专利名称：用于控制电池组输出的系统和方法
技术领域：
本发明涉及控制电池组的输出。在一个实施例中，电池组为车辆提供电源。
背景技术：
在由于各种约束条件从而可限制电流量的情况下，电池组可在运行期间产生电流或吸收电流。为了将电池组控制在电池组限制(battery pack limit)内，电池组可将电池组的产生和/或吸收能力转移给外部控制器以便与电池组通信的外部负载或源可调整负载或源的运行，从而适应电池组限制。另外，可通过硬件施加电池组电流吸收和/或产生的限制。例如，熔丝可设置在电池单元和外部负载或源之间，以限制流入或流出电池组的电流。因此，电池组的退化可通过硬件和软件的结合来限制。然而，为替代熔断的熔丝而接入电池组可能是不方便的。而且，在电池组之外的负载或源可能没有在退化期期间或者非稳态运行期间精确遵循期望的电池限制的能力。进一步地，电流限制施加的程度可能取决于运行条件，包括持续过流条件的持续期间和电流在规定的限制之上的程度。
发明内容
发明人在此进一步认识到上述问题并且已开发出各种方法去处理它们。在一种方法中，用于控制电池组输出的方法包括断开接触器，该接触器在与电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时，将所述电池组电连接到所述电池组外部的电路，所述累计变量或参数在所述电池组的跟踪变量大于门限量时被进行累计。通过在电池组的电流的累计量超过门限电平时，断开将电池组连接到在该电池组外部的电路的接触器(contractor)，可以在不必访问电池组从而替代熔丝的情况下，减少电池组的退化的可能性。具体而言，可控制接触器以响应电流传感器的输出。例如，在电池运行在规定的限制内时的期间，可控制接触器以响应各种需求来操作车辆。然而，如果进入或离开电池的电流超过电流的门限量，则可对超过门限的电流的量进行累计。在累计电流的值超过门限值时，可断开接触器。这样，可在不必依赖硬件熔丝或外部控制器的情况下控制流入或流出电池组的电流。进一步地，该方法使过流运行的程度与该条件的持续期间关联起来，因为在断开接触器之前，可允许在长持续期间内电流稍微超过限制，反之在断开接触器之前，可仅允许在短持续时间内电流显著超过限制。这样，可以利用过流运行的程度和持续期间之间的相互关系。这类方法可减少不必要的接触器断开，从而减少驾驶操作中的干扰。由于一些应用可更倾向于长时间但较低的过流条件，而另一些应用可更倾向于短时间但较高的过流条件，上述方法适应这些条件和它们的各种结合。
本发明可提供几个方面的优点。具体而言，本发明的方法可在不必替换硬件或依赖外部系统的情况下减少电池组的退化。进一步地，本发明提供了对电池组退化保护措施的额外测量。更进一步地，在不必改变硬件或软件的情况下可为不同能力的电池组调整门限电流的电平。更进一步地，门限电流的电平可随着电池的温度、充电电平、或使用寿命而动态改变。在单独或者结合附图来看的以下详细描述中，本发明的上述优点和其他优点，以及特征将是显而易见的。应当理解，提供上述总结是为了以简化的形式引入在说明书中进一步描述的一组概念。这不旨在确定要求保护的主题的关键或基本特征，本发明的保护范围仅通过附在说明书中后面的权利要求来限定。此外，要求保护的主题不限于解决上述说明的缺点或本发明的任何一部分的实施。
图1示出了电池组或电池组件的爆炸示意图；图2示出了示例性的电池模块的示意图；图3示出了示例性的电池单元堆叠的爆炸示意图；图4示出了用于控制电池组输出的电路示意图；图5示出了用于控制电池组输出的方法的流程图。
具体实施例方式本说明书涉及对电池组的输出进行控制。在一个实施例中，电池单元(如图2-3 中示出的)可组合成如图1所示的电池组。来自图1-3中的电池单元的电能可通过如图4 示出的接触器选择性地输送到电池组外部的负载。在由图5的方法示例的一实施例中，当进入或离开电池组的电流超过门限电平或门限量时，图4的系统的电池组输出与负载或源断开连接。图1显示了电池组件1的爆炸图。电池组件可包括盖体10、连接装置12、第一冷却子系统14 (例如冷却板)、多个电池模块16、第二冷却子系统18 (例如冷却板)、和托架 20。装配时，可通过合适的连接装置(例如，螺栓、粘合剂等)将盖体连接于托架，从而形成包围连接装置、冷却子系统、和电池模块的壳体。电池模块16可包括多个配置为用于储存能量的电池单元。虽然示例了多个电池模块，但是应当理解在其他的实施例中也可以使用单个电池模块。电池模块16可置于第一冷却子系统14和第二冷却子系统18之间，在该情况下定位电池模块并使它们的电端子在两个冷却子系统之间朝外的侧面21上。每个电池模块可包括第一侧面23和第二侧面25，第一侧面和第二侧面可分别称为顶面和底面。顶面和底面可置于电端子两侧，在此将参考图2和图3作更详细的讨论。在该实施例中，在电池组件中，每个电池模块的顶面都定位为在一公共平面中。同样地，在电池组件中，每个电池模块的底面都定位为在另一公共平面中。然而，在其他的实施例中，仅每个电池模块的顶面或者底面都定位为在一公共平面中。这样，冷却子系统可保持直接接触电池模块的顶面或底面以增加热转移和提高冷却能力，如在此将进一步描述的，其中冷却子系统和电池模块可共面接触。示例性电池模块的另外的细节在此参考图2和图3进一步描述。在可选实施例中，在电池组件1中可仅包括冷却子系统中的一个，例如上部的冷却子系统(在该实施例中为子系统14)。而且，第一和第二冷却子系统的位置、尺寸和几何形状实质上是示范性的。因此，在其他的实施例中，第一和第二冷却子系统的位置、尺寸、和几何形状可基于电池组件的各种设计参数而改变。电池组件1也可包括配电模块(EDM) 33、监控和平衡板(MBB) 35、和电池控制模块 (BCM) 37。电池模块16中的电池单元的电压可通过集成在电池模块16上的MBB来监控和平衡。平衡电池单元是指，使电池单元堆叠中的多个电池单元之间的电压均衡。进一步地， 可使电池单元堆叠之间的电池单元电压均衡。MBB可包括多个电流传感器、电压传感器、和其它的传感器。EDM控制从电池组到电池负载的电能的分配。具体而言，EDM包括用于将高压电池电源连接到外部电池负载(例如逆变器)的接触器。BCM提供了在电池组系统上的管理控制。例如，BCM可控制在电池组内的辅助模块，如EDM和单元MBB。进一步地，BCM可包括微处理器，该微处理器具有随机存取存储器、只读存储器、输入端口、实时时钟、输出端口 ；以及控制器局域网络(CAN)端口，用于与电池组外部的系统以及MMB和其它的电池组模块通信。图2显示了可包括在多个电池模块16(图1中示出的)内的示范性的电池模块 200。电池模块200可包括具有多个堆叠的电池单元和输出端子201的电池单元堆叠。堆叠布置允许将电池单元紧密地捆扎在电池模块内。图3显示了示例性的电池单元堆叠300的一部分的爆炸图。如图所示，电池单元堆叠按次序由散热器壳体310、电池单元312、顺应垫(compliant pad) 314、电池单元316等构建成。然而，应当理解，其它的布置也是可能的。例如，电池单元堆叠按次序由散热器壳体、电池单元、散热器壳体等构建成。进一步地，在一些实施例中，散热器壳体可集成在电池单元中。电池单元312包括用于连接到母线(bus bar，未示出)的阴极318和阳极320。 母线将电荷从一个电池单元送到另一个电池单元。电池模块可配置为电池单元以串联连接和/或以并联连接。在电池单元并联组合时，母线连接类似于电池单元端子。例如，第一电池单元的正极端子连接到第二电池单元的正极端子，以便并联组合该电池单元。在期望增加电池模块的电压时，母线也连接电池单元端子的正极端子和负极端子。电池单元312进一步包括方形(prismatic)电池324，方形电池324包含电解质化合物。方形电池324与单元散热器326热交流。单元散热器326可由金属板形成并且该金属板的边缘在一面或多面上弯90度从而形成法兰(flanged)边缘。在图3的实施例中，两个相对侧面包括法兰边缘。然而其他的几何形状也是可能的。电池单元312实质上与电池单元316—样。因此， 相应地标记相似的部分。电池单元312和316布置为它们的端子对齐并且露出。在图2示出的电池模块中，连接电端子以便能够从电池模块的每个单元中提取能量。回到图3，顺应垫314置于电池单元312和电池单元316之间。然而，在其他的实施例中，电池单元堆叠中可以不包括顺应垫。散热器壳体310可通过金属板形成，该金属板具有底座328并且边缘在一面或者多面上弯90度从而形成法兰边缘。在图3中，纵向对齐的边缘330和垂直对齐的边缘332 弯曲成法兰边缘。如所述的，按尺寸定制散热器壳体以容纳一个或多个电池单元。换句话说，一个或多个电池单元可定位在底座328内。因而，电池单元的法兰边缘可与散热器壳体接触，并且电池单元312的底面329可与散热器壳体的底座接触，从而促进热传递。散热器壳体310的纵向对齐的边缘332中的一个可形成电池模块200的顶面202 的一部分，如图2所示。类似地，纵向对齐的边缘332中的一个可形成电池模块的底面的一部分。因而，散热器壳体的纵向对齐的边缘可与第一和第二冷却子系统接触以改善热传递。 这样，热量可以从电池单元传递到电池模块的外部。可通过绑箍(binding band) 204和205将电池单元捆在一起。绑箍可围绕电池单元堆叠进行缠绕或者可仅从电池单元堆叠的前面延伸到电池单元堆叠的后面。在后续的实例中，绑箍可连接到电池盖。在其他的实施例中，绑箍可包括拴在端部的螺柱(例如金属螺柱)。进一步地，各种其他的方法可用于将电池单元绑在一起形成所述堆叠。例如，连接到端板的螺杆可用于提供期望的压缩。在另一实例中，电池单元可以刚性构架的方式堆叠在一起并且在一端的板能够相对于所述电池单元向后和向前滑动，以提供期望的压缩力。在又一实施例中，用开口销(cotter pin)保持在适当位置的杆可用于将电池单元固定在合适位置。因而，应该理解各种捆绑机构可用于将电池单元堆叠保持在一起，并且这些应用不限于金属或塑料箍。盖体206为电池母线(未示出)提供保护，该电池母线用于将电荷从多个电池单元处传送到电池模块的输出端子处。电池模块还可以包括连接到电池单元堆叠的前端盖208和后端盖210。前端盖和后端盖包括模块开口 26。然而，在其他的实施例中，模块开口可包括在电池模块的一部分中，该电池模块包含电池单元。各种方法可用于确定电池荷电状态。通过了解电池单元的电荷状态来确定电池单元是否可接受另外的电荷是有可能的。进一步地，通过了解电池单元的电荷状态来确定什么时候不期望电池单元放电是有可能的。确定电池荷电状态的一种方法包括确定电池单元的电压。现参考图4，示出了用于控制电池组输出的示意图。在该实施例中，电池组400包括如通过虚线指出的两个电池单元堆叠402和414。电池单元412和424被示出为是同样的配置并且它们串联连接。然而，电池单元堆叠可配置为具有不同数量的电池单元，并且如果需要的话可配置互不相同的电池单元。例如，电池单元412和424每个可包括8个电池单元。4个电池单元串联布置。进一步地，4个电池单元与串联布置的其他4个电池单元并联布置。在该配置中，电池单元堆叠402和414中的每一个都输出与串联连接的电池单元的数量以及每个电池单元的单个电压输出相关的电压。并且，如上面讨论的，电池单元堆叠的电流能力或安培-小时额定值可与并联连接的电池单元的数量相关。随着并联布置的电池单元的数量增长，电池单元堆叠的安培_小时额定值也增长。随着串联布置的电池单元的数量增长，电池单元堆叠的输出电压也增长。因而，电池组的电压输出可通过改变以串联连接布置的电池单元的数量来增加或减少。同样地，电池组安培_小时额定值可通过改变以并联布置的电池单元的数量来增加或减少。因此，在该实例中，可通过增加与电池单元堆叠402和414的电池单元串联连接的附加电池单元来增加电池组的电压。可选地，可通过增加更多的与电池单元412和524并联连接的电池单元来增加电池单元堆叠的安培-小时额定值。电池单元堆叠402和414包括输入开关404和416，分别用于选择性地将ADC 406
7和418连接到电池单元412和424。M⑶410和422通过来自相应MCU的数字输出来控制开关404和416的状态。输入开关404和416被配置成使得ADC406和418可连接到单个电池单元以测量电池单元电压并且不受可与被测量的电池单元串联放置的电池单元的电压的影响。在一个实施例中，每个MCU 410和422可将每个串联连接的电池单元连接到相应的ADC 406和418。在电池单元并联连接时，输入开关404和416将ADC 406和418连接到单元堆叠中的并联连接的电池单元。因而，每个连接到电池单元堆叠的ADC可配置为用于测量相应电池单元堆叠内并联连接的一个或多个电池单元的电压。ADC 406和418被配置为高精度器件(例如12或16比特精度ADC)，该高精度器件是相对于MCU 410和418的外部芯片或片外芯片，然而在其他实施例中，ADC也可以是片上的并具有不同的精度(例如8比特精度)。在一个实施例中，ADC 406和418分别通过SPI 端口与MCU 410和422通信。SPI端口用于在单个的MCU分别命令输入开关404和416从而循环通过电池单元412和424时，将电池单元电压传输给每个MCU。通过循环通过开关， 单个串联电池单元连接到ADC 406和418以确定电池单元电压。ADC 408和420是集成到MCU 410和422的低精度(例如8比特精度)器件。在可选实施例中，ADC 408和420可具有高精度(例如12或16比特精度)并且在MCU410和 422的外部。ADC 408和420被配置为用于测量由电池单元412和424为相应的电池单元堆叠402和414提供的串联电压。例如，ADC 408被配置为用于测量由4个电池单元的串联组合提供的电压，这4个电池单元还并联连接另外4个电池单元，例如，412所示的电池单元。因而，MBB的ADC被配置为用于测量电池单元堆叠中的电池单元的串联组合。当然，连接到电池单元堆叠的MBB中的ADC可被配置为用于测量图4示出的4个电池单元之外的附加电池单元的电压，或者比图4示出的4个电池单元少的电池单元的电压。进一步地，如上讨论的，电池单元412的串联组合使电池单元堆叠402的输出电压增加。MCU 410 和 422 控制输入开关 404 和 416 以及 ADC 406 和 408、418、和 420。进一步地，MCU 410和422可将相应的电池电压存储到存储器并且对通过ADC 406、408、418、和 420捕获到的电池电压数据执行算术运算和逻辑操作。BCM 438通过CAN总线440与电池单元堆叠402和414中的MCU 410和422通信； 然而，其他类型的通信链路是可能和预期的。BCM 438可从电池单元堆叠402和414获取电池电压和状态指标(例如，指示ADC、电池单元、或MCU退化的标志)。BCM 438通过硬连接的数字输入和输出也与EDM 442通信，以断开和闭合接触器450和448。在可选实施例中， 当确定将电池单元堆叠402和414与电池负载或源连接时，BCM 438可通过CAN 440与EDM 442通信以实现发送指令，从而闭合接触器450和448。接触器450和448充当电控开关并且在没有来自BCM 438的指令的情况下不会中断短路电流。在一个实例中，接触器450和 448通常是开着的并且包括闭合线圈和金属触点，可通过操作闭合线圈来使金属触点与金属载流导体接合和断开。在一个实例中，接触器通过物理分离来断开。在电池输出要求较低情况下的应用中，电池输出接触器可以是基于硅的接触器，例如FET或IGBT。CSM 444包括ADC 446，用于测量接触器450和448的在电池侧的电池组电流。电流分流器472为CSM 444内的微控制器提供与进入或离开电池组的电流成比例的电压。可选地，可通过霍尔器件或其他类型的电流传感器(例如，线圈)检测电流。CSM微控制器通过ADC 446将电池组电流转换成数字数据。微控制器通过CAN总线440将电流数据传送给BCM 438。在另一实例中，来自电池单元堆叠的电流传感器数据可传送给BCM 438，以便BCM 能够确定电池组电流。BCM 438也通过CAN总线460与车辆控制器通信。熔丝462对电池组提供了限流保护。因此，图4的系统提供了用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；与所述多个电池单元电通信的电流传感器；与所述多个电池单元以及在所述电池组外部的负载电通信的接触器；和控制器，所述控制器与所述电流传感器和所述接触器通信，所述控制器包括用于在所述电池组的累计电流超过门限电流时断开所述接触器的指令。控制器可以是电池组控制器，该系统进一步包括在所述电池组内的CAN链路，所述CAN链路提供从所述电流传感器到所述控制器的电流数据。系统可进一步包括在所述控制器和车辆控制器之间的 CAN链路。该系统也包括由多个电池单元组成的多个电池模块，其中所述控制器包括用于在所述电池组的电流大于门限电流时对来自所述电流传感器的数据进行累计的进一步指令； 以及用于在预先确定的顺序后闭合所述接触器的指令。电流传感器可以是分流器件。图4的系统也提供了用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；与所述多个电池单元电通信的电流传感器；与所述多个电池单元以及在所述电池组外部的负载电通信的接触器；和控制器，所述控制器与所述电流传感器和所述接触器通信，所述控制器包括用于在与所述电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时断开所述接触器，并且其中，所述跟踪变量是来自所述电流传感器的电流。图4的系统还示出了用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；CAN链路； 接触器；与所述多个电池单元电通信的电流传感器；第一模块，包括第一控制器，所述第一控制器包括用于通过CAN链路将数字格式的电池组电流数据转发给第二模块的指令；以及第二模块，包括第二控制器，所述第二控制器包括用于通过所述CAN链路接收所述数字格式的所述电池组电流数据的指令，所述第二控制器包括用于在所述电池组的累计电流超过门限电流时断开所述接触器的进一步指令。此外，第二模块可以是电池控制模块，所述电池控制模块可以通过CAN链路电连接到多个监控器和平衡模块。接触器可以是常开接触器并且包括闭合线圈和金属触点，所述第一模块是电流感测模块。多个监测器和平衡模块中的每一个均可包括控制器和电池单元电压监控电路。多个电池单元可以是锂离子电池单元， 控制器进一步可包括用于在顺序的预先确定的条件满足之后闭合所述接触器。图4的系统也提供了用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；通信链路；接触器；与所述多个电池单元电通信的电流传感器；第一模块，包括第一控制器，所述第一控制器包括用于通过所述通信链路将数字格式的电池组电流数据转送给第二模块的指令；第二模块，包括第二控制器，所述第二控制器包括用于通过所述通信链路接收所述数字格式的所述电池组电流数据的指令，所述第二控制器还包括用于在与所述电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时断开所述接触器，并且其中所述跟踪变量是来自所述电流传感器的电流。现参考图5，示出了用于控制电池组的输出的方法的流程图。可由微控制器(例如图4中的BCM 438的微控制器)使用计算机可读指令来执行流程图。在502中，程序500 确定电池组的跟踪变量。跟踪变量可包括但不限于电池电压、电池电流、电池存储容量、电池电源、电池单元电压、跨电池输出接触器的电压、以及电池能量。进一步地，跟踪变量可能受电池组外部的源(例如电机或逆变器)的影响。在一个实施例中，电池组电流通过电流分流器(例如图4中的472)确定。穿过电流分流器形成的电压与流进电池组的电流或与从电池组流到电池组外部的负载或源的电流成比例。在一个实施例中，电池组可向负载提供电流以推动车辆和供应电力给辅助车辆电源系统。进一步地，电池组可吸收来自车辆电动机或者充电系统的电流。因此，电流可以是正向或反向的。在另一个实例中，电池组电压是用于确定什么时候断开电池组输出接触器的跟踪变量。进一步地，可以跟踪上述跟踪变量中的一个或多个以确定什么时候断开电池组输出接触器。在一个实例中，来自感测的电池跟踪变量的数据在CAN总线或其他类型的通信链路上传送给BCM。在确定电池组电流后程序500执行504。在504，程序500判断电池组电流的跟踪变量是否小于门限电流。门限值可依据电池组运行条件而变化。例如，门限电流可随着电池组的温度增加而减少。又例如，门限电流可因为电池使用寿命或电池容量损耗而调整。例如，在电池组是新的时候，电池产生的门限电流(battery sourcing threshold current)是第一电平。随着电池组的使用寿命减少和一些电池组电荷存储容量失去，电池产生的门限电流可调整为第二电平，第二电平低于第一电平。同样地，电池组门限电流可因为电池组吸收电流时的情况而调整。因此，电池组可具有用于吸收电流和产生电流的不同电流门限。相似的门限应用于与电池电流不同的跟踪变量。应注意到，在504，程序500充当控制器，该控制器不采取任何行动，与在一个或多个跟踪变量小于用于跟踪变量的门限值或量时将与跟踪变量相关的一个或多个累计参数设置为一个电平或0不同。如果在504跟踪变量超过门限电平，程序500基本上开始累计与多个跟踪变量中的一个相关的一个或多个参数。如果电池组跟踪变量小于门限电平，程序500执行516。否则，程序500执行506。在506，程序500判断一个或多个电池组跟踪变量是否大于门限电平加应用到跟踪变量的缓冲量(例如，如果跟踪变量是电压则缓冲电压是20伏特)。用于每个跟踪变量的缓冲量可以是可变量，该可变量为响应于电池的运行条件而调整。例如，如果跟踪变量是电流，则缓冲电流可随着电池组的温度增加而减小。又例如，可因为电池的寿命或电池容量的损耗而调整缓冲电流。例如，在电池组是新的时，电池组电流是第一电平。随着电池组的寿命的减少和一些电池组电荷存储容量的损失，电池缓冲电流可调整为第二电平，第二电平小于第二电平。同样地，缓冲电流可因为电池组吸收电流时的情况而调整。因此，电池组可具有用于吸收电流和产生电流的不同的缓冲电流门限。同样，可类似地调整用于其他跟踪变量(例如电池电压)的缓冲量以缓冲电流。如果电池跟踪变量不大于门限量加缓冲量， 程序500执行510。否则，程序500执行508。在508，程序500对与电池组跟踪变量相关的参数进行累加。通过对该参数进行累力口，参数的累计量增加。如上所述，因此可跟踪一个或多个跟踪变量，对与跟踪变量相关的一个或多个参数进行累计。在一个实施例中，程序500根据下列等式累计电池组电流误差的平方i2tcur = i2tcur+dt · (iact-threscur-buffcur)2如果i2tcur是关联与电池电流误差相关的参数的累计值，dt是电池组电流采样之间的时间，iact是来自电流分流器或其它装置的实际电池组电流，thescur是电池组电流的门限量，buff cur是缓冲电流的量。因此，在该实施例中，程序500在电池电流超过门限电流时对与电池电流相关的参数进行累计。在该实例中，对跟踪变量求平方，然后对跟踪变量进行关于时间的累计以确定进入或离开电池组的能量。进一步地，当iact大于(thescur 加上buff cur)时，累计值i2tcur增加。因此，可跟踪超过电流门限电平的电流，而不跟踪小于门限电流的电流。类似地，可对与其他电池组跟踪变量相关的参数进行累计。也应注意到，可对电池组跟踪变量求除2，1. 5以外的指数，例如，在包括在与跟踪变量相关的积分值内之前。进一步地，在电池组跟踪参数被包括在积分内之前，可以以其他方式对电池组跟踪参数进行数学处理。例如，在电池电流被包括在积分内之前，可将电池电流乘以电池组电压来确定电池组功率。在其他的实施例中，跟踪变量可在没有进行数学处理的情况下包括在积分内。在累计与电池组跟踪变量相关的参数后，程序500执行512。在510，程序500累减与电池组跟踪变量相关的参数。通过累减该参数，该参数的累计量减少。因此如上所述的可跟踪一个或多个跟踪变量，对与跟踪变量相关的一个或多个参数进行累计。在一个实例中，程序500根据下列方程式累计电池组电流i2tcur = i2tcur_dt · (iact-threscur-buffcur)2其中，变量如上所述。根据在510的等式，当iact小于(threscur加buff cur)， 累计值i2tcur减少。因此，超过门限电平但是小于门限电流电平加缓冲电平的电流减少 i2tcur的量。此外，如果需要的话，i2tcur值可减为零值。程序500在累计电池组电流后执行512。通过执行508或510，程序510对与跟踪电池变量相关的参数进行累计。程序500 在跟踪变量大于门限量加缓冲量时用作累计正误差的控制器。程序500在跟踪变量大于门限量但小于门限量加缓冲量时用作累计负误差的控制器。在512，程序500判断与电池组跟踪变量相关的累计参数是否超过门限量或电平。 在一个实例中，基于上述参数，当i2tcur的电平大于门限电平时程序500执行514。用于与电池组跟踪变量相关的累计参数的门限可以是响应于电池的运行条件进行调整的可变量。 例如，门限电池能量(例如累计的iact2)可随电池组的温度增加而减少。在另一个实例中， 门限电池能量可由于电池的使用寿命或电池容量的损耗而调整。例如，跟踪电流门限可随电池温度增加而减少。同样地，门限电池能量可由于电池组吸收电流时的情况而调整。因而，电池组对于吸收电流和产生电流可具有不同的电池能量门限。例如，当电池组产生电流时电池能量门限在第一值，当电池组吸收电流时电池能量门限在第二值。如果与跟踪电池变量相关的累计参数大于门限量或值时程序500执行514。否则，程序500退出。可以注意到，图5的程序的运行在某些方面看方式为可编程熔丝。然而，也应注意至IJ，可在不脱离本发明的范围或宽度的情况下以可选的方式处理电池组电流。例如，在一些应用中，电流可以仅与门限电流相比。如果门限电流被超过，电池组接触器使电池组与电池负载断开连接。进一步地，在不同的运行条件期间，可使用不同的接触器控制模式。例如， 在第一模式期间，可根据如上所述的与跟踪电池变量相关的累计参数控制接触器，然而在其他模式下，当电流在门限限制之上(不考虑电流的积分)时，可控制接触器(例如断开)。 例如，在充电和放电运行期间可使用不同的接触器控制(例如，与上述模式不同)。在514，程序500指令电池组接触器处于断开状态以便使电池组和在电池组外部的负载或源之间断开电连接。在一个实例中，接触器作为电激励开关响应并且物理上断开电池组和车辆的电气系统之间的连接。另外，程序500向车辆控制器提供状态信号以便车
11辆控制器可知道电池状态。在一些实例中，程序500也提供对车辆驾驶员开放的电池接触器的指示。程序500在电池组接触器被命令处于断开状态时退出。应当提及，对于一些系统和方法，在通过图5的方法断开接触器之后、可以闭合接触器之前可利用预先确定的顺序。例如，在电池输出接触器闭合之前，车辆控制器可能必须成功地完成自测诊断。进一步地，在一些实例中，在接触器闭合之前，车辆控制器被要求通过CAN向电池控制器发送诊断成功完成的确认。又进一步地，在一些实例中，直到车辆技术员清除车辆控制器的代码才准许闭合电池输出接触器。因而，图5的方法提供了一种用于控制电池组的输出的方法，包括在所述电池组的电流的累计量超过门限电平时断开将所述电池组电连接至所述电池组外部的电路的接触器，当所述电流大于电流的门限量时对所述电流进行累计。如上面的等式示例的，所述电流的累计量与电池组供应给所述电池组外部的负载的电流量相关。进一步地，所述电流的累计量与由所述电池组外部的源供给的被所述电池组接收的电流量相关，并且分流电路监控该电流。电流的累计量可包括电流乘以时间，所述电流是大于门限电流的电流的量，在 CAN链路上传送的电流的值。门限电流也可随运行条件(如电池组的充电或放电)而变化。 进一步地，积分可基于电流的绝对值。进一步地，图5的方法也示出了用于控制电池组的输出的方法的一个实例，包括 用ADC检测电池组的电流；在所述电池组的所述电流的累计量大于门限电平时，断开将所述电池组电连接至所述电池组外部的电路接触器，在所述电流大于所述电流的门限量时， 对所述电流进行累计；向车辆控制器通知所述接触器的状态。ADC可包括在具有如图4所述的接触器的模块内。来自ADC的数据可通过CAN链路供应到电池控制模块内，其中所述电流的累计在第一条件期间被减到零值。在车辆控制器不符合自电池组控制器发送给所述车辆控制器的电流限制时，可断开接触器。因此，图5的方法也提供了用于控制电池组的输出的方法，包括在与电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时断开将所述电池组电连接至所述电池组外部的电路的接触器，在所述电池组的跟踪变量大于门限量时对累计变量或参数进行累计。该方法包括累计变量或参数与由所述电池组供应给所述电池组外部的负载的电流量相关。该方法还包括累计变量或参数与受电池组外部的源影响下的所述电池组的电池单元电压相关。该方法进一步包括累计变量或参数与受所述电池组外部的源影响下的所述电池组的电压相关。该方法还包括累计变量或参数与跨受电池组外部的源影响下的电池组的接触器的电压相关。该方法还包括在电池组的跟踪变量大于门限电平加缓冲电平时与电池组的跟踪变量相关的累计变量增加。在一个实例中，该方法包括电池组的跟踪变量的值是电池电流并且在CAN链路上传送。这样，考虑到过流操作的程度和持续期间之间的相互影响，可以使车辆控制器能够有较大的灵活性处于电流限制内。本发明的主旨包括在此公开的各种系统、结构和其他特征、功能和/或特性的所有新颖和非显而意见的结合或变形。本领域普通技术人员应理解，图5描述的程序可由用于控制器的指令表示，或者由任意数量的处理策略(例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一个或多个表示。这样，示例的各种步骤或功能可按照示例的顺序并行执行，或者可在某些情形下被省略。同样地，为实现在此描述的目的、特征和优点，所述处理次序不是必须要求的，提供所述处理次序仅是为了举例说明和描述容易。虽然没有明确地阐述，然而本领域普通技术人员将意识到可根据使用的具体策略重复执行一个或多个示例的步骤或功能。
随附的权利要求具体指出了被认为是具有新颖性和非显而易见性的某些组合或变形。这些权利要求可涉及一种元件或第一元件或它的等效结构。这样的权利要求应理解为包括一个或多个这种元件的合并，既不要求也不排除两个或多个这种元件。可通过修改当前权利要求或通过在该申请或相关申请中描述新的权利要求请求保护所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合或变形。这样的权利要求，无论相比于原权利要求的范围是宽、窄、相等或不相同，也被认为是包括在本发明的主旨内。
权利要求
1.一种控制电池组输出的方法，包括在与所述电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时，断开将所述电池组电连接至所述电池组外部的电路的接触器，所述累计变量或参数是在所述电池组的跟踪变量大于门限量时进行累计的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述累计变量或参数与由所述电池组供给所述电池组外部的负载的电流量相关。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述累计变量或参数与受所述电池组外部的源影响下的所述电池组的电池单元电压相关。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述累计变量或参数与受所述电池组外部的源影响下的所述电池组的电压相关。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述累计变量或参数与受所述电池组外部的源影响下的跨所述电池组的接触器两端的电压相关。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述电池组的跟踪变量大于所述门限电平加缓冲电平时，与所述电池组的所述跟踪变量相关的所述累计变量增加。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池组的所述跟踪变量的值是电池电流并且在CAN链路上传送。
8.一种用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；电流传感器，与所述多个电池单元电通信；接触器，与所述多个电池单元以及位于所述电池组外部的负载电通信；控制器，所述控制器与所述电流传感器和所述接触器电通信，所述控制器包括用于在与所述电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时断开所述接触器的指令，以及其中，所述跟踪变量是来自所述电流传感器的电流。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括CAN链路，位于所述电池组内，所述CAN链路提供从所述电流传感器到所述控制器的电流数据。
10.根据权利要求8所述的系统，进一步包括CAN链路，位于所述控制器和车辆控制器之间。
11.根据权利要求8所述的系统，进一步包括多个电池模块，由所述多个电池单元构成。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步包括用于在所述电池组的电流大于门限电流时累计来自所述电流传感器的数据的指令。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制器进一步包括用于在执行预先确定的时序后闭合所述接触器的指令。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电流传感器是分流器件，以及其中，所述控制器是电池组控制器。
15.一种用于控制电池组输出的系统，包括多个电池单元；通信链路；接触器；电流传感器，与所述多个电池单元电通信；第一模块，包括第一控制器，所述第一控制器包括用于通过所述通信链路将数字格式的电池组电流数据转送给第二模块的指令；以及第二模块，包括第二控制器，所述第二控制器包括用于通过所述通信链路接收所述数字格式的所述电池组电流数据的指令，所述第二控制器进一步包括在与所述电池组的跟踪变量相关的累计变量或参数超过门限量时断开所述接触器的指令，以及其中，所述跟踪变量是来自所述电流传感器的电流。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第二模块是电池控制模块，以及其中，所述电池控制模块通过所述通信链路电连接至多个监控和平衡模块，以及其中，所述通信链路是CAN链路。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述接触器是常开接触器并且包括闭合线圈和金属触点，以及其中，所述第一模块是电流感测模块。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述多个监控和平衡模块中的每一个均包括控制和电池单元电压监控电路。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个电池单元是锂离子电池单元。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述控制器进一步包括在时序的预先确定的条件满足后闭合所述接触器的指令。
全文摘要
本发明公开了用于控制电池组输出的系统和方法。在一个实例中，为响应电池组电流，断开电池组接触器。所述系统和方法可减少电池组的退化和增加系统的灵活性。
文档编号H01M10/48GK102460819SQ201080035481
公开日2012年5月16日 申请日期2010年6月8日 优先权日2009年6月10日
发明者布莱恩·C·穆尔黑德, 布莱恩·D·鲁特科夫斯基 申请人:A123系统股份有限公司