具有局部感测和切换的单体平衡制造技术

用于电池模块内的单体平衡的系统和方法包括在每个电池单体处的局部感测和切换。切换电路(30)与每个电池单体(22)相关联，以将电池单体与电池模块连接或在功能上断开连接。对于每个电池单体，模块控制器(40)生成一个或多个参数阈值作为最大操作值。每个单体具有与其相关联的单体控制器，以监控一个或多个单体参数，该一个或多个单体参数经由共享监控线(54)被传送到求和模块(52)，被求平均并且被传送到模块控制器。单体控制器各自经由共享控制线接收参数阈值，并且如果单体参数超过对应的参数阈值，则命令相关联的切换电路在功能上断开连接并且绕过电池单体。还提供检查电池模块的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有局部感测和切换的单体平衡相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月14日提交的美国临时专利申请序列号62/585,824和2018年11月13日提交的美国技术专利申请序列号16/188,551的权益，这些申请的内容通过引用被完全结合在本文中。
技术介绍
1.专利技术的领域用于在多单体电池模块中使用局部感测和切换来平衡单体的系统。2.现有技术的描述众所周知，单独的单体的电性能变化可能限制电池的整体性能。在具有高单体数量的电池中尤其如此。通常，电池的性能被限制到最弱单体的性能。每个单体的性能可以用诸如负载下的总电压、负载下的温度、电荷存储能力、内部阻抗、动态电荷迁移等参数来测量。例如，在串联连接的单体组中的峰值电流受到由于热量累积而具有最高内部阻抗的单体的内部阻抗的限制。在另一示例中，串联连接的单体组中的可用总电荷受到最弱单体的电荷存储的限制。在这些情况和其他情况(并联连接的单体和电压匹配……的结果类似)下，可以通过平衡电池或电池模块中所有单体的电流和电压来改进电池的整体性能。用于平衡电池模块内的电池单体的传统方法包括分流电阻(也被已知为电阻泄放平衡)、响应于单独单体电压的再充电电流调制以及将电荷从一个单体移动到另一单体的切换电流泵。然而，那些传统方法中的每个方法具有相关联的缺点。电阻泄放平衡消散高性能单体中的额外电荷，直到低性能单体被充电为止。在该方法中，大量的能量可能作为分流电阻中的热量被消散。再充电电流调制可能更有效，但是电流实施方式需要将数个导线连接到每个单体。电荷泵可能非常有效，但是由于过多的接线要求，无法按比例放大到具有高单体数量的电池。
技术实现思路
本专利技术提供用于具有局部感测和切换的单体平衡的系统和方法。系统包括电池模块，该电池模块包括串联配置的多个电池单体，其中，每个电池单体具有切换单体端子和非切换单体端子。本公开的系统包括一个或多个切换电路，每个切换电路被配置为切换电池模块中的相关联的一个电池单体。每个切换电路在第一模式和第二模式之间可切换，第一模式使相关联的电池单体与电池模块一起处于服务状态，第二模式使相关联的电池单体在功能上与电池模块中的服务断开连接。每个切换电路包括第一开关，该第一开关在第一模式中被配置为闭路，以允许相关联的电池单体的切换单体端子和模块节点之间的电流流动。第一开关还在第二模式中被配置为开路，以阻止切换单体端子和模块节点之间的电流流动。每个切换电路还包括与相关联的电池单体的非切换单体端子电接触的单体旁路导体。每个切换电路还包括第二开关，该第二开关在第一模式中被配置为开路，以阻止单体旁路导体和模块节点之间的电流流动。第二开关还在第二模式中被配置为闭路，以允许单体旁路导体和模块节点之间的电流流动。本公开的系统还包括与每个切换电路相关联的单体控制器。每个单体控制器被配置为监控相关联的电池单体的单体参数，并且响应于单体参数超过对应的参数阈值，使切换电路从第一模式改变为第二模式。根据本公开的一方面，电池模块中的每个电池单体可以是具有与其相关联的切换电路的相关联的电池单体。根据本公开的另一方面，每个单体控制器可以包括阈值输入端子，用于接收与参数阈值对应的输入信号。每个单体控制器还可以包括与模块控制器以及与每个单体控制器的阈值输入端子电连通的共享控制线，以在它们之间传送参数阈值。根据本公开的另一方面，参数阈值可以是两个或更多个参数阈值中的一个参数阈值。每个单体控制器的阈值输入端子可以是每个单体控制器的两个或更多个阈值输入端子中的一个阈值输入端子。此外，共享控制线可以是两个或更多个共享控制线中的一个共享控制线，其中，每个共享控制线与模块控制器以及与每个单体控制器的对应的一个阈值输入端子电连通，并且其中，每个共享控制线传送对应的一个参数阈值。根据本公开的另一方面，系统可以包括每个单体控制器上的参数输出端子，用于提供与至少一个单体参数对应的输出信号。系统还可以包括与每个单体控制器电连通的共享监控线，以从每个单体控制器向公共目的地传送一个或多个单体参数。根据本公开的另一方面，共享监控线可以是两个或更多个共享监控线中的一个共享监控线，其中，每个共享监控线与每个单体控制器和公共目的地电连通。根据本公开的另一方面，共享监控线可以被配置为传送多个单体参数。在一个实施例中，多个单体参数可以在不同的时间通过共享监控线被传送。在一些实施例中，多个单体参数可以同时通过共享监控线被传送。在一个实施例中，多个单体参数中的每个单体参数可以与不同的载波频率相关联。根据本公开的另一方面，单体参数可以选自包括以下内容的组：单体热通量、单体电流、单体荷电状态、单体温度和单体电压。根据本公开的另一方面，提供一种用于单体平衡的系统，其中，系统包括电池模块以及一个或多个切换电路，该电池模块包括串联配置的多个电池单体，每个切换电路被配置为在第一模式和第二模式之间切换多个电池单体中的相关联的电池单体，第一模式使相关联的电池单体与电池模块一起处于服务状态，第二模式使相关联的电池单体在功能上与电池模块断开连接。系统还包括单体控制器，该单体控制器与一个或多个切换电路中的每个切换电路相关联，并且被配置为监控与其相关联的相关联的电池单体的单体参数，并且响应于单体参数超过对应的参数阈值，使切换电路从第一模式改变为第二模式。系统进一步包括每个单体控制器上的阈值输入端子，用于接收与至少一个参数阈值对应的输入信号。系统还包括与模块控制器以及与每个单体控制器的阈值输入端子电连通的共享控制线，以在它们之间传送参数阈值。根据本公开的一方面，用于单体平衡的系统还可以包括每个单体控制器上的参数输出端子，用于提供与至少一个单体参数对应的输出信号。系统还可以包括与每个单体控制器电连通的共享监控线，以从每个单体控制器向公共目的地传送一个单体参数。一种用于单体平衡的方法，包括以下步骤：由单体控制器测量串联连接的多个电池单体中的每个电池单体的一个或多个单体参数的值，该单体控制器在功能上与每个电池单体相关联；由每个单体控制器将单体参数的测量的值与和一个或多个单体参数中的每个单体参数相关联的参数阈值进行比较；以及响应于任何一个单体参数的测量的值超过与对应的一个单体参数相关联的参数阈值，由一个单体控制器向对应的切换电路发出命令信号，以将相关联的一个电池单体从电池模块内的服务移除。用于单体平衡的方法进一步包括以下步骤：响应于来自相关联的单体控制器的命令信号，由第一开关禁止相关联的一个电池单体和模块节点之间的电流路径，以使相关联的一个电池单体在功能上与电池模块中的服务断开连接；以及响应于来自相关联的单体控制器的命令信号，由第二开关建立通过绕过相关联的一个电池单体的旁路导体的电流路径，以允许电池模块在相关联的一个电池单体在功能上与电池模块中的服务断开连接的情况下起作用。根据本公开的一方面，一个或多个单体参数可以选自包括以下内容的组：单体热通量、单体电流、单体荷电状态、单体温度和单体电压。用于单体平衡的方法可以进一步包括：在每个单体控制器上的阈值输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于单体平衡的系统，其特征在于，包括：/n电池模块，所述电池模块包括串联配置的多个电池单体；/n所述多个电池单体中的每个电池单体具有与其相关联的切换单体端子和非切换单体端子；/n一个或多个切换电路，每个切换电路被配置为在第一模式和第二模式之间切换所述多个电池单体中的相关联的电池单体，所述第一模式使所述相关联的电池单体与所述电池模块一起处于服务状态，所述第二模式使所述相关联的电池单体在功能上与所述电池模块断开连接；/n所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括第一开关，所述第一开关在所述第一模式中被配置为闭路，以允许所述相关联的电池单体的所述切换单体端子和模块节点之间的电流流动，并且所述第一开关在所述第二模式中被配置为开路，以阻止所述相关联的电池单体的所述切换单体端子和所述模块节点之间的所述电流流动；/n所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括与所述相关联的电池单体的所述非切换单体端子电接触的单体旁路导体；/n所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括第二开关，所述第二开关在所述第一模式中被配置为开路，以阻止所述单体旁路导体和所述模块节点之间的电流流动，并且所述第二开关在所述第二模式中被配置为开路，以允许所述单体旁路导体和所述模块节点之间的所述电流流动；/n单体控制器，所述单体控制器与所述一个或多个切换电路中的每个切换电路相关联，并且被配置为监控与其相关联的所述相关联的电池单体的单体参数，并且响应于所述单体参数超过参数阈值，使所述切换电路从所述第一模式改变为所述第二模式。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171114 US 62/585,824;20181113 US 16/188,5511.一种用于单体平衡的系统，其特征在于，包括：
电池模块，所述电池模块包括串联配置的多个电池单体；
所述多个电池单体中的每个电池单体具有与其相关联的切换单体端子和非切换单体端子；
一个或多个切换电路，每个切换电路被配置为在第一模式和第二模式之间切换所述多个电池单体中的相关联的电池单体，所述第一模式使所述相关联的电池单体与所述电池模块一起处于服务状态，所述第二模式使所述相关联的电池单体在功能上与所述电池模块断开连接；
所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括第一开关，所述第一开关在所述第一模式中被配置为闭路，以允许所述相关联的电池单体的所述切换单体端子和模块节点之间的电流流动，并且所述第一开关在所述第二模式中被配置为开路，以阻止所述相关联的电池单体的所述切换单体端子和所述模块节点之间的所述电流流动；
所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括与所述相关联的电池单体的所述非切换单体端子电接触的单体旁路导体；
所述一个或多个切换电路中的每个切换电路包括第二开关，所述第二开关在所述第一模式中被配置为开路，以阻止所述单体旁路导体和所述模块节点之间的电流流动，并且所述第二开关在所述第二模式中被配置为开路，以允许所述单体旁路导体和所述模块节点之间的所述电流流动；
单体控制器，所述单体控制器与所述一个或多个切换电路中的每个切换电路相关联，并且被配置为监控与其相关联的所述相关联的电池单体的单体参数，并且响应于所述单体参数超过参数阈值，使所述切换电路从所述第一模式改变为所述第二模式。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个电池单体中的每个电池单体是具有与其相关联的所述一个或多个切换电路中的一个切换电路的相关联的电池单体。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
所述单体控制器中的每个单体控制器上的阈值输入端子，用于接收与所述参数阈值对应的输入信号；以及
与模块控制器以及与所述单体控制器中的每个单体控制器的所述阈值输入端子电连通的共享控制线，以在它们之间传送所述参数阈值。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述参数阈值是两个或更多个参数阈值中的一个参数阈值；
其中，所述单体控制器中的每个单体控制器的所述阈值输入端子是所述单体控制器中的每个单体控制器的两个或更多个阈值输入端子中的一个阈值输入端子；以及
其中，所述共享控制线是两个或更多个共享控制线中的一个共享控制线，每个共享控制线与所述模块控制器以及与所述单体控制器中的每个单体控制器的所述两个或更多个阈值输入端子中的对应的一个阈值输入端子电连通，以传送所述两个或更多个参数阈值中的对应的一个参数阈值。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：
所述单体控制器中的每个单体控制器上的参数输出端子，用于提供与所述单体参数中的至少一个单体参数对应的输出信号；以及
与所述单体控制器中的每个单体控制器电连通的共享监控线，以从所述单体控制器中的每个单体控制器向公共目的地传送所述单体参数中的所述至少一个单体参数。


6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述共享监控线是两个或更多个共享监控线中的一个共享监控线，其中，所述两个或更多个共享监控线中的每个共享监控线与所述单体控制器中的每个单体控制器和所述公共目的地电连通。


7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述共享监控线被配置为传送多个所述单体参数。


8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个所述单体参数在不同的时间通过所述共享监控线被传送。


9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个所述单体参数同时通过所述共享监控线被传送。


10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多个所述单体参数中的每个单体参数与不同的载波频率相关联。


11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单体参数选自包括以下内容的组：单体热通量、单体电流、单体荷电状态、单体温度和单体电压。


12.一种用于单体平衡的系统，其特征在于，包括：
电池模块，所述电池模块包括串联配置的多个电池单体；
一个或多个切换电路，每个切换电路被配置为在第一模式和第二模式之间切换所述多个电池单体中的相关联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·伦波斯基，杰奎琳·德多，
申请(专利权)人：尼亚布科知识产权控股有限责任公司，艾威尔移动有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US