CN104638307A - 用于电池热管理的虚拟单元 - Google Patents

用于电池热管理的虚拟单元 Download PDF

Info

Publication number
CN104638307A
CN104638307A CN201410618231.9A CN201410618231A CN104638307A CN 104638307 A CN104638307 A CN 104638307A CN 201410618231 A CN201410618231 A CN 201410618231A CN 104638307 A CN104638307 A CN 104638307A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
temperature
current
unit
battery pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410618231.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104638307B (zh
Inventor
L·高
S·刘
G·M·罗
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN104638307A publication Critical patent/CN104638307A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104638307B publication Critical patent/CN104638307B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

本发明涉及用于电池热管理的虚拟单元。公开了一种用于电池热管理的虚拟单元的系统、方法及装置。所公开的方法包括使用至少一个温度传感器感测电池组中的至少一个电池单元的温度。该方法进一步包括使用至少一个电流传感器感测电池组内的至少一个电流。而且，该方法包括使用电池热管理系统(BTMS)控制器确定电池组中的任一电池单元的温度是否超过温度限制(TLimit)。进一步，该方法包括使用BTMS控制器激活至少一个虚拟单元，从而为电池组中超过温度限制的至少一个电池单元提供电流或者吸收电流。

Description

用于电池热管理的虚拟单元
技术领域
本发明涉及电池热管理，特别涉及用于电池热管理的虚拟单元。
背景技术
来自电池的热产生直接与其承载的电流有关。电流越大，所产生的热就越多。在实践中，存在这样的可能性：可能从电池产生巨大的热量，其超出外部电池热管理系统显著降低的能力。这种高热产生的原因可能来自于：(1)由过度的负载需求或者负载故障引起的极高的电流，(2)电池内部故障，和/或(3)充电/放电电路失效。此外，如果热管理系统失效或者不能快速地将热传输出去，则热可能在电池内迅速积累，由此造成非常高的电池温度。
传统的电池热管理系统提供一种通过外部主动的或者被动的冷却系统将热从电池传输出去的手段。对于先进的高能量密度电池(例如，锂型电池)，在故障或者连续滥用状况的情况下，常规的电池热管理系统经常是不够的。当前，常规的方法对控制来自电池内的热产生无能为力。
因此，需要一种改进的电池热管理系统，其能够控制来自电池内的热产生，使得电池的温度总是保持在安全限制内，而不需要妥协于正常的负载需求。
发明内容
本公开涉及一种用于电池热管理的虚拟单元的方法、系统和装置。在一个或多个实施例中，用于热电池管理的方法包括使用至少一个温度传感器感测电池组中的至少一个电池单元的温度。该方法进一步包括使用至少一个电流传感器感测电池组内的至少一个电流。而且，该方法包括使用电池热管理系统(BTMS)控制器确定电池组中的任一电池单元的温度是否超过温度限制(TLimit)。进一步，该方法包括使用BTMS控制器激活至少一个虚拟单元，从而为电池组中超过温度限制的至少一个电池单元提供电流或者吸收电流。
在一个或多个实施例中，电池单元按层布置在电池组中。在某些实施例中，电池单元在每一层中并联连接。在至少一个实施例中，这些层串联连接。在某些实施例中，每个虚拟单元连接到一层电池单元。
在至少一个实施例中，该方法进一步包括通过至少一个温度传感器将至少一个温度信号发送到BTMS控制器，其中至少一个温度信号包括与至少一个电池单元的温度有关的信息。
在一个或多个实施例中，至少一个电流传感器包括电池组电流传感器和/或至少一个虚拟单元电流传感器。在某些实施例中，该方法进一步包括通过电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括与电池组的电流(I0)有关的信息。在至少一个实施例中，该方法进一步包括通过至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括关于与至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层电池单元的电流的信息。
在至少一个实施例中，至少一个虚拟单元是直流/直流(DC/DC)转换器和/或交流/直流(AC/DC)转换器。在某些实施例中，DC/DC转换器是双向DC/DC转换器。在至少一个实施例中，AC/DC转换器是双向AC/DC转换器。在一个或多个实施例中，DC/DC转换器的输入连接到电池组的端子或者DC源的端子。在至少一个实施例中，AC/DC转换器的输入连接到AC源的端子。
在一个或多个实施例中，用于热电池管理的系统包括至少一个温度传感器，用于感测电池组中的至少一个电池单元的温度。该系统进一步包括至少一个电流传感器，用于感测电池组内的至少一个电流。进一步，该系统包括电池热管理系统(BTMS)控制器，用于确定电池组中的任一电池单元的温度是否超过温度限制(TLimit)，并且激活至少一个虚拟单元，从而为电池组中超过温度限制的至少一个电池单元提供电流或者吸收电流。
在至少一个实施例中，至少一个温度传感器进一步将至少一个温度信号发送到BTMS控制器，其中至少一个温度信号包括与至少一个电池单元的温度有关的信息。
在一个或多个实施例中，至少一个电流传感器包括电池组电流传感器和/或至少一个虚拟单元电流传感器。在至少一个实施例中，电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括与电池组的电流(I0)有关的信息。在某些实施例中，至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括关于与至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层电池单元的电流的信息。
特征、功能以及优势能够在本发明的各种实施例中独立地被实现，或者可以在其他实施例中被组合。
附图说明
结合以下描述、随附的权利要求以及附图，本公开的这些和其他特征、方面以及优势将变得更加易于理解。
图1是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统的示意图，该系统将DC/DC转换器用于虚拟单元。
图2是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统的示意图，该系统将AC/DC转换器用于虚拟单元。
图3是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统的操作的方法的概述的流程图。
图4是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统的操作的方法的流程图。
图5是根据本公开的至少一个实施例的图4所公开的方法的虚拟单元放电子例程的流程图。
图6是是根据本公开的至少一个实施例的图4所公开的方法的虚拟单元充电子例程的流程图。
具体实施方式
在此公开的方法和装置提供了用于电池热管理的虚拟单元的可操作系统。所公开的系统提供控制来自电池内的热产生的解决方案，使得电池的温度总保持在安全限制内，而不需要妥协于正常的负载需求。具体地，在所公开的系统的操作期间，该系统感测各电池单元的温度，识别接近或者超过最大温度限制的一个单元或者多个单元，并且减小妥协(compromise)的一个单元或者多个单元的电流，使得产生较少的热。因此，该系统能够防止一个或多个电池单元过热和/或达到热失控。
如之前提到的，用于执行电池热管理的常规方法仅涉及主动地或者被动地在外部将热从电池带走。本公开改为直接管理来自电池内的热产生以执行电池热管理，同时使用常规的外部冷却系统。本公开要求测量电池单元的温度，并且部分地关注于温度管理以防止过热。
具体地，所公开的系统首先感测各电池单元的温度，并且识别接近或者超过最大温度限制的(多个)电池单元。接着，该系统减小(多个)妥协的电池单元的电流负载，使得(多个)电池单元产生较少的热，由此，达到较低和稳定的温度水平。由(多个)妥协的电池单元的负载减少产生的电流赤字由与(多个)电池单元并联连接的虚拟单元(例如，主动控制的双向直流/直流(DC/DC)转换器或者交流/直流(AC/DC)转换器)补偿。
所公开的系统能够：(1)减小具有接近或者超过最大温度限制的温度的电池单元的电流，以及(2)通过使用虚拟单元补偿由电池单元电流减小引起的电流赤字，以满足由负载确定的整个电池电流要求。因此，所公开的系统能够先发控制电池温度，这通过常规的电池热管理系统当前是不可能的。所公开的系统控制电池热产生，使得温度在全部时间都保持在安全区域内，由此，防止系统过热。
在以下描述中，为了提供更加彻底的系统描述，陈述了许多细节。然而，对于本领域技术人员来说显然的是，所公开的系统可以在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他实例中，没有详细描述公知的特征，以避免不必要地使该系统模糊。
图1是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统100的示意图，该系统将DC/DC转换器110a、110b用于虚拟单元110a、110b。在该附图中，针对系统100描述了6个主元件。第一主元件是电池组120(例如，电池单元阵列，其也被称作“电池阵列”)。电池组120包括M×N个电池单元130a-130f，其中有M个层(即，行)，每层中有N个单元(即，列)。电池单元130a-130f互相连接，使得全部M个层中的每一层具有并联连接的N个电池单元130a-130c，并且全部M个电池单元层串联连接。这种配置生成了M×N电池阵列120。
数字M和N可以是任意的，但是M大于或者等于(≥)1且N≥1。对于位于第M层和第N列的电池单元130f，该电池单元130f的变量由下标(M,N)标示。电池单元130a-130c的顶层的正极端子连接在一起，并且形成电池组120的正极端子140。底层电池单元130d-130f的负极端子连接在一起，并且形成电池组120的负极端子150。
第二主元件是虚拟单元110a、110b。在该附图中，对于每个虚拟单元110a、110b采用DC/DC转换器。任何类型的电流双向DC/DC转换器可以被用于虚拟单元110a、110b。同样，对于每层电池单元130a-130f采用一个虚拟单元110a、110b(例如，对于电池单元130a-130c的顶层采用一个虚拟单元110a，并且对于电池单元130d-130f的底层采用虚拟单元110b)，并且因此，总共有M个虚拟单元110a、110b。每个虚拟单元110a、110b的输出正极端子和输出负极端子连接到虚拟单元对应的电池单元层130a-130c、130d-130f的正极端子和负极端子。每个虚拟单元的输入正极端子和输入负极端子连接到电池组120的正极端子140和负极端子150。应当注意，在其他实施例中，每个虚拟单元的输入正极端子和输入负极端子连接到DC源的端子而不是电池组120的端子。还应当注意，在其他实施例中(参考图2)，对于每个虚拟单元110a、110b可以采用AC/DC转换器。
第三主元件是在附图中用菱形符号表示的电池单元温度传感器。每个电池单元130a-130f的温度由温度传感器感测，并且温度传感器将温度信号(其包含关于感测到的温度的信息)发送到电池热管理系统(BTMS)控制器160。对于第M层第N列的电池单元130f，其温度被标为TM,N。在该附图中，对于每个电池单元130a-130f都采用了温度传感器。然而，应当注意，在其他实施例中，对于每个电池单元130a-130f可以采用更多或者更少的温度传感器。例如，对于较关键的电池单元可以采用更多的温度传感器。
第四主元件是在附图中由半圆包围的圆点表示的电流传感器170a-170c(即，用于电池单元(即，电池阵列)和虚拟单元的电流传感器)。在该附图中，对于电池组120并且对于每个虚拟单元110a、110b采用电流传感器170a。电池组电流被标为I0，其中正方向如箭头所示。第M个虚拟单元的电流被标为IM，其中正方向如箭头所示。电池组120的电流由电池组电流传感器170a感测，并且虚拟单元110a、110b的电流由虚拟单元电流传感器170b、170c感测；并且电池组电流传感器170a和虚拟单元电流传感器170b、170c各自将电流信号(其包含关于感测到的电流的信息)发送到BTMS控制器160。
第五主元件是BTMS控制器160。可以使用数字的和/或模拟的电子设备实现BTMS控制器160。BTMS控制器160接收温度信号和电流信号。BTMS控制器160根据接收到的温度信号和电流信号为M个虚拟单元110a、110b中的每一个做出具体控制决策。BTMS控制器160接着将与控制决策有关的控制信号发送到虚拟单元110a、110b。
第六主元件是系统控制器180。系统控制器180与BTMS控制器160接口连接(interface)。系统控制器180负责将系统命令和控制信号发送到BTMS控制器160，并且从BTMS控制器160接收温度和电流信号。系统控制器160还负责与其他管理系统接口连接，包括但不限于电池充电/放电控制系统、电池过电流保护系统、短路保护系统、电池寿命管理系统以及电力分配控制系统。
如之前提到的，电池单元的热产生直接与其承载的电流有关。当电流越大时，电池单元的温度变得越高，并且如果热不能立即由外部冷却系统传输走，则可能发生过热状况。通过所公开的BTMS控制器160防止此类状况发生的基本机制是，减小热源的强度(即，减小电流)。由于电流减小引起的电池单元电流的赤字由虚拟单元110a、110b补偿。
在系统的操作期间，系统控制器180将电池单元的温度限制TLimit传送到BTMS控制器160。接着，BTMS控制器160连续地监测电池单元的温度，并且挑出在它们对应的电池单元层中显示最大温度的电池单元130a-130f。如果在某一层电池单元中的电池单元130a-130f的最大温度接近和/或超过温度限制(TLimit)，则通过从BTMS控制器160接收控制信号，对应于该电池单元层的虚拟单元110a、110b被激活，从而提供电流或者吸收(sink)电流。因此，在该电池单元层中的电池单元的电流被减小，由此热产生被降低。
在一个或多个实施例中，电流增量ΔI由系统控制器180设置，并且可以取决于具体的电池系统设计。对于操作期间的每次步进ΔI，如果检测到超过温度限制的电池单元温度，则对应的虚拟单元110a、110b的电流被调整ΔI。该过程继续，直到系统控制器180发送命令信号以停止。对BTMS控制器160的控制算法的详细描述在图4、5、6的描述中进行说明。
图2是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统200的示意图，该系统将AC/DC转换器210a、210b用于虚拟单元210a、210b。图2的系统200与图1的系统100相同，除了对于图2的系统200，针对虚拟单元210a、210b采用AC/DC转换器210a、210b而不是DC/DC转换器110a、110b。任何类型的电流双向AC/DC转换器210a、210b可以用于虚拟单元。此外，每个AC/DC转换器210a、210b的输入正极端子和输入负极端子连接到AC源260(例如，系统中现有的AC总线)的正极端子240和负极端子250。
图3是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统的操作的方法300的概述的流程图。在该附图中，在方法300的开始310处，至少一个温度传感器感测电池组320中的至少一个电池单元的温度。至少一个电流传感器感测电池组330内的至少一个电流。接着，电池热管理系统(BTMS)控制器确定电池组中的任一电池单元的温度是否超出温度限制(TLimit)340。对于电池组中超过温度限制350的电池单元，BTMS控制器激活至少一个虚拟单元以提供电流或者吸收电流。接着，方法300结束360。
图4是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统100、200的操作的方法400的流程图。在该附图中，在方法400的开始处，BTMS控制器从系统控制器405接收时间(t)＝0的启动命令(即，将启动时间初始化为零)。接着，BTMS控制器输入或者获取来自系统控制器410的TLimit值(即，电池单元的温度限制)、Δt(即，时间增量)以及ΔI(即，电流增量)。温度传感器测量电池单元的温度(Tm,n，其中m＝1,2.…M且n＝1,2.…N)415。电流传感器测量电流(I0和Im，其中m＝1,2.…M)420。BTMS控制器接着找到每层的最大电池单元温度(Tmax,m＝Max(Tm,1，Tm,2,…Tm,N)，其中m＝1,2.…M)425。
接着，BTMS控制器确定电池组电流I0是大于、等于还是小于零(0)(即，I0>,或者＝,或者<0)430。如果电池组电流I0大于零，则BTMS控制器将执行将在图5的描述中进行说明的虚拟单元放电子例程435。并且如果电池组电流I0小于零，则BTMS控制器将执行将在图6的描述中进行说明的虚拟单元充电子例程440。然而，如果电池组电流I0等于零，则BTMS控制器将保持虚拟单元处于待用模式445(例如，BTMS控制器实质上没有做任何事情)，并且BTMS控制器将检查来自系统控制器450的最新命令。
在BTMS控制器已经执行了虚拟单元放电子例程435或者虚拟单元充电子例程440或者待用模式445之后，BTMS控制器将检查来自系统控制器450的最新命令。BTMS控制器将确定命令是否是继续455。如果命令是继续，则方法400将行进到步骤415。然而，如果命令是不再继续，则方法400将停止465。
图5是根据本公开的至少一个实施例的用于图4所公开的方法400的虚拟单元放电子例程435的流程图。在该附图中，在放电子例程435的开始处，m被设置为等于1(即，m＝1)，使得方法从第一层(即，层1)505开始。BTMS控制器确定该层的最大温度是否大于温度限制(即，Tmax,m>TLimit？)510。
如果BTMS控制器确定最大温度不大于温度限制，则BTMS控制器确定该层的虚拟单元的电流是否大于零(即，Im>0？)515。如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流不大于零，则电池单元层不需要来自虚拟单元的支持，并且因此，零值被设置为虚拟单元520的基准(即，Im(t+Δt)＝0)。接着，子例程435将行进到步骤530。然而，如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流大于零，则该层正在接收来自虚拟单元的支持(即，虚拟单元正在提供电池单元电流的一部分)，并且BTMS控制器将虚拟单元的电流减小ΔI(即，Im(t+Δt)＝Im(t)-ΔI)525。接着，子例程435将行进到步骤530。
然而，如果BTMS控制器确定最大温度大于温度限制，则BTMS控制器将虚拟单元的电流增加ΔI(即，Im(t+Δt)＝Im(t)+ΔI)，以减小层535中的电池单元的电流。接着，BTMS控制器将检查虚拟单元的新增加的电流设置，以确定其是否大于电池组电流(即，Im(t+Δt)>I0？)540。如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流大于电池组电流，则BTMS控制器将虚拟单元电流限制到电池组电流(即，Im(t+Δt)＝I0)545。接着，子例程435将行进到步骤530。然而，如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流不大于电池组电流，则子例程435将行进到步骤530。
在步骤530处，BTMS控制器确定m是否小于M(即，m<M？)530。如果BTMS控制器确定m小于M，则BTMS控制器将设置m等于m加1(即，m＝m+1)，使得方法将从下一层(即，层2)重新开始(通过返回到步骤510)550。子例程435接着行进到步骤510。然而，如果BTMS控制器确定m不小M，则BTMS控制器将虚拟单元的电流控制为等于Im(t+Δt)，其中m＝1,2.…M 555。接着，子例程435行进到方法400的步骤450(参考图4)。
图6是是根据本公开的至少一个实施例的用于图4所公开的方法400的虚拟单元充电子例程440的流程图。在该附图中，在充电子例程440的开始处，m被设置为1(即，m＝1)，使得方法从第一层(即，层1)开始605。BTMS控制器确定该层的最大温度是否大于温度限制(即，Tmax,m>TLimit？)610。
如果BTMS控制器确定最大温度不大于温度限制，则BTMS控制器确定该层的虚拟单元的电流是否小于零(即，Im<0？)615。如果BTMS控制器确定该层的虚拟单元的电流不小于零，则电池单元层不需要来自虚拟单元的支持，因此，零值被设置为虚拟单元的基准(即，Im(t+Δt)＝0)620。接着，子例程440将行进到步骤630。然而，如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流小于零，则该层接收正在来自虚拟单元的支持(即，虚拟单元正在吸收电池单元电流的一部分)，并且BTMS控制器将虚拟单元的电流增加ΔI(即，Im(t+Δt)＝Im(t)+ΔI)525。接着，子例程440将行进到步骤630。
然而，如果BTMS控制器确定最大温度大于温度限制，则BTMS控制器将控制虚拟单元以吸收更多的电流ΔI(即，Im(t+Δt)＝Im(t)-ΔI)，以减小层635中的电池单元的电流。接着，BTMS控制器将检查虚拟单元的新电流设置，以确定其是否小于电池组电流(即，Im(t+Δt)<I0？)640。如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流小于电池组电流，则BTMS控制器将虚拟单元电流限制到电池组电流(即，Im(t+Δt)＝I0)645。接着，子例程440将行进到步骤630。然而，如果BTMS控制器确定虚拟单元的电流不小于电池组电流，则子例程440将行进到步骤630。
在步骤630处，BTMS控制器确定m是否小于M(即，m<M？)630。如果BTMS控制器确定m小于M，则BTMS控制器将m设置等于m加1(即，m＝m+1)，使得方法从下一层(即，层2)重新开始(通过返回到步骤610)650。子例程440接着行进到步骤610。然而，如果BTMS控制器确定m不小于M，则BTMS控制器将虚拟单元的电流控制为等于Im(t+Δt)，其中m＝1,2.…M 655。接着，子例程440行进到方法400的步骤450(参考图4)。
尽管已经示出并且描述了特定实施例，但是应当理解，以上讨论无意限制这些实施例的范围。虽然在此已经公开并且描述了本发明的许多方面的实施例和变形，但是提供这种公开仅为了解释和说明的目。因此，在不背离权利要求的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
虽然上述方法表明某些事件以某种顺序发生，但是受益于本公开的益处的本领域技术人员将认识到，该顺序可以被修改，并且这种修改与本发明的变形是一致的。此外，方法的各部分可以以并行处理(如果可能)同时被执行，以及顺序执行。另外，可以执行方法的更多部分或者更少部分。
因此，实施例旨在示例可能落入权利要求的范围内的替换、修改以及等同。
虽然在此已经描述了某些说明性的实施例和方法，但是根据前述的公开，对于本领域技术人员来说显然的是，在不背离所公开的技术的实质精神和范围的情况下，可以对此类实施例和方法进行变形和修改。存在所公开的技术的许多其他示例，每个示例仅在细节方面不同于其他示例。因此，意图是，所公开的技术应当仅限于由随附的权利要求和适用法律的规则和原则所要求的程度。

Claims (18)

1.一种用于热电池管理的方法，所述方法包括：
使用至少一个温度传感器感测电池组中至少一个电池单元的温度；
使用至少一个电流传感器感测所述电池组内的至少一个电流；
确定所述电池组中的任一所述电池单元的温度是否超过温度限制(TLimit)；以及
激活至少一个虚拟单元，从而为所述电池组中超过所述温度限制的至少一个所述电池单元提供电流或者吸收电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括由所述至少一个温度传感器将至少一个温度信号发送到电池热管理系统控制器即BTMS控制器，
其中所述至少一个温度信号包括与至少一个所述电池单元的温度有关的信息。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括由所述电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，
其中所述至少一个电流信号包括与所述电池组的电流(I0)有关的信息。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括由所述至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，
其中所述至少一个电流信号包括关于与所述至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层所述电池单元的电流的信息。
5.一种用于热电池管理的系统，所述系统包括：
至少一个温度传感器，用于感测电池组中至少一个电池单元的温度；
至少一个电流传感器，用于感测所述电池组内的至少一个电流；以及
电池热管理系统控制器即BTMS控制器，用于确定所述电池组中的任一所述电池单元的温度是否超过温度限制(TLimit)，并且激活至少一个虚拟单元，从而为所述电池组中超过所述温度限制的至少一个所述电池单元提供电流或者吸收电流。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电池单元按层布置在所述电池组中。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电池单元在每层中并联连接。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述层串联连接。
9.根据权利要求6所述的系统，其中每一个所述虚拟单元连接到其中一层所述电池单元。
10.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个温度传感器还将至少一个温度信号发送到所述BTMS控制器，
其中所述至少一个温度信号包括与至少一个所述电池单元的温度有关的信息。
11.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个电流传感器包括电池组电流传感器以及至少一个虚拟单元电流传感器中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到所述BTMS控制器，
其中所述至少一个电流信号包括与所述电池组的电流(I0)有关的信息。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到所述BTMS控制器，
其中所述至少一个电流信号包括关于与所述至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层电池单元的电流的信息。
14.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个虚拟单元是直流/直流转换器即DC/DC转换器和交流/直流转换器即AC/DC转换器中的至少一个。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述DC/DC转换器是双向DC/DC转换器。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述AC/DC转换器是双向AC/DC转换器。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述DC/DC转换器的输入连接到所述电池组的端子和DC源的端子中的一个。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述AC/DC转换器的输入连接到AC源的端子。
CN201410618231.9A 2013-11-06 2014-11-05 用于电池热管理的虚拟单元 Active CN104638307B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/073,694 2013-11-06
US14/073,694 US9287726B2 (en) 2013-11-06 2013-11-06 Virtual cell for battery thermal management

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104638307A true CN104638307A (zh) 2015-05-20
CN104638307B CN104638307B (zh) 2020-01-21

Family

ID=51947126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410618231.9A Active CN104638307B (zh) 2013-11-06 2014-11-05 用于电池热管理的虚拟单元

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9287726B2 (zh)
EP (1) EP2871703B1 (zh)
JP (1) JP6813937B2 (zh)
KR (1) KR102205684B1 (zh)
CN (1) CN104638307B (zh)
AU (2) AU2014224152A1 (zh)
CA (1) CA2862571C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098895A (zh) * 2015-07-28 2015-11-25 努比亚技术有限公司 充电控制的装置及方法
CN106099250A (zh) * 2016-08-19 2016-11-09 东莞力朗电池科技有限公司 一种热电偶电池热自动管理系统
CN110871798A (zh) * 2018-08-28 2020-03-10 罗伯特·博世有限公司 车辆控制系统、方法、装置和设备
CN112713325A (zh) * 2021-01-28 2021-04-27 格力博(江苏)股份有限公司 充电方法及充电设备
CN114335812A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电池自加热的结构

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101677102B1 (ko) 2015-04-29 2016-11-18 충남대학교산학협력단 높이가 다른 마이크로입자가 연결된 3차원 마이크로구조물의 제조방법
US11621441B2 (en) 2018-07-27 2023-04-04 The Boeing Company Li-Ion battery high voltage distribution system architecture
US11567145B2 (en) 2020-12-18 2023-01-31 The Boeing Company Battery management system for early detection of a battery cell internal short-circuit
CN114976320B (zh) * 2022-07-29 2022-10-21 广东采日能源科技有限公司 一种电池管理方法及电池管理系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1574447A (zh) * 2003-05-30 2005-02-02 三洋电机株式会社 对多个电池充电的方法及放电的方法
US20080036425A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Sony Corporation Battery device
US20100141208A1 (en) * 2008-02-12 2010-06-10 Deal Larry L Energy Storage Module
CN103368226A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 罗伯特·博世有限公司 电气设备和用于驱动电气设备的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6099986A (en) * 1997-07-25 2000-08-08 3M Innovative Properties Company In-situ short circuit protection system and method for high-energy electrochemical cells
US6114838A (en) * 1998-12-02 2000-09-05 Agilent Technologies, Inc. Battery capacity test method and apparatus
US6873134B2 (en) 2003-07-21 2005-03-29 The Boeing Company Autonomous battery cell balancing system with integrated voltage monitoring
US7554294B2 (en) 2005-01-28 2009-06-30 The Johns Hopkins University Battery health monitor
JP2006271136A (ja) 2005-03-24 2006-10-05 Denso Corp Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置
KR101230353B1 (ko) * 2010-01-28 2013-02-06 주식회사 엘지화학 전지 내부 저항을 이용한 저온 성능 개선 전지팩 시스템
JP5477778B2 (ja) * 2010-05-28 2014-04-23 スズキ株式会社 電池並列接続回路の制御装置
US8866444B2 (en) * 2010-06-08 2014-10-21 Tesla Motors, Inc. Methodology for charging batteries safely
US8932739B2 (en) * 2010-08-04 2015-01-13 Tesla Motors, Inc. Battery pack configuration to reduce hazards associated with internal short circuits
US8803477B2 (en) * 2010-09-21 2014-08-12 Electricab Corporation Battery module for high-current rapid charging
US20130020998A1 (en) 2011-07-21 2013-01-24 Ryan Robert Howard Intelligent Battery With Off-Line Spare Battery Charging and Output Regulation System
JP2013046478A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Hitachi Koki Co Ltd 電池アダプタ及びそれを備える電源装置
US9203086B2 (en) * 2013-05-24 2015-12-01 The Boeing Company Thermally managed battery assembly
US8907631B1 (en) * 2013-07-31 2014-12-09 Qnovo Inc. Adaptive charging technique and circuitry for a battery/cell using multiple charge circuits and temperature data
WO2015153770A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 The Regents Of The University Of Michigan Real-time battery thermal management for electric vehicles

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1574447A (zh) * 2003-05-30 2005-02-02 三洋电机株式会社 对多个电池充电的方法及放电的方法
US20080036425A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 Sony Corporation Battery device
US20100141208A1 (en) * 2008-02-12 2010-06-10 Deal Larry L Energy Storage Module
CN103368226A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 罗伯特·博世有限公司 电气设备和用于驱动电气设备的方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105098895A (zh) * 2015-07-28 2015-11-25 努比亚技术有限公司 充电控制的装置及方法
CN105098895B (zh) * 2015-07-28 2017-08-11 努比亚技术有限公司 充电控制的装置及方法
CN106099250A (zh) * 2016-08-19 2016-11-09 东莞力朗电池科技有限公司 一种热电偶电池热自动管理系统
CN110871798A (zh) * 2018-08-28 2020-03-10 罗伯特·博世有限公司 车辆控制系统、方法、装置和设备
CN110871798B (zh) * 2018-08-28 2024-04-30 罗伯特·博世有限公司 车辆控制系统、方法、装置和设备
CN114335812A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电池自加热的结构
CN114335812B (zh) * 2020-09-30 2024-05-14 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于电池自加热的结构
CN112713325A (zh) * 2021-01-28 2021-04-27 格力博(江苏)股份有限公司 充电方法及充电设备

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018274866A1 (en) 2018-12-20
CA2862571C (en) 2016-11-01
KR20150053226A (ko) 2015-05-15
KR102205684B1 (ko) 2021-01-21
JP2015092479A (ja) 2015-05-14
AU2014224152A1 (en) 2015-05-21
CA2862571A1 (en) 2015-05-06
US9287726B2 (en) 2016-03-15
EP2871703A1 (en) 2015-05-13
AU2018274866B2 (en) 2020-04-02
EP2871703B1 (en) 2018-05-23
CN104638307B (zh) 2020-01-21
US20150123617A1 (en) 2015-05-07
JP6813937B2 (ja) 2021-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104638307A (zh) 用于电池热管理的虚拟单元
CN106785237B (zh) 一种动力电池热管理方法及系统
CN104753127B (zh) 电池包、充电组合、电动工具以及断线检测方法
US8217624B2 (en) Power storage system
US20160359329A1 (en) Battery control system and method
CN104347911B (zh) 一种动力锂离子电池组冷热控制系统及控制方法
EP4053574B1 (en) Short-circuit detection method and apparatus for inverter, and inverter
US20170338668A1 (en) Management device, charging and discharging control device, electricity storage system, and charging and discharging control method
CN103532203B (zh) 一种电池组应用节点及矩阵电池管理系统与实现方法
US20130278065A1 (en) Battery system
CN104167800B (zh) 可扩展通信后备电源锂电池管理系统及方法
KR101612645B1 (ko) 축전 장치 관리 시스템
CN102427259A (zh) 电池管理系统
CN206781545U (zh) 电动汽车自动编址系统及电动汽车
CN113571800A (zh) 电芯散热管理方法、电路、系统、计算机设备和存储介质
JP2013179766A (ja) 放電方式の電池管理システム及びその方法
CN105098910A (zh) 智能锂电池及其分布式管理系统
CN101399450A (zh) 一种控制多电池对便携式设备供电的装置和方法
CN206293587U (zh) 一种动力电池热管理系统
CN105576681A (zh) 防止短路或断电的电力控制系统
CN109428384A (zh) 一种交流供电设备的备电系统、电路板及备电方法
CN103730943B (zh) 用于电池组并联的自适应隔离装置
CN102522602A (zh) 一种对相互串联的若干电池单元进行主动平衡的方法
KR20230174322A (ko) 내부 누설 전류를 차단하기 위한 기능을 제공하는 배터리 셀 컨트롤러
CN109904853A (zh) 直流电源系统及用电装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant