平衡电瓶电池的电压的方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于平衡混合动力车辆的电力存储系统的多个串联连接的电化学电池的电压的方法。本方法包括在电池平衡之前对电力存储系统放电的步骤。本公开也涉及一种包括电力存储系统的混合动力车辆，其中电力存储系统的电瓶管理单元被配置成在电池平衡之前对电力存储系统放电。本公开在诸如卡车、公共汽车、工程车辆等等的重型混合动力车辆的电力存储系统领域中特别有利。
【背景技术】
[0002]电动和混合动力车辆中的电力存储系统通常包括多个串联连接的电化学电池的电瓶组，通常是几百个锂电池。然而，不存在两个完全相同的电池一一例如容量、电荷状态和自放电率始终存在微小差异。最弱电池的容量和寿命限制作为整体的电瓶组的容量和寿命。为了能够从电瓶组获得更多能量和更长寿命，在电池之间周期性地再分配电压，以便使它们处于共同电荷状态。通常将其称为电池平衡。一种已知的平衡电池的方法是例如US2011/0316520中所述的，在平衡电瓶内部的电阻器时对电瓶组的单独电瓶放电。
[0003]优选地，在低电荷状态水平下执行电瓶平衡，这是因为处于低电荷状态水平下的电瓶电荷状态差异对应于电瓶的开路电压的更大差异。
[0004]为了限制温度升高，放电功率必须低，这进而导致总体电瓶电池平衡时间长。
[0005]因而，需要一种消除上述缺点的改进的电瓶平衡方法。
【发明内容】
[0006]本公开的目标在于提供一种用于平衡混合动力车辆方法的电力存储系统的多个串联连接的电化学电池的电压的方法，其中至少部分地避免了前述问题。通过任一独立权利要求所述的特征实现了这个目标。
[0007]本公开关注一种用于平衡混合动力车辆的电力存储系统的多个串联连接的电化学电池的电压的方法。该方法包括通过在车辆静止时操作车辆的至少一个大型电动机而对电力存储系统放电，直到电力存储系统或者具有最低电荷状态的电池的电荷状态已经达到预定水平，并且随后平衡电池的电压。
[0008]本公开还关注一种对应的计算机程序、一种对应的计算机程序产品、一种用于实施该方法的对应的计算机系统，以及一种包括电力存储系统的对应的混合动力车辆。
[0009]通过在平衡之前对电力存储系统放电，通过操作车辆的至少一个大型电动机，可保持放电功率高，同时避免如果借助于内部平衡电阻器执行电力存储系统的放电将在电力存储单元中出现的热释放。这引起放电时间相当大地缩短，以便可缩短总体电瓶电池平衡时间。
[0010]通过实施从属权利要求的一个或几个特征实现进一步优点。
[0011]所述至少一个大型电动机可具有超过IkW的最大输出功率，优选地超过5kW，并且又更优选地超过20kW。用于放电的耗电电动机的功率越大，所获得的放电功率越高，并且因而放电率越高。
[0012]所述至少一个大型电动机可以是混合动力车辆的电动牵引机或主发电机。这些电动机通常代表混合动力车辆上功率最大的电动机，并且因此具有使得能够在操作时使电力存储系统的放电率最快的潜力。作为替换，所述至少一个大型电动机可以是驱动车辆和/或货运空调系统的电动机、驱动空气压缩机单元的电动机、驱动冷却风扇的电动机、或者驱动液压系统的液压栗的电动机中的任何一种。这些电动机通常比混合动力车辆的电动牵引机或主发电机的功率小，但是作为代替，具有使得能够积累所放出的电能的优点。例如，可通过降低/升高货运舱和/或驾驶室的温度，或者用压缩空气填充储气容器，或者对液压蓄能器增压来实现从电力存储系统放电的电能的积累，即恢复。通过这种方式，可以使用将以其他方式被浪费的能量，并且代替将以其他方式必须产生的能量。
[0013]取决于混合动力车辆的动力总成布局，可以通过将混合动力车辆的燃烧发动机设置为非燃烧模式并且借助于电动牵引机或主发电机旋转燃烧发动机的机轴而实现对电力存储系统(ESS)的放电。电动牵引机或主发电机基本始终是混合动力车辆中的最大型的电动机，并且使用其中任一个以用于以非燃烧模式驱动燃烧发动机的机轴，即起动是车辆中需要最多功率的一种动作。因而可以获得电力存储系统的高放电率。另外，该方法可以包括促动排气制动和/或发动机压缩制动，以用于提高旋转机轴所需的扭矩，并且由此提高电力存储系统的放电率。
[0014]电力存储系统可包括在电力存储系统的放电期间操作的冷却系统。高放电率通常导致电力存储系统产生高热。在许多车辆中，电力存储系统的冷却系统由用于驱动使诸如水的导热液体循环的栗的单独电动马达操作。作为替换，当发动机旋转时，可经由机轴机械地驱动该栗。通过对电力存储系统的温度的主动控制，可能远比先前已知方法更快地对电力存储系统放电，而没有在电力存储系统中可能有害地升高温度的风险。
[0015]当电力存储系统的电荷状态小于50 %，优选小于40 %，并且又更优选小于35 %时，可认为达到了放电应结束的预定电荷状态。放电至低SOC的目的在于在每个电池的开路电压(OCV)中获得更大变化，从而使得能够以更大精确性确定单独电池的S0C。电池OCV/SOC特性取决于电瓶电池的类型而变化，并且0CV/S0C曲线在中心区域相对平缓，并且在末端区域，即，在大SOC和低SOC时展现更大斜率(dOCV/dSOC)。
[0016]当具有最低电荷状态的电池的电荷状态小于30 %，优选小于25 %，并且又更优选小于20%时，可认为达到了预定电荷状态。通常使用库伦计数结合周期性校准来评估ESS的SOC。ESS SOC评估也可基于ESS开路电压。因此，根据这种ESS SOC确定方法，在ESS的单独电池之间具有相对大的不平衡的ESS可能被过放电，并且因而即使ESS SOC处于可接受的SOC间隔内也可能永久性地受损。因而，可有利地实施预定电池低电压阈值，并且用于获得低SOC的ESS的放电应当限于防止任何电池达到低于低电压阈值的S0C。
[0017]当当前电力存储系统输出电压对于当前电力存储系统电荷状态的导数dOCV/dSOC超过电力存储系统输出电压对于电力存储系统电荷状态的最小导数的两倍，优选地超过所述最小导数的三倍，并且又更优选地超过所述最小导数的四倍时，可认为达到了预定电荷状态。对于电荷状态的中间间隔，将电力存储系统输出电压描述为其电荷状态的函数的dOCV/dSOC曲线相对平缓，即导数非常小。但是低于特定电荷状态水平，该曲线大致变得越来越陡。因而，当前导数与最小导数的比较提供当前电荷状态水平的指示，并且因而也提供何时已经达到足够低的SOC的指示。
[0018]当具有最低输出电压的电池的当前输出电压对于所述电池的当前电荷状态的导数超过所述电池的输出电压对于所述电池的电荷状态的最小导数的五倍，优选地超过所述最小导数的七倍，并且又更优选地超过所述最小导数的十倍时，可认为达到了预定电荷状态。描述电池输出电压对于其电荷状态的dOCV/dSOC曲线类似于前述段落中所描述的电力存储系统的曲线。