車輛及其牽引電池放電控制的制作方法
【專利摘要】提供一種車輛及其牽引電池放電控制，該車輛包括牽引電池以推進(jìn)車輛。牽引電池包括多個(gè)電池單體，每個(gè)電池單體選擇性地連接到電阻。設(shè)置一個(gè)或多個(gè)控制器，所述一個(gè)或多個(gè)控制器被配置成控制電池單體的充電和放電。所述一個(gè)或多個(gè)控制器響應(yīng)于故障或觸發(fā)條件而命令電池或電池中被選擇的一組電池單體放電。放電操作能夠使電池或所述一組電池單體達(dá)到大致等于或小于零的荷電狀態(tài)。
【專利說明】車輛及其牽引電池放電控制
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及牽引電池的放電。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)可由發(fā)動(dòng)機(jī)和牽引電池推進(jìn)。插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)包括牽弓I電池，該牽弓I電池可通過使之電連接到外部電源而充電。電池電動(dòng)車輛(BEV)不包括發(fā)動(dòng)機(jī)，且僅由牽引電池推進(jìn)。HEV、PHEV和BEV是至少部分地由牽引電池推進(jìn)的車輛的三個(gè)示例。在這樣的應(yīng)用中，牽引電池可包括電池組，該電池組具有在操作期間充電和放電的獨(dú)立的電池單體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，一種車輛包括電池組和電機(jī)。電池組包括多個(gè)電池單體。電機(jī)被構(gòu)造成將來自電池組的電功率轉(zhuǎn)換成推進(jìn)車輛的動(dòng)力。一個(gè)或多個(gè)控制器被配置成響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池單體放電。使電池單體放電的操作能夠使電池組達(dá)到大致等于或小于零的荷電狀態(tài)。
[0004]根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，一種用于控制車輛的方法包括:響應(yīng)于故障條件而使?fàn)恳姵氐亩鄠€(gè)電池單體放電，以使電池單體實(shí)現(xiàn)大致等于或小于零的荷電狀態(tài)。
[0005]一種車輛包括:電池組，包括多個(gè)電池單體，且在放電以支持車輛操作時(shí)或者在電池單體平衡期間實(shí)現(xiàn)最小荷電狀態(tài)；電機(jī)，被構(gòu)造成將來自電池組的電功率轉(zhuǎn)換成用于車輛的動(dòng)力；至少一個(gè)控制器，被配置成響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池單體放電，從而使得電池組實(shí)現(xiàn)比最小荷電狀態(tài)小的荷電狀態(tài)。
[0006]所述至少一個(gè)控制器還被配置成禁止給電池單體充電，使得電池組保持在比最小荷電狀態(tài)小的荷電狀態(tài)。
[0007]比最小荷電狀態(tài)小的荷電狀態(tài)由大致等于零或小于零的荷電狀態(tài)限定。
[0008]比最小荷電狀態(tài)小的荷電狀態(tài)由在O伏和60伏之間的電池組電壓限定。
[0009]所述至少一個(gè)控制器還被配置成響應(yīng)于請(qǐng)求電池組放電的用戶輸入而產(chǎn)生故障條件。
[0010]電池組還包括多個(gè)電阻和開關(guān)，每個(gè)電阻能夠通過一個(gè)開關(guān)電連接到一個(gè)電池單體，其中，響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池單體放電的操作包括閉合所述多個(gè)開關(guān)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是具有牽引電池和相關(guān)的控制模塊的車輛的示意圖；
[0012]圖2是圖1的牽引電池的放電的圖形化表示；
[0013]圖3是手動(dòng)的牽引電池放電機(jī)構(gòu)的透視圖；
[0014]圖4是用于使電池單體深度放電的算法的流程圖。【具體實(shí)施方式】
[0015]在此描述了本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解到，公開的實(shí)施例僅僅是示例，其他實(shí)施例可采用多種和可選的形式。附圖不一定按照比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)該被解釋為限制，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員以多種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可與在一個(gè)或更多個(gè)其他附圖中示出的特征結(jié)合，以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的結(jié)合為典型應(yīng)用提供代表性實(shí)施例。然而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的各種結(jié)合和變型對(duì)于具體應(yīng)用或?qū)嵤┓绞娇赡苁窍氲玫降摹?br> [0016]參照?qǐng)D1，提供車輛10。車輛可以是至少部分地由牽引電池系統(tǒng)12推進(jìn)的HEV、PHEV、BEV或任何其他車輛。電池系統(tǒng)12電連接到電機(jī)或電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)(M/G)14。例如，M/G14可通過從發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)接收扭矩或者通過再生制動(dòng)從車輪16接收扭矩而作為發(fā)電機(jī)操作?？蛇x地，M/G14可作為電動(dòng)機(jī)操作。即，M/G14可將來自電池系統(tǒng)12的儲(chǔ)存功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率，以使車輪16運(yùn)動(dòng)。
[0017]電池系統(tǒng)12包括電池組18，電池組18具有多個(gè)獨(dú)立的電池單體20。每個(gè)電池單體20可獨(dú)立地充電或放電，如將進(jìn)一步討論的。每個(gè)電池單體20通過開關(guān)24串聯(lián)連接到對(duì)應(yīng)的電阻22。在其他示例中，電池單體20可并聯(lián)連接到一個(gè)或多個(gè)電阻22。其他布置方式也是可行的。開關(guān)24可選擇性地?cái)嚅_或閉合，以實(shí)現(xiàn)電池單體20和與之對(duì)應(yīng)的電阻22之間的電連接。應(yīng)該理解到，開關(guān)24可以是接觸器或機(jī)械式開關(guān)，或者開關(guān)24可以是固態(tài)電開關(guān)(例如，晶體管)。
[0018]車輛10還包括控制電池系統(tǒng)12的電池控制模塊(BCM)26以及控制BCM26及車輛10內(nèi)的其他控制器(未示出)的車輛系統(tǒng)控制器(VSC)28。因此，對(duì)于BCM26或“控制器”的引用可指的是車輛10中的可主動(dòng)控制電池系統(tǒng)12的一個(gè)或多個(gè)控制器。BCM26可命令電池系統(tǒng)12接收來自M/G14或車輛10外部的電源的電流，命令電池系統(tǒng)12向M/G14提供電流，或者命令電池系統(tǒng)12經(jīng)由電阻22釋放電流。BCM26還可監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)獨(dú)立的電池單體20的充電。
[0019]BCM26可保持電池單體20中的荷電狀態(tài)(“S0C”)的平衡或相對(duì)均衡。例如，通過將能量從一個(gè)電池單體20轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電池單體20或者通過將能量分散在電池單體20中，使得在隨后給電池單體20充電之前電池單體20均獲得共同的電壓，而可實(shí)現(xiàn)電池單體平衡。在電池單體20的電池單體平衡或正常放電期間，可達(dá)到電池單體20中的最小S0C。在電池單體20的最小S0C，電池單體20大致處于其可允許的最少電荷，如由BCM26所命令的，其中，BCM26命令使電池單體平衡或給電池單體再充電。BCM26還可命令和控制電池組18的S0C，使得電池組18從整體上類似地限定最小S0C。
[0020]在特定情況下，一個(gè)或多個(gè)電池單體20的深度放電可能是有益的。例如，在車輛10變得永久不啟用之后，特定程度的電荷可能殘留在電池系統(tǒng)12的電池單體20中。這樣的殘留的電荷可能導(dǎo)致問題。因此，在此討論的技術(shù)能夠使一個(gè)或多個(gè)電池單體20深度放電。
[0021]BCM26可控制開關(guān)24。一旦BCM26檢測(cè)到預(yù)定的故障條件(觸發(fā)條件)，則BCM26使得開關(guān)24閉合，從而至少一些電池單體20通過開關(guān)24來釋放儲(chǔ)存在電池單體20中的能量。在檢測(cè)到觸發(fā)條件時(shí)，BCM26可命令一個(gè)電池單體20或所有電池單體20放電，從而電池單體20獲得比最小SOC小的S0C。在一個(gè)示例中，BCM26可命令所有電池單體20放電。在另一示例中，BCM26可命令被選擇的一組電池單體20放電。在又一示例中，BCM26可命令被選擇的一組電池單體20放電，同時(shí)激活未遭受任何觸發(fā)條件的被選擇的另一組電池單體或保持所述被選擇的另一組電池單體起作用。在一些實(shí)施方式中，電阻22是用于普通電池系統(tǒng)或電池單體平衡操作的電阻。其他實(shí)施方式可包括專門為深度放電事件而構(gòu)造的一組專用電阻。還預(yù)計(jì)到其他布置方式。
[0022]可自動(dòng)產(chǎn)生引起電池12放電的觸發(fā)條件。例如，VSC28可響應(yīng)于檢測(cè)到車輛10卷入到碰撞中而將通知信號(hào)發(fā)送到BCM26。該通知可以是與打開安全氣囊并切斷至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的通知相同的通知。在這樣的情況下，BCM26命令開關(guān)24閉合，以使電池單體20放電。如果BCM26檢測(cè)到一個(gè)或多個(gè)電池單體20以異常方式充電/放電，則可產(chǎn)生另一觸發(fā)條件。響應(yīng)于該觸發(fā)條件，BCM26命令那些特定的電池單體20放電。S卩，BCM26命令與那些特定的電池單體20相關(guān)的開關(guān)24閉合。如果BCM26檢測(cè)到在閾值之上的明顯過度充電(例如，在100%S0C之上的充電)，則可產(chǎn)生又一觸發(fā)。然后，BCM26可命令電池單體20放電。BCM26確定需要使一個(gè)或多個(gè)電池單體20放電的其他自動(dòng)觸發(fā)條件也被預(yù)計(jì)。引起電池12放電的觸發(fā)條件還可手動(dòng)產(chǎn)生，如將參照?qǐng)D3進(jìn)一步討論的。
[0023]參照?qǐng)D1和圖2，示出了電池單體的電壓隨著時(shí)間變化的曲線圖。如所指示的，應(yīng)該理解到，當(dāng)電池單體20完全充電(B卩，100%S0C)時(shí)，電池單體20不一定達(dá)到最大電壓。相反，100%S0C可與推薦的上電壓限相關(guān)。例如，如果最大電池單體電壓是10伏，則100%S0C可限定為大約8伏。因此，車輛10的控制器通常將禁止在100%S0C之上的任何充電，以避免對(duì)電池單體的壽命/操作產(chǎn)生不利影響。整個(gè)電池組18的SOC可被限定為大約70伏或更小，該電壓限可能或多或少地取決于電池組18中的電池單體20的數(shù)量。類似地，0%S0C可與推薦的低電壓限或者如之前討論的最小SOC相關(guān)。例如，如果最小電池單體電壓是O伏，則0%S0C可限定為大約2伏。因此，車輛10的控制器通常將禁止在0%S0C之下的任何放電，以避免對(duì)電池單體的壽命/操作產(chǎn)生不利影響。
[0024]被選擇的電池單體20 (或者所有電池單體20)的電壓最初根據(jù)如由BCM26指示的正常充電和放電命令操作。根據(jù)在此描述的方法,一旦通過VSC28檢測(cè)到觸發(fā)條件，則BCM26命令被選擇的電池單體20 (或者所有電池單體20)放電，以停用被選擇的電池單體20或者使電池組18不工作。電池單體20通過與之相關(guān)的電阻22以熱的形式消耗其能量。一旦電池單體22中的電壓達(dá)到預(yù)定閾值，則BCM26命令放電停止，且可以在未來不給電池單體20充電。在圖2的示例中，一旦電池單體20的SOC降低到0%S0C之下，則電池單體20的放電停止。這確保了在深度放電的電池單體20中保持最小電壓。在另一示例中，BCM26命令一個(gè)或多個(gè)開關(guān)24閉合，而BCM26不進(jìn)行進(jìn)一步干預(yù)。在深度放電且BCM26不進(jìn)行干預(yù)之后，在電池單體中保持的電壓的量可能不再大到足夠保持開關(guān)閉合，因此，開關(guān)可斷開，而不需要由BCM26命令來斷開開關(guān)。在另一實(shí)施例中，一旦電池單體20的SOC降低到大約10%S0C之下，則電池單體20的放電停止。在另一實(shí)施例中，一旦電池單體20的SOC降低到大約20%S0C之下，則電池單體20的放電停止。預(yù)計(jì)其他閾值，且其他閾值可根據(jù)SOC必須有多小而改變，以減少或消除在產(chǎn)生觸發(fā)條件時(shí)電池單體20損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0025]在一個(gè)示例中，在正常操作期間，在電池組18中的五個(gè)被選擇的電池單體消耗到30%S0C、32%S0C、34%S0C、35%S0C和37%S0C。BCM26檢測(cè)電池單體中的小SOC，且對(duì)應(yīng)地命令電池單體再充電。例如，觸發(fā)BCM26命令給電池單體再充電的“最小SOC”可以是25%S0C。然而，在檢測(cè)到觸發(fā)條件時(shí)，被選擇的電池單體消耗到大約5%S0C，遠(yuǎn)在最小SOC之下。在另一示例中，在電池單體平衡期間，五個(gè)被選擇的電池單體最初在4.2V、4.4V、4.7V、4.8V和
5.0V。在電池單體平衡期間，BCM26確定具有最小電壓(4.2V)的電池單體，使其余被選擇的電池單體中的每個(gè)電池單體放電到大約4.2V，給每個(gè)電池單體20再充電以“平衡”五個(gè)電池單體20。例如，在任何給定的時(shí)間可觸發(fā)電池單體平衡的“最小電壓”可以是例如4.0V,使得在正常操作或電池單體平衡期間電池單體20不會(huì)放電到4.0V之下。然而，在檢測(cè)到觸發(fā)條件時(shí),被選擇的電池單體20放電到大約1.7V，遠(yuǎn)在“最小電壓”之下。
[0026]參照?qǐng)D1和圖3，電池12封裝在電池殼體50內(nèi)。例如，殼體50可設(shè)置在后排座椅52的后方，位于車輛10的儲(chǔ)藏室內(nèi)。如之前描述的，可能手動(dòng)引起觸發(fā)條件，以使得電池組18放電。手動(dòng)放電裝置(例如，拔銷54)可連接到BCM26或直接連接到電池12，并延伸到車輛10的外底部之下。當(dāng)用戶接觸和拉動(dòng)拔銷54時(shí)，信號(hào)被發(fā)送到BCM26，使得BCM26激活電池組18的放電?？蛇x地，拔銷54可直接連接到一個(gè)或多個(gè)電池單體20，使得拉動(dòng)拔銷54的操作閉合開關(guān)24，而使電池單體20放電。
[0027]應(yīng)該理解到，拔銷54僅僅是手動(dòng)放電裝置的示例。在其他示例中，手動(dòng)放電裝置可以是按鈕、拉環(huán)、插頭等。手動(dòng)放電裝置還可以是車輛10中的顯示裝置上的可選項(xiàng)目，其中，用戶可選擇項(xiàng)目以使電池組18放電。還預(yù)計(jì)到，手動(dòng)放電裝置可連接到一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的電池單體20，使得用戶可激活被選擇的電池單體20的放電。
[0028]參照?qǐng)D1和圖4，示出了用于控制電池單體的深度放電的算法100。例如，算法100可由VSC28實(shí)施。在操作102處，VSC28檢測(cè)故障狀況，例如在此描述的故障狀況。在操作104處，VSC28激活電池12、電池組18或者被選擇的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的電池單體20的放電。例如，這可通過閉合開關(guān)24來實(shí)現(xiàn)。在操作106處，在整個(gè)放電期間，VSC28繼續(xù)監(jiān)測(cè)電池12/電池單體20的SOC。
[0029]在操作108處，BCM26確定電池組18或被選擇的電池單體20的SOC是否大致等于或小于零。如果電池組18或被選擇的電池單體20的SOC不在該閾值之下，則BCM26繼續(xù)監(jiān)測(cè)電池12/電池單體20的S0C。如果電池組18或被選擇的電池單體20的SOC在該閾值之下，然后在操作110處，BCM26命令放電停止。在操作112處，BCM26還可防止給電池組18或被選擇的電池單體20充電，使得荷電狀態(tài)保持大致等于或小于零。例如，BCM26可不發(fā)布任何充電命令等。應(yīng)該理解到，可沿著算法100在操作104中的故障檢測(cè)之后的任何/所有步驟期間實(shí)施操作112和放電防止操作。
[0030]在此公開的過程、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)/通過處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，所述處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或者專用的電子控制單元。類似地，所述過程、方法或算法可以以多種形式被存儲(chǔ)為可被控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述多種形式包括但不限于永久地存儲(chǔ)在非可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，ROM裝置)上的信息以及可變地存儲(chǔ)在可寫存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如，軟盤、磁帶、CD、RAM裝置以及其他磁介質(zhì)和光學(xué)介質(zhì))上的信息。所述過程、方法或算法還可被實(shí)現(xiàn)為軟件可執(zhí)行對(duì)象?？蛇x地，所述過程、方法或算法可利用合適的硬件組件(諸如，特定用途集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或其他硬件組件或裝置)或者硬件、軟件和固件組件的結(jié)合被整體或部分地實(shí)現(xiàn)。
[0031]盡管在上面描述了示例性實(shí)施例，但是這些實(shí)施例并不意在描述了權(quán)利要求所包含的所有可能的形式。在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應(yīng)該理解的是，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行各種改變。如前所述，各個(gè)實(shí)施例的特征可被結(jié)合，以形成可能未被明確描述或示出的本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。盡管各個(gè)實(shí)施例可能已被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或者在一個(gè)或多個(gè)期望的特性方面優(yōu)于其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)或特性可被折衷，以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性，期望的整體系統(tǒng)屬性取決于具體的應(yīng)用和實(shí)施方式。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐久性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、維護(hù)保養(yǎng)方便性、重量、可制造性、裝配容易性等。因此，被描述為在一個(gè)或多個(gè)特性方面不如其他實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的實(shí)施例并不在本公開的范圍之外，并且可被期望用于特定的應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛,包括: 電池組，包括多個(gè)電池單體； 電機(jī)，被構(gòu)造成將來自電池組的電功率轉(zhuǎn)換成用于車輛的動(dòng)力； 至少一個(gè)控制器，被配置成響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池單體放電，使得電池組達(dá)到大致等于或小于零的荷電狀態(tài)，以使電池組不操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器還被配置成禁止給電池單體充電，使得電池組的荷電狀態(tài)保持大致等于零或小于零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，大致等于零或小于零的荷電狀態(tài)由在O伏和60伏之間的電池組電壓限定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器還被配置成響應(yīng)于請(qǐng)求電池組放電的用戶輸入而產(chǎn)生故障條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，電池組還包括多個(gè)電阻和開關(guān)，每個(gè)電阻通過一個(gè)開關(guān)電連接到一個(gè)電池單體，其中，響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池單體的放電的操作包括閉合所述多個(gè)開關(guān)。
6.一種車輛，包括: 電池組，包括多個(gè)電池單體，每個(gè)電池單體在放電以支持車輛操作時(shí)或者在電池單體平衡期間達(dá)到最小荷電狀態(tài)； 電機(jī)，被構(gòu)造成將來自電池組的電功率轉(zhuǎn)換成用于車輛的動(dòng)力； 至少一個(gè)控制器，被配置成響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使電池組中被選擇的電池單體放電，使得被選擇的電池單體達(dá)到比最小荷電狀態(tài)小的荷電狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器還被配置成禁止給被選擇的電池單體充電，使得被選擇的電池單體的荷電狀態(tài)保持比最小荷電狀態(tài)小。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛，其中，電池組還包括多個(gè)電阻和開關(guān)，每個(gè)電阻能夠通過一個(gè)開關(guān)電連接到一個(gè)電池單體，其中，響應(yīng)于檢測(cè)到故障條件而使被選擇的電池單體放電的操作包括閉合與被選擇的電池單體相關(guān)的開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛，其中，所述至少一個(gè)控制器還被配置成響應(yīng)于檢測(cè)到比預(yù)定閾值大的荷電狀態(tài)而產(chǎn)生故障條件。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103633688SQ201310376506
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】約翰·保羅·吉比尤 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司