CN109435672B - 用于监测混合能量存储装置的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于监测混合能量存储装置的系统和方法，公开了车辆的电池和超级电容器系统，其包括具有第一电极和第二电极的锂离子电池（LIB）和具有第三电极和第四电极的超级电容器。第一参比电极设置在第一电极和第二电极之间，并且被配置为测量第一电极和第二电极之间的位置处的第一电势。第二参比电极设置在第三电极和第四电极之间，并且被配置为测量第三电极和第四电极之间的位置处的第二电势。第一电极可连接到第三电极并且第二电极可连接到第四电极。第一参比电极和第二参比电极可以不连接到第一电极、第二电极、第三电极或第四电极中的任何电极。

Description

用于监测混合能量存储装置的系统和方法
技术领域
本章节中提供的信息是处于总体呈现本公开的背景的目的。在本章节中所描述的范畴内的当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不以其他方式有资格构成现有技术的本说明书的方面，既不明确地也不隐含地被承认为抵触本公开的现有技术。
本公开涉及混合动力车辆能量存储系统，并且更具体地涉及用于控制包括电池和超级电容器的组合的能量存储装置的系统和方法。
背景技术
高能量密度的电化学电池单元（诸如锂离子电池）能够被用在多种消费产品和车辆中。可以电气地连接锂离子电池的堆叠使得该堆叠提供比单个锂离子电池更大的总输出。
锂离子电池通常包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔膜。一个电极用作正极（或阴极），并且另一电极用作负极或阳极。隔膜和电解质材料设置在第一电极和第二电极之间。电解质传导锂离子并且可以呈固体或液体的形式。锂离子在充电期间从阴极（正极）移动到阳极（负极）。锂离子在放电期间从阳极（负极）移动至阴极（正极）。
发明内容
在一特征中，描述了一种车辆的电池和超级电容器系统。所述电池和超级电容器系统可包括具有第一电极和第二电极的锂离子电池（LIB）。所述系统还可以包括具有第三电极和第四电极的超级电容器。此外，所述系统可包括第一参比电极，其设置在所述第一电极和第二电极之间并被配置为测量第一电极和第二电极之间的第一位置处的第一电势。第二参比电极可设置在第三电极和第四电极之间并被配置为测量第三电极和第四电极之间的第二位置处的第二电势。第一电极可连接到第三电极，并且第二电极可连接到第四电极。第一参比电极可以不连接到所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极中的任何电极；并且第二参比电极可以不连接到所述第一电极、第二电极、第三电极和第四电极中的任何电极。
在另一特征中，提供一种系统。所述系统可包括上述电池和超级电容器系统。此外，所述系统可包括诊断模块。所述诊断模块可连接到所述第一参比电极、连接在第一电极和第三电极之间的第一节点、连接在第二电极和第四电极之间的第二节点和第二参比电极。此外，所述诊断模块可被配置为基于以下项中的至少两项诊断LIB和/或超级电容器中的故障：第一电势、第二电势、第一节点处的第三电势和第二节点处的第四电势。
在上述特征的一个示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和/或超级电容器中的故障：（i）第一电势、第二电势、第三电势和第四电势中的一者，与（ii）第一电势、第二电势、第三电势和第四电势中的另一者。
在上述特征的另一示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和超级电容器中的至少一者中的故障：（i）第三电势和第四电势中的一者，与（ii）第一电势和第二电势中的一者。
在上述特征的又一示例中，所述电池和超级电容器系统还可以包括：第一电极和第一节点之间的第一电流传感器，并且所述第一电流传感器被配置为测量通过所述第一电极的第一电流；第一节点和第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过所述第三电极的第二电流；第二电极和第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过所述第二电极的第三电流；和第二节点和第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过所述第四电极的第四电流。所述诊断模块可连接到第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器。此外，所述诊断模块还可以被配置为基于第一电流、第二电流、第三电流和第四电流中的至少一者诊断LIB和/或超级电容器中的故障。
在一个特征中，所述电池和超级电容器系统还可以包括第三参比电极，其设置在第二电极和第三电极之间并且被配置为测量第二电极和第三电极之间的第三位置处的第五电势。所述第三参比电极可以不连接到第一电极、第二电极、第三电极和第四电极中的任何电极。
在上述特征的一个示例中，提供一种系统。所述系统可包括上述电池和超级电容器系统。此外，所述系统可包括诊断模块。所述诊断模块可连接到第一参比电极、连接在第一电极和第三电极之间的第一节点、第三参比电极、连接在第二电极和第四电极之间的第二节点和第二参比电极。所述诊断模块可被配置为基于以下项中的至少两项来诊断LIB和/或超级电容器中的故障：第一电势、第二电势、第一节点处的第三电势、第二节点处的第四电势以及第五电势。
在上述特征的一个示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和/或超级电容器中的故障：（i）第一电势、第二电势、第三电势、第四电势以及第五电势中的一者，与（ii）第一电势、第二电势、第三电势、第四电势以及第五电势中的另一者。
在上述特征的另一示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和/或超级电容器中的故障：（i）第三电势和第四电势中的一者，与（ii）第一电势、第二电势和第五电势中的一者。
在上述特征的又一示例中，所述电池和超级电容器系统还可以包括：第一电极和第一节点之间的第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为测量通过第一电极的第一电流；第一节点和第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过第三电极的第二电流；第二电极和第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过第二电极的第三电流；和第二节点和第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过第四电极的第四电流。所述诊断模块可连接到第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器。此外，所述诊断模块还可以被配置为基于第一电流、第二电流、第三电流和第四电流中的至少一者诊断LIB和超级电容器中的至少一者中的故障。
在所述电池和超级电容器系统的一个特征中，LIB还可以包括第五电极和第六电极，并且超级电容器还可以包括第七电极和第八电极。所述超级电容器的第三电极和第四电极可设置在：（i）LIB的第一电极和第二电极，与（ii）LIB的第五电极和第六电极之间。此外，LIB的第五电极和第六电极可设置在：（i）超级电容器的第三电极和第四电极，与（ii）超级电容器的第七电极和第八电极之间。
在上述特征的一个示例中，所述电池和超级电容器系统还可以包括：（i）第三参比电极，其设置在第二电极和第三电极之间并且被配置为测量第二电极和第三电极之间的第三位置处的第五电势；和（ii）第四参比电极，其设置在第四电极和第五电极之间并且被配置为测量第四电极和第五电极之间的第四位置处的第六电势。所述第三参比电极可以不连接到第一电极、第二电极、第三电极和第四电极中的任何电极。同样地，所述第四参比电极可以不连接到第一电极、第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极、第七电极和第八电极中的任何电极。
在上述特征的另一示例中，提供一种系统。所述系统可包括上述电池和超级电容器系统。此外，所述系统可包括诊断模块。所述诊断模块可连接到第一参比电极、连接在第一电极和第三电极之间的第一节点、第三参比电极、连接在第二电极和第四电极之间的第二节点、第二参比电极以及第四参比电极。所述诊断模块可被配置为基于以下项中的至少两项来诊断LIB和超级电容器中的至少一者中的故障：第一电势、第二电势、第一节点处的第三电势、第二节点处的第四电势、第五电势和第六电势。
在上述特征的一个示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和/或超级电容器中的故障：（i）第一电势、第二电势、第三电势、第四电势、第五电势和第六电势中的一者，与（ii）第一电势、第二电势、第三电势、第四电势、第五电势和第六电势中的另一者。
在上述特征的另一示例中，所述诊断模块可被配置为基于以下比较诊断LIB和/或超级电容器中的故障：（i）第三电势和第四电势中的一者，与（ii）第一电势、第二电势、第五电势和第六电势中的一者。
在所述电池和超级电容器系统的特征中，第一电极包括锂锰氧化物（LMO）并且第二电极包括锂钛氧化物（LTO）。
在另一特征中，第三电极和第四电极包括活性炭、导电聚合物和金属氧化物中的至少一者。
在一个特征中，第一参比电极和第二参比电极中的至少一者包括Li金属、镀Li金属线、Li基合金、磷酸铁锂（LFP）和锂钛氧化物中的至少一者。
在一个特征中，第一电极和第二电极中的至少一者包括锂镍锰钴氧化物（NMC）、锂锰氧化物（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、石墨和锂钛氧化物（LTO）中的至少一者。
在另一特征中，第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器和第四电流传感器中的至少一者具有在以下范围中的至少一者中的精度：（i）1微安至1安培，和（ii）1毫安至100安培。
本发明还包括以下技术方案：
方案1. 一种车辆的电池和超级电容器系统，包括：
包括第一电极和第二电极的锂离子电池（LIB）；
包括第三电极和第四电极的超级电容器，
第一参比电极，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间并被配置为测量所述第一电极和所述第二电极之间的第一位置处的第一电势；和
第二参比电极，其设置在所述第三电极和所述第四电极之间并被配置为测量所述第三电极和所述第四电极之间的第二位置处的第二电势，
其中：
所述第一电极连接到所述第三电极；
所述第二电极连接到所述第四电极；
所述第一参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极；并且
所述第二参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极。
方案2. 一种系统，包括：
根据方案1所述的电池和超级电容器系统；和
诊断模块，其：
连接到所述第一参比电极、连接在所述第一电极和所述第三电极之间的第一节点、连接在所述第二电极和所述第四电极之间的第二节点和所述第二参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项来诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：所述第一电势、所述第二电势、所述第一节点处的第三电势和所述第二节点处的第四电势。
方案3. 根据方案2所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势和所述第四电势中的另一者。
方案4. 根据方案2所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势和所述第二电势中的一者。
方案5. 根据方案2所述的系统，其中，所述电池和超级电容器系统还包括：
所述第一电极和所述第一节点之间的第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为测量通过所述第一电极的第一电流；
所述第一节点和所述第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过所述第三电极的第二电流；
所述第二电极和所述第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过所述第二电极的第三电流；和
所述第二节点和所述第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过所述第四电极的第四电流，
其中所述诊断模块连接到所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器，并且
其中所述诊断模块还被配置为基于所述第一电流、所述第二电流、所述第三电流和所述第四电流中的至少一者来诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障。
方案6. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，还包括：
第三参比电极，其设置在所述第二电极和所述第三电极之间并且被配置为测量所述第二电极和所述第三电极之间的第三位置处的第五电势，
其中所述第三参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极。
方案7. 一种系统，包括：
根据方案6所述的电池和超级电容器系统；和
诊断模块，其：
连接到所述第一参比电极、连接在所述第一电极和所述第三电极之间的第一节点、所述第三参比电极、连接在所述第二电极和所述第四电极之间的第二节点和所述第二参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：所述第一电势、所述第二电势、所述第一节点处的第三电势、所述第二节点处的第四电势以及所述第五电势。
方案8. 根据方案7所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势以及所述第五电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势以及所述第五电势中的另一者。
方案9. 根据方案7所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势和所述第五电势中的一者。
方案10. 根据方案7所述的系统，其中，所述电池和超级电容器系统还包括：
所述第一电极和所述第一节点之间的第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为测量通过所述第一电极的第一电流；
所述第一节点和所述第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过所述第三电极的第二电流；
所述第二电极和所述第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过所述第二电极的第三电流；和
所述第二节点和所述第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过所述第四电极的第四电流，
其中所述诊断模块连接到所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器，并且
其中所述诊断模块还被配置为基于所述第一电流、所述第二电流、所述第三电流和所述第四电流中的至少一者来诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障。
方案11. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，其中：
所述LIB还包括第五电极和第六电极；并且
所述超级电容器还包括第七电极和第八电极，
其中所述超级电容器的所述第三电极和所述第四电极设置在：（i）所述LIB的所述第一电极和所述第二电极之间；与（ii）所述LIB的所述第五电极和所述第六电极之间，并且
其中所述LIB的所述第五电极和所述第六电极设置在：（i）所述超级电容器的所述第三电极和所述第四电极之间；与（ii）所述超级电容器的所述第七电极和所述第八电极之间。
方案12. 根据方案11所述的电池和超级电容器系统，还包括：
第三参比电极，其设置在所述第二电极和所述第三电极之间并且被配置为测量在所述第二电极和所述第三电极之间的第三位置处的第五电势，
其中所述第三参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极；
第四参比电极，其设置在所述第四电极和所述第五电极之间并且被配置为测量所述第四电极和所述第五电极之间的第四位置处的第六电势，
其中所述第四参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述第四电极、所述第五电极、所述第六电极、所述第七电极和所述第八电极中的任何电极。
方案13. 一种系统，包括：
根据方案12所述的电池和超级电容器系统；和
诊断模块，其：
连接到所述第一参比电极、连接在所述第一电极和所述第三电极之间的第一节点、所述第三参比电极、连接在所述第二电极和所述第四电极之间的第二节点、所述第二参比电极以及所述第四参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：所述第一电势、所述第二电势、所述第一节点处的第三电势、所述第二节点处的第四电势、所述第五电势和所述第六电势。
方案14. 根据方案13所述的系统，其中，所述诊断模块还被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势、所述第五电势和所述第六电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势、所述第五电势和所述第六电势中的另一者。
方案15. 根据方案13所述的系统，其中，所述诊断模块还被配置为基于以下比较诊断所述LIB和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第五电势和所述第六电势中的一者。
方案16. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，其中：
所述第一电极包括锂锰氧化物（LMO）；和
所述第二电极包括锂钛氧化物（LTO）。
方案17. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第三电极和所述第四电极包括活性炭、导电聚合物和金属氧化物中的至少一者。
方案18. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第一参比电极和所述第二参比电极中的至少一者包括Li金属、镀Li金属线、Li基合金、磷酸铁锂（LFP）和锂钛氧化物中的至少一者。
方案19. 根据方案1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者包括锂镍锰钴氧化物（NMC）、锂锰氧化物（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、石墨和锂钛氧化物（LTO）中的至少一者。
方案20. 根据方案5所述的系统，其中，所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器中的至少一者具有以下范围中的至少一者的精度：（i）1微安至1安培；和（ii）1毫安至100安培。
根据具体实施方式、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅旨在说明的目的，且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
根据具体实施方式和附图，将更加全面地理解本公开，附图中：
图1是示例车辆系统的功能框图；
图2是包括示例电池和超级电容器系统的功能框图；
图3-4包括包含单层锂离子电池（LIB）和单层超级电容器的示例图；
图5-7包括包含多层LIB和多层超级电容器的示例图；
图8包括包含单层LIB、单层超级电容器和多个参比电极的示例图；和
图9包括包含多层LIB、多层超级电容器和多个参比电极的示例图。
在附图中，附图标记可被再次使用以标识相似和/或等同的元件。
具体实施方式
车辆可包括具有一层或多层的锂离子电池（LIB）。第一部件供应商可供应LIB。车辆也可以包括与LIB连接的超级电容器。超级电容器也可以包括一层或多层。例如，超级电容器可被用于在发动机起动期间向起动器供应电流，和限制用于发动机起动的从LIB耗用的电流。然而，超级电容器自放电，并且因此当LIB不接收功率（例如，经由再生制动或经由交流发电机）时可从LIB取得功率。
第二部件供应商可供应超级电容器。车辆制造商或第三部件供应商可以将LIB与超级电容器整合在一起。根据本公开，超级电容器和LIB包括相同的电解质并且在壳体内被一起实现。这可减少包括超级电容器和LIB的包装的成本。
超级电容器和LIB并联连接。一个或多个开关被配置为允许超级电容器与LIB断开连接。
控制模块在无负荷或低负荷条件下使超级电容器与LIB断开连接。这防止超级电容器过度消耗来自LIB的电荷。例如，当发动机已经关闭预定时间段时，当点火钥匙不存在于点火开关中时，或当接收到（例如经由点火钥匙或按钮）关停发动机的驾驶员输入时，控制模块可使超级电容器断开连接。额外地或替代性地，在发动机关闭时驾驶员离开车辆的驾驶员座椅时，或者在发动机关闭时物体（例如，钥匙式终端（key fob）、移动电子装置）离开车辆周围的预定区域时，控制模块可使超级电容器断开连接。
控制模块将超级电容器与LIB连接以便起动发动机。例如，当点火钥匙被插入点火开关中时，当物体（例如钥匙式终端、移动电子装置）进入预定区域时，当驾驶员坐在车辆的驾驶员座椅上时，或者当接收到（例如经由点火钥匙或按钮）起动发动机的驾驶员输入时，控制模块可以连接超级电容器。
此外，LIB或超级电容器的电极之间可以包括参比电极。参比电极可以被配置为测量LIB和超级电容器电池系统内的一个或多个位置处的一个或多个电势。此外，电池和超级电容器系统的各种电极之间可以包括电流传感器。电流传感器可以被配置为测量通过电池和超级电容器系统内的各种位置和/或部件的一个或多个电流。
诊断模块可以连接到参比电极和/或电流传感器。诊断模块可被配置为基于分别从参比电极和电流传感器获得的电势和电流测量结果诊断LIB和/或超级电容器中的故障。
现在参考图1，呈示示例车辆系统100的功能框图。发动机102燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。空气通过节气门106被吸入进气歧管104中。节气门106调节进入进气歧管104的空气流动。进气歧管104内的空气被吸入发动机102的一个或多个气缸（诸如气缸108）。
一个或多个燃料喷射器（诸如燃料喷射器110）喷射燃料，所述燃料与空气混合以形成空气/燃料混合物。在各种实施方式中，可以为发动机102的每个气缸提供一个燃料喷射器。燃料喷射器可与电子或机械燃料喷射系统、汽化器的喷嘴或端口或其他燃料喷射系统相关联。可以控制燃料喷射器以提供用于燃烧的期望的空气/燃料混合物，诸如化学计量的空气/燃料混合物。
进气门112打开以允许空气进入气缸108。活塞（未示出）压缩气缸108内的空气/燃料混合物。在一些发动机系统中，火花塞114发起气缸108内的空气/燃料混合物的燃烧。在其他类型的发动机系统（诸如柴油发动机系统）中，可以在没有火花塞114的情况下发起燃烧。
空气/燃料混合物的燃烧向可旋转地驱动曲轴（未示出）的活塞施加力。发动机102经由曲轴输出扭矩。飞轮120联接到曲轴并与曲轴一起旋转。由发动机102输出的扭矩经由扭矩传递装置124选择性地传递到变速器122。更具体地，扭矩传递装置124选择性地将变速器122联接到发动机102和使变速器122从发动机102脱离。扭矩传递装置124可包括例如扭矩变换器和/或一个或多个离合器。变速器122可包括例如手动变速器、自动变速器、半自动变速器、自动-手动变速器或其他合适类型的变速器。
通过空气/燃料混合物的燃烧产生的废气经由排气门126从气缸108排出。废气从气缸被排至排气系统128。排气系统128可在废气从排气系统128被排出之前处理废气。虽然一个进气和排气门被示出和描述为与气缸108相关联，但是多于一个进气和/或排气门可与发动机102的每个气缸相关联。
发动机控制模块（ECM）130控制发动机102的扭矩输出。仅举例，ECM 130可以经由各种发动机致动器控制发动机102的扭矩输出。发动机致动器可包括例如节气致动器模块132、燃料致动器模块134和火花致动器模块136。发动机102也可以包括一个或多个其他发动机致动器，并且ECM 130可以控制其他发动机致动器。
每个发动机致动器基于来自ECM 130的信号控制操作参数。仅举例，基于来自ECM的相应信号，节气致动器模块132可以控制节气门106的打开，燃料致动器模块134可以控制燃料喷射的量和正时，并且火花致动器模块136可以控制点火正时。
ECM 130可以基于例如驾驶员输入和各种其他输入控制发动机102的扭矩输出。其他输入可包括例如来自变速器系统的输入、来自混合控制系统的输入、来自稳定性控制系统的输入、来自底盘控制系统的输入以及来自其他合适的车辆系统的输入。
驾驶员输入可包括例如加速器踏板位置（APP）、制动器踏板位置（BPP）和车辆操作命令。APP传感器142测量加速器踏板（未示出）的位置，并基于加速器踏板的位置生成APP。BPP传感器144测量制动器踏板（未示出）的位置，并基于制动器踏板的位置生成BPP。
可经由例如点火钥匙、一个或多个点火按钮/开关，和/或一个或多个合适的车辆点火系统输入148的致动作出车辆操作命令。在具有手动变速器的车辆中，向ECM 130提供的驾驶员输入也可包括离合器踏板位置（CPP）。CPP传感器150测量离合器踏板（未示出）的位置，并基于离合器踏板的位置生成CPP。
在一些实施方式中，APP传感器142、BPP传感器144和CPP传感器150可测量相关联的踏板的位置，并基于相关联的踏板的测得的位置分别生成APP、BPP和CPP信号。在其他实施方式中，APP传感器142、BPP传感器144和CPP传感器150中的每一个均可以包括一个或多个开关，并且可以分别生成APP、BPP和CPP，从而指示相关联的踏板是否被致动远离预定的休止位置。当示出和描述APP传感器142、BPP传感器144和CPP传感器150时，可提供一个或多个额外的APP、BPP和/或CPP传感器。
车辆速度传感器152测量车辆的速度并生成车辆速度信号。仅举例，车辆速度传感器152可以基于变速器输出轴速度（TOSS）、一个或多个车轮速度，和/或车辆速度的其他合适的测量来生成车辆速度。ECM 130也可以接收由其他传感器155测得的操作参数，诸如废气中的氧气、发动机速度、发动机冷却剂温度、进气温度、质量空气流率、油温度、歧管绝对压力和/或其他合适的参数。根据一些示例，可以将故障指示灯（MIL）157连接到ECM 130。当检测到车辆系统100中的故障时，ECM 130可以向MIL 157发送信号以点亮。例如，在一些实施方式中，响应于电池和超级电容器系统190中的故障的诊断（例如，通过诊断模块，诸如图2中所示的诊断模块185），可点亮MIL 157。
当接收到车辆熄火命令（例如，点火钥匙或按钮被转换到OFF（关））时，ECM 130选择性地关停发动机102。仅举例，当接收到车辆熄火命令时，ECM 130可以禁用燃料的喷射、禁用火花的提供，并执行其他发动机熄火操作以关停发动机102。
当接收到车辆起动命令（例如，点火钥匙被转换到ON（开））时，起动器致动器模块164致动诸如螺线管的起动器马达致动器162。起动器马达致动器163的致动使起动器马达160与发动机102接合。起动器马达160可接合飞轮120或驱动曲轴的旋转的其他合适的部件。
当接收到车辆起动命令时，起动器致动器模块164也向起动器马达160施加功率（电流）。仅举例，起动器致动器模块164可包括起动继电器。向起动器马达160施加功率驱动起动器马达160的旋转。起动器马达160的旋转驱动发动机102的旋转。驱动曲轴的旋转以起动发动机102可以被称为发动机开动。
当发动机速度大于预定速度时，起动器马达160可以自动地脱离发动机102，或者起动器马达致动器162可以使起动器马达160与发动机102脱离。当发动机速度大于预定速度时，起动器致动器模块164中断通向起动器马达160的电流。仅举例，预定速度可以是近似700 rpm或其他合适的速度。由电池和超级电容器系统190向起动器马达160提供电流，这将在下文进一步讨论。
虽然提供了车辆起动命令和车辆熄火命令的示例，但是也可以针对自动停车/起动事件和/或其他事件起动和关停发动机102。当满足一个或多个预定的自动停车标准并且尚未命令车辆熄火时（例如，当点火钥匙保持ON时），ECM 130可以关闭发动机102以实现自动停车/起动事件的自动停车部分。当满足一个或多个预定的自动起动标准并且尚未命令车辆起动时，ECM 130起动发动机102以实现自动停车/起动事件的自动起动部分。ECM 130可以例如基于APP、BPP、车辆速度、CPP、电池和超级电容器系统190的一个或多个参数，和/或一个或多个其他合适的参数来发起自动停车事件和自动起动事件。仅举例，当制动器踏板被下压并且车辆速度小于预定速度时，ECM 130可发起自动停车事件。当发动机102关停以实现自动停车事件时，ECM 130可在制动器踏板被释放时选择性地发起自动起动事件。
在各种实施方式中，车辆可包括被动进入模块170。被动进入模块170经由一个或多个天线无线地通信，并且无线地检测物体在车辆的预定距离内的存在。该物体可以包括例如钥匙式终端、移动装置（例如，蜂窝电话，平板电脑等）。当在车辆的预定距离内检测到物体时，被动进入模块170可解锁车辆的门和/或执行一个或多个其他动作。
车辆可包括驾驶员座椅传感器174，其测量施加到车辆的驾驶员座椅的就座表面的压力。驾驶员座椅传感器174可以例如在驾驶员座椅下方或其内被实现。当施加到驾驶员座椅的就座表面的压力大于预定压力时，ECM 130（或其他模块）可以确定驾驶员在驾驶员座椅上就座。
现在参考图2，呈示包括电池和超级电容器系统190的功能框图。电池和超级电容器系统190包括锂离子电池（LIB）204、超级电容器208和第一开关212。超级电容器也能够被称为超大容量电容器。尽管图2中示出包括单层LIB和单层超级电容器的电池和超级电容器系统190的示例，但如下文进一步讨论的那样，电池和超级电容器系统190可包括具有两层或更多层的LIB和/或具有两层或更多层的超级电容器。
LIB 204的第一部分（例如，第一电极）连接到正节点216。LIB 204的第二部分（例如，第二电极）连接到负节点220。第一开关212被配置为将超级电容器208的第一部分（例如，第一电极）连接到正节点216和从正节点216断开。超级电容器208的第二部分（例如，第二电极）可以连接到负节点220。在各种实施方式中，可以包括第二开关224，其中第二开关224被配置为将超级电容器208的第二部分连接到负节点220和从负节点220断开。在超级电容器208与正节点216和负节点220之间不需要（并且因此不包括）直流（DC）到DC（DC/DC）变换器。
为了起动发动机102，起动器致动器模块164向起动器马达160施加来自正节点216和负节点220的功率。例如，起动器马达160可以直接连接到负节点220。起动器致动器模块164可以将起动器马达160连接到正节点216，从而向起动器马达160施加功率，以便起动发动机102。
开关控制模块228控制第一开关212的切换。在也包括第二开关224的实施方式中，开关控制模块228也控制第二开关224的切换。第一开关212和第二开关224在没有负荷开关的情况下断开（打开），并且被配置为当通过（多个）开关的电流小于预定电流时能够（例如，仅仅）由开关控制模块228打开。在各种实施方式中，当电流小于预定电流时，开关控制模块228可仅打开第一开关212和第二开关224。可以使用电流传感器测量电流。仅举例，预定电流可以是10毫安（mA）、50 mA、100 mA，或指示起动器马达160不从电池和超级电容器系统190取得电流的其他合适的电流。第一开关212和第二开关224可以是例如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或其他适合类型的开关。
开关控制模块228在起动发动机102之前关闭第一开关212和第二开关224，或者关闭第一开关212和第二开关224以便起动发动机102。例如，在车辆熄火的情况下，响应于经由点火钥匙、按钮或开关的用户致动接收到车辆起动命令，开关控制模块228关闭第一开关212和第二开关224。额外地或替代性地，响应于点火钥匙插入车辆的点火开关中，开关控制模块228可关闭第一开关212和第二开关224。额外地或替代性地，响应于驾驶员座椅传感器174所测得的压力从小于预定压力转换到大于预定压力，开关控制模块228可关闭第一开关212和第二开关224。由驾驶员座椅传感器174所测得的压力从小于预定压力转换到大于预定压力可以指示驾驶员已经在驾驶员座椅上坐下。可以校准预定压力并且其可以大于零。额外地或替代性地，响应于来自被动进入模块170的指示物体处于车辆的预定距离内的信号，开关控制模块228可以关闭第一开关212和第二开关224。在各种实施方式中，开关控制模块228可接收来自被动进入模块170的信号和来自另一模块（例如，ECM 130）和/或网络（诸如控制器局域网络（CAN）或其他类型的网络）的来自驾驶员座椅传感器的压力。
开关控制模块228维持第一开关212和第二开关224关闭直到打开第一开关212和第二开关224。在关闭第一开关212和第二开关224之后，例如当发动机速度为零（即，发动机102关停）时，开关控制模块228可以接下来打开第一开关212和第二开关224。额外地或替代性地，在车辆起动的情况下，响应于经由点火钥匙、按钮或开关的用户致动接收到车辆熄火命令，开关控制模块228可以打开第一开关212和第二开关224。额外地或替代性地，响应于车辆的点火开关内的点火钥匙的移除，开关控制模块228可以打开第一开关212和第二开关224。额外地或替代性地，当发动机102已经被关停至少预定时间段时，开关控制模块228可以打开第一开关212和第二开关224。预定时间段大于零并且可以是可校准的。仅举例，预定时间段可以是5分钟或者其他合适的时间段。额外地或替代性地，响应于由驾驶员座椅传感器174所测得的压力从大于预定压力转换到小于预定压力，开关控制模块228可以打开第一开关212和第二开关224。由驾驶员座椅传感器174所测得的压力从大于预定压力转换到小于预定压力可以指示驾驶员已经离开驾驶员座椅。额外地或替代性地，响应于来自被动进入模块170的指示物体已经离开车辆的预定距离的信号，开关控制模块228可以打开第一开关212和第二开关224。
虽然上文讨论了控制第一开关212和第二开关224的开关控制模块228的示例，但是开关控制模块228可以如上文所述的那样仅控制第一开关212或仅控制第二开关224。
根据一些实施方式，ECM 130可包括诊断模块185。虽然在图2中示出为ECM 130的一部分，但根据一些示例，诊断模块185可以与ECM 130分离且不同。诊断模块185可包括存储器186。
诊断模块185可以被配置为选择性地诊断与电池和超级电容器系统190相关联的故障的存在。例如，诊断模块185可以从电池和超级电容器系统190接收电势测量结果183和电流测量结果181。更具体地，诊断模块185可从一个或多个参比电极接收电势测量结果183和从一个或多个电流传感器接收电流测量结果181。例如，当电势测量结果183和/或电流测量结果181落在预定范围之外时，诊断模块190可以诊断出故障。在一些示例中，当选择电势测量结果183和选择电流测量结果181之间的关系落在预定范围之外时，诊断模块190可以诊断出故障。
当诊断出故障时，诊断模块185可以采取一个或多个补救动作。例如，当诊断出与电池和超级电容器系统190相关联的故障时，诊断模块185可以将预定的诊断问题代码（DTC）存储在存储器186中。在一些示例中，当一个或多个DTC被存储在存储器186中时，诊断模块185也可以监测存储器186和点亮车辆的客舱内的MIL（例如，图1的MIL 157）。MIL可以视觉地指示驾驶员寻求车辆服务。预定的DTC可以向车辆维修技术人员指示（例如）与电池和超级电容器系统190相关联的故障的存在。
图3和图4是包括作为单层LIB的LIB 204和作为单层超级电容器的超级电容器208的示例图。LIB 204包括第一电极304、第二电极308和电解质312。LIB 204的单层包括第一电极304和第二电极308。电解质312可以是水性或非水性的。电解质312可包括例如一种或多种锂盐以及一种或多种溶剂，诸如一种或多种有机溶剂。电解质312也可以包括一种或多种其他添加剂。
第一电极304包括第一电流导体316和第一电极材料320。第一电极材料320可以在一个或多个侧面上或围绕第一电流导体316实现。第一电流导体316可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体316连接到正节点216。第一电极材料320可包括例如锂锰氧化物（LMO）或其他合适类型的电极材料。
第二电极308包括第二电流导体324和第二电极材料328。第二电极材料328可以在一个或多个侧面上或围绕第二电流导体324实现。第二电流导体324可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体324连接到负节点220。第二电极材料328可包括例如锂钛氧化物（LTO）或其他合适类型的电极材料。第一电极304、第二电极308和电解质312可以被装纳在电池壳体内。
超级电容器208包括第一电极332、第二电极336和电解质312。超级电容器208的单层包括第一电极332和第二电极336。超级电容器208的电解质与LIB 204中所包括的电解质相同。在各种实施方式中，电解质可以不同于LIB 204中所包括的电解质。使用相同的电解质可以减少LIB 204和超级电容器208的总成本。
第一电极332包括第一电流导体340和第一电极材料344。第一电极材料344可以在一个或多个侧面上或围绕第一电流导体340实现。第一电流导体340可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体316可以（或应该）是与第一电流导体340相同的材料。第一电流导体340经由第一开关212连接到正节点216。第一电极材料344可包括例如活性炭（AC）或其他合适类型的电极材料。
第二电极336包括第二电流导体348和第二电极材料352。第二电极材料352可以在一个或多个侧面上或围绕第二电流导体348实现。第二电流导体348可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体348可以（或应该）是与第二电流导体324相同的材料。第二电流导体348连接到负节点220。第二电流导体324可以直接连接到负节点220或经由第二开关224连接到负节点220。第二电极材料352可包括例如AC或其他适合类型的电极材料。第二电极材料352可以与第一电极材料344相同。第一电极332、第二电极336和电解质312可被装纳在超级电容器壳体内。
LIB 204（包括电池壳体）和超级电容器208（包括超级电容器壳体）可以在单独的壳体中单独地实现（即，隔离）。在各种实施方式中，电池壳体和超级电容器壳体可以在共用壳体360内一起实现。
如图4中所示，由于LIB 204和超级电容器208两者均使用电解质312，所以可以省略电池壳体和超级电容器壳体。LIB 204的第一电极304和第二电极308可以连同超级电容器208的第一电极332和第二电极336一起设置在壳体360内的电解质312中。
如上文所述，虽然上文讨论了单层LIB和单层超级电容器的示例，但是LIB可包括多层和/或超级电容器可包括多层。多层LIB的层并联连接。多层超级电容器的层并联连接，并且超级电容器电极经由第一开关212连接到正节点216和/或经由第二开关224连接到负节点220。
例如，图5和图6是包括多层LIB和多层超级电容器的示例图。LIB的每层均包括一对电极。超级电容器的每层均包括一对电极。LIB 204的一个或多个额外层可以并联连接。例如，第二对LIB电极可以与LIB 204的电极并联连接。第二对LIB电极包括第一电极404和第二电极408。
第一电极404包括第一电流导体416和第一电极材料420。第一电极材料420可以在一个或多个侧面上或围绕第一电流导体416实现。第一电流导体416可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体416可以是与第一电流导体316相同的材料。第一电流导体416连接到第一电流导体316和正节点216。第一电极材料420可包括例如LMO或其他合适类型的电极材料。第一电极材料420可以是与第一电极材料320相同的材料。
第二电极408包括第二电流导体424和第二电极材料428。第二电极材料428可以在一个或多个侧面上或围绕第二电流导体424实现。第二电流导体424可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体424可以是与第二电流导体324相同的材料。第二电流导体424连接到第二电流导体324和负节点220。第二电极材料428可包括例如LTO或其他合适类型的电极材料。第二电极材料428可以是与第二电极材料328相同的材料。
尽管示出包括两层的LIB 204的示例，但是LIB 204可包括一个或多个额外层，如由省略号所指示的那样。一个或多个额外层与LIB 204的其他层并联连接。LIB 204的所有层的电极和电解质可被装纳在电池壳体412内。
除了包括多层的LIB 204之外或替代包括多层的LIB 204，超级电容器208可包括多层。例如，第二层与超级电容器208的第一层并联连接。第二层包括第一电极454和第二电极458。在图5和图6中，超级电容器208的电解质312与LIB 204中所包括的电解质312相同。使用相同的电解质可以减少总成本。然而，超级电容器208的电解质可以不同于LIB 204的电解质。
第一电极454包括第一电流导体462和第一电极材料466。第一电极材料466可以在一个或多个侧面上或围绕第一电流导体462实现。第一电流导体462可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体462可以是与第一电流导体340相同的材料。第一电流导体462经由第一开关212连接到正节点216。第一电极材料466可包括例如AC或其他合适类型的电极材料。第一电极材料466可以是与第一电极材料344相同的材料。
第二电极458包括第二电流导体470和第二电极材料474。第二电极材料474可以在一个或多个侧面上或围绕第二电流导体470实现。第二电流导体470可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体470可以是与第二电流导体324相同的材料。第二电流导体470连接到第二电流导体324和负节点220。第二电流导体470可以直接连接到负节点220或经由第二开关224连接到负节点220。第二电极材料474可包括例如AC或其他合适类型的电极材料。第二电极材料474可以与第一电极材料466相同。
尽管示出包括两层的超级电容器208的示例，但是超级电容器208可包括一个或多个额外层，如由省略号所指示的那样。一个或多个额外层与超级电容器208的其他层并联连接。超级电容器208的电极和电解质312可被装纳在超级电容器壳体478内。
然而，如图6中所示，由于LIB 204和超级电容器208两者均使用电解质312，所以可以省略电池壳体和超级电容器壳体478。LIB 204的电极和超级电容器208的电极可以一起设置在壳体360内的电解质312中。
在各种实施方式中，如图7中所示，超级电容器208的电极和LIB 204的电极可以相互混杂。例如，超级电容器208的层（包括一对电极）可以设置在LIB 204的层（包括一对电极）之间，和/或LIB 204的层（包括一对电极）可以设置在超级电容器208的层（包括一对电极）之间。相互混杂的结构也能够增加（multiply）。
图8示出类似于图4中所示的电池和超级电容器系统的电池和超级电容器系统的示例实施方式。在图8中所示的示例中，LIB 204构成单层LIB，并且超级电容器208构成单层超级电容器。LIB 204包括第一电极304、第二电极308和电解质312。LIB 204的单层包括第一电极304和第二电极308。电解质312可以是水性或非水性的。电解质312可包括例如一种或多种锂盐和一种或多种溶剂，诸如一种或多种有机溶剂。电解质312还可以包括一种或多种其他添加剂。
第一电极304包括夹在第一层电极材料814a和第二层电极材料814b之间的第一电流导体316。电极材料814a和814b可包括例如锂锰氧化物（LMO）或其他合适类型的电极材料。第一电流导体316可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体316连接到正节点216。
第二电极308包括夹在第三层电极材料816a和第四层电极材料816b之间的第二电流导体324。电极材料816a和816b可包括例如锂钛氧化物（LTO）或其他合适类型的电极材料。第二电流导体324可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体324连接到负节点220。第一电极304、第二电极308和电解质312可被装纳在电池和超级电容器系统壳体360内。
根据一些示例，在不偏离本文的教导的情况下，第一电极304和/或第二电极308可额外地或替代性地包括呈锂镍锰钴氧化物（NMC）、LMO、磷酸铁锂（LFP）、LTO、石墨等形式的电极材料。
超级电容器208包括第一电极332、第二电极336和电解质312。超级电容器208的单层包括第一电极332和第二电极336。超级电容器208的电解质与LIB 204中所包括的电解质相同。在各种实施方式中，电解质可以不同于LIB 204中所包括的电解质。使用相同的电解质可以减少LIB 204和超级电容器208的总成本。
第一电极332包括夹在第一层电极材料818a和第二层电极材料818b之间的第一电流导体340。电极材料818a和818b可包括例如AC或其他合适类型的电极材料。第一电流导体340可包括例如铝或其他合适的材料。第一电流导体316可以（或者应该）是与第一电流导体340相同的材料。第一电流导体340连接到正节点216。
第二电极336包括夹在第三层电极材料820a和第四层电极材料820b之间的第二电流导体348。电极材料820a和820b可包括例如AC或其他合适类型的电极材料。第二电流导体348可包括例如铜或其他合适的材料。第二电流导体348可以（或应该）是与第二电流导体324相同的材料。第二电流导体348连接到负节点220。第一电极332、第二电极336和电解质312可被装纳在电池和超级电容器系统壳体360内。
根据一些示例，在不偏离本文的教导的情况下，第一电极332和/或第二电极336可额外地或替代性地包括呈导电聚合物、金属氧化物等形式的电极材料。
此外，并且尽管未示出，但是根据一些实施方式，类似于图4中所示的实施方式，电流导体316、324、340、348中的一个或多个可以连接到一个或多个开关。例如，第一电流导体340可以经由第一开关（例如，第一开关212）连接到正节点216，和/或第二电流导体324可以经由第二开关（例如，第二开关224）连接到负节点220。
如图8中所示，由于LIB 204和超级电容器208两者均使用电解质312，所以可以省略电池壳体和超级电容器壳体。LIB 204的第一电极304和第二电极308可以连同超级电容器208的第一电极332和第二电极336一起设置在壳体360内的电解质312中。
图8与图4的不同之处主要基于包括图4的系统内未包括的、图8的系统内的以下部件：（i）壳体360内的第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802，（ii）连接到电流导体316、324、340、348的第一电流传感器806、第二电流传感器808、第三电流传感器810和第四电流传感器812，和（iii）诊断模块185。
如图8中所示，壳体360包括设置在LIB 204的第一电极304和第二电极308之间的第一参比电极800、设置在超级电容器208的第一电极332和第二电极336之间的第二参比电极804，以及设置在LIB 204的第二电极308与超级电容器208的第一电极332之间的第三参比电极802。
第一参比电极800被配置为测量LIB 204的第一电极304和第二电极308之间的位置处的第一电势。此外，第一参比电极800不连接到以下项中的任何项：（i）LIB 204的第一电极304和第二电极308，或（ii）超级电容器208的第一电极332和第二电极336。第二参比电极804被配置为测量在超级电容器208的第一电极332和第二电极336之间的位置处的第二电势。此外，第二参比电极804不连接到以下项中的任何项：（i）LIB 204的第一电极304和第二电极308，或（ii）超级电容器208的第一电极332和第二电极336。第三参比电极802被配置为测量在LIB 204的第二电极308与超级电容器208的第一电极332之间的位置处的第三电势。另外，第三参比电极802不连接到以下项中的任何项：（i）LIB 204的第一电极304和第二电极308，或（ii）超级电容器208的第一电极332和第二电极336。
第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802可包括Li金属、镀Li金属线、Li基合金、呈LFP、LTO或其他合适的电极材料的形式的电极材料。此外，参比电极800、802和804可以经由合适的导电材料（诸如铜、铝或其他合适的导电材料）连接到诊断模块185。
一般来说，第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802被配置为促进对电池和超级电容器系统中的所有单个电极的电势的现场原位（例如，实时）监测。可以利用（例如由诊断模块185）从电流传感器806、808、810、812（下文额外地详细讨论）获得的电流测量结果和/或从第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802获得的电势测量结果来（i）诊断电池和超级电容器系统中的故障（例如，热失控、过充、锂电镀等的指示）（ii）收集关于电池和超级电容器系统的扩展因素（诸如，容量、功率等）的信息（iii）支持电池和超级电容器系统设计和建模，和/或（iv）加快电池和超级电容器系统开发过程。
根据图8中所示的示例实施方式，电流传感器806、808、810和812可以连接到电流导体316、324、340、348，以通过电池和超级电容器系统的各种部件获得电流测量结果。
例如，第一电流传感器806可以设置在LIB 204的第一电极304和正节点216之间。第一电流传感器806可以被配置为测量通过第一电极304的第一电流。第二电流传感器808可以设置在正节点216和超级电容器208的第一电极332之间。第二电流传感器808可以被配置为测量通过第一电极332的第二电流。第三电流传感器810可以设置在LIB 204的第二电极308和负节点220之间。第三电流传感器810可以被配置为测量通过第二电极308的第三电流。第四电流传感器812可以设置在负节点220和超级电容器208的第二电极336之间。第四电流传感器812可以被配置为测量通过第二电极336的第四电流。
第一电流传感器806、第二电流传感器808、第三电流传感器810和第四电流传感器812可包括霍尔效应传感器、电流感测电阻器或测量导电材料中的电流（例如，AC和/或DC电流）并且生成对应于所测得的电流的一个或多个信号的其他合适类型的装置。第一电流传感器806、第二电流传感器808、第三电流传感器810和第四电流传感器812可经由合适的导电材料（诸如铜，铝或任何其他合适的导电材料）连接到诊断模块185。根据一些示例，一个或多个电流传感器806、808、810、812可精确地测量以下非排他性的范围之间的电流：（1）1微安至1安培；和（2）1毫安至100安培。当然，根据其他示例，在不偏离本公开的教导的情况下，电流传感器可精确地测量在上述范围之外的电流。
诊断模块185连接到正节点216、负节点220、第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802，以及第一电流传感器806、第二电流传感器808、第三电流传感器810和第四电流传感器812。诊断模块被配置为基于从例如正节点216和/或负节点220，第一参比电极800、第二参比电极804和第三参比电极802，和/或第一电流传感器806、第二电流传感器808、第三电流传感器810和第四电流传感器812获得的电势和/或电流测量结果来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障。
根据一些示例，诊断模块185被配置为基于以下项中的至少两项来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、正节点216处的电势以及负节点220处的电势。
根据另一示例，诊断模块185被配置为基于以下比较来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：（i）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、正节点216处的电势和/或负节点220处的电势；与（ii）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、正节点216处的电势和/或负节点220处的电势。
根据又一示例，诊断模块185被配置为基于以下比较诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：（i）正节点216处的电势和/或负节点220处的电势；与（ii）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、和/或由第三参比电极802测得的电势。
根据又一示例，诊断模块185被配置为基于由第一电流传感器806测得的电流、由第二电流传感器808测得的电流、由第三电流传感器810测得的电流和/或由第四电流传感器812测得的电流来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障。
在一些示例实施方式中，诊断模块185还可被配置为确定单个电极的不同层处的电势。例如，诊断模块185可以被配置为确定第一电极304的第一层814a是非反应性的（例如，因为第一电极304的左侧不存在足以生成电流的互补电极）。类似地，诊断模块185可以被配置为确定第一电极304的第二层814b处的电势可以由正节点216处的电势相对由第一参比电极800测得的电势给出。此外，诊断模块185可被配置为确定第二电极308的第三层816a的电势可以由负节点220处的电势相对由第一参比电极800测得的电势给出。诊断模块185还可被配置为确定第二电极308的第四层816b的电势可以由负节点220处的电势相对由第三参比电极802测得的电势给出。
继续地，在一些示例中，诊断模块185可被配置为确定超级电容器208的第一电极332的第一层818a的电势可以由正节点216处的电势相对由第三参比电极802测得的电势给出。另外，诊断模块185可被配置为确定第一电极332的第二层818b的电势可以由正节点216处的电势相对由第二参比电极804测得的电势给出。此外，诊断模块185可被配置为确定超级电容器208的第二电极336的第三层820a的电势可以由负节点220处的电势相对由第二参比电极804测得的电势给出。最后，诊断模块185可被配置为确定第二电极336的第四层820b是非反应性的（例如，因为第二电极336的右侧不存在足以生成电流的互补电极）。
如上文所述，尽管上文讨论了单层LIB和单层超级电容器的示例，但是LIB可包括多层和/或超级电容器可包括多层。多层LIB的层并联连接。多层超级电容器的层并联连接，并且超级电容器电极可以连接到正节点216（例如，经由第一开关）和/或负节点220（例如，经由第二开关）。
图9示出类似于图7-8中所示的那些电池和超级电容器系统的电池和超级电容器系统的示例实施方式。图9与图7的类似之处在于，LIB 204的电极（即，电极304、306、404、408）与超级电容器的电极（即，电极332、336、454、458）相互混杂。图9与图8的类似之处在于，多个参比电极（即，参比电极800、802、804、902）设置在LIB 204和超级电容器208的各种电极之间。此外，图9与图8的类似之处在于，电流传感器806、808、810和812连接到电流导体316、324、340、348、416、424、462、470。此外，诊断模块185连接到正节点216、负节点220、参比电极800、802、804、902以及电流传感器806、808、810和812。
能够注意到，图9示出布置在超级电容器208的第一对电极332、336的第二电极336与LIB 204的第二对电极404、408的第一电极404之间的第四参比电极902。因此，第四参比电极902被配置为测量在第二电极336和第一电极404之间的位置处的电势。此外，第四参比电极不连接到壳体320内的电极304、308、332、336、404、408、454、458中的任何电极。
根据一些示例，在不偏离本文的教导的情况下，在电极404和电极408之间、电极408和电极454之间、电极454和电极458之间等可包括额外的参比电极（连接到诊断模块185）。参比电极800、802、804、902可以功能上大致类似于在图8的背景中所描述的参比电极。类似地，电流传感器806、808、810、812可以大致类似于在图8的背景中所描述的电流传感器那样起作用。
根据一些示例，诊断模块185可被配置为利用经由第四参比电极902获得的电势测量结果来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障。
例如，诊断模块185可以被配置为基于以下项中的至少两项来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、由第四参比电极902测得的电势、正节点216处的电势以及负节点220处的电势。
根据另一示例，诊断模块185被配置为基于以下比较来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：（i）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、由第四参比电极902测得的电势、正节点216处的电势和/或负节点220处的电势，与（ii）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势、由第四参比电极902测得的电势、正节点216处的电势和/或负节点220处的电势。
根据又一示例，诊断模块185被配置为基于以下比较来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障：（i）正节点216处的电势和/或负节点220处的电势，与（ii）由第一参比电极800测得的电势、由第二参比电极804测得的电势、由第三参比电极802测得的电势和/或由第四参比电极902测得的电势。
根据又一示例，诊断模块185被配置为基于由第一电流传感器806测得的电流、由第二电流传感器808测得的电流、由第三电流传感器810测得的电流和/或由第四电流传感器812测得的电流来诊断LIB 204和/或超级电容器208中的故障。
此外，并且尽管未示出，但是根据一些实施方式，类似于图7中所示的实施方式，电流导体316、324、340、348、416、424、462、470中的一个或多个可以连接到一个或多个开关。
前述描述本质上仅仅是说明性的，并且不以任何方式旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导能够以多种形式实现。因此，虽然本公开包括具体示例，但是本公开的真实范围不应如此局限，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他改型将变得显而易见。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序（或同时地）执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管上文每个实施例均被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个均能够在任何其他实施例中实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使没有明确描述该组合。换言之，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例与彼此的排列依然在本公开的范围内。
使用各种术语来描述元件之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系，这些术语包括“连接”、“接合”、“联接”“相邻”、“邻近”“在…顶部上”、“在…之上”、“在…之下”以及“设置”。当上述公开内容中描述第一元件和第二元件之间的关系时，除非被明确地描述为“直接”，否则该关系能够是其中在第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，而且也能够是其中在第一元件和第二元件之间存在（或者空间上或者功能上）一个或多个中间元件的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑“或”来意指逻辑（A或B或C），并且不应被解释为意指“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”。
在附图中，如由箭头头部所指示的箭头的方向通常表明图示所讨论的信息（诸如数据或指令）的流。例如，当元件A和元件B交换多种信息，而且从元件A传输到元件B的信息与图示有关时，箭头可以从元件A指向元件B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元件B传输到元件A。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可以向元件A发送对该信息的请求或接收信息的确认。
在包括下文的限定的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”来替换。术语“模块”可以指代以下项、是以下项的一部分或包括以下项：专用集成电路（ASIC）；数字电路、模拟电路或混合模拟/数字分立电路；数字集成电路、模拟集成电路或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享的、专用的或成组的）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享的、专用的或成组的）；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或上述的一些或全部的组合（诸如在系统芯片中）。
模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（LAN）、因特网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可以允许负荷平衡。在另一示例中，服务器（也被称为远程或云）模块可以代表客户端模块实现一些功能。
如上文所使用的那样，术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路涵盖与额外的处理器电路组合执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的引用涵盖分立裸片上的多个处理器电路、单个裸片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个芯、单个处理器电路的多个线程，或上述的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语组存储器电路涵盖与额外的存储器组合存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的那样，术语计算机可读介质不涵盖通过介质（诸如载波）传播的瞬时电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非瞬时的。非瞬时、有形的计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路（诸如闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路，或掩模只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光学存储介质（诸如CD、DVD或蓝光光盘）。
本申请中所描述的装置和方法可以由通过配置通用计算机来执行体现在计算机程序中的一个或多个具体功能而创建的专用计算机部分地或完全地实现。上文描述的功能块、流程图组成部分和其他元素用作软件规范，其能够通过熟练技术人员或程序员的日常工作转换为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非瞬时的有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的具体装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可包括：（i）待解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法）（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可以使用来自包括以下语言的语法来编写源代码：C、C ++、C＃、ObjectiveC、Swift，Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（动态服务器页面）、PHP（PHP：超文本预处理器）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®。

Claims (19)

1.一种车辆的电池和超级电容器系统，包括：
包括第一电极和第二电极的锂离子电池（LIB）；
包括第三电极和第四电极的超级电容器；
第一参比电极，其设置在所述第一电极和所述第二电极之间并被配置为测量所述第一电极和所述第二电极之间的第一位置处的第一电势；
第二参比电极，其设置在所述第三电极和所述第四电极之间并被配置为测量所述第三电极和所述第四电极之间的第二位置处的第二电势，
其中：
所述第一电极连接到所述第三电极；
所述第二电极连接到所述第四电极；
所述第一参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极；并且
所述第二参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极；以及
诊断模块，其：
连接到所述第一参比电极、连接在所述第一电极和所述第三电极之间的第一节点、连接在所述第二电极和所述第四电极之间的第二节点和所述第二参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项来诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：所述第一电势、所述第二电势、所述第一节点处的第三电势和所述第二节点处的第四电势。
2.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势和所述第四电势中的另一者。
3.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势和所述第二电势中的一者。
4.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，还包括：
所述第一电极和所述第一节点之间的第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为测量通过所述第一电极的第一电流；
所述第一节点和所述第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过所述第三电极的第二电流；
所述第二电极和所述第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过所述第二电极的第三电流；和
所述第二节点和所述第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过所述第四电极的第四电流，
其中所述诊断模块连接到所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器，并且
其中所述诊断模块还被配置为基于所述第一电流、所述第二电流、所述第三电流和所述第四电流中的至少一者来诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障。
5.根据权利要求4所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器中的至少一者具有以下范围中的至少一者的精度：（i）1微安至1安培；和（ii）1毫安至100安培。
6.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，还包括：
第三参比电极，其设置在所述第二电极和所述第三电极之间并且被配置为测量所述第二电极和所述第三电极之间的第三位置处的第五电势，
其中所述第三参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极。
7.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中：
所述锂离子电池还包括第五电极和第六电极；并且
所述超级电容器还包括第七电极和第八电极，
其中所述超级电容器的所述第三电极和所述第四电极设置在：（i）所述锂离子电池的所述第一电极和所述第二电极之间；与（ii）所述锂离子电池的所述第五电极和所述第六电极之间，并且
其中所述锂离子电池的所述第五电极和所述第六电极设置在：（i）所述超级电容器的所述第三电极和所述第四电极之间；与（ii）所述超级电容器的所述第七电极和所述第八电极之间。
8.根据权利要求7所述的电池和超级电容器系统，还包括：
第三参比电极，其设置在所述第二电极和所述第三电极之间并且被配置为测量在所述第二电极和所述第三电极之间的第三位置处的第五电势，
其中所述第三参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的任何电极；
第四参比电极，其设置在所述第四电极和所述第五电极之间并且被配置为测量所述第四电极和所述第五电极之间的第四位置处的第六电势，
其中所述第四参比电极不连接到所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述第四电极、所述第五电极、所述第六电极、所述第七电极和所述第八电极中的任何电极。
9.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中：
所述第一电极包括锂锰氧化物（LMO）；和
所述第二电极包括锂钛氧化物（LTO）。
10.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第三电极和所述第四电极包括活性炭、导电聚合物和金属氧化物中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第一参比电极和所述第二参比电极中的至少一者包括Li金属、镀Li金属线、Li基合金、磷酸铁锂（LFP）和锂钛氧化物中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的电池和超级电容器系统，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一者包括锂镍锰钴氧化物（NMC）、锂锰氧化物（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、石墨和锂钛氧化物（LTO）中的至少一者。
13.一种用于车辆的系统，包括：
根据权利要求6所述的电池和超级电容器系统，
其中，诊断模块：
还连接到第三参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项诊断锂离子电池和超级电容器中的至少一者中的故障：第一电势、第二电势、第一节点处的第三电势、第二节点处的第四电势以及第五电势。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势以及所述第五电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势以及所述第五电势中的另一者。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述诊断模块被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势和所述第五电势中的一者。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述电池和超级电容器系统还包括：
第一电极和所述第一节点之间的第一电流传感器，所述第一电流传感器被配置为测量通过所述第一电极的第一电流；
所述第一节点和第三电极之间的第二电流传感器，所述第二电流传感器被配置为测量通过所述第三电极的第二电流；
第二电极和所述第二节点之间的第三电流传感器，所述第三电流传感器被配置为测量通过所述第二电极的第三电流；和
所述第二节点和第四电极之间的第四电流传感器，所述第四电流传感器被配置为测量通过所述第四电极的第四电流，
其中所述诊断模块连接到所述第一电流传感器、所述第二电流传感器、所述第三电流传感器和所述第四电流传感器，并且
其中所述诊断模块还被配置为基于所述第一电流、所述第二电流、所述第三电流和所述第四电流中的至少一者来诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障。
17.一种用于车辆的系统，包括：
根据权利要求8所述的电池和超级电容器系统；和
诊断模块，其：
连接到第一参比电极、连接在第一电极和第三电极之间的第一节点、第三参比电极、连接在第二电极和第四电极之间的第二节点、第二参比电极以及第四参比电极；并且
被配置为基于以下项中的至少两项诊断锂离子电池和超级电容器中的至少一者中的故障：第一电势、第二电势、所述第一节点处的第三电势、所述第二节点处的第四电势、第五电势和第六电势。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述诊断模块还被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势、所述第五电势和所述第六电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第三电势、所述第四电势、所述第五电势和所述第六电势中的另一者。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述诊断模块还被配置为基于以下比较诊断所述锂离子电池和所述超级电容器中的至少一者中的故障：
（i）所述第三电势和所述第四电势中的一者；与
（ii）所述第一电势、所述第二电势、所述第五电势和所述第六电势中的一者。
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