CN103928723B - 电池区段平衡方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池区段平衡方法及系统。用于平衡多区段电池中的电池充电状态的方法及系统。在一些实施例中，可确定多区段电池的一个或多个区段的健康状态和充电状态。可确定电池区段的充电状态与健康状态之间的关系。该信息可用于应用平衡算法来在各种电池区段之间再分配能量，以便减少由于变化的健康状态引起的充电状态之间的散布。

Description

电池区段平衡方法及系统
技术领域
本公开内容涉及用于平衡电池的电池区段中的一个或多个参数的方法及系统。例如，在一些实施例中，本公开内容涉及用于平衡具有不同电池健康状态的电池区段之间的电池充电状态的方法及系统。
背景技术
乘用车辆通常包括用于操作车辆的电气系统和传动系统的特征的电池。例如，车辆通常包括12V铅酸车用电池，其构造成向车辆起动机系统(例如，起动机马达)、照明系统和/或点火系统提供电能。在电动车辆、燃料电池("FC")车辆和/或混合动力车辆中，高压("HV")电池系统可用于向车辆的电传动系构件(例如，电传动马达等)供能。
在某些设计中，包括在车辆中的电池系统可包括一个或多个区段。例如，车辆电池系统可包括电池组，电池组包括电池单元的一个或多个区段，如，用于电动车辆的许多当前的电池系统，包括用于延长行程的电动车辆(EREV)的可再充电的储能系统(RESS)。电池区段可被替换和/或加入电池组中，导致新的电池区段与现有的电池区段之间的容量、充电状态、放电速率、阻抗和/或电压的差异。电池放电可在具有最低容量的区段耗尽时终止，而不管其它电池区段是否具有用于维持放电的足够容量。此行为可导致电池系统的低效、退化和/或永久性破坏。
通常使用的区段在没有区段平衡策略的情况下不会被替换。此策略对于处理储能化学作用特别重要，储能化学作用必须出于安全原因保持特定的电压极限，如，锂离子电池。结合区段替换的当前单元平衡方法可引起可再电的充储电系统的不必要的重负。然而，现有的区段平衡方法趋于允许区段之间由于变化的区段健康状态引起的过多散布（spread）。然而，许多此类方法并未操作成遍及系统的充电/放电循环使充电状态散布最小化。作为替代，现有的区段平衡方法趋于基于接通下的充电状态散布来平衡。
因此，本发明人确定了提供用于平衡电池区段的方法及系统将是期望的，其克服了现有技术的前述局限性和/或其它局限性中的一者或多者。
发明内容
本文公开的方法及系统用于基于其相应的健康状态来平衡多区段电池的各种区段的充电状态。在一些实施例中，可修改的算法可提供成维护具有不同健康状态的各种区段以用于电池再供给，同时提供最少量的充电状态变化。一些此类方法可构造成遍及电池的充电/放电循环使充电状态散布最小化。例如，在一些实施例中，算法可使用电池区段的健康状态和充电状态信息来确定最佳充电状态变化曲线。一些实施例可使用区段平衡计时器，以实现在循环期间任何给定时间点处的最佳充电状态变化曲线。该相同的算法可用于允许具有不同的容量和/或电阻的较新的模块得到配对和与较老的模块一起使用。
使用现有的输入和平衡硬件，平衡算法可用于基于可为充电状态曲线上任一点的开始充电状态来预计期望的充电状态。一些实施例可试图在区段的相应充电状态分别在充电状态循环的上端与充电状态循环的下端之间的中间点处的点处实现区段之间的充电状态平衡。例如，在一些实施例中，算法可构造成使得各个区段的充电状态在大约50%的充电状态处平衡(即，各个区段至少大致处于相同的充电状态)。通过将充电状态平衡在此中间点处，电池区段之间的充电状态散布可在整个循环中最小化，且具体而言，可在大多数使用的充电状态操作点处最小化(具体是与基于接通下的充电状态散布来平衡的算法相比)。
在用于平衡多区段电池中的电池充电状态的方法的一种实施方式中，该方法可包括确定多区段电池的第一区段的健康状态，以及确定多区段电池的第二区段的健康状态。该方法还可包括确定第一区段的健康状态与第二区段的健康状态之间的差异与第一时间周期之后的第一区段的充电状态与第二区段的充电状态之间的差异之间的关系。
第一区段的当前充电状态与第二区段的当前充电状态可连同第一区段的健康状态与第二区段的健康状态之间的差异与第一区段的充电状态与第二区段的充电状态之间的差异之间的关系使用，以在第一区段与第二区段之间再分配能量，以便在多区段电池的使用期间减少第一区段的充电状态与第二区段的充电状态之间的散布。
在用于平衡车辆的多区段电池中的电池充电状态的系统的一些实施例中，系统可包括：包括多个电池区段的车辆电池系统，以及联接到多个电池区段上且构造成在多个电池区段之间再分配能量的电池平衡系统。平衡系统可构造成评定多个电池区段的至少一个子集的健康状态，以及多个电池区段的至少一个子集的当前充电状态。
平衡系统可进一步构造成使用健康状态和当前充电状态来应用平衡算法。平衡算法可构造成建立平衡点，在该平衡点处，多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态至少大致相等，并且构造成围绕平衡点平衡多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态，使得多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态在平衡点周围变化。
平衡点可处于电池区段的充电循环的上端与充电循环的下端之间的相关中间点处。例如，在一些实施例中，平衡点可处于大约40%和大约60%之间的充电状态处。在一些此类实施例中，平衡点可处于大约50%的充电状态处。
本发明还提供如下技术方案：
1. 一种用于平衡多区段电池中的电池充电状态的方法，所述方法包括以下步骤：
确定多区段电池的第一区段的健康状态；
确定多区段电池的第二区段的健康状态；
确定所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在第一时间周期之后的所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系；
接收所述第一区段的当前充电状态；
接收所述第二区段的当前充电状态；以及
使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来在所述第一区段和所述第二区段之间再分配能量，以便减少在使用所述多区段电池期间所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的散布。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的所述第一区段的健康状态的步骤包括：
接收第一时间处的所述第一区段的充电状态；
接收第二时间处的所述第一区段的充电状态；以及
将所述第一时间与所述第二时间之间的所述第一区段的充电状态的减少与基准减少数值相比较。
3. 根据方案2所述的方法，其特征在于，所述基准减少数值包括估计的与具有最大健康状态的区段相关联的充电状态的减少。
4. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的第一区段的健康状态的步骤包括测量与所述第一区段相关联的阻抗、容量、充电接受性、放电能力、使用时间和年限中的至少一者。
5. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的第一区段的健康状态的步骤包括将加权数值分配给所述第一区段的健康状态，以及其中百分比分配成使得所述多区段电池的新区段被分配为1的加权数值，且随后的加权数值分配为1的分数或百分数。
6. 根据方案1所述的方法，其特征在于，使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来再分配能量的步骤包括：
建立平衡点，在所述平衡点处，所述第一区段和所述第二区段的充电状态至少大致相等；以及
应用区段平衡算法，以用于围绕所述平衡点来平衡所述第一区段和所述第二区段的充电状态，使得所述第一区段和所述第二区段的充电状态沿第一方向在充电状态下大于所述平衡点下而改变，且沿与所述第一方向相反的第二方向在所述充电状态下小于所述平衡点下而改变。
7. 根据方案6所述的方法，其特征在于，所述平衡点处于大约40%和大约60%之间的充电状态。
8. 根据方案7所述的方法，其特征在于，所述平衡点处于大约50%的充电状态。
9. 根据方案6所述的方法，其特征在于，所述电池包括车辆电池。
10. 根据方案6所述的方法，其特征在于，使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来再分配能量的步骤还包括将计时器应用于所述第一区段和所述第二区段。
11. 根据方案9所述的方法，其特征在于，所述电池包括再充电的储电系统。
12. 根据方案9所述的方法，其特征在于，所述区段平衡算法在车辆接通下自动地应用。
13. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在第一时间周期之后所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系的步骤包括：估计所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在所述第一时间周期之后所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系。
14. 一种用于平衡车辆的多区段电池中的电池充电状态的车辆系统，包括：
包括多个电池区段的车辆电池系统；以及
联接到所述多个电池区段上且构造成在所述多个电池区段之间再分配能量的电池平衡系统，
其中所述平衡系统构造成评定所述多个电池区段的至少一个子集的健康状态和所述多个电池区段的至少一个子集的当前充电状态，
其中所述平衡系统构造成使用所述健康状态和所述当前充电状态来应用平衡算法，以及
其中所述平衡算法构造成建立平衡点，在所述平衡点处，所述多个电池区段的至少一个子集的充电状态至少大致相等，并且构造成围绕所述平衡点平衡所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态，使得所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态围绕所述平衡点变化。
15. 根据方案14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统构造成确定所述多个电池区段中的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段中的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系。
16. 根据方案15所述的系统，其特征在于，确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系包括：估计所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系。
17. 根据方案14所述的系统，其特征在于，所述平衡算法构造成围绕所述平衡点来平衡所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态，使得所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的散布随所述多个电池区段中的所述至少一个子集的相应充电状态增大到高于所述平衡点而增大。
18. 根据方案14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统包括与所述车辆电池系统通信联接的电池控制电子装置，其中所述电池控制电子装置构造成实施所述平衡算法。
19. 根据方案14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统包括多个传感器，以便获得用于确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态和确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态中的至少一者的数据。
20. 一种车辆，包括：
包括多个电池区段的车辆电池系统；
联接到所述多个电池区段上的多个传感器，其中所述传感器构造成获得用于确定所述多个电池区段的健康状态和充电状态的数据；以及
联接到所述多个电池区段上且构造成在所述多个电池区段之间再分配能量的电池平衡系统，
其中所述平衡系统构造成从所述传感器接收关于所述多个电池区段的健康状态和所述多个电池区段的充电状态的数据，且将平衡算法应用于所述多个电池区段以根据所述平衡算法来在所述多个电池区段之间再分配能量，以及
其中所述平衡算法构造成建立平衡点，在所述平衡点处，所述多个电池区段的充电状态至少大致相等，并且构造成围绕所述平衡点平衡所述多个电池区段的充电状态，使得所述多个电池区段的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态围绕所述平衡点变化。
附图说明
描述了本公开内容的非限制性和非详尽的实施例，包括参照附图的本公开内容的各种实施例，在附图中：
图1示出了具有不同健康状态的三个电池区段之间的充电状态散布的图表。
图2示出了图1中提到的三个电池区段的健康状态与充电状态之间的关系的图表。
图3示出了使用80%的平衡点的具有不同健康状态的三个电池区段的充电状态散布的图表。
图4示出了使用50%的平衡点的具有不同健康状态的三个电池区段的充电状态散布的图表。
图5示出了根据本文公开的一个实施例的在使用平衡算法的操作周期期间具有不同健康状态的三个电池区段的充电状态的图表。
图6示出了用于平衡多区段车辆电池的电池充电状态的方法的一个实施方式的流程图。
图7示出用于平衡多区段车辆电池中的电池充电状态的系统的实例。
具体实施方式
下文提供的按照本公开内容的各种实施例的系统和方法的详细描述。尽管描述了若干实施例，但应当理解的是，本公开内容不限于任何公开的特定实施例，而是改为涵盖各种备选方案、改型和等同方案。此外，尽管在以下描述中阐述了许多具体细节，以便提供本文公开的实施例的彻底理解，但一些实施例可在没有一些或所有这些细节的情况下实施。此外，出于清楚的目的，相关技术中已知的某些技术材料并未被详细描述，以免不必要地使本公开内容模糊。
本公开内容的实施例通过参照附图来最好地理解，附图中相似的部分可由相似的数字表示。将容易理解的是，如本文的附图中大体上描述和示出的公开的实施例的构件可以以多种不同的构造布置和设计。因此，本公开内容的系统和方法的实施例的以下详细描述并非旨在限制如提出的本公开内容的范围，而是仅代表本公开内容的可能的实施例。此外，方法的步骤不必需要以特定顺序来执行，或甚至相继地执行，步骤也不需执行一次，除非另外指出。
本文公开的系统和设备的实施例可用于根据其相应的健康状态来平衡多区段电池系统的各种区段的充电状态。本文公开的一些实施例可具体用于延长行程的电动车辆(EREV)内的可再充电的储能系统(RESS)。现在将参照附图来更详细地描述更具体的实施例和实施方式。
图1为绘出三个完整循环的图表，区段具有变化的健康状态。以秒为单位的时间沿100处的"X"轴线绘出，且百分比充电状态沿102处的"Y"轴线绘出。如图表中所示，各个电池区段在循环中均具有85%的初始充电状态。曲线110绘出了具有95%的健康状态的电池区段。曲线112绘出了具有80%的健康状态的电池区段。并且，曲线114绘出了具有70%的健康状态的电池区段。如可从图表中所见那样，即使在特定的充电状态下平衡，充电状态在循环内也自然地散布。如还可看到的那样，充电状态散布似乎与电池区段的健康状态相关。换言之，具有较低充电状态的区段趋于放电更快。
如果我们绘出图1中的图表中提到的三个电池区段的一定时间内的健康状态散布和充电状态散布之间的关系，则我们发现在放电之后的充电状态散布大致等于健康状态散布的2/3。该关系在图2的图表中绘出。图2的图表绘出了在沿200处的"X"轴线的健康状态变化，且绘出了图1中提到的三个电池区段沿202处的"Y"轴线的充电状态的变化。
数据点在图2的图表中的210、212、214、216和218处绘出。线性回归技术可用于从这些数据点形成直线220。对于这些特定的数据点，我们发现线的斜率为大约2/3，且相关系数的平方("R2")为大约0.951，这意味着数据较强地呈现出线性关系。
使用关于充电循环期间的区段充电状态与健康状态之间的关系的这些数据，可产生平衡算法，平衡算法可在任何充电状态下运算。此外，此类算法可使用平衡点来产生，以便最小化循环期间任何一点处的充电状态散布。在一些实施例中，平衡点可选择为处于充电循环期间的上充电状态(如图1中所示，如90%)与充电循环期间的下充电状态(如图1中所示，如20%)之间的相关中间点处。因此，在一些实施例中，该平衡点可选择为以便在大约40%和大约60%之间。在一些此类实施例中，平衡点可选择为以便处于大约50%的充电状态下。通过以此方式选择平衡点，遍及充电循环的充电状态散布可相比于在上充电状态下的平衡被截半。因此，充电状态散布已经从健康状态散布的大约2/3减小至健康状态散布的大约1/3。
通过选择中间点平衡点的充电状态散布的这种减小通过比较图3和图4进一步示出。图3绘出图表，其示出了具有不同健康状态的三个电池区段的充电循环内的充电状态，其中平衡点在充电循环的上端(80%)处。图4绘出图表，其示出相同的三个电池区段的充电循环内的充电状态，但其中平衡点在充电循环的中间点(50%)处。放电量沿图3中的300处和图4中的400处的"X"轴线绘出，且充电状态沿图3中的302处和图4中的402处的"Y"轴线绘出。
图3中的线310绘出了具有相对高健康状态的电池区段的充电循环。线312绘出了具有中等健康状态的电池区段的充电循环。并且，线314绘出了具有相对低健康状态的电池区段的充电循环。同样，图4中的线410对应于高健康状态的电池区段，线412为中等健康状态的电池区段，且线414为低健康状态的区段。如通过将图3与图4比较可看到的那样，将平衡点设置在充电循环的中间点处或附近导致了整个循环内的充电状态散布的大的减小。
通过将平衡点置于循环中间点处或附近，上充电状态下的电池区段之间的充电状态散布可大致相等，且与下充电状态下的充电状态散布相反。此外，如图4中所示，充电状态散布可在上充电状态与下充电状态之间的中间点(被选择为平衡点)处或附近大致为零。
在一些实施例中，乘数可并入平衡算法中以将其考虑在内。例如，delta充电状态乘数可计算为：(当前充电状态-平衡点)/(从平衡点到上充电状态和/或下充电状态的delta充电状态)。因此，相对于图4的最小化的充电状态（SOC）散布图表中绘出的实施例，delta充电状态乘数将为(当前充电状态-50)/30。下表绘制了该特定实施例的充电循环期间的各种当前充电状态的delta充电状态乘数：
SOC Delta SOC 乘数
80 1
65 0.5
50 0
35 -0.5
20 -1
在使用此类乘数的实施例中，平衡算法可在任何充电状态下开始，而非限于仅在特定充电状态下运行，如，在上充电状态下。这还允许了不管驱动器的类型都发生平衡。此外，一些此类实施例可用于将不同类型和/或不同代的动力系统组合。例如，一些实施例可结合将来的动力系统(不仅是能量系统)使用。
在使用乘数的实施例中，该图可与可被测量或估计的所确定的充电状态散布组合成delta充电状态的等式。例如，在一些实施例中，平衡算法可将特定电池区段关于另一个电池区段的delta充电状态计算为如下：
Delta SOC=(Delta SOC 乘数)*(SOC散布关于SOH散布)*(Delta SOH)
对于上文论述的特定实施例，该等式变为：
Delta SOC=(SOC-50)/30*(1/3)*(Delta SOH)
然后，计时器策略或另一个能量再分配系统可实施为确定各个区段的适合的计时器状态，以便在各电池区段之间再分配能量，以便最小化整个充电循环内的电池区段之间的充电状态变化。在一些实施例中，计时器策略可包括泄放（bleed off）计时器策略。在一些实施例中，能量再分配系统可在接通下应用。因此，在使用计时器策略的实施例中，各个电池区段的计时器状态可在接通下确定和应用。在一些实施例中，这可不管接通下的电池系统的充电状态如何都发生。
根据这些原理的计时器算法的实例可按以下应用。"中间"充电状态(MidSOC)可计算为最大充电状态加上最小充电状态再除以二。同样，"中间"健康状态(MidSOH)可计算为最大健康状态加上最小健康状态再除以二。然后，具有当前充电状态(SOCx)和当前健康状态(SOHx)的电池区段"x"的计时器状态(Timerx)可以以以下算法应用：
如果(SOCx- MidSOC) > ((MidSOC - 50)/30) * (1/3) * (MidSOH - SOHx), 则Timerx = (SOCx – MidSOC - ((MidSOC - 50)/30) * (1/3) * (SOHx - MidSOH)) * 7200* SOHx; 否则Timerx=0。
该算法或使用本文阐明的原理的类似算法可应用于各个电池区段，以便提供改善的平衡策略，从而良好地减小各电池区段之间的充电状态散布。
图5的图表中示出了使用上文提到的计时器算法的操作循环的实例。以秒为单位的时间(乘以104)沿500处的"X"轴线示出。充电状态(作为百分比)沿502处的"Y"轴线示出。具有相对高的健康状态(即，95%)的电池区段的操作循环在510处示出。线512绘出了具有中等健康状态(即，80%)的电池区段的操作循环。并且，线514绘出了具有相对低健康状态(即，70%)的电池区段的操作循环。三个电池区段中的各个均示为在85%的充电状态下在循环内开始。
如图5中所示，在整个循环内，充电状态散布被减小化。一旦高充电状态下的散布等于低充电状态下的散布，则三个电池区段的充电状态散布平衡。然而，逻辑可构造成允许不论接通下的组的充电状态怎样都发生平衡。
图6示出了用于平衡具有不同电池健康状态的电池区段之间的电池充电状态的方法的实例。在步骤602处，包括多区段电池系统的车辆启动。在步骤604处，确定了健康状态/充电状态的关系。在一些实施方式中，步骤604可包括确定一个或多个电池区段的健康状态与一个或多个电池区段的健康状态之间的差异与一定时间周期之后所述一个或多个电池区段的充电状态与所述一个或多个区段的充电状态之间的差异之间的关系。例如，这可通过使用如上文参照图2所述的线性回归技术计算产生线的斜率来实现。
在步骤606处，可建立平衡点。在一些实施方式中，这可通过计算电池系统中的电池区段的充电状态的操作循环的上端或上限与充电状态操作循环的下端或下限之间的中间点来实现。在一些实施例中，平衡点可处于大约40%和大约60%之间的充电状态处。在一些此类实施例中，平衡点可处于大约50%的充电状态下。
在步骤608处，可计算特定操作范围内的充电状态的delta充电状态乘数。例如，在一些实施方式中，如上文所述，delta充电状态乘数可计算为(当前充电状态-平衡点)/(从平衡点到上充电状态和/或下充电状态的delta充电状态)。因此，相对于图4的充电状态散布图表中绘出的实施例，delta充电状态乘数将为(当前充电状态-50)/30。在一些实施方式中，delta充电状态乘数可按以下在算法中使用：
Delta SOC 乘数= ((接通下的SOC) - (SOC上限- SOC下限) / 2) / (SOC上限 -(SOC上限 – SOC下限) / 2)。
在步骤610处，delta充电状态乘数可根据建立的平衡点应用于各个电池区段的当前充电状态。然后，基于区段的计时器可对于各个电池区段根据一个或多个参数在步骤612处计算，包括电池区段的健康状态、当前充电状态、目标平衡点，等。在一些实施方式中，基于区段的计时器可包括泄放计时器，且可用于利用以下算法设置具有当前充电状态(SOCx)与当前健康状态(SOHx)的电池区段"x"的计时器状态(Timerx)。
如果(SOCx - MidSOC) > ((MidSOC - 50)/30) * (1/3) * (MidSOH-SOHx)，则Timerx = (SOCx – MidSOC - ((MidSOC - 50)/30) * (1/3) * (SOHx - MidSOH)) * 7200* SOHx; 否则Timerx=0。
在步骤614处，基于区段的计时器可应用于多区段电池系统的电池区段，以便减少充电状态散布。在步骤616处，做出核查来确保计时器完全用于所有区段。如果不是，则图6中的示例性方法回到步骤614来按需要进一步应用基于区段的计时器。
图7示出了按照本文公开的实施例的用于平衡车辆700中的电池系统的系统的实例。车辆700可为机动车辆、船舶、飞行器和/或任何其它类型的车辆，且可包括内燃机("ICE")传动系、电动机传动系、混合动力发动机传动系、FC传动系和/或适用于结合本文公开的系统和方法的任何其它类型的传动系。车辆700可包括电池系统702，在某些实施例中，电池系统702可为HV电池系统。电池系统可用于向电驱动系构件(如，在电动系统、混合动力系统或FC动力系统中)供能。在一些实施例中，电池系统702可构造成向多种车辆700系统供应电能，例如，包括车辆起动机系统(例如，起动机马达)、照明系统、点火系统和/或类似的系统。
电池系统702可包括电池电子装置704。电池电子装置704可构造成监测和控制电池系统702的某些操作。例如，电池电子装置704可构造成监测和控制电池系统702的充电、放电和/或平衡操作。在某些实施例中，电池电子装置704可与一个或多个传感器(例如，传感器706)、促动装置(例如，继电器)和/或构造成使电池电子装置704能够监测和控制电池系统702的操作的系统通信联接。
电池电子装置704可进一步构造成提供信息至包括在车辆700中的其它系统和/或从其它系统接收信息。例如，电池电子装置704可与内部车辆计算机系统708通信联接。在某些实施例中，电池电子装置704可至少部分地构造成提供关于电池系统702的信息至车辆700用户和/或车辆计算机系统708。例如，此类信息可包括电池充电状态信息、电池操作时间信息或其它电池健康信息、电池操作温度信息，和/或关于电池系统702的任何其它信息。
电池系统702可包括适当地确定尺寸和构造成将电功率提供至车辆700的一个或多个电池组712。各个电池组712均可包括一个或多个电池区段714。电池区段714可包括使用任何适合的电池技术的一个或多个电池单元，例如，包括铅酸、镍金属氢化物("NiMH")、锂离子("Li离子")、锂离子聚合物、锂空气、镍镉("NiCad")、包括吸收玻璃垫("AGM")的阀调节的铅酸("VRLA")、镍锌("NiZn")、熔盐(例如，ZEBRA电池)和/或其它适合的电池技术。如上文所述，多种电池区段中的各个均可具有不同的健康状态。
为了平衡电池组712的独立区段714，可平衡被包括在区段714内的一个或多个电池单元。为了一起平衡电池组712的多个区段714，包括在多个区段中的电池单元可作为组全部被平衡。因此，如本文使用的平衡一个或多个区段714的充电状态可包括平衡一个或多个区段714的一个或多个组成电池单元。
各个电池区段714均可与平衡系统716通信联接。平衡系统716可构造成有选择地传递能量至电池区段714或从电池区段714传递能量，如，通过传递能量至包括在电池区段714中的独立单元或从独立单元传递能量。例如，平衡系统716可包括构造成便于电池区段714之间的选择性能量传递的开关和/或门的网络。在某些实施例中，各个区段714均可与构造成便于在其组成单元之间有选择地传递能量的分立平衡系统716相关联。在其它实施例中，多个区段714可与单个平衡系统716相关联。因此，在一些实施例中，单个平衡系统716可协调电池系统的所有电池区段714的充电状态。平衡系统716的某些功能可由电池电子装置704和/或车辆计算机系统708控制。
平衡系统716还可构造成使用一种或多种平衡算法，如，上文论述的算法，以便根据其相应的健康状态来平衡电池区段的充电状态。因此，平衡系统716可构造成使用电池组712的至少一些电池区段714的健康状态和当前充电状态来应用平衡算法。在一些实施例中，平衡算法可构造成建立平衡点，在该平衡点处，多个电池区段714的所述至少一个子集的充电状态至少大致相等。平衡算法还可构造成围绕所述平衡点来平衡电池区段714的至少一个子集的充电状态，使得电池区段的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态围绕平衡点变化。
平衡系统716还可构造成确定电池区段714的健康状态之间的差异与车辆700操作期间多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系。在一些实施例中，确定电池区段714的健康状态之间的差异与车辆700操作期间电池区段714的充电状态之间的差异之间的关系可包括估计此类关系。如前文所述，该关系可在一些实施例中通过绘出使健康状态与充电状态变化关联的数据点来估计。
在一些实施例中，平衡算法可构造成围绕平衡点来平衡电池区段714的充电状态，使得电池区段714的充电状态之间的散布随着电池区段714的相应充电状态增大到高于平衡点来而增大。
在一些实施例中，电池平衡系统716可包括多个传感器，以便获得用于确定电池区段714的充电状态和确定电池区段714的健康状态中的至少一者的数据。此类传感器(例如，传感器706)可构造成例如使用电压测量结果来确定(如，计算或估计)相关联的电池区段714的充电状态。
尽管图7示出了与各个电池区段714相关联的单独的传感器706，但在一些实施例中，可作为备选使用构造成估计多个区段714的充电状态的单个传感器。由传感器706(例如，使用测量的电压、阻抗和/或任何其它适合的信息)感测、计算或估计(其任一者都应当认作是在用语"确定"的范围内)的充电状态信息可提供给电池电子装置704。使用充电状态信息和健康状态信息，电池电子装置704和/或任何其它适合的系统可协调电池平衡操作，如，通过开始平衡算法，平衡算法如可上文所述那样协调泄放计时器策略的应用。
已经参照各种实施例描述了前述说明书。然而，本领域的普通技术人员将认识到可在不脱离本公开内容的范围的情况制作的各种改型和变化。例如，各种操作步骤和用于执行操作步骤的构件可以以备选方式取决于特定应用或考虑与系统的操作相关联的任何数目的成本函数来实施。因此，任何一个或多个步骤可被删除、改变或与其它步骤组合。此外，本公开内容将被看作是示范性的而非限制性的意义，且所有改型都旨在包括在其范围内。同样，上文参照各种实施例来描述问题的利益、其它优点和解决方案。然而，利益、优点、问题的解决方案或可引起任何利益、优点或解决方案发生或变得更明显的任何元件不应被看作是关键的、必需的或基本的特征或元件。
本领域的技术人员将认识到的是，可在不脱离本发明的基本原理的情况下制作出上述实施例的细节的许多改变。因此，将仅通过以下权利要求来确定本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于平衡多区段电池中的电池充电状态的方法，所述方法包括以下步骤：
确定多区段电池的第一区段的健康状态；
确定多区段电池的第二区段的健康状态；
确定所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在第一时间周期之后的所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系；
接收所述第一区段的当前充电状态；
接收所述第二区段的当前充电状态；以及
使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来在所述第一区段和所述第二区段之间再分配能量，以便减少在使用所述多区段电池期间所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的散布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的所述第一区段的健康状态的步骤包括：
接收第一时间处的所述第一区段的充电状态；
接收第二时间处的所述第一区段的充电状态；以及
将所述第一时间与所述第二时间之间的所述第一区段的充电状态的减少与基准减少数值相比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基准减少数值包括估计的与具有最大健康状态的区段相关联的充电状态的减少。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的第一区段的健康状态的步骤包括测量与所述第一区段相关联的阻抗、容量、充电接受性、放电能力、使用时间和年限中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多区段电池的第一区段的健康状态的步骤包括将加权数值分配给所述第一区段的健康状态，以及其中百分比分配成使得所述多区段电池的新区段被分配为1的加权数值，且随后的加权数值分配为1的分数或百分数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来再分配能量的步骤包括：
建立平衡点，在所述平衡点处，所述第一区段和所述第二区段的充电状态至少大致相等；以及
应用区段平衡算法，以用于围绕所述平衡点来平衡所述第一区段和所述第二区段的充电状态，使得所述第一区段和所述第二区段的充电状态沿第一方向在充电状态下大于所述平衡点下而改变，且沿与所述第一方向相反的第二方向在所述充电状态下小于所述平衡点下而改变。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述平衡点处于40%和60%之间的充电状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述平衡点处于50%的充电状态。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电池包括车辆电池。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述关系和所述第一区段和所述第二区段的当前充电状态来再分配能量的步骤还包括将计时器应用于所述第一区段和所述第二区段。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述车辆电池包括再充电的储电系统。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述区段平衡算法在车辆接通下自动地应用。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在第一时间周期之后所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系的步骤包括：估计所述第一区段的健康状态与所述第二区段的健康状态之间的差异与在所述第一时间周期之后所述第一区段的充电状态与所述第二区段的充电状态之间的差异之间的关系。
14.一种用于平衡车辆的多区段电池中的电池充电状态的车辆系统，包括：
包括多个电池区段的车辆电池系统；以及
联接到所述多个电池区段上且构造成在所述多个电池区段之间再分配能量的电池平衡系统，
其中所述电池平衡系统构造成评定所述多个电池区段的至少一个子集的健康状态和所述多个电池区段的至少一个子集的当前充电状态，
其中所述电池平衡系统构造成使用所述健康状态和所述当前充电状态来应用平衡算法，以及
其中所述平衡算法构造成建立平衡点，在所述平衡点处，所述多个电池区段的至少一个子集的充电状态至少大致相等，并且构造成围绕所述平衡点平衡所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态，使得所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态围绕所述平衡点变化，其中所述多个电池区段的所述至少一个子集具有至少两个电池区段。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统构造成确定所述多个电池区段中的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段中的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系包括：估计所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态之间的差异与在所述车辆操作期间所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的差异之间的关系。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述平衡算法构造成围绕所述平衡点来平衡所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态，使得所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态之间的散布随所述多个电池区段中的所述至少一个子集的相应充电状态增大到高于所述平衡点而增大。
18.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统包括与所述车辆电池系统通信联接的电池控制电子装置，其中所述电池控制电子装置构造成实施所述平衡算法。
19.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述电池平衡系统包括多个传感器，以便获得用于确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的充电状态和确定所述多个电池区段的所述至少一个子集的健康状态中的至少一者的数据。
20.一种车辆，包括：
包括多个电池区段的车辆电池系统；
联接到所述多个电池区段上的多个传感器，其中所述传感器构造成获得用于确定所述多个电池区段的健康状态和充电状态的数据；以及
联接到所述多个电池区段上且构造成在所述多个电池区段之间再分配能量的电池平衡系统，
其中所述电池平衡系统构造成从所述传感器接收关于所述多个电池区段的健康状态和所述多个电池区段的充电状态的数据，且将平衡算法应用于所述多个电池区段以根据所述平衡算法来在所述多个电池区段之间再分配能量，以及
其中所述平衡算法构造成建立平衡点，在所述平衡点处，所述多个电池区段的充电状态至少大致相等，并且构造成围绕所述平衡点平衡所述多个电池区段的充电状态，使得所述多个电池区段的充电状态在车辆操作期间根据其相应的健康状态围绕所述平衡点变化。
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