CN104773084A - 用于延长蓄电池寿命周期的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于延长蓄电池的寿命周期的方法，其包括在蓄电池控制器中接收储存模式状态信号并响应于接收到储存模式状态信号而在预定时间段递增地调整荷电状态窗口。

Description

用于延长蓄电池寿命周期的方法和系统

背景技术

本发明大体涉及电气化车辆，并且更具体地涉及延长电气化车辆中使用的蓄电池的寿命周期。

一般地，电气化车辆不同于传统的机动车辆，因为电动和混合动力电动车辆使用一个或多个蓄电池供电的电机选择性地驱动。与此相反，传统的机动车辆仅仅依靠内燃发动机来驱动车辆。电气化车辆除了使用内燃机之外还可以使用电机，或使用电机取代内燃发动机。

示例性电气化车辆包括混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，以及蓄电池电动车辆(BEV)。所有电气化车辆共同的主要部件是蓄电池组。蓄电池组包含多个蓄电池单元，其存储用于为电机供电的电能。蓄电池单元可以在使用前充电，并且在驱动期间由再生制动或发动机进行再充电。由于这种功能，选定的用在电动或混合动力电动车辆中的蓄电池类型必须适合频繁充电和放电。

一种这种适合的蓄电池类型是锂离子蓄电池。随着锂离子蓄电池使用年限增加，他们丧失容量并增加内电阻，从而限制了有效寿命。在没有使用蓄电池的情况下，将蓄电池在低于理想条件的条件中保存较长一段时间可以加速容量的丧失和内电阻的增加。锂离子蓄电池的理想的长期储存条件不同于电气化车辆的理想的标准工作条件。

发明内容

根据本发明的一个示例性实施例，一种用于延长蓄电池的寿命周期的方法，包含响应于接收到储存模式状态信号，在预定时间段递增地调整荷电状态窗口，以及其他。

在前述方法的进一步实施例中，荷电状态窗口由荷电状态最大极限、荷电状态上限、荷电状态下限以及荷电状态最小极限限定。

前述方法的进一步实施例包括，使用来自蓄电池的功率操作车辆电子系统的步骤，从而减小蓄电池的荷电水平直到蓄电池在荷电状态下限值和荷电状态上限值之间限定的荷电状态窗口内。

前述方法的进一步实施例包括，响应于荷电状态下限值达到了储存荷电状态下限值且荷电状态上限值达到了储存荷电状态上限值，以及蓄电池荷电状态(或荷电水平)在储存荷电状态下限和储存荷电状态上限内，输出表明蓄电池系统控制器完全进入储存模式的信号的步骤。

前述方法的进一步实施例包括，在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤以及蓄电池能量系统控制器定期轮询驾驶员输入。

在前述方法的进一步实施例中，在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤，响应于在包含蓄电池的车辆的运行期间执行接收储存模式状态信号，在预定时间段递增地调整由荷电状态最大极限、荷电状态上限和荷电状态下限限定的荷电状态窗口。

在前述方法的进一步实施例中，在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤包括接收储存模式的预期持续时间。

前述方法的进一步实施例包括，响应于超过储存模式的持续时间，将荷电状态下限重新设置为非储存下限值，将荷电状态上限重新设置为非储存上限值，以及将荷电状态最大极限重新设置为非储存最大极限值。

前述方法的进一步实施例包括，响应于超过储存模式的持续时间给蓄电池系统充电的步骤。

前述方法的进一步实施例进一步包括，响应于接收到储存模式状态信号而在预定时间段递增地调整由荷电状态最大极限、荷电状态上限以及荷电状态下限限定的荷电状态窗口的步骤之后，减小蓄电池系统的充电功率极限并调整蓄电池系统的放电功率极限至预定值的步骤。

前述方法的进一步实施例，进一步包括响应于接收到远程信号退出储存模式的步骤。

在前述方法的进一步实施例中，蓄电池是锂离子蓄电池。

根据本发明的示例性实施例，一种车辆蓄电池系统控制器，其包含永久性计算机可读介质以及其他，计算机可读介质存储可操作以引起蓄电池系统控制器响应于接收到储存模式状态信号而执行在预定时间段递增地调整荷电状态窗口的步骤的指令。

在前述车辆蓄电池系统控制器的进一步实施例中，操作者输入包括触摸屏按钮、物理按钮、触发器(toggle)、以及远程输入连接中至少之一

。

在前述车辆蓄电池系统控制器的进一步实施例中，操作者输入进一步包括可操作地接收储存模式的持续时间的持续时间输入。

前述车辆蓄电池系统控制器的进一步实施例，包括远程输入。

在前述车辆蓄电池系统控制器的进一步实施例中，远程输入是无线接收器。

在前述车辆蓄电池系统控制器的进一步实施例中，荷电状态窗口由荷电状态最大极限、荷电状态上限、荷电状态下限、以及荷电状态最小极限限定。

根据本发明的示例性实施例，一种用于操作电气化车辆的方法，包括蓄电池能量控制模块从车辆操作者接收储存模式状态信号，并从第一荷电状态下限值至第二荷电状态下限值逐步调整荷电状态下限，从第一荷电状态上限值至第二荷电状态上限值逐步调整荷电状态上限，以及从第一荷电状态最大极限值至第二荷电状态最大极限值逐步调整荷电状态最大极限，以及其他可能的步骤。

在前述方法的进一步实施例中，从第一荷电状态下限值至第二荷电状态下限值逐步调整荷电状态下限，从第一荷电状态上限值至第二荷电状态上限值逐步调整荷电状态上限，以及从第一荷电状态最大极限值至第二荷电状态最大极限值逐步调整荷电状态最大极限的步骤包含，在预定时间段将荷电状态下限值定期递减设定量，将荷电状态上限值定期递减设定量，以及将荷电状态最大极限值定期递减设定量。

根据本发明的示例性实施例，一种车辆蓄电池系统，包含蓄电池、以及控制器，控制器响应于储存模式状态信号，在预定时间段可操作地递增调整荷电状态窗口。

在不排他的情况下，前述特征和元件可以以任意组合的方式结合，除非另有明确表示。

附图说明

从以下说明书和附图中可以很好地理解本发明的这些以及其他方面，以下是附图的简要说明。

图1图示地示出了示例性电动车辆动力传动系统。

图2示出了示例锂离子蓄电池的电池容量随着时间变化的图表。

图3示出了电动或混合动力电动车辆被置于储存模式的过程。

图4示出了当进入储存模式时蓄电池系统荷电状态随着时间变化的图表。

具体实施方式

图1图示地示出了电气化车辆12的动力传动系统10。电气化车辆12可以是HEV、PHEV、BEV、或任何其他车辆。换言之，本发明不限于电气化车辆的任何特定类型。

动力传动系统10包括驱动系统和蓄电池系统50，驱动系统至少具有马达36(即电机)。蓄电池系统50包括高压锂离子蓄电池，其能够输出电能以操作马达36。虽然未示出，但是蓄电池系统50可以由电连接的多个较小的蓄电池模块构建，以形成蓄电池系统50。在某些例子中，多个较小的蓄电池模块包含在单个的蓄电池组中，并且在其他例子中，多个较小的蓄电池模块包含在电连接的两个或多个独立的蓄电池组中。

蓄电池系统50由蓄电池系统控制器52控制。蓄电池系统控制器52可以被整体封装到蓄电池系统50中，或与蓄电池系统50分离并电耦接到蓄电池系统50。在可选的实施例中，蓄电池系统控制器52可以是通用发动机控制器60内的模块。

在本例中，通用发动机控制器60控制马达36的操作，以及接收并解译车辆操作者输入。举例来说，通用发动机控制器60可以连接到车辆12的操作者可使用的输入系统且输入系统可以包括多个触摸屏按钮或物理按钮。车辆12的操作者可以通过按下或触摸对应于所需输入的按钮提供输入至通用发动机控制器60。一个这样的示例性输入是储存模式输入，其警告通用发动机控制器60在当前旅行之后较长时间段将不能使用车辆12。此通知允许通用发动机控制器60将各种车辆系统置于储存模式。在某些例子中，要么蓄电池系统控制器52、通用发动机控制器60、要么二者可以包括能够从远程源接收输入的无线/蜂窝无线接收器70。

在运行期间，驱动系统可以产生扭矩来驱动一组或多组电气化车辆12的车辆驱动轮30。例如，马达36可以由蓄电池系统50供电并用于通过输出扭矩至轴46电驱动车辆驱动轮30。图1示出的例子是高度示意性的。应当领会，其它部件，包括但不限于内燃发动机、发电机、动力传输单元、以及一个或多个控制系统，也可以包括在电气化车辆12的动力传动系统10中。

锂离子蓄电池(例如包括在蓄电池系统50中的蓄电池)在车辆运行期间通常具有良好的充电/放电特性。然而，当蓄电池被储存时，蓄电池保持在恒定的荷电状态，并且理想的工作条件不同于理想的储存条件。

继续参考图1，图2示出了展示在储存期间在多个初始荷电状态水平的初始蓄电池的放电容量的百分比的下降的图表100。Y轴表示初始放电容量剩余的百分比(在别处称为蓄电池的“充电容量”)。X轴表示时间。每条线110、120、130、140对应于不同的初始荷电状态，其中110为最高，120为第二高，130为第二低，140为最低。可以看到，在每种情况下，当蓄电池被储存时，充电容量剩余随着时间会减小。

两个最高的初始荷电状态曲线110、120随着时间的减小近似相等。然而，作为一般原则，初始荷电状态越小，充电容量随时间的损失越小。这种关系在对于较低的初始荷电状态的荷电状态曲线130、140中得到了证实。蓄电池的内电阻百分比随着时间的变化也受初始荷电状态影响。同样地，当蓄电池的初始荷电状态越大时以及当蓄电池在越高的温度储存时，内电阻百分比增加越多，并以更快的速度增加。

更进一步，本领域技术人员将认识到，蓄电池储存的温度越高，上述影响将会越加重。因此，理想的储存条件是在相对低的荷电状态和相对低的温度。然而，本领域技术人员应当理解，蓄电池应保持在至少最小的荷电状态水平，以便当储存期结束时帮助车辆的初始启动。本领域技术人员应进一步认识到储存温度经常难于控制。

考虑到以上描述的关系，当车辆12的操作者在很长一段时间不期望再次使用车辆12时，将蓄电池系统50置于储存模式中是有利的。

继续参考图1和图2，图3示出了将蓄电池系统50置于储存模式的过程。在初始“进入储存模式”步骤210中，车辆的操作者输入输入至通用发动机控制器60，表明车辆在当前行程结束之后很长时间将是闲置的。该输入可通过触摸屏提示、物理按钮、或任何其他标准输入类型来执行。在一个示例性实施例中，提供输入至通用发动机控制器60。在标准操作期间，蓄电池系统控制器52定期轮询通用发动机控制器60以确定车辆12的模式并在该时间接收储存模式信号。在可选的例子中，直接提供输入至蓄电池系统控制器52，且轮询是不必要的。

当蓄电池系统控制器52从通用发动机控制器60接收表明车辆12进入储存模式的储存模式状态信号时，在“调整荷电状态参数”步骤220，蓄电池系统控制器52开始调整蓄电池控制参数以与蓄电池的储存模式参数匹配。

在本例中，初始蓄电池控制参数是荷电状态最小极限、荷电状态下限、荷电状态上限、以及荷电状态最大极限。荷电状态极限定义了蓄电池系统50可取的荷电水平，也定义了蓄电池所允许保持的荷电量的绝对最小值和绝对最大值。荷电状态最小极限在制造期间由蓄电池系统控制器52设置并设置为足以启动车辆12的荷电水平。当进入储存模式时，不调整荷电状态最小极限，因为最小荷电量应该保留在蓄电池中，以便在长期储存之后帮助发动机启动。

荷电状态最大极限是蓄电池系统控制器52允许在任何时间蓄电池具有的最大荷电量。荷电状态下限是高于最小极限的荷电水平，并定义蓄电池系统可取的荷电水平的下边界。同样地，荷电状态上限是低于荷电状态最大极限的荷电水平，并定义蓄电池系统50可取的荷电水平的上边界。下端由荷电状态下限限制和上端由荷电状态上限限制的窗口被称为荷电状态窗口。

当进入储存模式时，减小荷电状态下限、上限和最大极限，以便在长期储存开始时减少蓄电池保持的电量。通过减少蓄电池保持的电量，减小了由于长期储存导致的充电容量的降低(见图2)。在一个例子中，该极限向下减小到确保0.5*(Low_Lim+High_Lim)近似等于校准值所必需的程度，其中Low_Lim代表荷电状态下限且High_Lim代表荷电状态上限。随着蓄电池使用年限增加，蓄电池容量会降低并且内电阻将增加。为了保证蓄电池组具有足够车辆启动的能量和功率，校准值基于蓄电池系统50的使用年限来确定，较长的使用年限与较高的校准值相对应。当设计校准时，也考虑到蓄电池的自放电特性。校准值是蓄电池系统50在长期储存开始时的目标或最佳的荷电状态。受益于本发明的本领域技术人员可以基于给定系统的特定细节来确定适当的校准值。在调节过程期间，保持下面的关系：最大极限>上限>下限>最小极限。

当进入储存模式时，最大极限与上限(即最大极限-上限)、上限与下限(即上限-下限)、下限与最小极限(即下限-最小极限)之间的距离缩减到校准值，这是基于蓄电池容量和充电与放电功率性能来确定的。距离被校准到足够大以提供驱动车辆所需的最小能量和功率。

由于储存模式可以在车辆运行期间进入，且蓄电池的储存参数的突变会影响车辆性能，因此蓄电池系统控制器52在设定的时间段逐步调整参数到储存模式水平。参数的逐步调整减慢了调整对车辆运行的影响并导致安全转变至储存模式。如果当车辆没有使用时进入储存模式，蓄电池系统控制器52可以立即调整参数至储存模式水平。

举例来说，时间段和调整速率可以由蓄电池系统控制器52定义，以便参数的调整不大于每秒5％。虽然在此描述和例证为线性调整，但是应当理解，参数的调整未必遵循线性路径。在某些例子中，调整是以确定的量递增的，产生线性调整，且在预定时间段降低极限值至设定值。在其它例子中，极限值可以以确定的百分比递增，导致在预定时间段沿非线性路径降低的极限值。

荷电状态水平(蓄电池参数)的逐步调整在以下关于图4进行更详细地描述。

一旦荷电状态水平已被调整，蓄电池系统控制器52在“更新功率极限”步骤230中更新功率极限。在更新功率极限步骤230期间，蓄电池系统控制器52减小了充电功率极限并且如果蓄电池允许增加或保持放电功率极限为预定值。预定值基于蓄电池系统50的充电和放电功率性能来校准和确定。如果蓄电池不允许，减小放电功率极限至另一个预定值。该预定值也基于蓄电池系统50的放电功率性能来确定。充电和放电功率性能可以评估且并且通常随着蓄电池使用年限变化。正如蓄电池参数，逐步调整充电功率极限和放电极限以便增加车辆操作者的操作的舒适性和方便性。

为了帮助蓄电池荷电状态减小到荷电状态下限和上限内，多余的能量通过要么正常车辆驾驶要么操作电电子设备(例如加热/冷却/除霜系统、无线电系统、照明系统或任何其他车载电子设备)来耗散。电子设备的操作结合向蓄电池组提供的再充电电流的减小或消除来执行，从而允许蓄电池组放电至预定的荷电状态。

一旦参数已进行了调整，并且功率极限也已进行了更新，蓄电池系统50已准备好根据停止运转进入储存模式，并且蓄电池系统控制器52轮询系统以确定车辆12是否在“结束行程”步骤中已停止运转。一旦蓄电池系统控制器52确定车辆12已停止运转，蓄电池系统控制器52在“蓄电池荷电状态在荷电状态极限内检查”步骤250中检查以确定蓄电池系统50的荷电状态是否在储存模式荷电状态上限和下限内。如果蓄电池系统50的荷电状态是在储存模式荷电状态上限和下限内，蓄电池系统控制器52停用所有的测量电路系统且和将所有的再平衡电路系统切换为关闭。一旦发生这种情况，蓄电池系统50准备好长期储存。

如果蓄电池系统50的荷电状态不在荷电状态上限和下限内，蓄电池系统控制器52在“接通再平衡电路”步骤270中接通蓄电池系统50内的所有单元的再平衡电路系统。在再平衡期间，蓄电池系统控制器52周期性轮询蓄电池系统50的荷电状态。当荷电状态落在荷电状态窗口(由荷电状态上限和荷电状态下限限定的窗口)内时，蓄电池系统控制器52进入长期储存并关闭。

继续参考图1-3，图4示出了荷电状态极限从第一值到最终的终值的增量调整。图4包括图表300，图表300包括表明系统的荷电状态水平从运行荷电状态水平近瞬时下降到储存荷电状态水平的线310和表明上述从运行荷电状态水平到储存荷电状态水平的增量调整的线320。

在时间t₀，车辆12正在运行且车辆12操作者没有设置储存模式。在时间t₀，最大荷电状态极限332、荷电状态上限334、荷电状态下限336以及最小荷电状态极限338由蓄电池系统控制器52定义。

在时间t₁，操作者将车辆12置于储存模式。在瞬时调整系统(线310)中，蓄电池系统控制器52调整荷电状态最大极限342、荷电状态上限344、以及荷电状态下限346至储存水平。如上所述，不调整荷电状态最小极限，以便确保在蓄电池统50中保持充足的荷电状态以根据退出储存模式重新启动车辆12。荷电状态极限342、344、346的近瞬时调整导致功率限制突然、急剧的变化，因此蓄电池系统50的荷电状态突然、急剧下降。

为了减小荷电状态的这种突然下降，示例性蓄电池系统控制器52在线320所示的时间段递增地减小荷电状态极限。在t₁，蓄电池系统接收初始储存模式输入并减小荷电状态最大极限332、荷电状态上限334、以及荷电状态下限336至低于初始操作值的中间值352、354、356。在时间t₂，蓄电池系统控制器52再次降低荷电状态极限352、354，356至新的较低的荷电状态极限362、364、366。在时刻t₃和最后一次在时间t₄，再次重复这种增量过程。在时间t₄，蓄电池系统控制器52已经调整荷电状态极限至最终的储存荷电状态极限342、344、346。在整个过程中，最小荷电状态极限348保持恒定。

线320示出的荷电状态极限的增量调整降低了蓄电池系统50的荷电状态水平在操作者仍然操作车辆12时的降低急剧程度。

再次参考图1，车辆12操作者输入可以比单个按钮按下或拨动更为精细。在某些实例中，操作者可以通过输入表明车辆将处于长期储存期间的时间段的值来提供关于长期储存持续时间的详细信息。在某些示例性车辆中，例如插电式混合动力车辆或BEV车辆，在图3中描述的过程可以包括响应于用户定义的长期储存持续时间期满返回蓄电池控制参数至非长期储存水平的附加步骤。在本例中，车辆12重新设置蓄电池控制参数并且一旦持续时间延长使用插电式电源开始给车辆12充电。在本例中，蓄电池可以充电至它在非储存模式中的最大荷电极限。这种充电根据操作者的返回能够使车辆12立即完全使用。由于在长期储存期间不操作车辆，当蓄电池系统控制器52退出长期储存模式时没有必要逐渐增加蓄电池控制参数。

在另一个可选示例性系统中，蓄电池系统控制器52或通用发动机控制器60可以包括网络功能，例如无线和/或蜂窝无线通信。在本例中，如果操作者已离开车辆且之后确定长期不再需要车辆12，操作者可以使用网络连接设备(例如计算机或智能电话)远程地将车辆12置于长期储存模式中。一旦车辆接收到远程“进入储存模式”命令，蓄电池系统控制器52将蓄电池系统50置于储存模式中，如上所述。

在进一步例子中，车辆12包括网络连接功能，操作者可以在车辆12运行期间设置长期储存模式并表明未指明的长期储存持续时间。然后操作者可以使用网络连接设备(例如计算机或智能电话)在再次需要车辆12之前来远程关闭长期储存模式。在本例中，如果车辆12是插电式或BEV型车辆，蓄电池系统50可以一接收到退出储存模式就开始充电直到非储存荷电状态参数，并且到操作者准备使用车辆12的时候车辆可以处于标准模式。

进一步应当理解，上述构思中的任何一个可单独使用或与其他上述构思中的任何一个或全部结合。虽然已公开了本发明的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到，在本发明的范围内可以进行某些修改。由于这个原因，应该研究以下的权利要求以确定本发明的真正范围和内容。

Claims (12)

1.一种用于延长蓄电池的寿命周期的方法，包含：

响应于接收到储存模式状态信号，在预定时间段递增地调整荷电状态窗口。

2.根据权利要求1所述的方法，其中荷电状态窗口由荷电状态最大极限、荷电状态上限、荷电状态下限以及荷电状态最小极限限定。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含使用来自蓄电池的功率操作车辆电子系统的步骤，从而减小蓄电池的荷电水平直到蓄电池在荷电状态下限值和荷电状态上限值之间限定的荷电状态窗口内。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含响应于荷电状态下限值达到了储存荷电状态下限值且荷电状态上限值达到了储存荷电状态上限值，以及蓄电池荷电状态(或荷电水平)在储存荷电状态下限和储存荷电状态上限内，输出表明蓄电池系统控制器完全进入储存模式的信号的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤；以及

蓄电池系统控制器定期轮询驾驶员输入。

6.根据权利要求5所述的方法，其中在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤，响应于在包含蓄电池的车辆的运行期间执行接收储存模式状态信号，在预定的时间段递增地调整由荷电状态最大极限、荷电状态上限和荷电状态下限限定的荷电状态窗口。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在蓄电池系统控制器中接收储存模式状态信号的步骤进一步包含接收储存模式的预期持续时间。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包含响应于超过储存模式的持续时间，将荷电状态下限重新设置为非储存下限值，将荷电状态上限重新设置为非储存上限值，且将荷电状态最大极限重新设置为非储存最大极限值。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包含响应于超过储存模式的持续时间给蓄电池系统充电的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包含，响应于接收到储存模式状态信号而在预定时间段递增地调整由荷电状态最大极限、荷电状态上限以及荷电状态下限限定的荷电状态窗口的步骤之后，减小蓄电池系统的充电功率极限并调整蓄电池系统的放电功率极限至预定值的步骤。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包含响应于接收到远程信号退出储存模式的步骤。

12.根据权利要求1所述的方法，其中蓄电池是锂离子蓄电池。