用以防止电池系统中的过度放电的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用以防止电池系统中的过度放电的系统和方法。一种电池系统可以包括多个子部，比如电池单元或子组。测量系统被构造用以确定与多个子部中的每个相关联的子部电参数。电池控制可以基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部。根据一些实施例，所述电池控制系统可以确定所识别子部的子部电参数对电池组的电参数的比率。该比率可以用于通过该比率调整与电池组相关联的电参数。根据另一些实施例，与所识别子部相关联的子部电参数可以被提供至电池状态估计系统。调整电参数或与所识别子部相关联的电参数可以被电池状态估计系统使用来生成估计电池状态。
【专利说明】用以防止电池系统中的过度放电的系统和方法
【技术领域】
[0001]本文所公开的系统和方法涉及防止电池系统的过度放电。更具体地，本公开的系统和方法涉及监测电池系统的个体子部，并实施控制用以阻止电池系统的个体子部的过度放电。
【背景技术】
[0002]载客交通工具通常包括用于操作交通工具的电气系统和传动机构(drivetrain)系统的电池。例如，交通工具一般包括12V铅酸汽车电池，该电池被构造成向交通工具起动器系统(例如，起动器电动机)、照明系统和/或点火系统供应电能量。在电动、燃料电池(“FC”)和/或混合动力交通工具中，高电压(“HV”)电池系统可以用于为交通工具的电传动机构部件(例如，电驱动电动机和类似物)提供动力。
[0003]当电池被耗尽或者处于由电池控制系统建立的阈值时，可以终止电池放电。用于终止进一步放电的阈值可以基于监测作为整体的电池的电压或其它参数。限制电池在过度耗减阈值以下的进一步放电的失败可以导致电池系统无效率、劣化、永久损坏和/或缩短的可使用寿命。
【发明内容】
[0004]根据本公开的多个不同实施例的电池系统可以包括多个子部，比如电池单元或子组(sub-pack)。在长期的使用中，不同的电池子部可能在电容、充电状态、放电速率、阻抗和/或电压上发生差异。与本文所公开的实施例相符，一种电池系统可以包括测量系统，其被构造用以确定与多个子部中的每个相关联的子部电参数。电池控制系统可以基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部。例如，本文所公开的系统和方法可以检测电池组内的满足一定标准的电池子部(例如，最薄弱或最低电容子部)，以达到利用该子部的电特性来估计电池控制参数的目的。
[0005]根据多个不同实施例，最薄弱子部可以指具有最低电存储容量、最高电阻或取决于电池化学性质的其它特性的单元。在一些情况下，具有最高电阻的子部也是具有最低电容的单元，而在另一些情况下该关系并不成立。因此，多个不同实施例可以选择满足指定标准(例如，最低电容、最高电阻、最低电压、最低电流等)的一个或多个电池子部。识别电池内的最薄弱子部并利用最薄弱子部的电特性来估计电池控制参数的实施例可以因此而防止薄弱单元过度放电和伴随发生的永久损坏。
[0006]根据一些实施例，所述电池控制系统可以确定所识别子部的子部电参数对电池组的电参数的比率。该比率可以用于适当地调整(scale)与电池组相关联的电参数(例如，通过比率调整电参数)。根据另一些实施例，与所识别子部相关联的子部电参数可以被提供至电池状态估计系统。调整电参数或与所识别子部相关联的电参数可以被电池状态估计系统使用来生成估计电池状态。
[0007]本发明还涉及以下技术方案: 1.一种系统，包含:
电池组，其包含多个子部；
测量系统，其被构造用以确定多个子部电参数，多个电参数的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关联，并且用以确定与所述电池组相关联的组电参数；
电池控制系统，其被通信地联接至所述测量系统，所述电池控制系统被构造用以基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部，并基于所识别子部的电参数和所述组电参数来生成调节组电参数；和
电池状态估计系统，其与所述电池控制系统通信，所述电池状态估计系统被构造用以基于所述调节组电参数生成估计电池状态。
[0008]2.如技术方案I所述的系统，其中，所述电池控制系统进一步被构造用以确定所识别子部的子部电参数和所述组电参数的比率，并且用以通过所述比率调整所述组电参数，用以生成所述调节组电参数。
[0009]3.如技术方案I所述的系统，其中，所述电池控制系统进一步被构造用以测量所识别子部的子部电参数的最大值和最小值中的一个与所述组电参数的对应最大值或最小值之间的时间延迟，用以将所述时间延迟提供至所述电池状态估计系统；并且
其中，所述电池状态估计系统进一步被构造用以基于所述时间延迟生成所述电池组的电压的估计。
[0010]4.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个子部中的每个是可单独地更换的，并且其中，所述电池组包含至少一个更换子部。
[0011]5.如技术方案I所述的系统，其中，所述电池控制系统被构造用以基于所述标准识别最低电容子部、最低电压子部和最低电流子部中的一个。
[0012]6.如技术方案I所述的系统，其中，所述测量系统进一步包含多个电压测量传感器，并且所述子部电参数包含与所述多个子部中的每个相关联的电压。
[0013]7.如技术方案I所述的系统，其中，所述估计电池状态包含所识别子部的充电状态，并且所述电池控制系统进一步被构造用以在估计充电状态下降低于过度耗减阈值时限制从所述电池组的放电。
[0014]8.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个子部中的每个包含一个或多个电池单元。
[0015]9.如技术方案I所述的系统，其中，所述多个子部中的每个包含一个或多个电池子组，并且所述一个或多个电池子组中的每个包含一个或多个电池单元。
[0016]10.一种估计包含多个子部的电池组的电压的方法，所述方法包含:
确定多个子部电参数，多个电参数中的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关
联；
基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部；
确定与所述电池组相关联的组电参数；
基于所识别子部的子部电参数和所述组电参数生成调节组电参数；
将所述调节组电参数提供至电池状态估计系统；以及 基于所述调节组电参数生成估计电池状态。
[0017]11.如技术方案10所述的方法，进一步包含: 确定所识别子部的子部电参数和所述组电参数的比率；以及 通过所述比率调整所述组电参数用以生成所述调节组电参数。
[0018]12.如技术方案10所述的方法，进一步包含:
测量所识别子部的子部电参数的最大值和最小值中的一个与所述组电参数的对应最大值或最小值之间的时间延迟；以及
将所述时间延迟提供至所述电池状态估计系统；
其中，进一步基于所述时间延迟生成所述估计电池状态。
[0019]13.如技术方案10所述的方法，其中，所述多个子部中的每个是可单独地更换的，并且其中，所述电池组包含至少一个更换子部。
[0020]14.如技术方案10所述的方法，其中，识别满足标准的子部包含识别最低电容子部、最高电阻、最低电压子部和最低电流子部中的一个。
[0021]15.如技术方案10所述的方法，其中，所述子部电参数包含子部电压，并且所述调节组电参数包含平均电压。
[0022]16.如技术方案10所述的方法，其中，所述估计电池状态包含估计充电状态。
[0023]17.如技术方案16所述的方法，进一步包含:当所述估计充电状态下降低于阈值时，限制从所述电池组的放电。
[0024]18.如技术方案10所述的方法，其中，所述多个子部中的每个包含一个或多个电池单元。
[0025]19.如技术方案10所述的方法，其中，所述多个子部中的每个包含一个或多个电池子组，并且所述一个或多个电池子组中的每个包含一个或多个电池单元。
[0026]20.一种估计包含多个子部的电池组的电压的方法，所述方法包含:
确定多个子部电参数，多个电参数中的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关
联；
基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部；
将所识别子部的电参数提供至电池状态估计系统；
基于所识别子部的电参数生成估计充电状态；以及
当所述估计充电状态下降低于阈值时，限制从所述电池组的放电。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]本公开的非限制性和非穷举性的实施例已被描述，包括参考附图的本公开的多种不同实施例，附图中:
图1示出了与本文所公开的实施例相符的用于平衡交通工具中的电池系统的示例性系统。
[0028]图2A是示出了示例性高电容子部和示例性低电容子部的随时间推移的充电状态的图，其中电池控制系统利用电池的平均充电状态来确定何时阻止电池的进一步放电。
[0029]图2B是示出了示例性高电容子部和示例性低电容子部的随时间推移的充电状态的图，其中电池控制系统利用低电容子部的充电状态来确定何时阻止电池的进一步放电。
[0030]图3A是随时间推移的图，示出了与本文所公开的实施例相符的被调整至单元水平的电池组电压、最薄弱单元的电压或最薄弱子部的平均电压、电池组中所有单元的平均电压、和通过最薄弱单元或子部电压对组中所有单元的平均电压的比率得到调整的电压。
[0031]图3B是随时间推移的图，示出了与本文所公开的实施例相符的两个示例性高电容单元或子部和示例性低电容单元或子部的随时间推移的电压对电池组的所有单元或子部的平均电压的比率。
[0032]图4示出了与本文所公开的实施例相符的用于防止交通工具电池系统的过度放电的一种方法的流程图。
[0033]图5示出了与本文所公开的实施例相符的用于防止交通工具电池系统的过度放电的另一种方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]下面提供与本公开的实施例相符的系统和方法的详细描述。虽然描述了数个实施例，但应该明白的是，本公开并不局限于任何一个实施例，而是应包括众多的替代方案、变型方案和等同方案。另外，虽然在以下描述中给出了众多具体的细节以便提供对本文所公开的实施例的彻底理解，但是一些实施例可以在没有这些细节的一部分或全部的情况下实施。此外，为了清楚的目的，相关技术中公知的某些技术材料未被详细描述，以避免不必要地模糊本公开。
[0035]本公开的实施例通过参考附图将得到最佳的理解，附图中相似零部件可以由相似附图标记来标注。如在本文的附图中大体描述和图示的所公开实施例的部件可以以宽范围不同的构造来得到配置和设计。因此，本公开的系统和方法的实施例的以下详细描述并非旨在限制如所要求的本公开的范围，而是仅仅代表本公开的可能实施例。另外，方法的步骤并不一定必须按照任何特定的顺序来执行或者甚至顺次地执行，也不要求步骤只执行一次，除非另有说明。
[0036]用于混合动力和纯电动交通工具的电池组可以包括多个子部。例如，交通工具电池系统可以包括电池组，该电池组包含一个或多个子组或电池单元。如本文所使用的术语子部(subdivision)可以指子组或电池单元,或者指一起构成电池组的多个子组或电池单
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[0037]具有多个子部的电池可以在包装、可制造性和可服务性上提供效率。在包含多个子部的电池组中，每个子部可以是可单独地更换的。由于多种不同原因，个体子部可能失效或者需要更换。在个体子部是不可单独地更换的电池系统中，当一个或多个子部失效或者需要更换时，可能需要更换整个电池。更换整个电池的成本可以明显地超过只更换一个或多个子部的成本。因此，在通过只更换单个子部而不是更换整个电池将可以矫正电池的问题的情况下，可以实现明显的成本节约。
[0038]作为更换一个或多个子部、制造时在电池中的子部间的变异或者其它问题的结果，个体子部可能呈现出不同的电特性。这些特性可以包括在能量存储容量、电压、电流、阻抗和类似参数上的差异。例如，在经过可观的使用后的电池中更换了子部的情形中，新更换的子部可以具有比其它子部更大的电容，这些其它子部的电容可能随时间的推移以及作为使用的结果而已变小。
[0039]控制系统可以监测使用中的电池的状况，以便阻止电池的过度放电和/或一个或多个个体子部的过度放电。电池的过度放电可以导致对电池的永久损坏，因此，减少和/或防止电池的过度放电是所需的。进一步，鉴于电池中的个体子部可以在电容上呈现出差异，一些子部可能在其它部分被过度放电之前并且甚至是在电池作为整体被过度放电之前变得被过度放电。个体子部的过度放电的个体监测和防止可能在电池中的一个或多个子部被更换后更值得关注，因为新更换的子部可能能够存储更大量的电能量，因而，其它子部可能在新更换的子部之前变得过度耗减。
[0040]本文所公开的系统和方法可以检测电池组内的满足一定标准的电池子部(例如，最低电容子部、最高电阻等)，以达到利用该子部的电特性来估计电池控制参数的目的。识别电池内的薄弱或低电容子部并利用薄弱子部的电特性来估计电池控制参数的实施例可以因此而防止薄弱单元过度放电和因此发生的损坏。这种损坏可能进一步恶化低电容子部可能能够存储的能量的量的减少。因此，如果较低电容子部因过度放电而损坏，则本已较低电容子部的电容可能相对于具有平均或高于平均的能量存储容量的其它子部以加速速率劣化。
[0041]根据一个实施例，电池控制系统可以依赖于越过整个电池组的测量电压和同步的电流测量值。这种实施例可以极其适合于其个体子部具有类似电容的电池组，比如新的组或其单元已以相同或类似速率老化的电池组。
[0042]电池控制系统，根据一些实施例，可以依赖于与电池组电流测量值大致同步的电压测量值。可能难以同步每个测量值，因为可能需要花费大量时间来取样许多单元电压中的每个。在一些实施例中，待测量的单元的数量可以在100个左右。该问题的一个解决方案是设计硬件来实现作为整体的电池组的电流与薄弱子部的电压之间的同步。例如，一个选择是不识别薄弱单元，而是识别可以含有多个单元的薄弱子组。同步的子部电压和电流测量值是可行的；然而，这种解决方案可能通过需要附加硬件而增加电池系统的复杂性和成本。根据本公开的某些实施例可以使用软件来得到实施，因此，可以在具有最少或者没有附加硬件的情况下被合并到现有电池系统中。
[0043]本文所公开的多个不同系统和方法可以能够接近地估计电池中的薄弱单元或者子组的电压，同时在所估计电压与组电流之间维持足够的同步。薄弱子部的电压的这种所得估计可以足以使电池控制系统恰当地发挥功能。
[0044]根据另一实施例，电池控制系统可以测量与个体子部相关联的电参数。可以在电池正充电(例如,被插入到电源中)的同时或在电池正放电(例如，正从电池引出电能量用以驱动电动交通工具)的同时进行监测。电池控制系统可以识别电池中的薄弱子部的电压和电池组的平均电压。在某些实施例中，薄弱子部可以是被包括在电池系统中的最薄弱子部。薄弱子部的电压对电池组的平均电压(例如，电池的平均电压)的比率可以用于调整电池的平均电压。调整的平均电压于是可以被提供至电池状态估计系统，以便生成估计电池状态。估计电池状态可以包括与一个或多个个体子部相关联的估计充电状态。
[0045]图1示出了与本文所公开的实施例相符的交通工具100中的示例性系统控制系统。交通工具100可以是机动车辆(motor vehicle)、船舶(marine vehicle)、航空器和/或任何其它类型的交通工具，并且可以包括内燃发动机(“ICE”)传动机构、电动机传动机构、混合动力发动机传动机构、FC传动机构、和/或适于结合本文所公开的系统和方法的任何其它类型的传动机构。交通工具100可以包括电池系统102，所述电池系统102在某些实施例中可以是HV电池系统。HV电池系统可以用于为电力传动机构部件(例如,如在电力、混合动力或者FC动力系统中一样)提供动力。在再一些实施例中，电池系统102可以是低电压电池(例如，铅酸12V汽车电池)，并且可以被构造用以供应电能至各种交通工具100系统，这些系统包括例如交通工具起动器系统(例如，起动器电动机)、照明系统、点火系统和/或类似系统。
[0046]电池系统102可以包括电池控制系统104。电池控制系统104可以被构造用以监测和控制电池系统102的某些操作。例如，电池控制系统104可以被构造用以监测和控制电池系统102的充电和放电操作。在某些实施例中，电池控制系统104可以与一个或多个传感器106 (例如，电压传感器、电流传感器和/或类似物等)和/或被构造用以能使电池控制系统104监测和控制电池系统102的操作的其它系统通信地联接。例如，传感器106可以为电池控制系统104提供用于估计电池系统102和/或其组成部件的充电状态的信息。电池控制系统104可以进一步被构造用以提供信息至和/或接收信息于被包括在交通工具100中的其它系统。例如，电池控制系统104可以与内部交通工具计算机系统108和/或外部计算机系统110通信地联接(例如，经由无线电信系统或者类似物)。在某些实施例中，电池控制系统104可以被构造至少部分地用以向交通工具100、交通工具计算机系统108和/或外部计算机系统110的使用者提供关于电池系统102的信息。这种信息可以包括例如电池充电状态信息、电池操作时间信息、电池操作温度信息和/或关于电池系统102的任何其它信息。
[0047]电池系统102可以包括尺寸适于向交通工具100提供电动力的一个或多个电池组112。每个电池组112可以包括一个或多个子部114。子部114可以包括子组，子组中的每个可以包括利用任何适当的电池技术的一个或多个电池单元。适当的电池技术可以包括例如铅酸、镍金属氢化物(“NiMH”)、锂离子(“Li离子”),Li离子聚合物、锂-空气、镍-镉(“NiCad”)、包括吸附式玻璃纤维棉(“AGM”)的阀控铅酸(“VRLA”)、镍-锌(“NiZn”)、熔盐(例如，ZEBRA电池)和/或其它适当的电池技术。
[0048]每个子部114可以与传感器106相关联，所述传感器106被构造用以测量与每个电池子部114相关联的一个或多个电参数(例如，电压、电流、阻抗、充电状态等)。尽管图1示出了与每个电池部分114相关联的分离传感器106，但是在一些实施例中，也可以利用被构造用以测量与多个子部114相关联的各种电参数的传感器。由传感器106测量的电参数可以被提供至电池控制系统104。使用电参数，电池控制系统104和/或任何其它适当的系统可以协调电池系统102的操作。
[0049]在某些实施例中，关于电池平衡操作的信息可以由电池控制系统104提供至交通工具计算机系统108和/或外部计算机系统110。例如，可以提供关于多个不同子部114之间的差异的指示。这些差异可以包括例如:每个子部114的电压的变化、能够起源于每个子部114的电流的量的差异、每个子部114的电容的差异、等等。以该信息，交通工具100和/或外部计算机系统110的使用者可以诊断电池系统102的潜在问题。呈现出非所需特性的子部114可以被更换，以便作为整体延长电池系统102的使用寿命。
[0050]图2A是这样的图，其示出了低电容子部、高电容子部的随时间推移的充电状态和受控于电池控制系统的电池的平均充电状态，所述电池控制系统利用电池的平均充电状态来确定何时阻止从电池进一步放电。以分钟计的时间沿着X轴示出，并且表示为百分比的充电状态沿着y轴示出。[0051]线202示出了低电容单元的充电状态，而线206示出了高电容单元的充电状态。线204示出了包括高电容子部、低电容子部和多个附加子部的电池的平均充电状态。如图所示，电池的平均充电状态(即，线204)处于高电容子部206与低电容子部202之间。
[0052]阈值208可以被定义为这样一点，在该点处电池的进一步耗减受到限制。根据一些实施例，阈值208可以高于但是接近可能发生过度耗减的充电状态水平。阈值208被达到时的时间取决于所评价的是哪个参数。例如，根据图2A中所示的实施例，电池控制系统可以依赖于电池的平均充电状态(即，线204)。根据所示实施例，平均充电状态在时间216处达到阈值208 ;然而，低电容单元的充电状态在时间214处达到阈值。在时间214后的时间段，低电容单元(即，线202)作为变得过度放电的结果而可能受到损坏。时间216处的平均充电状态(即，线204)超过低电容子部的充电状态(B卩，线202)达由附图标记210标注的裕度。类似地，高电容子部的充电状态(即，线206)超过平均充电状态(即，线204)达由附图标记212标注的裕度。如图所示，在高电容子部、低电容子部和平均子部的充电状态之间可以存在明显差异。当电池被深度放电时，这些差异可能被加剧。
[0053]图2B是这样的图，其示出了低电容子部、高电容子部的随时间推移的充电状态和受控于电池控制系统的电池的平均充电状态，所述电池控制系统利用电池的低电容子部充电状态来确定何时阻止从电池进一步放电。与图2A形成对比，低电容子部不下降低于阈值218，因此，低电容子部不变得过度放电。阻止低电容子部(即，线202)的过度放电可以有助于阻止对低电容单元的损坏并且延长电池的使用寿命。基于最薄弱子部来阻止进一步放电可以确保不在任何子部中发生过度放电，因为所有其它子部都具有大于最薄弱子部的充电状态。
[0054]图3A是随时间推移的图，示出了与电池系统相关联的各种电压。调整组电压312对应于被调整至单元水平的电池组电压(即，总电池电压除以电池中的单元的数量)。如下所述，调整组电压312可以与电池组电流时间同步。电压332对应于电池系统中的薄弱单元的电压，而电压342对应于电池组中的所有单元的平均电压。根据替代实施例，最薄弱单元332的电压可以代表多个单元的平均电压。
[0055]根据在特定时间从电池引出的电流，电压312、332、342中的每个可以随时间推移而变化。根据所示实施例，从电池引出的电流的量随时间推移而变化，因此导致图3A中所示的波峰和波谷。
[0056]图3A还示出了调节组电参数322，其是通过基于电池组342中所有单元的平均电压和最薄弱单元332的比率对调整组电压312进行调整和时移(time shifting)而计算出的。可以在调整组电压312的局部最小值与所有单元342的平均电压的局部最小电压之间测量时间延迟324。根据一些实施例，还可以利用调整组电压312的局部最大值与所有单元342的平均电压的对应局部最大电压之间的时间延迟326来确定时间延迟。电压312可以在时间上漂移一时间延迟(例如，时间延迟324或326)，用以实现电池组电压和电流与薄弱单元的电压或者薄弱子部的平均电压的同步。
[0057]在图3A中，电压332和342是测量值，并且可以用于使用公式1计算调整比率。
[0058]比率=薄 弱单元电压/所有单元电压的平均值……公式1。
[0059]该比率可以用于使用公式2计算调整电压322。
[0060]调整电压=比率*每单元的测量电压……公式2。[0061]使用公式I和公式2来计算调整电压可以阻止薄弱单元的过度放电。
[0062]图3B示出了电池中三个电池单元的测量值与每单元的测量电池电压之间的随时间推移的比率。比率310和320大于1，因此，对应于比率310和320的部分对应于具有大于平均值电压的单元。比率330具有小于I的值，因此，对应于比率330的电池部分对应于具有小于平均值电压的单元。在所示情况中，对应于比率330的电池部分是薄弱部分，因此，可以被使用在公式I的分子中，用以计算能够用于确定调整电压的比率。
[0063]根据一个实施例，电池控制系统可以将比率330识别为对应于具有特定特性(例如，最低电容、最高电阻等)的单元。因此，电池控制可以通过比率330来调整电池组中每单元的组电压。在替代方案中，可以通过比率330来调整电池的总电压(B卩，每个单元的电压之和)。
[0064]电池控制系统可以被构造用以将调整电压传达至电池估计系统。电池估计系统可以接收多个不同参数，并且可以作为输入而利用与电池系统相关联的一个或多个测量电特性。根据一个实施例，电参数的测量值可以包括电池端子的电压和从电池引出的电流。根据另一些实施例，可以测量其它参数，包括例如电池的阻抗(例如，真实和/或虚拟的)。可以使用合适的传感器比如电压传感器、电流传感器和/或阻抗传感器来获得与电池相关联的电特性的测量值。
[0065]图4示出了与本文所公开的实施例相符的用于防止交通工具电池系统的过度放电的示例性方法400的流程图。方法400可以在步骤410开始，并且在步骤412可以获得子部电压和电流测量值。根据一些实施例，可以同步地获得测量值。在同步地获得电压和电流测量的实施例中，可以不需要下面在步骤418描述的同步电压和电流测量值的过程。在步骤414可以使用电压测量值、电流测量值和/或其它测量值或者计算值，来估计一个或多个电池参数和/或电池状态。根据一些实施例，待估计的电池状态涉及电池和电池的个体子部(例如，子组和/或单元)的充电状态。在步骤416，可以使用在步骤412获得的测量值来识别电池的薄弱子部。
[0066]电池控制系统，根据一些实施例，可以依赖于与电池组电流测量值大致同步的电压测量值。可能难以同步每个测量值，因为可能需要花费大量时间来取样许多单元电压中的每个。在一些实施例中，待测量的单元的数量可以在100个左右。该问题的一个解决方案是设计硬件实施方法400，使得能实现组电流与薄弱子部的电压之间的同步。比如，一个选择是不是识别最薄弱单元，而是最薄弱子部。虽然能够与本文所公开的实施例相符地做出同步的子部电压和电流测量，但是这种解决方案可能通过需要附加硬件而增加电池系统的复杂性和成本。根据本公开的某些实施例可以使用软件来得到实施，因此，可以在具有最少或者没有附加硬件的情况下被合并到现有电池系统中。
[0067]本文所公开的多个不同系统和方法可以被构造用以接近地估计电池中的薄弱单元或者子部(例如，最薄弱单元或者子部)的电压，同时在所估计电压与组电流之间维持足够的同步。薄弱子部的电压的这种所得估计可以足以使电池控制系统恰当地发挥功能。
[0068]如有必要，可以在步骤418同步电压和电流测量值。根据一个实施例，同步电压和电流测量值的过程可以包括测量每单元的组电压的最大值或者最小值与电池中所有子部的平均电压的对应最大值或者最小值之间的时间延迟。根据一些实施例，可以使用相关电压的绝对值来确定该延迟。该时间延迟可以被电池状态估计系统利用来生成电池组的充电状态的估计。
[0069]在步骤420，可以通过电池状态估计器来利用与最薄弱子部相关联的同步电压和电流测量值。根据一些实施例，电池状态估计器可以估计与子部相关联的充电状态。例如，电池状态估计器可以估计与电池系统的最薄弱子部相关联的充电状态。电池控制系统可以利用所估计的充电状态，以便除了别的外还控制电池的放电。电池控制系统可以例如限制电池的进一步放电，以便阻止对电池中最薄弱单元和/或子组进行过度放电。
[0070]图5示出了与本文所公开的实施例相符的用于防止交通工具电池系统的过度放电的示例性方法500的流程图。在步骤502，方法500可以开始。在步骤504，可以确定与电池中的多个子部中的每个相关联的电参数。确定电参数可以包括测量电参数和/或经由通信界面从另一系统接收电参数。
[0071]可以在步骤506识别满足标准的一个或多个子部。根据多个不同实施例，该标准可以被设定为识别呈现出低于阈值水平的电特性(例如，电存储容量、电压、溯源电流的能力等)的子部。
[0072]方法500可以在步骤508确定或者计算电池中的子部的平均电压。该平均值可以用于在步骤510计算满足标准的子部的电参数对电池组的平均电参数的比率。根据多个不同实施例，该比率可以于是乘以电参数电池的每子部的平均值，或者于是可以乘以总电参数的值。
[0073]在步骤514，可以基于与电池中的满足标准的一个或多个子部相关联的电特性与与不满足标准的一个或多个子部相关联的相同电特性之间的时间延迟，来同步测量值。例如，在标准被设定为识别具有最低电容的子部的实施例中，在步骤514，方法500可以确定与具有最低电容的子部相关联的最小或最大电压与作为整体的电池系统的最小或最大平均电压之间的时间延迟。在步骤516，可以利用在步骤514确定的时间延迟来同步电参数。
[0074]在步骤518，可以通过电池状态估计器来利用与薄弱子部(例如，最薄弱子组或单元)相关联的同步和调整了的电压和电流测量值。根据一些实施例，电池状态估计器可以估计与最薄弱子组或单元相关联的充电状态。电池控制系统可以利用所估计的充电状态，以便除了别的外还控制电池的放电。电池控制系统可以例如限制电池的进一步放电，以便阻止对电池中最薄弱单元和/或子组进行过度放电。
[0075]在某些实施例中，可以使用一个或多个计算机系统来至少部分地实施本文所公开的系统和方法。例如，可以使用计算机系统来实施电池控制系统、交通工具计算机系统和/或外部计算机系统的某些特征和功能。本文所公开的系统和方法在本质上不与任何特定计算机或者其它设备有关，并且可以通过硬件、软件和/或固件的适当组合来实施。软件实施可以包括一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序包括可执行代码/指令，所述可执行代码/指令在被处理器执行时可以使处理器执行至少部分地通过可执行指令限定出的方法。计算机程序能够以包括编译语言或者解释型语言在内的任何形式的编程语言写成，并且能够以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或者适合于在计算环境中使用的其它单元。进一步，计算机程序可以部署成在一个计算机上或者在多个计算机上执行，所述多个计算机位于一个场所或者分布在多个场所并通过通信网络互连。软件实施例可以被实施为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括被构造用以存储计算机程序和指令的非短暂性存储介质，所述计算机程序和指令在被处理器执行时，被构造用以使处理器根据指令进行方法。在某些实施例中，非短暂性存储介质可以呈能够在非短暂性存储介质上存储处理器可读指令的任何形式。非短暂性存储介质可以体现为光盘(⑶)、数字视频盘(DVD)、磁带、柏努利驱动器(Bernoulli drive)、磁盘、穿孔卡、快闪存储器、集成电路或者任何其它的非短暂性数字处理设备存储装置。
[0076]虽然已经以一定详情描述了前述内容以达到清楚的目的，但应该理解的是可以在不背离其原则的情况下做出某些变化和修改。例如，在某些实施例中，充电状态传感器可以被构造用以还合并允许测量内部电池部分电阻的特征。类似地，电池控制系统可以被构造用以合并单元平衡系统的某些特征和/或功能。类似地，本文所公开的实施例的某些特征可以按任何适当的构造或组合来被构造和/或组合。此外，本文所公开的某些系统和/或方法可以被利用在不被包括在交通工具中的电池系统(例如，备用电源电池系统或者类似物)中。应指出的是，存在实施本文所描述的工艺和设备的许多替代方法。因此，所提出的实施例应被看作是说明性的而不是限制性的，并且本发明并不局限于本文所给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等同方案内修改。
[0077]已参考多种不同实施例描述了前述说明。然而，本领域的技术人员将理解的是，在不背离本公开的范围的情况下，可以做出各种修改和变化。例如，基于特定应用或者考虑到与系统的操作相关联的任意数量的成本函数，可以以替代方法来实施各种操作步骤以及用于执行操作步骤的部件。因此，所述步骤中的任一个或多个步骤可以被删除、修改或者与其它步骤组合。进一步，应以说明性而不是限制性的意味来看待本公开，并且所有这些修改都旨在被包括在本公开的范围内。同样，以上已相对于多种不同实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，这些益处、优点、问题的解决方案以及可能使任何益处、优点或者解决方案发生或变得更显著的任何组成要素都不应被解释为是关键的、所需的或者必要的特征或者组成要素。
[0078]如本文所使用的，术语“包含”和“包括”及其任何其它变型都旨在覆盖非排他性的包括，使得包含一系列组成要素的工艺、方法、制品或者设备不只包括这些组成要素，而且还可以包括这种工艺、方法、系统、制品或者设备未明确列出或者固有的其它组成要素。
[0079]本领域的技术人员应该理解的是，可以在不背离本发明的基本原理的情况下，对上述实施例的细节做出许多变化。因此，本发明的范围应该只由后附权利要求书确定。
【权利要求】
1.一种系统，包含: 电池组，其包含多个子部； 测量系统，其被构造用以确定多个子部电参数，多个电参数的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关联，并且用以确定与所述电池组相关联的组电参数； 电池控制系统，其被通信地联接至所述测量系统，所述电池控制系统被构造用以基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部，并基于所识别子部的电参数和所述组电参数来生成调节组电参数；和 电池状态估计系统，其与所述电池控制系统通信，所述电池状态估计系统被构造用以基于所述调节组电参数生成估计电池状态。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电池控制系统进一步被构造用以确定所识别子部的子部电参数和所述组电参数的比率，并且用以通过所述比率调整所述组电参数，用以生成所述调节组电参数。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述电池控制系统进一步被构造用以测量所识别子部的子部电参数的最大值和最小值中的一个与所述组电参数的对应最大值或最小值之间的时间延迟，用以将所述时间延迟提供至所述电池状态估计系统；并且 其中，所述电池状态估计系统进一步被构造用以基于所述时间延迟生成所述电池组的电压的估计。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个子部中的每个是可单独地更换的，并且其中，所述电池组包含至少一个更换子部。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述电池控制系统被构造用以基于所述标准识别最低电容子部、最低电压子·部和最低电流子部中的一个。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述测量系统进一步包含多个电压测量传感器，并且所述子部电参数包含与所述多个子部中的每个相关联的电压。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述估计电池状态包含所识别子部的充电状态，并且所述电池控制系统进一步被构造用以在估计充电状态下降低于过度耗减阈值时限制从所述电池组的放电。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个子部中的每个包含一个或多个电池单J Li ο
9.一种估计包含多个子部的电池组的电压的方法，所述方法包含: 确定多个子部电参数，多个电参数中的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关联； 基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部； 确定与所述电池组相关联的组电参数； 基于所识别子部的子部电参数和所述组电参数生成调节组电参数； 将所述调节组电参数提供至电池状态估计系统；以及 基于所述调节组电参数生成估计电池状态。
10.一种估计包含多个子部的电池组的电压的方法，所述方法包含: 确定多个子部电参数，多个电参数中的每个子部电参数与所述多个子部中的一个相关联；基于所述多个子部电参数来识别满足标准的子部；将所识别子部的电参数提供至电池状态估计系统；基于所识别子部的电参数生成估计充电状态；以及当所述估计充 电状态下降低于阈值时，限制从所述电池组的放电。
【文档编号】H01M10/42GK103855436SQ201310620954
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年11月30日
【发明者】R.C.巴拉苏, K.M.约翰逊, Z.D.拜尔斯马, D.R.弗里希, W.刘, D.S.麦克斯韦 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司