CN107650695A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电池系统，其中提供了一种混合动力车辆电池系统。该电池系统包括电耦接到车辆的电动马达的多个电池单元，该电动马达机械地耦接到车辆的驱动系统。电池系统被配置为：至少部分地基于当前操作模式或预期操作模式确定电池系统的电压要求；以及调整电池单元的配置，以便根据要求增加或减小电池系统的电压。本公开还提供了一种操作混合动力车辆的方法。

Description

电池系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年7月26日提交的申请号为1612919.9的英国专利的优先权，其全部内容以引用方式并入本文以用于所有目的。
技术领域
本公开涉及一种用于机动车辆的电池系统，并且具体地，但并非排它地涉及被配置为提高机动车辆执行停止起动事件的能力的电池系统。
背景技术
许多车辆配有混合动力驱动系统，其中由电池提供电力的电动马达与内燃发动机(ICE)一起被提供。在许多布置中，电动马达和ICE都耦接到车辆的传动系，并且被配置为向传动系提供扭矩。
与常规的起动马达相比，电动马达可能够在车辆运动时将扭矩传送到传动系中。因此，在车辆运动时，混合动力电动车辆可能够转动和起动ICE。
在一些布置中，电动马达可被配置为提供扭矩以帮助驱动车辆的车轮，例如，以便允许ICE更小，以及/或者更靠近其最佳操作点操作。电动马达也可在不使用ICE的情况下使车辆能够在低速下被驱动。附加地或可替换地，电动马达可被配置为转动发动机，以允许在不需要扭矩来驱动车辆时停止ICE，例如当车辆惯性滑行、制动或停止时，并且当需要时快速重新起动。
为了转动和重新起动ICE，电动马达可需要从电池供给高电压以驱动电动马达。如果电池的电压太低，则可停用车辆的停止-起动功能，并且ICE可在混合动力车辆的操作期间恒定地运行。
Timmons等人在WO2016025565A1中示出了一种用于调整系统电池的输出的示例方法。其中，控制器控制电池模块的开关以绕过任何识别出的发生故障的电池模块。例如，控制器可在串联连接、并联连接和旁路连接之间转换，以便减少跨过不同电池模块的电压不平衡。
然而，本文的发明人已经认识到这种方法的潜在问题。作为一个示例，控制器可耦接一组电池模块以绕过发生故障的模块并提供目标电压。然而，由于耦接的电池模块的充电状态、健康状态和温度的变化，提供的实际电压可与期望的电压不同，导致混合动力车辆性能下降，并且由于频繁的发动机操作而导致燃料消耗增加。
发明内容
在一个示例中，上述问题可通过混合动力车辆电池系统至少部分地解决，该电池系统包括多个电池单元(cell)，其中电池系统电池单元电耦接到混合动力车辆的电动马达，电动马达机械地耦接到混合动力车辆的驱动系统，其中混合动力车辆具有第一操作模式和第二操作模式，在所述第一操作模式下，电池系统电池单元向驱动系统提供电力(power)，在所述第二操作模式下，电池系统电池单元从驱动系统接收电力，其中电池系统还包括可选择性地电耦接到电动马达到一个或多个附加电池单元，其中电池系统被配置为：确定电池系统的一个或多个电池单元的充电状态低于阈值，以及/或者电池系统的温度低于阈值；将电池系统电池单元和附加电池单元电连接在一起，以便增加电池系统的电压；以及允许混合动力车辆的内燃发动机的停止-起动操作。
在一个示例中，电池系统可被配置为至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式来确定电池系统的电压要求。电池系统可被配置为根据电压要求来调整电池单元的配置，以便增加或减小电池系统的电压。
附加电池单元和多个电池单元可设置在相同的电池系统封装中。
电动马达可提供机械动力以帮助重新起动内燃发动机。
电池系统可被配置为至少部分地基于电池系统的温度调整电池单元的配置。附加地或可替换地，电池系统可被配置为至少部分地基于电池系统的一个或多个电池单元的充电状态调整电池单元的配置。
调整电池单元的配置可包括例如调整电池系统内的有源(active)电池单元的数量，例如，有助于由电池系统供给的电压和/或电流的电池单元的数量。
附加地或可替换地，调整电池单元的配置可包括增加或减少电池单元之间的串联连接的数量。换句话说，调整电池单元的配置可包括减少或增加电池单元之间的并联连接的数量。
电池系统还可包括多个开关，其被配置为允许电池单元中的一个或多个以多个配置选择性地连接到电池单元中的其它电池单元。例如，多个开关可被配置为允许电池单元以串联和并联配置连接。
附加地或可替换地，开关可被配置为允许电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元选择性地隔离。调整电池系统的配置可包括将电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。可随机隔离电池单元。
电池单元可设置在第一组电池单元和第二组电池单元内。第一组电池单元的配置可以是可调整的，并且第二组的配置可以是不可调整的。
电池系统可被配置为确定电池单元或电池单元组中一个或多个的电压。电池系统可被进一步配置为至少部分地基于电池单元的电压来将电池单元或电池单元组中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。附加地或可替换地，可至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式来隔离电池单元。例如，如果当前操作模式和/或预期操作模式是第一操作模式，则可隔离例如与其它电池单元相比具有低电压的电池单元。如果当前操作模式和/或预期操作模式是第二操作模式，则可隔离具有高电压的电池单元。
混合动力车辆可包括上述电池系统。
应当理解，上面的发明内容被提供是为了以简化的形式介绍在详细描述进一步描述的一些概念。并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，其范围由详细描述后面的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上面或在本公开的任何部分提到的任何缺点的实施方式。
为了避免在说明书中不必要的重复努力和重复文本，针对本公开的仅一个或多个方面或实施例来描述某些特征。但是，应当理解，在技术上可能的情况下，关于本公开的任何方面或实施例描述的特征也可与本公开的任何其它方面或实施例一起使用。
附图说明
为了更好地理解本公开，并且为了更清楚地示出如何实现其效果，现在将通过示例的方式参考附图，在附图中：
图1是包括根据现有技术的电池系统的混合动力车辆的示意图；
图2是根据本公开的布置的用于混合动力车辆的电池系统的示意图，按照第一示例配置描绘电池系统；
图3是按照第二示例配置描绘的电池系统的示意图；
图4A和图4B是根据本公开的布置的开关组的示意图；
图5是串联连接的多个开关组的示意图；
图6是根据本公开的布置的用于电池系统的开关系统的示意图；
图7是按照第三示例配置描绘的电池系统的示意图；
图8示出了根据本公开的布置操作混合动力车辆的方法；以及
图9是根据本公开的另一种布置的又一电池系统的示意图，按照第四示例配置描绘了又一电池系统。
具体实施方式
本发明提供了用于操作诸如图1的车辆的混合动力车辆的方法和系统，其中混合动力车辆包括：内燃发动机和具有多个电池单元的电池系统，电池系统电池单元电耦接到车辆的电动马达，电动马达机械地耦接到车辆的驱动系统，其中混合动力车辆具有第一操作模式和第二操作模式，在第一操作模式下，电池系统电池单元向驱动系统提供电力，在第二操作模式下，电池系统电池单元从驱动系统接收电力。如参考图2-7和图9所描述的，电池系统还包括选择性地可电耦接到电动马达的一个或多个附加电池单元。控制器可被配置为执行诸如图8的示例程序的控制程序，以确定电池系统的一个或多个电池单元的充电状态低于阈值，或者确定电池系统的温度低于阈值；将电池系统电池单元和附加电池单元电连接在一起，以便增加电池系统的电压；并且在电池系统温度低于阈值的情况下允许内燃发动机的停止-起动操作。
通过控制器执行的方法还可包括：至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式，确定电池系统的电压要求。该方法还可包括调整电池单元的配置，以便根据电压要求增加或减小电池系统的电压。
通过控制器执行的方法还可包括至少部分地根据充电状态来调整电池单元的配置。如果充电状态低于阈值SOC水平，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内的有源(例如电连接的)电池单元的数量和/或增加电池单元之间的串联连接的数量。如果充电状态上升到阈值SOC水平之上，则可调整电池系统的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量和/或增加电池单元之间的并联连接的数量。
通过控制器执行的方法还可包括至少部分地根据温度来调整电池单元的配置。如果温度低于第一阈值，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内的有源(例如电连接的)电池单元的数量。如果温度上升到第一阈值之上，则可调整电池系统的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量。
如果温度高于第二阈值，则电池单元的配置可由控制器调整以减少电池系统内的有源电池单元的数量。如果温度低于第二阈值，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内有源电池单元的数量。第一阈值可与下限温度阈值有关，而第二阈值可与上限温度阈值有关。换句话说，第二阈值可大于第一阈值。通过减少有源电池单元的数量，可减小电池系统的电压，使得电压不超过混合系统的最大电压。因此，停用电池单元可允许增加电池系统的高温限制。
如果混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式是第一操作模式，则可调整电池单元的配置，以便增加电池单元之间串联连接的数量。
可替换地，如果混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式是第二操作模式，则可调整电池单元的配置以便增加电池单元之间的并联连接的数量。
该方法可包括确定电池单元中的一个或多个的电压。该方法还可包括至少部分地基于电池单元的电压来将电池单元中的一个或多个电池单元与电池单元中的其它电池单元隔离。可至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式来隔离电池单元。
如果当前操作模式或预期操作模式是第一操作模式，则可隔离比电池单元中的其它电池单元具有更低电压的一个或多个电池单元，例如以便增加电池系统的电压。
如果当前操作模式或预期操作模式是第二操作模式，则可以隔离比电池单元中的其它电池单元具有更高电压的一个或多个电池单元，例如以便减小电池系统的电压。这可以允许具有较低的充电状态的电池单元在电池系统运行在第二操作模式中时被充电。
调整电池单元的配置可包括随机地将电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。这可导致基本上相等的占空比被施加到电池单元中的每一个。
该方法还可包括确定电池单元中的一个或多个可能是故障的。该方法还可包括隔离有故障的电池单元。如果电池单元的电压与其它电池单元中的每一个的电压相差预定量，则电池单元可被确定为是有故障的。可替换地，如果电池单元的电压与电池单元的期望电压相差预定量，则可确定电池单元是有故障的。
该方法可还包括移除起动-停止抑制剂(inhibitor)以使得混合动力车辆能够执行起动-停止程序。
参考图1，混合动力车辆2包括内燃发动机(ICE)4和电动马达6，它们都机械地耦接到驱动系统8并且被配置为向驱动系统8提供扭矩。马达6可以例如直接或通过差速机构耦接到ICE 4的曲轴。可替换地，马达6可以例如直接耦接到车辆的一个或多个车轮。
车辆2包括电池系统10，该电池系统10电耦接到电动马达6并且被配置为向电动马达6提供电力。电池系统10包括多个电池单元10a。如图1所示，电池单元10a可以成组布置例如成对布置。每个组中的电池单元10a可与组中的其它电池单元中的每一个并联连接。每组电池单元可串联连接到其它组中的每一个。
驱动系统8机械地耦接到车辆2的车轮12，并且将来自ICE 4和电动马达6的扭矩传送到车轮12，以便驱动车辆2。
车辆还包括控制器14，诸如动力传动系统控制模块，其被配置为控制ICE4、电动马达6和驱动系统8的操作。
在图1所描绘的布置中，车辆2是轻度混合动力车辆。控制器14被配置为在第一操作模式下操作电动马达6，以提供附加的扭矩以驱动车辆2的车轮12时辅助ICE 4。此外，当控制器14确定车辆的驾驶员或车辆的另一个控制器(未示出)没有请求向车轮供给扭矩时，以及/或者如果车辆制动时，例如向车轮供给负扭矩，则控制器14被配置为关闭ICE 4，以便减少车辆2的燃料消耗。当控制器14确定车辆的驾驶员或其它控制器再次请求向车轮12供给扭矩时，控制器14控制电动马达的操作以向驱动系统8供给扭矩，以转动和起动ICE 4。
当期望向车轮12供给负扭矩时，例如当驾驶员或其它控制器要求车辆2减速时，负的例如制动的扭矩可由车辆的制动系统提供。附加地或可替换地，驱动系统8可被配置为提供负扭矩，例如，用于接收来自车轮12的扭矩。当驱动系统8接收来自车轮12的扭矩时，驱动系统8可将接收到的扭矩供给到电动马达6，电动马达6可被配置为充当发电机，以在电动马达6和电池系统10的第二操作模式下对电池系统10充电。
在混合动力车辆2的操作期间，电池系统10的电压(例如，电池系统10能够供给到电动马达6的电压)可变化。例如，如果电池系统10具有低的充电状态，则可减小电池系统10的电压。
为了向驱动系统8提供足够的功率以便转动和起动ICE 4，电动马达6可需要来自电池系统10的高电压，例如高于阈值的电压。控制器14可被配置为监测电池系统10的电压，并且如果电池系统10的电压低于阈值，可抑制(例如)防止车辆执行ICE4的起动-停止过程。这可确保在不足够的电压可用来重新起动ICE 4时ICE 4不停止。
根据电池系统10和电动马达6的操作模式，可期望电池系统10以不同的电压操作。例如，当电池系统10向电动马达6提供电力时，可期望电池系统的电压为高的，以便允许期望的扭矩被电动马达6供给到驱动系统8。相反，当电池系统10正在从电动马达6或另一个电压源接收电力时，可期望电池系统10的电压为低的，以便增加电池系统10可被充电的速度。
在图1所示的布置中，电池系统10的配置(例如，电池系统10中的电池单元10a之间的连接)是固定的。因此，在该布置中，可设置电池系统10的配置，以便在第一操作模式和第二操作模式下充分地操作。然而，图1中所描绘的电池系统10的配置可能在任一操作模式下不提供最佳效率。
参考图2，现在将描述根据本公开的布置的电池系统100。电池系统100包括多个电池单元102、开关系统104和端子106。电池系统100可设置在混合动力车辆2中以代替电池系统10。电池系统100的端子106可以是可耦接的，例如，根据控制器14的操作可电耦接到电动马达6。
如图2所描绘的，电池单元中的每一个可连接到开关系统104。开关系统104可被配置为将电池单元102中的一个、多于一个或每一个电耦接到电池单元中的其它电池单元中的一个或多个和/或电池系统100的端子106。
开关系统104可被配置为根据需要调整电池单元102的配置，例如，电池单元之间的连接。例如，开关系统104可被配置为调整电池单元102的配置，以便增加电池单元102之间的串联连接的数量。可替换地，开关系统104可被配置为调整电池单元102的配置，以便增加电池单元之间并联连接的数量。
例如，在图2所示的布置中，开关系统104被配置为以包括六个并联支路的布置连接电池单元102，每个并联支路包括串联连接的两个电池单元。相反，在图3中所描绘的布置中，开关系统104被配置为连接电池单元102，使得电池单元102中的每一个串联连接。
以这种方式调整电池单元102的配置可影响例如在端子106处的电池系统100的电压。例如，当电池单元102中的每一个串联连接时，电池系统100的电压比电池单元102被连接在两个或更多个并联支路内时可以更大。
当电池系统100设置在混合动力车辆2内时，控制器14可被配置为控制开关系统104的操作，以确定电池单元102的配置。
如上面参考图1所述，当混合动力车辆在第一操作模式下操作时，例如，电池系统10正在向电动马达6提供电力以转动和起动ICE 4，可以期望电池系统10提供高电压。因此，如果车辆2被设置有电池系统100，则当控制器14正在控制或正在准备控制电动马达6以提供扭矩用于转动ICE 4时，控制器14可控制开关系统104的操作，以便增加电池单元102之间的串联连接的数量，从而增加电池系统100的端子106处的电压。
在第二操作模式下，当驱动系统8正在从车轮12接收扭矩时，例如，当驱动系统8用来向车轮12提供制动扭矩时，可期望电池系统100的电压为低的，例如，低于由电动马达6产生的电压，以便允许电动马达6对电池系统的电池单元102充电。因此，当在第二操作模式下操作时，控制器14可控制开关系统104的操作，以便增加电池单元102之间的并联连接的数量，从而降低电池系统的端子106处的电压。
开关系统104还可能够选择性地将电池系统100的电池单元102中的一个、多于一个或每一个与端子106隔离。开关系统可被配置为允许电池单元中的任一个被单独地或与电池单元中的其它电池单元组合地隔离。在一些配置中，将电池单元102中的一个或多个与端子106隔离可减小电池系统100的电压。因此，当期望降低电池系统100的电压时，开关系统104可例如通过控制器14来控制，以隔离电池单元102中的一个或多个。另外或作为替换可执行隔离电池单元102中的一个或多个从而改变电池单元102的配置，以增加电池单元102之间的并联连接的数量。
可期望确保设置在电池系统100内的电池单元102中的每一个被均匀地充电和放电，例如，使得电池单元中的一个或多个相比于电池单元中的其它电池单元不下降到显著较低的充电状态。因此，当开关系统104被控制以隔离电池单元102中的一个或多个，例如，用于在执行再生制动时降低电池系统100的电压，通过开关系统104或控制器14可选择待隔离的电池单元102，以便防止电池单元102中的一个或多个的充电状态下降到其它电池单元102的充电状态以下。
在一些布置中，可随机选择待隔离的电池单元。附加地或可替换地，开关系统104或控制器14可被配置为确定电池单元中的一个或多个的电压，并且可至少部分地基于电压隔离电池单元中的一个或多个。例如，电压可用来推断电池单元的充电状态，并且开关系统104可隔离具有较高电压(例如高充电状态)的一个或多个电池单元。以这种方式，可优先对具有较低充电状态的电池单元充电。
如果电池系统的一个或多个电池单元102发生故障，则有故障的电池单元可降低电池系统100的电压，并且/或者可阻止电池系统100的电池单元102有效充电。可期望将有故障的电池单元与电池单元102中的其它电池单元和/或端子106隔离。可暂时隔离有故障的电池单元，例如，在特定行程期间，或者直到电池系统100已被完全再充电。可替换地，可永久隔离有故障的电池单元，例如，直到有故障的电池单元或电池系统100被修理或更换。
通过确定电池单元的电压可识别有故障的电池单元。具有与电池单元中的其它电池单元相差超过预定量的电压的电池单元可被认为是有故障的。可替换地或附加地，基于电池单元的放电历史和充电历史可计算电池单元的期望电压。如果电池单元的确定的电压与期望电压相差多于一定的量，则电池单元可被认为是有故障的。
如果电池系统100内的电池单元中的一个或多个的充电状态为低的，则可降低电池系统100的电压。此外，电池系统100的电池单元102可具有操作温度范围，在该操作温度范围外的电池单元的电压可为低的。当电池系统在操作温度范围外例如在较低温度或较高温度下操作时，即使电池单元102的充电状态良好，电池系统100的电压可为低的。
如果电池单元中的一个或多个的充电状态为低的，则控制器可确定电池系统100的电压低于阈值，并且可抑制车辆2执行起动-停止过程。以相同的方式，当车辆2在寒冷的气候中操作时，控制器14可确定电池系统100的温度或电压低于阈值水平，并且可抑制车辆2执行ICE 4的起动-停止过程。
车辆2不执行起动-停止过程对驾驶员来说是显而易见的，这可给驾驶员车辆2未正确操作和/或混合动力驱动系统未有效地操作以减少车辆2的燃料消耗的印象。
例如由于使用ICE 4和/或电动马达6，在车辆2的使用期间电池系统100的温度可增加，并且因此在操作一段时间之后，控制器14可确定温度或电压高于阈值水平，并且可在适当时移除抑制剂以允许车辆执行停止-起动过程。
如图2和图3所示，电池系统内的电池单元可被设置在开关组(block)SB内。在图2和图3所示的布置中，电池系统包括六个开关组，每个包括两个电池单元。然而，可设想可提供任何数量的开关组SB。此外，在本公开的其它布置中，可在每个开关组内提供多于两个的电池单元。例如，三个、四个、五个、六个或任何其它数量的电池单元可被提供在开关组SB中的每一个内。可替换地，开关组可包括单个电池单元。开关组中的每一个可包括相同数量的电池单元，可替换地，开关组中的一个、多于一个或每一个可包括不同数量的电池单元。
参考图4A和图4B，开关组中每一个内的电池单元402可通过开关系统104与开关组SB的其它电池单元电耦接。例如，如图4A和图4B中所示，电池单元402可耦接到由开关系统104提供的一个或多个开关404。开关404可被配置为允许开关组SB内的电池单元402按照一种或多种配置选择性地耦接在一起。例如，在图4A所示的布置中，可连接第一开关4041(在第二开关4042和第三开关4043断开的情况下)，以便在电池单元402之间提供串联连接。可替换地，如图4B所描绘的，可连接第二开关4042和第三开关4043(在第一开关4041断开的情况下)，以便在电池单元402之间提供并联连接。
参考图5，开关组SB可以串联配置耦接在一起。以这种方式，开关系统可能够在其中电池系统内的电池单元402中的每一个串联耦接到其它电池单元中每一个的配置与其中开关组中的一个或多个中的电池单元中的两个或更多个电池单元并联连接的一种或多种不同配置之间进行切换。
在图5所示的布置中，开关组中的每一个设置有开关404，并且能够选择性地改变开关组内的电池单元的配置。然而，同样地设想，在一些布置中，开关组SB中的一个或多个可不包括开关，并且开关组SB内的电池单元之间的连接的配置可以是固定的。
参考图6，为了在电池系统内提供更多数量的电池单元的可能配置，可提供根据本公开的另一种布置的开关(switching)系统600。开关系统600可被提供作为替代以将电池单元布置在连接在一起的开关组SB中，或者开关系统600可设置在开关组内。开关系统600可设置在图2或图3所描绘的电池系统100内。
图6中描绘的开关系统600被配置为允许选择性地改变三个电池单元之间的连接的配置。然而，可扩展该布置以允许选择性地改变四个、五个、六个或更多个电池单元的配置。
如图6所描绘的，开关系统600包括多个电池单元端子601、包括串联开关602S、并联开关602P和隔离开关602I的多个开关和端子606。端子606可等同于图2和图3中所描绘的端子106，并且可允许包括开关系统600的电池系统100耦接到电动马达6。
开关系统600可在电池单元端子601处耦接到电池系统100的电池单元102。单个电池单元或电池单元组可连接到每个端子601。开关602被配置为选择性地建立电池单元端子601之间的连接。根据打开和关闭的开关的组合，电池单元的配置以及因此端子606处可用的电压可变化。例如，在所示的布置中，如果串联开关602S中的每一个被连接(在并联开关602P断开的情况下)，则电池单元102将被串联连接。可替换地，如果并联开关602P中的每一个被连接(在串联开关602S断开的情况下)，则电池单元102中的每一个将并联连接到其它电池单元102中的每一个。
串联开关602S和并联开关602P可以不同的组合连接，以便根据需要提供电池单元的不同的串联配置和并联配置。例如，如果开关602S1、602S3、602P2、602P3和602P4被连接(其中开关602S2、602P1和602P4断开)，则在电池单元端子6011处连接的电池单元将与在电池单元端子6012和6013处连接的彼此并联连接的电池单元串联连接。可替换地，如果开关602P1、602P4、602P5、602S2和602S3被连接(其中开关602S1、602P2、602P3和602P5断开)，在电池单元端子6011和6012处连接的电池单元将彼此并联连接，其中在电池单元端子6013处连接的电池单元串联连接。
打开(例如，断开)隔离开关602I中的一个或多个可将一个或多个电池单元与电池单元中的其它电池单元和/或端子606隔离。如果隔离开关中的一个或多个被打开，则可需要连接附加开关，例如附加的串联开关602S或并联开关602P，以便保持未隔离的电池单元102中的每一个和端子606之间的连接。
在一些布置中，开关404、602可包括中继器，诸如电磁中继器。附加地或可替换地，开关404、602可包括诸如场效应晶体管的晶体管。再次附加地或可替换地，开关可包括能够选择性地建立开关404、602两端的连接的任何其它类型的开关元件。
电池系统还可包括被配置为控制开关404、602的操作的控制器(未示出)。可替换地，图1所描绘的控制器14可被配置为控制开关404、602的操作。
参考图7，为了在车辆2能够执行起动-停止过程之前允许电池系统100的电压增加和/或减小操作的时间段的长度，电池系统100可包括一个或多个辅助电池单元102a。如果控制器14和/或电池系统100确定电池系统的一个或多个电池单元的充电状态为低的，以及/或者电池系统100的温度在操作温度范围之外，则控制器14和/或者电池系统100可调整电池系统100的配置，以将辅助电池单元102a中的一个或多个连接到电池单元102和/或端子106，以便增加电池系统100的电压。例如，辅助电池单元102a可与电池单元102串联连接。附加地或可替换地，可增加电池单元之间串联连接的数量或以增加电池系统100的总电压。
当电池系统100的温度达到操作温度范围时，电池系统的电压可增加。电压可以增加到用于向电动马达6提供电力的期望水平之上。控制器14和/或电池系统100可确定温度范围在操作温度范围内，以及/或者可确定电池系统100的电压高于期望水平，并且可调整电池系统的配置以将辅助电池单元与其它电池单元和/或端子106断开。
图2-7和图9示出了具有各种部件的相对定位的示例配置。至少在一个示例中，如果被显示彼此直接地接触，或直接地耦接，那么这些元件可分别被认为直接地接触或直接地耦接。类似地，至少在一个示例中，被显示彼此邻接或相邻的元件可分别为彼此邻接或相邻。作为示例，放置成彼此共面接触的部件可被认为共面接触。作为另一个示例，元件被定位成彼此隔开，其中它们之间仅具有空间且没有如至少一个示例中所述的其它部件的元件。作为另一个示例，被显示在彼此的上面/下面，在彼此的相对侧，或在彼此的左边/右边的元件可如此被认为相对于彼此。此外，在至少一个示例中，如附图中所示，最高的元件或元件的点可被认为部件的“顶部”，并且最低的元件或元件的点可被认为部件的“底部”。如本文所使用，顶部/底部、上/下、上面/下面可相对于图的垂直轴线，并且被用来描述图中的元件相对于彼此的定位。这样，在一个示例中，其它元件上面的所示元件被定位在其它元件的垂直上方。作为另一个示例，附图内所描绘的元件的形状可被认为具有那些形状(例如，诸如为环状的、直的、平面的、弯曲的、圆形的、倒棱的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被显示彼此相交的元件可被认为相交的元件或彼此相交。另外，被显示在另一个元件内或被显示在另一个元件外面的元件可如一个示例中所述。
参考图8，根据本公开的布置，操作混合动力车辆的方法800包括第一步骤802，其中估计和/或测量包括电池状态的发动机操作状况。例如，电池系统的温度例如电池系统的电池单元被确定。在第二步骤804中，确定混合动力车辆的当前操作模式和/或预期操作模式。可基于诸如驾驶员扭矩需求和电池充电状态的车辆操作状况确定操作模式。在一个示例中，控制器确定混合动力车辆是否处于第一操作模式和第二操作模式中的一个。在第一操作模式下，电池系统电池单元向混合动力车辆的驱动系统提供电力，并且在第二操作模式下，电池系统电池单元从驱动系统接收电力。作为一个示例，当驾驶员扭矩需求高于阈值时，车辆可在第一操作模式下操作。当驾驶员扭矩需求低于阈值时，车辆可在第二操作模式下操作。
在第三步骤806中，识别电池配置以确定电池配置是否适于所确定的温度和操作模式。例如，可以确定当前电池配置是否能够提供当前操作模式所需的电压。控制器可以至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式来确定电池系统的电压要求。如果电池配置是理想的，诸如当通过当前电池配置可提供所需的电压时，该方法进行到第五步骤810，其中允许混合动力车辆的起动-停止操作，例如，可移除阻止混合动力车辆的抑制剂。通过移除起动-停止抑制剂，使混合动力车辆能够执行起动-停止过程。然后可在步骤812执行所选择的车辆操作模式。可替换地，如果电池配置不理想，则该方法进行到第四步骤808，其中调整电池系统的配置。具体地，调整电池单元的配置，以便根据操作模式的电压要求来增加或减小电池系统的电压。在已经调整电池系统的配置之后，该方法可返回到第三步骤806。
在一个示例中，如果混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式是第一操作模式，则可诸如通过开关和开关机构的致动调整电池单元的配置，以便增加电池单元之间串联连接(相对于并联连接)的数量，例如，用于增加电池输出的电压。可替换地，如果混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式是第二操作模式，则可诸如通过开关和开关机构的致动调整电池单元的配置，以便增加电池单元之间并联连接(相对于串联连接)的数量，例如，用于减小电池输出的电压。在另一个示例中，在第一操作模式下，可增加电耦接到电动马达的有源电池单元的数量，而在第二操作模式下，可减少电耦接到电动马达的有源电池单元的数量。在一个示例中，通过减少被隔离的有源电池单元的数量可增加有源电池单元的数量。同样地，通过增加被隔离的有源电池单元的数量可减少有源电池单元的数量。
控制器可至少部分地根据电池的充电状态进一步调整电池单元的配置。例如，如果电池的充电状态低于阈值SOC水平，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内的有源(例如电连接的)电池单元的数量和/或增加电池单元之间串联连接的数量。如果充电状态上升到阈值SOC水平之上，则可调整电池系统的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量和/或增加电池单元之间的并联连接的数量。
控制器可至少部分地根据电池温度进一步调整电池单元的配置。如果温度低于第一阈值，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内的有源(例如电连接的)电池单元的数量。如果温度上升到第一阈值以上，则可调整电池系统的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量。
如果温度高于第二阈值，则可通过控制器调整电池单元的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量。如果温度低于第二阈值，则可调整电池系统的配置以增加电池系统内的有源电池单元的数量。第一阈值可与下限温度阈值有关，而第二阈值可与上限温度阈值有关。换句话说，第二阈值可大于第一阈值。通过减少有源电池单元的数量，可减小电池系统的电压，使得电压不超过混合系统的最大电压。因此，停用电池单元可允许要被增加的电池系统的高温限制。
在一些示例中，除了电池温度之外，响应于环境温度可类似地调整电池单元的配置。例如，随着环境温度增加，可调整电池系统的配置以减少电池系统内的有源电池单元的数量。
该方法还可包括确定电池单元中的一个或多个或电池单元中的每个的电压。控制器可至少部分地基于电池单元的电压将电池单元中的一个或多个单元与电池单元中的其它电池单元隔离。可至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式来隔离电池单元。
例如，如果当前操作模式或预期操作模式是第一操作模式，则可隔离具有比电池单元中的其它电池单元更低电压的一个或多个电池单元，例如，以便增加电池系统的电压。在另一个示例中，可隔离具有比电池系统的平均电压(其是所有电池单元两端的平均电压)更低的电压的电池单元。
如果当前操作模式或预期操作模式是第二操作模式，则可隔离具有比电池单元中的其它电池单元更高的电压的一个或多个电池单元，例如以便减小电池系统的电压。这可以允许具有较低的充电状态的电池单元在电池系统在第二操作模式内操作时被充电。在另一个示例中，可隔离具有比电池系统的平均电压(其是所有电池单元两端的平均电压)更高的电压的电池单元。
调整电池单元的配置还可包括随机地将电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。这可导致对电池单元中的每一个施加基本上相等的占空比。
该方法还可包括确定电池单元中的一个或多个可以是有故障的，然后隔离有故障的电池单元。如果电池单元的电压与其它电池单元中的每一个的电压相差预定量，则电池单元可被确定为是有故障的。可替换地，如果电池单元的电压与电池单元的期望电压相差预定量，则可确定电池单元是有故障的。方法800可以在混合动力车辆的操作期间重复，例如，用于确保根据电池系统的温度和混合动力车辆的当前操作模式和/或预期操作模式来定期调整电池系统的配置。可连续地重复方法800。可替换地，一旦已经执行了该方法的第五步骤810，则在重复方法800之前可存在延迟。
尽管在图2、图3和图6所示的布置中，电池单元中的特定电池单元被表示为辅助电池单元102a，但是电池系统100可被配置为使得电池单元102中的不同电池单元在电池系统100的操作的不同时间段期间可用作辅助电池单元102a。开关系统104和/或控制器14可被配置为选择性地确定电池单元102中的哪一个被当作辅助电池单元102a。
可随机地选择辅助电池单元102a。附加地或可替换地，可基于电池单元102的电压来选择辅助电池单元102a。以这种方式，电池单元102在车辆2的操作期间可均匀地和/或相等次数地被循环地被充电和放电。
在电池单元102的多次充电循环和放电循环之后，电池单元可达到其中电池单元102的电压被降低的寿命终止状况。例如在第一操作模式下，当电池单元102达到其寿命终止状况时，可期望辅助电池单元102a在车辆2的正常操作期间连接到电池单元102中的其它电池单元和/或端子106。因此，图6所示的布置还描绘了处于电池系统100的寿命终止状况的电池系统100上的电池单元的配置。
在图2至图3和图7所示的布置中，电池单元中的每一个连接到开关系统104，并且开关系统被配置为选择性地改变电池单元中的每一个之间的连接。然而，参考图9，在本公开的其它配置中，电池系统900的电池单元102中的两个或更多个可被布置在固定组902中，其中电池单元以期望的配置连接到彼此。例如，在图9所示的布置中，固定的电池单元组902包括四个电池单元，电池单元中的每一个与电池单元中的另一个电池单元并联连接，并且每对并联的电池单元与另一对并联连接的电池单元串联连接。
固定组902内的电池单元之间的连接可以是固定的，并且通过开关系统104、600不可调整。如上面参考图2所述，固定组902可以与电池单元102相同的方式耦接到开关系统104、600。
开关系统104、600可被配置为选择性地改变固定的电池单元组902与电池单元102中的其它电池单元之间的连接。以这种方式，开关系统104、600可能够将电池系统900的配置调整成多于一个配置，然而，相比于图2至图4所示的配置，可减少配置的数量。
因此，图9所示的布置可降低开关系统104、600的复杂性，同时继续允许电池系统900以多个不同的可能配置被配置，例如，用于供给多个不同的电压。
在上述电池系统100、900的任何布置中，上述电池单元102中的任一个可包括已经彼此串联或并联的两个或更多个子电池单元。图6中描绘的电池单元端子601可耦接到单个电池单元或两个或更多个子电池单元组，所述两个或更多个子电池单元例如如图4中所描绘的已经彼此串联或并联或者被设置在配置为允许选择性地改变电池单元的配置的开关组SB内。
如上所述，电池系统100、900的配置可至少部分地基于车辆的预期操作模式。换句话说，车辆可预期期望在第一操作模式或第二操作模式下操作，并且可根据期望的操作模式优先地调整电池系统的配置。例如，车辆可确定其正在接近高速公路，并且可在岔道上加速以达到在高速公路上行驶的合适速度。例如，通过增加电池单元之间串联连接的数量，车辆可相应地调整电池系统的配置，以便增加电池系统的电压。类似地，在可对电池充电期间，车辆可预期在高速公路上操作的时间段。因此，车辆可调整电池系统的配置以增加电池单元之间的并联连接的数量。
车辆可基于已经输入到诸如卫星导航系统的车辆的导航系统的路线信息来预期车辆的操作模式。可替换地，基于已经在车辆中进行的先前旅程，通过车辆可预测路线信息。
附加地或可替换地，车辆可参考从车辆到车辆(V2V)或车辆到基础设施(V2I)通信系统接收的信息，以便预期期望的操作模式。例如，车辆可从V2V系统接收指示前方的车辆正在减速的信息，并且可调整电池系统的配置以准备进行再生制动的时间段。在替代示例中，车辆可以从V2I系统接收指示前方的交通灯即将变绿的信息，因此车辆可预期加速的时间段，并且可相应地调整电池系统的配置。
本领域技术人员将理解，虽然已经参考一个或多个示例性示例通过举例方式描述了本发明，但是本公开不限于所公开的示例，并且可在不偏离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下构造替代性示例。
在一个示例中，用于混合动力车辆的方法包括响应于混合动力车辆操作模式和电池温度中的每一个，调整耦接到车辆的电动马达的电池的电池单元的数量和配置。在前述示例中，附加地或任选地，调整包括致动开关机构以改变电池的各个电池单元之间的串联连接相对于并联连接的比率，从而改变电耦接到电动马达的有源电池单元的数量。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，调整包括当混合动力车辆在电池放电模式下操作或者电池温度较高时，增加有源电池单元的数量，以及当混合动力车辆在电池充电模式下操作或者电池温度较低时，减少有源电池单元的数量。在任何或所有前述示例中，附加地或任选地，该方法还包括基于电池的电池单元的经调整的数量和配置，调整耦接到混合动力车辆的内燃发动机的起动-停止操作，当有源电池单元的数量增加时，启用起动-停止操作，当有源电池单元的数量减少时，停用起动-停止操作。
在另外的表现方式中，用于混合动力车辆的方法包括：响应于混合动力车辆操作模式和电池温度中的每一个，调整耦接到车辆的电动马达的电池的电池单元的数量。在前述示例中，附加地或任选地，调整进一步基于多个电池单元中每一个的充电状态。
在另一个表现方式中，用于混合动力车辆的方法包括：响应于混合动力车辆操作模式、电池温度和有源电池单元的每个的充电状态中的每一个，致动开关机构，以改变串联电耦接到车辆的电动马达的电池的数个有源电池单元的。
附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，方法还包括确定电池单元中的一个或多个的电压；以及至少部分地基于电池单元的电压，将电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，至少部分地基于混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式隔离电池单元中的一个或多个。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，如果所选择的操作模式是第一操作模式，则隔离具有比电池单元中其它电池单元更低的电压的一个或多个电池单元。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，如果所选择的操作模式是第二操作模式，则隔离具有高于电池单元中其它电池单元的电压的一个或多个电池单元。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，调整电池单元的配置包括随机地将电池单元中的一个或多个与电池单元中的其它电池单元隔离。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，方法还包括确定电池单元中的一个或多个可以是有故障的；以及隔离有故障的电池单元。附加地或任选地，在任何或所有前述示例中，方法还包括移除起动-停止抑制剂以使得混合动力车辆能够执行起动-停止过程。
需注意，包括在本文的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由控制系统进行，所述控制系统包括与各种传感器、致动器以及其它发动机硬件组合的控制器。本文描述的专用程序可表示任何数量的处理策略，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等等中的一个或多个。这样，示出的各种动作、操作和/或功能可以示出的程序、并联或以其它省略的情况执行。同样地，处理的顺序不一定需要实现本文所描述的示例实施例的特征和优点，而是为了便于说明和描述被提供的。根据使用的特定策略，可重复执行示出的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可用图表表示被编程进发动机控制系统中计算机可读存储介质的非暂时性存储器的代码，其中通过执行系统中的指令进行所述动作，所述系统包括与电子控制器组合的各种发动机硬件部件。
应该理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，且这些具体实施例不应视为限制性意义，因为许多变化是可能的。例如，以上技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4以及其它的发动机类型。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置，以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。
下面的权利要求特别指出被视为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可指“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应该理解，这些权利要求包括一个或更多这些元件的结合，既不要求也不排除两个或更多这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或特性的其它组合和子组合可通过本权利要求的修正或通过在此申请或相关申请的新权利要求的表示被声明保护。这些权利要求，无论是更宽于、更窄于、等于或不同于原始的权利要求的范围，也被视为包括在本公开的主题之内。

Claims (15)

1.一种混合动力车辆系统，其包括：
混合动力车辆，其包括机械地耦接到所述混合动力车辆的驱动系统的内燃发动机和电动马达；
电池系统，其包括多个电池单元，其中所述电池系统的所述多个电池单元电耦接到所述混合动力车辆的所述电动马达，所述电池系统还包括选择性地可电耦接到所述电动马达的一个或多个附加的电池单元；以及
控制器，其被配置具有存储在非暂时性存储器上的计算机可读指令，用于：
在第一操作模式下操作所述混合动力车辆，在所述第一模式下所述电池系统电池单元向所述驱动系统提供电力；
在第二操作模式下操作所述混合动力车辆，在所述第二模式下所述电池系统电池单元从所述驱动系统接收电力；
确定所述电池系统的一个或多个电池单元的充电状态和所述电池系统的温度；以及
响应于所述电池系统的所述一个或多个电池单元的所述充电状态低于阈值，或者所述电池系统的温度低于阈值，
将所述电池系统电池单元和附加的电池单元电连接在一起，以便增加所述电池系统的电压；以及
允许所述混合动力车辆的所述内燃发动机的停止-起动操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
至少部分地基于所述混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式确定所述电池系统的电压要求；以及
根据所述电压要求调整所述电池单元的所述配置，以便增加或减小所述电池系统的电压。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器还被配置为至少部分地基于所述电池系统的所述温度调整所述电池单元的所述配置。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为至少部分地基于所述电池系统的一个或多个电池单元的所述充电状态调整所述电池单元的所述配置。
5.根据权利要求2所述的电池系统，其中调整所述电池单元的所述配置包括通过相对于所述电池单元之间的并联连接的数量增加或减少所述电池单元之间的串联连接的数量，调整所述电池系统内的有源电池单元的数量。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述电池系统还包括多个开关，所述多个开关被配置为允许所述电池单元中的一个或多个选择性地连接到所述多个电池单元中的其它电池单元和所述多个配置中的所述一个或多个附加电池单元，所述开关被配置为允许所述电池单元中的一个或多个选择性地隔离于所述多个电池单元中的其它电池单元和所述一个或多个附加电池单元，其中调整所述电池单元的配置包括通过所述开关将所述电池单元中的一个或多个与所述电池单元中的其它电池单元隔离。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个电池单元和所述一个或多个附加电池单元被提供在第一组电池单元和第二组电池单元内，其中所述第一组电池单元的配置是可调整的，并且所述第二组电池单元的配置是不可调整的。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器还被配置为：
确定所述电池单元中的一个或多个的电压；
基于包括扭矩需求和电池充电状态的车辆操作状况，确定所述混合动力车辆的当前操作模式或预期操作模式；以及
至少部分地基于所述电池单元的电压，并且进一步基于所述混合动力车辆的所述当前操作模式或所述预期操作模式，将所述电池单元中的一个或多个与所述电池单元的其它电池单元隔离。
9.一种用于混合动力车辆的方法，其包括：
响应于混合动力车辆操作模式和电池温度中的每一个，调整耦接到所述车辆的电动马达的电池的电池单元的数量和配置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述调整包括致动开关机构以改变所述电池的各个电池单元之间的串联连接相对于并联连接的比率，从而改变电耦接到所述电动马达的有源电池单元的数量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述调整包括当所述混合动力车辆在电池放电模式下操作或者所述电池温度较高时，增加有源电池单元的数量，以及当所述混合动力车辆在电池充电模式下操作或者所述电池温度较低时，减少所述有源电池单元的数量。
12.根据权利要求11所述的方法，其还包括基于所述电池的所述电池单元的所述经调整的数量和配置，调整耦接到所述混合动力车辆的内燃发动机的起动-停止操作，当有源电池单元的数量增加时，启用所述起动-停止操作，当有源电池单元的数量减少时，停用所述起动-停止操作。
13.一种操作混合动力车辆的方法，其包括：内燃发动机和具有多个电池单元的电池系统，其中所述混合动力车辆具有第一操作模式和第二操作模式，在所述第一操作模式下，所述电池系统电池单元向所述驱动系统提供电力，在所述第二操作模式下，所述电池系统电池单元从所述驱动系统接收电力；
响应于确定电池系统的一个或多个电池单元的充电状态低于阈值，或者所述电池系统的温度低于阈值，
将所述电池系统的所述一个或多个电池单元和所述电池系统的一个或多个附加电池单元电连接在一起，以便增加所述电池系统到机械地耦接到所述混合动力车辆的驱动系统的电动马达的电压输出；以及
允许所述混合动力车辆的内燃发动机的停止-起动操作。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括：
在第一操作模式和第二操作模式中的一种模式下操作所述混合动力车辆，在所述第一操作模式下，所述电池系统的电池单元向所述驱动系统提供电力，在所述第二操作模式下，所述电池系统的所述电池单元从所述驱动系统接收电力，基于包括扭矩需求和所述电池系统的充电状态的操作状况选择所述操作；
至少部分地基于所述混合动力车辆的选择的操作模式，确定所述电池系统的电压要求；以及
调整所述电池单元的配置，以便根据选择的操作模式的所述电压要求增加或减小所述电池系统的电压，其中如果所述混合动力车辆的选择的操作模式是第一操作模式，则调整所述电池单元的所述配置，以便增加所述电池单元之间的串联连接的数量，并且其中如果所述混合动力车辆的选择的操作模式是所述第二操作模式，则调整所述电池单元的配置，以便增加所述电池单元之间的并联连接的数量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法还包括：
根据所述电池系统的一个或多个电池单元的充电状态和所述电池系统的温度中的每一个，进一步调整所述电池单元的配置，如果所述温度低于下限阈值，则调整所述电池系统的所述配置以增加所述电池系统内的有源电池单元的数量，如果所述温度高于上限阈值，则调整所述电池单元的配置以减少所述电池系统内的有源电池单元的数量。
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