CN104160585A - 使用并联的电池组给车辆总线预充电 - Google Patents

使用并联的电池组给车辆总线预充电 Download PDF

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Abstract

提供了用于给车辆(10)母线电容预充电的***和方法，车辆(10)从电池(12)产生的电力获得其至少一部分的动力。举例来说，一个实施例包括车辆控制单元(VCU)(16)，其从多个电池组(12)中的每一个的电池管理单元(BMU)(14)接收电池组数据，并根据电池组数据确定哪些电池组(12)可用于并行给母线电容预充电。VCU(16)给每个BMU(14)发布命令，以连接在多个电池组(12)中的每一个和母线电容之间的预充电电路，并接收来自每个BMU(14)的状态信息，从而确定母线电容是否通过电池组(12)成功地预充电。

Description

使用并联的电池组给车辆总线预充电
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2012年1月9日提交的标题为“Pre-chargingVehicle Bus Using Parallel Battery Packs”的美国临时申请序列No.61/584,592的权益，在此以参考方式引入其全部内容以用于所有目的。
背景技术
本发明总体上涉及用于从电源获得其至少一部分动力的车辆的电池***。更具体地，本发明涉及用于使用并联的电池组给车辆的母线电容预充电的***和方法。
本部分旨在向读者介绍可能跟以下描述和/或主张的本公开的各个方面相关的领域的各方面内容。相信这种讨论有助于向读者提供背景技术信息，以便于更好地理解本发明的各个方面。因此，应当理解，这些陈述内容要从这个角度去阅读，而并非认可构成现有技术。
车辆例如轿车、卡车和货车在现代社会中被广泛用于帮助转移人和货物。车辆可利用多种不同的能源(例如，烃类燃料、电池***、电容***、压缩空气***)来产生动力。例如，某些车辆可包括电池***并使用电能作为其动力的一部分或全部。
通常，上述车辆与单纯依赖内燃机来提供动力的传统的燃油车辆相比具有许多优点。例如，上述车辆与仅使用内燃机来推动车辆的车辆相比，可产生较少的不良排放物，并可呈现较高的燃油效率。
为了保存所存储的能量，当车辆未运行时，用于提供车辆的动力的电池***可与车辆的动力***断开连接。因为电池***和断开连接的动力***之间的大电压差和母线电容，所以将电池***立即重新连接到车辆上断开连接的动力***可造成进入母线电容的电流大的浪涌，其对电池和动力***都会造成潜在的破坏。因此，已经开发了预充电***，该预充电***设计成限制电池***的浪涌电流直到母线电容被充分充电。这些预充电***通常包括可串联在电池***和母线电容之间直到母线电容被充电的预充电电阻器。母线电容的电容和预充电电阻器的电阻有效形成RC电路，从而造成与RC电路的RC时间常数相关的预充电***的延迟。
发明内容
以下列出了在这里公开的某些实施例的概述。应当理解的是，这些方面仅是向读者提供这些实施例的简要介绍，且这些方面并不旨在限制本发明的范围。实际上，该发明可覆盖以下可能未列出的多个方面。
本发明实施例包括用于使用通过车辆总线通信的并联的电池组给车辆的母线电容预充电的***和方法。在实施例中，车辆控制***包括车辆控制单元，其构造成向在每个并联的电池组上的电池管理单元发送命令，以开启预充电序列。每个并联的电池组的电池管理单元闭合电池组上的接触器，以将预充电电路联接于并联的电池组。在预充电序列期间，每个并联的电池组的电池管理单元向车辆控制单元发送状态信息，和车辆控制单元确定命令发送以确保母线电容成功地被预充电。在另一实施例中，方法包括接收来自每个并联的电池组的电池管理单元的电池组数据；使用电池组数据来确定哪些电池组能够并行给母线电容预充电；以及向每个并联的电池组的电池管理单元发送命令。一旦每个并联的电池组的电池管理单元接收命令，以开启预充电，则电池管理单元将闭合每个电池组的预充电接触器，从而将电池组电气联接于预充电电路。该方法包括接收来自每个并联的电池组的电池管理单元的状态信息，和根据状态信息确定母线电容是否成功地被充电。
附图说明
通过阅读下列详细描述并结合附图可以更好地理解本公开的各个方面，其中：
图1是根据本发明的实施例的xEV的透视图，该xEV包括车辆控制单元(VCU)和具有电池管理单元(BMU)的电池组；
图2是根据本发明的实施例的混合动力车辆(HEV)的切开示意图，该混合动力车辆(HEV)包括具有BMUs的电池组；
图3是根据本发明的实施例在VCU和两个并联的BMUs之间的通信接口的视图；
图4是根据本发明的实施例具有两个并联的电池组的预充电电路图；
图5是根据本发明的实施例示出VCU单串预充电序列的流程图；
图6A、6B和6C是根据本发明的实施例示出当车辆处于驱动模式时用于并联的电池的VCU预充电序列的流程图；
图7A、7B和7C是根据本发明的实施例示出当车辆处于充电模式时用于并联的电池的VCU预充电序列的流程图；以及
图8A和8B是根据本发明的实施例示出在车辆驱动和充电模式期间BMU预充电诊断序列的流程图。
具体实施方式
以下介绍了一个或更多个具体实施例。为了致力于提供这些实施例的简要介绍，并未在说明书内描述具体实施方式中的所有特征。应当意识到在开发任何这样的具体实施方式时，例如在任何的工程或设计项目中，都必须做出大量的实施方式专用决策，以实现开发者的特定目标，例如符合与***相关和业务相关的约束条件，而这些特定目标在不同的实施方式中可能有所不同。而且，应该意识到尽管这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域普通技术人员来说这仍然是一种从事设计、制造和加工的常规手段。
在介绍本公开不同实施例的要素时，冠词“一”、“一个”和“这个”旨在指存在一个或多个所述的要素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在包含在内并意味着除了列举的要素之外还可以有另外的要素。另外，应当理解，提及本公开“一个实施例”或“某个实施例”并不旨在被解读为排除了同样包含所述特征的其它实施例的存在。
为了本公开来说，应当指出的是，目前公开的实施例尤其涉及用于xEV电动车辆的应用。尤其是，术语“xEV”可用于描述从电源(例如电池***)获得其至少一部分动力的任何车辆。本领域技术人员应当意识到，混合动力车辆(HEVs)将内燃机推动和高压电池能相组合来形成牵引力。术语HEV可包括混合动力车辆例如微混合动力***和轻度混合动力***的任何变型，当车辆空转时禁用内燃机并利用电池***继续为空调单元、收音机或其它电子设备提供能量，当想要推动力时，也为启动发动机提供能量。轻度混合动力***可向内燃机供给一定等级的动力辅助，而微混合动力***不能向内燃机供给动力辅助。插电式电动车辆(PEV)是能够从外部电源例如壁式插座充电，且存储在可再次充电的电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮的任意车辆。PEVs是电动车辆的子类别，该电动车辆包括全电动或纯电动车辆(BEVs)、插电式混合动力车辆(PHEVs)，以及混合动力车辆和传统的燃油动力车辆的电动车辆转化。电动车辆(EV)是将由电能提供动力的一台或多台马达用于其推动力的全电动车辆。术语“xEV”在这里限定为包括电能作为动力的上述所有类型或任意的变形或其组合。
如上所述，用于xEVs的电池组可包括诸如电池管理单元(BMU)等电子控制器，以监测与电池组的运行相关的各参数。例如，BMU可使用遍布电池组的多个传感器来监测电池组的各电池模块和电化学电池单元(例如，NiMH和/或锂离子电池单元)的温度、压力、电流、电压、容量等。另外，BMU可将监测的电池组的参数传输给车辆控制单元(VCU)，该车辆控制单元通常可监测xEV的操作并告知驾驶者和/或响应于监测对xEV的操作进行调整。
因此，本发明实施例涉及用于使用并联的电池组给xEVs中的母线电容预充电的***和方法。该***和方法包括用于每个电池组的BMUs和VCU。预充电例行程序通过BMUs和VCU在车辆总线上通信而实现。BMUs使用车辆总线通信以接收命令，发送电池组信息、协助诊断以及编程和校准服务。VCU解释其从BMUs接收的数据并对数据进行计算以用于VCU控制目的。根据由BMUs报告的电池组信息，VCU控制预充电连接序列。此外，BMUs彼此之间不会直接通信，从而允许并联的电池组的简单的添加。例如，在最小工程工作的情况下，最初开发用作单串的电池组或电池***可立即适用于并联的串架构。本实施例的***和方法并不限于列出的应用。例如，在这里描述的预充电方法可用于使用电池组的任何***，例如控制***、发电机以及其它电池供电***。另外，应当指出的是，本实施例应用于高压***和低压***两者。
根据上述内容，图1是根据本发明的实施例的xEV 10的透视图。示出的xEV 10可以是具有用于提供至少一部分动力来推动车辆的电池***的任何类型的车辆。例如，xEV 10可以是纯电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)，或其它类型的利用电能为车辆提供至少一部分推动力的车辆。尽管xEV 10在图1中被图示为轿车，但是在其它实施例中，其它类型的车辆也可使用本发明的技术。例如，在其它实施例中，xEV 10可以是卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、游艺车、船或任何其它类型的可以至少部分使用电能来移动的车辆。因此，xEV10包括能够将电能供给xEV 10的电池组12，该电池组12除了为xEV 10的其它特征(例如，车灯、自动窗、自动锁、娱乐***以及xEV 10的类似构件和配件)提供能量以外，还可用于移动xEV 10。应当意识到的是，在这里使用的术语“电池组”通常指的是包括多个电化学电池单元和BMU 14的电池***。还应当意识到的是，在其它实施例中，BMU 14可以是在安装时联接于电池组12的独立构件(例如，xEV 10的部件)。此外，虽然在图1中示出的电池组12位于xEV 10的后备箱中或后部，但是在其它实施例中，电池组12可以位于xEV 10的其它地方。例如，电池组12可根据xEV 10内的可用空间，xEV 10的希望的配重平衡、与电池组12一起使用的其它构件(例如，电池管理***、通风口或冷却装置，或类似***)的位置，以及类似的工程考量因素来定位。
除了包括BMU 14的电池组12之外，示出的xEV 10还具有车辆控制单元(VCU)16。如上所述，VCU 16通常可监测并控制xEV 10的某些参数。例如，VCU 16可使用多个传感器来监测xEV10内的温度、xEV 10外的温度、xEV 10的速度、电动机上的负荷等。在某些实施例中，VCU 16可包括环绕xEV 10布置的传感器，以检测xEV 10的构件何时在期望范围外(例如，发送机故障、变速箱故障、电池故障等)操作，并且可以进一步告知驾驶者和/或使xEV 10的构件失能来响应。对于包括内燃机的混合动力xEVs而言，例如HEVs和PHEVs，VCU 16还可监测并控制内燃机的参数(例如，在进气口处的氧含量、大气压力、剩余燃料、每分钟转速、冷却剂温度以及其它影响内燃机的性能和操作的因素)。
如上所述，BMU 14和VCU 16通过车辆总线18彼此通信。车辆总线18可包括构造成使电信号在xEV 10的BMU 14和VCU 16之间传送数据的线缆***。在BMU 14和VCU 16之间还可通过无线通信链路进行通信。BMU 14和VCU 16可使用诸如控制器局域网络(CAN)协议等通信协议通过车辆总线18进行通信。CAN是设计用于汽车、航空以及工业应用的基于信息的协议。
如上所述，像在图1中示出的xEVs一样，xEVs可根据车辆的内部设计分成更具体的子类别。图2是根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆(HEV)40的切开示意图，该混合动力车辆(HEV)40包括具有BMUs的电池组。像在图1中示出的xEV 10一样，HEV 40包括朝向HEV 40后部靠近油箱的电池组12。在其它实施例中，电池组12可布置在车辆的后部的单独隔间(例如后备箱)或其它适合的位置。在某些实施例中，多个并联的电池组12可分别包括BMU 14。另外，HEV 40包括内燃机42，该内燃机42可燃烧烃类燃料以生成能够用于推动HEV 40的动力。而且，HEV 40安装有电动机44，该电动机44联接于电池组12并且也用于推动HEV 40。示出的HEV 40还安装有动力分配装置46，该动力分配装置46允许将一部分动力(例如，旋转能量)引导至适于给电池组12充电的发电机48。应当指出的是，其它类型的xEVs(例如EVs、HEVs、PHEVs等)和其它的结构(例如车辆的类型、车辆技术类型，和电池的化学性等结构)可用于本方法的各实施例中。
与给仅具有一个BMU 14的***预充电相比，给具有两个或多个BMUs 14的***预充电提出了一些独特的挑战。为了处理这些挑战中的一部分，多个BMUs 14可设置成彼此独立地与VCU 16通信，如图3所示。VCU 16可包括用于解释从BMUs 14或xEV 10中的其它装置接收的数据和用于计算命令以发送给BMUs 14的数据解释和计算模块62。数据解释和计算模块62可使用具有通信协议例如CAN的车辆通信电路64发送命令。另外，数据解释和计算模块62可实施决策操作并向车辆控制模块66发布命令，以实施操作，例如断开和闭合电池组接触器，对电路进行操作以平衡电池组负荷，以及使电池组充电等操作。数据解释和计算模块62和车辆控制模块66可通过存储在可机读永久性介质上的指令进行实施，该指令可由适合的处理装置例如VCU 16执行。
VCU 16可通信连接到包括BMU 14的两个或多个电池组12上。图3的视图示出分别包括BMU 14A和14B的两个电池组12A和12B。每个电池组12A和12B的BMU 14A和14B可包括车辆通信电路68A和68B，以使用上述的CAN协议通过车辆总线18发送和接收数据和命令。为了解释车辆通信电路68A和68B接收的数据，BMU 14A和14B可包括各自的数据解释和计算模块70A和70B。另外，数据解释和计算模块70A和70B可计算数据以发送给VCU 16，并向各自的电池组12A和12B的高压(HV)连接电路***72A和72B发布命令。HV连接电路***72可包括将各自的电池组12A和12B连接到xEV 10的母线电容上的接触器，以及用于将各自的电池组12A和12B连接到用于给xEV 10的母线电容预充电的预充电电路上的接触器。
CAN信息74可进行发送，以在每个BMU 14A、14B和VCU16之间传送数据和命令。每个CAN信息74可包括唯一的ID 76，以使VCU 16能够确定数据和命令指向具体哪个BMU 14A或14B。唯一的IDs 74可包括一串字符，以唯一识别每个BMU 14A和14B，并允许VCU 16从多个独立的BMUs 14A和14B搜集数据以及向其发送命令。在不增加复杂性的情况下，独立的BMUs 14能够将单串电池组连接用于上述并联的结构。
图4中示出的电路图示出图3中的HV连接电路***72的更多细节。HV连接电路***72可包括正主接触器80和负主接触器82。这些接触器80和82设计成闭合以允许电流从电池组12流至xEV 10的母线电容，和断开以有效切断电池组12A和12B与xEV10的母线电容的连接。正主接触器80和负主接触器82可响应于来自BMUs 14A和14B的信号来断开和闭合。另外，连接电路***72可包括与正主接触器80电气并联联接的预充电接触器84。预充电接触器84可与预充电电阻86电气串联联接，从而当预充电接触器84闭合和主接触器80、82断开时迫使电流流经预充电电阻86。预充电电阻86可设计成限制电流流至代表xEV 10的母线电容的电容器88。
在预充电发生之前，正主接触器80、负主接触器82以及预充电接触器86可以断开，以断开电池组12A和12B与母线电容(电容器88)之间的连接。VCU 16可通过车辆总线18向BMUs 14A和14B发送命令，以通过闭合负主接触器82和预充电接触器84来开始给动力***预充电，从而有效地允许电流从电池组12A和12B流经预充电电阻86并流至xEV 10的母线电容。预充电电阻86可限制从电池组12A和12B流至母线电容的浪涌电流，该浪涌电流能够潜在地将正主接触器80和负主接触器82熔为一体并对电池组12、xEV 10的动力***或上述两者造成损坏。
在某些实施例中，VCU 16可闭合仅用于单个电池组12A和12B的预充电接触器84。在母线电容(电容器88)有效充电之后，每个BMU 14A和14B可发送CAN信息74给VCU 16，告知预充电完成。VCU 16可处理CAN信息74并发送回具有命令的CAN信息74，以断开预充电接触器84并闭合正主接触器80，从而允许在电池组12A和12B以及xEV 10的母线电容之间的正常操作。电容器88的数值可决定在预充电序列期间花费的时间。
除了预充电电路***之外，连接电路***72还可包括检修断开装置90，构造成允许工作人员手动断开电池组12和连接电路***72之间的连接。主熔断器92可与检修断开装置90串联，并可构造成在电流从电池组12流出将潜在地损坏电池组12和xEV 10的母线电容的情况下形成开路。每个电池组12的BMU 14可包括形成与电池组12串联的分流器94的电阻。由于分流器94是恒定电阻，所以测量通过分流器94的电压可允许每个BMU 14监测从各个电池组12流出的电流。
为了确定每个BMU 14A和14B的主接触器80、82和预充电接触器84何时应断开或闭合，VCU 16的数据解释和计算模块62可包括限定预充电序列的逻辑步骤。为了示出VCU 16的数据解释和计算模块62的预充电序列逻辑，图5示出根据本发明技术的实施例的VCU单串预充电序列的流程图100。单串预充电序列可发生在单个BMU 14A、14B和VCU 16之间。单串预充电序列的结果可以是单个电池组12A和12B已给xEV 10的母线电容预充电。如方框102所示，VCU 16可确定应开启预充电序列。预充电序列可以在电池组12A和12B能够连接到未充电的母线电容上的任何时间开始。VCU16可向BMU 14发送连接驱动命令以开始预充电，如方框104所示。VCU 16可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)发送连接驱动命令。一旦BMU 14接收连接驱动命令，则其可进行在后面的图8中示出的预充电诊断序列，以确定电池组12的预充电状态。
电池组12可能的预充电状态可以是暂停、禁用或预充电。电池组12在VCU 16发送连接驱动命令之前可处于暂停状态。一旦接收到连接驱动命令，如果存在内部绝缘故障、电池电压检测故障、在母线电容中的短路故障、在母线电容中的硬件故障或上述组合的话，则BMU 14可将电池组12的预充电状态设定为禁用。类似地，如果电池组12的温度超出预设的范围，如果电池组12的电压低于预设的数值，如果用于电池组12的锁定时间还没有结束，如果处于CAT6或CAT7故障，如果正主接触器86或负主接触器88对地短路，如果处于开路故障，如果正主接触器86、负主接触器88或预充电接触器90处于电池短路故障，如果电池组12的最小充电状态处于最下限，或者上述的组合，则BMU 14可将电池组12的预充电状态设定为禁用。CAT6故障可包括因为安全原因需要将电池组12与车辆动力***断开连接1-2秒的严重故障。CAT7故障可包括由于硬件故障需要将电池组12立即与车辆动力***断开连接的严重故障。如果电池组12能够开始预充电的话，则BMU 14可将电池组12的预充电状态设定为预充电。
VCU 16可接收来自BMU 14的电池组12的预充电状态。如方框106所示，VCU 16可检查BMU 14的预充电状态是否是暂停或禁用。如果BMU 14的预充电状态是暂停或禁用，则VCU 16可继续间歇地向BMU 14发送连接驱动命令，并检查BMU 14的预充电状态。VCU 16也可以不同长度的时间间隔发送连接驱动命令并检查BMUs 14的预充电状态。当BMU 14的状态不再是暂停或禁用时，VCU 16可开始检查BMU 14的预充电状态是否是预充电中，如方框108所示。VCU 16可继续检查BMU 14的预充电状态直至电池组12已完成预充电，且BMU 14的状态不再是预充电中。一旦BMU 14的状态不再是预充电中，则BMU 14的预充电状态可能是完成或失败。如果成功地完成预充电，则BMU 14可将电池组12的预充电状态设定为完成。如果由于在电池组12中的硬件故障导致没有连接到母线电容上，如果母线电容含有短路，如果电池组12具有低的电池单元电压或温度，如果电池组12的电压低于最下限，如果在预设的时间内企图预充电的次数超过预设的极限，如果发生了内部绝缘故障，如果发生了电压检测故障或上述的组合，则BMU 14可将电池组12的预充电状态设定为失败。
如方框110所示，VCU 16可检查BMU 14的预充电状态是否是完成。如果BMU 14的预充电状态不是完成，则预充电状态本身是失败的，如方框112所示。VCU 16可开始向BMU 14发送断开连接命令，以重新开启预充电序列，如方框114所示。断开连接命令可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)发送给BMU14，如果BMU 14的预充电状态是完成，则预充电完成，如方框116所示。
如上所示，图5示出用于VCU单串预充电序列的流程图100。然而，为了用一个以上的电池组12预充电，VCU 16可执行更复杂的预充电序列，虽然在这个更复杂的序列中每次执行单串预充电序列，但是其遵循图5描述的过程。图6A、6B和6C示出流程图120，其示出当车辆处于驱动模式或能够使电池组12放电的任何其它模式时用于并联电池的VCU预充电序列。在本实施例中，流程图120能够示出用于两个并联的电池组12A和12B的VCU预充电序列。第一电池组12A可称作电池组A，和第二电池组12B可称作电池组B。用于多于两个电池组12A和12B的其它过程可从流程图120衍生而来。如图6A中的方框122所示，VCU 16可确定预充电序列应开启。如上所述，预充电序列可以在断开连接的电池组12A和12B能够连接到未充电的母线电容的任何时间开始。如果并联的电池组12A和12B的终端电压差显著，则浪涌电流可从电池组12流出，这潜在地损坏了电池组12的电子设备或xEV 10的母线电容。如图6A中的方框124所示，VCU 16可确定电池组12的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值，例如3伏或具有较高终端电压的电池组的终端电压的百分比。如果电池组12的终端电压差低于预设的电压阈值，则VCU 16可开始向电池组A和电池组B发送连接驱动命令，以开启预充电序列，如图6A中的方框126和128所示。VCU 16可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)将连接驱动命令发送给每个电池组12。一旦BMU A和BMU B接收连接驱动命令，则其可执行在图8中示出的预充电诊断序列，以确定电池组12的预充电状态。
一旦BMUs 14完成预充电诊断序列，则其可向VCU 16发送预充电状态。如图6A中的方框130所示，VCU 16可检查BMU A和BMU B的预充电状态是否都是暂停或禁用。如果BMU A和BMU B的预充电状态都是暂停或禁用，则VCU 16可继续间歇地向BMUs 14发送连接驱动命令并检查BMUs 14的预充电状态。VCU16也可以不同长度的时间间隔发送连接驱动命令并检查BMUs 14的预充电状态。当BMU A或BMU B中的任一个的状态不再是暂停或禁用时，VCU 16可开始检查BMU A或BMU B中的任一个的预充电状态是否是预充电中，如图6A中的方框132所示。VCU 16可继续检查BMU A和BMU B的预充电状态，直至BMU A或BMU B中的任一个已完成预充电且BMU A或BMU B的状态不再是预充电中。
一旦BMU A或BMU B中的任一个的状态不再是预充电中，则BMU A或BMU B中的至少一个的预充电状态可以是完成。VCU16可检查BMU A和BMU B的预充电状态是否都是完成，如图6A中的方框134所示。如果都是完成，则通过并行预充电的电池组完成预充电序列(方框136)。如果BMU A或BMU B中的任一个的预充电状态不是完成，则VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成(方框138)。如果BMU A的预充电状态是完成，则通过电池组A实施的单串预充电来完成预充电序列(方框140)。可选地，如果BMU A的预充电状态不是完成，则VCU 16可检查BMUB的预充电状态是否是完成(方框142).如果BMU B的预充电状态是完成，则通过电池组B实施的单串预充电来完成预充电序列(方框144)。然而，如果BMU B的预充电状态不是完成，则预充电可能已经失败，如图6A中的方框146所示。在预充电失败的情况下，VCU 16此时可开始向BMU A和BMU B发送断开连接命令，如图6A中的方框148所示。VCU 16可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)发送断开连接命令。
如上所述，通过具有实质不同的终端电压的电池组并行预充电可造成浪涌电流，该浪涌电流可损坏电池组12或xEV 10的母线电容的电子构件。因此，再参照图6A中的方框124，如果电池组12的终端电压差大于预设的电压阈值，则VCU 16可检查哪个电池组12具有较高的终端电压，如图6B中的方框150所示。如果电池组A具有较高的终端电压，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列152。首先选取具有较高终端电压的电池组12用于预充电序列，因为预充电可能会降低电池组12的终端电压使其更接近另一电池组12的终端电压。在完成单串预充电序列之后，VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成，如图6B中的方框154所示。如果BMU A的预充电状态不是完成，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列156。在完成单串预充电序列之后，VCU 16可检查BMUB的预充电状态是否是完成(方框158)。如果BMU B的预充电状态是完成，则通过具有较低终端电压的电池组(电池组B)实施的单串充电的预充电序列完成，如图6B中的方框160所示。然而，如果BMU B的预充电状态不是完成，则预充电序列失败，且在BMUA和BMU B中可能存在故障，如图6B中的方框162所示。
在方框154处，如果电池组A的预充电状态是完成，则VCU16可检查电池组12的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值，如图6B中的方框164所示。如果不是，则VCU 16可向xEV 10的驾驶者指示电池组B可能需要被充电，如图6B中的方框166所示。VCU 16可使用仪表板向xEV 10的驾驶者指示电池组B可能需要被充电。如图6B中的方框168所示，通过具有较高终端电压的电池组(电池组A)实施单串充电来完成预充电序列。
在方框164处，如果电池组12的终端电压小于或等于预设的电压阈值，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列170。此时VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成，如图6B中的方框172所示。如果不是完成，则通过具有较高终端电压的电池组(电池组A)实施单串充电来完成预充电序列。如果是完成，则通过具有较高终端电压的电池组(电池组A)首先充电的双串充电来完成预充电序列(方框174)。
再参照图6B中的方框150，如果电池组B具有较高的终端电压，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列176。如上所述，具有较高电压的电池组首先用于预充电以降低终端电压，使其更接近另一电池组12的终端电压。在完成单串预充电序列之后，VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成(方框178)。如果BMU B的预充电状态不是完成，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列180。在单串预充电序列完成之后，VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成(方框182)。如果BMU A的预充电状态是完成，则通过具有较低终端电压的电池组(电池组A)进行单串充电来完成预充电序列(方框160)。如果BMU A的预充电状态不是完成，则预充电序列失败且在BMU A和BMU B中可能存在故障(方框162)。
在图6C中的方框178处，如果电池组B的预充电状态是完成，则VCU 16可检查电池组12的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值，如图6C中的方框184所示。如果不是小于或等于，则VCU 16可向xEV 10的驾驶者指示电池组A可能需要被充电，如图6C中的方框186所示。VCU 16可使用仪表板向xEV 10的驾驶者指示电池组A可能需要被充电。如图6B中的方框168所示，通过具有较高终端电压的电池组(电池组B)进行单串充电来完成预充电序列。
在图6C中的方框184处，如果电池组12A和12B的终端电压差小于或等于预设的电压阈值，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列188。然后，VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成，如图6C中的方框190所示。如果不是完成，则通过具有较高电压的电池组(电池组B)进行单串充电来完成预充电序列(方框168)。如果是完成，则通过具有较高终端电压的电池组(电池组B)首先充电的双串充电来完成预充电序列，如图6C中的方框174所示。
当xEV 10正在给其电池组12A和12B充电时，可修改预充电序列，使得具有较低终端电压的电池(且因此充电少)具有恢复到被充电的优先性。具有较低终端电压的电池组12用于首先预充电，使得在具有较高终端电压的电池组12用于预充电之前，其能够充电以具有实质等于具有较高终端电压的电池组12的终端电压水平。因此，图7A、7B和7C示出修改的流程图200，该流程图200示出当车辆处于充电模式而不是驱动模式(图6A、6B和6C)时用于并联电池的VCU预充电序列。在本实施例中，流程图200可示出用于两个并联的电池组12A和12B的VCU预充电序列。第一电池组12A可称为电池组A，和第二电池组12B可称为电池组B。用于多于两个电池组12A和12B的其它序列可从流程图200衍生而来。如图7A中的方框202所示，VCU 16可确定预充电序列应开启。如前面所述，预充电序列可以在断开连接的电池组12能够连接到未充电的母线电容的任何时间开始。如图7A中的方框204所示，VCU16可将用于电池组12A和12B的充电电流设定为零，使得电池组12同时都不处于充电和预充电中。在暂停充电之后，VCU 16确定电池组12A和12B的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值(ΔVAB)，如图7A中的方框206所示。预设的电压阈值可以是具有较高终端电压的电池组12的电压的百分比。例如，在某些实施例中，如果具有较高终端电压的电池组12的终端电压是120伏，则预设的电压阈值可以是120伏的3％，或3.6伏。如上所述，如果每个电池组12A和12B的终端电压实质不同，电流可从具有较高终端电压的电池组12流至具有较低终端电压的电池组12，从而阻碍了预充电序列。如果电池组12的终端电压差低于预设的电压阈值，则VCU 16可开始向电池组A和电池组B发送连接充电命令来开启预充电序列，如图7A中的方框208和210所示。VCU 16可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)向每个电池组12A和12B发送连接充电命令。一旦BMU A和BMU B接收连接充电命令，则其可执行图8中示出的预充电诊断序列，以确定电池组12A和12B的预充电状态。
VCU 16可接收来自BMU A和BMU B的电池组12的预充电状态。如图7A中的方框212所示，VCU 16可检查BMU A和BMUB的预充电状态是否都是暂停或已禁用。如果BMU A和BMU B的预充电状态都是暂停或已禁用，则VCU 16可继续间歇地向BMUs14发送连接充电命令并检查BMUs 14的预充电状态。VCU 16也可以不同长度的时间间隔发送连接驱动命令并检查BMUs 14的预充电状态。当BMU A或BMU B中的任一个的状态不再是暂停或禁用时，VCU 16可开始检查BMU A或BMU B中的任一个的预充电状态是否是预充电中，如图7A中的方框214所示。VCU 16可继续检查BMU A和BMU B中的预充电状态直至BMU A或BMU B中的任一个为完成预充电且BMU A或BMU B状态不再是预充电中。
一旦BMU A或BMU B中的任一个的状态不再是预充电中，则BMU A或BMU B中的至少一个的预充电状态可以是完成。VCU16可检查BMU A和BMU B的预充电状态是否都是完成(方框216)。如果都是完成，通过对两个电池组并行预充电来完成预充电序列，如图7A中的方框218所示。在并行的预充电序列完成之后，BMU A和BMU B都可继续充电。如果BMU A或BMU B中的任一个的预充电状态不是完成，则VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成，如图7A中的方框220所示。如果BMU A的预充电状态是完成，则通过电池组A实施单串预充电来完成预充电序列(方框222)。在通过电池组A完成单串预充电序列之后，电池组A可继续充电。如果BMU A的预充电状态不是完成，则VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成，如图7A中的方框224所示。如果BMU B的预充电状态是完成，则通过电池组B实施单串预充电来完成预充电序列(方框226)。在通过电池组B完成单串预充电序列之后，电池组B可继续充电。如果BMU B的预充电状态不是完成，则预充电可能已经失败，如图7A中的方框228所示。VCU16可使用仪表板向xEV 10的驾驶者指示电池组12未在充电。VCU16可开始向BMU A和BMU B发送断开连接命令，如图7A中的方框230所示。VCU 16可以不同长度的时间间隔或间歇地(例如每20毫秒)发送断开连接命令。
如上所述，当xEV 10正在给其电池组12充电时的预充电序列可以改动，以首先通过具有较低终端电压的电池组12预充电。在图7A中的方框206处，如果电池组12的终端电压差大于预设的电压阈值，则VCU 16可检查哪个电池组12具有较高的终端电压，如图7B中的方框232所示。如果电池组B具有较高的终端电压，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列234。在单串预充电序列完成之后，VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成(方框236)。如果BMU A的预充电状态不是完成，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列238。在单串预充电序列完成之后，VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成(方框240)。如果BMU B的预充电状态是完成，则通过具有较高终端电压的电池组(电池组B)单串充电来完成预充电序列，如图7B的方框242所示。在对通过电池组B单串充电来完成预充电序列之后，电池组B可继续充电。如果BMU B的预充电状态不是完成，则预充电序列失败并可告知xEV 10的驾驶者BMU A和BMU B未被充电，如图7B中的方框244所示。
在图7B中的方框236处，如果电池组A的预充电状态是完成，则电池组A可继续充电(方框246)。VCU 16可检查电池组12的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值，如图7B中的方框248所示。如果不是，则电池组A将继续充电直至电池组12的终端电压差在预设的电压阈值内。如果电池组12的终端电压差小于或等于预设的电压阈值，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列250。VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成(方框252)。如果不是，则电池组A可继续充电，如方框246所示。且序列可重复在图7B中的方框248、250和252中所示的步骤。如果BMU B的预充电状态是完成，则通过首先对具有较低终端电压的电池组(电池组A)进行充电的双串充电来完成预充电序列，如图7B中的方框254所示。在完成双串预充电序列之后，电池组A和电池组B可继续充电。
再参考图7B中的方框232，如果电池组A具有较高的终端电压，则VCU 16可在电池组B上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列256。在完成单串预充电序列之后，VCU 16可检查BMU B的预充电状态是否是完成，如图7C中的方框258所示。如果BMU B的预充电状态不是完成，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100示出的单串预充电序列260。在完成单串预充电序列之后，VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成(方框262)。如果BMU A的预充电状态是完成，则通过具有较高终端电压的电池组(电池组A)单串充电来完成预充电序列，如图7C中的方框264所示。在单串充电之后，电池组A可继续充电。如果BMUA的预充电状态不是完成，则预充电序列失败，并可告知xEV 10的驾驶者BMU A和BMU B未被充电，如图7B中的方框244所示。
在图7C中的方框258所示，如果电池组B的预充电状态是完成，则电池组B可继续充电(方框266)。VCU 16可检查电池组12的终端电压差是否小于或等于预设的电压阈值，如图7C中的方框268所示。如果不是，则电池组B将继续充电直至电池组12的终端电压差在预设的电压阈值内。如果电池组12的终端电压差小于或等于预设的电压阈值，则VCU 16可在电池组A上实施图5中的流程图100所示的单串预充电序列270。VCU 16可检查BMU A的预充电状态是否是完成(方框272)。如果不是完成，电池组B可继续充电，如图7C中的方框266所示，且序列可重复在图7C中的方框268、270和272中示出的步骤。如果BMU A的预充电状态是完成，则通过首先对具有较低终端电压的电池组(电池组B)进行充电的双串充电来完成预充电序列，如图7B中的方框254所示。在双串预充电序列完成之后，电池组A和电池组B可继续充电。
在驱动模式和充电模式的预充电序列中的多个点处，BMU 14可确定其各自的电池组12的预充电状态。尽管图5-7示出VCU 16运行的逻辑，但是图8A和8B中的流程图300示出用于确定预充电状态的预充电诊断序列的BMU 14的逻辑。流程图300的逻辑可以在连接驱动或连接充电命令通过具有CAN协议的车辆总线18从VCU 16发送给BMU 14时在BMU 14中开启，如图8A中的方框302所示。在接收命令之后，BMU 14可确定在时间段阈值，例如过去的2秒内是否已发生预充电失败(方框304)。如果已发生，则BMU 14可禁用预充电，直至从最后的预充电失败经过给定的时间段，例如两秒(方框306)。如图8B中的方框308所示，可禁用预充电。输出的预充电状态可设定为禁用，且输出的预充电状态可通过具有CAN协议的车辆总线18发送给VCU 16，如图8B中的方框310所示。在将预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能完成(方框312)。
在图8A中的方框304处，如果预充电失败在时间阈值内没有发生，则BMU 14可检查在给定的时间帧内尝试预充电的次数超过允许限值，如图8A中的方框314所示。例如，BMU 14可检查在最后的2秒内是否有三次或三次以上的预充电尝试。如果有，则BMU14可在一时间段例如3秒内禁用预充电(方框316)。输出的预充电状态可设定为禁用(方框308)，和输出的预充电状态可通过具有CAN协议的车辆总线18发送给VCU 16，如图8B中的方框310所示。在将预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能完成，如图8B中的方框312所示。
在图8A的方框314处，如果在给定的时间帧内预充电尝试的次数没有超过允许限值，则BMU 14可检查预充电功能是否已禁用，如方框318所示。如果已禁用，则输出的预充电状态可设定为禁用(方框308)，且输出的预充电状态可通过具有CAN协议的车辆总线18发送给VCU 16，如方框310所示。在将预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能完成，如图8B中的方框312所示。
在图8A中的方框318处，如果预充电功能未被禁用，则BMU 14可向预充电接触器84以及负主接触器82发送命令闭合并开始给xEV 10的母线电容预充电，如图8A中的方框320所示。BMU14可检查母线电容的电压是否在电池组12电压的百分比范围内，如图8A中的方框322所示。例如，BMU 14可检查母线电容的电压是否在上限阈值和下限阈值内，例如在电池组12电压的95％和105％内。如果在的话，则预充电完成(方框324)，输出的预充电状态可设定为完成，和输出的预充电状态可通过具有CAN协议的车辆母线18发送给VCU 16(方框310)。在预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能可完成，如图8B中的方框312所示。
在图8A的方框322处，如果母线电容的电压不在电池组12电压的百分比范围内，则BMU 14可检查母线电容的初始电压在等于由预充电电阻86和母线电容形成的RC电路的时间常数的时间段内是否大于给定的数值，例如50伏，如图8A中的方框326所示。如果大于，则BMU 14可检查逝去的预充电时间是否大于或等于给定的预充电时间阈值，例如640毫秒，如图8B中的方框328所示。如果逝去的预充电时间小于给定的预充电时间阈值，则BMU 14可将预充电状态设定为预充电中并通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16(方框330)。然后BMU可重复方框322和326中实施的检查。如果逝去的预充电时间大于或等于给出的预充电时间阈值，则BMU 14可设定预充电故障，如图8B中的方框332所示。BMU 14可将预充电状态设定为失败(方框334)，并可通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16，如图8B中的方框310所示。在预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能可完成，如图8B中的方框312所示。
在图8A中的方框326处，如果母线电容的初始电压在等于由预充电电阻86和母线电容形成的RC电路的时间常数的时间段内小于给定的数值，则BMU 14可检查逝去的预充电时间是否大于或等于给定的时间阈值，例如50毫秒，如图8A中的方框336所示。如果是的话，则BMU 14可检查逝去的预充电时间是否大于或等于给定的预充电时间阈值，如图8B中的方框328所示。如果逝去的预充电时间小于给定的预充电时间阈值，则BMU 14可将预充电状态设定为预充电中并通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16(方框330)。然后BMU可重复在图8A中的方框322、326和336中实施的检查。如果逝去的预充电时间大于或等于给定的预充电时间阈值，则BMU 14可设定为预充电故障，如图8B中的方框332所示。BMU 14可将预充电状态设定为失败(方框334)并可通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16，如方框310所示。在预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能可完成，如图8B中的方框312所示。
在图8A的方框336处，如果逝去的预充电时间小于给定的时间阈值，则BMU 14可检查母线电容的电压是否以可接受的速率变化，如图8B中的方框338所示。如果母线电容的电压没有变化或变化缓慢，则母线电容可能发生短路。BMU 14可通过检查后续连续测量的不均衡来确定母线电容是否变化太慢。
如果满足不均衡，则BMU 14可检查逝去的预充电时间是否大于或等于给定的预充电时间阈值，如图8B中的方框328所示。如果还未达到给定的预充电时间阈值的话，则BMU 14可将预充电状态设定为预充电中，并可通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16(方框330)。然后，BMU可重复图8A中的方框322、326和336以及图8B中的方框338实施的检查。如果运行的预充电时间大于或等于给定的预充电时间阈值，则BMU 14可设定为预充电故障，如图8B中的方框332所示。BMU 14可将预充电状态设定为失败(方框334)并可通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16，如图8B中的方框310所示。在将预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能可完成，如图8B中的方框312所示。
如果不满足不均衡，则BMU 14可设定为短路故障(方框340)、预充电故障(方框332)，并将预充电状态设定为失败(方框334)。BMU 14可通过具有CAN协议的车辆总线18将预充电状态输出至VCU 16，如图8B中的方框310所示。在将预充电状态发送给VCU 16之后，预充电功能可完成，如图8B中的方框312所示。
虽然仅示出和描述了本发明的某些特征和实施例，但是对本领域技术人员来说，在实质上不脱离权利要求书中描述的新颖教导和主题物质优点的情况下可以进行许多改进和变更(例如，在大小、尺寸、结构、各元件的形状和比例、参数值(例如，温度、压力等)、安装结构、材料的使用、颜色、方向等的变化)。根据本发明的替代实施例，任何工艺或方法步骤的次序或序列可以改变或重新排序。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本发明真实精神内的所有上述修改和变更。此外，为了致力于提供这些实施例的简要介绍，并未描述具体实施方式中的所有特征(即，未涉及实施本发明的目前预计的最好模式的特征，或者未涉及实施主张的本发明的特征)。应当意识到在开发任何这样的具体实施方式时，例如在任何的工程或设计项目中，都必须做出大量的实施方式专用决策。尽管这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但对受益于本公开的本领域普通技术人员来说这仍然是一种从事设计、制造和加工的常规手段。

Claims (20)

1.一种车辆控制***，包括：
车辆控制单元；以及
多个并联布置的电池组，构造成为从所述多个电池组获得其至少一部分动力的车辆的母线电容提供能量，其中，每个电池组包括：
预充电电路，联接于电池组并构造成限制从电池组流出的电流；
主接触器，构造成通过接收电信号将电池组与母线电容电气联接或断开联接；
预充电接触器，构造成通过接收电信号将电池组与预充电电路电气联接或断开联接；以及
电池管理单元，构造成将关于电池组的数据发送给车辆控制单元，接收来自车辆控制单元的命令，以及根据来自车辆控制单元的命令向主接触器和预充电接触器发送信号；
其中，车辆控制单元构造成接收来自所述多个电池组的电池管理单元的电池组数据并向每个电池管理单元发送命令，从而通过所述多个电池组中的每一个同时给母线电容预充电。
2.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，每个电池组的电池管理单元独立于其它电池组的其它每个电池管理单元而操作。
3.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成，如果电池组的终端电压差小于或等于电压阈值，则并行给所述多个电池组预充电。
4.根据权利要求3所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成，对于一个或更多个电池组，如果并行给所述多个电池组预充电失败，则通过未失败的电池组的分组预充电。
5.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成，如果电池组的终端电压差大于电压阈值，则有顺序地通过所述多个电池组中的每一个给母线电容预充电。
6.根据权利要求5所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：当车辆处于能够使电池组放电的模式时，在通过具有较低终端电压的电池组给母线电容预充电之前，通过具有最高终端电压的电池组给母线电容预充电。
7.根据权利要求6所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：如果用于具有最高终端电压的电池组的预充电序列失败，则通过具有较低终端电压的电池组预充电。
8.根据权利要求6所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：如果用于具有最高终端电压的电池组的预充电序列成功且电池组的终端电压差仍大于电压阈值，则向车辆的驾驶者指示具有较低终端电压的电池组需要被充电。
9.根据权利要求6所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：如果用于具有最高终端电压的电池组的预充电序列成功且电池组的终端电压差小于或等于电压阈值，则通过具有较低终端电压的电池组预充电。
10.根据权利要求5所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：当车辆处于充电模式时，在通过具有较高终端电压的电池组给母线电容预充电之前，通过具有最低终端电压的电池组给母线电容预充电。
11.根据权利要求10所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成，如果用于具有最低终端电压的电池组的预充电序列失败，则通过具有较高终端电压的电池组预充电。
12.根据权利要求10所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成：如果用于具有最低终端电压的电池组的预充电序列成功，则给具有最低终端电压的电池组充电，直至所述多个电池组的终端电压差小于或等于电压阈值。
13.根据权利要求12所述的车辆控制***，其中，车辆控制***构造成：当所述多个电池组的电压差小于或等于电压阈值时，对具有较高终端电压的电池组实施预充电例行程序。
14.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，车辆控制单元构造成给已成功完成预充电例行程序的电池组充电。
15.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，每个电池组的电池管理单元独立于其它电池组的其它每个电池管理单元而操作。
16.根据权利要求1所述的车辆控制***，其中，如果母线电容的电压在给母线电容预充电的电池组的百分比范围内，则电池管理单元确定预充电序列完成。
17.一种用于给车辆母线电容预充电的方法，车辆从使用多个并联布置的电池组的电池***产生的电力获得其至少一部分动力，该方法包括：
接收来自每个电池组的电池管理单元的电池组数据；
根据电池组数据确定哪些电池组能够并行给母线电容预充电；
向电池管理单元发送命令以通过闭合在每个电池组中的预充电接触器而将电池组电气联接于预充电电路来开始给母线电容预充电，该预充电电路构造成限制从每个电池组流至母线电容的电流；
接收来自每个电池管理单元的状态信息；以及
根据状态信息确定母线电容是否由电池组成功地预充电。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：如果电池组的终端电压差小于或等于电压阈值，则以并行的方式通过电池组给母线电容预充电。
19.根据权利要求17所述的方法，包括：如果电池组的终端电压差大于电压阈值，则有顺序地通过电池组给母线电容充电。
20.一种包括可执行代码的永久性有形可机读介质，所述可执行代码包括：
用于接收来自每个电池组的电池管理单元的电池组数据的指令；
根据电池组数据确定哪些电池组能够并行给母线电容预充电的指令；
向电池管理单元发送命令以通过闭合在每个电池组中的预充电接触器而将电池组电气联接于预充电电路来开始给母线电容预充电的指令，该预充电电路构造成限制从每个电池组流至母线电容的电流；
接收来自每个电池管理单元的状态信息的指令；以及
根据状态信息确定母线电容是否由电池组成功地预充电的指令。
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