CN107852002A - 用于平衡电池组的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于平衡电池组(7a)的方法，所述电池组(7a)包括串联连接的多个电池单体(C1‑C3)，其中每个电池单体(C1‑C3)关联于与所述电池单体(C1‑C3)并联连接的电阻器(R1‑R3)，并且其中每个所述电阻器(R1‑R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1‑S3)串联联接。所述方法包括：选择性地接通和断开所述开关(S1‑S3)，以启动相应的电池单体(C1‑C3)的放电；由此将所述电池单体(C1‑C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡。此外，所述方法包括以下步骤：a)限定(15)指示每个开关(S1‑S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1‑S3)而导致的电池组(7a)的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动(17)所述平衡。本发明还涉及用于平衡电池组(7a)的系统。

Description

用于平衡电池组的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于平衡电池组的方法，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与该电池单体并联连接的电阻器，并且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接。该方法包括选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此，将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。

本发明还涉及用于平衡电池组的系统，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与该电池单元并联连接的电阻器，其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接，所述控制单元被构造为选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此，将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。

本发明可应用在车辆中，例如轿车、卡车、公交车和建筑设备。虽然在下文中将参考公交车形式的应用来描述本发明，但本发明不限于此特定类型的车辆，而是也可用在其它车辆中。

背景技术

在车辆领域中，使用替代动力源、即用作常规内燃机的替代的动力源来推进车辆的相关研发在稳定增长。特别地，电驱动车辆已经成为一种有前途的替代方案。

根据目前的技术，车辆可以仅由电机驱动，或可以由包括电机和内燃机的设备(arrangement)驱动。后一种替代方案通常称为混合动力车辆(HEV)，且例如可以通过如下方式来使用：在城市区域外行驶时，用内燃机来驱动车辆；而在城市区域中或在需要限制有害污染物(例如，一氧化碳和氮氧化物)的排放的环境中，可以使用电机。

电驱动车辆中涉及的技术紧密相关于电能存储系统的开发，例如用于车辆的电池相关技术。目前的用于车辆的电能存储系统可包括具有多个可充电电池单体的电池组，这些电池单体与控制电路一起形成被构造为将电力提供到车辆中的电机的系统。

由内燃机及从可充电的电能存储系统供电的电机驱动的车辆有时被称为插电式混合动力车辆(PHEV)。插电式混合动力车辆通常使用具有可充电电池单体的能量存储系统，这些电池单体可通过通向外部电源的连接而被充电。在充电期间，大量的能量在相对短的时间内被馈送到能量存储系统内，以优化车辆的行驶范围。为此，能量存储系统的实际充电合适地通过如下过程实施：在该过程中，车辆上的控制单元请求由外部电源执行充电过程。在能量存储系统和外部电源已利用合适的连接器元件电连接之后，执行该过程。

在汽车技术领域中，能量存储系统通常包括具有大量电池单体的电池组。以插电式混合动力车辆为例，该电池组可例如是锂离子型的。在使用600V的锂离子电池组的情况中，将需要串联连接约200个电池单体，以实现驱动车辆所期望的电压。车辆的可用行驶范围取决于一些参数，例如电池组的荷电状态(SoC)。荷电状态是重要的参数，其用于防止电池在欠充电情况或过充电情况中运行，并且用于管理电动车辆中的能量。因为对荷电状态没有可用的直接测量值，需要估计这一参数。

此外，已知电池会随着时间而劣化，且需要通过电池参数进行估计以诊断任何的性能下降，所述电池参数例如是单体的端电压、单体的容量以及每个电池单体的欧姆电阻。该估计可以通过传感器设备执行，所述传感器设备被构造用于测量一个或多个参数，并且这些参数因此可用作电池组的运行状态的指示。

一般地，期望获得电池组的最优特性。先前已知可以通过称为电池组平衡的过程达到最优电池特性的要求。原因在于，在时间进行过程中，电池组中的不同电池单体的电压在单体之间将是不同的。单体之间的这种平衡缺失可能导致降级的电池特性，并且需要被修正。

目前，有几种不同的单体平衡方法。一种已知的方法是：找到单体电压或荷电状态(SoC)明显不同于其余电池单体的电池单体，并通过与所选择的电池单体并联联接的电阻器对所选择的电池单体放电。

专利文献US 2013/278218公开了一种用于平衡多个电池单体的电路，所述电路包括多个与电池单体并联布置的电阻器和多个构造为与电阻器串联的开关。控制电路被构造为基于检测到的电池单体电压激活开关。另外也考虑了电池的运行寿命。

该方法的缺陷在于，由于要对其执行平衡的电池单体开关的激活，该方法导致电池单体的大量的泄漏电流。这导致电池组的总体效率的降级。

因此，虽然存在用于平衡电池组中的电池单体的已知系统，但仍存在需要最小化电池组的泄漏电流的问题。以此方式，可优化电池组的总体性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的、用于电池单体平衡的方法和系统，所述方法和系统解决了与现有技术方案相关的问题，并且通过所述方法和系统，将获得电池组的更低的泄漏电流水平和电力损失。

一般地，该目的通过一种用于平衡电池组的方法来获得，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与所述电池单体并联连接的电阻器，且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接。该方法包括：选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电；因此将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。此外，该方法包括如下步骤：a)限定指示每个开关的断开状态或接通状态的控制变量；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关而导致的电池组的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和b)重复预定的次数；d)选择使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动所述平衡。

通过本发明，获得了一些优点。首先，可提及的是，获得了改进的单体平衡过程，其中由于各个电池单体中的泄漏电流引起的电力损失能够被最小化。这提高了电池组的性能。本发明还允许连续的单体平衡过程，与已知的系统相比，该过程增大了有用的电池容量，并提高了电池系统寿命。而且，该过程可以通过不昂贵的硬件和软件来获得。例如，上述的开关仅需要操纵小的电流，因此能够是小的且不昂贵的开关。

根据一实施例，本方法包括通过执行并最小化所述成本函数来确定所述成本，其中该成本函数限定由给定的控制变量引起的所述电流损失和电池组的平衡状态之间的关系。根据一实施例，该方法还包括：计算步骤，即，对于所述电池组中的每个电池单体，计算电流损失和作为整个电池组的平衡状态的函数的值的总和；和选择步骤，即基于所述电池组的所有单体中的、所述总和最低的单体来选择控制变量。以此方式，可进一步改进提供低损失的单体平衡过程的目的。

根据另外的实施例，可通过数种方式来限定上述控制变量(参考上述的步骤a))。根据一优选替代例，以仅使用具有相对高的荷电状态、例如超过预定阈值的荷电状态的电池单体的方式来限定上述控制变量。这限制了在选择合适的控制变量的选择步骤期间对硬件和软件的负荷。对泄漏单体的所有可能组合进行估计在计算上是不可行的。例如，对于仅8个电池单体，存在256种不同的组合。由此，解决方法是通过仅使具有最高SoC的单体泄漏来简化该问题。通过最小化前述的成本函数来求得泄漏单体的确切数目。

上述目的也通过一种用于平衡电池组的系统来获得，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与所述电池单体并联连接的电阻器，且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接，所述控制单元被构造为选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。此外，控制单元被构造用于：a)限定指示每个开关的断开状态或接通状态的控制变量；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关而导致的电池组的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和b)重复预定的次数；d)选择使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动所述平衡。

在以下的描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，下面是作为示例给出的本发明实施例的更详细描述。

图1示出了可在其中使用本发明的公交车形式的混合动力车辆的示意图。

图2是根据本发明实施例的用于车辆的电池管理系统的示意图。

图3是一示例性实施例的示意图，公开了被构造用于单体平衡的少量电池单体。

图4是图示了本发明实施例的操作的流程图。

图5是图示了实施例的替代方案的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更充分地描述本公开的不同方面。然而，本文公开的方法和系统能够以许多不同形式来实现，而不应解释为仅限于本文阐述的这些方面。

参考图1，图中示出了公交车1形式的车辆的简化透视图，根据本实施例，该车辆是所谓的插电式混合动力类型的，该车辆配备有经由离合器4彼此连接的内燃机2和电机3。内燃机2和电机3都能够用于驱动公交车1。

电机3连接到变速箱5，变速箱5进而连接到公交车1的后桥6。以如此示出且因此未详细描述的方式，内燃机2和电机3可用于驱动后桥6。根据本实施例，电机3用作组合式电驱动马达和发电机，并且合适地，也用作用于内燃机2的启动器马达。

公交车1载有电能存储系统7，电能存储系统7包括电池组7a，电池组7a又包括多个电池单体(图1中未详细示出)。如稍后将更详细描述的，这些电池单体串联连接，以提供具有期望的电压水平的输出DC电压。合适地，所述电池单体是锂离子类型的，但也可使用其它类型。

能量存储系统7还包括传感器单元7b，传感器单元7b布置用于测量指示电池组7a的运行状态的一个或多个预定参数。例如，传感器单元7b可构造用于测量电池组7a的电压和每个电池单体的单体电压。此外，传感器单元7b可构造用于测量替代的参数，例如电池电流，即电池组7a的输出电流，或者每个电池单体或整个电池组7a的温度。如稍后将详细描述的，利用传感器单元7b测量的所述一个或多个参数可用于控制电池组7a的状态。

根据一实施例，如图1中所示，能量存储系统7布置在公交车1的顶部上。公交车1的推进系统的上述部件(包括能量存储系统7)被连接到控制单元8，控制单元8构造用于控制电能存储系统7和其它相关的车辆部件。

虽然本公开涉及用在公交车形式的车辆1中的电池组7a，但本发明总体上涉及控制实际上任何类型的车辆的电池组的状态—特别是用于平衡电池组中的单体：该类型的车辆至少由电机驱动且具有包括电池组的能量存储系统，该电池组具有多个电池单体。

在公交车1的一些运行模式期间，适合使用电机3来操作公交车1。这意味着能量存储系统7将对电机3输送电力，电机3进而驱动后桥6。在公交车1的其它运行模式期间，例如当能量存储系统7的荷电状态被确定为不足以利用电机3操作公交车1时，内燃机2经由离合器4和变速箱5连接到后桥6。其中电机和内燃机可被组合并用于操作车辆的方式通常是先前已知的，因此，这里不对其进行任何更详细的描述。

公交车1配备有第一电连接器元件9，电连接器元件9合适地呈受电弓的形式，第一电连接器元件9安装在公交车1的顶部上，并且布置用于连接到架空电导线形式的第二电连接器元件10，第二电连接器元件10形成外部电源11的一部分并且构造用于传导具有一定电压的充电电流。以此方式，能量存储系统7可通过架空线10和受电弓9之间的连接而被供给有电流，以对电池组7a充电。

根据实施例，受电弓9和架空线10布置为使得能量存储系统7的充电在公交车1停止时发生，即，在公交车终点站的充电站处，或在公交车站点或类似位置处的充电站处。应注意到，为了对电存储系统7充电，可以实施与图1中所示不同的其它类型的过程，例如使用馈送来自外部电源的电流且与布置在车辆中的相应插座连接的电插头。

现在将参考图2，更详细地描述本发明的实施例，图2是车辆1的电池组7a和相关部件的简化图表。图1中所示的所有部件在图2中未示出。

如上所解释的，电池组7a包括多个电池单体C1、C2、C3、…等等(也通过附图标号“C”表示)，根据本实施例，这些电池单体合适地具有大约200个电池单体，但具体数目可以变化。根据一实施例，电池单体是锂离子类型的，但本发明的原理同样适用于其它类型的电池单体。

电池组7a连接到电机3，并且构造用于操作所述电机3(所述电机3进而操作车辆1)。此外，电池组7a连接到传感器单元7b，传感器单元7b进而连接到控制单元8。根据图2所示的实施例，传感器单元7b构造用于监测电池组7a的状态，即用于监测每个电池单体C的状态。更准确地说，传感器单元7b构造用于测量电池组7a的一个或多个运行参数。根据一实施例，该运行参数是每个电池单体C的电压U。因此，传感器单元7b构造用于测量每个电池单体C的端电压U，并且用于将与测量的电压值相关的信息传递到控制单元8。通过使用这些电压值，可以使用形成控制单元8的一部分的荷电状态(SoC)估计模块8a来确定电池组7a的荷电状态(SoC)，即每个电池单体C的荷电状态。而且，传感器单元7b构造用于测量电池组7a的电流。

如稍后将进一步描述的，控制单元8还包括单体平衡模块8b，该单体平衡模块8b布置用于平衡电池组7a中的单体C。为了实现这一点，每个单体C的SoC的估计值将由SoC估计模块8a提供，且在单体平衡过程期间使用。根据本实施例，在实际的单体平衡过程中，也使用每个单体C的电压的测量值、电池电流I的测量值以及每个单体C的电阻R的测量值。

图2还以示意性方式示出了形成车辆的一部分的第一连接器9和形成外部电源11的一部分的第二连接器10。因此，电池组7a、传感器单元7b和控制单元8一起形成电池管理系统12，该电池管理系统12布置用于监测电池单体C的状态且用于提供单体平衡过程。

如上所述，可使用一些参数来描述电池组7a的状态及其电池单体C的状态，例如其荷电状态(SoC)和健康状态(SoH)。荷电状态(SoC)对应于电池组7a中的剩余的电荷量，且因此被连续地估计。可通过测量每个电池单体C的单体容量(Ah)以及另外地通过测量每个电池单体C的欧姆电阻(Ω)来监测和估计所述健康状态(SoH)。

如稍后将更详细描述的，本发明涉及控制电池组7a的单体平衡过程的方法。因此，在图3中示出了形成电池组7a的一部分且构造用于实施单体平衡过程的多个电池单体C1、C2、C3。

图3仅公开了三个电池单体C1、C2、C3。然而，明显的是，例如要用在车辆中的电池组7a包括大量的单体，典型地为大约200个单体，且所有的单体都以与图3中所示的类似的方式被设计。然而，为简单起见，图3仅示出了三个这种电池单体C。

图3中所示的第一电池单体C1布置有与电池单体C1并联联接的电阻器R1。电阻器R1的目的是在单体平衡的过程期间允许电流通过所述电阻器R1。为实现这一点，电阻器R1与可控开关W1串联联接。如图3中所示，开关S1连接到形成控制单元8(也在图2中示出)的一部分的单体平衡单元8b。以此方式，开关S1可设定在接通状态或断开状态，在接通状态中，电流可通过电阻器R1，而在断开状态中，没有电流通过电阻器R1。因此，在开关S1被设定为其接通状态的情况中，产生泄漏电流i_leak。因此，电阻器R1可称为“泄漏电阻器”。如最初所解释的，在单体平衡期间，一个或多个合适的开关被接通，以改进电池组的总单体平衡。

其余的电池单体(即，图3中的单体C2、C3以及未在图3中如此示出的电池组7a中的所有其它单体)以与所述单体C1相同的方式被构造，即，具有包括与相关联的电池单体并联联接的电阻器和可控开关的电路。因此，每个电池单体C可在相应的开关S接通的情况下引起泄漏电流i_leak。

所有的可控开关S1、S2、S3连接到单体平衡模块8b。另外，每个开关S1、S2、S3也取决于与单体平衡过程相关的一些运行条件而被设定在其断开状态或接通状态，如稍后将详细描述的。

如上所述，期望布置传感器单元7b(另见图1和图2)以提供反映电池组7a的运行状态的至少一个参数的测量值。根据一实施例，利用所述传感器单元7b，提供了每个电池单体C的电压U的测量值。因此，且如图3中所示，每个电池单体C连接到传感器单元7b，以测量每个电池单体C的电压U。

根据一实施例，根据本发明的电池管理系统12可构造用于测量电池电压之外的其它参数，作为电池组7a的运行状态的指示器。仅作为示例，这样的参数可以是电池电流I、电池温度T，或每个单体C的电阻R。所有这些参数可用于控制电池组7a的状态以及单体平衡过程。

根据本公开，提出了用于电池组7a的单体平衡的方法。实施单体平衡过程的主要原因是提高电池组7a的总体性能水平和特性。现在将主要参考图3来描述单体平衡的原理。

如上所述，电池组7a的每个电池单体C1-C3关联于与相应的电池单体C1-C3并联连接的电阻器R1-R3(如图3中所示)。另外，每个电阻器R1-R3与连接到控制单元8的可控开关S1-S3串联联接。根据一实施例，单体平衡过程是基于以下原理：能够接通或断开每个开关S1-S3以将相应的电池单体C1-C3放电，即，在开关接通时使得泄漏电流i_leak流过相关的电阻器R1、R2、R3。通过以此方式对特定的电池单体放电，所述电池单体将被强制改变其荷电状态(SoC)。通过对例如SoC明显高于其余单体的那些单体或单体电压明显高于其余单体的那些电池单体进行平衡，将使整个电池组7a处于具有更高的单体平衡水平的状态。如所述的，这导致电池组7a的性能的提高。

包括单体平衡模块8b的上述硬件被构造用于管理单体平衡过程中所涉及的所有的电池单体C的泄漏电流。泄漏电流i_leak仅在相应的开关S处于其接通位置时发生。

根据一实施例，使用了特定的单体平衡算法。此算法的目的是选择应产生泄漏电流的一个或多个特定的电池单体。通过以此方式控制该泄漏电流，即通过控制开关S1-S3的接通和断开来控制泄漏电流，可获得因泄漏电流导致的电流损失与电池单体的平衡之间的最优平衡。换言之，根据一实施例的解决方法是以如下方式控制泄漏电流：即，找到电流损失与单体平衡之间的最优平衡。术语“最优平衡”在此是指因一个或多个开关S被接通而导致的电流损失最小化的情形。根据另外的实施例，因一个或多个开关S被接通而导致的总电力损失与电池包7a的平衡状态(SoB)的总和被最小化。

现在将主要参考图4描述上述算法，图4是图示了单体平衡过程的流程图。最初，假定利用传感器单元7b测量每个电池单体C两端的电压U及电池电流I，如图4中的附图标号13所指示的。以此方式，可确定每个电池单体C的荷电状态SoC(图4中的步骤14)。

单体平衡过程中的下一步骤是限定特定的“成本函数”(步骤15)，所述成本函数对应于与单体平衡过程相关的假定的“成本”，该假定的“成本”是由于启动泄漏电流而引起的总损失的形式。该成本函数应被最小化，以获得单体平衡过程的最大效率。这对应于等式(1)：

(1)min cost(u)

其中，项u对应于向量形式的控制变量，更确切而言，对应于具有N_cells个位元的二进制字符串，即该字符串具有的位元的数目与电池单体的总数相同。在控制变量u中，数字“1”对应于第一单体中的接通的开关(其生成泄漏电流)，而数字“0”对应于另一单体中的断开的开关(其不生成任何的泄漏电流)。

在图3公开的简化示例中，假定所有的开关S1-S3都断开(如图3中实际示出的)，这对应于根据如下的控制变量：

u＝000

另一方面，如果假定在第二开关S2接通的情况下启动单体平衡过程，则所述控制变量将是：

u＝010

上述实施例是非常简单的示例，但在实际情况中，电池单体的数量大约是200，这意味着所述控制变量将对应于大数目的组合。

因此，基于如下假定来限定控制变量u：即，一个或多个电池单体应被平衡(步骤15)，以获得整个电池组的更高平衡水平。所述控制变量u中的每个元素确定具体电池单体的开关应接通还是断开。这意味着单体平衡模块8b(见图2和图3)可使用该控制变量来限定应被泄漏电流的电池单体。换言之，上述字符串是“平衡指令”向量，其控制哪个(哪些)开关S应在单体平衡期间被接通。

对于给定的控制变量u，上述的成本函数应被最小化。该成本函数根据等式(2)来定义：

(2)其中，电力损失P_losses可用等式(3)描述：

(3)电力损失P_losses对应于流过相应的电阻器R_b的特定电流I_Rb所引起的每个单体的损失的总和。另外，成本函数包含项SoB，即，平衡状态，其限定电池单体被良好平衡的程度。SoB值越低，则平衡状态越好。这在等式(4)中限定：

(4)SoB＝max(SoC)-min(SoC)

这意味着SoB是电池单体的最高SoC值和最低SoC值之间的差。

所述成本函数还包括根据等式(5)限定的另外的项ε：

(5)等式(5)包含作为阈值的项SoB_tar。更确切而言，如果SoB值小于或等于该阈值SoB_tar，则项ε为零。在此情形中，没有生成泄漏电流以用于平衡电池组。SoB_tar的实际值合适地是百分之几，且被选择成允许一定的小测量误差和类似的变动。此外，项P_lossmax和α用于限定所述项ε如何随SoB变化。

根据一实施例，所述成本函数因此描述了(由于泄漏电流导致的)总电力损失与取决于平衡状态(SoB)的项ε的总和。此外，所述实施例的重要原理是单体平衡过程包括以下步骤：最小化所述成本函数，即，首先对于给定的控制变量确定电流损失与电池组7a的平衡状态的总和，然后选择使成本函数最小化的控制变量(见图4中的步骤16)。此特定的控制变量然后在单体平衡过程期间被使用(步骤17)，即，在单体平衡过程期间，单体平衡模块8b使用形成控制变量u的一部分的所述位元字符串来控制哪个(哪些)电池单体的开关应被接通和断开。

平衡电池组的过程是基于所选择的控制变量，这意味着将在预定的时间段上产生给定的泄漏电流。在此之后，检查是否达到充分的SoB，并且能够完成单体平衡(步骤18)。如果为“否”，则以选择满足最小化上述成本函数的新控制变量的方式重复该过程。如果达到SoB目标，则终止单体平衡过程(步骤19)。

应注意，控制变量的组合的数目为2^Ncells。对于包括大量的电池单体的电池，例如200个电池单体，数目2^Ncells非常高。因此，在此情况中，在能够选择合适的设置组合(即，对应于合适的控制变量u)之前，单体平衡模块8a需要估计非常高数量的开关设置的组合。这对于所使用的硬件和软件提出了高要求。因此，并且根据另外的实施例，能够通过数个略微简化的方式执行发现具有最小化的成本函数的控制变量u的步骤(图4中的步骤16)。下面将描述优选方案。

该优选方案是选择具有位元字符串的多个控制变量，其中，仅能够选择具有比较高的SoC的那些单体(步骤15a)。

该优选方案包括第一步骤：根据每个单体的SoC，对电池单体进行排序。这意味着提供了列表，该列表限定哪个单体具有最高的SoC、哪个电池单体具有第二高的SoC、哪个电池单体具有第三高SoC，等等。该步骤在图5中被标示为15a1。

然后，将计数器n设定为零(步骤15a2)。之后，对于其中完全没有电池单体被激活以使其泄漏的情况，限定控制变量u，并且确定上述成本函数。这对应于n＝0的选择(见步骤15a3)。在此阶段，确定所述成本函数是否小于被称为“最佳成本”的预定值(见步骤15a4)。

在此之后，计数器增加1(见步骤15a5)，并且对于表明具有最高SoC的两个单体(即，n＝2)可被激活以泄漏的单体组合和控制变量，估计所述成本函数。

只要旨在泄漏的单体的数目小于预定的最大值N_{maxleakingcells}，就以如下方式重复该过程：返回到步骤15a3，并且利用具有最高SoC的单体的数目选择新的对应的控制变量，并且其中所述单体的数目对应于上述变量n。

当达到最大值N_{maxleakingcells}并且已经对从n＝0至n＝N_{maxleakingcells}的控制变量估计了所述成本函数时，完成成本函数的估计。当已达到项N_{maxleakingcells}时，系统达到一个阶段(步骤15a7)，在该阶段中，将成本函数被最小化的控制变量(具有旨在泄漏的一定数目n的电池单体)选择为用以启动单体平衡过程的控制变量。

该过程限制如下的电池单体的数目：该电池单体的相应的开关可被设定在接通位置。这也意味着大大减少了用于控制变量u的位元字符串的潜在组合的数目，即，与进行泄漏相关的电池单体仅是具有比较高的SoC水平的电池单体。这简化了限定所述控制变量u的步骤。

在等式(2)中，根据ε(SoB(t+dt))的项ε可视作软约束。如果SoB<SoB_tar，其中，项SoB_tar对应于阈值，即电池组中的期望的平衡水平，则最优的控制是断开所有开关，即意味着不生成泄漏电流。

如果SoB>SoB_tar，则引起泄漏电流，以降低SoB。由此，适用上文参考图4描述的原理。重要的是仅接通电池组中的最小数目的开关，以最小化由于泄漏电流而导致的总损失量。在此可称为“平衡成本”(即，获得特定平衡状态的成本)。

如果SoB>>SoB_tar，则项ε将比等式(2)中的P_losses因数大得多。结果，投入全力将单体平衡到高的程度。

应理解，本发明不限于上述的且在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内可进行许多修改和变型。

Claims (13)

1.一种用于平衡电池组(7a)的方法，所述电池组包括串联连接的多个电池单体(C1-C3)，其中，每个电池单体(C1-C3)关联于与所述电池单体(C1-C3)并联连接的电阻器(R1-R3)，并且其中，每个所述电阻器(R1-R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1-S3)串联联接，所述方法包括：

-选择性地接通和断开所述开关(S1-S3)，以启动相应的电池单体(C1-C3)的放电；

-由此，将所述电池单体(C1-C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)限定(15)指示每个开关(S1-S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；

b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1-S3)而导致的所述电池组(7a)的电流损失来确定成本；

c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；

d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和

e)基于所选择的控制变量启动(17)所述平衡。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

-通过执行并最小化所述成本函数来确定所述成本，所述成本函数限定因给定的控制变量而导致的所述电流损失和所述电池组(7a)的平衡状态(SoB)之间的关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：

-对于所述电池组(7a)中的每个电池单体(C1-C3)，计算所述电流损失和作为整个电池组(7a)的平衡状态(SoB)的函数的值的总和；以及

-基于所述电池组(7a)的所有单体中的、所述总和最低的单体来选择所述控制变量。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

-基于所述电池组(7a)中的具有最高荷电状态(SoC_max)的单体与所述电池组(7a)中的具有最低荷电状态(SoC_min)的单体之间的差来计算所述平衡状态(SoB)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

-将所述控制变量(u)限定(15)为二进制向量的形式，所述二进制向量的每个位元指示所述电池组(7a)中的一个相应开关(S1-S3)的状态。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：

-在所述步骤a)中，通过仅使用具有相对高的荷电状态(SoC)的那些电池单体来限定(15a)所述控制变量(u)。

7.一种用于平衡电池组(7a)的系统，所述电池组(7a)包括串联连接的多个电池单体(C1-C3)，其中，每个电池单体(C1-C3)关联于与所述电池单体(C1-C3)并联连接的电阻器(R1-R3)，并且其中，每个所述电阻器(R1-R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1-S3)串联联接，所述控制单元(8)被构造为选择性地接通和断开所述开关(S1-S3)，以启动相应的电池单体(C1-C3)的放电，由此将所述电池单体(C1-C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡，其特征在于，所述控制单元(8)被构造用于：a)限定(15)指示每个开关(S1-S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1-S3)而导致的所述电池组(7a)的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动(17)所述平衡。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述控制单元(8)被构造用于执行并最小化成本函数，所述成本函数限定所选择的电池单体的所述电流损失和所述电池组(7a)的平衡状态(SoB)之间的关系。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述控制单元(8)包括单体平衡模块(8b)，所述单体平衡模块(8b)被构造用于：对于所述电池组(7a)中的每个电池单体(C1-C3)，计算所述电流损失和作为整个电池组(7a)的所形成的平衡状态(SoB)的函数的值的总和；以及选择以下的单体，该单体的相关联的开关(S1-S3)应被接通且该单体的所述总和在所述电池组(7a)的所有单体中最低。

10.一种车辆(1)，所述车辆包括根据权利要求7至9中的任一项所述的用于平衡电池组(7a)的系统。

11.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码组件，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求1至6中的任一项所述的方法步骤。

12.一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码组件，当所述程序产品在计算机上运行时，所述程序代码组件执行根据权利要求1至6中的任一项所述的步骤。

13.一种控制单元(8)，所述控制单元(8)用于平衡电池组(7a)，并且被构造成执行根据权利要求1至6中的任一项所述的方法的步骤。