CN107251363B - 用于使电池组件平衡的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于使电池组件平衡的系统以及用于制造和使用该系统的方法。该系统可以获取具有多个电池的电池组件的状况。可以基于所获取的状况来选择电池中的一个或多个，并且可以使所选择的电池平衡。例如，该系统可以在该电池组件在静态状态下时控制所选择的电池的主动平衡并且在该电池组件在放电状态下时控制所选择的电池的选择性放电。在该电池组件在充电状态下时，可以控制所选择的电池的选择性充电。备选地，可以选择单独的电池中所包括的一个或多个电芯来用于平衡。保护电路可以帮助确保平衡的安全。因此，电池平衡可以是有能量效率和有时间效率的。可以有利地延长该电池组件的使用寿命。

Description

用于使电池组件平衡的方法和系统
版权声明
本专利文献的披露的一部分包含受到版权保护的材料。版权所有者并不拒绝任何人对该专利文献或专利披露内容按照其在专利和商标局专利文件或记录中所呈现地进行复制再现，但是在其他情况下版权所有者保留所有版权权利。
技术领域
所披露的实施例总体上涉及电池技术，并且更具体地但并非排他性地涉及用于使电池组件平衡的方法和系统。
背景技术
电池是可以用于给从助听器和手表到汽车和计算机数据中心的范围内的各种常见系统提供电力的装置。电池通常包括多个电芯。每个电芯将存储的化学能转化成电能以传输所希望的电压、电流、容量或功率密度。
可再充电电池可以反复地进行充电和放电。在许多次再充电循环之后，电芯在容量、温度、内部化学特性、内部电阻以及退化上的差异可能会导致电芯不平衡。电芯不平衡可能导致电芯之间的电压随时间推移而出现偏差。不平衡的电芯可能造成对电芯的过度充电和过度放电的损坏，并且从而降低了电池的存储容量和使用寿命。
因此，对于充分利用电池中的所有电芯的能量并且增加电池的寿命而言电池平衡是必要的。然而，现有电池平衡的效率和安全性还有待提高。
鉴于前述内容，对克服了目前可用的方法和系统的缺点的用于使电池平衡的方法和设备存在需求。
发明内容
本披露涉及一种用于使电池组件平衡的系统以及用于制造和使用该系统的方法。
根据本文披露的第一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的方法，该方法包括：
基于电池的状况来选择电池中的两个或更多个；并且
控制所选择的电池之间的主动平衡。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括控制所选择的电池之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露方法的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且选择包括选择所选择的电池的不同电池中的电芯。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括控制所选择的电芯之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括在检测到穿过所选择的电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括在检测到所选择的电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括获取电池的状况。
在所披露方法的一些实施例中，获取包括获取电池的状况，该状况包括电压、容量、电流或其组合。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自电压之间的差大于预定电压阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自容量之间的差大于预定容量阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流小于预定电流阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，该电池组件的至少一个电池包括多个电芯并且与电池管理单元(BMU)耦合，并且其中控制包括控制该BMU以切换到该至少一个电池的电芯中的一个或多个以便平衡。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的系统，该系统包括：
一个或多个处理器，该一个或多个处理器单独地或共同地被配置成：
基于电池的状况来选择电池中的两个或更多个；并且
控制所选择的电池之间的主动平衡。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成控制所选择的电池之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露系统的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且处理器被配置成选择所选择的电池的不同电池中的电芯。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成控制所选择的电芯之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露系统的一些实施例中，该系统还包括保护电路，该保护电路用于在检测到穿过所选择的电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露系统的一些实施例中，该系统还包括保护电路，该保护电路用于在检测到所选择的电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成获取电池的状况。
在所披露系统的一些实施例中，电池的所获取的状况包括电压、容量、电流或其组合。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差大于预定电压阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池的各自容量之间的差大于预定容量阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流小于预定电流阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，该电池组件的至少一个电池包括多个电芯并且与电池管理单元(BMU)耦合，并且其中处理器被配置成控制该BMU以切换到该至少一个电池的一个或多个电芯以便平衡。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使电池在静态状态下平衡的设备，该设备包括：
电池组件，该电池组件包括多个电池；以及
用于使该电池组件平衡的系统，该系统与电池耦合。
根据本文所披露的另一方面，提出了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读存储介质，该机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实施用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的方法。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在放电状态下平衡的方法，该方法包括：
基于电池的状况来选择电池中的一个或多个；并且
控制所选择的电池的放电以便使电池平衡。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括获取电池的状况。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括以基于电池上的各自电压的顺序来对所选择的电池的放电设定优先级。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第一电池上的电压比电池中的第二电池上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行放电。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电池和第二电池同时进行放电。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括：
基于获取来选择电池中的两个或更多个以便主动平衡；并且
控制两个或更多个所选择的电池之间的主动平衡。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括选择电池中具有过量放电能力的放电电池。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括控制所选择的电池之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露方法的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且选择包括选择所选择的电池中的电芯。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括控制所选择的电芯之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括在检测到穿过所选择的电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括在检测到所选择的电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自电压之间的差大于预定电压阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在该两个或更多个电池的各自容量之间的差大于预定容量阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择该两个或更多个电池。
在所披露方法的一些实施例中，选择包括在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流小于预定电流阈值时选择该两个或更多个电池。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在放电状态下平衡的系统，该系统包括：
一个或多个处理器，该一个或多个处理器单独地或共同地被配置成：
基于电池的状况来选择电池中的一个或多个；并且
控制所选择的电池的放电以便使电池平衡。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成获取电池的状况。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成以基于电池上的各自电压的顺序来对所选择的电池的放电设定优先级。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成将放电设定优先级成使得在电池中的第一电池上的电压比电池中的第二电池上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行放电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成将放电设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电池和第二电池同时进行放电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成：
基于获取来选择电池中的两个或更多个以便主动平衡；并且
控制两个或更多个所选择的电池之间的主动平衡。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成选择电池中具有过量放电能力的放电电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成控制所选择的电池之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露系统的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且处理器被配置成选择所选择的电池中的电芯。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成控制所选择的电芯之间的平衡路径以在它们之间转移电荷。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在检测到穿过所选择的电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在检测到所选择的电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使该特定电池与该平衡路径隔离。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差大于预定电压阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在该两个或更多个电池的各自容量之间的差大于预定容量阈值时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择该两个或更多个电池。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成在穿过该两个或更多个电池的预期平衡电流小于预定电流阈值时选择该两个或更多个电池。
根据本文所披露的另一方面，提出了一种用于使电池在放电状态下平衡的设备，该设备包括：
电池组件，该电池组件包括多个电池；以及
用于使该电池组件平衡的系统，该系统与电池耦合。
根据本文所披露的另一方面，提出了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读存储介质，该机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实施用于使包括多个电池的电池组件在放电状态下平衡的方法。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在充电状态下平衡的方法，该方法包括：
基于电池的状况来选择电池中的一个或多个；并且
控制所选择的电池的充电以便使电池平衡。
在所披露方法的一些实施例中，该方法还包括获取电池的状况。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括以基于所选择的电池上的各自电压的顺序来对所选择的电池的充电设定优先级。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第二电池上的电压比电池中的第一电池上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电池和第二电池同时进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括以基于所选择的电池的各自容量的顺序来对所选择的电池的充电设定优先级。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第二电池的容量比电池中的第一电池的容量大出大于目标容量差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池的容量之间的差小于或等于目标容量差时该第一电池和第二电池同时进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，其中控制包括：
基于获取来选择电池中的一个或多个电芯；并且
控制所选择的电芯的充电以便使电芯平衡。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括以基于所选择的电芯上的各自电压的顺序来对所选择的电芯的充电设定优先级。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在所选择的电芯中的第二电芯上的电压比所选择的电芯中的第一电芯上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电芯在该第二电芯之前进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电芯中的第一电芯和第二电芯上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电芯和第二电芯同时进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，控制包括以基于所选择的电芯上的各自容量的顺序来对所选择的电芯的充电设定优先级。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在所选择的电芯中的第二电芯的容量比所选择的电芯中的第一电芯的容量大出大于目标容量差的差值时该第一电芯在该第二电芯之前进行充电。
在所披露方法的一些实施例中，设定优先级包括设定优先级成使得在电芯中的第一电芯和第二电芯的容量之间的差小于或等于目标容量差时该第一电芯和第二电芯同时进行充电。
根据本文披露的另一方面，提出了一种用于使包括多个电池的电池组件在充电状态下平衡的系统，该系统包括：
一个或多个处理器，该一个或多个处理器单独地或共同地被配置成：
基于电池的状况来选择电池中的一个或多个；并且
控制所选择的电池的充电以使电池平衡。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成获取电池的状况。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成以基于所选择的电池上的各自电压的顺序来对所选择的电池的充电设定优先级。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电池中的第二电池上的电压比电池中的第一电池上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电池和第二电池同时进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成以基于所选择的电池上的各自容量的顺序来对所选择的电池的充电设定优先级。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电池中的第二电池的容量比电池中的第一电池的容量大出大于目标容量差的差值时该第一电池在该第二电池之前进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电池中的第一电池和第二电池的容量之间的差小于或等于目标容量差时该第一电池和第二电池同时进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，其中处理器被配置成：
基于获取来选择电池中的一个或多个电芯；并且
控制所选择的电芯的充电以便使电芯平衡。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成以基于所选择的电芯上的各自电压的顺序对所选择的电芯的充电设定优先级。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在所选择的电芯中的第二电芯上的电压比所选择的电芯中的第一电芯上的电压大出大于目标电压差的差值时该第一电芯在该第二电芯之前进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电芯中的第一电芯和第二电芯上的电压之间的差小于或等于目标电压差时该第一电芯和第二电芯同时进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成以基于所选择的电芯的各自容量的顺序对所选择的电芯的充电设定优先级。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在所选择的电芯中的第二电芯的容量比所选择的电芯中的第一电芯的容量大出大于目标容量差的差值时该第一电芯在该第二电芯之前进行充电。
在所披露系统的一些实施例中，处理器被配置成设定优先级成使得在电芯中的第一电芯和第二电芯的容量之间的差小于或等于目标容量差时该第一电芯和第二电芯同时进行充电。
根据本文所披露的另一方面，提出了一种用于使电池在放电状态下平衡的设备，该设备包括：
电池组件，该电池组件包括多个电池；以及
用于使电池组件平衡的系统，该系统与电池耦合。
根据本文所披露的另一方面，提出了一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读存储介质，该机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实施用于使包括多个电池的电池组件在放电状态下平衡的方法。
附图说明
图1是展示了用于使电池组件平衡的电池管理系统的实施例的示例性顶层框图。
图2是展示了图1的电池组件的实施例的示例性框图，其中该电池组件的至少一个电池包括多个电芯。
图3是展示了图1的电池管理系统的备选实施例的示例性框图，其中该电池管理系统包括控制处理器和存储器。
图4是展示了用于使图1的电池组件在静态状态下平衡的方法的实施例的示例性顶层流程图。
图5是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中主动地使所选择的电池平衡。
图6是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中主动地使所选择的电芯平衡。
图7是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中该电池管理系统包括保护电路。
图8是展示了图4的方法的备选实施例的示例性流程图，其中电池是至少部分地基于电压来进行选择的。
图9是展示了图4的方法的另一备选实施例的示例性流程图，其中电池是至少部分地基于容量来进行选择的。
图10是展示了图4的方法的另一备选实施例的示例性顶层流程图，其中使该电池组件在放电状态下平衡。
图11是展示了图10的方法的备选实施例的示例性流程图，其中选择了该电池组件的电池以供放电。
图12是展示了图10的方法的另一备选实施例的示例性流程图，其中选择了该电池组件的电池以便主动平衡。
图13是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中主动地使所选择的电池平衡。
图14是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中主动地使所选择的电芯平衡。
图15是展示了图4的方法的另一备选实施例的示例性顶层流程图，其中使该电池组件在充电状态下平衡。
图16是展示了图15的方法的备选实施例的示例性流程图，其中选择了该电池组件的电池以供充电。
图17是展示了图1的电池管理系统的另一备选实施例的示例性框图，其中该电池组件的至少一个电池通过电池管理单元(BMU)被耦合至该电池管理系统。
图18是展示了图17的BMU的实施例的示例性框图。
图19是展示了图1的电池管理系统的备选实施例的示例性细节图，其中该电池组件的每个电池通过各自的BMU被耦合至该电池管理系统。
应注意的是，附图不是按比例绘制的并且出于展示的目的，遍及这些附图，具有相似结构或功能的元件一般用相似的参考数字表示。还应注意的是，附图仅旨在帮助描述优选实施例。附图并不展示所描述的实施例的每个方面并且不限制本披露的范围。
具体实施方式
由于目前可用的针对电池平衡的方法和系统需要加以改善，即改善了电池平衡效率的方法和系统可以证明是可取的并且为宽范围的应用提供基础，例如计算机、医疗器械、汽车、飞行器和其他交通工具、计算机数据中心和/或电信系统。根据本文所披露的多个实施例，可以通过如图1中所展示的电池管理系统100来实现此结果。
现在转到图1，电池管理系统100被示出为与电池组件200耦合。电池组件200可以包括一个或者多个电池210。电池210中的至少一个可以是可再充电的。图1的电池组件200例如包括预定数目m个电池，包括2101、2102、…、210m。这些电池210能够以串联、并联和/或两者组合的方式来连接，所以电池组件200可以传送预定的电压、电流、容量和/或功率密度。
电池管理系统100可以针对电荷传输通过电连接到电池组件200、针对数据交换通过与电池组件200通信或者它们的组合来与电池组件200耦合。在某些实施例中，电池管理系统100可以与电池210中的一个或多个耦合。电池管理系统100优选地可以与电池210中的每个耦合。电池管理系统100由此可以获取电池组件200的状况并且基于该状况使电池组件200平衡。通过使电池组件200平衡，可以充分利用电池210的能量，并且可以增加电池210的寿命。
电池组件200可以是处于静态状态、放电状态和/或充电状态。根据电池组件200的状态，电池管理系统100可以分别以一种或多种合适的方式使电池组件200平衡。由于可以使电池组件200在任何状态下平衡，故平衡过程可以是有时间效率的。
转到图2，电池组件200的电池2101被示出为包括多个电芯212，包括电芯2121、2122、…、212n。电芯212可以是任何类型的电池电芯，包括但不限于铅酸电芯、锂空气电芯、锂离子电芯、镍镉电芯、镍金属氢电芯等。电芯212中的至少一个可以是可再充电的。电芯212能够以串联、并联和/或两者组合的方式来连接，所以电池2101可以传送预先选择的电压、电流、容量和/或功率密度。
尽管电池2101的细节被示于图2中，但是电池210中的每个可以包括以上参考电池2101阐述的方式的多个电芯212。每个电池210中的电芯212的数量在电池210之间可以是相同的和/或是不同的。电池210中每个的电芯212之间的连接在电池210之间可以是相同的和/或是不同的。
在某些实施例中，电池管理系统100可以获取电芯212的状况并且基于该状况使电芯212平衡。通过使电芯212平衡，可以充分利用电芯212的能量，并且可以增加电芯212的寿命。
图3展示了电池管理系统100的示例性实施例。如图3所示，电池管理系统100可以包括控制处理器110。控制处理器110可以被编程为或以其他方式配置成用于执行数据采集、数据处理和/或本文描述的任何其他功能和操作用于使电池组件200平衡。稍微不同地陈述，控制处理器110可以被编程为或以其他方式配置成执行本文中描述的与电池管理系统100相关联的任何功能和操作。控制处理器110可以包括但不限于一个或多个通用微处理器(例如，单核和/或多核处理器)、专用集成电路、专用指令集处理器、物理处理单元、数字信号处理单元、协处理器、网络处理单元、加密处理单元和/或类似物。虽然为了展示目的而被描述为仅包括单一处理器，但电池管理系统100可以包括任何合适数量的相同和/或不同的控制处理器110。
控制处理器110可以包括有在一个或多个集成电路上实现的中央处理单元(CPU)的功能。例如，控制处理器110可以包括算术逻辑单元(ALU)和/或控制逻辑部分。ALU可以执行如数学计算和逻辑运算(如，AND或OR)等运算。该控制逻辑部分可以从存储器120(如图3所示)中检索指令操作代码，并且启动执行指令所需要的ALU的一系列操作。因此，控制处理器110可以是接受数字数据、处理该数字数据并且提供结果作为输出的多用途装置和/或可编程装置。控制控制器110可以被编程为用于实现在本披露中所披露的功能。
电池管理系统100在图3中被示出为包括一个或多个开关装置160。控制处理器110例如可以产生用于控制开关装置160的一个或多个控制信号(未示出)。可以通过控制信号来致动开关装置160。稍微不同地陈述，可以根据控制信号选择性地接通/断开开关装置160。例如，所选择的控制信号可以被提供给开关装置160中的两个或更多个，和/或所选择的开关装置160可以接收控制信号中的两个或更多个。任选地，控制处理器110可以至少部分地与开关装置160中的一个或多个集成。
例如，开关装置160可以包括固态开关和/或固态继电器，该固态开关和/或固态继电器每个包括一个或多个半导体装置。可以被用作开关装置160的示例性半导体装置可以包括二极管、晶闸管和/或晶体管，例如双极晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所选择的开关装置160可以被耦合至两个或更多个电路部件。示例性电路部件可以包括电池组件200中的电池的所选择的端子和/或电芯的所选择的端子、电源和/或负载装置。该开关装置可以被接通以在电路部件之间形成电连接，和/或被断开以导致电路部件之间解除连接。
控制处理器110可以与开关装置160直接耦合和/或经由电池管理系统100的一个或多个中间系统部件而与开关装置160间接耦合。示例性中间系统部件可以包括一个或多个驱动器电路(未示出)。驱动器电路的至少一个可以被耦合到控制处理器110和/或可以使由控制处理器110产生的用于控制开关装置160的控制信号升压(和/或加强)。另外和/或备选地，该驱动器电路可以使ALU和/或控制逻辑部分与开关装置160隔离、检测故障、向控制处理器110存储和报告故障，从而用作预防失效和/或创建辅助电压。
图3示出了电池管理系统100可以包括存储器120。控制处理器110可以运行(或执行)存储在存储器120中的各种软件程序和/或指令集以便执行针对电池管理系统100的各种功能。存储器120可以包括非易失性存储器(如一个或多个磁盘存储装置、快闪存储器装置和/或其他非易失性固态存储器装置)。存储器120可以包括随机存取存储器(RAM)、静态RAM、动态RAM、只读存储器(ROM)、可编程ROM、可擦除可编程ROM、电可擦除可编程ROM、快闪存储器、安全数字(SD)卡等。虽然图3中示出了一个存储器120，但电池管理系统100可以包括任何数量的相同和/或不同的存储器120。
图3的电池管理系统100被示出为包括一个或多个检测器130。每个检测器130可以检测电池组件200的状况。所选择的检测器130可以包括用于感测电池210(如图1所示)中的一个或多个的状况的一个或多个传感器(未示出)。另外和/或备选地，传感器可以感测电芯212(如图2所示)中的一个或多个的状况。
例如，该状况可以包括电池组件200的电压。示例性电压可以包括电池组件200上的总电压、一个或多个电池210上的电压、一个或多个电芯212上的电压和/或类似物。另外和/或备选地，该状况可以包括电池组件200的容量。示例性容量可以包括电池组件200的总容量、一个或多个电池210的容量、一个或多个电芯212的容量和/或类似物。另外和/或备选地，该状况可以包括电池组件200的电流。示例性电流可以包括穿过电池组件200的电流、穿过一个或多个电池210的电流、穿过一个或多个电芯212的电流和/或类似物。另外和/或备选地，该状况可以包括电池组件200、一个或多个电池210和/或一个或多个电芯212的一个或多个其他参数。示例性状况可以包括但不限于温度、荷电状态(SOC)、放电深度(DOD)、健康状态(SOH)、电阻、阻抗、电导、自放电、接受电荷的能力、充电-放电循环的次数和/或在电池组件200被空气或流体冷却情况下的冷却剂流动。
在某些示例中，控制处理器110可以例如使用硬件连接器和总线与检测器130通信。因此，控制处理器110可以获取电池组件200的状况。
电池管理系统100可以根据期望包括一个或多个附加硬件部件。示例性附加硬件部件包括但不限于如图3所示的一个或多个输入/输出接口140。示例性接口可以包括通用串行总线(USB)、数字视觉接口(DVI)、显示端口、串行ATA(SATA)、IEEE 1394接口(也称为火线)、串口、视频图形阵列(VGA)、超级视频图形阵列(SVGA)、小型计算机系统接口(SCSI)、高清晰度多媒体接口(HDMI)、音频端口、并联通信接口、串行通信接口、差分通信接口、模拟接口(用于收集模拟数据以便模拟/数字转换)和/或专有输入/输出接口。输入/输出接口140可以操作为用于在电池管理系统100与其他装置之间传输的数据的信道。另外和/或备选地，输入/输出接口140可以包括用于将电池管理系统100与用于使电池组件200放电的负载和/或用于对电池组件200充电的电源耦合的电连接。
另外地和/或备选地，电池管理系统100可以根据期望包括一个或多个输入/输出装置150(例如，按钮、键盘、小键盘、轨迹球、显示器以及监视器)。另外地和/或备选地，电池管理系统100可以包括用于与任何内部和/或外部控制器装置、输入装置和/或存储器通信的通信模块(未示出)。
图4是展示了用于使电池组件200(如图1所示)在静态状态下平衡的方法1000的示例性顶层流程图。在静态状态下，电池组件200不接收(或输入)来自电源的功率或不将功率提供(或输出)至负载。另外和/或备选地，在静态状态下，电池组件200可以输入和/或输出低于预定功率极限的功率。
基于电池210的状况，在1010处可以选择电池组件200的两个或更多个电池210。例如，电池管理系统100可以基于所述所获取的状况选择两个或更多个电池210。
在1020处，控制所选择的电池的主动平衡。在主动平衡中，系统100可以从一个电池210(或电芯212)汲取电荷并且将所汲取的电荷转移到另一个电池210(或电芯212)。例如，当第一电压大于第二电压时，电池管理系统100可以从具有该第一电压的第一电池210汲取电荷并且将该电荷转移到具有该第二电压的第二电池210。在某些实施例中，电池管理系统100可以在电池210(或电芯212)之间直接和/或间接地转移该电荷。该电荷可以在电池210(或电芯212)之间例如通过直流到直流(DC到DC)转换器(未示出)而间接地转移。
另外地和/或备选地，可以任选地获取电池组件200的状况。电池管理系统100可以例如通过由检测器130(如图3所示)感测电池210(如图1所示)来获取电池组件200的状况。在一些实施例中，电池管理系统100可以获取每个电池210的状况。
图5展示了电池管理系统100的备选实施例，其中电池管理系统100可以控制在第一电池2101与第二电池2102之间形成的平衡路径300(和/或电流路径)。平衡路径300允许电池管理系统100在第一电池2101和第二电池2102之间转移电荷。平衡路径300可以包括一个或多个导电体，例如电线和/或层，用于使电池2101、2102电连接并形成闭合电路以使电池2101、2102平衡。
图5示出了平衡路径300可以包括开关装置160。开关装置160被示为沿平衡路径300以串联方式定位。在开关装置160可以被激活(或闭合)以形成闭合电路时形成平衡路径300。当开关装置160被去激活(或断开)时，平衡路径300可以包括开放的和/或不完整的电路，并且电池2101、2102不再具有在它们之间形成的供电流穿过的平衡路径300。
电池管理系统100可以通过例如经由来自控制处理器110的控制信号而使开关装置160接通来完成平衡路径300。所形成的平衡路径300因此可以建立所选择的电池210之间的电连接。
图5仅出于展示目的将电池2101、2102示出为所选择的电池210。可以在任何预定数量的所选择的电池210之间(和/或中间)形成平衡路径300。尽管图5示出了一个开关装置160，但可以沿着平衡路径300定位任何数量的相同和/或不同的开关装置160。开关装置160可以打开和关闭预定数量的所选择的电池210之间的平衡路径300。
尽管图5示出了一条平衡路径300，但是可以形成任何数量的相同和/或不同的平衡路径300以便连接所选择的电池210。可以按任何预定的方式来提供平衡路径300以便有助于所选择的电池210之间进行电荷转移。例如，平衡路径300可以包括连接所选择的电池的正极端子的第一路径和/或连接所选择的电池210的负极端子的第二路径。
在某些实施例中，在1020处(如图4所示)使所选择的电池210平衡可以包括使所选择的电池210的所选择的电芯212(如图2所示)平衡。转到图6，例如，电池管理系统100可以在所选择的电池2101的电芯2121、2122与所选择的电池2102的电芯2121、2122之间形成平衡路径300以便在它们之间转移电荷。例如，图6中所选择的电芯212中的每个可以单独地连接到平衡路径300以与其他所选择的电芯212主动地平衡。
有利地，两个或更多个电芯212可以形成电芯组。该电芯组中的电芯212可以彼此解除连接和/或至少部分彼此相连接。该电芯组中的电芯212能够以串联、并联或二者组合的方式相连接。该电芯组可以作为单一电路部件被连接到平衡路径300。该电芯组因此可以主动地与其他所选择的电芯212、电芯组和/或电池210平衡。
尽管图6示出了从这两个所选择的电池210中的每个选择的两个电芯212，但可以选择任何预定数量的电芯212和/或任何预定数量的电池210。可以从一个或者多个所选择的电池210中选择所选择的电芯212。每个所选择的电池210中的所选择的电芯212的数量在所选择的电池210之间可以是相同的和/或是不同的。
为了使如图6所示的电芯212主动地平衡，可以获取电芯212的状况。即，获取电池210的状况可以包括获取电池210的该一个或多个电芯212的状况。另外和/或备选地，可以基于所获取的状况来选择一个或多个电芯212。即，在1010(如图4所示)处选择电池210可以包括基于所获取的状况来选择电池210的电芯212。
另外和/或备选地，电池管理系统100可以通过同时地和/或依次地在电池210(如图5所示)之间和/或在电芯212之间执行平衡来使电池组件200平衡。例如，电池管理系统100可以首先在所选择的电池210之间执行平衡。在所选择的电池210之间的平衡完成之后，电池管理系统100可以使所选择的电池210的所选择的电芯212之间平衡。
图7将电池管理系统100示出为包括保护电路170。保护电路170可以保护电池组件200免遭超出容许的环境和/或操作条件和/或保护电池用户免遭电池组件200失效的后果。例如，保护电路170可以保护电池组件200免遭所不希望的条件，包括：在主动平衡、充电和/或放电期间过大的电流，短路，过电压(或过充电)，欠电压(或超过预设的放电深度(DOD)极限)，高环境温度，过热(超过电芯温度极限)，和/或电芯内部的压力积聚。
保护电路170能够以任何预定的方式保护电池组件200。在某些实施例中，保护电路170可以通过检测器130来检测所不希望的条件。在检测与所选择的电池210相关联的所不希望的条件时，保护电路170可以使所选择的电池210与平衡路径300隔离。另外和/或备选地，保护电路170可以使所选择的电池210与电池管理系统100和/或电池组件200的其余部分隔离。
示例性所不希望的条件可以包括穿过所选择的电池210的电流在预定电流范围之外。例如，在检测到穿过所选择的电池210的电流大于预定电流上限时，保护电路170可以使所选择的电池与平衡路径300(如图5和图6所示)隔离。
另外和/或备选地，所不希望的条件可以包括所选择的电池210上的电压在预定电压范围之外。例如，在检测到所选择的电池210上的电压大于预定电压上限和/或低于预定电压下限时，保护电路170可以使所选择的电池210与平衡路径300隔离。
该预定电流范围和/或预定电压范围可以基于电池210的安全操作条件来确定。
另外和/或备选地，在检测到与电芯212(和/或电芯组)相对应的所不希望的条件时，保护电路170可以使电芯212(和/或电芯组)与平衡路径300和/或其他电路部件隔离。
保护电路170可以包括任何传统类型的传感器和/或电路部件以实现保护功能。例如，保护电路170可以包括一个或多个开关装置(未示出)，该一个或多个开关装置由传感器(未示出)在感测到所不希望的条件时触发。开关装置可以被去激活以将该电池和/或电芯与其他电路部件解除电连接。另外和/或备选地，开关装置可以被去激活以绕开出故障的电芯212和/或电池210。
虽然图7示出了一个保护电路170，但电池管理系统100可以包括任何合适数量的相同和/或不同的保护电路170。电池组件200的每个电池和/或每个电芯可以与电池组件200中的另一电池210和/或电芯212被连接到相同和/或不同的保护电路170以获取保护。在某些实施例中，每个电池210可以被连接到各自的保护电路170。在每个电池210内，在感测到与电芯212相关联的所不希望的条件时，对应的保护电路170可以操作以使电芯212与其他电芯212隔离。因此可以有利地改善主动平衡的安全性。
控制处理器110可以在1200(如图4所示)处基于任何预先选择的标准来选择电池210。例如，在两个或更多个电池210上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时，控制处理器110可以选择该两个或更多个电池210。在某些实施例中，在该两个或更多个电池210的各自电压之间的差大于预定电压阈值时，控制处理器110可以选择各自的电池。
图8示出了用于选择电池210以便主动平衡的示例性方法600的示例性流程图。在601处，所选择的电池210之间的电压差ΔV与预定电压阈值VBALS进行比较。稍微不同地陈述，控制处理器110(如图3所示)可以确定电池2101、2102之间是否满足以下条件：
ΔV＞VBALS 方程(1)
例如，针对电池2101、2102：
ΔV＝V1-V2 方程(2)
其中V1和V2可以分别指代电池2101、2102上的总电压。假定电池2101、2102中的每个包括以串联方式连接的多个电芯212：
V1＝V1，1+…+V1，n 方程(3-1)
V2＝V2，1+…+V2，n 方程(3-2)
其中，Vx,y指代电池x中的电芯y的电压。当电压差ΔV小于或等于预定电压阈值VBALS时，在603处，电池2101、2102不被选择用于主动平衡。
另外和/或备选地，在穿过该两个或更多个电池210的预期平衡电流在预定平衡电流范围之内时，控制处理器110可以选择该两个或更多个电池210。该预期平衡电流可以指代在形成平衡路径300时预期穿过平衡路径300的电流。在某些实施例中，在穿过该两个或更多个电池210的预期平衡电流小于预定电流阈值时，控制处理器110可以选择该两个或更多个电池210。
如图8所示，在602处，预期平衡电流IEXP可以与预定电流阈值ICHGMAX进行比较。换言之，方法600的一个实施例可以包括指令该控制处理器110将预期平衡电流IEXP可以与预定电流阈值ICHGMAX进行比较。即，电池2101、2102之间是否满足以下条件：
IEXP＜ICHCMAX。 方程(4)
例如：
Figure GDA0002616115620000171
其中R是平衡路径300的总电阻。例如：
R＝R1+R2 方程(6)
其中R1和R2可以分别指代电池2101、2102上的总电阻。假定电池2101、2102中的每个包括以串联方式连接的多个电芯：
R1＝R1，1+…+R1，n 方程(7-1)
R2＝R2，1+…+R2，π 方程(7-2)
其中Rx,y指代电池x中的电芯y的电阻。电阻Rx,y可以通过检测器130(如图3所示)来测量和/或被预先存储在存储器120中。电阻Rx,y可以根据电芯212的状态具有不同的值。例如，当电芯212处于静态、充电或放电时电阻Rx,y可以具有各自的值。在一个示例中，可以使用静态状态下的电阻Rx,y来近似地计算方程(7-1)、(7-2)。
另外和/或备选地，电池210和/或电芯212可以具有非常小的电阻R1和R2。具有电阻Rp的电路部件可以被添加到平衡路径300上以增大平衡路径300的总电阻。因此，可以有利地确保主动平衡的安全性。例如，方程(6)可以更改为：
R＝R1+R2+Rp。 方程(8)
预定电流阈值ICHGMAX可以是基于由所选择的电池所允许的最大充电电流。预定电流阈值ICHGMAX可以被预先存储在存储器120(如图3所示)中。
当预期平衡电流IEXP大于或等于预定电流阈值ICHGMAX时，在603处，电池2101、2102不被选择用于主动平衡。当预期平衡电流IEXP小于预定电流阈值ICHGMAX时，在604处，电池管理系统100可以主动地使所选择的电池2101、2102平衡。通过使用方程(4)，穿过平衡路径300的电流可以有利地低于该预定电流阈值。因此可以改善主动平衡的安全性。
另外和/或备选地，控制处理器110可以基于平衡终止标准来停止该主动平衡。例如，在该两个或更多个电池上的各自电压之间的差小于目标电压差VBALC时，控制处理器110可以终止该主动平衡。在605处，控制处理器110可以将电压差ΔV与目标电压差VBALC进行比较。即：
ΔV≤VBALC 方程(9)
当电压差ΔV小于或等于目标电压差VBALC时，在606处，控制处理器110可以例如通过断开平衡路径300来停止该主动平衡。当电压差ΔV大于目标电压差VBALC时，在604处，可以继续该主动平衡。
在某些示例中，目标电压差VBALC可以被预先存储在存储器120中。目标电压差VBALC和预定电压阈值VBALS(方程(1))可以是相同的和/或不同的。尽管图8将602示出为在601之后，但601和602可以按任何顺序和/或同时地执行。
另外和/或备选地，在两个或更多个电池210的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时，控制处理器110可以选择该两个或更多个电池210。在某些实施例中，在该两个或更多个电池210的各自容量之间的差大于预定容量阈值时，控制处理器110可以选择两个或更多个电池。
图9示出了示例性方法700的流程图，其中电池210是至少部分地基于容量来进行选择的。在701处，所选择的电池之间的容量差ΔQ与预定容量阈值QBALS进行比较。即，控制处理器110可以确定电池2101、2102之间是否满足方程(10)的条件：
ΔQ＞QBALS 方程(10)
例如，针对电池2101、2102：
ΔQ＝Q1-Q2 方程(11)
Q1和Q2可以分别指代电池2101、2102的总容量。假定电池2101、2102中的每个包括以串联方式连接的多个电芯：
Q1＝Q1，1+…+Q1，n 方程(12-1)
Q2＝Q2，1+…+Q2，n 方程(12-2)
其中Qx,y指代电池x中的电芯y的容量。当容量差ΔQ小于或等于预定容量阈值QBALS时，在703处，电池2101、2102不被选择用于主动平衡。当容量差ΔQ大于预定容量阈值QBALS时，可以继续进行选择。
如图9所示，在702处，预期平衡电流IEXP与预定电流阈值ICHGMAX进行比较。例如，该比较可以是基于上述方程(4)。当预期平衡电流IEXP大于或等于预定电流阈值ICHGMAX时，在703处，电池2101、2102不被选择用于主动平衡。当预期平衡电流IEXP小于预定电流阈值ICHGMAX时，在704处，电池管理系统100可以主动地使电池2101、2102平衡。
另外和/或备选地，在该两个或更多个电池的各自容量之间的差小于目标容量差QBALC时，控制处理器110可以停止该主动平衡。在705处，控制处理器110可以将容量差ΔQ与目标容量差QBALC进行比较：
ΔQ≤QBALC 方程(13)
当容量差ΔQ小于或等于目标容量差QBALC时，控制处理器110可以例如通过断开平衡路径300来停止该主动平衡(如在706处所示)。当容量差ΔQ大于目标容量差QBALC时，可以继续该主动平衡(如在704处所示)。
在某些示例中，目标容量差QBALC可以被预先存储在存储器120中。目标容量差QBALC和预定容量阈值QBALS(如方程(10)所示)可以是相同的和/或不同的。尽管图9将702示出为在701之后，但701和702可以按任何顺序和/或同时地执行。
图8将方法600展示为至少部分地基于电压来选择电池和/或终止主动平衡。图9将方法700展示为至少部分地基于容量来选择电池和/或终止主动平衡。选择电池和/或终止主动平衡可以基于电压、容量和/或任何其他预先选择的电池特性，而不加以限制。例如，一种方法可以基于容量来选择电池210并且基于电压来终止主动平衡。在另一示例中，一种方法可以基于电压来选择电池210并且基于容量来终止主动平衡。
为了使所选择的电芯212(如图6所示)主动地平衡，可以使用方法600和/或方法700。例如，在电池2101中，电芯2121、2122串联连接并且可以形成电芯组1。在电池2102中，电芯2121、2122串联连接并且可以形成电芯组2。因此，电压V1和V2(方程(2)中)可以是按以下方式来计算出的：
V1＝V1，1+V1，2 方程(14-1)
V2＝V2，1+V2，2 方程(14-2)
电阻R1和R2(方程(6)中)可以是按以下方式来计算出的：
R1＝R1，1+R1，2 方程(15-1)
R2＝R2，1+R2，2 方程(15-2)
容量Q1和Q2(方程(11)中)可以是按以下方式来计算出的：
Q1＝Q1，1+Q1，2 方程(16-1)
Q2＝Q2，1+Q2，2 方程(16-2)
在被动平衡过程中，从充电最多的电芯汲取能量并且将该能量以热量方式浪费，通常是通过一个或多个电阻器。这导致能量效率低，特别是针对需要相对较高电能的应用。使用所披露的方法，可以使电池组件200主动地平衡。换言之，高充电电池/电芯的额外电荷可以被转移到低充电电池210和/或电芯212。这样的主动平衡有利地比被动平衡更节能。
图10是展示了用于使电池组件200在放电状态下平衡的方法1100的示例性顶层流程图。在放电状态下，电池组件200可以输出功率至负载。负载可以包括任何机器、仪器或由电力驱动的任何其它装置(或系统)。另外和/或备选地，该负载可以包括具有电阻、阻抗和/或电抗的装置。例如，该负载可以包括消耗电力的电阻器。示例性负载可以包括移动平台，例如汽车、飞机和/或无人飞行器(UAV)。
方法1100可以由电池管理系统100(如图1所示)来实施。在1110处，基于电池210的状况来选择电池组件200的一个或多个电池210。在1120处，控制所选择的电池210的放电。通过控制所选择的电池210的放电，放电过程可以使电池组件200平衡。另外地和/或备选地，可以获取电池组件200的状况。
在某些示例中，电池管理系统100可以以基于电池210上的各自电压的顺序来对所选择的电池210的放电设定优先级。在一些实施例中，该顺序可以包括序列。图11示出了用于选择电池210以供放电的方法800的示例性流程图。方法800可以包括针对两个电池210的评估过程。例如，这两个电池210可以包括电池2101、2102(如图1所示)。
在801处，两个电池之间的电压差ΔV可以与目标电压差VBALC进行比较。另外和/或备选地，在801处，两个电池之间的容量差ΔQ可以与目标容量差QBALC进行比较。当满足下列条件中的至少一个时，电池210可以依次放电(在802处)：
ΔV>VBALC； 方程(17)
ΔQ>QBALC。 方程(18)
因此，电池管理系统100可以在使电池2102放电之前使电池2101放电。稍微不同地陈述，基于该选择，在802处，可以选择电池2101来放电并且尚未选择电池2102来放电。例如，使用方程(2)和方程(11)，可以计算出ΔV和ΔQ。VBALC和QBALC可以是预定的并且是从存储器120中检索出的。当电压差ΔV不大于目标电压差VBALC并且容量差ΔQ不大于目标容量差QBALC时，即：
ΔV≤VBALC； 方程(19)
ΔQ≤QBALC， 方程(20)
在803处，可以同时地使电池充电。任选地，当在放电期间满足方程(19)和(20)时，电池管理系统100可以确定至少一些电池是平衡的，并且可以停止放电。
通过使用方法800，电池管理系统100可以选择有待在给定时刻放电的电池210。稍微不同地陈述，基于方法800，电池管理系统100可以使具有最高电压和/或容量的电池210放电，当电压由于放电而减小时，具有第二高电压和/或容量的电池210可以加入放电。在放电的最后阶段，最低电压的电池210可以加入放电。因此，在放电之后，电池210中的至少一些之间的电压差和/或容量差可以很小。该放电因此可以使电池平衡。
类似地，方法800可以被类似地实施为用于电芯212和/或电芯组之间的评估。可以相应地调整对ΔV的计算。例如，当在电池2101中的电芯2121、2122之间选择来放电时，电压差ΔV和容量差ΔQ可以为如下：
ΔV＝V1-V2＝V1，1-V2，1； 方程(21)
ΔQ＝Q1-Q2＝Q1，1-Q2，1。 方程(22)
因此，在放电之后，电芯212中的至少一些之间的电压差可以很小。该放电因此可以使电芯212平衡。电芯212和/或电芯组可以属于相同和/或不同的电池210。
在没有选择性地使电芯212和/或电池210放电的情况下，电芯212和/或电池210可以同时放电。然而，由于较高的内部电阻或由较小的容量造成的更快的放电速率，弱电芯212和/或电池210趋向于比其他电芯212和/或电池210具有更小的电压。例如，如果电池210中的弱电芯212中的任一个达到欠电压保护极限而电池210的总电压仍然足以给负载提供电力，则没有利用电池210的全部容量。在另一示例中，如果弱电池210中的任一个达到欠电压保护极限而电池组件200的总电压仍然足以给负载提供电力，则没有利用电池组件200的全部容量。
通过使用方法800，最弱的电芯212和/或电池210最后放电，所以较强的电芯212和/或电池210首先放电以得到充分利用。另外和/或备选地，电池组件200可以通过放电来得以平衡。
图12示出了方法1100的示例性流程图。如图12所示，在1130处，可以基于电池210的状况来选择一个或多个电池210。电池210可以被选择用于主动平衡。所选择的电池210可以包括具有过量放电能力的至少一个放电电池210。过量放电能力可以指除了通过放电来汲取能量和/或电荷之外给出能量和/或电荷的能力。例如，当电池210能够以10A、20V输出并且负载需要5A、20V时，电池210能够供应比负载的需求更多的功率。电池210因此可以具有过量放电能力。另外和/或备选地，具有过量放电能力的放电电池210可以指代包括具有过量放电能力的至少一个放电电芯212的电池210。在1140处，可以控制在1130处所选择的电池210之间的主动平衡。
转到图13，电池管理系统100可以控制在电池2101、2102之间形成的平衡路径300以在它们之间转移电荷。图13将电池2101示出为放电电池并且经由放电路径330输出能量/电荷。电池2101可以具有过量放电能力并且从而可以输出电荷至电池2102。
图13将一个放电电池210示出为与另一个电池210主动地平衡。然而，任何数目的放电电池210可以与任何相同和/或不同数量的其他电池210主动地平衡。
在某些实施例中，使电池210平衡可以包括使电池210的所选择的电芯组和/或电芯212平衡。转到图14，电池管理系统100可以在电池2101、2102的电芯组1、2之间形成平衡路径300以在它们之间转移电荷。电芯组1可以具有过量放电能力并且从而可以输出电荷至电芯组2。尽管图14示出了每个电芯组中两个电芯212，但是电芯组可以包括任何相同和/或不同数量的电芯212。另外和/或备选地，具有过量放电能力的一个电芯212可以输出电荷至另一个电芯212。
因此，较弱的电池210和/或电芯212可以主动地与较强的电池210和/或电芯212平衡。在主动平衡之后，当较弱的电芯212开始放电时，弱电芯212可以延迟到达电芯欠压保护极限的时间。电池组件200可以有利地持续较长的时间进行放电。
控制处理器110可以基于任何标准来选择(在1130处，图12中)电池210以供主动平衡。例如，可以使用方法600(如图8所示)和方法700(如图9所示)。可以调整某些标准，因为一个或多个电池210可以在主动平衡期间放电。例如，在602和/或702处，预期平衡电流IEXP的计算可以被调整成包括放电电流IDISCHARGE。即，方程(5)可以被调整为：
Figure GDA0002616115620000221
因此，可以获取穿过放电电池210的总预期平衡电流IEXP。可以有利地确保主动平衡和/或放电的安全性。
图15是展示了用于使电池组件200在充电状态下平衡的方法1200的示例性顶层流程图。在充电状态下，电池组件200可以直接和/或通过充电器接收来自电源的功率。充电器可以包括有电压调节来控制施加到电池组件200的充电电压。示例性充电器可以包括开关模式调节器(或转换开关)、串联调节器、并联调节器、降压调节器、脉冲充电器、USB和/或充电器感应充电。
电池组件200可以通过电池管理系统100接收电力。方法1200可以由电池管理系统100(如图1所示)来实施。在1210处，基于电池210的状况来选择电池组件200的一个或多个电池。在1220处，控制所选择的电池的充电。通过对所选择的电池210进行充电，充电过程可以使电池组件200平衡。另外地和/或备选地，可以获取电池组件200的状况。
在某些示例中，电池管理系统100可以以基于电池210的各自电压和/或容量的顺序来对所选择的电池210的充电设定优先级。在一些实施例中，该顺序可以包括充电序列。图15示出了用于选择电池以便对电池210充电的方法900的示例性流程图。方法900可以包括针对两个电池的选择过程。例如，这两个电池可以包括电池2101、2102(如图1所示)。
在901处，两个电池210之间的电压差ΔV可以与目标电压差VBALC进行比较。另外和/或备选地，两个电池210之间的容量差ΔQ可以与目标容量差QBALC进行比较。当满足以下条件中的至少一个时：
ΔV>VBALC； 方程(24)
ΔQ>QBALC， 方程(25)
在902处，可以依次对电池充电。稍微不同地陈述，系统100可以在对电池2102进行充电之前对电池2101(具有较低电压/容量)进行充电。换言之，可以选择电池2101来充电，并且尚未选择电池2102来充电。当电压差ΔV不大于目标电压差VBALC并且容量差ΔQ不大于目标容量差QBALC时，即：
ΔV≤VBALC； 方程(26)
ΔQ≤QBALC， 方程(27)
在903处，可以同时地对电池充电。任选地，当针对至少一些电池210满足方程(26)和(27)时，通过充电使至少一些电池210平衡，并且可以停止充电。
可以在所有电池210上实施方法900以确定充电的顺序。因此，在给定时刻，电池管理系统100可以选择有待充电的电池210。稍微不同地陈述，基于方法900，电池管理系统100可以对具有最低电压和/或容量的电池210进行充电。当由于放电而电压和/或容量增大时，具有第二低电压和/或容量的电池210可以加入充电。在充电的最后阶段，最高电压和/或容量的电池210可以加入。因此，在充电之后，电池210中的至少一些之间的电压差和/或容量差可以很小。该充电因此可以使电池210平衡。
类似地，方法900可以被类似地实施为用于电芯212和/或电芯组之间的比较。有待比较的电芯212和/或电芯组可以属于相同和/或不同的电池210。可以基于电池210、电芯212和/或电芯组之间是否进行比较而相应地调整目标电压差VBALC和/或目标容量差QBALC的值。
在没有选择性地使电芯212和/或电池210充电的情况下，电芯212和/或电池210可以同时充电。弱电池210和/或电芯212有可能被过充电，并且倾向于在完全充电终止时呈现比其他电池210和/或电芯212更高的电压。弱电芯212在充电完成时的较高电压可能会导致容量衰退加速。还可以通过连续的过充电周期弱化弱电芯212。通过使用方法900，弱电芯212和/或电池210可以在完全充电终止时与其他电芯212和/或电池210平衡。可以有利地防止过充电损害。
图17将电池2101示出为与电池管理单元(BMU)400耦合。BMU 400可以与电池210中的一个或多个电芯212耦合。在某些实施例中，BMU 400可以与电池210中的每个电芯212耦合。电池管理系统100可以与BMU 400通信并且指令BMU 400切换到所选择的电芯212以便主动平衡、放电和/或充电。
尽管图17将一个电池210示出为单独地与一个BMU 400耦合，但任何数量的电池210可以分别与相同和/或不同的BMU 400耦合。另外和/或备选地，某些电池可以分享共同的BMU 400。一个电池210可以与一个或多个相同的和/或不同的BMU 400耦合。在某些实施例中，电池组件200的每个电池210可以与各自的BMU 400耦合。
图18示出了BMU 400的示例性实施例。图18将BMU 400示出为包括BMU处理器(或微控制器)410。能够以与控制处理器110(如图3所示)相类似的方式来提供BMU处理器410。BMU400可以包括用于存储将要由BMU处理器410运行(或执行)的各种软件程序和/或指令集的存储器(未示出)。
BMU 400可以包括用于响应于来自BMU处理器410的一个或多个控制信号而控制与单独电芯212的电连接的一个或多个电芯开关装置460。能够以与开关装置160(如图3所示)相类似的方式来提供电芯开关装置460。类似于控制处理器110和开关装置160之间的耦合，BMU处理器410和电芯开关装置460可以直接耦合和/或通过BMU 400的一个或多个中间系统部件而间接耦合。任选地，BMU处理器410可以至少部分地与电芯开关装置460中的一个或多个集成。
BMU 400可以包括用于保护每个电芯212免遭超出容许的环境和/或操作条件的保护电路470。在一些实施方式中，保护电路470可以控制电芯开关装置460以便在所不希望的条件下隔离所选择的电芯212。
另外和/或备选地，BMU 400可以包括用于检测每个电芯212的状况的检测器430。该检测器可以包括用于感测电芯212的状况的一个或多个传感器(未示出)。另外和/或备选地，BMU 400可以将电芯212之间的连接配置成并联和/或串联以传送电池210的所希望的电压、电流、容量或功率密度。
BMU 400可以通过电源连接器、数据线和/或总线与电池管理系统100耦合。另外和/或备选地，BMU 400可以包括一个或多个输入/输出接口440，以允许BMU 400与电池管理系统100(如图3所示)之间的数据通信和/或电荷传输。
尽管BMU 400在图17中被示出为是与电池管理系统100分开的，但BMU 400可以至少部分地与电池管理系统100集成。例如，BMU处理器410可以至少部分地与控制处理器110(如图3所示)集成。另外地和/或备选地，检测器430可以至少部分地与检测器130集成。换言之，BMU 400和电池管理系统100可以协作地操作为电池平衡系统。
转到图19，每个电池210被示出为与各自的BMU 400耦合。每个电芯212可以通过电芯线304A(正极端子)、304B(负极端子)被电连接到其他电路部件。BMU 400可以通过控制电芯开关装置460来接通/断开电芯线304A、304B。电芯线304A、304B可以将电荷传输入电芯和/或从电芯传输出电荷。另外和/或备选地，电芯开关装置460可以由保护电路470(如图18所示)控制以便在所不希望的条件下隔离电芯212。
图19将BMU 400示出为通过电池线302A(正极端子)、302B(负极端子)而被耦合在一起。电池线302A可以用于转移电荷和/或功率。控制处理器110可以通过控制开关装置160来接通/断开电池线302A、302B。图19示出了用于从控制处理器110输出控制信号的控制线321。可以基于该控制信号来接通/断开开关装置160。
由于控制处理器110选择电池和/或电芯以供主动平衡、放电和/或充电，故控制处理器110可以选择一个或多个开关装置160和/或一个或多个电芯开关装置460来被接通和/或断开。因此，可以形成电路(如图5所示的平衡路径300)以便在所选择的电池和/或电芯之间传输电荷。
另外和/或备选地，控制处理器110和每个BMU 400可以通过通信线180而通信。BMU400可以将电芯212的状况通过通信线180发送至控制处理器110。控制处理器110可以发送指令到BMU 400的BMU处理器410(如图18所示)，所以BMU处理器410可以激活/去激活所选择的电芯开关装置460切换到对应的电芯212以便平衡。
在某些实施例中，BMU 400和/或控制处理器110并不一定选择性地激活/去激活与电池210相对应的单独电芯开关装置460。因此，BMU 400可以使电池210的所有电芯212平衡、放电和/或充电，并且控制处理器110可以选择和/或切换到电池210作为单一单元。
各种实施例还披露了包括用于使电池组件200平衡的指令的计算机程序产品。该程序/软件可以被存储在(非暂时性)计算机可读存储介质中，包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、内部存储器、寄存器、计算机硬盘、可移动盘、CD-ROM、光盘、软盘、磁盘或类似物。程序/软件可以包括编码指令以指示计算机装置上的一个或多个处理器执行根据各种所披露的实施例的方法。
所披露的这些实施例会有各种修改和备选形式，并且其具体实例已经通过举例示出在附图中并本文详细进行了描述。然而应理解的是，所披露的这些实施例并不限于所披露的具体形式或方法，而是相反，所披露的实施例将覆盖所有的修改、等效物以及备选方案。

Claims (30)

1.一种用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的方法，所述方法包括：
基于所述电池的状况，从所述电池组件中选择第一电池、第二电池，其中，所述第一电池包括多个电芯，所述第二电池包括多个电芯；
获取所述第一电池、所述第二电池中的所述电芯的状况，并基于所述电芯的状况，从所述第一电池中选择第一电芯组，从所述第二电池中选择第二电芯组，其中，所述第一电芯组包括的电芯数量少于所述第一电池中电芯的数量，所述第二电芯组包括的电芯数量少于所述第二电池中电芯的数量；并且
控制所述第一电芯组与第二电芯组之间形成平衡路径，以在所述第一电芯组与第二电芯组之间转移电荷，以实现所述第一电池、所述第二电池之间的主动平衡；其中，所述第一电芯组、所述第二电芯组能够作为单一电路部件被接入所述平衡路径；
在所述第一电池和/或所述第二电池内，在感测到与电芯相关联的所不希望的条件时，使所述电芯与其他电芯隔离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述控制包括控制所述第一电池、所述第二电池之间的平衡路径以在所述第一电池、所述第二电池之间转移电荷。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且所述选择包括选择在所述第一电池、所述第二电池的不同电池中的电芯。
4.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其还包括在检测到穿过所述第一电池、所述第二电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使所述特定电池与所述平衡路径隔离。
5.如权利要求2所述的方法，其还包括在检测到所述第一电池、所述第二电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使所述特定电池与所述平衡路径隔离。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括获取所述电池的所述状况。
7.如权利要求6所述的方法，包括获取所述电池的所述状况，所述状况包括电压、容量、电流或其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述选择包括在所述第一电池、所述第二电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择所述第一电池、所述第二电池。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述选择包括在所述第一电池、所述第二电池上的所述各自电压之间的所述差大于预定电压阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述选择包括在所述第一电池、所述第二电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择所述第一电池、所述第二电池。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述选择包括在所述第一电池、所述第二电池的所述各自容量之间的所述差大于预定容量阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述选择包括在穿过所述第一电池、所述第二电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择所述第一电池、所述第二电池。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述选择包括在穿过所述第一电池、所述第二电池的所述预期平衡电流小于预定电流阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述电池组件的至少一个电池包括多个电芯并且与电池管理单元BMU耦合，并且其中所述控制包括控制所述BMU以切换到所述至少一个电池的所述电芯中的一个或多个以便平衡。
15.一种用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的系统，所述系统包括：
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器单独地或共同地被配置成：
基于所述电池的状况，从所述电池组件中选择第一电池、第二电池，其中，所述第一电池包括多个电芯，所述第二电池包括多个电芯；
获取所述第一电池、所述第二电池中的所述电芯的状况，并基于所述电芯的状况，从所述第一电池中选择第一电芯组，从所述第二电池中选择第二电芯组，其中，所述第一电芯组包括的电芯数量少于所述第一电池中电芯的数量，所述第二电芯组包括的电芯数量少于所述第二电池中电芯的数量；并且
控制所述第一电芯组与第二电芯组之间形成平衡路径，以在所述第一电芯组与第二电芯组之间转移电荷，以实现所述第一电池、所述第二电池之间的主动平衡；其中，所述第一电芯组、所述第二电芯组能够作为单一电路部件被接入所述平衡路径；
在所述第一电池和/或所述第二电池内，在感测到与电芯相关联的所不希望的条件时，使所述电芯与其他电芯隔离。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置成控制所述第一电池、所述第二电池之间的平衡路径以在所述第一电池、所述第二电池之间转移电荷。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述电池中的每个包括以并联和/或以串联方式连接的多个电芯，并且所述处理器被配置成选择所述第一电池、所述第二电池的不同电池中的电芯。
18.如权利要求16至17中任一项所述的系统，其还包括保护电路，所述保护电路用于在检测到穿过所述第一电池、所述第二电池中的特定电池的电流在预定电流范围之外时使所述特定电池与所述平衡路径隔离。
19.如权利要求16所述的系统，其还包括保护电路，所述保护电路用于在检测到所述第一电池、所述第二电池中的特定电池上的电压在预定电压范围之外时使所述特定电池与所述平衡路径隔离。
20.如权利要求16所述的系统，其中所述处理器被配置成获取所述电池的所述状况。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述电池的所述状况包括电压、容量、电流或其组合。
22.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述第一电池、所述第二电池上的各自电压之间的差在预定电压差范围之外时选择所述第一电池、所述第二电池。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述第一电池、所述第二电池上的所述各自电压之间的所述差大于预定电压阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
24.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述第一电池、所述第二电池的各自容量之间的差在预定容量差范围之外时选择所述第一电池、所述第二电池。
25.如权利要求23所述的系统，其中所述处理器被配置成在所述第一电池、所述第二电池的各自容量之间的所述差大于预定容量阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
26.如权利要求15所述的系统，其中所述处理器被配置成在穿过所述第一电池、所述第二电池的预期平衡电流是在预定平衡电流范围之内时选择所述第一电池、所述第二电池。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述处理器被配置成在穿过所述第一电池、所述第二电池的所述预期平衡电流小于预定电流阈值时选择所述第一电池、所述第二电池。
28.如权利要求15所述的系统，其中所述电池组件的至少一个电池包括多个电芯并且与电池管理单元BMU耦合，并且其中所述处理器被配置成控制所述BMU以切换到所述至少一个电池的一个或多个电芯以便平衡。
29.一种用于使电池在静态状态下平衡的设备，所述设备包括：
电池组件，所述电池组件包括多个电池；以及
如权利要求15至28中任一项所述的系统，所述系统与所述电池耦合。
30.一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述机器可执行代码在由一个或多个处理器执行时实施根据权利要求1-14中任一项所述的用于使包括多个电池的电池组件在静态状态下平衡的方法。
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