CN110650863A - 用于平衡电池组的方法和装置 - Google Patents

用于平衡电池组的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110650863A
CN110650863A CN201780086623.7A CN201780086623A CN110650863A CN 110650863 A CN110650863 A CN 110650863A CN 201780086623 A CN201780086623 A CN 201780086623A CN 110650863 A CN110650863 A CN 110650863A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cell
battery
balancing
battery pack
sob
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780086623.7A
Other languages
English (en)
Inventor
埃斯特班·杰尔索
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volvo Truck Corp
Original Assignee
Volvo Truck Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volvo Truck Corp filed Critical Volvo Truck Corp
Publication of CN110650863A publication Critical patent/CN110650863A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/32—Constructional details of charging stations by charging in short intervals along the itinerary, e.g. during short stops
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/64—Optimising energy costs, e.g. responding to electricity rates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/18—Buses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/22—Microcars, e.g. golf cars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/36—Vehicles designed to transport cargo, e.g. trucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/40—Working vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/11—Passenger cars; Automobiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/41—Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于平衡电池组(5)的方法，该电池组包括用于电动车辆的多个电池单体(5a、5b、5c)。该方法包括：确定所述电池单体(5a、5b、5c)中的每一个电池单体的荷电状态(SOC)；接收与电动车辆的直至预测时间区域的预期使用相关的信息；并且确定当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)。此外，该方法包括：基于当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)来平衡电池单体(5a、5b、5c)，使得所述单体平衡过程的使用和所述平衡状态(SOB)被优化，以最小化电池组(5)的能量使用。本发明还涉及一种用于平衡电池组(5)的装置。

Description

用于平衡电池组的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于平衡电池组的方法和装置。
本发明能够应用在重型车辆(例如公共汽车、卡车和建筑设备以及乘用车)中。尽管下面将针对公共汽车来描述本发明，但本发明不限于这种特定车辆，而是也可用在其它车辆中。
背景技术
在汽车领域中，与利用替代动力源(即，用作传统内燃发动机的替代品的动力源)推进车辆相关的研究和研发正在增加。已知内燃发动机(例如汽油发动机或柴油发动机)以相对低的燃料消耗提供高效率。然而，环境方面的考虑已经导致更环保的车辆(特别是电动车辆)的研发的增加。
如今，存在各种类型的包括电机的车辆推进***。例如，车辆能够仅由电机、即以全电动车辆(EV)的形式操作，或者由包括电机和内燃发动机二者的装置操作。后一种替代方案通常被称为混合动力车辆(HEV)，并且能够以如下方式被利用：其中，在城市地区之外行驶时，使用内燃发动机来操作车辆，而在城市地区中或者在需要限制有害污染物(例如氮氧化物、化石二氧化碳和一氧化碳)排放的环境中，可以使用电机。混合动力车辆通常使用可充电电池组来向电机供应电能。
此外，由内燃发动机和从电池组供电的电机操作的车辆被称为外接插电式混合动力车辆(PHEV)，该电池组能够由外部主电源重新充电。
电动车辆中涉及的技术与用于车辆的电能存储***及电池相关技术的发展密切相关。如今的用于车辆的电能存储***可以包括具有多个可充电电池单体的电池组，这些可充电电池单体与控制电路一起形成一种***，该***被配置成向车辆中的电机提供电力。通过与外部电源的连接，电池单体能够被恢复到包括完全充电的状态。该外部电源能够是普通电网电力***的形式，该电网电力***能够经由传统的电源线接入，或者能够为其它充电装置的形式，这取决于所涉及的车辆和重新充电过程的电力需求。
在充电期间，必须在相对短的时间内将大量的能量馈送到能量存储***中，以优化车辆的行驶里程。为此，能量存储***的实际充电适当地通过以下过程来实现：其中，车辆上的控制单元请求通过外部电源执行充电过程。这是在能量存储***和外部电源已经通过合适的连接器元件电连接之后进行的。
在汽车领域中，能量存储***通常包括具有大量电池单体的电池组。使用外接插电式混合动力车辆作为示例，电池组例如可以是锂离子型的。在使用600V锂离子电池组的情况下，将需要大约200个串联连接的电池单体来实现所期望的电压，以便操作车辆。然后，车辆的可用行驶里程取决于某些参数，例如电池组的荷电状态(SOC)。荷电状态能够被定义为在某个时间点处残留在电池组中的剩余电容量，即，它对应于具有内燃发动机的车辆中的燃料表功能，并且荷电状态是一个重要参数，用于防止电池在充电不足或过度充电的情形中操作并且用于以最佳方式管理所述车辆中的能量。由于无法直接测量该参数，所需需要估计荷电状态。
根据先前已知的技术，存在数种确定电池组的荷电状态(SOC)的方法。例如，第一种方法依赖于基于电压的荷电状态估计，其中电池单体的电压被用于计算荷电状态值。另一种确定荷电状态(SOC)值的方法依赖于测量通过电池组的电流的过程。通过将电流整合(integrating)，能够获得从电池组放出的电荷的测量值。
此外，电池组由电池管理单元(BMU)控制，该电池管理单元被配置成使电池组维持在适当的操作条件下并且确保电池组的长工作寿命。
此外，已知的是，通过被称为电池单体平衡(battery cell balancing)或单体均衡(cell equlization)的过程能够满足对最佳电池性能的要求。原因是电池组中的不同电池单体的电压在一段时间期间、在单体之间会有所不同。单体之间的这种失衡可能导致电池性能劣化，这需要通过单体平衡过程来校正。
如今，存在数种不同的用于单体平衡的方法。一种这样的已知方法是将选定的电池单体(该电池单体被发现具有与其余电池单体显著不同的单体电压或荷电状态(SOC))通过与该电池单体并联联接的电阻器进行放电。
专利文献JP 2010/008173教导了一种用于控制车辆中的电池组的单体平衡过程的方法和装置。该方法包括根据操作开始时的荷电状态来控制单体平衡。而且，基于所述车辆的路线信息来确定结束时的荷电状态。
尽管文献JP 2010/008173教导了一种用于平衡电池组的单体的***，但是存在如下形式的问题：即，需要在单体平衡期间最小化来自电池组的泄漏电流，即对应于一定量的功率损失。以这种方式，并且通过优化单体平衡过程，能够优化电池组的总体性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的方法和装置，通过该方法和装置，能够优化用于车辆中的电池组的单体平衡过程。
该目的至少部分地通过一种用于平衡电池组的方法来实现，该电池组包括用于电动车辆的多个电池单体；所述方法包括：确定所述电池单体中的每一个电池单体的荷电状态(SOC)；接收与所述电动车辆的直至预测时间区域(prediction horizon)的预期使用相关的信息；并且确定当前时间的平衡状态值和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值。此外，该方法包括：基于当前时间的平衡状态值和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值来平衡电池单体，使得平衡状态(SOB)和所述单体平衡过程的使用被优化，以最小化电池组的能量使用。
通过提供上述方法，获得的优点在于：通过使用与车辆中的电池单体的未来能量使用相关的信息，能够获得更精确的单体平衡。更确切地，通过确定来自电池组的未来电流消耗(即，在所述预测时间区域处)，能够获得更有效率的单体平衡，其中电池组的平衡状态(SOB)得到改善。
术语“预测时间区域”是指所述车辆的使用期间的未来时间点。根据一个实施例，所述预测时间区域为当前时间之后30-60分钟的量级，但本发明不仅限于这种时间尺度。特别地，该预测时间区域能够替代地是相对长的，为几小时时间的量级，或者是相对短的，为10-20分钟的量级。
根据一个实施例，该方法包括：通过与每个电池单体相关联的可控开关来平衡所述电池单体，每个开关被配置成将电阻器与每个电池单体并联连接；并且，以如下方式平衡所述电池单体：在所述平衡步骤期间针对所述电阻器中的功率损失来优化所述开关的使用。
以这种方式，能够获得一种用于平衡电池单体的可靠且有效率的方法。
根据一个实施例，该单体平衡包括通过最小化所述开关被激活期间的时间来优化所述开关的使用，所述时间等同于该单体平衡期间的功率损失。以这种方式，获得了一种用于在单体平衡过程期间最小化电池单体的总功率损失的有效优化方法。
根据一个实施例，该单体平衡包括以下步骤：定义控制向量，该控制向量指示了所述开关中的对应的一个开关的状态；并且，通过最小化作为所述控制向量的函数的功率损失来优化所述单体平衡。以这种方式，能够实现一种能够以有效率的方式在车辆的电子控制单元中实施的优化方法。
根据一个实施例，该单体平衡包括以下步骤：定义具有多个分量的所述控制向量，所述多个分量中的每一个均对应于所述开关中的一个开关，其中所述分量中的每一个均具有在0和1之间的值，当开关被断开时为0，而当开关被接通时为1，并且其中，在0和1之间的值表示在特定时间段期间、对应的开关的位置的平均值。以这种方式，获得了一种在控制单元中需要相对少量的计算的优化方法。
根据一个实施例，该单体平衡包括以下步骤：至少使用每个单体的电压、电池组电流和每个单体的温度的测量值来确定电池单体的荷电状态(SOC)。以这种方式，能够通过在车辆的电池组中容易得到的测量参数来获得确定荷电状态的合适途径。
根据一个实施例，该单体平衡包括以下步骤：还至少基于每个电池单体的单体容量和内部电阻来平衡电池单体。以这种方式，获得了用于确定荷电状态的非常高的精度。
根据第二方面，上述目的还通过一种用于平衡电池组的装置来实现，该电池组包括用于电动车辆的多个电池单体；所述装置包括电池控制单元，该电池控制单元被配置成：确定所述电池单体中的每一个电池单体的荷电状态；接收与电动车辆的直至预测时间区域的预期使用相关的信息；并且确定当前时间的平衡状态值和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值。此外，该电池控制单元被配置成：基于当前时间的平衡状态值和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值来平衡电池单体，以便针对该电池组的能量使用来优化单体平衡过程的使用和所述平衡状态。
在以下描述和从属权利要求中，公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在这些图中：
图1是其中能够使用本发明的、公共汽车形式的混合动力车辆的透视图；
图2是根据本发明的实施例的、用于车辆的电池管理***的示意图；
图3是公开了被配置成用于单体平衡的少量电池单体的示例性实施例的示意图；
图4是示意了本发明的实施例的操作的流程图。
具体实施方式
在下文中将参考附图更充分地描述本公开的不同实施例。然而，本文中公开的方法和***能够以很多不同的形式实现，且不应被解释为局限于本文中阐述的方面。
首先参考图1，示出了公共汽车1形式的车辆的简化透视图，根据一个实施例，公共汽车1是电动型的，其配备有用于操作公共汽车1的电机2。这在图1中通过连接到电机2的后轮轴3示意性地示出。电机2适当地作为组合式发电机-电动机而工作。而且，车辆1可以是任何商用车辆的形式，例如卡车等或汽车。
公共汽车1携载有电能存储***4，该电能存储***4包括电池组5，该电池组5将在下面被更详细地描述并且其包括多个电池单体(图1中未详细示出)。如下面将更详细描述的，这些电池单体被串联连接，以提供具有期望的电压电平的输出DC电压。适当地，这些电池单体是锂离子型的，但也可以使用其它类型的。每个电池组的电池单体的数量可以在50至500个单体的范围内。
能量存储***4还包括传感器单元6，该传感器单元6被布置成测量指示电池组5的操作状态的一个或多个预定参数。例如，传感器单元6能够被配置成测量每个电池单体的单体电压(V)以及整个电池组5的电压。此外，传感器单元6能够被配置成测量其它参数，例如电池组5的电池电流(I)或温度(T)。在本发明的范围内，其它测量参数也是可能的。
来自传感器单元6的测量数据被传送到电子控制单元7，该电子控制单元7被配置成在公共汽车1的操作期间控制电能存储***4和其它相关部件。如下面将详细描述的，电子控制单元7还能够被配置成确定指示并控制电池组5的状况或容量的参数，例如电池组5的荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)和能量状态(SOE)。
电子控制单元7用作电池管理单元，该电池管理单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程器件。因此，电子控制单元7包括电子电路和连接(未示出)以及处理电路(未示出)，使得电子控制单元7能够与公共汽车1的不同部件(例如制动器、悬架、动力传动系(特别是电发动机、离合器和变速箱))通信，以至少部分地操作公共汽车1。电子控制单元7可以包括为硬件或软件的模块，或者部分地为硬件或软件的模块，并且使用已知的传输总线(例如CAN总线)和/或无线通信能力进行通信。所述处理电路可以是通用处理器或专用处理器。电子控制单元7包括用于在其上存储计算机程序代码和数据的非暂时性存储器。因此，本领域技术人员会意识到，可以通过很多不同的构造来实现电子控制单元7。
根据图1所示的实施例，能量存储***4布置在公共汽车1的车顶上。然而，本发明不限于这种布局，即，该能量存储***能够布置在其它位置，例如在公共汽车1的地板部分中。而且，尽管本公开参考在公共汽车形式的车辆1中使用的电池组5，但本公开总体上涉及控制任何类型的车辆中的电池组的状态，该车辆至少由电机操作并具有能量存储***，该能量存储***包括具有多个电池单体的电池组。
在公共汽车1的操作期间，电池组5将向电机2输送所要求的电力，电机2进而驱动后轮轴3。该电机能够用于操作车辆的方式大致是先前已知的，因此，这里不再更详细地描述。
公共汽车1配备有第一电连接器元件8，该第一电连接器元件8适当地为安装在公共汽车1的外侧部分上的电连接插座的形式。第一连接器元件8被布置成连接到第二电连接器元件9，该第二电连接器元件9为充电电缆的形式，该充电电缆设置有插头9a，该插头9a能够电连接到第一连接器元件8并且其被配置成在特定电压下传导充电电流。第二电连接器元件9形成外部电源10的一部分，该外部电源10被适当地连接到由图1中所示的充电柱表示的AC电网***。以这种方式，能够经由连接器元件8、9向电池组5供应电流。更确切地，电流被馈送到车载充电单元11，该车载充电单元11连接到电池组5以对其充电。控制单元7被配置成通过与车载充电单元11的连接来控制充电程序。而且，能够在外部电源10中或者在车载充电单元11中提供适合于电池组5的、AC电流到DC电流的转换。
根据一个实施例，电池组5的充电能够在公共汽车1静止时进行，即，在公共汽车总站处的充电站处或在公共汽车站或类似位置处进行。应当注意，除了图1中所示的之外，能够实现其它类型的过程来为电池组5充电。例如，电池组5的充电能够受电弓形式的连接器元件来实现，该受电弓被布置在车辆的车顶上并经由架空线连接到外部电源。
根据又一个实施例，该充电过程能够通过沿着路面布置的导电电力轨来实现。这种布局被构造成与车辆的一个或多个集电器协作，所述一个或多个集电器是可移动的并朝向地面降低，并且可以被构造成在车辆的操作期间与所述导电电力轨连接。
现在将参考图2更详细地描述本发明的实施例，图2是能量存储***4和车辆1的相关部件的简化示意图。应当注意，图1中所示的所有部件均未在图2中示出。
根据本实施例，能量存储***4包括具有多个电池单体的电池组5，所述多个电池单体由附图标记5a、5b、5c象征性地表示并且被串联连接以提供输出电池电压。电池组5包含大量电池单体，适当地为50-500个单体的量级，但具体数量可以根据能量存储***4的规格而变化。根据本实施例，电池单体5a、5b、5c是锂离子型的，但本发明的原理同样适用于其它类型的电池单体。
而且，尽管本实施例包括单个电池组，但应注意，本发明也适用于两个或更多个电池组被组合在单个车辆中的情况。
如上文参考图1所提到的，电池组5连接到电机2并且被配置成操作所述电机2，该电机2进而操作所述车辆。此外，电池组5连接到车载充电单元11，以在充电单元11连接到外部电源10时允许对电池组5的充电。外部电源10通常被配置成供应400V AC三相电压。充电单元11通常向电池组5供应700V DC电压。然而，在本发明的范围内，其他替代的规格也是可能的，例如非车载充电单元。
此外，能量存储***4包括传感器单元6，该传感器单元6连接到控制单元7。传感器单元6被配置成确定与电池组5相关联的某些参数。根据一个实施例，传感器单元6被配置成测量每个电池单体的电池电压(V)和整个电池组5的电压，并且还配置成将与测量相关的信息传送到控制单元7。此外，传感器单元6被配置成测量电池电流(I)(即，流过串联连接的电池单体5a、5b、5c的电流)以及电池组5的温度(T)。测量到的温度值代表了电池组5内的适当位置处的温度，替代地，测量到的温度值代表了在电池组5内的不同位置处测量的几个温度值的平均值。
上述电流、电压和温度的测量值是由图中未详细示出的合适的传感器装置产生的。此外，在本发明的情况下，控制单元7的目的是用作电池管理单元，该电池管理单元控制电池组5的操作并且还针对某些参数(例如电池组5的荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)和类似参数)监视电池组5的状况。控制单元7还被配置成控制电池组5的充电程序。
为了确定电池组5的荷电状态(SOC)的值，控制单元7包括荷电状态估计模块7a。根据一个实施例，每个电池单体5a、5b、5c的电压的测量(即，产生测量到的电压值Vmeas)和电池组5的电池电流的测量(即，产生测量到的电流值Imeas)能够由传感器单元6提供。如先前已知的，这两种测量均能够用于确定电池组5及其电池单体的荷电状态(SOC)。因此，传感器单元6被配置成将与电压V和电池电流I的测量相关的信息传送到控制单元7。而且，根据一个实施例，传感器单元6还被配置成测量电池组5的温度(T)。温度值能够用于提高用于确定荷电状态的过程的准确性。
总之，荷电状态估计模块7a被配置成基于由传感器单元6提供的测量来确定电池组4的荷电状态(SOC)。
适当地，控制单元7还能够被配置成实现电池单体平衡过程，该电池单体平衡过程是先前这样已知的，并且当诸如电池组5中的不同电池单体5a、5b、5c的电压的某些参数在一段时间内在单体之间不同时，需要该电池单体平衡过程。如果不进行单体平衡，则这可能导致电池性能劣化。如下面将进一步详细描述的，控制单元7包括单体平衡模块7b，该单体平衡模块7b被布置成平衡电池组5的单体5a、5b、5c。为了实现这一点，每个电池单体的SOC的估计值将如上所述地由SOC估计模块7a提供，并被用于确定是否应该由控制单元7启动单体平衡过程。
图2还以示意的方式示出了第一连接器8和第二连接器9，该第一连接器8形成车辆的一部分，该第二连接器9形成外部电源10的一部分。因此，电池组5、传感器单元6和控制单元7一起构成电池管理***12，该电池管理***12被布置成监视电池单体5a、5b、5c的状态并提供单体平衡程序。
如下面将更详细描述的，本发明涉及一种用于平衡电池组5的方法。为此，在图3中示出了形成电池组5的一部分并且被配置成实现单体平衡过程的多个电池单体5a、5b、5c。实现单体平衡过程的主要原因是为了提高电池组5的总体性能水平和特性。现在将主要参考图3来描述单体平衡的原理。
图3仅公开了三个电池单体5a、5b、5c。然而，显而易见的是，例如在车辆中使用的电池组5包括大量单体，通常为50-500个单体的量级，并且所有单体都以与图3中所示的类似的方式被设计。然而，为简单起见，图3仅示出了三个这样的电池单体。
图3中所示的第一电池单体5a被布置有与电池单体C1并联联接的电阻器R1。电阻器R1的目的是允许电流在单体平衡的过程中通过所述电阻器R1。为了实现这一点，电阻器R1与可控开关S1串联联接。如图3中所指示的，电池单体5a、5b、5c连接到传感器单元6，用于测量每个电池单体5a、5b、5c两端的电压。此外，开关S1连接到单体平衡单元7b，该单体平衡单元7b形成电子控制单元7(也在图2中示出)的一部分。以这种方式，开关S1能够被设定在电流可以通过电阻器R1的接通(即激活)状态，或者被设定在无电流可以通过电阻器R1的断开(即未激活)状态。因此，在开关S1被设定在其接通状态的情况下，产生了泄露电流ileak。因此，电阻器R1可以被称为“泄漏电阻器”。如最初所说明的，在单体平衡期间，一个或多个合适的开关被接通以改善该电池组的总体单体平衡。
图3中的其余电池单体(即，单体5b、5c)以及电池组5的在图3中未如此示出的所有其它单体都以与所描述的单体5a相同的方式被构造，即，具有包括电阻器R2、R3和可控开关S2、S3的电路，该电路与相关联的电池单体并联联接。因此，在对应的开关S接通的情况下，每个电池单体可以产生泄漏电流ileak。
所有可控开关S1、S2、S3都连接到形成控制单元7的一部分的单体平衡模块7b。此外，如下面将描述的，每个开关S1、S2、S3根据与单体平衡程序相关的某些操作条件被设定在其断开状态或接通状态。
根据一个实施例，该单体平衡过程是基于以下原理：每个开关S1-S3能够接通或断开，以使对应的电池单体5a、5b、5c放电，即，使得在开关接通时、泄露电流ileak流过相关联的电阻器R1、R2、R3。根据电池单体5a、5b、5c的平衡状态(SOB)来控制开关S1-S3的操作，即，通过比较不同电池单体5a、5b、5c的荷电状态(SOC)值之间的差异来确定该平衡状态(SOB)。如上所述，能够在荷电状态估计模块7a(见图2)中确定荷电状态值并将其转发到单体平衡单元7b。以这种方式，电池单体5a、5b、5c的荷电状态(SOC)能够用在控制单元7中，用于决定是否应该启动单体平衡过程。
通过以这种方式对特定的电池单体放电，将迫使所述电池单体改变其荷电状态(SOC)。通过平衡例如那些比其余单体具有显著更高的SOC的单体，或者替代地通过平衡那些比其余单体具有显著更高的单体电压的单体，整个电池组5将处于涉及更高水平的单体平衡的状况，即，电池组5的较低平衡状态(SOB)。如上所述，这导致电池组5的提高的性能。
包括单体平衡模块7b的上述硬件被配置成管理在单体平衡过程中涉及的所有电池单体的泄漏电流。泄漏电流ileak仅发生在对应的开关S处于其接通位置时。如上所述，这是根据平衡状态(SOB)的值而启动的。
根据先前已知的技术，单体平衡过程通常是基于与目前的参数(例如当前的平衡状态(SOB))相关的信息。然而，与先前已知的技术相比，本发明使用所谓的“预见”信息，即，与关于电池组5和车辆1的使用的某些参数的未来值相关的信息。更确切地，控制单元7被配置成接收与车辆1的直至预测时间区域的使用相关的信息。术语“预测时间区域”是指其中车辆1在使用中并且与单体平衡过程有关的未来时间点。通过利用与车辆1的使用相关的、特别是与电池组5的使用相关的信息，在最多至所述预测时间区域的时间段内，已经发现能够实现更准确和优化的单体平衡过程。
在大多数实际情形中，所述预测时间区域是在目前时间之后的30-60分钟的量级。然而，本发明不限于这样的值，而是能够根据车辆1和电池组5的操作以及对单体平衡过程的要求而变化。例如，所述预测时间区域能够相对长，为2-3小时的量级，或者能够相对短，为10-20分钟的量级。
根据一个实施例，在当前时间确定平衡状态值(被称为SOBc)并且在所述预测时间区域结束时也确定平衡状态值(被称为SOCp)。平衡状态(SOB)值定义了电池组5的平衡程度。平衡状态值越低，平衡状态越好。给定的时间点(k)处的平衡状态(SOB)能够被表达为在给定的时间处、参数p的最大值与参数p的最小值之差，即：
SOB(k)＝max(p(k))–min(p(k))
其中p(k)是向量，根据本实施例，其包括电池单体5a、5b、5c在给定的时间点(k)处的荷电状态(SOC)值。通过使用在当前时间和在预测时间区域处的荷电状态值，能够确定平衡状态(SOB)，然后使用该平衡状态来控制单体平衡过程。应当注意，根据另一实施例，参数p可以对应于另一个电池单体参数，例如电池单体端子电压。换句话说，本发明不限于参数p对应于荷电状态的情况。
因此，根据实施例，能够将平衡状态(SOB)定义为：
SOB＝max(SOC)–min(SOC)
这意味着平衡状态(SOB)是电池单体5a、5b、5c的最高和最低荷电状态(SOC)值之差。平衡状态(SOB)的其它定义同样能够适用，例如：
SOB＝μSOCmax-μSOCmin
其中μSOCmax表示电池单体的荷电状态的最高平均值，并且μSOCmin表示电池单体的荷电状态的最低平均值。由于荷电状态可以是一个统计变量，因此该统计变量的平均值可用于定义平衡状态(SOB)。其它替代方案包括使用归一化的荷电状态，其中，对于每个电池单体j，每个电池单体的荷电状态被归一化为电池单体的最大荷电状态(SOCj,normalized＝SOCj/SOCmax)，因此，在这种情况下平衡状态被定义为：
SOB＝(max(SOCj,normalized)–min(SOCj,normalized))
另一种可能性是将平衡状态定义为所有单体的荷电状态分布的标准差，即SOB＝σSOCall。
也可以以与上述定义类似的方式通过考虑开路电压的差异来确定平衡状态。
为了获得在预测时间区域处的荷电状态值，需要获得与车辆的使用有关的相关信息。这种信息例如可以包括来自车载导航***(未示出)的数据，该车载导航***提供关于车辆已经行驶的路线、车辆1是否已经下坡或上坡行驶、车辆1是否已经在例如高速公路或其它类型道路上行驶的信息等。而且，与燃料消耗、温度、发动机负荷和其它参数相关的数据能够用于确定在预测时间区域处的荷电状态的目的。
所收集的数据量将用于确定在当前时间从电池组5消耗的电流以及在预测时间区域处从电池组5预期消耗的电流。然后，该信息能够用于确定在所述预测时间区域内的荷电状态，这进而能够用于确定当前(即当前时间)的平衡状态值(SOBc)以及在所述预测时间区域处的预期平衡状态值(SOBp)。
基于这些平衡状态值(SOBc、SOBp)，电池单体5a、5b、5c能够以如下方式被平衡：即，针对电池组5的能量使用来优化所述平衡状态(SOB)和单体平衡过程的使用。更准确地，单体平衡涉及通过上述可控开关S1、S2、S3来平衡电池单体5a、5b、5c。此外，电池单体5a、5b、5c以如下方式被平衡：在平衡步骤期间针对电阻器R1、R2、R3中的总功率损失来优化这些开关S1、S2、S3的使用。通过计算每个开关S1、S2、S3被激活期间的时间来获得该优化。通过最小化所有开关在激活期间的总时间，能够获得在单体平衡期间最小化的总功率损失的量度。换句话说，可以认为开关被激活期间的时间等同于单体平衡期间的功率损失。以这种方式，在单体平衡过程期间，总能量使用能够保持尽可能低。
本公开的一个特征在于进行了车辆1的未来使用的预测，以提前(即，直到所述预测时间区域)确定将从电池组5消耗的电流量。然后，基于以下信息来优化单体平衡过程：该信息与由控制单元7提供的车辆1的未来使用相关，且因此与电池组5的未来使用相关。
根据一个实施例，单体平衡过程涉及具有多个分量的控制向量(U)，这些分量中的每一个均对应于一个开关。每个分量具有在0和1之间的值，当开关断开时为0，而当开关接通时为1。而且，在0和1之间的值表示在特定时间期间、特定的开关的位置的平均值，即对应于通过脉冲宽度调制进行的控制。这意味着每个分量都可以是实数。因此，控制向量(U)表示所述开关S1、S2、S3中的每一个开关的状态。如上所述，本实施例是基于以下原理：通过最小化这些开关S1、S2、S3被激活期间的时间来使作为控制向量(U)的函数的功率损失最小，从而优化单体平衡过程。
根据另一个实施例，所述控制向量能够为二进制向量的形式，这意味着该向量的每个分量具有仅为0或1的值，即，当开关断开时为0，而当开关接通时为1。
更准确地说，能够通过使用以下函数来反复地求解该优化问题：
Figure BDA0002167884820000161
其中U是对于给定的时间点(k)的上述控制向量，其中N是对应于所述预测时间区域的时间点，并且其中SOB(k)是给定的时间点(k)处的平衡状态。
此外，q1是补偿(penalizes)平衡状态(SOB)的成本，其中，时间(k)处的平衡状态被定义为SOB(k)＝max(p(k))-min(p(k))，其中p(k)是带有电池单体5a、5b、5c在给定的时间(k)处的荷电状态(SOC)值的向量。此外，q2是补偿所述开关的活动的成本，并且q3是在所述预测时间区域结束时补偿平衡状态(SOB)的成本。
应当注意，如上所述，可以采用所述平衡状态的替代的定义。
上述优化问题能够以其中它被称为线性编程问题(即线性成本)的方式来解决。根据已知技术，存在数种高效的线性编程求解器，以车辆中的在线应用中使用。根据一个实施例，单体平衡问题能够用公式表示为：
Figure BDA0002167884820000172
其中，SOCj(k)对应于电池单体k在时间k处的荷电状态；其中ηj对应于电池单体j的库伦效率；其中Qj对应于电池单体j的容量；其中ileak是单体j的泄漏(平衡)电流；其中uj(k)是单体j在时间k处的电池单体电压；并且其中i(k)是在时间k处(即，在所述预测时间区域N内)预测的电池单体电流。如上所述，能够基于与车辆1和电池组5的未来使用相关的数据(即，能够用于确定当前时间从电池组5消耗的电流和在所述预测时间区域处从电池组5预期消耗的电流的数据)来确定电池单体电流i(k)。
现在将参考图4来描述本发明，图4是示意了单体平衡过程的流程图。最初，假设通过传感器单元6至少提供每个电池单体5a、5b、5c两端的电压V和电池电流I，如图4中通过附图标记13所指示的。适当地，还测量了电池组5的温度。然后，控制单元7将至少基于所述电池单体电压和电池电流来确定当前荷电状态SOC(附图标记14)。根据一个实施例，所有三个参数V、I和T的测量值均被用于确定荷电状态。
而且，如上文详细说明的，控制单元7将提供与车辆1的未来预期使用、特别是与电池组5的未来预期使用相关的信息(附图标记15)。该信息延伸到给定的预测时间区域，该预测时间区域对应于可以是之后的大约30-60分钟的时间段，但也可以根据情形而变化。以这种方式，也可以在所述预测时间区域处确定每个电池单体5a、5b、5c的荷电状态SOC(附图标记16)。基于该荷电状态信息，能够确定当前平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)(附图标记17)。
此外，基于当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)来启动单体平衡过程(附图标记18)。以如上所述的方式，执行单体平衡，其方式使得针对电池组5的能量使用来优化平衡状态(SOB)和单体平衡过程的使用。在此过程期间，根据该优化过程的结果，开关S1、S2、S3(见图3)被断开或接通，即，以便在如上所述的单体平衡过程期间获得被最小化的能量使用和被最小化的功率损失。
应该理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例；而是，技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内做出许多修改和变型。

Claims (13)

1.一种用于平衡电池组(5)的方法，所述电池组包括用于电动车辆的多个电池单体(5a、5b、5c)；所述方法包括：
-确定所述电池单体(5a、5b、5c)中的每一个电池单体的荷电状态(SOC)；
-接收与所述电动车辆的直至预测时间区域的预期使用相关的信息；并且
-确定当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)；
其特征在于，所述方法包括：
-基于当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)来平衡所述电池单体(5a、5b、5c)，使得所述单体平衡过程的使用和所述平衡状态(SOB)被优化，以最小化所述电池组(5)的能量使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-通过与每个电池单体(5a、5b、5c)相关联的可控开关(S1、S2、S3)来平衡所述电池单体(5a、5b、5c)，每个开关(S1、S2、S3)被配置成将电阻器(R1、R2、R3)与每个电池单体(5a、5b、5c)并联连接；并且
-以如下方式平衡所述电池单体(5a、5b、5c)：在所述平衡步骤期间针对所述电阻器中的功率损失来优化所述开关(S1、S2、S3)的使用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-通过最小化所述开关(S1、S2、S3)被激活期间的时间来优化所述开关(S1、S2、S3)的使用，所述时间等同于所述单体平衡期间的所述功率损失。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-定义控制向量(U)，所述控制向量(U)指示了所述开关中的对应的一个开关的状态；并且
-通过最小化作为所述控制向量(U)的函数的所述功率损失来优化所述单体平衡。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-定义具有多个分量的所述控制向量(U)，所述多个分量中的每一个均对应于所述开关中的一个开关；
-所述分量中的每一个均具有在0和1之间的值，当开关被断开时为0，而当开关被接通时为1，并且其中，在0和1之间的值指示了在特定时间段期间、对应的开关的位置的平均值。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-至少使用每个单体(5a、5b、5c)的电压、电池组电流和每个单体(5a、5b、5c)的温度的测量值来确定所述电池单体(5a、5b、5c)的所述荷电状态(SOC)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于以下进一步的步骤：
-还至少基于每个电池单体(5a、5b、5c)的单体容量和内部电阻来平衡所述电池单体(5a、5b、5c)。
8.一种用于平衡电池组(5)的装置，所述电池组包括用于电动车辆的多个电池单体(5a、5b、5c)；所述装置包括电池控制单元(7)，所述电池控制单元被配置成：确定所述电池单体(5a、5b、5c)中的每一个电池单体的荷电状态(SOC)，接收与所述电动车辆的直至预测时间区域的预期使用相关的信息，并且确定当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)；其特征在于，所述电池控制单元(7)被配置成：基于当前时间的平衡状态值(SOBc)和在所述预测时间区域结束时的预期平衡状态值(SOBp)来平衡所述电池单体(5a、5b、5c)，使得所述单体平衡过程的使用和所述平衡状态(SOB)被优化，以便最小化所述电池组(5)的能量使用。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，每个电池单体(5a、5b、5c)与可控开关(S1、S2、S3)相关联，所述可控开关被配置成将电阻器(R1、R2、R3)与每个电池单体(5a、5b、5c)并联连接；其中，所述控制单元(7)被配置成以如下方式平衡所述电池单体(5a、5b、5c)：在所述平衡步骤期间针对所述电阻器中的功率损失来优化所述开关(S1、S2、S3)的使用。
10.一种车辆，其包括根据权利要求9所述的装置。
11.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上运行时执行权利要求1-8中的任一项所述的步骤。
12.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行权利要求1-8中的任一项所述的步骤。
13.一种控制单元(7)，所述控制单元用于平衡电池组(5)并且被配置成执行根据权利要求1-8中的任一项所述的方法的步骤。
CN201780086623.7A 2017-02-21 2017-02-21 用于平衡电池组的方法和装置 Pending CN110650863A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2017/053907 WO2018153431A1 (en) 2017-02-21 2017-02-21 A method and arrangement for balancing a battery pack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110650863A true CN110650863A (zh) 2020-01-03

Family

ID=58162541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780086623.7A Pending CN110650863A (zh) 2017-02-21 2017-02-21 用于平衡电池组的方法和装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11146078B2 (zh)
EP (1) EP3585642B1 (zh)
KR (1) KR20190120794A (zh)
CN (1) CN110650863A (zh)
WO (1) WO2018153431A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102347920B1 (ko) * 2018-10-12 2022-01-05 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치 및 방법
CN109866655B (zh) * 2019-03-27 2020-07-28 西安交通大学 一种分布式电池组均衡控制***的控制方法
US11548396B2 (en) * 2020-02-05 2023-01-10 Gravic, Inc. System and method to reconfigure internal power source and load impedance elements
US11789087B2 (en) 2021-03-03 2023-10-17 Semiconductor Components Industries, Llc Battery charge support system for reducing energy loss
CN113328499B (zh) * 2021-06-22 2022-09-06 上海理工大学 一种电池组容量均衡方法
KR20240073329A (ko) * 2022-11-18 2024-05-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 장치, 배터리 팩 및 배터리 팩의 충전 제어 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010081731A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Mazda Motor Corp 自動車のバッテリ制御方法及びその装置
CN104512265A (zh) * 2013-10-04 2015-04-15 福特全球技术公司 车辆电池充电设定点控制
WO2017008846A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Volvo Truck Corporation A method and system for balancing a battery pack

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5255342B2 (ja) 2008-06-25 2013-08-07 パナソニック株式会社 光透過性フィルムの欠陥検出装置
US8640629B2 (en) 2009-05-01 2014-02-04 Norfolk Southern Corporation Battery-powered all-electric and/or hybrid locomotive and related locomotive and train configurations
US8427105B2 (en) 2009-12-02 2013-04-23 Gregory L. Plett System and method for equalizing a battery pack during a battery pack charging process
US8731752B2 (en) * 2010-01-06 2014-05-20 Ford Global Technologies, Llc Distance based battery charge depletion control for PHEV energy management
US8749201B2 (en) * 2010-10-05 2014-06-10 GM Global Technology Operations LLC Battery pack capacity learn algorithm
US8766597B2 (en) 2011-10-21 2014-07-01 Linear Technology Corporation Optimized bi-directional balancing method and system
US9130377B2 (en) 2012-09-15 2015-09-08 Texas Instruments Incorporated System and method for battery pack management using predictive balancing
DE102012217184A1 (de) 2012-09-24 2014-06-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiemanagement für Kraftfahrzeug mit Koppelspeichervorrichtung
US9050969B2 (en) * 2012-12-11 2015-06-09 Ford Global Technologies, Llc Trip oriented energy management control
US9077181B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Battery section balancing methods and systems
US9203246B2 (en) * 2013-05-16 2015-12-01 Postech Academy-Industry Foundation Balancing control circuit for battery cell module using LC series resonant circuit
US9878631B2 (en) 2014-02-25 2018-01-30 Elwha Llc System and method for predictive control of an energy storage system for a vehicle
EP3149499B1 (en) * 2014-06-02 2018-01-31 Volvo Truck Corporation A method and system for monitoring the status of battery cells
CN112526379A (zh) * 2015-05-08 2021-03-19 沃尔沃卡车集团 用于监测电池组中的多个电池单体的状态的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010081731A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Mazda Motor Corp 自動車のバッテリ制御方法及びその装置
CN104512265A (zh) * 2013-10-04 2015-04-15 福特全球技术公司 车辆电池充电设定点控制
WO2017008846A1 (en) * 2015-07-14 2017-01-19 Volvo Truck Corporation A method and system for balancing a battery pack

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190120794A (ko) 2019-10-24
EP3585642A1 (en) 2020-01-01
WO2018153431A1 (en) 2018-08-30
US11146078B2 (en) 2021-10-12
US20190372359A1 (en) 2019-12-05
EP3585642B1 (en) 2021-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10675983B2 (en) Method and arrangement for determining a value of the state of energy of a battery in a vehicle
CN110650863A (zh) 用于平衡电池组的方法和装置
KR100906907B1 (ko) 자동차 배터리 관리 시스템
CN110167783B (zh) 一种用于确定电池组的充电状态的方法和装置
JP5597728B2 (ja) 電動車両用蓄電システム
KR101509752B1 (ko) 차량용 충전 장치 및 충전 방법
CN109311410B (zh) 用于对电池组进行热调节的方法和***
CN105452050B (zh) 用于平衡能量存储***的方法和装置
WO2017207996A1 (en) Electric vehicle battery management apparatus and method
CN108702004B (zh) 用于控制馈送到电池组的电流的方法和***
US20240208363A1 (en) Electrified vehicle and power source management method therefor
KR102177723B1 (ko) 차량용 배터리의 가용 용량 연산 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체
CN114537161A (zh) 电池组中的模块检测

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200103

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication