CN104553844B - 车辆和用于控制车辆中的电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车辆和用于控制车辆中的电池的方法。所述车辆具有被配置为执行所述方法的控制系统，所述方法包括以下步骤：基于车辆空闲状态和具有至少预定衰减率的电池，修改电池中的至少一些电池单元的荷电状态(SOC)。所述至少一些电池单元的SOC被修改为使得SOC被修改之后电池具有小于所述预定衰减率的衰减率。
Description
技术领域
本公开涉及一种车辆以及用于控制车辆中的电池的方法。
背景技术
电池组的衰减率可取决于当电池组处于空闲(idle)时间段(尤其是在炎热的气候下)时电池组的荷电状态(SOC)。例如，电池的日历寿命的衰减率可因取决于电池是否在0％SOC、50％SOC或100％SOC下空闲的多个因素而不同。在电池包含锂镍钴锰氧化物(NCM)和锂锰氧化物(LMO或尖晶石)的混合阴极材料的情况下，已经发现在40％–80％的SOC范围内衰减率是最高的。因此，需求一种车辆以及用于控制车辆中的电池的方法，所述方法当确定不是立刻需要电池(例如，当车辆在长时间内处于点火开关关闭状态时)并且进一步确定电池SOC处于指示高衰减率的范围内时修改电池SOC。
发明内容
本公开的至少一些实施例包括一种用于控制车辆中的电池的方法，所述方法包括以下步骤：基于车辆空闲状态和具有至少预定衰减率的电池，修改电池中的至少一些电池单元的荷电状态(SOC)。所述至少一些电池单元的SOC被修改为使得在SOC被修改之后电池具有小于所述预定衰减率的衰减率。如在此所使用的，术语“车辆空闲状态”不是指车辆“怠速”(即，当车辆停止时运转)，相反地，“车辆空闲状态”指的是车辆处于点火开关关闭状态(即，不运行)。
所述车辆空闲状态可以由驾驶员发起信号指示。所述车辆空闲状态可以由车辆空闲超过预定时间指示。修改至少一些电池单元的SOC可包括：通过升高一些电池单元的SOC并降低一些其它电池单元的SOC，而使电池的SOC失去平衡。所述方法还可包括：当车辆在车辆空闲并且电池的SOC失去平衡之后运行时，平衡电池的SOC。所述电池可包括多种成分材料，并且所述预定衰减率基于至少电池的SOC以及所述多种成分材料中的至少一种。
本公开的至少一些实施例包括一种用于控制车辆中的电池的方法，所述方法包括以下步骤：基于预定事件和具有至少预定衰减率的电池，修改电池中的至少一些电池单元的荷电状态(SOC)。所述至少一些电池单元的SOC被修改为使得在SOC被修改之后电池具有小于所述预定衰减率的衰减率。
所述预定事件可以是指示车辆将空闲超过预定时间的驾驶员发起信号。所述预定事件可以是车辆空闲超过预定时间。修改至少一些电池单元的SOC可包括：通过升高一些电池单元的SOC并降低一些其它电池单元的SOC，而使电池的SOC失去平衡。所述预定事件与车辆空闲超过预定时间相关，所述方法还可包括：当车辆在电池的SOC已经失去平衡之后运行时，平衡电池的SOC。所述电池可包括多种成分材料，并且所述预定衰减率基于至少电池的SOC以及所述多种成分材料中的至少一种。修改至少一些电池单元的SOC可包括升高电池单元的SOC或降低电池单元的SOC中的一种。
本公开的至少一些实施例包括一种车辆，所述车辆具有包括多个电池单元电池和包括至少一个控制器的控制系统，所述控制系统被配置为：基于预定事件和具有至少预定衰减率的电池，修改至少一些电池单元的SOC。所述控制系统被配置为：修改SOC，使得在所述至少一些电池单元的SOC被修改之后电池具有小于所述预定衰减率的衰减率。
所述控制系统被配置为：通过升高一些电池单元的SOC并降低一些其它电池单元的SOC，来修改至少一些电池单元的SOC，从而使电池的SOC失去平衡。所述预定事件与车辆空闲超过预定时间相关，所述控制系统还可被构造为：当车辆在电池的SOC失去平衡之后运行时，平衡电池的SOC。所述控制系统还可被配置为：接收驾驶员发起信号，所述预定事件是指示车辆将空闲超过预定时间的驾驶员发起信号。所述控制系统还可被配置为接收与车辆空闲时间相关的信号，其中，所述预定事件是车辆空闲超过预定时间。所述电池可包括多种成分材料，并且所述预定衰减率基于至少电池的SOC以及所述多种成分材料中的至少一种。所述车辆还可包括与所述电池分开的电气存储装置，其中，所述控制系统可被配置为通过执行下列操作中的一种来修改至少一些电池单元的SOC：通过将电荷从电池转移到电气存储装置而降低电池的SOC；或者通过将电荷从电气存储装置转移到电池而升高电池的SOC。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施例的车辆的示意图；
图2示出了图解根据本公开的实施例的方法的流程图。
具体实施方式
根据需要，在此公开了本发明的具体实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以多种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可放大或缩小一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能性细节不应该解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式应用本发明的代表性基础。
图1示出了根据本公开的实施例的车辆10。车辆10包括具有高压电源14的电气系统12，在该实施例中，高压电源14是高压(HV)电池。电池14包括高压电池单元阵列16和电池控制器18。电池控制器18经由控制器局域网络(CAN)连接至其他控制器，这些控制器中的一些或所有控制器构成控制系统。如图1中所示，所述控制系统包括车身控制模块(BCM)20。BCM20除了与电池14通信以外，BCM 20还与遍布车辆12中的如由“其他CAN节点”22示意性地表示的其他控制器和系统通信。BCM 20还与DC/DC转换器24通信，DC/DC转换器24被构造为从高压电池14接收高压输入。转换器24输出低压(LV)电力，低压电力通往低压电力配电箱或保险丝盒26。低压车辆负载27和低压电池28可连接至保险丝盒26。如有需要，低压电池28可向保险丝盒26和低压负载27提供电力。
虚线30被示出为将低压电池28连接至BCM 20，并且表示了低压电池28与BCM 20之间的通信。高压电池14除了通过转换器24向低压负载27供应低压电力以外，高压电池14还向高压负载32提供高压电力，高压负载32可以是例如电动车辆或混合动力电动车辆中的牵引电动机。图1中还示出了可选择的外部存储装置34，外部存储装置34可以是例如超级电容器、另一电池或其它电气存储装置。下面详细地解释的外部存储器34可在本公开的一些实施例中被使用，以提供这样的机构：通过所述机构可以按照期望使电池14的SOC增大或减小。
根据本公开的实施例，车辆10的控制系统(尤其是电池控制器18)可被配置为执行多个步骤以帮助延长高压电池组16的寿命。通常，电池控制器18可被配置为：基于预定事件和具有至少预定的衰减率的电池，而修改高压电池组16中的至少一些电池单元的SOC。例如，所述预定事件可以与车辆空闲(即，车辆关闭超过预定时间)相关。这将例如通过驾驶员发起信号被传递至电池控制器18，所述驾驶员发起信号可由驾驶员通过仪表盘或操作开关或者智能钥匙链上的按钮发出。这样的信号可以例如被车辆控制系统中的控制器接收，并且经由图1中所示的其它CAN节点22传递至电池控制器18。这样，当车辆操作员知道车辆将在较长的时间段(例如，二十四小时或者更长)内空闲时，所述预定事件可包括操作员启动所述开关以将该信息提供至电池控制器18。
可选地，可监视车辆系统，并且当车辆10已经空闲预定时间量时，可通过控制系统中的其它系统中的一个(诸如另一控制器或GPS接收器)将该信息直接传送到电池控制器18。在这种情况下，所述“预定事件”包括车辆10已经空闲超过预定时间，如上面的示例，所述预定时间可以是二十四小时，然而，也可以使用其它时间段。实际上，所述预定时间可以是可校准的参数，所述参数可以随着电池的寿命的进程而变化。值得注意的是，自动地监视车辆系统并不与车辆驾驶员指示信号相排斥；更确切地说，两个选项可以均是可用的。按照这种方式，如果车辆操作员知道车辆将空闲(即，处于点火开关关闭状态)较长的时间段，则他或她可以通过提供与如上所述的车辆空闲时间相关的信号来警告控制系统；然而，当车辆保持空闲持续至少预定时间并且车辆操作员尚未提供所述信号时，所述信号可以基于自动监视而被发送至电池控制器18。
如上所述，修改电池SOC的决定可基于预定事件(诸如车辆保持空闲持续预定时间)，并且还可基于具有至少预定衰减率的电池。电池(诸如图1中所示的电池组16)的衰减率可基于多个因素(包括电池的SOC和构成电池的成分材料的知识)。例如，对于包含锂镍钴锰氧化物(NCM)和锂锰氧化物(LMO或尖晶石)的混合阴极材料的电池，当SOC是40％–80％时，衰减率可以是不可接受地高。包含其他成分材料的电池可在不同的SOC水平下具有高的衰减率。此外，当确定衰减率是否处于可期望实现本发明的水平时，还可以考虑电池的使用年限。因此，尽管衰减率可被称为“确定的”参数，但是实际上，可能基于已知的信息(诸如电池的SOC和构成电池的成分材料)和在各种条件下的电池特性的常识而估计衰减率。
如上所述，如果已经发生预定事件并且电池已经例如被估计为具有至少预定衰减率，则根据本公开的实施例配置的控制系统可修改电池SOC，以降低衰减率，使得衰减率低于由预定衰减率指示的不可接受的高水平。可以根据电气控制系统和多种系统以及其中可用的装置按照多种方式修改SOC。例如，图1示出了与高压电池14通信的外部存储装置34。例如，外部存储装置34可以是能够从电池14接收电荷或者将电荷供应至电池14的超级电容器。因此，在至少一些实施例中，控制系统可被配置为使得整个电池组16向外部存储装置34放电，因此，电池14的SOC低于将会出现不可接受的高衰减率的水平。可选地，控制系统可被配置为对电池组16充电，以将SOC升高到高于将会出现不可接受的高衰减率的水平。尽管在图1中示出了外部存储装置(诸如外部存储器34)，但是设置了用于对电池14充电和放电的便利的机构，这样的装置的添加为车辆增添了成本和重量。因此，根据本公开的实施例的控制系统可被配置为将电荷传递至电池组16内的各个电池单元或者从电池组16内的各个电池单元传递电荷。具体地，控制系统可通过从电池组16中的其它电池单元对电池组16中的一些电池单元充电，而升高电池组16中的所述一些电池单元的SOC，从而降低所述其它电池单元的SOC，并且使电池组16中的SOC失去平衡。由于当电池空闲时至少一些电池的高衰减率是很普遍的，所以控制系统可被构造为一旦车辆已恢复运行并且电池已依照正常操作重新充电或放电，就重新平衡电池单元的SOC。无论是通过从外部存储装置充电或向外部存储装置放电来修改SOC，还是通过如上所述的使SOC失去平衡而修改SOC，在修改SOC之后电池都将具有小于预定衰减率的衰减率。
一些电池控制系统(尤其是在电动车辆或混合动力电动车辆中使用的高压电池的情况下)可具有被设计为确保各个电池单元不会过充电的自动自放电机构。在这种情况下，如果在通过失去平衡或者升高总体SOC中来修改了SOC之后，电池保持空闲持续较长的时间段，则控制系统可被构造为定期地监视电池的开路电压(OCV)，以确保具有高SOC的单元没有发生会将这些电池单元带回到指示高衰减率的SOC范围的自动放电。在至少一些示例性实施例中，每隔七十二小时监视电池单元，以确定电池单元的SOC是否已经变化为使得它们目前回到预期的高衰减率的范围内。如果已经发生了上述情况，则控制系统可自动返回到修改SOC的步骤，以将电池单元带出高衰减率范围。
图2示出了图解根据本公开的实施例的方法36的流程图，具体地，图2示出了已经被编程为并且通过如上描述的控制系统执行的步骤。所述方法在步骤38处开始，接着，在步骤40处做出车辆是否处于空闲(具体地，车辆是否关闭持续预定时间)的确定。如上面所提到的，这将经历车辆系统的自动监视，例如，通过与控制器(诸如电池控制器18)通信的GPS接收器来进行所述自动监视。可选地，可由计划车辆关闭预定时间的车辆操作者直接传送信号。如果判定框40的答案是“否”，则所述方法返回到开始。然而，如果判定框40的答案是“是”，则所述方法继续到判定框42，在判定框42处确定电池是否处于指示高衰减率的范围内。如上所述，这将通过电池成分材料的知识和电池单元的监视的SOC的结合而确定。
如果在判定框42处确定电池不处于指示高衰减率的范围内，则将在预定时间内不采取动作(在步骤44处示出)。因此，例如，控制系统可被配置为针对电池处于预期高衰减率的范围内的指示而监视电池，并且控制系统可以按照预定的频率来执行这一监视，在上面提供的示例中，所述预定的频率是七十二小时，然而，根据期望，所述频率可以小于或大于七十二小时。将在步骤44继续监视电池，并且总是返回到判定框42，以确定电池是否已经达到预期高衰减率的状态。当确定了电池已经达到这一状态时，所述方法进行到如上所述的修改SOC的步骤46。
接着，在判定框48确定车辆是否正在被使用，车辆正在被使用可以是发动机起动以及车辆正在运动，或者在其它实施例中车辆正在被使用可以是仅仅发动机起动。如果车辆未被使用，则所述方法循环返回到如步骤44所示的定期的监视。一旦在判定框48处确定车辆正在被使用，则当车辆运行时电池单元的SOC被重新平衡(这在步骤50处示出)。对于利用外部存储装置(诸如图1中所示的外部存储装置34)的实施例，基于那时的运行状况，可向电池组16提供附加的电荷或从电池组16获取附加的电荷，而不是重新平衡。
虽然上面已经描述了示例性实施例，但并非意指这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地说，在说明书中所使用的词语仅仅是描述性的词语而非限制性的词语，并且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变。另外，各种实施例的特征可被结合以形成本发明的进一步的实施例。
Claims (6)
1.一种用于控制车辆中的电池的方法，包括：
基于车辆空闲状态以及电池具有至少预定衰减率，修改电池中的至少一些电池单元的荷电状态(SOC)，所述至少一些电池单元的荷电状态被修改为使得在荷电状态被修改之后电池具有小于所述预定衰减率的衰减率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆空闲状态由驾驶员发起信号指示。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆空闲状态由车辆空闲超过预定时间指示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，修改至少一些电池单元的荷电状态包括：通过升高一些电池单元的荷电状态并降低一些其它电池单元的荷电状态，而使电池的荷电状态失去平衡。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：当车辆在车辆空闲并且电池的荷电状态失去平衡之后运行时，平衡电池的荷电状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池包括多种成分材料，并且所述预定衰减率基于至少电池的荷电状态和所述多种成分材料中的至少一种。
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