CN103085669A - 自动碰撞电池放电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动碰撞电池放电方法，具体地，一种用于在车辆受损事件之后对车辆电池放电的系统和方法。该方法包括：确定该车辆已经陷入车辆受损事件中，然后基于车辆受损事件的严重程度将电池中的单体放电到预定的单体电压。电池单体可以由已经存在于车辆电池中用于单体平衡目的的电阻器或由已经被添加用于单体放电目的的电阻器放电。单体的电压当它们被耗散时受到监测，并且一旦单体的具体电压已经达到期望的电压，则打开开关以使电阻器从单体断开。

Description

自动碰撞电池放电方法
技术领域
本发明大体涉及一种用于在碰撞或其它车辆受损事件之后对高电压车辆电池放电的系统和方法，并且更具体地，涉及一种用于在碰撞或其它车辆受损事件之后对锂离子车辆电池放电的系统和方法，包括使用单体平衡电阻器来使电池中的单体电压耗散。
背景技术
电动车辆变得越来越普遍。这些车辆包括：合并电池和诸如内燃机、燃料电池系统等的主功率源的混合车辆，诸如增程型电动车辆（EREV）；以及纯电动车辆，诸如电池电动车辆（BEV）。所有这些类型的电动车辆利用包括多个电池单体（cell）的高电压电池。这些电池可以是不同的电池类型，诸如锂离子、镍金属氢化物、铅酸等。用于电动车辆的典型的高压电池系统可包括用以提供车辆功率和能量要求的几个电池单体或模块，其中每个电池模块可包括一定数量的电池单体，诸如十二个单体。不同的车辆设计包括利用各种用于具体应用的权衡和优势的不同的电池设计。
在车辆碰撞或其它车辆受损事件期间，对各种车辆部件等的重新布置和/或损坏可导致发生不想要的电连接以及各种流体从车辆排出。因为可存储在车辆电池中的电功率，这些事情可能导致潜在危险的情形，诸如使车辆部件起电、化学性危险、火灾危险等。
有时在电路中利用故障隔离检测系统来提供故障检测。电动车辆是一种通常利用故障隔离检测系统来防止人受到系统伤害的电气系统。
为了提供电气故障隔离，一些车辆设有电池断开单元（BDU），该BDU在碰撞事件之后通过打开电池接触器而将电池功率从车辆自动地断开或移除。另外，利用将电池分离成两个部分的设备的手动服务断开（MSD）在本领域中是已知的，其中受过训练的响应者响应于车辆碰撞可能移除MSD以隔离电池。然而，这些已知的隔离技术不从电池移除电荷，仅抑制它。
如上所提及的，用于车辆的高压电池通常包括几个串联地电联接的电池单体。作为诸如内部单体电阻、电连接、电池老化等的许多因素的结果，电池中单体的电荷状态（SOC）在电池的运行期间可随时间漂离。电池管理系统可被设置用以监测每个电池单体的电荷状态以及电池的温度，以及基于最大充电单体和最小充电单体的电荷状态来控制电池可被充电和放电的程度。如果具有最低电荷状态的单体下降到低于某个最小电荷状态，则电池不能用于提供功率，因为该单体可能受损，并且电池不能过充电超过对于具有最大电荷状态的单体来说的某个最大电荷状态，因为该单体可变得过热和受损。因此，即使其它单体可具有适当的或大量的电荷状态，具有低电荷状态的单体也会阻碍电池被使用。
在本领域中提供如下单体平衡系统是已知的：该单体平衡系统试图控制高压车辆电池内单体的充电和放电，使得它们在任何给定的时间点具有约相同的水平的电荷。在一种已知的单体平衡电路中，单体平衡电阻器被设置成与电池单体并联，从而允许单体被电耗散到期望的水平，使得电荷匹配其它电池单体。
发明内容
根据本发明的教义，公开了一种用于在车辆受损事件之后对车辆电池放电的系统和方法。该方法包括：确定该车辆已经陷入车辆受损事件中，然后基于该事件的严重程度将电池中的单体放电到预定的单体电压。电池单体可以由已经存在于车辆电池中用于单体平衡目的的电阻器或由已经被添加用于单体放电目的的电阻器放电。单体的电压当它们被耗散时受到监测，并且一旦单体的具体电压已经达到期望的电压，则打开开关以使电阻器从单体断开。可替代地，单体电压不被监测，但是被被动地放电到零伏。在一个实施例中，取决于事件严重程度，预定的单体电压是三个独立的电压，包括：针对低严重程度事件的单体的最小工作电压；针对中等严重程度事件的单体的0%SOC；以及针对严重事件的单体的零电压。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于使车辆上的电池放电的方法，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述方法包括：
确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中；以及
如果车辆受损事件被检测到，则通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电，以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，对每个电池单体放电包括：监测每个电池单体的电压，并且当每个电池单体达到所述预定的单体电荷状态水平时，独立地停止对每个电池单体的放电。
3. 根据方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：确定所述车辆受损事件的严重程度，其中对每个电池单体放电包括：取决于所述车辆受损事件的严重程度，将所述电池单体放电到不同的预定电压水平。
4. 根据方案3所述的方法，其特征在于，对所述电池单体放电包括：如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体保留电荷以操作所述车辆的低严重程度，则将所述电池单体放电到第一电荷状态水平，如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体可以被再充电的中等严重程度，则将所述电池单体放电到第二电荷状态水平，以及如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体受损并且无法被再充电的高严重程度，则将所述电池单体放电到第三电荷状态水平。
5. 根据方案4所述的方法，其特征在于，所述第一电荷状态水平为约3.3伏，所述第二电荷状态水平为0%电荷状态，并且所述第三电荷状态水平为0伏。
6. 根据方案1所述的方法，其特征在于，对每个电池单体放电包括：通过独立的电阻器对每个电池单体放电。
7. 根据方案6所述的方法，其特征在于，用于每个单体的电阻器是单体平衡电路的一部分。
8. 根据方案1所述的方法，其特征在于，所述车辆受损事件包括碰撞事件或高温事件。
9. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中包括：使用碰撞检测器检测所述车辆受损事件。
10. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中包括：监测安全气囊展开系统。
11. 根据方案1所述的方法，其特征在于，所述电池是锂离子电池。
12. 一种用于使车辆上的电池放电的方法，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述方法包括：
确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中；
如果所述车辆已经陷入所述车辆受损事件，则确定所述碰撞事件的严重程度；以及
如果碰撞车辆受损被检测到，则通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电到不同的电阻器，以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平，其中对所述电池单体放电包括：如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体保留电荷以操作所述车辆的低严重程度，则将所述电池单体放电到第一电荷状态水平，如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体可以被再充电的中等严重程度，则将所述电池单体放电到第二电荷状态水平，以及如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体受损并且无法被再充电的高严重程度，则将所述电池单体放电到第三电荷状态水平，以及其中对每个电池单体放电包括：监测所述每个电池单体的电压，并且当每个电池单体达到所述预定的单体电荷状态水平时，独立地停止对所述每个电池单体的放电。
13. 根据方案12所述的方法，其特征在于，所述第一电荷状态水平为约3.3伏，所述第二电荷状态水平为0%电荷状态，并且所述第三电荷状态水平为0伏。
14. 根据方案12所述的方法，其特征在于，所述用于放电的方式通过独立的电阻器对每个电池单体放电，其中用于每个单体的电阻器是单体平衡电路的一部分。
15. 根据方案12所述的方法，其特征在于，所述车辆受损事件包括碰撞事件或高温事件。
16. 一种用于使车辆上的电池放电的系统，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述系统包括：
用于确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中的装置；以及
用于在车辆受损事件被检测到的情况下通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平的装置。
17. 根据方案16所述的系统，其特征在于，用于对每个电池单体放电的装置监测每个电池单体的电压，并且当所述电池单体达到所述预定的单体电荷状态水平时，独立地停止对每个电池单体的放电。
18. 根据方案16所述的系统，其特征在于，用于对所述电池单体放电的装置：在所述车辆受损事件被确定为所述电池单体保留电荷以操作所述车辆的低严重程度时，将所述电池单体放电到第一电荷状态水平，在所述车辆受损事件被确定为所述电池单体可以被再充电的中等严重程度时，将所述电池单体放电到第二电荷状态水平，以及在所述车辆受损事件被确定为所述电池单体受损并且无法被再充电的高严重程度时，将所述电池单体放电到第三电荷状态水平。
19. 根据方案16所述的系统，其特征在于，所述电阻器是单体平衡电路的一部分。
20. 根据方案16所述的系统，其特征在于，所述车辆受损事件包括碰撞事件或高温事件。
本发明的另外的特征将从结合附图所作出的下列描述和所附权利要求变得明显。
附图说明
图1是包括高压电池的车辆的简单的图示；
图2是包括平衡电阻器的高压电池的示意图；以及
图3是示出用于使车辆电池中的电池单体的电荷耗散的操作的流程图。
具体实施方式
对涉及用于在碰撞或其它车辆受损事件之后对高压车辆电池中的电池单体放电的系统和方法的本发明实施例的下列讨论，本质上仅仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明或其应用或使用。例如，本发明的技术对于使电荷从高压车辆电池并且具体地锂离子车辆电池耗散具有具体应用。然而，如由本领域的技术人员所了解的，本发明的技术对于不同于车辆系统的其它系统可具有应用。
图1是预期代表任何电动车辆或电动混合车辆的车辆10的简单图示。车辆10包括高压电池12，该高压电池12被安装到车辆10内的适当的支撑件内，其中电池12包括多个电池单体14。电池12可以是适合于电动车辆的任何电池，诸如铅酸电池、锂离子电池、镍金属氢化物电池等。车辆10还可以包括用于电动混合车辆的独立功率源16，诸如内燃机、燃料电池系统等。车辆10包括电子控制单元（ECU）18，该ECU 18控制车辆10的运行的各个方面。在下文的实施例中，ECU18从一个或多个传感器20接收信号，所述信号指示碰撞或诸如火灾的其它车辆受损事件已经发生以及可能地事件的严重程度，其中传感器20可以是诸如安全气囊展开系统、加速计、温度检测系统等的任何适当的碰撞检测系统的一部分。
图2是可被用作车辆10上的高压电池12的高压能量存储系统的示意图，该系统诸如电池30例如锂离子电池。电池30包括负极端子32和正极端子34。电池30还包括串联地电联接在端子32和34之间的多个电池单体36，其以本领域的技术人员易理解的方式存储电荷。在一个非限制性例子中，每个单体36可以适合于车辆10的运行的在3伏至4.15伏范围内的单体电压运行，其中2-3伏被视为单体36的0% SOC，并且小于2伏的单体电压是单体36的过放电。
如上所提及的，期望在车辆电池中提供单体电压平衡，使得单体36中的每一个放电和充电到约相同的水平。为了完成这点，每个单体36包括与特定单体36并联地电联接的单体平衡电路38。在该示例中，单体平衡电路38包括与适当尺寸设计的电阻器40串联地电联接的开关42，通常是固体开关，诸如MOSFET。单体平衡控制算法被设置以在电池30的充电和放电期间控制开关42，使得电池单体36上的电荷要么由电阻器40耗散要么不耗散，以使每个单体36上的电荷大致相同。这与其它单体36相比，将防止单体36中的一些过充电或过放电。
本发明提出使用被设置用于如上所述的单体电压平衡的已经存在的电阻器40，以在碰撞或车辆受损事件之后将电池单体36的电荷充电耗散至期望的水平。如所提及的，包括电阻器40的平衡电路38可能已经是电池30的现有部分。可替代地，可将电阻器40添加到电池30用于此处所讨论的目的。
ECU 18可利用逻辑和适当的算法以取决于事件的严重程度来通过电阻器40提供对单体36的放电水平的改变。例如，在如可能由车辆速度的变化率或其它碰撞相关的参数确定的高严重程度碰撞中，电池30可被放电到约零伏，因为可能电池30将因碰撞而受损并且在之后将不能被使用。
对于欠严重程度的冲撞或碰撞事件，电池30可被放电到低于在电池30的正常运行电荷状态的0%电荷状态，因为可能电池30将不因事件而受损并且可仍能够被使用。例如，电池单体36在以上给定的示例中可被放电到稍微小于3伏的水平，其中电池30在服务位置将必须被充电以能够被再次使用。
在碰撞是轻微的并且电池放电可能仅仅是预先警告的第三选项中， ECU 18可导致电池30中的电池单体36被放电到单体运行范围的下端，其在用于特定系统的非限制性实例中可能是约3.3伏。
其它参数可被用来确定单体电压放电的水平。例如，电池30的12伏功率的损耗当与碰撞严重程度信息组合时，可被用来确定适当的电压放电水平以使电池单体36放电。此外，如果在将来电池电荷状态健康衡量标准是可用的，则该参数还可被用来确定电池30的适当的放电量。另外，单体温度可以是可被用来确定在车辆10可能在火灾中的情况下单体放电的水平的参数。
额外的潜在应用是执行如下功能：在从电池30移除12伏功率之后，开始电池单体36的放电。在这种情况下，为了防止电池受损和顾客不满，放电水平将需要不超过电池30的正常电压运行范围的下端。这将允许电池30被重新安装或重新连接到车辆10，而不会不利地影响性能。然而，确保在长期储存中的电池例如具有较低的电荷状态将是必需的。
图3是示出用于响应于车辆碰撞或其它车辆受损事件，取决于严重程度使电池单体36耗散到某一电荷状态水平的操作的流程图50。在框52处，该算法通过任何适当的碰撞传感器或碰撞传感器的组合来检测碰撞或相撞事件以确定碰撞或相撞事件已经发生。传感器或其它装置还确定碰撞事件的严重水平并且基于严重程度选择单体电压耗散水平。如上所讨论的，这些耗散水平可以是：最小单体运行电压，其中电池30仍旧是运行的；0%电荷状态水平，其中单体电压恰低于单体36的运行范围，但是其中单体可以被再充电；以及0伏特水平，其中单体将受损并且不能够被再使用。其它耗散水平可以对其它应用是期望的。碰撞传感器可包括在车辆10上的安全气囊展开传感器、加速计等。
在事件的检测之后，该算法在框54处执行正常电池隔离过程，诸如打开BDU。此外，在框56处，该算法还关闭所有的开关42以通过电阻器40对电池单体36放电。在框58处，该算法监测电池30中的各个单体36中的每一个的电压水平，使得如果特定单体36的电压大于基于该事件的预定的电压耗散水平，则在框56处该算法将开关42维持在关闭位置中。一旦特定单体36在框60处达到预定的电压耗散水平，该算法在框62处为该特定单体36打开开关42。因此，即使单体36在任何时间点处将被稍微平衡，本发明仍允许通过针对每个单体36使用独立的电阻器40使不平衡的单体独立地放电。
如本领域的技术人员将很好地理解的，此处所讨论的用以描述本发明的若干和各个步骤和过程可以指由计算机、处理器或使用电现象操作和/或变换数据的其它电子计算装置执行的操作。那些计算机和电子装置可以利用各种易失性和/或非易失性内存，包括带有在其上存储的可执行程序的非暂态计算机可读介质，所述可执行程序包括能够由计算机或处理器执行的各种代码或可执行指令，其中内存和/或计算机可读介质可包括所有形式和类型的内存以及其它计算机可读介质。
上面的讨论仅公开并描述了本发明的示例性实施例。根据这样的讨论以及根据附图和权利要求，本领域的技术人员将容易地意识到，在不脱离如所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围的情况下，能够在其中作出各种改变、修改和变型。

Claims (10)

1.一种用于使车辆上的电池放电的方法，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述方法包括：
确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中；以及
如果车辆受损事件被检测到，则通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电，以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个电池单体放电包括：监测每个电池单体的电压，并且当每个电池单体达到所述预定的单体电荷状态水平时，独立地停止对每个电池单体的放电。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括：确定所述车辆受损事件的严重程度，其中对每个电池单体放电包括：取决于所述车辆受损事件的严重程度，将所述电池单体放电到不同的预定电压水平。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述电池单体放电包括：如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体保留电荷以操作所述车辆的低严重程度，则将所述电池单体放电到第一电荷状态水平，如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体可以被再充电的中等严重程度，则将所述电池单体放电到第二电荷状态水平，以及如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体受损并且无法被再充电的高严重程度，则将所述电池单体放电到第三电荷状态水平。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一电荷状态水平为约3.3伏，所述第二电荷状态水平为0%电荷状态，并且所述第三电荷状态水平为0伏。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个电池单体放电包括：通过独立的电阻器对每个电池单体放电。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，用于每个单体的电阻器是单体平衡电路的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆受损事件包括碰撞事件或高温事件。
9.一种用于使车辆上的电池放电的方法，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述方法包括：
确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中；
如果所述车辆已经陷入所述车辆受损事件，则确定所述碰撞事件的严重程度；以及
如果碰撞车辆受损被检测到，则通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电到不同的电阻器，以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平，其中对所述电池单体放电包括：如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体保留电荷以操作所述车辆的低严重程度，则将所述电池单体放电到第一电荷状态水平，如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体可以被再充电的中等严重程度，则将所述电池单体放电到第二电荷状态水平，以及如果所述车辆受损事件被确定为所述电池单体受损并且无法被再充电的高严重程度，则将所述电池单体放电到第三电荷状态水平，以及其中对每个电池单体放电包括：监测所述每个电池单体的电压，并且当每个电池单体达到所述预定的单体电荷状态水平时，独立地停止对所述每个电池单体的放电。
10.一种用于使车辆上的电池放电的系统，所述电池包括多个电池单体，每个电池单体包括放电电路，所述系统包括：
用于确定所述车辆已经陷入车辆受损事件中的装置；以及
用于在车辆受损事件被检测到的情况下通过为每个单体接通所述放电电路来对每个电池单体放电以将所述单体放电到预定的单体电荷状态水平的装置。
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