CN102809691B - 电池阻抗检测系统、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的多个方面涉及到监视电池单元。根据本发明的多个实施例，一种能量存储单元设备包括分别将电流注入到多个能量存储电池单元的各个中的电流注入电路，和响应于注入电流检测多个电池单元每个的阻抗特性的阻抗检测电路。滤波器电路接收有关检测阻抗特性的阻抗数据，并将阻抗数据的低频分量与阻抗数据的高频分量分离开。存储器电路存储包括低频和高频分量的高带宽数据所对应的数据，以及访问电路向电池组控制器提供多个电池单元的低频分量。访问电路还访问电池组控制器并基于传输高带宽数据的可用带宽向电池组控制器提供所存储的各个电池单元的子集的高带宽数据。

Description

电池阻抗检测系统、设备及方法
背景技术
在许多可再充电电池应用中，例如用于混合/电动车辆的电池系统中，将大量串联连接的电池用来产生高电压，所述高电压可以用于驱动诸如汽车发动机之类的部件。在这种系统中，了解串联电池(例如电池组)的SoH(健康状态)和SoC(充电状态)是很重要的。
估计或确定SoH和/或SoC的一种方式包括使用电池单元的阻抗，其中电池单元的阻抗(以及它随时间变化的方式)可用于精确地确定这些特性。虽然SoC通常不直接由阻抗得出，但是知道SoH有助于提高对SoC的估计，特别是当电池单元老化并且已经经历多次的充电/放电循环的情况下。了解SoH和/或SoC还可以应用期望/最佳的充电和放电策略，这可以增强电池组的使用寿命、循环寿命以及储能容量。
因此，在多种电池监测和控制应用中，以精确和可靠的方式确定电池单元的状况是有利的。例如，这种信息有利于对电池单元的充电进行控制，并有利于对电池的总充电水平提供指示。但是，许多电池单元状况检测方法可能需要大量数据的通信和处理，这对于多种系统的实施具有挑战性。例如，许多电池应用中的可用带宽(例如在汽车系统中实现的可用带宽)可能受到相对限制。
这些及其它的问题对电池单元特性的监测不断提出了挑战。
发明内容
本发明的多个示例实施例涉及到监测储能器件的特性，例如在电动车中使用的电池组。
根据多个示例实施例，对电池单元的操作特性进行检测，并根据可用通信带宽对有关检测到的特性的数据进行存储和通信。在具体方面中，将多个电池单元的阻抗数据的低频分量与包括低频分量和高频分量的高带宽分量分离开。低频分量通过通信介质(例如数据总线)与高带宽分量的子集通信。可以基于通信介质中的可用带宽选择该子集。在这种情况下，多数或全部的低频分量可以与根据可用带宽(以及例如轮询周期或其它评估标准)通信的高带宽分量的较小子集进行通信。
多个实施例涉及到根据电池组电池阻抗数据通信的系统、装置、设备装置和方法。
上述讨论/概述并非意欲描述本发明的各个实施例或每种实施方式。下面的附图和详细描述也用于示例性说明多个实施例。
附图说明
考虑到结合附图的以下详细描述，可以更完整地理解各种示例实施例，其中：
图1示出了根据本发明实施例的测量电池组的电池单元特性的系统；和
图2示出了根据本发明一个或多个实施例的测量电池组的电池单元特性的流程图。
具体实施方式
尽管本发明可以有多种修改和可选形式，可以通过附图中的示例显示其细节并进行详细描述。但是，应该理解，这些描述的目的不是将本发明限制于所描述的具体实施例。相反，这些描述的目的是覆盖落入本发明范围(包括所述权利要求中限定各方面)内的所有的修改、等价物以及替换。此外，本申请中各处使用的术语“例如”仅用于示例性说明，而不构成限制。
本发明的方面适用于多种不同类型的包含电池和/或电池控制在内以及包含汽车应用在内的装置、系统和设备。虽然本发明不必须限制于本说明书，可以利用本文通过多个示例的讨论来认识本发明的多个方面。
在一个或多个实施例中，对具有多个电池单元的电池组中的电池单元检测阻抗特性。电流分别注入到单元(例如使用在单独的单元两端耦合的电路)，分别对单独单元上流经的电流和电压进行检测以用于提供阻抗特性。对检测的阻抗特性进行滤波以产生包括电池单元的特性的低频分量和高带宽分量的数据。高带宽分量包括相对于低频分量具有更高频率的分量，还可以包括低频分量。所有电池单元的低频分量都提供有用于通过总线传输(例如分别对SoC和SoH的确定)的高带宽分量的子集。
利用这种方法，可以将属于检测的阻抗特性的高带宽数据的通信限制到对其估计SoH的单元，这减少了总线上的数据通信量和/或裁减了总线上可用带宽的通信。此外，可以对低频分量进行滤波以便为可用带宽上所有电池单元提供用于SoC估计的足够数据，同时可以对高频分量的通信进行带宽抑制。可以对高带宽分量的滤波和选择性提供进行确定、设置或使用多种方法进行其它实施，在下面的讨论中结合多种实施例描述了这些实施方式的示例。
对于有关基于阻抗确定电池特性的通信信息，以及有关根据一个或多个示例性实施例实施的方法的特定信息，可以参考美国专利公开2005/218915A1，以及参考F.Huet，“A review of impedance measurementsfor determination of State-of-Charge and State-of-Health ofsecondary batteries”，J.Power Sources，Vol.70，No.1，59-69(January 1998)，以及参考.L.Jespersen et al.，“Capacity measurementof Li-Ion batteries using AC impedance spectroscopy”，WorldElectric Vehicle Journal Vol.3，所有这些文献都通过引用合并于此。
根据更具体的示例性实施例，能量存储单元设备提供了用于评估各个电池单元的阻抗数据。所述设备包括电流注入电路，分别将电流注入到多个电池单元的各个中，以及阻抗检测电路，其耦合为响应于其中的注入电流检测多个电池单元每个的阻抗特性。滤波器电路耦合到阻抗检测电路以接收有关检测的阻抗特性的阻抗数据，并分离出阻抗数据的低频分量。存储器电路存储与高带宽分量对应的数据。访问电路对电池组控制器提供多个电池单元的低频分量，并向电池组控制器提供各个电池单元子集的高带宽分量。
如上所述，可以多种方式执行高带宽分量的选择性提供，并可以在电池组控制器、存储器、阻抗检测电路或其它地方进行控制。在多个示例性实施例中，阻抗检测电路检测多个周期上多个电池单元每个的阻抗特性，低频分量在多数和/或所有周期上进行通信，同时对每个周期减少高带宽分量的集合或子集。
在一个实施方式中，存储器电路存储针对非所有的多个周期的高带宽分量，针对所述非所有的多个周期存储低频分量。访问电路传递(pass)该减少的高带宽分量集合，同时对所有周期传递多数或所有的低频分量。在其它实施方式中，访问电路如上所述将所有周期的低频分量与各个电池单元的子集的高带宽分量进行通信。在另一实施方式中，访问电路访问存储器电路以向电池组控制器提供各个电池单元不同子集的高带宽分量，并针对多个周期的不同周期分别与低频分量进行通信。可以迭代执行这些方法以在几个序列周期过程中传递所有周期的高带宽数据，或者仅仅通过对需要获取SoH的单元的高带宽数据进行通信(例如基于检测的单元特性)。
在其它实施例中，可以基于轮询方案提供高带宽分量，例如固定轮询方案或可以随时间动态变化(例如响应于检测到的单元特性)的动态轮询方案。在一个实施方式中，访问电路访问存储器电路以对电池组控制器提供各个电池单元子集的高带宽分量。高带宽分量是基于轮询方案对低频分量的不同子集及不同集合提供的，所述轮询方案对要向其提供高带宽分量的各个电池单元的子集进行标识。在另一实施方式中，存储器电路通过对非所有的多个周期存储高带宽分量来存储高带宽分量，从而基于轮询方案对电池组控制器提供高带宽分量。相应地，进行通信的高带宽分量表示出相对于每个周期的通信减少的数量。
在另一示例性实施例中，电流注入电路利用正弦电流将电流注入到各个电池单元中。注入电流的相位信息(例如时间戳)也馈送到存储器中。该相位信息设置有检测的阻抗特性，用于电池组控制器确定施加电流的特性。在某些实施方式中，电池组控制器发送命令给电流注入电路以设置注入电流的频率和幅度，并在处理数据过程中使用时间戳数据和已知的频率和幅度(例如，仅仅时间戳的通信就足以提供足够的数据)。
在一些实施例中，基于总线的可用带宽以及计算出的通信带宽要求，通过如上所述的总线传输高带宽数据。在一个实施例中，访问电路确定通信总线上的可用带宽，以及如上所述确定传输检测到的电池单元的低频分量所需要的带宽量。基于这些计算结果以及其它总线特性(例如传输控制数据的保留带宽)可以计算在传输高带宽分量(例如对每个单元提供的完全尼奎斯特带宽)中使用的可用带宽数量。从而，根据计算的可用带宽传输高带宽分量的子集(例如属于电池单元的子集)。
可以间歇或周期地实现电流的分别注入(separate injection)，以控制注入到每个单元中的电流数量。在一些实施例中，本文讨论的电流注入电路就将电流分别地注入到多个电池单元的单独电池单元中，并且对于每个电池单元，利用调制信号操作开关以选择性地将平衡电路与该电池单元(或其它电流源)耦合或去耦。阻抗检测电路基于该调制信号检测每个电池单元的阻抗特性。可以在能有效将预定电流注入到电池单元以进行阻抗测量的频率下执行这种注入。可以注入电流的示例方式包括在电池单元上耦合电阻器电路以从电池单元无源地流出电流，或者在电池单元上耦合电阻器电路以通过该电池单元有源地导入电流。
如本文中所讨论的，多个实施例涉及到使用单元平衡电路将电流注入到电池单元以进行阻抗测量。例如可以使用电阻性和电感性平衡系统的之一或二者来实现这些实施例。进一步，本文中描述的可通过电阻性系统实现的多个实施例也可以采用其它系统实现，例如电感性系统(例如使用可以将偏置电流维持在近乎为零的电感性平衡器代替调制偏置电流上信号的电阻性平衡器)。
在多个实施方式中，可以使用平衡电路驱动在电池组的各个单元中流经的电流，同时将电压/电流保持为低值以便于将电池建模为线性系统。可以通过与电池串联连接的电阻器将电流转换为电压。带通滤波器可用于在信号到达幅度和相位计之前去除不需要的信号(例如噪声和失真)，这些信号可以测量电池电压和转换电阻器上的电压。在许多实施方式中，所有的测量计和带通滤波器都是匹配的(例如相同)，以确保匹配这些电路中的增益和时间延迟。然后，可以根据测得电压的幅度和相位确定电池阻抗(Z)的实部和虚部，如下所述。
| Z bat | = V bat V conv R conv
在上述等式中，Rconv上的电压相位定义为零。
用于注入电流的电压/电流源可以在测量系统的控制下(例如正弦波发生器)，或者在执行测量系统的直接控制之外(例如通过使用电池组的电动车牵引马达的驱动电流)。当在汽车中实施时，可以在汽车休息时实现测量系统控制，并且可以在汽车运动时使用驱动电流控制方法。通过测量系统控制，可以在任何时间在任何期望的频率下测量电池阻抗。进一步，在其中进行测量的环境是低噪声/失真类型环境的应用中可以省略一些带通滤波器。
现在转到附图，图1示出了根据另一示例性实施例的测量(例如检测)电池组110的单元阻抗的系统100。系统100包括单元电压测量部件120和组电流测量部件130，二者分别形成本文所讨论的阻抗检测电路和滤波器电路的部件。例如，单元电压测量部件120显示为耦合到每个电池单元111，但是可以实施为分别连接到一些这种单元(例如通过多路复用电路)，或者可以同样方式连接到组110中的其它电池单元。例如，可以在电池组处于休息状态和/或对电池组进行充电或放电时测量阻抗。
系统100还包括耦合为通过总线160(例如向组控制器170)提供阻抗数据的存储器电路140，以及显示为耦合到电池单元111的电流注入部件。电流注入部件包括正弦(余弦)发生器150和西格玛-德尔塔调制器152，该部件利用通过调制信号(例如脉冲密度调制(PDM)调制信号)操作的开关158将具有流出电阻器154和电容器156的平衡器接通/断开，从而将电流注入到各个单元(例如在单元111处)。对该信号进行调制可以实现期望的信号频率。
在一些实施例中，组控制器170发送命令给正弦(余弦)发生器150以设置注入电流正弦波的频率和幅度，并且正弦(余弦)发生器150向存储器140提供(通过平衡电路注入到单元111中的电流的)注入正弦波的相位信息(时间戳)。可以从通过组控制器170访问的存储器提供该时间戳信息，以(利用已经具有注入电流的幅度和频率的控制器)向控制器提供有关注入正弦波的信息。通过仅仅发送时间戳(例如不发送幅度和频率数据)，可以将注入电流导致的总线上业务量保持为低值/最小化。
可以在这些或其它的实施例中实施多种正弦(余弦)发生器。对于有关这些发生器的通用信息，以及对于有关可以在这些实施例中实施的发生器的特定信息，可以参照在2011年5月4日提交的标题为“Method tomeasure the impedances of battery cells in a  (H)EV application”的美国专利申请No.13/100,652，这里通过引用的方式全文合并于此。
系统100中产生通过单元电流的部件的值可以用作有关电流的输入值，在产生的平衡电流的路径中不必须使用电流计。通过该信息以及要测量阻抗的电池单元的电压，可以计算调制的平衡器注入到单元中的电流值。
单元电压测量部件120包括模数转换器(ADC)122，其测量通过去伪滤波器121接收的单元111处的单元电压。低通滤波器123对ADC 122的输出进行滤波，从而向存储器140提供检测的阻抗特性的高带宽分量。另一低通滤波器124进一步对低通滤波器123的输出滤波，从而向存储器140提供检测的阻抗特性的低频分量。
组电流测量部件130包括将组电流转换为电压的电阻器，其提供与组电流对应的电压以用于识别出被测量单元的阻抗特性。去伪滤波器132(例如大约10kHz的低通滤波器)对ADC 133的输入处提供的电压(信号)进行滤波。ADC 130的输出耦合到串联连接的低通滤波器134和135，该两个低通滤波器分别提供通过ADC 130检测的阻抗特性的高带宽分量和低频分量，从而作为向存储器电路140的输出。
存储器140存储并提供低通滤波器123、124、134和135的输出以通过通信总线160访问，该输出可以提供给组控制器170以进行SoC和/或SoH估算。可以有源和/或无源的方式实现数据提供，例如响应于通过总线160接收的组控制器的数据请求而将数据推送到组控制器170或者两者都执行(例如响应于访问请求推送低频数据并发送高带宽数据)。在这种情况下，总线160以及存储器140和组控制器170(或与之集成的电路)中的一个或两个是提供低频分量和高带宽分量以进行估算的访问电路的部件。该访问电路(例如在存储器140和/或组控制器170处)中的逻辑电路利用包括上述讨论的多种方法的一种或多种控制低频和高带宽分量的通信，这可以实施为选择性地传输高带宽分量以限制总线160上的带宽使用。
例如，可以基于在数据总线160上传输高带宽子分量的可用带宽向电池组控制器170提供各个电池单元的子集的高带宽分量。可以周期性质执行这种传输，其中对所有或多数周期提供低频分量，对每个周期提供高带宽分量的不同子集。例如，考虑在10个周期内监视100个电池单元，可以在每个周期内传输低频分量，每个周期内以旋转为基础对100个电池单元中的10个单元传输高带宽分量，从而使得每个周期内在10个电池单元的子集内提供所有100个电池单元的高带宽分量。在某些实施方式中，可以基于轮询方案选择要传输高带宽数据的电池单元。在其它实施方式中，基于单元状况(例如，通过低频分量指示的状况)仅针对某些单元提供高带宽分量。也可以使用这些方法的组合。
在一些实施方式中，系统100包括组控制器170。通过对电压和电流的幅度和相位进行测量以及分配，可以计算各个电池单元的阻抗。组控制器170实施为系统100的一部分，或者系统100在其中独立地提供组控制器使用的输出。
图1中所示的与低通滤波器(以及去伪滤波器)有关的相应频率范围是示例性的，并且可以进行修改以适应特别的应用。例如，低通滤波器124和135可以设置到足以提供电池单元111的SoC指示的阻抗特性频率，同时在总线160上通信的低频分量内限制数据大小。
在一些实施方式中，正弦(余弦)波发生器150每次使用一个频率驱动电池单元111，同时存储器140存储与这些频率对应的数据。在其它实施方式中，正弦(余弦)波发生器150使用具有多于一个频率的信号驱动电池单元111，这便于快速测量信号(例如，相对于在每个感兴趣频率下进行重复测量来说)。
在一些实施例中，使用采样过密西格玛-德尔塔转换器实现ADC 122和133中的一个或两个，这种转换器在低功率下工作并在测量低频时具有较高的线性度。采样过密西格玛-德尔塔转换器便于使用比具有奈奎斯特速率ADC的系统中使用的滤波器更小的去伪滤波器，可以表现出前述低功率/高线性度的特性，并进一步有利于通过它的尺寸与其它电路集成。对于用西格玛-德尔塔转换器实现的ADC 122和133中的一个或两个，可以维持相应的低通滤波器(123和/或134)连接到该一个或两个ADC的输出。
在一些实施例中，省略了低通滤波器123和134中的一个或两个，并且ADC 122和133的输出分别直接连接到低通滤波器124和135，以及连接到存储器电路140。
通过图1中所示或本说明书另外描述的电流注入部件对注入电流进行的调制可以包括执行/遵循在mHz到kHz范围的多个频率下通过测量电压和电流测量/确定阻抗的算法。对于电阻性和电感性调制的一个或两个，多个实施例涉及到利用通过PWM(脉宽调制)、PDM(脉冲密度调制)或这两者进行调制的信号驱动开关(例如图1中的开关158)以实现这种调制。此外，可以对脉冲的频率和幅度进行裁剪以适应特定的电池组操作，从而实现足以评估电池单元并减少功率损耗的信号。例如，PDM可以应用在全数字系统中，该系统中的时钟频率设计为尽可能低以通过在激活的时钟边沿动作而保持低耗散。在这些应用中，去耦电容器可以用于产生平滑的正弦波。
在一些实施例中，通过平衡器电路注入到电池单元的电流是在比平衡器电路使用的平衡电流更高的值下注入的，以确保阻抗测量中的精度。在这些实施例中，将平衡中所使用的外部电阻器的值设置得低于用于平衡的电阻器的值。为了减少有效平衡电流，将一开关与电阻器串联设置，在较高频率(例如具有固定占空比的～100kHz方波)下驱动该开关以限制通过电阻器的平均平衡电流，从而将耗散以及电阻器的温度保持在可操作(例如安全)限度内。
可以不同方式实施本文中讨论的阻抗测量，以适应特定的应用。在一些实施例中，再次参照图1，将4Hz及更低的频率(例如以10S/s速率采样)全部通过总线160传输以在对所有单元/周期计算SoC时在组控制器170处进行分析。将高于4Hz的频率选择性地通过总线160提供给组控制器170以限制传输的数据量，从而便于在组控制器处计算SoH类型的特性。
可以多种方式实现图1中所示的设备，例如如上所述的那些方式。下述示例描述的实施例也可以利用图1实现，通过举例的方式进行参考。在一些实施方式中，阻抗检测电路(例如ADC 122/133)在多个周期的每个周期上检测阻抗。存储器电路140通过对多个周期的每个周期将多个电池单元的至少一些单元的高带宽分量所对应的数据替换为所述多个电池单元的至少一些单元的高带宽分量所对应的当前数据，以便存储检测阻抗的高带宽分量所对应的数据。因此，当访问到存储器电路140以获取高频分量时，仅仅返回那些当前存储的分量。通过限制存储分量的数量和/或替换较老的分量，可以控制高带宽数据的数量和/或时间性。
可以对系统100进行多种变型或修改以适应各种应用。例如，可以使系统100的电流和电压测量路径中的模拟和数字滤波器相匹配(例如实质上相同)以便于匹配输出或使输出更精确。在另一示例中，系统100可以扩展为包括在电池组(例如电池组的某个分部)中注入电流以及监视大量电池单元的电路。在这些情况下，电池分部可以指共享单元平衡和测量部件的一组电池单元(例如在5-17V，取决于该分部中单元的数量、单元化学作用、SoC以及温度)。模块是指具有组合电压(例如直到60V)的一组电池分部，分片是指产生与总电池组相同的电压(例如100V到600V)的一组串联连接的模块。电池组可以包括单个分片或一组并联连接的分片，其中所述并联连接增加了含能量和电池组的功率容量，但是不会提高电压。可以驱动电流分别通过每个电池单元，从而减少与传输电流通过整个电池组有关的功率汲取。例如，对于所示短划线连接的单元，可以在电池组中设置大量的这种部件并进行监视。在一些实施例中，例如通过选择性地连接如图1所示的多个部件(例如ADC/滤波器电路，以及正弦(余弦)发生器/调制器电路)，采用相同的硬件测量多个单元的阻抗。此外，在这些应用中，电流发生器和电压测量电路可以实施在公共IC上以便于实现同步。
总线160的类型和操作可以根据具体实施方式而变化。在一些实施例中，总线160是汽车总线，例如具有大约500kb/s数据速率的CAN(控制器区域网)总线。例如，对于具有100个单元的电池组来说，滤波器124和135(作为4Hz滤波器)的输出产生14kb/s(100单元时间，每单元时间每秒10次采样，每次采样14比特)。当低通滤波器123和134实施为每个滤波器具有70kb/s数据率的2kHz滤波器时，可以在给定时间内通过总线160传输多达7个单元的阻抗特性的高带宽数据。控制数据和其它数据也会消耗一些总线带宽，因此，实际上可同时观察到的单元的最大数量是有限的。在这些实施方式中，存储器电路140配置为存储100ms的数据(假定10Hz的轮询速率)或每单元7kb的数据。根据测量频率和期望的测量精度，组控制器170在一定量的时间内从期望的单元读取数据。
图2示出了根据另一示例性实施例对电池组中多个单元的一个或多个的单元阻抗进行测量的流程图。在块210中，例如利用连接到某个单元的平衡电路将电流分别注入到多个电池单元的各个中。在块220中，利用基于电压的阻抗特性对注入到电池单元的电流的响应，对表示流经电池单元的电压和电流的阻抗特性进行检测。在块230中，将阻抗数据的低频分量从包括低频分量和高频分量的高带宽阻抗数据中分离出来，并在块240中存储与高带宽分量对应的数据。
在块250中，基于传输高带宽分量的可用带宽选择要向其提供高带宽分量的电池单元的子集。在块260中，将多个电池单元的低频分量以及所选择的各个电池单元的子集的高带宽分量提供给电池组控制器。如果在块265中完成评估，则流程结束。如果在块265中未完成评估，则在块270中基于传输高带宽分量的可用带宽选择下一个单元子集，并且流程在块260中再次继续。
在这种情况下，可以对电池单元子集提供高频分量，对较大集合(或全部)的电池单元提供低频分量，从而限制传输数据量。在块250中，可以用本文中讨论的一个或多个方法执行子集的划分，例如基于要评估单元的特性，基于轮询周期或其它条件选择子集。
可以多种方式实现在本文中的一个或多个实施例中(例如在图1-2中描述的实施例)执行的阻抗测量。在一些实施例中，可以在对电池组充电时或者在多种驱动条件下(例如利用一定的发动机制动转矩进行制动或滑行)执行阻抗测量(例如利用可预测的来自充电源的满能量)。可以通过能够利用可选电流充电和放电的充电器来进行所述测量，从而可以测量负电流(例如，通过本文中提到的电流注入电路来实施，其中电流为负)。
根据具体实施例，可以如下执行阻抗测量。阻抗检测电路等待直到电流、温度和SoC处于要执行新的测量的水平，例如可以通过将这些参数与存储/列表值进行比较来确定这些水平。选择要测量的单元，在存储器中从在期望的频率或多个频率下(例如，在某个时间的一个频率或一次使用的多个频率)测量的阻抗特性中检索到电压和组电流的频谱(例如，通滤波波器123/134的输出提供给图1中的存储器电路140)。通过总线传输检索到的信息并例如通过组控制器170进行处理。如果组电流在期望的频率/多个频率下未包含足够的信号，则例如通过使用PDM调制的平衡电流将电流注入到选择的单元中。在通过平衡器注入电流时，测量组电流的频谱。如果组电流在测量频率下也包含信号，则可以确定该测量是不可靠的，要丢弃其测量结果并重新测量。如果在驱动时进行测量，则校验电流的DC电平以确保电流处于应该进行测量的水平。
在一些实施例中，组电流不可访问和/或形成为不能被阻抗测量电路使用的格式，则按如下方式实现阻抗测量过程(例如可以通过图1实现)。在电流、温度和SoC达到要进行新测量的水平时，选择要测量的单元，并利用PDM调制的平衡电流将电流注入到选择的单元中。在通过平衡器注入电流时，测量选择单元的频谱，以及测量没有电流注入的(至少)一个单元的频谱。如果组电流包含在测量频率下的信号，可以确定该频率也存在于没有电流注入的单元测量中，该阻抗测量确定为不可靠，丢弃该测量结果并重复测量。对每次测量，可以选择另一单元来检验在测量频率下的频谱是否洁净。如果在电池组用于驱动车辆时执行该测量，则检验电流的DC电平以确保该电流停留在应该进行测量的电平(例如，假设在测量的时间帧内温度不能变化太大)。在一些实施方式中，省略了组电流测量部件130。
在一些包含用于驱动的汽车电池的实施例中，不是将调制电流注入到每个单元中，而是通过调制具有期望频率的发动机电流来调制组电流。调制幅度要进行控制以减轻汽车乘客的不舒适感以及减轻对发动机的损害。
对于本文所披露的用于电流注入的多种单元平衡电路，多个实施例涉及到这些电路并实施如下。单元平衡电路通过在使用和/或充电过程中平衡单元的SoC使串联耦合单元之间的SoC均衡，从而防止或减轻了过充电或过放电。无源单元平衡电路从具有较高SoC的单元汲取能量，这些能量通过阻抗电路作为热量耗散掉。在充电时，电流也可以在具有较高SoC的单元附近选择性地通过阻抗电路路由，以避免对单元进一步充电。无源单元平衡电路也可以称为耗散单元平衡电路。有源单元平衡电路将能量从具有较高SoC的单元转移到具有较低SoC的单元。单元之间的能量转移可以通过能量存储部件(例如电容器或电感器)间接执行。有源单元平衡电路也可以称为非耗散单元平衡电路。
基于上述讨论和示例性说明，本领域的熟练技术人员可以容易的认识到可以对本发明进行多种修改和改变，而不必严格的遵循本文中例示和描述的示例性实施例和应用。例如，可以采用多种方式选择通过总线传输到电池组控制器的高带宽数据，以适应可用带宽、特定类型的总线和/或特定电池组或其实施方式的其它需要。此外，多个实施例涉及在不同类型的条件下监视单元性能。单元阻抗在电池寿命期限内受到监视，不同取值的参数用于获取有关单元属性的有用信息。可以记录这种多维信息，这种信息用于提供可以用来确定电池特性的信息。所述方法例如有利于检测/确定与许多参数的一个或多个相关的阻抗曲线，例如单元化学作用、单元温度、DC单元电流、充电状态(SoC)、单元寿命以及单元记录时期。也可以采用其它实施例实现某些实施例所讨论和/或附图所显示的其它变形。这些修改不会偏离包括下述权利要求中所阐述内容在内的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种能量存储单元设备，包括：
电流注入电路，配置为将电流分别注入到配置为存储能量的多个电池单元的单独电池单元中；
阻抗检测电路，耦合为响应于其中注入的电流检测所述多个电池单元的每一个的阻抗特性；
滤波器电路，耦合到所述阻抗检测电路并配置为
从阻抗检测电路接收与检测的阻抗特性有关的高带宽阻抗数据，
以及
将阻抗数据的低频分量与阻抗数据的高频分量分离；
存储器电路，配置为存储与高带宽分量对应的数据；以及
访问电路，配置为向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，基于传输高带宽分量的可用带宽来访问并向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的已存储高带宽分量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中
所述阻抗检测电路配置为通过检测针对多个周期的阻抗特性来检测所述多个电池单元每一个的阻抗特性，以及
访问电路配置为：
通过提供针对多个周期的每一个的低频分量来向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，以及
访问存储器电路，通过与针对多个周期之一的低频分量一起传输针对单独的电池单元的子集的高带宽分量，以便向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
3.根据权利要求1所述的设备，其中
所述阻抗检测电路配置为通过检测多个周期的每一个的阻抗特性来检测多个电池单元的每一个的阻抗特性，以及
所述访问电路配置为：
通过提供针对多个周期的每一个的低频分量来向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，以及
访问存储器电路，通过分别与针对多个周期中不同周期的低频分量一起向电池组控制器提供针对单独的电池单元的不同子集的高带宽分量，以便向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
4.根据权利要求1所述的设备，其中
所述阻抗检测电路配置为通过检测针对多个周期的阻抗特性来检测多个电池单元的每一个的阻抗特性；
存储器电路配置为通过针对非所有的多个周期存储阻抗特性的高带宽分量来存储高带宽分量；以及
访问电路配置为针对所有的多个周期向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，以及访问存储器电路，以针对所述非所有的多个周期向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
5.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路配置为访问存储器电路，通过基于轮询方案与针对低频分量的不同集合一起提供针对不同子集的高带宽分量，以便向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量，所述轮询方案对要提供其高带宽分量的单独的电池单元的子集进行识别。
6.根据权利要求1所述的设备，其中
所述阻抗检测电路配置为通过检测针对多个周期的阻抗特性来检测多个电池单元的每一个的阻抗特性，以及
存储器电路配置为通过基于轮询方案针对非所有的多个周期存储高带宽分量来存储高带宽分量，所述轮询方案用于向电池组控制器提供高带宽分量。
7.根据权利要求1所述的设备，其中
所述阻抗检测电路配置为通过检测针对多个周期的阻抗特性来检测多个电池单元的每一个的阻抗特性，以及
存储器电路配置为通过针对多个周期的每个周期将与针对多个电池单元的至少一些的高带宽分量相对应的数据用针对所述多个电池单元的所述至少一些的高带宽分量相对应的当前数据来代替，以便存储与所述高带宽分量相对应的数据。
8.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路配置为基于轮询方案向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量，所述轮询方案对在不同通信周期期间要提供其高带宽分量的单独的电池单元的子集进行识别。
9.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路配置为访问存储器电路，以响应于从电池组控制器接收的命令向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
10.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路包括与电池组控制器集成的电路，并且所述与电池组控制器集成的电路配置为经由通信总线访问存储器电路以访问并向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
11.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路包括与电池组控制器集成的电路，并且所述与电池组控制器集成的电路配置为
通过通信总线接收低频分量以便向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，以及
经由通信总线访问存储器电路以访问并向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
12.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路与阻抗检测电路、滤波器电路和存储器电路集成，并配置为通过通信总线向电池组控制器传输低频分量以便向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量，以及
访问存储器电路，通过向电池组控制器传输所述高带宽分量以便向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量。
13.根据权利要求1所述的设备，其中访问电路配置为访问存储器电路以通过下述方式向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽分量：
确定通信总线上的可用带宽；
确定传输低频分量要求的带宽数量；以及
基于确定的可用带宽和确定的传输低频分量所要求的带宽数量，确定要在总线上传输的高带宽分量的数量。
14.根据权利要求1所述的设备，其中电流注入电路配置为通过将单元平衡电路分别耦合到多个电池单元的每个两端以在其中注入电流，从而将电流分别注入到多个电池单元的单独电池单元中。
15.根据权利要求1所述的设备，其中
电流注入电路配置为利用响应于从电池组控制器接收的控制输入而设置的频率和幅度，通过将单元平衡电路分别耦合到多个电池单元的每一个两端以在其中注入电流，从而将正弦电流分别注入到多个电池单元的单独电池单元中，
存储器电路配置为存储对注入的正弦电流的相位加以表示的相位数据，以及
访问电路配置为访问存储器电路以向电池组控制器提供针对注入电流的相位数据，经由该相位数据获取提供给电池组控制器的高带宽分量。
16.一种监视具有多个串联连接的电池单元的电池组的系统，该系统包括：
电流注入电路，配置为分别将电流注入到多个电池单元的单独电池单元中；
单元电压检测电路，配置为响应于注入电流针对每个电池单元提供包括对电池单元的单元电压加以表示的低频和高频分量的阻抗数据；
组电流检测电路，配置为提供阻抗数据，所述阻抗数据包括对与电池单元串联连接的电阻器电路上的电压加以表示的低频和高频分量,并从而提供流经电池单元的电流的指示；
存储器电路，配置为存储与包括低频和高频分量的高带宽数据相对应的数据；
通信总线；以及
电池组控制器，配置为经由通信总线：
从单元电压检测电路和组电流检测电路的每个接收所提供的针对多个电池单元的低频分量，以及
访问存储器电路，以便基于传输高带宽数据的可用带宽来检索所存储的针对单独的电池单元的子集的高带宽数据。
17.根据权利要求16所述的系统，其中电池组控制器配置为
选择电池单元之一，基于经由电池组控制器接收的低频分量而检测的电池单元的阻抗特性来评估高频阻抗分量；以及
访问存储器电路，以便通过对所选择的电池单元检索存储的高带宽数据，来检索存储的针对单独的电池单元的子集的高带宽数据。
18.根据权利要求16所述的系统，其中
存储器电路配置为存储对与检测的高频分量相对应的注入电流的相位加以表示的相位数据，以及
所述电池组控制器配置为
控制电流注入电路按照规定的频率和幅度将正弦电流注入到多个电池单元的单独电池单元中，
访问存储器电路以检索所存储的针对注入正弦电流的相位数据，经由所述相位数据获取提供给电池组控制器的高频分量，以及
利用所检索的相位数据和注入正弦电流的规定频率和幅度确定电池单元的条件。
19.一种监视具有多个串联连接的电池单元的电池组的方法，该方法包括在电池组电路中：
将电流分别注入到多个电池单元的单独电池单元中；
响应于注入到电池单元的电流，针对每个电池单元提供对电池单元的单元电压加以表示的输出；
提供对流经每个电池单元的电流加以表示的输出；
将阻抗数据的低频分量与阻抗数据的高频分量分离；
存储与低频分量和高频分量相对应的高带宽数据；
向电池组控制器提供针对多个电池单元的低频分量；以及
基于用于传输高带宽数据的可用带宽向电池组控制器提供针对单独的电池单元的子集的高带宽数据。
20.根据权利要求19所述的方法，其中
提供低频分量包括提供针对多个传输周期的每个的低频分量，以及
提供高带宽数据包括分别与针对多个传输周期的不同周期的低频分量一起向电池组控制器提供针对单独的电池单元不同子集的高频分量。
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