CN108349390A - 集成式串控制单元系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本披露的一个实施例描述了一种电池系统，所述电池系统包括：具有串联连接的第一和第二电池模块的电池串；以及电池控制系统，所述电池控制系统包括：被电耦合到所述第一电池模块的电池单元控制单元，其中，所述第一电池单元控制单元确定与所述第一电池模块的操作有关的第一模块级操作参数；被电耦合到所述第二电池模块的集成式串控制单元，其中，所述集成式串控制单元确定与该所述二电池模块的操作有关的第二模块级操作参数、至少部分地基于所述第一模块级操作参数和所述第二模块级操作参数来确定与所述电池串的操作有关的串级操作参数、并且至少部分地基于所述串级操作参数来控制所述电池串的操作。

Description

集成式串控制单元系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月4日提交的题为“FLEXIBLE SCALABLE BATTERYMANAGEMENT SYSTEM(灵活的可扩展电池管理系统)”的美国临时申请序列号62/250,989的优先权和权益，所述美国临时申请出于所有目的通过援引以其全部内容并入本文。
背景技术
本披露总体上涉及电池系统，并且更具体地涉及电池系统中使用的电池控制系统。
本章节旨在向读者介绍可能涉及本披露各个方面的各领域方面，所述各领域方面将在以下进行描述。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息以促进对于本披露各个方面的更好理解。因此，应当理解的是，这些陈述将从这个角度被解读，而不是作为对现有技术的承认。
电气系统通常包括用于捕获(例如，储存)所产生的电能和/或用于供应电力的电池系统。实际上，电池系统可以被包括在用于各种应用和/或具有不同配置的电气系统中。例如，固定式电力系统可以包括接收由发电机输出的电力并且将电力储存为电能的电池系统。以这种方式，电池系统可以使用所储存的电能向电负载供应电力。
另外，机动车辆中的电气系统可以包括例如供应电力以提供和/或补充机动车辆的原动力(例如，动力)的电池系统。为了本披露的目的，这种机动车辆被称为xEV、并且可以包括以下类型的机动车辆中的任何一种、任何变体、和/或任何组合。例如，电动车辆(EV)可以使用电池供电的电力推进系统(例如，一个或多个电机)作为车辆原动力的主要来源。这样，电动车辆中的电池系统可以被实施为向电池供电的电力推进系统供应电力。另外，混合动力电动车辆(HEV)可以利用电池供电的电力推进系统和内燃发动机推进系统的组合来产生车辆原动力。这样，电池系统可以被实施为通过向电池供电的电力推进系统供应电力来促进直接提供车辆原动力的至少一部分。
此外，微混合动力电动车辆(mHEV)可以使用内燃发动机推进系统作为车辆原动力的主要来源，但可以利用电池系统来实施“启停”技术。具体地，mHEV可以在怠速时停用内燃发动机并且当希望推进时用曲柄启动(例如，重启)内燃发动机。为了促进实施这样的技术，电池系统可以在内燃发动机停用时继续供应电力，并且供应电力以用曲柄启动内燃发动机。以这种方式，电池系统可以间接地补充提供车辆原动力。
在任何情况下，电池系统可以包括控制(例如，监测和/或管理)电池系统的操作的电池控制系统。例如，电池控制系统可以确定电池系统的操作参数(例如，电压和/或电流)、并且至少部分地基于所述操作参数来命令电池系统调整操作。因此，电池控制系统的实施方式可以至少部分地基于电池系统的实施方式(例如，配置和/或组织)而变化。然而，在一些情况下，电池系统的实施方式可以至少部分地基于利用所述电池系统的电气系统的目标应用和/或配置而变化。
发明内容
以下概述了与本披露范围相称的某些实施例。这些实施例并非旨在限制本披露的范围，而是仅提供所披露的某些实施例的简要概述。实际上，本披露可以涵盖可与以下阐述的实施例相似或不同的各种形式。
本披露总体上涉及电池系统，例如，用于电气系统中以捕获(例如，储存)电能和/或使用所储存的电能供应电力。在一些实施例中，电池系统可以包括用于控制所述电池系统的操作的电池控制系统。为了促进控制操作，电池控制系统可以执行各种功能，如确定与电池系统的操作相关的操作参数和/或确定命令电池系统执行控制动作的控制命令。
在一些实施例中，待由电池控制系统执行的功能可以取决于电池系统的实施方式(例如，分层组织)。然而，在一些情况下，在不同电气系统和/或不同目标应用中使用的电池系统的实施方式可能不同。这样，由不同的电池控制系统执行的功能以及因此其实施方式可以改变。
为了促进提高实施灵活性，本披露提供了用于确定混合式电池控制系统架构的技术，可以利用所述技术来实施具有减少的实施相关成本的多种不同的电池控制系统。在一些实施例中，混合式电池控制系统可以包括可用于实施电池控制系统的基本(例如，标准)构建块。例如，混合式电池控制系统架构可以指定电池单元控制单元、串控制单元和系统控制单元、以及由其各自提供的功能和在其各自中用于提供相应功能的基础结构。
因此，在一些实施例中，设计系统可以至少部分地基于目标控制级(例如，粒度)和/或目标功能来确定所述混合式电池控制系统架构，所述目标控制级和/或目标功能将由电池控制系统提供，所述电池控制系统旨在通过使用所述混合式电池控制系统架构中提供的构建块而是可兼容的(例如，可实施的)。为了促进确定所述目标控制级和/或目标功能，在一些实施例中，所述设计系统可以分析与电池控制系统相对应的电池系统。以这种方式，所述设计系统可以确定所述电池系统的实施方式(例如，分层组织)。
例如，当电池系统包括具有多个电池单元的电池模块时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括电池单元控制级和/或模块控制级。另外，所述设计系统可以确定所述目标功能包括诸如确定电池模块的电压等模块级功能、和/或诸如确定一个或多个电池单元的电压等电池单元级功能。此外，当电池系统包括具有串联连接的多个电池模块的电池串时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括串控制级，并且所述目标功能包括诸如确定电池串的操作参数(例如，电压或电流)和/或协调电池模块的操作等串级功能。另外，当电池系统包括多个电池串时，所述设计系统可以确定所述目标控制级包括系统控制级，并且所述目标功能包括诸如协调电池串的操作等系统级功能。
在一些情况下，电池控制系统可以通过使用多个不同电池控制系统架构中的任何一个而是可实施的。然而，这些不同的电池控制系统架构中的每一个可能对实施灵活性和/或实施相关成本产生不同的影响。因此，在一些实施例中，所述设计可以从多个候选项中选择出所述混合式电池控制系统架构，例如，通过使用为每个候选项提供指示预期实施灵活性和/或预期实施相关成本的度量的目标函数。
在一些实施例中，为了确定实施灵活性，所述设计系统可以确定候选电池控制系统架构能够实施的不同电池控制系统的数量和/或所述不同电池控制系统的目标功能的数量。另外，为了促进确定实施相关成本，所述设计系统可以确定在候选电池控制系统架构中使用的基础结构。在一些实施例中，通过减少用于实施电池控制系统的微处理器数量、隔离屏障数量、和/或通信基础结构可以减少实施相关成本。
为了促进提高实施灵活性和/或减少实施相关成本，在一些实施例中，由所述设计系统确定的混合式电池控制系统架构可以至少部分地基于电压域和/或控制级层次结构来将功能分组到所述构建块中。另外，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以例如在电池单元控制单元中分配较不计算密集型功能，以促进提高实施灵活性。另一方面，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以将较为计算密集型处理功能集中到例如串控制单元中，以促进减少微处理器的数量并且因此减少实施相关成本。此外，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以例如在串控制单元中将在不同电压域(例如，范围)中操作的部件之间的通信集中化，以促进减少隔离屏障的数量并且因此减少实施相关成本。
另外，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以包括集成了电池单元控制单元和串控制单元的功能的集成式串控制单元。换言之，代替单独的串控制单元和电池单元控制单元，可以用集成式串控制单元来实施所述电池系统。以这种方式，使用集成式串控制单元来实施电池控制系统，这可以促进减少通信基础结构并且因此减少实施相关成本。
另外，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以使串控制单元(例如，集成式串控制单元)能够经由串行通信网络通信地耦合，例如通过使用诸如ripcord总线等一个或多个串行通信总线。在一些实施例中，所述串行通信网络可以将菊花链中的串控制单元例如与主串控制单元和一个或多个从属控制单元通信地耦合。利用串行通信网络，所述串控制单元可以传递促进自配置和/或故障指示的串行通信信号。
例如，主串控制单元可以生成具有指示它是主串控制单元的主频率(例如，100Hz)的串行通信信号。另外，主串控制单元可以生成具有指示已经检测到故障的故障频率的串行通信信号。主串控制单元然后可以经由串行通信总线将串行通信信号传递至从属串控制单元。
因此，至少部分地基于所述串行通信信号的频率，从属串控制单元可以判定在电池系统中是否已经检测到故障。当已经检测到故障时，从属串控制单元可以输出具有指示已经检测到故障的故障频率的串行通信信号。另一方面，当未检测到故障时，从属串控制单元可以至少部分地基于所接收的频率来确定其在串行通信网络中的顺序。例如，当所接收到的频率等于主频率时，串控制单元可以确定它是串行通信网络中的第一从属串控制单元。
另外，从属串控制单元可以确定指示其在串行通信网络中的顺序的顺序频率。在一些实施例中，所述顺序频率可以是是所接收到的频率的分率。例如，由串行通信网络中的第一从属串控制单元确定的顺序频率(例如50Hz)可以是所接收到的频率的一半、并且因此是主频率(例如100Hz)的一半。所述第一从属串控制单元然后可以将具有所述顺序频率的串行通信信号传递至串行通信网络中的下一个从属串控制单元。以这种方式，所述下一个从属串控制单元可以确定其在串行通信网络中的顺序是第二从属串控制单元。
为了促进检测故障，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以提供电池单元控制单元故障检测能力。然而，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以在电池单元控制单元中包括有限的处理能力，以促进减少实施相关成本。例如，代替微处理器，电池单元控制单元可以包括第一模数(ADC)转换器、第二模数转换器、以及逻辑电路系统，所述逻辑电路系统基于逻辑电路系统中形成的电路连接来执行逻辑运算和/或算术运算。
因此，为了提高电池系统的可靠性，电池单元控制单元可以被实施为即使在有限的处理能力下也提供故障检测。例如，在一些实施例中，第一模数转换器可以从电压传感器接收传感器数据(例如，模拟表示)并且生成指示在电池模块中的第一电池单元组两端测量到的电压的第一电池单元组电压(例如，数字表示)。另外，第二模数转换器可以从电压传感器接收传感器数据并且生成指示在电池模块中的第二电池单元组两端测量到的电压的第二电池单元组电压。此外，第二模数转换器可以从电压传感器接收传感器数据并且生成指示在电池模块两端测量到的电压的所测量电池单元组电压(例如，数字表示)。
至少部分地基于所述第一电池单元组电压和第二电池单元组电压，逻辑电路系统可以例如通过将第一电池单元组电压与第二电池单元组电压相加来确定计算出的电池模块电压。另外，为了判定是否预期存在故障，逻辑电路系统可以将计算出的电池模块电压与测量到的电池模块电压进行比较。例如，在一些实施例中，当计算出的电池模块电压与测量到的电池模块电压之间的电压差值大于差值阈值时，逻辑电路系统可以确定预期存在故障。以这种方式，可以确定改进实施灵活性和/或减少实施相关成本的混合式电池控制系统架构并且将其用于实施各种电池控制系统。
附图说明
当参照附图阅读下面的详细说明时，本披露的这些和其他特征、方面、以及优点将变得更好理解，在所有附图中相似的附图标记表示相似的部分，在附图中：
图1是根据本披露的实施例的包括电池系统的电气系统的框图；
图2是根据本披露的实施例的具有权利要求1的电气系统电池系统的机动车辆的透视图；
图3是根据本披露的实施例的图2的机动车辆的示意图；
图4是根据本披露的实施例的图1的包括电池控制系统的电池系统的框图；
图5是根据本披露的实施例的用于确定图4的电池控制系统的目标架构的设计系统的框图；
图6是根据本披露的实施例的用于操作图6的设计系统的过程的流程图；
图7是根据本披露的实施例的用于确定图4的电池控制系统的目标功能的过程的流程图；
图8是根据本披露的实施例的用于确定图4的电池控制系统中的用于实施目标功能的基础结构的过程的流程图；
图9是根据本披露的实施例的图4的电池系统的框图，其中，电池控制系统是基于示例性架构使用电池单元控制单元、串控制单元、以及系统控制单元实施的；
图10是根据本披露的实施例的图9的系统控制单元的框图；
图11是根据本披露的实施例的图9的串控制单元的框图；
图12是根据本披露的实施例的图9的电池单元控制单元的框图；
图13是根据本披露的实施例的图4的电池系统的框图，其中，电池控制系统是基于另一示例性架构使用电池单元控制单元、集成式串控制单元、以及系统控制单元实施的；
图14是根据本披露的实施例的图13的集成式串控制单元的框图；
图15是根据本披露的实施例的用于实施图14的集成式串控制单元的过程的流程图；
图16是根据本披露的实施例的经由串行通信总线菊花链通信地耦合的主串控制单元和从属串控制单元的框图；
图17是根据本披露的实施例的用于在图16的串行通信总线菊花链中传递串行通信信号的过程的流程图；
图18是根据本披露的实施例的用于至少部分地基于串行通信信号来操作从属串控制单元的过程的流程图；
图19是根据本披露的实施例的由图16的串行通信总线菊花链中的串控制单元输出的示例性串行通信信号的绘图；
图20是根据本披露的实施例的电池系统中的一个电池模块和一个电池单元控制单元的框图；并且
图21是根据实施例的用于操作图20的电池单元控制单元以检测故障的过程的流程图。
具体实施方式
将在下面描述本披露内容的一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简洁描述，并没有在说明书中描述实际实施方式的全部特征。应当理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，必须作出大量实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标(诸如符合系统相关的和商业相关的约束)，所述目标从一个实施方式到另一个实施方式可能有所变化。此外，应当理解的是，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。
通常，电池系统可以被实施成捕获(例如，储存)由一个或多个发电机产生的电能和/或使用所储存的电能向一个或多个电负载供应电力。利用这些益处，电气系统中通常包括一个或多个电池系统。实际上，电池系统可以用于具有变化配置的电气系统中，以实施各种各样的目标应用，例如其范围从固定式电力系统到车辆电气系统。
为了促进实施不同的目标应用，可以调整电气系统的配置并且因此调整电气系统中使用的电池系统的配置。例如，在一个目标应用中，电气系统可以包括被设计成使用高电压域中的电力(例如，48V、600V、或720V)进行操作的第一电负载(例如，部件)、以及使用低电压域中的电力(例如，3V、5V或12V)进行操作的第二电负载。这样，电池系统可以被实施成向高电压域中的第一电负载供应电力。
在一些实施例中，为了促进提供高电压域，电池系统可以用串联连接成一个或多个电池串的多个电池模块(例如，电池组)来实施。另外，为了促进提供足够的电力来操作第一电负载，在一些实施例中，电池系统可以用并联连接的多个电池模块和/或多个电池串来实施。此外，电池系统和/或外部电源可以被实施成向低电压域中的第二电负载供应电力。
为了控制操作(例如，电能的储存和/或电力的供应)，电池系统可以包括电池控制系统。具体地，电池控制系统可以通过执行各种功能来控制电池系统的操作，所述功能诸如：确定与电池系统的操作相关的操作参数(例如，电压、电流和/或温度)、在电池控制系统内传递操作参数、将操作参数传递至外部通信网络、和/或确定命令电池系统执行控制动作的控制命令。例如，电池控制系统可以确定电池模块、一个或多个电池模块，一个或多个电池串、和/或作为整体的电池系统中的一个或多个电池单元的操作参数。另外，电池控制系统可以将操作参数传递至协调电气系统中的子系统的操作的监督控制系统。此外，当检测到故障时，电池控制系统可以传递命令继电器(例如断路器)断开的控制命令。
在一些情况下，由电池控制系统提供的功能可以取决于相应电池系统的实施方式(例如，分层组织)。然而，如上所述，当用于不同的电气系统和/或不同的目标应用中时，电池系统的实施方式可以改变。换言之，用于不同电池系统的电池控制系统可以在实施方式方面改变，如在所提供的功能和/或控制级(例如粒度)方面改变。
在一些实施例中，电池控制系统可以使用电池控制系统架构来实施。例如，纯集中式电池控制系统架构可以被设计用于特定的电池控制系统，并且因此限制实施灵活性(例如，兼容电池系统变体的数量)。在另一极端，纯分布式电池控制系统架构可以增加冗余基础结构的量以提高实施灵活性，但导致增加实施相关成本。
因此，本披露提供了用于确定例如提高了实施灵活性和/或减少了实施相关成本的混合式电池控制系统架构的技术。在一些实施例中，混合式电池控制系统可以包括可用于实施电池控制系统的基本(例如，标准)构建块。例如，混合式电池控制系统架构可以为电池单元控制单元提供特定的基础结构，以提供特定的电池单元级功能和/或模块级功能。另外，混合式电池控制系统架构可以为串控制单元提供特定的基础结构，以提供特定的串级功能。此外，混合式电池控制系统架构可以为系统控制单元提供特定的基础结构，以提供特定的系统级功能。
在一些实施例中，设计系统可以至少部分地基于目标控制级(例如，粒度)和/或目标功能来确定所述混合式电池控制系统架构，所述目标控制级和/或目标功能将由电池控制系统提供，所述电池控制系统旨在通过使用所述混合式电池控制系统架构中提供的构建块而是可实施的。另外，在一些实施例中，设计系统可以至少部分地基于预期用于实施目标功能的基础结构(例如，处理、电力、和/或通信基础结构)来确定混合式电池控制系统架构。
为了促进确定混合式电池控制系统架构，在一些实施例中，设计系统可以使用目标函数来分析多个候选项。在一些实施例中，所述目标函数可以提供与指示预期实施灵活性和/或预期实施相关成本的候选项相关联的度量。例如，在一些实施例中，所述目标函数可以以减少处理器的数量、减少隔离屏障的数量、和/或减少通信基础结构为目标。以这种方式，设计系统可以从所述多个候选项中选择出混合式电池控制系统架构。
在一些实施例中，混合式电池控制系统架构可以至少部分地基于电压域和/或控制级分层结构来将功能分组到各构建块中。例如，混合式电池控制系统架构可以在电池单元控制单元中将与电池模块和/或电池模块中的电池单元相关的测量功能进行分组。另外，在一些实施例中，混合式电池控制系统架构可以将外部(例如来自电池控制系统的)通信功能集中到系统控制单元中，从而减少用于实施外部通信功能的通信基础结构。
此外，在一些实施例中，混合式电池控制系统架构可以将较为计算密集型处理功能集中到一个构建块中。例如，混合式电池控制系统架构可以将较为计算密集型处理功能集中到串控制单元中，由此减少用于实施处理功能的处理基础结构。另一方面，混合式电池控制系统架构可以在多个不同构建块之间分配较不计算密集型功能。例如，混合式电池控制系统架构可以在电池单元控制单元、串控制单元和系统控制单元之间分配较不计算密集型处理功能，从而通过提供多个不同的控制级(例如粒度)来提高实施灵活性。
另外，在一些实施例中，混合式电池控制系统架构可以将在不同电压域中操作的部件之间的通信功能集中(例如，在电池控制系统内)到一个构建块中。例如，混合式电池控制系统架构可以将在不同电压域中操作的电气部件之间的通信集中到串控制单元中。以这种方式，可以在没有隔离屏障的情况下实施其他构建块，由此减少用于实施通信功能的电力基础结构。
如上所述，电池串可以包括串联连接的一个或多个电池模块。换言之，电池串一般包括至少一个电池模块。因此，在一些实施例中，所述混合式电池控制系统架构可以包括集成了电池单元控制单元和串控制单元的功能的集成式串控制单元。换言之，代替单独的串控制单元和电池单元控制单元，所述电池系统可以包括单一集成式串控制单元。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以促进减少通信基础结构-特别是在较不复杂的电池系统(例如，单一电池模块电池串)中。实际上，在一些实施例中，使用集成式串控制单元可以避免使用系统控制单元，例如在具有单一电池模块和/或单一电池串的电池系统中。
在一些实施例中，串控制单元(例如，集成式串控制单元)可以通过诸如控制器局域网(CAN)等并行(例如，主)通信网络而通信地耦合。为了提高电池控制系统的可靠性，串控制单元还可以经由串行(例如，备份)通信网络经由诸如ripcord总线等一个或多个串行通信总线来通信地耦合。在一些实施例中，所述串行通信网络可以将菊花链中的串控制单元例如与主(例如，第一)串控制单元和一个或多个从属(例如，第二)控制单元通信地耦合。
另外，在一些实施例中，串行通信网络可以使串控制单元能够传递用于促进自配置和/或故障指示的串行通信信号。在一些实施例中，串控制单元可以生成具有指示其在串行通信网络中的顺序和/或在电池系统中是否检测到故障的频率的串行通信信号。例如，当没有检测到故障时，第一串控制单元可以生成具有指示它是主串控制单元的主频率的串行通信信号。另一方面，当已经检测到故障时，第一串控制单元可以生成具有指示在电池系统中已经检测到故障的故障频率的串行通信信号。
通过将串行通信信号输出到串行通信总线，串控制单元可以使串行通信网络中的后续串控制单元能够确定已经检测到故障。例如，当第二串控制单元从第一串控制单元接收到具有故障频率的串行通信信号时，第二串控制单元可以确认已经检测到故障并且在故障已被确认之后输出具有故障频率的串行通信信号，以指示在电池系统中已经检测到故障。
另外，通过将串行通信信号输出到串行通信总线，串控制单元可以使从属串控制单元能够确定其在串行通信网络中的顺序。例如，当第二串控制单元从第一串控制单元接收到具有主频率的串行通信信号时，第二串控制单元可以确定第一串控制单元是主串控制单元，并且因此它是串行通信网络中的第一从属串控制单元。
从属串控制单元还可以确定指示其在串行通信网络中的顺序的顺序频率。在一些实施例中，所述顺序频率可以是是所接收到的频率的分率。例如，由第二串控制单元确定的顺序频率可以是所接收到的频率的一半、并且因此是主频率的一半。因此，通过将具有其顺序频率的串行通信信号传递至串行通信网络中的第三串控制单元，所述串控制单元可以使第三串控制单元能够确定其是串行通信网络中的第二从属串控制单元。
如上所述，串控制单元可以判定在串控制单元、通信地耦合到所述电池单元控制单元的电池单元控制单元、和/或电耦合到电池单元控制单元的电池模块中是否预期发生故障。另外，如上所述，混合式电池控制系统架构可以将计算密集型功能集中到串控制单元中。因此，在一些实施例中，串控制单元可以包括处理器(例如，处理器单元和/或处理电路系统)，所述处理器可以使串控制单元能够执行较复杂的数据分析操作以检测故障。
另一方面，在一些实施例中，混合式电池控制系统架构可以提供具有有限处理能力的电池单元控制单元，以促进减少实施相关成本。然而，这可能会限制电池单元控制单元能够执行的数据分析操作的复杂性。例如，代替处理器，电池单元控制器可以包括第一模数(ADC)转换器、第二模数转换器、以及逻辑电路系统，所述第一模数转换器确定电池模块中的第一电池单元组的操作参数(例如，电压)的指示，所述第二模数转换器确定电池模块中的第二电池单元组的操作参数的指示操作表示以及作为整体的电池模块的指示操作表示。
在一些实施例中，逻辑电路系统可以基于在逻辑电路系统中形成的电路连接来执行逻辑运算和/或算术运算。例如，逻辑电路系统可以包括算术电路系统，例如一个或多个逻辑门。另外，逻辑电路系统可以包括比较电路系统，例如一个或多个运算放大器。因此，在一些实施例中，与处理器相比，逻辑电路系统的处理能力可能更受限制。
尽管如此，混合式电池控制系统架构可以使电池单元控制单元能够实施为具有故障检测能力。例如，第一模数转换器可以确定第一电池单元组电压的指示(例如，数字表示)。另外，第二模数转换器可以确定第二电池单元组电压的指示以及电池模块电压的第一指示。至少部分地基于所述第一电池单元组电压和第二电池单元组电压，逻辑电路系统可以确定电池模块电压的第二指示。另外，逻辑电路系统可以将电池模块电压的第一指示与电池模块电压的第二指示进行比较，以判定电池单元控制单元中是否预期存在故障。例如，逻辑电路系统可以在这两者差值大于阈值(例如，电压或百分比)时确定预期存在故障。以这种方式，可以确定改进实施灵活性和/或减少实施相关成本的混合式电池控制系统架构并且将其用于实施各种电池控制系统。
为了帮助说明，图1中示出了包括电池系统12的电气系统10。除了电池系统12之外，电气系统10还包括电源14、电负载16、以及监督控制系统18。在一些实施例中，监督控制系统18可以控制电气系统10的操作。例如，监督控制系统18可以确定电气系统10中的子系统(例如，电池系统12、电源14、和/或电负载16)的操作参数和/或协调所述子系统的操作。
为了促进控制操作，监督控制系统18可以包括监督处理器20和监督存储器22。在一些实施例中，监督存储器22可以包括有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可读介质存储了可由监督处理器20执行的指令。因此，在这样的实施例中，监督存储器22可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。另外，监督处理器20可以包括一个或多个通用处理单元和/或处理电路系统。例如，监督处理器20可以包括一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)。
如上所述，电池系统12可以将所接收到的电力储存为电能并且使用所储存的电能来供应电力。因此，如所描绘的，电池系统12电连接到电源14，这可以使电源14能够向电池系统12供应电力。在一些实施例中，电源14可以包括输出电力的一个或多个机器、部件、和/或设备。例如，电源14可以是电网、发电机、交流发电机、能量储存系统(例如，另一电池系统)等。
另外，如所描绘的，电池系统12电连接到电负载16，这可以使电池系统12能够向电负载16供应电力。在一些实施例中，电负载16可以包括使用电力来执行操作和/或将电力捕获为电能的一个或多个机器、部件、和/或设备。例如，电负载16可以包括计算机、发动机控制单元、显示器、灯泡、电动机、能量储存系统(例如，另一电池系统)、暖通空调(HVAC)系统等。
在所描绘的实施例中，电池系统12包括一个或多个电池模块24以及电池控制系统26。在一些实施例中，电池控制系统26可以控制电池系统12的操作。例如，电池控制系统26可以确定电池模块24的操作参数、协调多个电池模块24的操作、传递命令电池系统12执行控制动作的控制命令、和/或与监督控制系统18进行通信。
为了促进控制操作，电池控制系统26可以包括处理器28和存储器30。在一些实施例中，存储器30可以包括存储数据的有形非暂态计算机可读介质，所述数据诸如：可由处理器28执行的指令、由处理器28确定的结果(例如，操作参数)、和/或待由处理器28分析/处理的信息(例如，操作参数)。因此，在这样的实施例中，存储器30可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。另外，处理器28可以包括一个或多个通用处理单元、处理电路系统、和/或逻辑电路系统。例如，处理器28可以包括一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)。
另外，为了促进储存电能和供应电力，电池系统12可以包括一个或多个电池模块24。在一些实施例中，电池系统12的储存容量可以至少部分地基于电池模块24的数量。另外，在一些实施例中，电池系统12与电气系统10的操作兼容性可以至少部分地基于电池模块24的配置，例如串联和/或并联以在目标电压域中进行操作。相应地，在一些实施例中，电池模块24以及因此电池系统12的实施方式(例如，数量和/或配置)可以至少部分地基于电气系统10的配置和/或目标应用而变化。
然而，如上所述，电气系统10可以用于广泛的应用中。这样，不同电池系统12的实施方式可以彼此不同。例如，在一些实施例中，电气系统10可以被包括在固定式电力系统、工业系统、制造系统、自动化系统等中，例如工厂或车间。另外，在一些实施例中，电气系统10可以被包括在诸如计算机等计算系统或诸如机动车辆等机动系统(例如飞机、船、卡车或汽车)中。
为了提供可能应用的示例，图2中示出了利用第一电池系统12A的机动车辆32。关于机动车辆32的讨论仅仅旨在帮助说明本披露的技术而不是限制技术的范围。在一些实施例中，机动车辆32可以是xEV，其利用电池系统12来提供和/或补充例如用于使机动车辆32加速和/或减速的车辆原动力。在其他实施例中，机动车辆32可以是产生车辆原动力的传统机动车辆32，例如使用内燃发动机进行加速和/或摩擦制动器进行减速。
图3中示出了机动车辆32中的第一电池系统12A和电气系统10的更详细视图。如上所述，电池系统12包括电池控制系统26以及一个或多个电池模块24。另外，如上所述，除了电池系统12之外，电气系统10还可以包括电源14、电负载16、以及监督控制系统18。例如，在所描绘的机动车辆32中，电负载16可以包括车辆控制台38和暖通空调(HVAC)系统37。在一些实施例中，另外或可替代地，电负载16可以包括以电机模式运行的机械能量源40(例如电动机)。
另外，在所描绘的机动车辆32中，电源14包括交流发电机42，所述交流发电机可以将由机械能量源40(例如，内燃发动机和/或旋转轮)产生的机械能转换为电能。在一些实施例中，另外或可替代地，电源14可以包括以发电机模式运行的机械能量源40(例如电动机)。
如所描绘的，机动车辆32还包括车辆控制系统43。在一些实施例中，车辆控制系统43可以总体上控制包括电气系统10的机动车辆32的操作。因此，在所描绘的机动车辆32中，监督控制系统18可以被包括在车辆控制系统43中。然而，车辆控制系统43可以另外控制除电气系统10以外的其他部件的操作，例如内燃发动机推进系统。
如上所述，不同电池系统12中的电池模块24的数量和/或配置可以至少部分地基于目标应用而变化。例如，在所描绘的机动车辆32中，电池系统12包括两个电池模块24，即第一电池模块24A和第二电池模块24B。在一些实施例中，第一电池模块24A可以包括与第一电池模块24A的端子串联和/或并联连接的一个或多个电池单元36。类似地，在一些实施例中，第二电池模块24B可以包括与第二电池模块24B的端子串联和/或并联连接的一个或多个电池单元36。
在一些实施例中，电池系统12可以包括多个电池模块24，以促进与多个电压域的操作兼容性。例如，在所描绘的实施例中，第一电池模块24A可以使用第一(例如，高或48伏)电压域中的电力进行操作(例如，接收和/或供应)。另一方面，第二电池模块24B可以使用第二(例如，低或12伏)电压域中的电力进行操作。
另外或可替代地，在一些实施例中，电池系统12可以包括多个电池模块24，以提高实施灵活性和/或实施容易性。例如，当第一电池模块24A和第二电池模块24B串联连接时，可以代替地使用单一电池模块24。然而，这样的电池模块24可能大、重、和/或在其端子处产生较高的电压，从而限制了移动电池模块24的容易性。另外，这样的电池模块24可能限制例如在另一电池系统12中的实施灵活性，其中，第一电池模块24A和第二电池模块24B代替地并联连接。
相比之下，图4示出了在诸如固定式电力系统等不同应用中使用的第二电池系统12B。如所描绘的，除了第一电池模块24A和第二电池模块24B之外，第二电池系统12B还包括多个电池模块24。具体地，所描绘的电池系统12包括多个电池链44，每个电池链包括并联连接在正极总线47与负极总线49之间的串联连接的多个电池模块24。例如，第一电池链44A包括串联连接的N个电池模块24。在一些实施例中，每个电池模块24可以旨在是在电气上相同的，并且因此每个电池链44可以包括相同数量个电池模块24。
至少部分由于电池模块24的数量不同，在第一电池系统12A中使用的电池控制系统26和在第二电池系统12B中使用的电池控制系统26可以不同。例如，代替仅仅协调第一电池模块24A和第二电池模块24B的操作，第二电池系统12B中的电池控制系统26可以协调多个电池链44的操作。换言之，不同的电池控制系统26可以执行不同的控制功能-特别是当用于不同的应用时。
为了帮助解释不同的控制功能，电池控制系统26可以至少部分地基于电池控制系统架构来实施。一般地，多个不同的电池控制系统架构可以能够实施电池控制系统26。然而，所述多个不同的电池控制系统架构可能对实施灵活性和/或实施相关成本具有不同的影响。
例如，可以使用专门为电池控制系统26设计的纯集中式电池控制系统架构来实施电池系统12。由于是专门为电池系统12设计的，纯集中式电池控制系统架构可以减少冗余基础结构的量，从而减少实施相关成本。然而，纯集中式电池控制系统架构一般对于电池控制系统26而言是唯一的，由此限制了实施灵活性(例如，兼容电池系统变体的数量)。
在另一极端，可以使用纯分布式电池控制系统架构来实施电池控制系统26，所述电池控制系统架构为可在电池系统12中实施的每个潜在控制功能提供基本构建块。以这种方式，纯分布式电池控制系统架构中的构建块可以用于实施各种各样的电池控制系统26，从而提高实施灵活性。然而，纯分布式电池控制系统架构可能导致增加的冗余基础结构量。例如，由于每个构建块可以与另一构建块进行通信，因此增加的构建块数量可能增加用于实施电池控制系统26的通信基础结构(例如，通信接口和/或总线)，从而增加实施相关成本。
利用这两个极端的优点，在一些实施例中，可以使用混合式电池控制系统架构来实施具有提高的实施灵活性和/或减少的实施相关成本的电池控制系统26。具体地，混合式电池控制系统架构可以提供各自提供不同控制级(例如，抽象或粒度)的基本构建块。例如，基本构建块可以包括提供电池模块级和/或电池单元级控制功能的电池单元控制单元46。另外，基本构建块可以包括提供电池系统级控制功能的系统控制单元48。
此外，基本构建块可以包括提供电池串级控制功能的串控制单元50。如本文所使用的，电池串旨在描述串联连接的一个或多个电池模块24。因此，电池链44可以包括一个或多个电池串52。在一些实施例中，电池链44可以被分成多个电池串52，以促进维持控制粒度而不显著增加控制复杂度。例如，在所描绘的实施例中，电池链44被分成三串M个电池模块24，即第一电池串52A、第二电池串52B、和第三电池串52C。
此外，混合式电池控制系统架构可以提供用于每个构建块的基础结构。例如，混合式电池控制系统架构可以指定电池单元控制单元46、系统控制单元48、以及串控制单元50中的每一个中所包括的处理基础结构、电力基础结构、和/或通信基础结构。在一些实施例中，处理基础结构可以指示构建块中所使用的一个或多个处理器单元、处理电路系统、和/或逻辑电路系统。另外，通信基础结构可以指示构建块中所使用的一个或多个通信接口。
此外，电力基础结构可以指示在构建块和/或其目标操作电压域中使用的一个或多个隔离屏障56。如上所述，电池系统12可以在多个不同的电压域中进行操作。例如，在所描绘的实施例中，电池模块24可以在高电压域中进行操作。因此，电池模块24可以用作向被设计成使用高电压域中的电力进行操作的电气部件供应电力的高电压电源，所述高电压电源可以包括电池控制系统26的一部分。然而，电池控制系统26的另一部分可以被设计成使用低电压域中的电力进行操作，并且因此从低(例如，外部)电压电源54接收电力。
由于在不同电压域中进行操作的不同部分，电池控制系统26可以包括一个或多个隔离屏障56。具体地，隔离屏障56可以使在第一(例如，高)电压域中进行操作的电气部件与在第二(例如，低)电压域中进行操作的电气部件电隔离。另外，在一些实施例中，隔离屏障56可以将电池系统12与诸如车辆底盘或设备壳体等公共接地(例如系统接地)电隔离。
以这种方式，可以例如至少部分地基于待由电池控制系统26提供的目标功能和由每个构建块提供的功能来使用在混合式电池控制系统架构中指定的构建块来实施电池控制系统26。然而，在一些情况下，可以预期使多个不同的混合式电池控制系统架构能够实施电池控制系统26。此外，在一些情况下，所述多个不同的混合式电池控制系统架构可能各自对实施灵活性和/或实施相关成本具有不同的影响。
换言之，确定适当的混合式电池控制系统架构可能是复杂的过程。因此，在一些实施例中，可以使用设计系统来促进确定用于实施电池控制系统26的混合式电池控制系统架构，例如通过基于各种因素从多个候选项中选择出所述混合式电池控制系统架构。
用于混合式电池控制系统架构的设计系统
为了帮助说明，图5中示出了可用于确定混合式电池控制系统架构的设计系统58的一个实施例。在所描绘的实施例中，设计系统58被通信地耦合到一个或多个电池系统12、通信网络60、一个或多个输入设备62、以及一个或多个输出设备64。应当理解，所描绘的实施例仅仅旨在说明可通信地耦合到设计系统58的部件。例如，在其他实施例中，设计系统58可以通信地耦合到电池系统12、通信网络60、输入设备62、以及输出设备64的任何组合。
在任何情况下，通信网络60、输入设备62、和/或输出设备64可以促进到达设计系统58的通信和/或源于所述设计系统的通信。例如，通信网络60可以使设计系统58能够与其他电子设备进行通信。因此，在一些实施例中，通信网络60可以是诸如蓝牙网络等个域网(PAN)、诸如802.11x Wi-Fi网络等局域网(LAN)、诸如4G或LTE蜂窝网络等广域网(WAN)、控制器局域网(CAN)、和/或局部互联网络(LIN)。
另外，输入设备62可以例如通过接收用户输入来促进与设计系统58的用户交互。因此，在一些实施例中，输入设备62可以包括按钮、键盘、鼠标、触控板、和/或类似物。此外，输出设备62可以例如通过指示所确定的信息来促进与设计系统58的用户交互。因此，在一些实施例中，输出设备64可以包括电子显示器、扬声器、和/或类似物。
为了促进确定混合式电池控制系统架构，设计系统可以包括设计处理器68和设计存储器70。在一些实施例中，设计存储器70可以包括有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可读介质存储了可由设计处理器68执行的指令。因此，在这样的实施例中，设计存储器70可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。另外，设计处理器68可以包括一个或多个通用处理单元、处理电路系统、和/或逻辑电路系统。例如，设计处理器68可以包括一个或多个微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、和/或一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)。
如上所述，设计系统58可以通过基于诸如实施灵活性和/或实施相关成本等各种因素从多个候选项中进行选择来确定混合式电池控制系统架构。在一些实施例中，设计系统58可以至少部分地基于目标函数72来分析所述多个候选项。具体地，目标函数72可以指示将候选项实现各种因素的预期能力考虑在内的度量。因此，在一些实施例中，设计系统58可以将目标函数72存储在设计存储器70中、经由输入设备62接收目标函数、和/或经由通信网络60接收目标函数。另外，在一些实施例中，设计系统58可以经由输出设备64和/或通信网络60指示所确定的混合式电池控制系统，以促进使用混合式电池控制系统来实施电池控制系统26。
此外，在一些实施例中，设计系统58可以经由通信网络60和/或输入设备62接收所述候选项中的一个或多个候选项。另外或可替代地，设计系统58可以通过对混合式电池控制系统架构旨在与其可兼容的一个或多个电池系统12和/或电池控制系统26进行分析来确定所述候选项中的一个或多个候选项。例如，在一些实施例中，设计系统58可以至少部分地基于可以在电池控制系统26中实施的目标控制级、待由电池控制系统26提供的目标功能、和/或用于实施各自目标功能的基础结构来确定候选项。
为了帮助说明，图6中描述了用于确定混合式电池控制系统架构的过程74的一个实施例。总体上，过程74包括确定电池控制系统中的目标控制级(过程框76)、确定电池控制系统的目标功能(过程框78)、确定用于实施目标功能中的每一个的基础结构(过程框80)、以及在控制级之间划分目标功能(过程框82)。在一些实施例中，过程74可以通过使用诸如设计处理器68等处理器执行存储在诸如设计存储器70等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施。
相应地，在一些实施例中，设计系统58可以确定电池控制系统26中旨在使用混合式电池控制系统架构可实施的目标控制级(过程框76)并且确定在每个目标控制级处待提供的目标功能(过程框78)。在一些实施例中，设计系统58可以接收例如基于手动用户输入来自通信网络60和/或输入设备62的目标控制级和/或目标功能。另外或可替代地，为了促进确定目标控制级和/或目标功能，设计系统58可以对其中使用了电池控制系统26的电池系统12进行分析。通过分析电池系统12，设计系统58可以确定电池系统12的实施方式(例如，分层组织)。
例如，通过分析图4的第二电池系统12B，设计系统58可以确定第二电池系统12B中的电池单元36、电池模块24、电池串52、和/或电池链44的数量和/或目标操作参数。具体地，设计系统58可以确定第二电池系统12B是用电池模块24实施的，每个电池模块包括特定数量个(例如，四个或十六个)电池单元36。另外，设计系统58可以确定第二电池系统12B是用每个电池链44的特定数量个(例如三个)电池串52实施的。
至少部分地基于电池系统12的实施方式，设计系统58可以确定可在电池系统12的电池控制系统26中使用的控制级。例如，关于图4的第二电池系统12B，设计系统58可以确定电池控制系统26可以提供电池单元控制级、模块控制级、串控制级、和/或系统控制级。另外，至少部分地基于电池系统12的实施方式，设计系统58可以确定在每个控制级处待提供的目标功能。
为了帮助说明，图7中描述了用于确定不同控制级处的目标功能的过程84的一个实施例。总体上，过程84包括确定目标电池单元级功能(过程框86)、确定目标模块级功能(过程框88)、确定串级功能(过程框90)、以及确定系统级功能(过程框92)。在一些实施例中，过程84可以通过使用诸如设计处理器68等处理器执行存储在诸如设计存储器70等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施。
相应地，在一些实施例中，设计系统58可以确定目标电池单元级功能(过程框86)。具体地，设计系统58可以确定电池控制系统26可能希望采用以控制电池系统12中的电池单元36的操作的控制功能。在一些实施例中，电池控制系统26所采用的控制功能可以取决于电池系统12中的电池单元36的实施方式，例如电池系统12中的电池单元36的数量、每个电池模块24的电池单元36的数量、电池模块24中的电池单元36的电连接、电池单元36的目标操作电压、电池单元36的目标操作电流、电池单元36的额定功率、电池单元36的储存容量、和/或电池单元36的目标操作温度。
因此，至少部分地基于电池单元的实施方式，设计系统58可以确定目标电池单元级功能。在一些实施例中，设计系统58可以确定：目标电池单元级功能包括确定电池单元36的操作参数(例如，电压)，例如用于检测电池单元36中的故障。设计系统58还可以确定：目标电池单元级功能包括提供控制命令，例如用于当在电池单元36中检测到故障时断开电池单元36、用于控制对电池单元36的电力供应(例如充电)、和/或用于控制来自电池单元36的电力供应(例如，放电)。
另外，设计系统58可以确定目标模块级功能(过程框88)。具体地，设计系统58可以确定电池控制系统26可能希望采用以控制电池系统12中的电池模块24的操作的控制功能。在一些实施例中，电池控制系统26所采用的控制功能可以取决于电池系统12中的电池模块24的实施方式，例如电池系统12中的电池模块24的数量、每个电池串52的电池模块24的数量、每个电池链44的电池模块24的数量、电池模块24的目标操作电压、电池模块24的额定功率、电池模块24的储存容量、和/或电池模块24的目标操作温度。
因此，至少部分地基于电池模块的实施方式，设计系统58可以确定目标模块级功能。在一些实施例中，设计系统58可以确定：目标模块级功能包括确定电池模块24的操作参数(例如，电压)，例如用于检测电池模块24中的故障。另外，设计系统58可以确定：目标模块级功能包括协调电池模块24中的多个电池单元36的操作，例如使得所述多个电池单元36以大致相同的电压和/或大致相同的电流进行操作。此外，设计系统58可以确定：目标模块级功能包括提供控制命令，例如用于当在电池模块24中检测到故障时断开电池模块24、用于控制对电池模块24的电力供应(例如充电)、和/或用于控制来自电池模块24的电力供应(例如，放电)。
此外，设计系统58可以确定目标串级功能(过程框90)。具体地，设计系统58可以确定电池控制系统26可能希望采用以控制电池系统12中的电池串52的操作的控制功能。在一些实施例中，电池控制系统26所采用的控制功能可以取决于电池系统12中的电池串52的实施方式，例如电池系统12中的电池串52的数量、每个电池链44的电池串52的数量、电池串52的目标操作电压、和/或电池串52的目标操作电流。
因此，至少部分地基于电池串的实施方式，设计系统58可以确定目标串级功能。在一些实施例中，设计系统58可以确定：目标串级功能包括确定电池串52的操作参数(例如，电压)，例如用于检测电池串52中的故障。另外，设计系统58可以确定目标模块级功能包括协调电池串52中的电池模块24的操作，例如使得所述多个电池模块24以大致相同的电压和/或大致相同的电流进行操作。此外，设计系统58可以确定：目标串级功能包括提供控制命令，例如用于当在电池串52中检测到故障时断开电池串52、用于控制对电池串52的电力供应(例如充电)、和/或用于控制来自电池串52的电力供应(例如，放电)。
设计系统58还可以确定目标系统级功能(过程框92)。具体地，设计系统58可以确定电池控制系统26可能希望采用以控制电池系统12的操作的控制功能。在一些实施例中，电池控制系统26所采用的控制功能可以取决于电池系统12的实施方式，如电池系统12的目标操作电压和/或电池系统12的目标操作电流。
因此，至少部分地基于电池系统的实施方式，设计系统58可以确定目标系统级功能。在一些实施例中，设计系统58可以确定：目标系统级功能包括确定电池系统12的操作参数(例如，电压)，例如用于检测电池系统12中的故障。另外，设计系统58可以确定：目标系统级功能包括协调电池系统中的多个电池串52的操作，例如使得所述多个电池串52以大致相同的电压和/或大致相同的电流进行操作。此外，设计系统58可以确定：目标串级功能包括提供控制命令，例如用于当在电池系统12中检测到故障时断开电池系统12、用于控制对电池系统12的电力供应(例如充电)、和/或用于控制来自电池系统12的电力供应(例如，放电)。
以这种方式，设计系统58可以确定电池控制系统26的目标功能。如上所述，在一些实施例中，可以在多个不同的控制级处确定目标功能，例如以确定目标电池单元级功能、目标模块级功能、目标串级功能、和/或目标系统级功能。应当理解，可以针对任何数量的控制级来确定目标功能。例如，在一些实施例中，所述目标功能可以包括目标链级功能。此外，在一些实施例中，所述目标功能可以在单一控制级处确定，特别是在较不复杂的、例如具有较少数量个电池模块24的电池系统12中。
返回到图6的过程74，设计系统58可以确定预期用于电池系统12中以实施所述目标功能中的每一个的基础结构(过程框80)。在一些实施例中，为了促进实施目标功能，电池控制系统26可以传递数据、处理数据、和/或利用电力。因此，在一些实施例中，设计系统58可以确定预期用来实施所述目标功能的通信基础结构、处理基础结构、和/或电力基础结构。
为了帮助说明，图8中描述了用于确定预期用来实施目标功能的过程94的一个实施例。总体上，过程94包括确定用于实施目标功能的处理基础结构(过程框96)、确定用于实施目标功能的通信基础结构(过程框98)、以及确定用于实施目标功能的电力基础结构(过程框100)。在一些实施例中，过程94可以通过使用诸如设计处理器68等处理器执行存储在诸如设计存储器70等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施。
相应地，在一些实施例中，设计系统58可以确定预期用于实施目标功能的处理基础结构(过程框96)。在一些实施例中，电池控制系统26可以利用诸如模数转换器(ADC)、逻辑电路系统、处理器单元、和/或处理电路系统等不同类型的处理基础结构来处理和/或分析用于控制操作的数据。因此，在一些实施例中，设计系统58可以确定预期用于实施目标功能的处理基础结构的数量和/或类型。
另外，设计系统58可以确定预期用于实施所述目标功能的通信基础结构(过程框98)。在一些实施例中，电池控制系统26可以利用诸如串行通信接口、并行通信接口、串行通信总线和/或并行通信总线等不同类型的通信基础结构来在不同部件之间在外部和/或在内部传递数据。因此，在一些实施例中，设计系统58可以确定预期用于实施目标功能的通信基础结构的数量和/或类型。
此外，设计系统58可以确定预期用于实施目标功能的电力基础结构(过程框100)。在一些实施例中，电池控制系统26可以消耗电力以促进处理和/或传递数据。因此，在一些实施例中，设计系统58可以确定电池控制系统26中的部件的目标操作电压(例如，电压域)(过程框102)并且确定预期用于在目标操作电压下供应电力的电源(过程框106)。
如上所述，在一些实施例中，电池控制系统26的不同部分可以在不同的电压域中进行操作，并且因此可以在其间包括隔离屏障56。相应地，在一些实施例中，设计系统58可以判定电池控制系统26的用于实施目标功能的部分是否在不同的电压域中进行操作并且至少部分地基于电池控制系统26的预期用于实施目标功能的部分是否在不同的电压域中进行操作来判定隔离屏障56是否预期用于实施目标功能。
以这种方式，设计系统58可以确定预期用于实施一个或多个目标功能的电池控制系统26的基础结构。如上所述，在一些实施例中，可以使用处理基础结构、通信基础结构、和/或电力基础结构来实施目标功能。应当理解，在其他实施例中，另外或可替代地，其他类型的基础结构可以用于实施目标功能、并且因此由设计系统来确定。例如，在一些实施例中，用于实施目标功能的基础结构可以包括其他物理基础结构，如间距基础结构、封装基础结构、和/或开关(例如继电器、接触器、和/或断路器)基础结构。
返到图6的过程74，设计系统58可以通过向构建块分配目标功能和相关联的基础结构来确定混合式电池控制系统架构(过程框82)。具体地，设计系统58可以确定将哪个目标功能分配给构建块。如上所述，目标功能可以使用构建块中的基础结构来实施，从而影响实施相关成本，例如构建块的尺寸、构建块的封装(例如，在电池模块内)、部件数量、操作功耗、和/或部件成本。另外，提供目标功能可以增加能够实施的不同电池控制系统26的数量，从而影响实施灵活性。
因此，为了确定提供哪些目标功能，设计系统58可以评估提供每个目标功能预期具有的对实施灵活性和/或实施相关成本的影响。在一些实施例中，为了促进平衡所述预期影响，设计系统58可以利用目标函数72。例如，基于目标函数72，设计系统58可以排除预期在较少的电池控制系统26中使用的目标功能，因为实施相关成本的增加(特别是在不利用目标功能的电池控制系统26中)可能超过由提供目标功能而导致的提高的实施灵活性。另一方面，基于目标函数72，设计系统可以指定预期在较多电池控制系统26中使用的目标功能，因为提高的实施灵活性可能超过由提供目标功能而导致的实施相关成本的增加。
在一些情况下，多个目标功能可能至少部分地重叠。例如，用于确定流经电池串52的电流的功能还可以指示流经电池串52中的电池模块24的电流。另外，用于命令继电器断开电池串52的功能还可以断开电池串52中的电池模块。此外，用于确定电池模块24两端的电压的功能可以至少提供电池模块24中的电池单元36两端的电压的指示。
因此，在一些实施例中，设计系统58可以确定至少部分重叠的待分配目标功能。以这种方式，为了促进减少实施相关成本，设计系统58可以确定混合式电池控制系统架构，以使得一些目标功能连同相关联的基础结构一起被集中到较少(例如一个)构建块中。具体地，将一些目标功能集中化可以促进减少用于实施电池控制系统26的冗余基础结构的量，从而减少实施相关成本。
另外，设计系统58可以确定混合式电池控制系统架构，以使得一些目标功能连同相关联的基础结构一起被分布到多个构建块中。在一些情况下，由每个构建块提供的目标功能可能影响实施灵活性。例如，当串控制单元50和电池单元控制单元46都能够提供目标功能时，电池系统26可以使用串控制单元50、电池单元控制单元46、或串控制单元50和电池单元控制单元46两者来实施目标功能。因此，分布一些目标功能可以促进增加可兼容电池控制系统26(例如，具有变化的目标控制级)的数量，从而提高实施灵活性。
相应地，为了促进判定是将目标功能集中化还是分布，设计系统58可以确定集中目标和分布目标预期对实施灵活性和/或实施相关成本的影响。在一些实施例中，为了促进平衡所述预期影响，设计系统58可以利用目标函数72。例如，基于目标函数72，设计系统58将计算密集型功能集中到串控制单元50中，从而促进减少电池单元控制单元46中的处理基础结构、减少系统控制单元48中的处理基础结构、和/或减少电池控制系统26中实施的通信基础结构。另外，基于目标函数72，设计系统58可以将用于促进在不同电压域中进行操作的电气部件之间的通信的通信功能集中到串控制单元50中，从而促进减少电池单元控制单元46和/或系统控制单元48中的隔离屏障56的数量。
此外，基于目标函数72，设计系统58可以将用于促进与外部部件进行通信的通信功能集中到系统控制单元48中，从而促进减少电池单元控制单元46和/或串控制单元50中的通信基础结构的数量。此外，基于目标函数72，设计系统58可以将用于确定一些操作参数的功能集中化。例如，将电流确定功能集中到串控制单元50中可以省去通信基础结构，否则所述通信基础结构可能用于将电流从电池单元控制单元46传递至串控制单元50。
另一方面，基于目标函数72，设计系统58可以将计算上较不复杂的功能分布到不同的控制级，以促进改进控制粒度。例如，设计系统58可以将电压确定功能分布到电池单元控制单元46和串控制单元50，由此使电池控制系统26能够在多个不同控制级的任何组合下进行确定。以这种方式，设计系统58可以确定混合式电池控制系统架构，以使其能够实施具有不同控制级的电池控制系统26。例如，可以使混合式电池控制系统架构能够实施仅具有系统控制级的电池控制系统26以及具有模块控制级、串控制级和系统控制级的电池控制系统26。
此外，在一些实施例中，提供多个控制级可以促进改进电池控制系统26的操作。在一些实施例中，这可以促进改进诊断，例如通过使电池控制系统26能够更好地定位故障原因。例如，当在电池串52中检测到故障时，通过在模块控制级处确定操作参数，电池控制系统26可以将特定电池模块24标识为故障原因，从而使得能够替换特定电池模块24而不是整个电池串52。
以这种方式，利用上述技术，设计系统58可以确定提高电池控制系统26的实施灵活性和/或减少其实施相关成本的混合式电池控制系统架构。在一些实施例中，实施灵活性和实施相关成本可能呈负相关关系。因此，通过利用目标函数72，设计系统58可以找到对实施灵活性的预期影响与对实施相关成本的预期影响之间的目标平衡。实际上，在一些实施例中，设计系统58可以调整目标函数72以促进确定在实施相关成本与实施灵活性之间找到不同目标平衡的混合式电池控制系统架构。换言之，设计系统58可以能够确定产生实施灵活性与实施相关成本之间的不同平衡的多个不同的混合式电池控制系统架构。为了帮助说明，下面描述了一些示例性混合式电池控制系统架构。
示例性混合式电池控制系统架构
图9中示出了用于实施第二电池系统12B中的电池控制系统26的混合式电池控制系统架构的一个示例。如所描绘的，第二电池系统12B包括低电压电源54和电池模块24(例如，高电压电源)，每个电池模块包括电池单元36。另外，第二电池系统12B包括并联连接在正极总线47与负极总线49之间的电池链44，每个电池链包括串联连接并组织在电池串52中的电池模块24。
此外，使用由混合式电池控制系统架构提供的电池单元控制单元46、串控制单元50、以及系统控制单元48来实施电池控制系统26。如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示待由系统控制单元48提供的系统级功能。例如，系统级功能可以包括将电池控制系统26与诸如监督控制系统18等外部部件之间的通信集中化。另外，系统级功能可以包括协调电池系统12中的电池串52的操作和/或向串控制单元50供应电力。
因此，在一些实施例中，系统级功能控制单元48可以电耦合到低电压电源54，从而使系统控制单元48能够接收电力。另外，在一些实施例中，系统控制单元48可以电耦合到串控制单元50，从而使系统控制单元48能够向串控制单元50供应电力。此外，在一些实施例中，系统控制单元48可以通信地耦合到串控制单元50，从而使系统控制单元48能够将指令(例如，控制命令)传递至串控制单元50。为了使得能够提供系统级功能，如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示在系统控制单元48中使用的基础结构。
为了帮助说明，图10中示出了可以由混合式电池控制系统架构指定的系统控制单元48(例如，构建块)的一个实施例。如所描绘的，系统控制单元48包括并行通信接口110、串行通信接口112、处理单元114、存储器116、外部通信接口118、以及系统继电器通信接口120。应当理解，所描述的部件仅仅旨在是说明性的。换言之，在实际实施方式中，系统控制单元48可以包括附加部件和/或更少的部件。
关于所描绘的实施例，系统控制单元48中的处理基础结构包括处理单元114，所述处理单元执行存储在存储器116中的指令以提供系统级功能。因此，在一些实施例中，处理单元114可以包括一个或多个微处理器，并且存储器116可以包括存储可由处理单元114执行的指令的有形非暂态计算机可读介质。因此，在这样的实施例中，存储器116可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。
如上所述，系统控制单元48可以协调电池系统12的操作。为了促进协调操作，处理单元114可以处理和/或分析与电池系统12的操作有关的操作参数(过程框122)。另外，如上所述，系统控制单元48可以将源于电池控制系统26的外部通信集中化。为了促进提供外部通信，处理单元114可以生成外部通信数据和/或处理所接收到的外部通信数据(过程框124)。
因此，为了促进提供集中式外部通信功能，通信基础结构包括外部通信接口118。在一些实施例中，外部通信接口118可以通信地耦合到外部通信网络，从而使系统控制单元48能够经由外部通信网络传输/或接收与外部部件通信的数据。另外，为了促进提供电池系统协调功能，通信基础结构包括并行通信接口110和/或串行通信接口112。在一些实施例中，并行通信接口110可以通信地耦合到诸如控制器局域网(CAN)等并行通信网络，并且串行通信接口112可以通信地耦合到诸如ripcord网络等串行通信网络。以这种方式，并行通信接口110和/或串行通信接口112可以使系统控制单元48能够将指令传输到串控制单元50和/或从串控制单元接收操作参数。
另外，通信基础结构可以包括系统继电器通信接口120。在一些实施例中，系统继电器通信接口120可以通信地耦合到例如系统继电器，所述系统继电器闭合以将电池系统12连接到电负载16以及断开以将电池系统与电负载16断开。以这种方式，例如至少部分地基于对所接收到的电池系统操作参数的分析，系统继电器通信接口120可以使系统控制单元48能够连接或断开电池系统。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以提供系统控制单元48构建块以及用于提供各种系统级功能的相关基础结构。
返回到图9所示的第二电池系统12B，如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示待由每个串控制单元50提供的串级功能。例如，串级功能可以包括协调相应电池串52中的电池模块24的操作。另外，串级功能可以包括将从相应电池串52到系统控制单元48的通信集中化。此外，串级功能可以包括在串控制级处提供计算上较为复杂的功能。
因此，在一些实施例中，串控制单元50可以通信地耦合到相应电池串52中的电池模块24的每个电池单元控制单元46。例如，在所描绘的实施例中，第一串控制单元50A可以通信地耦合到与第一电池串52A中的电池模块24相对应的电池单元控制单元46，第二串控制单元50B可以通信地耦合到与第二电池串52B中的电池模块24相对应的电池单元控制单元46，并且第三串控制单元50L可以通信地耦合到与第三电池串52C中的电池模块24相对应的电池单元控制单元46。以这种方式，串控制单元50可以至少部分地基于从电池单元控制单元46接收到的电池单元级操作参数和/或模块级操作参数来确定串级操作参数。
另外，在一些实施例中，串控制单元50可以电耦合到电池单元控制单元46和/或电池模块24中的一个或多个，从而使串控制单元50能够接收高电压电力。以这种方式，串控制单元50可以确定附加串级操作参数，例如串电流和/或串电压。
此外，如上所述，串控制单元50可以接收来自系统控制单元48的低电压电力。为了促进降低电池控制系统26的操作对电池系统12的操作的影响，串控制单元50一般可以使用从系统控制单元48接收到的低电压电力例如通过升压到高电压电力来进行操作。然而，由于还从电池模块24接收高电压电力，所以例如当低电压电力的供应被中断时，串控制单元50可以切换到使用高电压电力。为了使得能够提供串级功能，如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示在每个串控制单元50中使用的基础结构。
为了帮助说明，图11中示出了可以由混合式电池控制系统架构指定的串控制单元50的一个实施例。如所描绘的，串控制单元50包括并行通信接口126、串行通信接口128、处理电路系统130、处理单元132、存储器134、存储器134、串继电器通信接口136、以及隔离屏障56。应当理解，所描述的部件仅仅旨在是说明性的。换言之，在实际实施方式中，串控制单元50可以包括附加部件和/或更少的部件。
关于所描绘的实施例，串控制单元50中的处理基础结构包括处理电路系统130和处理单元132。在一些实施例中，特别是因为可以将计算上较为复杂的功能集中到串控制单元50中，处理电路系统130和处理单元132可以提供至少部分重叠的串级功能，以提高串控制单元50的可靠性。除了仅使用两种不同类型的处理基础结构之外，可以至少部分地由于处理电路系统130和处理单元132的不同操作原理来提高操作可靠性。具体地，处理电路系统130可以基于在处理电路系统130中形成的可编程电路连接进行操作，并且因此可以包括一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)。
另一方面，处理单元132可以通过执行存储在存储器134中的指令进行操作。因此，在一些实施例中，处理单元132可以包括一个或多个微处理器，并且存储器134可以包括存储可由处理单元132执行的指令的有形非暂态计算机可读介质。因此，在这样的实施例中，存储器134可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。以这种方式，可以减少同时影响处理电路系统130和处理单元132两者的操作的干扰的可能性，从而提高了串控制单元50的操作可靠性。
如上所述，串控制单元50可以协调相应电池串52中的电池模块24的操作。为了促进协调操作，处理单元132和/或处理电路系统130可以处理和/或分析与操作电池串52中的电池模块24的操作有关的操作参数(过程框138)。
因此，为了促进提供电池模块24协调功能，通信基础结构包括并行通信接口126和/或串行通信接口128。在一些实施例中，并行通信接口126可以通信地耦合到诸如控制器局域网(CAN)等并行通信网络，并且串行通信接口128可以通信地耦合到诸如ripcord网络等串行通信网络。以这种方式，并行通信接口110和/或串行通信接口112可以使串控制单元50能够从电池单元控制单元50接收电池单元级和/或模块级操作参数和/或将指令传输到电池单元控制单元50。另外，并行通信接口110和/或串行通信接口112可以使串控制单元50能够从系统控制单元48接收指令(例如，控制命令)和/或将串级操作参数传递至系统控制单元48和/或另一串控制单元50。
此外，为了能够与在不同电压域中进行操作的部件进行通信，串行通信接口112可以包括通信地耦合到低电压串行通信网络的低电压串行通信接口、和/或通信地耦合到高电压串行通信网络的高电压串行通信接口。以这种方式，在一些实施例中，低电压串行通信接口可以经由低电压串行通信网络将串控制单元50通信地耦合到系统控制单元48和/或另一串控制单元50。另外，在一些实施例中，高电压串行通信接口可以经由高电压串行通信网络将串控制单元50通信地耦合到一个或多个电池单元控制单元48。以类似的方式，在一些实施例中，并行通信接口110可以包括通信地耦合到低电压并行通信网络的低电压并行通信接口、和/或通信地耦合到高电压并行通信网络的高电压并行通信接口。
此外，由于串控制单元50接收来自电池模块24的高电压电力和来自低电压电源54的低电压电力，所以电力基础结构包括隔离屏障56。如上所述，隔离屏障56可以促进使在高电压域中进行操作的电气部件与在低电压域中进行操作的电气部件电隔离。在一些实施例中，与诸如通信接口等其他部件相比，隔离屏障56的数量可能实质上影响实施相关成本。因此，混合式电池控制系统架构可以将每个电池串52基础上的隔离屏障56的实施方式集中化，从而促进减少实施相关成本。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以提供串控制单元50构建块以及用于提供各种串级功能的基础结构。
关于所描绘的实施例，串控制单元50的通信基础结构还包括串继电器通信接口136。在一些实施例中，串继电器通信接口136可以通信地耦合到串继电器，所述串继电器可以被控制成选择性地将电池串52电连接到电池系统12和/或电负载。例如，串继电器通信接口136可以使串控制单元50能够传递命令串继电器断开以将电池串52与电池系统12解除电连接的控制命令。另外，串通信接口136可以使串控制单元50能够传递命令串继电器闭合以将电池串52与电池系统12电连接的控制命令。
如上所述，在一些实施例中，多个电池串52可以串联连接，例如作为电池链44，其中，每个电池串52使用相应的串控制单元50。在这样的实施例中，操作串继电器可以选择性地连接或断开多个电池串52。因此，在这样的实施例中，串继电器可以通信地耦合到一个(例如，主)串控制单元50的串通信接口136，从而使所述一个串控制单元50能够将控制命令传递至串继电器。以这种方式，其他(例如，从属)串控制单元50的串通信接口136可以通信地耦合到其他电气部件，例如风扇。
返回到图9所示的第二电池系统12B，如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示待由每个电池单元控制单元46提供的电池单元级功能和/或模块级功能。另外，在一些实施例中，电池单元控制单元46可以物理地耦合到相应的电池模块24。例如，第一电池单元控制单元46A可以物理地耦合到第一电池模块24A。实际上，在一些实施例中，电池单元控制单元46可以被布置在相应的电池模块24的壳体之上或之内。另外，在一些实施例中，电池单元控制单元46可以电耦合到相应的电池模块24的端子，从而使电池单元控制单元46能够接收用于执行电池单元级功能和/或模块级功能的电力。
为了促进与电池模块24耦合和/或从电池模块接收电力，混合式电池控制系统架构可以为电池单元控制单元46分配计算上较不复杂的电池单元级功能和/或模块级功能。如上所述，在一些实施例中，电池单元级功能可以包括确定与电池单元36的操作相关的操作参数。例如，每个电池单元控制单元46可以确定其相应电池模块24的操作参数和电池模块24中的电池单元36的操作参数。在所描绘的实施例中，第一电池单元控制单元46A可以确定第一电池模块24A的电压、第一电池模块24A中的第一(例如，顶部)电池单元36组的电压、第一电池模块24A中的第二(例如，底部)电池单元36组的电压、和/或电池模块24的温度。
为了促进确定操作参数，电池单元控制单元46可以从一个或多个传感器108接收指示所述操作参数的传感器数据。因此，在一些实施例中，传感器108可以包括一个或多个电压传感器和/或一个或多个温度传感器。例如，在所描绘的实施例中，第一电池单元控制单元46A可以从第一传感器108A接收指示第一组电池单元36的电压的传感器数据，所述第一组电池单元包括第一电池单元36A和第二电池单元36B。另外，第一电池单元控制单元46A可以从第二传感器108B接收指示第一电池模块24A的电压的传感器数据并且从第二传感器108B接收指示第二组电池单元36的传感器数据，所述第二组电池单元包括第三电池单元36C和第四电池单元36D。
另外，如上所述，模块级功能可以包括将从相应电池模块24到串控制单元50的通信集中化。此外，电池单元级功能可以包括基于所确定的操作参数协调相应电池模块24中的电池单元36和/或电池单元组的操作。为了使得能够提供电池单元级功能，如上所述，混合式电池控制系统架构可以指示在每个电池单元控制单元46中使用的基础结构。
为了帮助说明，图12中示出了可以由混合式电池控制系统架构指定的电池单元控制单元46的一个实施例。如所描绘的，电池单元控制单元46包括第一传感器通信接口140、第二传感器通信接口142、第一模数转换器144、第二模数转换器146、逻辑电路系统148、以及串行通信接口150。应当理解，所描述的部件仅仅旨在是说明性的。换言之，在实际实施方式中，电池单元控制单元46可以包括附加部件和/或更少的部件。
关于所描绘的实施例，电池单元控制单元46中的处理基础结构包括第一模数转换器144、第二模数转换器146、以及逻辑电路系统148，以提供电池单元级功能和/或模块级功能。具体地，第一模数转换器144和/或第二模数转换器146可以将数据从模拟表示转换成数字表示，例如，以促进由逻辑电路系统148和/或串控制单元50进行进一步处理。
如上所述，电池单元控制单元46可以提供计算上较不复杂的功能，以促进减少实施相关成本、减小尺寸、和/或降低电池单元控制单元46的功耗预期对相应电池模块24的操作的影响。因此，在一些实施例中，逻辑电路系统148可以基于在逻辑电路系统148中形成的相对固定的电路连接进行操作，例如用于处理和/或分析与电池模块24中的相应电池模块24和/或电池单元36的操作有关的操作参数(过程框151)。
因此，在一些实施例中，逻辑电路系统148可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、运算放大器、和/或逻辑门。例如，在一些实施例中，逻辑电路系统148可以执行算术运算，例如加法运算、除法运算、乘法运算、和/或除法运算。另外，在一些实施例中，逻辑电路系统148可以执行逻辑运算，例如AND运算、OR运算、XOR运算、NOT运算、和/或NAND运算。
为了促进提供电池单元36协调功能，通信基础结构包括第一传感器通信接口140和/或第二传感器通信接口142。在一些实施例中，第一传感器通信接口140可以通信地耦合到第一传感器108A，从而使电池单元控制单元46能够接收传感器数据的模拟表示，并且使第一模数转换器144能够将所述传感器数据的模拟表示转换为数字表示以供进一步处理。另外，第二传感器通信接口142可以通信地耦合到第二传感器108B，从而使电池单元控制单元46能够接收传感器数据的模拟表示，并且使第二模数转换器146能够将所述传感器数据的模拟表示转换为数字表示以供进一步处理。
此外，为了促进串控制单元50提供模块级协调功能，电池单元控制单元46的通信基础结构包括串行通信接口150，从而使电池单元控制单元46能够将电池单元级操作参数和/或模块级操作参数例如经由高电压串行通信网络传递至串控制单元50。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以提供电池单元控制单元46构建块以及用于提供各种电池单元/模块级功能的相关基础结构。
在一些实施例中，设计系统58可以促进使用混合式电池控制系统架构来实施电池控制系统26。在一些实施例中，设计系统可以分析电池系统12并且指示来自混合式电池控制系统架构的构建块用于实施相应的电池控制系统26。例如，返回到图9中所示的第二电池系统12B，设计系统58检测电池模块24并且指示电池单元控制单元46电耦合到每个电池模块24。另外，设计系统58可以检测电池串52并且指示串控制单元50通信地耦合和/或电耦合到与每个电池串52中的电池模块24相对应的电池单元控制单元46。此外，设计系统58可以指示系统控制单元48通信地耦合到与电池系统12B中的电池串52相对应的串控制单元50。
在一些实施例中，至少部分地基于电池控制系统26中的构建块的实施方式的指示，设计系统58可以相对自动地实施电池控制系统26。在其他实施例中，设计系统58可以例如经由通信网络60和/或输出设备64将构建块的实施电池控制系统26的指示传递至制造系统。此外，在一些实施例中，设计系统58可以例如经由通信网络60和/或输出设备64来传递构建块的指示，以使用户(例如，操作者或制造商)能够实施电池控制系统26。
另外，如上所述，混合式电池控制系统架构可以使电池控制系统26能够扩展以提供附加控制级功能。例如，为了提供链级功能，链控制单元153可以通信地耦合到与相应电池链44中的电池串52一起使用的串控制单元50。如上所述，使用其他混合式电池控制系统架构可以对实施灵活性和/或实施相关成本产生不同的影响。
具有集成式串控制单元的示例性混合式电池控制系统架构
为了帮助说明，图14中示出了包括使用另一混合式电池控制系统架构实施的电池控制系统26的第二电池系统12B。如所描绘的，第二电池系统12B包括并联连接在正极总线47与负极总线49之间的电池链44，每个电池链包括串联连接并组织在电池串52中的电池模块24。另外，使用由混合式电池控制系统架构提供的电池单元控制单元46、集成式串控制单元150、以及系统控制单元48来实施电池控制系统26。在一些实施例中，由当前描述的混合式电池控制系统架构提供的电池单元控制单元46和/或系统控制单元48可以与先前描述的混合式电池控制系统架构中的较为相同。
然而，当前描述的混合式电池控制系统架构可以指定集成式串控制单元150，与由先前描述的混合式电池控制系统架构提供的串控制单元50相比，所述集成式串控制单元至少部分地在所提供的功能和/或基础结构方面改变。具体地，由于电池串52一般包括至少一个电池模块24，集成式串控制单元150可以将电池单元/模块级功能与串级功能集成在一起。以这种方式，可以减少用于实施电池控制系统26的冗余基础结构，从而促进减少实施相关成本。
在一些实施例中，集成式串控制单元150可以提供电池串52的串级功能以及电池串52中的一个电池模块24的电池单元/电池级功能。例如，在所描绘的实施例中，第一集成式串控制单元150A可以提供第一电池串52A的串级功能以及第一电池串52A中的一个电池模块24的电池单元/电池级功能。另外，第二集成式串控制单元150B可以提供第二电池串52B的串级功能以及第二电池串52B中的一个电池模块24的电池单元/电池级功能。此外，第三集成式串控制单元150L可以提供第三电池串52C的串级功能以及第二电池串52B中的一个电池模块24的电池单元/电池级功能。
因此，在一些实施例中，集成式串控制单元150可以物理地耦合到电池串52中的相应电池模块24。例如，第一集成式串控制单元150A可以物理地耦合到第一电池串52A中的相应电池模块24。实际上，在一些实施例中，集成式串控制单元可以被布置在其相应电池模块24的壳体之上和/或之内。以这种方式，通过提供集成式串控制单元150，混合式电池控制系统架构可以促进减少实施相关成本，特别是在较不复杂的电池系统12中(例如，具有较少的电池模块24和/或较少的控制级)。
为了帮助说明，图14中示出了可以由混合式电池控制系统架构指定的集成式串控制单元150的一个实施例。如所描绘的，集成式串控制单元150包括集成式电池单元控制单元152、处理电路系统154、处理单元156、存储器158、隔离屏障56、并行通信接口160、串行通信接口162、以及串继电器通信接口164。应当理解，所描述的部件仅仅旨在是说明性的。换言之，在实际实施方式中，集成式串控制单元150可以包括附加的部件和/或更少的部件。
关于所描绘的实施例，由集成式电池单元控制单元152提供的功能总体上可以与由电池单元控制单元46提供的功能相同。这样，集成式串控制单元150的处理基础结构包括处理电路系统154、处理单元156、以及集成式电池单元控制单元的处理基础结构，如第一模数转换器144、第二模数转换器146、和/或逻辑电路系统148。在一些实施例中，处理电路系统154和处理单元156可以操作以提供与串控制单元50相似的串级功能。另外，在一些实施例中，由处理电路系统154和处理单元156提供的串级功能可以至少部分地重叠，以促进提高集成式串控制单元150的操作可靠性。
例如，处理电路系统154可以基于在处理电路系统中形成的可编程电路连接进行操作，并且因此可以包括一个或多个现场可编程逻辑阵列(FPGA)。另外，处理单元156可以通过执行存储在存储器158中的指令进行操作。因此，在一些实施例中，处理单元156可以包括一个或多个微处理器，并且存储器158可以包括存储可由处理单元156执行的指令的有形非暂态计算机可读介质。因此，在这样的实施例中，存储器134可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可重写的非易失性存储器(例如，闪存)、硬盘驱动器、光盘等。
另外，当电池串52包括多个电池模块24时，集成式串控制单元150可以将其相应电池模块24的操作与电池串52中的其他电池模块24的操作进行协调。为了促进协调操作，通信基础结构包括并行通信接口160和/或串行通信接口162。在一些实施例中，并行通信接口160可以通信地耦合到诸如控制器局域网(CAN)等并行通信网络，并且串行通信接口162可以通信地耦合到诸如ripcord网络等串行通信网络。以这种方式，并行通信接口160和/或串行通信接口162可以使集成式串控制单元150能够从其相应电池串52中的其他电池模块24的电池单元控制单元46接收电池单元级和/或模块级操作参数、和/或将指令传输到所述电池单元控制单元。
另外，在一些实施例中，串行通信接口162可以使集成式串控制单元150能够从例如与同一电池链44中的其他电池串52相对应的其他集成式串控制单元150接收串级操作参数和/或自配置信息。另外，在一些实施例中，并行通信接口160和/或串行通信接口162可以使集成式串控制单元150能够将串级操作参数传输到系统控制单元48、和/或从所述系统控制单元接收指令(例如，控制命令)。
关于所描绘的实施例，集成式串控制单元150的通信基础结构还包括串继电器通信接口164。在一些实施例中，串继电器通信接口164可以通信地耦合到串继电器，所述串继电器可以被控制成选择性地将电池串52电连接到电池系统12和/或电负载。例如，串继电器通信接口164可以使集成式串控制单元150能够传递命令串继电器断开以将电池串52与电池系统12解除电连接的控制命令。另外，串通信接口164可以使集成式串控制单元150能够传递命令串继电器闭合以将电池串52与电池系统12电连接的控制命令。
如上所述，在一些实施例中，多个电池串52可以串联连接，例如作为电池链44，其中，每个电池串52使用相应的集成式串控制单元150。在这样的实施例中，操作串继电器可以选择性地连接或断开多个电池串52。因此，在这样的实施例中，串继电器可以通信地耦合到一个(例如，主)集成式串控制单元150的串通信接口164，从而使所述一个集成式串控制单元150能够将控制命令传递至串继电器。以这种方式，其他(例如，从属)集成式串控制单元150的串通信接口164可以通信地耦合到其他电气部件，如风扇。
在一些情况下，将集成式电池单元控制单元152包括在集成式串控制单元150中可以促进减少冗余的基础结构。例如，用于提供电池单元/模块级功能的通信基础结构可以与用于提供串级功能的通信基础结构共享。另外，在一些实施例中，用于提供电池单元/模块级功能的处理基础结构可以与用于提供串级功能的处理基础结构共享。例如，处理电路系统154和/或处理单元156可以提供用于实施除了串级功能之外的电池单元/模块级功能的处理，这可以避免在集成式串电池单元控制单元152中使用单独的逻辑电路系统。以这种方式，通过提供集成式串控制单元150，混合式电池控制系统架构促进减少电池控制系统26的实施相关成本。
此外，通过指定集成式串控制单元150，混合式电池控制系统架构可以使得能够实施具有较少部件(例如，构建块)的电池控制系统26。例如，混合式电池控制系统架构可以使得能够使用单一集成式串控制单元150实施用于包括一个电池模块24的电池系统12的电池控制系统26，从而避免使用电池单元控制单元46和/或系统控制单元48。以这种方式，混合式电池控制系统架构还可以促进提高实施灵活性。
为了促进确定串级操作参数，集成式串控制单元150可以例如从电池模块24接收高电压电力以及例如直接从低电压电源54和/或经由系统控制单元48接收低电压电力。因此，集成式串控制单元150的电力基础结构包括隔离屏障56，所述隔离屏障将在高电压域中进行操作的电气部件与在低电压域中进行操作的电气部件电隔离。
虽然被电隔离，但是集成式串控制单元150仍然可以通信地耦合到系统控制单元48和/或其他电气部件，例如监督控制系统18。因此，为了促进通信，隔离屏障56可以包括隔离通信接口166。在一些实施例中，隔离通信接口166可以包括一个或多个数字通信总线、光耦合器、光电耦合器、和/或光隔离器。以这种方式，处理电路系统154和/或处理单元156可以经由隔离通信接口166通信地耦合到集成式串控制单元150的通信基础结构。
此外，在一些实施例中，处理电路系统154和/或处理单元156可以在高电压域中进行操作。然而，为了促进降低电池控制系统26的功耗对电池系统12的操作的影响，处理电路系统154和/或处理单元156可以接收由低电压电源54供应的电力。为了促进使用从低电压电源54供应的电力，隔离屏障56可以包括变压器168。在操作中，变压器168可以接收低电压电力并且产生高电压电力，然后所述高电压电力可以被供应给处理电路系统154和/或处理单元156，同时保持电隔离。当来自低电压电源54的电力供应被中断时，集成式串控制单元150可以切换为从电池模块24向处理电路系统154和/或处理单元156供应电力。
此外，为了能够与在不同电压域中进行操作的部件进行通信，串行通信接口162可以包括通信地耦合到低电压串行通信网络的低电压串行通信接口、和/或通信地耦合到高电压串行通信网络的高电压串行通信接口。以这种方式，在一些实施例中，低电压串行通信接口可以经由低电压串行通信网络将集成式串控制单元150通信地耦合到系统控制单元48和/或另一集成式串控制单元150。另外，在一些实施例中，高电压串行通信接口可以经由高电压串行通信网络将集成式串控制单元150通信地耦合到一个或多个电池单元控制单元48。以类似的方式，在一些实施例中，并行通信接口160可以包括通信地耦合到低电压并行通信网络的低电压并行通信接口、和/或通信地耦合到高电压并行通信网络的高电压并行通信接口。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以提供集成式串控制单元150以及用于提供各种电池单元级功能、模块级功能和串级功能的相关联的基础结构。
图15中描述了用于实施集成式串控制单元150的过程170的一个实施例。总体上，过程170包括将电池单元控制单元电耦合到第一电源(过程框172)、将电池单元控制单元通信地耦合到处理电路系统和/或处理单元(过程框174)、将处理电路系统和/或处理单元电耦合到变压器(过程框176)、将变压器电耦合到第二电源(过程框178)、以及将处理电路系统和/或处理单元经由隔离通信接口通信地耦合到通信接口(过程框180)。在一些实施例中，过程170可以由集成式串控制单元150的制造商和/或设计者例如使用诸如设计处理器68等处理器执行存储在诸如设计存储器70等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施。
相应地，在一些实施例中，设计系统58可以指示集成式电池单元控制单元152电耦合到第一电源(过程框172)。如上所述，集成式电池单元控制单元152可以电耦合到相应的电池模块24。换言之，在这样的实施例中，第一电源可以是电池模块24、并且因此是高电压电源。另外，在一些实施例中，集成式电池单元控制单元152可以例如经由电池模块24的端子和/或电池模块24中的内部总线电耦合到电池模块24。
另外，设计系统58可以指示集成式电池单元控制单元152通信地耦合到处理电路系统154和/或处理单元156(过程框174)。在一些实施例中，集成式电池单元控制单元152可以经由一个或多个内部通信总线通信地耦合到处理电路系统154和/或处理单元156。以这种方式，可以省去用于将集成式电池单元控制单元152通信地耦合到通信(例如，CAN或ripcord)网络的通信基础结构(例如，通信接口)。
此外，设计系统58可以指示处理电路系统154和/或处理单元156电耦合到变压器168(过程框176)以及变压器电耦合到第二电源(过程框178)。如上所述，在一些实施例中，变压器168可以从低电压电源54接收低电压电力。换言之，在这样的实施例中，第二电源是低电压电源54。因此，在一些实施例中，变压器168可以经由一个或多个电气总线和/或经由系统控制单元48电耦合到低电压电源54。
另外，如上所述，变压器168可以产生供应给处理电路系统154和/或处理单元156的高电压电力。因此，在一些实施例中，变压器168可以经由一个或多个电气总线电耦合到处理电路系统154和/或处理单元156。此外，如上所述，变压器168可以被连接在第一(例如，高)电压域与第二(例如，低)电压域之间的隔离屏障56的两端。因此，在操作中，变压器168可以促进使用第二电压域中接收到的电力来供应用于操作第一电压域中的处理电路系统154和/或处理单元156的电力。
设计系统58还可以指示处理电路系统154和/或处理单元156经由隔离通信接口166通信地耦合到并行通信接口160和/或串行通信接口162(过程框180)。在一些实施例中，处理电路系统154和/或处理单元156可以经由一个或多个内部通信总线通信地耦合到隔离通信接口166。另外，在一些实施例中，隔离通信接口166可以经由一个或多个内部通信总线通信地耦合到并行通信接口160和/或串行通信接口162。
如上所述，在集成式串控制单元150中，处理电路系统154和处理单元156可以被定位在隔离屏障56的与并行通信接口160和串行通信接口162相反的一侧。因此，隔离通信接口166可以被连接在隔离屏障56的两端，以促进在不同电压域中进行操作的电气部件之间的数据通信。以这种方式，在一些实施例中，隔离通信接口166可以促进处理单元156与并行通信网络之间经由并行通信接口160的数据通信。另外，在一些实施例中，隔离通信接口166可以促进处理电路系统154与串行通信网络之间经由串行通信接口162的数据通信。
如上所述，串行通信网络可以例如在菊花链中通信地耦合多个集成式串控制单元150和/或多个串控制单元50。在一些实施例中，串行通信网络可以促进在所述多个集成式串控制单元150和/或多个串控制单元50之间传递串级操作参数，例如以指示何时在相应电池串52中检测到故障。另外，在一些实施例中，串行通信网络可以促进自配置所述多个集成式串控制单元150中的一个或多个和/或一个或多个串控制单元50，例如以确定在所述串行通信网络中的顺序。
串控制单元自动配置和故障传递
为了帮助说明，图16中示出了连接在串行通信网络182中的串控制单元50的一个实施例。应当理解，关于串控制单元50，仅描述以下技术以提供说明性示例。换言之，以下技术也可以应用于集成式串控制单元150。
关于所描绘的实施例，串行通信网络182(例如，ripcord网络)通信地耦合多个串控制单元50，即第一串控制单元50A、第二串控制单元50B、以及第三(例如，最后)串控制单元50L。在一些实施例中，经由串行通信网络182通信地耦合的串控制单元50可以对应于同一电池链44中所包括的电池串52。因此，应当理解，仅描绘三个串控制单元50以提供说明性示例。在其他实施例中，串行通信网络182可以包括两个串控制单元50或多于三个串控制单元50。
在任何情况下，为了形成串行通信网络182，这些串控制单元50经由串行通信总线184(例如，ripcord总线)通信地耦合。在一些实施例中，串行通信总线184可以是单向通信总线。在这样的实施例中，为了形成串行通信网络，所述串控制单元50可以经由菊花链配置中的串行通信总线184进行连接。例如，在所描绘的实施例中，第一串控制单元50A经由第一串行通信总线184A通信地耦合到第二串控制单元50B，并且顺着菊花链依此类推，直到最后串控制单元50L。另外，最后串控制单元50L经由反馈串行通信总线184F通信地耦合到第一串控制单元50A。
以这种方式，串控制单元50可以将串行通信(例如，ripcord)信号顺着(例如通过)串行通信网络182(例如，菊花链)传递并且返回到第一串控制单元50A。因此，在一些实施例中，第一串控制单元50A可以被认为是主串控制单元。另外，第二串控制单元50B至最后串控制单元50L可以被认为是从属串控制单元。
在一些实施例中，以这种方式传递串行通信信号可以使主串控制单元能够确定连接到串行通信网络182的从属串控制单元的数量、并且至少部分地基于从属属性串控制单元的数量进行自配置。另外，在一些实施例中，以这种方式传递串行通信信号可以使从属串控制单元能够确定其在串行通信网络182中的顺序、并且至少部分地基于所确定的顺序进行自配置。此外，在一些实施例中，以这种方式传递串行通信信号可以在故障预期存在于其他串控制单元50时促进传递，例如以使主串控制单元能够命令串继电器在预期存在故障时断开。
为了帮助说明，图17中描述了用于对连接在串行通信网络182(例如，菊花链)中的串控制单元50进行操作的过程186的一个实施例。总体上，过程186包括在主串控制单元中生成串行通信信号(过程框188)、将串行通信信号传递至串行通信网络中的下一个串控制单元(过程框190)、判定串行通信网络中是否剩余从属串控制单元(判定框192)、以及当不剩余后续串控制单元时将串行通信信号反馈给主串控制单元(过程框194)。在一些实施例中，可以基于可编程电路连接通过操作诸如处理电路系统130或处理电路系统154等处理电路系统来实施过程186。另外，在一些实施例中，可以通过使用诸如处理单元132或处理单元156等处理器执行存储在诸如存储器134或存储器158等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施过程186。
相应地，在一些实施例中，第一(例如，主)串控制单元50A可以生成第一串行通信信号(过程框188)。在一些实施例中，串行通信信号可以包括高状态和低状态。另外，在一些实施例中，串行通信信号可以包括电压信号或电流信号。
此外，在一些实施例中，串行通信信号可以被调频以传递信息。例如，当未检测到故障时，由第一串控制单元50A生成的串行通信信号的频率可以是指示第一串控制单元50A是串行通信网络182中的主串控制单元的主频率(例如，100Hz)。另一方面，当检测到故障时，由第一串控制单元50A生成的串行通信信号的频率可以是指示已经检测到故障的故障频率(例如，500Hz)。
第一串控制单元50A然后可以将第一串行通信信号传递至第二(例如，下一个从属)串控制单元50B(过程框190)。在一些实施例中，第一串控制单元50A可以经由第一串行通信总线184A将第一串行通信信号传递至第二串控制单元50B。在接收到第一串行通信信号之后，第二串控制单元50B可以确定第一串行通信信号的频率并且相应地进行操作。
为了帮助说明，图18中描述了用于操作从属串控制单元的过程196的一个实施例。总体上，过程196包括在串控制单元处接收串行通信信号(过程框198)、判定当前电池串中是否检测到故障(判定框200)、当在当前电池串中检测到故障时输出具有故障频率的串行通信信号(过程框202)、以及在当前电池串中未检测到故障时确定所接收到的串行通信信号的频率(过程框204)。另外，过程196包括判定所接收到的串行通信信号的频率是否等于故障频率(判定框206)、当所接收到的串行通信信号的频率等于故障频率时判定先前电池串中是否已经确认故障(判定框208)、以及当所接收的串行通信信号的频率不等于故障频率时或者当所述先前电池串尚未确认故障时确定所述串控制单元在串行通信网络中的顺序(过程框210)。此外，过程196包括确定顺序频率(过程框212)以及输出具有所述顺序频率的串行通信信号(过程框214)。在一些实施例中，可以基于可编程电路连接通过操作诸如处理电路系统130或处理电路系统154等处理电路系统来实施过程196。另外，在一些实施例中，可以通过使用诸如处理单元132或处理单元156等处理器执行存储在诸如存储器134或存储器158等有形非暂态计算机可读介质中的指令来实施过程196。
相应地，在一些实施例中，第二串控制单元50B可以从第一串控制单元50A接收第一串行通信信号(过程框198)。如上所述，在一些实施例中，第二串控制单元50B可以经由第一串行通信总线184A接收第一串行通信信号。
另外，第二串控制单元50B可以判定在通信地耦合到第二串控制单元50B的第二电池串52B、第二串控制单元50B、和/或电池单元控制单元46中是否已经检测到故障(判定框200)。在一些实施例中，第二串控制单元50B可以至少部分地基于串级操作参数来判定第二电池串52B中是否预期存在故障。另外，在一些实施例中，第二串控制单元50B可以至少部分地基于电池单元/模块级操作参数来判定电池模块24和/或第二电池串52B中的电池单元36中是否预期存在故障。例如，如下面将更详细地描述的，与第二电池串52B中的电池模块24相对应的电池单元控制单元46可以指示故障是否预期存在于第二串控制单元50B。
在任何情况下，当第二串控制单元50B确定预期存在故障时，第二串控制单元50B可以输出具有故障频率的第二串行通信信号(过程框202)。在一些实施例中，故障频率可以由串控制单元50公知为指示已经检测到故障。例如，在一些实施例中，故障频率可以是500Hz。因此，通过输出具有故障频率的第二串行通信信号，第二串控制单元50B可以向通信地耦合到串行通信网络182的其他串控制单元50指示已经检测到故障。
另一方面，当第二串控制单元50B未确定是否预期存在故障时，第二串控制单元50B可以确定第一串行通信信号的频率(过程框204)。在一些实施例中，第二串控制单元50B可以通过确定脉冲之间的持续时间来确定第一串行通信信号的频率。例如，当第一串行通信信号每10ms在高状态与低状态之间交替时，串控制单元50B可以确定频率为100Hz。另外，当第一串行通信每2ms在高状态和低状态之间交替时，第二串控制单元50B可确定频率为500Hz。
以这种方式，第二串控制单元50B可以判定第一串行通信信号的频率是否等于故障频率(判定框206)。另外，当检测到故障频率时，第二串控制单元50B可以确认在另一电池串52中是否已经检测到故障(判定框208)。换言之，在一些实施例中，一旦已经接收到故障频率，第二串控制单元50B就无法立即确定电池系统12中已经检测到故障。
相反，由于所检测到的故障可能导致电池系统12的至少一部分停止操作(例如断开)，所以第二串控制单元50B可以在确认第一串行通信信号的频率实际上指示已经检测到故障之前等待较短的持续时间。例如，第二串控制单元50B可以利用当第一串行通信信号的连续脉冲处于故障频率时加一的计数器。以这种方式，在计数器达到计数阈值(例如，五)之后，第二串控制单元50B可以确认在另一电池串52中已经检测到故障。因此，在已经确认故障之后，第二串控制单元50B可以将具有故障频率的第二串行通信信号输出到与串行通信网络182通信地耦合的其他串控制单元50(过程框202)。
另一方面，当所接收到的频率不等于故障频率和/或故障未被确认时，第二串控制单元50B可以至少部分地基于第一串行通信信号的频率来确定第二串控制单元50B在串行通信网络182中的顺序(过程框210)。在一些实施例中，指示串控制单元50是串行通信网络中的主串控制单元的主频率可以由与串行通信网络182通信地耦合的串控制单元50公知。相应地，当第一串行通信信号的频率是主频率时，第二串控制单元50B可以确定先前串控制单元50是主串控制单元。以这种方式，第二串控制单元50B可以确定其在串行通信网络182中的顺序是第二、和/或确定其是串行通信网络182中的第一从属串控制单元50。
另外，第二串控制单元50B可以确定指示其在串行通信网络182中的顺序的顺序频率(过程框212)。在一些实施例中，第二串控制单元50B可以至少部分地基于第一串行通信信号的频率来确定所述顺序频率。例如，从属串控制单元可以通过对所接收的频率做除法(例如，一半)来确定其顺序频率。为了帮助说明，当第一串行通信信号的频率是100Hz时，由第二串控制单元50B确定的顺序频率可以是50Hz。
第二串控制单元50B然后可以例如经由串行通信总线184输出具有所述顺序频率的第二串行通信信号(过程框214)。以这种方式，接收第二串行通信信号的串控制单元50可以确定第二串控制单元50B的顺序并且相应地进行自配置。
具体地，返回到图17的过程186，当后续串控制单元剩余时，第二串控制单元50B可以将第二串行通信信号输出到串行通信网络182中的下一个从属串控制单元(箭头216)。因此，利用上述过程196，串行通信网络182中的每个从属串控制单元可以操作以进行自配置和/或指示所检测到的故障。例如，当第三(例如，最后)串控制单元50L接收到第二串行通信信号时，第三串控制单元50L可以确定第二串行通信信号的频率。当所述频率是故障频率(例如500Hz)时，第三串控制单元50L可以例如通过输出具有故障频率的第三串行通信信号来确认是否已经检测到故障并相应地对操作进行自调整。另外，当第二串行通信信号的频率是顺序频率(例如，50Hz)时，第三串控制单元50L可以确定第二串控制单元50B是第一从属串控制单元，并且因此其在串行通信网络182中的顺序是第三，和/或者它是串行通信网络182中的第二从属串控制单元。
另一方面，当不剩余后续串控制单元时，第二串控制单元50B可以将第二串行通信信号反馈给第一(例如，主)串控制单元50A(过程框194)。至少部分地基于反馈串行通信信号，第一串控制单元50A可以以与从属串控制单元类似的方式判定是否已经在任何其他电池串52中检测到故障。例如，第一串控制单元50A可以确定第二串行通信信号的频率。另外，当所述频率是故障频率(例如500Hz)时，第一串控制单元50A可以例如通过输出具有故障频率的第一串行通信信号和/或命令串继电器断开来确认是否已经检测到故障并相应地对操作进行自调整。
另外，至少部分地基于反馈串行通信信号，第一串控制单元50A可以确定串行通信网络182的配置，所述配置可以包括连接到串行通信网络182的串控制单元50的数量、和/或连接到串行通信网络182的从属控制单元的数量。在一些实施例中，第一串控制单元50A可以通过将反馈串行通信信号的频率与主频率进行比较来确定串行通信网络182的配置。
如上所述，在一些实施例中，从属串控制单元可以通过将所接收的频率除以因子(例如2)来确定顺序频率。因此，当从属串控制单元通过将所接收到的频率分成一半来确定顺序频率时，第一串控制单元50A可以至少部分地基于为了达到反馈串行通信信号的频率主频率减半的次数来确定串行通信网络182的配置。例如，在主频率为100Hz并且反馈串行通信信号的频率为50Hz的情况下，第一串控制单元50A可以确定总共两个串控制单元50被连接到串行通信网络182和/或一个从属串控制单元被连接到串行通信网络182。以类似的方式，在主频率为100Hz并且反馈串行通信信号的频率为25Hz的情况下，第一串控制单元50A可以确定总共三个串控制单元50被连接到串行通信网络182和/或两个从属串控制单元被连接到串行通信网络182。
以这种方式，第一(例如，主)串控制单元50A可以至少部分地基于串行通信网络182的配置来调整操作。例如，至少部分地基于连接到串行通信网络182的从属串控制单元的数量，第一串控制单元50A可以确定第一串控制单元50A可将控制命令传递至其的串控制单元50的数量。另外，串行通信网络182的配置可以为第一串控制单元50A提供对电池系统12实施方式的洞察。例如，至少部分地基于连接到串行通信网络182的串控制单元的总数，第一串控制单元50A可以确定电池链44中所连接的电池串52的数量。
为了帮助说明上述技术，图19中示出了提供由第一串控制单元50A、第二串控制单元50B、以及第三(例如，最后)串控制单元50L输出的串行通信信号的视觉表示的绘图218。具体地，绘图218包括第一波形220，所述第一波形提供在t0与t4之间由第一串控制单元50A输出的第一串行通信信号的视觉表示。另外，绘图218包括第二波形222，所述第二波形提供在t0与t4之间由第二串控制单元50B输出的第二串行通信信号的视觉表示。此外，绘图224包括第三波形222，所述第三波形提供在t0与t4之间由第三串控制单元50L输出的第三串行通信信号的视觉表示。
关于所描绘的实施例，可以在t0与t1之间不存在故障。因此，如所描绘的，第一串控制单元50A输出具有100Hz频率(例如，主频率)的第一串行通信信号。另外，如所描绘的，第二串控制单元50B输出具有50Hz频率(例如，所接收到的频率的一半)的第二串行通信信号。此外，如所描绘的，第三串控制单元50L输出具有25Hz频率(例如，所接收到的频率的一半)的第三串行通信信号。
然而，在t1时，第一串控制单元50A确定预期存在与第一电池串52A有关的故障。因此，如所描绘的，第一串控制单元50A在t1处开始输出具有500Hz频率(例如，故障频率)的第一串行通信信号。另外，如所描绘的，第二串控制单元50B在500Hz的第一串行通信信号的五个(例如，计数阈值)脉冲之后的t2处开始输出具有500Hz频率的第二串行通信信号。此外，如所描绘的，第三串控制单元50L在500Hz的第二串行通信信号的五个脉冲之后的t3处开始输出具有500Hz频率的第三串行通信信号。
以这种方式，经由串行通信网络182通信地耦合的串控制单元50可以进行自配置和/或传递所检测到的故障。如上所述，在一些实施例中，串控制单元50可以至少部分地基于来自电池单元控制单元46的故障指示来检测故障。然而，在一些实施例中，电池单元控制单元46的处理能力可以受到限制。尽管如此，电池单元控制单元46仍可以利用上述混合式电池控制系统架构中指定的处理基础结构来提供故障检测功能。
电池单元控制单元故障检测
为了帮助说明，图20中示出了电池模块24和电池单元控制单元46的一个实施例。如上所述，电池模块24可以包括多个电池单元36。关于所描绘的实施例，电池模块24中的电池单元36在第一电池单元组226与第二电池单元组228之间划分。在一些实施例中，电池单元36可以在第一电池单元组226与第二电池单元组228之间等分。例如，当电池模块24包括十六个电池单元36时，可以划分电池单元36，使得第一电池单元组226和第二电池单元组228各自包括八个电池单元36。
另外，基于上述混合式电池控制系统架构，电池单元控制单元46包括第一传感器通信接口140、第二传感器通信接口142、第一模数转换器144、第二模数转换器146、以及逻辑电路系统148。如上所述，第一传感器通信接口140可以通信地耦合到确定第一电池单元组226的操作参数的第一传感器108A。另外，第二传感器通信接口142可以通信地耦合到确定第二电池单元组228的操作参数的第二传感器108B以及确定整个电池模块24的操作参数的第三传感器。
例如，在一些实施例中，第一传感器通信接口140可以从第一传感器108A接收第一电池单元组226的电压的模拟表示。为了促进后续处理，第一模数转换器144可以生成第一电池单元组226的电压的数字表示。另外，第二传感器通信接口142可以接收来自第二传感器108B的关于第二电池单元组228的电压的模拟表示以及来自第三传感器108C的关于电池模块24的电压的模拟表示。为了促进后续处理，第二模数转换器可以生成第二电池单元组228的电压的数字表示和电池模块24的电压的数字表示。
为了促进使用电池单元控制单元46来检测故障，逻辑电路系统148可以处理和/或分析由第一模数转换器144和第二模数转换器146生成的所测量电压的数字表示。具体地，逻辑电路系统148可以包括诸如运算放大器等比较电路系统230，以促进对电压进行比较。另外，逻辑电路系统147可以包括诸如逻辑加法器等算术电路系统232，以促进增加电压。
图21中描述了用于使用电池单元控制单元46来检测故障的过程234的一个实施例。总体上，过程234包括使用第一模数转换器确定第一电池单元组电压的指示(过程框236)、使用第二模数转换器确定第二电池单元组电压的指示(过程框238)、使用第二模数转换器确定电池模块电压的第一指示(过程框240)、至少部分地基于第一电池单元组电压的指示和第二电池单元组电压的指示来确定电池模块电压的第二指示(过程框244)、判定电池模块电压的第一指示与电池模块电压的第二指示之间的差值是否大于差值阈值(判定框246)、当差值大于所述差值阈值时确定预期存在故障(过程框246)、以及当差值不大于所述阈值时确定预期不存在故障(过程框248)。在一些实施例中，可以例如在逻辑电路系统148的制造过程中基于在逻辑电路系统148中形成的电路连接通过操作逻辑电路系统148来实施过程234。
相应地，在一些实施例中，逻辑电路系统148可以确定第一电池单元组226的电压的数字表示(过程框236)。如上所述，在一些实施例中，第一电池单元组226的电压可以由第一传感器108A测量出并且传递至第一传感器通信接口140。另外，如上所述，第一电池单元组226的所测量电压可以被转换成电压的数字表示并且传递至逻辑电路系统148。
另外，逻辑电路系统148可以确定第二电池单元组228的电压的数字表示(过程框238)。如上所述，在一些实施例中，第二电池单元组228的电压可以由第二传感器108B测量出并且传递至第二传感器通信接口142。另外，如上所述，第二电池单元组228的所测量电压可以被转换成电压的数字表示并且传递至逻辑电路系统148。
此外，逻辑电路系统148可以确定整个电池模块24的所测量电压的数字表示(过程框240)。如上所述，在一些实施例中，电池模块24的电压可以由第三传感器108C测量出并且传递至第二传感器通信接口142。另外，如上所述，电池模块24的所测量电压被转换成电压的数字表示并且传递至逻辑电路系统148。
至少部分地基于第一电池单元组电压的数字表示和第二电池单元组电压的数字表示，逻辑电路系统148可以确定电池模块24的经计算电压(过程框242)。具体地，逻辑电路系统148可以使用算术电路系统232通过将第一电池单元组电压与第二电池单元组电压相加在一起来确定经计算电压。
另外，逻辑电路系统148可以判定电池模块24的的所测量电压与电池模块24的经计算电压之间的差值是否大于差值阈值(过程框244)。为了确定差值，逻辑电路系统148可以使用算术电路系统232从经计算电压中减去所测量电压，或者反之亦然。另外，逻辑电路系统148可以使用比较电路系统230来判定所述差值是否大于差值阈值。
在一些实施例中，可以预先确定差值阈值并且将其存储在逻辑电路系统148的电路系统中。在其他实施例中，可以例如至少部分地基于用户输入将差值阈值从串控制单元50、集成式串控制单元150、系统控制单元48、监督控制系统18、和/或另一电气部件提供给逻辑电路系统。另外，在一些实施例中，所述差值阈值可以被设定成促进检测电池单元控制单元46的诸如第一模数转换器144和/或第二模数转换器146等一个或多个特定部件中的故障。实际上，在一些实施例中，可以使用不同差值阈值来确定电池单元控制单元46的不同部件中的故障和/或检测电池模块24中不同类型的故障。此外，在一些实施例中，所述差值阈值可以至少部分地基于所测量电池模块电压和/或经计算电池模块电压而变化。例如，所述差异阈值可以是所测量电池模块电压的百分比。
因此，当差值大于差值阈值时，逻辑电路系统148可以确定在电池单元控制单元46中预期存在故障(过程框246)。当预计存在故障时，电池单元控制单元46可以同样向串控制单元50、集成式串控制单元150、系统控制单元48、和/或监督控制系统18指示。以这种方式，混合式电池控制系统架构可以指定即使在有限的处理能力下也提供故障检测功能的电池单元控制单元46，从而提高操作可靠性，同时减少实施相关成本。
相应地，本披露提供的技术的技术效果包括针对实施电池控制系统来提供实施灵活性和/或减少实施相关成本。在一些实施例中，可以确定混合式电池控制系统架构以提供可用于实施各种电池控制系统的构建块(例如，电池单元控制单元、串控制单元、以及系统控制单元)。为了确定混合式电池控制系统架构，由电池控制系统提供的一些功能可以被集中到较少的构建块中，从而减少冗余的基础结构，并且因此减少电池控制系统的实施相关成本。另一方面，一些功能可以被分布到较多的构建块，从而提供了可用于电池控制系统的各种可能的控制级，并且因此提高了实施灵活性。此外，本披露的技术效果可以包括即使当电池单元控制单元具有有限的处理能力时仍能通过在电池单元控制单元中实现故障检测来提高电池控制系统的操作可靠性。
已经通过示例的方式示出了以上描述的具体实施例，并且应该理解的是，这些实施例易受各种修改和替代的形式的影响。应该进一步理解的是，权利要求书不旨在受限于所披露的特定形式，而是旨在涵盖落入本披露的精神和范围内的全部修改、等同物、及替代方案。

Claims (21)

1.一种电池系统，包括：
第一电池串，所述第一电池串包括串联连接的第一电池模块和第二电池模块；
电池控制系统，所述电池控制系统被配置成控制所述电池系统的操作，其中，所述电池控制系统包括：
第一电池单元控制单元，所述第一电池单元控制单元被电耦合到所述第一电池模块，其中，所述第一电池单元控制单元被配置成确定与所述第一电池模块的操作有关的第一模块级操作参数；
第一集成式串控制单元，所述第一集成式串控制单元被通信地耦合到所述第一电池单元控制单元并且被电耦合到所述第二电池模块，其中，所述第一集成式串控制单元被配置成：
确定与所述第二电池模块的操作有关的第二模块级操作参数；
至少部分地基于所述第一模块级操作参数和所述第二模块级操作参数来确定与所述第一电池串的操作有关的第一串级操作参数；以及
至少部分地基于所述第一串级操作参数来控制所述第一电池串的操作。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中：
所述第一电池串包括与所述第一电池模块和所述第二电池模块串联连接的第三电池模块；并且
所述电池控制系统包括第二电池单元控制单元，所述第二电池单元控制单元被电耦合到所述第三电池模块并且被通信地耦合到所述第一集成式串控制单元，其中，所述第二电池单元控制单元被配置成确定与所述第三电池模块的操作有关的第三模块级操作参数；并且
所述第一集成式串控制单元被配置成至少部分地基于所述第三模块级操作参数来确定所述第一串级操作参数。
3.如权利要求1所述的电池系统，包括第二电池串，其中：
所述第二电池串包括串联连接的第三电池模块和第四电池模块；并且
所述电池控制系统包括：
第二电池单元控制单元，所述第二电池单元控制单元被电耦合到所述第三电池模块，其中，所述第二电池单元控制单元被配置成确定与所述第三电池模块的操作有关的第三模块级操作参数；以及
第二集成式串控制单元，所述第二集成式串控制单元被通信地耦合到所述第二电池单元控制单元并且被电耦合到所述第四电池模块，其中，所述第二集成式串控制单元被配置成：
确定与所述第四电池模块的操作有关的第四模块级操作参数；
至少部分地基于所述第三模块级操作参数和所述第四模块级操作参数确定与所述第二电池串的操作有关的第二串级操作参数；以及
至少部分地基于所述第二串级操作参数来控制所述第二电池串的操作。
4.如权利要求3所述的电池系统，包括：
正极总线和负极总线，所述正极总线和负极总线被配置成将所述电池系统电耦合到电负载、电源、或两者；以及
电池链，所述电池链包括在所述正极总线与所述负极总线之间串联连接的所述第一电池串和所述第二电池串；
其中，所述第二集成式串控制单元经由串行通信网络通信地耦合到所述第一集成式串控制单元。
5.如权利要求3所述的电池系统，其中：
所述第二集成式串控制单元被配置成判定所述第二电池串中是否检测到故障；并且
所述第一集成式串控制单元被配置成命令继电器将所述电池链与所述电池系统解除连接。
6.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一集成式串控制单元包括：
集成式电池单元控制单元，所述集成式电池单元控制单元被配置成使用从所述第二电池模块接收到的第一高电压电力进行操作并且至少部分地基于所述第一高电压电力来确定所述第二模块级操作参数；
通信接口，所述通信接口被配置成使用从外部电源接收到的低电压电力进行操作；
处理电路系统和处理单元，所述处理电路系统和处理单元被配置成使用第二高电压电力进行操作；以及
隔离屏障，所述隔离屏障被形成为将所述处理电路系统和所述处理单元与所述通信接口电隔离开，其中，所述隔离屏障包括：
隔离通信接口，所述隔离通信接口被配置成通过所述隔离屏障将所述处理电路系统和所述处理单元通信地耦合到所述通信接口；以及
变压器，所述变压器被配置成从所述外部电源接收所述低电压电力并且至少部分地基于所述低电压电力来产生供应给所述处理电路系统和所述处理单元的所述第二高电压电力。
7.如权利要求6所述的电池系统，其中，所述处理电路系统和所述处理单元被配置成当向所述第一集成式串控制单元供应所述低电压电力被中断时从所述电池串接收所述第二高电压电力。
8.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述第一集成式串控制单元包括：
并行通信接口，所述并行通信接口被配置成经由并行通信网络将所述第一集成式串控制单元通信地耦合到第二集成式串控制单元和系统控制单元；
低电压串行通信接口，所述低电压串行通信接口被配置成经由低电压串行通信网络将所述第一集成式串控制单元通信地耦合到所述第二集成式串控制单元和所述系统控制单元；
高电压串行通信接口，所述高电压串行通信接口被配置成经由高电压串行通信网络将所述第一集成式串控制单元通信地耦合到所述第一电池单元控制单元；以及
隔离屏障，所述隔离屏障被配置成将所述并行通信接口和所述低电压串行通信接口与所述高电压串行通信接口电隔离开。
9.如权利要求1所述的电池系统，其中：
所述第一电池模块包括第一电池单元组和第二电池单元组，其中，所述第一电池单元组包括第一多个电池单元，并且所述第二电池单元组包括第二多个电池单元；
用于确定所述第一模块级操作参数的所述第一电池单元控制单元被配置成：
确定所述第一电池单元组的第一电池单元组电压；
确定所述第二电池单元组的第二电池单元组电压；以及
确定所述第一电池模块的第一电池模块电压；
所述第二电池模块包括第三电池单元组和第四电池单元组，其中，所述第三电池单元组包括第三多个电池单元，并且所述第四电池单元组包括第四多个电池单元；
用于确定所述第二模块级操作参数的所述第一集成式串控制单元被配置成：
确定所述第三电池单元组的第三电池单元组电压；
确定所述第四电池单元组的第四电池单元组电压；以及
确定所述第二电池模块的第二电池模块电压；以及
用于确定所述第一串级操作参数的所述第一集成式串控制单元被配置成：
至少部分地基于所述第一电池单元组电压、所述第二电池单元组电压、所述第一电池模块电压、所述第三电池单元组电压、所述第四电池单元组电压、所述第二电池模块电压、或其任何组合来确定所述第一电池串的串电压；以及
至少部分地基于从所述第一电池串供应给所述第一集成式串控制单元的电力来确定所述第一电池串的串电流。
10.如权利要求1所述的电池系统，其中：
所述第一电池模块包括：
第一多个电池单元；以及
第一壳体，所述第一壳体被配置成容纳所述第一多个电池单元，其中，所述第一电池单元控制单元被直接布置在所述第一壳体的第一表面上；
所述第二电池模块包括：
第二多个电池单元；以及
第二壳体，所述第二壳体被配置成容纳所述第二多个电池单元，其中，所述第一集成式串控制单元被直接布置在所述第二壳体的第二表面上。
11.一种用于实施用于控制电池系统的操作的电池控制系统的方法，包括：
通过将第一电池单元控制单元电耦合到所述电池系统中的第一电池模块的第一端子来实施所述第一电池单元控制单元，以使所述第一电池单元控制单元能够从所述第一电池模块接收第一高电压电力并且确定与所述第一电池模块的操作有关的第一操作参数；以及
通过以下操作来实施第一集成式串控制单元：
将所述第一集成式串控制单元电耦合到所述电池系统中的第二电池模块的第二端子，以使所述第一集成式串控制单元能够从第一电池串接收第二高电压电力并且确定与所述第二电池模块有关的第二操作参数，其中，所述第一电池串包括串联连接的所述第一电池模块和所述第二电池模块；以及
经由第一高电压串行通信网络将所述第一集成式串控制单元通信地耦合到所述第一电池单元控制单元，以使所述第一集成式串控制单元能够至少部分地基于所述第一操作参数来确定与所述第一电池串的操作有关的第三操作参数、并且确定命令所述电池系统调整所述第一电池串的操作的控制命令。
12.如权利要求11所述的方法，其中：
实施所述第一电池单元控制单元包括：
将第一模数转换器通信地耦合到第一传感器通信接口，以使所述第一电池单元控制单元能够从第一传感器接收第一传感器数据的第一模拟表示并且生成所述第一传感器数据的第一数字表示；
将逻辑电路系统通信地耦合到所述第一模数转换器，以使所述逻辑电路系统能够至少部分地基于所述第一传感器数据的所述第一数字表示来执行逻辑运算、算术运算、或两者；以及
将第一串行通信接口通信地耦合到所述逻辑电路系统，以使所述第一电池单元控制单元能够经由所述第一高电压串行通信网络与所述第一集成式串控制单元进行数据通信；以及
实施所述第一集成式串控制单元包括：
将第二模数转换器通信地耦合到第二传感器通信接口，以使所述第一集成式串控制单元能够从第二传感器接收第二传感器数据的第二模拟表示并且生成所述第二传感器的第二数字表示数据；以及
将处理电路系统、处理单元、或两者通信地耦合到所述第二模数转换器，以使所述第一集成式串控制单元能够至少部分地基于所述第二数字表示来确定所述第三操作参数、确定所述控制命令、或两者。
13.如权利要求12所述的方法，其中，实施所述第一集成式串控制单元包括：
将第一通信接口通信地耦合到所述处理电路系统、所述处理单元、或两者，以使所述第一集成式串控制单元能够经由所述第一高电压串行通信网络与所述第一电池单元控制单元进行通信数据；
形成隔离屏障以将所述处理电路系统、所述处理单元、以及所述第一通信接口与第二通信接口电隔离开，其中，所述隔离屏障包括隔离通信接口；
将所述处理电路系统、所述处理单元、或两者通信地耦合到所述隔离通信接口的第一端；以及
将所述第二通信接口通信地耦合到所述隔离通信接口的第二端，以使所述第一集成式串控制单元能够经由低电压串行通信网络、低电压并行通信网络、或两者在所述电池控制系统内进行数据通信。
14.如权利要求12所述的方法，其中，实施所述第一集成式串控制单元包括：
形成包括变压器的隔离屏障；
将低电压电源电耦合到所述变压器的第一端，以使所述变压器能够从所述低电压电源接收低电压电力；以及
将所述处理电路系统、所述处理单元、或两者电耦合到所述变压器的第二端，以使所述变压器能够产生用于操作所述处理电路系统、所述处理单元、或两者而供应的第三高电压电力。
15.如权利要求11所述的方法，包括通过将第二电池单元控制单元电耦合到第三电池模块的第三端子来实施第二电池单元控制单元，以使所述第二电池单元控制单元能够从所述第三电池模块接收第三高电压电力并且确定与所述第三电池模块的操作有关的第四操作参数，其中，所述第一电池串包括与所述第一电池模块和所述第二电池模块串联连接的所述第三电池模块；
其中，实施所述第一集成式串控制单元包括经由所述第一高电压串行通信网络将所述第一集成式串控制单元通信地耦合到所述第二电池单元控制单元，以使所述第一集成式串控制单元能够至少部分地基于所述第四操作参数来确定所述第三操作参数。
16.如权利要求11所述的方法，包括：
通过将第二电池单元控制单元电耦合到所述电池系统中的第三电池模块的第三端子来实施第二电池单元控制单元，以使所述第二电池单元控制单元能够从所述第三电池模块接收第三高电压电力并且确定与所述第三电池模块的操作有关的第四操作参数；以及
通过以下操作来实施第二集成式串控制单元：
将所述第二集成式串控制单元电耦合到所述电池系统中的第四电池模块的第四端子，以使所述第二集成式串控制单元能够从第二电池串接收第四高电压电力并且确定与所述第四电池模块的操作有关的第五操作参数，其中，所述第二电池串包括串联连接的所述第三电池模块和所述第四电池模块；以及
经由第二高电压串行通信网络将所述第二集成式串控制单元通信地耦合到所述第二电池单元控制单元，以使所述第二集成式串控制单元能够至少部分地基于所述第四操作参数来确定与所述第二电池串的操作有关的第六操作参数。
17.如权利要求16所述的方法，包括：
通过将链控制单元耦合到所述第一集成式串控制单元来实施所述链控制单元，以使所述链控制单元确定电池链的第七操作参数，其中，所述电池链包括串联连接的所述第一电池串和所述第二电池串；以及
通过经由并行通信网络将系统控制单元通信地耦合到所述第一集成式串控制单元和所述第二集成式串控制单元来实施所述系统控制单元；
其中，实施所述第二集成式串控制单元包括经由低电压串行通信网络将所述第二集成式串控制单元通信地耦合到所述第一集成式串控制单元。
18.如权利要求11所述的方法，其中，实施所述第一集成式串控制单元包括将所述第一集成式串控制单元电耦合到所述第二电池模块的所述第二端子，以使所述第一集成式串控制单元能够确定所述第一电池串中流动的电流。
19.一种存储指令的有形非暂态计算机可读介质，所述指令可由设计系统的一个或多个处理器执行，其中，所述指令包括用于执行以下操作的指令：
使用所述一个或多个处理器来确定电池控制系统架构，所述电池控制系统架构指定用于实施电池系统中的电池控制系统的构建块，其中，所述构建块包括电池单元控制单元和集成式串控制单元；
使用所述一个或多个处理器来确定所述电池系统的电池串中的电池模块的数量，其中，所述电池串包括串联连接的一个或多个电池模块；
使用所述一个或多个处理器来指示集成式串控制单元电耦合到所述电池串中的第一电池模块，以使所述集成式串控制单元能够确定第一电池模块电压并且至少部分地基于所述第一电池模块电压来确定电池串电压；以及
使用所述一个或多个处理器来指示所述电池单元控制单元电耦合到所述电池串中的第二电池模块，以使所述电池单元控制单元能够仅在所述电池串包括多个电池模块时才确定第二电池模块电压。
20.如权利要求19所述的计算机可读介质，包括使用所述一个或多个处理器来指示所述电池单元控制单元通信地耦合到所述集成式串控制单元，以使所述集成式串控制单元能够仅在所述电池串包括多个电池模块时至少部分地基于所述第二电池模块电压来确定所述电池串电压。
21.如权利要求19所述的计算机可读介质，包括使用所述一个或多个处理器来指示所述集成式串控制模块物理地耦合到所述第一电池模块的壳体。
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