CN111746278B - 电池控制器和电池控制方法 - Google Patents

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Abstract

实施例的电池控制器包括辅助电池、连接控制单元、计算单元和平衡控制单元。辅助电池是锂离子二次电池，该锂离子二次电池能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接。连接控制单元在该车辆的特定状态下将电池从辅助电源线断开连接。当电池被连接控制单元断开连接时，计算单元计算该电池的充电状态。当电池被连接控制单元断开连接时，平衡控制单元执行平衡控制以均衡电池的电池单元之间的电荷量。

Description

电池控制器和电池控制方法
技术领域
本文讨论的实施例针对电池控制器和电池控制方法。
背景技术
安装在混合动力电动汽车(HEV)和电动汽车(EV)上的传统供电***通过使用DC-DC转换器降低电源电压并在铅电池中积蓄电力，来将高压电池电源用作辅助设备的操作电源(例如，参见日本公开专利公报第2014-231324号)。
欧盟(EU)通过了限制在电气和电子设备中使用某些有害物质的指令，或限制有害物质的指令(RoHS)。该指令指定了包括铅在内的多种物质为有害物质，并限制了它们的使用。
此外，作为解决报废车辆的环保政策，报废车辆指令(ELV指令)可能会在2022年1月之后限制新型号车辆使用铅电池。
因此，已经研究了代替铅电池的锂离子可充电电池(LiB)，以用作上述供电***中的辅助电池。
然而，用LiB代替铅电池作为辅助电池存在供电的准确性和质量的问题。
例如，使用LiB需要一些处理，例如在LiB从供电***断开的情况下，根据开路电压(OCV)计算LiB的充电状态(SOC)，并均衡LiB电池组中串联连接的电池单元之间的能量。
由于暗电流的必要性，用作辅助电池的LiB必须从DC-DC转换器持续连接到供电***。在这种情况下，既无法进行SOC的计算，也无法进行电池单元之间的电荷量的均衡，因此，例如，会引起SOC的误差累积和电池单元之间的能量的变化。
为了克服上述问题，实施例的一方面旨在提供一种确保供电的准确性和质量的电池控制器和电池控制方法。
发明内容
根据实施例的电池控制器包括辅助电池、连接控制单元、计算单元和平衡控制单元。辅助电池是锂离子二次电池，该锂离子二次电池能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接。连接控制单元在该车辆的特定状态下将电池从辅助电源线断开连接。当电池被连接控制单元断开连接时，计算单元计算该电池的充电状态。当电池被连接控制单元断开连接时，平衡控制单元执行平衡控制以均衡电池单元之间的电荷量。
根据本实施例的一个方面，确保了供电的准确性和质量。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将会更好地理解本公开，并且将容易获得对本公开及其许多伴随优点的更完整的理解，其中：
图1A是示出了实施例的电池控制方法的第一概述。
图1B是示出了本实施例的电池控制方法的第二概述。
图2A是本实施例的供电***的框图。
图2B是本实施例的电池组的控制单元的框图。
图3是示出了由本实施例的电池控制器执行的处理过程的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本申请的电池控制器的实施例和电池控制方法。以下实施例并非旨在限制本发明。
适用于本实施例的电池控制方法的电池控制器BC包括但不限于车载电池组10(见图2A)和该电池组的上级电子控制单元(ECU)6。
现在将参考图1A和图1B描述本实施例的电池控制方法的概述。图1A和图1B是示出了本实施例的电池控制方法的第一和第二概述。
图1A示出了比较例的供电***1'。供电***1'包括高压电池2、DC-DC转换器3、铅电池4和辅助设备5。
高压电池2是安装在HEV、EV等上的主电池，用于在车辆由牵引电动机(未示出)提供动力时，通过逆变器(未示出)将高压电力供应给该牵引电动机。
当该牵引电动机在使车辆停止和减速时用作发电机时，高压电池2通过逆变器输入所产生的电力并积蓄该电力。DC-DC转换器3根据用于操作辅助设备5的辅助供电***，将从高压电池2提供的电力的电压降低到低电压(例如，12V)。
铅电池4是辅助电池，并且积蓄由DC-DC转换器3降低了电压的电力。向辅助设备5提供铅电池4中积蓄的电力以及来自DC-DC转换器3的电力。辅助设备5包括例如安装在车辆上的各种电气组件和电动助力转向***(EPS)。
为了遵守EU的RoHs和ELV指令，这种类型的铅电池4已经由图1A所示的LiB 14代替。然而，在使用LiB 14作为辅助电池时，LiB14需要与***持续连接。这种情况限制了SOC计算和电池单元平衡。
如图1B所示，本实施例的电池控制方法使用LiB 14代替铅电池4作为辅助电池。在该方法中，LiB 14被配置为在车辆的特定状态下断开连接。“车辆的特定状态”的示例包括在待机状态下不干扰车辆运行的时刻，例如，在行驶速度保持为零的情况下点火开关(IG)开启的时刻。
如图1B所示，本实施例的电池控制方法在断开LiB 14时执行SOC计算和电池单元平衡。
因此，本实施例的电池控制方法可以减少由于没有SOC计算和电池单元平衡而引起的SOC误差的累积和电池单元之间的能量的变化。因此，本实施例的电池控制方法确保了供电的准确性和质量。
本实施例的上述电池控制方法适用于电池控制器BC，并且现在将详细描述包括电池控制器BC的供电***1的示例配置。
图2A是根据本实施例的供电***1的框图。图2B是根据本实施例的电池组10的控制单元11的框图。在图2A和图2B中，在功能块中示出了描述本实施例特性的特别必要的组件，并且这些图中省略了通用组件。
换句话说，图2A和图2B的组件在功能上是概念性的，因此不必在物理上如图所示布置。例如，功能块的分离和集成的特定模式不限于示出的模式，并且基于各种负载和使用条件，允许所有块或一些块以功能上或物理上分散或集成的方式配置在任何单元中。
如图2A所示，供电***1包括高压电池2、DC-DC转换器3、辅助设备5和电池控制器BC。由于已经描述了高压电池2、DC-DC转换器3和辅助设备5，因此将主要描述电池控制器BC的示例配置。
电池控制器BC包括上级ECU 6和电池组10。电池组10包括控制单元11、开关单元12、电流传感器13、LiB 14和电池单元平衡集成电路(IC)15。
上级ECU 6是电池组10的上级ECU，并且不断地从安装在车辆上的传感器和其他单元获取该车辆的状态，以基于该车辆的状态控制电池组10。
上级ECU 6基于该车辆的状态，例如，基于上述“车辆的特定状态”，给予开关单元12断开的许可。然后，上级ECU 6控制控制单元11以断开开关单元12。
在控制单元11在“车辆的特定状态”下断开开关单元12之后，一旦上级ECU 6从控制单元11接收到SOC计算和电池单元平衡已经完成的通知，上级ECU 6就给予开关单元12接通许可。然后，上级ECU 6控制控制单元11以接通开关单元12。
例如，除了当车辆处于“特定状态”时之外，上级ECU 6使控制单元11保持开关单元12接通。
上级ECU 6从控制单元11获取与LiB 14有关的信息。与LiB 14有关的信息包括例如由控制单元11估计的SOC。
开关单元12可以是继电器电路，并且连接在从DC-DC转换器3延伸的辅助电源线L和LiB 14之间。控制单元11控制开关单元12的连接状态(提供接通-断开控制)。
电流传感器13连接在开关单元12和LiB 14之间，以检测LiB 14的电流值，并向控制单元11输出该值。LiB 14是锂离子二次电池，并且如上所述用作辅助电池。LiB 14向控制单元11输出电池单元电压和电池单元温度。
电池单元平衡IC 15从控制单元11接收指令，并且进行电池单元平衡以均衡LiB14中串联连接的多个电池单元之间的能量。
现在将描述控制单元11。控制单元11是控制器，并且例如由中央处理单元(CPU)和微处理单元(MPU)等来实现，该中央处理单元(CPU)和微处理单元(MPU)等使用随机存取存储器(RAM)作为工作区，执行存储在电池组10中的存储设备(未示出)中的计算机程序。控制单元11可以由集成电路(例如，专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA))来实现。
如图2B所示，控制单元11包括获取单元11a、连接控制单元11b、SOC计算单元11c和平衡控制单元11d，并且实现或执行与以下所述信息处理有关的功能和动作。
获取单元11a不断地从上级ECU 6获取车辆的状况。例如，当该车辆处于上述“特定状态”时，基于由获取单元11a获取的车辆的状态，连接控制单元11b向开关单元12输出断开操作信号，断开开关单元12，并将LiB 14从辅助电源线L断开。
连接控制单元11b将LiB 14从辅助电源线L断开，然后使SOC计算单元11c执行SOC计算，并使平衡控制单元11d控制电池单元平衡，这将在后文描述。在SOC计算和电池单元平衡完成之后，连接控制单元11b向开关单元12输出接通操作信号以接通开关单元12，并且将LiB 14连接到辅助电源线L。
例如，除了当车辆“处于特定状态”时之外，连接控制单元11b保持开关单元12接通并且使LiB 14保持与辅助电源线L连接。
如上所述，“车辆的特定状态”可以包括车辆在行驶速度保持为零的情况下开启IG的时刻。在该状态下，IG处于接通状态，DC-DC转换器3处于运行状态，因此持续向辅助电源线L供电。因此，LiB 14从辅助电源线L断开不会引起麻烦。
在一些行驶速度(高于零的速度)下，由于例如电动助力转向(EPS)的操作，电压可能发生急剧变化。在这种情况下，LiB 14需要用作缓冲器以减轻电压的变化。因此，在高于零的速度下，连接控制单元11b不断开开关单元12，保持开关单元12接通。以这种方式，如果LiB 14从辅助电源线L断开可能引起麻烦，则开关单元12保持接通。
“车辆的特定状态”的另一示例可以是该车辆响应于用户的操作从IG开启状态转变为IG关闭状态的时刻。当DC-DC转换器3在该车辆的停止动作序列中仍在运行时，连接控制单元11b向开关单元12输出断开操作信号，断开开关单元12，并将LiB 14从辅助电源线L断开。
在DC-DC转换器3运行时，连接控制单元11b使SOC计算单元11c执行SOC计算，并使平衡控制单元11d控制电池单元平衡。在SOC计算和电池单元平衡完成之后，连接控制单元11b向开关单元12输出接通操作信号，接通开关单元12，并且将LiB 14连接到辅助电源线L。然后，上级ECU 6停止DC-DC转换器3。
当连接控制单元11b将LiB 14从辅助电源线L断开时，SOC计算单元11c基于由电流传感器13检测到的值和OCV，使用特定算法来计算SOC，并将计算结果输出至上级ECU 6。用于计算SOC的特定算法是已知算法，并且省略其描述。当SOC计算完成时，SOC计算单元11c将SOC计算的完成通知给上级ECU 6。
当连接控制单元11b将LiB 14从辅助电源线L断开并且SOC计算单元11c完成SOC计算时，平衡控制单元11d控制电池单元平衡IC 15以对LiB 14进行电池单元平衡。当电池单元平衡完成时，平衡控制单元11d将电池单元平衡的完成通知给上级ECU 6。
现在将参考图3描述由本实施例的电池控制器BC执行的处理过程。图3是示出了由本实施例的电池控制器BC执行的处理过程的流程图。在该流程图中的处理过程的“开始”处，LiB 14与辅助电源线L连接。
如图3所示，获取单元11a通过上级ECU 6获取车辆的状态(步骤S101)。如果获取的车辆状况指示IG接通并且行驶速度保持为零(步骤S102处为是)，则连接控制单元11b将LiB14从辅助电源线L断开(步骤S103)。
当LiB 14从辅助电源线L断开时，SOC计算单元11c进行SOC计算(步骤S104)。平衡控制单元11d控制电池单元平衡IC 15以进行电池单元平衡(步骤S105)。
当SOC计算和电池单元平衡完成时，连接控制单元11b将LiB 14连接到辅助电源线L(步骤S106)。从步骤S101开始重复该处理。
如果该车辆状态未指示IG开启或行驶速度保持为零(步骤S102处为否)，则确定该车辆是否响应于用户的操作刚刚从IG开启状态转变为IG关闭状态(步骤S107)。
如果该车辆处于该状态(步骤S107处为是)，则连接控制单元11b在停止DC-DC转换器3之前将LiB 14从辅助电源线L断开(步骤S108)。
当LiB 14从辅助电源线L断开时，SOC计算单元11c计算SOC(步骤S109)。平衡控制单元11d控制电池单元平衡IC 15以进行电池单元平衡(步骤S110)。
在SOC计算和电池单元平衡完成之后，连接控制单元11b将LiB 14连接到辅助电源线L(步骤S111)。上级ECU 6停止DC-DC转换器3(步骤S112)，并且该处理结束。
在步骤S107处，如果未确定该车辆状态已经从IG开启状态转变为IG关闭状态(步骤S107处为否)，则连接控制单元11b保持LiB 14与辅助电源线L的连接(步骤S113)。然后从步骤S101开始重复该处理。
如上所述，本实施例的电池控制器BC包括LiB 14(对应于示例“辅助电池”)、连接控制单元11b、SOC计算单元11c(对应于示例“计算单元”)以及平衡控制单元11d。LiB 14是锂离子二次电池，并且可与该车辆的辅助电源线L连接或断开。当该车辆处于“特定状态”时，连接控制单元11b将LiB 14从辅助电源线L断开。当连接控制单元11b断开LiB 14时，SOC计算单元11c计算LiB 14的SOC(对应于示例“充电状态”)。此外，当连接控制单元11b断开LiB 14时，平衡控制单元11d执行平衡控制以均衡LiB 14的电池单元之间的电荷量。
本实施例的电池控制器BC在提高SOC的准确性和LiB 14的性能方面是有利的，因此确保了供电的准确性和质量。
当该车辆的点火开关开启并且行驶速度保持为零时，连接控制单元11b使LiB 14从辅助电源线L断开，并使SOC计算单元11c计算SOC，使平衡控制单元11d执行平衡控制以均衡电池单元之间的电荷量。
因此，本实施例的电池控制器BC能够在不对该车辆操作造成麻烦的适当时刻断开LiB 14，并且进行SOC计算和电池单元平衡。
辅助电源线L由高压电池2提供电力，该电力具有通过DC-DC转换器3降低的电压。当该车辆的点火开关从开启状态转变为关闭状态时，连接控制单元11b在DC-DC转换器3停止之前将LiB 14从辅助电源线L断开。连接控制单元11b使SOC计算单元计算SOC，并使平衡控制单元11d执行平衡控制以均衡电池单元之间的电荷量。
因此，本实施例的电池控制器BC能够在该车辆的停止动作序列中在DC-DC转换器3停止之前的适当时刻进行SOC计算和电池单元平衡。
在SOC计算单元11c完成SOC计算，并且在平衡控制电池单元11d的控制下完成电池单元平衡以均衡电池单元之间的电荷量之后，连接控制单元11b将LiB 14连接到辅助电源线L。
本实施例的电池控制器BC通过确保在SOC计算和电池单元平衡完成之后将LiB 14连接到辅助电源线L，来确保供电的准确性和质量。
在以上实施例中，电池控制器BC由上级ECU 6和电池组10组成；然而，本实施例不限于该示例配置。例如，本实施例的电池控制器BC可以仅由电池组10组成。在另一示例配置中，电池控制器BC可以由上级ECU 6和电池组10的组合组成。电池控制器BC可以被配置为集成控制器，该集成控制器整体地控制该车辆的整个供电***1。

Claims (8)

1.一种电池控制器，包括：
辅助电池，所述辅助电池为锂离子二次电池，能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接；
连接控制单元，在所述车辆的特定状态下，将所述电池从所述辅助电源线断开连接；
计算单元，当所述电池被所述连接控制单元断开连接时，计算所述电池的充电状态；以及
平衡控制单元，当所述电池被所述连接控制单元断开连接时，执行平衡控制以均衡所述电池的电池单元的电荷量，其中，当所述车辆的点火开关处于开启状态，并且所述车辆的行驶速度为零时，所述连接控制单元将所述电池从所述辅助电源线断开连接，使所述计算单元计算所述充电状态，并使所述平衡控制单元执行平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量。
2.根据权利要求1所述的电池控制器，其中
所述辅助电源线由主电池提供电力，所述电力具有通过转换器降低的电压，以及
当所述车辆的点火开关从开启状态转变为关闭状态时，在所述转换器停止之前，所述连接控制单元将所述电池从所述辅助电源线断开连接，使所述计算单元计算所述充电状态，并使所述平衡控制单元执行平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量。
3.根据权利要求1所述的电池控制器，其中，在由所述计算单元完成对所述充电状态的计算以及在所述平衡控制单元的控制下完成平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量之后，所述连接控制单元将所述电池连接到所述辅助电源线。
4.根据权利要求2所述的电池控制器，其中，在由所述计算单元完成对所述充电状态的计算以及在所述平衡控制单元的控制下完成平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量之后，所述连接控制单元将所述电池连接到所述辅助电源线。
5.一种电池控制器，包括：
辅助电池，所述辅助电池为锂离子二次电池，能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接；
连接控制单元，在所述车辆的特定状态下，将所述电池从所述辅助电源线断开连接；
计算单元，当所述电池被所述连接控制单元断开连接时，计算所述电池的充电状态；以及
平衡控制单元，当所述电池被所述连接控制单元断开连接时，执行平衡控制以均衡所述电池的电池单元的电荷量，其中
所述辅助电源线由主电池提供电力，所述电力具有通过转换器降低的电压，以及
当所述车辆的点火开关从开启状态转变为关闭状态时，在所述转换器停止之前，所述连接控制单元将所述电池从所述辅助电源线断开连接，使所述计算单元计算所述充电状态，并使所述平衡控制单元执行平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量。
6.根据权利要求5所述的电池控制器，其中，在由所述计算单元完成对所述充电状态的计算以及在所述平衡控制单元的控制下完成平衡控制以均衡所述电池单元的电荷量之后，所述连接控制单元将所述电池连接到所述辅助电源线。
7.一种使用电池控制器的电池控制方法，所述电池控制器包括辅助电池，所述电池是锂离子二次电池并且能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接，所述方法包括：
在所述车辆的特定状态下，将所述电池从所述辅助电源线断开连接；
当所述电池被断开连接时，计算所述电池的充电状态；以及
当所述电池被断开连接时，均衡所述电池的电池单元的电荷量，其中，
当所述车辆的点火开关处于开启状态，并且所述车辆的行驶速度为零时，执行所述断开连接、所述计算和所述均衡。
8.一种使用电池控制器的电池控制方法，所述电池控制器包括辅助电池，所述电池是锂离子二次电池并且能够与车辆的辅助电源线连接或断开连接，所述辅助电源线由主电池提供电力，所述电力具有通过转换器降低的电压，所述方法包括：
在所述车辆的特定状态下，将所述电池从所述辅助电源线断开连接；
当所述电池被断开连接时，计算所述电池的充电状态；以及
当所述电池被断开连接时，均衡所述电池的电池单元的电荷量，其中，
当所述车辆的点火开关从开启状态转变为关闭状态时，在所述转换器停止之前，执行所述断开连接、所述计算和所述均衡。
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