專利名稱：使用荷電狀態(tài)進行平衡電池電量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電池的荷電狀態(tài)(state-of-charge，SOC)來平衡電池的電量的方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種在多電池組中，平衡電池組中各電池的電量的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池目前廣泛地被應(yīng)用于各種電子裝置及電器中。在對多電池組的可重復(fù)充電的應(yīng)用中，經(jīng)常需要在電池組中進行電量平衡或均衡。例如，串聯(lián)形態(tài)的多電池組經(jīng)常需進行電量平衡或均衡。電池被配置為串聯(lián)形態(tài)從而以合理的電流源/漏來達到較高的功率水平。串聯(lián)的高電壓使得低電流具有相同的功率水平。一般而言，現(xiàn)有技術(shù)中的術(shù)語“平衡”(balancing)或“均衡”(equalizing)是指將所有電池的終端電壓(terminal voltage)調(diào)整至固定電平的過程。
經(jīng)一段時間的使用后，多電池組的各電池將“失去平衡”，即各電池所具有的庫侖效率(Coulombic efficiencies)及容量(capacities)在它們各自變化中具有微小差異，這使得當(dāng)多電池組工作時，各電池的荷電狀態(tài)(SOC)便開始相互偏移。不幸地，若此多電池組其中的一個或多個電池的荷電狀態(tài)(SOC)遠低于其余電池的荷電狀態(tài)(SOC)時，此多電池組的放電能力(discharge ability)便受到限制；而若此多電池組其中的一個或多個電池的荷電狀態(tài)(SOC)遠高于其余電池的荷電狀態(tài)(SOC)時，此多電池組的充電能力(charge ability)也會受到限制。在極端的情況中，當(dāng)其中一個電池的荷電狀態(tài)(SOC)位于下限(low SOC limit)且另一個電池的荷電狀態(tài)(SOC)位于上限(high SOClimit)時，即便此多電池組的其余電池的荷電狀態(tài)(SOC)仍位于中間值，此多電池組仍無法充電及放電。此時，可通過對荷電狀態(tài)(SOC)過低的電池進行“加壓”(單獨向該電池中加入電荷)，對荷電狀態(tài)(SOC)過高的電池進行“消耗”或“分流”(單獨地消耗此電池的電荷)，或“轉(zhuǎn)移”(使電荷從其中一個電池流動至另外的電池)的方法來對此多電池組進行電量平衡或均衡。
在某些應(yīng)用中，例如此多電池組經(jīng)過一長時間的放電后再進行完全充電(complete charge)，對該多電池組的電量平衡的僅發(fā)生在充電過程(charge process)的停止充電點(end-of-charge point)附近，并持續(xù)進行直到此多電池組的各電池電量完全平衡。但其他應(yīng)用要求此多電池組必須連續(xù)地進行部分充電(partial-charge)、部分放電(partial-discharge)，因此此多電池組的電量平衡必須在此多電池組工作時進行，使電池組中的各電池的荷電量朝完全平衡方向持續(xù)調(diào)整。隨之而來的問題在于，電量平衡可能會在各電池僅接近平衡狀態(tài)時便先行停止而當(dāng)各電池明顯地失去平衡時，才會再度開始進行電量平衡。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一般僅以電池電壓為基準(zhǔn)，判斷哪一個電池的荷電狀態(tài)(SOC)需要被調(diào)整，以使整個多電池組達到平衡狀態(tài)。當(dāng)所有電池皆具有相同電壓時或當(dāng)各電池電壓的差值在特定的誤差范圍之內(nèi)時，此多電池組則被認(rèn)為是處于平衡狀態(tài)。若其中一個電池的電壓過高，則必須從此電池中移除電荷，若其中一個電池的電壓過低，則必須將電荷添加到此電池中。目前已有多種電子裝置可進行電量平衡，不管是自動進行或由微處理器控制。其包括轉(zhuǎn)移電荷、消耗電荷，以及加入電荷。轉(zhuǎn)移電荷是將電荷從一個或多個電壓過高的電池轉(zhuǎn)移至一個或多個電壓過低的電池，可使用開關(guān)電容或基于變壓器線圈的能量轉(zhuǎn)移方法進行該電荷轉(zhuǎn)移。消耗電荷是將電荷從電壓過高的電池中移出(如借由開關(guān)電阻)。加入電荷則是將電荷從外部電源(externalsource)或多電池組添加至電壓過低的電池中(如借由一直流-直流變壓器)。這種利用各電池的電壓作為啟動電量平衡動作的指標(biāo)，來控制何時進行電量平衡的方法，具有無法使此多電池組達到其最佳效能的缺點。
由于電量平衡的目的在于使此多電池組處于電荷飽和及可隨時為放電提供能量的狀態(tài)，所以需要一種改進的電量平衡方法，即通過加入電荷、消耗電荷或轉(zhuǎn)移電荷的手段使各電池達成電量平衡，且使多電池組達到最佳的使用狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述要求和解決前述的問題，本發(fā)明公開一種平衡電池電量的裝置及方法的各種實施例。如，本發(fā)明公開的一示例實施例是提供一種平衡電池組的電池電量的方法，包括確定多個電池的每個電池的荷電狀態(tài)；依據(jù)各電池所具有的荷電狀態(tài)，將各電池排序；以及根據(jù)前述的排序來平衡各電池的電量。
在另一示例實施例中，公開了一種平衡電池組的電池電量的方法，包括確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)；確定多個電池中的每個電池的充電容量和放電容量的至少其一；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，平衡多個電池中的一個或多個電池的電量至少一個電池的可充電容量低于另一個電池的可充電容量的值達到閾值時，及至少一個電池的可放電容量低于另一個電池的可放電容量的值達到閾值時。
這里的另一示例實施例中公開了一種平衡電池組的電池電量的系統(tǒng)，包括具有多個電池的電池組；與多個電池的至少二個電池工作通信的傳感器，以確定至少二個電池的么個電池的荷電狀態(tài)；以及與此傳感器及多個電池工作通信的控制器。該控制器依據(jù)多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)，來平衡多個電池中的至少二個電池中的每個的電量。
這里的另一示例實施例中還公開了一種平衡電池組的電池電量的系統(tǒng)，包括用于確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)的裝置；用于確定多個電池中的每個電池的充電容量及放電容量中的至少其一的裝置；以及當(dāng)下列狀況中至少其一發(fā)生時，平衡多個電池中的一個或多個電池的電量的裝置至少一個電池的可充電容量低于另一電池的可充電容量的值達到閾值時，及至少一個電池的可放電容量低于另一電池的可放電容量的值達閾值時。
這里的另一示例實施例中也公開了一種由機器可讀取的計算機程序碼編碼的存儲介質(zhì)，其中此存儲介質(zhì)包括用于指示計算機執(zhí)行平衡電池組的電池電量的方法的指令。
此外，在另一示例實施例中公開了存儲于計算機計算機可讀介質(zhì)的計算機數(shù)據(jù)信號，其中此計算機數(shù)據(jù)信號計算機包括指示計算機執(zhí)行平衡電池組的電池電量的方法的指令。計算機。


本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點可參照下面的說明書、附加權(quán)利要求和附圖更容易地被理解，其中相同的元件使用相似的標(biāo)號圖1描述了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的用于電池電量平衡的示例系統(tǒng)。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的示例方法的流程圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的另一示例方法的流程圖。
具體實施例方式
這里在一個或多個示例實施例中公開了一種利用荷電狀態(tài)(SOC)進行電池組電量平衡的系統(tǒng)與方法。具體地，通過使用電池電壓以外的信息信息，如各電池的荷電狀態(tài)(SOC)估算值、各電池的容量和/或庫侖效率，來進行電池組電量平衡。在另一示例實施例中，利用標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波算法(standard Kalman filtering)，或雙卡爾曼濾波算法(dual Kalman filtering)，或標(biāo)準(zhǔn)擴展卡爾曼濾波算法(standardextended Kalman filtering)，或雙擴展卡爾曼濾波算法(dual extendedKalman filtering)來估算各電池的荷電狀態(tài)(SOC)，提升平衡電池電壓以最大化多電池組的充電及放電效能。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的電池電量平衡系統(tǒng)10的元件。電化學(xué)電池組20包括多個電池22，例如，電池與負(fù)載電路30連接。例如，負(fù)載電路30可以是電動車(Electric Vehicle，EV)或是復(fù)合式電動車(Hybrid Electric Vehicle，HEV)。還具有用于確定荷電狀態(tài)(SOC)的裝置40。荷電狀態(tài)(SOC)確定裝置40可包括(但不限定于)由電壓傳感器42構(gòu)成的裝置，以測量電池終端電壓，如伏特計等，而使用電流傳感器44測量電池的電流，如安培計等。可選地，可使用溫度傳感器46測量電池的溫度，如溫度計。在某些電池種類中，也可設(shè)置壓力計及/或阻抗計48(impedance sensor)?？梢曅枰O(shè)置各種傳感器，來測量電池的各項狀態(tài)及性質(zhì)。且所得到的電壓、電流、溫度及其他電池性能的測量值經(jīng)由一計算電路50(如處理器或計算機)處理，其估算電池的狀態(tài)和參數(shù)。其可包括并控制用于操作電池組20中各電池22的電荷數(shù)量加減的電量平衡裝置60。此系統(tǒng)可另外包括存儲介質(zhì)52，其包括普通技術(shù)人員公知的任何計算機可用存儲介質(zhì)計算機存儲介質(zhì)。此存儲介質(zhì)存儲介質(zhì)可通過各種方式，包括(但不限定于)傳播信號54與計算電路50進行工作通信。
為了執(zhí)行上述功能及所需的處理與運算(如這里所述的電池的電量平衡，等)，計算電路50可包括(但不限定于)一個或多個微處理器、一個或多個門陣列(gate array)、定制邏輯元件(custom logic)、一個或多個計算機(computer)、內(nèi)存(memory)、存儲器(storage)、一個或多個寄存器(register)、計時器(timing)、一個或多個中斷(interrupt)、通信接口通信接口(communication interface)、輸入/輸出信號接口(input/output signal interfaces)，或任何包括至少一個以上前述的元件組合。計算電路50也可包括輸入/輸出信號濾波器(signalfilter)等，以準(zhǔn)確地采樣及轉(zhuǎn)換或獲取來自于通信接口及輸入單元(inputs)的信號。至于計算電路50其余的功能及相關(guān)的某些過程，將于后文詳細地敘述。
本發(fā)明的一個或多個實施例可作為新的或更新的在計算電路50中及/或其他處理控制器(process controller)中使用的固件和軟件。軟件的功能可包括(但不限定于)固件，并可在硬件、軟件及前述兩者的組合中執(zhí)行。因此本發(fā)明的一項優(yōu)勢即是不但可運用于全新的處理系統(tǒng)，其也可應(yīng)用于既有的系統(tǒng)，以充電與控制電化學(xué)電池(electrochemical cell)。
圖2示出電池電量平衡的方法。在示例實施例中，確定需要進行電量平衡電池，以使電池組可提供最大的能量。在此示例實施例中，確定電池組的每一個電池的荷電狀態(tài)(SOC)，且依照各電池所具有的荷電狀態(tài)SOC對電池排序(rank)。接著，基于該電池排序，進行電量平衡過程。在步驟101中，確認(rèn)各電池的荷電狀態(tài)(SOC)，而在某些情況下中，該確認(rèn)荷電狀態(tài)(SOC)的過程持續(xù)地進行。當(dāng)確認(rèn)各電池的荷電狀態(tài)(SOC)后，便在步驟102中，依照各電池所具有的荷電狀態(tài)SOC對各電池排序(rank)。在步驟103中，依照前述的電池排序，進行各電池之間的電量平衡。如通過加入電荷、消耗電荷、轉(zhuǎn)移電荷或任何適用的能量轉(zhuǎn)移方法進行電量平衡。判斷是否進行電量平衡的標(biāo)準(zhǔn)是電池的荷電狀態(tài)(SOC)，而不是現(xiàn)有技術(shù)依據(jù)的電壓。另外，是否充分達到電量平衡通過電池的荷電狀態(tài)(SOC)的確定值來判斷。
當(dāng)可得到荷電狀態(tài)(SOC)的誤差邊界值(error bounds)時，這些誤差邊界值可做為判斷何時該停止電量平衡程序的依據(jù)。舉例來說，當(dāng)使用某些類型的卡爾曼濾波(Kalman filtering)，如擴展卡爾曼濾波器(extended Kalman filter)，以估計荷電狀態(tài)值時，則誤差邊界值可被計算為荷電狀態(tài)值的估計誤差協(xié)方差(estimation error covariance)的函數(shù)。在示例中，當(dāng)荷電狀態(tài)(SOC)的最大值與最小值的差值落于荷電狀態(tài)(SOC)的誤差邊界值的函數(shù)中時，電量平衡的程序便可停止。
此外，當(dāng)同一個電池同時被判斷需增加電荷及減少電荷時，這表示無論當(dāng)此電池的荷電狀態(tài)(SOC)是否改變，此電池的供電效率已有限制，所以可停止此電池的電量平衡過程。
圖3示出另一實施例的方法的流程圖。在執(zhí)行本發(fā)明的實施例的電池組中，設(shè)該電池組包括k個以串聯(lián)方式連接的電池(或由并聯(lián)電池所構(gòu)成的模組)。在步驟201中，各電池(由并聯(lián)電池所構(gòu)成的模組)的荷電狀態(tài)(SOC)分別由已知裝置確定，并分別記錄為zk(t)，其中t代表時間。
有許多已有的方法來估算電池的荷電狀態(tài)。荷電狀態(tài)值(SOC)通常以百分比表示，其顯示電池目前可使用的電量的比例。目前已有許多種可估計電池的荷電狀態(tài)(SOC)的方法，如放電測試(dischargetest)、安培小時計算(ampere-hour counting)(即庫侖計算)、電解質(zhì)測量、開放回路電壓測量、線性及非線性回路模型、阻抗分析(impedance spectroscopy)、內(nèi)電阻測量、coup de fouet及卡爾曼濾波的某些形式。而這些方法都各自具有其優(yōu)點及應(yīng)用限制。
另一種常被應(yīng)用于確定一電池的荷電狀態(tài)(SOC)的方法則被記載于授予Plett美國專利第6,534,954號中，其內(nèi)容在此作為參考資料。同樣地，另一類似的確定電池的荷電狀態(tài)(SOC)的方法被記載于美國專利第XX/XXX,XXX號申請案中，此案的申請人案號為No.CPI-8，專利律師的案號為No.LGC-0006，同樣授予Plett，其內(nèi)容在此作為參考資料。在這些示例中，濾波器，優(yōu)選為卡爾曼濾波器(Kalman filter)，通過運用已知的電池動力學(xué)的數(shù)學(xué)模型及測量到的電池電壓、電池電流及電池溫度，被用于估計電池的荷電狀態(tài)(SOC)。這些方式的優(yōu)點在于直接估算電池的狀態(tài)值(state value)，而電池的荷電狀態(tài)(SOC)為這些狀態(tài)值中的至少其一。此外，由于這些方法可促進確立電量平衡的最終狀態(tài)(termination conditions)，從而改進了這里公開的示例實施例的電池電量平衡的方法。
在一個示例實施例中，操作范圍的設(shè)計限制使得電池的荷電狀態(tài)(SOC)zk(t)維持在zmin≤zk(t)≤zmax的范圍中，其中zmin及zmax可為常數(shù)或其他變量(如溫度)的函數(shù)。此外，當(dāng)沒有前述的操作范圍限制時，可將zmin及zmax分別設(shè)定為zmin＝0％及zmax＝100％。
回到圖2，在步驟202中，對于各電池k的荷電狀態(tài)(SOC)zk(t)，電池可接受的而使其電荷量達到電荷量上限(upper limit)的電荷量(以安培-小時形式表示)，代表此電池此時的可充電容量(charge capacity)，而此電池可釋放的而使其電荷量降低至電荷量下限的電荷量，代表此電池此時的可放電容量(discharge capacity)。電池所具有的電荷量與其上限電荷量的差值(當(dāng)前可充電容量)可表示如下Ckcharge(t)=(zmax-zk(t))Ck/ηk---(1)]]>而電池所具有的電荷量與其下限電荷量的差值(以安培-小時形式表示)(當(dāng)前可放電容量)，則可表示如下Ckdischarge(t)=(zk(t)-zmin)Ck---(2)]]>其中，Ck為電池k的電荷容量，其單位為安培-小時，而ηk為電池k的庫侖效率(Coulombic efficiency)。如果在步驟203中，所有電池均具有相等的可充電容量Ckcharge(t)時(或皆位于特定的閾值范圍中，如相互差異值在5％以內(nèi))，則在步驟204中，便沒有任何電池會限制電池組的充電容量，且各電池之間并不需進行電量平衡。同樣地，當(dāng)所有的電池均具有相同的可放電容量Ckdischarge(t)(或位于特定的閾值范圍中)，則在步驟204中，便沒有任何電池會限制電池組的放電容量，且各電池之間也不需進行電量平衡。需要注意，不論將可充電容量(charge distance)、可放電容量(discharge distance)或兩者同時運用于本發(fā)明的示例實施例，皆未脫離本發(fā)明的范圍。
然而，當(dāng)至少一個電池所具有的可充電容量Ckcharge(t)低于其余電池的可充電容量的值達到閾值時，此至少一個電池便會限制電池組的充電容量，所以在各電池之間，需要進行電量平衡。同樣地，當(dāng)至少一個電池所具有可放電容量Ckdischarge(t)低于其余電池的可放電容量(或超出可接受的相似值的閾值范圍)時，此至少一個電池便會限制電池組的釋放給負(fù)載的電荷，所以在各電池之間，需要進行電量平衡。
當(dāng)需要進行電量平衡時，信息“容量(distance)”信息被用于在步驟205中，判斷哪一個電池需進行電量平衡動作，接著并于步驟206中按下述示例方法進行電量平衡1.計算各電池所具有的Ckdischarge(t)(可放電容量)，且按照計算所得的Ckdischarge(t)將各電池自小至大排列。接著，電池組的各電池便依據(jù)前述的排列順序的“反向”(即由大至小)依序(通過放電、電荷轉(zhuǎn)移或能量變換的方式)進行放電動作，即具有最小的Ckdischarge(t)的電池最后才進行放電動作。
2.計算各電池所具有的Ckcharge(t)(可充電容量)，且按照計算所得的Ckcharge(t)將各電池自小至大排列。接著，電池組的各電池便依據(jù)前述的排列順序的“反向”(即由大至小)依序(通過加入電荷、電荷轉(zhuǎn)移或能量變換的方式)進行充電動作，即具有最小的Ckcharge(t)的電池最后才進行充電動作。
3.當(dāng)可進行電荷轉(zhuǎn)移時，電荷是由具有最小Ckcharge(t)(可充電容量)的電池轉(zhuǎn)移到具有最小Ckdischarge(t)(可放電容量)的電池，其次再由具有次小Ckcharge(t)(可充電容量)的電池轉(zhuǎn)移到具有次小Ckdischarge(t)(可放電容量)的電池，以對應(yīng)的值的大小的反序進行下去。
如果可獲得荷電狀態(tài)(SOC)的誤差邊界值(error bounds)時，這些誤差邊界值可做為判斷何時該停止電量平衡的依據(jù)。舉例來說，當(dāng)使用某些類型的卡爾曼濾波法(Kalman filtering)(如卡爾曼濾波器(Kalman filter)、擴展卡爾曼濾波器(extended Kalman filter)等)來估計荷電狀態(tài)值時，則誤差邊界值可被計算為荷電狀態(tài)的估算值的誤差協(xié)方差的函數(shù)。在示例實施例中，當(dāng)電池組所具有的可放電容量Ckdischarge(t)的最大值與最小值之間的差值及其所具有的可充電容量Ckcharge(t)的最大值與最小值之間的差值落于荷電狀態(tài)(SOC)的誤差邊界值的函數(shù)中時，電量平衡便可停止。另外，當(dāng)同一個電池同時被判斷需增加電荷及減少電荷時，這表示無論當(dāng)此電池的荷電狀態(tài)(SOC)是否改變，此電池的供電效率已受限制，所以可停止此電池的電量平衡。
當(dāng)無法得知各電池單獨的容量信息(如可充電容量或可放電容量)時，則可使用標(biāo)準(zhǔn)容量Cn(nominal capacity)代替前述的容量信息。同樣地，當(dāng)無法得知各電池單獨的庫侖效率信息時，則可使用一標(biāo)準(zhǔn)效率ηk(nominal efficiency)代替前述的庫侖效率信息。隨后，再依據(jù)上述的步驟進行SOC電量平衡。
整體來說，本發(fā)明的各實施例公開了各種用以確定在電池組中(由多個互相串聯(lián)連接的電池或模塊構(gòu)成)，哪些個電池需進行電量平衡的方法。而其中部分本發(fā)明的實施例所公開的方法，不僅平衡電池的電壓，也可使電池組的效能最佳化。本發(fā)明部分示例實施例內(nèi)容包含各電池容量及庫侖效率的信息。當(dāng)電池組中的電池經(jīng)過一段時間的運作后，各個電池具有的特性便會逐漸改變而彼此相異，因此應(yīng)用本發(fā)明的實施例所公開的方法可以改進電池組長期使用時的性能。本發(fā)明的實施例公開了多種可連續(xù)地使多個互相串聯(lián)連接的電池進行電量平衡的方法。一個示例是應(yīng)用于復(fù)合式電動車(Hybrid Electric Vhicle，HEV)的電池組。需注意的是，本發(fā)明所公開的內(nèi)容并不僅限于前述的電動車輛中的應(yīng)用，而可廣泛地應(yīng)用于任何需要進行電池的電量平衡的場合。
本發(fā)明所公開的方法可應(yīng)用于計算機計算機執(zhí)行過程和執(zhí)行這些過程的裝置中。此方法也可以含有指令的計算機程序代碼的形式實施，其位于存儲介質(zhì)52(如軟盤、光盤、硬盤、或任何其他可被計算機讀取的存儲介質(zhì))，其中，當(dāng)計算機讀取此計算機程序代碼并執(zhí)行此計算機程序代碼時，此計算機便成為可執(zhí)行此方法的設(shè)備。此外，本發(fā)明所公開的方法可以計算機程序代碼形式來實施，不論是被存儲于存儲介質(zhì)，被計算機讀取及/或被執(zhí)行，或以數(shù)據(jù)信號54傳送調(diào)制載波或不傳送調(diào)制載波的形式，經(jīng)由傳輸介質(zhì)傳輸，如電線、電纜、光纖或經(jīng)由電磁輻射的形式，其中當(dāng)計算機讀取此計算機程序代碼并執(zhí)行此計算機程序代碼時，此計算機便成為可執(zhí)行此方法的設(shè)備。當(dāng)在通用微處理器上執(zhí)行時，此計算機程序代碼片段會指示此微處理器創(chuàng)建特定的邏輯電路(logic circuit)。
除了特別注明以外，本說明書所使用的表示相似元件的第一和第二或其他類似的標(biāo)號并不限定于或指示任何特定的順序，除非另外說明。
盡管本發(fā)明參考示例實施例進行說明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解可進行各種改變，并且可用等價物代替其中的元件，而不脫離本發(fā)明的范圍。此外，可對特定情況和材料對本發(fā)明的使用進行適應(yīng)性修改，而不脫離其實質(zhì)范圍。因此，本發(fā)明目的不是將其限制于作為執(zhí)行本發(fā)明的最佳實施例公開的特定實施例，而是包括落入附加的權(quán)利要求范圍的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種電池組的電池電量平衡的方法，包括下列步驟確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)；確定所述多個電池中的每個電池的可充電容量及可放電容量中的至少其一；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，平衡所述多個電池中的一個或多個電池的電量所述多個電池中的至少一個電池的可充電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可充電容量的值達到選定閾值時；及所述多個電池中的至少一個電池的可放電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可放電容量的值達到選定閾值時。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過計算所述每個電池的荷電狀態(tài)的選定最大值與所述每個電池的荷電狀態(tài)當(dāng)前值之間的差值來確定所述可充電容量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的總?cè)萘縼泶_定所述可充電容量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中進一步通過計算庫侖效率來確定所述可充電容量。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的標(biāo)準(zhǔn)容量來確定所述可充電容量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中進一步通過計算庫侖效率來確定所述可充電容量。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過使其可充電容量低于所述多個電池中的選定電池的可充電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池的電荷量減少，來執(zhí)行所述平衡。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中通過根據(jù)可充電容量對所述多個電池進行排序，來確定其可充電容量低于所述多個電池中的選定電池的可充電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過計算所述每個電池的荷電狀態(tài)的選定最小值與所述每個電池的荷電狀態(tài)當(dāng)前值之間的差值來確定所述可放電容量。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的總?cè)萘縼泶_定所述可放電容量。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的標(biāo)準(zhǔn)容量來確定所述可放電容量。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中通過向其可放電容量低于所述多個電池中的選定電池的可放電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池增加電荷，來執(zhí)行所述平衡。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中通過根據(jù)可放電容量對所述多個電池進行排序，來確定其可放電容量低于所述多個電池中的選定電池的可放電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電量平衡可通過將電荷從所述多個電池中的第一或多個電池轉(zhuǎn)移到另一個或多個電池來進行。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電量平衡僅當(dāng)所述多個電池的選定荷電狀態(tài)最大值與選定荷電狀態(tài)最小值之間的差值達到或超過選定閾值時才進行。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述荷電狀態(tài)的值是通過卡爾曼濾波器、雙卡爾曼濾波器、擴展卡爾曼濾波器及雙擴展卡爾曼濾波器中的至少其一計算出。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電量平衡僅當(dāng)一選定荷電狀態(tài)估計值位于另一選定荷電狀態(tài)估計值的誤差邊界之外達到超過選定閾值時才進行。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述電量平衡在當(dāng)一選定荷電狀態(tài)估計值位于于另一選定荷電狀態(tài)估計值的誤差邊界之外達到超過選定閾值時才進行，其中所述誤差邊界是利用一荷電狀態(tài)估算值的誤差協(xié)方差估計值計算的。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)選定可放電容量最大值與選定可放電容量最小值之間的差值及選定可充電容量最大值與選定可充電容量最小值之間的差值落在選定閾值范圍內(nèi)時，所述電量平衡停止。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)電池同時被判斷需要增加電荷及減少電荷時，所述電量平衡停止。
21.一種電池組的電池電量平衡的方法，包括下列步驟確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)；依據(jù)電池分別具有的荷電狀態(tài)，對所述多個電池進行排序；以及依據(jù)所述排序，平衡所述多個電池的電池電量。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述荷電狀態(tài)是以卡爾曼濾波法進行計算。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述荷電狀態(tài)是以擴展卡爾曼濾波器進行計算。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中平衡電量的步驟僅當(dāng)所述多個電池的選定荷電狀態(tài)最大值與選定荷電狀態(tài)最小值之間的差值達到或超過選定閾值時才進行。
25.一種平衡電池組的電池電量的系統(tǒng)，包括具有多個電池的電池組；傳感器，該傳感器與所述多個電池的至少兩個電池相連接，以確定所述至少二個電池的中的每個電池的荷電狀態(tài)；以及控制器，該控制器是與所述傳感器及所述多個電池相連接；其中，所述控制器依據(jù)所述多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)，來平衡所述多個電池的至少兩個電池的電池電量。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一步包括連接于所述多個電池及所述控制器的設(shè)備，用于平衡所述多個電池的至少兩個電池的電量。
27.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一步包括所述控制器，以確定所述多個電池中的每個電池的充電容量及放電容量中的至少其一；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，平衡所述多個電池的一個或多個電池的電量；所述多個電池中的至少一個電池的可充電容量低于所述多個電池中的另一個電池的可充電容量的值達到選定閾值時，及所述多個電池中的至少一個電池的可放電容量低于所述多個電池中的另一個電池的可放電容量的值達到選定閾值時。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中通過計算所述每個電池的荷電狀態(tài)的選定最大值與所述每個電池的荷電狀態(tài)當(dāng)前值之間的差值來確定所述可充電容量。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的總?cè)萘縼泶_定所述可充電容量。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中進一步通過計算庫侖效率來確定所述可充電容量。
31.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的標(biāo)準(zhǔn)容量來確定所述可充電容量。
32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中進一步通過計算庫侖效率來確定所述可充電容量。
33.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中通過使其可充電容量低于所述多個電池中的選定電池的可充電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池的電荷量減少，來執(zhí)行所述平衡。
34.如權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中通過根據(jù)可充電容量對所述多個電池進行排序，來確定其可充電容量低于所述多個電池中的選定電池的可充電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池。
35.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中通過計算所述至少一個電池的荷電狀態(tài)當(dāng)前值與所述每個電池的荷電狀態(tài)的選定最小值之間的差值來確定所述可放電容量。
36.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的總?cè)萘縼泶_定所述可放電容量。
37.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中進一步通過將所述差值乘以所述每個電池的標(biāo)準(zhǔn)容量來確定所述可放電容量。
38.如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中通過向其可放電容量低于所述多個電池中的選定電池的可放電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池增加電荷，來執(zhí)行所述平衡。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中通過根據(jù)可放電容量對所述多個電池進行排序，來確定其可放電容量低于所述多個電池中的選定電池的可放電容量的值達到選定閾值的所述多個電池中的一個或多個電池來進行。
40.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述電量平衡可通過將電荷從所述多個電池中的第一或多個電池轉(zhuǎn)移到另一個或多個電池。
41.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述電量平衡僅當(dāng)所述多個電池的選定荷電狀態(tài)最大值與選定荷電狀態(tài)最小值之間的差值達到或超過選定閾值時才進行。
42.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述荷電狀態(tài)的值是通過卡爾曼濾波器、雙卡爾曼濾波器、擴展卡爾曼濾波器及雙擴展卡爾曼濾波器中的至少其一計算出。
43.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述電量平衡僅當(dāng)選定的荷電狀態(tài)估計值位于另一選定的荷電狀態(tài)估計值的誤差邊界之外達到超過選定閾值時才進行。
44.如權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中所述電量平衡在當(dāng)選定荷電狀態(tài)估計值位于于另一選定荷電狀態(tài)估計值的誤差邊界之外達到超過選定閾值時才進行，其中所述誤差邊界是運用一荷電狀態(tài)估算值的誤差協(xié)方差估計值計算的。
45.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)選定可放電容量最大值與選定可放電容量最小值之間的差值及選定可充電容量最大值與選定可充電容量最小值之間的差值落在選定閾值范圍內(nèi)時，所述電量平衡停止。
46.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)電池同時被判斷需要增加電荷及減少電荷時，所述電量平衡停止。
47.一種平衡電池組的電池電量的系統(tǒng)，包括用于確定所述多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)的裝置；用于確定所述多個電池中的每個電池的的充電容量及放電容量中的至少其一的裝置；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，用于平衡所述多個電池中的每個電池的電量的裝置；所述多個電池中的至少一個電池的可充電容量低于所述多個電池中的另一個電池的可充電容量的值達到選定閾值時，及所述多個電池中的至少一個電池的可放電容量低于所述多個電池中的另一個電池的可放電容量的值達到選定閾值時。
48.一種編碼有計算機可讀計算機程序代碼的存儲介質(zhì)，其中所述存儲介質(zhì)包括多個指示計算機執(zhí)行平衡電池組的電池電量的方法的指令，該方法包括下列步驟確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)；確定所述多個電池中的每個電池的充電容量及放電容量中的至少其一；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，平衡所述多個電池中的一個或多個電池的電量所述多個電池中的至少一個電池的可充電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可充電容量的值達到選定閾值時；及所述多個電池中的至少一個電池的可放電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可放電容量的值達到選定閾值時。
49.一種計算機可讀介質(zhì)實現(xiàn)的計算機數(shù)據(jù)信號，其中所述計算機數(shù)據(jù)信號使得計算機執(zhí)行平衡電池組的電池電量的方法，該方法包括下列步驟確定多個電池中的每個電池的荷電狀態(tài)；確定所述多個電池中的每個電池的充電容量及放電容量中的至少其一；以及當(dāng)下列狀況其中之一發(fā)生時，平衡所述多個電池中的一個或多個電池的電量所述多個電池中的至少一個電池的可充電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可充電容量的值達到選定閾值時；及所述多個電池中的至少一個電池的可放電容量低于該所述多個電池中的的另一個電池的可放電容量的值達到選定閾值時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平衡電池電量的方法。本發(fā)明使用其他信息如各個電池的荷電狀態(tài)(SOC)估算值、各個電池的容量和/或庫侖效率，而這些信息可從雙擴展卡爾曼濾波器得出。本發(fā)明或參考位于最小值與最大值之間的工作SOC范圍。該最大與最小值可為常數(shù)或為基于其他變量的函數(shù)而隨之改變。SOC可相對于各個電池的最大充電值或最大放電值而測得。當(dāng)各電池分別具有的荷電狀態(tài)不一致時，可利用排序程序以決定需進行電量平衡的電池。
文檔編號H01M10/44GK101065876SQ200480044390
公開日2007年10月31日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者圭葛里·L·普力特 申請人:株式會社Lg化學(xué)