用于管理电池的电池单元的电量的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及对一个电力存储电池的多个以串联和/或并联方式电连接的电池单元的电量的管理，这种管理包括：一个使得这些电池单元的电量状态(SOC)平衡的步骤，所述步骤仅在该电池充电阶段的过程中被执行；以及一个使得这些电池单元所含有的电量的量(Qi)平衡的步骤，所述步骤仅在该电池放电或搁置阶段的过程中被执行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于管理电池的电池单元的电量的方法和系统
本专利技术涉及一种用于管理电力存储电池的电池单元的电量的方法，这些电池单元是以串联和/或并联的方式电连接的，并且涉及一种包括平衡电子回路的管理系统，该平衡电子回路被控制以用于实施这样的一种方法。
技术介绍
在不同工业领域并且尤其是在汽车行业广泛使用的Li-离子(锂离子)电池技术要求使用平衡回路以便确保电池的长期使用。这些平衡回路总体上是电池管理系统的一部分。事实上，每个Li-离子电池单元(它们以串联和以并联方式的组装使得有可能构建出这种电池)必须保持在窄的电压范围内不失效，从而具有不可逆地损害电池单元性能的风险。如果将大量的电池单元组装在一个电池内(典型地在仍在为电动车辆开发的电池内有96个双电池单元)，不可避免的是这些电池单元会具有不同特性，更还有电池老化：因此在所有这些电池单元之间会观察到对于这些电池单元的电量状态具有直接影响的一些特性的非一致性变化(自放电电流、感应电流的产生、最大电量，等等)。由于穿过电池的主电流在各电池单元处是相同的(对于在汽车行业中使用的传统结构的电池)，就不可能在电池的充电或放电阶段的过程中在不使用额外装置的情况下单独地对一个或多个电池单元充电或放电。其他类型的电化学电池单元(例如，铅电池单元)就可用电压范围而言没有与基于锂的电池单元相同的局限性。在充电过程中，一旦电池单元已经达到最大电量状态，不损害电池单元性能的寄生反应使得有可能耗散富余的能量。相反，也可能存在非常剧烈的放电过程(直至电池单元中所含有的电量几乎为零)。因此，对于这些类型的电化学电池单元而言，使得电池平衡、也就是说使得所有这些单独的电池单元到达同一个电量状态的最容易的方式在于继续充电直至所有这些电池单元都充满电。然而，这一策略并非对于所有类型的电池单元都是可能的，尤其是Li-离子电池单元：一旦一个单一电池单元已经达到其上限电压阈值(典型地4.2V)，就势必要中断充电否则将具有损坏该电池单元(或甚至起火)的风险。使用了专用电子回路、称作平衡回路，而使得有可能：-对最先充好电的电池单元中的能量进行耗散从而能够接着继续对整个电池充电：这称作耗散式平衡，-或将这些充好电的电池单元的能量在最大程度上传递给其他的电池单元：因而这被称为非耗散式平衡。非耗散式平衡回路与耗散式系统相比具有多个优点：-辐射热量较低，已知的是升高的温度既可能损坏Li-离子电池单元又可能损坏这些电子回路，-有可能在使用电池的的过程中、尤其是在放电的过程中使用这些回路，从而对各电池单元的这些单体电量的分配进行优化，其目标理想地是使得各电池单元同时到达最小电量状态。因而这允许了改善的电池使用，以至这些单体电池单元所含有的所有电量都被利用：首先达到其最小电量阈值状态的电池单元的极限被延迟。为了能够最大程度地利用这些平衡回路、尤其是非耗散式平衡回路所提供的可能性，必须设计出在充电和放电情况下均适合于避免无用的和甚至不利的电量传递的策略。已知的平衡策略是基于各电池单元的单体电量状态(“SoC”)或是基于对各电池单元的单体电压的直接测量。使用这些指标不总会允许对电池中所含有的能量的最佳使用。这些策略确实被适配用于耗散式平衡回路(这种平衡回路已经广泛运用了多年)、但并未将非耗散式回路(其现今还未非常广泛地运用)所提供的所有可能性都考虑在内。总体上，仅有的目标是使得这些电池单元在充电结束时的电量状态平衡。相比之下，在放电过程中的能量耗散绝不导致电池使用率的增大：-如果所使用的这种平衡回路是耗散式的，则在放电过程中所使用掉的总电量是与具有最低的最大电量的电池单元中所含有的电量相对应的。其他的电池单元中含有的富余能量在放电过程中被耗散掉、并且因此没有以有生产力的方式被利用，-如果这种平衡回路是非耗散式的，那么在放电过程中所使用掉的总电量是与具有最低的最大电量的电池单元中所含有的电量、加上其他电池单元所含有一些富余电量相对应的。因此这种富余没有被完全耗散掉来到达最终状态、而是被部分地利用。文献US6215281、US5631534、以及US7245108阐述了仅依赖于这些电池单元的电量状态而不在充电与放电情况之间进行区分的这种类型的平衡方案，这并非是最优的。文献US2010194339披露了利用了额外参数、也就是说提供了对这些电池单元的最大充电容量水平的验证的一种平衡方案。这些方案均不允许对实现最优的管理，尤其是在这些电池单元的某些特性不一致的情况下。在平衡策略中并未考虑电池的运行模式(充电、搁置或放电)。
技术实现思路
本专利技术的目标是提出一种克服了以上列出的缺点的、用于管理一个电池的多个电池单元的电量的方案。具体是，本专利技术的一个目的是提供在这些电池单元的物理特性存在不一致的情况下避免无用的或不利的能量传递的一种管理方法。本专利技术的第二目的是提供不仅基于这些电池单元的电量状态“SoC”、或尤其在电池的放电或搁置状态下还基于它们的单体电压的一种管理方法。本专利技术的第一方面考虑了一种用于管理一个电力存储电池的多个以串联和/或并联方式电连接的电池单元的电量的方法，该方法包括：-一个使得这些电池单元的电量状态平衡的步骤，这一步骤仅在电池充电阶段的过程中执行，以及-一个使得这些电池单元所含有的电量的量平衡的步骤，这一步骤仅在电池放电或搁置阶段的过程中执行。该使得这些电池单元所含有的电量的量平衡的步骤可以利用这些电量状态。所执行的这种平衡可以是通过这些电池单元之间的能量传递而进行的非耗散式类型。该方法可以包括以下步骤：-选择性地基于这些电池单元的电量状态或基于这些电池单元所含有的电量的量来建立多个平衡指标，-取决于所建立的平衡指标来产生用于激活一个使得该电池的这些电池单元平衡的电子平衡回路的激活请求，-以及将所产生的这些激活请求发送给该平衡回路从而确保根据所建立的指标对该电池进行平衡。取决于在这些电池单元所含有的电量的量的基础上的该平衡指标的这些激活请求可以是依赖于这些电池单元的电量状态的。该建立步骤可以利用该电池是或不是处于充电阶段的事实。该方法可以包括一个确定这些电池单元中的每个电池单元的电量状态、健康状态、和一个布尔(Boolean)信号的先行步骤，该布尔信号代表了该电池是或不是处于充电阶段的事实。本专利技术的第二方面考虑了一种用于管理一个电力存储电池的多个以串联和/或并联方式电连接的电池单元的电量的系统，该系统包括一个用于使得这些电池单元的电量平衡的电子平衡回路，所述回路包括硬件和/或软件装置，这些装置控制该平衡回路以便执行一种此类型的管理方法。该硬件和/或软件装置优选包括一个控制单元，该控制单元确保：-选择性地基于这些电池单元的电量状态或基于这些电池单元所含有的电量的量来建立多个平衡指标，-取决于所建立的平衡指标来产生用于激活该使得该电池的这些电池单元平衡的电子平衡回路的多个激活请求，-以及将所产生的这些激活请求发送给该平衡回路从而确保根据该所建立的指标对该电池进行平衡。本专利技术的第三方面考虑了一种数据记录载体，该数据记录载体能够被该控制单元所读取并且其上记录了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行这样一种方法的多个阶段和/或步骤的计算机程序代码装置。本专利技术的第四方面考虑了一种计算机程序，该计算机程序包括当在该控制单元上运行该程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于管理一个电力存储电池的多个以串联和/或并联方式电连接的电池单元的电量的方法，其特征在于，该方法包括：‑一个使得这些电池单元的电量状态(SoCi)平衡的步骤，这一步骤仅在电池充电阶段的过程中执行，以及‑一个使得这些电池单元所含有的电量的量(Qi)平衡的步骤，这一步骤仅在电池放电或搁置阶段的过程中执行。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.31 FR 11598811.一种用于管理一个电力存储电池的多个以串联和/或并联方式电连接的电池单元的电量的方法，其特征在于，该方法包括：-一个使得这些电池单元的电量状态(SoCi)平衡的步骤，这一步骤仅在电池充电阶段的过程中执行，以及-一个使得这些电池单元所含有的电量的量(Qi)平衡的步骤，这一步骤仅在电池放电或搁置阶段的过程中执行，其中在平衡过程中：-选择性地基于这些电池单元电量状态(SoCi)或基于这些电池单元所含有的电量的量(Qi)来建立多个平衡指标(εi)，-取决于所建立的平衡指标(εi)来产生用于激活一个使得该电池的这些电池单元平衡的电子平衡回路的多个激活请求(Tij_req)，-以及将所产生的这些激活请求(Tij_req)发送给该平衡回路从而确保根据该所建立的指标(εi)对该电池进行平衡。2.如权利要求1所述的管理方法，其特征在于，使得这些电池单元所含有的电量的量(Qi)平衡的该步骤利用了这些电量状态(SoCi...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·卢塞亚，
申请(专利权)人：雷诺股份公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR