CN104253463A - 用于限制电池的功率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于限制电池的功率的系统和方法，其中，为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率并且可以根据温度不同地施加放电功率转换速率。该方法包括通过传感器测量电池的温度和通过控制器测量电池单元的最小电压。控制器被配置为当电池的最小电压小于相应温度区段的最小放电电压参考值时，通过将放电功率限制值减小相应温度区段的放电功率转换速率来调节放电限制。

Description

用于限制电池的功率的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(a)而要求于2013年6月28日提交的韩国专利申请第10-2013-0075165号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于限制电池的功率的系统和方法，该系统和方法通过在高电压电池中保持正常电压区域改善电池的耐用性并且通过给电池施加适当的转换速率（slew rate）以限制其功率来改善车辆功率性能。

背景技术

通常，在诸如使用高电压电池的混合动力汽车的环保车辆中，充电与放电功率（马达的协助/再生）在从电池管理系统发送的功率限制值内确定。高电压电池的可用功率取决于电池的电池电压，其中当电池电压高时，充电功率受限制，并且当电池电压低时，放电功率受限制。为此，电池管理系统（BMS）中的电池的功率通过设置限制电压值以限制功率并且设置恢复电压值以恢复功率而受到限制。此外，限制电压值和恢复电压值的控制具有滞后作用以避免震颤。

当电池电压到达限制电压时，BMS的功率限制值减小。此外，BMS的功率限制值持续减小直至电池的电压到达恢复电压，并且在电池的电压达到恢复电压之后，BMS的功率限制值增大。然而，BMS的功率限制值根据电池的电压的瞬间增大和减小而急剧减小，从而急剧改变混合动力汽车的充电与放电量使得车辆震动。换言之，当电池的电压达到恢复电压时，电池管理系统的功率限制值增大，而电池管理系统的功率限制值根据电池的瞬间电压增大和电压减小急剧减小。

根据现有技术，不考虑电池的特征和温度，一次全部地施加用于BMS的功率限制的转换速率，然而，当在低温下施加与室温相同的转换速率时，当功率限制变化时，就会增大偏离高电压电池的正常电压区域的风险。因此，在室温下施加与基本的低温下相同的转换速率并且功率在当功率限制变化时可能被过度限制，从而降低车辆的功率性能。

上面提供的描述作为本发明的现有技术仅仅是为了帮助了解本发明的背景技术并且本发明不应当被解释为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。

发明内容

本发明提供用于限制电池的功率的系统和方法，该系统和方法可以通过在高电压电池中确保正常电压区域来改善电池的耐用性并且可以通过向电池施加适当的转换速率以限制其功率来改善车辆功率性能。

用于限制电池的功率的方法，在该方法中，为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率并且可以根据温度不同地施加放电功率转换速率，该方法可以包括：测量电池的温度；测量电池单元的最小电压；以及当电池单元的最小电压小于在相应温度区段的最小放电电压参考值时，通过将放电功率限制值减小在相应温度区段的放电功率转换速率来调节放电限制。

用于限制电池的功率的方法还可以包括：当电池的放电功率限制值被减小了在相应温度区段的放电功率转换速率时，将放电功率限制值削减至大约0，并且因此，放电功率限制值可以约小于0。

一种用于限制电池的功率的方法，在该方法中，为每个温度区段制定最大充电电压参考值和充电功率转换速率并且可以根据温度不同地施加充电功率转换速率，该方法可以包括：测量电池的温度；测量电池单元的最大电压；以及当电池的最大电压大于在相应温度区段的最大充电电压参考值时，通过将充电功率限制值减小在相应温度区段的充电功率转换速率来调节充电限制。

用于限制电池的功率的方法还可以包括：当电池的充电功率限制值被减小了在相应温度区段的充电功率转换速率时，将充电功率限制值削减至大约0，并且因此，充电功率限制值约小于0。

一种用于限制电池的功率的方法，在该方法中，为每个温度区段制定最大放电电压参考值和放电功率转换速率并且可以根据温度不同低施加放电功率转换速率，该方法可以包括：测量电池的温度；测量电池单元的最小电压；以及当电池单元的最小电压大于在相应温度区段的最大放电电压参考值时，通过将放电功率限制值增大在相应温度区段的放电功率转换速率来调节放电限制。

一种用于限制电池的功率的方法，在该方法中，为每个温度区段制定最小充电电压参考值和充电功率转换速率并且可以根据温度不同地施加充电功率转换速率，该方法可以包括：测量电池的温度；测量电池单元的最大电压；以及当电池单元的最大电压小于在相应温度区段的最小充电电压参考值时，通过将充电功率限制值增大在相应温度区段的充电功率转换速率来调节充电限制。

在用于限制电池的功率的方法中，可以为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当电池的放电功率限制值或者充电功率限制值要被减小时，可以施加在相应温度区段的放电功率转换速率或充电功率转换速率来分阶段减小放电功率限制值或充电功率限制值。

在用于限制电池的功率的方法中，可以为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当电池的放电功率限制值或充电功率限制值应当增大时，可以施加相应温度区段的放电功率转换速率或者充电功率转换速率来分阶段地增大放电功率限制值或者充电功率限制值。

附图说明

现在将参考附图所示出的其示例性实施方式详细描述本发明的上述及其他特征，附图在下文中仅仅通过例证给出并因此不限制本发明，并且附图中：

图1是示出本发明示例性实施方式的用于限制电池的功率的方法的示例性框图；以及

图2是示出根据本发明示例性实施方式的用于限制电池的功率的方法的示例性框图。

应当理解的是，附图并非一定按比例绘制，而是呈现了说明本发明的基本原理的各种示例性特征的一定程度上简化的表示。本文中公开的本发明的具体设计特征（例如包括规定尺寸、方位、位置以及形状）将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。

在图中，贯穿附图的几个图，参考标号指代本发明的相同的或等效的部件。

具体实施方式

当然，术语“车辆”或者“车辆的”或者其他的本文中使用的相似术语大体上包括机动车辆，诸如包括运动型多功能车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车的载客汽车，包括各种小船和船舶的水运工具，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆、和其他替代燃料车辆（例如从除石油以外的资源获得的燃料）。如本文中所指的，混合动力车辆是具有两个或多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动力车辆。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元执行示例性处理，但是应当理解示例性处理同样可以通过一个或者多个模块执行。此外，应理解，术语控制器/控制单元指代包括存储器及处理器的硬件装置。该存储器被配置为存储模块，并且该处理器具体地被配置为执行所述模块以执行下文将进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可被体现为计算机可读介质上的包括由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的非瞬时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动、智能卡及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦合计算机系统中使得计算机可读介质以分布式方式存储并执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网（CAN）。

本文使用的专业词汇仅为了描述特定的实施方式而不旨在限制本发明。除非上下文中明确指出，否则本文所使用的单数形式“一个（a）”、“一个（an）”及“该（the）”同样旨在包括复数形式。进一步，应理解，此说明书中使用的术语“包括（comprises）”和/或“包括（comprising）”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组的存在或添加。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列出项的一个或多个的任一和所有组合。

除非在上下文中明确指出或者显而易见，否则如本文中所使用的术语“大约”被理解为在本该领域中正常容许误差的范围内，例如在平均值的2个标准误差内。“大约”可以被理解为在所陈述的值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或者0.01%内。除非在上下文中清楚可见，否则本文中提供的所有数值均由术语“大约”修饰。

在下文中，现在将详细地参考本发明的各种示例性实施方式，在附图中示出其实施例并且描述如下。

图1是示出根据本发明示例性实施方式的通过控制器执行的用于限制电池的功率的方法的示例性框图；并且图2是根据本发明示例性实施方式的通过控制器执行的用于限制电池的功率的方法的示例性框图。

根据本发明的用于限制电池的功率的方法，可以为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当放电功率限制值或充电功率限制值需要被减小时，可以施加在相应温度区段的放电功率转换速率或者充电功率转换速率来分阶段减小放电功率限制值或者充电功率限制值。各个温度区段指的是敏感影响电池性能的预定温度区段。

根据本发明的用于限制电池的功率的另一个方法，可以为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当电池的放电功率限制值或充电功率限制值需要被增大时，可以施加在相应温度区段的放电功率转换速率或充电功率转换速率来分阶段增大放电功率限制值或充电功率限制值。换言之，对于车辆的高功率电池，当充电和放电时，可以施加分别限制充电功率和放电功率的充电功率限制值和放电功率限制值，其中根据各种情况，本发明涉及充电功率限制值和放电功率限制值的变化。充电功率限制值和放电功率限制值可以分阶段变化以寻求电池单元的电压稳定，其中，功率限制值可以利用恒定的转换速率分阶段变化。具体地，根据本发明，可以基于温度施加不同的转换速率，其中，根据现有技术，当利用恒定的转换速率均匀改变功率限制值时，电池的电压是不稳定的并且被降低到最小电压以下，从而关于确定电池的稳定性或者影响车辆的功率性能而引起故障。因此，电池的特性与温度关联，其中，转换速率根据温度区段随着实验值适当地变化。

电池由多个单元组成，其中，电池中的最小单元电压和最大单元电压，也就是说，电池单元的最小电压和最大电压可以通过测量每个单元的电压来测量。此外，可以基于最小电压确定和控制电池的放电并且可以基于最大电压确定和控制电池的充电，从而保守地控制电池以维持其耐用性。

因此，可以为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率。并且当放电功率限制值或者充电功率限制值需要被减小时，可以施加在相应温度区段的放电功率转换速率或者充电功率转换速率来分阶段减小放电功率限制值或充电功率限制值。

此外，当放电功率限制值或充电功率限制值需要被增大时，可以施加相应温度区段的放电功率转换速率或者充电功率转换速率来分阶段增大放电功率限制值或充电功率限制值，因此可以基于温度区段施加不同的转换速率，从而更加稳定地操作电池单元的电压。

具体地，在根据本发明的用于限制电池的功率的方法中，可以为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率并且可以根据温度施加放电功率转换速率，其中，该方法可以包括以下步骤：通过传感器测量电池的温度S100；通过控制器测量电池单元的最小电压S200；以及当电池单元的最小电压小于在相应温度区段的最小放电电压参考值时，由控制器通过将放电功率限制值减小在相应温度区段的放电功率转换速率，来调节放电限制S300。

可以为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率。当电池单元的最小电压小于在相应温度区段的最小放电电压参考值时，电池的放电应当通过减小放电功率限制值来限制，因为在电池持续放电时，会影响电池的耐用性。

因此，当电池的温度通过传感器测量时，可以通过控制器比较相应温度区段的最小放电电压参考值与电池单元的最小电压。当电池单元的最小电压小于在相应温度区段的最小放电电压参考值时，电池的放电功率限制值可以减小在相应温度区段的放电功率转换速率。

相反，对于充电，可以为每个温度区段制定最大充电电压参考值和充电功率转换速率，并且当电池的最大电压大于在相应温度区段的最大充电参考电压值时，充电功率限制值可以被减小在相应温度区段的充电功率转换速率。换言之，可以为每个温度区段不同地设置用于确定是限制放电还是限制充电的最小放电参考电压值和最大充电参考电压值，并且可以为每个温度区段不同地设置的根据参考值的转换速率，从而确保电池的最佳功率限制和电池单元的耐用性。

此外，当放电功率限制值或充电功率限制值通过施加转换速率减小时，放电功率限制值或充电功率限制值可以被计算为约为0，以防止当放电功率限制值或充电功率限制值的减小值约小于0时的误差。

此外，在根据本发明的限制电池的功率的另一个方法中，可以为每个温度区段制定最大放电电压参考值和放电功率转换速率并且可以根据温度不同地施加放电功率转换速率，其中，该方法可以包括以下步骤：测量电池的温度S100；测量电池单元的最小电压S200；以及当电池单元的最小电压大于相应温度区段的最大放电电压参考值时，通过将放电功率限制值增大在相应温度区段的放电功率转换速率来调节放电限制S300。

换言之，当电池单元的最小电压大于在相应温度区段的最大放电电压参考值时，放电功率限制值可以反向增大以当需要更多放电量时进行响应，因此电池的放电功率限制值可以增大在相应温度区段的放电功率转换速率。根据如上所述的控制逻辑，电池的放电功率限制值可以根据针对相应温度区段而优化的转换速率而分阶段地反复减小和增大。

此外，即使对于充电，根据本发明的用于限制电池的功率的方法中，可以为每个温度区段制定最小充电电压参考值和充电功率转换速率并且可以根据温度施加充电功率转换速率，其中，该方法可以包括以下步骤：通过传感器测量电池的温度S100；通过控制器测量电池单元的最大电压S200；以及当电池的最大电压小于相应温度区段的最小充电电压参考值时，由控制器通过将充电功率限制值增大相应温度区段的充电功率转换速率来调节充电限制S400。

图2是示出根据本发明示例性实施方式的用于限制电池的功率的示例性框图。如图2所示，观察电池的温度区段，当电池的温度大于A时，进入到相应温度区段的逻辑中。此外，当测量出电池的最小电压Vmin并且测量的最小电压Vmin小于相应温度区段的最小放电电压参考值Vout_st1时，电池的放电功率限制值Pout可以被减小在相应温度区段的放电功率转换速率。当Vmin大于相应温度区段的Vout_st1时，可以保持放电功率限制值Pout（例如，没有变化）并且可以保持先前的放电功率限制值Pout_prev。

类似地，当测量出电池的最大电压Vmax并且测量的最大电压Vmax大于相应温度区段的最大充电电压参考值Vin_st1时，电池的充电功率限制值Pin可以被减小在相应温度区段的充电功率转换速率。当Vmax小于在相应温度区段的Vin_st1时，可以保持充电功率限制值Pin（例如，没有变化）并且可以保持先前的充电功率限制值Pin_prev。

当将电池单元的最小电压与最大放电电压参考值相比较以增大放电功率限制值时，或者当将电池的最大电压与最小充电电压参考值相比较以增大充电功率限制值时，可以应用上述逻辑。

根据如上述配置的限制电池的功率的方法，可以根据电池的特征和环境条件施加最佳参数以满足电池的耐用性，并且可以根据外界条件主动控制电池的更多的可用功率，从而使得能够利用电池的可用的最大功率。根据用于限制电池的功率的方法，可以预先防止在特定温度区段显现的单元电压降低的现象。

已参考本发明的示例性实施方式详细描述了本发明。然而，本领域中的技术人员可以理解，在没有偏离本发明的原理和精神的情况下这些示例性实施方式可以进行变化，本发明的范围在所附权利要求和它们的等同物中限定。

Claims (12)

1.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率，并且根据温度不同地施加所述放电功率转换速率，所述方法包括：

通过传感器测量电池的温度；

通过控制器测量电池单元的最小电压；以及

当电池单元的所述最小电压小于在相应温度区段的所述最小放电电压参考值时，由所述控制器通过将放电功率限制值减小在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率，来调节放电限制。

2.根据权利要求1所述的用于限制电池的功率的方法，还包括：

当电池的所述放电功率限制值被减小了在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率时，通过所述控制器将所述放电功率限制值削减至大约0，使得所述放电功率限制值约小于0。

3.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段制定最大充电电压参考值和充电功率转换速率，并且根据温度不同地施加所述充电功率转换速率，所述方法包括：

通过传感器测量电池的温度；

通过控制器测量电池单元的最大电压；以及

当电池单元的所述最大电压大于在相应温度区段的所述最大充电电压参考值时，由所述控制器通过将充电功率限制值减小在所述相应温度区段的所述充电功率转换速率，来调节充电限制。

4.根据权利要求3所述的用于限制电池的功率的方法，还包括：

当电池的所述充电功率限制值被减小了在所述相应温度区段的所述充电功率转换速率时，通过所述控制器将所述充电功率限制值削减至大约0，使得所述充电功率限制值约小于0。

5.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段制定最大放电电压参考值和放电功率转换速率并且根据温度不同地施加所述放电功率转换速率，所述方法包括：

通过传感器测量电池的温度；

通过控制器测量电池单元的最小电压；以及

当电池单元的所述最小电压大于在相应温度区段的所述最大放电电压参考值时，由所述控制器通过将放电功率限制值增大在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率，来调节放电限制。

6.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段制定最小充电电压参考值和充电功率转换速率，并且根据温度不同地施加所述充电功率转换速率，所述方法包括：

通过传感器测量电池的温度；

通过控制器测量电池单元的最大电压；以及

当电池单元的所述最大电压小于在相应温度区段的所述最小充电电压参考值时，由所述控制器通过将充电功率限制值增大在所述相应温度区段的所述充电功率转换速率，来调节充电限制。

7.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当电池的放电功率限制值或充电功率限制值要被减小时，施加在相应温度区段的所述放电功率转换速率或所述充电功率转换速率来分阶段地减小所述放电功率限制值或所述充电功率限制值。

8.一种用于限制电池的功率的方法，其中，为每个温度区段设置放电功率转换速率和充电功率转换速率，并且当电池的放电功率限制值或充电功率限制值需要被增大时，施加在相应温度区段的所述放电功率转换速率或所述充电功率转换速率来分阶段地增大所述放电功率限制值或所述充电功率限制值。

9.一种用于限制电池的功率的系统，其中，为每个温度区段制定最小放电电压参考值和放电功率转换速率，并且根据温度不同地施加所述放电功率转换速率，所述系统包括：

控制器，包括存储器和处理器，所述存储器被配置为存储程序指令并且所述处理器被配置为执行所述程序指令，所述程序指令在被执行时被配置为：

控制传感器以测量电池的温度；

测量电池单元的最小电压；以及

当电池单元的所述最小电压小于在相应温度区段的所述最小放电电压参考值时，通过将放电功率限制值减小在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率来调节放电限制。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述程序指令在被执行时进一步被配置为：

当电池的所述放电功率限制值被减小了在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率时，将所述放电功率限制值削减至大约0，使得所述放电功率限制值约小于0。

11.一种包含由控制器执行的程序指令的非瞬时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

控制传感器以测量电池的温度的程序指令；

测量电池单元的最小电压的程序指令；以及

当电池单元的所述最小电压小于在相应温度区段的所述最小放电电压参考值时、通过将放电功率限制值减小在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率来调节放电限制的程序指令。

12.根据权利要求11所述的非瞬时性计算机可读介质，还包括：

当电池的所述放电功率限制值被减小了在所述相应温度区段的所述放电功率转换速率时、将所述放电功率限制值削减至大约0，使得所述放电功率限制值约小于0的程序指令。