专利名称：蓄电池部分/模块的自动单格电池平衡装置修复工具的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及用于校正蓄电池堆内单格电池-单格电池电压不平衡的便携式单格电池平衡修复工具，更具体地，涉及用于校正蓄电池堆内单格电池-单格电池电压不平衡以将各个单格电池充电到共同电压设置点的自动便携式单格电池平衡修复工具。
背景技术：
电动汽车变得越来越普遍。这些车辆包括混合动力车辆(诸如增程型电动车 (EREV))和纯电动车(诸如蓄电池电动车(BEV))，其中，EREV兼有蓄电池与主动力源，主动力源诸如内燃机、燃料电池系统等。这些类型的电动车都采用包括多个蓄电池单格电池的高压蓄电池。这些蓄电池可以是不同的蓄电池类型，诸如锂离子电池、镍金属氢化物、铅酸等。典型的电动车高压蓄电池系统可以包括大量蓄电池单格电池或模块，模块包括若干蓄电池单格电池，以满足车辆功率和能量要求。蓄电池系统可以包括多个单独的蓄电池模块， 其中，每个蓄电池模块可以包括特定数量的蓄电池单格电池，诸如12个单格电池。各个蓄电池单格电池可以串联电连接，或者一系列单格电池可以并联电连接，其中，模块中的多个单格电池串联连接，每个模块并联电连接到另一模块。不同车辆设计包括对于特定应用采用各种不同的权衡和优势的不同蓄电池设计。当制造车辆的蓄电池堆时，多个单独的蓄电池单格电池通常被组合为单格电池组，单格电池组可以包括3个单格电池，多个单格电池组可以焊接在一起形成蓄电池模块。 蓄电池模块在壳体中电连接在一起以提供蓄电池堆，其中，模块的数量确定蓄电池堆电压。 在制造过程期间，蓄电池堆和蓄电池单格电池部分可以被充电和放电，以确认蓄电池堆构建和单格电池问题和故障。蓄电池堆的电测试中出现的这些故障模式可以引起多个单独的单格电池或单格电池组失去平衡。失去平衡状态的单格电池是蓄电池堆或部分内的单格电池处于不同充电状态(SOC)的情况。多个单独的单格电池或单格电池组失去平衡存在各种不同的原因。例如，有缺陷的电压温度感测监控(VTSM)线束可能引起与蓄电池堆的较差连接。这样可能导致差的单格电池-单格电池电压平衡，其中，如果单格电池电压不平衡得足够大，则影响蓄电池堆的性能，其中在蓄电池的寿命开始时，车辆的行驶距离就减小。当部分或蓄电池堆开路电压范围大于特定蓄电池构造的蓄电池构建处理规格时，就认为单格电池彼此失去平衡。当测试蓄电池堆且单格电池或单格电池组的充电被确认为太低时，这引起单格电池-单格电池电压不平衡，则需要采用积极步骤以校正不平衡。已知有多种在制造修复环境下实现原始蓄电池单格电池-单格电池电压平衡的方法，这些方法使用电源和电阻器手工地修复失去平衡的蓄电池部分或模块。然而，这些已知的手工修复蓄电池部分或模块的方法通常繁重、无效且不安全。通常发生如果在单格电池组中发现低充电单格电池，则焊接在一起的整个模块被丢弃或替换，这明显影响成本，原因是模块中大部分单格电池可能操作正常。当前，没有可以购买的现成的自动蓄电池平衡修复工具。
发明内容
根据本发明的教导，公开一种用于校正单格电池-单格电池电压不平衡的便携式单格电池平衡修复工具。该工具定义电压设置点，该电压设置点确认用于单格电池-单格电池电压平衡的单格电池将被充电到的期望电压。该工具选择待被平衡的单格电池，测量选择的单格电池的电压，并且确定测量的电压是否小于电压设置点。如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则该工具确定选择的单格电池的测量电压是否在电压设置点的预定阈值内。如果选择的单格电池的测量电压在阈值之外，则该工具提供最大充电电流用于给选择的单格电池充电，如果选择的单格电池的测量电压在阈值内，则该工具提供最小充电电流用于给选择的单格电池充电。该工具在预定时间段上以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电，然后在该时间段逝去之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点。如果测量的电压不大于电压设置点，则该工具继续以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电；如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电流。如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则该工具将选择的单格电池的充电电流减少预定量；以及如果选择的单格电池的充电电流是最小充电电流，则选择下一个待被平衡的单格电池。根据下面结合附图的描述和所附权利要求，本发明的另外的特征将变得明显。本发明还提供了如下方案
方案1. 一种提供对蓄电池堆中蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的方法，所述方法包括
定义电压设置点，其确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压； 选择待被平衡的单格电池； 测量选择的单格电池的电压；
确定选择的单格电池的测量电压是否小于电压设置点；
如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则确定选择的单格电池的测量电压是否在电压设置点的预定阈值内；
如果选择的单格电池的测量电压在阈值之外，则提供最大充电电流用于给选择的单格电池充电；
如果选择的单格电池的测量电压在阈值之内，则提供最小充电电流用于给选择的单格电池充电；
在预定时间段上以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电； 在所述预定时间段之后，确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点； 如果测量的电压不大于电压设置点，则继续以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电；如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电
流；
如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则将选择的单格电池的充电电流减少预定量；以及
如果选择的单格电池的充电电流是最小充电电流，则选择下一个待被平衡的单格电池。方案2.根据方案1所述的方法，还包括如果充电电流不是最小充电电流，则在减少选择的单格电池的充电电流之后确定选择的单格电池的充电电流是否小于最小充电电流，以及如果充电电流小于最小充电电流，则将充电电流设置为最小充电电流。方案3.根据方案1所述的方法，还包括重复地对选择的单格电池进行充电，在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点，并且如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则减小充电电流。方案4.根据方案1所述的方法，还包括执行多个步骤以对蓄电池堆中的所有单格电池一个接一个地进行平衡，并且然后再多次迭代地对蓄电池堆中的所有单格电池进行平衡。方案5.根据方案4所述的方法，其中，多次迭代是3次迭代。方案6.根据方案1所述的方法，其中，最大充电电流是8安培，而最小充电电流是 2安培。方案7.根据方案1所述的方法，其中，蓄电池堆是电动车辆的高压蓄电池堆。方案8.根据方案1所述的方法，其中，如果充电电流不是最小充电电流则将选择的单格电池的充电电流减少预定量包括以2安培增量减少充电电流。方案9.根据方案1所述的方法，其中，在预定时间段上对选择的单格电池进行充电包括对选择的单格电池进行充电大约15秒。方案10. —种提供对蓄电池堆中的蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的方法，所述方法包括
定义电压设置点，其确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压； 选择待被平衡的单格电池； 测量选择的单格电池的电压；
确定选择的单格电池的测量电压是否小于电压设置点；
如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则提供充电电流用于给选择的单格电池充电；
在预定时间段上以充电电流对选择的单格电池进行充电；
在预定时间段之后，确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点；
如果测量的电压不大于电压设置点，则继续以所述充电电流对选择的单格电池进行充
电；
如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电流；
以及
如果充电电流不是最小充电电流，则将选择的单格电池的充电电流减少。方案11.根据方案10所述的方法，还包括如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则确定选择的单格电池的测量电压是否处于电压设置点的预定阈值内，并且如果选择的单格电池的测量电压在阈值之外，则提供最大充电电流用于给选择的单格电池充电；如果选择的单格电池的测量电压在阈值之内，则提供最小充电电流用于给选择的单格电池充电。方案12.根据方案10所述的方法，还包括如果充电电流不是最小充电电流，则在减少选择的单格电池的充电电流之后确定选择的单格电池的充电电流是否小于最小充电电流，以及如果充电电流小于最小充电电流，则将充电电流设置为最小充电电流。方案13.根据方案12所述的方法，还包括重复地对选择的单格电池进行充电，在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点，并且如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则减小充电电流。方案14.根据方案12所述的方法，还包括执行多个步骤以对蓄电池堆中的所有单格电池一个接一个地进行平衡，并且然后再多次迭代地对蓄电池堆中的所有单格电池进行平衡。方案15.根据方案10所述的方法，其中，蓄电池堆是电动车辆的高压蓄电池堆。方案16. —种提供对蓄电池堆中的蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的系统，所述系统包括
用于定义确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压的电压设置点的装
置；
用于选择待被平衡的单格电池的装置； 用于测量选择的单格电池的电压的装置； 用于确定选择的单格电池的电压是否小于电压设置点的装置； 用于在选择的单格电池的测量电压小于电压设置点的情况下提供充电电流用于给选择的单格电池充电的装置；
用于在预定时间段上以充电电流对选择的单格电池进行充电的装置； 用于在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点的装置； 用于在测量的电压不大于电压设置点的情况下继续以所述充电电流对选择的单格电池进行充电的装置；
用于在选择的单格电池的电压大于电压设置点的情况下确定充电电流是否为最小充电电流的装置；以及
用于在充电电流不是最小充电电流的情况下将选择的单格电池的充电电流减少的装置。方案17.根据方案16所述的系统，还包括用于在选择的单格电池的测量电压小于电压设置点的情况下确定选择的单格电池的测量电压是否处于电压设置点的预定阈值内的装置，以及用于在选择的单格电池的测量电压在阈值之外的情况下提供最大充电电流用于给选择的单格电池充电以及在选择的单格电池的测量电压在阈值内的情况下提供最小充电电流用于给选择的单格电池充电的装置。方案18.根据方案16所述的系统，还包括用于在充电电流不是最小充电电流的情况下在减少选择的单格电池的充电电流之后确定选择的单格电池的充电电流是否小于最小充电电流的装置，以及用于在充电电流小于最小充电电流的情况下将充电电流设置为最小充电电流的装置。方案19.根据方案18所述的系统，还包括用于重复地给选择的单格电池充电， 在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点，并且如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则在充电电流不是最小充电电流的情况下减小充电电流的装置。方案20.根据方案16所述的系统，还包括用于执行多个步骤以对蓄电池堆中的单格电池一个接一个地进行平衡，并且然后再多次迭代地对蓄电池堆中的所有单格电池进行平衡的装置。
图1是包括车辆蓄电池的车辆的俯视平面图； 图2是便携式单格电池平衡修复工具的框图；以及
图3是用于在图2所述的修复工具中提供单格电池-单格电池平衡的算法的流程图。
具体实施例方式目的在于在制造阶段提供蓄电池堆的单格电池-单格电池电压平衡的修复工具的本发明的实施例的下面讨论本质上仅是示例性，且决不限制本发明或其应用或使用。例如，下面描述的修复工具是用于高压车辆蓄电池。然而，如本领域的技术人员所理解，本发明的单格电池-单格电池电压平衡修复工具可以用于要求单格电池平衡的其他蓄电池。图1是用来表示电动车或电动混合动力车辆的车辆10的俯视平面图。车辆10包括安装到车辆10内的适当支撑的高压蓄电池12，其中，蓄电池12包括多个蓄电池单格电池。蓄电池12可以是适用于电动车的任何蓄电池，诸如铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、金属氢化物蓄电池等。车辆10还可以包括单独的动力源14，诸如内燃机、燃料电池等。控制器16 控制蓄电池12和动力源14的操作，包括它们之间的动力分配。本发明提出了在蓄电池堆的制造阶段将蓄电池堆连接到互连板的同时能够给多个单独的蓄电池单格电池或蓄电池单格电池组充电的设备或修复工具。设备是便携式的， 原因在于其设置在外壳中且能够很容易地从一个地方携带到另一个地方。修复工具是自动的，原因在于一旦启动，它会自动平衡蓄电池部分内的蓄电池堆中所有单格电池，并且不需要技术人员参与。图2是上述类型的用于对具有多个蓄电池单格电池的蓄电池观充电的蓄电池充电和单格电池平衡修复工具26的示意性框图。工具沈评价蓄电池28以进行单格电池-单格电池电压平衡并且提供随后的单格电池充电，如果必要，通过互连板。当蓄电池观被制造时，互连板被连接到电池28的顶部以提供对蓄电池28的主要充电。因此，互连板提供安全连接方案，其中，用户并不需要接触到蓄电池观内的带电的蓄电池单格电池突片。修复工具沈包括外部壳体或外壳32，其允许工作沈是便携式的且从一个地方携带到另一个地方。修复工具26包括充电平衡装置控制器34，其通过线36与以太网进行通信。充电平衡装置控制器34提供工具沈的各种控制功能，以与在此讨论一致地正确地给单独的蓄电池单格电池充电。控制器34与电源40供能的模拟离散输入/输出(I/O)控制装置38进行通信。多路器印刷电路板42连接到I/O控制装置38，并且提供通过连接到蓄电池观的互连板将在线44上进行充电的特定蓄电池单格电池或组的选择。数据获取处理器46存储各种测量的电压和单格电池温度。图3是示出操作图2所示的工具沈中的算法以给蓄电池观中的多个蓄电池单格电池或单格电池组充电的过程的流程图50。算法在框52开始，在框M定义电压设置点以确认单格电池的充电将被平衡到的电压。本发明仅包括将蓄电池单格电池充电到满足单格电池平衡的电压设置点。然而，在一些情况下，特定单格电池可以在电压设置点之上，其中， 可以做出减少对那些单格电池的充电的规定。一旦定义了电压设置点，则算法在框56选择待被检测的第一单格电池，并且在框 58测量选择的单格电池的电压。算法在决策菱形60确定选择的单格电池的测量电压是否大于电压设置点，如果不大于，则在决策菱形62确定该单格电池的测量电压是否在设置点的预定阈值内。算法想要知道选择的单格电池的测量电压与电压设置点有多近，从而其可以确定提供多少电流以给该单格电池充电，其中，电压越接近设置点，充电电流越低。例如， 如果选择的单格电池的测量电压在阈值内，则初始充电电流可以是大约2安培的涓流充电。然而，如果选择的单格电池的测量电压在阈值之外，则算法可以提供大约8安培的最大充电。如果在决策菱形62，单格电池电压没有处于设置点的阈值内，则在框64算法将充电电流设置为其最大值，如果在决策菱形62，单格电池电压处于设置点的阈值内，则在框 66算法将充电电流设置为其最小水平。然后，算法在框68闭合充电触点，并且在框70在单格电池被充电的同时等待预定时间段，诸如15秒。在此时间段逝去之后，算法在框72关闭充电电流且断开充电触点，并且在决策菱形74确定单格电池电压是否大于电压设置点。如果在决策菱形74单格电池电压不大于电压设置点，则在框76单格电池需要更多充电，并且提供相同充电电流量，其中，算法返回到框68，将充电触点闭合另一预定充电时间段。如果在决策菱形74单格电池电压大于电压设置点，则算法在决策菱形78确定此选择的单格电池的最后充电电流是否为最小充电电流。当以高于最小涓流充电电流的充电电流给单格电池充电时，充电电流随时间系统地降低，直到单格电池完全充电。如果在决策菱形78充电电流不是最小电流，则算法在框80将正用于给单格电池充电的充电电流量减少一级。然后，算法在决策菱形82确定充电电流是否小于最小电流设置，如果不是，则返回到框68，以新充电电流给选择的单格电池充电。然而，如果在决策菱形82电流小于最小电流设置，则算法在框84将充电电流设置为最小电流，然后再次返回到框68，闭合触点并且以最小充电电流进一步提供单格电池充电。如果在决策菱形78正以最小充电电流给单格电池充电，则算法在决策菱形86确定蓄电池堆中的最后一个单格电池是否已经被充电，如果不是，则算法在框88递增到下一个单格电池，且返回框58以测量该下一个单格电池的电压。另外，如果在决策菱形60选择的单格电池电压大于设置点，则算法直接进行到决策菱形86，以确定最后一个单格电池是否被充电。如果在决策菱形86最后一个单格电池已经被充电，则算法在决策菱形90确定充电是否已经经历了所有预定迭代。换句话说，测量和充电了所有单格电池，如果有必要， 进行数次(迭代)测量和充电，其中在再一次测量第一个单格电池以用于下一迭代之前，在一个迭代期间测量所有的单格电池并对它们进行可能地充电。此迭代过程使充电更加准确地到达电压设置点，原因是，在平衡过程期间单格电池的充电可以在一定程度上衰减。在一个非限制性实施例中，单格电池通过三个迭代。如果在决策菱形90对于所有单格电池没有经历所有迭代，则算法在框92增加迭代计数，且返回到框56以选择第一个单格电池进行下一迭代。否则，算法在框94结束。 上述讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域的技术人员将从这种讨论以及附图和权利要求中容易地认识到，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、修改和变形。
权利要求
1.一种提供对蓄电池堆中蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的方法， 所述方法包括定义电压设置点，其确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压； 选择待被平衡的单格电池； 测量选择的单格电池的电压；确定选择的单格电池的测量电压是否小于电压设置点；如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则确定选择的单格电池的测量电压是否在电压设置点的预定阈值内；如果选择的单格电池的测量电压在阈值之外，则提供最大充电电流用于给选择的单格电池充电；如果选择的单格电池的测量电压在阈值之内，则提供最小充电电流用于给选择的单格电池充电；在预定时间段上以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电； 在所述预定时间段之后，确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点； 如果测量的电压不大于电压设置点，则继续以最大充电电流或最小充电电流对选择的单格电池进行充电；如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电流；如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则将选择的单格电池的充电电流减少预定量；以及如果选择的单格电池的充电电流是最小充电电流，则选择下一个待被平衡的单格电池。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括如果充电电流不是最小充电电流，则在减少选择的单格电池的充电电流之后确定选择的单格电池的充电电流是否小于最小充电电流，以及如果充电电流小于最小充电电流，则将充电电流设置为最小充电电流。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括重复地对选择的单格电池进行充电，在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点，并且如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则如果充电电流不是最小充电电流，则减小充电电流。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括执行多个步骤以对蓄电池堆中的所有单格电池一个接一个地进行平衡，并且然后再多次迭代地对蓄电池堆中的所有单格电池进行平衡。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，多次迭代是3次迭代。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，最大充电电流是8安培，而最小充电电流是2安培。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，蓄电池堆是电动车辆的高压蓄电池堆。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，如果充电电流不是最小充电电流则将选择的单格电池的充电电流减少预定量包括以2安培增量减少充电电流。
9.一种提供对蓄电池堆中的蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的方法，所述方法包括定义电压设置点，其确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压； 选择待被平衡的单格电池； 测量选择的单格电池的电压；确定选择的单格电池的测量电压是否小于电压设置点；如果选择的单格电池的测量电压小于电压设置点，则提供充电电流用于给选择的单格电池充电；在预定时间段上以充电电流对选择的单格电池进行充电；在预定时间段之后，确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点；如果测量的电压不大于电压设置点，则继续以所述充电电流对选择的单格电池进行充电；如果选择的单格电池的电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电流；以及如果充电电流不是最小充电电流，则将选择的单格电池的充电电流减少。
10. 一种提供对蓄电池堆中的蓄电池单格电池的电压的单格电池-单格电池平衡的系统，所述系统包括用于定义确认提供单格电池-单格电池平衡的期望单格电池电压的电压设置点的装置；用于选择待被平衡的单格电池的装置； 用于测量选择的单格电池的电压的装置； 用于确定选择的单格电池的电压是否小于电压设置点的装置； 用于在选择的单格电池的测量电压小于电压设置点的情况下提供充电电流用于给选择的单格电池充电的装置；用于在预定时间段上以充电电流对选择的单格电池进行充电的装置； 用于在预定时间段之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点的装置； 用于在测量的电压不大于电压设置点的情况下继续以所述充电电流对选择的单格电池进行充电的装置；用于在选择的单格电池的电压大于电压设置点的情况下确定充电电流是否为最小充电电流的装置；以及用于在充电电流不是最小充电电流的情况下将选择的单格电池的充电电流减少的装置。
全文摘要
本发明涉及蓄电池部分/模块的自动单格电池平衡装置修复工具。一种用于校正单格电池-单格电池电压不平衡的便携式单格电池平衡修复工具。该工具定义电压设置点，其确认为单格电池-单格电池电压平衡而该单格电池将被充电到的期望电压。该工具选择待被平衡的单格电池，测量选择的单格电池的电压，并且确定测量的电压是否小于电压设置点。该工具在预定时间段上以充电电流对选择的单格电池充电，然后在该时间段逝去之后确定选择的单格电池的电压是否大于电压设置点。如果测量的电压不大于电压设置点，则该工具继续以该充电电流对选择的单格电池进行充电，如果选择的单格电池的测量电压大于电压设置点，则确定充电电流是否为最小充电电流。
文档编号H01M10/48GK102456935SQ20111033389
公开日2012年5月16日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月29日
发明者L. 沃伊托维奇 G., A. 卢皮恩斯基 J., R. 布鲁蒙 R., W. 查尔芬特 R. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司