專利名稱：蓄電池管理單元、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池管理系統(tǒng)，特別的，涉及用于管理電動汽車應(yīng)用中的蓄電池的操作的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電動汽車是現(xiàn)有技術(shù)。它們包括向一個(gè)或多個(gè)電機(jī)提供能量的一個(gè)或多個(gè)蓄電池，而這些電機(jī)為車輛提供原動力。每個(gè)蓄電池通常整晚充電以用于白天的使用。在這些車輛中，每一蓄電池都承受其充電狀態(tài)的規(guī)則的深循環(huán)，于是每一蓄電池的期望壽命通常都較短。不能期待對蓄電池放電太多，因?yàn)檫@也將縮短蓄電池壽命。
已知有混合電動汽車。一種類型的混合車輛包括可以用于在車輛使用期間生成能量的輔助功率單元。該能量可以用于補(bǔ)充蓄電池能量或?qū)π铍姵爻潆?。在車輛中的輔助功率單元可用的情況下，有望具有調(diào)節(jié)蓄電池和輔助功率單元操作并避免能夠減少蓄電池壽命的蓄電池過充電的蓄電池管理系統(tǒng)。
現(xiàn)有很多蓄電池管理系統(tǒng)，然而它們通常僅在整晚充電期間執(zhí)行任一真正的控制。輔助功率單元在使用期間經(jīng)常以預(yù)定且固定的功率輸出持續(xù)運(yùn)行。這能夠?qū)е滦铍姵氐倪^充電。另一種方案僅在蓄電池電壓或充電狀態(tài)低于預(yù)定水平的情況才運(yùn)行輔助功率單元。這不能克服充電循環(huán)狀態(tài)中的問題。
在“Distributed VRLA Battery Management Organisation withProvision for Embedded Internet Interface”(Anbuky et al.)IEEE，Telecommunications Energy Conference(INTELEC 2000)中公開了一種用于采集并存儲充電狀態(tài)信息的分布式系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分析是分布式的而不是集中的，并且沒有公開達(dá)到充電狀態(tài)均衡的充電策略。
WO 99/01918公開了一種蓄電池管理系統(tǒng)，其中各個(gè)電池可以選擇性地連接至單個(gè)電池充電器或可變負(fù)載系列(bank)。然而，連接至單個(gè)電池充電器或可變負(fù)載系列對于確定每一蓄電池的容量是簡單的，而對于執(zhí)行蓄電池充電狀態(tài)的任一均衡并不簡單。
US5701068公開了一種蓄電池管理系統(tǒng)，其中每一蓄電池具有用于監(jiān)控蓄電池并對蓄電池充電的關(guān)聯(lián)蓄電池模塊。這是一個(gè)昂貴且復(fù)雜的系統(tǒng)。
US6043628公開了一種蓄電池管理系統(tǒng)，其中對于每一蓄電池提供了旁路安排，以減少所選的蓄電池的過充電，同時(shí)允許對其它蓄電池充電。這需要對于每一電池都有具有旁路電阻器安排的單個(gè)模塊，并且不允許對所選的蓄電池進(jìn)行選擇性的充電。
US6078165公開了一種僅用于監(jiān)控和充電的系統(tǒng)。沒有公開放電能力。
EP0798839A2公開了一種蓄電池管理系統(tǒng)，其中對于每一蓄電池都需要單獨(dú)的蓄電池模塊，這使其昂貴且復(fù)雜。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種蓄電池管理系統(tǒng)，控制混合電動汽車中的蓄電池操作，以優(yōu)化蓄電池性能并延長蓄電池壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為混合電動汽車提供一種蓄電池管理系統(tǒng)，能夠克服或者至少改善現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
與上述目的相分離的，還有一個(gè)目的是至少向公眾提供另一有用的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種蓄電池管理單元，用于管理與其相連的多個(gè)電池或蓄電池的充電狀態(tài)，該蓄電池管理單元包括充電狀態(tài)傳感器，用于測量電池或蓄電池的充電狀態(tài)；充電器，用于對電池或蓄電池充電；放電器，用于對電池或蓄電池放電；控制器，接收來自充電狀態(tài)傳感器的充電狀態(tài)信息，并選擇性地將充電器或放電器連接至電池或蓄電池，以將電池或蓄電池的充電狀態(tài)動態(tài)地保持在預(yù)定范圍之內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了對多個(gè)電池或蓄電池進(jìn)行充電并均衡充電狀態(tài)的方法，包括以下步驟i 由主充電器同時(shí)對電池或蓄電池充電；以及ii 在充電期間通過選擇性地對充電狀態(tài)在規(guī)定范圍之外的電池進(jìn)行充電或放電，保持各個(gè)電池或蓄電池的已充電狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種系統(tǒng)，用于管理包含兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組的蓄電池的操作，該系統(tǒng)包括連接至相關(guān)蓄電池組的兩個(gè)或多個(gè)蓄電池管理單元，本地裝置包括能用于測量一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量并且控制組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的充電和/或放電的本地處理器；和與兩個(gè)或多個(gè)本地處理器通信的中央處理器；其中，中央處理器響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量，以動態(tài)地控制向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組提供能量；和/或本地處理器響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量或被傳輸?shù)目刂茢?shù)據(jù)，以充分獨(dú)立于向兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組的供能，而控制一組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的充電和/或放電。
優(yōu)選地，系統(tǒng)包括主充電器和中央處理器，中央處理器通過主充電器動態(tài)地控制向兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組的供能。
優(yōu)選地，系統(tǒng)包括輔助功率單元，則中央處理器還可以通過輔助功率單元?jiǎng)討B(tài)地控制向兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組的供能。更為優(yōu)選地，中央處理器或者持續(xù)地或者周期性地估算從兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組除去的能量，并動態(tài)地改變輔助功率單元的輸出功率，以充分保持兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的充分恒定的充電狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)特定的方面，提供了用于管理包含兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的電池或蓄電池的操作的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩個(gè)或多個(gè)蓄電池管理單元，每一個(gè)連接至一個(gè)關(guān)聯(lián)蓄電池組，該單元包括本地充電器，本地放電器，開關(guān)，用于將本地充電器或本地放電器單獨(dú)電連接至組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池，傳感器，用于測量組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量，和本地處理器，與本地充電器、放電器、開關(guān)以及傳感器通信，并且可以用于控制充電器、放電器和開關(guān)；主充電器，用于向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組提供能量；和中央處理器，與兩個(gè)或多個(gè)單元以及主充電器通信，并且響應(yīng)于蓄電池條件，以管理蓄電池的操作。
優(yōu)選地，系統(tǒng)包括公共通信介質(zhì)，中央處理器和本地處理器連接至公共通信介質(zhì)，并且每一處理器都可與另一處理器通信，或者每一處理器都可同時(shí)與連接至介質(zhì)的所有處理器通信。
優(yōu)選地，中央處理器與一個(gè)或多個(gè)本地處理器通信，以接收有關(guān)一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量的信息，并且響應(yīng)所述信息，以管理蓄電池的操作。
中央處理器可以響應(yīng)單獨(dú)的蓄電池和/或變量，以操縱從主充電裝置向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能，和/或向一個(gè)或多個(gè)本地處理器傳輸控制信號，指示對于組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的控制。或者，中央處理器還可以操縱從主充電器到兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能，并且本地處理器裝置可以響應(yīng)參考信息，以控制組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池。
優(yōu)選地，本地處理器可以獨(dú)立于任何其它組或主充電器的操作，操縱向/從其組內(nèi)單獨(dú)的電池或蓄電池提供和/或除去能量。設(shè)想，優(yōu)選地而不是唯一的，開關(guān)是多路復(fù)用的，適于將本地充電器或本地放電器連接至組內(nèi)任一單獨(dú)的電池或蓄電池，多路開關(guān)由本地處理器操縱。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種方法，用于管理包含兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的蓄電池的操作，該方法包括將蓄電池管理單元連接至兩個(gè)或多個(gè)蓄電池組的每一個(gè)，每一所述單元包括本地充電器，本地放電器，連接器，用于將本地充電器或本地放電器單獨(dú)連接至組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池，本地傳感器，用于測量組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量，和本地處理器，與充電器、放電器、連接器以及傳感器通信，并且能夠用于控制所述裝置以及組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的操作；將主充電器連接至蓄電池；提供與單元通信的中央處理器；并且其中兩個(gè)或多個(gè)單元周期性地或持續(xù)地測量兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量，并將所述變量通信至中央處理器；并且將所述變量與參考準(zhǔn)則聯(lián)系并且響應(yīng)于中央處理器而控制向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能；和/或本地處理器充分獨(dú)立于向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能而操縱組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的充電和/或放電。
優(yōu)選地，中央處理器發(fā)起對于一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池和/或環(huán)境變量的測量以及將所述變量通信至中央處理器。
優(yōu)選地，中央處理器發(fā)起并終止對于組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電池或蓄電池的充電或放電。
優(yōu)選地，系統(tǒng)包括主充電器，中央處理器通過主充電器動態(tài)地控制向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能。
優(yōu)選地，系統(tǒng)包括輔助功率單元，中央處理器裝置還可以通過輔助功率單元?jiǎng)討B(tài)地控制向兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的供能。更為優(yōu)選地，中央處理器或者持續(xù)地或者周期性地估算從兩個(gè)或更多串聯(lián)連接的蓄電池組除去的能量，并動態(tài)地改變輔助功率單元的輸出功率，以充分保持兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池組的充分恒定的充電狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種混合電動車輛，包括前面所定義的蓄電池管理系統(tǒng)或方法。
從通過例子給出的下面的說明，可以更清楚地理解本發(fā)明的其它方面。


下面將參考

本發(fā)明，附圖中圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的蓄電池管理系統(tǒng)的硬件示意圖；和圖2說明了圖1中的蓄電池管理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1和2說明本發(fā)明的一個(gè)特定例子，在圖1和圖2中，相似的數(shù)字代表相似的部件。將參考混合電動汽車的特定結(jié)構(gòu)說明本發(fā)明，其中蓄電池包含兩個(gè)并聯(lián)串18和19，并聯(lián)串18和19是四十個(gè)串聯(lián)連接的12伏蓄電池。然而，這對于本發(fā)明并不是關(guān)鍵性的，對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以容易地看出，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用于其它蓄電池結(jié)構(gòu)。
參考圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明的蓄電池管理系統(tǒng)的硬件的示意圖。蓄電池包含八十個(gè)12伏蓄電池，它們被構(gòu)造為兩個(gè)并聯(lián)串18和19，每一串18和19都是四十個(gè)串聯(lián)連接的12伏蓄電池。每一串18和19進(jìn)一步被分為包含十個(gè)串聯(lián)連接的12伏蓄電池的四個(gè)組G1-G4以及G5-G8。根據(jù)這種蓄電池結(jié)構(gòu)，總線節(jié)點(diǎn)A和B之間的輸出電壓是480伏直流電。繼電器4和5對每一個(gè)480伏蓄電池串18和19進(jìn)行隔離。
蓄電池管理單元1與每一十蓄電池組通信，在說明書中將蓄電池管理單元稱為遠(yuǎn)程管理單元1。每一遠(yuǎn)程管理單元1連接至RS485通信介質(zhì)2，RS485通信介質(zhì)2通常為電導(dǎo)體的形式。而且中央控制器也連接至通信介質(zhì)2，中央控制器通常為可編程邏輯控制器。
系統(tǒng)還包括主蓄電池充電器20和輔助功率單元21，它們都是已知的類型并且連接至DC總線節(jié)點(diǎn)A和B。主蓄電池充電器和輔助功率單元可由中央控制器3控制。
參考圖2，顯示了遠(yuǎn)程管理單元1內(nèi)的硬件的示意圖。每一遠(yuǎn)程管理單元1包括本地蓄電池充電器7和放電器，放電器為放電電阻器10的形式，二者都可以通過多路繼電器8電連接至相應(yīng)的蓄電池組內(nèi)的蓄電池B1至B10的任一個(gè)。繼電器17可用來將蓄電池充電器7或放電電阻器10電連接至多路繼電器8的公共輸入端，多路繼電器8可以將其公共輸入端電連接至與十個(gè)蓄電池B1至B10相應(yīng)的十個(gè)輸出端的任一個(gè)。繼電器17和多路繼電器8都由本地微控制器6控制。于是，可以選擇性地將充電器7或放電電阻器10連接至蓄電池B1至B10的任一個(gè)。
差分放大器15a至15j可以檢測一組中的每一蓄電池的電壓。另兩個(gè)差分放大器16a和16b(測量在參考電阻器16c上的電壓降以確定電流)用于測量多路繼電器的8個(gè)公共輸入端處的電壓和電流。模擬(analogue)多路復(fù)用器9用于聯(lián)合來自各差分放大器15a至15j以及16a和16b的輸出，并對它們輸入微控制器6的信號輸入進(jìn)行比例縮放。在本實(shí)施例中，差分放大器被設(shè)計(jì)為測量在微控制器6的模擬輸入端處被比例縮小為0-2.5伏的0-16伏電壓。
溫度探針11檢測蓄電池組中的蓄電池B1至B10的公共溫度。溫度探針11的信號通過模擬隔離放大器12傳輸至微控制器6。
微控制器6能夠通過連接至通信介質(zhì)2的RS485接口13與中央控制器3通信。在優(yōu)選實(shí)施例中，中央控制器3啟動介質(zhì)2上的所有通信。然而，可以設(shè)想，在另一替代實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)微控制器6可以互相通信。
每一遠(yuǎn)程管理單元1包括供電模塊14，其提供多個(gè)電壓輸出，以滿足遠(yuǎn)程管理單元1內(nèi)的元件的用電需要。
具有了上述結(jié)構(gòu)，每一遠(yuǎn)程管理單元1能夠測量單獨(dú)的蓄電池B1至B10的電壓以及每一蓄電池組的溫度。該信息通過通信介質(zhì)2傳輸給中央處理器3。遠(yuǎn)程管理單元1還能夠控制其組內(nèi)的任一單個(gè)蓄電池B1至B10的本地充電或放電。這種分布式的數(shù)據(jù)獲取具有減少了在中央控制器3處直接檢測所有八十個(gè)單獨(dú)的蓄電池電壓所需的總布線的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有減少了額外的控制器3的輸入端的成本的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)想許多通信處理使得來自各遠(yuǎn)程管理單元1的中央控制器3和微控制器6能夠傳達(dá)蓄電池的充電管理所需的信息。下面說明通信處理。
期望但對于本發(fā)明并不重要的是，同時(shí)測量各個(gè)蓄電池電壓。盡管由于使用了多路復(fù)用，這在蓄電池組內(nèi)部是不可能的，但是可以設(shè)想，遠(yuǎn)程管理單元1將能夠在幾十毫秒之內(nèi)對其十個(gè)蓄電池電壓的每一個(gè)進(jìn)行連續(xù)采樣。為了保證每一遠(yuǎn)程測量單元1被同步以同時(shí)采樣電壓，中央控制器3在通信介質(zhì)2上發(fā)出“采樣蓄電池電壓”命令。遠(yuǎn)程管理單元1也在此時(shí)采樣組溫度。
采樣的蓄電池電壓和溫度存儲在本地微控制器6的存儲器內(nèi)部的數(shù)據(jù)表中。數(shù)據(jù)表還包括狀態(tài)信息，其確定諸如多路繼電器故障、充電器故障等的任何故障情況。中央控制器3順序?qū)γ恳贿h(yuǎn)程管理單元輪詢，要求其發(fā)送信息數(shù)據(jù)表。
對于對各個(gè)蓄電池信息的訪問，可以設(shè)想，中央控制器3能夠確定組內(nèi)的各個(gè)蓄電池的均衡?？梢韵蚋鱾€(gè)遠(yuǎn)程管理單元1發(fā)出“均衡請求”，指引其為了均衡而將單獨(dú)的蓄電池連接至本地充電器7或放電電阻器10。
下面的討論涉及用于管理混合車輛蓄電池的蓄電池管理系統(tǒng)使用的方案。作為基本觀點(diǎn)，以每秒一次的速度對單獨(dú)的蓄電池電壓進(jìn)行采樣并將其發(fā)送至中央控制器3。而且，中央控制器3識別兩種操作模式整晚充電控制和使用中控制。
當(dāng)中央控制器3檢測到一個(gè)外部電壓源連接至車輛并且車輛點(diǎn)火開關(guān)處于關(guān)位置時(shí)，它確定整晚充電狀態(tài)。中央控制器3啟動連接至線路A、B的主充電器以對蓄電池充電。充電電流逐漸增大，直至充電器達(dá)到其最大輸出或直至任一單個(gè)蓄電池電壓達(dá)到14.7伏?？梢栽O(shè)想，在該電壓之上，蓄電池將被過充電，一些提供的能量將在不需要的過充電反應(yīng)中消耗，導(dǎo)致放出氣泡(gassing)，其導(dǎo)致電極板損壞、降低液位并縮短蓄電池壽命。
在整晚充電過程期間，中央控制器3持續(xù)接收單獨(dú)蓄電池電壓以及組溫度信息的更新，并動態(tài)控制主充電器的充電電流，以保證最大單獨(dú)蓄電池電壓不高于14.7伏。最后主充電器輸出將減少，直至它僅保持14.7伏的空載電壓。這種策略一直持續(xù)，直至關(guān)斷充電器。
將整晚充電期間，中央控制器3還啟動單獨(dú)蓄電池的本地化的均衡充電或放電。遠(yuǎn)程管理單元1進(jìn)行該充電或放電。在每一蓄電池組G1至G8內(nèi)，最高電壓高于14.6伏的單獨(dú)蓄電池連接至放電電阻器一分鐘。在一分鐘結(jié)束時(shí)，最高電壓高于14.6伏的下一單獨(dú)蓄電池連接至放電電阻器一分鐘的時(shí)間周期。這可能是相同的蓄電池也可能不是。在每一蓄電池組G1至G8內(nèi)重復(fù)該過程，直至組內(nèi)的所有單獨(dú)蓄電池電壓都低于14.6伏。
在將所有蓄電池電壓減至低于14.6伏之后，本地充電器7用于進(jìn)行電壓低于14.5伏的任一單獨(dú)蓄電池的充電。具有最低電壓的蓄電池連接至本地充電器7，本地充電器7提供15分鐘的升壓充電。對于下一最低電壓蓄電池重復(fù)該過程，直至所有蓄電池電壓都高于14.5伏。
可以設(shè)想，中央控制器3將向每一微控制器6發(fā)出一個(gè)命令，指示將哪一蓄電池連接至放電電阻器10或充電器7，并且將對周期定時(shí)并發(fā)出斷開連接命令。然而，容易看出，這些決定可以在本地微控制器6內(nèi)作出。
也可以不使用外部電源或輔助功率單元實(shí)現(xiàn)單個(gè)的12伏蓄電池的均衡。可以設(shè)想，本地充電器7可以能夠從主蓄電池得到供電，并利用它對于單個(gè)電壓由其終端電壓指示的那樣顯示低充電狀態(tài)的單個(gè)蓄電池進(jìn)行升壓充電。對于具有高充電狀態(tài)的單個(gè)蓄電池，放電電阻器10可以用于降低其充電狀態(tài)。
中央控制器3在車輛點(diǎn)火處于開位置并且不存在連接至車輛的外部電源時(shí)，檢測使用中情況。在這種情況中，中央控制器3試圖保持使用輔助功率單元的蓄電池的恒定充電狀態(tài)。在該使用中時(shí)間期間，對于蓄電池的最大損害可能來自過充電或過放電。中央控制器3試圖將蓄電池的充電狀態(tài)保持在恒定的水平，即80％。這對蓄電池提供了安全裕量，以接受充電，該充電來自電機(jī)中的再生或輔助功率單元所需的輸出的過高估計(jì)(下面說明)。
中央控制器3對輔助功率單元的輸出功率進(jìn)行動態(tài)控制，并動態(tài)控制它以滿足蓄電池的要求。輔助功率單元在使用中時(shí)間期間持續(xù)運(yùn)行，并且其功率輸出以5分鐘為間隔變化。有很多種方法確定輔助功率單元的輸出在任5分鐘周期期間應(yīng)為多少。這些方法包括使用歷史數(shù)據(jù)表和/或模糊邏輯模型。然而，恰當(dāng)工作的一種方法是，中央控制器3在中間進(jìn)行5分鐘周期期間記錄耗能，并且在下一5分鐘周期期間設(shè)置輔助功率單元輸出以替代該能量。如果估算方案從充電的已知狀態(tài)開始啟動并且盡可能正確，則僅僅有必要?jiǎng)討B(tài)改變輔助功率單元輸出，以解決在之前進(jìn)行的5分鐘時(shí)間周期中的任何過估計(jì)或不足。
如果蓄電池已經(jīng)在整晚充電期間被充電好并均衡并且因此具有相似的容量，則無需施加任何均衡便可以在一天中保持很好的蓄電池平衡。然而，如果中央控制器3檢測到任一單個(gè)電池電壓在可接受的范圍之外，則它可以按照前面所描述的，通過遠(yuǎn)程管理單元啟動本地化的升壓充電或放電。然而，均衡步驟的閾值電壓電平在使用中被適當(dāng)?shù)販p少。
在電動汽車剎車或滑行時(shí)，將導(dǎo)致電機(jī)的再生。在正常行駛期間，即在任一5分鐘時(shí)間周期中，將有一定量的再生。這可以通過減小輔助功率單元輸出估計(jì)以及從再生反過來提供給蓄電池的能量而解決。然而，關(guān)鍵的是，制動電阻器可以在再生剎車期間使用，以防止在直流總線(即，蓄電池節(jié)點(diǎn)A和B)上出現(xiàn)過高的電壓。如果直流總線電壓超過一定的預(yù)設(shè)值，則制動器可以在剎車期間被打開。中央控制器3可以根據(jù)單個(gè)蓄電池電壓而動態(tài)改變預(yù)設(shè)值，以避免任一單個(gè)蓄電池的過電壓。
制動電阻器的打開可以用作指示應(yīng)減小輔助功率單元輸出。
于是根據(jù)上述方案，提供了一種蓄電池管理系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)混合汽車蓄電池的充電，以避免過充電或過放電并將充電/放電周期最小化蓄電池。該系統(tǒng)還能夠在整晚充電和使用中期間均衡單個(gè)蓄電池。該系統(tǒng)保持很好的蓄電池均衡，并提高效率以及延長蓄電池壽命。
蓄電池組內(nèi)的單個(gè)電池或蓄電池的很好的均衡避免了單個(gè)電池或蓄電池在整個(gè)組之前很長時(shí)間被過充電或過放電的情況。
在前述說明中，對于具有已知的等同物的特定的元素或部件作出了參考，于是這些等同物也包含在內(nèi)。
已經(jīng)說明了本發(fā)明的一個(gè)特定的例子，并且可以設(shè)想，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下作出改進(jìn)和/或修改。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池管理單元，用于管理與其相連的多個(gè)電池或蓄電池的充電狀態(tài)，該蓄電池管理單元包括充電狀態(tài)傳感器，用于測量電池或蓄電池的充電狀態(tài)；充電器，用于對電池或蓄電池充電；放電器，用于對電池或蓄電池放電；控制器，接收來自充電狀態(tài)傳感器的充電狀態(tài)信息，并選擇性地將充電器或放電器連接至電池或蓄電池，以將電池或蓄電池的充電狀態(tài)動態(tài)地保持在預(yù)定范圍之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1的蓄電池管理單元，其中充電狀態(tài)傳感器測量每一電池或蓄電池的電壓，以確定每一電池或蓄電池的充電狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2的蓄電池管理單元，其中一電壓傳感器測量每一電池或蓄電池的電壓，并且電壓傳感器的輸出被多路復(fù)用至控制器。
4.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，包括一溫度傳感器，用于測量電池或蓄電池的溫度并將溫度信息提供給控制器。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，其中控制器對所選的電池或蓄電池進(jìn)行充電和放電，以將電池或蓄電池的充電狀態(tài)保持在期望范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5的蓄電池管理單元，其中具有低于預(yù)定的低電壓閾值的最低終端電壓的電池或蓄電池連接至充電器一段預(yù)定的時(shí)間周期，直至所有電池都具有高于低電壓閾值的終端電壓。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，其中具有高于預(yù)定高電壓閾值的最高終端電壓的蓄電池或電池連接至放電器一段預(yù)定的時(shí)間周期，直至所有電池都具有低于高電壓閾值的終端電壓。
8.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，包括一功率傳感器，用于監(jiān)控充電器向電池或蓄電池提供的功率并將該信息提供給控制器。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，其中控制器包括一繼電器矩陣，用于將充電器或放電器的輸出端選擇性地連接在所選的電池或蓄電池兩端。
10.如前面任一權(quán)利要求所述的蓄電池管理單元，包括一通信端口，用于方便蓄電池信息向一中央控制單元的通信并且用于從中央控制單元接收命令，以控制所選的電池或蓄電池的充電或放電。
11.一種包含如前面任一權(quán)利要求所述的多個(gè)蓄電池管理單元以及一中央控制單元的蓄電池管理系統(tǒng)，蓄電池管理單元通過各自的通信路徑與中央控制單元通信。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，包括一主充電器，用于響應(yīng)來自中央控制單元的控制命令，對與所選的蓄電池管理單元相關(guān)聯(lián)的多個(gè)電池或蓄電池同時(shí)充電。
13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12的系統(tǒng)，包括一發(fā)電機(jī)，其響應(yīng)于中央控制單元以對與蓄電池管理單元相關(guān)聯(lián)的所選的電池或蓄電池進(jìn)行充電。
14.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中中央控制單元估計(jì)在一預(yù)定時(shí)間周期期間從蓄電池組除去的能量，并且動態(tài)改變向與所選的蓄電池管理單元相關(guān)聯(lián)的電池或蓄電池的供電，以保持蓄電池組的充分相等的充電狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求11至14的任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中中央控制單元接收來自每一蓄電池管理單元的充電狀態(tài)信息，并通過在通信介質(zhì)上傳送至蓄電池管理單元的命令，控制所選的電池或蓄電池的局部充電及放電。
16.如權(quán)利要求11至14的任一權(quán)利要求的系統(tǒng)，其中每一單獨(dú)蓄電池管理單元控制電池或蓄電池的充電和放電，以將其相關(guān)聯(lián)的電池或蓄電池的充電狀態(tài)保持在一規(guī)定范圍內(nèi)。
17.一種對多個(gè)電池或蓄電池進(jìn)行充電并均衡充電狀態(tài)的方法，包括以下步驟由主充電器對電池或蓄電池同時(shí)充電；以及在充電期間通過選擇性地對充電狀態(tài)在規(guī)定范圍之外的電池進(jìn)行充電或放電，保持各個(gè)電池或蓄電池的已充電狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中每個(gè)電池或蓄電池的充電狀態(tài)是通過測量每個(gè)電池或蓄電池的電壓而確定的。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中具有高于高電壓閾值的最高終端電壓的蓄電池被放電一段預(yù)定時(shí)間周期，直至所有電池或蓄電池都低于高電壓閾值。
20.如權(quán)利要求18或權(quán)利要求19的方法，其中具有低于低電壓閾值電平的最低終端電壓的電池或蓄電池被輔助充電器充電，直至所有電池或蓄電池都具有高于低電壓閾值電平的終端電壓。
21.如權(quán)利要求17至20的任一權(quán)利要求的方法，其中電池或蓄電池的溫度受到監(jiān)控，并且蓄電池的充電或者放電受到控制，使得電池或蓄電池溫度不超過預(yù)定閾值。
22.如權(quán)利要求17至21的任一權(quán)利要求的方法，其中多個(gè)蓄電池組被同時(shí)充電，以將所有電池或蓄電池保持在期望的充電狀態(tài)范圍內(nèi)。
23.如權(quán)利要求17至22的任一權(quán)利要求的方法，其中多個(gè)蓄電池管理單元監(jiān)控每一相關(guān)聯(lián)的電池或蓄電池的充電狀態(tài)，并且將充電狀態(tài)信息提供給一中央控制器，該中央控制器根據(jù)充電狀態(tài)信息控制電池或蓄電池的充電或放電。
24.如權(quán)利要求23的方法，其中中央控制器根據(jù)前一周期中電池或蓄電池的用電，選擇性地將一發(fā)電機(jī)的輸出連接至所選的電池或蓄電池。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中中央控制器監(jiān)控能耗一段預(yù)定的時(shí)間周期，并將發(fā)電機(jī)連接至所選的電池或蓄電池，以替代在前一周期期間的耗能量。
26.如權(quán)利要求17至25的任一權(quán)利要求的方法，其中中央控制單元控制電池或蓄電池的所有充電和放電。
27.如權(quán)利要求17至25的任一權(quán)利要求的方法，其中中央控制單元通過主充電器或發(fā)電機(jī)控制電池或蓄電池組的充電，并且蓄電池管理單元獨(dú)立地控制各個(gè)電池或蓄電池的充電和放電。
28.一種電動車輛，包括如權(quán)利要求1至16的任一權(quán)利要求的蓄電池管理單元或系統(tǒng)。
全文摘要
一種蓄電池管理單元及系統(tǒng)，用于管理電池或蓄電池(B1－B10)的充電狀態(tài)。每一蓄電池管理單元(1)測量電池或蓄電池終端電壓，并通過通信介質(zhì)(2)將該信息提供給中央控制器(3)。每一蓄電池管理單元(1)監(jiān)控多個(gè)蓄電池(B1－B10)，并且可以選擇性地經(jīng)由充電器(7)和切換電路(8，17)對選擇的蓄電池(B1－B10)進(jìn)行充電，或者可以在控制器(6)的控制下選擇性地經(jīng)由負(fù)載(10)和切換電路(8，17)對選擇的蓄電池(B1－B10)進(jìn)行充電?？刂破?6)可以根據(jù)來自電壓傳感器(15a－j)的測量結(jié)果控制充放電，或者可以將來自電壓傳感器(15a－15j)的信息傳遞給中央控制器(3)并接收來自中央控制器(3)的充放電命令?？刂瞥浞烹娨詫⑺行铍姵乇３衷谄谕某潆姞顟B(tài)范圍內(nèi)。中央控制器(3)可以選擇性地將主充電器(20)或發(fā)電機(jī)(21)連接至與蓄電池管理單元(1)相關(guān)聯(lián)的一系列蓄電池。
文檔編號H02J7/00GK1545754SQ02807757
公開日2004年11月10日 申請日期2002年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者杰弗里·羅格·奧斯本, 杰弗里 羅格 奧斯本 申請人:運(yùn)輸設(shè)計(jì)有限公司