串聯(lián)連接的電池元件中的異常充電事件的穩(wěn)定狀態(tài)檢測(cè)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(cè)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(wèn)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(shí)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(kāi)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(chǔ)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(chǔ)單元通常是可重復(fù)充電的電池。所有這些單元共同存儲(chǔ)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(gè)模塊包括一個(gè)或多個(gè)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(duì)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(gè)具體的問(wèn)題在于，在個(gè)體的層面，串聯(lián)元件并不相同并且存儲(chǔ)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(jiàn)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(guò)度充電或者過(guò)度放電。
[0005]鋰離子電池的過(guò)度充電會(huì)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(duì)包括多于一個(gè)的串聯(lián)元件的電池組進(jìn)行充電時(shí)，即使在電池組的電壓并未指示過(guò)度充電時(shí)，串聯(lián)元件電荷狀態(tài)的初始不平衡也會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)元件中的一個(gè)或多個(gè)的過(guò)度充電。為了消除這種潛在的危險(xiǎn)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(duì)于過(guò)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(wú)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(duì)電池組中的串聯(lián)元件過(guò)度充電進(jìn)行識(shí)別的系統(tǒng)。
[0006]需要一種用于識(shí)別串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)元件中的異常充電事件，并且對(duì)所檢測(cè)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(kāi)了一種用于識(shí)別串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)元件的異常充電事件并對(duì)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(duì)與檢測(cè)串聯(lián)連接的元件的異常充電事件并對(duì)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(guò)將全部說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求、附圖和摘要作為整體進(jìn)行考慮能夠獲得對(duì)本發(fā)明各個(gè)方面的完整理解。本發(fā)明能夠應(yīng)用于除電動(dòng)汽車(chē)之外的其它應(yīng)用，諸如提供可再生能源生成(例如，太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電機(jī))的能量時(shí)間變化的存儲(chǔ)能量情形，應(yīng)用于串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)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(gè)串聯(lián)連接的電池元件能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的異常充電事件檢測(cè)器，包括數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，其在該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作期期間針對(duì)該多個(gè)串聯(lián)連接的電池元件中的每個(gè)電池元件確定一系列依賴于充電的參數(shù)；控制器，其耦合至該數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，根據(jù)該系列依賴于充電的參數(shù)確定該多個(gè)串聯(lián)連接的電池元件中的每個(gè)電池元件的表征；其中該表征包括以該操作期為跨度的多個(gè)時(shí)間段中的每個(gè)時(shí)間段的正常特征模式和異常特征模式之一；并且其中每當(dāng)所選擇的一個(gè)電池元件的表征在預(yù)期正常特征模式的任何特定時(shí)間段中包括異常特征模式，該控制器針對(duì)該所選擇的一個(gè)電池元件檢測(cè)異常充電事件。
[0009]一種具有多個(gè)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(chǔ)系統(tǒng)，包括電壓測(cè)量和平衡系統(tǒng)，其檢測(cè)并減小該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的多個(gè)電池元件的電壓水平之間的電壓不平衡，其中該電壓測(cè)量和平衡系統(tǒng)使用第一檢測(cè)模態(tài)(modality)來(lái)確定電壓不平衡的存在；和異常充電事件檢測(cè)器，其使用不同于該第一檢測(cè)模態(tài)的第二檢測(cè)模態(tài)而針對(duì)異常充電事件對(duì)該多個(gè)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(cè)具有多個(gè)串聯(lián)連接的電池元件的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的異常充電事件的方法，包括a)在該能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作期期間針對(duì)該多個(gè)串聯(lián)連接的電池元件中的每個(gè)電池元件確定一系列依賴于充電的參數(shù)山)根據(jù)該系列依賴于充電的參數(shù)確定該多個(gè)串聯(lián)連接的電池元件中的每個(gè)電池元件的表征；其中該表征包括以該操作期為跨度的多個(gè)時(shí)間段中的每個(gè)時(shí)間段的正常特征模式和異常特征模式之一；以及c)每當(dāng)在所選擇的一個(gè)電池元件的表征在預(yù)期正常特征模式的任何特定時(shí)間段中包括異常特征模式，針對(duì)該所選擇的一個(gè)電池元件檢測(cè)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(shuō)明書(shū)內(nèi)的發(fā)明還可以包括在該簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)而被提出，但是它們可能在該說(shuō)明書(shū)中的一個(gè)或多個(gè)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(gè)。換句話說(shuō)，本發(fā)明的不同實(shí)施例可能解決在說(shuō)明書(shū)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(shuō)明書(shū)中有所討論的一個(gè)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(shì)將通過(guò)回顧包括說(shuō)明書(shū)、附圖和權(quán)利要求在內(nèi)的本公開(kāi)而是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)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(shuō)明書(shū)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(lái)對(duì)本發(fā)明的原則加以解釋。
[0014]圖1圖示了能量存儲(chǔ)系統(tǒng)；
[0015]圖2圖示了對(duì)于單個(gè)代表性串聯(lián)元件的負(fù)載電壓相對(duì)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(cè)和響應(yīng)的系統(tǒng)；
[0019]圖6圖示了檢測(cè)處理的流程圖；
[0020]圖7圖示了串聯(lián)電池元件的集合的瞬態(tài)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態(tài)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(shí)別串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)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(qǐng)及其要求的上下文中進(jìn)行提供。
[0023]針對(duì)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(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是輕易顯而易見(jiàn)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(duì)于尤其是用于存儲(chǔ)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(gè)串聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)元件的可重復(fù)充電的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)而言，尤其是對(duì)所識(shí)別的個(gè)體串聯(lián)元件中的異常充電事件進(jìn)行檢測(cè)是非常重要的。以下公開(kāi)內(nèi)容包括了異常充電事件的檢測(cè)以及針對(duì)所檢測(cè)到的異常充電事件的可能響應(yīng)。該檢測(cè)涉及到兩種不同類型的情形中的檢測(cè):“穩(wěn)定狀態(tài)”情形和“瞬態(tài)”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(cè)的、持續(xù)的、較長(zhǎng)時(shí)間標(biāo)度的(幾分鐘，到幾小時(shí)，到更長(zhǎng)時(shí)間段)并且相對(duì)較低能量的那些情形，而“瞬態(tài)”情形則趨向于是這種情形的對(duì)立面:是不可預(yù)測(cè)的、變化的、較短時(shí)間標(biāo)度的(?I秒鐘到幾分鐘)并且能量相對(duì)更高。對(duì)這些情形進(jìn)行歸類并沒(méi)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(dòng)汽車(chē)(EV)情形和2)靜態(tài)存儲(chǔ)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(chǔ)情形中，所存儲(chǔ)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(duì)于EV而言，內(nèi)部的可再生事件代表了瞬態(tài)情形，以及對(duì)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(duì)于靜態(tài)存儲(chǔ)情形而言，從風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電代表了瞬態(tài)情形。
[0025]無(wú)論被歸類為瞬態(tài)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(cè)并且能夠?qū)惓３潆娛录z測(cè)為過(guò)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(cè)并且能夠?qū)⑷魏萎惓３潆娛录z測(cè)為過(guò)度放電事件?；谇樾蔚念愋投褂貌煌男畔⒑头椒ㄟM(jìn)行檢測(cè)。寬泛地講，檢測(cè)利用了任何對(duì)負(fù)載電壓相對(duì)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(gè)或多個(gè)電池單元中的能量存儲(chǔ)發(fā)生變化時(shí)(例如，在充電和放電期間)檢測(cè)實(shí)際SOC和所測(cè)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(cè)量的差。
[0026]對(duì)所檢測(cè)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(shuō)，適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)將會(huì)取決于所檢測(cè)到的異常充電事件是過(guò)度充電事件還是過(guò)度放電事件。
[0027]出于本申請(qǐng)的目的，“瞬態(tài)”意味著大約I秒、幾分鐘的時(shí)間段或者更短的時(shí)間段。出于本申請(qǐng)的目的，“穩(wěn)定狀態(tài)”意味著數(shù)分鐘、數(shù)小時(shí)的時(shí)間段或者更長(zhǎng)的時(shí)間段。
[0028]本申請(qǐng)是針對(duì)異常充電事件的檢測(cè)和響應(yīng)的各個(gè)方面的四份相關(guān)申請(qǐng)之一。除了本申請(qǐng)之外，其它三份申請(qǐng)是與此同時(shí)提交的題為“TRANSIENT DETECT1N OF ANEXCEPT1NAL CHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT” 的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?__(代理所卷號(hào)20109-7100);與此同時(shí)提交的題為“TRESPONSE TO
DETECT1N OF AN OVERCHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT”的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?_(代理所卷號(hào)20109-7102);以及與此同時(shí)提交的題為“RESPONSE
TO DETECT1N OF AN OVERDISCHARGE EVENT IN A SERIES CONNECTED BATTERY ELEMENT”
的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?_(代理所卷號(hào)20109-7103)。所有這些申請(qǐng)都出于所有目的而通過(guò)引用全文結(jié)合于此。
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