CN107315849B - 电池设计中用于优化组件布置的系统和方法 - Google Patents

电池设计中用于优化组件布置的系统和方法 Download PDF

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Abstract

电池设计中用于优化组件布置的系统和方法。系统、计算机可读介质和方法涉及确定要包括在电池中的组件的清单的操作参数。所述组件能够包括存储组件和电组件。所述方法包括生成描述在所述电池的电池设计布局中的位置的组件的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成，并且包括使用整数优化对所述方程组进行分析。所述整数优化能够至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局确定至少一个解决方案，并且该至少一个解决方案能够针对所述电池的所述电池设计布局中的所述位置包括所述组件的集合。所述方法包括经由界面提供所述至少一个解决方案。

Description

电池设计中用于优化组件布置的系统和方法
技术领域
本发明涉及电池设计中用于优化组件布置的系统和方法。
背景技术
当前，大规模电池能够由单独的电池单元以及按照各种电气布置连接的电组件构造。大规模电池能够由包括商业成品(COTS)电池单元的模块化子单元形成。在大电池中使用小电池的方法在电池中产生成百数千个单元的总单元计数。然而，电池性能可能由于单独的单元中的变化以及其它电池组件性能而受影响。
发明内容
本公开的各方面涉及一种包括确定要包括在电池中的组件的清单的操作参数的方法。所述组件能够包括存储组件和电组件。所述方法还包括生成描述在所述电池的电池设计布局中的位置的组件的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成。此外，所述方法包括使用整数优化对所述方程组进行分析。所述整数优化能够至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局确定至少一个解决方案，并且该至少一个解决方案能够针对所述电池的所述电池设计布局中的所述位置包括所述组件的集合。所述方法还包括经由界面将所述至少一个解决方案提供给用户。
本公开的另外方面涉及一种系统，该系统包括：一个或更多个存储器装置，该一个或更多个存储器装置存储指令；以及一个或更多个处理器，该一个或更多个处理器连接到所述一个或更多个存储器装置并且被配置为执行所述指令以执行方法。所述方法包括确定要包括在电池中的组件的清单的操作参数。所述组件能够包括存储组件和电组件。所述方法还包括生成描述在所述电池的电池设计布局中的位置的组件的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成。此外，所述方法包括使用整数优化对所述方程组进行分析。所述整数优化能够至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局确定至少一个解决方案，并且该至少一个解决方案能够针对所述电池的所述电池设计布局中的所述位置包括所述组件的集合。所述方法还包括经由界面将所述至少一个解决方案提供给用户。
本公开的另外方面涉及一种存储用于使一个或更多个处理器执行方法的指令的非暂时性计算机可读介质。所述方法包括确定要包括在电池中的组件的清单的操作参数。所述组件能够包括存储组件和电组件。所述方法还包括生成描述在所述电池的电池设计布局中的各位置的组件的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成。此外，所述方法包括使用整数优化对所述方程组进行分析。所述整数优化能够至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局确定至少一个解决方案，并且该至少一个解决方案能够针对所述电池的所述电池设计布局中的所述位置包括所述组件的集合。所述方法还包括经由界面将所述至少一个解决方案提供给用户。
附图说明
图1例示了根据本公开的各个方面的包括电池设计工具的设计环境和计算机系统的示例。
图2例示了根据本公开的各个方面的设计电池的过程的示例。
图3A、图3B和图3C例示了根据本公开的各个方面的用于与电池设计工具进行通信的用户界面的示例。
图4A和图4B例示了根据本公开的各个方面的电池的设计布局的示例。
图5例示了根据本公开的各个方面的计算机装置的硬件配置的示例。
图6例示了根据本公开的各个方面的电池设计工具的应用的示例。
具体实施方式
为了简单和例示性目的，本教导的原理通过主要参照其各种实施方式的示例来描述。然而，本领域普通技术人员将容易地认识到，相同的原理同样地适用于并且能够被实现在所有类型的信息和系统中，并且任何这些变化不脱离本教导的真实精神和范围。而且，在以下详细描述中，参照例示了各种实施方式的特定示例的附图。能够在不脱离本教导的精神和范围的情况下对各种实施方式的示例做出逻辑和结构改变。以下详细描述因此将不在限制意义上进行，并且本教导的范围由所附权利要求及其等同物来限定。
图1例示了根据本公开的各方面的能够测试并确定电池布局的设计环境100。虽然图1例示了包含在设计环境100中的各种组件，但是图1例示了设计环境的一个示例，并且能够添加附加组件以及能够去除现有组件。
如图1所例示，设计环境100包括计算机系统102。设计环境100能够表示公用或专用实体(诸如政府机构、个体、商业、合伙企业、公司、股份公司等)的被利用来支持这些实体的计算机系统和网络硬件。计算机系统102可以是正在设计环境100中操作或者支持设计环境100的任何类型的常规计算机系统。例如，计算机系统102能够包括在设计环境100内提供服务的各种类型的服务器，诸如文件服务器、web服务器、应用服务器、数据库服务器、电子邮件服务器等。同样地，例如，计算机系统102能够包括由实体的人员使用的膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、移动电话等。
附加地，例如，设计环境100包括支持设计环境100的其它硬件和计算机系统。例如，设计环境100能够包括支持任何类型的通信网络以使得设计环境100中的计算系统能够通信的网关、路由器、无线接入点、防火墙等。在任一个示例中，设计环境100中的计算机系统(包括计算机系统102)包括硬件资源(诸如处理器、存储器、网络硬件、存储装置等)和软件资源，诸如操作系统(OS)、应用程序等。
根据本公开的各方面，计算机系统102被配置为执行电池设计工具104。电池设计工具104被配置为在包括多个存储组件和电组件的电池设计布局122中对组件(例如，存储组件(例如，电池单元)110和电组件112)进行筛选和匹配。存储组件110可以包括锂离子“Li-ion”单元、镍镉“NiCad”单元以及镍金属氢化物“NiMh”单元中的一个或更多个。电组件112可以包括保险丝、传输晶体管、二极管、热敏传感器和指示器中的一个或更多个。电池设计工具104被配置为确定表示电池设计布局122的约束集和目标函数并且对一个或更多个整数优化算法或解算器应用组件的操作参数、约束集和目标函数。利用一个或更多个整数优化算法或解算器，电池设计工具104能够为电池设计布局122确定优化电池126中的单独组件的布置的解决方案或电池构造124。
在各方面中，电池设计工具104被配置为能够被存储在计算机系统102上并且由计算机系统102执行的软件程序。电池设计工具104能够用各种编程语言(诸如JAVA、C++、Python代码、Visual Basic、超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)等)编写以适应各种操作系统、计算系统架构等。
电池设计工具104被配置为至少部分地在用户106的控制下操作。为了接收输入并且向用户106输出结果，电池设计工具104被配置为生成并提供用户界面108。用户界面108可以是使得用户106能够与电池设计工具104交互的任何类型的命令行和/或图形用户界面(GUI)。电池设计工具104被配置为经由用户界面108提供控件、表单、报告等，以使得用户106能够与电池设计工具104交互并且执行本文所描述的过程。
在各方面中，被电池设计工具104利用的操作参数能够包括描述组件(例如，电池单元110和电组件112)的实际操作性能的任何信息和度量。例如，电池单元的操作参数能够包括电池单元的容量、阻抗、安培小时额定值、电池的内电阻、电池的开路电压、电池的充电状态等。例如，电组件的操作参数能够包括不同温度下的等效电阻以及不同温度下的阻抗。在各方面中，电池设计工具104能够被配置为利用被以任何格式(例如，Arbin、Maacor等)创建、发送或者存储的操作参数和数据。
在一些方面中，能够从组件的制造商接收操作参数，例如，理论操作参数。在一些方面中，操作参数能够由第三方或单独的计算机系统确定并且被提供给计算机系统102和电池设计工具104。在一些方面中，操作参数能够由计算机系统102和电池设计工具104确定。
例如，为了确定操作参数，计算机系统102能够连接到测试设备114。测试设备114能够包括在真实世界操作条件下布置电池单元110和电组件112的电子设备和电路。测试设备114还能够包括在真实世界操作条件下测量电池单元110和电组件112的操作参数的一个或更多个传感器。另外，例如，操作参数还能够包括根据测量数据(诸如IR趋势和容量趋势)计算出的参数。
在各方面中，计算机系统102包括储存库116。储存库116能够被配置为存储被电池设计工具104利用的数据。例如，储存库116能够存储利用测试设备114由电池设计工具104确定的操作参数。同样地，例如，储存库116能够存储包括组件(例如，电池单元110和电组件112)的清单以及电池单元110和电组件112的细节(诸如电池单元110和电组件112中的每一个的标识(例如，序列号)、电池单元110和电组件112的规格以及电池单元10和电组件112的理论操作参数(例如，制造商指定的操作参数))的数据库。
在各方面中，计算机系统102能够经由一个或更多个网络120连接到一个或更多个储存库118。例如，储存库118能够由组件(例如，电池单元110和电组件112)的制造商运营和维护。电池设计工具104能够被配置为经由网络120从储存库118中检索组件(例如，电池单元110和电组件112)的细节。网络120可以是任何类型的网络，无论是公用的还是专用的。储存库118可以是存储关于组件的信息的任何类型的计算机系统。
图2例示了根据本公开的各方面的用于从组件设计电池的过程200的一个示例。虽然图2例示了能够被执行的各个阶段，但是能够去除这些阶段并且能够添加附加阶段。同样地，能够按照任何顺序执行所例示的阶段的顺序。
在过程开始之后，在202中，电池设计工具104被启动。例如，用户106能够在计算机系统102上启动电池设计工具104的执行。一旦被启动，电池设计工具104就能够向用户106提供用户界面108。用户界面108能够使得用户106能够操作电池设计工具104。例如，图3A、图3B和图3C例示了如在下面进一步讨论的用户界面108的示例。
在204中，电池设计工具导入组件的清单。组件能够包括电池单元以及诸如保险丝、电阻器、电容器等的电组件。组件的清单能够包括组件的标识和组件的细节(例如，组件的操作参数)。例如，电池设计工具104能够与测试设备114进行通信以确定组件(例如，电池单元110和电组件112)的操作参数。同样地，例如，电池设计工具104可能先前已测试了组件并且能够检索被先前测试的组件的操作参数。同样地，电池设计工具04能够检索(或者可能先前已检索)组件(例如，电池单元110和电组件112)的理论操作参数(例如，制造商指定的操作参数)。
在示例中，如在下面进一步描述的，清单中的组件能够包括电池单元和保险丝两者。图3A和图3B例示了用于检索清单并且查看组件的细节的用户界面300的示例。
在206中，电池设计工具可选地从清单中去除不满足一个或更多个准则的组件。例如，电池设计工具104能够针对操作参数维持一个或更多个准则。能够在电池设计工具104中预设一个或更多个准则。同样地，一个或更多个准则能够经由用户界面108由用户106选择或者设定。能够在电池设计工具104中预设用于执行清单的去除的判定。同样地，用于执行清单的去除的判定能够经由用户界面108由用户106选择或者设定。
例如，用户106能够指示电池设计工具104从清单中过滤不具有特定准则内的操作参数(例如，特定标准偏差(例如，1、2或3个西格玛)内的操作参数)的组件。作为响应，电池设计工具104能够在确定电池设计布局时从清单中去除组件。如图3A所例示，用户106能够指定用于从清单中去除组件的一个或更多个准则。
在如在下面进一步描述的示例中，电池设计布局能够包括电池单元和保险丝两者并且操作参数能够包括：
1.单元容量，
2.单元阻抗，以及
3.保险丝阻抗。
在208中，电池设计工具104确定电池的设计布局。在各方面中，电池的设计布局能够包括由组件(例如，电池单元和电组件)组成以为电池提供期望的性能的电池的结构(例如，电路图或配置)。电池的设计布局还能够包括将被包括在电池中的组件的数量、类型、位置等。例如，电路图能够按照各种电气布置(例如，串联和并联电路配置)包括诸如电池单元和电组件的组件，以为电池提供期望的性能(例如，期望的输出电压、电流、寿命等)。
在一些方面中，电池设计工具104能够确定并利用作为完整设计布局的电池的设计布局。例如，如果设计布局是完整设计布局，则该设计布局能够包括电池的结构(例如，电路图或配置)以及要包括在电池的结构中的组件(例如，电池单元110和电组件112)的完整规格(例如，数量、类型、位置等)。
在一些方面中，电池设计工具104能够确定并利用作为部分设计布局的电池的设计布局。例如，如果设计布局是部分设计布局，则该设计布局能够包括电池的部分结构(例如，电路图或配置)；要包括在电池的结构中的组件(例如，电池单元110和电组件112)的部分规格；或其组合。例如，在一个示例中，设计布局能够包括电池的结构(例如，电路图或配置)以及要包括在电池的结构中的电池单元的规格(例如，数量、类型、位置等)但是未指定要包括在结构中的其它电组件(例如，保险丝)。在另一示例中，设计布局能够包括电池的结构(例如，电路图或配置)以及要包括在电池的结构中的电组件(例如，保险丝)的规格(例如，数量、类型、位置等)但是未指定电池单元。
在各方面中，用户106能够经由用户界面108输入或者选择电池的设计布局。例如，用户106能够经由用户界面108输入电池的结构(例如，电路图或配置)、要包括在电池的结构中的组件(例如，电池单元110和电组件112)的规格(例如，数量、类型、位置等)或其组合。用户106能够经由用户界面108输入电池的完整设计布局、电池的部分设计布局或其组合。在一些方面中，例如，电池设计工具104能够经由用户界面108提供使得用户106能够为电池设计结构并且部分地或完整地提供组件的规格的电路设计界面。
同样地，例如，用户106能够经由用户界面108选择电池的结构(例如，电路图或配置)、要包括在电池的结构中的组件(例如，电池单元110和电组件112)的规格(例如，数量、类型、位置等)或其组合。用户106能够经由用户界面108选择电池的完整设计布局、电池的部分设计布局或其组合。在一个示例中，用户106能够选择电池的结构(例如，电路图或配置)并且输入电组件的部分或完整规格。例如，电池设计工具104能够针对不同的电池配置存储一个或更多个设计布局，并且用户106能够选择所存储的设计布局中的一个或更多个。
在各方面中，用户106经由用户界面108能够选择由电池设计工具106先前评估以用于完成、修改或修订的完整布局或部分布局。在一个示例中，用户可能先前已输入或者选择了完整布局并且生成了电池构造。在另一示例中，用户106可能先前已输入或者选择了包括了要包括在电池的结构中的电池单元的规格(例如，数量、类型、位置等)的部分布局但是未指定要包括在结构中的其它电组件(例如，保险丝)，并且电池构造可能已由电池设计工具104生成了。同样地，在另一示例中，用户106可能先前已输入或者选择了包括了要包括在电池的结构中的电组件(例如，保险丝)的规格(例如，数量、类型、位置等)的部分布局但是未指定电池单元，并且电池构造可能已由电池设计工具104生成了。在任一个示例中，电池设计工具104能够存储包括由电池设计工具104确定的电池构造的完整或部分布局。用户106经由用户界面108能够选择由电池设计工具106先前评估的所存储的完整布局或所存储的部分布局，以便于例如通过输入电池单元、电组件或其组合的规格来进行完成或修订。这可以使得用户能够为可用组件部分地生成优化的电池构造并且一旦附加组件可用、新组件被制造、电池的要求改变等就完成部分设计布局。同样地，这可以使得用户能够生成完整优化的电池构造并且在以后的时间(例如，当新组件被制造、电池的要求改变等时)修订或者修改设计布局。
在各方面中，用户106能够输入针对电池的要求，并且电池设计工具104能够为电池自动地生成设计布局，无论是部分的还是完整的。
图4A和图4B例示了电池的设计布局的示例。例如，如图4A所例示，电池的设计布局400能够包括六(6)个模块：模块1 402、模块2 404、模块3 406、模块4 408、模块5 410和模块6 412。六个模块能够例如串联连接以为电池产生期望的电压和电流。虽然被例示为串联连接，但是六个模块能够按照任何配置(例如，串联、并联或其组合)连接。
在这个示例中，一个或更多个组件能够在特定位置414处被布置在模块内并且必须占据各个位置。各个模块能够包括按照行和列布置的许多位置414。例如，如图4B所例示，模块1 402能够包括按照行416和列418布置的72个位置414。在这个示例中，位置能够容纳一个或更多个组件，例如，电池单元、保险丝或其组合。在各方面中，位置414能够按照任何布置(例如，串联、并联或其组合)连接。在各方面中，模块1 402、模块2 404、模块3 406、模块4 408、模块5 410和模块6 412能够具有相同的布置和位置。同样地，在各方面中，模块1402、模块2 404、模块3 406、模块4 408、模块5 410和模块6 412能够具有不同的布置和位置。
模块内的位置414能够被描述为行/列配对。在这个示例中，各行能够被描述为虚拟单元。例如，一行中的位置可以连接以形成一虚拟单元。在列位置处的各个位置能够被称为单元。在这个示例中，各个单元能够包括电池单元或电池单元和保险丝。如将在下面所讨论的，能够使用以下标注来描述设计布局。
n 电池单元 1…N
f 保险丝 1…F
i 模块 1…I
j 虚拟单元(行) 1…J
k 单元(在虚拟单元中) 1…K
在这个示例中，如以上所讨论的，设计布局400可以是完整的或部分的。例如，电池单元的规格(位置、类型、数量等)以及保险丝的规格(位置、类型、数量等)可以被包括在设计布局400中。在另一示例中，电池单元的规格(位置、类型、数量等)可以被包括在设计布局400中，但是可能不包括保险丝的规格(位置、类型、数量等)。在另一示例中，保险丝的规格(位置、类型、数量等)可以被包括在设计布局400中，但是可能不包括电池单元的规格(位置、类型、数量等)。
在210中，性能目标的权重以及最优性间隙(optimality gap)或时限被确定。能够在电池设计工具104中预设权重。同样地，用户106能够经由用户界面108输入权重。能够在电池设计工具104中预设最优性间隙或时限。同样地，用户106能够经由用户界面108输入最优性间隙或时限。
例如，性能目标的权重能够表示各个性能目标在电池设计布局中的重要性。性能目标能够包括描述电池设计布局的期望的性能的准则。性能目标能够包括例如使跨越所有虚拟单元的容量差最小化、使各个虚拟单元内的阻抗差最小化以及使跨越所有模块的阻抗差最小化。
同样地，例如，最优性间隙能够表示针对电池设计布局的解决方案(电池构造)的判断标准。例如，最优性间隙能够例如在真实最优的百分比内提供电池设计工具104将用来计算解决方案(电池构造)的余量。图3C例示了用于输入目标权重和最优性间隙的用户界面306的示例。时限可以是电池设计工具104将在提供电池构造之前运行的时间的量。
在212中，电池设计工具104为电池的电池设计布局生成电池构造。该电池构造能够表示要在电池设计布局的各个位置处使用的一个或多个特定组件的标识。电池设计工具104能够被配置为利用整数优化来生成电池构造。电池设计工具104能够生成由要求解的一个或更多个方程所定义的问题定义。该问题定义能够包括判定变量、约束方程和目标函数。电池设计工具104能够被配置为将该问题定义应用于在最优性间隙内找到电池构造的整数优化算法或解算器。
例如，在电池中，模块中的单位单元的容量能够通过方程(1)来定义并且虚拟单元的容量能够通过方程(2)来定义：
单位单元容量＝单元容量 (1)
虚拟单元容量＝Σ单位单元容量 (2)。
模块中的单位单元的阻抗能够通过方程(3)来定义，虚拟单元的阻抗能够通过方程(4)来定义，模块的阻抗能够通过方程(5)来定义。
单位阻抗＝单元阻抗+保险丝阻抗 (3)
模块阻抗＝Σ虚拟单元阻抗 (5)
为了优化组件在电池设计布局内的布置，电池设计工具104能够定义判定变量xnijk，由下式给出：
如果保险丝被包括，则电池设计工具104能够定义判定变量xfijk，由下式给出，
组件的操作参数能够通过以下标注来表示：
Cn 单元n的容量
Zn 单元n的阻抗
Zf 保险丝f的阻抗
约束
为了确定电池构造，电池设计工具104能够确定一组约束。约束能够被定义为使得各个组件仅能够被布置在最多一个位置中并且各个位置需要被单元占据。约束能够通过以下方程给出：
约束方程(8)和(9)能够确保确切一个电池单元能够被布置在一个位置ijk中并且各个特定电池单元能够被仅使用至多一次。约束方程(10)和(11)确保确切一个保险丝被布置在一个位置ijk中并且各个保险丝能够被仅使用至多一次。电池设计工具104能够确定电池设计布局包括保险丝的约束方程(10)和(11)。
为了确定电池构造，电池设计工具104能够确定不同的目标函数。目标函数能够表示要在经受约束的电池构造方面优化的各种参数。在一个示例中，电池设计工具104能够确定目标函数：使跨越所有虚拟单元的容量差最小化，使各个虚拟单元内的阻抗差最小化，并且使跨越所有模块的阻抗差最小化。
使跨越所有虚拟单元的容量差最小化
在示例中，电池设计工具104可以确定要使容量差最小化并且要增加电池的总容量。电池设计工具104能够确定表示最小虚拟单元容量的判定变量Yvc。为了使跨越所有虚拟单元的容量差最小化，电池设计工具104能够确定方程(12)：
Maximize Yvc
使各个虚拟单元内的阻抗差最小化
电池设计工具104能够确定要在各个虚拟单元内维持适当的阻抗值。在本文所描述的示例中，各个虚拟单元能够包括9个单元，并且电池设计工具104能够确定要在其之间维持近似类似的阻抗值。电池设计工具104能够为各个虚拟单元确定两个判定变量：
mZij 虚拟单元ij的最小单元阻抗
MZij 虚拟单元ij的最大单元阻抗
电池设计工具104能够确定以下方程以使阻抗差最小化：
能够根据是否包括保险丝来使用方程(6)或方程(7)。
使跨越所有模块的阻抗差最小化
电池设计工具104能够确定用于使跨越所有模块的阻抗差最小化的方程。除了用于计算模块阻抗的方程是非线性的之外，这可能与容量类似。电池设计工具104能够确定表示最小模块阻抗的判定变量Ymod：
Maximize Ymod
在示例中，电池设计工具104可能期望不使用非线性函数，并且电池设计工具104能够将线性求和确定为近似值：
Maximize Ymod
基于针对各个约束的三个目标函数以及针对各个约束的权重，电池设计工具104能够确定由以下方程给出的总目标函数：
Maximize Wvc*Yvc+Wmod*Ymod-Wzrange*∑ij(MZij-mZij)(17)，其中公式化包括：
电池单元分配方程(8)，
电池单元分配方程(9)，
保险丝分配方程(10)，
保险丝分配方程(11)，
使跨越虚拟单元的容量差最小化方程(12)，
使虚拟单元内的阻抗差最小化方程(14)，以及
使跨越模块的阻抗差最小化方程(16)。
利用组件的清单和操作参数，电池设计工具104能够使用总目标函数和公式化来执行整数优化器或解算器以确定电池构造。整数优化器或解算器能够应用组件的不同组合来优化总目标函数。电池设计工具104能够执行整数优化器或解算器直到达到最优性间隙或者找到最优解决方案为止。类似地，用户可以定义用于解算器运行的时限，并且电池设计工具104将运行优化器或解算器直到达到该时限为止。
基于整数优化的结果，电池设计工具104能够针对在电池的设计布局中指定的位置在清单中选择特定组件以形成电池构造。电池构造能够通过使潜在组件的标识(例如，序列号)与电池设计布局中的位置关联来表示组件(例如，电池单元和保险丝)的潜在组合。在一些方面中，电池设计工具104能够为电池构造选择组件的一个潜在组合。在一些方面中，电池设计工具104能够为电池构造选择组件的多个组合。
在214中，电池设计工具104为电池的设计布局输出电池构造。例如，在各方面中，电池构造能够包括可以被潜在地用于电池的电池设计布局的位置的组件的标识。在一些方面中，电池设计工具104能够输出组件的标识(例如，序列号)的列表以及电池设计布局中的位置的指示。在一些方面中，电池设计工具104能够输出包括设计布局上记录的组件的标识(例如，序列号)的设计布局。电池设计工具104还能够存储电池构造和设计布局。
在216中，电池设计工具104能够确定设计布局是否将被修改或者完成。例如，用户106可能期望修改设计布局并且确定新的电池构造。如果是这样的话，则过程可以返回到208。同样地，例如，设计布局可以是部分设计布局并且用户106可能期望完成该设计布局。如果是这样的话，则过程可以返回到208。另外，电池设计工具104还能够存储电池构造和设计布局以用于后面的评估和完成。
在过程200中，电池设计工具104能够针对组件的不同清单和不同的电池设计布局执行优化。在218中，电池设计工具104能够针对电池的不同设计布局执行匹配过程。在218中，设计工具能够确定是否测试电池的新设计布局。如果新设计布局将被测试，则过程200能够返回到204。在218中，电池设计工具104还能够确定是否测试要测试的组件的新清单。如果新清单将被测试，则过程200能够返回到204并且对组件的新清单重复该过程。如果新清单将不被测试，则过程能够结束。
上述描述是例示性的，并且配置和实施方式中的变化能够被本领域技术人员想到。例如，关于本文所公开的示例而描述的各种例示性逻辑、逻辑块、模块和电路能够利用被设计来执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任何组件来实现。通用处理器可以是微处理器，但是在另选方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还能够作为计算装置的组合(例如，DSP和微处理器、多个微处理器、结合DSP核的一个或多个微处理器或任何其它这种配置的组合)被实现。
在一个或更多个示例性实施方式中，所描述的功能能够用硬件、软件、固件或其任何组合加以实现。对于软件实施方式，本文所描述的技术能够利用执行本文所描述的功能的模块(例如，过程、函数、子程序、程序、例行程序、子例行程序、模块、软件包、类等)来实现。模块能够通过传递和/或接收信息、数据、变元、参数或存储器内容连接到另一模块或硬件电路。信息、变元、参数、数据等能够使用包括内存共享、消息传递、令牌传递、网络传输等的任何适合的手段来传递、转发或者发送。软件代码能够被存储在存储器单元中并且由处理器执行。存储器单元能够被实现在处理器内或在处理器外部，在此情况下它能够经由如本领域中已知的各种手段通信地连接到处理器。
例如，图5例示了计算机系统102的硬件配置的示例。虽然图5例示了包含在计算机装置500中的各种组件，但是图5例示了计算机装置的一个示例并且能够添加附加组件以及能够去除现有组件。
计算机装置500可以是任何类型的计算机装置。如图5所例示，计算装置500能够包括变化核心配置和时钟频率的一个或更多个处理器502。计算机装置500还能够包括在计算机装置500的操作期间用作主存储器的一个或更多个存储器装置504。例如，在操作期间，支持电池设计工具104的软件的拷贝能够被存储在一个或更多个存储器装置504中。计算机装置500还能够包括一个或更多个外围接口506，诸如键盘、鼠标、触摸板、计算机屏幕、触摸屏等，以用于使得能实现人类与计算机装置500的交互以及对计算机装置500的操纵。
计算机装置500还能够包括用于经由一个或更多个网络(例如，网络120)进行通信的一个或更多个网络接口508，诸如以太网适配器、无线收发器或串联网络组件，以用于使用协议来通过有线或无线介质进行通信。计算机装置500还能够包括变化物理尺寸和存储容量的一个或更多个存储装置510，诸如闪存驱动器、硬盘驱动器、随机存取存储器等，以用于存储数据，诸如图像、文件以及供由一个或更多个处理器502执行的程序指令。
附加地，计算机装置500能够包括使得能实现以上所描述的电池设计工具104的功能性的一个或更多个软件程序512。一个或更多个软件程序512能够包括使一个或更多个处理器502执行本文所描述的过程的指令。一个或更多个软件程序512的拷贝能够被存储在一个或更多个存储器装置504中和/或在一个或更多个存储装置510上。同样地，被一个或更多个软件程序512利用的数据能够被存储在一个或更多个存储器装置504中和/或在一个或更多个存储装置510上。
计算机装置500能够包括各种数据暂存器和其它存储器以及如以上所讨论的存储介质。这些能够驻留在各种位置中，诸如在计算机中的一个或更多个本地(和/或驻留在其中)或者跨越网络远离计算机中的任一个或全部的存储介质上。在一些实施方式中，信息能够驻留在为本领域技术人员所熟悉的存储区域网(SAN)中。类似地，可以酌情在本地和/或远程地存储用于执行归因于计算机、服务器或其它网络装置的功能的任何必要的文件。
在实施方式中，如以上所描述的计算机装置500的组件未必被包封在单个附件内或者甚至彼此极为接近地布置。本领域技术人员应了解，上述组件仅是示例，因为计算机装置500能够包括任何类型的硬件组件，包括任何必要的随附固件或软件，以用于执行所公开的实施方式。计算机装置500还能够由电子电路组件或处理器(诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))部分地或整体地实现。
如果用软件加以实现，则功能能够作为一个或更多个指令或代码被存储在计算机可读介质上或者通过计算机可读介质发送。计算机可读介质包括有形的非暂时性计算机存储介质以及包括方便将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何介质的通信介质两者。存储介质可以是能够被计算机访问的任何可用有形的非暂时性介质。作为示例而不限制，这些有形的非暂时性计算机可读介质能够包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪速存储器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、紧致盘只读存储器(CD-ROM)或其它光盘存储部、磁盘存储部或其它磁存储装置，或能够被用来以指令或数据结构的形式承载或者存储期望的程序代码并且能够被计算机访问的任何其它介质。如本文所使用的磁盘和盘包括CD、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软磁盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性上再现数据，然而盘利用激光光学上再现数据。另外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线路(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源发送软件，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术被包括在介质的定义中。上述的组合还应该被包括在计算机可读介质的范围内。
在以上所描述的方面中，电池设计工具104能够被利用来确定要在任何类型的应用中使用的电池的设计布局。图6例示了电池设计工具104的应用的一个示例。如图6所例示，飞机600能够包括电池602。在各方面中，电池设计工具104能够被利用来确定电池602的设计布局。
此外，本公开包括根据以下条款的示例：
条款1.一种方法(200)，该方法包括以下步骤：确定(204)要包括在电池(126)中的组件(110、112)的清单(116)的操作参数，其中所述组件(110、112)包括存储组件(110)和电组件(112)；生成(210)描述在所述电池(126)的电池设计布局(122)中的位置的组件(110、112)的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成；使用整数优化对所述方程组进行分析(212)，其中，所述整数优化至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局(122)确定至少一个解决方案(124)，并且其中，所述至少一个解决方案(124)针对所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置包括所述组件(110、112)的集合；以及经由界面(108)将所述至少一个解决方案(124)提供给用户(106)。
条款2.根据条款1所述的方法(200)，其中，所述电池(126)的所述电池设计布局(122)包括要包括在所述电池(126)中的所述组件(110、112)的部分集合。
条款3.根据条款1所述的方法(200)，其中，生成(210)所述方程组的步骤包括：为所述用户(106)接收所述解决方案的最优性间隙或优化的时限中的至少一个，其中，所述整数优化在所述最优性间隙内优化所述一个或更多个目标函数或者优化所述一个或更多个目标函数直到已达到所述时限为止。
条款4.根据条款1所述的方法(200)，其中，所述一个或更多个目标函数包括使所述电池(126)中的虚拟单元(418)的容量差最小化、使包括所述虚拟单元(418)的模块(402、404、406、408、410、412)的阻抗差最小化以及使所述虚拟单元(418)中的阻抗差最小化。
条款5.根据条款1所述的方法，其中，所述规则和约束包括以下的约束：所述组件(110、112)中的单独的组件仅被用在所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置(414)中的一个位置处并且各个位置被用一个或更多个单独的组件(110、112)的确切一个组合填充。
条款6.根据条款1所述的方法(200)，其中，所述操作参数包括所述组件(110、112)的容量、所述组件(110、112)的阻抗、所述组件(110、112)的电压以及所述组件(110、112)的电流。
条款7.根据条款1所述的方法(200)，其中，所述存储组件(110)包括锂离子“Li-ion”单元、镍镉“NiCad”单元以及镍金属氢化物“NiMh”单元中的一个或更多个，并且其中，所述电组件(112)包括保险丝、传输晶体管、二极管、热敏传感器和指示器中的一个或更多个。
条款8.一种系统(102、500)，所述系统包括：一个或更多个存储器装置(504)，该一个或更多个存储器装置(504)存储指令(104)；以及一个或更多个处理器(502)，该一个或更多个处理器(502)连接到所述一个或更多个存储器装置(504)并且被配置为执行所述指令(104)以执行包括以下步骤的方法(200)：确定(204)要包括在电池(126)中的组件(110、112)的清单(116)的操作参数，其中所述组件(110、112)包括存储组件(110)和电组件(112)；生成(210)描述在所述电池(126)的电池设计布局(122)中的位置的组件(110、112)的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成；使用整数优化对所述方程组进行分析(212)，其中，所述整数优化至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局(122)确定至少一个解决方案(124)，并且其中，所述至少一个解决方案(124)针对所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置包括所述组件(110、112)的集合；以及经由界面(108)将所述至少一个解决方案(124)提供给用户(106)。
条款9.根据条款8所述的系统，其中，所述电池(126)的所述电池设计布局(122)包括要包括在所述电池(126)中的所述组件(110、112)的部分集合。
条款10.根据条款8所述的系统，其中，生成(210)所述方程组的步骤包括：为所述用户(106)接收所述解决方案的最优性间隙或优化的时限中的至少一个，其中，所述整数优化在所述最优性间隙内优化所述一个或更多个目标函数或者优化所述一个或更多个目标函数直到已达到所述时限为止。
条款11.根据条款8所述的系统，其中，所述一个或更多个目标函数包括使所述电池(126)中的虚拟单元(418)的容量差最小化、使包括所述虚拟单元(418)的模块(402、404、406、408、410、412)的阻抗差最小化以及使所述虚拟单元(418)中的阻抗差最小化。
条款12.根据条款8所述的系统，其中，所述规则和约束包括以下的约束：所述组件(110、112)中的单独的组件仅被用在所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置(414)中的一个位置处并且各个位置被用一个或更多个单独的组件(110、112)的确切一个组合填充。
条款13.根据条款8所述的系统，其中，所述操作参数包括所述组件(110、112)的容量、所述组件(110、112)的阻抗、所述组件(110、112)的电压以及所述组件(110、112)的电流。
条款14.根据条款8所述的系统，其中，所述存储组件(110)包括锂离子“Li-ion”单元、镍镉“NiCad”单元以及镍金属氢化物“NiMh”单元中的一个或更多个，并且其中，所述电组件(112)包括保险丝、传输晶体管、二极管、热敏传感器和指示器中的一个或更多个。
条款15.一种存储用于使一个或更多个处理器(502)执行方法(200)的指令(104)的非暂时性计算机可读介质(510)，所述方法包括以下步骤：确定(204)要包括在电池(126)中的组件(110、112)的清单(116)的操作参数，其中所述组件(110、112)包括存储组件(110)和电组件(112)；生成(210)描述在所述电池(126)的电池设计布局(122)中的位置的组件(110、112)的适合组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成；使用整数优化对所述方程组进行分析(212)，其中，所述整数优化至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局(122)确定至少一个解决方案(124)，并且其中，所述至少一个解决方案(124)针对所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置包括所述组件(110、112)的集合；以及经由界面(108)将所述至少一个解决方案(124)提供给用户(106)。
条款16.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质(510)，其中，所述电池(126)的所述电池设计布局(122)包括要包括在所述电池(126)中的所述组件(110、112)的部分集合。
条款17.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质(510)，其中，生成(210)所述方程组的步骤包括：为所述用户(106)接收所述解决方案的最优性间隙或优化的时限中的至少一个，其中，所述整数优化在所述最优性间隙内优化所述一个或更多个目标函数或者优化所述一个或更多个目标函数直到已达到所述时限为止。
条款18.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质(510)，其中，所述一个或更多个目标函数包括使所述电池(126)中的虚拟单元(418)的容量差最小化、使包括所述虚拟单元(418)的模块(402、404、406、408、410、412)的阻抗差最小化以及使所述虚拟单元(418)中的阻抗差最小化。
条款19.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质(510)，其中，所述规则和约束包括以下的约束：所述组件(110、112)中的单独的组件仅被用在所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置(414)中的一个位置处并且各个位置被用一个或更多个单独的组件(110、112)的确切一个组合填充。
条款20.根据条款15所述的非暂时性计算机可读介质(510)，其中，所述操作参数包括所述组件(110、112)的容量、所述组件(110、112)的阻抗、所述组件(110、112)的电压以及所述组件(110、112)的电流。
虽然已经参照教导的实施方式的示例描述了教导，但是本领域技术人员将能够在不脱离真实精神和范围的情况下对所描述的实施方式做出各种修改。本文所使用的术语和描述仅通过例示来阐述而不意在作为限制。具体地，尽管已经通过示例描述了过程，然而能够按照与例示不同的顺序或者同时执行过程的阶段。此外，就术语“包括”、“具有”、“带”或其变体被用在详细描述中而言，这些术语旨在以与术语“包含”类似的方式为包括的。如本文所使用的，相对于诸如例如A和B的术语的列举的术语“...中的一个或更多个”和“...中的至少一个”意指仅A、仅B或A和B。此外，除非另外规定，否则术语“集合”应该被解释为“一个或更多个”。另外，术语“连接”旨在意指间接连接或直接连接。因此，如果第一装置连接到第二装置，则该连接能够通过直接连接，或者通过经由其它装置、组件和连接的间接连接。

Claims (14)

1.一种在电池设计中用于优化组件布置的方法(200)，所述方法包括以下步骤：
确定(204)要包括在电池(126)中的组件(110、112)的清单(116)的操作参数，其中，所述操作参数描述所述组件(110、112)的操作性能，并且其中，所述组件(110、112)包括存储组件(110)和电组件(112)；
生成(210)描述在所述电池(126)的电池设计布局(122)中的位置的组件(110、112)的组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成；
使用整数优化对所述方程组进行分析(212)，
其中，所述整数优化至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局(122)确定至少一个解决方案(124)，其中，所述一个或更多个目标函数定义要在所述至少一个解决方案(124)中优化的所述操作参数，并且其中，所述至少一个解决方案(124)针对所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置包括所述组件(110、112)的集合；以及
经由界面(108)将所述至少一个解决方案(124)提供给用户(106)。
2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述电池(126)的所述电池设计布局(122)包括要包括在所述电池(126)中的所述组件(110、112)的部分集合。
3.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，生成(210)所述方程组的步骤包括：
为所述用户(106)接收所述解决方案的最优性间隙或优化的时限中的至少一个，其中，所述整数优化在所述最优性间隙内优化所述一个或更多个目标函数或者优化所述一个或更多个目标函数直到已达到所述时限为止。
4.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述一个或更多个目标函数包括使所述电池(126)中的虚拟单元(418)的容量差最小化、使包括所述虚拟单元(418)的模块(402、404、406、408、410、412)的阻抗差最小化以及使所述虚拟单元(418)中的阻抗差最小化。
5.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述规则和约束包括以下的约束：所述组件(110、112)中的单独的组件仅被用在所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置(414)中的一个位置处并且各个位置被用一个或更多个单独的组件(110、112)的确切一个组合填充。
6.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述操作参数包括所述组件(110、112)的容量、所述组件(110、112)的阻抗、所述组件(110、112)的电压以及所述组件(110、112)的电流。
7.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述存储组件(110)包括锂离子“Li-ion”单元、镍镉“NiCad”单元以及镍金属氢化物“NiMh”单元中的一个或更多个，并且其中，所述电组件(112)包括保险丝、传输晶体管、二极管、热敏传感器和指示器中的一个或更多个。
8.一种在电池设计中用于优化组件布置的系统(102、500)，所述系统包括：
一个或更多个存储器装置(504)，所述一个或更多个存储器装置(504)存储指令(104)；以及
一个或更多个处理器(502)，所述一个或更多个处理器(502)连接到所述一个或更多个存储器装置(504)并且被配置为执行所述指令(104)以执行包括以下步骤的方法(200)：
确定(204)要包括在电池(126)中的组件(110、112)的清单(116)的操作参数，其中，所述操作参数描述所述组件(110、112)的操作性能，并且其中，所述组件(110、112)包括存储组件(110)和电组件(112)；
生成(210)描述在所述电池(126)的电池设计布局(122)中的位置的组件(110、112)的组合的方程组，该方程组至少部分地基于规则和约束而生成；
使用整数优化对所述方程组进行分析(212)，
其中，所述整数优化至少部分地基于所述操作参数优化所述方程组中的一个或更多个目标函数以为所述电池设计布局(122)确定至少一个解决方案(124)，其中，所述一个或更多个目标函数定义要在所述至少一个解决方案(124)中优化的所述操作参数，并且
其中，所述至少一个解决方案(124)针对所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置包括所述组件(110、112)的集合；以及
经由界面(108)将所述至少一个解决方案(124)提供给用户(106)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电池(126)的所述电池设计布局(122)包括要包括在所述电池(126)中的所述组件(110、112)的部分集合。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，生成(210)所述方程组的步骤包括：
为所述用户(106)接收所述解决方案的最优性间隙或优化的时限中的至少一个，其中，所述整数优化在所述最优性间隙内优化所述一个或更多个目标函数或者优化所述一个或更多个目标函数直到已达到所述时限为止。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述一个或更多个目标函数包括使所述电池(126)中的虚拟单元(418)的容量差最小化、使包括所述虚拟单元(418)的模块(402、404、406、408、410、412)的阻抗差最小化以及使所述虚拟单元(418)中的阻抗差最小化。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述规则和约束包括以下的约束：所述组件(110、112)中的单独的组件仅被用在所述电池(126)的所述电池设计布局(122)中的所述位置(414)中的一个位置处并且各个位置被用一个或更多个单独的组件(110、112)的确切一个组合填充。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述操作参数包括所述组件(110、112)的容量、所述组件(110、112)的阻抗、所述组件(110、112)的电压以及所述组件(110、112)的电流。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述存储组件(110)包括锂离子“Li-ion”单元、镍镉“NiCad”单元以及镍金属氢化物“NiMh”单元中的一个或更多个，并且其中，所述电组件(112)包括保险丝、传输晶体管、二极管、热敏传感器和指示器中的一个或更多个。
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