本申请基于2014年8月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2014-0104351号并要求其优先权权益，该申请的公开内容全部引入本文以供参考。
技术领域
本公开涉及用于控制电池以延长行驶里程的系统和方法，并且更具体地，涉及根据驾驶模式基于电池开关技术来平衡能量的技术。
背景技术：
电池配置成充电能并将电能提供给各种类型的电子装置。特别地，二次电池(单电池)可再充电能并且通过堆叠多个单电池以增加输出来实施。因此，包括多个单电池的二次电池需要配置成管理多个单电池的电池管理系统(以下称为“BMS”)。当串联连接多个单电池时，单电池间平衡是重要因素。单电池间平衡可以是将构成电池的多个单电池中所充的各个电压保持在允许范围内的单电池平衡。单电池平衡与电池寿命、输出功率等相互关联，并且当未适当地进行单电池平衡时，单电池劣化且因此可能减少电池的寿命和输出功率。
作为创建单电池平衡的常规方法，已开发出当单电池具有很高的电压时通过将单独的电阻器分别布置在多个单电池中并且测量各个单电池的电压以通过电阻器放出电压来减小单电池电压的方法。在由第一单电池和第二单电池构成的电池中，假设第一单电池的电压大于第二单电池的电压。当对第一单电池和第二单电池同时充电时，首先将第一单电池充电到允许范围内的最高电压。特别地，第一单电池通过电阻器执行放电操作并且第二单电池终止充电操作。此外，当第一单电池放电到预定电压时，再次对第一单电池和第二单电池同时充电。当通过重复该操作而使第一单电池与第二单电池之间的电压差在预定范围内时，终止平衡操作。
然而，连接有多个单电池的电池需要以相同的单电池规格进行设置以平衡多个单电池之间的例如电阻或电压偏差，并且具有其中电池管理系统管理各个单电池的结构。
技术实现要素：
因此，本公开内容提供用于控制电池以延长行驶里程的系统，该系统能够在加速器工作时通过关断电池开关单元以串联连接多个电池来提供驱动电动机所需的很高的电压并且在加速器未工作时通过接通电池开关单元以并联连接多个电池来执行多个电池中的电压平衡并管理电压偏差。
根据本公开内容的示例性实施方式，用于操作电池以延长行驶里程的系统可以由控制器执行并且可包括：多个电池模块；电池开关单元，配置成在加速器未工作时并联连接多个电池模块并且在加速器工作时串联连接多个电池模块；以及电动机驱动单元，配置成在加速器工作时由电池开关单元接收输出。
多个电池模块可具有彼此不同的规格。当加速器未工作时，可接通电池开关单元且因此可实现多个电池模块之间的能量平衡。当加速器工作时，可关断电池开关单元且因此多个电池模块可配置成提供驱动电动机所需的输出。该系统还可包括：再生制动单元和充电单元，配置成连接至多个电池模块以充入电流。再生制动单元可配置成再充入从制动器产生的能量，并且充电单元可配置成再充入来自外部充电器的能量。
根据本公开内容的另一个示例性实施方式，用于控制电池以延长行驶里程的方法可包括：由控制器通过并联连接车辆的多个电池模块来保持基本上类似的电压；以及当驾驶者在车辆起动之后操作加速器时，由控制器通过串联连接多个电池模块来提供驱动电动机所需的输出，并且当驾驶者未操作加速器(例如，加速器分离)时，由控制器通过并联连接多个电池模块来平衡多个电池模块中的电压。
在保持基本上相同的电压的过程中，车辆可以处于泊车模式或停止模式或者可以从外部充电器充电。多个电池模块中的任一个可以用从制动器产生的能量或从外部充电器提供的能量进行充电。
附图说明
根据以下具体实施方式并结合附图，本公开内容的上述和其他目的、特征和优点将更加明显。
图1是示出包括根据本公开内容的示例性实施方式的用于控制电池以延长行驶里程的系统的车辆的示例图；
图2A-2B是根据本公开内容的示例性实施方式的电池开关单元的示例性电路框图；并且
图3A-3B是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于控制电池以延长行驶里程的系统的电池控制方法的示例性结构图。
附图中每个元件的符号
110：电池规格1、电池规格2
110a：高能电池模块
110b：高输出电池模块
110c：高安全性电池模块
120：电池开关单元
130：再生制动单元
140：充电单元
150：电动机驱动单元
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。
尽管示例性实施方式描述为使用多个单元来实施示例性操作，但可以理解的是，也可以通过一个或多个模块来实施示例性操作。此外，可以理解的是术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置成存储模块，并且处理器具体配置成执行所述模块以实施以下进一步描述的一个或多个操作。
此外，本发明的控制逻辑可实施为含有通过处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、优盘、智能卡和光学数据存储装置。还能够在网络耦合的计算机系统中分布计算机可读记录介质，使得例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)以分散的方式存储并且执行计算机可读介质。
本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an)”和“该(the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
参照以下阐述的附图根据本公开内容的示例性实施方式的下列详细说明，上述目的、特征和优点将变得更加明显。因此，本公开内容所属领域的普通技术人员将容易实施本公开内容的技术理念或精神。此外，当相关技术中已知的技术的详细说明在本公开内容中被认为使本发明的主旨模糊时，将省略其详细说明。在下文中，将参照附图来详细描述本公开内容的示例性实施方式。
图1是示出包括根据本公开内容的示例性实施方式的用于控制电池以延长行驶里程的系统的车辆的示例图。参照图1，用于控制电池的系统100可包括电池模块110、电池开关单元120、再生制动单元130、充电单元140、和电动机驱动单元150。电池模块110、电池开关单元120、再生制动单元130、充电单元140、和电动机驱动单元150可通过具有存储器和处理器的控制器操作。
电池模块110可配置成充电能并将电能提供给各种类型的电子装置。特别地，电池模块110可具有连接多个电池以增加输出的结构，并且电池模块110可包括高能电池模块110a、高输出电池模块110b和高安全性电池模块110c。高能电池模块110a是其中设计了具有1莫姆或更大的DC-IR和高容量性能的单电池的电池模块。高能电池模块110a可使用较厚的高密度电极，减小导电材料的含量且减少高容量活性材料和分离膜厚度。
高输出电池模块110b是其中设计了具有1莫姆或更大的DC-IR和高输出性能的单电池的电池模块。高输出电池模块110b可使用较薄的低密度电极，增加导电材料的含量，细化活性材料的颗粒尺寸且增强散热特性。高安全性电池模块110c是其中设计了具有1莫姆或更大的DC-IR和高安全性能的单电池的电池模块。高安全性电池模块110c可使用具有优异碰撞和贯通安全性的活性材料、分离膜和电解质，并使用在包装单电池期间抵抗碰撞很强的外部材料或辅助材料(aids)。
电池开关单元120可配置成接通或关断多个电池模块110之间的电连接。电池开关单元120中包括的每个开关装置(SW)可配置成通过开关控制信号来执行接通或关断操作。作为开关装置(SW)，可以使用本领域技术人员可容易使用的所有开关装置，例如机械继电器、光MOS继电器、BJT和MOSFET。因此，本公开内容的范围不限于电池开关单元120中使用的类型的开关装置。特别地，当加速器工作(例如，接合加速器)时，可关断电池开关单元120以串联连接电池的多个单电池，从而供应驱动电动机所需的高电压。此外，当加速器未工作时，可接通电池开关单元120以并联连接电池的多个单电池，以平衡电池之间的电压，从而调整电池之间的电压偏差(平衡)。特别地，电池开关单元120可被称为主动呼叫(activecall)平衡装置。
当驱动车辆时，再生制动单元130可配置成在制动器工作时通过使用制动器的摩擦将动能转换成热能来执行制动。特别地，所有能量可转换成热能并且热能可转换成电或电压以对电池进行再充电。充电单元140可配置成供应电力以便对多个电池模块110进行充电且当车辆停止或泊车时可使用外部充电装置连续地供应电力。
可连接电动机驱动单元150，以接收从电池模块110输出的电力。供应给电动机驱动单元的电力可被称为负载(未示出)，其可由电动车或混合动力车的驱动电动机、直流到直流(DC到DC)转换器等构成，并且本公开内容并不限于这些类型的负载。电动机驱动单元150可配置成根据电池开关单元120的操作驱动电动机或停止电动机的驱动。
图2A-2B是根据本公开内容的示例性实施方式的电池开关单元的示例性电路框图。图2A示出当加速器工作时电池开关单元的电路框图，并且图2B示出当加速器未工作时电池开关单元的电路框图。
将描述接通或关断多个电池模块110之间的电连接的电池开关单元120的电路操作。特别地，电池模块110可包括电池规格彼此不同的多个结构。具体地，当加速器工作时，可关断电池开关单元120，以串联连接电池模块110，从而将驱动电动机所需的高电压提供给电动机驱动单元150。此外，当加速器未工作时，可接通电池开关单元120，以并联连接电池模块110，从而平衡电池模块110之间的电压A。
图3A-3B是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于控制电池以延长行驶里程的系统的电池控制方法的示例性结构图。参照图3A，当加速器工作以驱动车辆时，可关断电池开关单元120，以串联连接电池模块110。
特别地，当加速器工作时，可串联连接高能电池模块110a、高输出电池模块110b和高安全性电池模块110c，以将驱动电动机所需的高电压提供给电动机驱动单元150。特别地，由于当车辆以很高的速度行驶时可能需要很高的电流，因此可增加高输出电池模块110b的负载，而由于当车辆以很低的速度或基本恒定的速度驱动时需要较低电流，因此可减小高输出电池模块110b的负载并且可将负载分配到高能电池模块110a或高安全性电池模块110c中。换句话说，高输出电池模块110b可具有很大的负载变化，但高能电池模块110a或高安全性电池模块110c的负载变化可以基本恒定。电池模块110之间的负载偏差可以通过电池开关单元120或电池管理系统(BMS)得到控制。此外，当加速器工作时，驾驶者可根据加速踏板的强度调整用于高速驾驶的高输出需求和用于低速驾驶或恒速驾驶的低输出需求。
参照图3B，当加速器未工作时，可接通电池开关单元120，以并联连接电池模块110。可平衡并联连接的电池模块110之间的电压(能量平衡)，以管理电池模块110之间出现的电压偏差。特别地，当加速器未工作时，可并联连接高能电池模块110a、高输出电池模块110b和高安全性电池模块110c，以平衡各个电池模块110a、110b和110c中的电压且分散各个电池模块110a、110b和110c中的充电能量。高输出电池模块110b可通过再生制动单元130或充电单元140进行充电并且可通过使高能电池模块110a和高安全性电池模块110c放电来进行充电。
当车辆泊车、停止或从外部充电时，可并联连接电池模块110a、110b和110c，以保持大约相同的电压，并且特别地，当车辆从外部充电时使用低电压和高电流，且减少充电时间。
如上所述，根据本公开内容的示例性实施方式，可以使电池系统内的单电池间的偏差最小化且通过使用电池开关单元根据驾驶情况进行能量平衡。
此外，根据本公开内容的示例性实施方式，当车辆停止或泊车时，可以通过使电池开关单元将多个电池的串联连接状态转换成并联连接状态来提高车辆的安全性。此外，根据本公开内容的示例性实施方式，可以通过同时连接具有各种输出功率、耐久性、能量量等的电池来复合使用电池。
尽管已基于所限的构造和附图公开了本公开内容的示例性实施方式，但是本公开内容的技术理念并不限于此。因此，本领域技术人员将理解到，在不背离随附权利要求书中所公开的本公开内容的范围和精神的情况下可以作出各种修改和变化。