[發明專利]用于管理電池的電池單元的電量的方法和系統

有效

• 申請號: 201280065010.2
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN104025419B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: M·盧塞亞
• 申請（專利權）人: 雷諾股份公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44;G01R31/36;B60L11/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 李崢,于靜

技術領域

本發明涉及一種用于管理電力存儲電池的電池單元的電量的方法，這些電池單元是以串聯和/或并聯的方式電連接的，并且涉及一種包括平衡電子回路的管理系統，該平衡電子回路被控制以用于實施這樣的一種方法。

背景技術

在不同工業領域并且尤其是在汽車行業廣泛使用的Li-離子(鋰離子)電池技術要求使用平衡回路以便確保電池的長期使用。這些平衡回路總體上是電池管理系統的一部分。

事實上，每個Li-離子電池單元(它們以串聯和以并聯方式的組裝使得有可能構建出這種電池)必須保持在窄的電壓范圍內不失效，從而具有不可逆地損害電池單元性能的風險。如果將大量的電池單元組裝在一個電池內(典型地在仍在為電動車輛開發的電池內有96個雙電池單元)，不可避免的是這些電池單元會具有不同特性，更還有電池老化：因此在所有這些電池單元之間會觀察到對于這些電池單元的電量狀態具有直接影響的一些特性的非一致性變化(自放電電流、感應電流的產生、最大電量，等等)。由于穿過電池的主電流在各電池單元處是相同的(對于在汽車行業中使用的傳統結構的電池)，就不可能在電池的充電或放電階段的過程中在不使用額外裝置的情況下單獨地對一個或多個電池單元充電或放電。

其他類型的電化學電池單元(例如，鉛電池單元)就可用電壓范圍而言沒有與基于鋰的電池單元相同的局限性。在充電過程中，一旦電池單元已經達到最大電量狀態，不損害電池單元性能的寄生反應使得有可能耗散富余的能量。相反，也可能存在非常劇烈的放電過程(直至電池單元中所含有的電量幾乎為零)。因此，對于這些類型的電化學電池單元而言，使得電池平衡、也就是說使得所有這些單獨的電池單元到達同一個電量狀態的最容易的方式在于繼續充電直至所有這些電池單元都充滿電。

然而，這一策略并非對于所有類型的電池單元都是可能的，尤其是Li-離子電池單元：一旦一個單一電池單元已經達到其上限電壓閾值(典型地4.2V)，就勢必要中斷充電否則將具有損壞該電池單元(或甚至起火)的風險。使用了專用電子回路、稱作平衡回路，而使得有可能：

-對最先充好電的電池單元中的能量進行耗散從而能夠接著繼續對整個電池充電：這稱作耗散式平衡，

-或將這些充好電的電池單元的能量在最大程度上傳遞給其他的電池單元：因而這被稱為非耗散式平衡。

非耗散式平衡回路與耗散式系統相比具有多個優點：

-輻射熱量較低，已知的是升高的溫度既可能損壞Li-離子電池單元又可能損壞這些電子回路，

-有可能在使用電池的的過程中、尤其是在放電的過程中使用這些回路，從而對各電池單元的這些單體電量的分配進行優化，其目標理想地是使得各電池單元同時到達最小電量狀態。因而這允許了改善的電池使用，以至這些單體電池單元所含有的所有電量都被利用：首先達到其最小電量閾值狀態的電池單元的極限被延遲。

為了能夠最大程度地利用這些平衡回路、尤其是非耗散式平衡回路所提供的可能性，必須設計出在充電和放電情況下均適合于避免無用的和甚至不利的電量傳遞的策略。

已知的平衡策略是基于各電池單元的單體電量狀態(“SoC”)或是基于對各電池單元的單體電壓的直接測量。使用這些指標不總會允許對電池中所含有的能量的最佳使用。這些策略確實被適配用于耗散式平衡回路(這種平衡回路已經廣泛運用了多年)、但并未將非耗散式回路(其現今還未非常廣泛地運用)所提供的所有可能性都考慮在內。總體上，僅有的目標是使得這些電池單元在充電結束時的電量狀態平衡。相比之下，在放電過程中的能量耗散絕不導致電池使用率的增大：

-如果所使用的這種平衡回路是耗散式的，則在放電過程中所使用掉的總電量是與具有最低的最大電量的電池單元中所含有的電量相對應的。其他的電池單元中含有的富余能量在放電過程中被耗散掉、并且因此沒有以有生產力的方式被利用，

-如果這種平衡回路是非耗散式的，那么在放電過程中所使用掉的總電量是與具有最低的最大電量的電池單元中所含有的電量、加上其他電池單元所含有一些富余電量相對應的。因此這種富余沒有被完全耗散掉來到達最終狀態、而是被部分地利用。

文獻US?621?5281、US?5631?534、以及US?72451?08闡述了僅依賴于這些電池單元的電量狀態而不在充電與放電情況之間進行區分的這種類型的平衡方案，這并非是最優的。

文獻US?201?0?194339披露了利用了額外參數、也就是說提供了對這些電池單元的最大充電容量水平的驗證的一種平衡方案。