专利名称：电池单体的容量平衡的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种电池单体的容量平衡的系统和方法。
背景技术：
执行车辆电池的再平衡，以修正电池单体的电压的不平衡条件。测量每个电池单体的电压，并识别具有最小电压的电池单体。所有其他电池单体通过与每个电池单体相关的阻抗电路放电(bleed down)，直到所述其他电池单体的测量电压约等于最小电压为止。在放电过程期间，对电池单体的电压进行连续/周期性的测量，以监测电池单体的电压变化。一旦所有电池单体的电压的读数大致相等，则给电池充电。
发明内容
一种用于给包括多个电池单体的车辆电池充电的方法可包括使所述多个电池单体接收电流达到一定时间段；在所述时间段期间，使至少一些电池单体供应电池单体负载电流，从而在所述时间段到期时，每个电池单体的容量大致相等。一种动力系统可包括多个电池单体；至少一个控制器，被配置成为使电池单体充电达到一定时间段，从而在所述时间段到期时，由每个电池单体储存的安培小时的量大
致相等。
图I是电池单体及其阻抗电路的示意图。图2是可变动力车辆的框图。图3是示出用于确定与图2的电池再平衡/充电相关的时间的算法的流程图。图4A和图4B是示出用于图2的电池再平衡/充电的算法的流程图。
具体实施例方式可变动力车辆(例如，电池电动车辆等)的制造商可期望提供一种车辆，该车辆可在电池再平衡/充电之后被驱动行驶特定距离。电池驱动的车辆的行驶距离取决于由车辆的电池储存的可用能量的量。用于电池再平衡的传统技术在将多个电池单体充电到目标电压之前尝试着使所述多个电池单体的电压相等。然而，对于给定的电池单体的电压，由于电池单体老化导致电池单体的能量含量可随着时间减小。因此，如果电池单体继续被充电到相同的目标电压，则由电池储存的能量的量(并因此产生的车辆行驶距离)可随着时间减小。在此公开的特定实施例可提供一种系统和技术，该系统和技术使电池平衡/充电，以实现特定的车辆行驶距离。电池单体的容量(cell capacity)电池单体的最大容量Ihrmax可根据下面的关系式得到
其中，AIhr是电池单体的容量的改变量，Λ SOC是电池单体的荷电状态的改变量。作为示例，给定的电池单体的SOC可在给该电池单体提供I安培小时(A -hr)容量之前和之后确定。对于该示例，假设Λ SOC为10%，则根据等式(I)，电池单体的最大容量Ihrmax应该是IOA · hrso电池单体的能暈含暈电池单体的能量含量ε可从下面的一组等式估计得到ε = f P · dt(2)其中，P是在一定时间内供应到电池单体的功率。P可写成下面的等式P = Vm · i (3)其中，Vni是与储存的功率相关的(测量)电压，i是与储存的功率相关的电流。将等式(3)代入等式(2)得到下面的等式ε = / vm · i · dt (4)Vm可写成下面的等式Vm = Δ v+vmin (5)其中，Vniin是处于0%荷电状态的电池单体的电压(例如，3. IV)，Λν是与储存的功率相关的电压与处于0%荷电状态的电池单体的电压之差。将等式(5)代入等式(4)得到下面的等式ε = / (Av+vmin)idt (6)Λ V可写成下面的等式Δνι'ν:—(7)
""'max其中，vmax是处于满荷电状态的电池单体的电压，Ihrmax是电池单体的最大容量，t是电压出现变化的持续时间。将等式(7)代入等式(6)得到下面的等式ε=[ i. Vmax—Vmm . + Vnm \idt (8)
jU Ihr·' J J对等式8进行积分得到下面的等式g = /2.v:-v-·令+ γ* 7 t (9)i*t可写成下面的等式i · t = Ihr (10)其中，Ihr是电池单体的容量。将等式(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电池单体的容量例如，假设电池组包括成串的电池单体，由于制造容差、使用年限、温度等使得每个电池单体具有不同的安培小时容量。在串联串的随后的放电期间，相同的电流将通过所有电池单体。从等式(7)得到当电池单体充电到相同的安培小时时，与在放电开始时具有更大安培小时容量的电池单体相比，在放电开始时具有更小安培小时容量的电池单体将具有更大的电池单体的电压。可从等式(11)看出假设两个电池单体储存了相同量的安培小时(第一个电池单体比第二个电池单体具有更大的安培小时最大容量)，如果这两个电池单体均放电，则第二电池单体将提供更多的能量。例如，现在假设具有20个电池单体的给定电池组需要储存至少30千瓦小时(kff -hrs)的能量，以支持100英里的行驶距离。即，由电池组的电池单体储存的能量的总和应该至少等于30kW · hrs。然后,可以针对每个电池单体对等式(11)求值。可假设Ihr的初始值(例如，IA · hr), Vmax和Vmin通过设计已知，Ihrmax可从等式(I)确定。在本示例中，如果电池单体的能量的总和小于30kW hrs,则Ihr的值可增加(例如)IA ·1 ;γ,可以针对每个电池单体再次反复地对等式(11)求值，直到电池单体的能量的总和至少等于30kW · hrs为止。由于电池单体的能量的总和至少等于30kW -hrs导致的容量值是电池单体的目标容量值。电池组的总充电时间来自等式(11)的Ihr可写成下面的等式Ihr = Δ Ihr+Ihrinitial (12)其中，Ihrinitial是(在电池单体平衡/充电之前)电池单体的初始容量，Δ Ihr是在电池单体平衡/充电之前的电池单体的容量与在电池单体平衡/充电(到目标Ihr值)之后的电池单体的容量之差。Ihrinitial与电池单体的测量电压成比例。因此，可基于电池单体的初始测量电压使用将电池单体的电压值映射到Ihr的查找表确定Ihrinitial。(等式
(7)还可用于通过求解i · t(电池单体的容量)并将Av设定为等于特定电池单体的测量电压，而得到初始容量。)因此，可从等式(12)得到每个电池单体的Alhr。可根据下面的等式得到电池组的总充电时间t。(或者电池单体接收电流的持续时间)
AIhrtc= , max (13)
lchg其中，Δ Ihrmax是从等式(12)确定的Λ Ihr值中的最大值，ichg是电池组的充电电流。电池单体的阻抗电路的启用时间可通过下面的一组等式得到持续时间tK ac;t，在该持续时间tK art期间，电池单体的阻抗电路可被启用，以使电池单体供应电池单体负载电流，同时电池单体接收电流(假设t。大于tK—aJ以实现目标容量hr-bteed =(14)其中，ito_bleed是与电池单体的阻抗电路启用时的阻抗电路相关的放电安培小时，Vcell是电池单体的电压，R是电池单体的阻抗电路的电阻。Vrall可写成下面的等式^cell = V^ ~-Ihr (15)
伽爾其中，Vniax是处于满荷电状态的电池单体的电压，Vniin是处于O %荷电状态的电池单体的电压，Ihrmax是电池单体的最大容量，Ihr是电池单体的容量。将等式(15)代入等式(14)并进行积分得到下面的等式
权利要求
1.一种动力系统，所述系统包括 电池，包括多个电池单体； 至少一个控制器，被配置成使电池单体充电达到一定时间段，从而在所述时间段到期时，由每个电池单体储存的安培小时的量大致相等。
2.根据权利要求I所述的系统，其中，在所述时间段的至少一部分时间内，在至少一些电池单体中，电池单体的充电速率不同。
3.根据权利要求I所述的系统，其中，所述至少一个控制器还被配置成确定所述时间段。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述时间段基于每个电池单体的目标安培小时与所述多个电池单体的初始安培小时中的最小值之差。
5.根据权利要求I所述的系统，其中，在所述时间段到期时，由电池单体储存的能量的量不小于预定目标能量水平。
6.一种用于给包括多个电池单体的车辆电池充电的方法，所述方法包括 使所述多个电池单体接收电流达到一定时间段； 在所述时间段期间，使至少一些电池单体供应电池单体负载电流，从而在所述时间段到期时，所述多个电池单体的容量大致相等。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括确定所述时间段。
8.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括为所述多个电池单体中的至少一些电池单体中的每个电池单体确定电池单体供应电池单体负载电流的持续时间。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述时间段到期时，由电池单体储存的能量的量不小于预定目标能量水平。
全文摘要
本发明公开了一种电池单体的容量平衡的系统和方法，该系统和方法用于车辆，该车辆可包括电机、多个电池单体及至少一个控制器，电机产生用于车辆的动力，所述多个电池单体储存用于电机的能量。所述至少一个控制器可使电池单体接收电流达到一定时间段，在所述时间段期间，使至少一些电池单体供应电池单体负载电流，从而在所述时间段到期时，由电池单体储存的能量的量至少等于预定的目标能量水平。
文档编号H02J7/00GK102904292SQ20121025637
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月23日 优先权日2011年7月28日
发明者布鲁斯·卡维·布雷克蒙, 艾伦·罗伊·盖尔, 拉里·迪安·埃里 申请人:福特全球技术公司