CN112384405A - 控制车辆中的电池系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在车辆中的电池系统的放电或充电期间控制该电池系统的方法(100)，该方法包括以下步骤：确定(110)一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；在电池系统的放电期间，识别(120)所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体，或者在电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体；暂时中断(130)对所识别出的电池单体的放电或充电；继续对所述一组电池组的其余电池单体的放电或充电(140)；在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电(150)；基于电池系统特性，控制(160)依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤的持续时间；监测(170)所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平；将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较(180)；以及，当所述一组电池组的所述一组电池单体中的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电(190)。

Description

控制车辆中的电池系统的方法
技术领域
本发明涉及一种控制车辆中的电池系统的方法。本发明还涉及一种包括控制单元的电池系统，该控制单元用于执行控制电池系统的方法。此外，本发明涉及一种包括电池系统的车辆。
本发明能够应用在任何类型的混合动力车辆或电动车辆(例如，部分电动或纯电动车辆)中。尽管将针对电动巴士来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其它混合动力车辆或电动车辆(例如电动卡车、电动建筑设备以及电动轿车)中。本发明还可以应用于任何其它类型的电动车辆，例如电动建筑设备、电动工程机械(例如，轮式装载机、铰接式运输车、自卸卡车、挖掘机和反铲装载机等)。
背景技术
电池正变成一种更普遍的用于为车辆提供推进力的动力源。这种电池通常是可充电电池，并且通常包括具有多个电池单体的多个电池组，这些电池组可以串联或并联连接以形成用于车辆的完整电池系统。电池系统的质量部分地取决于每个电池单体的质量，从而对电池单体的生产质量提出了严格要求。因此，用于部分电动和纯电动车辆的电池系统被认为是车辆的由技术上相当先进的部件组成的关键部分，因而通常是车辆的相对昂贵的部件。至少出于这个原因，对于使这些电池系统的性能最大化的需求不断增加。
然而，尽管质量高，但电池单体的容量可能有所不同，并且也可能例如由于质量和化学上的差异而不同程度地老化。最终，这将导致电池单体例如在荷电状态(SOC)和/或可用容量方面不平衡。为此，车辆中的所述多个电池组和所述多个电池单体的特性常常彼此不同。此外，电池系统的总容量通常受到具有最低容量的电池单体限制。在电池组中的电池单体不平衡的情况下，只能充电和放电到最弱电池单体的极限，这通常意味着仅能利用电池组的全部潜能的约60％至90％。
在电池系统的各个电池单体之间具有相对较大的不平衡性的电池系统会变得过度放电，甚至永久损坏。
为了处理电池单体之间例如在荷电状态(SOC)方面的不平衡性，电池组能够以合适的方式进行平衡。举例来说，能够基于电阻平衡来执行电池单体平衡，这意味着能量通常是通过一个或多个电阻器从充电最多的单体吸收的并作为热量消散，即，从具有最高SOC的一个单体或多个单体中吸收能量。另一种用于对电池进行平衡的技术是DC/DC转换，它使用DC/DC转换器将能量从具有高SOC的一个电池单体或多个电池单体转移到具有低SOC的电池单体。
此外，还已知能够将出故障的电池组或电池单体与其它电池组或电池单体断开连接。
尽管该领域较为活跃，但仍然需要对车辆(例如部分电动或完全电动车辆)的电池系统的、改进的控制。此外，希望进一步提高电池系统在其充电和放电期间的总体性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于改进车辆的电池系统的放电和充电的方法。上述目的至少部分地通过根据权利要求1所述的方法来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种在车辆中的电池系统的放电和充电期间控制该电池系统的方法。该电池系统包括并联连接的一组电池组。每一个电池组均具有串联连接的一组电池单体。
该方法包括以下步骤：确定所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；在电池系统的放电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体，或者在电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体；暂时中断对所识别出的电池单体的放电或充电；继续对所述一组电池组的其余电池单体放电或充电；在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电；基于电池系统特性，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤持续时间；监测所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平；将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较；以及，当所述一组电池组的所述一组电池单体中的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电。
因此，根据示例实施例的方法通过确定(识别)所有电池单体中的具有最低荷电状态或最高荷电状态的电池单体并然后依次连接和断开电池系统的多个电池组中的电池单体而允许对电池系统进行充电和放电。由此，尽管所具有的电池单体具有不同的荷电状态水平，但仍能够以更有效而优化的方式进行充电和放电。然后，当恢复对所识别出的电池单体的放电或充电时，电池组的所有电池单体都连接在电池系统中。为此，该方法允许使电池系统的电池单体达到相对共同的荷电状态水平。换言之，该方法允许在具有更多数目的串联连接的电池单体的电池系统中进行放电和充电期间改善电池单体平衡。在上下文中，应党注意，混合动力车辆或电动车辆的电池系统可以包括约100个或更多个串联连接的电池单体，以便存储和输送充足水平的电能。如果一个弱的电池单体由于过度充电或过度放电而使过早地耗尽了充电周期，则可能需要维修或更换由串联连接的单体构成的整个电池组。
因此，本发明至少部分地基于以下见解：具有多个并联连接的电池组(其中，电池单体串联连接)的电池系统通常在内部存储有不同的电能。也就是说，当开始对这些类型的电池组放电时，每个单个电池组中的电池单体可能在内部存储有不同的电能。这意味着一个或多个电池单体将比其它电池单体先达到低荷电状态(SOC)水平。然而，根据该方法的示例实施例，通过断开这些电池单体中的一个或多个，并在具有低SOC的一个或多个电池单体处于闲置状态(放电被暂时中断)的同时允许所述电池单体中的其它电池单体继续放电，相信能够以比其它平衡电池单体的方法更有效的方式使电池系统的电池单体达到相对共同的荷电状态水平。同样，对于充电，当对这些类型的电池组充电时，一个或多个电池单体可能达到满荷电状态水平，例如满SOC水平。然后，根据示例实施例的方法根据以上步骤断开这些电池单体中的一个或多个，从而在具有最高SOC的一个或多个电池单体处于闲置的同时，允许所述电池单体中的其它电池单体继续充电。
因此，通过以下步骤，变得能够提供更平衡而精确的对电池系统进行放电和充电的方法，从而更多地利用电池系统的所有单体中的电能容量：依次暂时中断对电池组中的所识别出的电池单体的放电或充电，然后依次暂时中断对每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电，并且基于电池系统特性来控制依次暂时中断对每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤的持续时间。
应当注意，本文所提及的示例实施例和示例优点通常能够同时适用于电池系统的放电和充电二者，但有时可能仅适用于或部分地适用于电池系统的放电或充电期间。对车辆的电池系统的改进的放电和充电还可以有助于更精确的行驶里程预测以及更精确地计算车辆中的电池的最大电能存储容量。
该方法的示例实施例在具有电推进系统的车辆的正常运行期间特别有用。举例而言，根据示例实施例的方法能够用作电池系统的集成部分。因此，该方法能够以车载(或在线)方式用于车辆，并且通常在车辆的运行期间使用。
在该上下文中，应当容易理解，术语“其余电池单体”通常是指电池系统的除了对应电池组的所识别出的电池单体之外的所有电池单体。换言之，其余电池单体包括对应电池组的除了所识别出的电池单体之外的其它电池单体、以及其它电池组的电池单体。
依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤提供了如下的示例性优点：平衡该电池系统的所述一组电池组的放电率(放电期间)或充电率(充电期间)。也就是说，通过依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤，对应电池组中的其它电池单体在放电或充电期间维持连接，而其它电池组中的其它电池单体在放电或充电期间依次断开。换言之，通过该步骤，所述对应电池组中的其它电池单体(即，所述对应电池组的除了所识别出的电池单体之外的电池单体)始终进行放电或充电，而其它电池组中的其它电池单体按照包括放电或充电时段以及中断放电或充电时段(在该中断放电或充电时段中，一个或多个电池单体暂时从放电或充电中断开)的顺序依次经历放电或充电。
应当注意，如上所述，对应电池组的其它电池单体是指所述对应电池组中的、除了所述对应电池组的所识别出的电池单体之外的电池单体。
此外，部分地在暂时中断对所识别出的具有低SOC或高SOC的电池单体的放电或充电的步骤之后、执行依次暂时中断对每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤是部分地基于如下事实：暂时中断对所识别出的具有低SOC或高SOC的电池单体的放电或充电的步骤会导致所述对应电池组的其它电池单体与电池系统的其它电池组中的电池单体相比经受较低的放电电流。这通常会导致所述对应电池组的电池单体变得未完全放电，而其它电池组的其它电池单体完全放电。通过在后续步骤中依次暂时中断对每一个其它电池组中的一个或多个电池单体的放电或充电，会导致所述对应电池组(其带有所识别出的具有低SOC或高SOC的电池单体)上的负载增大，由此减小了电池系统的所述一组电池组之间在放电或充电上的不平衡性。
此外，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电通常遵循预定顺序、查找表或运行时间计算。举例而言，所述预定顺序、查找表或运行时间计算中的任一个都基于指示电池单体的所期望的或当前SOC水平的数据。所述预定顺序的一个示例可以是：在第一时间段内将第一电池单体断开连接，然后将第一电池单体连接到电池组，接着，在一定时间段内将第二电池单体断开连接，该时间段可以与第一时间段相对应，或者与不同于第一时间段的另一时间段相对应。之后，连接第二电池单体等。
举例而言，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤通过如下方式执行：同时中断对每一个其它电池组中的一个电池单体的放电或充电，接着，在恢复对每一个其它电池组的所述一个(先前的)电池单体的先前被中断的放电或充电的同时，同时中断对每一个其它电池组中的另一电池单体的放电或充电。
替代地，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤通过如下方式执行：中断对其它电池组中的一个(第一)电池组中的一个电池单体的放电或充电，接着，在恢复对其它电池组中的所述一个(第一)电池组中的一个电池单体的先前被中断的放电或充电的同时，中断对其它电池组的另一个(第二)电池组中的一个电池单体的放电或充电。
依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤通常以如下顺序执行：该顺序使得在该步骤以附加的循环重新开始暂时中断对所述一组电池组的其它电池组中的每一个电池组的所有电池单体的放电或充电之前，每一个其它电池组的所有电池单体的放电或充电已经被暂时中断至少一次。
根据一个示例实施例，暂时中断对所识别出的电池单体的放电或充电的步骤是通过将对应电池组中的所识别出的电池单体断开连接来执行的。以这种方式，估计在电池系统的放电或充电期间没有电流通过已断开的所识别出的电池单体被馈送。举例而言，通过在充电或放电期间将所识别出的电池单体进行旁路断开(bypassing disconnecting)来将所识别出的电池单体从对应的电池组断开连接。所识别出的电池单体的这种旁路断开能够通过开关单元装置来提供，该开关单元装置被布置成与所述单体电池中的每一个电池单体连接。通过控制该开关单元装置来再次连接已断开的所识别出的电池单体。
根据一个示例实施例，依次暂时中断所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体是通过依次断开所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体来执行的。以这种方式，估计在电池系统的放电或充电期间没有电流通过已断开的电池单体被馈送。举例而言，在充电或放电期间，通过将该电池单体进行旁路断开而将该电池单体从其它电池组断开连接。电池单体的这种旁路断开能够通过开关单元装置来提供，该开关单元装置被布置成与电池单体连接。通过控制该开关单元装置来再次连接已断开的电池单体。换言之，通过将电池单体连接到给定电池组的其它电池单体来执行恢复对电池单体的放电或充电。
根据一个示例实施例，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电的步骤是通过将所识别出的电池单体连接到对应电池组中的其它电池单体来执行的。
根据一个示例实施例，依次暂时中断放电或充电的步骤包括：依次暂时中断对所述一组电池组的其它电池组中的一个电池组的所有电池单体的放电或充电。以这种方式，该方法被配置成依次暂时中断对电池系统的整个电池组的放电或充电。
根据一个示例实施例，在电池系统的放电期间识别具有低荷电状态水平的电池单体或者在电池系统的充电期间识别具有高荷电状态水平的电池单体的步骤是通过将电池单体的荷电状态水平与阈值进行比较来执行的。锂离子电池单体的低荷电状态水平可能例如相当于约5％的荷电状态水平。然而，在一些示例中，针对锂离子电池单体的低荷电状态水平有时可能相当于约10％的荷电状态水平，而在其它示例中，针对锂离子电池单体的低荷电状态水平有时可能相当于约15％的荷电状态水平。然而，对于其它类型的电池单体，低荷电状态水平可能相当于约50％的荷电状态水平。因此，所述阈值可以例如与约50％的SOC水平相对应，优选地，所述阈值可以与约15％的SOC水平相对应，更优选地，所述阈值可以与约10％的SOC水平相对应，再优选地，试试阈值可以与约5％的SOC水平相对应。
针对电池单体的高荷电状态水平可能通常相当于约100％的荷电状态水平。因此，所述阈值可以例如与约100％的SOC水平相对应。
如上所述，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤持续时间的步骤是基于电池系统特性的。
举例而言，电池系统特性包括指示通过电池系统的每一个电池组的电流以及电池系统的功率输出的数据。在关于电池系统特性的上下文中，应注意，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定通过电池系统的每一个电池组的电流，并且在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定该电池系统的功率输出。
通过在所识别出的电池单体的充电和放电保持中断的同时，基于上述电池系统特性来控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤，能够从电池系统的电池组提供相对均匀的放电或充电分布。也就是说，所识别出的具有低荷电状态或高荷电状态的电池单体的电池组的放电率或充电率相对于该电池系统的其它电池组的放电率或充电率是平衡的。
此外，该电池系统特性可以包括指示电池系统的电池单体数目以及该电池系统的电池单体在放电或充电期间的内部电阻的数据。
根据一个示例实施例，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定通过该电池系统的电池组的电流。通常，根据如下等式，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定通过该电池系统的电池组的电流：
Figure BDA0002872989340000091
其中，
Istackj是通过具有一个断开的电池单体的电池组j的电流，例如，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间、通过该电池组的电流，
Vcellk是具有一个断开的电池单体的电池组j的电池单体k的内部输出电压，例如，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间、该电池单体k的内部输出电压，
Vouttot是具有一个断开的电池单体的电池组j的输出电压，例如，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间、该电池组j的输出电压，并且
Rcellk是电池单体k的内部电阻。
换言之，如上文提及的，通过电池系统的电池组的电流是指当一个电池单体被断开时通过该电池组的电流。因此，确定通过具有一个断开的电池单体的电池组的电流的上述关系也能够适用于确定通过具有断开的所识别出的电池单体的对应电池组的电流。
根据一个示例实施例，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定电池系统的功率输出。通常，根据如下等式，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定电池系统的功率输出：
Figure BDA0002872989340000101
其中，
Wtots是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，电池系统的总功率输出，
VouttotS是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，该电池系统的总输出电压，
Istacki是流过所有电池单体均连接的电池组I的电流，并且
Istackj是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，通过电池组(j)的电流。
根据一个示例实施例，确定所述一组电池组中的一组电池单体的荷电状态的步骤包括以下步骤：通过传感器单元监测所述一组电池组中的一组电池单体的荷电状态水平，该传感器单元被布置成与所述一组电池单体连接。
通常，在所述一组电池组的所有电池单体(包括所述对应电池组的所识别出的电池单体)上执行监测所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平的步骤。举例而言，该荷电状态水平是指电池单体的SOC。通常使用库仑计数结合定期校准来估计和确定电池单体的SOC。还可以基于电池系统开路电压(OCV)来估计和确定电池单体的SOC。通过OCV确定电池单体SOC在本领域中是众所周知的，并且通常是通过测量电池单体的OCV来执行的。当单体与任何外部负载断开连接且没有外部电流流过该单体时，通过测量电池单体的端子电压输出来确定该单体的OCV。OCV与电池单体的SOC直接相关。
根据一个示例实施例，所述一组电池组的电池单体的所监测到的荷电状态水平被存储在控制单元中，例如存储在控制单元的存储部件中。因此，该方法可以进一步包括以下步骤：存储所述一组电池组的电池单体的所监测到的荷电状态水平。
举例而言，如本文所使用的术语“荷电状态水平”通常是指电池单体的荷电状态水平，但该术语在某些情况下也可以指电池组或整个电池系统的荷电状态水平。在本发明的示例实施例的上下文中，如本文所使用的，术语“荷电状态(SOC)”是指在电池系统的当前状态下的可用容量。SOC还可以包括或表示电池单体、单个电池单元、单个电池组、电能存储系统或其组合的荷电水平。SOC通常由新电池单体的可用容量与额定容量或电池单体的当前容量之间的百分比(％)确定，其中，0％对应于完全不带电的电化学单体或蓄电系统，而100％则对应于完全充满电的单体或ESS。如果已知电池的当前荷电水平和最大荷电水平，可以基于如下关系来确定SOC：
Figure BDA0002872989340000111
其中，
SOC是电池组组件在当前时刻下的荷电水平；
Q*是电池组组件的估计的剩余容量；并且
Qbatt是在当前计算阶段下的额定标称容量。
在包括电池系统的混合动力车辆及电动车辆中，SOC具有多种不同的目的，例如，在总体车辆能量管理中，它可以用作其它电池管理功能(包括但不限于SOP、SOQ、SOR、SOE)的输入，在充电策略中，用作使用寿命估算器的输入，用作老化时间估算器的输入并且在分析故障情况时作为输入或上述组合。
如上文所提及的，该电池系统具有多个单一电池组，这些电池组并联连接以形成系统。电池组可以是电池单体串，该电池单体串包括多个串联互连的单个电池单体。也就是说，这些电池单体在电池单体串中串联连接，而这些电池单体串在电池系统中并联连接。举例而言，电池系统中的任一个电池单体均是锂离子电池或钠离子电池中的任一种。钠离子电池通常包括任何类型的钠铁电池或铁氧体钠电池。然而，应注意，该电池系统能够包括不同类型的电池。该电池系统可以包括约100个串联连接的电化学单体，并且优选包括至少150个串联连接的单体(例如，锂电池单体)。通常，该电池系统的输出电压等于共用电池组或电池串的每个电池单体的累加输出电压。电池系统当然可以包括两个或更多个具有串联连接电池单体的并联连接电池组，其中每个电池组包括约100个至200个单体，以增加蓄电系统的总电容量。电池系统的电池组数目可以改变。举例而言，电池组的数目是约2个至20个，优选为约4个至15个，更优选为约5个至10个。在一个示例中，该电池系统的电池组的数目是七个。而且，应档注意，该电池系统通常是所谓的高压电池系统。在本文中，术语“高压”是指约400伏特(V)至1000伏特(V)的电池系统。
通常，如本文所用的术语“电推进系统”通常是指用于提供能量(例如，牵引能量)并用于存储能量(输送和接收能量)的车辆电气部件。该电推进系统尤其被构造成输送和接收能量以向车辆提供推进力，但也用于执行车辆的各种车辆运行。电推进系统的一个部件是电池系统。
能够以多种不同的方式执行根据示例实施例的方法。因此，该方法的示例实施例以及该方法的任一个序列/步骤由控制单元执行。因此，根据一个示例实施例，该方法的各步骤由控制单元在电池系统、电推进系统和/或车辆的正常使用期间执行。通常，该控制单元被配置成控制电池系统的放电和充电。只要车辆在运行，该方法就可以持续进行，但是当在使用电池单体的同时、车辆处于非运行状态(例如，在充电操作期间)时，该方法也可以持续进行。因此，短语“在电池系统的使用期间”可以指电池系统的充电状态，并且可以指在车辆的运行期间(例如，在车辆行驶期间)电池系统的使用(放电)状态。
该方法的序列可以类似地由其它类型的部件和其它技术执行，只要该方法能够提供相关联的功能和效果即可。此外，能够类似地实施该方法，以用于控制电池系统的模型，该模型包括电池系统的等效电路。电池模型的常见类型包括等效电路模型，通过该等效电路模型可以获得模型电池系统的电流-电压特性。
如上文所提及的，该方法能够同时适用于对电池系统的电池单体的放电以及对电池系统的电池单体的充电。因此，在一个示例实施例中，当电池系统被设定成以放电模式运行时，该方法包括以下步骤：通常执行确定所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；在电池系统的放电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体；暂时中断对所识别出的电池单体的放电；继续对所述一组电池组的其余电池单体的放电；在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电；基于电池系统特性，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电的步骤的持续时间；监测所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平；将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较；以及，当所述一组电池组的所述一组电池单体的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体放电。
替代地，当该电池系统被设定成以充电模式运行时，该方法包括以下步骤：通常执行确定所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；在电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体；暂时中断对所识别出的电池单体的充电；继续对所述一组电池组的其余电池单体的充电；在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的充电；基于电池系统特性，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的充电的步骤的持续时间；监测所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平；将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较；以及，当所述一组电池组的所述一组电池单体中的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的充电。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括程序代码组件的计算机程序，该程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行第一方面的示例实施例的任一步骤。本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。
根据本发明的第三方面，提供了一种携载计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码组件，该程序代码组件用于当上述程序产品在计算机上运行时执行第一方面的任一实施例的步骤。本发明的第三方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于车辆的电池系统。该电池系统包括一组电池组和电池控制单元，该一组电池组并联连接，所述电池组中的每一个电池组均具有一组电池单体，该一组电池单体串联连接。该电池控制单元被配置成：确定所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；在电池系统的放电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体，或者在电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体；暂时中断对所识别出的电池单体的放电或充电；继续对所述一组电池组的其余电池单体的放电或充电；在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电；基于电池系统特性，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的持续时间；监测所述一组电池组的电池单体的荷电状态水平；将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较；以及，当所述一组电池组的一组电池单体中的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电。
本发明的第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。该电池系统能够集成并安装在部分电动或纯电动车辆中。
此外，还提供了一种用于车辆的电推进系统。该电推进系统包括用于向车辆提供动力的电动机和根据上文第四方面所述的电池系统。该电池系统连接到电动机，以向电动机提供电力。该电推进系统能够集成并安装在部分电动或纯电动车辆中。能够以几种不同的方式提供电动机。根据一个示例实施例，该电动机是永磁同步电机、无刷直流电机、异步电机、电磁同步电机、同步磁阻电机或开关磁阻电机中的任一种。通常，该电动机被构造成驱动至少一个接地构件。通常，该电动机被构造成驱动一对接地构件。举例而言，该接地构件是车轮、履带等等。该电动机能够以几种不同的方式联接到接地构件。在一个示例实施例中，电动机通过变速器和离合器联接到一对接地构件。该变速器通常包括多个档位(包括空档)。
该控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。因此，该控制单元包括电子电路和连接以及处理电路，使得该控制单元能够与电推进系统的不同部分(例如，电机和电池系统)通信。通常，该控制单元还可以被配置成与车辆的其它部分(例如，制动器、悬架、离合器、变速器和诸如空调系统的其它电气辅助装置)通信，以便至少部分地操作总线。该控制单元可以包括硬件或软件中的模块或者部分地在硬件或软件中的模块，并使用诸如CAN总线的已知传输总线和/或使用无线通信功能进行通信。该处理电路可以是通用处理器或专用处理器。该控制单元通常包括非瞬态存储器，用于在其上存储计算机程序代码和数据。因此，该控制单元可以由许多不同的构造来实施。
换言之，该电池系统的示例实施例的控制功能可以使用现有的计算机处理器来实施，或者通过用于合适系统的专用计算机处理器(为此目的或其它目的而并入)来实施，或者通过硬线系统来实施。本公开范围内的实施例包括程序产品，这些程序产品包括机器可读介质，用于在其上携载或具有所存储的机器可读指令或数据结构。这种机器可读介质可以是能够被通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。举例而言，这种机器可读介质能够包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备、或能用于携载或存储呈机器可执行指令或数据结构形式的期望程序代码且能够被通用或专用计算机或者具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。当信息通过网络或其它通信连接(硬连线、无线连接、或者硬连线或无线的组合)传输或提供给机器时，该机器将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何这种连接均被适当地称为机器可读介质。以上的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使得通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某个功能或一组功能的指令和数据。虽然上述电池系统的示例实施例包括作为该电池系统的一体部分的控制单元，但该控制单元也可以是车辆的单独部分，和/或布置成远离该电池系统并与该电池系统通信。
该控制单元还可以包括一个电池系统的模型。因此，该电池系统通常包括控制单元，该控制单元被配置成控制电池单元组件的功能。换言之，该电池系统通常是车辆推进系统的一部分。该电池系统还可以包括所谓的电池管理单元，该电池管理单元能够是控制单元的一体部分，或者是该系统的单独部分，但与该控制单元通信。
该控制单元通常被配置成控制并监测该电池。通常，尽管并非严格要求，但该控制单元包括电池管理单元，该电池管理单元被配置成监测电池单体特性，例如电池单体的荷电状态(SOC)和开路电压。该电池管理单元的其它功能可以与安全功能(例如，电源状态和/或关闭接触器)相关。
根据本发明的第五方面，提供了一种车辆(例如，纯电动车辆或混合电动车辆)，该车辆包括根据上文提及的任一个示例实施例所述的电池系统。本发明的第五方面的效果和特征在很大程度上类似于上文结合第一方面描述的那些效果和特征。该车辆可以是包括电动机的电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆，其中，该电池单元组件向电动机提供电力，用于为车辆提供推进力。应档注意，该车辆因此可以是部分电动车辆或纯电动车辆。
当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的进一步特征和优点将变得明显。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了以下描述的那些实施例以外的实施例。
附图说明
通过以下对本发明的示例性实施例的说明性而非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的示例实施例的电动巴士形式的车辆的侧视图，该车辆包括具有电池系统的电推进系统；
图2a示意地示出了描述根据本发明的示例实施例的电池单体的单体模型的各部分；
图2b至图2d示意地示出了图1中的电池系统的电池组的多个状态的概览图，在该图中，该电池组包括一组电池单体，这些电池单体在其放电和充电期间可根据本发明的示例实施例来控制；
图3是根据本发明的示例实施例的方法的流程图，在该流程图中，该方法包括用于控制图1中的电池系统的多个步骤；
参照附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图来更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应被理解为局限于本文中阐述的实施例；而是，提供这些实施例是为了充分性和完整性。本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变形。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1示出了电动巴士形式的车辆5。该电动巴士在这里是纯电动车辆，其通常完全由诸如电池系统的电能存储系统供电。电动巴士5包括电推进系统20，该电推进系统20被构造成向车辆提供牵引力。电推进系统20向电动机提供电力。然而，该电推进系统也能够适于管理车辆的各种电子功能。该电推进系统包括电能存储系统10和电动机7。电能存储系统10连接到电动机以向该电动机提供电力，由此，该电动机能够向一个或多个接地构件(例如，一个或多个车轮80)提供牵引力。该电能存储系统是直流(DC)电能存储系统，例如包括多个电池组的电池系统。
电能存储系统10在这里包括电池系统4。该电池系统通常包括多个电池组1a至1n。举例而言，所述电池组中的每一个电池组均是锂离子电池。此外，所述电池组中的每一个电池组均包括多个电池单体。在此上下文中，电池组是包括多个电池单体3的电池。这样，所述电池组1a至1n中的每一个电池组均包括多个电池单体3a至3n。如图1中所示，该电池系统包括七个电池组。因此，电池系统4包括七个电池组1a至1g，它们中的每一个均包括多个电池单体3a至3g。该电池系统可以包括50至500个电池单体。该电池系统中的电池组的数目以及电池单体的数目取决于车辆的类型和安装的类型等而变化。
因此，电池单体4被布置成向电动机7提供电力，该电动机7被布置用于为电动巴士5提供推进力。通常，该电动巴士5还包括控制单元8，该控制单元8被配置成控制并监测电池系统4。该控制单元在这里是电子控制单元。电推进系统20在这里包括控制单元8和电池系统4，该控制单元8包括电池管理单元2。通常，尽管并非严格要求，但控制单元8具有电池管理单元2，该电池管理单元2被配置成监测电池单体3的电池单体特性，例如荷电状态(SOC)和开路电压。该控制单元还设有存储部件6，该存储部件6适于存储将参照图2a进一步讨论的电池等效模型以及用于执行根据下文描述的示例实施例的方法的数据。
控制单元8可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程装置。因此，该控制单元包括电子电路和连接件(未示出)以及处理电路(未示出)，使得该控制单元能够与电池系统通信。该控制单元通常还能够与车辆的不同部分(例如，制动器、悬架、动力传动系、特别是电动机、离合器以及齿轮箱)通信，以便至少部分地操作巴士5。虽然上文描述的示例实施例包括作为系统20的一体部分的控制单元，但该控制单元也可能是系统20的单独部分等等。
现在转向图2a，描绘了一种单体模型，该单体模型包括电池单体的等效电路。示例性的等效电路模型200包括单个RC电路，以对电池单体建模。示例性的基于RC的等效电路模型用于确定电池单体的荷电状态水平、例如电池单体3a的荷电状态(SOC)水平，并且通常由上文提及的控制单元实施，以便处理模型与实际电压对电流的响应之间的偏差。电池单体的特性可以通过使用直接电池测量的电池模型上的实时参数估计方法来计算。电池单体荷电状态估计例如可以基于所测得的电池电流输入和电池端子电压。
参照图2a描述的等效电路模型包括有源电解质电阻(或内部电阻)R0和极化电阻(或内部电阻)R1构成，该有源电解质电阻(或内部电阻)R0与并联的电容C串联。ucell指代电池单体端子电压输出，icell指代该电路中的电流，并且uocv指代电池开路电压。对于术语uocv、R0、R1以及C的给定值，端子电压ucell能够表达为电流icell的函数。通常，R0和R1由于老化而增加，而电池单体容量(在附图中未示出)由于老化而减小。
通过电池单体3a的等效电路模型，能够确定电池单体的荷电状态水平。这样，能够监测电池系统的电池单体的荷电状态水平。通常，基于电池系统开路电压(OCV)来估计并确定电池单体的SOC，该开路电压在图2a中用uocv表示。通过OCV确定电池单体SOC在本领域中是众所周知的，并且通常是通过测量电池单体的OCV来执行。当一个单体从任何外部负载断开连接且没有外部电流流过该单体并且任何内部电容器都已放电时，通过测量电池单体的端子电压输出ucell来确定该电池单体的OCV。OCV与电池单体的SOC直接相关，因此上述方法能够适合于测量并确定电池单体和电池系统的SOC。
现在将通过参照图2b至2d及图3来更详细地描述根据本发明的方法的一个示例实施例。在图2b至图2d中，描绘了图1中的电池系统的电池组的多种状态的概览图。图2b至图2d描述了电池组在电池系统放电期间的各种状态。此外，如下文将进一步描述的，图2b至图2d示意地示出了开关单元组件装置的一个示例，该开关单元组件装置用于暂时中断对电池单体的放电。特别地，图2b至图2d示出了通过将对应的电池组1a中的电池单体3b断开连接而暂时中断对电池单体的放电的一个示例。
应档注意，虽然该电池组通常包括大量电池单体，但为了描述该方法的一个示例，在图2b至图2d中仅示出了该电池组的三个电池单体。在图3中，描绘了根据一个示例实施例的方法的各步骤的流程图。特别地，描绘了在车辆中的电池系统的放电或充电期间控制该电池系统的方法100。该方法能够用于控制上文关于图1描述的车辆电推进系统20的电池系统。该方法的序列通常由例如上文关于图1描述的控制单元8(例如，电子控制单元)执行。
再次转到图2b至图2d，该电池系统在这里由电池组1a示出，该电池组1a具有多个电池单体3a、3b和3c。如图2b至图2d中的箭头所示，电流i的流动从第三电池单体3c指向第一电池单体3a。此外，该电池系统包括开关单元装置，该开关单元装置具有第一开关42、第二开关44以及第三开关48。第一开关42布置在电池单体3b与电池单体3a之间。第三开关48布置在第三电池单体3c与第二电池单体3b之间。此外，第二开关44布置在第二电池单体3b的旁路线88中。因此，在该示例中，提供了电池单体旁路装置以绕过第二电池单体3b。因此，该旁路装置包括开关42、44和46。此外，该旁路装置包括内部二极管。换言之，在本示例中，该电池系统包括内部二极管46。该内部二极管在开关期间用于避免电流中断。用于该旁路装置的众所周知开关的一个示例是MOSFET晶体管。在图2b至图2d中，每个开关42、44和46均是MOSFET开关。MOSFET晶体管具有能够在开关期间使用的内部二极管。该晶体管由通常连接到电荷泵(未示出)的逻辑控制，以提供所期望的电压。每个电池单体上的电压例如经由AD转换器接口被同一逻辑读取。
如图2b中能够看到的，该电池组处于状态300，在该状态中，电池单体3a、3b和3c串联连接。在该状态中，第一开关42和第三开关48闭合，以允许电流流过所有电池单体3a、3b、3c等，而第二开关44断开。
现在假定电池单体3b与其它电池单体相比具有低SOC。在另一状态320中，如图2c所示，第一开关42在电池单体3a与电池单体3b之间断开，并且电流开始替代地流过二极管46。在该状态中，如图2c中所描绘的，第二开关44仍然断开。
然而，在又一状态340中，如图2d所示，第二开关44闭合，而第一开关42保持断开。以这种方式，电流开始替代地流过第二开关44。在图2d中描绘的这一状态340中，第二电池单体3b断开且不放电。因此，当对电池组的电池单体放电时，绕过该第二电池单体。以这种方式，通过将对应的电池组1a中的电池单体3b断开连接而暂时中断对第二电池单体3b的放电。
当由电池单体3a和电池单体3c例示的其它电池单体已达到与第二电池单体3b相同的SOC时，第二电池单体3b在该电池组中重新连接，从而允许该第二电池单体继续放电。通常通过首先断开第二开关44并然后闭合第一开关42来连接第二电池单体，这对应于图2b中的状态300。换言之，当该电池组的所述一组电池单体中的其它电池单体的荷电状态水平与电池单体3b的荷电状态水平相对应时，恢复对电池单体3b的放电。
此外，参照图2b至图2d描述的开关单元装置也可适用于如本文所述地将所述一组电池组中的每一个电池组中的电池单体断开连接。因此，参照图2b至图2d描述的开关单元装置通常还用于依次暂时中断对所述一组电池组1a至1n中的每一个其它电池组1b至1n中的电池单体3a至3n的放电或充电。该电池系统的开关单元在这里由控制单元控制。
因此，当其它电池组1b至1n的其它电池单体3a至3n已达到与上述第一(即，对应的)电池组1a的第二电池单体3b相同的SOC时，该第一(即，对应的)电池组1a的第二电池单体3b在电池组1a中重新连接，从而允许该第一(即，对应的)电池组1a的第二电池单体3b继续放电。通常通过首先断开第二开关44并然后闭合第一开关42来连接第二电池单体3b，这对应于图2b中的状态300。换言之，当其它电池组1b至1n的其它电池单体3a至3n的荷电状态水平与第一(即，对应的)电池组1a的电池单体3b的荷电状态水平相对应时，恢复对第一(即，对应的)电池组1a的电池单体3b的放电。
应当注意，虽然图2b至图2d示出了一个通过将对应电池组中的电池单体断开连接而暂时中断对该电池单体的放电的示例，但该示例也可以类似地用于通过将对应的电池组中的电池单体断开连接而暂时中断对该电池单体的充电。
因此，在该电池系统的顶层处，存在若干并联连接的单个电池组。这意味着，如果由于其中一个单个电池组中的一个电池单体具有低SOC而将该电池单体断开连接，则该电池组若已经与其它电池组断开连接的话就会具有低的总电压。但是，由于该电池组与其它电池组并联连接，因此将迫使该电池组具有较高的总电压。因此，这意味着，该单个电池组将为电池系统的总能量输出提供较小的电流。这是由于每个电池单体中的内部电阻会由于所提供的电流而降低输出电压。假定如果单个电池单体具有内部电阻Rcell(如上文所提及的，通常对应于R0和R1之和)，则该电池单体的电压输出根据如下等式来定义：
Voutk＝Vcellk-Rcellk*Istacki (等式1)
其中，
Voutk是电池单体外部输出电压
Vcellk是电池单体内部输出电压
Rcellk是电池单体内部电阻
Istacki是通过电池单体的电流
这意味着，单个电池组的输出电压Vouti根据如下等式来定义：
Figure BDA0002872989340000241
那么，对于n个并联连接的电池组，该输出电压根据如下等式来定义：
Vout1＝Vout2＝…＝Voutn＝Vouttot (等式3)
因此，对于任意电池组i：
Figure BDA0002872989340000242
那么，来自电池组编号i的电流根据如下等式来定义：
Figure BDA0002872989340000243
并且电池系统M的电池功率输出根据如下等式来定义：
Figure BDA0002872989340000244
那么，少一个电池单体的电池组j的电流根据如下等式来定义：
Figure BDA0002872989340000245
其中，
Istackj是流过少一个电池单体的电池组j的电流，
Vcellk是少一个电池单体的电池组j的电池单体k的输出电压，
Vouttot是少一个电池单体的电池组j的输出电压，并且
Rcellk是电池单体k的内部电阻。
此外，在其中一个电池单体断开连接的情况下，电池系统S的功率输出根据如下等式来定义：
Figure BDA0002872989340000251
其中，
Wtots是在一个电池单体断开连接的情况下，电池系统的总功率输出，
VouttotS是在一个电池单体断开连接的情况下，电池系统的总输出电压，
Istacki是在所有电池单体都连接的情况下，流过电池组的电流，并且
Istackj是在一个电池单体断开连接的情况下，通过电池组(j)的电流。
现在假定功率输出恒定，但应注意，即使一个电池组中的一个单体断开连接，该电池仍应产生相同的功率：
WtotM＝WtotS (等式9)
这意味着：
Figure BDA0002872989340000252
现在转向具有以下数目的电池单体和以下数目电池组的电池系统的一个示例，其中：
K＝100(电池单体的数目)
j＝10(电池组的数目)
Vcell_k＝3.5V(对于所有电池单体)
Rcell_k＝0.03Ω(对于所有电池单体)
Wtot＝10230W。
然而，从上述等式5、7、9和10中，并且如果所有电池单体均连接，则：
Istacki＝3A
对于电池组j处有一个电池单体断开连接，则：
Istacki＝3.12A并且Istackj＝1.97A
从上面能够注意到，电池系统S的总电流必须增加，以补偿已断开连接的电池单体，因此，该输出电压将由于内部电阻而降低。
还能够注意到，现在，与其它电池组相比，少一个电池单体的电池组提供较小的电流。这是不太希望的，因为现在其它电池组中的其它单体将比该电池组中的单体放电快。这可以通过按计划将其它电池组断开连接来解决，从而使得少一个(已断开连接的)电池单体的电池组始终保持连接，而其它电池组则共享。因此，这意味着：
Figure BDA0002872989340000261
在与上文相同的示例的情况下，如果一次断开所述其它电池组中的一个，并且将由该系统提供相同的功率输出，可以得到：Istacki＝3.48A以及Istackj＝2.34A
当所有电池单体均接合的电池组一个接一个被断开连接时，它们的平均负载为8/9，这等于：Istackimean＝3.09A
在三个电池组断开连接且负载相同的情况下，具有断开连接的单体的电池组上的电流增加，并因此获得：Istackimean＝3.21A以及Istackj＝3.37A
应注意，断开连接的电池组越多，则具有断开连接的电池单体的电池组上的负载就越高。以这种方式，能够相对于其它电池组平衡该电池组上的放电率，以获得均匀的放电分布。
也能够想到将电池系统的所有电池组中的一个或多个电池单体断开连接，以匹配具有一个断开连接的电池单体的电池组。可以根据一定方案改变这些单体，以便从所有电池单体获得相等的放电。
如果一个电池组的电量比其它电池组的电量多，则可以类似地将其它电池组一个接一个断开连接，从而减小这些电池组的平均电流，但始终保持连接较高充电程度的电池组。因此，能够将该电池组的电量减少到与其它电池组相同的水平。
然后，如果电池组中的一个电池单体的电量比其它电池单体的电量高，则可以类似地将其它电池单体一个接一个断开连接，从而减小这些电池单体的平均电流，但始终保持连接较高充电程度的电池单体。因此，能够将该电池单体的电量减少到与其它电池单体相同的水平。
还应注意，在充电期间能够采用相反的顺序。当电池组中的一个单体充满电时，能够将该单体断开连接，并且如果保持所有电池组的充电电压，则其它单体将获得更多电流。当该电池组中的其它单体充满时，可以将该电池组断开，并且仅仅对其它电池组充电，直到这些电池组均充满为止。
鉴于以上情况，该方法包括确定110一组电池组1a至1n的每个电池单体3a至3n的荷电状态水平。由控制单元8确定所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平。举例而言，根据上文参照图2a描述的电池单体的等效电路模型来确定电池单体的荷电状态水平。举例而言，确定110所述一组电池组中的所述一组电池单体的荷电状态的步骤包括以下步骤：通过传感器单元(未示出)监测所述一组电池组中的所述一组电池单体的荷电状态水平，该传感器单元被布置成与所述一组电池单体连接。
接下来，该方法在电池系统的放电期间识别120所述一组电池组的电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体。举例而言，该方法在步骤120中将电池组1a中的电池单体3b识别为具有最低荷电状态水平，这也在上文参照图2b进行了部分描述。替代地，在电池系统的充电期间，该方法在步骤120中识别所述一组电池组的电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体。举例而言，在电池系统的放电期间识别具有低荷电状态水平的电池单体或者在电池系统的充电期间识别具有高荷电状态水平的电池单体的步骤是通过将电池单体的荷电状态水平与阈值进行比较而执行的。还应注意，该方法可以识别两个或更多个具有相等的低荷电状态水平(或高荷电状态水平)的电池单体。
在接下来的步骤中，该方法暂时中断130对所识别出的电池单体(即，具有所识别出的低荷电状态或高荷电状态的电池单体)、例如电池组1a中的电池单体3b的放电(或充电)。举例而言，暂时中断对所识别出的电池单体的放电或充电的步骤130是通过将对应的电池组1a中的所识别出的电池单体3b断开连接130来执行的。如上文参照图2b至图2d所描述的，能够通过旁路断开(bypassing disconnection)将所识别出的电池单体在对应的电池组中断开连接。这种旁路断开能够通过开关单元装置来形成。如下文进一步描述的，通常暂时中断对所识别出的电池单体的放电和充电，直到其余电池单体已放电或充电到基本类似的荷电状态水平为止。如上所述，该方法可以识别出两个或更多个具有同等低的荷电状态水平(或高荷电状态水平)的电池单体。在这种情况中，步骤130通常包括暂时中断对所识别出的电池单体(即，具有所识别出的低荷电状态或高荷电状态的电池单体)的放电或充电。
然后，在步骤140中，该方法继续对所述一组电池组的其余电池单体放电或充电140。在本文中，术语“其余”是指电池系统的除了对应电池组的所识别出的电池单体(即，上文如图2b至图2d中描绘的电池组1a的电池单体3b)之外的所有电池单体。换言之，其余电池单体是指对应电池组1a的其它电池单体，即电池单体3a以及3c至3n(因此，排除了电池组1a中的所识别出的电池单体3b)以及所述一组电池组1a至1n中的其它电池组1b至1n的电池单体3a至3n。
在所述一组电池组的其余电池单体中，该方法然后依次暂时中断对所述一组电池组1a至1n的每一个其它电池组1b至1n中的电池单体3a至3n的放电或充电150。举例而言，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的步骤是通过依次将所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体断开连接来执行的。依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤能够通过以下方式来执行：同时中断对每一个其它电池组1b至1n中的一个电池单体(例如，电池单体3c)的放电或充电，然后，在恢复对每一个其它电池组1b至1n的所述一个(先前的)电池单体(电池单体3c)的先前被中断的放电或充电的同时，同时中断对每一个其它电池组1b至1n中的另一电池单体(例如，电池单体3d)的放电或充电。
替代地，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤是通过以下方式执行的：中断对所述其它电池组中的一个(第一)电池组中的一个电池单体(例如，电池组1b的电池单体3c)的放电或充电，然后，在恢复对其它电池组1b至1n中的所述一个(第一)电池组1b的一个电池单体3c的先前被中断的放电或充电的同时，中断对所述其它电池组的另一个(第二)电池组中的一个电池单体(例如，电池组1c的电池单体3c)的放电或充电。
在一个示例中，步骤150包括依次暂时中断对所述一组电池组1a至1n的其它电池组1b至1n中的电池组1b的所有电池单体3a至3n的放电或充电150。
以这种方式，具有被停用的所识别出的电池单体的对应电池组1a将始终被连接，并且其它电池组1b至1n的其它电池单体3a至3n在放电或充电期间依次被连接。由此，该方法平衡了电池组系统的电池组的放电率或充电率。
如上文关于步骤130所提及的，能够通过旁路断开来执行将所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体依次断开连接的步骤。这种旁路断开能够通过参照图2b至图2d描述的开关单元装置来形成。
进一步，在步骤160中，该方法基于电池系统特性来控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤150的持续时间。在本示例中，电池组系统特性包括指示通过该电池系统的每一个电池组的电流以及该电池系统的功率输出的数据。根据上文的等式7，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定通过电池系统的电池组的电流。根据上文的等式8，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定电池系统的功率输出。
在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定通过该电池系统的每一个电池组的电流。类似地，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，确定电池系统的功率输出。
此外，从上面的等式1至11应容易理解，尽管不是严格要求，但电池系统特性通常包含与电池系统的电池单体的数目相关并且用于在电池系统中所有电池单体都已连接时确定电池的电池单体的内部电阻以及电池系统和电池组的电流和功率的数据。
随后，在步骤170中，监测所述一组电池组1a至1n的电池单体3a至3n的荷电状态水平，接着是将所述一组电池组的其它电池组的其余电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较的步骤180。
然后，在步骤190中，当所述一组电池组的所述一组电池单体的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电。举例而言，通过将所识别出的电池单体3b连接到对应电池组1a中的其它电池单体3a以及3c至3n来执行恢复对所识别出的电池单体的放电或充电的步骤190。
如上文所提及的，应当注意，该方法的各步骤通常是在电推进系统20使用电池系统期间由控制单元8执行。还应注意，如上所述，电池单体的荷电状态水平通常是通过对电池单体的测量而获得的，而该方法的其它步骤通常在电池单体的模型上执行。
尽管附图可以示出一定顺序，但是各步骤的顺序可以与所描绘的顺序不同。而且，可以同时执行或部分同时执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选择的软件和硬件系统以及取决于设计者的选择。所有这些变型都在本公开的范围内。同样，能够使用具有基于规则的逻辑和其它逻辑的标准编程技术来完成软件实现，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤以及决策步骤。另外，尽管已经参考本发明的特定示例性实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得明显。举例而言，尽管部分地针对控制电池系统放电的方法描述了上述系统和方法，但是各步骤的示例实施例、系统的特征以及各种等式能够同样适用于控制电池系统的充电。
应当理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内作出许多修改和变型。例如，尽管已经主要针对电动巴士描述了本发明，但应该理解，本发明同样适用于任何类型的电动车辆、特别是电动卡车等。

Claims (17)

1.一种在车辆中的电池系统的放电和充电期间控制所述电池系统的方法(100)，所述电池系统包括并联连接的一组电池组，所述电池组中的每一个均具有串联连接的一组电池单体，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-确定(110)所述一组电池组的每个电池单体的荷电状态水平；
-在所述电池系统的放电期间，识别(120)所述一组电池组的所述电池单体中的具有最低荷电状态水平的电池单体，或者在所述电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的所述电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体；
-暂时中断(130)对所识别出的电池单体的放电或充电；
-继续对所述一组电池组的其余电池单体放电或充电(140)；
-在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电(150)；
-基于电池系统特性，控制(160)依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤的持续时间；
-监测(170)所述一组电池组的所述电池单体的荷电状态水平；
-将所述一组电池组的其它电池组的所述电池单体的所监测到的荷电状态水平与对应电池组的所识别出的电池单体的荷电状态水平进行比较(180)；以及
-当所述一组电池组的所述一组电池单体中的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电(190)。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其中，暂时中断对所识别出的电池单体的放电或充电的步骤(130)是通过将所述对应电池组中的所识别出的电池单体断开(130)来执行的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法(100)，其中，依次暂时中断所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的步骤是通过依次断开所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体来执行的。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电(190)的步骤是通过将所识别出的电池单体连接到所述对应电池组的其它电池单体来执行的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，所述步骤(150)包括依次暂时中断对所述一组电池组的其它电池组中的一个电池组的所有电池单体的放电或充电(150)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，确定(110)所述一组电池组中的所述一组电池单体的荷电状态的步骤包括以下步骤：通过传感器单元监测所述一组电池组中的所述一组电池单体的荷电状态水平，所述传感器单元被布置成与所述一组电池单体连接。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，在所述电池系统的放电期间识别具有低荷电状态水平的电池单体或者在所述电池系统的充电期间识别具有高荷电状态水平的电池单体的步骤是通过将电池单体的荷电状态水平与阈值进行比较来执行的。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法(100)，其中，所述电池组系统特性包括指示通过所述电池系统的每一个电池组的电流以及所述电池系统的功率输出的数据。
9.根据权利要求8所述的方法(100)，其中，通过所述电池系统的电池组的电流是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定的。
10.根据权利要求9所述的方法(100)，其中，根据以下等式，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定通过所述电池系统的电池组的电流：
Figure FDA0002872989330000031
其中，
Istackj是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，通过电池组(j)的电流，
Vcellk是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，所述电池组(j)的电池单体(k)的内部输出电压，
Vouttot是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，所述电池组(j)的输出电压，并且
Rcellk是所述电池单体(k)的内部电阻。
11.根据权利要求8到10中的任一项所述的方法(100)，其中，所述电池系统的功率输出是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定的。
12.根据权利要求11所述的方法(100)，其中，根据以下等式，在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间确定所述电池系统的功率输出：
Figure FDA0002872989330000032
其中，
Wtots是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，所述电池系统的总功率输出，
VouttotS是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，所述电池系统的总输出电压，
Istacki是流过所有电池单体均连接的电池组的电流，并且
Istackj是在暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组中的电池单体的放电或充电的步骤期间，通过所述电池组(j)的电流。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法的各步骤由控制单元(8)执行。
14.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1到13中的任一项所述的步骤。
15.一种携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组件，用于当所述程序组件在计算机上运行时执行权利要求1到13中的任一项所述的步骤。
16.一种电池系统(4)，所述电池系统包括一组电池组(1a至1n)、以及电池控制单元(8)，所述一组电池组(1a至1n)并联连接，所述电池组中的每一个均具有串联连接的一组电池单体(3a至3n)，其中，电池控制单元被配置成：
确定所述一组电池组(1a至1n)的每个电池单体(3a至3n)的荷电状态水平；
在所述电池系统的放电期间，识别所述一组电池组(1a至1n)的所述电池单体(3a至3n)中的具有最低荷电状态水平的电池单体(3b)，或者在所述电池系统的充电期间，识别所述一组电池组的所述电池单体中的具有最高荷电状态水平的电池单体；
暂时中断对所识别出的电池单体(3b)的放电或充电；
继续对所述一组电池组的其余电池单体放电或充电；
在所述一组电池组的其余电池单体中，依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组(1b至1n)中的电池单体的放电或充电；
基于电池系统特性，控制依次暂时中断对所述一组电池组的每一个其它电池组(1b至1n)中的电池单体的放电或充电的持续时间；
监测所述一组电池组(3a至3n)的所述电池单体(1a至1n)的荷电状态水平；
将所述一组电池组的其它电池组(1b至1n)的所述电池单体(3a至3n)的所监测到的荷电状态水平与对应电池组(1a)的所识别出的电池单体(3b)的荷电状态水平进行比较；
当所述一组电池组的所述一组电池单体的其余电池单体的荷电状态水平与所识别出的电池单体的荷电状态水平相对应时，恢复对所识别出的电池单体的放电或充电。
17.一种车辆(5)，其包括根据权利要求16所述的电池系统。
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