WO2009076844A1 - 一种电动汽车用电池的管理方法和管理系统 - Google Patents

Description

一种电动汽车用电池的管理方法和管理系统

本申请要求于 2007 年 12 月 4 日提交中国专利局、 申请号为 200710195896.3、 发明名称为 "一种电动汽车用电池的管理系统，，的中国专利申 请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力或电动汽车的电池管理方法和管理系统。 背景技术

面对环境污染、 全球变暖、 能源短缺的现实压力， 各国政府、 企业都投入 了大量人力和物力对电动车进行研究和开发。当前研发的三种电动车有纯电动 车、 混合动力电动车、 燃料电池电动车。 蓄电池不可避免地成为电动车主能源 或辅助能源。 常用的动力蓄电池有铅酸电池、 镍氢电池和锂离子电池， 他们具 有容量大、 体积小、 动力性较好的特点、 因而成为电动车发展的首选电池。 在 电动车研究开发与产业化过程中， 动力电池及管理系统是最为重要的一环。 电 池管理系统的优劣直接决定了动力电池组的使用寿命，所以一个算法及控制方 式很好的电池管理系统不仅能够充分发挥动力电池的优越性能，而且给予电池 最佳的保护。

在现有的技术中， 电池管理系统的设计过于复杂和繁瑣， 从表面上看， 具 备了较多的功能， 但所需传感器很多， 从而使电池管理系统成本剧增， 且体积 很大，在整车布置上也带来了很大的难度，对于较低电压系统的整车及市场定 位较低的汽车厂商来说， 这是很难接受的。 尽管如此， 由于世界范围内汽油价 格的直线上升， 一些市场定位较低的汽车厂商也希望通过某些简单的方法， 用 最少的钱， 尽可能的来降低整车的油耗。 这就要求整车的电压系统不能很高， 且整车布置尽可能不改动，对电池进行较简单的管理， 而且整车的成本增加很 少。 所以那些设计过于复杂， 功能很多， 成本很高的管理系统是完全不适合此 使用场合的。 为此有必要对现有的系统进行调整改进。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种电动汽车或混合动力汽车用电池 管理方法和管理系统， 以提高整个电池系统工作的安全性和稳定性。

本发明实现上述目的所釆用的技术方案是： 一种电动汽车用电池的管理方法， 包括：

获取怠速停机请求， 如果整车的状态满足怠速停机要求， 则允许怠速停 机； 所述怠速停机要求包括， 电机输出电压与电池端电压的差值 Verror小于或 等于当前电池温度对应的允许怠速停机时的门限值 VerrorMAX;

在怠速停机状态过程中， 检测电池状态， 其中， 在停机时间小于等于预置 的第一时长内， 若检测到电池端电压 V工作小于与当前电池温度对应的满足怠速 停机启动时的预置的电池第一最低门限电压 V工作 _mm, 起动发动机对电池充电； 当停机时间大于或等于预置的第一时长，若开路电压 v_b小于与当前电池温度对 应的满足怠速停机启动时的预置的电池第二最低门限电压 v_bmm,起动发动机对 电池充电。

一种电动汽车用电池的管理系统， 包括整车控制器、 电池和温度传感器； 其中， 温度传感器用于测量电池的温度；

整车控制器用于在请求怠速停机时，判断整车的状态是否满足怠速停机要 求， 如果满足， 则允许怠速停机； 所述怠速停机要求包括， 电机输出电压与电 池端电压的差值 Verror小于或等于当前电池温度对应的允许怠速停机时的门限 值 VerrorMAX; 在怠速停机状态过程中， 检测电池状态， 其中， 在停机时间小 于预置的第一时长内， 若检测到电池端电压 V工作小于与当前电池温度对应的满 足怠速停机启动时的预置的电池第一最低门限电压 V工作 _mm, 起动发动机对电池 充电； 当停机时间大于或等于预置的第一时长，若开路电压 V_b小于与当前电池 温度对应的满足怠速停机启动时的预置的电池第二最低门限电压 V_bmm,起动发 动机对电池充电。

本发明中， 通过一温度传感器、 电池电压值、 电机电压值及停机时间的 获取，并通过集成在整车控制器中的电池管理系统中对电池实时状态的计算和 判断， 既实现了对电池状态的判断， 同时也保证了整车的怠速停机及怠速停机 启动功能。 一方面可以保护电池尽可能不受伤害， 提高电池使用寿命， 另一方 面也降低了整车油耗。 而且由于只使用较少的部件就可以达到上述目的， 因此 解决管理系统多功能需求和低成本、 小体积的产业化要求的矛盾： 对电池进行 控制和管理， 整车成本增加很少， 但会收到事半功倍的效果。

附图说明 图 1为本发明中安装温度传感器的蓄电池总图。

图 2为电池电压、 电机电压计算流程图。

图 3为满足怠速停机启动的电池最低门限电压随温度变化的关系图。

图 4为本发明中估算电池 SOF系统结构框图。

图 5为本发明中估算电池 SOF软件工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

本发明的电池管理系统用于低压系统结构的整车， 电池 1釆用普通 1 2 V 免维护电池或 4 2 V阀控铅酸电池或其他等级电压的铅酸电池。 此方案中， 整 车具有怠速停机及怠速停机启动功能。在怠速停机启动时，发电 /启动电机可 以快速启动发动机。整车以汽油机为主动力源。判断整车能否进入怠速停机和 怠速停机启动功能的其中之一条件是需对铅酸电池的状态进行判断，根据电池 状态， 决定整车下一步的动作。

对铅酸电池的状态进行判断的过程就是电池管理的过程。 电池管理系统软 硬件部分集成在整车控制器中， 在整车控制器中实现对电池 SOF ( state of function ) 功能状态的估算。 由于需要了解电池状态， 需对电池电压和电池工 作过程中温度进行实时监控， 所以在电池 1上安装了一个检测电池温度的传感 器 2。 如图 1所示， 温度传感器 2的下端， 即其感温部分埋于电池内部， 用于检 测电池的温度。 所述的电池温度传感器 2为 NTC热敏电阻传感器。 此传感器可 根据其用途封装成各种形状， 为电池控制器提供准确完整的电池温度状态信 息， 以满足整车控制需要并为系统控制策略提供支持。

在发动机怠速停机过程中，电池电压分为两类：一种是电池的工作电压 V二作， 另一种是电池的开路电压 V_b。 V工作定义为从发动机停机到预置的一段时间 （以 下称为第一时长）过程中测得的电压值； 而 v_b定义为发动机停机第一时长以后 (包括刚好达到第一时长的时刻）测得的电压值， 此时测得的值较真实接近开 路时的电压。 电池电压信号直接通过电池两端釆集。 其中， 以一个预置的第一 时长为时间节点， 将发动机怠速停机过程中的电池电压分成两类，是由电池自 身特性的决定的， 详细的说： 在使用电池时， 电压明显下降很多很快， 电池在 停止使用 （或者称为休息）后， 电池电压值会回升， 但有一定的回升特性： 即 在刚刚开始停止使用电池的一段时间内， 电压值回升很快， 然后回升速度越来 越慢； 停止使用时间越长， 回升速度越慢， 为了能够清楚的反映停止使用时电 池电压的回升过程， 定义了一个时间长度， 即第一时长， 根据电池电压回升速 度将电池停止工作后的时间分成了两部分，在第一时长内， 电池电压回升速度 较快， 第一时长以后 （包括刚好为第一时长的时刻）， 电池电压回升速度较緩 慢， 电池电压趋于稳定值。 发动机怠速停机前电池通常处于使用状态， 发动机 怠速停机后， 如果没有其他的用电需求 （例如， 车载收音机等）， 则电池处于 停止使用状态， 就会表现出上述电池的特性。本发明实施例中所述第一时长釆 用 25分钟。

如图 2所示，根据当前电池温度及停机时间 T1 ,求得系统判断电池状态所需 的电压值极限值。 图 3所示的是满足怠速停机启动的电池最低门限电压随温度 变化的关系， 由图 3可见， 停机后第一时长内的满足怠速停机启动的电池最低 门限电压和第一时长后满足怠速停机启动的电池最低门限电压不同，并且在相 同温度下，第一时长内的怠速停机启动的电池最低门限电压小于第一时长以后 的怠速停机启动的电池最低门限电压，原因在于根据上面分析停止使用状态下 的电池的电压在第一时长内具有快速的上升过程，而第一时长后电池电压趋于 稳定。 即使怠速停机过程中其他用电需求导致电池电压下降，但是与发动机工 作过程中的电池使用相比， 前者本身的耗电较平稳， 不会造成电池电压的过大 求导致电压下降综合作用的结果。在同一温度下， 如果怠速停机后的所有时间 内满足怠速停机启动的电池最低门限电压设为同样大， 则可能发生如下情况： 在第一时长内，某一时段内该电池的端电压可能小于该怠速停机启动的电池最 低门限电压，但下一时刻快速回升的电池端电压可能就会大于该怠速停机启动 的电池最低门限电压，从合理的角度看， 这种情况并不需要强制启动发动机给 电池充电，因此对于第一时长内的怠速停机启动的电池最低门限电压和第一时 长以后的怠速停机启动的的预置的电池最低门限电压应该区分开，而且不难得 出， 前者应该小于后者， 以下将前者称为怠速停机启动的电池第一最低门限电 压， 将后者称为怠速停机启动的电池第二最低门限电压。

如图 4所示，在估算电池功能状态时，考虑了温度和停机时间 T1对启动电压 的影响。 实时釆集电池的温度和电压， 这些参数被整车控制器接收。 在整车控 制器中已标定了电池电压、温度和停机时间关系曲线、允许怠速停机时的门限 值 VerrorMAX和温度关系曲线。

下面以第一时长取为 25分钟为例， 具体说明本发明实施例中的电池管理的 工作流程。

图 5示出了电池管理的工作流程。在整车和电池状态良好的情况下， 常规 钥匙启动整车， 整车正常运转。 在驾驶员请求怠速停机时， 首先判断整车其他 状态已满足怠速停机，然后确定电机输出电压与电池端电压的差值 Verror是否 小于或等于当前温度下的门限值 VerrorMAX值， 如果满足， 则允许怠速停机， 否则一旦两个条件中任一不满足要求，则发动机继续运转，也即整车正常运转； 其中， 在车行驶过程中， 电机给电池充电且电机输出电压基本稳定， 而电池因 频繁使用导致电池端电压有波动，这样当电机输出电压减去电池端电压小于或 等于允许怠速停机时的门限值 VerrorMAX时， 表明电池电压较高， 电池荷电 状态高， 此时才允许怠速停机。

在发动机处于怠速停机状态的整个过程中， 实时检测电池状态， 并由控制 器记录每次停机时间 T1 , 虽然发动机处于怠速停机状态， 但车的其他用电需 求可能仍会消耗电池的电能， 所以怠速停机状态下的电池电压可能会降低， 这 样在停机时间小于 25分钟内， 当 V 工作小于当前电池温度条件下的满足怠速停 机启动的预置的电池第一最低门限电压 V工作 _mm; 或在停机时间大于或等于 25 分钟， 当 V_b小于当前电池温度条件下的满足怠速停机启动的预置的电池第二 最低门限电压 V_bmm时， 为了保证电池有足够的能量， 则需对电池充电， 此时 需要起动发动机。 并累加对电池补充电的时间 T2, 为了保证电池不会因频繁 启动而亏电， 则 T2必须大于一设定值后， 才能允许进入下一次怠速停机。

Claims

权 利 要 求

1、 一种电动汽车用电池的管理方法， 其特征在于， 包括：

获取怠速停机请求， 如果整车的状态满足怠速停机要求， 则允许怠速停 机； 所述怠速停机要求包括， 电机输出电压与电池端电压的差值 Verror小于或 等于当前电池温度对应的允许怠速停机时的门限值 VerrorMAX;

在怠速停机状态过程中， 检测电池状态， 其中， 在停机时间小于等于预 置的第一时长内， 若检测到电池端电压 V工作小于与当前电池温度对应的满足怠 速停机启动时的预置的电池第一最低门限电压 V工作 _mm, 起动发动机对电池充 电； 当停机时间大于或等于预置的第一时长，若开路电压 V_b小于与当前电池温 度对应的满足怠速停机启动时的预置的电池第二最低门限电压 v_bmm,起动发动 机对电池充电。

2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 对电池温度的监测具体实 现为：

利用预先埋设于电池内部的温度传感器检测电池的温度。

3、 根据权利要求 1或 2所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 允许怠速停机的条件还包括： 判断在请求怠速停机前对电池的充电时间 是否大于预设值。

4、 一种电动汽车用电池的管理系统， 包括整车控制器、 电池和温度传感 器；

其中， 温度传感器用于测量电池的温度；

整车控制器用于在请求怠速停机时， 判断整车的状态是否满足怠速停机 要求， 如果满足， 则允许怠速停机； 所述怠速停机要求包括， 电机输出电压与 电池端电压的差值 Verro 、于或等于当前电池温度对应的允许怠速停机时的门 限值 VerrorMAX; 在怠速停机状态过程中， 检测电池状态， 其中， 在停机时间 小于预置的第一时长内， 若检测到电池端电压 V工作小于与当前电池温度对应的 满足怠速停机启动时的预置的电池第一最低门限电压 V工作 _mm, 起动发动机对电 池充电； 当停机时间大于或等于预置的第一时长，若开路电压 V_b小于与当前电 池温度对应的满足怠速停机启动时的预置的电池第二最低门限电压 V_bmm,起动 发动机对电池充电。

5、 根据权利要求 4所述的电动汽车用电池的管理系统， 其特征在于， 所 述整车控制器预先标定了满足怠速停机启动时电池最低门限电压和温度的关 系曲线， 用于根据当前温度获取满足怠速停机启动时电池最低门限电压。

6、 根据权利要求 4或 5所述的电动汽车用电池的管理系统， 其特征在于， 所述温度传感器埋于所述电池的内部。

7、 根据权利要求 6所述的电动汽车用电池的管理系统， 其特征在于， 所 述温度传感器为负温度系数 NTC热敏电阻传感器。