CN103085678A - 车辆的电池管理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种车辆的电池管理系统和方法。更具体地，该电池管理系统包括：交流发电机，将由车辆的驱动转矩产生的电力供应给车辆的电池和电子设备；电池，将由交流发电机充入的电能供应给电子设备；电池观测器，监测电池的状态；车辆信息采集部，根据车辆的行驶状态采集车辆状态信息；以及控制部，在电池的电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率中的至少一个条件满足预定的电池更新条件时，通过起动电池更新操作来执行电池的充电恢复。

Description

车辆的电池管理系统和方法
技术领域
本发明涉及一种车辆电池管理系统及其方法。
背景技术
通常，车辆包括为车内的电子设备提供电能的电池，以及交流发电机，其产生电能以将产生的电能提供给电池和电子设备。由于对能量效率和环境影响的持续增长的关注，因此利用高压电池作为电源的环境友好型车辆、例如混合动力车(HEV)以及电动车(EV)变得更受欢迎，替代传统的内燃机车辆。
然而，这些高压电池必须在预定范围内被频繁的充电和放电，电池的使用寿命由于深度循环(大量放电)而缩短。而且，电池的充电/放电容量由于电池的记忆效应而衰退。
图1是示出根据常规电池的充电/放电特性的使用寿命影响的曲线图。
参考图1，情形#1示出由于电池未被充电而在很短一段时间(t)之后失效的情形。这种情形还可发生在电池的充电/放电平衡被不正常设置，或者由持久性衰退导致的正常情况下的寿命缩短时，然而，上述情形可被认为是电池由于简单放电而失效。
情形#2示出通过在预定区域内控制电池的充电状态(SOC)来降低电池容量的情形。也就是说，电池的充电/放电平衡是充分的，但是由于其中不充分的充电效率而使电池没有被完全充满。因此，当这些情形被重复执行时，电池的充电容量通常随时间(t)而降低。
在背景部分公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因而其可能包括本国本领域技术人员已经熟知的但不构成现有技术的信息。
发明内容
本发明作出努力以提供一种车辆电池管理系统和方法，通过根据电池的状态周期性地执行电池充电恢复，具有防止电池容量降低并增强其耐久力的优点。
根据本发明一个示例性实施方式的车辆电池管理系统，可以包括：交流发电机，将由车辆的驱动转矩产生的电力供应给车辆的电池和电子设备；电池，将由交流发电机充入的电能供应给电子设备；电池观测器，监测电池的状态；车辆信息采集部，基于车辆正在如何行驶采集车辆状态信息；以及控制部，在电池的电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率中的至少一个条件满足预定的电池更新条件时，通过起动电池更新操作来执行电池的充电恢复。
该车辆电池管理系统还可以包括存储部，例如存储器或存储装置，其存储预定的阈值条件以及该车辆和电池的状态信息，以确定电池是否满足更新条件。
电池观测器可以包括累积电流测量模块和低SOC计数器模块中的至少一个。累积电流测量模块，其累积电池的充电电流和放电电流的值，以计算充电电流和放电电流的电流累积值；低SOC计数器模块，其监测电池的SOC(充电状态)，并且对电池的充电状态进入预定的低充电状态(低SOC)的频率进行计数。
车辆信息采集部可以根据车辆的运行来采集车速和发动机每分钟转数(RPM)，并且可以对车辆的起动频率进行计数。
当电池恢复充电状态时，控制部可解除控制指令。在此情形下由交流发电机产生的电力全部用于电池充电恢复。在此情形下，控制部可以执行充电恢复，直到电池的充电状态超过预定的恢复阈值。
在本发明的一些实施方式中，控制部可以在交流发电机产生的电量、电池电压以及电池电流值满足预定的条件时，控制部执行电池的充电恢复持续预定时间。
当电池的充电恢复已经完成时，控制部可以解除电池更新操作，并且随后重置电池电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率。
根据本发明的一个实施方式，一种车辆电池管理方法由包括车辆的交流发电机、电池以及管理电池充电状态的控制部的系统执行，该方法包括：a)通过控制器采集车辆的状态信息以及电池状态，b)通过控制器确定电池的电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率中的至少一个条件是否满足预定的电池更新条件，以及c)当确定结果满足电池更新条件时，控制部通过起动电池更新操作执行电池的充电恢复。
在本发明的一些实施方式中，确定是否满足至少一个条件的步骤包括：b-1)当电池的充电和放电电流的电流累积值超过预定值时，确定满足更新条件，b-2)在进入电池的最低SOC的频率超过预定阈值的情况下，确定满足更新操作条件，以及b-3)当车辆起动频率超过预定阈值的情况下，确定满足更新操作条件。
执行电池的充电恢复包括当车速和发动机RPM满足交流发电机可以产生电力的预定条件时，解除发电控制且起动电池更新。
步骤c)还可以包括运行充电恢复直到电池的充电状态超过预定恢复阈值，或者在交流发电机的产生量、电池电压以及电池电流值满足预定条件的情况下，执行电池的充电恢复持续预定时间。
在步骤c)之后，对电池更新执行结果未超过恢复阈值的频率进行计数以存储，并且当存储的频率超过预定值时，上述方法可产生电池性能劣化。
在步骤c)之后，当电池的充电恢复完成时，电池的更新可以被解除并且对电池的电流累计值、低SOC进入频率以及车辆起动频率进行重置。
根据本发明的一个实施方式，当电池和车辆的状态信息满足更新电池所需的预定条件时，电池可以有利地被重置并完全地被充电以维持电池的充电和放电平衡并增加耐久寿命。此外，电池更新结果被整理为数据，以便监控电池耐久性的劣化情况和电池的替换时间。
此外，当将本发明应用于利用高压电池作为驱动能源的混合动力车(HEV)和电动车(EV)时，可以防止电池容量的降低并并改善电池的耐久性，从而增大燃油消耗率并改善车辆的品质。
附图说明
图1是示出根据常规电池和本发明实施方式中应用的电池充电/放电特性的使用寿命影响的曲线图；
图2是示出根据本发明一个示例性实施方式的车辆电池管理系统的结构的方框图；
图3是示出根据本发明一个示例性实施方式的电池管理系统的电池管理方法的流程图；
图4是示出根据本发明一个示例性实施方式的电池充电恢复方法的流程图。
应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种优选特征的简化表示。
在附图中，在全部的几张图中，附图标记始终指代本发明的相同或等同部件。
<附图标记说明>
100：电池管理系统
110：电池
120：电池观测器
121：累积电流测量模块
122：低充电计数器模块
130：交流发电机
140：产生量观测器
150：车辆信息采集部
160：存储部
170：控制部
具体实施方式
在下面的详细描述中，仅示出和描述了本发明的特定示例性实施方式，仅用于说明。本领域技术人员可以知道，所描述的实施方式可以以多种不同方式修改，均不偏离本发明的精神或范围。因此，附图和说明书实质上应被看作是说明而非限制。在说明书中相同的附图标记指代相同的部件。
此外，在整个说明书中，除非明确地描述为相反的，否则词语“包括”和变形例如“包含”或“含有”将被理解为暗指包括所述部件但并不排除其它任何部件。此外，说明书中的术语“-器”、“-物”和“模块”表示用于处理至少一个功能或操作的单元，并且可以由硬件或软件及其组合来执行。
可以理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
在下文，将参考附图详细描述车辆电池管理系统及其方法。
图2是示出根据本发明一个示例性实施方式的车辆电池管理系统的结构的方框图。
参考图2，根据本发明的一个示例性实施方式的电池管理系统100包括电池110、电池观测器120、交流发电机130、产生量观测器140、车辆信息采集部150、存储部160、以及控制部170。
电池110接收由交流发电机130产生的电能以将电能存储于其内，然后存储的电能可被供应给车辆的电气装置。
电池观测器120可以被配置为检测电池状态信息，例如电池电压、充电电流以及电池温度，并且可以包括累积电流测量模块121和低充电计数器模块122。累积电流测量模块121累积电池110的充电电流和放电电流的值，并结合这两个值来计算电池110的充电和放电电流的累积值。
低充电计数器模块122检测电池110的充电状态(SOC)，并且对电池110进入预定的低充电状态(低SOC)的频率(次数)进行计数。在此，术语“低SOC”表示电池110的充电率(％)低于预定阈值。
交流发电机130通过车辆的驱动转矩产生电能并将产生的电能供应给电池110和车辆的电气装置。
产生量观测器140检查/监测从交流发电机130输出的电压并且检测所产生的电力量。
车辆信息采集部150在车辆运行期间通过相关传感器采集车速和发动机RPM。同时，对车辆起动的频率进行计数并将累积频率存储在例如存储器、硬盘或其它存储装置的存储部160中以便进行管理。
存储部160存储用于控制电池管理系统100的所有信息，并存储程序以及在控制过程中产生的信息，特别地存储用于起动电池110更新的所有预定阈值以及所收集的车辆和电池的状态信息。
控制部170控制用于管理车辆电池的所有部分。控制部170接收来自于电池观测器120的电池电流累积值和低SOC进入频率，并且从车辆信息采集部150接收车辆起动频率。
控制部170确定电池电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率是否满足电池更新条件。在此，用于电池电流累积值(Ah)、低SOC进入频率以及车辆起动频率各自的更新条件可以是适于由重复的试验和测试来计算/选择的结果的阈值。
当确定结果满足至少一个电池更新条件时，控制部170执行电池充电恢复，直到电池完全充满，以防止电池容量降低并提高耐久性。
同时，将参考图3和图4描述根据本发明一个示例性实施方式，通过更新控制方法来确保电池管理系统100的耐久性的电池管理方法。
此外，本发明上述示例性实施方式的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非短暂计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括，但不局限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、闪存盘、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络中，以使计算机可读介质可以以分布式方式，例如，通过电信息通信服务器或控制器区域网(CAN)，被存储和执行。
图3是示出根据本发明一个示例性实施方式的电池管理系统的电池管理方法的流程图。参考图3，根据本发明一个示例性实施方式的车辆电池管理系统100，在车辆起动的步骤S110中，起动发电控制以将电能提供给车辆的电气装置。
在步骤S120中，电池管理系统100采集车辆和电池的状态信息，并将所采集的信息与电池更新进入条件进行比较，并且确定电池是否被更新。
首先，在步骤S121中，当被充电和放电的电池电流累计值超过预定阈值时，电池管理系统100确定满足了更新条件。这是因为电池110被充电和放电的电流累计值越大，则电池耐久性越短。
此外，在步骤S122中，当电池的充电状态(SOC)进入预定的低SOC值的频率超过预定阈值时，电池管理系统100确定满足更新条件。这是因为电池110的低SOC进入频率越大，则电池的健康状态(SOH)变得越差。
此外，在步骤S123中，当车辆起动频率超过预定阈值时，电池管理系统100确定满足更新条件。这是因为由于电池110的高电流放电，使电池的耐久性随时间而下降。
同时，当采集的电池电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率处于预定阈值内时，电池管理系统100确定车辆和电池处于正常状态，并随后继续监测电池状态是否满足更新条件(步骤S121、S122、S123；否)。
在步骤S130中，当车辆速度和发动机RPM满足预定条件时可以产生电力，在步骤S140中，电池管理系统100解除发电控制并且起动电池更新操作。
在此，解除发电控制包括将供应至车辆中电气装置的非必要电力中断或最小化，并且限制电池对非必要电气装置提供电力。因此，在电池充电恢复中由交流发电机130产生的电力更准确地集中。
在步骤S150中，电池管理系统100执行电池充电恢复，直到交流发电机的产生量、电池电压以及电池电流值满足预定的条件为止。例如，电池的充电恢复意味着电池的充电状态(SOC)大于95％，并且可以执行一预定时间。
在步骤S160中，当电池充电恢复完成时，电池管理系统100解除电池更新操作并重置用于确定电池满足更新进入条件所需的信息，并且该信息被各自的检测部分记录。
也就是说，包括电池电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率的车辆和电池的状态信息被重置并且发电控制被起动。
同时，将参考图4，参照根据步骤S150中的电池更新起动来详细描述电池充电恢复方法。
图4是示出根据本发明一个示例性实施方式的电池充电恢复方法的流程图。参考图4，根据本发明一个示例性实施方式的电池管理系统100将交流发电机130产生的电力供应给电池110以执行电池充电恢复。
在步骤S151中，当电池的SOC超过恢复阈值(例如，SOC＞95％)时，电池管理系统100确定电池被完全充电，在步骤S152中，当更新持续时间超过预定时间(例如，两小时)时，电池管理系统100解除电池充电恢复。
同样，在交流发电机130的产生量、电池电压以及电池充电电流值分别满足预定条件(S153、S154、S155)的情况下，当更新持续时间超过预定值(例如，两小时)时，在步骤S160中，电池管理系统100解除电池充电恢复(S156)并且重置用于确定电池是否已经进入电池更新状态的信息，虽然电池的充电条件不满足恢复条件(也就是，电池没有被完全充满)(S151；否)。
在此，当电池110通过电池充电恢复操作被完全充电，例如高于95％(SOC)时，步骤S151和S152用于解除更新操作，并且步骤S143至S145用于在预定时间之后解除更新操作，尽管电池110没有被完全充电且处于例如低于95％(SOC)的状态。
这样，在根据电池的充电和放电的电流积累量、低SOC进入频率以及使用大量电流的车辆起动频率的条件满足用于更新电池的预定条件的状态下，根据本发明一个示例性实施方式的电池管理系统100对电池进行重置并完全充电，以保持充电和放电平衡，并提高耐久寿命。
此外，在本发明应用于利用高压电池作为动力源的混合动力车(HEV)和电动车(EV)的情况下，可以防止电池容量的减小并且提高电池的耐久性，因此增大燃油消耗率并提高车辆的品质。
至此，已经描述本发明的示例性实施方式，然而本发明并不被限制于该示例性实施方式中，并且本发明还可用于诊断电池的更换时间。
例如，在执行完图4所示的本发明示例性实施方式中的步骤S153至S155之后，对电池没有被完全充电的情形的数量进行计数并记录。并且，当所计数的作为更新结果而没有被完全充电的电池频率超过预定值时，产生电池性能劣化的结果。因此，将电池更新结果整理成数据，因此具有可以通过车辆显示器显示电池耐久性劣化情况或电池更换时间的优点。
有利地，如图1中可见，情形#3示出电池被周期性地完全充满并且充电/放电平衡以及充电效率被适当地管理以防止电池容量降低的情况。
虽然已经参照当前被认为是实际的实施方式描述了本发明，然而可以理解的是，本发明并不局限于所公开的实施方式，而是相反地，本发明意欲覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的多种变形和等价布置。

Claims (15)

1.一种车辆电池管理系统，包括：
交流发电机，被配置为将由车辆的驱动转矩产生的电力供应给所述车辆的电池和电子设备；
电池，被配置为将由所述交流发电机充入的电能供应给所述电子设备；
电池观测器，被配置为监测所述电池的状态；
车辆信息采集部，被配置为基于所述车辆的行驶状态采集车辆状态信息；以及
控制部，被配置为在所述电池的电流累积值、低SOC进入频率以及车辆起动频率中的至少一个条件满足预定的电池更新条件时，通过起动电池更新操作来执行所述电池的充电恢复。
2.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，还包括存储部，所述存储部被配置为存储预定的阈值条件以及所述车辆和所述电池的状态信息，以确定所述电池是否满足更新条件。
3.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其中所述电池观测器至少包括下列模块之一：
累积电流测量模块，被配置为累积所述电池的充电电流和放电电流的值，以计算所述充电电流和所述放电电流的电流累积值；以及
低SOC计数器模块，被配置为监测所述电池的SOC(充电状态)，并且对所述电池的充电状态进入预定的低充电状态(低SOC)的频率进行计数。
4.如权利要求3所述的车辆电池管理系统，其中所述车辆信息采集部根据所述车辆的运行来采集车速和发动机每分钟转数(RPM)，并且对所述车辆的起动频率进行计数。
5.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其中当所述电池进入充电状态时，所述控制部解除发电控制，并且由所述交流发电机产生的电力全部用于所述电池的充电恢复。
6.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其中所述控制部执行充电恢复，直到所述电池的充电状态超过预定的恢复阈值。
7.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其中当由所述交流发电机产生的电量、电池电压、以及电池电流值满足预定条件时，所述控制部执行所述电池的充电恢复持续预定时间。
8.如权利要求1所述的车辆电池管理系统，其中当所述电池的充电恢复完成时，所述控制部解除所述电池更新操作，并且随后重置电池电流累积值、低SOC进入频率、以及车辆起动频率。
9.一种车辆电池管理方法，所述方法由包括车辆的交流发电机、电池、以及管理电池充电状态的控制部的系统来执行，所述方法包括：
a)通过控制器采集车辆的状态信息以及电池的状态；
b)通过所述控制器确定是否所述电池的电流累积值、低SOC进入频率、以及车辆起动频率中的至少一个条件满足预定的电池更新条件；以及
c)当确定结果满足所述电池更新条件时，所述控制器通过起动电池更新操作来执行所述电池的充电恢复。
10.如权利要求9所述的车辆电池管理方法，其中所述步骤b)包括：
b-1)当所述电池的充电和放电电流的电流累积值超过预定值时，确定满足所述更新条件；
b-2)在进入所述电池的最低SOC的频率超过预定阈值的情况下，确定满足所述更新操作条件；以及
b-3)在所述车辆的起动频率超过预定阈值的情况下，确定满足所述更新操作条件。
11.如权利要求9所述的车辆电池管理方法，其中所述步骤c)包括：
当车速和发动机RPM满足所述交流发电机能够产生电力的预定条件时，解除发电控制并起动所述电池更新。
12.如权利要求9所述的车辆电池管理方法，其中所述步骤c)包括：
运行所述充电恢复直到所述电池的充电状态超过预定恢复阈值，或者
在由所述交流发电机产生的电量、电池电压、以及电池电流值满足预定条件的情况下，执行所述电池的充电恢复持续预定时间。
13.如权利要求12所述的车辆电池管理方法，其中在所述步骤c)后，对所述电池的更新执行结果未超过恢复阈值的频率进行计数以存储，并且当所存储的频率超过预定值时，产生电池性能劣化结果。
14.如权利要求9所述的车辆电池管理方法，其中在所述步骤c)之后，当所述电池的充电恢复完成时，解除所述电池的更新，并对所述电池的电流累计值、低SOC进入频率、以及车辆起动频率进行重置。
15.一种非短暂计算机可读媒体，包含由处理器或控制器执行的程序指令，所述计算机可读媒体包括：
采集车辆的状态信息和电池的状态的程序指令；
确定所述电池的电流累积值、低SOC进入频率、以及车辆起动频率中的至少一个条件满足预定的电池更新条件的程序指令；以及
在确定结果满足所述电池更新条件时通过起动电池更新操作来执行所述电池的充电恢复的程序指令。
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