專利名稱：電池單體的容量平衡的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池單體的容量平衡的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
執(zhí)行車輛電池的再平衡，以修正電池單體的電壓的不平衡條件。測量每個電池單體的電壓，并識別具有最小電壓的電池單體。所有其他電池單體通過與每個電池單體相關(guān)的阻抗電路放電(bleed down)，直到所述其他電池單體的測量電壓約等于最小電壓為止。在放電過程期間，對電池單體的電壓進行連續(xù)/周期性的測量，以監(jiān)測電池單體的電壓變化。一旦所有電池單體的電壓的讀數(shù)大致相等，則給電池充電。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于給包括多個電池單體的車輛電池充電的方法可包括使所述多個電池單體接收電流達到一定時間段；在所述時間段期間，使至少一些電池單體供應(yīng)電池單體負載電流，從而在所述時間段到期時，每個電池單體的容量大致相等。一種動力系統(tǒng)可包括多個電池單體；至少一個控制器，被配置成為使電池單體充電達到一定時間段，從而在所述時間段到期時，由每個電池單體儲存的安培小時的量大
致相等。


圖I是電池單體及其阻抗電路的示意圖。圖2是可變動力車輛的框圖。圖3是示出用于確定與圖2的電池再平衡/充電相關(guān)的時間的算法的流程圖。圖4A和圖4B是示出用于圖2的電池再平衡/充電的算法的流程圖。
具體實施例方式可變動力車輛(例如，電池電動車輛等)的制造商可期望提供一種車輛，該車輛可在電池再平衡/充電之后被驅(qū)動行駛特定距離。電池驅(qū)動的車輛的行駛距離取決于由車輛的電池儲存的可用能量的量。用于電池再平衡的傳統(tǒng)技術(shù)在將多個電池單體充電到目標電壓之前嘗試著使所述多個電池單體的電壓相等。然而，對于給定的電池單體的電壓，由于電池單體老化導致電池單體的能量含量可隨著時間減小。因此，如果電池單體繼續(xù)被充電到相同的目標電壓，則由電池儲存的能量的量(并因此產(chǎn)生的車輛行駛距離)可隨著時間減小。在此公開的特定實施例可提供一種系統(tǒng)和技術(shù)，該系統(tǒng)和技術(shù)使電池平衡/充電，以實現(xiàn)特定的車輛行駛距離。電池單體的容量(cell capacity)電池單體的最大容量Ihrmax可根據(jù)下面的關(guān)系式得到
其中，AIhr是電池單體的容量的改變量，Λ SOC是電池單體的荷電狀態(tài)的改變量。作為示例，給定的電池單體的SOC可在給該電池單體提供I安培小時(A -hr)容量之前和之后確定。對于該示例，假設(shè)Λ SOC為10%，則根據(jù)等式(I)，電池單體的最大容量Ihrmax應(yīng)該是IOA · hrso電池單體的能暈含暈電池單體的能量含量ε可從下面的一組等式估計得到ε = f P · dt(2)其中，P是在一定時間內(nèi)供應(yīng)到電池單體的功率。P可寫成下面的等式P = Vm · i (3)其中，Vni是與儲存的功率相關(guān)的(測量)電壓，i是與儲存的功率相關(guān)的電流。將等式(3)代入等式(2)得到下面的等式ε = / vm · i · dt (4)Vm可寫成下面的等式Vm = Δ v+vmin (5)其中，Vniin是處于0%荷電狀態(tài)的電池單體的電壓(例如，3. IV)，Λν是與儲存的功率相關(guān)的電壓與處于0%荷電狀態(tài)的電池單體的電壓之差。將等式(5)代入等式(4)得到下面的等式ε = / (Av+vmin)idt (6)Λ V可寫成下面的等式Δνι'ν:—(7)
""'max其中，vmax是處于滿荷電狀態(tài)的電池單體的電壓，Ihrmax是電池單體的最大容量，t是電壓出現(xiàn)變化的持續(xù)時間。將等式(7)代入等式(6)得到下面的等式ε=[ i. Vmax—Vmm . + Vnm \idt (8)
jU Ihr·' J J對等式8進行積分得到下面的等式g = /2.v:-v-·令+ γ* 7 t (9)i*t可寫成下面的等式i · t = Ihr (10)其中，Ihr是電池單體的容量。將等式(10)代入等式(9)得到下面的等式￡ = —~+Vmiis-Ihr (11)
伽max2提供特定能量含量所需的電池單體的容量例如，假設(shè)電池組包括成串的電池單體，由于制造容差、使用年限、溫度等使得每個電池單體具有不同的安培小時容量。在串聯(lián)串的隨后的放電期間，相同的電流將通過所有電池單體。從等式(7)得到當電池單體充電到相同的安培小時時，與在放電開始時具有更大安培小時容量的電池單體相比，在放電開始時具有更小安培小時容量的電池單體將具有更大的電池單體的電壓?？蓮牡仁?11)看出假設(shè)兩個電池單體儲存了相同量的安培小時(第一個電池單體比第二個電池單體具有更大的安培小時最大容量)，如果這兩個電池單體均放電，則第二電池單體將提供更多的能量。例如，現(xiàn)在假設(shè)具有20個電池單體的給定電池組需要儲存至少30千瓦小時(kff -hrs)的能量，以支持100英里的行駛距離。即，由電池組的電池單體儲存的能量的總和應(yīng)該至少等于30kW · hrs。然后,可以針對每個電池單體對等式(11)求值。可假設(shè)Ihr的初始值(例如，IA · hr), Vmax和Vmin通過設(shè)計已知，Ihrmax可從等式(I)確定。在本示例中，如果電池單體的能量的總和小于30kW hrs,則Ihr的值可增加(例如)IA ·1 ;γ,可以針對每個電池單體再次反復地對等式(11)求值，直到電池單體的能量的總和至少等于30kW · hrs為止。由于電池單體的能量的總和至少等于30kW -hrs導致的容量值是電池單體的目標容量值。電池組的總充電時間來自等式(11)的Ihr可寫成下面的等式Ihr = Δ Ihr+Ihrinitial (12)其中，Ihrinitial是(在電池單體平衡/充電之前)電池單體的初始容量，Δ Ihr是在電池單體平衡/充電之前的電池單體的容量與在電池單體平衡/充電(到目標Ihr值)之后的電池單體的容量之差。Ihrinitial與電池單體的測量電壓成比例。因此，可基于電池單體的初始測量電壓使用將電池單體的電壓值映射到Ihr的查找表確定Ihrinitial。(等式
(7)還可用于通過求解i · t(電池單體的容量)并將Av設(shè)定為等于特定電池單體的測量電壓，而得到初始容量。)因此，可從等式(12)得到每個電池單體的Alhr?？筛鶕?jù)下面的等式得到電池組的總充電時間t。(或者電池單體接收電流的持續(xù)時間)
AIhrtc= , max (13)
lchg其中，Δ Ihrmax是從等式(12)確定的Λ Ihr值中的最大值，ichg是電池組的充電電流。電池單體的阻抗電路的啟用時間可通過下面的一組等式得到持續(xù)時間tK ac;t，在該持續(xù)時間tK art期間，電池單體的阻抗電路可被啟用，以使電池單體供應(yīng)電池單體負載電流，同時電池單體接收電流(假設(shè)t。大于tK—aJ以實現(xiàn)目標容量hr-bteed =(14)其中，ito_bleed是與電池單體的阻抗電路啟用時的阻抗電路相關(guān)的放電安培小時，Vcell是電池單體的電壓，R是電池單體的阻抗電路的電阻。Vrall可寫成下面的等式^cell = V^ ~-Ihr (15)
伽爾其中，Vniax是處于滿荷電狀態(tài)的電池單體的電壓，Vniin是處于O %荷電狀態(tài)的電池單體的電壓，Ihrmax是電池單體的最大容量，Ihr是電池單體的容量。將等式(15)代入等式(14)并進行積分得到下面的等式
權(quán)利要求
1.一種動力系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 電池，包括多個電池單體； 至少一個控制器，被配置成使電池單體充電達到一定時間段，從而在所述時間段到期時，由每個電池單體儲存的安培小時的量大致相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，在所述時間段的至少一部分時間內(nèi)，在至少一些電池單體中，電池單體的充電速率不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個控制器還被配置成確定所述時間段。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述時間段基于每個電池單體的目標安培小時與所述多個電池單體的初始安培小時中的最小值之差。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，在所述時間段到期時，由電池單體儲存的能量的量不小于預定目標能量水平。
6.一種用于給包括多個電池單體的車輛電池充電的方法，所述方法包括 使所述多個電池單體接收電流達到一定時間段； 在所述時間段期間，使至少一些電池單體供應(yīng)電池單體負載電流，從而在所述時間段到期時，所述多個電池單體的容量大致相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括確定所述時間段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括為所述多個電池單體中的至少一些電池單體中的每個電池單體確定電池單體供應(yīng)電池單體負載電流的持續(xù)時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述時間段到期時，由電池單體儲存的能量的量不小于預定目標能量水平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池單體的容量平衡的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法用于車輛，該車輛可包括電機、多個電池單體及至少一個控制器，電機產(chǎn)生用于車輛的動力，所述多個電池單體儲存用于電機的能量。所述至少一個控制器可使電池單體接收電流達到一定時間段，在所述時間段期間，使至少一些電池單體供應(yīng)電池單體負載電流，從而在所述時間段到期時，由電池單體儲存的能量的量至少等于預定的目標能量水平。
文檔編號H02J7/00GK102904292SQ20121025637
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者布魯斯·卡維·布雷克蒙, 艾倫·羅伊·蓋爾, 拉里·迪安·埃里 申請人:福特全球技術(shù)公司