CN113036892A - 一体化电池模块及其控制方法和相应的计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一体化电池模块，其中，一体化电池模块包括由多个串联的等压电池子模块组成的电池模块、电压测量装置、电压比较装置和切换装置。电池模块适于对第一电子部件进行供电，电池子模块适于对与第一电子部件相比工作电压较低的第二电子部件进行供电，电压测量装置用于对电池子模块的工作电压分别进行测量，电压比较装置用于对所测量的电池子模块的工作电压进行比较，电压比较装置根据比较的结果来控制切换装置，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块进行工作。根据本发明的技术方案，省去了DC/DC变换器装置以及控制器，并且避免了所引出的电池子模块被频繁地充放电而引起电芯老化严重，从而提高了整个电池系统的使用寿命。

Description

一体化电池模块及其控制方法和相应的计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种尤其是支持内部电压均衡的一体化电池模块及其控制方法，并且涉及一种用于实现所述控制方法的计算机程序产品。
背景技术
目前，为了满足越来越严格的排放法规及油耗要求并同时控制整车成本，越来越多的传统燃油车配备了48V轻混系统。然而，车载电子部件通常设计使用12V供电网络，需要为这些车辆同时配备12V电池。为了解决这个问题，在现有技术中提出了一些解决方案。
现有技术公开了一种用于车辆的双电压供电系统，其中，采用48V电池模块为48V负载供电，并且同时需要通过DC/DC变换器装置将48V电压转换成12V电压用于给12V负载供电。这种双电压供电系统具有较好的兼容性并得到了广泛应用。但是，在汽车领域中12V负载的波动范围通常较大并且因此需要一个鲁棒性强的控制器对DC/DC变换器进行控制。12V负载的大范围波动也导致DC/DC变换器设计时功率上限较大，从而车载电子部件需要留有较大裕量。这增加了控制器设计的难度、DC/DC变换器装置的成本和系统体积。
现有技术还公开了另外一种用于车辆的双电压供电系统及其控制方法，其中，为车辆的低压负载同时提供48V电池模块和12V电池模块。在所描述的双电压供电系统中，48V负载在由四个12V电池子模块串联形成的48V电池模块进行供电，而12V负载由直接从所述48V电池模块内部引出的一个12V电池子模块进行供电。经常使用会导致这一个所引出的12V电池子模块被频繁地充放电，从而引起所引出的12V电池子模块中的电芯老化严重。
因此，如何在尽可能少地增加设备成本的情况下并在尽可能多地延长电池使用寿命的情况下实现48V/12V双电压供电系统成为目前普遍存在的技术难点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尤其是支持内部电压均衡的一体化电池模块及其控制方法和一种用于实现所述控制方法的计算机程序产品，以解决现有技术中的问题。本发明的核心构思在于确保一体化电池模块内部中的各个电池子模块轮换地用作输出进行工作并继而确保一体化电池模块内部中的各个电池子模块均衡地工作，从而避免从一体化电池模块引出的电池子模块被频繁地充放电而引起其电芯老化严重，进而影响整个电池系统的使用寿命。
根据本发明的第一方面，提供了一种一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块包括：由多个串联的等压电池子模块组成的电池模块、电压测量装置、电压比较装置和切换装置，其中，所述电池模块适于对第一电子部件进行供电，所述电池子模块适于对与第一电子部件相比工作电压较低的第二电子部件进行供电，所述电压测量装置用于对所述电池子模块的工作电压分别进行测量，所述电压比较装置用于对所测量的电池子模块的工作电压进行比较，所述切换装置用于控制所述电池子模块的切换，且所述电压比较装置根据所述比较的结果来控制切换装置，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块进行工作。
可选地，所述一体化电池模块被配置为48V/12V一体化电池模块，其中，48V电池模块由四个串联的12V电池子模块组成，其中，采用48V电池模块为48V负载供电，并且同时采用12V电池子模块为12V负载供电，而无需通过DC/DC变换器装置将48V电压转换成12V电压。由此省去了DC/DC变换器装置以及其控制器，而在没有设计功率上限较大的DC/DC变换器的情况下，车载电子部件也无需留有较大裕量，这极大地节省了设备成本。进一步地，通过测量、比较、控制使得工作电压最高的12V电池子模块作为12V输出能够轮换地使用从所述48V电池模块内部引出的各个12V电池子模块，从而避免所引出的单个12V电池子模块被频繁地充放电而引起其电芯老化严重，进而影响整个电池系统的使用寿命，因为整个电池系统的使用寿命取决于电芯老化最严重的电池子模块。
可选地，所述一体化电池模块被配置成用于车辆。
可选地，可以通过硬件方式(例如电压比较器)对电池子模块的工作电压进行比较。在一种可选的实施方式中，将各个电池子模块的测量的工作电压直接地输入到电压比较器的输入端中，并在所述电压比较器中通过比较各个所测量的工作电压来输出相应的电平信号，其中，所输出的电平信号用于控制工作电压最高的电池子模块对应的切换装置，以进行闭合或关断。
可选地，可以通过软件方式(例如计算机程序产品)对电池子模块的工作电压进行比较。在一种可选的实施方式中，将各个电池子模块的测量的工作电压的数值作为信号输入到计算机程序产品中，并在计算机程序产品中完成相关的运算得出工作电压最高的电池子模块。进一步地，计算机程序产品输出相应的控制信号用于控制工作电压最高的电池子模块对应的切换装置，以进行闭合或关断。
可选地，可以通过电压传感器对各个电池子模块的工作电压进行测量。在车辆实际运行过程中，工作电压可能会出现快速且剧烈的波动，而电压传感器可以对快速且剧烈变化的、幅值较大或较小的电压信号作精确地跟踪采集，从而得到标准化的、电气隔离的电压信号。所述电压传感器例如是电压互感器、霍尔电压传感器和/或光纤电压传感器等。
可选地，所述切换装置例如包括常开型开关，其可以在闭合时控制相应的电池子模块进行放电。
可选地，所述一体化电池模块被配置成适于对电池子模块的SOC(荷电状态)进行监测，其中，SOC表征当前电池的剩余容量占可用容量的比例。在充放电初期各个电池子模块之间的SOC需保持一致，这意味着所有电池子模块工作于相同的放电深度，否则各个电池子模块处于不同的放电深度将会导致电池老化速度的差异。此外，通过监测各个电池子模块的SOC可以避免出现过放电、过充电和电池子模块之间的电压严重不平衡现象等，以便最大限度地利用电池的存储能力和循环寿命。
可选地，所述电池子模块的SOC可以通过测量电池子模块的开路电压来预测。由电池的工作特性可知，电池的开路电压和电池的SOC存在一定的对应关系。随着电池的SOC降低，电池的开路电压也会降低。由此，根据一定的充放电倍率时电池的开路电压和SOC的对应关系，可以通过测量电池子模块的开路电压来估算电池子模块的SOC。此外，电池子模块的SOC的预测通过例如电池内阻法、模糊逻辑推理和神经网络法和/或卡尔曼滤波法等实现。
可选地，所述一体化电池模块还包括电池均衡系统。当一体化电池模块处于非工作状态(例如车辆处于停泊状态)时，电池均衡系统可以对各个电池子模块进行内部电压均衡。电池均衡系统可以使各个电池子模块的SOC保持一致，由此保证各个一体化电池模块的电芯老化速度一致并延长整个电池系统的使用寿命。
可选地，电池均衡系统可以以电池子模块的开路电压作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡。当一体化电池模块处于非工作状态(例如车辆处于停泊状态)时，电池子模块的开路电压可以直接且相对容易地测量。当某个电池子模块的开路电压相对于其他电池子模块更高时，该电池子模块的SOC也会更高，且在充放电时该电池子模块的工作电压也会更高，因此以开路电压作为均衡变量可以在一定程度上改善各个电池子模块的不一致性状态。此外，电池均衡系统可以以电池子模块的工作电压、SOC、剩余可用容量等作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于一体化电池模块的控制方法。所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1：电压测量装置对各个电池子模块的工作电压分别进行测量；
步骤S2：电压比较装置对所测量的电池子模块的工作电压进行比较；
步骤S3：根据所述比较的结果输出对应的切换控制信号来控制对应的切换装置，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块。
可选地，在第二电子部件需要供电、特别是车辆启动时开始执行步骤S1。
可选地，重复执行步骤S1至S3，直到满足预定条件，例如第二电子部件不再需要供电、特别是车辆熄火。
可选地，在步骤S1之前的步骤S11中，通过所述电压测量装置测量电池子模块的开路电压，并在步骤S12中根据所测量的开路电压来预测电池子模块的SOC并对电池子模块的SOC进行监测。在充放电开始时，电池子模块之间的SOC需保持一致，使得所有电池子模块工作于相同的放电深度，避免由于放电深度不同而导致各个电池子模块的老化速度的差异。
可选地，在步骤S4中，电池均衡系统可以以电池子模块的开路电压、电池子模块的工作电压或所预测的电池子模块的SOC作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡，由此可以在一定程度上改善电池子模块不一致性状态。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序产品、例如计算机可读的程序载体，包含计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时至少辅助实现上述方法的步骤。
附图说明
下面通过参照附图更详细地描述本发明可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图示出：
图1示出一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块；
图2示出一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块的控制方法；
图3示出一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块的另一控制方法；
图4示出一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块的另一控制方法。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
图1示出了一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块包括由四个串联的12V电池子模块组成的48V电池模块、电压传感器、电压比较器和切换装置，其中，所述48V电池模块适于对第一电子部件(其工作电压为48V)进行供电，所述电池子模块适于对第二电子部件(其工作电压为12V)进行供电。所述电压传感器用于对电池子模块的工作电压分别进行测量。所述电压比较器用于对所测量的电池子模块的工作电压进行比较，并且根据所述比较的结果输出对应的切换控制信号来控制对应的切换装置。所述切换装置包括常开型开关并且可以在闭合时控制相应的12V电池子模块进行放电。
图2示出了一种根据本发明的一个示例性实施例的用于一体化电池模块的控制方法。在第二电子部件需要供电、特别是车辆启动时开始执行步骤S1。在步骤S1中，电压传感器对电池子模块的工作电压分别进行测量。接下来，在步骤S2中，电压比较器对所测量的电池子模块的工作电压进行比较，并且在步骤S3中，根据所述比较的结果输出对应的切换控制信号来控制对应的切换装置的开启/关断，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块。重复执行步骤S1至S3，以确保工作电压最高的电池子模块轮换地作为输出电池子模块进行工作，直到满足预定条件，例如车辆熄火。
图3示出了一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块的另一控制方法。以下仅阐述与图2中所示的实施例的区别，而相同的步骤为了简洁起见而不再重复描述。
在步骤S1之前的步骤S11中通过电压传感器测量电池子模块的开路电压，并在步骤S12中根据所测量的开路电压来预测所述电池子模块的SOC并对电池子模块的SOC进行监测。
图4示出了一种根据本发明的一个示例性实施例的一体化电池模块的另一控制方法。以下仅阐述与图2中所示的实施例的区别，而相同的步骤为了简洁起见而不再重复描述。
在满足预定条件(例如车辆熄火)之后，不再重复执行步骤S1至S3，而是跳到步骤S4，电池均衡系统可以以电池子模块的开路电压、电池子模块的工作电压和/或所预测的电池子模块的SOC作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡。
另外，应注意到，在此描述的步骤序号并不必然代表先后顺序，而仅仅是一种附图标记，根据具体情况，顺序可以更改，只要能够实现本发明的技术目的即可。
尽管在此详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不偏离本发明的核心和范围的前提下，可以提出各种替换方案和修改方案。

Claims (10)

1.一种一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块包括：由多个串联的等压电池子模块组成的电池模块、电压测量装置、电压比较装置和切换装置，其中，所述电池模块适于对第一电子部件进行供电，所述电池子模块适于对与第一电子部件相比工作电压较低的第二电子部件进行供电，所述电压测量装置用于对所述电池子模块的工作电压分别进行测量，所述电压比较装置用于对所测量的电池子模块的工作电压进行比较，所述切换装置用于控制所述电池子模块的切换，且所述电压比较装置根据所述比较的结果来控制所述切换装置，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块进行工作。
2.根据权利要求1所述的一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块被配置为48V/12V一体化电池模块，使得所述一体化电池模块包括由四个串联的12V电池子模块组成的48V电池模块；和/或所述一体化电池模块被配置成用于车辆。
3.根据权利要求1或2所述的一体化电池模块，其中，所述电压比较装置通过硬件方式和/或软件方式来实现，其中，所述硬件包括电压比较器；和/或所述切换装置包括常开型开关，所述常开型开关在闭合时控制相应的电池子模块进行放电。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一体化电池模块，其中，所述电压测量装置包括电压传感器，其中，所述电压传感器例如是电压互感器、霍尔电压传感器和/或光纤电压传感器等。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块被配置成适于对所述电池子模块的SOC进行预测并进行监测，其中，所述电池子模块的SOC的预测例如通过测量所述电池子模块的开路电压、电池内阻法、模糊逻辑推理和神经网络法和/或卡尔曼滤波法等实现。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一体化电池模块，其中，所述一体化电池模块还包括电池均衡系统，其中，当所述一体化电池模块处于非工作状态时，所述电池均衡系统对各个电池子模块进行内部电压均衡，其中，所述电池均衡系统例如以所述电池子模块的开路电压、工作电压、SOC和/或剩余可用容量等作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡。
7.一种用于根据权利要求1至6中任一所述的一体化电池模块的控制方法，其中，所述控制方法包括以下步骤：
步骤S1：电压测量装置对各个电池子模块的工作电压分别进行测量；
步骤S2：电压比较装置对所测量的电池子模块的工作电压进行比较；
步骤S3：根据所述比较的结果输出对应的切换控制信号来控制切换装置，使得工作电压最高的电池子模块作为输出电池子模块。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，在所述第二电子部件需要供电、特别是车辆启动时开始执行所述步骤S1；和/或
重复执行所述步骤S1至S3，直到满足预定条件、例如所述第二电子部件不再需要供电、特别是车辆熄火。
9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其中，所述控制方法还包括以下步骤：
所述步骤S1之前的步骤S11：通过所述电压测量装置测量所述电池子模块的开路电压；和/或
步骤S12：根据所测量的开路电压来预测所述电池子模块的SOC并对所述电池子模块的SOC进行监测；和/或
步骤S4：所述电池均衡系统以所述电池子模块的开路电压、所述电池子模块的工作电压或所预测的电池子模块的SOC作为均衡变量，用以对各个电池子模块进行内部电压均衡。
10.一种计算机程序产品、例如计算机可读的程序载体，包含计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时至少辅助实现根据权利要求7至9中任一项所述的步骤。
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