电池系统，电池管理方法与流程

1.本公开涉及一种电池系统和电池管理系统。


背景技术：

2.近年来，以电机驱动的电动车辆、和以内燃机和电机为动力源的混合动力车辆等已被普及。在具有用于驱动的电机驱动装置的车辆中，搭载有二次电池(以下，简称为“电池”)。
3.为了在安装有电池的车辆中监控电池的状态，已知有计算诸如充电状态(soc)的状态信息(参见日本公开专利公开jp2011-113759和jp2011-151983)。
4.顺便提及，在大多数情况下，诸如车辆的安装有电池的设备包括可拆卸的电池。因此，电池有多种使用模式。例如，可以操作安装有电池的设备。从设备中取出的电池可以通过电池充电器充电。从设备中取出的电池可以安装到另一个设备，从而可以操作另一个设备。考虑到包括电池更换的这样多种的使用模式，传统上存在不能继续精确地执行充电/放电控制的问题。
5.传统上，当在充电站对安装有电池的设备充电之后操作该设备时，例如，在设备上计算电池的soc，然后根据所计算的soc控制电池的充电/放电。然而，由于没有考虑到在电池被安装到设备之前的电池的状态信息，例如充电站的充电历史信息，因此在开始操作设备之后，可能不能精确地执行充电/放电控制。
6.鉴于上述情况，需要一种在电池的各种使用模式下允许继续精确地控制电池的充电/放电的机构。


技术实现要素：

7.本公开的一个方面是电池系统，包括：电池组，所述电池组包括串联连接的多个可充电的电池模块；电池管理装置，所述电池管理装置位于作为电池组的负载的设备中，电池管理装置能够与每个电池模块通信；第一电流传感器，所述第一电流传感器位于设备中，第一电流传感器配置成检测第一电流，第一电流在电池组与电池管理装置连接时流经电池组；电池充电器，所述电池充电器配置成对电池组进行充电，电池充电器能够与每个电池模块通信；以及第二电流传感器，所述第二电流传感器被包括在电池充电器中，第二电流传感器配置成检测第二电流，第二电流在电池组与电池充电器连接时流经电池组。多个可充电的电池模块中的每一个配置成用于检测对应的电池模块的电压。电池充电器包括配置成检测第二电流的第二电流传感器，第二电流在电池组与电池充电器连接时流经电池组。当电池组和电池管理装置连接，并且，电池组和电池充电器不连接时，每个电池模块中的一个和电池管理装置配置成基于对应的电池模块的电压和第一电流来计算对应的电池模块的状态信息，并且在对应的电池模块和电池管理装置之间共享所计算的每个电池模块的状态信息。当电池组和电池充电器连接，并且，电池组和电池管理装置不连接时，每个电池模块配置成基于对应的电池模块的电压和第二电流来计算对应的电池模块的状态信息，并且在对
应的电池模块和电池充电器之间共享所计算的每个电池模块的状态信息。每个电池模块包括第一存储器(内存)和第一控制器，第一控制器配置成：当通过电池管理装置计算对应的电池模块的状态信息时，从电池管理模块接收对应的电池模块的状态信息并将状态信息写入第一存储器；以及，当通过电池充电器计算对应的电池模块的状态信息时，从电池充电器接收对应的电池模块的状态信息并将状态信息写入第一存储器。电池管理装置包括第二存储器和第二控制器，第二控制器配置成：计算每个电池模块的状态信息并将状态信息写入第二存储器，或者，当通过对应的电池模块计算每个电池模块的状态信息时，从对应的电池模块接收每个电池模块的状态信息并将状态信息写入第二存储器。
8.本公开的另一个方面是用于电池组的电池管理方法，所述电池组包括串联连接的多个可充电的电池模块，电池组能够与位于作为电池组的负载的设备中的电池管理装置连接，并且能够与配置成对电池组进行充电的电池充电器连接。当电池组和电池管理装置连接，并且，电池组和电池充电器不连接时，上述方法包括以下步骤：(a-1)通过电池管理装置从位于设备中的第一电流传感器获得第一电流，所述第一电流流经电池组；(a-2)通过每个电池模块和电池管理装置中的一个，基于对应的电池模块的电压和通过电池管理装置获得的第一电流来计算对应的电池模块的状态信息；(a-3)在对应的电池模块和电池管理装置之间共享所计算的每个电池模块的状态信息。当电池组和电池充电器连接，并且，电池组和电池管理装置不连接时，上述方法包括以下步骤：(b-1)通过电池充电器从电池充电器中的第二电流传感器获得第二电流，所述第二电流流经电池组；(b-2)通过每个电池模块，基于对应的电池模块的电压和第二电流来计算对应的电池模块的状态信息；(b-3)在对应的电池模块和电池充电器之间共享所计算的每个电池模块的状态信息。
附图说明
9.图1示出了当电池组安装在车辆中时根据本发明实施方式的系统的一般系统结构。
10.图2示出了当电池组连接至充电站时根据本发明实施方式的系统的一般系统结构。
11.图3是当电池组连接到电动车辆时的功能框图。
12.图4是当电池组连接到充电站时的功能框图。
13.图5示出了根据本发明实施方式的系统中的单体管理单元中包括的存储器的结构。
14.图6示出了表示根据本发明实施方式的系统的主bmu处理的序列图。
15.图7示出了表示根据本发明实施方式的系统的主cmu处理的序列图。
16.图8示出了表示移交电池模块状态信息的示例的序列图。
17.图9示出了表示移交电池模块状态信息的示例的序列图。
18.图10示出了表示根据本发明实施方式的电池管理单元中的soc确定处理的流程图。
19.符号说明
[0020]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池系统
[0021]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池组
[0022]
20-1至20-4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池模块
[0023]
21-1至21-4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池单体组
[0024]
22-1至22-4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
单体管理单元(cmu)
[0025]
221
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器
[0026]
222
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
存储器
[0027]
223
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
单体监控单元
[0028]
224
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
can收发器
[0029]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池管理单元(bmu)
[0030]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器
[0031]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
存储器
[0032]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
can收发器
[0033]
4、7
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流传感器
[0034]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
车辆控制单元(vcu)
[0035]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
充电控制单元(ccu)
[0036]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器
[0037]
62
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
存储器
[0038]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
can收发器
[0039]
65
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
显示装置
[0040]
101
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池系统can总线
[0041]
102
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
车辆系统can总线
[0042]
cb、cv、cs
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
连接器
具体实施方式
[0043]
以下将说明根据本发明实施方式的电池系统1。根据实施方式的电池系统1配置成管理安装在车辆中的电池组(即，设备的示例)。
[0044]
因此，电池系统1的电池组有多种使用模式。例如，可以操作安装有电池组的车辆。从车辆上取出的电池组能够在充电站进行充电。从设备中取出的电池组可以安装到另一车辆，从而另一车辆可以被操作。考虑到这样的各种使用模式，根据实施方式的电池系统1配置成执行被包括在电池组中的多个电池模块中的每一个的状态信息的移交，例如，电池模块的状态信息从车辆中的电池管理单元移交到电池模块，或者电池模块的状态信息从电池模块移交到充电站。
[0045]
在本实施方式的说明中，充电站是本发明的电池充电器的示例。与用于经由在车辆处准备的入口对电池组充电的充电点不同，充电站是用于在从车辆中取出之后单独对电池组进行充电的设备。
[0046]
(1)电池系统的总体结构
[0047]
首先，下面将参考图1和图2对电池系统1的总体结构进行说明。图1示出了当电池组2安装在车辆中时根据本实施方式的电池系统1的一般系统结构。图2示出了当电池组2连接到充电站时根据本实施方式的电池系统1的一般系统结构。
[0048]
参照图1，当电池组2安装在车辆中时，车辆的连接器cv和电池组2的连接器cb连
接。在图1中大概地表示了连接器cv、cb。例如，电池组1包括串联连接的多个电池模块20-1至20-4。
[0049]
需注意的是，包括在电池组2中的电池模块的数量不限于图1中所示的数量，而可以是期望的数量。需注意的是，为了便于解释，根据以下说明，在车辆中安装单个电池组2；然而，可以在车辆中安装任何期望数量的电池组。
[0050]
多个电池模块20-1至20-4中的每一个，在下面的说明中通常被统称为“电池模块20”。
[0051]
每个电池模块20包括相互叠加的多个电池单体(即电池单体组)和一个单体管理单元(cmu)。即，如图1所示，多个电池模块20-1至20-4分别包括多个电池单体组21-1至21-4和多个单体管理单元22-1至22-4。每个电池单体组可通过电池单体的串联组合构成，每个组合包括并联连接的多个电池单体(例如，8s4p电池模块)。
[0052]
当在下述的说明中通常地提及时，多个电池单体组21-1至21-4中的每一个通常称为“电池单体组21”，并且多个单体管理单元22-1至22-4中的每一个通常称为“单体管理单元22”。
[0053]
在下述说明中，串联连接的电池单体组21-1至21-4的端子之间的电压等于对应的电池模块的电压，而串联连接的电池模块的端子之间的电压等于对应的电池组的电压。
[0054]
单体管理单元22包括用于控制对应的电池模块20的电路。当电池组2安装在车辆中时，单体管理单元22与车辆中的电池管理单元(bmu)3连接。电池系统控制器区域网络(can)总线101用于单体管理单元22和电池管理单元3之间的通信。
[0055]
当电池组2安装在车辆中时，形成将多个电池单体组21－1至21－4串联连接的闭合电路。车辆中的负载l1和设置在车辆中的电流传感器4(第一电流传感器的示例)在闭合电路中连接。电流传感器4配置成检测流经闭合电路的电流。
[0056]
负载l1可以是功率转换装置，例如逆变器。逆变器将电池组2的dc电压转换成ac电压，并将ac电压提供给用于驱动车辆的ac电机(例如，三相ac电机)。
[0057]
应注意的是，当单体管理单元22与车辆中的电池管理单元3连接时，电池组2可以在车辆减速时通过ac电机的电力再生来充电，或者可以经由车辆中的充电器、通过车辆的入口、通过家庭使用的商用电源或例如符合chademo标准的充电点(例如ev快速充电器)来充电。
[0058]
电池管理单元3配置成：获得通过电流传感器4检测的电流值；从电池模块20获得电池模块20的电压值；以及控制电池模块20的充电/放电。电池管理单元3连接到电流传感器4和作为车辆中的上级控制装置的车辆控制单元(vcu)5。车辆系统(can)总线102用于电池管理单元3和车辆控制单元5之间的通信。
[0059]
电池管理单元3配置成将电池组2的状态信息，例如充电状态(soc)或错误代码，发送至车辆控制单元5。例如，当从电池管理单元3接收到来自电池组2的soc信息之后，车辆控制单元5配置成以使在车辆的仪表板上显示表示所接收的soc指示符的方式进行控制。进而，当从电池管理单元3接收到错误代码之后，车辆控制单元5配置成以使在车辆的仪表板上显示警告指示的方式进行控制。
[0060]
参照图2，当电池组2连接到充电站时，充电站的连接器cs和连接器cb连接。在图2中大概地表示了连接器cs、cb。当电池组2连接到充电站时，单体管理单元22与充电站中的
充电控制单元(ccu)6连接。在这种情况下，能够经由can总线103在单体管理单元22和充电控制单元6之间进行通信。
[0061]
当电池组2连接到充电站时，形成将多个电池单体组21－1至21－4串联连接的闭合电路。设置在充电站中的电流传感器7(第二电流传感器的示例)连接在闭合电路中。电流传感器7配置成检测流经闭合电路的电流。
[0062]
充电控制单元6配置成：获得通过电流传感器7检测的电流值；从电池模块20获得电池模块20的电压值；以及控制电池模块20的充电。
[0063]
在通过使用can总线101至103的can通信中，单体管理单元22、电池管理单元3和充电控制单元6中的至少一个可以是发送节点或接收节点。从发送节点发送的数据帧包括数据和id。id是用于识别发送节点的信息。id还用于通信中的协调。即，当两个或更多个发送节点同时向总线发送帧时，根据两个或更多个发送节点的id，优先考虑哪个发送节点首先占用总线，从而避免来自具有不同id的发送节点的帧的冲突。
[0064]
来自发送节点的数据帧可以被发送以响应来自接收节点的远程帧，并且可以在没有远程帧的情况下被发送。
[0065]
(2)包括在电池系统1中的总体单元的结构
[0066]
接下来，将参考附图3至5说明包括在电池系统1中的单元的结构。图3是在根据本实施方式的电池系统1中当电池组2连接到车辆时的功能框图。图4是在根据本实施方式的电池系统1中当电池组2连接到充电站的功能框图。图5示出了根据本实施方式的系统中的单体管理单元22中包括的存储器的结构。
[0067]
在下述说明中，电池模块20的状态信息可以被简称为“状态信息”。
[0068]
(2-1)单体管理单元
[0069]
参照图3，单体管理单元22包括：控制器22(第一控制器的示例)、存储器222(第一存储器的示例)、单体监控单元223、和can收发器224。
[0070]
控制器221包括：微型计算机、只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)和模数(a/d)转换器。在控制器221中，微型计算机执行程序以实现电池模块20所需的功能。
[0071]
电池模块20所需的功能可以包括：
[0072]
(1-i)控制can收发器224，使得can收发器224从can总线101或103接收包括通过电流传感器4或电流传感器7检测的电流值的数据帧；
[0073]
(1-ii)在预定时间，基于电池模块20的电压值和从充电控制单元6获得的电流值，计算电池模块20的状态信息；
[0074]
(1-iii)控制can收发器224，使得can收发器224将包括所计算的电池模块20的状态信息的数据帧发送到can总线103；
[0075]
(1-iv)将所计算的状态信息或经由can收发器224接收的状态信息写入存储器222；以及
[0076]
(1-v)控制can收发器224，使得can收发器适当地224将包括电池模块20的电压值的数据帧发送到can总线101。
[0077]
存储器222可以是非易失性存储器，例如闪存。存储器222配置成存储用于识别电池模块20的电池模块代码和通过控制器221计算或从电池管理单元3获得的状态信息。当制造电池模块20时，电池模块代码被写入存储器222中。
[0078]
如图5所示，电池模块20的状态信息可包括参数，例如：充电状态(soc)、健康状态(soh)、循环计数和错误代码。在存储器222中，例如，为每个参数分配一个扇区。
[0079]
将soc和soh写入存储器222的时机可以是，但不限于每一个给定的周期(例如，每三秒)。应注意的是，用于计算soc和soh的时间间隔可以比用于将soc和soh写入存储器222的时间间隔短。
[0080]
在此，考虑到存储器222的寿命期间的编程/擦除周期，可以以下面的方式执行对存储器222的写入。
[0081]
例如，如图5所示，用于存储soc的存储器222的一个扇区包括2k字节(2048字节)的区域，并且soc的数据被依次写入每2字节的写入区域。如果当前所计算的soc与存储在前一第n-1
th
写入区域中的soc相比改变0.5％或更多，则当前所计算的soc随后被重写到第n
th
写入区域中。如果没有，则当前所计算的soc不被重写入第n
th
写入区域中。
[0082]
相似地，如图5所示，用于存储soh的存储器222的一个扇区包括2k字节(2048字节)的区域，并且soh的数据被依次写入每2字节的写入区域。如果当前所计算的soh与存储在前一第n-1
th
写入区域中的soh相比改变0.1％或更多，则当前所计算的soh随后被重写到第n
th
写入区域中。如果没有，则当前所计算的soh不被重写入第n
th
写入区域中。
[0083]
当所计算的soc低于50％或超过95％时，增加循环计数以写入存储器222的对应扇区。此时，增加到记录在第n-1
th
写入区域中的循环计数的值被写入第n
th
写入区域中。
[0084]
在soc是最频繁被重写的参数的情况下，soc的记录功能如下。根据上述存储器结构的例子，例如花费大约3,000秒将soc写入每个写入区域大约1,000次，将完成对分配给soc的对应扇区的所有区域的写入。然后，擦除该扇区的所有数据并重写新数据。假设编程/擦除循环为10万次，则存储器可使用(承受)约10年(＝10万
×
3,000秒)，这是充分的记录功能。如上所述，如果仅在先前值与当前值之间的差异较大时写入soc，那么存储器将可使用甚至更长的时间段。
[0085]
当满足任何一个预定错误发生条件的事件发生时，与该事件对应的错误代码被写入与该错误代码对应的存储器222的扇区。错误发生条件可以包括：例如由为电池模块20提供的温度传感器(未示出)检测到的温度高于阈值的条件；以及电池模块20的电压指示不规则值的条件。
[0086]
优选地，存储器222存储电池模块20独有的属性数据。
[0087]
属性数据包括以下各数据：制造商代码、制造日期、序列码、电池类型和组合码。例如，电池组2包括四个电池模块20，并且属性数据被分配给每个电池组2。四个电池模块20各自的每个存储器222可以存储任何一个属性数据。
[0088]
优选地，在单体管理单元22和电池管理单元3之间的的通信初始化期间，该属性数据被电池管理单元3参考以验证电池组2。例如，为电池组2的多个电池模块分配一个共同代码作为组合代码。然后，如果为电池组2的电池模块分配的所有组合代码不一致，电池管理单元3向车辆控制单元5发送一个错误代码。由此，可以保持电池组2中的电池模块的正确组合。在这种情况下，电池组2中的所有电池模块的使用历史是相同的，因此所有电池模块的soh都能够被均衡。
[0089]
单体监控单元223配置成检测电池单体组21的每个电池单体的端子之间的电压。单体监控单元223还配置成执行电池单体平衡。当电池单体组21的电池单体之间存在电压
差时，电池单体平衡的处理是为了基本平衡电池单体组21的串联在一起的每个电池单体的电压。通过电池单体的平衡，电池模块20的电池容量能够得到最大限度的利用。单体监控单元223是单体平衡器的示例。
[0090]
用于电池单体平衡的方法可以是但不限于被动平衡或主动平衡。
[0091]
can收发器224是配置成根据can协议进行通信的通信接口单元。
[0092]
can收发器224配置成从控制器221向can总线101、103发送信号(例如，对应于数据帧的信号)。can收发器224还配置成经由can总线101、103接收从电池管理单元3和充电控制单元6发送的信号。从can收发器224发送到can总线101、103的数据帧包括用于将单体管理单元22识别为发送节点的id。
[0093]
(2-2)电池管理单元
[0094]
再次参照图3，电池管理单元3包括：控制器31(第二控制器的示例)、存储器32(第二存储器的示例)、和can收发器33。
[0095]
控制器31包括：微型计算机、只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)和模数(a/d)转换器。在控制器31中，微型计算机执行程序以实现电池管理单元3所需的功能。
[0096]
电池管理单元3所需的功能可以包括：
[0097]
(2-i)控制can收发器33，使得can收发器33从can总线101接收包括电池模块20的电压值的数据帧。
[0098]
(2-ii)在预定时间，基于电池模块20的电压值和通过电流传感器4检测的电流值，计算电池模块20的状态信息；
[0099]
(2-iii)控制can收发器33，使得can收发器33将包括所计算的电池模块20的状态信息的数据帧发送到can总线101和102；以及
[0100]
(2-iv)确定要通知车辆控制单元5的soc(参考稍后将说明的soc确定)。
[0101]
存储器32可以是非易失性存储器，例如闪存。例如，存储器32配置成存储从电池模块20获得的电池模块代码以及通过控制器31所计算的或从单体管理单元22获得的电池模块20的状态信息。存储器32的结构可以与图5中所示的结构相同。
[0102]
参照上述功能(2-iv)，控制器31配置成基于从电池模块20获得的soc和记录在存储器32中的电池模块20的soc来确定要通知车辆控制单元5的soc。在执行初始化时进行该确定。下文将说明该确定的方法。
[0103]
如果在电池模块20-1至20-4之间存在电压或soc的差异，则控制器31可以控制电池模块20-1至20-4，使得每个电池模块的单体监控单元223基本上均衡电池模块20-1至20-4的电压或soc。例如，控制器31可以配置成向电池模块20-1至20-4通知关于电池模块的电压之中的最低电压值的信息，并且每个电池模块20的单体监控单元223可以对电池单体组21进行放电，直到电池模块20-1至20-4的每个电压达到通过控制器31通知的最低电压为止。
[0104]
控制器31可以优选地将基本均衡的soc数据的信息发送到每个电池模块20。
[0105]
can收发器33是配置成根据can协议进行通信的通信接口单元。
[0106]
can收发器33配置成从控制器31向can总线101、102发送信号(例如，对应于数据帧的信号)。can收发器33还配置成经由can总线101接收从单体管理单元22发送的信号。从can收发器33发送到can总线101、102的数据帧包括用于将电池管理单元3识别为发送节点的
id。
[0107]
(2-3)充电控制单元
[0108]
参照图4，充电控制单元6包括：控制器61、存储器62、和can收发器63。
[0109]
控制器61包括：微型计算机、rom、ram和a/d转换器。在控制器61中，微型计算机执行程序以实现充电控制单元6所需的功能。
[0110]
充电控制单元6所需的功能可以包括：
[0111]
(3-i)控制can收发器63，使得can收发器33从can总线103接收包括电池模块20的状态信息的数据帧。
[0112]
(3-ii)控制can收发器63，使得can收发器33向can总线103发送包括通过电流传感器7检测的电流值的数据帧；
[0113]
(3-iii)控制电池模块20的充电；以及
[0114]
(3-iv)生成图像数据，用于在充电站的显示装置65上显示从电池模块20获得的状态信息(例如soc)中的至少一个。
[0115]
存储器62可以是非易失性存储器，例如闪存。存储器62配置成在电池模块20被充电时存储从单体管理单元22获得的电池模块代码和电池模块20的状态信息。存储器62的结构可以与图5中所示的结构相同。
[0116]
can收发器63是配置成根据can协议进行通信的通信接口单元。
[0117]
can收发器63配置成从控制器61向can总线103发送信号(例如，对应于数据帧的信号)。can收发器33还配置成经由can总线103接收从单体管理单元22发送的信号。从can收发器63发送到can总线103的数据帧包括用于将充电控制单元6识别为发送节点的id。
[0118]
(3)计算soc和soh的方法
[0119]
如上所述，单体管理单元22基于电池模块20的电压值和从充电控制单元6获得的电流值计算电池模块20的状态信息，以及电池管理单元3基于电池模块20的电压值和通过电流传感器4检测的电流值计算电池模块20的状态信息。即，基于电池模块20的电压值和流经电池模块20的电流值计算出soc和soh。
[0120]
用于计算soc和soh的方法不受限制，但是下面将说明优选的方法。下面解释单体管理单元22计算soc和soh的情况；然而，这同样适用于电池管理单元3。
[0121]
在此，fcc0表示电池模块20的设计容量，即初始满充电容量(称为“初始容量”)，fcc(变量)表示电池模块20在其寿命期间的满充电容量。fcc随着电池模块20的使用和时间的流逝而减少。fcc的减少主要由于包括循环寿命和日历寿命的两种退化模式而发生。循环寿命涉及电池重复充电/放电的劣化模式，而日历寿命涉及电池保持不工作的劣化模式。
[0122]
在计算soh时，单体管理单元22参考查找表，以确定循环寿命和日历寿命的每个退化因素。循环寿命的查找表是指示循环计数与退化因素之间的相关性的数据，退化因素表示电池容量id退化的程度。循环寿命的查找表在预定放电深度(dod)的条件下，从循环计数和fcc的测量获得。
[0123]
日历寿命的查找表可以从实验结果中获得，在这种情况下，调整了soh的电池模块20在规定的温度下保持不操作。日历寿命的查找表是表明经过的时间和退化因素之间的相关性的数据，其代表了电池容量id退化的程度。
[0124]
单体管理单元22基于这两个退化因素依次地更新fcc(即，满充电容量)。即，fcc
(即，满充电容量)在电池模块20的寿命期间从fcc0(即，初始容量)逐渐减小。单体管理单元22接着根据以下等式计算soh：soh＝fcc/fcc0。
[0125]
需注意的是，利用设置在电池组2处的温度传感器，所计算的soh的精度可以更高。在这种情况下，可以为不同的温度提供每个查找表，并且可以在确定退化因素时参考每个查找表。
[0126]
单体管理单元22基于电池模块20的电压和流经电池模块20的电流值来计算由于充电/放电引起的电流消耗容量(称为“ccc”)。使用fcc和ccc计算电池模块20的soc。即，基于以下等式计算电池模块20的soc：soc＝1-(ccc/fcc)。
[0127]
(4)电池系统的行为
[0128]
接下来，将参考附图6和7说明根据本实施方式的电池系统1的行为。
[0129]
在根据本实施方式的电池系统1中，根据电池组2的使用条件执行主bmu处理或主cmu处理。
[0130]
主bmu处理是在电池组2连接到电池管理单元3的条件下执行的处理。在主bmu处理中，作为主设备工作的电池管理单元(bmu)3和作为从设备工作的电池模块20的单体管理单元22，协作地工作以计算和记录每个电池模块20的状态信息。图6示出了表示主bmu处理的序列图。
[0131]
主bmu处理是在电池组2连接到充电站的充电控制单元6并且电池组2没有连接到电池管理单元3的条件下执行的处理。在主bmu处理中，作为主设备工作的电池模块20的单体管理单元(cmu)22和作为从设备工作的充电站的充电控制单元6，协作地工作以计算和记录每个电池模块20的状态信息。图7示出了表示主cmu处理的序列图。
[0132]
当车辆正在行驶并且电池组2因此连接到电池管理单元3时，执行主bmu处理。当电池组2经由车辆中的充电器(未示出)通过充电点充电时，电池组2连接到电池管理单元3，因此执行主bmu处理。例如，每三秒执行一次主bmu处理。
[0133]
另一方面，当电池组2在从车辆移除之后通过连接到充电站的充电控制单元6而被充电时，电池组2没有连接到电池管理单元3，因此执行主cmu处理。例如，每三秒执行一次主cmu处理。
[0134]
应注意的是，用于执行主bmu处理和主cmu处理的时间间隔可以比用于将soc和soh写入存储器的时间间隔(例如三秒)短。
[0135]
(4-1)主bmu处理(图6)
[0136]
如上所述，在主bmu处理中，作为主设备工作的车辆的电池管理单元3和作为从设备工作的电池模块20的单体管理单元22，协作地工作以基本实时地计算电池模块20的状态信息。
[0137]
参照图6，在主bmu处理中，作为子程序的步骤s10至s26被依次重复执行。在该子程序中，如上所述，计算soc和soh，并在每个时间段(例如，每三秒)将其写入电池管理单元3的存储器32和单体管理单元22的存储器222中。
[0138]
既，如果从前一写入时间到下一写入时间已经过去了一段时间(步骤s10：是)，则电池管理单元3获得通过设置在车辆中的电流传感器4检测的电流值。进而，电池管理单元3向单体管理单元22发送对电池模块20的电压数据的数据请求(步骤s13)。响应于该数据请求，单体管理单元22将包括电池模块20的电压值的电压数据发送到电池管理单元3(步骤
s14)。
[0139]
接着，电池管理单元3计算电池模块20的状态信息(步骤s16)。更具体地，电池管理单元3基于在步骤s12和s14中获得的电流值和电压值来计算作为电池模块20的状态信息的soc和soh。用于计算soc和soh的方法可以如已说明的那样。例如，当满足所计算的soc变得低于50％或超过95％的条件时，作为电池模块20的状态信息之一的循环计数增加。即，在步骤s16中，计算soc、soh、循环计数的每个数据，作为电池模块20的状态信息。
[0140]
尽管在图6的序列图中未示出，但是当满足关于电池模块20的任何预定错误发生条件的事件发生时，电池管理单元3将与该事件对应的错误代码识别为电池模块20的状态信息。
[0141]
然后，电池管理单元3将soc、soh、循环计数和在发生事件时的错误代码作为电池模块20的状态信息发送到单体管理单元22和车辆控制单元5(步骤s18、s20)，并且将它们写入存储器32(步骤s22)。单体管理单元22将在步骤s18中接收到的状态信息写入存储器222(步骤s24)。车辆控制单元5基于在步骤s20中接收的状态信息执行更新车辆的显示信息的处理(步骤s26)。
[0142]
在步骤s26中，当从电池管理单元3接收到电池模块20的soc信息时，车辆控制单元5配置成在车辆中的仪表板上显示与soc对应的soc指示符。当从电池管理单元3接收到错误代码时，车辆控制单元5配置成在车辆的仪表板上显示与错误代码对应的警告指示。
[0143]
如上所述，如果在步骤s22和s24中满足条件，则数据被依次写入存储器的每个写入区域。例如，在soc的情况下，如果当前所计算的soc与存储在前一第n-1
th
写入区域中的soc相比改变0.5％或更多，则当前所计算的soc随后被重写到第n
th
写入区域中。如果没有，则当前所计算的soc不被重写入第n
th
写入区域中。
[0144]
通过执行图6的主bmu处理，计算电池模块20的soc、soh和循环计数，并且在电池模块20被充电/放电时，每隔一定时间段将它们的历史数据记录到存储器中。如果数据被写入分配给soc、soh和循环计数的存储器的每个扇区的所有写入区域，则数据被擦除，新数据被重写入对应的扇区。
[0145]
(4-2)主cmu处理(图7)
[0146]
如上所述，在主cmu处理中，作为主设备工作的电池模块20的单体管理单元22和作为从设备工作的充电控制单元6，协作地工作以基本实时地计算电池模块20的soc和soh。
[0147]
参照图7，在主cmu处理中，从开始充电(步骤s30)到终止充电(步骤s48)，作为子程序的步骤s32至s46被依次重复执行。在该子程序中，如上所述，计算soc和soh，并在每个时间段(例如，每三秒)将其写入单体管理单元22的存储器222和充电控制单元6的存储器62中。
[0148]
即，如果从前一写入时间到下一写入时间已经过去了一段时间(步骤s32：是)，则单体管理单元22向充电控制单元6发送电流数据的数据请求(步骤s33)。响应于该数据请求，充电控制单元6将包括电池模块20的电流值的电流数据发送到电池管理单元3(步骤s34)。进而，单体管理单元22获得电池模块20的电压值(步骤s36)。
[0149]
优选地，规定专门分配给充电控制单元6和单体管理单元22之间的通信的寄存器和消息id，并且可以经由所分配的消息id来执行步骤s34处的电流数据的发送。通过规定寄存器被激活的条件，单体管理单元22能够识别出通信伙伴从电池管理单元3改变为充电控
制单元6。
[0150]
接着，单体管理单元22计算电池模块20的状态信息(步骤s38)。更具体地，单体管理单元22基于在步骤s34和s36中获得的电流值和电压值来计算作为电池模块20的状态信息的soc和soh。用于计算soc和soh的方法可以如已说明的那样。例如，当满足所计算的soc变得低于50％或超过95％的条件时，作为电池模块20的状态信息之一的循环计数增加。即，在步骤s38中，计算soc、soh、循环计数的每个数据，作为电池模块20的状态信息。
[0151]
尽管在图7的序列图中未示出，但是当满足关于电池模块20的任何预定错误发生条件的事件发生时，单体管理单元22将与该事件对应的错误代码识别为电池模块20的状态信息。
[0152]
然后，单体管理单元22将soc、soh、循环计数和在发生事件时的错误代码作为电池模块20的状态信息发送到充电站(步骤s40)，并且将它们写入存储器222(步骤s42)。充电站的充电控制单元6将在步骤s40中接收到的状态信息写入存储器62(步骤s44)。
[0153]
与主bmu处理类似，如果在主cmu处理中的步骤s42和s44中满足条件，则数据被依次写入存储器的每个写入区域。
[0154]
通过执行图7的主cmu处理，计算电池模块20的soc、soh和循环计数，并且在电池模块20被充电时，每隔一定时间段将它们的历史数据记录到存储器中。如果数据被写入分配给soc、soh和循环计数的存储器的每个扇区的所有写入区域，则数据被擦除，新数据被重写入对应的扇区。
[0155]
充电站的充电控制单元6判断是否满足充电终止条件，例如soc超过阈值。如果不满足充电终止条件(步骤s46：否)，则充电控制单元6返回到步骤s33以等待来自单体管理单元22的日期请求。如果满足充电终止条件(步骤s46：是)，则充电控制单元6终止对电池模块20的充电(步骤s48)。
[0156]
(5)电池系统中电池模块的状态信息的移交行为
[0157]
接着下面将说明，考虑到电池组2的使用模式，如何移交电池组2的电池模块20的状态信息，并且因此如何在单体管理单元22和电池管理单元3之间，以及在单体管理单元22和充电控制单元6之间共享状态信息。
[0158]
以下，参照图8～图10，对本实施方式的电池系统1中的电池模块20的状态信息的移交行为进行说明。
[0159]
图8和图9是表示根据本实施方式的电池系统1中的电池模块20的状态信息的移交的示例的序列图。图10示出了表示当车辆通电时用于确定要从电池管理单元3通知给车辆控制单元5的soc的soc确定处理的流程图。
[0160]
(5－1)关于电池模块的状态信息的第一实施例(图8)
[0161]
图8是在电池组2在车辆中充电/放电的情况与电池组2在充电站处充电的情况之间存在变化的情况的序列图。
[0162]
首先，假设对安装在车辆中的电池组2进行充电/放电(即，执行图6的主bmu处理)(步骤s50)。在步骤s50的主bmu处理中，电池模块20的状态信息基本上实时地依次记录在单体管理单元22中。
[0163]
接着，假设电池组2从车辆上移除，并连接到充电站为电池组2充电。充电站配备有用于物理地或电气地检测电池组2已经连接到充电站的检测机构。当检测到电池组2的每个
电池模块20已经连接到充电站时(步骤s52)，在充电站的充电控制单元6和电池模块20的单体管理单元22之间建立can通信以执行初始化(步骤s54)。
[0164]
在步骤s54的初始化期间，记录在单体管理单元22的存储器222中的状态信息被移交到充电站的充电控制单元6。更具体地，单体管理单元22将记录在存储器222中的电池模块20的状态信息发送到充电控制单元6，并且充电控制单元6将接收到的状态信息记录到存储器62中。即，一旦电池组2连接到充电站，则在电池组2的电池模块20和充电控制单元6之间共享电池组2的电池模块20的状态信息。
[0165]
在初始化完成之后，充电控制单元6进行控制，使得开始对电池模块20进行充电。在此，由于充电控制单元6不考虑启动前的状态信息而启动对电池模块20的充电控制，因此能够精确地执行充电控制。
[0166]
在电池模块20被充电的同时，在单体管理单元22和充电控制单元6之间执行主cmu处理(步骤s56)，从而在其间基本上实时地共享电池模块20的状态信息。
[0167]
接着，假设在电池组2的充电终止之后，电池组2再次安装在车辆中，并且车辆被通电。在通电之后，在单体管理单元22和电池管理单元3之间以及在电池管理单元3和车辆控制单元5之间建立can通信。此后，执行至少包括步骤s80至s90的初始化。
[0168]
首先，记录在单体管理单元22的存储器222中的电池模块20的状态信息被移交到电池管理单元3。更具体地，单体管理单元22将记录在存储器222中的电池模块20的状态信息发送到充电控制单元3，并且充电控制单元3将接收到的状态信息记录到存储器32中。
[0169]
优选地，执行验证以便明确安装在车辆中的电池组2是否包括电池模块20的正确组合。在这种情况下，单体管理单元22将其属性数据的组合id以及状态信息发送到电池管理单元3(步骤s80)。如果来自电池组2的每个电池模块20的属性数据中包括的所有组合代码都相同，从而指示电池模块20的正确组合(步骤s82：是)，则电池管理单元3将在s80处接收的状态信息记录在存储器32中(步骤s86)。即，一旦电池组2安装到车辆中，则在电池组2的电池模块20和电池管理单元3之间共享电池组2的电池模块20的状态信息。
[0170]
另一方面，如果来自电池组2的每个电池模块20的属性数据中所包括的所有组合代码不相同(步骤s82：否)，则电池管理单元3向车辆控制单元5发送错误代码(步骤s84)。当接收到错误代码时，车辆控制单元5在车辆的仪表板上显示与错误代码对应的警告指示(步骤s92)。
[0171]
在电池组2包括电池模块20的正确组合的情况下，电池管理单元3执行soc确定(步骤s88)。soc确定是用于在电池组2安装在车辆中之后将soc(称为“vx”)确定为在车辆的仪表盘处显示的soc指示符的基础的处理。在图10的流程图中示出了soc确定的细节。
[0172]
以下，参照图10说明soc确定(判定)。
[0173]
首先，在soc确定中，电池管理单元3计算δsoc，即v1和v2之间的差，v1是电池管理单元(bmu)3的存储器32中最后记录的soc，v2是在移交时从单体管理单元(cmu)22接收的最新soc(步骤s100)。在图8的示例中，电池管理单元(bmu)3的存储器32中最后记录的soc是在步骤s50的主bmu处理中最后写入存储器32的soc。在移交时从单体管理单元(cmu)22接收的最新soc是在步骤s80接收的最新soc。
[0174]
接着，电池管理单元3以下面的方式确定作为soc指示符的基础的vx，即soc。如果|δsoc|，即δsoc的绝对值小，例如，|δsoc|等于或小于5％，则将vx确定为v1(即，vx＝v1
(即，存储器32中最后记录的soc))(步骤s104)。如果|δsoc|大，例如，|δsoc|等于或大于10％，则将vx确定为v2(即，vx＝v1(即，最新移交的soc))(步骤s108)。例如，如果|δsoc|大于5％并小于10％，则将vx确定为v1和v2的平均值(步骤s106)。
[0175]
当注意的是，作为v1和v2的平均值的vx仅仅是示例，并且vx可以是v1和v2之间的任何值。在上述实施例中，v1、v2和vx分别是第一soc，第二soc和第三soc的示例。
[0176]
之所以如图10所示确定soc(即vx)，是因为在车辆的仪表板上显示的soc指示器应该在带电池组2的车辆通电重启的情况下，以及在电池组2安装到车辆后首次通电的情况下表现出一致性。在前一种情况下，电池模块20的实际soc几乎没有变化，而在后一种情况下，电池模块20的实际soc在通电前后由于对电池组2的充电等原因会有很大的变化。然而，电池管理单元3不能区分前一种情况和后一种情况。因此，如果vx总是被确定为v1(即存储器32中最后记录的soc)，soc指示器将在通电后立即显示低soc，与驾驶员的期望相左，甚至在电池组2被充电后也是如此。另一方面，如果vx总是被确定为v2(即最新移交的soc)，soc指示器可能会在通电后立即显示soc的变化，甚至在车辆再次通电后也是如此，这可能导致司机感到困惑。
[0177]
如上所述，如图10所示，优选根据v1和v2之间的差的绝对值确定vx，从而soc指示器可以表现出一致性。需注意的是，利用上述vx确定，在电池模块20的实际soc和所显示的soc之间可能存在误差；然而，该误差不是问题，因为soc指示符的分辨率通常较低。例如，通常的情况是soc指示符包括若干刻度(从空到满)来指示soc，并且分辨率甚至可能低于误差。
[0178]
再次参照图8，在初始化完成之后，响应于车辆行为开始电池组2的充电/放电。此时，电池管理单元3基于从电池模块20移交的状态信息开始控制对电池模块20的充电/放电。在此，由于电池管理单元3不考虑启动前的状态信息而启动对电池模块20的充电/放电控制，因此可以精确地执行充电/放电控制。在电池组2的充电/放电开始之后，在单体管理单元22、电池管理单元3和车辆控制单元5之间执行主bmu处理(参见图6)(步骤s94)。
[0179]
(5-2)关于电池模块的状态信息的第二实施例(图9)
[0180]
图9是更换安装在车辆中的电池组2的情况的序列图。
[0181]
首先，假设包括电池模块20a的电池组被安装在车辆中并且在车辆中充电/放电(即，执行图6的主bmu处理)(步骤s70)。在步骤s70的主bmu处理中，电池模块20a的状态信息基本上实时地依次记录在单体管理单元22中。
[0182]
接着，假设更换电池组2。即，假设安装了包括电池模块20b的电池组，以更换包括电池模块20a的电池组，然后车辆通电。
[0183]
在这种情况下，步骤s80至s94的序列图中的流程与图8中的流程相同。即，记录在电池模块20b中的状态信息在初始化期间被移交给电池管理单元3。即，一旦将包括电池模块20b的电池组安装在车辆中，则在电池组的电池模块20b和电池管理单元3之间共享电池模块20b的状态信息。然后，电池管理单元3基于从电池模块20b移交的状态信息开始控制对电池模块20b的充电/放电。在此，由于电池管理单元3不考虑启动前的状态信息而启动对电池模块20的充电/放电控制，因此可以精确地执行充电/放电控制。
[0184]
应当注意的是，soc确定也在图9中的步骤s88处执行。因此，即使电池模块20a的最后记录的soc与从电池模块20b移交的最后的soc之间存在差异，soc指示符也可以进行呈
现，使得驾驶员不会感到困惑。
[0185]
如上所述，在根据本实施方式的电池系统1中，当电池组2和电池管理单元3连接，并且电池组2和充电站的充电控制单元6不连接时，在每个电池模块20和电池管理单元3之间共享每个电池模块20的状态信息。当电池组2和充电站的充电控制单元6连接，并且电池组2和电池管理单元3不连接时，在每个电池模块20和充电控制单元6之间共享每个电池模块20的状态信息。例如，当电池组2和电池管理单元3连接时，每个电池模块20的状态信息被移交给电池管理单元3；当电池组2和充电站连接时，每个电池模块20的状态信息被移交给充电控制单元6。因此，在要更换安装在车辆中的电池组2的情况下，或者在将电池组2从车辆移除以便在充电站处充电的情况下，例如，考虑到移交状态信息，能够启动用于车辆中的电池模块20的充电/放电控制，以及用于充电站处的电池模块20的充电控制。因此，能够优化充电控制和/或放电控制。
[0186]
在根据本实施方式的电池系统1中，单体管理单元22存储关于电池模块20的soc、soh和错误代码等的历史数据。通过将该信息移交给车辆或充电站，电池管理单元3和/或充电控制单元6能够考虑到迄今为止关于soc、soh和错误代码的历史数据来启动充电/放电控制或充电控制，从而实现精确的充电和/或放电控制。
[0187]
在根据本实施方式的电池系统1中，待移交的电池模块20的状态信息可限于soc、soh、循环计数和错误代码。因此，单元的每个存储器的存储容量能够相对较小。
[0188]
另一方面，诸如满充电容量(ffc)的其它信息可以在每个特定时间段被额外地保存和移交。
[0189]
在根据本实施方式的电池系统1中，为了计算电池模块20的正确状态信息，在车辆和充电站中设置用于检测流经电池模块20的电流值的电流传感器。换而言之，电池模块20没有设置电流传感器。因此，当存储正确的状态信息时，电池模块20的成本可以相对较小。
[0190]
在根据上述实施方式的图6的主bmu处理中，车辆中作为主设备工作的电池管理单元3和作为从设备工作的电池模块20的单体管理单元22协作地工作以计算电池模块20的soc和soh；然而，本发明不限于该实施例。在主bmu处理中，作为主设备工作的电池模块20的单体管理单元22和作为从设备工作的车辆中的电池管理单元3可以协作地工作以计算电池模块20的soc和soh。在这种情况下，单体管理单元22可以从电池管理单元3获得通过电流传感器4检测的电流值。然后，单体管理单元22可以基于电池模块20的电压值和从电池管理单元3获得的电流值来计算电池模块20的soc和soh。
[0191]
在根据上述实施方式的图7的主cmu处理中，作为主设备工作的电池模块20的单体管理单元22和作为从设备工作的充电控制单元6协作工作以计算电池模块20的soc和soh；然而，本发明不限于该实施例。在主cmu处理中，作为主设备工作的充电控制单元6和作为从设备工作的电池模块20的单体管理单元22可以协作地工作以计算电池模块20的soc和soh。在这种情况下，充电控制单元6可以从单体管理单元22获得电池模块20的电压值。然后，充电控制单元6可以基于从单体管理单元22获得的电压值和通过电流传感器7检测到的电流值来计算电池模块20的soc和soh。
[0192]
这里所叙述的所有实施例和条件性语言都是出于教学目的，以帮助读者理解本发明和本发明人为促进本领域而贡献的概念，并应被理解为不限于这些具体叙述的实施例和条件，在说明书中组织这些实施例也不涉及显示本发明的优势和劣势。尽管已经详细描述
了本发明的实施方式，但是应当理解，在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。