專利名稱：用于重新平衡車輛電池的系統(tǒng)和方法
用于重新平衡車輛電池的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
電池電動車輛(BEV)可以通過電機的操作來移運。插電式混合電動車(PHEV)可以通過電機和/或內(nèi)燃機發(fā)動機的操作來移運。在任何一種情況下，電機可以從車載電池組接收電力。電池組(battery)可以包括串聯(lián)電連接的多個電池(cell)，并可以用來自公用電網(wǎng)或其它源等的電力充電。出于效率和電池耐用性的原因，可能期望保持電池組電池的電荷/能量含量的狀態(tài)近似相等。然而，給電池組提供能量或移去來自電池組的能量可能造成電池組電池的電荷/能量含量的狀態(tài)變得不相等。

發(fā)明內(nèi)容
一種車輛可以包括電機，所述電機被配置成生成用于所述車輛的動力；電池組， 所述電池組被配置成存儲用于所述電機的能量；和一個或多個控制器。所述一個或多個控制器可以被配置成確定是在單個循環(huán)還是在多個循環(huán)中重新平衡所述電池組，并根據(jù)所述確定使得所述電池組被重新平衡。


圖1是示例性PHEV的框圖。圖2是描述用于確定以哪種方式重新平衡圖1的電池組的示例性算法的流程圖。
具體實施例方式可以執(zhí)行電池組重新平衡來校正BEV或PHEV電池組的電池之間的電荷/能量含量的狀態(tài)。所具有的電荷狀態(tài)大于最低電荷狀態(tài)的電池例如將被放電。然后所有電池可以用來自外接能量源(例如公用電網(wǎng)等)的能量充電。BEV/PHEV電池組重新平衡典型地是遞增地執(zhí)行的，且當車輛插上電源(插入電源)時。電池組例如可以包括30個電池。假設(shè)其中四個電池有70%的電荷狀態(tài)，而一個電池有60 %的電荷狀態(tài)，則四個電池的電荷狀態(tài)會被放電到例如68 %，然后所有電池會被充電以便將每個電池的電荷狀態(tài)提高2 %。在此第一循環(huán)之后，29個電池將有70 %的電荷狀態(tài)，且1個電池將有62%的電荷狀態(tài)。四個電池的電荷狀態(tài)會被再次放電到例如68%， 然后所有電池將再次被充電，以便將每個電池的電荷狀態(tài)提高2%。在此第二循環(huán)之后，29 個電池將再次具有70 %的電荷狀態(tài)，而1個電池將具有64 %的電荷狀態(tài)。再執(zhí)行另外3個這樣的循環(huán)會使所有電池達到70%的電荷狀態(tài)。以上每個循環(huán)可以在相對短的時間段(例如5-10分鐘或更多，這依賴于電池容量)內(nèi)完成。從時間角度講，這在不知道車輛將被插上電源多長時間的環(huán)境中可能是很令人滿意的。車輛駕駛范圍隨著電池被放電而受到不利影響。如果駕駛員在電池放電之后電池重新充電之前撥下車輛插頭，則電池的電荷狀態(tài)中的相對小的遞減會最小化車輛駕駛范圍的降低。
但是，從時間角度講遞增式電池重新平衡可能是令人滿意的，而從效率角度講可能是令人不滿意的。遞增式電池組的電池充電典型地是在相對低的充電速率下執(zhí)行的，以避免電池過度充電。因此，相比幾個循環(huán)，在單個循環(huán)中重新平衡電池組可能是更加有效的?？梢栽诔潆姵掷m(xù)時間的大部分時間中，以相對高的充電速率執(zhí)行電池組電池的單個循環(huán)的充電。例如，如果電池組電池要從60 %的電荷狀態(tài)充電到95 %的電荷狀態(tài)，則可以使用相對高的充電速率將電池從60%充電到83%。然后可以使用相對低的充電速率來將電池從83%充電到95%。本文公開的某些實施例可以提供表明建議進行電池重新平衡的警示。如果駕駛員響應(yīng)于該警示提供適當輸入，則電池組可以在一個循環(huán)中而不是幾個循環(huán)中被重新平衡。 如果駕駛員響應(yīng)于該警示沒有提供適當輸入，則電池組可以在幾個遞增循環(huán)而不是一個循環(huán)中被重新平衡。該策略有效地允許駕駛員通知可用于重新平衡的適當?shù)能囕v控制系統(tǒng)的時間。如果有足夠的時間用于重新平衡，例如因為車輛整個晚上都被置于插上電源，則駕駛員可以響應(yīng)于該警示，并且電池組可以在一個循環(huán)中重新平衡。另外，電池組可以在幾個遞增循環(huán)中被重新平衡。幾種技術(shù)可以(單獨或結(jié)合)用來確定電池組是否需要被重新平衡(因為存在電池組不平衡狀況)。舉一個例子，每個電池兩端的電壓可以任何適當/已知方式(例如通過電路進行測量)確定并進行比較。如果電池電壓中有一個不同于其它的電池電壓超過預定量(例如2% -10% )，則存在電池不平衡狀況。舉另一個例子，可以以任何適當/已知方式(例如車輛處于接通狀態(tài)時進行計數(shù)并在車輛被置于插上電源時被重置的計數(shù)器，)確定車輛運行時間(自從上次插上電源起車輛已處于接通狀態(tài)的總時間)，并將其與預定閾值進行比較。如果車輛運行時間超過閾值，則存在電池不平衡狀況。再舉另一例子，可以以任何適當/已知方式(例如，可隨時間的變化來測量每個電池電壓，以確定變化速率)確定每個電池的自放電速率，并將其與預定閾值比較。如果自放電速率中的任何一個大于閾值， 則存在電池不平衡狀況。也可以使用其它技術(shù)。測試已經(jīng)揭示對于某些電池的化學性質(zhì)，諸如鋰離子電池的化學性質(zhì)，電池的安培小時輸出(和電壓)相對恒定，直到電池的能量接近耗盡，在這點上，電池的安培小時輸出快速下降(原因是電池組的電池可能是串聯(lián)連接的，單個電池的安培小時輸出的快速下降會限制整個組的安培小時輸出)。因此，電池的安培小時輸出(或電壓)可能不是電池接近耗盡的程度的好的指示。不過，對于給定電池，測試、模擬等可以用來確定對于該電池存儲的給定量的能量此相對恒定的安培小時輸出的持續(xù)時間。即，測試、模擬等可用來確定電池在達到其下降點之前會表現(xiàn)此相對恒定的安培小時輸出多長時間。然后此信息可用來建立車輛運行時間閾值，應(yīng)該以此來重新平衡電池組以避免電池達到其下降點的情況。例如，如果給定能量含量的特定電池要花費10個小時來達到其下降點，則車輛運行時間閾值可以設(shè)置在8小時等。車輛運行時間因此可以用來估計電池組中任何一個電池接近其下降點的程度。電池自放電速率的不同可以表示電池能量含量的不同。具有比其它自放電速率大預定量(例如10%等)的自放電速率的電池因此可以表示它與其它電池之間的能量含量不平衡。參照圖1，PHEV 10的一個實施例可以包括發(fā)動機12、形成電池組14的多個電池組電池13和電機16。PHEV 10還可以包括變速器18、車輪20、一個或多個控制器22、電氣端口 M和顯示器/接口 26 (例如屏幕、揚聲器、按鈕等)。發(fā)動機12、電機16和車輪20與變速器18以任何適當/已知方式機械連接(由粗線指示)，使得發(fā)動機12和/或電機16可以驅(qū)動車輪20，發(fā)動機12和/或車輪20可以驅(qū)動電機16，且電機16可以驅(qū)動發(fā)動機12。其它配置也是可行的。電池組14可以向電機16提供能量或接收來自電機16的能量。電池組14還可以通過本領(lǐng)域已知的電氣端口 M接收來自公用電網(wǎng)或其它外接能量源(未顯示)的能量。一個或多個控制器22與發(fā)動機12、電池組14、電機16、變速器18和顯示器/接口 26通信和/或控制以上組件(由細線指示)。一個或多個控制器22可以使用以上所述的任何一種技術(shù)(或其它任何適當/已知技術(shù))來確定是否存在電池組不平衡狀況(且因此確定是否建議進行電池組重新平衡)。一個或多個控制器22例如可以實現(xiàn)跟蹤車輛10處于接通狀態(tài)的總時間(車輛運行時間)的計數(shù)器。該計數(shù)器可以在每次車輛10通過電氣端口 M插入電源時被重置。一個或多個控制器22可以周期性地將車輛運行時間與例如9 小時的預定車輛運行時間閾值比較。一旦車輛運行時間超過9小時閾值，則一個或多個控制器22可以使得通過顯示器/接口 26 (例如一個或多個控制器22可以使得顯示器/接口 26亮燈)輸出警示(聽覺、視覺、觸覺等)。如果駕駛員響應(yīng)于該警示(例如按壓顯示器/ 接口沈)，則一個或多個控制器22可以使電池組14在下一次車輛10通過電氣端口 M插入電源的單個循環(huán)中被重新平衡。如果駕駛員沒有對該警示做出響應(yīng)，則一個或多個控制器可以使得電池組14在下一次車輛10通過電氣端口 M插入電源的幾個循環(huán)中遞增地重新平衡?？商娲?，一個或多個控制器22可周期性地(例如每5分鐘)使得在車輛10處于關(guān)閉狀態(tài)時，電池13的每一個的電壓被測量。一個或多個控制器22然后可以基于所測量的值確定每個電池13的自放電速率。舉一個例子，如果電池組電池13中的一個的電壓在時刻0分鐘是5V，在時刻5分鐘是4V，并且在時刻10分鐘是3V，則該電池(在此被夸大的例子中)的自放電速率是12V/小時。一個或多個控制器22可以周期性地將每個電池13的自放電速率和預定的自放電速率閾值(例如5mV/天)比較。該自放電速率閾值，在某些實施例中可以是依賴于溫度的， 這是因為自放電速率可以隨著溫度的降低而增加。一旦電池13中任何一個(或多個)的自放電速率超過自放電速率閾值，則一個或多個控制器22可以使得通過顯示器/接口沈輸出警示。如果駕駛員對該警示做出響應(yīng)，則一個或多個控制器22可以使得電池組14在下一次車輛10通過電氣端口 M插入電源的單個循環(huán)中被重新平衡。否則一個或多個控制器可以使得電池組14在下一次車輛10通過電氣端口 M插入電源的幾個循環(huán)中被遞增地重新平衡。其它情形也是可行的。在車輛10被插入電源之后，一個或多個控制器22可以任何適當/已知方式確定電池13中每一個的電荷狀態(tài)(例如基于在已知電流、已知負載和給定溫度下的電池電壓)。 假設(shè)駕駛員如上述討論已經(jīng)對警示做出響應(yīng)，則一個或多個控制器22然后可以使得除具有最低電荷狀態(tài)的電池13之外的所有電池13以任何適當/已知方式(例如通過電阻性電路)放電，使得它們具有近似等于具有最低電荷狀態(tài)的電池13的電荷狀態(tài)。一個或多個控制器22然后可以使得從外接能量源(未顯示)通過電氣端口 M接收電力，以將所有電池13充電到某期望目標(例如95%)。因此，電池組14已經(jīng)在單個循環(huán)中被重新平衡。一個或多個控制器22在一些實施例中可以基于上述技術(shù)中的兩種或多種(或任何其它適當/已知技術(shù))來確定是否存在電池組不平衡狀況?？紤]到車輛10可以找到自身所處的許多種狀況，這些技術(shù)中的任何一種可以是受誤差影響的。例如如果一個或多個控制器22觀察電池13的自放電速率以及車輛運行時間等，則它因此可以具有識別電池組不平衡狀況的更高的可能性。參照圖2，在操作30處，一個或多個控制器22可以確定是否存在電池組不平衡狀況。如果不存在，則算法返回操作30。如果存在，則算法前進到操作32。在操作32處，一個或多個控制器22可以生成警示。在操作34處，一個或多個控制器22可以確定駕駛員是否對該警示做出響應(yīng)。如果沒有，則算法前進到操作36。在操作36處，一個或多個控制器22可以確定車輛10 (圖 1)是否是插入電源的。如果沒有，則算法返回操作36。如果是，則一個或多個控制器22可以在幾個遞增循環(huán)中重新平衡電池組14(圖1)。返回操作34，如果是，則算法前進到操作40。在操作40，一個或多個控制器22可以基于響應(yīng)確定是在幾個遞增循環(huán)中還是在單個循環(huán)中重新平衡電池組14(圖1)。在一個實施例中，如果駕駛員僅僅對該警示作出響應(yīng)，則一個或多個控制器22可以確定在單個循環(huán)中重新平衡電池組14。在另一個實施例中，只有如果該響應(yīng)表明車輛10(圖1)被插上電源持續(xù)了在單個循環(huán)中重新平衡電池組14所花的最少時間量，則一個或多個控制器22可以確定在單個循環(huán)中重新平衡電池組14。其它情形也是可行的。算法然后前進到操作42。在操作42處，一個或多個控制器22可以確定車輛10(圖1)是否是插上電源的。 如果沒有，則算法返回操作42。如果是，則一個或多個控制器22可以根據(jù)在操作40處做出的確定，重新平衡電池組14(圖1)。本文公開的算法可以以許多形式遞送到諸如一個或多個控制器22的處理裝置， 其可以包括任何現(xiàn)有的電子控制單元或?qū)Ｓ秒娮涌刂茊卧?，所述的許多形式包括但不限于永久性存儲在諸如ROM器件的非可寫入存儲介質(zhì)上的信息，和可替代地存儲在諸如軟盤、 磁帶、CD、RAM器件和其它磁的和光學介質(zhì)的可寫入存儲介質(zhì)上的信息。算法還可以在軟件可執(zhí)行對象中實現(xiàn)。可替代地，算法可以使用適當?shù)挠布M件，諸如專用集成電路(ASIC)、 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機、控制器或其它硬件組件或裝置，或硬件、軟件和固件組件的組合來整體或部分地體現(xiàn)。盡管已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的實施例，但意圖是這些實施例圖示和描述本發(fā)明的所有可能形式。舉一個例子，可以在BEV或其它具有配置成接收來自外接電源的電力的電池組的車輛的背景下實現(xiàn)某些實施例。還有其它的實施例可以允許駕駛員提供表示使用哪個重新平衡技術(shù)(遞增循環(huán)相對于單個循環(huán))的輸入。駕駛員例如可通過顯示器/接口 26提供輸入，以響應(yīng)應(yīng)當執(zhí)行遞增式重新平衡的重新平衡警示(大概是因為車輛10只插上電源持續(xù)相對短的時間段)。其它情形也是可行的。說明書中使用的詞語是說明性詞語而非限制性詞語。要理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可做出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種車輛，包括一個電機，所述電機被配置成生成用于所述車輛的動力；一個電池組，所述電池組被配置成存儲用于所述電機的能量；以及一個或多個控制器，所述一個或多個控制器被配置成確定是在單個循環(huán)還是在多個循環(huán)中重新平衡所述電池組，并根據(jù)所述確定使得所述電池組被重新平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述一個或多個控制器被進一步配置成確定是否存在電池組不平衡狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其中所述電池組包括多個電池，其中所述一個或多個控制器被進一步配置成監(jiān)控每個電池的電壓，并且其中所述一個或多個控制器被配置成基于所述電壓來確定是否存在電池組不平衡狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其中所述一個或多個控制器被進一步配置成監(jiān)控車輛運行時間，并且其中所述一個或多個控制器被配置成基于所述車輛運行時間來確定是否存在電池組不平衡狀況。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，其中所述電池組包括多個電池，其中所述一個或多個控制器被進一步配置成確定每個電池的自放電速率，并且其中所述一個或多個控制器被配置成基于所述自放電速率來確定是否存在電池組不平衡狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛，進一步包括顯示器，并且其中所述一個或多個控制器被進一步配置成如果存在電池組不平衡狀況則使得通過所述顯示器生成警示。
全文摘要
一種車輛可以包括電機、電池組、駕駛員接口和一個或多個控制器。該一個或多個控制器可以被配置成確定是否存在電池組不平衡狀況，以使得如果存在電池組不平衡狀況則通過駕駛員接口生成警示，以確定是否接收到對于該警示的響應(yīng)，并且使得如果接收到對于該警示的響應(yīng)則在單個循環(huán)中重新平衡電池組。
文檔編號B60L11/18GK102343831SQ20111020934
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者B·A·塔巴特維斯克-布什, P·M·古扎勒斯, T·Q·特蘭 申請人:福特全球技術(shù)公司