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
·一种平衡具有多个电池单体的车辆电池的方法可包括针对每个电池单体确定电池单体的容量；针对每个电池单体，确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到目标值的持续时间；针对每个电池单体，使电池单体供应电池单体负载电流达到所述确定的持续时间。
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的电池再平衡相关的时间的算法的流程图。图4是示出用于图2的电池单体放电的算法的流程图。
具体实施例方式可变动力车辆(例如，电池电动车辆等)的制造商可能期望提供一种车辆，该车辆可在电池再平衡/充电之后被驱动行驶特定距离。电池驱动的车辆的驾驶距离取决于由车辆的电池储存的能量的量。传统的电池再平衡技术在将电池单体充电到目标电压之前尝试着使电池单体的电压相等。然而，对于给定的电池单体的电压来说，由于电池单体老化导致电池单体的能量含量可随着时间改变(例如，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，该系统和技术将电池单体平衡/充电到目标容量而非目标电压。因此，可满足车辆的特定行驶距离。电池单体的容量电池单体的最大容量Ihrmax可根据下面的关系式得到Ihrmax = Mkl (I)
ASOC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，假设测量的Λ SOC为10%，则根据等式(1)，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 = f vm · i · dt (4)Vm可写成下面的等式Vm= Av+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Av=V^~V^-i-t (7)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。(等式(7)可用于通过求解i (电池单体的容量)并将Λ V设定为等于特定电池单体8的测量电压，而得到特定电池单体8的容量。)将等式(7)代入等式(6)得到下面的等式￡={ I-■( +Vmin Iidt (8)
jIl伽廳J J对等式8进行积分得到下面的等式￡ = i2Vmz；~Vmm~+vima-i-t (9)
1Ku, 2i.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
V — V Ihr'^ \￡ = ———--+ Vmin Ihr (11)
伽職2获得电池单体的目标容量所需的放电时间参照图1，电池单体8 (及与其相关的阻抗放电电路)可被模拟成标准RC电路。因此，电池单体的测量电压Vm与目标电压Vt之间的关系可由下面的等式给出vt = Vm · (e_t/EC) (12)其中，t是电路的时间常数，R是阻抗电路的电阻(例如，4kQ)，C是电池单体的等效电容。C可写成下面的等式C = I-- (13)I · dt可写成下面的等式I · dt = Ihr (14)Ihr是电池单体8的容量(A · hrs), dv可写成下面的等式dv = Vmax-Vmin (15)其中，是处于满荷电状态的电池单体的电压(例如，4. 0V) ,Vniin是处于0%荷电状态的电池单体的电压(例如，3. IV)。将等式(14)和(15)代入等式(13)得到下面的等式
权利要求
1.一种用于车辆的动力系统，所述系统包括 电池，包括多个电池单体； 至少一个控制器，被配置成针对每个电池单体确定电池单体的容量；确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到约等于所述确定的容量中的最小容量的值的持续时间；使电池单体供应电池单体负载电流达到所述确定的持续时间，以平衡电池。
2.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给电池单体充电。
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每个电池单体的最大容量，其中，每个电池单体的所述持续时间基于电池单体的最大容量。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，每个电池单体的所述持续时间基于处于满荷电状态的电池单体的电压与处于O %荷电状态的电池单体的电压之差。
5.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每个电池单体的电压，其中，每个电池单体的所述持续时间基于电池单体的电压。
6.一种平衡包括多个电池单体的车辆电池的方法，所述方法包括 针对每个电池单体， 确定电池单体的容量； 确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到目标值的持续时间； 使电池单体供应电池单体负载电流达到所述确定的持续时间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到目标值的持续时间的步骤包括确定电池单体的最大容量。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到目标值的持续时间的步骤包括确定处于满荷电状态的电池单体的电压与处于O %荷电状态的电池单体的电压之差。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到目标值的持续时间的步骤包括确定电池单体的电压。
10.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括识别所述确定的容量中的最小容量值，其中，目标值约等于所述确定的容量中的最小容量值。
11.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括给电池单体充电。
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。用于车辆的动力系统可包括至少一个控制器及具有多个电池单体的电池。所述至少一个控制器可以针对每个电池单体确定电池单体的容量；确定供应电池单体负载电流以将电池单体的确定的容量减小到约等于所述确定的容量中的最小容量的值的持续时间；使电池单体供应电池单体负载电流持续所述确定的持续时间，以平衡电池。
文档编号H02J7/00GK102903975SQ20121025650
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