在电池的放电或充电过程中，包括多个电池的锂离子电池组件的荷电状态通过观测电池的容量微分曲线是超过还是未达到预设的极限值来管理。每个所述变化是该特定电池特有的变化并且与电池的特定荷电状态一致，由此，容量微分曲线变化的序数被用作确定与所述变化一致的电池的荷电状态或者两个以上电池之间的荷电状态差异的基准。由此确定的电池之间的荷电状态差异随后被寻求借助适于使得电荷平衡的平衡系统来平衡。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理锂离子电池模块的荷电状态的方法和系统
本专利技术涉及一种用于管理锂离子电池模块的荷电状态的方法和系统，该电池模块包括多个电池单元，或者由多个电池单元组成的电池或电池组。具体地，本专利技术涉及监控这些电池模块中电池的荷电状态，以及使得这些电池之间的荷电状态差异平衡。
技术介绍
为了能够利用电池组件或电池组的全部容量而不会使单个电池在加载时过深放电(深放电)，需要将电池中剩余的电荷量保持为基本相等。相应地，必须将未达到满荷电状态或其它期望荷电状态的电荷量在所有电池中保持为基本相等，从而能够将所有电池充电到满容量而不会使单个电池充电过量(过充电)。从使得电池之间的荷电状态差异平衡的立场来看，非常需要能够在充电和加载期间精确地确定所有电池的荷电状态或者至少是它们相互之间的差异，并且需要基于确定出的荷电状态或荷电状态差异来使得电池之间的荷电状态差异平衡。现有技术公开了用于确定电池的荷电状态从而使得其平衡的多种方案。根据一个方案，借助端电压来尝试确定荷电状态差异。已知的另一个方案为根据内电阻的变化或者根据由电池的加载或充电引起的电池之间的温度差异的变化而确定荷电状态。然而，现有技术的用于确定电池的荷电状态的方案存在某些问题。例如，电压是一个相当不明确的指标，直到接近主充电周期结束之前都无法可靠地确定电池组件的电荷分布状态。然而，目前为止电池的电力接纳容量受到限制，从而使借助备用电流以使得显著的荷电状态差异平衡将花费过长的时间。另外，例如，锂离子电池如LiFePO4电池(磷酸铁锂电池)的开路电压未足够强地依赖于荷电状态以使其能够用于确定荷电状态。加载电压也是一个不可靠的荷电状态指标，因为电池的内电阻在S0C=35-100%的范围内几乎是恒定的。然而，电阻很强地依赖于温度，由此，电池组件的未平衡的温度分布可能会使测量结果失真。因此，仅基于电压测量的方法无法用于可靠地确定锂离子电池或电池组中电池的荷电状态或荷电状态差异。另一方面，仅在电池组件加载有周期性变化的载荷时能够足够精确地确定内电阻，此时具有足够长时间的恒定电流。这种情况在之前未能实际上实现，例如在正常行驶的电动车辆的电源中。电池组件的电阻还可能呈现并非由荷电状态引起的个体差异。因此，基于测量电池之间的温度差异的方法速度非常缓慢并且不可靠，因为温度差异可能是由于电池之间的荷电状态差异以外的原因引起的。在电池的荷电状态应当例如被充电到满电荷(S0C?100%)以外的任何充电水平的情况下，各个电池中荷电状态的确定以及基于此的电荷平衡将变得特别成问题。例如在大多数混合系统中即是如此，在这样的混合系统中，电池组始终不能被充电到满容量，因为其必须随时用于接纳尤其是负制动能量。如果电池组未被充电到满容量，则平衡需要能够可靠地确定每个电池的荷电状态，甚至是在荷电状态未满时(S0C〈100%)。现有技术公开了一些用于使得电池之间的荷电状态差异平衡的方案，例如利用所谓的被动方法来使得串联连接的电池单元平衡，在所述被动方法中在接近充电周期结束时，通过借助所谓的分路使一定的充电电流绕过电池来减小已经达到最大电压的电池的充电电流，直到所有的电池达到最大电压。然而，这种方法的前提条件是电池组件被规律性地充电到满容量，充电电流可以被精确地控制，并且系统允许电池组件电压增加到最大电压(例如在LiFePO4电池的情况下，3.65V/电池)。然而，如果电池组例如连接到变频器的中间电路，则通常无法以足以能够实现所述被动平衡的精度来调节充电电流。
技术实现思路
本专利技术的目的在于消除或至少缓和现有技术有关的一些问题。根据一个实施例，本专利技术寻求提供这样一种方案:其能够在充电和放电期间可靠地确定电池之间的荷电状态差异从而避免尤其是最弱电池在加载周期中的深放电以及相应地在充电周期中的过充电。另外，本专利技术还寻求提供这样一种方案:其在几乎空(例如S0C〈35%)或者满(例如S0C>90%)以外的荷电水平下也能够可靠地确定电池的荷电状态差异。本专利技术的一些目的例如通过权利要求1所述的方法来实现。根据本专利技术的方法的特征在涉及一种方法的权利要求1中示出。根据本专利技术的系统的特征在涉及一种系统的权利要求8中示出。另外，根据本专利技术的装置的特征在涉及一种装置的权利要求15中示出，并且根据本专利技术的计算机程序产品的特征在权利要求16中示出。[0011 ] 本专利技术的第一实施例包括在电池组件的放电或充电周期中观测电池组件的电池的容量微分曲线中的变化。尤其是,锂离子电池诸如磷酸铁锂电池(LiFePO4)在放电和充电周期中、在其容量微分曲线(dQ/dV)中具有可观测的尖峰。这是因为锂离子以特定的顺序占据(occupy)电池阳极的碳能量水平。容量微分曲线中的所述变化(尖峰)是特定的相同电池特有的变化并且通常与电池的特定荷电状态一致，因而在相同的电池中通常具有相同的位置(荷电状态)。根据本专利技术，基于所述容量微分曲线中的变化序数(ordinal number ofa change)来确定电池的荷电状态，其中，所述变化通常与电池中的特定荷电状态一致。根据本专利技术，可以观测到容量微分曲线变化是超过还是未达到预设的极限值。根据一个优选实施例，观测到的容量微分曲线变化是容量微分曲线极小值，其表示电池阳极中碳能量水平的占据状态的充满或耗尽。所述极小值的数量通常不小于2，但最优选地为3或甚至更大。根据一个示例，至少一个极小值表示50-70%的电池荷电值水平，更优选地为65-70%，并且在特别优选的情况下为大约68%。本专利技术的一个实施例包括以上述方式基于从电池确定出的容量微分的变化来确定电池组件的电池中的荷电状态或者至少多个电池相互的荷电状态差异。根据本专利技术的一个优选实施例，在电池组件的充电或加载周期中，例如在至少两个不同电池的荷电状态彼此偏离至诸如至少预设的极限值的水平的情况下，其可以应用在例如用于电池组件或电池组的管理系统中以使得电池的荷电状态平衡。根据本专利技术的一个示例，在对电池组件进行充电的过程中，通过使充电电流绕过已经达到较高电荷的电池，使得至少两个不同电池之间的荷电状态差异平衡。所述旁路可以例如借助(可控制)的分路来进行，该分路可以例如借助与电池并联连接的齐纳二极管来建立。相应地，在使电池组件加载的过程中，可以通过将一定的电荷传输到荷电状态低于至少一个其它电池的荷电状态的电池中，使得至少两个不同电池之间的荷电状态差异平衡。电荷的传输可以例如借助控制所有的电池或者特定一组电池的平衡单元来进行。平衡处理可以持续直到所有的电池已经达到极大电压或者某一其它期望水平。然而，应当注意到，还可以其它方式进行电荷平衡，例如通过以电池专用或电池组件专用的方式使用能够实现双向电荷传输的转换器，由此，对于充电和放电二者可以使用同一个方案。在这样的转换器中可以使用初级绕组与一个或多个次级绕组电隔离的变压器。还应该注意到，该转换器可以是能够实现双向电荷/电力传输的任何类型，优选地，例如双向回扫(flyback)转换器。根据本专利技术的一个示例，与所有转换器的初级绕组相关的电路可以连接到公共电源路径，可以沿着该路径将来自任何电池或电池组件的电荷/电力传输到任何其它电池或电池组件。本专利技术相比于现有技术提供了显著的优点，例如可以实时且相当精确地监控单个电池的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于管理包括多个电池的锂离子电池组件（CELL MODULE）的荷电状态的方法，其特征在于所述方法包括：‑在电池的放电或充电过程中，通过确定电池的容量微分曲线的变化是超过还是未达到预设的极限值来确定（M、MU）至少两个不同电池（CELL MODULE）的荷电状态，其中，每个所述变化是特定电池特有的变化并且总是与电池的特定荷电状态一致，并且其中，所述容量微分曲线中的变化序数确定与所述变化一致的电池的荷电状态，以及‑在所述电池的荷电状态彼此偏离的情况下，使得电池之间的荷电差异平衡（M、MU、CGM、HOST）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.08 FI 201157361.一种用于管理包括多个电池的锂离子电池组件(CELL MODULE)的荷电状态的方法，其特征在于所述方法包括: -在电池的放电或充电过程中，通过确定电池的容量微分曲线的变化是超过还是未达到预设的极限值来确定(M、MU)至少两个不同电池(CELL MODULE)的荷电状态，其中，每个所述变化是特定电池特有的变化并且总是与电池的特定荷电状态一致，并且其中，所述容量微分曲线中的变化序数确定与所述变化一致的电池的荷电状态，以及 -在所述电池的荷电状态彼此偏离的情况下，使得电池之间的荷电差异平衡(M、MU、CGM,HOST)ο2.根据权利要求1所述的方法，其中，观测到的所述容量微分曲线变化是容量微分曲线极小值。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述容量微分曲线极小值的数量不小于2，最优选地3，并且至少一个所述极小值表示50-70%的电池荷电值水平，更优选地65-70%，并且在特别优选的情况下为大约68%。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在对电池组件(CELLMODULE)进行充电的过程中，通过例如借助分路使一定的充电电流绕过(403)达到较高电荷的电池，使得至少两个不同电池之间的荷电状态差异平衡(M、MU、CGM、HOST)。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，在加载电池组件(CELLMODULE)的过程中，通过例如借助平衡单元(BALANCING UNIT)将一定的电荷传输到荷电状态低于至少一个其它电池的荷电状态的电池中，使得至少两个不同电池之间的荷电状态差异平衡。6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，所述电池或电池组件被包括在锂离子电池中，例如锂聚合物电池中，尤其是设置有石墨阳极的LiFePO4电池中。7.一种用于管理包括多个电池的锂离子电池组件(CELL MODULE)的状态的系统(300、401)，其特征在于所述系统包括: -用于在电池的放电或充电过程中，通过确定电池的容量微分曲线的变化是超过还是未达到预设的极限值来确定至少两个不同电池(CELL MODULE)的荷电状态的装置(M、MU...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·武奥里勒托，A·威瑞恩，
申请(专利权)人：欧洲电池公司财产管理公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI
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