CN103999282A - 用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统和方法。电池组具有将电池模块保持在其中的外罩。系统包括计算机，该计算机基于与电池组相关联的第一和第二温度值确定温度相关值。计算机基于第一温度值和温度相关值确定指示被布置为与电池组中的壳体的末端相邻的第一电池胞的温度水平的第三温度值。计算机基于第三温度值确定电池组的期望充电功率电平。

Description

用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统和方法
技术领域
本申请涉及一种用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统和方法。
背景技术
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月15日在美国提交的美国专利申请No.13/327,103的优先权，因此其整个内容通过引用被合并在此。
电池组具有已利用冷却液被冷却的电池模块。在此发明人已经认识到在电池组的一端处的末端电池模块内的电池胞(battery cell)能够具有小于电池模块内的其他电池胞的温度。此外，在此发明人已经认识到在电池模块的中央区域内的温度传感器不可以精确地确定在电池组的末端处的电池模块的末端处的电池胞的温度。此外，在此发明人已经认识到电池组系统可以基于在电池模块的中央区域处的温度水平确定电功率的量以从电池组放电，尽管处于低温度水平的末端电池胞不能够输出所期望电功率的量。
在此发明人已经认识到对于用于确定电池组的充电和放电功率电平的改进的系统和方法的需求。
发明内容
提供一种根据示例性实施例的用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统。电池组具有外罩，该外罩将电池模块保持在其中。电池模块具有壳体，和被布置在壳体中的第一、第二、以及第三电池胞。第一电池胞被布置与壳体的末端相邻并且在壳体的该末端和第二电池胞之间。第二电池胞被布置在第一电池胞和第三电池胞之间。系统包括第一温度传感器，该第一温度传感器被布置在第二和第三电池胞之间。第一温度传感器被配置为生成指示第二电池胞的第一温度水平的第一温度信号。系统进一步包括第二温度传感器，该第二温度传感器被配置为生成指示流入外罩的冷却介质的第二温度水平的第二温度信号。系统进一步包括计算机，该计算机被配置为基于第一和第二温度信号分别确定与第一和第二温度水平相对应的第一和第二温度值。计算机被进一步配置为基于第一和第二温度值确定温度相关值。计算机被进一步配置为基于第一温度值和温度相关值确定指示被布置与壳体的所述末端相邻的第一电池胞的温度水平的第三温度值。计算机被进一步配置为基于第三温度值确定电池组的所期望充电功率电平。
提供一种根据另一示例性实施例的用于确定电池组的充电和放电功率电平的方法。该电池组具有外罩，该外罩将电池模块保持在其中。电池模块具有壳体，和被布置在壳体中的第一、第二、以及第三电池胞。第一电池胞被布置与壳体的末端相邻并且在壳体的末端和第二电池胞之间。第二电池胞被布置在第一电池胞和第三电池胞之间。该方法包括：利用被布置在第二和第三电池胞之间的第一温度传感器生成指示第二电池胞的第一温度水平的第一温度信号。该方法进一步包括：利用第二温度传感器生成指示流入外罩的冷却介质的第二温度水平的第二温度信号。该方法进一步包括：利用计算机，基于第一和第二温度信号分别确定与第一和第二温度水平相对应的第一和第二温度值。该方法进一步包括，利用计算机，基于第一和第二温度值确定温度相关值。该方法进一步包括，利用计算机，基于第一温度值和温度相关值确定指示被布置与壳体的所述末端相邻的第一电池胞的温度水平的第三温度值。该方法进一步包括，利用计算机，基于第三温度值确定电池组的所期望充电功率电平并且将所期望充电功率电平存储在存储器设备中。
附图说明
图1是根据示例性实施例的用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统的框图。
图2是电池组的简化的框图。
图3是图示在冷却介质的温度和末端电池胞的温度之间的温度差与相关联的温度相关值之间的关系的曲线图。
图4是示出根据末端电池胞的温度和电池胞的充电状态的充电功率电平曲线和放电功率电平曲线的曲线图。
图5和图6是根据另一示例性实施例的用于确定电池组的充电和放电功率电平的方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，提供根据示例性实施例的具有用于确定电池组22的充电和放电功率电平的系统20的车辆10。车辆10包括电池组22、车辆控制器30、功率转换器40、以及电机50。
参考图1和图2，电池组22包括电池模块70、72、74、76、78、80；外罩90；以及风扇90。电池模块70-80以及风扇90被布置在外罩90中。当利用来自于计算机210的控制信号接通风扇94时，例如贯通用于冷却电池模块70-80的外罩94的内部，风扇94移动诸如空气的冷却介质。在可替选的实施例中，风扇94能够被替换成泵96，该泵96通过用于冷却电池模块70-80的外罩94的内部的一部分，抽吸诸如流体或者制冷剂的冷却介质。电池模块70-80具有彼此相似的结构并且因此在下文中将会仅更加详细地论述电池模块70。为了简单的目的，在电池模块72、74、76、78、80内的电池胞没有被示出。
电池模块70包括壳体100和被布置在壳体100内的电池胞110、112、114、116、118、120、122、124、126、128。在一个示例性实施例中，电池胞110-128是袋状锂离子电池胞。当然，在可替选的实施例中，可以设想其它类型的电池胞。
系统20被配置为确定电池组22的期望充电功率电平和期望放电功率电平。系统20包括温度传感器160、162、164、166、168、170、172、174、176、178、180、182、184；电压传感器200；以及计算机210。如在下面将会更加详细地描述的，将会利用电池胞110的温度以确定电池组22的期望充电功率电平和期望放电功率电平。
温度传感器160、162被布置在电池模块70的中央区域内。温度传感器160被布置在电池胞114、116之间，并且生成通过计算机210接收到的指示电池胞114、116的温度水平的温度信号。温度传感器162被布置在电池胞122、124之间，并且生成通过计算机210接收到的指示电池胞122、124的温度水平的温度信号。
温度传感器164、166被布置在电池模块72的中央区域内。温度传感器164被布置在电池模块72内的一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示该一对电池胞的温度水平的温度信号。温度传感器166被布置在电池模块72内的另一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示该一对电池胞的温度水平的温度信号。
温度传感器168、170被布置在电池模块74的中央区域内。温度传感器168被布置在电池模块74内的一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。温度传感器170被布置在电池模块74内的另一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。
温度传感器172、174被布置在电池模块76的中央区域内。温度传感器172被布置在电池模块76内的一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。温度传感器174被布置在电池模块76内的另一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。
温度传感器176、178被布置在电池模块78的中央区域内。温度传感器176被布置在电池模块78内的一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。温度传感器178被布置在电池模块78内的另一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。
温度传感器180、182被布置在电池模块80的中央区域内。温度传感器180被布置在电池模块80内的一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。温度传感器182被布置在电池模块80内的另一对电池胞(未示出)之间，并且生成通过计算机210接收到的指示一对电池胞的温度水平的温度信号。
电压传感器200被配置为生成通过电池组22输出的指示电压电平的电压信号。计算机20被配置为从电压传感器200接收电压信号，并且被进一步配置为基于电压信号计算电池组22的充电状态。
计算机210操作耦合到温度传感器160-184、风扇94、电压传感器200、以及车辆控制器30。在可替选的实施例中，计算机210被操作耦合到泵96，而不是风扇94、用于控制泵96的操作。计算机210具有内部存储器设备212，该内部存储器设备212存储用于实现下面将会更加详细解释的方法的相关联的数据和可执行的软件指令。在一个示例性实施例中，计算机210包括微处理器，该微处理器被操作耦合到存储器设备212。当然，在可替选的实施例中，计算机210可包括可编程的逻辑控制器或者现场可编程逻辑阵列。
参考图1，车辆控制器30被配置为从计算机210接收指示期望充电功率电平和期望放电功率电平的控制信号。如果车辆控制器30确定要对电池组22充电，则车辆控制器30生成控制信号以引起功率转换器40以期望充电功率电平对电池组22充电。可替选地，如果车辆控制器30确定要对电池组22放电，则车辆控制器30生成另一控制信号以引起功率转换器42以期望放电功率电平对电池组22放电，用于为操作耦合到功率转换器40的电机50供电。
参考图2和图3，现在将会解释用于利用温度传感器60确定电池组110的估计的温度水平的方法的简要解释。如所示的，温度传感器160被布置远离电池胞110并且不能够直接地测量电池胞110的温度水平。在此发明人已经认识到，确定电池胞110的温度水平是所期望的，因为电池胞110被布置在电池模块70的末端处并且很有可能具有是电池模块70-80中的电池胞的最低的温度水平的温度水平。而且，在此发明人已经认识到，期望充电功率电平和期望放电功率电平应以电池胞的最低的温度水平(例如，电池胞110的温度水平)为基础。因此，在此发明人已经确定用于估计电池胞110的温度水平的方法。
曲线图250具有Y轴，其具有差值，所述差值表示在：(i)根据来自于温度传感器160的温度信号确定的温度水平，和(ii)流入外罩(根据来自于温度传感器184的温度信号确定的)冷却介质的温度水平之间的差。曲线图250具有X轴，其具有温度相关值。曲线图260表示在Y轴的温度差值和X轴的相关值之间的关系。
现在将会解释用于利用曲线图250确定电池胞110的示例性温度水平的示例性方法。如果差值等于25摄氏度，则曲线图250指示相关联的温度相关值是-8摄氏度。如果电池胞114的温度水平是20摄氏度，则通过将20摄氏度添加到-8摄氏度，等于12摄氏度，来确定电池胞110的温度。因此，在本示例中，电池胞110具有12摄氏度的估计的温度水平。
参考图4，现在将会解释用于确定期望充电功率电平和期望放电功率电平的方法的简要解释。如所示，曲线图300具有指示功率电平的Y轴和指示温度水平的X轴。曲线图300包括充电功率电平曲线310、320；以及放电功率电平曲线330、340。
充电电平曲线310与最大充电状态的70％的电池组22的充电状态相关联。充电电平曲线310与最大充电状态的50％的电池组22的充电状态相关联。能够利用充电电平曲线310、320以确定期望充电功率电平。例如，如果电池胞110具有12摄氏度的温度水平，和最大充电状态的70％的充电状态，则通过值P1表示期望充电功率电平。
放电级曲线330与最大充电状态的50％的电池组22的充电状态相关联。放电级曲线340与最大充电状态的70％的电池组22的充电状态相关联。能够利用充电电平曲线330、340以确定期望放电功率电平。例如，如果电池胞110具有12摄氏度的温度水平，和最大充电状态的50％的充电状态，则通过值P2表示期望放电功率电平。
参考图5和图6，将会解释根据另一示例性实施例的用于确定电池组22的期望充电功率电平和期望放电功率电平的方法的流程图。
在步骤400，电池组22具有将电池模块70保持在其中的外罩90。电池模块具有壳体100；以及被布置在壳体100中的第一、第二、以及第三电池胞110、114、116。第一电池胞110被布置与壳体100的末端相邻并且在壳体100的该末端与第二电池胞114之间。第二电池胞114被布置在第一电池胞110和第三电池胞116之间。
在步骤402，第一温度传感器160生成指示第二电池胞114的第一温度水平的第一温度信号。第一温度传感器160被布置在第二和第三电池胞114、116之间。
在步骤404，第二温度传感器184生成指示流入外罩90的冷却介质的第二温度水平的第二温度信号。
在步骤406，基于第一和第二温度信号，计算机210分别确定与第一和第二温度水平相对应的第一和第二温度值。
在步骤408，计算机210利用下述等式确定指示第一和第二温度值之间的差的差值：差值＝第一温度值-第二温度值。
在步骤410，计算机210利用该差值从存储在存储器设备212中的第一表检索温度相关值。特别地，第一表对应于表示曲线图250的软件表。
在步骤412，计算机210利用下述等式确定指示被布置为与壳体100的末端相邻的第一电池胞110的温度水平的第三温度值：第三温度值＝第一温度值+温度相关值。
在步骤420，计算机210基于第三温度值和电池组22的充电状态确定电池组22的期望充电功率电平。特别地，计算机210能够访问具有与曲线图300相对应的数据的被存储在存储器设备212中的第二表以基于第三温度值和电池组22的充电状态确定期望放电功率电平。
在步骤422，计算机210将具有期望充电功率电平的消息传送到车辆控制器30。
在步骤424，计算机210基于第三温度值和电池组22的充电状态确定电池组22的期望放电功率电平。特别地，计算机210能够访问具有与曲线图300相对应的数据的被存储在存储器设备212中的第二表以基于第三温度值和电池组22的充电状态确定期望放电功率电平。
在步骤426，计算机210将具有期望放电功率电平的消息传送到车辆控制器30。
在步骤428，车辆控制器30判定是否要对电池组22充电。如果步骤448的值等于“是”，则方法前进到步骤430。否则，方法前进到步骤432。
在步骤430，车辆控制器30生成控制信号以引起功率转换器40以期望充电功率电平对电池组22充电。在步骤430之后，方法被退出。
再次参考步骤428，如果步骤428的值等于“否”，则方法前进到步骤432。在步骤432处，车辆控制器30判定是否要对电池组22放电。如果步骤432的值等于“是”，则方法前进到步骤434。否则，方法被退出。
在步骤434，车辆控制器30生成控制信号以引起功率转换器40以期望放电功率电平对电池组22放电。在步骤434之后，方法被退出。
用于确定期望充电功率电平和期望放电功率电平的系统10和方法提供超过其他系统和方法的实质性优点。特别地，系统10和方法利用相关值以确定电池组的末端电池胞的精确的温度水平，并且然后基于末端电池胞的温度水平确定所期望充电功率电平或者所期望放电功率电平。
虽然已经仅结合有限数目的实施例详细描述了要求保护的本发明，但是应容易理解，本发明不受到这样公开的实施例的限制。要求保护的本发明能够被改进以包括迄今为止没有描述的任何数目的变体、变型、替代或者等价装置，但是其与本发明的精神和范围相当。另外，虽然已经描述了要求保护的本发明的各个实施例，但是要理解的是，本发明的各方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。相应地，要求保护的本发明不应被看作通过前述的描述加以限制。

Claims (13)

1.一种用于确定电池组的充电和放电功率电平的系统，所述电池组具有外罩，所述外罩将电池模块保持在其中，所述电池模块具有壳体和布置在所述壳体中的第一电池胞、第二电池胞和第三电池胞，所述第一电池胞被布置与所述壳体的末端相邻并且在所述壳体的该末端和所述第二电池胞之间，所述第二电池胞被布置在所述第一电池胞和所述第三电池胞之间，所述系统包括：
第一温度传感器，所述第一温度传感器被布置在所述第二电池胞和所述第三电池胞之间，所述第一温度传感器被配置为生成指示所述第二电池胞的第一温度水平的第一温度信号；
第二温度传感器，所述第二温度传感器被配置为生成指示流入所述外罩的冷却介质的第二温度水平的第二温度信号；
计算机，所述计算机被配置为基于所述第一温度信号和所述第二温度信号分别确定与所述第一温度水平和所述第二温度水平相对应的第一温度值和第二温度值；
所述计算机被进一步配置为基于所述第一温度值和第二温度值确定温度相关值，
所述计算机被进一步配置为基于所述第一温度值和所述温度相关值确定指示被布置与所述壳体的所述末端相邻的所述第一电池胞的温度水平的第三温度值；并且
所述计算机被进一步配置为基于所述第三温度值确定所述电池组的期望充电功率电平。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机被进一步配置为把指示所述期望充电功率电平的消息传送到车辆控制器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机被进一步配置为基于所述第三温度值确定所述电池组的期望放电功率电平。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述计算机被进一步配置为把指示所述期望放电功率电平的消息传送到车辆控制器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机被进一步配置为确定指示所述第一温度值和所述第二温度值之间差异的差值；并且利用所述差值从表中选择所述温度相关值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述计算机被配置为通过把所述第一温度值添加到所述温度相关值来确定所述第三温度值。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二温度传感器被布置为接近所述外罩的入口。
8.一种用于确定电池组的充电和放电功率电平的方法，所述电池组具有外罩，所述外罩将电池模块保持在其中，所述电池模块具有壳体和被布置在所述壳体中的第一电池胞、第二电池胞和第三电池胞，所述第一电池胞被布置与所述壳体的末端相邻并且在所述壳体的该末端和所述第二电池胞之间，所述第二电池胞被布置在所述第一电池胞和所述第三电池胞之间，所述方法包括：
利用被布置在所述第二电池胞和第三电池胞之间的第一温度传感器生成指示所述第二电池胞的第一温度水平的第一温度信号；
利用第二温度传感器生成指示流入所述外罩的冷却介质的第二温度水平的第二温度信号；
利用计算机，基于所述第一温度信号和所述第二温度信号分别确定与所述第一温度水平和第二温度水平相对应的第一温度值和第二温度值；
利用所述计算机，基于所述第一温度值和所述第二温度值确定温度相关值；
利用所述计算机，基于所述第一温度值和所述温度相关值确定指示被布置与所述壳体的所述末端相邻的所述第一电池胞的温度水平的第三温度值；以及
利用所述计算机，基于所述第三温度值确定所述电池组的期望充电功率电平并且把所述期望充电功率电平存储在存储器设备中。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括把指示所述期望充电功率电平的消息从所述计算机传送到车辆控制器。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括，利用所述计算机，基于所述第三温度值确定所述电池组的期望放电功率电平。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括，将指示所述期望放电功率电平的消息从所述计算机传送到车辆控制器。
12.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述温度相关值包括：
利用所述计算机，确定指示所述第一温度值和所述第二温度值之间差异的差值；以及
利用所述计算机，利用所述差值从表中选择所述温度相关值。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括，利用所述计算机，通过把所述第一温度值添加到所述温度相关值确定所述第三温度值。
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