
根据上面所述的结构和方法,通过利用两条信息,即短时间输出信息和正常输出信息,在车辆例如HEV需要时,可以适当地设定二次电池的输出值。例如,通过使车辆能够在短时间内具有高输出,二次电池还可以用于启动发动机、换档等。
附图的简要说明
图1是表示根据本发明的一种实施例的电池组系统的示例结构的框图。
图2是表示在根据本实施例用于控制二次电池的输出的方法中的处理程序的流程图。
图3是表示在本实施例的输出控制方法中、在短时间放电过程中的电池电压Vb(电压数据V(n))、短时输出限制值Pp和正常输出限制值Pn随着时间的推移而变化的例子的示图。
图4是表示在常规输出控制方法中电池电压Vb和输出限制值Pout随时间推移而变化的例子的示图。
本发明的最佳实施方式
下面,参考附图描述本发明的优选实施方式。
图1是表示根据本发明的一种实施例的电池组系统1的示例结构的框图。在图1中,电池组系统1包括电池组100和电池ECU101,电池ECU101包括根据本发明的输出控制装置作为微计算机系统的一部分。
一般而言,在将要安装在HEV或类似装置上的电池组100中,以串联方式电连接多个电池组件(多个单电池),所述电池组件包括以串联方式电连接的多个单电池,例如镍-金属氢化物电池,由此获得用于电动机的预定输出。在本实施例中,2个组件形成1个块,20个块形成电池组100。然而,本发明的结构不限于此。
在电池ECU101中,参考标记102表示电压测量部件,该部件用于测量在预定采样阶段由电压传感器(未示出)检测出的二次电池100的终止电压(截止电压),作为电压数据V(n),103表示温度测量部件,该部件用于测量由温度传感器(末示出)检测出的电池组100的温度,作为温度数据T(n)。
参考标记104表示输出限制部件,该部件包括在查询表(LUT)1041中的有关短时输出值的信息(Pp)和有关正常输出值的信息(Pn),在所述短时输出值二次电池能够以高输出短时间(在几秒内)放电,在所述正常输出值二次电池能够以正常输出长时间(在几分钟内)放电。LUT1041预先存储有关输出电功率的限制值与作为参数的温度的信息。输出限制部件104将在短时间放电过程中用于限制输出的电池电压设定为第一放电终止电压(例如,V1=9.6V),将在长时间放电过程中用于限制输出的电池电压设定为第二放电终止电压(例如,V2=12.0V)。
当由车辆ECU通知需要短时间内的高输出时,输出限制部件104将输出限制值设定为更高的短时输出值Pp。当在短时间放电过程中来自电压测量部件102的电压数据V(n)降低至第一放电终止电压V1时,输出限制部件104根据来自温度测量部件103的温度数据T(n)、参照LUT1041降低短时间输出值Pp,使得电池电压在几秒内增加至第二放电终止电压V2,并将所获得输出限制信息Pout传送给车辆ECU。
另一方面,当由车辆ECU通知需要长时间的正常输出时,输出限制部件104将输出限制值设定为低于短时间输出值Pp的正常输出值Pn。当在长时间放电过程中来自电压测量部件102的电压数据V(n)降低至第二放电终止电压V2时,输出限制部件104根据来自温度测量部件103的温度数据T(n)、参照LUT1041降低正常输出值Pn,使得电池电压增加至第二放电终止电压V2,并将所获得输出限制信息Pout传送给车辆ECU。
为了取消对输出的限制,输出限制部件104将短时间输出值Pp和正常输出值Pn设定为相同值,每当电池电压达到第二放电终止电压V2时降低输出限制值,直至电池电压升高至输出限制取消电压(例如,V3=15.5V)。
接下来,参考图2和3描述在如上构成的电池组系统中用于输出控制的处理程序。
图2是表示在根据本实施例的用于控制二次电池输出的方法中的处理程序的流程图。图3在本实施例的输出控制方法中、在短时间放电过程中的电池电压Vb(电压数据V(n))、短时间输出限制值Pp和正常输出限制值Pn随着时间的推移而变化的例子的示意图。
在图2中,首先,测量电压数据V(n),确定所测出的电压数据V(n)是否降低至正常模式中(图3中的时间间隔T1)的输出限制预备电压(例如,V0=13.0V)(S201)。在步骤S201中确定电压数据V(n)达到输出限制预备电压V0的情况下(是:图3中的时间间隔T2),进行计时,确定是否完成对输出限制开始时间的计时(例如,约10秒)(S202)。在步骤S202中确定已经完成了对输出限制开始时间的计时的情况下,开始一个输出限制模式,在这里确定电压数据V(n)是否等于或低于对应于短时间放电的第一放电终止电压V1(例如,9.6V)(S203)。
在步骤S203中确定电压数据V(n)高于第一放电终止电压V1(否)的情况下,流程分向步骤S206,在这里确定电压数据V(n)是否等于或低于对应于长时间放电的第二放电终止电压V2(例如,12.0V)。在步骤S206中确定电压数据V(n)等于或低于第二放电终止电压V2的情况下(是:图3中的时间间隔T3),执行正常输出限制步骤(S207)。在步骤S207的正常输出限制步骤中,相对于时间计时降低对应于长时间放电的输出限制值Pn,使得额定输出被降低预定的量(图3中的间隔T3和T4)。
另一方面,在步骤S203中确定电压数据V(n)等于或低于第一放电终止电压V1(是)的情况下,将在短时间放电过程中的输出限制值Pp和在长时间放电过程中的输出限制值Pn设定为相同值(例如,从28kW和20Kw的相应初始值到10kW),降低输出限制值以实现额定输出的预定降低(例如,最大为-2kW/秒),使得在正常输出限制处理(S204)和短时输出限制处理(S205)中(图3中的时间间隔T5)、电池电压在几秒内返回至第二放电终止电压V2。
输出限制值以此方式降低,在步骤S206中确定电压数据V(n)高于第二放电终止电压V2(否)的情况下,于是,流程分向步骤S208,在这里确定电压数据V(n)是否等于或高于输出限制取消电压V3(例如,15.5V)。在步骤S208中确定电压数据V(n)等于或高于输出限制取消电压V3(是)的情况下,将在短时间放电过程中的输出限制值Pp和在长时间放电过程中的输出限制值Pn设定为它们的初始值,在正常输出限制取消处理(S209)和短时间输出限制取消处理(S210)中取消在对输出的限制。
如上所述,根据本发明,通过利用两条信息,即短时间输出信息和正常输出信息,在车辆(例如HEV)需要时可以适当地设定二次电池的输出值。例如,通过使车辆能够具有短时间的高输出,这种二次电池还可以用于启动发动机、换档等类似操作。
Claims (10)
1.一种用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置,包括:
电压测量部件,用于测量该二次电池的端电压作为电压数据;和
输出限制部件,其设定用于判断是否降低短时间输出限制值的第一放电终止电压,和设定用于判断是否降低正常输出限制值的第二放电终止电压,所述短时间输出限制值允许该二次电池的输出电功率的短时间放电,并且所述正常输出限制值允许该二次电池的输出电功率的长时间放电,所述正常输出限制值低于所述短时间输出限制值,并且所述第一放电终止电压低于所述第二放电终止电压,
其中当来自所述电压测量部件的电压数据在所述长时间放电过程中降到低于或等于所述第二放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述正常输出限制值,以及
其中当来自所述电压测量部件的电压数据在所述短时间放电过程中降到低于或等于所述第一放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述短时间输出限制值。
2.一种用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置,包括:
电压测量部件,用于测量电池组中所述二次电池的端电压作为电压数据,该电池组包括作为二次电池的多个电池的组合;和
输出限制部件,其设定用于判断是否降低短时间输出限制值的第一放电终止电压,和设定用于判断是否降低正常输出限制值的第二放电终止电压,所述短时间输出限制值允许该二次电池的输出电功率的短时间放电,并且所述正常输出限制值允许该二次电池的输出电功率的长时间放电,所述正常输出限制值低于所述短时间输出限制值,并且所述第一放电终止电压低于所述第二放电终止电压;
其中当来自所述电压测量部件的电压数据在所述长时间放电过程中降到低于或等于所述第二放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述正常输出限制值,以及
其中当来自所述电压测量部件的电压数据在所述短时间放电过程中降到低于或等于所述第一放电终止电压的值时,所述输出限制部件降低所述短时间输出限制值。
3.一种电池组系统,包括:
权利要求2的用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置;和
所述电池组。
4.根据权利要求3的电池组系统,其中,该用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置被构成为计算机系统。
5.一种电动车辆,在此车辆上安装有包括权利要求2的用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置和所述电池组的电池组系统。
6.根据权利要求5的电动车辆,其中,该用于控制电动车辆中二次电池的输出的装置被构成为计算机系统。
7.一种用于控制电动车辆中二次电池的输出的方法,包括:
测量该二次电池的端电压作为电压数据;和
在允许所述二次电池输出电功率以短时间输出限制值放电的短时间放电过程中,判断所述电压数据是否降到低于或等于第一放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第一放电终止电压时,降低所述短时间输出限制值,
在允许所述二次电池输出电功率以正常输出限制值放电的长时间放电过程中,判断所述电压数据是否降到低于或等于第二放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第二放电终止电压时,降低所述正常输出限制值,
其中所述第一放电终止电压被设定为低于所述第二放电终止电压。
8.一种用于控制电动车辆二次电池的输出的方法,包括:
测量电池组中所述二次电池的端电压作为电压数据,该电池组包括作为二次电池的多个电池的组合;和
在允许所述二次电池输出电功率以短时间输出限制值放电的短时间放电过程中,判断所述电压数据是否降到低于或等于第一放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第一放电终止电压时,降低所述短时间输出限制值,
在允许所述二次电池输出电功率以正常输出限制值放电的长时间放电过程中,判断所述电压数据是否降到低于或等于第二放电终止电压的值,并且当所述电压数据低于或等于所述第二放电终止电压时,降低所述正常输出限制值,
其中所述第一放电终止电压被设定为低于所述第二放电终止电压。
9.一种电池组系统,包括:
用于执行权利要求8的用于控制电动车辆中二次电池的输出的方法的计算机系统;和
所述电池组。
10.一种电动车辆,在此车辆上安装了电池组系统,该电池组系统包括用于执行权利要求8的用于控制电动车辆中二次电池的输出的方法的计算机系统和所述电池组。
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