电池系统、实施电池控制系统的方法和计算机可读介质技术方案

本披露的一个实施例描述了一种电池系统，所述电池系统包括：具有第一和第二电池模块的电池串；以及电池控制系统。所述电池控制系统包括：第一电池单元控制器，所述第一电池单元控制器确定与所述第一电池模块的操作有关的第一模块级操作参数；第二电池单元控制器，所述第二电池单元控制器确定与所述第二电池模块的操作有关的第二模块级操作参数；串控制单元，所述串控制单元以通信方式至少部分地基于所述第一和第二模块级操作参数来确定与所述电池串的操作有关的串级操作参数；以及系统控制单元，所述系统控制单元至少部分地基于所述串级操作参数来确定与所述电池系统的操作有关的系统级操作参数、并且至少部分地基于所述系统级操作参数来控制所述电池系统的操作。系统级操作参数来控制所述电池系统的操作。系统级操作参数来控制所述电池系统的操作。

Battery system, method of implementing battery control system and computer readable medium

【技术实现步骤摘要】
电池系统、实施电池控制系统的方法和计算机可读介质
[0001]本申请是申请日为2016年10月28日、国际申请号为PCT/US2016/059267、国家申请号为2016800637182、专利技术名称为“电池系统、实施电池控制系统的方法和计算机可读介质”的中国专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2015年11月4日提交的题为“FLEXIBLE SCALABLE BATTERY MANAGEMENT SYSTEM(灵活的可扩展电池管理系统)”的美国临时申请序列号62/250,989的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的通过援引以其全部内容并入本文。

技术介绍

[0004]本披露总体上涉及电池系统，并且更具体地涉及电池系统中使用的电池控制系统。
[0005]本章节旨在向读者介绍可能涉及本披露各个方面的各领域方面，所述各领域方面将在以下进行描述。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息以促进对于本披露各个方面的更好理解。因此，应当理解的是，这些陈述将从这个角度被解读，而不是作为对现有技术的承认。
[0006]电气系统通常包括用于捕获(例如，储存)所产生的电能和/或用于供应电力的电池系统。实际上，电池系统可以被包括在用于各种应用和/或具有不同配置的电气系统中。例如，固定式电力系统可以包括接收由发电机输出的电力并且将电力储存为电能的电池系统。以这种方式，电池系统可以使用所储存的电能向电负载供应电力。
[0007]另外，机动车辆中的电气系统可以包括例如供应电力以提供和/或补充机动车辆的原动力(例如，动力)的电池系统。为了本披露的目的，这种机动车辆被称为xEV、并且可以包括以下类型的机动车辆中的任何一种、任何变体、和/或任何组合。例如，电动车辆(EV)可以使用电池供电的电力推进系统(例如，一个或多个电机)作为车辆原动力的主要来源。这样，电动车辆中的电池系统可以被实施为向电池供电的电力推进系统供应电力。另外，混合动力电动车辆(HEV)可以利用电池供电的电力推进系统和内燃发动机推进系统的组合来产生车辆原动力。这样，电池系统可以被实施为通过向电池供电的电力推进系统供应电力来促进直接提供车辆原动力的至少一部分。
[0008]此外，微混合动力电动车辆(mHEV)可以使用内燃发动机推进系统作为车辆原动力的主要来源，但可以利用电池系统来实施“启停”技术。具体地，mHEV可以在怠速时停用内燃发动机并且当希望推进时用曲柄启动(例如，重启)内燃发动机。为了促进实施这样的技术，电池系统可以在内燃发动机停用时继续供应电力，并且供应电力以用曲柄启动内燃发动机。以这种方式，电池系统可以间接地补充提供车辆原动力。
[0009]在任何情况下，电池系统可以包括控制(例如，监测和/或管理)电池系统的操作的电池控制系统。例如，电池控制系统可以确定电池系统的操作参数(例如，电压和/或电流)、并且至少部分地基于所述操作参数来命令电池系统调整操作。因此，电池控制系统的实施方式可以至少部分地基于电池系统的实施方式(例如，配置和/或组织)而变化。然而，在一
些情况下，电池系统的实施方式可以至少部分地基于利用所述电池系统的电气系统的目标应用和/或配置而变化。

技术实现思路

[0010]以下概述了与本披露范围相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制本披露的范围，而是仅提供所披露的某些实施例的简要概述。实际上，本披露可以涵盖可与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
[0011]本披露总体上涉及电池系统，例如，用于电气系统中以捕获(例如，储存)电能和/或使用所储存的电能供应电力。在一些实施例中，电池系统可以包括用于控制所述电池系统的操作的电池控制系统。为了促进控制操作，电池控制系统可以执行各种功能，如确定与电池系统的操作相关的操作参数和/或确定命令电池系统执行控制动作的控制命令。
[0012]在一些实施例中，待由电池控制系统执行的功能可以取决于电池系统的实施方式(例如，分层组织)。然而，在一些情况下，在不同电气系统和/或不同目标应用中使用的电池系统的实施方式可能不同。这样，由不同的电池控制系统执行的功能以及因此其实施方式可以改变。
[0013]为了促进提高实施灵活性，本披露提供了用于确定混合式电池控制系统架构的技术，可以利用所述技术来实施具有减少的实施相关成本的多种不同的电池控制系统。在一些实施例中，混合式电池控制系统可以包括可用于实施电池控制系统的基本(例如，标准)构建块。例如，混合式电池控制系统架构可以指定电池单元控制单元、串控制单元和系统控制单元、以及由其各自提供的功能和在其各自中用于提供相应功能的基础结构。
[0014]因此，在一些实施例中，设计系统可以至少部分地基于目标控制级(例如，粒度)和/或目标功能来确定所述混合式电池控制系统架构，所述目标控制级和/或目标功能将由电池控制系统提供，所述电池控制系统旨在通过使用所述混合式电池控制系统架构中提供的构建块而是可兼容的(例如，可实施的)。为了促进确定所述目标控制级和/或目标功能，在一些实施例中，所述设计系统可以分析与电池控制系统相对应的电池系统。以这种方式，所述设计系统可以确定所述电池系统的实施方式(例如，分层组织)。
[0015]例如，当电池系统包括具有多个电池单元的电池模块时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括电池单元控制级和/或模块控制级。另外，所述设计系统可以确定所述目标功能包括诸如确定电池模块的电压等模块级功能、和/或诸如确定一个或多个电池单元的电压等电池单元级功能。此外，当电池系统包括具有串联连接的多个电池模块的电池串时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括串控制级，并且所述目标功能包括诸如确定电池串的操作参数(例如，电压或电流)和/或协调电池模块的操作等串级功能。另外，当电池系统包括多个电池串时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括系统控制级，并且所述目标功能包括诸如协调电池串的操作等系统级功能。
[0016]在一些情况下，电池控制系统可以通过使用多个不同电池控制系统架构中的任何一个而是可实施的。然而，这些不同的电池控制系统架构中的每一个可能对实施灵活性和/或实施相关成本产生不同的影响。因此，在一些实施例中，所述设计可以从多个候选项中选择出所述混合式电池控制系统架构，例如，通过使用为每个候选项提供指示预期实施灵活性和/或预期实施相关成本的度量的目标函数。
[0017]在一些实施例中，为了确定实施灵活性，所述设计系统可以确定候选电池控制系统架构能够实施的不同电池控制系统的数量和/或所述不同电池控制系统的目标功能的数量。另外，为了促进确定实施相关成本，所述设计系统可以确定在候选电池控制系统架构中使用的基础结构。在一些实施例中，通过减少用于实施电池控制系统的微处理器数量、隔离屏障数量、和/或通信基础结构可以减少实施相关成本。
[0018]为了促进提高实施灵活性和/或减少实施相关成本，在一些实施例中，由所述设计系统确定的混合式电池控制系统架构可以至少部分地基于电压域和/或控制级本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池系统，包括：第一电池串，所述第一电池串包括串联连接的第一电池模块和第二电池模块；以及电池控制系统，所述电池控制系统被配置成控制所述电池系统的操作，其中，所述电池控制系统包括：第一电池单元控制单元，所述第一电池单元控制单元被电耦合到所述第一电池模块，其中，所述第一电池单元控制单元被配置成确定与所述第一电池模块的操作有关的第一模块级操作参数；第二电池单元控制单元，所述第二电池单元控制单元被电耦合到所述第二电池模块，其中，所述第二电池单元控制单元被配置成确定与所述第二电池模块的操作有关的第二模块级操作参数；第一串控制单元，所述第一串控制单元被通信地耦合到所述第一电池单元控制单元和所述第二电池单元控制单元，其中，所述第一串控制单元被配置成：至少部分地基于所述第一模块级操作参数和所述第二模块级操作参数来确定与所述第一电池串的操作有关的第一串级操作参数；以及至少部分地基于所述第一串级操作参数来控制所述第一电池串的操作；以及系统控制单元，所述系统控制单元被通信地耦合到所述第一串控制单元，其中，所述系统控制单元被配置成：至少部分地基于所述第一串级操作参数来确定与所述电池系统的操作有关的系统级操作参数；以及至少部分地基于所述系统级操作参数来控制所述电池系统的操作。2.如权利要求1所述的电池系统，包括第二电池串，其中：所述第二电池串包括串联连接的第三电池模块和第四电池模块；并且所述电池控制系统包括：第三电池单元控制单元，所述第三电池单元控制单元被电耦合到所述第三电池模块，其中，所述第三电池单元控制单元被配置成确定与所述第三电池模块的操作有关的第三模块级操作参数；第四电池单元控制单元，所述第四电池单元控制单元被电耦合到所述第四电池模块，其中，所述第四电池单元控制单元被配置成确定与所述第四电池模块的操作有关的第四模块级操作参数；第二串控制单元，所述第二串控制单元被通信地耦合到所述第三电池单元控制单元、所述第四电池单元控制单元、以及所述系统控制单元，其中：所述第二串控制单元被配置成至少部分地基于所述第三模块级操作参数和所述第四模块级操作参数确定与所述第二电池串的操作有关的第二串级操作参数；并且所述系统控制单元被配置成至少部分地基于所述第一串级操作参数和所述第二串级操作参数来协调所述第一电池串和所述第二电池串的操作。3.如权利要求2所述的电池系统，包括：正极总线和负极总线，所述正极总线和负极总线被配置成将所述电池系统电耦合到电负载、电源、或两者；以及电池链，所述电池链包括在所述正极总线与所述负极总线之间串联连接的所述第一电
池串和所述第二电池串；其中，所述电池控制系统包括链控制单元，所述链控制单元被物理地耦合到所述第一串控制单元，其中，所述链控制单元被配置成确定与所述电池链的操作有关的链级操作参数。4.如权利要求2所述的电池系统，其中，用于调整所述电池系统的操作的所述系统控制单元被配置成：至少部分地基于所述第一串级操作参数、所述第二串级操作参数、或两者来判定所述电池系统中是否检测到故障；以及在已经检测到所述故障时命令系统继电器将所述电池系统与电负载解除电连接。5.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一串控制单元包括：第一部分，所述第一部分被配置成使用从所述第一电池串接收到的第一电压域中的电力进行操作；第二部分，所述第二部分被配置成使用从所述系统控制单元、外部电源或两者接收到的第二电压域中的电力进行操作，其中，所述第二电压域不同于所述第一电压域；以及隔离屏障，所述隔离屏障被配置成将所述第一串控制单元的所述第一部分与所述第一串控制单元的所述第二部分电隔离。6.如权利要求5所述的电池系统，其中，所述隔离屏障包括：隔离通信接口，所述隔离通信接口被配置成促进在所述第一串控制单元的所述第一部分与所述第二部分之间穿过所述隔离屏障进行数据通信；以及变压器，所述变压器被配置成：从所述系统控制单元、外部电源、或两者接收所述第二电压域中的电力；以及产生供应给所述第一串控制单元的所述第一部分的处于所述第一电压域中的电力。7.如权利要求1所述的电池系统，其中：所述第一电池模块包括第一电池单元组和第二电池单元组，其中，所述第一电池单元组包括多个第一电池单元，并且所述第二电池单元组包括多个第二电池单元；用于确定所述第一模块级操作参数的所述第一电池单元控制单元被配置成：确定所述第一电池单元组的第一电池单元组电压；确定所述第二电池单元组的第二电池单元组电压；以及确定所述第一电池模块的第一电池模块电压；所述第二电池模块包括第三电池单元组和第四电池单元组，其中，所述第三电池单元组包括多个第三电池单元，并且所述第四电池单元组包括多个第四电池单元；以及用于确定所述第二模块级操作参数的所述第二电池单元控制单元被配置成：确定所述第三电池单元组的第三电池单元组电压；确定所述第四电池单元组的第四电池单元组电压；以及确定所述第二电池模块的第二电池模块电压。8.如权利要求7所述的电池系统，其中：用于确定所述第一串级操作参数的所述第一串控制单元被配置成：至少部分地基于所述第一电池单元组电压、所述第二电池单元组电压、所述第一电池模块电压、所述第三电池单元组电压、所述第四电池单元组电压、所述第二电池模块电压、
或其任何组合来确定所述第一电池串的串电压；以及确定所述第一电池串的串电流；以及用于调整所述第一电池串的操作的所述第一串控制单元被配置成：判定所述第一电池串中是否已经检测到故障；以及命令串继电器将所述第一电池串与所述电池系统解除电连接。9.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一电池单元控制单元包括：第一传感器通信接口，所述第一传感器通信接口被配置成从第一电压传感器接收第一电池单元组电压的第一模拟表示；第一模数转换器，所述第一模数转换器被通信地耦合到所述第一传感器通信接口，其中，所述第一模数转换器被配置成至少部分地基于所述第一模拟表示来产生所述第一电池单元组电压的第一数字表示；第二传感器通信接口，所述第二传感器通信接口被配置成：从第二电压传感器接收第二电池单元组电压的第二模拟表示；从第三传感器接收电池模块电压的第三模拟表示；第二模数转换器，所述第二模数转换器被通信地耦合到所述第二传感器通信接口，其中，所述第二模数转换器被配置成：至少部分地基于所述第二模拟表示来产生所述第二电池单元组电压的第二数字表示；至少部分地基于所述第三模拟表示来产生所述电池模块电压的第三数字表示；逻辑电路系统，所述逻辑电路系统被通信地耦合到所述第一模数转换器和所述第二模数转换器，其中，所述逻辑电路系统被配置成至少部分地基于所述第一数字表示、所述第二数字表示、所述第三数字表示、或其任何组合来执行逻辑运算、算术运算、或两者；以及串行通信接口，所述串行通信接口被配置成经由串行通信网络将所述第一电池单元控制单元通信地耦合到所述第一串控制单元。10.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一串控制单元包括：并行通信接口，所述并行通信接口被配置成经由并行通信网络将所述第一串控制单元通信地耦合到第二串控制单元和所述系统控制单元；低电压串行通信接口，所述低电压串行通信接口被配置成经由低电压串行通信网络将所述第一串控制单元通信地耦合到所述第二串控制单元和所述系统控制单元；高电压串行通信接口，所述高电压串行通信接口被配置成经由高电压串行通信网络将所述第一串控制单元通信地耦合到所述第一电池单元控制单元和所述第二电池单元控制单元；隔离屏障，所述隔离屏障包括变压器和电隔离通信接口，其中，所述隔离屏障被配置成将所述第一串控制单元的高电压部分与所述第一串控制单元的低电压部分电隔离开；处理电路系统，所述处理电路系统被...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德，
申请(专利权)人：CPS科技控股有限公司，
类型：发明
国别省市：