CN107250823A - 48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计 - Google Patents

48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计 Download PDF

Info

Publication number
CN107250823A
CN107250823A CN201580064011.9A CN201580064011A CN107250823A CN 107250823 A CN107250823 A CN 107250823A CN 201580064011 A CN201580064011 A CN 201580064011A CN 107250823 A CN107250823 A CN 107250823A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
voltage
threshold value
control system
circuit
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
CN201580064011.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107250823B (zh
Inventor
孙琼
余乔治
仲小龙
曲伟
李睿
宋鹏
樊彬彬
于阳
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.)
Johnson Controls Technology Co
Original Assignee
Johnson Controls Technology 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 Johnson Controls Technology Co filed Critical Johnson Controls Technology Co
Publication of CN107250823A publication Critical patent/CN107250823A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107250823B publication Critical patent/CN107250823B/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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/28—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the electric energy storing means, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/66—Arrangements of batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0422—Cells or battery with cylindrical casing
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • 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
    • H01M10/63—Control systems
    • H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/505—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising a single busbar
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51—Connection only in series
    • 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
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • 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
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/11—Electric energy storages
    • B60Y2400/112—Batteries
    • 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
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/296—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by terminals of battery packs
    • 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
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S903/00—Hybrid electric vehicles, HEVS
    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors
    • Y10S903/903—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors having energy storing means, e.g. battery, capacitor
    • Y10S903/904—Component specially adapted for hev
    • Y10S903/907—Electricity storage, e.g. battery, capacitor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于控制由多个电池单元(102i)形成的电池组(101)的电池控制系统。所述电池控制系统包括：用于检测所述电池组(101)的至少一个操作参数的检测电路(202，204；107)；激活电路(103)，接收来自所述检测电路(202，204；107)的至少一个操作参数，用于当所检测到的至少一个操作参数超过或低于至少一个临界水平阈值时产生第一控制信号(153)；监控单元(160)，接收来自所述检测电路(202，204；107)的至少一个操作参数，用于当所述至少一个操作参数超过或低于至少一个上限阈值时管理所述电池组(101)并产生第二控制信号(111)；开关电路(105，105')，接收来自所述激活电路(103)的第一控制信号(153)和/或来自所述监控单元(160)的第二控制信号(111)，用于响应于所述第一控制信号(153)和/或所述第二控制信号(111)将所述电池组(101)连接到功率输出并且从功率输出断开所述电池组(101)。

Description

48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计
技术领域
本发明涉及一种由多个电池单元形成的电池组的控制系统，特别涉及一种用于混合动力车辆的由多个串联连接的电池单元形成的电池组的控制系统。
本发明还涉及由多个电池单元形成的电池，特别涉及用于混合动力车辆的由多个串联连接的电池单元形成的电池。
背景技术
除了需要传统发动机之外，混合动力汽车需要使用具有一定电压的直流电源作为补充电源，并且可以使用由多个串联连接的电池单元形成的电池组作为具有一定电压的直流电源。例如，具有3.6V直流电压的若干个串联连接的电池单元可以形成具有48V直流电压的电池组。
尽管具有一定电压的DC电源可以由多个串联连接的电池单元方便地形成，但是在使用这样的直流电源向混合动力车辆供电时存在一些缺点。通常，在电池组中的电池单元中，电池单元的制造环境和/或制造过程可能导致工作参数(例如，化学材料中的内部电阻和非均匀性与电池单元的容量的差异)的随机差异。
在混合动力车辆的操作期间，随机环境和/或操作条件可能动态地导致电池组中的电池单元之间的工作参数的进一步差异。例如，电池单元应用中的不同充电和放电模式以及由于电池组(或模块)中的电池的位置引起的单元热分布的不均匀性可能进一步加剧电池组中的电池单元的不均匀性。
当电池组中的电池单元之间的工作参数的差异变得太不平衡时，电池背面可能无法正确地操作混合动力车辆。例如，电池组中的一些电池单元可能过热；或者电池组中的电池单元之间的电压差变得过大；或者电池组可能不能提供足够的电流以满足混合动力车辆的即时操作需要。在这些故障条件下，电池组不能正常操作混合动力汽车。
因此，期望提供一种电池组控制系统，以使由多个串联连接的电池单元形成的电池组能够适当、有效且高效地将DC电源提供给混合动力车辆。
还希望提供一种可以用于更高效地制造包括多个串联的电池单元的电池的电池结构，该电池结构具有组装效率、高质量和低成本。
发明内容
为了实现上述目的之一，本发明提供了一种用于控制由多个电池单元形成的电池组的电池控制系统，所述电池控制系统包括：
用于测量所述电池组的至少一个操作参数的检测电路；
激活电路，接收来自所述检测电路的至少一个操作参数，用于当所检测到的至少一个操作参数超过或低于至少一个临界水平阈值时产生第一控制信号；
监控单元，接收来自所述检测电路的至少一个操作参数，用于当所述至少一个操作参数超过或低于至少一个上限阈值时管理所述电池组并产生第二控制信号；
开关电路，接收来自所述激活电路的第一控制信号和/或来自所述电池管理电路的第二控制信号，用于响应于所述第一控制信号和/或所述第二控制信号将所述电池组连接到功率输出并且从功率输出断开所述电池组。
附图说明
图1A示出了根据本发明的第一实施例的电池管理系统100；
图1B示出了根据本发明的第二实施例的电池管理系统100'；
图1C示出了根据本发明的第三实施例的电池管理系统100”；
图2是详细示出图1A-C中的激活电路103的结构的框图；
图3A是更详细地示出图2所示的电压传感器电路202的结构的框图；
图3B是更详细地示出图2所示的比较电路206的结构的框图；
图4A是更详细地示出图3B所示的电压比较单元304(i)(i＝1,2，...，13)的结构的框图；
图4B是更详细地示出图2所示的温度比较电路207的结构的框图；
图5是更详细地示出图1A-C所示的检测电路107的结构的框图；
图6A是更详细地示出图5所示的电压传感器电路502的结构的框图；
图6B是更详细地示出图5所示的温度传感器电路504的结构的框图；
图7A是更详细地示出图1A-C所示的电池单元平衡电路165的结构的框图；
图7B是更详细地示出图7A所示的平衡电路单元706(i)的结构的框图；
图7C-D示出第一控制信号、第二控制信号和开关驱动信号的波形；
图8是更详细地示出图1A-C所示的处理单元109的结构的框图。
图9是示出本发明的监视电路(或电池管理电路)160监视、管理并调整电池组101的操作状态的步骤的流程图；
图10描绘了包括根据本发明的上(或顶)壳体1001和下(或底)壳体1002的电池1000；
图11A是根据本发明的图10所示的电池1000的分解视图；
图11B更详细地描绘了图11A所示的电池组101；
图11C更详细地描绘了图11B所示的单个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)；
图11D是图11C所示的电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)的剖视图；
图12A-E更详细地描绘了图11A所示的中间壳体1108；
图13描绘了中间壳体1108的顶部透视图；
图14A示出了图13所示的中间壳体1108的顶部透视图，以更清楚地示出其中的一些部件；
图14B更详细地示出了汇流条线束1302中的电压感测线束1304和一个汇流条1402(j)；
图15更详细地描绘了图11中所示的PCB板1004；
图16描绘了图11中所示的连接组件1110的更多细节；
图17更详细地描绘了图11A中所示的电池底部泡棉1109；
图18A示出了图10所示的下(或底)壳体1002的俯视图；
图18B示出了图18A 2所示的下壳体1002的顶部透视图；
图18C示出了在将中间壳体安装到下壳体1002的内壳体1808之后中间壳体1108的截面图，以更好地示出电池1000的一些部件；
图19显示了4个肩部(1221.k或1223.k；k＝1,2,3,4)和4个翼(1822.k或1824.k)(k＝1,2,3,4)的结构和安装关系；并且
图20A-J示出了将图10-19所示的部件组装成根据本发明的电池1000的步骤。
具体实施方式
将参照构成描述的一部分的附图描述本发明的各种实施例。在下列附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，并且类似的部件用相似的附图标记表示，以避免重复的描述。
图1A示出了根据本发明的第一实施例的用于控制由多个串联的电池单元102(i)(i＝1,2，……，13)形成的电池组101的电池管理系统100。如图1A所示，电池管理系统100包括激活电路(或即时激活电路)103、监控单元160、当前保护装置(保险丝)116、开关控制电路(或开关驱动电路)104、开关晶体管105和开关器件106(其包括线圈122、一对固定接触器(124.1、124.2)和可动片或可动板126)和CAN(控制器局域网)接口163，该接口是标准接口，适于与混合动力车辆的ECU 164进行通信。通过CAN接口163，电池管理系统100连接到混合动力车辆的ECU(发动机控制单元)164。电池管理系统100还经由显示单元112连接到GUI(图形用户界面)114。
如图1A所示，电池组101包括串联连接以形成电池组101的多个电池单元102(i)(i＝1,2，...，n)。电池组101中的每个电池单元102(i)具有特定电压；由串联连接的多个电池单元102(i)(i＝1,2，...，n)形成的电池组101可以向混合动力车辆提供具有预定电压的直流电源。在本发明的实施例中，每个电池单元102(i)的正常电压约为3.65V；电池组101具有13个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)，并且电池组101的正常功率输出约为48V。电池组101具有两个输出端子(正输出端子152.1和负输出端子152.2)。正输出端子152.1串联连接到电流保护装置(保险丝)116，使得当通过正输出端子152.1的电流超过预定量(例如200安培)时，电流保护装置(保险丝)116将断开两个输出端子的连接。
参考图1A，激活电路(或即时激活电路)103执行检测(测量或采样)电池组101中13个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)的一个或多个操作参数(或一个或多个操作条件)的功能。一个或多个操作参数包括所有13个电池单元的工作电压和电池组101中的一个(或至少一个)选定电池单元的温度。如图1A所示，激活电路(或即时激活电路)103具有：与电池组101连接的13个连接172，用于连续地测量(或采样)13个电池单元的电压；以及与电池组101的连接173，用于连续地测量(或采样)电池组101中的一个(或至少一个)所选择的电池单元的温度。激活电路(或即时激活电路)103通过硬件方法设置三个临界阈值，对于混合动力车辆的操作中的13个电池单元的一个或多个操作条件(或一个或多个操作参数)，即，高临界电压阈值、低临界电压阈值和/或高临界温度阈值。作为一个实施例，本发明使用电池单元是锂离子电池单元。锂离子电池的最大电压为4.1V，锂离子电池的正常电压为3.6V。根据本发明的一个实施例，基于锂离子电池的特点，可以将高临界电压阈值、低临界电压阈值和高临界温度阈值分别设定为3.9V、2.1V和55C。
在电池组101中接收到13个电池单元的采样电压和/或所选择的电池单元的采样温度之后，激活电路103通过硬件方法将它们与三个临界阈值进行比较。如果任何采样电压超过高临界电压阈值或任何采样电压低于低临界电压阈值，或采样温度超过高临界温度阈值，激活电路103通过硬件方式产生控制信号(第一控制信号)。第一控制信号可以是如图7C-D所示的格式的二进制状态信号。具体地，当任何采样电压高于高临界电压阈值时，或者任何采样电压低于低临界电压阈值，或采样温度超过高临界温度阈值；激活电路103将第一控制信号生成(或设置)成第二电压状态(如图7C所示的高电压电平704或如图7D所示的低电压电平708)；当所有采样电压都高于低临界电压阈值但低于高临界电压阈值时，采样温度低于高临界温度阈值，激活电路103将第一控制信号生成(或设置)为第一电压状态(例如图7C所示的低电压电平703或如图7D所示的高电压电平707)。然后通过连接153将第一控制信号提供给开关控制信号电路104，以将电池组101连接到两个输出端子152.1和152.2，或者从两个输出端子断开电池组101。
进一步参照图1A，监控单元160执行检测13个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)的一个或多个操作参数(或一个或多个操作条件)的功能，并且用于监视和调整电池组101的操作条件。如图1A所示，监控单元160包括检测电路(第二检测电路)107、电池平衡电路165、ADC(A-D转换器)108和处理器单元109。检测电路(第二检测电路)107具有：13个与电池组101连接的连接174，用于连续测量(或采样)13个电池单元的电压；2个与电池组101连接的连接175，用于连续地测量(或采样)电池组101中的13个电池单元的选择的两个电池电压的温度；以及一个与电池组101连接的连接176，用于连续测量(或采样)来自电池组中的串联连接的13个电池单元的操作(或工作)电流。ADC 108从检测电路(第二检测电路)107接收采样电压、采样温度和采样电流，并将它们从模拟格式信号转换为数字格式信号。然后，ADC108将数字化的采样电压、采样温度和采样电流发送到处理器单元109，以进一步处理数字化采样电压、采样温度和采样电流。
处理器单元109在其存储装置(在图8中示出为元件803)中存储一个或多个上限阈值，用于比较操作中的13个电池单元的采样电压、采样温度和/或采样电流。一个或多个上限阈值包括上限电压阈值、下限电压阈值、上限温度阈值和/或上限电流阈值。根据本发明的一个实施例，基于锂离子VL6P电池的特点，可以选择高电压阈值、低电压-电压阈值、上限温度阈值和高电容电流，可以选择为3.8V、2.4V、50摄氏度和200安培。因此，根据本发明的一个实施例，电池组101中的每个电池单元的工作电压在2.4V-3.8V之间。
在从ADC 108接收13个电池单元的采样电压、采样温度和/或采样电流之后，处理器单元109将它们与上述上限阈值进行比较。如果任何采样电压超过上限电压阈值或任何采样电压低于(或等于)下限电压阈值，或采样温度超过(或等于)上限温度阈值，或者采样电流超过(或等于)上限电流阈值时，处理器单元109通过软件(或可编程)方式产生控制信号(即，第二控制信号)。第二控制信号可以是如图7C-D所示的格式的二进制状态信号。具体来说，当采样温度超过(或等于)上限温度阈值时，任何采样电压低于(或等于)下限电压阈值，或者采样电流超过(或等于)上限电流阈值，处理器单元109生成(或设置)第二电压状态(例如图7C所示的高电压电平704或如图7D所示的低电压电平708)的第二控制信号。当所有采样电压高于(或等于)下限电压阈值但低于(或等于)上限电压时，采样温度低于上限温度阈值，并且采样电流低于(或等于)上限电流阈值；处理器单元109将第二控制信号生成(或设置)为第一电压状态(例如图7C所示的低电压电平703或如图7D所示的高电压电平707)。然后通过连接111将第二控制信号提供给开关控制信号电路104，以将电池组101连接到两个输出端子152.1和152.2，或者从两个输出端子断开电池组101。
在从ADC 108接收到电池组101中的13个电池单元的数字化采样电压之后，处理器单元109将13个采样电压的所有电压进行比较以确定是否将平衡控制信号(或电池单元平衡控制信号)发送到电池平衡电路165，用于激活一个或多个电池平衡控制电路720(i)(i＝1,2，...，13)(图7B中所示)来调整电池组101中的一个或多个所选择的电池单元的电压。如图1A所示，电池平衡电路165具有13个连接177，每个连接177连接到电池组101中的13个电池单元中的相应一个。
进一步参考图1A，作为本发明的一个实施例，通过连接153响应从激活电路103接收的第一控制信号或通过连接111响应于从监控单元160发送的第二控制信号，开关控制电路104产生也是图7C-D所示格式的二进制状态的驱动信号，并将驱动信号发送到开关晶体管105。具体地，开关控制电路104响应于第一控制信号的高电压状态或第二控制信号的高电压状态来生成(或设定)高电压状态的驱动信号；但是响应于第一控制信号和第二控制信号的低电压状态，开关控制电路104产生(或设定)从低电压状态产生的驱动信号。开关控制电路(或开关驱动电路)104的功能是放大来自激活电路103的第一控制信号和来自监控单元160的第二控制信号的功率。开关控制电路(或开关驱动电路)104的驱动信号与第一控制信号或第二控制信号的驱动信号具有相同的电压相位。更具体地，当第一控制信号或第二控制信号处于高电压状态时，驱动信号处于高电压状态；当第一控制信号和第二控制信号处于低电压状态时，驱动信号处于低电压状态。作为本发明的一个实施例，标准LSD(低侧驱动器)放大电路可以执行开关控制电路(或开关驱动电路)104的功能。
如图1A所示，开关晶体管105是具有栅极(G)、漏极(D)和源极(S)的n沟道场效应晶体管。在图1A中，开关控制电路104的输出端连接到n沟道场效应晶体管的栅极(G)，其源极(S)连接到地，其漏极(D)与线圈122的一端连接。线圈122的另一端连接到电源(12V)的正端。响应于其栅极(G)处的高电压输入，n沟道场效应晶体管105的源极(S)和漏极(D)电连接上以导通电流；但是响应于其栅极(G)处的低电压输入，n沟道场效应晶体管105的源极(S)和漏极(D)电性断开。因此，当来自激活电路103的第一控制信号或来自监控单元160的第二控制信号处于高电压状态时，开关控制电路104的输出产生(或设置)高电压状态的驱动信号，其又电连接开关晶体管105的源极(S)和漏极(D)，以形成通过线圈122从电源(12V)到地的电流路径。线圈122中的电流使可动片(或板)126与一对固定接触器124.1和124.2接触，从而将电池组101的电压输出连接到两个输出端子152.1和152.2中。作为本发明的一个实施例，当来自激活电路103的第一控制信号和来自监控单元160的第二控制信号都处于低电压状态时，开关控制电路104的输出产生(或设定)低电压状态下的驱动信号，其又电性断开开关晶体管105的源极(S)和漏极(D)，以截断从电源(12V)到地的电流路径。在线圈122中没有电流的情况下，可动片(或板)126背离一对固定接触器124.1和124.2移动，从而将电池组101的电压输出与两个输出端子152.1和152.2断开。
仍然参考图1A，处理器单元109通过连接166与显示单元112通信，显示单元又连接到图形用户界面(GUI)114，以显示电池组101的操作(或工作)条件，使得用户可以通过GUI114监视和/或操作电池组101。处理器单元109还经由连接167与CAN接口163进行通信，该连接进一步与控制混合动力车辆(未示出)的ECU 164进行通信。
从CAN接口163到ECU 164的设计消息可以定义在各种状态(例如放电、充电、睡眠等)对电池组101的应用与车辆操作模式(行驶、停车、空转、制动)相关联的内容。更具体地说，ECU 164可以分析电池组101的应用程序，并减少电池组装载量，或命令电池组接触器打开，使电池组性能恢复正常的应用范围，或避免进一步恶化。在操作中，例如，处理器单元109可以基于来自处理器单元109的信息向ECU 164发送工作条件和指令以操作混合动力车辆。这在电池组在某些故障条件下为101时特别有用，但在某些限制下仍可以操作混合动力车辆。在这种情况下，即使电池组在某些故障情况下为101，直到混合动力车辆到达所需的位置，例如修理车间，混合动力车辆也可以以所谓的“跛行模式”操作。
设计的CAN消息配置文件定义了各种状态下的电池组应用程序(放电、充电、睡眠等)与车辆操作模式(运行，停车，空转，制动)相关的内容。在这些不同情况下，电池组或单元性能的阈值不同。ECU 164可以分析电池组应用，减少电池组装载，或打开电池组接触器，使电池组性能恢复到正常的应用范围，或避免进一步恶化。
图1B示出了根据本发明的第二实施例的电池管理系统100'。图1B所示的控制系统100'中的所有组件与图1A所示的电池管理系统100中的组件相同，除了图1A中的n沟道晶体管105被替换成图1B中的p沟道晶体管105'，在开关控制电路104之间增加了逆变器169，并且在激活电路103内添加了电源。即使整个电池管理系统100'的电源发生故障，电池管理系统100'也可以使用电源168。在将开关控制电路104的输出施加到p沟道晶体管105'之前，逆变器169可以转换来自开关控制电路104的输出。如图1B所示，逆变器169的输出耦合到p沟道场效应晶体管105'的栅极(G)，其源极(S)连接到电源(12V)的正端，并且其漏极(D)与线圈122的一端连接。线圈122的另一端连接到地。响应于其栅极(G)处的低电压输入，p沟道场效应晶体管105'的源极(S)和漏极(D)电连接上以导通电流；但是响应于其栅极(G)处的高电压输入，p沟道场效应晶体管105'的源极(S)和漏极(D)电性断开。
在图1B中，响应于第一控制信号或第二控制信号的高电压状态，从开关控制电路104产生的驱动信号也处于高电压状态，但是逆变器169将高电压状态转换为低电压状态。在响应来自激活电路103的第一控制信号和来自监控电路160的第二控制信号的低电压状态时，从开关控制电路104产生的驱动信号也处于低电压状态，但是逆变器169将低电压状态转换为高电压状态。因此，作为本发明的一个实施例，当来自激活电路103的第一控制信号或来自监控电路160的第二控制信号处于高电压状态时，逆变器169的输出将低电压状态的驱动信号发送到开关晶体管105'，开关晶体管又电连接开关晶体管105'的源极(S)和漏极(D)，以形成通过线圈122从电源(12V)到接地的电流路径。当来自激活电路103'的第一控制信号和来自监控电路160的第二控制信号都处于低电压状态时，逆变器169的输出将高电压状态的驱动信号发送到开关晶体管105'，开关晶体管又断开开关晶体管105'的源极(S)和漏极(D)，以断开从电源(12V)到地的电流路径。
图1C示出了根据本发明的第三实施例的电池管理系统100”。图1C所示的电池管理系统100”中的所有组件与图1A所示的电池管理系统100中的组件相同，除了图1C所示的电池管理系统100”添加连接在激活电路103和开关控制电路104之间的平滑电路(或滤波器)166之外。平滑电路166的功能是免受在电池单元输入处发生的瞬变。当瞬态电压处于高电平或低电平时，如果采样信号被直接发送到控制电路104，就会触发开关控制电路104报警，如果瞬态电压存在小于所选择的抗尖峰脉冲时间，则不会发生报警状态。根据规定的要求，电路设计师可以调节抗尖峰脉冲时间。作为一个实施例，本发明可以使用标准抗尖峰脉冲电路来执行平滑电路(或滤波器)166的功能。
图2是详细示出图1A-C所示的激活电路103的结构的框图。如图2所示，激活电路103包括电压传感器电路202、温度传感器电路204、电压比较电路206、温度比较电路207和或非门208。电压传感器电路202将来自13个电池单元的采样电压转换成模拟信号(其可以表示为与13个电池单元的操作电压成比例的电压值)。温度传感器电路204将采样的温度转换为模拟信号(其可以表示为与选择的电池单元的操作温度成正比的电压值)。电压传感器电路202具有连接到电池组101中的13个电池单元的13个输入，用于测量(或采样)13个电池单元的操作(工作)电压，并且具有连接到比较电路206的13个输出，以将13个采样电压提供为比较电路206的13个输入。温度传感器电路204具有与电池组101中的13个电池单元中选择的一个连接的一个输入端，用于测量(或采样)所选择的电池单元的温度，并具有连接到电压比较电路207的一个输入端，以将采样温度作为电压比较电路207的一个输入。
在图2中，作为本发明的一个实施例，比较电路206内部设置一个或多个临界阈值，包括：高临界电压阈值、低临界电压阈值和/或高临界温度阈值。在从电压传感器电路202接收到13个采样电压之后，电压比较电路206将13个采样电压中的每一个与高临界电压阈值和低临界电压阈值进行比较。如果来自13个电池单元的任何特定电池单元的采样电压超过(或等于)高临界电压阈值，电压比较电路206使或非门208产生第二电压状态(如图7D所示的低电压状态708)的指示信号，以指示特定电池单元的不正确(或异常)的电压操作(工作)状态；如果所有13个电池单元的所有采样电压都低于(或等于)高临界电压阈值，电压比较电路206使或非门208产生第一电压状态(如图7D所示的高电压状态707)的指示信号，以指示特定电池单元的正确(或正常)的电压操作(工作)状态。同样，如果来自特定电池单元的采样电压低于(或等于)低临界电压阈值，电压比较电路206使或非门208产生第二电压状态(如图7D所示的低电压状态708)的另一指示信号，以指示特定电池单元的不正确(或异常)的电压操作(工作)状态；如果所有13个电池单元的采样电压都高于(或等于)低临界电压阈值，电压比较电路206使或非门208产生第一电压状态(如图7D所示的高电压状态707)的指示信号，以指示特定电池单元的正确(或正常)的电压操作(工作)状态。在图2中，对于电池组101中13个电池单元中的任何一个，电压比较电路206具有一对输出，其中一个输出用于比较高临界电压阈值，并且另一个输出用于比较低临界电压阈值。
类似地，如果来自温度传感器电路204的采样温度超过(或等于)高临界温度阈值，温度比较电路207使或非门208产生第二电压状态(如图7D所示的低电压状态708)的指示信号，以指示所选择的电池单元的不正确(或异常)温度操作(工作)状态；如果来自温度传感器电路204的采样温度低于(或等于)高临界温度阈值，温度比较电路207使或非门208产生第一电压状态(如图7D所示的高电压状态707)的指示信号，以指示所选择的电池单元的正确(或正常)温度操作(工作)状态。
如图2所示，电压比较电路206发送13对电压比较结果，温度比较电路207将温度比较结果发送到或非门208。为了响应13对电压比较结果和一个温度比较结果，当所有13对电压比较结果和一个温度比较结果都处于正确(或正常)操作条件时，或非门208将控制信号(第一控制信号)生成第一电压状态(如图7D所示的高电压状态707)；当13对电压比较结果和一个温度比较结果处于不正确(或异常)运行状态时，或非门208产生(或设置)第二电压状态(如图7D所示的低电压状态708)的第一控制信号。在图2中，或非门208的输出作为开关控制电路104的输入连接或发送到开关控制电路104。
图3A是示出根据本发明的一个实施例的图2所示的电压传感器电路202的结构的框图。如图3A所示，电压传感器电路202包括13个电压传感器302(i)，其中每个电压传感器302(i)的输入连接到其相应的电池单元102(i)并且其中每个电压传感器302(i)的输出连接到比较电路206作为输入(i＝1,2，...，13)。
图3B是更详细地示出图2所示的电压比较电路206的结构的框图。如图3B所示，电压比较电路206包括13个电压比较单元304(i)(i＝1,2，...，13)。特定电压比较单元304(i)的输入连接到其各自的电压传感器302(i)的输出，并且对于来自电压比较单元304(i)的每个输入，特定电压比较单元304(i)产生一对输出，其中一个输出用于比较高临界电压阈值，并且另一个输出用于比较低临界电压阈值。利用如图3B所示的结构，每个电压比较单元304(i)将测量的电压与高或低临界阈值电压进行比较。如果13个电池单元电压中的任何一个高于高临界阈值电压或低于低临界阈值电压，则对应的比较单元304(i)触发过电压(OV)或欠电压(UV)警报。
图4A是示出根据本发明的一个实施例的图3B所示的电压比较单元304(i)(i＝1,2，...，13)的结构的框图。如图4A所示，电压比较单元304(i)包括：比较器(或运算放大器)402(i)，用于将来自电池单元102(i)的采样电压与高临界电压阈值进行比较；比较器(或运算放大器)403(i)，用于将来自电池单元102(i)的采样电压与低临界电压阈值进行比较；电压设定装置422，用于设定高临界电压阈值；以及电压设定装置424，用于设定低临界电压阈值。
在图4A中，比较器402(i)具有两个输入(负输入426和正输入427)，并且电压设定装置422具有从分压器串联连接的电阻器404(i)和电阻器405(i)。选择电压器件422中的电阻器404(i)和电阻器405(i)的值使得电阻器404(i)和电阻器405(i)之间的连接点406(i)是高临界电压阈值的电压。比较器402(i)的负输入426连接到连接点406(i)，比较器402(i)的正输入427连接到电压传感器302(i)的输出。在操作中，当来自输入427上的电池单元102(i)的采样电压超过(或等于)连接点406(i)上的高临界电压阈值时，比较器402(i)产生(或设置)高电压状态的输出信号(警报)；当正输入427上的采样电压低于(或等于)连接点406(i)上的高临界电压阈值时，比较器402(i)产生(或设置)低电压状态的输出信号(警报)。
以类似的方式，比较器403(i)具有两个输入(负输入429和正输入428)，并且电压设定装置424具有从分压器串联连接的电阻器407(i)和电阻器408(i)。选择电压设定装置424中的电阻器407(i)和电阻器408(i)的值使得电阻器407(i)和电阻器408(i)的连接点409(i)是低临界电压阈值的电压。比较器403(i)的正输入428连接到连接点409(i)，比较器403(i)的负输入429连接到电压传感器302(i)的输出。在操作中，当来自负输入429上的电池单元102(i)的采样电压在连接点409(i)上低于(或等于)低临界电压阈值时，比较器403(i)产生(或设置)高电压状态的输出信号(或警报)；当负输入429上的采样电压超过(或等于)连接点409(i)上的低临界电压阈值时，比较器403(i)产生(或设置)低电压状态的输出信号(警报)。比较器402(i)和比较器403(i)的两个输出都连接到图2所示的或非门208作为其输入。
图4B是示出根据本发明的一个实施例的图2所示的温度比较电路207的结构的框图。如图4B所示，温度比较电路207包括用于将高临界温度阈值与来自温度传感器电路204的采样电压温度(以电压值表示)进行比较的电压设定装置432和比较器(或运算放大器)414。比较器414具有两个输入(正输入434和负输入435)，并且电压设定装置432具有从分压器串联连接的电阻器436和电阻器438。选择电压装置432中的电阻器436和电阻器438的值，使得电阻器436和电阻器438之间的连接点439是高临界温度阈值的电压。比较器414的正输入434连接到温度传感器电路204的输出，比较器414的负输入435连接到连接点439。在操作中，当正输入434上的采样温度(呈现为电压值)超过(或等于)连接点439上的高临界温度阈值时，比较器414产生(或设定)高电压状态的输出信号(警报)；当正输入434上的采样温度(作为电压值表示)低于(或等于)连接点439上的高临界温度阈值时，比较器414产生(设置)低电压状态的输出信号(警报)。比较器414的输出连接到图2所示的或非门208作为其输入。
应当注意，图4A-B中所示的结构是本发明的说明性实施例，并且本发明的原理可以以本领域技术人员的不同变化来实现。例如，根据本发明的原理，可以改变如图2和4A-B所示的激活电路103中的结构以产生第一控制信号。具体地，在图4A所示的实施例中，链路426和429可以被改变以分别连接比较器402(i)和403(i)的正输入，而链接427和428可以被改变以分别连接比较器402(i)和403(i)的负输入。类似地，链路434和435可以被改变以分别连接比较器414的负输入和正输入。对应于图4A-B中对结构的改变，图2中的或非门208可以由与门208'(未示出)代替。通过对图2和4A-B的这种改变，图1A所示的激活电路103也可以产生用于开关晶体管105的第一控制信号。
图5是更详细地示出图1A-C所示的检测电路107的结构的框图。如图5所示，检测电路107包括：电压传感器电路502，用于连续测量(或采样)电池组101中的13个电池单元102(i)(i＝l,2,...,13)的操作(工作)电压；温度传感器电路504，用于连续测量(或采样)来自13个电池单元102(i)的两个所选择的电池单元的操作(工作)温度；以及电流传感器电路506，用于连续测量(或采样)由电池组101提供的操作(工作)电流。来自电压传感器电路502的13个输出、来自温度传感器电路504的两个输出和来自电流传感器电路506的输出全部连接到ADC(A-D转换器)108作为其输入。来自电压传感器电路502、温度传感器电路504和电流传感器电路506的所有这些输出被呈现为模拟信号(其可以呈现为电压)。在将这些模拟信号转换为数字信号之后，ADC(A-D转换器)108将这些数字化信号作为处理器单元109的输入发送到处理器单元109以供进一步处理。
图6A是更详细地示出图5所示的电压传感器电路502的结构的框图。如图6A所示，电压传感器电路502包括13个电压传感器602(i)(i＝1,2，...，13)。电压传感器602(i)的每个输入连接到其相应的电池单元102(i)，并且电压传感器602(i)的每个输出连接到作为ADC 108的输入的ADC(A-D转换器)108。
图6B是更详细地示出图5所示的温度传感器电路504的结构的框图。如图6B所示，温度传感器电路504包括两个温度传感器604(1)、604(2)。两个温度传感器的每个输入连接到其相应的选择的电池单元，并且两个温度传感器的每个输出连接到作为ADC 108的输入的ADC(A-D转换器)108。
图7A是更详细地示出图1A-C所示的电池单元平衡电路165的结构的框图。如图7A所示，电池单元平衡电路165包括13个平衡电路单元702(i)(i＝1,2，...，13)。13个平衡电路单元702(i)的每个输入从处理器单元109接收相应的平衡控制信号，并且13个平衡电路单元702(i)的每个输出连接到相应的电池单元(i)，以在需要时调整相应的电池单元(i)的电压(i＝1,2，...，13)。
图7B是详细示出图7A所示的平衡电路单元706(i)(i＝1,2，...，13)的结构的框图。如图7B所示，平衡电路单元706(i)包括n沟道场效应晶体管704(i)和电阻器705(i)。对于晶体管704(i)，其栅极(G)连接到处理器单元109以从其接收平衡控制信号，其漏极(D)连接到电阻器704(i)的一个端子708，并且其源极(S)连接到相应的电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)的负端子。电阻器705(i)的另一个端子709连接到相应的电池单元102(i)的正端子。与电池组101中的其他电池单元相比，当各个电池单元102(i)的操作电压太高时，处理器单元109将高电压状态的平衡控制信号发送到晶体管704(i)的栅极(G)以形成场效应晶体管704(i)的漏极(D)和源极(S)之间的相应电池单元102(i)的电流通路，使得电流可以围绕在相应的电池单元102(i)的正端子和负端子循环，以减小电池单元102(i)的操作(工作)电压。当各个电池单元102(i)的工作电压降低到期望的水平时，处理器单元109将生成(或设置)低电压状态的平衡控制信号，使得相应的电池单元102(i)的电流路径被断开以停止电池单元(i)的电压平衡处理。
图7C-D示出了第一控制信号和/或第二控制信号的波形。具体地，图7D中的波形示出了来自激活电路103的连接153上的第一控制信号的二进制状态信号706、来自监控单元160的连接111上的第二控制信号和来自图1A所示的开关控制电路104的驱动信号。如图7D所示，第一控制信号、第二控制信号或驱动信号在部分707中处于高电压状态，而在部分708中处于低电压状态。二进制状态信号的高电压状态导通图1A中的开关晶体管105，而二进制状态信号的低电压状态断开图1A中的开关晶体管105。在图7D中，高电压可以被认为是二进制状态信号的第一电压状态，其反映正确(或正常)操作条件；而低电压可以被认为是二进制状态信号的第二电压状态，其反映不正确(或异常)操作条件。
图7C示出了用于来自图1B所示的逆变器169的驱动信号的二进制状态信号702的波形。如图7C所示，驱动信号在部分703中处于低电压状态，但在部分704中处于高电压状态。二进制状态信号的低电压状态导通图1B中的开关晶体管105'，而二进制状态信号的高电压断开图1B中的开关晶体管105'。在图7C中，因为逆变器169使图7D所示的二进制状态信号706反相，所以低电压可以被认为是二进制状态信号的第一电压状态，其反映正确(或正常)操作条件；而高电压可以被认为是二进制状态信号的第二电压状态，其反映不正确(或异常)操作条件。
图8是更详细地示出图1A-C所示的处理单元109的结构的框图。如图8所示，处理单元109包括CPU 801、寄存器电路802、存储装置803、输入电路804、输出电路805和总线806。CPU 801、寄存器电路802、存储装置803、输入电路804和输出电路805经由它们各自的连接(816、817、818、819和820)连接到总线806，使得CPU 801可以经由总线806与控制寄存器电路802、存储装置803、输入电路804和输出电路805进行通信和控制。更具体地，存储装置803可以存储指令(程序)和数据(诸如高电压-电压阈值、低电压-电压阈值、高电平-温度阈值和/或高电平-电流阈值)。CPU 801可以从存储装置803读取数据和指令(或程序)，执行指令(或程序)以执行所需任务，并将运算结果存储到存储装置803中。在CPU 801的控制下，寄存器电路802可以被设置为用于控制信号(第二控制信号)的第一电压状态或第二电压状态。输入电路814接收来自ADC 108的数字化信号，并将它们发送到CPU 801进行处理。在CPU801的控制下，输出电路805接收来自CPU 801和寄存器电路802的输出，并且将它们发送到各个组件(包括通过连接166的显示单元112、通过连接167的CAN接口163、通过连接111的电池平衡电路165和切换控制电路104，如图1A-C所示)。
本发明将电池故障状况和诊断分为需要不同的响应的若干个层次类型。作为一个实施例，本发明将通过与高临界电压阈值、低临界电压阈值和高临界温度阈值相比较而产生的任何故障条件分类为需要立即响应的紧急水平故障条件。此外，本发明通过与上限电压阈值、下限电压阈值、上限温度阈值和上限电流进行比较而产生的任何故障条件分类为需要在一定时间内(如2秒钟内)进行响应的可调水平故障条件。
在本发明中，激活电路103和监控单元160可以一起工作，使得在最紧急的故障条件下，激活电路103可以立即使电池组101(通过硬件方式)与输出端子152.1、152.2断开，在不太紧急的故障条件下，监控单元160可以调整电池组101的操作(工作)状态和环境，使得电池组101的故障状态可能永远不会达到最紧急的水平。当认为电池组101的故障状态不能被调整到适当的工作状态时，监控单元160(通过软件方法)使电池组101与输出端子152.1、152.2断开。或者，在本发明中，激活电路103和监控单元160可以分开工作。具体地，激活电路103可以在没有监控单元160的情况下执行其功能。同样，监控单元160可以在没有激活电路103的情况下执行其功能。
在联合操作模式中，由于激活电路103的冗余控制，监控单元160设置比高临界电压阈值、低临界电压阈值和高临界温度阈值的值更宽的上限电压阈值、下限电压阈值、上限温度阈值的值。当独立工作时，由于缺乏激活电路103的冗余控制，监控单元160将上限电压阈值、下限电压阈值、上限温度阈值的值设置为高临界电压阈值、低临界电压阈值和高临界温度阈值的值。根据本发明的一个实施例，在联合操作模式中，操作(工作)参数的阈值范围应以适当的层次结构排列，例如监控单元160的上限值的限定范围应该窄于用于实现双重保护(即，硬件和软件双重保护)的激活电路103的临界值的限定范围。
图9是示出本发明的监视单元160监视、管理并调整电池组101的操作状态的步骤的流程图900。
在步骤906中，图1A-C所示的检测电路(第二检测电路)107检测(测量或采样)电池组101的一个或多个操作(工作)参数，包括13个电池单元的操作(工作)电压，两个所选择的电池单元的操作(工作)温度和电池组101的操作(工作)电流，并将采样的一个或多个操作(工作)参数发送到ADC 108。
在步骤908中，ADC 108对检测到的(测量或采样的)一个或多个操作(工作)参数进行数字化，并将数字化的一个或多个操作(工作)参数发送到图1A-C所示的处理器单元109。更具体地，数字化的一个或多个操作(工作)参数通过图8所示的输入电路804发送到处理器单元109的CPU 801。在接收到数字化的一个或多个操作(工作)参数之后，CPU801将它们存储在图8所示的存储装置803中。
在步骤910中，CPU 801确定是否需要从输出端子(152.1、152.2)断开电池组101。如果需要将电池组101与输出端子(152.1、152.2)断开(是)，则操作被引导到步骤912；如果不需要将电池组101与输出端子(152.1、152.2)(否)断开，则操作被引导到步骤916。
具体地，在步骤910中，CPU 801将采样的一个或多个工作参数(包括来自13个电池单元的13个采样工作电压、来自两个所选择的电池单元中采样的2个工作温度以及来自电池组101的采样工作电流)与上限电压阈值、下限电压阈值、上限温度阈值和/或上限电流阈值进行比较。
在步骤910中，在以下情况下，操作进入步骤912：(1)13个采样操作(工作)电压中的任何一个超过(或等于)上限电压阈值，(2)13个采样操作(工作)电压中的任何一个低于(或等于)下限电压阈值，(3)2个采样操作(工作)温度中的任何一个超过(或等于)上限温度阈值，或(4)采样操作(工作)电流超过(或等于)上限电流阈值。在步骤912中，CPU 801生成(或设置)寄存器802的输出(作为第二控制信号)为第二电压状态，并且经由输出电路805将寄存器802的输出发送到开关控制电路104。在第二电压状态下的寄存器802的输出断开开关晶体管105(或105')的电流通路，使开关器件106从两个输出端子152.1和152.2断开电池组101。然后将操作引导到步骤914以结束操作。
在步骤910中，在以下情况下，操作进入步骤916：(1)所有13个采样操作(工作)电压都低于(或等于)上限电压阈值，(2)13个采样操作(工作)电压中的所有电压都超过(或等于)下限电压阈值，(3)所选择的两个电池单元中的所有电池均低于(或等于)上限温度阈值，以及(4)采样操作(工作)电流低于(或等于)上限阈值。在步骤916中，CPU 801生成(设置或维持)寄存器802的输出(作为第二控制信号)为第一电压状态，并且经由输出电路805将寄存器802的输出发送到开关控制电路104。在第一电压状态下的寄存器802的输出连接开关晶体管105的电流路径，以使(或保持)开关器件106将电池组101连接到两个输出端子152.1和152.2。然后，该操作被引导到步骤918以结束混合动力车辆的操作过程。
在步骤918中，监控单元160基于采样的一个或多个操作(工作)参数来调整电池组101的操作条件。具体地说，CPU 801可以计算13个电池单元的13个采样操作(工作)电压之间的电压差，并选择特定的电池单元(i)(i＝1,2，...，13)，其具有比电池组101中的其它电池单元高太多的电压。作为一个实施例，本发明可以将最小单元平衡触发阈值设置为20mv。为了对所选择的电池单元(i)执行电池平衡处理，CPU 801经由用于所选择的电池单元(i)的输出电路805将高电压状态的平衡控制信号(经由连接827)发送到图7B中所示的平衡晶体管752(i)的栅极(G)，以形成电流路径，使得电流可以围绕所选择的电池单元102(i)的正端子和负端子循环。在电池平衡处理期间，监控单元160继续监视所选择的电池单元102(i)的采样操作(工作)电压。当所选择的电池单元102(i)的采样操作(工作)电压降低到期望的水平时，CPU 801在低电压状态下生成(或设定)平衡控制信号，并通过输出电路805将平衡控制信号发送到平衡晶体管752(i)的栅极(G)使得相应的电池单元102(i)的电流路径断开以停止电压平衡处理。电池单元平衡的目的是使得当电池组101中的电池单元之间存在大的电压差时，电池单元能够恢复到相对平衡的健康状态。当电池组101中串联连接的电池单元中的电压变得过大时，在混合动力车辆的操作中，一些电池单元可能过度充电/过度放电。
由于在本发明的实施例中通过放电来实现电池平衡过程，所以电池平衡过程可以产生热量并降低充电状态(SOC)。因此，在开始电池平衡过程之前，CPU 801需要确定电池组101的操作条件，包括操作温度是否在温度范围内，电池单元的当前SOC是否在一个范围内，操作电流低于当前值(例如200安培)，以及此前是否发生故障条件。正确的条件主要是在电池平衡过程开始之前确保系统安全可靠。例如，正确的操作电流条件是确保当执行电池平衡时电池组101中的所有电池单元处于相对电化学稳定的状态。
在步骤920中，基于采样操作(工作)电压和采样操作(工作)电流，监控单元160(包括CPU 801以及驻留在监控单元160中的软件)计算电池组101的4种操作状态，包括充电状态(SOC)、健康状况(SOH)、功能状态(SOF)以及电池组101的功率限制状态。
SOC表示电池的可用容量，以其实际容量的百分比表示。0％的SOC表示电池的可用容量为零。100％的SOC表示电池的可用容量处于最高水平。电池的可用容量的这种指示有助于保护电池免受过度充电和深度放电。
本发明提供了用于计算牵引电池和单元健康状态(SOH)的特征。SOH提供电池健康状况，包括电压、电流、功率和电池的电阻。电池和单元内部电阻、容量、包括功率在内的一些时间的值是电池和单元状态的特性。电池和单元SOH的概念与使用中的电池和单元的故障或SOC不同。电池和单元的故障定义为使用中的异常性能，电池和单元的SOC是指短期使用的特征参数变化。然而，SOH是电池和单元的健康标志。SOH描述了电池和单元的长期变化，与汽车的寿命一样。定期地，SOH定义为测量容量与电池和单元的额定容量之比，用于预测电池和单元的使用寿命。
SOF是确定电池功能的状态的一组参数测量(即，电池在一定条件下提供电力的能力)。SOF是确定电池功能的状态的一组参数测量(即，电池在一定条件下提供电力的能力)。车辆使用SOF来帮助其对车辆中的各种动力源进行电力管理以达到最佳性能。定义SOF的参数测量是电池在不同时间段提供的电压限制、电流限制和功率限制：瞬时(动态)、短、中、长和连续。
功率限制是指可由当前由电池组101提供的可用功率。功率限制是电池组电压和电流的组合。它被定义为与使用的电池组期限相关。例如，针对使用的2秒和使用的10秒计算的电池组功率不同。如果在操作中混合动力车辆使用超过电池组101的功率极限的功率，则电池组101的使用寿命可能会缩短，并且可能导致电池故障。
这4种操作(工作)状态可以在计算之后存储在存储装置803中，并且使得ECU 164能够优化其对混合动力车辆的电池的使用而不会损坏电池组101。
在步骤922中，CPU 801通过Can接口163向ECU 164发送4种运行状态(包括SOC、SOH、SOF和功率限制)。在混合动力车辆的操作中，ECU 164执行操作(工作)状态的实时监视，以便控制混合动力车辆以适当地使用电池组101。例如，ECU 164可以控制混合动力车辆不使用超过功率限制的电池组101的电力。
在步骤924中，CPU 801经由链路166向显示单元112发送一个或多个操作(工作)参数(例如电池温度)和4个操作状态。然后，显示单元164将一个或多个操作(工作)参数和4个操作状态显示在GUI 114上,使得混合动力车辆的操作者可以观察电池组101的操作(工作)状态，并且如果需要，经由GUI 114执行干预。
在步骤926中，操作返回到步骤906，以重复在混合动力车辆的操作中监视、管理和调整电池组101的操作(工作)状况的处理。
应当注意，流程图900的程序(或指令)可以存储在存储器803中并由CPU 801执行。
本发明的有利技术效果如下：
a.系统配置包括多种设计理念；
b.高效平衡策略；
c.控制系统具有硬件保护和软件保护的双重保护，但硬件或软件保护可以根据需要独立实施电池组保护；
d.控制系统具有多级诊断功能；
e.低成本、低功耗；
f.历史数据记录；
g.高精度SOC策略，以及
h.电池管理方案和功能灵活的可扩展性。
图10描绘了包括根据本发明的上(或顶)壳体1001和下(或底)壳体1002的电池1000。通过作为电池1000的电力输出端子的顶壳体1001上的两个孔(1005.1、1005.2)插入正极柱1003.1和负极柱1003.2。在上壳体1001的开口上的4个边缘上设置(或模制)10个夹子(1022.1、1022.2、1022.3；1024.1、1024.2)和(1023.1、1023.2、1023.3；1025.1、1025.2)。在图10中，不能看到5个夹子(1023.1、1023.2、1023.3；1025.1、1025.2)，因为它们位于上壳体1001的相反侧。
图11A是根据本发明的图10所示的电池1000的分解视图。如图11A所示，电池1000包括PCB板1104、线束组件1106、中间壳体1108、电池组101(包括可容纳在中间壳体1108中的单元室内的13个串联的电池单元102(i)(i＝1,2，...，13))、电池底部泡棉1109和连接组件1110。同样如图11A所示，围绕下(或底)壳体1002的顶部4个边缘，设置(模制的)4个锥形凸缘(1123.1、1123.2；1125.1、1125.2)使得在组装电池1000的过程中，上壳体1001上的10个夹子可以锁定下壳体1002的顶部边缘上的4个锥形凸缘。在图11A中，不能看到2个锥形凸缘(1123.2；1125.2)，因为它们位于下壳体1002的相反侧。
图11B详细描绘了图11A所示的电池组101。如图11B所示，电池组101中的13个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)排列成三排，包括第一横排(或第一外排)1116.1、第二横排(或第二外排)1116.3以及位于第一横排1116.1和第二横排1116.3之间的中间排1116.2。电池组101的第一横排1116.1和第二横排1116.3中的每一个具有4个电池单元(102(1)、102(2)、102(3)、102(4))；或(102(10)、102(11)、102(12)、102(13))。电池组101的中间排具有5个电池单元(102(5)、102(6)、102(7)、102(8)、102(9))。13个电池单元102(i)中的每一个具有顶面(i＝1,2，...，13)的正端子1114(i).p和负端子1114(i).n。
图11C更详细地描绘了图11B所示的单个电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)。如图11C所示，电池单元102(i)具有圆柱形主体1112(i)，并且包括一对端子，其包括从电池单元102(1)(i＝1,2，...，13)的顶面1113(i)延伸的正端子1114(i).p和负端子1114(i).n。在一对正端子1114(i).p和负端子1114(i).n的顶部上分别具有一对螺纹孔(1116(i).p、1116(i).p)。圆环1118(i)从电池单元102(i)的顶面1113(i)延伸出来并且圆形地包围正端子1114(i).p和负端子1114(i).n。电池单元102(i)的顶面1113(i)上的正端子1114(i).p和负端子1114(i)的高度高于圆环1118(i)的高度。
图11D是图11C所示的电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)的剖视图。如图11D所示，电池单元102(i)具有金属罐(或壳)1118(i)。电池单元102(i)的正端子1114(i).p(i)与金属罐(或壳)111 8(i)连接(或电连接)上，而负端子1114(i).n通过由绝缘材料制成的绝缘环1118(i)与金属罐(或壳)1118(i)电绝缘。在电池单元102(i)的底部边缘上设置可破坏的通风口(或台)1128(i)，用于容纳图11A所示的单元泡棉1109。如果电池单元102(i)的内部压力超过预定值，则可破坏的通风口(或台)1128(i)断开，这可以从电池单元(i)的内部释放泄漏物质(例如气体))。
图12A-E更详细地描绘了图11A所示的中间壳体1108。
参考图12A，中间壳体1108具有顶面1202，该顶面上装有PCB板1104和线束组件1106。如图12A所示，顶面1202具有用于将PCB板1104固定在其上的4个安装凸台(或孔)(1208(1)、1208(2)、1208(3)、1208(4))。顶面1202还具有排列成三排的13对安装孔(1206(i).p、1206(i).n(i＝1,2，...，13)，其包括第一横排1216.1、中间排1216.2和第二横排1216.3，用于容纳电池组101中的13个电池单元102(i)的13对正端子1114(i).p和负端子1114(i).n(i＝1，2，...，13)。
在图12A中，中间壳体1108的顶面1202上的第一横排1216.1具有4对安装孔(1206(1).p、1206(1)n；1206(2).p、1206(2).n；1206(3)p、1206(3).n；1206(4).p、1206(4).n)，用于容纳在电池组101中的4个电池单元的第一横排1116.1中的4对正端子和负端子(1114(1).p 1114(1).n；1114(2).p 1114(2).n；1114(3).p 1114(3).n；1114(4).p 1114(4).n)。中间壳体1008的顶面1202上的中间排具有5对安装孔(1206(5).p、1206(5).n；1206(6).p、1206(6).n；1206(7).p、1206(7).n；1206(8).p、1206(8).n；1206(9).p、1206(9).n)，用于容纳在电池组101中的5个电池单元的中间排1116.2中的5对正端子和负端子(1114(5).p、1114(5).n；1114(6).p、1114(6).n；1114(7).p、1114(7).n；1114(8).p、1114(8).n；1114(9).p、1114(9).n)。中间壳体1008的顶面1202上的第二横排1216.2具有4对安装孔(1206(10).p、1206(10).n；1206(11).p、1206(11).n；1206(12).p、1206(12).n；1206(13).p、1206(13).n)，用于容纳分别在电池组101中的4个电池单元的第二横排1116.3中的4对正端子和负端子(1114(10).p、1114(10).n；1114(11).p、1114(11).n；1114(12).p、1114(12).n；1114(13).p、1114(13).n)。
在图12A中，中间壳体1108的顶面1202还具有13个隔离凸缘(或板)(1207(1)、1207(2)，...，1207(13))，它们由绝缘材料制成并且分别位于13对安装孔(1206(1).p、1206(1).n之间)；1206(2).p、1206(2).n；...，1206(13).p、1206(13).p)之间，用于防止10个汇流条(在线束组件1006中，如图14所示)在电池1000的组装过程中串联连接13个电池单元时彼此接触。中间壳体1108的顶面1202还具有用于将PCB板1004安装在中间壳体1108的顶面1202上的4个内螺纹孔(1208.1、1208.2、1208.3、1208.4)。中间壳体1108还具有第一侧壁1218.1和第二侧壁1118.2。第一和第二侧壁(1218.1或1118.2)中的每一个具有用于将中间壳体1108附接到下壳体1102上的4个耳部(1221.1、1221.2、1221.3、1221.4)或(1223.1、1223.2、1223.3、1223.4)。
第一侧壁1218.1上的每个耳部(1221.1、1221.2、1221.3、1221.4)具有开口袋(1222.1、1222.2、1222.3、1222.4)。类似地，第二侧壁1218.2上的每个耳部(1223.1、1223.2、1223.3、1223.4)具有开口袋(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)。在第一侧壁1218.1或第二侧壁1218.2上的4个开口袋(1222.1、1222.2、1222.3、1222.4)或(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)用于分别容纳电池1000的电池组装过程中的图18A所示的4个翼(1822.1、1822.2、1822.3、1822.4)或(1824.1、1824.2、1824.3、1824.4)。
在图12A中，中间壳体1108还具有2个保持凹口(1234.1、1234.2)，它们分别相邻并被引导到单元室1208(1)和单元室1208(13)(如图12B所示)。2个保持槽(1234.1、1234.2)用于将2个温度传感器(如图16所示的1608.1、1608.2)连接到中间壳体1108的壁上使得2个温度传感器(1608.1、1608.2)可分别通过保持凹口(1234.1、1234.2)物理地接触两个相邻的电池单元((102(1)、102(13))，使得温度传感器(1608.1、1608.2)可以检测(测量或采样)两个电池单元((102(1)、102(13))的工作温度作为电池1000的代表性操作(或工作)温度。2个温度传感器(1608.1、1608.2)的两个输出被发送到图1所示的ADC 108，并且来自2个温度传感器的一个输出被发送到图2所示的温度比较电路207。
图12B描绘了中间壳体1108的顶部透视图，以更好地示出了顶面1202和中间壳体1008的壁上的一些部件。更具体地，图12B示出了第二侧壁1118.2上的保持凹口1234.2和4个耳部(1223.1、1223.2、1223.3、1223.4)。如图12B所示，保持凹口1234.2具有：用于将温度1608.2滑入槽1235.2的槽1235.2；第二侧面1118.2上的4个耳部(1223.1、1223.2、1223.3、1223.4)分别具有4个开口袋(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)用于在电池组装过程中插入如图18A所示的4个翼(1822.1、1822.2、1822.3、1822.4)。
在图12B中未示出第一侧壁1118.1上的保持凹口1234.1和4个耳部(1221.1、1221.2、1221.3、1221.4)，因为它们位于中间壳体1108的顶部透视图的相对侧壁上，但是它们具有与保持凹口1224.2相似的结构，并且具有与图12B中的第二侧壁1118.2上的4个耳部相似的结构。具体地，保持凹口1234.1具有用于将温度传感器1608.1(图16所示)滑入到槽1235.1中的槽1235.1；第一侧壁1118.1上的4个耳部(1221.1、1221.2、1221.3、1221.4)分别具有4个开口袋(1222.1、1222.2、1222.3、1222.4)用于在电池组装过程中插入如图18A所示的4个翼(1824.1、1824.2、1824.3、1824.4)。
图12C示出了图11A所示的中间壳体1108的仰视图。如图12C所示，中间壳体1108在顶面1202下方具有13个单元室1208(i)(i＝1,2，...，13)，它们被布置成三排，包括第一横排(或第一外排)1216.1、中间排1216.2、第二横排(或第二外排)1216.3，用于容纳电池组101中的13个电池单元102(i)的顶部部分。中间壳体1008的第一横排1216.1具有4个单元室(1208(1)、1208(2)、1208(3)、1208(4))，用于容纳电池组101的4个相应电池单元(102(1)、102(2)、102(3)、102(4))的顶部部分。中间壳体1008的中间排具有5个单元室(1208(5)、1208(6)、1208(7)、1208(8)、1208(9))，用于容纳电池组101的5个相应电池单元(102(5)、102(6)、102(7)、102(8)和102(9))的顶部部分。中间壳体1008的第二横排1216.3具有4个单元室(1208(10)、1208(11)、1208(12)、1208(13))，用于容纳电池组101的4个相应的电池单元(102(10)、102(11)、102(12)、102(13))的顶部部分。
在图12C中，13个单元室1208(i)中的每一个具有位于中间壳体1108的上表面1202上的一对孔(1232(i).p、1232(i)，n)，用于接收电池单元102(i)(i＝1,2，...，n)的正端子和负端子(1114(i).p、1114(i)·n)的相应对。3个安装孔(1242.1、1242.2、1242.3)设置在中间壳体1108的底部边缘上，用于在电池组装过程(如图18所示)中将中间壳体1108的顶部边缘上的三个安装柱(1842.1、1842.2、1842.3)接收到内壳体1802上。
图12D示出了图11A所示的中间壳体1108的底部透视图，以更好地示出中间壳体1108中的一些部件。如图12D所示，每个单元室1208(i)具有3个位置板(1246(1).1、1246(1).2、1246(1).3)，并且3个位置板(1246(i).1、1246(1).2、1246(1).3)形成圆形轮廓(或轮廓)，其与电池单元102(i)的外部圆柱形状匹配，用于在电池1000的组装过程中将电池单元102(i)定位到期望位置。3位置板(1246(i).1、1246(i).2、1246(i).3)360度均匀分布；或者它们以120度彼此等距(或分布)。
图12E描绘了图12B所示的中间壳体1108的剖视图，以更好地示出中间壳体1108中的一些部件。图12E示出了一些单元室1208(i)中的3个位置板(1246(i).1、1246(i).2、1246(i).3)中的一些。如图12D-E所示，从三个位置板(1246(i).1、1246(i).2、1246(i).3)中的每一个的尖端开始，在电池1000的组装过程中存在用于将相应的电池单元102(i)引导到期望位置的引导斜面1247。
图13示出了中间壳体1108的顶部透视图，其中线束组件1106安装在中间壳体1108的顶面1202上。在图13中，电池组101的13个电池单元102(i)已经安装到中间壳体1108的13个单元室中；线束组件1106中的连接线被固定到13对正端子和负端子(1114(i).p、1114(i).n)(i＝1,2，...，13)上的13对孔(1116(i).p、111 6(i)).n)中。线束组件1106包括：汇流条线束1302，包括10个汇流条；电压感测线束1304，包括13个电压感测线；端子输出线束1306，包括用于电连接安装在外壳1602上的正极柱1103.1的一对端子输出电缆(1306.1，1306.2)和柱引出电缆1308，如图16所示。
在图13中，汇流条线束1302用于串联连接电池组101中的13个电池单元；电压感测线束1304用于将13个电池单元的正端子连接到图2所示的13个电压传感器电路202；端子输出线束1306(1306.1、1306.2)用于连接在第一侧排1116.1和中间排1116.2之间的电池单元输出并用于连接中间排1116.2和第二横排1116.3之间的电池单元输出。汇流条线束1302中的10个汇流条通过10对螺钉(1336(j).1、1336(j).2)(j＝l,2,...,10)固定在正端子和负端子上。正极柱1003.1安装在连接组件1110上，并通过引出电缆1308电连接到电池单元102(1)的正端子1114(1).p；负端子1003.2通过汇流条1309连接到电池单元102(13)的负端子1114(13).n。
图14A示出了图13所示的中间壳体1108的顶部透视图，以更清楚地示出其中的一些部件。在图14A中，线束组件1106在将其安装到中间壳体1108的顶面1202之前被放置在顶面1202上。如图14A所示，汇流条线束1302包括10个汇流条1402(j)(j＝1,2，...，10)。10个汇流条1402(j)中的每一个具有一对孔(1406(j).1、1406(j).2)，用于接收一对螺钉(1336(j).1、1336(j).2，如图13所示)，以将汇流条1402(j)固定在彼此相邻的两个电池单元(102(i),102(i+1))的两个电池端子上(j＝1,2，...，10；i＝1，1，...，13)。在图14中，汇流条线束1302被分成三排(1416.1、1416.2和1416.3)，包括第一横排(或第一外排)1416.1、中间排1416.2和第二横排(或第二外排)1416.3。
汇流条线束1302的第一横排1416.1具有3个汇流条(1402(1)、1402(2)、1402(3))，每个汇流条具有一对孔(1406(1).1、1406(1).2；1406(2).1、1406(2).2；或1406(3).1、1406(3).2)，用于接收一对螺钉(1336(1).1、1336(2)2；1336(2).1、1336(2).2；或1336(3).1、1336(3).2，如图13所示)，以将相应的汇流条(1402(1)、1402(2)，或1402(3))固定到电池组101的第一横排1116.1中的两个相邻的电池单元(102(1)、102(2)；102(2)、102(3)；或102(3)、102(4))的两个电池端子上。
汇流条线束1302的中间排1416.2具有4个汇流条(1402(4)、1402(5)、1402(6)、1402(7))，其中每一个具有一对孔(1406(4).1、1406(4)2；1406(5).1、1406(5).2；1406(6).1、1406(6).2；或1406(7).1、1406(7).2)，用于接收一对螺钉((1336(4).1、1336(4).2；1336(5).1、1336(5).2；1336(6).1、1336(6).2；或1336(7).1、1336(7).2，如图13所示)，以将相应的汇流条(1402(4)、1402(5)、1402(6)或1402(7))固定在电池组101的中间列1116.2中的两个相邻的电池单元(102(5)、102(6)；102(6),102(7)；102(7),102(8)；或102(8)、102(9))的两个电池端子上。第一横排1416.1中的电池单元102(4)的负端子通过端子输出电缆1306.2连接到中间排1416.2中的电池单元102(5)的正端子。
汇流条线束1302的第二横排1416.3具有3个汇流条(1402(8)、1402(9)、1402(10))，其中每一个具有一对孔(1406(8).1、1406(8).2；1406(9).1、1406(9).2；或1406(10).1、1406(10).2)，用于接收一对螺钉(1336(8).1、1336(8).2；1336(9).1、1336(9))；或1336(10).1、1336(10).2，如图13所示)，以将相应的汇流条(1402(8)、1402(9)或1402(10))固定在电池组101的第二横排1116.3的两个相邻的电池单元(102(10)、102(11)；102(11)、102(12)；或102(12)、102(13))的两个电池端子上。中间排1416.2中的电池单元102(9)的负端子通过端子输出电缆1306.1连接到第二横排1416.3中的电池单元102(10)的正端子。
参考图14A，电压感测线束1304包括13个电压感测线1404(i)(i＝1，2，...，13)。每个电压感测线1304(i)中的远端上具有标签1426(i)，标签上具有孔1428(i)，用于接收螺钉中的一个以将电压感测线1404(i)的远端固定在电池组102(i＝1,2，...，13)中的相应的电池单元102(i)的正端子上。13个电压感测线1404(i)(i＝1,2，...，13)的另一端连接到图1A-C所示的激活电路103和检测电路。
在图14A中，电压感测线束1304被分成三行(如图14B所示的1436.1、1436.2和1436.3)，包括第一横排1436.1、中间排1436.2和第二横排1436.3。第一横排1436.1中的电压感测线束1304具有4个电压感测线(1404(41)、1404(2)、1404(3)、1404(4))，用于分别在电池组101的第一横排1116.1中连接4个电池单元(102(1)、102(2)、102(3)、102(4))的正端子。中间排1436.2中的电压感测线束1304具有5个电压感测线(1404(5)、1404(6)、1404(7)、1404(8)、1401(9))，用于分别在电池组101的中间排1116.2中连接5个电池单元(102(5)、102(6)、102(7)、102(8)、102(9))的正端子。第二横排1436.3中的电压感测线束1304具有4个电压感测线(1404(10)、1404(11)、1404(12)、1404(13))，用于在电池组101的第二横排1116.3中分别连接4个电池单元(102(10)、102(11)、102(12)、102(13))的正端子。
图14B更详细地示出了汇流条线束1302中的电压感测线束1304和一个汇流条1402(j)。
图15更详细地描绘了图11中所示的PCB板1004。如图15所示，PCB板1004安装(或组装)图1A-C所示的激活电路103、监视电路160、平滑电路166、逆变器169、开关晶体管(105、105')和CAN接口163。对应于中间壳体1108的顶面1202上的4个安装孔(1208(1)、1208(2)、1208(3)、1208(4))，PCB板1004上具有4个安装孔(1508.1、1508.2、1508.3、1508.4)，以固定附接或附连在中间壳体1108的顶面1202上的PCB板1004。
图16描绘了图11中所示的连接组件1110的更多细节。如图16所示，连接组件1110包括容纳开关器件106的壳体1602、2个温度传感器(1604.1、1604.2)、线连接器1605和桥板1614。2个温度传感器(1604.1、1604.2)容纳在图12B所示的中间壳体1108的2个保持槽(1234.1、1234.2)上的2个狭槽(1235.1、1235.2)中，使得2个温度传感器(1604.1、1604.2)的2个远端尖端(1608.1、1608.2)可以接触电池组101中的两个所选择的电池单元。2个温度传感器(1604.1、1604.2)中的另外2个端部(或2个端部之一)通过2根导线(未示出)电连接到图1A所示的激活电路103或检测电路107。
图17更详细地描绘了图11A中所示的电池底部泡棉1109。如图17所示，电池底部泡棉1109包括用于容纳13个电池单元102(i)的底部边缘的13个缓冲环1702(i)，以向电池单元102(i)(i＝1,2，...，13)提供缓冲和密封功能。
图18A示出了图10所示的下(或底)壳体1002的俯视图。如图18A所示，对应于中间壳体1108上的13个单元室1204(i)，下壳体1002具有内壳体1802，其具有排列成三排的13个单元室1804(i)(i＝1,2，...，13)，包括第一横排(或第一外排)1816.1、中间排1816.2、第二横排(或第二外排)1816.3，用于容纳电池组101中的13个电池单元102(i)的下半部分。下壳体1002的第一横排1816.1具有4个单元室(1808(1)、1808(2)、1808(3)、1808(4))，用于容纳电池组101的4个相应的电池单元(102(1)、102(2)、102(3)、102(4))的底部部分。下壳体1002的中间排1816.2具有5个单元室(1808(5)、1808(6)、1808(7)、1808(8)、1808(9))，用于容纳电池组101的5个相应电池单元(102(5)、102(6)、102(7)、102(8)和102(9))的底部部分。下壳体1002的第二横排1816.3具有4个单元室(1808(10)、1808(11)、1808(12)、1808(13))，用于容纳电池组101的4个相应的电池单元(102(10)、102(11)、102(12)、102(13))的底部部分。
在图18A中，对应于如图12A所示的中间壳体1108的第一侧壁1218.1和第二侧壁1118.2，下壳体1002的内壳体1802具有第一侧壁1818.1和第二侧壁1818.2。对应于中间壳体1108的第一侧壁1218.1上的4个耳部(1221.1、1221.2、1221.3、1221.4)，下壳体1002的内壳体1802上的第一侧壁1818.1具有4个翼(1822.1、1822.2、1822.3、1822.4)，其可以在电池组装过程中插入图12A所示的4个开口袋(1222.1、1222.2、1222.3、1222.4)中。对应于中间壳体1108的第二侧壁1218.2上的4个耳部(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)，下壳体1002的内壳1802上的第二侧壁1818.2具有4个翼(1824.1、1824.2、1824.3、1824.4)，其可以插入图12A所示的电池组装过程中的4个开口袋(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)中。
图18B示出了如图18A所示的下壳体1002的顶部透视图，以更好地示出下壳体1002的结构。如图18B所示，下壳体1002具有用于安装桥板1614的桥基座1864和用于安装连接壳体1110的壳体基座1866。
图18C示出了在将中间壳体安装到下壳体1002的内壳体1808之后的中间壳体1108和下部壳体1002的截面图，以更好地示出电池1000的一些部件。如图18C所示，在中间壳体1108安装在下壳体1002的内壳体1808上之后，单元室1805(i)中的每一个在电池单元102(i)的底部和单元室(i)的底部(i＝1,2，...，13)之间具有隔室1815(i)。隔室1815(i)中的每一个具有通孔1816(i)，使得所有隔室1815(i)(i＝1,2，...，13)经由通孔(1816(i))彼此流体连接到通向下壳体1002上的出口1822的通道。当电池单元102(i)中的任一个将气体泄漏到隔室1515(i)中时，气体可以通过出口1822流出电池1000。
图19描绘了在中间壳体被安装到下壳体1002的内壳体1808之后的中间壳体1108和下部壳体1002的内壳体1808的局部剖视图，以示出图12A所示的第一侧壁1218.1或第二侧壁1218.2上的4个耳部(1221.k或1223.k；k＝1,2,3,4)以及第一侧壁1818.1或第二侧壁1818.2上的4个翼(1822.k或1824.k)(k＝1,2,3,4)的安装关系(或结构)。
如图19所示，在电池1000的组装过程中，翼(1822.k+1或1824.k+1)被插入相应的开口袋(1221.k+1或1223.k+1)中。如肩部(1221.k或1223.k)和翼(1822.k或1824.k)的剖视图所示，耳部(1221.k或1223.k)具有从其内壁延伸出的凸缘(或台)(1902.k或1904.k)；翼(1822.k或1824.k)在其远端具有锥形卡扣(钩)(1902.k或1904.k)。当中间壳体1108被推向下壳体1002的内壳体1802时，翼(1822.k或1824.k)被插入到耳部(1222.k或1224.k)上的开口袋中。随着进一步推进，在翼的远端(1822k或1824k)处的锥形卡扣(或钩)(1902.k或1904.k)咬合(或抓住)凸缘(或台)(1912.k或1914.k)的顶面以将中间壳体1108固定(或附着)到内壳体1802上。
在本发明中，上壳体1001、下壳体1002和中间壳体1108可以通过塑性材料制成。
图20A-J示出了将图10-19所示的部件组装成根据本发明的电池1000的步骤。
在图20A中，中间壳体1108上的顶面1202面向下，使得特定的电池单元(例如电池单元102(13))能够被推入单元室1208(13)。如图20A所示，操作者顺时针和逆时针旋转特定的电池单元，使得在3个位置板(1246(13).1、1246(13).2、1246(13).3)上的引导斜坡1247的引导下，电池单元102(13)可以适配地插入单元室1208(13)内的期望位置。
在图20B中，通过重复图20A所示的处理13次，将全部13个电池单元102(i)插入到13个相应的单元室1208(1)(i＝1,2，...，13)中。
在图20C中，下壳体1002面向上，使得电池底部泡棉1109可以安装到下壳体1002的内壳体1802中的单元室中。13个缓冲环1702(i)中的每一个容纳到相应的单元室1808(i)，(i＝1,2，...，13)中。
在图20D中，下壳体1002的底面向下转动，然后将下壳体1002向下推向中间壳体1108，使得内壳体1802的第一侧壁1818.1上的4个翼(1822.1、1822.2、1822.3、1822.4)被插入中间壳体1108上的第一侧壁1218.1上的4个开口袋(1222.1、1222.2、1222.3、1222.4)中。同时，内壳体1802的第二侧壁1818.2上的4个翼(1824.1、1824.2、1824.3、1824.4)插入在中间壳体1108上的第一侧壁1218.2上的4个开口袋(1224.1、1224.2、1224.3、1224.4)中。朝着中间壳体1108连续地向下按压下壳体1002，在下壳体1002的内壳体1802上的第一侧壁1818.1上的锥形卡扣(或钩)1902.k咬合(或抓住)耳部1221.k(k＝1,2,3,4)的内壁上的凸缘(或台)1912.k的顶面(k＝1,2,3,4)。同时，下壳体1002的内壳体1802上的第二侧壁1818.2上的锥形卡扣(或钩)1904.k咬合(或抓住)耳部1223.k(k＝1,2,3,4)的内壁上的凸缘(或台)1914.k(k＝1,2,3,4)的顶面，以将中间壳体1108固定到下壳体1012的内壳体1802上。
在图20E中，下壳体1002的底表面向下转动，使得中间壳体1108的顶面1202也面朝上。然后将线帽1605安装到下壳体1102上。在图20E所示的步骤中，两个温度传感器(1604.1、1604.2)也安装在中间壳体1108上的2个狭槽(1234.1、1234.2)中。
在图20F中，桥板1614安装在桥基座1864上，并且连接壳体1110安装在下壳体1002的底表面上的壳体基座1866上。电池单元(1)的正端子通过电缆1308连接到桥板1614的一端；电缆1308的另一端连接到桥板1314的一端。桥板1314的另一端通过电缆1309连接到连接壳体1110。
在图20G中，线束组件1106通过使用图13所示的螺钉安装在中间壳体1108的上表面1202上。
在图20H中，PCB板1104安装在中间壳体1108的顶面1102上。
在图20I中，正极柱1003.1安装在连接壳体1602的顶部上；负极柱1003.2安装在中间壳体1108的顶面1102上的电池单元102(13)的负端子上。
如图20J所示，顶部壳体1001被向下推向下壳体1001，直到顶部壳体1001上的10个夹子(1022.1、1022.2、1022.3；1024.1、1024.2)和(1023.1、1023.2、1023.3；1025.1、1025.2)锁定到4个锥形凸缘(1123.1、1123.2；1125.1、1125.2)中，使得顶壳体1001固定到下壳体1002上以形成电池1000而不使用螺钉和螺栓。
本发明的电池1000具有如下优点：
(1).与现有电池相比，它的尺寸更紧凑；
(2).组件易于组装在一起；并且
(3).适用于通过使用人力和机械资源来组装电池1000的组装线，因为组装过程可以分为时间均匀的组装步骤，这提供了高效使用人力和机器资源并在组装过程中有效分配时间的可行性。
前述变化和修改在本发明的范围内。应当理解，本文公开且限定的发明扩展到上文和/或附图提及或由此明白的两个或更多个单独特征的所有替代组合。所有的这些不同组合构成本发明的各种替代方面。本文描述的实施例解释用于实施本发明所知晓的最佳实施方式，并且使本领域技术人员能利用本发明。权利要求书将被解释成包括替代实施例，达到现有技术允许的程度。

Claims (21)

1.一种用于控制由多个电池单元(102(i))(i＝1，2，...，n)形成的电池组(101)的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统包括：
用于检测所述电池组(101)的至少一个操作参数的检测电路(202，204；107)；
激活电路(103)，接收来自所述检测电路的至少一个操作参数，用于当所检测到的至少一个操作参数超过或低于至少一个临界水平阈值时产生第一控制信号(153)；
监控单元(160)，接收来自所述检测电路的至少一个操作参数，用于当所述至少一个操作参数超过或低于至少一个上限阈值时管理所述电池组(101)并产生第二控制信号(111)；
开关电路(105，105')，接收来自所述激活电路(103)的第一控制信号和/或来自所述监控单元(160)的第二控制信号，用于响应于所述第一控制信号和/或所述第二控制信号将所述电池组(101)连接到功率输出并且从功率输出断开所述电池组(101)。
2.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述激活电路(103)和监控单元(160)具有它们各自的电源。
3.根据权利要求2所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述激活电路(103)具有其自身的电源(154)或者使用所述电池组(101)作为其电源。
4.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述激活电路(103)的至少一个临界水平阈值包括高临界电压阈值、低临界电压阈值和/或高临界温度阈值；
其中所述监控单元(160)激活电路(103)的至少一个上限阈值包括高上限电压阈值、低上限电压阈值、高上限温度阈值和/或高上限电流阈值。
5.根据权利要求4所述的电池控制系统，其特征在于：
其中当所述至少一个操作参数超过或低于所述至少一个临界水平阈值时，所述激活电路(103)需要立即产生所述第一控制信号；
其中当所述至少一个操作参数超过或低于所述至少一个上限阈值时，所述监控单元(160)需要在一定时间段内(例如在1-2秒内)产生所述第二控制信号。
6.根据权利要求5所述的电池控制系统，其特征在于：
其中当(1)所述电压参数超过所述高临界电压阈值(OV)，或(2)所述电压参数低于所述低临界电压阈值(UV)，或(3)所述温度参数超过所述高临界温度阈值(OT)时，所述激活电路(103)产生所述第一控制信号。
7.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统还包括：
平滑电路(166)，连接在所述激活电路(103)和所述开关电路(104，105，122，124，126)之间，用于调节所述第一控制信号。
8.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述开关电路(105，105')只能由所述激活电路(103)激活，只能由所述监控单元(160)激活，或由所述激活电路(103)和所述监控单元(160)两者激活。
9.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述监控单元(160)基于所述至少一个操作参数来调整所述电池组(101)的工作状态。
10.根据权利要求9所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述监控单元(160)在调整所述电池组(101)的操作条件时经由所述ECU 164与所述混合动力车辆通信。
11.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述监控单元(160)基于所述至少一个操作参数调整所述电池组(101)的工作状态，以防止所述至少一个操作参数超出或低于所述至少一个临界水平阈值，并且/或者防止所述至少一个操作参数超过或低于所述至少一个上限阈值。
12.根据权利要求11所述的电池控制系统，其特征在于：
当所述至少一个操作参数在所述至少一个上限阈值的可调范围内时，所述监控单元(160)调整所述电池组(101)的工作状态。
13.根据权利要求12所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述至少一个临界水平阈值包括多个临界水平阈值；
其中所述监控单元(160)基于所述多个上限阈值来调整所述电池组(101)的工作状态。
14.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统还包括：
通信接口(CAN)，用于经由ECU(164)与所述混合动力车辆进行通信；
其中，所述监控单元(160)基于所述至少一个操作参数来调整所述混合动力车辆的操作。
15.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统还包括：
用于与所述混合动力车辆通信的第一通信接口(CAN)；
用于与图形用户界面(GUI)通信的第二通信接口。
16.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述监控单元(160)的至少一个操作参数包括高上限电压阈值、低上限电压阈值、高上限温度阈值和/或高上限电流阈值；
其中，当(1)所述电压参数超过所述高上限电压阈值，或(2)所述电压参数低于所述低上限电压阈值，(3)所述温度参数超过所述高上限温度阈值，或(4)所述电流参数超过所述高上限电流阈值时，所述监控单元(160)产生所述第二控制信号。
17.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统还包括：
平衡电路(165)，被配置为使所述电池组(101)中的电池单元之间的工作电压平衡。
18.根据权利要求17所述的电池控制系统，其特征在于:
所述监控单元(160)存储程序；并且
其中，所述监控单元(160)执行所述程序以控制所述电池平衡放电电路(165)。
19.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于：
其中，所述监控单元(160)存储程序并执行所述程序以调整所述电池组(101)的工作状态。
20.根据权利要求10所述的电池控制系统，其特征在于，所述监控单元(160)存储程序并且执行所述程序以
基于算法产生充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)和功率极限；以及
其中所述充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)和功率极限的输出用于调整所述混合动力车辆的操作。
21.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于：
其中所述激活电路(103)使用硬件方法来产生所述第一控制信号；
其中所述监控单元(160)使用软件方法来产生所述第二控制信号。
CN201580064011.9A 2014-11-04 2015-11-03 48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计 Active CN107250823B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462075154P 2014-11-04 2014-11-04
US62/075,154 2014-11-04
PCT/CN2015/093740 WO2016070801A1 (en) 2014-11-04 2015-11-03 Scalable modular design of 48-volt li-ion battery management system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107250823A true CN107250823A (zh) 2017-10-13
CN107250823B CN107250823B (zh) 2020-10-30

Family

ID=55908591

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580064011.9A Active CN107250823B (zh) 2014-11-04 2015-11-03 48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计
CN201580061475.4A Active CN107251312B (zh) 2014-11-04 2015-11-03 用于容易组装和拆卸的48伏锂离子电池的模块化设计

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580061475.4A Active CN107251312B (zh) 2014-11-04 2015-11-03 用于容易组装和拆卸的48伏锂离子电池的模块化设计

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10454077B2 (zh)
EP (2) EP3216078B1 (zh)
CN (2) CN107250823B (zh)
WO (2) WO2016070801A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169422A (zh) * 2018-10-17 2021-07-23 怡得乐工业有限公司 电池单元互连系统

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3259963B1 (en) 2015-02-18 2023-06-07 Interplex Industries, Inc. Multilayer bus board
GB2564364A (en) * 2016-04-21 2019-01-09 Evanswerks Llc Multicell rechargeable battery with a dynamic power management system
US10644282B2 (en) 2018-01-23 2020-05-05 Nio Usa, Inc. Staggered battery cell array with two-dimensional inline terminal edges
TWI669882B (zh) * 2018-02-14 2019-08-21 車王電子股份有限公司 電力系統及其管理方法
IT201800002775A1 (it) * 2018-02-16 2019-08-16 Ferrari Spa Pacco batteria veicolare
US10784486B2 (en) 2018-02-20 2020-09-22 Nio Usa, Inc. Uniform current density tapered busbar
US10892465B2 (en) * 2018-03-22 2021-01-12 Nio Usa, Inc. Battery cell cover including terminal short isolation feature
US10741808B2 (en) 2018-03-15 2020-08-11 Nio Usa, Inc. Unified battery module with integrated battery cell structural support
US10741889B2 (en) 2018-03-22 2020-08-11 Nio Usa, Inc. Multiple-zone thermocouple battery module temperature monitoring system
US10707471B2 (en) 2018-03-22 2020-07-07 Nio Usa, Inc. Single side cell-to-cell battery module interconnection
CN108736108B (zh) * 2018-05-22 2020-03-10 宁德时代新能源科技股份有限公司 加热控制方法和加热控制装置
US11145931B2 (en) 2019-06-26 2021-10-12 International Business Machines Corporation Configuring large capacity batteries
EP4053874A1 (en) * 2021-03-01 2022-09-07 Melexis Technologies SA A contactor, an integrated circuit, a method of interrupting a current flow

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039879A1 (en) * 1997-09-19 2000-07-06 Tarrytown Consulting, Inc. Cell monitoring and isolating system
WO2007086971A1 (en) * 2006-01-26 2007-08-02 Johnson Controls Technology Company Device for monitoring cell voltage
CN201113411Y (zh) * 2007-09-21 2008-09-10 深圳市比克电池有限公司 电池保护装置
US20130082662A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Texas Instruments, Incorporated Circuits, devices, methods and systems to secure power-up for battery operating devices even with low current chargers and to execute other performances
CN103166261A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 杭州市电力局 一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱
US20140104739A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 Gs Yuasa International Ltd. Electric storage apparatus
CN203632319U (zh) * 2013-12-23 2014-06-04 杭州电子科技大学 一种锂电池充放电管理系统
CN103840435A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 张卫 电池保护系统及方法
US20140203782A1 (en) * 2013-01-24 2014-07-24 O2Micro Inc. Battery management system
JP2014183604A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Toyota Industries Corp 電池状態監視方法及び装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710506A (en) * 1995-02-07 1998-01-20 Benchmarq Microelectronics, Inc. Lead acid charger
JP3485162B2 (ja) * 1998-10-09 2004-01-13 矢崎総業株式会社 バッテリ用接続プレートおよびその製造方法
US6410185B1 (en) * 1999-02-15 2002-06-25 Sony Corporation Battery device for loading on moving body
US6399238B1 (en) 1999-12-13 2002-06-04 Alcatel Module configuration
EP2919295B1 (en) * 2005-10-31 2018-08-29 Black & Decker, Inc. Method of arranging the components of a battery pack
KR100886571B1 (ko) 2006-08-07 2009-03-05 주식회사 엘지화학 전지팩 케이스
CN101627490B (zh) * 2006-12-14 2012-10-03 江森自控帅福得先进能源动力系统有限责任公司 电池模块
EP2092584B1 (en) * 2006-12-14 2012-12-05 Johnson Controls Saft Advanced Power Solutions LLC Battery module
JP5119735B2 (ja) * 2007-05-16 2013-01-16 ソニー株式会社 バッテリパック
US8111038B2 (en) * 2008-06-12 2012-02-07 O2 Micro, Inc Vehicle electronic systems with battery management functions
EP2351119B1 (en) 2008-11-12 2015-09-23 Johnson Controls Saft Advanced Power Solutions LLC Battery system with heat exchanger
KR101130046B1 (ko) * 2009-04-01 2012-03-28 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 중대형 전지모듈
JP5813302B2 (ja) * 2009-09-07 2015-11-17 矢崎総業株式会社 バスバモジュール、及び、このバスバモジュールを備えた電源装置
US8174238B2 (en) * 2010-01-22 2012-05-08 Badger Berkley C Charging contact array for enabling parallel charging and series discharging of batteries
US20110223468A1 (en) * 2010-03-15 2011-09-15 Electronvault, Inc. Variable Energy System
JP2012059663A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 組電池配線モジュール
WO2012057323A1 (ja) * 2010-10-30 2012-05-03 三洋電機株式会社 組電池及びこれを備える車両
KR101445094B1 (ko) * 2010-12-28 2014-10-01 야자키 소교 가부시키가이샤 버스바 모듈 및 이를 구비한 전원 공급 장치
WO2012149477A2 (en) * 2011-04-28 2012-11-01 Zoll Circulation, Inc. Battery management system for control of lithium power cells
CN103828180B (zh) * 2011-04-28 2017-06-09 佐尔循环公司 具有mosfet升压系统的电池管理系统
DE102011079291A1 (de) 2011-07-18 2013-01-24 Sb Limotive Company Ltd. Batteriemanagementsystem und Verfahren zur Bestimmung der Ladezustände von Batteriezellen, Batterie und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem
US8940421B2 (en) * 2012-03-22 2015-01-27 Tyco Electronics Corporation Battery module
KR101312273B1 (ko) * 2012-03-23 2013-09-25 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
CN104884343B (zh) * 2012-12-25 2017-12-08 川崎重工业株式会社 电动车辆
US9966584B2 (en) * 2013-03-11 2018-05-08 Atieva, Inc. Bus bar for battery packs
CN203386860U (zh) * 2013-05-06 2014-01-08 台塑汽车货运股份有限公司 具有高压静电保护功能的模块化电池
US9140759B2 (en) * 2013-11-12 2015-09-22 Ford Global Technologies, Llc Electric vehicle battery pack voltage monitoring

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000039879A1 (en) * 1997-09-19 2000-07-06 Tarrytown Consulting, Inc. Cell monitoring and isolating system
WO2007086971A1 (en) * 2006-01-26 2007-08-02 Johnson Controls Technology Company Device for monitoring cell voltage
CN201113411Y (zh) * 2007-09-21 2008-09-10 深圳市比克电池有限公司 电池保护装置
US20130082662A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Texas Instruments, Incorporated Circuits, devices, methods and systems to secure power-up for battery operating devices even with low current chargers and to execute other performances
CN103166261A (zh) * 2011-12-14 2013-06-19 杭州市电力局 一种实现电池组均衡充电的控制方法、装置及电池箱
US20140104739A1 (en) * 2012-10-11 2014-04-17 Gs Yuasa International Ltd. Electric storage apparatus
CN103840435A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 张卫 电池保护系统及方法
US20140203782A1 (en) * 2013-01-24 2014-07-24 O2Micro Inc. Battery management system
JP2014183604A (ja) * 2013-03-18 2014-09-29 Toyota Industries Corp 電池状態監視方法及び装置
CN203632319U (zh) * 2013-12-23 2014-06-04 杭州电子科技大学 一种锂电池充放电管理系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169422A (zh) * 2018-10-17 2021-07-23 怡得乐工业有限公司 电池单元互连系统
CN113169422B (zh) * 2018-10-17 2023-10-03 怡得乐工业有限公司 电池单元互连系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP3215862A4 (en) 2018-04-11
WO2016070802A1 (en) 2016-05-12
US20170358832A1 (en) 2017-12-14
EP3216078B1 (en) 2021-07-21
US10749148B2 (en) 2020-08-18
CN107251312B (zh) 2022-02-08
WO2016070801A1 (en) 2016-05-12
US20180277802A1 (en) 2018-09-27
CN107250823B (zh) 2020-10-30
CN107251312A (zh) 2017-10-13
EP3215862A1 (en) 2017-09-13
EP3216078A1 (en) 2017-09-13
EP3216078A4 (en) 2018-03-21
US10454077B2 (en) 2019-10-22
EP3215862B1 (en) 2021-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107250823A (zh) 48伏锂离子电池管理系统的可扩展模块化设计
JP4510753B2 (ja) 電源装置、及びその制御方法
JP5798887B2 (ja) 蓄電システム
US9669782B2 (en) Electric power supply device using electric vehicle
CN103683428B (zh) 一种用于电动汽车的电池管理系统以及电动汽车
CN107017441A (zh) 蓄电池装置、车辆、电池管理程序及蓄电池装置管理方法
KR20120134611A (ko) 2차 전지, 이를 이용한 다중팩 병렬 구조의 정보 교환을 위한 2차 전지 관리 시스템 및 방법
JP6361808B2 (ja) バッテリーパック
CN203166597U (zh) 用于评估adc操作和电池组电压的系统
KR20140051847A (ko) 차량 어플리케이션용 고전압 배터리 시스템
JP2012122872A (ja) 電池システム
JP2011061927A (ja) 電池制御装置および電力装置
US11964586B2 (en) Battery management system, battery management method, battery pack and electric vehicle
US10333182B2 (en) Estimation of cell voltage excursion in the presence of battery pack sensing faults
CN113631938B (zh) 用于检测并联电池单元的连接故障的方法和系统
KR20230052763A (ko) 배터리 진단 장치, 배터리 팩, 전기 차량, 및 배터리 진단 방법
JP2014147138A (ja) 蓄電池システム
KR102030823B1 (ko) 배터리 관리 시스템 및 그것의 동작 방법
Sathyamoorthi et al. Design and Implementation of a Scalable Battery Management System
CN114186171A (zh) 一种直流守护电源系统及其蓄电池回路状态识别方法
Lansburg et al. Innovative modular Li-ion battery system delivers high power support for data center UPS installations
CN111969676A (zh) 基于主动均衡的电池连接线断线检测方法
Pitorac An Inside Look in The Electrical Structure of the Battery Management System Topic Number: Renewable Power Sources, Power Systems and Energy Conversion
WO2024010751A1 (en) Flexible battery management system (bms)-gateways and modular energy management systems for second-life electric vehicle (ev) batteries in energy storage systems
WO2022006159A1 (en) Energy storage system using second life batteries

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20191220

Address after: New York State, USA

Applicant after: JOHNSON CONTROLS TECHNOLOGY Co.

Address before: michigan

Applicant before: JOHNSON CONTROLS TECHNOLOGY Co.

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant