背景技術(shù)：

本公開一般涉及電池系統(tǒng)的領(lǐng)域，且更具體地涉及在車輛背景以及其他能量儲存/消耗應(yīng)用中使用的電池系統(tǒng)。

這個部分旨在向讀者介紹本領(lǐng)域的各個方面，這些方面可涉及本公開的各個方面，這些方面在下文進行描述。這種討論被認為是有助于向讀者提供背景信息以便更好地理解本公開的各個方面。因此，應(yīng)當理解，這些陳述以該角度來閱讀，并且不視為現(xiàn)有領(lǐng)域的確認。

使用一個或多個電池系統(tǒng)以用于對車輛提供全部或一部分動力的車輛能夠稱為xev，其中術(shù)語“xev”在本文被定義成包括所有下列車輛或其任何變型或組合，其將電力用作其車輛動力的全部或一部分。例如，xev包括將電力用作全部動力的電動車輛(ev)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的，也被認為是xev的混合動力電動車輛(hev)組合了內(nèi)燃機推進系統(tǒng)和電池供能的電動推進系統(tǒng)，諸如48伏或130伏系統(tǒng)。術(shù)語hev可以包括混合動力電動車輛的任何變型。例如，全混合動力系統(tǒng)(fhev)可以使用一個或多個電動機、僅使用內(nèi)燃機或使用兩者來對車輛提供動力和其他電力。相比之下，輕度混合動力系統(tǒng)(mhev)在車輛怠速時停用內(nèi)燃機且利用電池系統(tǒng)以繼續(xù)向空氣調(diào)節(jié)單元、無線電或其他電子裝置供電以及在需要推進時重啟發(fā)動機。輕度混合動力系統(tǒng)還可以在例如加速期間應(yīng)用一定程度的動力輔助以作為對內(nèi)燃機的補充。輕度混合動力通常為96伏至130伏且通過皮帶或曲柄集成起動器發(fā)電機回收制動能量。此外，微混合動力電動車輛(mhev)也使用類似于輕度混合動力的“啟-?！毕到y(tǒng)，但是mhev的微混合動力系統(tǒng)可以向內(nèi)燃機提供或不提供動力輔助并在低于60v的電壓下進行操作。為了本討論的目的，應(yīng)注意的是，mhev通常在技術(shù)上不將直接提供到曲軸或變速器的電力用作車輛的任何部分的動力，但mhev仍可以被認為是xev，這是因為當車輛怠速(其中內(nèi)燃機停用)時其使用電力來作為對車輛動力需求的補充并通過集成起動器發(fā)電機回收制動能量。此外，插電式電動車輛(pev)是能夠從外部電源，諸如墻壁插座進行充電的任何車輛，且儲存在可再充電電池組中的能量驅(qū)動或有助于驅(qū)動車輪。pev為ev的子類，其包括全電動或電池電動車輛(bev)、插電式混合動力電動車輛(peiev)和混合動力電動車輛和常規(guī)內(nèi)燃機車輛的改裝型電動車輛。

與僅使用內(nèi)燃機和通常為由鉛酸電池供能的12v系統(tǒng)的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)的更傳統(tǒng)的氣體供能車輛相比，如上所述的xev可以提供許多優(yōu)點。例如，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃車輛相比，xev可以產(chǎn)生更少的不期望的排放產(chǎn)物且可以表現(xiàn)出更大的燃料效率，且在一些情況下，這種xev可以完全消除對汽油的使用，如某些類型的ev或pev那樣。

車輛通常使用一個或多個電池系統(tǒng)來為包括空調(diào)、無線電、報警系統(tǒng)和其他電子裝置的車輛中的特征供電。為了減少不期望的排放產(chǎn)物的量并提高車輛的燃料效率，已對車輛技術(shù)進行了改進。例如，一些車輛可以利用技術(shù)，諸如再生制動來隨著車輛減速或滑行來產(chǎn)生和儲存電力。更具體地說，隨著車輛速度的降低，再生制動系統(tǒng)可以將機械能轉(zhuǎn)換成電能，其隨后可以進行儲存和/或用于向車輛供電。

通常，可以使用鋰離子電池來便于有效地捕獲所產(chǎn)生的電能。更具體地，鋰離子電池可以在再生制動期間捕獲/儲存電能，并且隨后向車輛的電氣系統(tǒng)供給電能。然而，隨著鋰離子電池模塊進行操作，鋰離子電池和傳統(tǒng)鉛酸電池的操作參數(shù)可能改變并影響性能。

因此，改進對電池系統(tǒng)的操作的控制將是有益的，例如，用于管理可能在鋰離子電池和鉛酸電池的操作參數(shù)中發(fā)生的變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

下面闡明了對本文所公開的某些實施例的概述。應(yīng)理解的是，這些方面僅僅是為了向讀者提供對這些特定實施例的簡要概述且這些方面并不旨在限制本公開的范圍。實際上，本公開可以包括以下可能未闡明的各種方面。

本公開涉及電池和電池系統(tǒng)。更具體地說，本公開涉及各種電化學和靜電能量儲存技術(shù)(例如，鉛酸電池、鎳-鋅電池、鎳-金屬氫化物電池和鋰離子電池)。特定實施例涉及可以用于車輛背景(例如，微混合動力車輛)以及其他能量儲存/消耗應(yīng)用(例如，用于電網(wǎng)的能量儲存)中的雙化學組成電池模塊。

更具體地說，雙化學組成電池模塊可以包括利用第一電池化學組成的第一電池和利用第二電池化學組成的第二電池。第一電池和第二電池可以在各種并行架構(gòu)，諸如無源或半無源架構(gòu)中進行連接。例如，在無源架構(gòu)中，第一電池和第二電池可以直接聯(lián)接到電池模塊的端子。為了增加對電池模塊的控制量，在半無源架構(gòu)中，可以在第一電池或第二電池和電池模塊的端子之間包括雙穩(wěn)態(tài)繼電器。隨后可以斷開或閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器以選擇性地連接第一電池或第二電池。

額外地，用于第一電池和第二電池中的電池化學組成可以基于用于每一個的所需特征進行選擇。例如，第一電池可以利用鉛酸化學組成供給大的電流浪涌，其可以用于起動(例如，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機。第二電池可以利用各種電池化學組成(例如，鎳錳鈷氧化物、鋰錳氧化物/鎳錳鈷氧化物或鋰錳氧化物/鈦酸鋰)，其具有比第一電池更高的庫倫效率和/或更高的充電電力接收率(例如，更高的最大充電電壓或充電電流)。如在本文中所使用的，“庫倫效率”和“充電電力接收率”可以互換使用以描述充電效率。換句話說，第二電池可以更有效地且以更快的速率進行再充電，例如，在捕獲再生電力的同時進行。因此，在一些實施例中，第一電池可以是主要的電力來源且第二電池可以對第一電池進行補充，例如，通過捕獲、儲存和分配再生電力來進行。

因此，在第一實施例中，一種電池系統(tǒng)包括聯(lián)接到電氣系統(tǒng)的第一電池，其中第一電池包括第一電池化學組成；以及經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)繼電器選擇性地聯(lián)接到電氣系統(tǒng)且與第一電池相平行的第二電池，其中第二電池包括第二電池化學組成，其具有比第一電池化學組成更高的庫倫效率。雙穩(wěn)態(tài)繼電器被配置成將第二電池聯(lián)接到電氣系統(tǒng)以使得第二電池能夠捕獲在再生制動期間產(chǎn)生的大部分再生電力以及使得第二電池能夠通過自己或與第一電池相組合地供給再生電力以向電氣系統(tǒng)供電。

在另一實施例中，一種電池系統(tǒng)包括經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)繼電器選擇性地聯(lián)接到電氣系統(tǒng)的第一電池，其中第一電池包括第一電池化學組成；以及與第一電池平行地直接聯(lián)接到電氣系統(tǒng)的第二電池，其中第二電池包括第二電池化學組成，其具有比第一電池化學組成更高的充電電力接收率。雙穩(wěn)態(tài)繼電器被配置成將第一電池從電氣系統(tǒng)斷開以使得第二電池能夠在再生制動期間在比第一電池最大充電電壓更高的電壓下進行充電。

附圖說明

在閱讀下列具體實施方式和參考附圖后，可以更好地理解本公開的各個方面，其中：

圖1為根據(jù)本方法的一個實施例的具有為車輛提供全部或一部分動力的電池系統(tǒng)的車輛(xev)的立體圖；

圖2為根據(jù)本方法的一個實施例的混合動力電動車輛(hev)形式的圖1的xev的剖面示意圖；

圖3為根據(jù)本方法的一個實施例的無源電池架構(gòu)的示意圖；

圖4a為根據(jù)本方法的一個實施例的具有雙穩(wěn)態(tài)繼電器以選擇性地聯(lián)接第二電池的半無源電池架構(gòu)的示意圖；

圖4b為根據(jù)本方法的一個實施例的具有雙穩(wěn)態(tài)繼電器以選擇性地聯(lián)接第一電池的半無源電池架構(gòu)的示意圖；

圖5為示出根據(jù)本方法的一個實施例的部分電壓匹配的電池化學組成的電壓特征的圖；

圖6為描述根據(jù)本方法的一個實施例的車輛隨時間的各種假想操作的圖；

圖7a為示出根據(jù)本方法的一個實施例的具有用于在圖6中所述車輛的非電壓匹配的電池化學組成的半無源電池系統(tǒng)的電壓的圖；

圖7b為示出根據(jù)本方法的一個實施例的具有用于在圖6中所述車輛的部分電壓匹配的電池化學組成的半無源電池系統(tǒng)的第一實施例的電壓的圖；

圖7c為示出根據(jù)本方法的一個實施例的具有用于在圖6中所述車輛的部分電壓匹配的電池化學組成的半無源電池系統(tǒng)的第二實施例的電壓的圖；

圖7d為示出根據(jù)本方法的一個實施例的具有用于在圖6中所述車輛的電壓匹配的電池化學組成的半無源電池系統(tǒng)的電壓的圖；

圖8為根據(jù)本方法的一個實施例的用于控制電池系統(tǒng)的方法的一個實施例的流程圖；以及

圖9為根據(jù)本方法的一個實施例的用于鋰離子電池中的棱柱形電池單元的立體圖。

具體實施方式

下面將描述一個或多個具體實施例。為了提供對這些實施例的簡明描述，在說明書中并未描述實際實施方式的全部特征。應(yīng)理解的是，在任何這樣的實際實施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，必須做出許多特定于實施方式的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，諸如符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的約束，這些約束條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。而且，應(yīng)理解的是，這種開發(fā)工作可能是復雜并且耗時的，但是對于受益于本公開的普通技術(shù)人員而言，其不過是進行設(shè)計、制作和制造的常規(guī)工作。

如上面所討論的，與更傳統(tǒng)的氣體供能車輛相比，已改進了車輛技術(shù)以增加燃料經(jīng)濟性和/或減少不期望的排放。例如，當車輛怠速時，微混合動力車輛停用車輛的內(nèi)燃機。當停用車輛的內(nèi)燃機時，電池系統(tǒng)可以繼續(xù)向車輛的電氣系統(tǒng)供電，其可以包括車輛的無線電、空調(diào)、電子控制單元等。額外地，再生制動車輛捕獲和儲存在車輛制動或滑行時所產(chǎn)生的電力。在一些實施例中，隨后可以利用所產(chǎn)生的電力以向車輛的電氣系統(tǒng)供電。在其他實施例中，可以利用所產(chǎn)生的電力以在高需求期間，例如在再生儲存系統(tǒng)中穩(wěn)定電壓。

基于優(yōu)于傳統(tǒng)氣體供能車輛的優(yōu)點，通常生產(chǎn)傳統(tǒng)的氣體供能車輛的制造商可能需要在其車輛線內(nèi)利用改進的車輛技術(shù)(例如，微混合動力技術(shù)或再生制動技術(shù))。這些制造商經(jīng)常利用其傳統(tǒng)車輛平臺中的一個作為起點。通常，傳統(tǒng)的氣體供能車輛被設(shè)計為利用12伏電池系統(tǒng)(例如，在7至18伏之間的電壓)，諸如單個12伏鉛酸電池。因此，單個鉛酸電池可能適于改進的車輛技術(shù)。例如，可以利用鉛酸電池捕獲和儲存再生電力和/或在自動停止期間向電氣系統(tǒng)供電。然而，在一些實施例中，由于與鉛酸電池化學組成相關(guān)聯(lián)的較低的庫倫效率和/或較低的充電電力接受率，鉛酸電池在捕獲再生電力方面可能不那么有效。如在本文中所使用的，“庫倫效率”和“充電電力接收率”可以互換使用以描述充電效率和充電率。額外地，可以增加鉛酸電池容量以在可能增加成本的自動停止期間解決電力需求。如此，在很大程度上符合現(xiàn)有的車輛電氣系統(tǒng)的同時，提高電池系統(tǒng)中的電力儲存效率以及至車輛電氣系統(tǒng)的電力分配效率將是有益的。

因此，本實施例包括物理電池系統(tǒng)特征等，其便于提供改進的12伏電池系統(tǒng)。如在本文中所使用的，12伏電池系統(tǒng)旨在描述向電氣系統(tǒng)供給7至18伏的電池系統(tǒng)。例如，在一些實施例中，電池模塊可以包括多個不同的電池化學組成以改進電池模塊的儲存和分配效率。更具體地說，如將在下面更詳細描述的，電池模塊可以包括具有第一電池化學組成的第一電池(例如，一次電池)以及具有第二電池化學組成的第二電池(例如，二次電池)。如在本文中所使用的，電池旨在描述利用各種化學反應(yīng)以儲存和/或分配電力的能量儲存裝置。在一些實施例中，第一電池和第二電池可以串聯(lián)操作。例如，第一(例如，一次)電池可以有效地提供大量電流，例如用于以曲柄起動內(nèi)燃機，且第二電池(例如，電力裝置)可以有效地捕獲并儲存由于其更高的庫侖效率和/或更高的電力充電接受率而產(chǎn)生的大部分電力。額外地，可以消耗儲存在第二電池中的電力以向車輛的電氣系統(tǒng)提供電力。換句話說，第一電池可以是電力的一次來源，且第二電池可以對電池進行補充，其在一些實施例中可以使得能夠減少電池模塊的儲存容量和/或總物理尺寸。

為了便于用第二電池對第一電池進行補充，第一電池和第二電池可以在各種并行架構(gòu)中進行連接。例如，電池模塊可以利用無源架構(gòu)或半無源架構(gòu)。如將在下面更詳細描述的，在無源架構(gòu)中，第一電池和第二電池可以直接聯(lián)接到電池模塊的端子，這可以降低用于電池系統(tǒng)的控制算法的復雜性。在半無源架構(gòu)中，第一電池和第二電池中的一個可以經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)繼電器聯(lián)接到電池模塊的端子，而另一個則可以進行直接聯(lián)接。在一些實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器可以通過使得第一電池或第二電池能夠選擇性地連接和斷開而增加對電池模塊的操作的控制。在一些實施例中，與利用傳統(tǒng)的12伏電池系統(tǒng)(例如，單個12伏鉛酸電池)自動停止技術(shù)相比，利用本文所述的技術(shù)可以增加燃料經(jīng)濟性并將不期望的排放減少3至5％，這是因為通過更有效地捕獲再生電力而減少了在交流發(fā)電機上的負載。

為了幫助說明，圖1為可以利用再生制動系統(tǒng)的車輛10的一個實施例的立體圖。雖然以下討論與具有再生制動系統(tǒng)的車輛相關(guān)，但是本文所述的技術(shù)也可以應(yīng)用于包括xev和氣體供能車輛的其他車輛。

如上面所討論的，使電池系統(tǒng)12在很大程度上與傳統(tǒng)的車輛設(shè)計相兼容將是可取的。因此，電池系統(tǒng)12可以置于本來要容納傳統(tǒng)的電池系統(tǒng)的車輛10中的一個位置上。例如，如圖所示，車輛10可以包括類似于典型的內(nèi)燃機車輛的鉛酸電池進行定位的電池系統(tǒng)12(例如，在車輛10的發(fā)動機蓋的下方)。而且，如將在下面更詳細描述的，電池系統(tǒng)12可以進行定位以便管理電池系統(tǒng)12的溫度。例如，在一些實施例中，將電池系統(tǒng)12定位在車輛10的發(fā)動機蓋的下方可以使得空氣管道能夠在電池系統(tǒng)12上引導空氣流并冷卻電池系統(tǒng)12。

在圖2中描述了電池系統(tǒng)12的更詳細的視圖。如圖所示，電池系統(tǒng)12包括能量儲存組件14，其聯(lián)接到點火系統(tǒng)16、交流發(fā)電機18、車輛控制臺20且可選地聯(lián)接到電動機22。一般地，能量儲存組件14可以捕獲/儲存在車輛10中產(chǎn)生的電能并輸出電能以對車輛10中的電氣裝置供電。

更具體地說，能量儲存組件14可以捕獲/儲存所產(chǎn)生的電能并輸出電能以對這些組件以及其他中的每一個供電。換句話說，電池系統(tǒng)12可以向車輛的電氣系統(tǒng)的組件供電，該組件可以包括散熱器冷卻風扇、氣溫控制系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)、自動泊車系統(tǒng)、電動油泵、電動增壓器/渦輪增壓器、電動水泵、加熱擋風玻璃/除霜器、車窗升降電機、閱讀燈、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)、天窗電機控制器、電動座椅、報警系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、導航特征、車道偏離警告系統(tǒng)、電動駐車制動器、外部燈或其任何組合。說明性地，在圖2中所示的能量儲存組件14向車輛控制臺20和點火系統(tǒng)16供電以起動(例如，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24。在一些實施例中，點火系統(tǒng)16可以包括傳統(tǒng)的起動器和/或皮帶起動器發(fā)電機(bsg)。

額外地，能量儲存組件14可以捕獲由交流發(fā)電機18和/或電動機22產(chǎn)生的電能。在一些實施例中，交流發(fā)電機18可以在內(nèi)燃機24運行的同時產(chǎn)生電能。更具體地說，交流發(fā)電機18可以將通過內(nèi)燃機24旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能。額外地或可替代地，當車輛10包括電動機22時，電動機22可以通過將由車輛10的移動(例如，車輪的旋轉(zhuǎn))產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換成電能來產(chǎn)生電能。換句話說，能量儲存組件14可以捕獲在再生制動期間產(chǎn)生的電能。此外，交流發(fā)電機18可以是可變電壓交流發(fā)電機，且在再生制動期間由交流發(fā)電機18產(chǎn)生的能量可以包括比通過內(nèi)燃機24由交流發(fā)電機18產(chǎn)生的能量電壓更大的電壓。

為了便于捕獲和供給電能，能量儲存組件14可以經(jīng)總線26聯(lián)接到車輛的電動系統(tǒng)。例如，總線26可以使得能量儲存組件14能夠接收由交流發(fā)電機18和/或電動機22產(chǎn)生的電能。額外地，總線可以使得能量儲存組件14能夠?qū)㈦娔茌敵龅近c火系統(tǒng)16和/或車輛控制臺20。因此，當使用12伏電池系統(tǒng)12時，總線26可以承載通常在8至18伏之間的電力。

額外地，如圖所示，能量儲存組件14可以包括多個電池模塊。例如，在所示的實施例中，能量儲存組件14包括第一電池模塊28和第二電池模塊30，其中的每一個包括一個或多個電池單元。在其他實施例中，能量儲存組件14可以包括任何數(shù)量的電池模塊。額外地，雖然第一電池模塊28和第二電池模塊30被示為彼此相鄰，但是其也可以被定位在車輛周圍的不同區(qū)域中。例如，第二電池模塊30可以位于車輛10內(nèi)或在其內(nèi)部周圍，而第一電池模塊28則可以位于車輛10的發(fā)動機蓋的下方。

更具體地說，在一些實施例中，能量儲存組件14可以包括多個電池模塊以利用多個不同的電池化學組成。例如，第一電池模塊28可以利用鉛酸電池化學組成，且第二電池模塊30可以利用鋰離子電池化學組成。在這種實施例中，由于鋰離子電池化學組成通常具有比鉛酸電池化學組成更高的庫倫效率和/或更高的電力充電接受率(例如，更高的最大充電電流或充電電壓)，因此可以提高電池系統(tǒng)12的性能。如此，可以提高電池系統(tǒng)12的捕獲、儲存和/或分配效率。

為了便于將電力從電池系統(tǒng)12供給到車輛的電氣系統(tǒng)的各種組件(例如，hvac系統(tǒng)和車輛控制臺20)，能量儲存組件14包括第一端子32(即，正極端子)和第二端子34(即接地端子)。在一些實施例中，第二端子34可以提供接地連接，且第一端子32可以提供范圍在8至18伏之間的正電壓。如前所述，電池模塊14可以具有與典型的鉛酸電池的尺寸相當?shù)某叽纾韵拗茖囕v10設(shè)計的修改以容納電池系統(tǒng)12。例如，電池模塊14可以具有與h6電池相似的尺寸，其可以是約13.9英寸×6.8英寸×7.5英寸。如圖所示，電池模塊14可以包括在單個連續(xù)的殼體內(nèi)。在其他實施例中，電池模塊14可以包括聯(lián)接在一起的多個殼體(例如，包括第一電池的第一殼體和包括第二電池的第二殼體)。在其他實施例中，如上所述，電池模塊14可以包括位于車輛10的發(fā)動機蓋下方的第一電池模塊28，且第二電池模塊30可以位于車輛10的內(nèi)部。

如圖所示，電池模塊14包括第一端子32、第二端子34、第一電池(例如，鉛酸電池)28、第二電池30(例如，鋰離子電池)和電池控制單元36。如在本文中所使用的，電池控制單元36通常是指控制電池系統(tǒng)12的操作的控制組件，諸如在電池模塊內(nèi)的繼電器或在交流發(fā)電機18中的開關(guān)。電池模塊14的操作可以由電池控制單元36進行控制。例如，電池控制單元36可以調(diào)節(jié)由每個電池模塊28或30捕獲/供給的電能量(例如，對電池系統(tǒng)12降低定額和重新定額)，在電池之間執(zhí)行負載平衡，控制電池的充電和放電(例如，經(jīng)繼電器或dc/dc轉(zhuǎn)換器來進行)，確定每個電池和/或整個電池模塊14的充電狀態(tài)，激活主動冷卻機構(gòu)等。

因此，電池控制單元36可以包括一個或多個存儲器38和被編程為執(zhí)行用于執(zhí)行這樣任務(wù)的控制算法的一個或多個處理器40。更具體地說，一個或多個處理器40可以包括一個或多個專用集成電路(asics)、一個或多個現(xiàn)場可編程門陣列(fpgas)、一個或多個通用處理器或其任何組合。額外地，一個或多個存儲器38可以包括易失性存儲器，諸如隨機存取存儲器(ram)和/或非易失性存儲器，諸如只讀存儲器(rom)、光驅(qū)、硬盤驅(qū)動器或固態(tài)驅(qū)動器。在一些實施例中，電池控制單元36可以包括車輛控制單元(vcu)的部分和/或單獨的電池控制模塊。額外地，如圖所示，可以按與電池模塊14分離(諸如作為單獨的模塊)的方式包括電池控制單元36。在其他實施例中，電池控制單元36可以包括在電池模塊14內(nèi)。

而且，如圖所示，第一電池28和第二電池30越過第一端子32和第二端子34進行并聯(lián)連接以使得能夠?qū)﹄姵剡M行充電和放電。如上所述，電池端子32和34可以輸出儲存在電池模塊14中的電力，以向車輛的電氣系統(tǒng)供電。額外地，電池端子32和34還可以向電池模塊14輸入電力，以使得第一電池28和第二電池30能夠例如當交流發(fā)電機18通過再生制動產(chǎn)生電力時進行充電。

而且，如上所述，第一電池28和第二電池30可以利用各種并行架構(gòu)，其包括無源架構(gòu)或半無源架構(gòu)。例如，在圖3中，示出了無源電池系統(tǒng)42，且在圖4a和4b中，示出了半無源架構(gòu)50。如在每個架構(gòu)中所示，第一電池28和第二電池30經(jīng)總線26與起動器(例如，點火系統(tǒng))16、交流發(fā)電機(例如，再生制動系統(tǒng))18和車輛的電氣系統(tǒng)46并聯(lián)聯(lián)接。額外地，第一電池28和第二電池30經(jīng)開關(guān)48選擇性地連接到點火系統(tǒng)16。如能夠理解的，開關(guān)48可以表示各種機構(gòu)，諸如螺線管，其能夠使第一電池28和/或第二電池30起動(例如，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24。如將在下面更詳細描述的，在兩種架構(gòu)之間的差異為對第一電池28和第二電池30中的每一個的操作的控制量。

如在圖3的無源電池系統(tǒng)42中所示的，第一電池28和第二電池30直接聯(lián)接到總線26。因此，可以由電池中的每一個的特征來控制第一電池28和第二電池30的操作。更具體地說，電池28和30的充電和放電可以由第一電池28(例如，鉛酸電池)和第二電池30(例如，鋰離子電池)的電流導向特征(例如，內(nèi)電阻)來進行控制。例如，當?shù)谝浑姵?8完全充電或接近完全充電(例如，一般為滿充電狀態(tài))時，第一電池28可以具有將電流導向第二電池30的高內(nèi)電阻。在另一方面，當?shù)谝浑姵?8小于完全充電時，可以在鉛酸電池28和第二電池30之間共享電流。換句話說，內(nèi)電阻可以與電池的充電狀態(tài)成比例地相關(guān)(例如，高充電狀態(tài)高內(nèi)電阻)。額外地，當?shù)诙姵?0具有比第一電池28更高的開路電壓時，第二電池30可以由自身提供電力，例如，提供至車輛電氣系統(tǒng)46直到其接近第一電池的開路電壓為止。當?shù)谝浑姵?8可以開始提供電力時的精確電壓可以基于各種因素，諸如電池28和30的內(nèi)電阻以及車輛電氣系統(tǒng)46的擴散電阻。

此外，如上面所討論的，第一電池28和第二電池30經(jīng)開關(guān)48選擇性地連接到點火系統(tǒng)16。如能夠理解的，開關(guān)48可以表示各種機構(gòu)，諸如螺線管，其能夠使第一電池28(例如，鉛酸電池)和/或第二電池30起動(例如，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24。

為了增加對電池28或30中的一個的操作的控制，可以利用如在圖4a和4b中所示的半無源架構(gòu)50。更具體地說，半無源架構(gòu)50使得電池28或30中的一個能夠選擇性地與總線26連接和斷開。例如，圖4a示出了當?shù)谝浑姵?0直接連接到端子32時，具有包括在第二電池30和第一端子32之間的雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a的半無源架構(gòu)50a的一個實施例。如在本文中所使用的，“雙穩(wěn)態(tài)繼電器”旨在描述能夠選擇性地連接和斷開電池且同時在連接或斷開位置上保持穩(wěn)定狀態(tài)的任何機構(gòu)。例如，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52可以僅在雙穩(wěn)態(tài)繼電器52在位置之間切換時的片刻間耗電。相比之下，標準繼電器可以在繼電器處于斷開位置和閉合位置中的任一者或兩者中時連續(xù)地耗電。因此，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52可以使電池系統(tǒng)12所消耗的電力最小化。此外，可能需要利用雙穩(wěn)態(tài)繼電器52來使可能由于使用硬件開關(guān)而導致的電弧放電的風險最小化。

在操作中，電池控制單元36可以監(jiān)控源于車輛10的信息以確定斷開或閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52的適當時間。例如，當車輛10從接通(key-on)轉(zhuǎn)換到切斷(key-off)位置時，電池控制單元36可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a保持閉合。當雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a保持閉合時，可以由第二電池30(例如，鋰離子電池)代替第一電池28(例如，鉛酸電池)來驅(qū)動在車輛10上的任何電氣負載。因此，由于第二電池30相對于第一電池28的高庫倫效率，當車輛10轉(zhuǎn)換到切斷位置時，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以使得第二電池30能夠繼續(xù)為車輛10的電氣系統(tǒng)46供電。額外地，電池控制單元36可以將第二電池30至電氣系統(tǒng)46的聯(lián)接保持預定的時間量(例如，2至5分鐘)或直到第二電池30達到預定的電壓或充電狀態(tài)以在車輛10轉(zhuǎn)換到切斷位置之后保持最小電壓或充電狀態(tài)水平。

在另一實施例中，當車輛從長切斷位置(即，其中第二電池30已被雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a從總線26切斷)轉(zhuǎn)換到接通位置時，電池控制單元36可以確定第二電池30的電壓是否低于第一電池28的電壓。如果是的話，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以保持在閉合位置上直到發(fā)動機在第一電池28的電力下起動且直到交流發(fā)電機18能夠開始對第二電池30進行充電為止(例如，在再生制動期間)。在另一方面，如果第二電池30的電壓大于在接通位置處的第一電池的電壓，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a則可以立即閉合以將第二電池30聯(lián)接到具有第一電池28的無源并行配置中以協(xié)助起動內(nèi)燃機24。此外，如果電池控制單元36確定第一電池28的電壓太低以至于不能起動內(nèi)燃機24(即，第一電池28的電壓低于閾值電壓)，電池控制單元36則可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a以允許第二電池30向點火系統(tǒng)16提供起動電力(即，允許第二電池30“助推”車輛10)。

可替代地，圖4b示出了當?shù)诙姵?0直接連接到總線26時，具有包括在第一電池28和總線26之間的雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b的半無源架構(gòu)50b的一個實施例。在操作中，當需要對第一電池28進行充電或放電時，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b。在另一方面，當?shù)谝浑姵?8既不充電也不放電時，可以斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b。換句話說，電流導向特征可以控制第二電池30的操作，而電池控制單元36則可以直接經(jīng)雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b來控制第一電池28的操作。在再生制動期間交流發(fā)電機18對第二電池30進行充電時，可能需要從總線26移除第一電池28。通過從總線26移除第一電池28，可以保護第一電池28免受第一電池28不期望的電力過電壓應(yīng)用的影響且第一電池28旨在對第二電池30進行充電。

額外地，當由車輛10接收到切斷位置時，可以需要斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b以從總線26移除第一電池28。在這種情況下，第一電池28可能不會被在接收到切斷位置之后仍保持能動的電氣系統(tǒng)46的各種組件耗盡，其中通?？梢砸揽吭摰谝浑姵?8以經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機24。此外，當車輛10接收到接通位置時，電池控制單元36可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b以進行閉合。在閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b中，可以依靠第一電池28向點火系統(tǒng)16提供電力以經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機24。

因此，在操作中，半無源架構(gòu)50的實施例可以類似于無源電池系統(tǒng)42的實施例。然而，如下面將進一步詳細描述的，半無源電池系統(tǒng)架構(gòu)50a可以通過使第二電池30在不需要對第二電池30進行充電和/或放電時停用(例如，與車輛10斷開)來提高電池系統(tǒng)的可靠性。額外地，半無源架構(gòu)5ob可以通過使第一電池28在不需要對第一電池28進行充電和/或放電時停用(例如，與車輛10斷開)以例如保護第一電池28免受過電壓的影響來提高電池系統(tǒng)的可靠性。換句話說，電池28或30中的一個的操作可以由電池控制單元36直接進行控制。

如上所述，可以為第一和第二電池28和30選擇不同對的電池化學組成。如此，圖5示出了可以選擇的兩種不同的電池化學組成的電池電壓曲線的圖54。換句話說，可以為第一電池28選擇第一電池化學組成，且可以為第二電池30選擇第二電池化學組成。根據(jù)化學組成配對，能量儲存組件14可以起不同的作用。更具體地說，所選擇的化學組成對可以使得第一電池28和第二電池30為非電壓匹配的、部分電壓匹配的或電壓匹配的。如在本文中所使用的，“非電壓匹配的”旨在描述當?shù)谝浑姵?8和第二電池30的開路電壓范圍不重疊時的情況，“部分電壓匹配的”旨在描述當?shù)谝浑姵?8和第二電池30的開路電壓范圍部分重疊時，例如，當電壓重疊對應(yīng)于第二電池30的總充電狀態(tài)范圍的1至74％之間時的情況，且“電壓匹配的”旨在描述當?shù)谝浑姵?8和第二電池30的電壓在很大程度上重疊時，例如，當電壓重疊對應(yīng)于第二電池30的總充電狀態(tài)范圍的75至100％之間時的情況。應(yīng)注意的是，如上所述，第二電池30具有比第一電池28更高的庫倫效率和/或更高的充電電力接受率。換句話說，基于電池(例如，第二電池30)與另一個電池(例如，第一電池28)的更高庫倫效率和/或更高充電電力接受率的關(guān)系來描述電池配對特征。

說明性地，在為示出電池電壓曲線的xy圖的圖5中示出了部分電壓匹配的電池的一個實例的電壓曲線。為了簡化以下討論，第一電池28將被描述為鉛酸電池，且第二電池30將被描述為利用鋰離子電池化學組成的電池。每個電池的電壓可以隨其充電狀態(tài)(soc)發(fā)生變化。例如，鉛酸電池28在0％的充電狀態(tài)可以具有11.2伏的電壓，在50％的充電狀態(tài)可以具有12.2伏的電壓且在100％的充電狀態(tài)可以具有12.9伏的電壓。換句話說，鉛酸電池具有11.2至12.9伏的電壓范圍。雖然參考鉛酸電池和第二電池進行了以下討論，但本技術(shù)也可以應(yīng)用于具有相同特征的其他電池配對(例如，非電壓匹配的、部分電壓匹配的或非電壓匹配的)。

如圖所示，當?shù)诙姵?0是鈦酸鋰/鋰鎳錳鈷氧化物(lto/nmc)電池時，鉛酸(pba)電池28和第二電池30是部分電壓匹配的，這是因為lto/nmc電壓曲線56和pba電壓曲線58部分重疊。換句話說，根據(jù)其各自的充電狀態(tài)，鉛酸電池28和第二電池30的開路電壓可以是相同的。為了幫助說明，鉛酸電池28具有11.2至12.9伏的開路電壓范圍，且lto/nmc電池30具有在11.8至16伏之間的開路電壓范圍。如上所述，當電壓重疊對應(yīng)于第二電池總充電狀態(tài)范圍的1至74％之間時，第一電池28和第二電池30可以是部分電壓匹配的。在所示的實施例中，第一電池28和第二電池30可以在11.8至12.9伏之間重疊。例如，當?shù)诙姵?0在20％的充電狀態(tài)且鉛酸電池28在100％的充電狀態(tài)時，兩者將具有約12.9伏的電壓。換句話說，當?shù)诙姵?0在0至20％之間的充電狀態(tài)(例如，總充電狀態(tài)范圍的20％)時，電壓可以重疊。此外，用于第二電池30的其他電池化學組成也可以與鉛酸電池28部分重疊。例如，第二電池30可以包括在第二電池30的陽極的鈦酸鋰以及在第二電池30的陰極的nmc和鋰鈷氧化物(lco)共混物的電池化學組成。而且，在其他實施例中，根據(jù)第二電池30的化學組成，電池28和30也可以是與鉛酸電池28為非電壓匹配的或電壓匹配的。

如以下將更詳細描述的，所選擇的電壓配對(例如，非電壓匹配、部分電壓匹配或電壓匹配)可以確定在車輛10內(nèi)的電池28和30的操作。額外地，如上所述，鉛酸電池28和第二電池30在能量儲存組件14內(nèi)的各種并行架構(gòu)中進行連接。因此，當能量儲存組件14聯(lián)接到車輛10時，鉛酸電池28和第二電池30也與車輛的其余部分，諸如點火系統(tǒng)16、交流發(fā)電機18(例如，再生制動系統(tǒng))和車輛10的電氣系統(tǒng)46并聯(lián)連接。

為了幫助說明在電壓配對之間的功能差異，將相關(guān)于如在圖6中所述的車輛10的假想操作來描述電壓配對中的每一對。圖6為描述在時間0和時間8之間的各種車輛操作的xy圖，其中y軸為車輛速度且x軸是時間(即，時間0至時間8)。更具體地說，在時間0和時間1之間，車輛10為切斷60的。如在本文中所使用的，“切斷”旨在描述當操作員(例如，駕駛員)不使用車輛10時的情況。例如，切斷60可以描述當車輛10在車庫中停放過夜時的情況。在切斷60期間，停用內(nèi)燃機24且電池系統(tǒng)12繼續(xù)向即使當操作員遠離時仍進行操作的車輛的電氣系統(tǒng)46的組件，諸如報警系統(tǒng)或發(fā)動機控制單元提供電力。因此，如圖所示，車輛沒有速度。

在時間1，車輛10為經(jīng)曲柄冷起動的62。如在本文中所使用的，“經(jīng)曲柄冷起動”旨在描述當操作員從切斷60起動(即，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24時的情況。因此，在經(jīng)曲柄冷起動62期間，電池系統(tǒng)12向點火系統(tǒng)16(例如，起動器)供電以起動內(nèi)燃機24。在起動內(nèi)燃機24之后，在時間1和2之間，車輛10加速64。因此，如圖所示，車輛10增加了速度。在時間2和時間3之間，車輛10進行巡航66。因此，如圖所示，車輛10保持在相對恒定的速度上。當車輛10加速64和巡航66時，電池系統(tǒng)12向可以包括hvac系統(tǒng)和車輛控制臺20的車輛電氣系統(tǒng)46供電。為了給電池系統(tǒng)12進行再充電，交流發(fā)電機18可以周期性地接通，如下面將更詳細描述的，這可能導致微循環(huán)。應(yīng)注意的是，下面描述的實施例可以使電池28或30實現(xiàn)微循環(huán)以實現(xiàn)目標充電狀態(tài)；然而，額外地或可替代地，在其他實施例中，在車輛10加速64和/或巡航66的同時，交流發(fā)電機18可以直接向車輛的電氣系統(tǒng)46供電而不用使電池28或30實現(xiàn)微循環(huán)。換句話說，交流發(fā)電機18可以直接向車輛的電氣系統(tǒng)供電，例如當車輛10加速64或巡航66時。

在時間3和時間4之間，車輛10經(jīng)再生制動68減速并產(chǎn)生電力。因此，如圖所示，車輛10降低了速度。更具體地說，通過交流發(fā)電機18將動能(例如，車輛的運動)轉(zhuǎn)換成電力。所產(chǎn)生的電力可以由電池系統(tǒng)12儲存和/或進行分配以向車輛的電氣系統(tǒng)46供電。如下面將更詳細描述的，根據(jù)電池系統(tǒng)12的配置，所產(chǎn)生的電力可以儲存在第一電池28、第二電池30或兩者中并從其進行分配。在時間4和時間5之間，車輛10再次進行巡航70，且在時間5和6之間，車輛10再次經(jīng)再生制動72減速并產(chǎn)生電力。

在時間6和時間7之間，車輛10進入自動停止74。如上所述，在自動停車74期間，當車輛10怠速時，停用內(nèi)燃機24。因此，如圖所示，車輛沒有速度。從自動停止74開始，要繼續(xù)駕駛車輛，電池系統(tǒng)12經(jīng)曲柄暖起動76內(nèi)燃機24。如在本文中所使用的，“經(jīng)曲柄暖起動”旨在表示從自動停止74開始起動(即，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24。如將在下面進一步描述的，用于經(jīng)曲柄暖起動76內(nèi)燃機24的電力可以小于用于經(jīng)曲柄冷起動62的電力。在起動(即，經(jīng)曲柄起動)內(nèi)燃機24之后，車輛10在時間7和時間8之間再次加速78。

當車輛在自動停止74中時，電池系統(tǒng)12繼續(xù)向車輛的電氣系統(tǒng)46供電。額外地，這可以包括向點火系統(tǒng)16供電以經(jīng)曲柄暖起76動內(nèi)燃機24。然而，在自動停止74中時，由于停用了內(nèi)燃機24，電池系統(tǒng)12沒有通過交流發(fā)電機18進行充電。因此，如上所述，在再生制動期間(例如，68或72)提高電池系統(tǒng)12在儲存(例如，捕獲)所產(chǎn)生的電力方面的效率可能是有益的。額外地，在各種車輛操作(例如，巡航70、自動停止74、經(jīng)曲柄暖起動76和/或加速78)期間，提高電池系統(tǒng)在分配(例如，供應(yīng))所儲存的電力方面的效率可能是有益的。

如上面所討論的，為了幫助說明在電壓配對(例如，非電壓匹配、部分電壓匹配和電壓匹配)之間的差異，下面將關(guān)于在圖6中所述的假想車輛操作來描述利用電壓配對中的每一對的電池系統(tǒng)12的操作。此外，為了簡化以下討論，將關(guān)于包括鉛酸電池28和第二電池30的能量儲存組件14來討論電池系統(tǒng)12。然而，在其他實施例中，鉛酸電池28和第二電池30可以位于車輛10的不同區(qū)域中，例如作為單獨的模塊。

考慮到前面的內(nèi)容，圖7a至7d描述了在圖4a中所示的半無源電池架構(gòu)50a相關(guān)于上面在圖6中所述的假想車輛操作的說明性電壓。圖7a至7d為xy圖，其中的每一個包括描述半無源架構(gòu)50a的動態(tài)電壓的電壓曲線和描述在時間0和時間8之間的第二電池30的動態(tài)電壓的第二電池電壓曲線，其中電壓在y軸上且時間在x軸上。更具體地說，圖7a描述了具有非電壓匹配的電池配對的半無源架構(gòu)50a，圖7b描述了具有部分電壓匹配的電池配對的第一實施例的半無源架構(gòu)50a，圖7c描述了具有部分電壓匹配的電池配對的第二實施例的半無源架構(gòu)50a，且圖7d描述了具有電壓匹配的電池配對的半無源架構(gòu)50a。如應(yīng)當理解的，由于鉛酸電池28直接連接到總線26，因此電池系統(tǒng)電壓將與鉛酸電池電壓相同。

非電壓匹配的

在功能上，半無源實施例(例如，非電壓匹配、第一實施例的部分電壓匹配、第二實施例的部分電壓匹配、電壓匹配)類似于其各自的無源電池系統(tǒng)的實施例。因此，為了更有效地捕獲經(jīng)再生制動產(chǎn)生的電力，鉛酸電池28通?？梢栽?5至100％之間的充電狀態(tài)下進行操作，且第二電池30通?？梢栽?％的充電狀態(tài)下進行操作。換句話說，將鉛酸電池28保持在相對滿的充電狀態(tài)下以使所產(chǎn)生的電力導向第二電池30，且將第二電池30保持在相對空的充電狀態(tài)下以利用第二電池30的完全儲存容量(即，0至100％的充電狀態(tài))。

例如，圖7a示出當鉛酸電池在切斷82期間向電氣系統(tǒng)46的組件供給電力時(例如，在時間0和時間1之間)，電池系統(tǒng)的電壓80降低；當鉛酸電池28經(jīng)曲柄冷起動84內(nèi)燃機24時(例如，在時間1)，其急劇下降；當車輛加速86和巡航88時(例如，在時間1和時間3之間)，其進行微循環(huán)；當在再生制動90期間將電力儲存在第二電池30中時(例如，在時間3和時間4之間)，其增加；當在巡航92期間第二電池30向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間4和時間5之間)，其降低；當在再生制動94期間將電力再次儲存在第二電池30中時(例如，在時間5和時間6之間)，其增加；當在自動停止96期間第二電池30向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間6和時間7之間)，其降低；其急劇下降以經(jīng)曲柄暖起動98內(nèi)燃機24(例如，在時間7)；其降低直到儲存在第二電池30中的電力被耗盡100或幾乎被耗盡；且在此后進行微循環(huán)(例如，在加速86和巡航88期間進行微循環(huán))。

更具體地說，如上所述，當需要對第二電池30進行充電或放電時，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a。例如，在時間0和時間3之間(例如，切斷82、經(jīng)曲柄冷起動84、加速86和巡航88)，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以是斷開的以使得鉛酸電池28能夠由自身向電氣系統(tǒng)46供給電力。因此，如圖所示，將第二電池的電壓102保持在約13.3伏(例如，0％的充電狀態(tài))。額外地，在時間3和時間7之間(例如，再生制動90、巡航92、再生制動94、自動停止96和經(jīng)曲柄暖起動98)，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a以使得第二電池30能夠進行充電，例如在再生制動90和94期間，以及進行放電，例如，在巡航92和自動停止96期間。而且，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以保持為閉合的直到儲存在第二電池30中的電力被耗盡100。因此，由于第二電池30含有約60％的充電狀態(tài)，所以鉛酸電池28與第二電池30可以一起供電以經(jīng)曲柄暖起動98內(nèi)燃機，如圖所示。更具體地說，是否利用第二電池30來經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機可以至少部分地基于用于第二電池的最小充電狀態(tài)。在一些實施例中，最小充電狀態(tài)可以是第二電池的充電狀態(tài)的20％、40％或60％。如在本文中所使用的，“最小充電狀態(tài)”旨在描述隨電池的充電狀態(tài)的變化而變化的最小電量，其可以由第二電池30提供以便于車輛操作，諸如經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機24或向電氣系統(tǒng)46供電。一旦第二電池30被耗盡，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a則可以是斷開的，這斷開了第二電池30并使得鉛酸電池28能夠由自身向電氣系統(tǒng)46供電。

第一實施例的部分電壓匹配的

如上所述，圖7b描述了根據(jù)第一實施例的當電池28和30為部分電壓匹配時的半無源電池系統(tǒng)50a。圖7b示出根據(jù)第一實施例的電池系統(tǒng)的電壓曲線104和第二電池的電壓曲線106。更具體地說，電壓曲線104和106基于在圖5中所述的電壓特征。換句話說，鉛酸電池28和lto/nmc電池30。

如上面關(guān)于非電壓匹配對所討論的，可以在95至100％之間的充電狀態(tài)下操作鉛酸電池28以使再生電力導向第二電池30，其可以更有效地捕獲再生電力。額外地，基于電池28和30的電壓特征(例如，電流導向)，第二電池30可以由自身供電直到其電壓接近鉛酸電池電壓為止。如在本文中所使用的，該電壓可以稱為“閾值電壓”。因此，在本實施例中，由于在95至100％之間的充電狀態(tài)下操作鉛酸電池28，第二電池30可以由自身向電氣系統(tǒng)46供電直到其接近約為12.9伏的電壓閾值，在該點上，鉛酸電池28或鉛酸電池28和第二電池30可以向電氣系統(tǒng)46供電。換句話說，一旦第二電池30降低到約20％的充電狀態(tài)，鉛酸電池28就可以開始輸出電力。因此，僅利用第二電池30的儲存容量的一部分。例如，在本實例中，可以利用第二電池30的80％(例如，在20至100％之間的充電狀態(tài))的儲存容量。如在本文中所使用的，部分電壓匹配的電池系統(tǒng)的“第一實施例”旨在描述通常將電池28(例如，鉛酸電池)保持在滿充電狀態(tài)(例如，100％的充電狀態(tài))下且將第二電池28保持在對應(yīng)于閾值電壓的充電狀態(tài)(例如，20％的充電狀態(tài))下。

類似于圖7a，當鉛酸電池28在切斷108期間向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間0和時間1之間)，電池系統(tǒng)的電壓104降低；當鉛酸電池28經(jīng)曲柄冷起動110內(nèi)燃機時(例如，在時間1)，其急劇下降；當車輛加速112和巡航114時(例如，在時間1和時間3之間)，其進行微循環(huán)(例如，以將鉛酸電池28保持在95至100％之間的充電狀態(tài)下)；當在再生制動116期間將電力儲存在第二電池30中時(例如，在時間3和時間4之間)，其增加；當在巡航118期間電池系統(tǒng)向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間4和時間5之間)，其降低；當在再生制動120期間將電力再次儲存在第二電池30中時(例如，在時間5和時間6之間)，其增加；當在自動停止122期間電池系統(tǒng)向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間6和時間7之間)，其降低；當鉛酸電池28經(jīng)曲柄暖起動124內(nèi)燃機24時(例如，在時間7)，其急劇下降；且在儲存在第二電池30中的電力被耗盡或幾乎被耗盡之后(例如，在加速126期間)，其進行微循環(huán)。

更具體地說，類似于上述的半無源非電壓匹配，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在時間0和時間3之間(例如，切斷108、經(jīng)曲柄冷起動110、加速112和巡航114)為斷開的以使得鉛酸電池28能夠由自身向電氣系統(tǒng)46供電。額外地，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以在第二電池30已放電至閾值電壓之后斷開。例如，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在微循環(huán)128和放電130期間是斷開的以將第二電池30與電氣系統(tǒng)46斷開。因此，如圖所示，第二電池的電壓106在這些周期期間保持相對恒定。如能夠理解的，第二電池的電壓106可能由于電壓松弛和/或自放電而經(jīng)歷一些衰減。而且，在所示的實施例中，由于雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a為斷開的，鉛酸電池28由自身供電以經(jīng)曲柄暖起動124內(nèi)燃機24。

在另一方面，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a以使得第二電池30能夠進行充電/放電。例如，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在再生制動116和120期間閉合以對第二電池30充電。額外地，在第二電池30供電時，例如在達到其閾值電壓之前的巡航118和自動停止122的部分期間(例如，在微循環(huán)128和放電130之前)，閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a。更一般地，當電氣系統(tǒng)46需要電力且第二電池30在最小充電狀態(tài)以上時，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a。

第二實施例的部分電壓匹配的

基于具有部分電壓匹配的電池的半無源電池架構(gòu)50a的第一實施例的上述描述，由第二電池30利用的再生電力的量可以小于其完全儲存容量。因此，在具有部分電壓匹配的電池的半無源電池架構(gòu)50a的第二實施例中，可以降低閾值電壓以增加可以由第二電池30捕獲和供給的再生電力的量。例如，在圖7c中所述的第二實施例中，將閾值電壓降低至約12.6伏，圖7c示出描述電池系統(tǒng)12的電壓的電池系統(tǒng)電壓曲線132以及描述第二電池30的電壓的第二電池電壓曲線134。更具體地說，電壓曲線132和134基于在圖5中所述的電壓特征。換句話說，鉛酸電池28通常被保持在80至85％之間的充電狀態(tài)下且第二電池30通常被保持在15％的充電狀態(tài)下。因此，在第二實施例中，第二電池30可以利用其儲存容量的85％(例如，15至100％的充電狀態(tài))以捕獲再生電力，其與第一實施例(例如，80％)相比為5％的充電狀態(tài)的增加。在其他實施例中，可以通過將鉛酸電池28維持在50至55％、55至60％、60至65％、65至70％、70至75％、85至90％之間的充電狀態(tài)或其任何組合下來降低閾值電壓。如在本文中所使用的，部分電壓匹配電池系統(tǒng)的“第二實施例”旨在描述將第一電池28(例如，鉛酸電池)保持在通常為小于滿充電狀態(tài)(例如，在80至85％之間的充電狀態(tài))的狀態(tài)下以降低閾值電壓。

類似于圖7b，當鉛酸電池28在切斷136期間向電氣系統(tǒng)46的組件供給電力時(例如，在時間0和時間1之間)，電池系統(tǒng)的電壓132降低；當鉛酸電池28經(jīng)曲柄冷起動138內(nèi)燃機時(例如，在時間1)，其急劇下降；當車輛加速140和巡航142時(例如，在時間1和時間3之間)，其進行微循環(huán)(例如，以將鉛酸電池保持在80至85％之間的充電狀態(tài)下)；當在再生制動144期間將電力儲存在第二電池30中時(例如，在時間3和時間4之間)，其增加；當在巡航146期間第二電池30向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間4和時間5之間)，其降低；當在再生制動148期間將電力再次儲存在第二電池30中時(例如，在時間5和時間6之間)，其增加；當在自動停止150期間第二電池30向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間6和時間7之間)，其降低；其急劇下降以經(jīng)曲柄暖起動152內(nèi)燃機24(例如，在時間7)；以及在儲存在第二電池30中的電力被耗盡或幾乎被耗盡之后(例如，在加速154期間)，其進行微循環(huán)。

更具體地說，類似于上述的第一半無源部分電壓匹配的實施例，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在時間0和時間3之間(例如，切斷136、經(jīng)曲柄冷起動138、加速140和巡航142)為斷開的以使得鉛酸電池28能夠由自身向電氣系統(tǒng)46供電。額外地，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以在第二電池30已放電至閾值電壓之后斷開。例如，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a斷開以斷開第二電池30，且鉛酸電池28提供電力(例如，在微循環(huán)156期間)。因此，如圖所示，第二電池的電壓134在這些周期期間保持在相對恒定的電壓上。而且，由于第二電池30尚未到達閾值電壓，第二電池30與鉛酸電池28可以一起供電以經(jīng)曲柄暖起動152內(nèi)燃機24。

在另一方面，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a以使得第二電池30能夠進行充電/放電。例如，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在再生制動144和148期間閉合以對第二電池30充電。額外地，當?shù)诙姵?0供電時，例如，在巡航146和自動停止150期間，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a為閉合的。

電壓匹配的

而且，如上所述，圖7d描述了當電池28和30為電壓匹配時的半無源架構(gòu)50a。換句話說，例如，鉛酸電池28和lto/lmo電池30。如圖所示，圖7d示出描述電池系統(tǒng)的電壓的電池系統(tǒng)電壓曲線158以及描述第二電池30的電壓的第二電池電壓曲線160。如上所述，第二電池30可以由自身向電氣系統(tǒng)46供電直到第二電池30接近閾值電壓為止。因此，類似于上述的部分電壓匹配的第二實施例，可以減小閾值電壓以增加第二電池30的儲存容量。說明性地，如果閾值電壓為約12.9伏，鉛酸電池28通常被保持在95至100％之間的充電狀態(tài)下且第二電池30被保持在約75％的充電狀態(tài)下。換句話說，第二電池30能夠利用其儲存容量的25％以捕獲再生電力(例如，75至100％的充電狀態(tài))。比較地，如果將閾值電壓降低至約12.3伏，鉛酸電池28通常被保持在60至65％之間的充電狀態(tài)下(例如，通常小于滿充電狀態(tài))且第二電池30通常被保持在約35％的充電狀態(tài)下。因此，第二電池30能夠利用其儲存容量的65％以捕獲再生電力(例如，35至100％的充電狀態(tài))。

類似于上面的圖7c，當鉛酸電池28在切斷162期間向電氣系統(tǒng)46的組件供給電力時(例如，在時間0和時間1之間)，電池系統(tǒng)的電壓158降低；當鉛酸電池28經(jīng)曲柄冷起動164內(nèi)燃機時(例如，在時間1)，其急劇下降；當車輛加速166和巡航168時(例如，在時間1和時間3之間)，其進行微循環(huán)(例如，以將鉛酸電池28保持在60至65％之間的充電狀態(tài)下)；當在再生制動170期間將電力儲存在第二電池30中時(例如，在時間3和時間4之間)，其增加；當在巡航172期間電池系統(tǒng)向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間4和時間5之間)，其降低；當在再生制動174期間將電力再次儲存在第二電池30中時(例如，在時間5和時間6之間)，其增加；當在自動停止176期間電池系統(tǒng)向電氣系統(tǒng)46供給電力時(例如，在時間6和時間7之間)，其降低；當鉛酸電池經(jīng)曲柄暖起動178內(nèi)燃機24時(例如，在時間7)，其急劇下降；且在儲存在第二電池30中的電力被耗盡或幾乎被耗盡之后(例如，在加速180期間)，其進行微循環(huán)。

更具體地說，類似于上述的半無源實施例，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在時間0和時間3之間(例如，切斷162、經(jīng)曲柄冷起動164、加速166和巡航168)為斷開的以使得鉛酸電池28能夠由自身向電氣系統(tǒng)46供電。額外地，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以在第二電池30已放電至閾值電壓之后斷開。例如，在所示的實施例中，當達到閾值電壓時，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a斷開以在微循環(huán)182或放電128期間斷開第二電池30。因此，如圖所示，lto/lmo電池電壓160在這些周期期間保持在相對恒定的電壓下。而且，在所示的實施例中，由于雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a為斷開的，鉛酸電池28由自身供電以經(jīng)曲柄暖起動178內(nèi)燃機24。

在另一方面，可以閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a以使得第二電池30能夠進行充電/放電。例如，在所示的實施例中，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a在再生制動170和174期間閉合以對第二電池30充電。額外地，在第二電池30供電時，例如在達到其閾值電壓之前的巡航172和自動停止176的部分期間(例如，在微循環(huán)182和放電184之前)，閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a。

如上面關(guān)于在圖7a至7d中所述的實施例進行的討論，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以斷開以當不需要對第二電池30進行充電或放電時斷開第二電池30。例如，當鉛酸電池28供電時(例如，在切斷、經(jīng)曲柄冷啟動、加速和巡航期間)，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以是斷開的。額外地，當?shù)诙姵?0放電至閾值電壓(例如，128、130、156、182或184)時，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a可以是斷開的。比較地，鉛酸電池28與第二電池30一起可以在切斷(例如，118、146或168)期間供電，且交流發(fā)電機18可以使鉛酸電池28和第二電池30進行微循環(huán)，這是因為第二電池30直接聯(lián)接到總線26。

在一些實施例中，使鉛酸電池28自身進行微循環(huán)(例如，不使第二電池30進行微循環(huán))可以增加車輛的燃料經(jīng)濟性和/或減少不期望的排放，這是因為與兩個電池(例如，鉛酸電池28和第二電池30)相比，交流發(fā)電機18是對單個電池(例如，鉛酸電池28)進行充電的。額外地，不使第二電池30進行微循環(huán)可以提高第二電池30的壽命，這是因為在微循環(huán)期間沒有對第二電池30重復地進行充電和放電。因此，可以基于這些因素來減少半無源架構(gòu)50a的總成本。

類似地，如在圖4b中所示，包括用于選擇性地聯(lián)接鉛酸電池28的雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b可以提高鉛酸電池28的壽命且提高第二電池30的再充電效率。例如，當鉛酸電池28被維持在小于滿充電狀態(tài)(例如，第二部分電壓匹配的實施例)時，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b可以在再生制動期間斷開鉛酸電池28，以將所有再生電力導向更有效地捕獲再生電力的第二電池30。額外地，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b可以斷開鉛酸電池28，以使得第二電池30能夠在比鉛酸電池28的最大充電電壓更高(例如，過電壓)的更高電壓(例如，16.8伏)下進行充電以提高第二電池30的充電率。例如，在本實施例中，交流發(fā)電機18可以輸出高達16.8伏的電壓以對第二電池30進行充電。然而，鉛酸電池28的最大充電電壓可以是14.8伏，這是因為在該點之上，鉛酸電池28可以開始產(chǎn)生氧氣和氫氣，這會對鉛酸電池28的壽命產(chǎn)生負面影響。換句話說，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b可以是斷開的以使得第二電池30能夠在保護鉛酸電池28免受過電壓的影響的同時更優(yōu)化地進行充電，例如當電池28和30是非電壓匹配或部分電壓匹配時。

基于上述的半無源架構(gòu)50a、50b的各種實施例，由電池控制單元36利用的控制算法可以比用于無源電池系統(tǒng)42的算法更復雜。更具體地說，除了控制交流發(fā)電機18之外，電池控制單元36可以閉合和斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器52以控制半無源架構(gòu)50的操作。如上所述，雙穩(wěn)態(tài)繼電器52可以在電池28或30充電或放電時閉合且在其他情況下斷開。此外，圖8示出了用于在接通和切斷期間確定斷開和閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a的所需時間的方法186。最初，在方框188中，車輛10可以接收指示從熄火位置起動汽車的接通信號。當確定雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a的位置時，在方框190中，電池控制單元36可以確定第二電池30的電壓是否低于第一電池28的電壓。在做出該確定中，電池控制單元36確定第二電池30的充電狀態(tài)是否足夠高以在起動內(nèi)燃機24的同時向第一電池28提供支持。

例如，如果第二電池30具有大于或等于第一電池28的電壓，在方框192中，電池控制單元36則可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a閉合。在雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a閉合的情況下，第二電池30聯(lián)接到總線26。在聯(lián)接到總線26之后，可以立即將第二電池30用于輔助第一電池28起動內(nèi)燃機24。

可替代地，如果第二電池30具有小于第一電池28的電壓，在方框194中，電池控制單元36則可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a斷開。當?shù)诙姵?0的電壓低于第一電池28的電壓時，其可以指示第二電池30的充電狀態(tài)為非?！暗汀钡?。當?shù)诙姵?0的充電狀態(tài)非常低時，可以專門依靠第一電池28以起動車輛10，以避免更進一步地耗盡第二電池30的充電狀態(tài)。以這種方式，一旦第一電池28起動車輛10，第二電池30則可以按更高的效率被再充電至具有更多功能的充電狀態(tài)。

在方框190中確定電壓比較以及在方框192和194中閉合或斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a之后，在方框196中，第一電池28或電池28和30可以經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機24。通過經(jīng)曲柄起動內(nèi)燃機24，車輛10可以開始對電池進行再充電或使電池進行微循環(huán)，如上面所討論的。此外，電池控制單元36可以根據(jù)情況繼續(xù)斷開或閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a，如上面關(guān)于圖7a至7d討論中所討論的。例如，當車輛10進行再生制動以對第二電池30進行再充電時，電池控制單元36可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a閉合，或者當?shù)诙姵?0降低到指示低充電狀態(tài)的閾值電壓以下時，電池控制單元36可以指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a斷開。

隨后，在方框198中，車輛10可以接收指示用戶已停止車輛10的內(nèi)燃機24的切斷指示。在接收切斷指示之后，電池控制單元36可以立即指示雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a閉合。一旦雙穩(wěn)態(tài)繼電器52a閉合，當車輛10熄火時仍保持操作的電氣系統(tǒng)46的組件(例如，燈、風扇、發(fā)動機控制模塊、附件、門鎖等)可以由第二電池30供電。第二電池30可以在切斷指示之后繼續(xù)為組件供電直到第二電池30達到預定的閾值電壓，從接收到切斷指示后已經(jīng)過預定的時間量(例如，2至5分鐘)或指示乘客從車輛10離開的打開車輛10的門為止。此外，該方法186可以在完成方框200之后在方框188中立即重新開始。

在另一實施例中，電池控制單元36可以斷開雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b，以使得第二電池30能夠在保護鉛酸電池28免受過電壓影響的同時按最佳方式進行充電(例如，具有更高的充電電壓)。因此，電池控制單元36可以打開/關(guān)閉交流發(fā)電機18以及斷開/閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b，以將電池28和30中的每一個保持在各自的目標充電狀態(tài)。除了斷開/閉合雙穩(wěn)態(tài)繼電器52b以便將電池28和30保持在其目標充電狀態(tài)之外，電池控制單元36可以由于其他原因，諸如可能導致電池28或30中的一個位于其最佳操作區(qū)域之外的極端溫度而斷開電池28或30。

在圖9中示出了本文所述的電池單元的一個實施例。本文所述的電池單元可以是棱柱形電池單元202，其中如本文所限定的棱柱形電池單元202包括通常為矩形形狀的棱柱形外殼。與袋狀單元相比，棱柱形外殼由相對不可彎曲的硬(例如，金屬)材料制成。然而，應(yīng)注意的是，除了或代替棱柱形電池單元，下面所述實施例中的某些實施例可以包含袋狀單元。根據(jù)本實施例，每個棱柱形電池單元可以包括頂部外殼部分204，其中定位有一組單元端子32、34(例如，正極和負極單元端子)。一個或多個單元排氣孔206也可以位于頂部外殼部分204上。棱柱形單元外殼還包括位于與頂部外殼部分204相對處的底部外殼部分208?？梢允侵钡幕驁A形的第一和第二側(cè)210、212在對應(yīng)于單元端子32、34的各個位置上的底部和頂部外殼部分208、204之間延伸。可以是平坦的(如圖所示)或圓形的第一和第二面214、216在每個單元202的相對端聯(lián)接第一和第二側(cè)210、212。

所公開的實施例中的一個或多個可以單獨地或組合地提供一個或多個技術(shù)效果，其包括基于車輛10的操作情況將第一電池28或第二電池30與電氣系統(tǒng)46進行聯(lián)接或分離。說明書中的技術(shù)效果和技術(shù)問題是示例性的且不是限制性的。應(yīng)注意的是，在說明書中描述的實施例可以具有其他技術(shù)效果且能夠解決其他技術(shù)問題。

雖然僅示出和描述了某些特征和實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實質(zhì)上未脫離所公開主題的新穎教示和優(yōu)點的情況下可以想到許多修改和變化(例如，各種元件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參數(shù)值(例如，溫度、壓力等)、安裝布置、材料的使用、顏色，取向等的變化)。任何工藝或方法步驟的順序或序列可以根據(jù)可替代的實施例進行變化或重新排序。因此，要理解的是，所附權(quán)利要求旨在涵蓋落在本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這樣的修改和變化。而且，為了提供對示例性實施例的簡明描述，可能尚未描述實際實施方式的所有特征。應(yīng)理解的是，在任何這樣的實際實施方式的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計項目中，可以做出許多特定于實施方式的決定。這種開發(fā)工作可能是復雜和耗時的，但是對于受益于本公開的普通技術(shù)人員而言，其不過是進行設(shè)計、制作和制造的常規(guī)工作，而無需進行過度的實驗。