CN102343831B - 用于重新平衡车辆电池的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆可以包括电机、电池组、驾驶员接口和一个或多个控制器。该一个或多个控制器可以被配置成确定是否存在电池组不平衡状况，以使得如果存在电池组不平衡状况则通过驾驶员接口生成警示，以确定是否接收到对于该警示的响应，并且使得如果接收到对于该警示的响应则在单个循环中重新平衡电池组。

Description

用于重新平衡车辆电池的系统和方法
背景技术
电池电动车辆(BEV)可以通过电机的操作来移运。插电式混合电动车(PHEV)可以通过电机和/或内燃机发动机的操作来移运。在任何一种情况下，电机可以从车载电池组接收电力。电池组(battery)可以包括串联电连接的多个电池(cell)，并可以用来自公用电网或其它源等的电力充电。
出于效率和电池耐用性的原因，可能期望保持电池组电池的电荷/能量含量的状态近似相等。然而，给电池组提供能量或移去来自电池组的能量可能造成电池组电池的电荷/能量含量的状态变得不相等。
发明内容
一种车辆可以包括：电机，所述电机被配置成生成用于所述车辆的动力；电池组，所述电池组被配置成存储用于所述电机的能量；和一个或多个控制器。所述一个或多个控制器可以被配置成确定是在单个循环还是在多个循环中重新平衡所述电池组，并根据所述确定使得所述电池组被重新平衡。
附图说明
图1是示例性PHEV的框图。
图2是描述用于确定以哪种方式重新平衡图1的电池组的示例性算法的流程图。
具体实施方式
可以执行电池组重新平衡来校正BEV或PHEV电池组的电池之间的电荷/能量含量的状态。所具有的电荷状态大于最低电荷状态的电池例如将被放电。然后所有电池可以用来自外接能量源(例如公用电网等)的能量充电。
BEV/PHEV电池组重新平衡典型地是递增地执行的，且当车辆插上电源(插入电源)时。电池组例如可以包括30个电池。假设其中29个电池有70％的电荷状态，而一个电池有60％的电荷状态，则29个电池的电荷状态会被放电到例如68％，然后所有电池会被充电以便将每个电池的电荷状态提高2％。在此第一循环之后，29个电池将有70％的电荷状态，且1个电池将有62％的电荷状态。29个电池的电荷状态会被再次放电到例如68％，然后所有电池将再次被充电，以便将每个电池的电荷状态提高2％。在此第二循环之后，29个电池将再次具有70％的电荷状态，而1个电池将具有64％的电荷状态。再执行另外3个这样的循环会使所有电池达到70％的电荷状态。
以上每个循环可以在相对短的时间段(例如5-10分钟或更多，这依赖于电池容量)内完成。从时间角度讲，这在不知道车辆将被插上电源多长时间的环境中可能是很令人满意的。车辆驾驶范围随着电池被放电而受到不利影响。如果驾驶员在电池放电之后电池重新充电之前拨下车辆插头，则电池的电荷状态中的相对小的递减会最小化车辆驾驶范围的降低。
但是，从时间角度讲递增式电池重新平衡可能是令人满意的，而从效率角度讲可能是令人不满意的。递增式电池组的电池充电典型地是在相对低的充电速率下执行的，以避免电池过度充电。因此，相比几个循环，在单个循环中重新平衡电池组可能是更加有效的。可以在充电持续时间的大部分时间中，以相对高的充电速率执行电池组电池的单个循环的充电。例如，如果电池组电池要从60％的电荷状态充电到95％的电荷状态，则可以使用相对高的充电速率将电池从60％充电到83％。然后可以使用相对低的充电速率来将电池从83％充电到95％。
本文公开的某些实施例可以提供表明建议进行电池重新平衡的警示。如果驾驶员响应于该警示提供适当输入，则电池组可以在一个循环中而不是几个循环中被重新平衡。如果驾驶员响应于该警示没有提供适当输入，则电池组可以在几个递增循环而不是一个循环中被重新平衡。该策略有效地允许驾驶员通知可用于重新平衡的适当的车辆控制系统的时间。如果有足够的时间用于重新平衡，例如因为车辆整个晚上都被置于插上电源，则驾驶员可以响应于该警示，并且电池组可以在一个循环中重新平衡。另外，电池组可以在几个递增循环中被重新平衡。
几种技术可以(单独或结合)用来确定电池组是否需要被重新平衡(因为存在电池组不平衡状况)。举一个例子，每个电池两端的电压可以任何适当/已知方式(例如通过电路进行测量)确定并进行比较。如果电池电压中有一个不同于其它的电池电压超过预定量(例如2％-10％)，则存在电池不平衡状况。举另一个例子，可以以任何适当/已知方式(例如车辆处于接通状态时进行计数并在车辆被置于插上电源时被重置的计数器，)确定车辆运行时间(自从上次插上电源起车辆已处于接通状态的总时间)，并将其与预定阈值进行比较。如果车辆运行时间超过阈值，则存在电池不平衡状况。再举另一例子，可以以任何适当/已知方式(例如，可随时间的变化来测量每个电池电压，以确定变化速率)确定每个电池的自放电速率，并将其与预定阈值比较。如果自放电速率中的任何一个大于阈值，则存在电池不平衡状况。也可以使用其它技术。
测试已经揭示对于某些电池的化学性质，诸如锂离子电池的化学性质，电池的安培小时输出(和电压)相对恒定，直到电池的能量接近耗尽，在这点上，电池的安培小时输出快速下降(原因是电池组的电池可能是串联连接的，单个电池的安培小时输出的快速下降会限制整个组的安培小时输出)。因此，电池的安培小时输出(或电压)可能不是电池接近耗尽的程度的好的指示。不过，对于给定电池，测试、模拟等可以用来确定对于该电池存储的给定量的能量此相对恒定的安培小时输出的持续时间。即，测试、模拟等可用来确定电池在达到其下降点之前会表现此相对恒定的安培小时输出多长时间。然后此信息可用来建立车辆运行时间阈值，应该以此来重新平衡电池组以避免电池达到其下降点的情况。例如，如果给定能量含量的特定电池要花费10个小时来达到其下降点，则车辆运行时间阈值可以设置在8小时等。车辆运行时间因此可以用来估计电池组中任何一个电池接近其下降点的程度。
电池自放电速率的不同可以表示电池能量含量的不同。具有比其它自放电速率大预定量(例如10％等)的自放电速率的电池因此可以表示它与其它电池之间的能量含量不平衡。
参照图1，PHEV 10的一个实施例可以包括发动机12、形成电池组14的多个电池组电池13和电机16。PHEV 10还可以包括变速器18、车轮20、一个或多个控制器22、电气端口24和显示器/接口26(例如屏幕、扬声器、按钮等)。
发动机12、电机16和车轮20与变速器18以任何适当/已知方式机械连接(由粗线指示)，使得发动机12和/或电机16可以驱动车轮20，发动机12和/或车轮20可以驱动电机16，且电机16可以驱动发动机12。其它配置也是可行的。
电池组14可以向电机16提供能量或接收来自电机16的能量。电池组14还可以通过本领域已知的电气端口24接收来自公用电网或其它外接能量源(未显示)的能量。
一个或多个控制器22与发动机12、电池组14、电机16、变速器18和显示器/接口26通信和/或控制以上组件(由细线指示)。一个或多个控制器22可以使用以上所述的任何一种技术(或其它任何适当/已知技术)来确定是否存在电池组不平衡状况(且因此确定是否建议进行电池组重新平衡)。一个或多个控制器22例如可以实现跟踪车辆10处于接通状态的总时间(车辆运行时间)的计数器。该计数器可以在每次车辆10通过电气端口24插入电源时被重置。一个或多个控制器22可以周期性地将车辆运行时间与例如9小时的预定车辆运行时间阈值比较。一旦车辆运行时间超过9小时阈值，则一个或多个控制器22可以使得通过显示器/接口26(例如一个或多个控制器22可以使得显示器/接口26亮灯)输出警示(听觉、视觉、触觉等)。如果驾驶员响应于该警示(例如按压显示器/接口26)，则一个或多个控制器22可以使电池组14在下一次车辆10通过电气端口24插入电源的单个循环中被重新平衡。如果驾驶员没有对该警示做出响应，则一个或多个控制器可以使得电池组14在下一次车辆10通过电气端口24插入电源的几个循环中递增地重新平衡。
可替代地，一个或多个控制器22可周期性地(例如每5分钟)使得在车辆10处于关闭状态时，电池13的每一个的电压被测量。一个或多个控制器22然后可以基于所测量的值确定每个电池13的自放电速率。举一个例子，如果电池组电池13中的一个的电压在时刻0分钟是5V，在时刻5分钟是4V，并且在时刻10分钟是3V，则该电池(在此被夸大的例子中)的自放电速率是12V/小时。
一个或多个控制器22可以周期性地将每个电池13的自放电速率和预定的自放电速率阈值(例如5mV/天)比较。该自放电速率阈值，在某些实施例中可以是依赖于温度的，这是因为自放电速率可以随着温度的降低而增加。一旦电池13中任何一个(或多个)的自放电速率超过自放电速率阈值，则一个或多个控制器22可以使得通过显示器/接口26输出警示。如果驾驶员对该警示做出响应，则一个或多个控制器22可以使得电池组14在下一次车辆10通过电气端口24插入电源的单个循环中被重新平衡。否则一个或多个控制器可以使得电池组14在下一次车辆10通过电气端口24插入电源的几个循环中被递增地重新平衡。其它情形也是可行的。
在车辆10被插入电源之后，一个或多个控制器22可以任何适当/已知方式确定电池13中每一个的电荷状态(例如基于在已知电流、已知负载和给定温度下的电池电压)。假设驾驶员如上述讨论已经对警示做出响应，则一个或多个控制器22然后可以使得除具有最低电荷状态的电池13之外的所有电池13以任何适当/已知方式(例如通过电阻性电路)放电，使得它们具有近似等于具有最低电荷状态的电池13的电荷状态。一个或多个控制器22然后可以使得从外接能量源(未显示)通过电气端口24接收电力，以将所有电池13充电到某期望目标(例如95％)。因此，电池组14已经在单个循环中被重新平衡。
一个或多个控制器22在一些实施例中可以基于上述技术中的两种或多种(或任何其它适当/已知技术)来确定是否存在电池组不平衡状况。考虑到车辆10可以找到自身所处的许多种状况，这些技术中的任何一种可以是受误差影响的。例如如果一个或多个控制器22观察电池13的自放电速率以及车辆运行时间等，则它因此可以具有识别电池组不平衡状况的更高的可能性。
参照图2，在操作30处，一个或多个控制器22可以确定是否存在电池组不平衡状况。如果不存在，则算法返回操作30。如果存在，则算法前进到操作32。
在操作32处，一个或多个控制器22可以生成警示。
在操作34处，一个或多个控制器22可以确定驾驶员是否对该警示做出响应。如果没有，则算法前进到操作36。在操作36处，一个或多个控制器22可以确定车辆10(图1)是否是插入电源的。如果没有，则算法返回操作36。如果是，则一个或多个控制器22可以在几个递增循环中重新平衡电池组14(图1)。
返回操作34，如果是，则算法前进到操作40。在操作40，一个或多个控制器22可以基于响应确定是在几个递增循环中还是在单个循环中重新平衡电池组14(图1)。在一个实施例中，如果驾驶员仅仅对该警示作出响应，则一个或多个控制器22可以确定在单个循环中重新平衡电池组14。在另一个实施例中，只有如果该响应表明车辆10(图1)被插上电源持续了在单个循环中重新平衡电池组14所花的最少时间量，则一个或多个控制器22可以确定在单个循环中重新平衡电池组14。其它情形也是可行的。算法然后前进到操作42。
在操作42处，一个或多个控制器22可以确定车辆10(图1)是否是插上电源的。如果没有，则算法返回操作42。如果是，则一个或多个控制器22可以根据在操作40处做出的确定，重新平衡电池组14(图1)。
本文公开的算法可以以许多形式递送到诸如一个或多个控制器22的处理装置，其可以包括任何现有的电子控制单元或专用电子控制单元，所述的许多形式包括但不限于永久性存储在诸如ROM器件的非可写入存储介质上的信息，和可替代地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM器件和其它磁的和光学介质的可写入存储介质上的信息。算法还可以在软件可执行对象中实现。可替代地，算法可以使用适当的硬件组件，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置，或硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地体现。
尽管已经图示和描述了本发明的实施例，但意图是这些实施例图示和描述本发明的所有可能形式。举一个例子，可以在BEV或其它具有配置成接收来自外接电源的电力的电池组的车辆的背景下实现某些实施例。还有其它的实施例可以允许驾驶员提供表示使用哪个重新平衡技术(递增循环相对于单个循环)的输入。驾驶员例如可通过显示器/接口26提供输入，以响应应当执行递增式重新平衡的重新平衡警示(大概是因为车辆10只插上电源持续相对短的时间段)。其它情形也是可行的。
说明书中使用的词语是说明性词语而非限制性词语。要理解在不偏离本发明的精神和范围的情况下可做出各种变化。

Claims (17)

1.一种车辆，包括：
一个电机，所述电机被配置成生成用于所述车辆的动力；
一个电池组，所述电池组被配置成存储用于所述电机的能量；
驾驶员接口；以及
一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成：确定是否存在电池组不平衡状况；如果存在电池组不平衡状况则使得通过驾驶员接口生成警示；确定是否接收到对于所述警示的响应；如果接收到对于所述警示的响应则使得在单个循环中重新平衡电池组，
其中，使得在单个循环中重新平衡电池组包括：如果电池的荷电状态小于预定阈值则以第一速率给电池充电；如果电池的荷电状态大于所述预定阈值则以比第一速率小的第二速率给电池充电。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成如果没有接收到对于所述警示的响应则使得在多个循环中重新平衡所述电池组。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中所述电池组包括多个电池，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成监控每个电池的电压，并且基于所述电压来确定是否存在电池组不平衡状况。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成监控车辆运行时间，并且基于所述车辆运行时间来确定是否存在电池组不平衡状况。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中所述电池组包括多个电池，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成确定每个电池的自放电速率，并且基于所述自放电速率来确定是否存在电池组不平衡状况。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，驾驶员接口是按钮，其中如果存在电池组不平衡状况则使得通过驾驶员接口生成警示的操作包括：使得所述按钮被照亮，其中确定是否接收到对于所述警示的响应的操作包括：确定所述按钮是否被按压。
7.一种用于重新平衡车辆的电池组的方法，所述电池组包括多个电池，所述方法包括：
确定是否存在电池组不平衡状况；
如果存在电池组不平衡状况，则生成警示；
基于来自驾驶员的对于所述警示的响应，确定是在单个循环还是在多个循环中重新平衡所述电池组；
根据所述确定使得所述电池组被重新平衡，使得如果在单个循环中重新平衡电池组，则响应于电池的荷电状态小于预定阈值而以第一速率给电池充电，以及响应于电池的荷电状态大于所述预定阈值而以比第一速率小的第二速率给电池充电。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：监控每个电池的电压，其中确定是否存在电池组不平衡状况的步骤包括：确定所述电压之间的最大差。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定是否存在电池组不平衡状况的步骤还包括：将所述最大差与预定差进行比较。
10.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：监控车辆运行时间，其中确定是否存在电池组不平衡状况的步骤包括：将所述车辆运行时间与预定车辆运行时间进行比较。
11.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：监控每个电池的电压随时间的变化，以确定每个电池的自放电速率，其中确定是否存在电池组不平衡状况的步骤包括：将每个自放电速率与预定自放电速率进行比较。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，预定自放电速率依赖于温度。
13.一种车辆，包括：
一个电机，所述电机被配置成生成用于所述车辆的动力；
一个电池组，所述电池组被配置成存储用于所述电机的能量；以及
一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成：确定是否存在电池组不平衡状况；确定是在单个循环还是在多个循环中重新平衡所述电池组；并根据所述确定使得所述电池组被重新平衡，使得如果在单个循环中重新平衡电池组，则响应于电池的荷电状态小于预定阈值而以第一速率给电池充电，以及响应于电池的荷电状态大于所述预定阈值而以比第一速率小的第二速率给电池充电。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中所述电池组包括多个电池，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成监控每个电池的电压，并且基于所述电压来确定是否存在电池组不平衡状况。
15.根据权利要求13所述的车辆，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成监控车辆运行时间，并且基于所述车辆运行时间来确定是否存在电池组不平衡状况。
16.根据权利要求13所述的车辆，其中所述电池组包括多个电池，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成确定每个电池的自放电速率，并且基于所述自放电速率来确定是否存在电池组不平衡状况。
17.根据权利要求13所述的车辆，所述车辆进一步包括显示器，其中所述一个或多个控制器被进一步配置成如果存在电池组不平衡状况则使得通过所述显示器生成警示。
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