CN107107772A - 电池***的双稳态继电器控制 - Google Patents

电池***的双稳态继电器控制 Download PDF

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Abstract

一种12伏汽车电池***包括联接到电气***的第一电池且所述第一电池包括第一电池化学组成。此外，所述12伏汽车电池***包括第二电池，其与所述第一电池并联联接且经双稳态继电器选择性地联接到所述电气***。所述第二电池包括第二电池化学组成，其具有比所述第一电池化学组成更高的库伦效率。额外地，所述双稳态继电器在再生制动期间将所述第二电池联接到所述电气***以使得所述第二电池能够捕获在再生制动期间产生的大部分电力。而且，所述双稳态继电器在所述车辆从接通位置转换到切断位置时保持所述第二电池至所述电气***的联接。

Description

电池***的双稳态继电器控制
背景技术
本公开一般涉及电池***的领域，且更具体地涉及在车辆背景以及其他能量储存/消耗应用中使用的电池***。
这个部分旨在向读者介绍本领域的各个方面，这些方面可涉及本公开的各个方面，这些方面在下文进行描述。这种讨论被认为是有助于向读者提供背景信息以便更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述以该角度来阅读，并且不视为现有领域的确认。
使用一个或多个电池***以用于对车辆提供全部或一部分动力的车辆能够称为xEV，其中术语“xEV”在本文被定义成包括所有下列车辆或其任何变型或组合，其将电力用作其车辆动力的全部或一部分。例如，xEV包括将电力用作全部动力的电动车辆(EV)。如本领域的技术人员将理解的，也被认为是xEV的混合动力电动车辆(HEV)组合了内燃机推进***和电池供能的电动推进***，诸如48伏或130伏***。术语HEV可以包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力***(FHEV)可以使用一个或多个电动机、仅使用内燃机或使用两者来对车辆提供动力和其他电力。相比之下，轻度混合动力***(MHEV)在车辆怠速时停用内燃机且利用电池***以继续向空气调节单元、无线电或其他电子装置供电以及在需要推进时重启发动机。轻度混合动力***还可以在例如加速期间应用一定程度的动力辅助以作为对内燃机的补充。轻度混合动力通常为96伏至130伏且通过皮带或曲柄集成起动器发电机回收制动能量。此外，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“启-停”***，但是mHEV的微混合动力***可以向内燃机提供或不提供动力辅助并在低于60V的电压下进行操作。为了本讨论的目的，应注意的是，mHEV通常在技术上不将直接提供到曲轴或变速器的电力用作车辆的任何部分的动力，但mHEV仍可以被认为是xEV，这是因为当车辆怠速(其中内燃机停用)时其使用电力来作为对车辆动力需求的补充并通过集成起动器发电机回收制动能量。此外，插电式电动车辆(PEV)是能够从外部电源，诸如墙壁插座进行充电的任何车辆，且储存在可再充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV为EV的子类，其包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PEIEV)和混合动力电动车辆和常规内燃机车辆的改装型电动车辆。
与仅使用内燃机和通常为由铅酸电池供能的12V***的传统电气***的更传统的气体供能车辆相比，如上所述的xEV可以提供许多优点。例如，与传统的内燃车辆相比，xEV可以产生更少的不期望的排放产物且可以表现出更大的燃料效率，且在一些情况下，这种xEV可以完全消除对汽油的使用，如某些类型的EV或PEV那样。
车辆通常使用一个或多个电池***来为包括空调、无线电、报警***和其他电子装置的车辆中的特征供电。为了减少不期望的排放产物的量并提高车辆的燃料效率，已对车辆技术进行了改进。例如，一些车辆可以利用技术，诸如再生制动来随着车辆减速或滑行来产生和储存电力。更具体地说，随着车辆速度的降低，再生制动***可以将机械能转换成电能，其随后可以进行储存和/或用于向车辆供电。
通常，可以使用锂离子电池来便于有效地捕获所产生的电能。更具体地，锂离子电池可以在再生制动期间捕获/储存电能，并且随后向车辆的电气***供给电能。然而，随着锂离子电池模块进行操作，锂离子电池和传统铅酸电池的操作参数可能改变并影响性能。
因此，改进对电池***的操作的控制将是有益的，例如，用于管理可能在锂离子电池和铅酸电池的操作参数中发生的变化。
发明内容
下面阐明了对本文所公开的某些实施例的概述。应理解的是，这些方面仅仅是为了向读者提供对这些特定实施例的简要概述且这些方面并不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包括以下可能未阐明的各种方面。
本公开涉及电池和电池***。更具体地说，本公开涉及各种电化学和静电能量储存技术(例如，铅酸电池、镍-锌电池、镍-金属氢化物电池和锂离子电池)。特定实施例涉及可以用于车辆背景(例如，微混合动力车辆)以及其他能量储存/消耗应用(例如，用于电网的能量储存)中的双化学组成电池模块。
更具体地说，双化学组成电池模块可以包括利用第一电池化学组成的第一电池和利用第二电池化学组成的第二电池。第一电池和第二电池可以在各种并行架构，诸如无源或半无源架构中进行连接。例如，在无源架构中，第一电池和第二电池可以直接联接到电池模块的端子。为了增加对电池模块的控制量，在半无源架构中，可以在第一电池或第二电池和电池模块的端子之间包括双稳态继电器。随后可以断开或闭合双稳态继电器以选择性地连接第一电池或第二电池。
额外地，用于第一电池和第二电池中的电池化学组成可以基于用于每一个的所需特征进行选择。例如，第一电池可以利用铅酸化学组成供给大的电流浪涌，其可以用于起动(例如，经曲柄起动)内燃机。第二电池可以利用各种电池化学组成(例如，镍锰钴氧化物、锂锰氧化物/镍锰钴氧化物或锂锰氧化物/钛酸锂)，其具有比第一电池更高的库伦效率和/或更高的充电电力接收率(例如，更高的最大充电电压或充电电流)。如在本文中所使用的，“库伦效率”和“充电电力接收率”可以互换使用以描述充电效率。换句话说，第二电池可以更有效地且以更快的速率进行再充电，例如，在捕获再生电力的同时进行。因此，在一些实施例中，第一电池可以是主要的电力来源且第二电池可以对第一电池进行补充，例如，通过捕获、储存和分配再生电力来进行。
因此，在第一实施例中，一种电池***包括联接到电气***的第一电池，其中第一电池包括第一电池化学组成；以及经双稳态继电器选择性地联接到电气***且与第一电池相平行的第二电池，其中第二电池包括第二电池化学组成，其具有比第一电池化学组成更高的库伦效率。双稳态继电器被配置成将第二电池联接到电气***以使得第二电池能够捕获在再生制动期间产生的大部分再生电力以及使得第二电池能够通过自己或与第一电池相组合地供给再生电力以向电气***供电。
在另一实施例中，一种电池***包括经双稳态继电器选择性地联接到电气***的第一电池，其中第一电池包括第一电池化学组成；以及与第一电池平行地直接联接到电气***的第二电池，其中第二电池包括第二电池化学组成，其具有比第一电池化学组成更高的充电电力接收率。双稳态继电器被配置成将第一电池从电气***断开以使得第二电池能够在再生制动期间在比第一电池最大充电电压更高的电压下进行充电。
附图说明
在阅读下列具体实施方式和参考附图后，可以更好地理解本公开的各个方面，其中：
图1为根据本方法的一个实施例的具有为车辆提供全部或一部分动力的电池***的车辆(xEV)的立体图；
图2为根据本方法的一个实施例的混合动力电动车辆(HEV)形式的图1的xEV的剖面示意图；
图3为根据本方法的一个实施例的无源电池架构的示意图；
图4A为根据本方法的一个实施例的具有双稳态继电器以选择性地联接第二电池的半无源电池架构的示意图；
图4B为根据本方法的一个实施例的具有双稳态继电器以选择性地联接第一电池的半无源电池架构的示意图；
图5为示出根据本方法的一个实施例的部分电压匹配的电池化学组成的电压特征的图；
图6为描述根据本方法的一个实施例的车辆随时间的各种假想操作的图；
图7A为示出根据本方法的一个实施例的具有用于在图6中所述车辆的非电压匹配的电池化学组成的半无源电池***的电压的图；
图7B为示出根据本方法的一个实施例的具有用于在图6中所述车辆的部分电压匹配的电池化学组成的半无源电池***的第一实施例的电压的图；
图7C为示出根据本方法的一个实施例的具有用于在图6中所述车辆的部分电压匹配的电池化学组成的半无源电池***的第二实施例的电压的图；
图7D为示出根据本方法的一个实施例的具有用于在图6中所述车辆的电压匹配的电池化学组成的半无源电池***的电压的图；
图8为根据本方法的一个实施例的用于控制电池***的方法的一个实施例的流程图；以及
图9为根据本方法的一个实施例的用于锂离子电池中的棱柱形电池单元的立体图。
具体实施方式
下面将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，在说明书中并未描述实际实施方式的全部特征。应理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多特定于实施方式的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合***相关和业务相关的约束，这些约束条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。而且，应理解的是，这种开发工作可能是复杂并且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，其不过是进行设计、制作和制造的常规工作。
如上面所讨论的，与更传统的气体供能车辆相比，已改进了车辆技术以增加燃料经济性和/或减少不期望的排放。例如，当车辆怠速时，微混合动力车辆停用车辆的内燃机。当停用车辆的内燃机时，电池***可以继续向车辆的电气***供电，其可以包括车辆的无线电、空调、电子控制单元等。额外地，再生制动车辆捕获和储存在车辆制动或滑行时所产生的电力。在一些实施例中，随后可以利用所产生的电力以向车辆的电气***供电。在其他实施例中，可以利用所产生的电力以在高需求期间，例如在再生储存***中稳定电压。
基于优于传统气体供能车辆的优点，通常生产传统的气体供能车辆的制造商可能需要在其车辆线内利用改进的车辆技术(例如，微混合动力技术或再生制动技术)。这些制造商经常利用其传统车辆平台中的一个作为起点。通常，传统的气体供能车辆被设计为利用12伏电池***(例如，在7至18伏之间的电压)，诸如单个12伏铅酸电池。因此，单个铅酸电池可能适于改进的车辆技术。例如，可以利用铅酸电池捕获和储存再生电力和/或在自动停止期间向电气***供电。然而，在一些实施例中，由于与铅酸电池化学组成相关联的较低的库伦效率和/或较低的充电电力接受率，铅酸电池在捕获再生电力方面可能不那么有效。如在本文中所使用的，“库伦效率”和“充电电力接收率”可以互换使用以描述充电效率和充电率。额外地，可以增加铅酸电池容量以在可能增加成本的自动停止期间解决电力需求。如此，在很大程度上符合现有的车辆电气***的同时，提高电池***中的电力储存效率以及至车辆电气***的电力分配效率将是有益的。
因此，本实施例包括物理电池***特征等，其便于提供改进的12伏电池***。如在本文中所使用的，12伏电池***旨在描述向电气***供给7至18伏的电池***。例如，在一些实施例中，电池模块可以包括多个不同的电池化学组成以改进电池模块的储存和分配效率。更具体地说，如将在下面更详细描述的，电池模块可以包括具有第一电池化学组成的第一电池(例如，一次电池)以及具有第二电池化学组成的第二电池(例如，二次电池)。如在本文中所使用的，电池旨在描述利用各种化学反应以储存和/或分配电力的能量储存装置。在一些实施例中，第一电池和第二电池可以串联操作。例如，第一(例如，一次)电池可以有效地提供大量电流，例如用于以曲柄起动内燃机，且第二电池(例如，电力装置)可以有效地捕获并储存由于其更高的库仑效率和/或更高的电力充电接受率而产生的大部分电力。额外地，可以消耗储存在第二电池中的电力以向车辆的电气***提供电力。换句话说，第一电池可以是电力的一次来源，且第二电池可以对电池进行补充，其在一些实施例中可以使得能够减少电池模块的储存容量和/或总物理尺寸。
为了便于用第二电池对第一电池进行补充，第一电池和第二电池可以在各种并行架构中进行连接。例如，电池模块可以利用无源架构或半无源架构。如将在下面更详细描述的，在无源架构中，第一电池和第二电池可以直接联接到电池模块的端子，这可以降低用于电池***的控制算法的复杂性。在半无源架构中，第一电池和第二电池中的一个可以经双稳态继电器联接到电池模块的端子，而另一个则可以进行直接联接。在一些实施例中，双稳态继电器可以通过使得第一电池或第二电池能够选择性地连接和断开而增加对电池模块的操作的控制。在一些实施例中，与利用传统的12伏电池***(例如，单个12伏铅酸电池)自动停止技术相比，利用本文所述的技术可以增加燃料经济性并将不期望的排放减少3至5％，这是因为通过更有效地捕获再生电力而减少了在交流发电机上的负载。
为了帮助说明，图1为可以利用再生制动***的车辆10的一个实施例的立体图。虽然以下讨论与具有再生制动***的车辆相关，但是本文所述的技术也可以应用于包括xEV和气体供能车辆的其他车辆。
如上面所讨论的，使电池***12在很大程度上与传统的车辆设计相兼容将是可取的。因此，电池***12可以置于本来要容纳传统的电池***的车辆10中的一个位置上。例如，如图所示，车辆10可以包括类似于典型的内燃机车辆的铅酸电池进行定位的电池***12(例如，在车辆10的发动机盖的下方)。而且，如将在下面更详细描述的，电池***12可以进行定位以便管理电池***12的温度。例如，在一些实施例中，将电池***12定位在车辆10的发动机盖的下方可以使得空气管道能够在电池***12上引导空气流并冷却电池***12。
在图2中描述了电池***12的更详细的视图。如图所示，电池***12包括能量储存组件14，其联接到点火***16、交流发电机18、车辆控制台20且可选地联接到电动机22。一般地，能量储存组件14可以捕获/储存在车辆10中产生的电能并输出电能以对车辆10中的电气装置供电。
更具体地说，能量储存组件14可以捕获/储存所产生的电能并输出电能以对这些组件以及其他中的每一个供电。换句话说，电池***12可以向车辆的电气***的组件供电，该组件可以包括散热器冷却风扇、气温控制***、电动助力转向***、主动悬架***、自动泊车***、电动油泵、电动增压器/涡轮增压器、电动水泵、加热挡风玻璃/除霜器、车窗升降电机、阅读灯、轮胎压力监测***、天窗电机控制器、电动座椅、报警***、信息娱乐***、导航特征、车道偏离警告***、电动驻车制动器、外部灯或其任何组合。说明性地，在图2中所示的能量储存组件14向车辆控制台20和点火***16供电以起动(例如，经曲柄起动)内燃机24。在一些实施例中，点火***16可以包括传统的起动器和/或皮带起动器发电机(BSG)。
额外地，能量储存组件14可以捕获由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。在一些实施例中，交流发电机18可以在内燃机24运行的同时产生电能。更具体地说，交流发电机18可以将通过内燃机24旋转而产生的机械能转换为电能。额外地或可替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以通过将由车辆10的移动(例如，车轮的旋转)产生的机械能转换成电能来产生电能。换句话说，能量储存组件14可以捕获在再生制动期间产生的电能。此外，交流发电机18可以是可变电压交流发电机，且在再生制动期间由交流发电机18产生的能量可以包括比通过内燃机24由交流发电机18产生的能量电压更大的电压。
为了便于捕获和供给电能，能量储存组件14可以经总线26联接到车辆的电动***。例如，总线26可以使得能量储存组件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。额外地，总线可以使得能量储存组件14能够将电能输出到点火***16和/或车辆控制台20。因此，当使用12伏电池***12时，总线26可以承载通常在8至18伏之间的电力。
额外地，如图所示，能量储存组件14可以包括多个电池模块。例如，在所示的实施例中，能量储存组件14包括第一电池模块28和第二电池模块30，其中的每一个包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，能量储存组件14可以包括任何数量的电池模块。额外地，虽然第一电池模块28和第二电池模块30被示为彼此相邻，但是其也可以被定位在车辆周围的不同区域中。例如，第二电池模块30可以位于车辆10内或在其内部周围，而第一电池模块28则可以位于车辆10的发动机盖的下方。
更具体地说，在一些实施例中，能量储存组件14可以包括多个电池模块以利用多个不同的电池化学组成。例如，第一电池模块28可以利用铅酸电池化学组成，且第二电池模块30可以利用锂离子电池化学组成。在这种实施例中，由于锂离子电池化学组成通常具有比铅酸电池化学组成更高的库伦效率和/或更高的电力充电接受率(例如，更高的最大充电电流或充电电压)，因此可以提高电池***12的性能。如此，可以提高电池***12的捕获、储存和/或分配效率。
为了便于将电力从电池***12供给到车辆的电气***的各种组件(例如，HVAC***和车辆控制台20)，能量储存组件14包括第一端子32(即，正极端子)和第二端子34(即接地端子)。在一些实施例中，第二端子34可以提供接地连接，且第一端子32可以提供范围在8至18伏之间的正电压。如前所述，电池模块14可以具有与典型的铅酸电池的尺寸相当的尺寸，以限制对车辆10设计的修改以容纳电池***12。例如，电池模块14可以具有与H6电池相似的尺寸，其可以是约13.9英寸×6.8英寸×7.5英寸。如图所示，电池模块14可以包括在单个连续的壳体内。在其他实施例中，电池模块14可以包括联接在一起的多个壳体(例如，包括第一电池的第一壳体和包括第二电池的第二壳体)。在其他实施例中，如上所述，电池模块14可以包括位于车辆10的发动机盖下方的第一电池模块28，且第二电池模块30可以位于车辆10的内部。
如图所示，电池模块14包括第一端子32、第二端子34、第一电池(例如，铅酸电池)28、第二电池30(例如，锂离子电池)和电池控制单元36。如在本文中所使用的，电池控制单元36通常是指控制电池***12的操作的控制组件，诸如在电池模块内的继电器或在交流发电机18中的开关。电池模块14的操作可以由电池控制单元36进行控制。例如，电池控制单元36可以调节由每个电池模块28或30捕获/供给的电能量(例如，对电池***12降低定额和重新定额)，在电池之间执行负载平衡，控制电池的充电和放电(例如，经继电器或DC/DC转换器来进行)，确定每个电池和/或整个电池模块14的充电状态，激活主动冷却机构等。
因此，电池控制单元36可以包括一个或多个存储器38和被编程为执行用于执行这样任务的控制算法的一个或多个处理器40。更具体地说，一个或多个处理器40可以包括一个或多个专用集成电路(ASICs)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGAs)、一个或多个通用处理器或其任何组合。额外地，一个或多个存储器38可以包括易失性存储器，诸如随机存取存储器(RAM)和/或非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)、光驱、硬盘驱动器或固态驱动器。在一些实施例中，电池控制单元36可以包括车辆控制单元(VCU)的部分和/或单独的电池控制模块。额外地，如图所示，可以按与电池模块14分离(诸如作为单独的模块)的方式包括电池控制单元36。在其他实施例中，电池控制单元36可以包括在电池模块14内。
而且，如图所示，第一电池28和第二电池30越过第一端子32和第二端子34进行并联连接以使得能够对电池进行充电和放电。如上所述，电池端子32和34可以输出储存在电池模块14中的电力，以向车辆的电气***供电。额外地，电池端子32和34还可以向电池模块14输入电力，以使得第一电池28和第二电池30能够例如当交流发电机18通过再生制动产生电力时进行充电。
而且，如上所述，第一电池28和第二电池30可以利用各种并行架构，其包括无源架构或半无源架构。例如，在图3中，示出了无源电池***42，且在图4A和4B中，示出了半无源架构50。如在每个架构中所示，第一电池28和第二电池30经总线26与起动器(例如，点火***)16、交流发电机(例如，再生制动***)18和车辆的电气***46并联联接。额外地，第一电池28和第二电池30经开关48选择性地连接到点火***16。如能够理解的，开关48可以表示各种机构，诸如螺线管，其能够使第一电池28和/或第二电池30起动(例如，经曲柄起动)内燃机24。如将在下面更详细描述的，在两种架构之间的差异为对第一电池28和第二电池30中的每一个的操作的控制量。
如在图3的无源电池***42中所示的，第一电池28和第二电池30直接联接到总线26。因此，可以由电池中的每一个的特征来控制第一电池28和第二电池30的操作。更具体地说，电池28和30的充电和放电可以由第一电池28(例如，铅酸电池)和第二电池30(例如，锂离子电池)的电流导向特征(例如，内电阻)来进行控制。例如，当第一电池28完全充电或接近完全充电(例如，一般为满充电状态)时，第一电池28可以具有将电流导向第二电池30的高内电阻。在另一方面，当第一电池28小于完全充电时，可以在铅酸电池28和第二电池30之间共享电流。换句话说，内电阻可以与电池的充电状态成比例地相关(例如，高充电状态高内电阻)。额外地，当第二电池30具有比第一电池28更高的开路电压时，第二电池30可以由自身提供电力，例如，提供至车辆电气***46直到其接近第一电池的开路电压为止。当第一电池28可以开始提供电力时的精确电压可以基于各种因素，诸如电池28和30的内电阻以及车辆电气***46的扩散电阻。
此外，如上面所讨论的，第一电池28和第二电池30经开关48选择性地连接到点火***16。如能够理解的，开关48可以表示各种机构，诸如螺线管，其能够使第一电池28(例如，铅酸电池)和/或第二电池30起动(例如，经曲柄起动)内燃机24。
为了增加对电池28或30中的一个的操作的控制，可以利用如在图4A和4B中所示的半无源架构50。更具体地说，半无源架构50使得电池28或30中的一个能够选择性地与总线26连接和断开。例如，图4A示出了当第一电池30直接连接到端子32时，具有包括在第二电池30和第一端子32之间的双稳态继电器52A的半无源架构50A的一个实施例。如在本文中所使用的，“双稳态继电器”旨在描述能够选择性地连接和断开电池且同时在连接或断开位置上保持稳定状态的任何机构。例如，双稳态继电器52可以仅在双稳态继电器52在位置之间切换时的片刻间耗电。相比之下，标准继电器可以在继电器处于断开位置和闭合位置中的任一者或两者中时连续地耗电。因此，双稳态继电器52可以使电池***12所消耗的电力最小化。此外，可能需要利用双稳态继电器52来使可能由于使用硬件开关而导致的电弧放电的风险最小化。
在操作中，电池控制单元36可以监控源于车辆10的信息以确定断开或闭合双稳态继电器52的适当时间。例如，当车辆10从接通(key-on)转换到切断(key-off)位置时，电池控制单元36可以指示双稳态继电器52A保持闭合。当双稳态继电器52A保持闭合时，可以由第二电池30(例如，锂离子电池)代替第一电池28(例如，铅酸电池)来驱动在车辆10上的任何电气负载。因此，由于第二电池30相对于第一电池28的高库伦效率，当车辆10转换到切断位置时，双稳态继电器52A可以使得第二电池30能够继续为车辆10的电气***46供电。额外地，电池控制单元36可以将第二电池30至电气***46的联接保持预定的时间量(例如，2至5分钟)或直到第二电池30达到预定的电压或充电状态以在车辆10转换到切断位置之后保持最小电压或充电状态水平。
在另一实施例中，当车辆从长切断位置(即，其中第二电池30已被双稳态继电器52A从总线26切断)转换到接通位置时，电池控制单元36可以确定第二电池30的电压是否低于第一电池28的电压。如果是的话，双稳态继电器52A可以保持在闭合位置上直到发动机在第一电池28的电力下起动且直到交流发电机18能够开始对第二电池30进行充电为止(例如，在再生制动期间)。在另一方面，如果第二电池30的电压大于在接通位置处的第一电池的电压，双稳态继电器52A则可以立即闭合以将第二电池30联接到具有第一电池28的无源并行配置中以协助起动内燃机24。此外，如果电池控制单元36确定第一电池28的电压太低以至于不能起动内燃机24(即，第一电池28的电压低于阈值电压)，电池控制单元36则可以闭合双稳态继电器52A以允许第二电池30向点火***16提供起动电力(即，允许第二电池30“助推”车辆10)。
可替代地，图4B示出了当第二电池30直接连接到总线26时，具有包括在第一电池28和总线26之间的双稳态继电器52B的半无源架构50B的一个实施例。在操作中，当需要对第一电池28进行充电或放电时，可以闭合双稳态继电器52B。在另一方面，当第一电池28既不充电也不放电时，可以断开双稳态继电器52B。换句话说，电流导向特征可以控制第二电池30的操作，而电池控制单元36则可以直接经双稳态继电器52B来控制第一电池28的操作。在再生制动期间交流发电机18对第二电池30进行充电时，可能需要从总线26移除第一电池28。通过从总线26移除第一电池28，可以保护第一电池28免受第一电池28不期望的电力过电压应用的影响且第一电池28旨在对第二电池30进行充电。
额外地，当由车辆10接收到切断位置时，可以需要断开双稳态继电器52B以从总线26移除第一电池28。在这种情况下，第一电池28可能不会被在接收到切断位置之后仍保持能动的电气***46的各种组件耗尽，其中通常可以依靠该第一电池28以经曲柄起动内燃机24。此外，当车辆10接收到接通位置时，电池控制单元36可以指示双稳态继电器52B以进行闭合。在闭合双稳态继电器52B中，可以依靠第一电池28向点火***16提供电力以经曲柄起动内燃机24。
因此，在操作中，半无源架构50的实施例可以类似于无源电池***42的实施例。然而，如下面将进一步详细描述的，半无源电池***架构50A可以通过使第二电池30在不需要对第二电池30进行充电和/或放电时停用(例如，与车辆10断开)来提高电池***的可靠性。额外地，半无源架构5OB可以通过使第一电池28在不需要对第一电池28进行充电和/或放电时停用(例如，与车辆10断开)以例如保护第一电池28免受过电压的影响来提高电池***的可靠性。换句话说，电池28或30中的一个的操作可以由电池控制单元36直接进行控制。
如上所述，可以为第一和第二电池28和30选择不同对的电池化学组成。如此，图5示出了可以选择的两种不同的电池化学组成的电池电压曲线的图54。换句话说，可以为第一电池28选择第一电池化学组成，且可以为第二电池30选择第二电池化学组成。根据化学组成配对，能量储存组件14可以起不同的作用。更具体地说，所选择的化学组成对可以使得第一电池28和第二电池30为非电压匹配的、部分电压匹配的或电压匹配的。如在本文中所使用的，“非电压匹配的”旨在描述当第一电池28和第二电池30的开路电压范围不重叠时的情况，“部分电压匹配的”旨在描述当第一电池28和第二电池30的开路电压范围部分重叠时，例如，当电压重叠对应于第二电池30的总充电状态范围的1至74％之间时的情况，且“电压匹配的”旨在描述当第一电池28和第二电池30的电压在很大程度上重叠时，例如，当电压重叠对应于第二电池30的总充电状态范围的75至100％之间时的情况。应注意的是，如上所述，第二电池30具有比第一电池28更高的库伦效率和/或更高的充电电力接受率。换句话说，基于电池(例如，第二电池30)与另一个电池(例如，第一电池28)的更高库伦效率和/或更高充电电力接受率的关系来描述电池配对特征。
说明性地，在为示出电池电压曲线的XY图的图5中示出了部分电压匹配的电池的一个实例的电压曲线。为了简化以下讨论，第一电池28将被描述为铅酸电池，且第二电池30将被描述为利用锂离子电池化学组成的电池。每个电池的电压可以随其充电状态(SOC)发生变化。例如，铅酸电池28在0％的充电状态可以具有11.2伏的电压，在50％的充电状态可以具有12.2伏的电压且在100％的充电状态可以具有12.9伏的电压。换句话说，铅酸电池具有11.2至12.9伏的电压范围。虽然参考铅酸电池和第二电池进行了以下讨论，但本技术也可以应用于具有相同特征的其他电池配对(例如，非电压匹配的、部分电压匹配的或非电压匹配的)。
如图所示，当第二电池30是钛酸锂/锂镍锰钴氧化物(LTO/NMC)电池时，铅酸(PbA)电池28和第二电池30是部分电压匹配的，这是因为LTO/NMC电压曲线56和PbA电压曲线58部分重叠。换句话说，根据其各自的充电状态，铅酸电池28和第二电池30的开路电压可以是相同的。为了帮助说明，铅酸电池28具有11.2至12.9伏的开路电压范围，且LTO/NMC电池30具有在11.8至16伏之间的开路电压范围。如上所述，当电压重叠对应于第二电池总充电状态范围的1至74％之间时，第一电池28和第二电池30可以是部分电压匹配的。在所示的实施例中，第一电池28和第二电池30可以在11.8至12.9伏之间重叠。例如，当第二电池30在20％的充电状态且铅酸电池28在100％的充电状态时，两者将具有约12.9伏的电压。换句话说，当第二电池30在0至20％之间的充电状态(例如，总充电状态范围的20％)时，电压可以重叠。此外，用于第二电池30的其他电池化学组成也可以与铅酸电池28部分重叠。例如，第二电池30可以包括在第二电池30的阳极的钛酸锂以及在第二电池30的阴极的NMC和锂钴氧化物(LCO)共混物的电池化学组成。而且，在其他实施例中，根据第二电池30的化学组成，电池28和30也可以是与铅酸电池28为非电压匹配的或电压匹配的。
如以下将更详细描述的，所选择的电压配对(例如，非电压匹配、部分电压匹配或电压匹配)可以确定在车辆10内的电池28和30的操作。额外地，如上所述，铅酸电池28和第二电池30在能量储存组件14内的各种并行架构中进行连接。因此，当能量储存组件14联接到车辆10时，铅酸电池28和第二电池30也与车辆的其余部分，诸如点火***16、交流发电机18(例如，再生制动***)和车辆10的电气***46并联连接。
为了帮助说明在电压配对之间的功能差异，将相关于如在图6中所述的车辆10的假想操作来描述电压配对中的每一对。图6为描述在时间0和时间8之间的各种车辆操作的XY图，其中Y轴为车辆速度且X轴是时间(即，时间0至时间8)。更具体地说，在时间0和时间1之间，车辆10为切断60的。如在本文中所使用的，“切断”旨在描述当操作员(例如，驾驶员)不使用车辆10时的情况。例如，切断60可以描述当车辆10在车库中停放过夜时的情况。在切断60期间，停用内燃机24且电池***12继续向即使当操作员远离时仍进行操作的车辆的电气***46的组件，诸如报警***或发动机控制单元提供电力。因此，如图所示，车辆没有速度。
在时间1，车辆10为经曲柄冷起动的62。如在本文中所使用的，“经曲柄冷起动”旨在描述当操作员从切断60起动(即，经曲柄起动)内燃机24时的情况。因此，在经曲柄冷起动62期间，电池***12向点火***16(例如，起动器)供电以起动内燃机24。在起动内燃机24之后，在时间1和2之间，车辆10加速64。因此，如图所示，车辆10增加了速度。在时间2和时间3之间，车辆10进行巡航66。因此，如图所示，车辆10保持在相对恒定的速度上。当车辆10加速64和巡航66时，电池***12向可以包括HVAC***和车辆控制台20的车辆电气***46供电。为了给电池***12进行再充电，交流发电机18可以周期性地接通，如下面将更详细描述的，这可能导致微循环。应注意的是，下面描述的实施例可以使电池28或30实现微循环以实现目标充电状态；然而，额外地或可替代地，在其他实施例中，在车辆10加速64和/或巡航66的同时，交流发电机18可以直接向车辆的电气***46供电而不用使电池28或30实现微循环。换句话说，交流发电机18可以直接向车辆的电气***供电，例如当车辆10加速64或巡航66时。
在时间3和时间4之间，车辆10经再生制动68减速并产生电力。因此，如图所示，车辆10降低了速度。更具体地说，通过交流发电机18将动能(例如，车辆的运动)转换成电力。所产生的电力可以由电池***12储存和/或进行分配以向车辆的电气***46供电。如下面将更详细描述的，根据电池***12的配置，所产生的电力可以储存在第一电池28、第二电池30或两者中并从其进行分配。在时间4和时间5之间，车辆10再次进行巡航70，且在时间5和6之间，车辆10再次经再生制动72减速并产生电力。
在时间6和时间7之间，车辆10进入自动停止74。如上所述，在自动停车74期间，当车辆10怠速时，停用内燃机24。因此，如图所示，车辆没有速度。从自动停止74开始，要继续驾驶车辆，电池***12经曲柄暖起动76内燃机24。如在本文中所使用的，“经曲柄暖起动”旨在表示从自动停止74开始起动(即，经曲柄起动)内燃机24。如将在下面进一步描述的，用于经曲柄暖起动76内燃机24的电力可以小于用于经曲柄冷起动62的电力。在起动(即，经曲柄起动)内燃机24之后，车辆10在时间7和时间8之间再次加速78。
当车辆在自动停止74中时，电池***12继续向车辆的电气***46供电。额外地，这可以包括向点火***16供电以经曲柄暖起76动内燃机24。然而，在自动停止74中时，由于停用了内燃机24，电池***12没有通过交流发电机18进行充电。因此，如上所述，在再生制动期间(例如，68或72)提高电池***12在储存(例如，捕获)所产生的电力方面的效率可能是有益的。额外地，在各种车辆操作(例如，巡航70、自动停止74、经曲柄暖起动76和/或加速78)期间，提高电池***在分配(例如，供应)所储存的电力方面的效率可能是有益的。
如上面所讨论的，为了帮助说明在电压配对(例如，非电压匹配、部分电压匹配和电压匹配)之间的差异，下面将关于在图6中所述的假想车辆操作来描述利用电压配对中的每一对的电池***12的操作。此外，为了简化以下讨论，将关于包括铅酸电池28和第二电池30的能量储存组件14来讨论电池***12。然而，在其他实施例中，铅酸电池28和第二电池30可以位于车辆10的不同区域中，例如作为单独的模块。
考虑到前面的内容，图7A至7D描述了在图4A中所示的半无源电池架构50A相关于上面在图6中所述的假想车辆操作的说明性电压。图7A至7D为XY图，其中的每一个包括描述半无源架构50A的动态电压的电压曲线和描述在时间0和时间8之间的第二电池30的动态电压的第二电池电压曲线，其中电压在Y轴上且时间在X轴上。更具体地说，图7A描述了具有非电压匹配的电池配对的半无源架构50A，图7B描述了具有部分电压匹配的电池配对的第一实施例的半无源架构50A，图7C描述了具有部分电压匹配的电池配对的第二实施例的半无源架构50A，且图7D描述了具有电压匹配的电池配对的半无源架构50A。如应当理解的，由于铅酸电池28直接连接到总线26，因此电池***电压将与铅酸电池电压相同。
非电压匹配的
在功能上，半无源实施例(例如，非电压匹配、第一实施例的部分电压匹配、第二实施例的部分电压匹配、电压匹配)类似于其各自的无源电池***的实施例。因此，为了更有效地捕获经再生制动产生的电力，铅酸电池28通常可以在95至100％之间的充电状态下进行操作，且第二电池30通常可以在0％的充电状态下进行操作。换句话说，将铅酸电池28保持在相对满的充电状态下以使所产生的电力导向第二电池30，且将第二电池30保持在相对空的充电状态下以利用第二电池30的完全储存容量(即，0至100％的充电状态)。
例如，图7A示出当铅酸电池在切断82期间向电气***46的组件供给电力时(例如，在时间0和时间1之间)，电池***的电压80降低；当铅酸电池28经曲柄冷起动84内燃机24时(例如，在时间1)，其急剧下降；当车辆加速86和巡航88时(例如，在时间1和时间3之间)，其进行微循环；当在再生制动90期间将电力储存在第二电池30中时(例如，在时间3和时间4之间)，其增加；当在巡航92期间第二电池30向电气***46供给电力时(例如，在时间4和时间5之间)，其降低；当在再生制动94期间将电力再次储存在第二电池30中时(例如，在时间5和时间6之间)，其增加；当在自动停止96期间第二电池30向电气***46供给电力时(例如，在时间6和时间7之间)，其降低；其急剧下降以经曲柄暖起动98内燃机24(例如，在时间7)；其降低直到储存在第二电池30中的电力被耗尽100或几乎被耗尽；且在此后进行微循环(例如，在加速86和巡航88期间进行微循环)。
更具体地说，如上所述，当需要对第二电池30进行充电或放电时，可以闭合双稳态继电器52A。例如，在时间0和时间3之间(例如，切断82、经曲柄冷起动84、加速86和巡航88)，双稳态继电器52A可以是断开的以使得铅酸电池28能够由自身向电气***46供给电力。因此，如图所示，将第二电池的电压102保持在约13.3伏(例如，0％的充电状态)。额外地，在时间3和时间7之间(例如，再生制动90、巡航92、再生制动94、自动停止96和经曲柄暖起动98)，可以闭合双稳态继电器52A以使得第二电池30能够进行充电，例如在再生制动90和94期间，以及进行放电，例如，在巡航92和自动停止96期间。而且，双稳态继电器52A可以保持为闭合的直到储存在第二电池30中的电力被耗尽100。因此，由于第二电池30含有约60％的充电状态，所以铅酸电池28与第二电池30可以一起供电以经曲柄暖起动98内燃机，如图所示。更具体地说，是否利用第二电池30来经曲柄起动内燃机可以至少部分地基于用于第二电池的最小充电状态。在一些实施例中，最小充电状态可以是第二电池的充电状态的20％、40％或60％。如在本文中所使用的，“最小充电状态”旨在描述随电池的充电状态的变化而变化的最小电量，其可以由第二电池30提供以便于车辆操作，诸如经曲柄起动内燃机24或向电气***46供电。一旦第二电池30被耗尽，双稳态继电器52A则可以是断开的，这断开了第二电池30并使得铅酸电池28能够由自身向电气***46供电。
第一实施例的部分电压匹配的
如上所述，图7B描述了根据第一实施例的当电池28和30为部分电压匹配时的半无源电池***50A。图7B示出根据第一实施例的电池***的电压曲线104和第二电池的电压曲线106。更具体地说，电压曲线104和106基于在图5中所述的电压特征。换句话说，铅酸电池28和LTO/NMC电池30。
如上面关于非电压匹配对所讨论的，可以在95至100％之间的充电状态下操作铅酸电池28以使再生电力导向第二电池30，其可以更有效地捕获再生电力。额外地，基于电池28和30的电压特征(例如，电流导向)，第二电池30可以由自身供电直到其电压接近铅酸电池电压为止。如在本文中所使用的，该电压可以称为“阈值电压”。因此，在本实施例中，由于在95至100％之间的充电状态下操作铅酸电池28，第二电池30可以由自身向电气***46供电直到其接近约为12.9伏的电压阈值，在该点上，铅酸电池28或铅酸电池28和第二电池30可以向电气***46供电。换句话说，一旦第二电池30降低到约20％的充电状态，铅酸电池28就可以开始输出电力。因此，仅利用第二电池30的储存容量的一部分。例如，在本实例中，可以利用第二电池30的80％(例如，在20至100％之间的充电状态)的储存容量。如在本文中所使用的，部分电压匹配的电池***的“第一实施例”旨在描述通常将电池28(例如，铅酸电池)保持在满充电状态(例如，100％的充电状态)下且将第二电池28保持在对应于阈值电压的充电状态(例如，20％的充电状态)下。
类似于图7A，当铅酸电池28在切断108期间向电气***46供给电力时(例如，在时间0和时间1之间)，电池***的电压104降低；当铅酸电池28经曲柄冷起动110内燃机时(例如，在时间1)，其急剧下降；当车辆加速112和巡航114时(例如，在时间1和时间3之间)，其进行微循环(例如，以将铅酸电池28保持在95至100％之间的充电状态下)；当在再生制动116期间将电力储存在第二电池30中时(例如，在时间3和时间4之间)，其增加；当在巡航118期间电池***向电气***46供给电力时(例如，在时间4和时间5之间)，其降低；当在再生制动120期间将电力再次储存在第二电池30中时(例如，在时间5和时间6之间)，其增加；当在自动停止122期间电池***向电气***46供给电力时(例如，在时间6和时间7之间)，其降低；当铅酸电池28经曲柄暖起动124内燃机24时(例如，在时间7)，其急剧下降；且在储存在第二电池30中的电力被耗尽或几乎被耗尽之后(例如，在加速126期间)，其进行微循环。
更具体地说，类似于上述的半无源非电压匹配，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在时间0和时间3之间(例如，切断108、经曲柄冷起动110、加速112和巡航114)为断开的以使得铅酸电池28能够由自身向电气***46供电。额外地，双稳态继电器52A可以在第二电池30已放电至阈值电压之后断开。例如，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在微循环128和放电130期间是断开的以将第二电池30与电气***46断开。因此，如图所示，第二电池的电压106在这些周期期间保持相对恒定。如能够理解的，第二电池的电压106可能由于电压松弛和/或自放电而经历一些衰减。而且，在所示的实施例中，由于双稳态继电器52A为断开的，铅酸电池28由自身供电以经曲柄暖起动124内燃机24。
在另一方面，可以闭合双稳态继电器52A以使得第二电池30能够进行充电/放电。例如，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在再生制动116和120期间闭合以对第二电池30充电。额外地，在第二电池30供电时，例如在达到其阈值电压之前的巡航118和自动停止122的部分期间(例如，在微循环128和放电130之前)，闭合双稳态继电器52A。更一般地，当电气***46需要电力且第二电池30在最小充电状态以上时，可以闭合双稳态继电器52A。
第二实施例的部分电压匹配的
基于具有部分电压匹配的电池的半无源电池架构50A的第一实施例的上述描述，由第二电池30利用的再生电力的量可以小于其完全储存容量。因此，在具有部分电压匹配的电池的半无源电池架构50A的第二实施例中，可以降低阈值电压以增加可以由第二电池30捕获和供给的再生电力的量。例如，在图7C中所述的第二实施例中，将阈值电压降低至约12.6伏，图7C示出描述电池***12的电压的电池***电压曲线132以及描述第二电池30的电压的第二电池电压曲线134。更具体地说，电压曲线132和134基于在图5中所述的电压特征。换句话说，铅酸电池28通常被保持在80至85％之间的充电状态下且第二电池30通常被保持在15％的充电状态下。因此，在第二实施例中，第二电池30可以利用其储存容量的85％(例如，15至100％的充电状态)以捕获再生电力，其与第一实施例(例如，80％)相比为5％的充电状态的增加。在其他实施例中，可以通过将铅酸电池28维持在50至55％、55至60％、60至65％、65至70％、70至75％、85至90％之间的充电状态或其任何组合下来降低阈值电压。如在本文中所使用的，部分电压匹配电池***的“第二实施例”旨在描述将第一电池28(例如，铅酸电池)保持在通常为小于满充电状态(例如，在80至85％之间的充电状态)的状态下以降低阈值电压。
类似于图7B，当铅酸电池28在切断136期间向电气***46的组件供给电力时(例如，在时间0和时间1之间)，电池***的电压132降低；当铅酸电池28经曲柄冷起动138内燃机时(例如，在时间1)，其急剧下降；当车辆加速140和巡航142时(例如，在时间1和时间3之间)，其进行微循环(例如，以将铅酸电池保持在80至85％之间的充电状态下)；当在再生制动144期间将电力储存在第二电池30中时(例如，在时间3和时间4之间)，其增加；当在巡航146期间第二电池30向电气***46供给电力时(例如，在时间4和时间5之间)，其降低；当在再生制动148期间将电力再次储存在第二电池30中时(例如，在时间5和时间6之间)，其增加；当在自动停止150期间第二电池30向电气***46供给电力时(例如，在时间6和时间7之间)，其降低；其急剧下降以经曲柄暖起动152内燃机24(例如，在时间7)；以及在储存在第二电池30中的电力被耗尽或几乎被耗尽之后(例如，在加速154期间)，其进行微循环。
更具体地说，类似于上述的第一半无源部分电压匹配的实施例，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在时间0和时间3之间(例如，切断136、经曲柄冷起动138、加速140和巡航142)为断开的以使得铅酸电池28能够由自身向电气***46供电。额外地，双稳态继电器52A可以在第二电池30已放电至阈值电压之后断开。例如，在所示的实施例中，双稳态继电器52A断开以断开第二电池30，且铅酸电池28提供电力(例如，在微循环156期间)。因此，如图所示，第二电池的电压134在这些周期期间保持在相对恒定的电压上。而且，由于第二电池30尚未到达阈值电压，第二电池30与铅酸电池28可以一起供电以经曲柄暖起动152内燃机24。
在另一方面，可以闭合双稳态继电器52A以使得第二电池30能够进行充电/放电。例如，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在再生制动144和148期间闭合以对第二电池30充电。额外地，当第二电池30供电时，例如，在巡航146和自动停止150期间，双稳态继电器52A为闭合的。
电压匹配的
而且，如上所述，图7D描述了当电池28和30为电压匹配时的半无源架构50A。换句话说，例如，铅酸电池28和LTO/LMO电池30。如图所示，图7D示出描述电池***的电压的电池***电压曲线158以及描述第二电池30的电压的第二电池电压曲线160。如上所述，第二电池30可以由自身向电气***46供电直到第二电池30接近阈值电压为止。因此，类似于上述的部分电压匹配的第二实施例，可以减小阈值电压以增加第二电池30的储存容量。说明性地，如果阈值电压为约12.9伏，铅酸电池28通常被保持在95至100％之间的充电状态下且第二电池30被保持在约75％的充电状态下。换句话说，第二电池30能够利用其储存容量的25％以捕获再生电力(例如，75至100％的充电状态)。比较地，如果将阈值电压降低至约12.3伏，铅酸电池28通常被保持在60至65％之间的充电状态下(例如，通常小于满充电状态)且第二电池30通常被保持在约35％的充电状态下。因此，第二电池30能够利用其储存容量的65％以捕获再生电力(例如，35至100％的充电状态)。
类似于上面的图7C，当铅酸电池28在切断162期间向电气***46的组件供给电力时(例如，在时间0和时间1之间)，电池***的电压158降低；当铅酸电池28经曲柄冷起动164内燃机时(例如，在时间1)，其急剧下降；当车辆加速166和巡航168时(例如，在时间1和时间3之间)，其进行微循环(例如，以将铅酸电池28保持在60至65％之间的充电状态下)；当在再生制动170期间将电力储存在第二电池30中时(例如，在时间3和时间4之间)，其增加；当在巡航172期间电池***向电气***46供给电力时(例如，在时间4和时间5之间)，其降低；当在再生制动174期间将电力再次储存在第二电池30中时(例如，在时间5和时间6之间)，其增加；当在自动停止176期间电池***向电气***46供给电力时(例如，在时间6和时间7之间)，其降低；当铅酸电池经曲柄暖起动178内燃机24时(例如，在时间7)，其急剧下降；且在储存在第二电池30中的电力被耗尽或几乎被耗尽之后(例如，在加速180期间)，其进行微循环。
更具体地说，类似于上述的半无源实施例，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在时间0和时间3之间(例如，切断162、经曲柄冷起动164、加速166和巡航168)为断开的以使得铅酸电池28能够由自身向电气***46供电。额外地，双稳态继电器52A可以在第二电池30已放电至阈值电压之后断开。例如，在所示的实施例中，当达到阈值电压时，双稳态继电器52A断开以在微循环182或放电128期间断开第二电池30。因此，如图所示，LTO/LMO电池电压160在这些周期期间保持在相对恒定的电压下。而且，在所示的实施例中，由于双稳态继电器52A为断开的，铅酸电池28由自身供电以经曲柄暖起动178内燃机24。
在另一方面，可以闭合双稳态继电器52A以使得第二电池30能够进行充电/放电。例如，在所示的实施例中，双稳态继电器52A在再生制动170和174期间闭合以对第二电池30充电。额外地，在第二电池30供电时，例如在达到其阈值电压之前的巡航172和自动停止176的部分期间(例如，在微循环182和放电184之前)，闭合双稳态继电器52A。
如上面关于在图7A至7D中所述的实施例进行的讨论，双稳态继电器52A可以断开以当不需要对第二电池30进行充电或放电时断开第二电池30。例如，当铅酸电池28供电时(例如，在切断、经曲柄冷启动、加速和巡航期间)，双稳态继电器52A可以是断开的。额外地，当第二电池30放电至阈值电压(例如，128、130、156、182或184)时，双稳态继电器52A可以是断开的。比较地，铅酸电池28与第二电池30一起可以在切断(例如，118、146或168)期间供电，且交流发电机18可以使铅酸电池28和第二电池30进行微循环，这是因为第二电池30直接联接到总线26。
在一些实施例中，使铅酸电池28自身进行微循环(例如，不使第二电池30进行微循环)可以增加车辆的燃料经济性和/或减少不期望的排放，这是因为与两个电池(例如，铅酸电池28和第二电池30)相比，交流发电机18是对单个电池(例如，铅酸电池28)进行充电的。额外地，不使第二电池30进行微循环可以提高第二电池30的寿命，这是因为在微循环期间没有对第二电池30重复地进行充电和放电。因此，可以基于这些因素来减少半无源架构50A的总成本。
类似地，如在图4B中所示，包括用于选择性地联接铅酸电池28的双稳态继电器52B可以提高铅酸电池28的寿命且提高第二电池30的再充电效率。例如，当铅酸电池28被维持在小于满充电状态(例如，第二部分电压匹配的实施例)时，双稳态继电器52B可以在再生制动期间断开铅酸电池28，以将所有再生电力导向更有效地捕获再生电力的第二电池30。额外地，双稳态继电器52B可以断开铅酸电池28，以使得第二电池30能够在比铅酸电池28的最大充电电压更高(例如，过电压)的更高电压(例如，16.8伏)下进行充电以提高第二电池30的充电率。例如，在本实施例中，交流发电机18可以输出高达16.8伏的电压以对第二电池30进行充电。然而，铅酸电池28的最大充电电压可以是14.8伏，这是因为在该点之上，铅酸电池28可以开始产生氧气和氢气，这会对铅酸电池28的寿命产生负面影响。换句话说，双稳态继电器52B可以是断开的以使得第二电池30能够在保护铅酸电池28免受过电压的影响的同时更优化地进行充电，例如当电池28和30是非电压匹配或部分电压匹配时。
基于上述的半无源架构50A、50B的各种实施例，由电池控制单元36利用的控制算法可以比用于无源电池***42的算法更复杂。更具体地说，除了控制交流发电机18之外，电池控制单元36可以闭合和断开双稳态继电器52以控制半无源架构50的操作。如上所述，双稳态继电器52可以在电池28或30充电或放电时闭合且在其他情况下断开。此外，图8示出了用于在接通和切断期间确定断开和闭合双稳态继电器52A的所需时间的方法186。最初，在方框188中，车辆10可以接收指示从熄火位置起动汽车的接通信号。当确定双稳态继电器52A的位置时，在方框190中，电池控制单元36可以确定第二电池30的电压是否低于第一电池28的电压。在做出该确定中，电池控制单元36确定第二电池30的充电状态是否足够高以在起动内燃机24的同时向第一电池28提供支持。
例如，如果第二电池30具有大于或等于第一电池28的电压，在方框192中，电池控制单元36则可以指示双稳态继电器52A闭合。在双稳态继电器52A闭合的情况下，第二电池30联接到总线26。在联接到总线26之后，可以立即将第二电池30用于辅助第一电池28起动内燃机24。
可替代地，如果第二电池30具有小于第一电池28的电压，在方框194中，电池控制单元36则可以指示双稳态继电器52A断开。当第二电池30的电压低于第一电池28的电压时，其可以指示第二电池30的充电状态为非常“低”的。当第二电池30的充电状态非常低时，可以专门依靠第一电池28以起动车辆10，以避免更进一步地耗尽第二电池30的充电状态。以这种方式，一旦第一电池28起动车辆10，第二电池30则可以按更高的效率被再充电至具有更多功能的充电状态。
在方框190中确定电压比较以及在方框192和194中闭合或断开双稳态继电器52A之后，在方框196中，第一电池28或电池28和30可以经曲柄起动内燃机24。通过经曲柄起动内燃机24，车辆10可以开始对电池进行再充电或使电池进行微循环，如上面所讨论的。此外，电池控制单元36可以根据情况继续断开或闭合双稳态继电器52A，如上面关于图7A至7D讨论中所讨论的。例如，当车辆10进行再生制动以对第二电池30进行再充电时，电池控制单元36可以指示双稳态继电器52A闭合，或者当第二电池30降低到指示低充电状态的阈值电压以下时，电池控制单元36可以指示双稳态继电器52A断开。
随后，在方框198中，车辆10可以接收指示用户已停止车辆10的内燃机24的切断指示。在接收切断指示之后，电池控制单元36可以立即指示双稳态继电器52A闭合。一旦双稳态继电器52A闭合，当车辆10熄火时仍保持操作的电气***46的组件(例如，灯、风扇、发动机控制模块、附件、门锁等)可以由第二电池30供电。第二电池30可以在切断指示之后继续为组件供电直到第二电池30达到预定的阈值电压，从接收到切断指示后已经过预定的时间量(例如，2至5分钟)或指示乘客从车辆10离开的打开车辆10的门为止。此外，该方法186可以在完成方框200之后在方框188中立即重新开始。
在另一实施例中，电池控制单元36可以断开双稳态继电器52B，以使得第二电池30能够在保护铅酸电池28免受过电压影响的同时按最佳方式进行充电(例如，具有更高的充电电压)。因此，电池控制单元36可以打开/关闭交流发电机18以及断开/闭合双稳态继电器52B，以将电池28和30中的每一个保持在各自的目标充电状态。除了断开/闭合双稳态继电器52B以便将电池28和30保持在其目标充电状态之外，电池控制单元36可以由于其他原因，诸如可能导致电池28或30中的一个位于其最佳操作区域之外的极端温度而断开电池28或30。
在图9中示出了本文所述的电池单元的一个实施例。本文所述的电池单元可以是棱柱形电池单元202，其中如本文所限定的棱柱形电池单元202包括通常为矩形形状的棱柱形外壳。与袋状单元相比，棱柱形外壳由相对不可弯曲的硬(例如，金属)材料制成。然而，应注意的是，除了或代替棱柱形电池单元，下面所述实施例中的某些实施例可以包含袋状单元。根据本实施例，每个棱柱形电池单元可以包括顶部外壳部分204，其中定位有一组单元端子32、34(例如，正极和负极单元端子)。一个或多个单元排气孔206也可以位于顶部外壳部分204上。棱柱形单元外壳还包括位于与顶部外壳部分204相对处的底部外壳部分208。可以是直的或圆形的第一和第二侧210、212在对应于单元端子32、34的各个位置上的底部和顶部外壳部分208、204之间延伸。可以是平坦的(如图所示)或圆形的第一和第二面214、216在每个单元202的相对端联接第一和第二侧210、212。
所公开的实施例中的一个或多个可以单独地或组合地提供一个或多个技术效果，其包括基于车辆10的操作情况将第一电池28或第二电池30与电气***46进行联接或分离。说明书中的技术效果和技术问题是示例性的且不是限制性的。应注意的是，在说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果且能够解决其他技术问题。
虽然仅示出和描述了某些特征和实施例，但是本领域的技术人员在实质上未脱离所公开主题的新颖教示和优点的情况下可以想到许多修改和变化(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色，取向等的变化)。任何工艺或方法步骤的顺序或序列可以根据可替代的实施例进行变化或重新排序。因此，要理解的是，所附权利要求旨在涵盖落在本发明的真实精神内的所有这样的修改和变化。而且，为了提供对示例性实施例的简明描述，可能尚未描述实际实施方式的所有特征。应理解的是，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，可以做出许多特定于实施方式的决定。这种开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，其不过是进行设计、制作和制造的常规工作，而无需进行过度的实验。

Claims (24)

1.一种电池***，其包括：
第一电池，其被配置成联接到电气***，其中所述第一电池包括第一电池化学组成；
第二电池，其与所述第一电池并联联接且被配置成经双稳态继电器选择性地联接到所述电气***，其中所述第二电池包括第二电池化学组成，其具有比所述第一电池化学组成更高的库伦效率，所述双稳态继电器被配置成在再生制动期间将所述第二电池联接到所述电气***以使得所述第二电池能够捕获在再生制动期间产生的大部分电力，且所述双稳态继电器被配置成在车辆从接通位置转换到切断位置时保持所述第二电池至所述电气***的联接。
2.根据权利要求1所述的电池***，其包括交流发电机，其被配置成在再生制动期间输出第一电压以对所述第二电池充电且在其他情况下输出第二电压，其中所述第一电压高于所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的电池***，其中所述双稳态继电器被配置成当所述车辆从长切断位置转换到所述接通位置时将所述第二电池联接到所述电气***，且所述第一电池的第一电压小于所述第二电池的第二电压。
4.根据权利要求1所述的电池***，其中所述双稳态继电器被配置成当所述车辆从长切断位置转换到所述接通位置时保持与所述电气***分离的所述第二电池，且所述第一电池的第一电压大于所述第二电池的第二电压。
5.根据权利要求1所述的电池***，其中所述双稳态继电器在所述车辆从所述接通位置转换到所述切断位置之后将所述第二电池至所述电气***的联接保持预定的时间量。
6.根据权利要求1所述的电池***，其包括电池控制单元，其被配置成在再生制动之前将所述第一电池大体保持在满充电状态以使得所述第一电池能够使用所述第一电池的内电阻使在再生制动期间产生的电力导向所述第二电池。
7.根据权利要求1所述的电池***，其包括电池控制单元，其被配置成在再生制动之前将所述第一电池保持在小于满充电状态的水平以增加所述第二电池的储存能力。
8.根据权利要求1所述的电池***，其包括用于容纳所述第一电池、所述第二电池和所述双稳态继电器的壳体，其中所述壳体包括正极端子和联接到所述第一电池并经所述双稳态继电器选择性地联接到所述第二电池的接地端子，其中所述正极端子和所述接地端子被配置成联接到所述电气***。
9.根据权利要求1所述的电池***，其中所述第一电池和所述第二电池为非电压匹配的，以使得所述第二电池的电池范围高于所述第一电池的电压范围且不重叠，其中所述第一电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第一电池的开路电压，且所述第二电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第二电池的开路电压。
10.根据权利要求1所述的电池***，其中所述第一电池和所述第二电池为部分电压匹配的，以使得所述第一电池的电池范围和所述第二电池的电压范围为部分重叠的，其中电压重叠对应于所述第二电池的总充电状态范围的1至74％之间，且所述第一电池的所述电压范围包括在0至100％充电状态之间的所述第一电池的开路电压且所述第二电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第二电池的开路电压。
11.根据权利要求1所述的电池***，其中所述第一电池化学组成为铅酸，且所述第二电池化学组成为锂离子。
12.根据权利要求11所述的电池***，其中所述第二电池化学组成为在阳极的钛酸锂以及在阴极的锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂钴氧化物(LCO)共混物。
13.一种汽车电池***，其包括：
第一电池，其被配置成联接到电气***，其中所述第一电池包括第一电池化学组成；
第二电池，其与所述第一电池并联联接且被配置成经双稳态继电器选择性地联接到所述电气***，其中所述第二电池包括第二电池化学组成，其具有比所述第一电池化学组成更高的库伦效率，所述双稳态继电器被配置成在再生制动期间将所述第二电池联接到所述电气***以使得所述第二电池能够捕获在再生制动期间产生的大部分电力，且所述双稳态继电器被配置成当所述第一电池的第一电压大于所述第二电池的第二电压时保持与所述电气***分离的所述第二电池且同时起动发动机。
14.根据权利要求13所述的汽车电池***，其中所述双稳态继电器被配置成当所述第二电池的所述第二电压大于所述第一电池的所述第一电压时将所述第二电池联接到所述电气***，且同时起动所述发动机。
15.根据权利要求13所述的汽车电池***，其中所述双稳态继电器被配置成当所述第二电池的所述第二电压位于阈值电压以下时将所述第二电池联接到所述电气***，且同时起动所述发动机。
16.根据权利要求15所述的汽车电池***，其中所述双稳态继电器被配置成在起动所述发动机之后将所述第二电池与所述电气***分离并保持与所述电气***分离的所述第二电池直到经再生制动产生能量以对所述第二电池进行充电为止。
17.根据权利要求13所述的汽车电池***，其中所述第一电池和所述第二电池为非电压匹配的，以使得所述第二电池的电池范围高于所述第一电池的电压范围且所述电压范围不重叠，其中所述第一电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第一电池的开路电压，且所述第二电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第二电池的开路电压。
18.根据权利要求13所述的汽车电池***，其中所述第一电池和所述第二电池为部分电压匹配的，以使得所述第一电池的电池范围和所述第二电池的电压范围为部分重叠的，其中电压重叠对应于所述第二电池的总充电状态范围的1至74％之间，且所述第一电池的所述电压范围包括在0至100％充电状态之间的所述第一电池的开路电压且所述第二电池的所述电压范围包括在0至100％的充电状态之间的所述第二电池的开路电压。
19.一种12伏汽车电池***，其包括：
第一电池，其被配置成经双稳态继电器选择性地联接到电气***，其中所述第一电池包括第一电池化学组成；以及
第二电池，其与所述第一电池并联联接且被配置成联接到所述电气***，其中所述第二电池包括第二电池化学组成，其具有比所述第一电池化学组成更高的库伦效率；
其中所述双稳态继电器被配置成在再生制动期间断开所述第一电池以使得所述第二电池能够在比所述第一电池的最大充电电压更高的电压下进行充电。
20.根据权利要求19所述的电池***，其中所述第一电池的所述最大充电电压低于所述第二电池的最大充电电压。
21.根据权利要求20所述的电池***，其中当所述第一电池化学组成为铅酸且所述第二电池化学组成为锂离子时，比所述第一电池的所述最大充电电压更高的所述电压为14.8至16.8伏之间。
22.根据权利要求21所述的电池***，其中所述第二电池化学组成为在阳极的钛酸锂以及在阴极的锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂钴氧化物(LCO)共混物。
23.根据权利要求19所述的电池***，其包括用于容纳所述第一电池、所述第二电池和所述双稳态继电器的壳体，其中所述壳体包括正极端子和联接到所述第二电池并经所述双稳态继电器选择性地联接到所述第一电池的接地端子，其中所述正极端子和所述接地端子被配置成联接到所述电气***。
24.根据权利要求19所述的电池***，其中所述双稳态继电器被配置成当车辆从接通位置转换到切断位置时将所述第一电池与所述电气***分离并当所述车辆从所述切断位置转换到所述接通位置时将所述第一电池联接到所述电气***。
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