對串聯(lián)連接的電池元件中的過度放電事件的響應(yīng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及充電電池組，尤其但并非排外地涉及充電電池組的串聯(lián)元件的異常充電事件的檢測和補(bǔ)救。
【背景技術(shù)】
[0002]該【背景技術(shù)】部分中所討論的主題并不應(yīng)當(dāng)僅由于其在該【背景技術(shù)】中被提及就被假設(shè)為現(xiàn)有技術(shù)。類似地，在該【背景技術(shù)】中所提到或者與該【背景技術(shù)】的主題相關(guān)聯(lián)的問題也并不應(yīng)當(dāng)被假設(shè)之前已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中被認(rèn)識到。該【背景技術(shù)】中的主題僅表示不同的方法，其中的內(nèi)容以及其自身也可以構(gòu)成發(fā)明。
[0003]出于本公開的目的，電池組是串聯(lián)連接的電池元件。這些元件進(jìn)而可以包括可充電能量存儲單元的并聯(lián)、串聯(lián)或二者組合的集合，上述可充電能量存儲單元通常是可重復(fù)充電的電池。所有這些單元共同存儲用于該電池組的能量。串聯(lián)連接的電池元件進(jìn)而可以被細(xì)分為模塊的集合，每個模塊包括一個或多個串聯(lián)連接的電池元件。
[0004]在許多情況下，電池組可以被視為提供用于操作的能量的整體單元。然而，為了實(shí)現(xiàn)這種處理，對單獨(dú)的電池、串聯(lián)元件和模塊進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)所期望的平均整體效果。一個具體的問題在于，在個體的層面，串聯(lián)元件并不相同并且存儲不同數(shù)量的能量和/或以不同速率進(jìn)行充電/放電。這些變化是自然的并且被預(yù)見到。在某些情況下，該變化可能導(dǎo)致異常變化。后者在這里被定義為異常充電狀態(tài)，在異常充電狀態(tài)中單獨(dú)的串聯(lián)元件(與一些閾值相比較)被過度充電或者過度放電。
[0005]鋰離子電池的過度充電會直接或經(jīng)由由于化學(xué)穩(wěn)定性的下降而更容易受到的濫用而導(dǎo)致熱逸散。當(dāng)對包括多于一個的串聯(lián)元件的電池組進(jìn)行充電時，即使在電池組的電壓并未指示過度充電時，串聯(lián)元件電荷狀態(tài)的初始不平衡也會導(dǎo)致串聯(lián)元件中的一個或多個的過度充電。為了消除這種潛在的危險具有常規(guī)的解決方案，其監(jiān)視串聯(lián)元件電壓并且在充電之前適當(dāng)確保平衡。然而，由于異常充電事件可能的嚴(yán)重性，尤其是對于過度充電事件而言，在電壓監(jiān)視和平衡系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者可能以其它方式而無法充分解決異常充電事件的情況下，期望有另外的用于在事件變得嚴(yán)重之前對電池組中的串聯(lián)元件過度充電進(jìn)行識別的系統(tǒng)。
[0006]需要一種用于識別串聯(lián)連接的能量存儲元件中的異常充電事件，并且對所檢測到的異常充電事件作出適當(dāng)響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]公開了一種用于識別串聯(lián)連接的能量存儲元件的異常充電事件并對其作出響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。提供本發(fā)明的以下發(fā)明概述以促成對與檢測串聯(lián)連接的元件的異常充電事件并對其作出響應(yīng)相關(guān)的一些技術(shù)特征的理解，而并非意在作為本發(fā)明的完整描述。通過將全部說明書、權(quán)利要求、附圖和摘要作為整體進(jìn)行考慮能夠獲得對本發(fā)明各個方面的完整理解。本發(fā)明能夠應(yīng)用于除電動汽車之外的其它應(yīng)用，諸如提供可再生能源生成(例如，太陽能和風(fēng)力發(fā)電機(jī))的能量時間變化的存儲能量情形，應(yīng)用于串聯(lián)連接的能量存儲元件的其它部署形式，并且可以被應(yīng)用于其它電池化學(xué)。
[0008]一種用于具有多個串聯(lián)連接的電池元件能量存儲系統(tǒng)的異常充電事件檢測器，包括數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其耦合至多個串聯(lián)連接的電池元件并且在該能量存儲系統(tǒng)的操作期期間針對該多個串聯(lián)連接的電池元件中的每個電池元件確定相關(guān)聯(lián)的依賴于充電的參數(shù)；控制器，其耦合至該數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，從該相關(guān)聯(lián)的賴于充電的參數(shù)建立該多個串聯(lián)連接的電池元件中的每個電池元件的表征；其中該表征包括針對該操作期異常特征模式或針對該操作期的正常特征模式之一；并且其中在操作期期間每當(dāng)所選擇的一個電池元件的表征包括異常特征模式，該控制器針對該所選擇的一個電池元件檢測異常充電事件。
[0009]一種具有多個串聯(lián)連接的鋰離子電池元件的可重復(fù)充電的能量存儲系統(tǒng)，包括電壓測量和平衡系統(tǒng)，其檢測并減小該能量存儲系統(tǒng)的多個電池元件的電壓水平之間的電壓不平衡，其中該電壓測量和平衡系統(tǒng)使用第一檢測模態(tài)(modality)來確定電壓不平衡的存在；和異常充電事件檢測器，其使用不同于該第一檢測模態(tài)的第二檢測模態(tài)而針對異常充電事件對該多個電池元件進(jìn)行監(jiān)視。
[0010]一種計(jì)算機(jī)實(shí)施的用于檢測具有多個串聯(lián)連接的電池元件的能量存儲系統(tǒng)的異常充電事件的方法，包括a)在該能量存儲系統(tǒng)的操作期期間針對該多個串聯(lián)連接的電池元件中的每個電池元件確定相關(guān)聯(lián)的依賴于充電的參數(shù)山)從該相關(guān)聯(lián)的依賴于充電的參數(shù)確定該多個串聯(lián)連接的電池元件中的每個電池元件的表征；其中該表征包括針對操作期的異常特征模式或針對操作期的正常特征模式之一；以及c)在操作期期間每當(dāng)在所選擇的一個電池元件的表征包括異常特征模式，針對該所選擇的一個電池元件檢測到異常充電事件。
[0011]這里所描述的任意實(shí)施例可以單獨(dú)使用或者以任意組合互相一起使用。涵蓋于該說明書內(nèi)的發(fā)明還可以包括在該簡要
【發(fā)明內(nèi)容】
或摘要中僅部分被提及或暗示或者根本并未被提及或暗示的實(shí)施例。雖然本發(fā)明的各種實(shí)施例已經(jīng)以現(xiàn)有技術(shù)的各種缺陷為動機(jī)而被提出，但是它們可能在該說明書中的一個或多個地方進(jìn)行討論或暗示，本發(fā)明的實(shí)施例并非必然解決了這些缺陷中的任一個。換句話說，本發(fā)明的不同實(shí)施例可能解決在說明書中所討論的不同缺陷。不同實(shí)施例可能僅部分解決了一些缺陷或者僅解決了可能在該說明書中有所討論的一個缺陷，而一些實(shí)施例則可能并未解決任何這些缺陷。
[0012]本發(fā)明其它的特征、益處和優(yōu)勢將通過回顧包括說明書、附圖和權(quán)利要求在內(nèi)的本公開而是顯而易見的。
【附圖說明】
[0013]其中同樣的附圖標(biāo)記貫穿各圖指代相同或功能相似的要素并且結(jié)合于說明書中并形成其一部分的附圖進(jìn)一步圖示了本發(fā)明，并且連同本發(fā)明的詳細(xì)描述一起用來對本發(fā)明的原則加以解釋。
[0014]圖1圖示了能量存儲系統(tǒng)；
[0015]圖2圖示了對于單個代表性串聯(lián)元件的負(fù)載電壓相對于充電狀態(tài)曲線的圖表；
[0016]圖3圖示了圖2的曲線的導(dǎo)數(shù)的圖表；
[0017]圖4圖示了充電期間的串聯(lián)元件電壓的集合的圖形；
[0018]圖5圖示了包括異常充電事件檢測和響應(yīng)的系統(tǒng)；
[0019]圖6圖示了檢測處理的流程圖；
[0020]圖7圖示了串聯(lián)電池元件的集合的瞬時放電事件的圖形；以及
[0021]圖8圖示了串聯(lián)電池元件的集合的瞬時充電事件的圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于識別串聯(lián)連接的能量存儲元件的異常充電事件的系統(tǒng)和方法。提供以下描述而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造并使用本發(fā)明，并且在專利申請及其要求的上下文中進(jìn)行提供。
[0023]針對這里優(yōu)選實(shí)施例的各種修改以及這里所描述的一般原則和特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是輕易顯而易見的。因此，本發(fā)明并非意在被局限于所示出的實(shí)施例，而是要依據(jù)與這里所描述的原則和特征相符的最寬范圍。
[0024]對于尤其是用于存儲高能量水平和/或以高能量傳輸速率進(jìn)行充電的那些具有多個串聯(lián)連接的能量存儲元件的可重復(fù)充電的能量存儲系統(tǒng)而言，尤其是對所識別的個體串聯(lián)元件中的異常充電事件進(jìn)行檢測是非常重要的。以下公開內(nèi)容包括了異常充電事件的檢測以及針對所檢測到的異常充電事件的可能響應(yīng)。該檢測涉及到兩種不同類型的情形中的檢測:“穩(wěn)定狀態(tài)”情形和“瞬時”情形。穩(wěn)定狀態(tài)被表征為其中能量變化事件趨向于是能夠預(yù)測的、持續(xù)的、較長時間標(biāo)度的(幾分鐘，到幾小時，到更長時間段)并且相對較低能量的那些情形，而“瞬時”情形則趨向于是這種情形的對立面:是不可預(yù)測的、變化的、較短時間標(biāo)度的(?I秒鐘到幾分鐘)并且能量相對更高。對這些情形進(jìn)行歸類并沒有清晰的界限。有兩種凸顯這些情形的代表性應(yīng)用:1)電動汽車(EV)情形和2)靜態(tài)存儲情形。在EV情形中，外部充電代表了穩(wěn)定狀態(tài)情形。而在靜態(tài)存儲情形中，所存儲能量的回收或外部電網(wǎng)充電代表了穩(wěn)定狀態(tài)情形。對于EV而言，內(nèi)部的可再生事件代表了瞬時情形，以及對用戶的駕駛模式和交通/道路狀態(tài)作出響應(yīng)的能量使用。對于靜態(tài)存儲情形而言，從風(fēng)力或太陽能發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電代表了瞬時情形。
[0025]無論被歸類為瞬時還是穩(wěn)定狀態(tài)操作，系統(tǒng)都在充電期間有利地監(jiān)視異常充電事件檢測并且能夠?qū)惓３潆娛录z測為過度充電事件。作為比較，在放電期間，系統(tǒng)監(jiān)視異常充電事件檢測并且能夠?qū)⑷魏萎惓３潆娛录z測為過度放電事件?；谇樾蔚念愋投褂貌煌男畔⒑头椒ㄟM(jìn)行檢測。寬泛地講，檢測利用了任何對負(fù)載電壓相對SOC有所影響的內(nèi)容。優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)和方法在一個或多個電池單元中的能量存儲發(fā)生變化時(例如，在充電和放電期間)檢測實(shí)際SOC和所測量SOC之間的差異。優(yōu)選實(shí)施例能夠利用電池單元之間由于SOC差異而出現(xiàn)的任何能夠測量的差。
[0026]對所檢測到的異常充電事件作出響應(yīng)并不取決于使用，而是取決于該異常充電事件的屬性。也就是說，適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)將會取決于所檢測到的異常充電事件是過度充電事件還是過度放電事件。
[0027]出于本申請的目的，“瞬時”意味著大約I秒、幾分鐘的時間段或者更短的時間段。出于本申請的目的，“穩(wěn)定狀態(tài)”意味著數(shù)分鐘、數(shù)小時的時間段或者更長的時間段。
[0028]本申請是針對異常充電事件的檢測和響應(yīng)的各個方面的四份相關(guān)申請之一。除了本申請之外，其它三份申請是與此同時提交的題為“TRANSIENT DETECT1N OF ANEXCEPT1NAL CHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT” 的美國專利申請?zhí)?__(代理所卷號20109-7100);與此同時提交的題為“STEADY STATE
DETECT1N OF AN EXCEPT1NAL EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT” 的美國專利申請?zhí)?_(代理所卷號20109-7101);以及與