用于平衡电池组的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于平衡电池组(7a)的方法，所述电池组(7a)包括串联连接的多个电池单体(C1‑C3)，其中每个电池单体(C1‑C3)关联于与所述电池单体(C1‑C3)并联连接的电阻器(R1‑R3)，并且其中每个所述电阻器(R1‑R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1‑S3)串联联接。所述方法包括：选择性地接通和断开所述开关(S1‑S3)，以启动相应的电池单体(C1‑C3)的放电；由此将所述电池单体(C1‑C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡。此外，所述方法包括以下步骤：a)限定(15)指示每个开关(S1‑S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1‑S3)而导致的电池组(7a)的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动(17)所述平衡。本发明专利技术还涉及用于平衡电池组(7a)的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于平衡电池组的方法和系统
本专利技术涉及用于平衡电池组的方法，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与该电池单体并联连接的电阻器，并且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接。该方法包括选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此，将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。本专利技术还涉及用于平衡电池组的系统，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与该电池单元并联连接的电阻器，其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接，所述控制单元被构造为选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此，将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。本专利技术可应用在车辆中，例如轿车、卡车、公交车和建筑设备。虽然在下文中将参考公交车形式的应用来描述本专利技术，但本专利技术不限于此特定类型的车辆，而是也可用在其它车辆中。
技术介绍
在车辆领域中，使用替代动力源、即用作常规内燃机的替代的动力源来推进车辆的相关研发在稳定增长。特别地，电驱动车辆已经成为一种有前途的替代方案。根据目前的技术，车辆可以仅由电机驱动，或可以由包括电机和内燃机的设备(arrangement)驱动。后一种替代方案通常称为混合动力车辆(HEV)，且例如可以通过如下方式来使用：在城市区域外行驶时，用内燃机来驱动车辆；而在城市区域中或在需要限制有害污染物(例如，一氧化碳和氮氧化物)的排放的环境中，可以使用电机。电驱动车辆中涉及的技术紧密相关于电能存储系统的开发，例如用于车辆的电池相关技术。目前的用于车辆的电能存储系统可包括具有多个可充电电池单体的电池组，这些电池单体与控制电路一起形成被构造为将电力提供到车辆中的电机的系统。由内燃机及从可充电的电能存储系统供电的电机驱动的车辆有时被称为插电式混合动力车辆(PHEV)。插电式混合动力车辆通常使用具有可充电电池单体的能量存储系统，这些电池单体可通过通向外部电源的连接而被充电。在充电期间，大量的能量在相对短的时间内被馈送到能量存储系统内，以优化车辆的行驶范围。为此，能量存储系统的实际充电合适地通过如下过程实施：在该过程中，车辆上的控制单元请求由外部电源执行充电过程。在能量存储系统和外部电源已利用合适的连接器元件电连接之后，执行该过程。在汽车
中，能量存储系统通常包括具有大量电池单体的电池组。以插电式混合动力车辆为例，该电池组可例如是锂离子型的。在使用600V的锂离子电池组的情况中，将需要串联连接约200个电池单体，以实现驱动车辆所期望的电压。车辆的可用行驶范围取决于一些参数，例如电池组的荷电状态(SoC)。荷电状态是重要的参数，其用于防止电池在欠充电情况或过充电情况中运行，并且用于管理电动车辆中的能量。因为对荷电状态没有可用的直接测量值，需要估计这一参数。此外，已知电池会随着时间而劣化，且需要通过电池参数进行估计以诊断任何的性能下降，所述电池参数例如是单体的端电压、单体的容量以及每个电池单体的欧姆电阻。该估计可以通过传感器设备执行，所述传感器设备被构造用于测量一个或多个参数，并且这些参数因此可用作电池组的运行状态的指示。一般地，期望获得电池组的最优特性。先前已知可以通过称为电池组平衡的过程达到最优电池特性的要求。原因在于，在时间进行过程中，电池组中的不同电池单体的电压在单体之间将是不同的。单体之间的这种平衡缺失可能导致降级的电池特性，并且需要被修正。目前，有几种不同的单体平衡方法。一种已知的方法是：找到单体电压或荷电状态(SoC)明显不同于其余电池单体的电池单体，并通过与所选择的电池单体并联联接的电阻器对所选择的电池单体放电。专利文献US2013/278218公开了一种用于平衡多个电池单体的电路，所述电路包括多个与电池单体并联布置的电阻器和多个构造为与电阻器串联的开关。控制电路被构造为基于检测到的电池单体电压激活开关。另外也考虑了电池的运行寿命。该方法的缺陷在于，由于要对其执行平衡的电池单体开关的激活，该方法导致电池单体的大量的泄漏电流。这导致电池组的总体效率的降级。因此，虽然存在用于平衡电池组中的电池单体的已知系统，但仍存在需要最小化电池组的泄漏电流的问题。以此方式，可优化电池组的总体性能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种改进的、用于电池单体平衡的方法和系统，所述方法和系统解决了与现有技术方案相关的问题，并且通过所述方法和系统，将获得电池组的更低的泄漏电流水平和电力损失。一般地，该目的通过一种用于平衡电池组的方法来获得，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与所述电池单体并联连接的电阻器，且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接。该方法包括：选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电；因此将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。此外，该方法包括如下步骤：a)限定指示每个开关的断开状态或接通状态的控制变量；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关而导致的电池组的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和b)重复预定的次数；d)选择使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量来启动所述平衡。通过本专利技术，获得了一些优点。首先，可提及的是，获得了改进的单体平衡过程，其中由于各个电池单体中的泄漏电流引起的电力损失能够被最小化。这提高了电池组的性能。本专利技术还允许连续的单体平衡过程，与已知的系统相比，该过程增大了有用的电池容量，并提高了电池系统寿命。而且，该过程可以通过不昂贵的硬件和软件来获得。例如，上述的开关仅需要操纵小的电流，因此能够是小的且不昂贵的开关。根据一实施例，本方法包括通过执行并最小化所述成本函数来确定所述成本，其中该成本函数限定由给定的控制变量引起的所述电流损失和电池组的平衡状态之间的关系。根据一实施例，该方法还包括：计算步骤，即，对于所述电池组中的每个电池单体，计算电流损失和作为整个电池组的平衡状态的函数的值的总和；和选择步骤，即基于所述电池组的所有单体中的、所述总和最低的单体来选择控制变量。以此方式，可进一步改进提供低损失的单体平衡过程的目的。根据另外的实施例，可通过数种方式来限定上述控制变量(参考上述的步骤a))。根据一优选替代例，以仅使用具有相对高的荷电状态、例如超过预定阈值的荷电状态的电池单体的方式来限定上述控制变量。这限制了在选择合适的控制变量的选择步骤期间对硬件和软件的负荷。对泄漏单体的所有可能组合进行估计在计算上是不可行的。例如，对于仅8个电池单体，存在256种不同的组合。由此，解决方法是通过仅使具有最高SoC的单体泄漏来简化该问题。通过最小化前述的成本函数来求得泄漏单体的确切数目。上述目的也通过一种用于平衡电池组的系统来获得，所述电池组包括串联连接的多个电池单体，其中每个电池单体关联于与所述电池单体并联连接的电阻器，且其中每个所述电阻器与连接到控制单元的可控开关串联联接，所述控制单元被构造为选择性地接通和断开所述开关，以启动相应的电池单体的放电，由此将所述电池单体相对于所述电池组中的其它单体进行平衡。此外，控制单元被构造用于：a)限定指示每个开关的断开状态或接通状态的控制变量；b)至少部分地基于因根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于平衡电池组(7a)的方法，所述电池组包括串联连接的多个电池单体(C1‑C3)，其中，每个电池单体(C1‑C3)关联于与所述电池单体(C1‑C3)并联连接的电阻器(R1‑R3)，并且其中，每个所述电阻器(R1‑R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1‑S3)串联联接，所述方法包括：‑选择性地接通和断开所述开关(S1‑S3)，以启动相应的电池单体(C1‑C3)的放电；‑由此，将所述电池单体(C1‑C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)限定(15)指示每个开关(S1‑S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1‑S3)而导致的所述电池组(7a)的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量启动(17)所述平衡。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于平衡电池组(7a)的方法，所述电池组包括串联连接的多个电池单体(C1-C3)，其中，每个电池单体(C1-C3)关联于与所述电池单体(C1-C3)并联连接的电阻器(R1-R3)，并且其中，每个所述电阻器(R1-R3)与连接到控制单元(8)的可控开关(S1-S3)串联联接，所述方法包括：-选择性地接通和断开所述开关(S1-S3)，以启动相应的电池单体(C1-C3)的放电；-由此，将所述电池单体(C1-C3)相对于所述电池组(7a)中的其它单体进行平衡，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)限定(15)指示每个开关(S1-S3)的断开状态或接通状态的控制变量(u)；b)至少部分地基于因根据所述控制变量控制所述开关(S1-S3)而导致的所述电池组(7a)的电流损失来确定成本；c)将步骤a)和步骤b)重复预定的次数；d)选择(16)使得所述成本最小化的控制变量；和e)基于所选择的控制变量启动(17)所述平衡。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：-通过执行并最小化所述成本函数来确定所述成本，所述成本函数限定因给定的控制变量而导致的所述电流损失和所述电池组(7a)的平衡状态(SoB)之间的关系。3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：-对于所述电池组(7a)中的每个电池单体(C1-C3)，计算所述电流损失和作为整个电池组(7a)的平衡状态(SoB)的函数的值的总和；以及-基于所述电池组(7a)的所有单体中的、所述总和最低的单体来选择所述控制变量。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：-基于所述电池组(7a)中的具有最高荷电状态(SoCmax)的单体与所述电池组(7a)中的具有最低荷电状态(SoCmin)的单体之间的差来计算所述平衡状态(SoB)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：-将所述控制变量(u)限定(15)为二进制向量的形式，所述二进制向量的每个位元指示所述电池组(7a)中的一个相应开关(S1-S3)的状态。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括：-在所述步骤a)中，通过仅使用具有相对高的荷电状态(SoC)的那些电池单体来限定(15a)所述控制变量(u)。7.一种用于平衡电池组(7a)的系统，所述电池组...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳斯·赫尔格伦，埃斯特班·杰尔索，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE