CN106067567A - 电池控制方法和设备、电池模块和电池组 - Google Patents

电池控制方法和设备、电池模块和电池组 Download PDF

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CN106067567A CN201610251498.8A CN201610251498A CN106067567A CN 106067567 A CN106067567 A CN 106067567A CN 201610251498 A CN201610251498 A CN 201610251498A CN 106067567 A CN106067567 A CN 106067567A
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Abstract

提供一种电池控制方法和设备、电池模块和电池组。一种电池控制设备包括：处理器，被配置为基于多个电池中的每个电池的状态信息，来定义与所述多个电池分别对应的多个转换器的多个输出值中的每个输出值；以及信号生成器，被配置为生成控制信号以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。

Description

电池控制方法和设备、电池模块和电池组
本申请要求在韩国知识产权局提交的2015年4月21日的第10-2015-0055650号韩国专利申请和2016年1月20日的第10-2016-0007043号韩国专利申请的权益，这些韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用全部包含于此。
技术领域
下面的描述涉及电池模块或电池单元的控制。
背景技术
当对在电池中包括的多个单元重复执行充电和放电时，在多个单元中可发生化学差异或老化差异。由于化学差异或老化差异，导致可在多个单元中发生电压偏差或容量偏差。因此，该多个单元中的一个或多个单元会被过度充电或过度放电。结果，由于电池的劣化，导致电池的容量会减小并且电池的寿命也会减少。
发明内容
提供本发明内容是为了以简化形式介绍对构思的选择，以下将在具体实施方式中进一步描述这些构思。本发明内容不旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在作为帮助确定要求保护的主题的范围而被使用。
在一个总体方面，一种电池控制设备，包括：处理器，被配置为：基于多个电池中的每个电池的状态信息，来定义与所述多个电池分别对应的多个转换器的多个输出值中的每个输出值；信号生成器，被配置为：生成多个控制信号以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
处理器还可被配置为：基于状态信息来计算所述多个电池中的每个电池的状态差信息，并且确定状态差信息是否在预设范围内。
处理器还可被配置为：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率中的一个或者两个，来定义所述多个转换器的所述多个输出值。
处理器还可被配置为：响应于状态差信息被确定为不在预设范围内，来确定状态差信息是否具有负值；信号生成器还可被配置为：响应于状态差信息被确定为具有负值，来生成控制信号，以控制所述多个转换器中的与所述多个电池中的具有负值的状态差信息的一个电池对应的一个转换器对所述一个电池进行充电。
与所述多个电池分别对应的所述多个转换器的所述多个输出值中的每个输出值可以是所述多个电池中的相应的一个电池的状态差信息的函数，状态差信息基于状态信息被计算。
所述电池控制设备还可包括：通信器，被配置为：将所述多个控制信号发送到所述多个电池。
与所述多个转换器的所述多个输出值对应的功率可被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
在另一个总体方面，一种电池模块包括：电池单元；转换器，与电池单元连接；以及控制器，被配置为：从外部控制器接收基于所述电池模块和其它电池模块的状态信息而定义的输出值，并且控制转换器将与输出值对应的功率供应到负载。
响应于状态差信息在预设范围之外，输出值可基于所述电池模块的状态差信息被定义，状态差信息基于所述电池模块和所述其他电池模块的状态差信息被计算。
输出值可以是所述电池模块的状态差信息的函数，状态差信息基于所述电池模块和所述其他电池模块的状态差信息被计算。
转换器还可被配置为基于输出值来控制电池单元。
与转换器的输出值对应的功率可被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
所述电池模块可被配置为串联连接到所述其它电池模块。
所述电池模块还可包括：第一连接器，包括连接到转换器的输出端的低电压端口；第二连接器，被配置为连接到所述其它电池模块。
在另一个总体方面，一种电池组包括：多个电池模块；多个转换器，分别对应于所述多个电池模块；以及主控制器，被配置为：基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息来定义所述多个转换器的多个输出值中的每个输出值，并且生成多个控制信号，以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
主控制器还可被配置为：基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息来计算所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息，并且确定所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息是否在预设范围内。
主控制器还可被配置为：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率，来定义与所述多个电池模块对应的所述多个转换器的所述多个输出值。
所述多个电池模块中的每个电池模块可包括：子控制器，被配置为控制所述多个转换器中的相应的一个转换器将与所述多个输出值中的相应的一个输出值对应的功率供应到负载。
所述多个输出值中的每个输出值可以是所述多个电池模块中的相应的一个电池模块的状态差信息的函数，状态差信息基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息被计算。
电池组还可包括：第一总线，被配置为：将从所述多个电池模块输出的高压功率供应到高电压负载；以及第二总线，被配置为：将从所述多个电池模块输出的低电压功率供应到低电压负载；高电压功率可以是未经所述多个转换器转换的功率，低电压功率可以是所述多个转换器基于所述多个输出值转换的功率。
所述多个转换器可并联连接。
所述多个电池模块可串联连接。
在另一个总体方面，一种电池控制方法包括：基于多个电池中的每个电池的状态信息，来定义与所述多个电池分别对应的多个转换器的多个输出值中的每个输出值；生成多个控制信号以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
定义的步骤可包括：基于状态信息来计算所述多个电池中的每个电池的状态差信息；确定状态差信息是否在预设范围内。
定义的步骤还可包括：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率中的一个或者两个，来定义所述多个转换器的所述多个输出值。
定义的步骤还可包括：响应于状态差信息被确定为没有在预设范围内，来确定状态差信息是否具有负值；生成的步骤可包括：响应于状态差信息被确定为具有负值，来生成控制信号，以控制所述多个转换器中的与所述多个电池中的具有负值的状态差信息的一个电池对应的一个转换器对所述一个电池进行充电。
与所述多个电池分别对应的所述多个转换器的所述多个输出值中的每个输出值可以是所述多个电池中的相应的一个电池的状态差信息的函数，状态差信息基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息被计算。
所述电池控制方法还可包括：将所述多个控制信号发送到所述多个电池。
所述多个转换器的所述多个输出值对应的功率可被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
在另一个总体方面，一种装置包括：电池组，包括多个电池模块和分别电连接到所述多个电池模块的多个转换器；低电压负载，通过所述多个转换器电连接到电池组；以及高电压负载，绕过转换器而电连接到电池组。
所述装置还可包括：主控制器，被配置为：基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息，来计算所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息；确定状态差信息是否在预设范围内；基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率，来定义分别电连接到所述多个电池模块的所述多个转换器的多个输出值。
主控制器还可被配置为：将所述多个转换器的所述多个输出值发送到所述多个电池模块中的相应的电池模块；所述多个电池模块中的每个电池模块可包括：子控制器，被配置为控制所述多个转换器中的相应的一个转换器将与所述输出值对应的功率供应到低电压负载。
在另一个总体方面，一种电池控制设备包括：多个电池；多个转换器，所述多个转换器中的每个转换器连接到所述多个电池中的相应的一个电池，并且被配置为将功率从所述相应的一个电池供应到负载；处理器，被配置为：定义所述多个转换器的相应的多个输出功率，其中，所述多个输出功率将均衡所述多个电池的各自的荷电状态，所述多个输出功率中的每个输出功率基于所述多个电池中的每个电池的荷电状态被定义；以及信号生成器，被配置为：针对所述多个转换器生成相应的多个控制信号，以控制所述多个转换器将所述相应的多个输出功率供应到负载。
电池控制设备还可包括：主控制器，包括处理器和信号生成器；以及多个电池模块，所述多个电池模块中的每个电池模块包括：所述多个电池中的相应的一个电池；连接到所述一个电池的所述多个转换器中的相应的一个转换器；和子控制器；其中，主控制器可被配置为将所述多个控制信号发送到所述多个电池模块中的相应的电池模块；所述多个电池模块中的每个电池模块的子控制器可被配置为：从主控制器接收所述多个控制信号中的相应的一个控制信号，并且控制所述多个转换器中的所述相应的一个转换器将所述多个输出功率中的相应的一个输出功率供应到负载。
所述多个电池模块可互相连接，使得所述多个电池互相串联连接，并且所述多个转换器互相并联连接。
处理器还可被配置为：基于负载所需的功率以及所述多个电池中的每个电池的荷电状态，来定义所述多个转换器中的每个转换器的输出功率。
处理器还可被配置为：通过将负载所需的功率除以所述多个电池的数量，来计算平均功率；通过平均所述多个电池的荷电状态，来计算平均荷电状态；基于平均功率和平均荷电状态，来定义所述多个转换器中的每个转换器的输出功率。
处理器还可被配置为：通过从所述多个电池中的每个电池自己的荷电状态减去平均荷电状态，来针对所述多个电池中的每个电池计算荷电状态差信息；确定每个荷电状态差信息是否在预设范围内；响应于各个荷电状态差信息在预设范围内，将所述多个转换器中的每个转换器的输出功率定义为平均功率；响应于各个荷电状态差信息在预设范围之外，将所述多个转换器中的每个转换器的输出功率定义为：平均功率乘以各个荷电状态差信息的结果加上平均功率。
根据下面的具体实施方式、附图和权利要求，其它特征和方面将是清楚的。
附图说明
图1A和图1B示出电池控制设备的示例。
图2示出电池模块的示例。
图3示出电池模块的另一个示例。
图4示出电池模块的另一个示例。
图5示出电池组的示例。
图6示出电池组的另一个示例。
图7示出电源的示例。
图8示出在电池组中包括的转换器封装的示例。
图9示出电池控制方法的示例。
图10示出用于提供电池状态信息的用户界面的示例。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。附图可不成比例，为了清晰、说明和方便，可夸大附图中的元件的相对大小、比例和描绘。
具体实施方式
提供下面的详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物对于本领域的普通技术人员而言将是清楚的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，除了必须以特定顺序发生的操作之外，操作的顺序不限于在此阐述的顺序，而是可如对本领域的普通人员将清楚地那样进行改变。另外，为了更加清晰和简明，可省略对本领域的普通技术人员公知的功能和结构的描述。
在此描述的特征可按不同形式实施，并且将不被解释为限于在此描述的示例。相反，已经提供了在此描述的示例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。
在此使用的术语只是出于描述具体示例的目的，而并不用于限制本公开。如在此使用的，单数术语也意图包括复数形式，除非上下文另外清楚指示。如在此使用的，术语“包括”、“包含”和/或“具有”，说明存在所叙述的特征、数量、操作、元件、组件、和/或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。除非在此明确定义，否则术语(诸如，在常用字典中定义的术语)将被理解为具有与它们在相关领域的背景下的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于正式的意义。
图1A和图1B示出电池控制设备的示例。
参照图1A，电池控制设备100包括处理器110和信号生成器120。
处理器110获取多个电池的感测数据。多个电池中的每个电池是，例如，电池模块或电池单元。当多个电池中的每个电池是电池模块时，电池模块包括单个电池单元或多个电池单元。在电池模块中包括的多个电池单元相互串联连接。
电池控制设备100从多个电池中的每个电池接收感测数据。感测数据包括，例如，电池的电压数据、电流数据、温度数据和阻抗数据中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合。在一个示例中，多个电池中的每个电池包括控制器。控制器生成用于感测电池的电压、电流、温度和阻抗中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合的控制信号。基于控制器的控制信号来生成电池的感测数据，控制器将感测数据发送到电池控制设备100。
电池控制设备100和在多个电池中的每个电池中包括的控制器可具有主-从关系。电池控制设备100作为主设备(master)进行操作，并且向在多个电池中的每个电池中包括的控制器发送命令。控制器作为从设备(slave)进行操作，并且从电池控制设备100接收命令并进行工作。
处理器110基于多个电池中的每个电池的感测数据，获取多个电池中的每个电池的状态信息。状态信息包括，例如，荷电状态(SoC)信息、健康状态(SoH)信息和容量中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合。处理器110将多个电池中的每个电池的状态信息和感测数据中的一个或者两个存储在存储器中。
处理器110基于多个电池的状态信息，定义与多个电池中的每个电池对应的转换器的输出值。转换器是直流-直流(DC/DC)转换器，并且可以是，例如，隔离型转换器(isolated converter)、单向转换器或双向转换器。然而，这些仅是示例，转换器不限于此。
处理器110基于多个电池中的每个电池的状态信息来获取多个电池中的每个电池的状态差信息。举例来说，处理器110基于多个电池中的每个电池的SoC来计算平均SoC：SoCaverage，并且计算SoCaverage与多个电池中的每个电池的SoC之间的差ΔSoC。例如，处理器110计算具有索引n的电池的ΔSoCn。
处理器110获取低电压负载所需的功率PLDC。另外，处理器110计算低电压负载所需的平均功率PLDC_average。
处理器110确定状态差信息是否在第一范围内。另外，基于确定的结果，处理器110使用状态差信息和/或低电压负载所需的功率，来定义每个转换器的输出值Ptarget_n。在这个示例中，针对每个转换器来不同地定义输出值，从而当与具有相对小的电量的电池相比时，具有相对大的电量的电池向低电压负载供应更多的电量。这使得多个电池的状态将被均衡。
在一个示例中，当状态差信息ΔSoCn具有小于或等于0.01的绝对值时，处理器110将PTarget_n确定为PLDC_average。当状态差信息ΔSoCn具有大于0.01的绝对值时，处理器110将PTarget_n确定为PLDC_average+PLDC_average×ΔSoCn。因此，当状态差信息ΔSoCn具有小于或等于0.01的绝对值时，PTarget_n等于PLDC_average，而当状态差信息ΔSoCn具有大于0.01的绝对值时，PTarget_n是PLDC_average和ΔSoCn的函数。参照图1B对此进行更加详细地描述。然而，0.01的值仅是示例，可使用其他值。
图1B示出每个转换器的输出值。
当多个电池的多个SoC基本上相同时，转换器的输出值也基本上相互相同。例如，在转换器的数量是3的图1B中的示例中，假设PLDC＝30瓦(W)，则PLDC_average＝30/3＝10W。如图1B的左边部分中指示的，当ΔSoCn的绝对值小于或等于0.01时，每个转换器中的输出值被定义为PLDC_average，因此，每个转换器向低电压负载供应10瓦的功率。
随时间推移，在SoC1、SoC2和SoC3之间出现差异。当在SoC1、SoC2和SoC3之间出现差异，并且每个转换器的输出值被定义为基本上相同时，多个电池的SoC保持不均衡，这会使得电池中的一个或多个电池将被过度放电或者受损。另外，当在多个电池的SoC保持不均衡的状态下对多个电池进行充电时，所述多个电池中的一个或多个电池会没有被充满电，因此，多个电池的能量利用会降低。因此，当在多个电池的SoC保持不均衡的状态下对多个电池进行充电和放电时，例如，多个电池会受损，电池的寿命会缩短，并且多个电池的能量利用会降低。
在一个示例中，为了补偿具有不均衡SoC的多个电池，当ΔSoCn的绝对值大于或等于0.01时，每个转换器的输出值被定义为PLDC_average+PLDC_average×ΔSoCn。因此，在图1B的右边部分中指示：转换器的输出值被定义为互不相同。
例如，假设SoC1＝0.53，SoC2＝0.75且SoC3＝0.46。在这个示例中，SoCaverage＝(0.53+0.75+0.46)/3＝0.58，并且ΔSoC1＝-0.05，ΔSoC2＝0.17，ΔSoC3＝-0.12。因此，ΔSoCn的绝对值大于或等于0.01。在这个示例中，处理器110如下地定义PTarget_1至PTarget_3：
PTarget_1＝10+10×(-0.05)＝9.5W；
PTarget_2＝10+10×(0.17)＝11.7W；
PTarget_3＝10+10×(-0.12)＝8.8W。
因此，对应于SoC2的battery_2向低电压负载供应大于所需功率PLDC的平均，对应于SoC1的battery_1和对应于SoC3的battery_3向低电压负载供应小于所需功率PLDC的平均。因此，SoC3小于SoC1，电池_3向低电压负载供应的功率小于电池_1向低电压负载供应的功率。这将使得SoC1、SoC2和SoC3不均衡。因此，尽管多个电池的充电和放电数增加，多个电池也将不被过度充电。另外，将提高多个电池的能量利用并且将延长多个电池的寿命。
即使PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3中的每个可被定义为具有不同的值，PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3之和仍保持30W。例如，处理器110定义PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3中的每个，使得PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3中的每个互不相同，但仍满足负载所需的功率。因此，即使PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3中的每个可被定义为具有不同的值，也可向低电压负载供应预定的功率。
尽管在以上的示例中，三个ΔSoC1、ΔSoC2和ΔSoC3的绝对值全部大于0.01，但是即使当仅ΔSoC1、ΔSoC2和ΔSoC3中的一个或两个大于0.01时，每个转换器的输出值也可被定义为PLDC_average+PLDC_average×ΔSoCn。更一般地说，当多个ΔSoCn中的至少一个ΔSoCn的绝对值大于预设值(例如，如以上示例中的0.01)时，每个转换器的输出值可被定义为PLDC_average+PLDC_average×ΔSoCn。
在另一个示例中，当状态差信息没有在第一范围内时，处理器110确定状态差信息是否具有负值。在上文的示例中，ΔSoC1(-0.05)和ΔSoC3(-0.12)具有负值。处理器110将具有负值的状态差信息ΔSoCn设置成0。也就是说，当ΔSoCn<0时，处理器110将ΔSoCn设置成0并且使用被设置为0的ΔSoCn来确定PTarget_n。这使得，在PTarget_2如上文中示例保持被定义为11.7W的同时，PTarget_1和PTarget_3被定义为10W，而不是如上文的示例中的9.5W和8.8W。在这个示例中，PTarget_1、PTarget_2和PTarget_3的和是31.7W，这大于30W的PLDC。当全部PTarget_n的和大于PLDC时，超出PLDC的功率的超出部分被供应到辅助储能器(auxiliary power storage)，以对辅助储能器进行充电。
在另一个示例中，当状态差信息具有负值时，处理器110不将状态差信息设置成0，而是生成控制信号，以控制与具有负值的状态差信息的电池对应的转换器对电池进行充电。当ΔSoCn具有负值时，这表示存储在battery_n中的电力少于存储在其它电池中的电力。因此，处理器110生成用于为battery_n充电的控制信号。这使得对battery_n进行充电并且多个电池的SoC被校正。
返回参照图1A，信号生成器120生成用于每个控制转换器的控制信号，使得与转换器的输出值对应的功率被供应到低电压负载。举例来说，信号生成器120基于PTarget_n生成控制信号。另外，电池控制设备100通过针对每个转换器定义不同的输出值，来执行单元均衡。
电池控制设备100还可包括通信器(未示出)。通信器将信号生成器120生成的控制信号发送到多个电池中的每个电池。例如，通信器可基于控制器局域网(CAN)通信方案、单线通信方案、或双线通信方案来发送控制信号。然而，这些通信方案仅是示例，通信器的通信方案不限于此。
图2至图4示出电池模块的示例。
参照图2，电池模块200包括一个电池单元或多个电池单元210、转换器220、控制器230、第一连接器240以及第二连接器250和第二连接器251。
电池单元210存储电力。当提供多个电池单元作为电池单元210时，多个电池相互串联连接。
转换器220电连接到电池单元210。转换器220控制电池单元210的输出电流、输出电压和输出功率中的任意两个或者更多个的任意组合。
在一个示例中，转换器220是双向转换器。在这个示例中，电池模块200具有图3中示出的结构。参照图3，基于双向转换器320的操作，对电池单元310进行充电。
在另一个示例中，转换器220是隔离型转换器。隔离型转换器可以是，例如，正激式转换器。参照图4描述包括正激式转换器的电池模块的配置。相比于图3的电池单元310，电池单元310基于正激式转换器420的操作而不被充电。参照图4，控制器410基于从外部控制器接收的控制信号来生成门控驱动信号，并且将门控驱动信号输出到转换器420。在转换器420中包括的开关基于门控驱动信号进行操作。当门控驱动信号被施加到开关时，开关进入导通状态，使得电流流过转换器420的初级绕组线。响应于流过初级绕组线的电流，感应电流通过具有该初级绕组线的互电感流过次级绕组线。流过次级绕组线的感应电流是与转换器420的输出值对应的输出电流。
再次参照图2，控制器230控制转换器220，并且通过在第一连接器240中包括的接收端口242和发送端口243与外部控制器进行通信。另外，控制器230将电池单元210的感测数据发送到外部控制器。
图1A和图1B的电池控制设备的描述也可应用于图2，因此已经省略与外部控制器相关的重复描述。
控制器230从外部控制器接收基于电池模块200和其它电池模块的状态信息而定义的输出值。另外，控制器230控制转换器220，使得与转换器220的输出值对应的功率被供应到负载。控制器230基于控制信号来控制转换器220。转换器220控制电池单元210，使得对应于输出值的功率被供应到低电压负载。
转换器220的输出端连接到低电压端口241(例如，12VDC端口)和在第一连接器240中包括的地端口244。从转换器220输出的功率被供应到低电压负载。低电压负载包括被构造为以低电压(例如，12伏(V))操作的系统(诸如，电动体(electrical moving body)的姿态控制系统或温度控制系统)。另外，低电压负载包括辅助储能器。从转换器220输出的功率被存储在辅助储能器中。
电池模块200的第二连接器250和第二连接器251连接到其他电池模块的第二连接器。电池模块200与其它电池模块串联连接，并且基于外部控制器的控制将功率供应到高电压负载。高电压负载包括，例如，电动体的车载充电器、逆变器和电动机中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合。
图5示出电池组的示例。
参照图5，电池组500包括多个电池模块510、520和530以及主控制器540。如参照图2描述的，电池组500还包括分别对应于多个电池模块的转换器。
多个电池模块510、520和530中的每个电池模块包括一个电池单元或多个电池单元和子控制器。
与多个电池模块510、520和530中的每个电池模块对应的转换器是DC/DC转换器，例如，可以是隔离型转换器。转换器将在电池单元中存储的电力转换成对应于低电压负载的工作电压(例如，12V)。转换器位于电池模块的内部或外部。
子控制器将电池模块的感测数据发送到主控制器。主控制器540基于与多个电池模块510、520和530对应的状态信息，定义与多个电池模块510、520和530中的每个电池模块对应的转换器的输出值。通过确定状态差信息是否被包括在第一范围中来定义转换器的输出值的以上示例的相关描述也可应用于图5，因此已经省略重复描述。下文中，将描述主控制器540通过确定期望的信息来定义转换器的输出值的示例。
主控制器540通过确定SoCn是否在第二范围内来定义转换器的输出值。第二范围可以是，例如，从SoCaverage×(1-a)至SoCaverage×(1+a)，其中，a是常数，例如，0.01。在图1B的示例中，第二范围可以是0.57(＝0.58×0.99)≤SoCn≤0.59(＝0.58×1.01)。另外，主控制器540确定SoC1至SoCn之中的最大值和最小值。随后，主控制器540确定最大值与最小值之间的差是否大于或等于预设参考值，并且基于确定的结果来定义转换器的输出值。当SoCn在第二范围之外时，或者当最大值与最小值之间的差大于或等于预设参考值时，主控制器540将PTarget_n定义为PLDC_average+PLDC_average×ΔSoCn，以补偿电池模块510、电池模块520和电池模块530中的电池单元的不均衡的SoC。
还可基于电池模块的容量作为电池模块的SoC的替代来定义转换器的输出值。例如，基于Capacityn-Capacityaverage＝ΔCapacityn的关系，主控制器540定义PTarget_n。例如，当ΔCapacityn大于0.01时，主控制器540基于PLDC_average×ΔCapacityn来定义PTarget_n。另外，主控制器540可基于ΔSoC和ΔCapacityn，来定义PTarget_n。然而，定义的输出值仅是示例，定义转换器的输出值的方式不限于此。
主控制器540生成控制信号以控制转换器，使得与输出值对应的功率被供应到负载。另外，主控制器540将控制信号发送到多个电池模块510、520和530中的每个电池模块。在多个电池模块510、520和530中的每个电池模块中包括的子控制器基于控制信号来控制转换器。
电池组500包括被构造成向低电压负载570供电的总线560和被构造成向高电压负载580供电的总线550。在图5中，用实线指示总线550并且用虚线指示总线560。彼此串联连接的多个电池模块510、520和530连接到总线550。多个电池模块510、520和530在不进行转换的情况下，向高电压负载580供应存储在多个电池模块510、520和530中的每个电池模块的电池单元中的电力。另外，多个电池模块510、520和530中的每个电池模块通过转换器将存储在电池单元中的电力从高电压逐步降压至低电压，并且将逐步降压后的电力供应到低电压负载570。
图1A至图4的描述也可应用于图5，因此已经省略与图5相关的重复描述。图5的描述还可应用于图1A至图4。
图6示出电池组的另一个示例。
参照图6，电池组600包括多个电池模块610、620和630以及主控制器640。
多个电池模块610、620和630分别包括转换器611、转换器621和转换器631。多个电池模块610、620和630中的每个电池模块还包括子电池管理系统(BMS)/子控制器。子BMS/子控制器管理多个电池模块610、620和630中的每个电池模块的电压、电流、温度和阻抗任意一个或者任意两个或更多个的任意组合。转换器611、转换器621和转换器631并联连接。
例如，多个电池模块610、620和630中的每个电池模块可以是参照图2描述的电池模块。可选地，例如，多个电池模块610、620和630中的每个电池模块可以是参照图3或图4描述的电池模块。
主控制器640包括包含串行外设接口(SPI)的主BMS 641。主BMS 641通过SPI连接到网络，以与在多个电池模块610、620和630中的每个电池模块中包括的子BMS/子控制器进行通信。通过与子BMS/子控制器通信，主BMS 641将用于控制转换器611、转换器612和转换器613中的每个转换器的控制信号发送到在多个电池模块610、620和630中的每个电池模块中包括的子BMS/子控制器。子BMS/子控制器基于控制信号来控制转换器611、转换器612和转换器613中的每个转换器。
主控制器640连接到接线盒650。接线盒650转送从多个电池模块610、620和630中的每个电池模块输出的低电压功率和高电压功率。在接线盒650中包括的继电器651将低电压功率传送到辅助储能器和低电压负载中的一个或者两个。包括在接线盒650中的保险盒/继电器652将从包括在主控制器640中的主继电器/电流传感器642传送的高电压功率传送到高电压负载。
与图1A至图5相关的描述也可应用于图6，因此，已经省略与图6相关的重复描述。
图7示出电源的示例。
参照图7，PTarget_1表示转换器711的输出功率，PTarget_2表示转换器721的输出功率，PTarget_3表示转换器731的输出功率。
多个转换器(例如，转换器711、转换器721和转换器731)的输出值被定义为互不相同。因此，多个转换器中的每个转换器输出不同的功率。在这个示例中，由多个转换器输出的功率的总量不等于PLDC。当由多个转换器输出的功率的总量大于PLDC时，使用超过PLDC的功率的量来对辅助储能器充电。当由多个转换器输出的功率的总量小于PLDC时，辅助储能器将向低电压负载供电，以弥补PLDC与从多个转换器输出的功率的总量之间的差。
图8示出在电池组中包括的转换器封装的示例。
在图6的示例中，每个电池模块包括转换器和子BMS/子控制器。与图6的示例相比，在图8的示例中，每个电池模块不包括转换器和子BMS/子控制器。相反，多个转换器810、820和830和多个子BMS/子控制器被实现在单个转换器封装800中。单个转换器封装800是，例如，物理装置。控制器840被实现为包括图6的多个子BMS/子控制器的一个物理装置。
单个转换器封装800与电池组中的多个电池模块物理地分开。
多个转换器810、820和830中的每个转换器连接到对应的电池模块或电池单元。第一电池模块的输出端通过输入电压端input1来连接到转换器810。第二电池模块的输出端通过输入电压端input2来连接到转换器820。第N个电池模块的输出端通过输入电压端inputN来连接到转换器830。电池模块的地端通过输入地端Gnd1来连接到转换器830。
多个转换器810、820和830并联连接。多个转换器810、820和830中的每个转换器通过具有输出电压端12VDC和输出地端Gnd2的低电压端口，向辅助储能器850和/或低电压负载供电。
图1A至图7的描述也可应用于图8，因此已经省略与图8相关的重复描述。
图9示出电池控制方法的示例。
通过电池控制设备来执行电池控制方法。
参照图9，在操作910中，电池控制设备基于多个电池中的每个电池的状态信息，定义与多个电池中的每个电池对应的转换器的输出值。
在操作920中，电池控制设备生成控制信号以控制转换器，使得与定义的输出值对应的功率被供应到负载。
在操作930中，电池控制设备发送控制信号。例如，电池控制设备向在多个电池中的每个电池中包括的控制器发送控制信号。
图1A至图8的描述也可应用于图9，因此已经省略与图9相关的重复描述。
图10示出用于提供电池状态信息的用户界面的示例。
参照图10，电动车辆1010包括电池系统1020。
电池系统1020包括：包含电池1030的多个电池和电池控制设备1040。
电池1030包括电池模块或电池单元。
当重复进行多个电池之中具有性能偏差(例如，电压差异和/或容量差异)的电池组的充放电周期时，可发生过度充电和过度放电。过度充电和过度放电可造成多个电池的退化，从而缩短多个电池的寿命。
电池控制设备1040使多个电池能够基于多个电池的信息(包括，例如，电压、电流和温度)以最佳状态进行操作。例如，电池控制设备1040使多个电池能够以最佳温度进行操作或者将多个电池的SoC保持在适宜水平。
在一个示例中，电池控制设备1040确定多个电池的状态信息是否对应于均衡状态。当状态信息不对应于均衡化状态时，生成与状态差信息对应的功率，并且使用生成的功率作为低电压负载的电源。在这个示例中，该状态差信息与不均衡状态中的状态差相关联。基于该状态差信息，来有效地执行多个电池的平衡，因此，延长了多个电池的寿命。
电池控制设备1040生成用于电池系统1020的安全操作的信息，并且将信息发送到终端。例如，电池控制设备1040将多个电池的寿命信息、性能信息和更换时间中的任意一个或者任意两个或更多个的任意组合发送到终端1050。
在一个示例中，电池控制设备1040通过无线接口从终端1050接收触发信号，并且基于触发信号来确定状态信息，例如，电池1030的寿命信息。电池控制设备1040通过无线接口将状态信息发送到终端1050。终端1050使用用户界面1060来显示多个电池的状态信息。
图1A至图9的描述也可应用于图10，因此已经省略与图10相关的重复描述。
如上所述的电池控制设备可代替用于对在电动体(例如，电动车辆或储能系统)中包括的辅助电池进行充电的低电压DC/DC转换器(LDC)。电池控制设备还可代替用于将功率供应到，例如，在电动体中包括的以12VDC的电压进行操作的子系统或装置。
电池控制设备可控制与的在SoC的差的方面和在容量的差的方面中的一个方面或者两个方面对应的功率，从而减小包括电池控制设备的电池组或电池模块的大小或重量。
可通过硬件组件来实现图1A中的电池控制设备100、处理器110和信号生成器120、图2中的控制器230、图3中的控制330、图4中的控制器410、图5中的主控制器540、图6中的主BMS 642和子BMS/子控制器、图8中的控制器840以及图10中的电池控制设备1040、终端1050和用户界面1060。硬件组件的示例包括控制器、传感器、发生器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器和本领域的普通技术人员所知的任何其它电子组件。在一个示例中，通过计算硬件，例如，通过一个或更多个处理器或计算机来实现硬件组件。通过一个或更多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器、或本领域普通技术人员所知的能够以限定方式响应并且执行指令以达到预期结果的任何其它装置或装置的组合)来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括，或者连接于存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或更多个存储器。通过处理器或计算机实现的硬件组件执行指令或软件(诸如，操作系统(OS)和在OS上运行的一个或更多个软件应用)，来执行在此针对图1A至图10描述的操作。硬件组件还可响应于指令或软件的执行来访问、操控、处理、创建和存储数据。为了简明起见，单数术语“处理器”或“计算机”可用于在此描述的示例的描述，但在其它示例中，多个处理器或计算机被使用，或者处理器或计算机包括多个处理元件或多种类型的处理元件，或这二者。在一个示例中，硬件组件包括多个处理器，而在另一个示例中，硬件组件包括处理器和控制器。硬件组件具有不同处理配置中的任一个或更多个，不同处理配置的示例包括：单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理和多指令多数据(MIMD)多处理。
执行在此针对图1A至图10描述的操作的图9中示出的方法，可通过如上所述的执行指令或软件以执行在此描述的操作的计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)被执行。
用于控制处理器或计算机来实现硬件组件并且执行如上所述方法的指令或软件被编写为计算机程序、代码段、指令或其任何组合，以单独地或共同地指示或配置处理器或计算机，使其像机器或专用计算机一样操作，以执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法。在一个示例中，指令或软件包括由处理器或计算机直接执行的机器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)。在另一个示例中，指令或软件包括由处理器或计算机使用解释器执行的高级代码。本领域的普通技术编程人员可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的对应描述来容易地编写指令或软件，所述描述公开了用于执行由硬件组件执行的操作和如上所述的方法的算法。
用于控制处理器或计算机实现硬件组件并且执行如上所述方法的指令或软件，以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被记录、存储、或固定在一个或更多个非暂时性计算机可读存储介质中，或被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘和本领域的普通技术人员所知任何装置，其中，所述任何装置能够以非暂时性方式存储指令或软件和任何关联的数据、数据文件和数据结构并且将指令或软件和任何关联的数据、数据文件和数据结构提供到处理器或计算机，使得处理器或计算机可执行指令。在一个示例中，指令或软件和任何关联的数据、数据文件和数据结构被分布在联网计算机系统上，从而通过处理器或计算机以分布方式来存储、访问和执行指令和软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构。
虽然本公开包括特定示例，但本领域的普通技术人员将清楚，在不脱离权利要求书及其等同物的精神和范围的情况下，在这些示例中可进行形式和细节上的各种变化。这里描述的示例将被视为仅是描述性含义，而不是为了限制目的。对每个示例中的特征或方面的描述将被视为可应用于其它示例中的类似特征或方面。如果以不同顺序执行所描述的技术，和/或如果所描述系统、构架、装置或电路中的组件以不同方式来组合，和/或被其它组件或它们的等同物来替换或补充，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为被包括在本公开中。

Claims (38)

1.一种电池控制设备，包括：
处理器，被配置为：基于多个电池中的每个电池的状态信息，来定义与所述多个电池分别对应的多个转换器的多个输出值中的每个输出值；
信号生成器，被配置为：生成多个控制信号以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
2.根据权利要求1所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：基于状态信息来计算所述多个电池中的每个电池的状态差信息，并且确定状态差信息是否在预设范围内。
3.根据权利要求2所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率中的一个或者两个来定义所述多个转换器的所述多个输出值。
4.根据权利要求2所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：响应于状态差信息被确定为不在预设范围内，来确定状态差信息是否具有负值；
信号生成器还被配置为：响应于状态差信息被确定为具有负值，来生成控制信号，以控制所述多个转换器中的与所述多个电池中的具有负值的状态差信息的一个电池对应的一个转换器对所述一个电池进行充电。
5.根据权利要求1所述的电池控制设备，其中，与所述多个电池分别对应的所述多个转换器的所述多个输出值中的每个输出值是所述多个电池中的相应的一个电池的状态差信息的函数，状态差信息基于状态信息被计算。
6.根据权利要求1所述的电池控制设备，所述电池控制设备还包括：通信器，被配置为：将所述多个控制信号发送到所述多个电池。
7.根据权利要求1所述的电池控制设备，其中，与所述多个转换器的所述多个输出值对应的功率被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
8.一种电池模块，包括：
电池单元；
转换器，与电池单元连接；
控制器，被配置为：从外部控制器接收基于所述电池模块和其它电池模块的状态信息而定义的输出值，并且控制转换器将与输出值对应的功率供应到负载。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中，响应于状态差信息在预设范围之外，输出值基于所述电池模块的状态差信息被定义，状态差信息基于所述电池模块和所述其他电池模块的状态差信息被计算。
10.根据权利要求8所述的电池模块，其中，输出值是所述电池模块的状态差信息的函数，状态差信息基于所述电池模块和所述其他电池模块的状态差信息被计算。
11.根据权利要求8所述的电池模块，其中，转换器还被配置为基于输出值来控制电池单元。
12.根据权利要求8所述的电池模块，其中，与转换器的输出值对应的功率被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
13.根据权利要求8所述的电池模块，其中，所述电池模块被配置为串联连接到所述其它电池模块。
14.根据权利要求13所述的电池模块，还包括：
第一连接器，包括连接到转换器的输出端的低电压端口；
第二连接器，被配置为连接到所述其它电池模块。
15.一种电池组，包括：
多个电池模块；
多个转换器，分别对应于所述多个电池模块；
主控制器，被配置为：基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息来定义所述多个转换器的多个输出值中的每个输出值，并且生成多个控制信号，以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
16.根据权利要求15所述的电池组，其中，主控制器还被配置为：基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息来计算所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息，并且确定所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息是否在预设范围内。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中，主控制器还被配置为：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率，来定义与所述多个电池模块分别对应的所述多个转换器的所述多个输出值。
18.根据权利要求15所述的电池组，其中，所述多个电池模块中的每个电池模块包括：子控制器，被配置为控制所述多个转换器中的相应的一个转换器将与所述多个输出值中的相应的一个输出值对应的功率供应到负载。
19.根据权利要求15所述的电池组，其中，所述多个输出值中的每个输出值是所述多个电池模块中的相应的一个电池模块的状态差信息的函数，状态差信息基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息被计算。
20.根据权利要求15所述的电池组，还包括：
第一总线，被配置为：将从所述多个电池模块输出的高压功率供应到高电压负载；
第二总线，被配置为：将从所述多个电池模块输出的低电压功率供应到低电压负载，
其中，高电压功率是未经所述多个转换器转换的功率，低电压功率是所述多个转换器基于所述多个输出值转换的功率。
21.根据权利要求15所述的电池组，其中，所述多个转换器并联连接。
22.根据权利要求21所述的电池组，其中，所述多个电池模块串联连接。
23.一种电池控制方法，包括：
基于多个电池中的每个电池的状态信息，来定义与所述多个电池分别对应的多个转换器的多个输出值中的每个输出值；
生成多个控制信号以控制所述多个转换器将与所述多个输出值对应的功率供应到负载。
24.根据权利要求23所述的电池控制方法，其中，定义的步骤包括：
基于状态信息来计算所述多个电池中的每个电池的状态差信息；
确定状态差信息是否在预设范围内。
25.根据权利要求24所述的电池控制方法，其中，定义的步骤还包括：基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率中的一个或者两个，来定义所述多个转换器的所述多个输出值。
26.根据权利要求24所述的电池控制方法，其中，定义的步骤包括：响应于状态差信息被确定为没有在预设范围内，来确定状态差信息是否具有负值；
生成的步骤包括：响应于状态差信息被确定为具有负值，来生成控制信号，以控制所述多个转换器中的与所述多个电池中的具有负值的状态差信息的一个电池对应的一个转换器对所述一个电池进行充电。
27.根据权利要求23所述的电池控制方法，其中，与所述多个电池分别对应的所述多个转换器的所述多个输出值中的每个输出值是所述多个电池中的相应的一个电池的状态差信息的函数，状态差信息基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息被计算。
28.根据权利要求23所述的电池控制方法，所述电池控制方法还包括：将所述多个控制信号发送到所述多个电池。
29.根据权利要求23所述的电池控制方法，其中，与所述多个转换器的所述多个输出值对应的功率被供应到低电压负载和高电压负载之中的低电压负载。
30.一种用电的装置，所述装置包括：
电池组，包括多个电池模块和分别电连接到所述多个电池模块的多个转换器；
低电压负载，通过所述多个转换器电连接到电池组；
高电压负载，绕过转换器而电连接到电池组。
31.根据权利要求30所述的装置，还包括：主控制器，被配置为：
基于所述多个电池模块中的每个电池模块的状态信息，来计算所述多个电池模块中的每个电池模块的状态差信息；
确定状态差信息是否在预设范围内；
基于确定的结果，使用状态差信息和负载所需的功率，来定义分别电连接到所述多个电池模块的所述多个转换器的多个输出值。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，主控制器还被配置为：将所述多个转换器的所述多个输出值发送到所述多个电池模块中的相应的电池模块；
所述多个电池模块中的每个电池模块包括：子控制器，被配置为控制所述多个转换器中的相应的一个转换器将与所述多个输出值中的相应的一个输出值对应的功率供应到低电压负载。
33.一种电池控制设备，包括：
多个电池；
多个转换器，所述多个转换器中的每个转换器连接到所述多个电池中的相应的一个电池，并且被配置为将功率从所述相应的一个电池供应到负载；
处理器，被配置为：定义所述多个转换器的相应的多个输出功率，其中，所述多个输出功率将均衡所述多个电池的各自的荷电状态，所述多个输出功率中的每个输出功率基于所述多个电池中的每个电池的荷电状态被定义；
信号生成器，被配置为：针对所述多个转换器生成相应的多个控制信号，以控制所述多个转换器将所述相应的多个输出功率供应到负载。
34.根据权利要求33所述的电池控制设备，还包括：
主控制器，包括处理器和信号生成器；
多个电池模块，所述多个电池模块中的每个电池模块包括：
所述多个电池中的相应的一个电池；
连接到所述一个电池的所述多个转换器中的相应的一个转换器；
子控制器；
其中，主控制器被配置为将所述多个控制信号发送到所述多个电池模块中的相应的电池模块；
所述多个电池模块中的每个电池模块的子控制器被配置为：从主控制器接收所述多个控制信号中的相应的一个控制信号，并且控制所述多个转换器中的所述相应的一个转换器将所述多个输出功率中的相应的一个输出功率供应到负载。
35.根据权利要求34所述的电池控制设备，其中，所述多个电池模块互相连接，使得所述多个电池互相串联连接，并且所述多个转换器互相并联连接。
36.根据权利要求33所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：基于负载所需的功率以及所述多个电池中的每个电池的荷电状态，来定义所述多个转换器中的每个转换器的输出功率。
37.根据权利要求36所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：
通过将负载所需的功率除以所述多个电池的数量，来计算平均功率；
通过平均所述多个电池的荷电状态，来计算平均荷电状态；
基于平均功率和平均荷电状态，来定义所述多个转换器中的每个转换器的输出功率。
38.根据权利要求37所述的电池控制设备，其中，处理器还被配置为：
通过从所述多个电池中的每个电池自己的荷电状态减去平均荷电状态，来针对所述多个电池中的每个电池计算荷电状态差信息；
确定每个荷电状态差信息是否在预设范围内；
响应于每个荷电状态差信息在预设范围内，将所述多个转换器中的每个转换器的输出功率定义为平均功率；
响应于任意一个荷电状态差信息在预设范围之外，将所述多个转换器中的每个转换器的输出功率定义为：平均功率乘以各个荷电状态差信息的结果加上平均功率。
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