平衡电池单元的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种平衡电池单元的方法和系统，其使用包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图。该方法包括由温度传感器测量电池的环境温度。此外，控制器被配置成识别平衡目标单元的数量，并通过将环境温度和平衡目标单元的数量代入数据图，计算平衡占空比。由控制器基于所计算的占空比导出平衡时间，并由所述控制器基于所计算的占空比，持续所述平衡时间平衡相应的电池单元。
【专利说明】平衡电池单元的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2013年7月2日提交的韩国专利申请N0.10-2013-0076959的权益，
其全部内容合并于此以供参考。
【技术领域】
[0003]本发明涉及平衡(balancing)高压电池组中电池单元的系统和方法，其中所述高压电池组用于车辆，例如混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力汽车(PHEV)和电动汽车(EV)。
【背景技术】
[0004]一般来说，串联连接的电池组已被用作主/辅助电源以改善环境友好型车辆，例如HEV、PHEV和EV的行驶距离/燃料比。
[0005]防止使用电池的车辆中的电池在相当长的一段时间内退化是很重要的，因此，要进行电池单元的平衡，以便尽量减少电池单元之中产生的寿命偏差，从而防止电池的退化。在电池单元的平衡中，主要使用被动平衡，其中，放电具有高压或容量的电池单元的电阻被用于消耗容量，从而降低电压。进一步地，电池的容量与EV等的行驶距离直接相关，从而使得电池的容量处于增加的趋势。因此，平衡电池单元所需要的放电电阻的消耗电流/功率增加，从而使得控制器的成本和平衡系统的尺寸增加。
[0006]在现有的电池单元的电流平衡方法中，当进行平衡时，基于控制器的操作环境的最大温度以及基于平衡电阻的温度增加，以不会导致损坏的水平使用平衡电阻。进一步地，当基于环境温度进行平衡时，热值可能无法确定，并且与设计规格相比，系统的规格可能要基于高温被确定，以降低放电效率。当平衡电阻大约27 Ω并且使用大约1.5W时，整个电池单元的平衡基于大约75°C的操作环境进行，接着电阻的温度在30分钟内增加到大约200°C或更高。尤其是，当电阻的温度增加到大约200°C或更高时，电阻会出现裂纹(一般电阻供应商认证的参考温度是155°C)。
[0007]在本发明【背景技术】部分中所公开的发明仅仅是为了加强对本发明背景的理解，不应视为本领域技术人员对上述信息的承认或对现有技术的任何形式的建议。
【发明内容】
[0008]本发明提供平衡用于车辆，例如HEV、PHEV和EV的高压电池组的电池单元的系统和方法。
[0009]尤其是，本发明提供了一种使用数据图平衡电池单元的方法，所述数据图包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比(balancing duty rat1)。该方法可以包括测量电池的环境温度；识别平衡目标单元的数量；通过向数据图代入环境温度和平衡目标单元的数量，计算平衡占空比；基于所计算的占空比，导出平衡时间；以及持续所述平衡时间利用所计算的占空比平衡相应的电池单元。
[0010]平衡电池单元的方法可以进一步包括周期性地测量电池的环境温度，以及当环境温度改变时，再次计算平衡占空比。当平衡目标单元是多个时，在平衡时间导出步骤中，可以导出平衡每个电池单元所需要的平衡时间。此外，平衡电池单元的方法可以进一步包括，在平衡多个电池单元的过程中，当某些电池单元的平衡结束时，再次计算平衡占空比。
[0011]本发明平衡电池单元的另一个方法可以包括，提供包括基于环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图；基于环境温度和平衡目标单元的数量，由数据图计算占空比；以及以相应的占空比平衡电池单元。当环境温度或平衡目标单元的数量在平衡期间改变时，可以由数据图再次计算占空比，以便进行电池单元的平衡。
[0012]本发明平衡电池单元的系统可以包括:被配置成测量电池的环境温度的温度传感器；以及具有数据图的平衡控制器，所述数据图包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比，其中平衡控制器可以被配置成当进行电池单元的平衡时，由基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的数据图计算占空比，并以占空比进行电池单元的平衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]现通过参考在所附附图中说明的示例性实施例，详细描述本发明的上述特征和其他特征，所附附图的示例性实施例仅仅是说明性的，
[0014]因此并不限制本发明，其中:
[0015]图1示出根据本发明示例性实施例的平衡电池单元的系统的示例性视图；以及
[0016]图2示出根据本发明示例性实施例的平衡电池单元的方法的示例性框图。
【具体实施方式】
[0017]应理解如这里使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的(vehicular)”或其它类似术语，通常包括机动车辆，如包括运动功能车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商用车、包括各种小船和轮船的船舶、飞机等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力车辆、氢能源车辆、燃料电池车辆和其它替换燃料车辆(例如源自非石油资源的燃料)。如这里所指，混合动力车辆是指有两种或更多动力源的车辆，例如同时有汽油和电动两种动力的车辆。
[0018]尽管示例性实施例被描述为使用多个单元以执行示例性过程，但应该理解示例性过程同样可通过一个或多个模块执行。此外，应理解术语“控制器/控制单元”指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块从而进行下面进一步描述的一个或多个过程。
[0019]此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上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、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以分布在连接网络的计算机系统中，从而计算机可读媒体可以以这样的分布方式，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)存储并执行。
[0020]本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施例的目的而不意在限制本发明。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(compr i s e s和/或compr i s i ng ) ”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。
[0021]除非详细说明或者可以从上下文中明显地看出，本文中使用的术语“约”应当理解为是在本领域的正常公差范围之内，比如在均值的2个标准误差内。“约”可理解为在所述值的 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%、或 0.01% 之内。除非在上下文中另外明确地说明，本文中所有的数量值通过术语“约”进行修饰。
[0022]在下文中，根据本发明示例性实施例的用于车辆的电池系统的温度控制装置及其方法将参考附图进行说明。
[0023]图1示出根据本发明示例性实施例的平衡电池单元的系统的示例性视图；以及图2示出根据本发明示例性实施例的平衡电池单元的方法的示例性框图。
[0024]首先，如图1所示，本发明平衡电池单元的系统可以包括，经配置测量电池环境温度的温度传感器200 ;以及平衡控制器300，所述平衡控制器300可以具有包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图，并被配置成当进行电池单元10的平衡时，基于电池环境温度和平衡目标单元数量由数据图计算占空比，并以占空比进行电池单元的平衡。换句话说，温度传感器可以被布置在电池组的内侧或外侧，以便测量电池的环境温度。执行电池单元平衡的电阻会受环境温度影响，因此可以由温度传感器代表性地测量环境温度。
[0025]而且，平衡控制器可以预先提供数据图，环境温度和平衡目标单元的数量可以被输入到数据图中，平衡占空比可以从数据图输出。因此，平衡控制器可以被配置成在进行平衡之前，利用环境温度和平衡目标单元的数量，识别平衡目标单元并输出适当的平衡占空t匕。接着，电池单元的平衡可以基于占空比进行。具体地，当进行平衡时，占空比可以基于环境温度和平衡目标单元的数量而改变，因此，在没有直接测量平衡电阻热值的情况下，可以预测并控制温度，以便稳定操作平衡电阻。
[0026]同时，利用具有基于环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图的本发明平衡电池单元的方法包括:由温度传感器测量电池的环境温度S300 ;由控制器识别平衡目标单元的数量S200;通过向数据图代入环境温度和平衡目标单元的数量，由控制器计算平衡占空比S400 ;基于所计算的占空比，由控制器导出平衡时间S500 ;以及由控制器按所计算的占空比以所述平衡时间对相应的电池单元进行平衡S600。
[0027]如图2所示，首先，可以通过测量电池单元的电压识别平衡目标电池单元S100、S200，接着，测量环境温度S300。此后，识别测量的环境温度和需要平衡的电池单元的数量，接着代入到数据图，以便据此计算适当的占空比S400。
[0028]而且，可以导出用于平衡每个电池单元所需要的时间S500。具体地，利用先前计算的占空比，通过电阻导出用于平衡单元电池的时间。在夏天，当环境温度较高时，或当平衡目标单元的数量较大时，可以预期电阻的温度会突然增加，因此，占空比可以被保持在相对低的水平，并且平衡时间可以随着降低的占空比而延迟。当占空比和平衡时间被确定时，可以根据确定的占空比和确定的时间进行每个单元的平衡S600。
[0029]而且，本发明平衡电池单元的方法可以进一步包括:通过定期测量电池的环境温度，由控制器再次计算占空比，并且当环境温度改变时，可以再次计算占空比S700。换句话说，在进行平衡期间，环境温度改变时，可以据此再次计算占空比，并再次计算平衡时间，以便进行平衡，从而即使温度改变时也能防止电阻的损坏。
[0030]而且，在时间导出步骤中，当平衡目标单元是多个时，可以导出用于平衡每个电池单元所需要的平衡时间。此外，在平衡多个电池单元的时候，当某些电池单元的平衡已经停止时，可以进一步包括再次计算平衡占空比的步骤。换句话说，在平衡多个电池单元的过程中，当电池单元中的任意一个的平衡时间已经结束时，可以基于环境温度和改变的平衡目标电池单元的数量再次计算占空比，并且可以据此再次计算平衡时间，以便执行平衡，从而在不损坏电阻的范围内，更快速地进行平衡。此后，当所有单元都被平衡时，完成平衡S800。
[0031]根据本发明平衡电池单元的另一个方法，具有基于环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图，并且可以基于环境温度和平衡目标单元的数量由数据图计算占空比，并且电池单元可以相应的占空比进行平衡。而且，在进行平衡的过程中，当环境温度或平衡目标单元的数量改变时，可以由数据图再次计算占空比，以执行电池单元的平衡。
[0032]根据如上所述平衡电池单元的系统和方法，在没有直接测量每个电池单元的热值的情况下，通过测量环境温度，可以防止平衡电阻的损坏。基于环境温度和平衡目标单元的数量，可变地控制占空比，从而改善平衡电阻的利用效率。
[0033]虽然结合示例性实施例对本发明进行说明，但是应当理解本描述不是为了使本发明仅局限于那些示例性实施例。相反，本发明不仅覆盖所述示例性实施例，而且其各种替换、更改、等效物和其他实施例也被包含在本发明所附权利要求定义的精神和范围内。
【权利要求】
1.一种平衡电池单元的方法，其使用包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比的数据图，所述方法包括: 由温度传感器测量电池的环境温度； 由控制器识别所述平衡目标单元的数量； 通过将所述环境温度和所述平衡目标单元的数量代入所述数据图，由所述控制器计算平衡占空比； 由所述控制器基于所计算的占空比导出平衡时间；以及 持续所述平衡时间，由所述控制器利用所计算的占空比平衡相应的电池单元。
2.根据权利要求1所述的平衡电池单元的方法，进一步包括: 当所述环境温度改变时，由所述控制器定期测量电池的环境温度并再次计算平衡占空比。
3.根据权利要求1所述的平衡电池单元的方法，其中当所述平衡目标单元是多个电池单元时，导出用于平衡每个电池单元所需要的平衡时间。
4.根据权利要求3所述的平衡电池单元的方法，进一步包括: 在平衡多个电池单元的过程中，当某些电池单元的平衡已经结束时，由所述控制器再次计算平衡占空比。
5.一种平衡电池单元的方法，包括: 由控制器从数据图计算占空比，所述数据图包括基于环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比；以及 由所述控制器利用相应的占空比平衡所述电池单元。
6.根据权利要求5所述的平衡电池单元的方法，进一步包括: 在进行平衡的过程中，当所述环境温度或所述平衡目标单元的数量改变时，由所述控制器从所述数据图再次计算占空比，以进行所述电池单元的平衡。
7.一种平衡电池单元的系统，其包括: 被配置成测量电池的环境温度的温度传感器；以及 具有数据图的控制器，所述数据图包括基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量的平衡占空比，并且所述控制器被配置成: 当进行电池单元的平衡时，基于电池的环境温度和平衡目标单元的数量，从所述数据图计算占空比；以及 用相应的占空比进行所述电池单元的平衡。
8.根据权利要求7所述的平衡电池单元的系统，其中所述控制器被进一步配置成: 识别所述平衡目标单元的数量； 通过将所述环境温度和所述平衡目标单元的数量代入所述数据图，计算平衡占空比； 基于所计算的占空比，导出平衡时间；以及 持续所述平衡时间利用所计算的占空比平衡相应的电池单元。
9.根据权利要求7所述的平衡电池单元的系统，其中当所述平衡目标单元是多个电池单元时，导出用于平衡每个电池单元所需要的平衡时间。
10.根据权利要求9所述的平衡电池单元的系统，其中所述控制器被进一步配置成: 在平衡多个电池单元的过程中，当某些电池单元的平衡已经结束时，再次计算所述平衡占空比。
11.一种包含由控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括: 控制温度传感器测量电池的环境温度的程序指令； 识别平衡目标单元的数量的程序指令； 通过将所述环境温度和所述平衡目标单元的数量代入数据图，计算平衡占空比的程序指令； 基于所计算的占空比，导出平衡时间的程序指令；以及 持续所述平衡时间利用所计算的占空比平衡相应的电池单元的程序指令。
12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，进一步包括: 当所述环境温度改变时，定期测量电池的环境温度并再次计算平衡占空比的程序指令。
13.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读介质，其中当所述平衡目标单元是多个电池单元时，导出用于平衡每个电池单元所需要的平衡时间。
14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，进一步包括: 在平衡多个电池单元的过程中，当某些电池单元的平衡已经结束时，再次计算平衡占空比的程序指令。
【文档编号】H01M10/44GK104283249SQ201310507445
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年7月2日
【发明者】金范奎 申请人:现代自动车株式会社, 起亚自动车株式会社