用能量存储元件和两层开关进行有源单元平衡的电池模块制造技术

一种电池系统包括电池模块、有源单元平衡电路和电池控制器。每个单元具有径向相对的正和负单元接头。该电路包括电压传感器，以及第一和第二层开关以及能量存储元件(在电池模块的每一端处)。每个电压传感器位于相邻单元的不同对之间。控制器接收来自传感器的测量的电压，其指示相邻电池单元之间的电势。响应于测量的电压，控制器命令第一层选择性地将单元的指定对连接到相应的第二层或断开连接。控制器还命令第二层选择性地将指定的单元连接到相应的能量存储元件或断开连接。这个动作在电池单元的指定对之间穿梭输送能量，以平衡电荷状态。

Battery module for active cell balancing with energy storage element and two-layer switch

【技术实现步骤摘要】
用能量存储元件和两层开关进行有源单元平衡的电池模块引言电化学电池为各种机电系统中的扭矩产生电机和其他电气装置提供电能。电池模块包括以堆叠方式布置的多个互连电池单元。在给定的电池单元内，薄的隔离层可以设置在带相反电荷的电极箔之间。隔板材料，诸如聚乙烯或聚丙烯薄膜，用作绝缘体以帮助防止电气短路。将电极箔和隔板材料密封在含有电解质溶液的箔袋内，电解质溶液允许电极之间的电子自由转移。在一些实施例中，使用上述箔袋结构的电池单元可具有对称的单元接头配置。对称的电池接头配置是其中每个电池单元的正电池接头和负电池接头从袋的相对的周缘突出的配置。多个类似构造的电池单元的单元接头经由导电构件或母线帽串联或并联电连接，以构造具有特定应用电压容量的电池模块。电池模块可以包括电池控制器和实现为柔性电路或刚性印刷电路板的一个或多个单元感测板(CSB)。CSB可用于读取各个电池单元电压，即阴极和阳极之间的总电势，以及其他相关的电池数据，诸如单元温度。然后，CSB将测量的电池数据报告给电池控制器，作为整体电池控制和电源管理策略的一部分。因此，为了正确地测量各个单元电压，现有的电池管理技术可以包括在每个电池单元的电池接头之间延伸电缆或线束。
技术实现思路
本文公开了一种电池系统，其具有电池模块和控制器。电池模块包括单元平衡电路和多个电池单元，每个电池单元具有上面一般描述的类型的对称电池单元配置。控制器使用单元平衡电路执行有源单元平衡方法，以在受控方式中在电池单元的指定对之间穿梭输送能量。本方法旨在当执行单元电压测量和平衡操作以及其他电池管理功能时，消除对各种电池单元的电池接头之间的延长线的需要。另外，相对于某些类型的无源平衡操作，使用所公开的单元平衡电路可以减少能量损失。单元平衡电路采用两层有源单元平衡机械化。本文使用的术语“层”是指开关相对于堆叠或互连电池单元串的定位。第一层开关，例如单极开关，将电池单元的指定对连接到第二层开关。第二层开关可以是双极开关，将电池单元的指定对连接到能量存储元件(例如电容器或电感器)或断开连接。在堆叠内的每两个相邻电池单元之间进行电压测量，对开关进行总体控制最终平衡电池单元的电荷状态。本文公开了一种电池系统，其在一个示例性实施例中包括电池模块、有源单元平衡电路和电池控制器。电池模块具有第一端、第二端和电池单元串。每个相应的电池单元具有在径向相对的正和负单元接头，即是对称的。该电路包括电压传感器，以及第一和第二层开关和能量存储元件(在电池模块的第一和第二端中的每一个处)。每个电压传感器分别位于串的不同对的相邻电池单元之间。控制器从电压传感器接收测量的电压，其指示每对相邻电池单元之间的电势。响应于测量的电压，控制器命令在第一或第二端的第一层开关以选择性地将电池单元的指定对连接到在第一或第二端的相应一端的第二层开关或断开连接。控制器还命令第二层开关选择性地将电池单元的指定对连接到能量存储元件中的相应一个或断开连接，从而在电池单元的指定对之间穿梭输送能量，并从而平衡串的电荷状态。在两个可能的实施例中，能量存储元件可以是电容器或电感器。电池控制器可以使用测量的电压计算串的每个相应电池单元的电池单元电压，将计算的每个电池单元的电池单元电压与校准的阈值单元电压进行比较，并响应于计算的电池单元电压中的一个或多个超过校准的阈值单元电压命令第一和第二端的第一和第二层开关断开或闭合。电池控制器可以响应于具有串中的最高单元电压的串中的电池单元中的一个邻近于具有串中的最低电池电压的串中的电池单元中的一个命令第一和/或第二层开关的不同开关断开或闭合。第一层开关的开关可以是单极开关，并且第二层开关的开关可以是双极开关。还公开了一种用于有源平衡电池模块中的电池单元串的电荷状态的方法。该方法可以包括分别在电池模块的第一和第二端布置有源单元平衡电路，该有源单元平衡电路包括能量存储元件和多个电压传感器。每个电压传感器分别位于串的不同对的相邻电池单元之间。该电路还包括位于电池模块的第一和第二端中的每一个处的第一和第二层开关。该方法包括经由电池控制器从电压传感器接收测量的电压。测量的电压表示相邻电池单元的每个不同对之间的电势。响应于测量的电压，该方法包括使用电池控制器命令第一或第二端的第一层开关闭合或断开，并从而分别将电池单元的指定对连接到到第二层开关中相应的一个或断开连接。该方法还包括经由电池控制器命令第二层开关选择性地将电池单元的指定对连接到能量存储元件中的一个或断开连接，使得能量在电池单元的指定对之间穿梭输送，并平衡电池单元串的电荷状态。在另一实施例中，提供有源单元平衡电路以与上述电池模块一起使用。该电路包括分别位于第一和第二端的第一和第二能量存储元件，分别位于串的相邻电池单元的不同对之间的电压传感器，以及位于电池模块的第一端的第一和第二层开关，并如上所述进行配置。以上
技术实现思路
并不旨在代表本公开的每个实施例或方面。相反地，前述
技术实现思路
举例说明了本文所述的某些新颖方面和特征。从以下结合附图和所附权利要求书的用于执行的本公开的代表性实施例和模式的具体实施方式中，本公开的上述和其他特征和优点将变得显而易见。附图说明图1是使用了使用根据本文所述的有源单元平衡方法的多单元电池模块的示例性机动车辆的示意图。图2是图1中所示的电池模块的对称电池单元的示意性透视图。图3是电池模块的实施例的示意性局部分解视图，其描绘了配置为执行本文所述的有源单元平衡方法的对称电池单元和电池感测电路。图4是可用于图1和图2中所示的示例性电池模块的有源单元平衡电路的示意性电路图。图5是描述使用图4中所示的有源单元平衡电路来实现本公开的实施例的流程图。本公开易于进行修改和以替代形式替代，其中代表性实施例在附图中以示例的方式示出并在下面进行详细描述。本公开的专利技术方面不限于所公开的特定形式。相反地，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求书限定的本公开的范围内的修改、等同物、组合和替代。具体实施方式参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中指代相同的部件，图1中示出了电池模块10和电池控制器(C)50，作为机电系统14的一部分。机电系统14可以实现为如图所示的机动车辆14V，或者可选地实现为动力装置、移动平台或机器人、轨道或航空航天器，或船舶。在图示的机动车辆14V中，一组驱动轮16可相对于车身18布置。当电池模块10给这种机器供电时，来自电机(未示出)的扭矩可用于给驱动轮16或另一个耦接的负载供电。在非限制性示例实施例中，电池模块10可以不同地配置为可再充电锂离子或镍镉电池组。可以设想电池模块10的其他实施例具有不同的模块形状和/或额定功率，或者采用除锂或镍镉之外的活性材料。图1中所示的电池模块10的特定配置和应用因此旨在帮助说明本教导，而不是将这种教导限制于特定的机动车辆14V。简要地参考图2，图1的电池模块10使用具有对称配置的电池单元20。也就是说，在构造电池模块10中使用的每个电池单元20具有带有边缘21的箔袋22，在所示的矩形配置中边缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池系统，包含：/n电池模块，其具有第一端、第二端和电池单元串，其中所述串的每个相应的电池单元具有径向相对的正和负单元接头；/n有源单元平衡电路，其包括多个电压传感器，并且在所述电池模块的所述第一和第二端中的每一个处：第一和第二层开关，以及能量存储元件，其中所述多个电压传感器中的每个相应的电压传感器分别位于所述串的相邻电池单元的不同对之间；以及/n电池控制器，其配置为从所述电压传感器接收测量的电压，其指示每对所述相邻电池单元的不同对之间的电势；响应于所述测量的电压，命令在所述第一或第二端的所述第一层开关，以选择性地将所述电池单元的指定对连接到在所述第一或第二端的相应一端的到所述第二层开关或断开连接；并且命令所述第二层开关选择性地将所述电池单元的指定对连接到所述能量存储元件中的相应一个或断开连接，以使得能量在所述电池单元的指定对之间穿梭输送，并从而平衡所述串的电荷状态。/n

【技术特征摘要】
20180709 US 16/0300831.一种电池系统，包含：
电池模块，其具有第一端、第二端和电池单元串，其中所述串的每个相应的电池单元具有径向相对的正和负单元接头；
有源单元平衡电路，其包括多个电压传感器，并且在所述电池模块的所述第一和第二端中的每一个处：第一和第二层开关，以及能量存储元件，其中所述多个电压传感器中的每个相应的电压传感器分别位于所述串的相邻电池单元的不同对之间；以及
电池控制器，其配置为从所述电压传感器接收测量的电压，其指示每对所述相邻电池单元的不同对之间的电势；响应于所述测量的电压，命令在所述第一或第二端的所述第一层开关，以选择性地将所述电池单元的指定对连接到在所述第一或第二端的相应一端的到所述第二层开关或断开连接；并且命令所述第二层开关选择性地将所述电池单元的指定对连接到所述能量存储元件中的相应一个或断开连接，以使得能量在所述电池单元的指定对之间穿梭输送，并从而平衡所述串的电荷状态。


2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一端的所述能量存储元件是第一电容器，并且所述第二端的所述能量存储元件是第二电容器。


3.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第一端的所述能量存储元件是第一电感器，并且所述第二端的所述能量存储元件是第二电感器。


4.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述电池控制器配置为使用所述测量的电压计算所述串的每个相应电池单元的电池单元电压，将每个所述电池单元的所述计算的电池单元电压与校准的阈值单元电压进行比较，并响应于所述计算的电池单元电压中的一个或多个超过所述校准的阈值单元电压命令所述第一和第二端的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·R·汤姆森，F·王，T·王，T·T·金，L·T·尼茨，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US