电池组系统的冷却策略技术方案

实施例描述了一种电池组系统，所述电池组系统包括：与再生制动系统耦联的第一电池组模块；以及控制模块，其通过以下步骤来控制所述电池组系统的操作：使用驾驶模式辨识模型部分地基于电池组电流和先前驾驶模式来确定在预测时域内的预测驾驶模式；使用递归电池组模型部分地基于预测驾驶模式、电池组电流、目前总线电压和先前总线电压来确定在所述预测时域内第一电池组模块的预测电池组内阻；使用目标函数来确定在控制时域内第一电池组模块的电池组温度的目标轨迹；以及控制从再生制动系统供应的电功率的大小和持续时间，从而在所述控制时域期间将电池组温度的预测轨迹朝向电池组温度的目标轨迹引导。

Cooling strategy of battery system

【技术实现步骤摘要】
电池组系统的冷却策略本申请是申请日为2015年10月13日、国际申请号为PCT/US2015/055219、国家申请号为201580055208.6、专利技术名称为“电池组系统的冷却策略”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年10月15日提交的标题为“锂离子电池组的集成化热和电化学建模以最佳化需求依从性(INTEGRATINGTHERMALANDELECTROCHEMICALMODELINGOFLITHIUM-IONBATTERIESTOOPTIMIZEREQUIREMENTSCOMPLIANCE)”的美国临时申请序列No.62/064,318和2014年11月4日提交的标题为“电池组系统的冷却策略(COOLINGSTRATEGYFORBATTERYSYSTEMS)”的美国临时申请序列No.62/075,140的优先权和权益，所述申请出于所有目的据此以引用的方式并入。
技术介绍
本公开整体涉及电池组和电池组系统的领域。更具体地，本公开涉及对锂离子电池组中的操作参数的管理。这部分旨在向读者介绍本领域的各个方面，这些方面可涉及本公开的以下描述的各个方面。据信该讨论有助于向阅读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，这些陈述以该角度来阅读，并且不视为承认现有技术。使用一个或多个电池组系统以用于对车辆提供所有或一部分的原动力的机动车辆可称为xEV，其中术语“xEV”在本文中定义为包括所有下述车辆(车辆将电功率用于其车辆原动力的全部或一部分)或其任何变型或组合。例如，xEV包括将电功率用于全部原动力的电动车辆(EV)。如本领域的技术人员将理解，也视为xEV的混合动力电动车辆(HEV)将内燃机推进系统和电池组供能电动推进系统(诸如，48伏特(V)或130V系统)相组合。术语HEV可包括混合动力电动车辆的任何变型。例如，全混合动力系统(FHEV)可使用一个或多个电动机，仅使用内燃机或使用两者将原动力和其它电功率提供至车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆空转时停用内燃机，并利用电池组系统来对空气调节单元、收音机或其它电子装置持续供能以及需要推进时重新启动引擎。轻度混合动力系统还可应用一定程度的动力辅助，例如在加速期间，以增补内燃机。另外，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“启-停”系统，但是mHEV的微混合动力系统可向或不向内燃机提供动力辅助并且以低于60V的电压操作。出于当前讨论的目的，应当指出的是，mHEV技术上可不将直接提供至曲轴或传动装置的电功率用于车辆的任何部分的原动力，但是mHEV仍可视为xEV，因为其在车辆空转(其中内燃机停用)时的确使用电功率来增补车辆的功率需求。此外，插电式电动车辆(PEV)为任何车辆，该车辆可从外部电源(诸如壁插座)进行充电，并且存储于可充电电池组中的能量驱动或有助于驱动车轮。PEV为EV的子类，包括纯电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)，以及混合动力电动车辆和传统内燃机车辆的电动车辆变换。如上文所描述的xEV相比于较传统的气体供能车辆可提供多个优点，该较传统气体供能车辆仅使用内燃机和传统电气系统，该传统电气系统通常为由铅酸电池组供能的12V系统。事实上，相比于传统内燃机车辆，xEV可产生较少不期望的排放产物并且可表现出较大燃料效率。例如，一些xEV可利用再生制动以在xEV减速或惯性滑行时产生和存储电能。更具体地，当xEV的速度减小时，再生制动系统可将机械能转换成电能，然后可存储和/或使用电能来给xEV供能。通常可使用锂离子电池组以便于有效地捕获所产生的电能。更具体地，锂离子电池组可在再生制动期间捕获/存储电能，随后可将电功率供应至车辆的电气系统。然而，当锂离子电池组操作时，锂离子电池组的操作参数可改变。例如，锂离子电池组的温度可在车辆操作期间增加。现已认识到，锂离子电池组的温度可影响电池组的性能和/或使用寿命。例如，温度增加可减缩电池组的使用寿命，减少电池组的燃料经济贡献，将电池组置于不期望的操作范围中，或其组合。
技术实现思路
下文概述了在范围上与本公开的主题相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制本公开的范围，而是这些实施例仅旨在提供某些所公开的实施例的简要概述。实际上，本公开可涵盖可与下文所阐述的实施例类似或不同的多种形式。因此，第一实施例描述一种用于机动车辆中的电池组系统。该电池组系统包括耦接到再生制动系统的第一电池组模块。该电池组系统还包括控制模块，所述控制模块通过以下步骤来控制电池组系统的操作：使用驾驶模式辨识模型至少部分地基于机动车辆的电池组电流和先前驾驶模式来确定在预测时域内的机动车辆的预测驾驶模式；使用递归电池组模型至少部分地基于预测驾驶模式、电池组电流、目前总线电压和先前总线电压来确定在所述预测时域内的第一电池组模块的预测电池组内阻；使用目标函数来确定在控制时域内的第一电池组模块的电池组温度的目标轨迹以平衡电池组温度对第一电池组模块的方面的影响；以及控制从再生制动系统供应至第一电池组模块的电功率的大小和持续时间，使得在所述控制时域期间将电池组温度的预测轨迹朝向电池组温度的目标轨迹引导。此外，第二实施例描述锂离子电池组系统的有形非暂时性计算机可读介质，其存储可由机动车辆中的处理器执行的指令。所述指令包括用于进行以下步骤的指令：使用处理器来确定锂离子电池组模块的温度；使用处理器来确定温度阈值；当锂离子电池组模块的温度不大于温度阈值时，使用处理器命令电能发电机输出高电功率以使得锂离子电池组系统能够利用第一存储容量来捕获所产生的电能；以及当锂离子电池组模块的温度大于温度阈值时，使用处理器命令电能发电机输出低电功率以使得锂离子电池组系统能够利用第二存储容量来捕获所产生的电能，其中该第二容量小于该第一容量。另外，第三实施例描述一种用于控制电池组系统的温度的方法。所述方法包括：使用控制模块来确定电池组系统中的锂离子电池组模块的温度；使用控制模块来确定在控制时域内该温度的温度阈值和目标轨迹；使用控制模块至少部分地基于热预测模型来确定电池组参数设定点，其中该热预测模型被配置成描述在预测时域内电池组参数设定点与该温度的预测轨迹之间的关系；以及使用控制模块来控制电池组系统的操作以实施电池组参数设定点，使得在控制时域内将温度的预测轨迹朝向目标轨迹引导并使其保持低于温度阈值。附图说明本公开的这些和其它特征、方面及优点在参考附图阅读以下具体实施方式时将变得更好理解，在附图中，相似的符号贯穿附图表示相似的部件，其中：图1为根据实施例车辆的透视图；图2为根据实施例在图1的车辆中的电池组系统的示意图；图3为根据实施例图2的电池组系统的被动式架构的示意图；图4为根据实施例图2的电池组系统的半被动式架构的示意图；图5为根据实施例描述用于图2的电池组系统中的锂离子电池组和铅酸电池组的电压特性的图表；图6为根据实施例锂离子电池组的示意图；图7A为根据实施例锂离子电池组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机动车辆电池组模块，所述机动车辆电池组模块包括：/n外壳；/n第一电池组端子和第二电池组端子，所述第一电池组端子和所述第二电池组端子耦联到所述外壳，其中所述第一电池组端子和所述第二电池组端子配置成能够使得所述机动车辆电池组模块被电耦联到包括发电机的电子系统；/n第一多个电池组单元，所述第一多个电池组单元设置在所述外壳内并且电耦联到所述第二电池组端子；/n继电器，所述继电器设置在所述外壳内并且在所述第一多个电池组单元和所述第一电池组端子之间电耦联；/n一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置成在操作期间测量所述机动车辆电池组模块的操作参数；以及/n电池控制单元，所述电池控制单元通信地耦联到所述继电器以及所述一个或多个传感器，其中所述电池控制单元包括处理电路，所述处理电路配置成：/n确定由所述一个或多个传感器测量的所述机动车辆电池组模块的温度；/n确定第一温度阈值；/n当所述机动车辆电池组模块的温度不大于所述第一温度阈值时，命令所述继电器切换至关闭位置、维持关闭位置或以上两者以使得所述机动车辆电池组模块能够利用第一存储容量来捕获从所述发电机输出的较高的电力；以及/n当所述机动车辆电池组模块的温度大于所述第一温度阈值时，命令所述继电器切换至关闭位置、维持关闭位置或以上两者以使得所述机动车辆电池组模块能够利用小于所述第一存储容量的第二存储容量来捕获从所述发电机输出的较低的电力。/n...

【技术特征摘要】
20141015 US 62/064,318;20141104 US 62/075,140;20151.一种机动车辆电池组模块，所述机动车辆电池组模块包括：
外壳；
第一电池组端子和第二电池组端子，所述第一电池组端子和所述第二电池组端子耦联到所述外壳，其中所述第一电池组端子和所述第二电池组端子配置成能够使得所述机动车辆电池组模块被电耦联到包括发电机的电子系统；
第一多个电池组单元，所述第一多个电池组单元设置在所述外壳内并且电耦联到所述第二电池组端子；
继电器，所述继电器设置在所述外壳内并且在所述第一多个电池组单元和所述第一电池组端子之间电耦联；
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器配置成在操作期间测量所述机动车辆电池组模块的操作参数；以及
电池控制单元，所述电池控制单元通信地耦联到所述继电器以及所述一个或多个传感器，其中所述电池控制单元包括处理电路，所述处理电路配置成：
确定由所述一个或多个传感器测量的所述机动车辆电池组模块的温度；
确定第一温度阈值；
当所述机动车辆电池组模块的温度不大于所述第一温度阈值时，命令所述继电器切换至关闭位置、维持关闭位置或以上两者以使得所述机动车辆电池组模块能够利用第一存储容量来捕获从所述发电机输出的较高的电力；以及
当所述机动车辆电池组模块的温度大于所述第一温度阈值时，命令所述继电器切换至关闭位置、维持关闭位置或以上两者以使得所述机动车辆电池组模块能够利用小于所述第一存储容量的第二存储容量来捕获从所述发电机输出的较低的电力。


2.根据权利要求1所述的机动车辆电池组模块，其中所述电池控制单元的所述处理电路配置成：
确定大于所述第一温度阈值的第二温度阈值；以及
当所述机动车辆电池组模块的温度大于所述第二温度阈值时，命令所述继电器切换至关闭位置、维持打开位置或以上两者以使得所述机动车辆电池组模块能够利用小于所述第一存储容量的第二存储容量来捕获从所述发电机输出的较低的电力。


3.根据权利要求1所述的机动车辆电池组模块，包括第二多个电池组单元，所述第二多个电池组单元设置在所述外壳内并且电耦联到所述第二电池组端子，其中：
使用第一电池化学性质来实施所述第一多个电池组单元的每一者；并且
使用与所述第一电池化学性质不同的第二电池化学性质来实施所述第二多个电池组单元的每一者。


4.根据权利要求3所述的机动车辆电池组模块，其中：
所述第一电池化学性质包括锂离子电池化学性质；并且
所述第二电池化学性质包括铅酸电池化学性质。


5.根据权利要求3所述的机动车辆电池组模块，其中所述第二多个电池组单元在设置在所述外壳内的所述第二电池组端子和所述继电器之间电耦联。


6.根据权利要求1所述的机动车辆电池组模块，其中所述第一多个电池组单元的每一个包括锂离子电池组单元。


7.根据权利要求1所述的机动车辆电池组模块，其中所述电池控制单元的所述处理电路设置成：
确定在控制时域内所述机动车辆电池组模块的所述温度的目标轨迹；
至少部分地基于热预测模型以及由所述一个或多个传感器测量的所述操作参数来确定电池组参数设定点，其中所述热预测模型被配置成描述在预测时域内所述电池组参数设定点、由所述一个或多个传感器测量的所述操作参数与所述机动车辆电池组模块的所述温度的预测轨迹之间的关系；以及
将所述电池组参数设定点指示到机动车辆控制单元以使得所述机动车辆控制单元能够根据所述电池组参数设定点控制从所述发电机输出的电力，从而有助于在所述控制时域内将所述温度的所述预测轨迹朝向所述目标轨迹引导、在所述控制时域内将所述温度的所述预测轨迹保持低于所述第一温度阈值或以上两者。


8.根据权利要求7所述的机动车辆电池组模块，其中所述电池控制单元的所述处理电路配置成：
确定当机动车辆执行预测驾驶模式时预期会发生的所述机动车辆电池组模块的预测操作参数；
至少基于燃料经济性模型来确定所述机动车辆电池组模块的预测燃料经济性贡献，所述燃料经济性模型描述了在由所述一个或多个传感器测量的所述操作参数，所述预测的操作参数和所述预测燃料经济性贡献之间的关系；
确定燃料经济性贡献阈值；以及
确定所述温度的所述目标轨迹，从而有助于将所述机动车辆电池组模块的预测燃料经济性贡献保持在所述燃料经济性贡献阈值处或保持在所述燃料经济性贡献阈值之下。


9.根据权利要求7所述的机动车辆电池组模块，其中所述电池控制单元的所述处理电路配置成：
确定当机动车辆执行预测驾驶模式时预期会发生的所述机动车辆电池组模块的预测操作参数；
至少部分地基于电池寿命模型来确定预测所述机动车辆电池组模块的剩余使用寿命，所述电池寿命模型描述了所述预测操作参数和所述预测剩余使用寿命之间的关系；
至少部分地基于所述机动车辆电池组模块的当前年龄和所述机动车辆电池组模块的所述预测剩余使用寿命来确定所述机动车辆电池组模块的预测寿命；
确定寿命阈值；以及
确定所述温度的所述目标轨迹从而有助于将所述机动车辆电池组模块的所述预测寿命保持在所述寿命阈值出或保持在所述寿命阈值之下。


10.一种有形非暂时性计算机可读介质，所述有形非暂时性计算机可读介质被配置成存储可由电气设备的一个或多个处理器执行的指令，其中所述指令包括用于进行以下步骤的指令：
使用所述一个或多个处理器来确定机动车辆的预测驾驶模式，在所述机动车辆的所述预测驾驶模式中电池组模块将被使用；
至少部分地基于由所述机动车辆所实施的控制策略，使用所述一个或多个处理器来预测当所述机动车辆执行所述预测驾驶模式时预期会发生的所述电池组模块的操作参数；
至少部分地基于电池寿命模型使用所述一个或多个处理器来确定所述电池组模块的预测寿命，所述电池寿命模型描述了所述电池组模块的预测剩余使用寿命与当所述机动车辆执行所述预测驾驶模式时预期会发生的所述电池组模块的所述操作参数之间的关系；
使用所述一个或多个处理器来确定与所述机动车辆相关联的电池寿命阈值；以及
当所述电池组模块的所述预测寿命大于或等于与所述机动车辆相关联的所述电池寿命阈值时，使用所述一个或多个处理器来指示所述电池组模块适合于在所述机动车辆中使用。


11.根据权利要求10所述的有形非暂时性计算机可读介质，包括指令，所述电池组模块在所述机动车辆中使用之后，所述指令根据所述控制策略使用所述一个或多个处理器来控制所述机动车辆的操...

【专利技术属性】
技术研发人员：金志宏，布莱恩·C·西斯科，凯姆·M·奥巴西，马克·R·约翰逊，佩里·M·怀亚特，帖木儿·L·阿里耶夫，张振利，
申请(专利权)人：CPS科技控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US