CN111448707A - 高覆盖电池使用监控器 - Google Patents

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唐纳德·伦波斯基
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Ivell Mobile Ltd
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Abstract

用于使用具有处理器和非暂时性计算机可读存储介质的电池控制器来监控和控制包括多个电池单体的多单体电池的方法和系统。包括电流、电压和温度传感器的监控电路测量每个电池单体的多个单体参数，该多个单体参数被传送到电池控制器。电池控制器对单体参数和单体参数的过去值进行参数化，以生成每个电池单体的校准的单体模型。确定每个电池单体的最佳使用情况，作为多单体电池内的不同电池单体之间的单体操作极限的最佳折衷，然后使每个电池单体根据对应的最佳使用情况被操作。还提供电池的剩余使用寿命的计算和报告。

Description

高覆盖电池使用监控器
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月16日提交的美国临时专利申请序列号62/572,734和2018年10月15日提交的美国实用新型专利申请序列号16/160,102的权益，这些申请的内容通过引用被完全结合在本文中。
背景技术
1.发明的领域
用于监控和控制多单体电池的系统和方法。
2.现有技术的描述
当今存在用于监控和控制多单体电池的多个不同类型的系统和方法。这种系统通常包括控制器，以使多单体电池内的电池单体被均匀地充电和放电。基于电池的一般使用模式来估计和维持(preserve)电池寿命在本领域中也是已知的。
然而，现有解决方案无法完全考虑多单体电池内的每个电池单体的单独操作状态，以便在单体操作极限(cell operating limit)内并且根据由每个电池单体的校准的单体模型确定的最佳使用情况(optimal usage profile)来控制电池单体的使用。
发明内容
本公开包括一种用于监控和控制多单体电池的监控和控制方法。更具体地，本公开提供用于完整监控高单体量电池中的电池单体。本公开还提供用于使用关于电池单体的高覆盖数据来改善多单体电池的操作、诊断和预测。
该方法开始于，使用监控电路来测量多单体电池内的每个电池单体的多个单体参数。该方法包括，将多个单体参数从监控电路传送到电池控制器。该方法前进到以下步骤，由电池控制器将测量的单体参数记录在非暂时性计算机可读存储介质中。该方法继续到以下步骤，通过对单体参数和单体参数的先前记录值进行参数化，生成每个电池单体的校准的单体模型。该方法前进到以下步骤，使用对应的电池单体的校准的单体模型，来确定每个电池单体的单体安全操作极限和/或单体寿命操作极限和/或最佳使用情况中的至少一个。该方法继续到以下步骤，根据对应的单体安全操作极限和/或对应的单体寿命操作极限和/或对应的最佳使用情况，来操作每个电池单体。
根据本公开的一方面，每个电池单体的校准的单体模型是兰迪斯(Randles)单体模型，该兰迪斯单体模型包括串联电阻、双层电容和有源电荷传递电阻的值。
根据本公开的另一方面，该方法可以包括，使用每个电池单体的校准的单体模型，来确定每个电池单体的相关联的单体安全操作极限，以及操作多单体电池内的每个电池单体，以将每个电池单体保持在相关联的单体安全操作极限内。
根据本公开的另一方面，该方法可以包括，使用每个电池单体的校准的单体模型，来确定每个电池单体的相关联的单体寿命操作极限，以及操作多单体电池内的每个电池单体，以将每个电池单体保持在相关联的单体寿命操作极限内。
根据本公开的另一方面，该方法可以包括，确定每个电池单体的相关联的最佳使用情况，作为多单体电池内的不同电池单体之间的单体操作极限的最佳折衷；以及根据相关联的最佳使用情况，来操作多单体电池内的每个电池单体。
更具体地，操作多单体电池内的每个电池单体，以将每个电池单体保持在单体安全操作极限内的步骤可以包括，命令功率控制器限制被供应到多单体电池内的单独一个电池单体或从多单体电池内的单独一个电池单体获取的电压和/或电流。另外地或替代地，操作多单体电池内的每个电池单体，以将每个电池单体保持在单体安全操作极限内的步骤可以包括，命令负载控制器限制从多单体电池被供应到电负载的电压和/或电流。另外地或替代地，操作多单体电池内的每个电池单体的步骤还可以包括，命令充电控制器限制被供应到多单体电池的电压或电流中的至少一个。
本公开还提供一种存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，该计算机可执行指令在由处理器执行时指示设备进行各种动作。作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作包括：通过使用与多个单体参数相关联的值来对单体参数进行参数化，生成多单体电池内的多个电池单体中的每个电池单体的校准的单体模型；使用对应的电池单体的校准的单体模型，来确定每个电池单体的单体安全操作极限和/或单体寿命操作极限和/或最佳使用情况中的至少一个；以及根据单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个，来操作每个电池单体。
根据本公开的一方面，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以进一步包括：使用校准的单体模型来确定每个电池单体的单体安全操作极限。
根据本公开的一方面，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以进一步包括：使用校准的单体模型来确定每个电池单体的单体寿命操作极限。
根据本公开的一方面，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以进一步包括：确定每个电池单体的最佳使用情况，作为多单体电池内的不同电池单体之间的单体操作极限的最佳折衷。
根据本公开的一方面，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以包括：命令功率控制器限制被供应到模块或从模块获取的电压或电流中的至少一个，该模块包含多单体电池内的电池单体的子集，即，多单体电池内的单独一个电池单体。替代地或另外地，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以包括，命令负载控制器限制从多单体电池被供应到电负载的电压和/或电流。替代地或另外地，作为处理器执行计算机可执行指令的结果被进行的动作可以包括，命令充电控制器限制被供应到多单体电池的电压或电流中的至少一个。
本公开还提供一种电池监控器和优化器的系统。该系统包括具有多个电池单体的多单体电池。监控电路与每个电池单体相关联，并且被配置为监控相关联的电池单体的多个单体参数。该系统还包括电池控制器，该电池控制器具有与监控电路进行通信的处理器，用于生成每个电池单体的校准的单体模型。电池控制器被配置为确定以下中的至少一个：与相关联的一个电池单体的损坏的高可能性相关联的单体安全操作极限、和/或与相关联的一个电池单体的服务寿命的减少相关联的单体寿命操作极限、和/或相关联的一个电池单体的最佳使用情况。电池控制器被配置为向控制设备发信号，以将相关联的一个电池单体保持在单体操作极限内，或者根据最佳使用情况来对相关联的一个电池单体充电和放电。
根据本公开的一方面，每个电池单体的校准的单体模型可以是兰迪斯单体模型，该兰迪斯单体模型包括串联电阻、双层电容和有源电荷传递电阻的值。
根据本公开的一方面，控制设备可以包括功率控制器，该功率控制器被配置为限制被供应到模块或从模块获取的电压和/或电流，该模块包含多单体电池内的电池单体的子集。替代地或另外地，控制设备可以包括负载控制器，该负载控制器被配置为限制从多单体电池被供应到电负载的电压和/或电流。替代地或另外地，控制设备可以包括充电控制器，该充电控制器被配置为限制被供应到多单体电池的电压和/或电流。
电池性能的优化和维持电池安全通常取决于不对多单体电池中的最弱的电池单体施加过大压力，因此优选以单体级别监控。通过监控每个单独的电池单体，电池操作可以被调整，以避免损坏最弱的电池单体，因此改善电池性能和使用寿命。单独的电池单体监控还通过在发生单体故障之前识别单体电压、电流或温度问题来改善电池安全。
附图说明
当结合附图考虑时，因为通过参考以下详细描述，本发明变得更好理解，所以也将容易地理解本发明的其他优点，其中：
图1是用于监控和控制多单体电池的系统的框图；
图2是电池单体的示意图；
图3是电池控制器的框图；
图4是示出根据本公开的方面的监控和控制方法的步骤的流程图；
图5是示出根据本公开的方面的监控和控制方法的附加步骤的流程图；
图6是示出根据本公开的方面的诊断方法的步骤的流程图；
图7是示出根据本公开的方面的预测方法的步骤的流程图；
图8是示出根据本公开的方面的状态方法的步骤的流程图；
图9是示出根据本公开的方面的监控和控制方法的替代步骤的流程图；以及
图10是示出根据本公开的方面的监控和控制方法的替代步骤的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中，多个视图中相同的附图标记指示对应的部分，提供了用于监控和控制包括多个电池单体22的多单体电池20的方法100和系统10。
用于监控和控制多单体电池20的监控和控制方法100以步骤102开始，提供包括处理器28和非暂时性计算机可读存储介质30的电池控制器26，该非暂时性计算机可读存储介质30存储与多单体电池20有关的电池数据32，并且存储包括与每个电池单体22有关的信息的单体数据34。一个或多个电池单体22可以被功能地组合为模块24。换句话说，模块24是多单体电池20中的电池单体22的子集，该电池单体22以可以对于模块24单独测量参数的方式被连接。在图1的框图中示出系统10的概述。图2是多单体电池20的代表性电池单体22的示意图，并且图3是电池控制器26的框图。
方法100包括104，对于多单体电池20内的每个电池单体22，测量与多个单体参数Icell、tcell、Vcell相关联的值。单体参数包括单体电压Vcell、单体电流Icell和单体温度tcell中的一个或多个。该值可以由监控电路36测量，该监控电路36包括电流传感器36a、电压传感器36b和温度传感器36c。可以在两个或多个电池单体22之间共享传感器36a、36b、36c中的一个或多个。例如，对于两个或多个电池单体22的模块，可能存在单个共享的温度传感器36c。监控电路36还可以测量其他参数，包括例如电池单体22的单体电容、传质电阻(masstransfer resistance)(或电荷传递电阻(charge transfer resistance))和/或弛豫时间(例如，瓦尔堡(Warburg)阻抗Zw)。如稍后将更详细地解释的，监控每个电池单体22允许电池控制器26知道多单体电池20内的每个单体的状态，这也允许在充电和放电期间控制多单体电池20，以对于包括例如性能和电池寿命的多个不同的考虑进行优化。
方法100还包括106，将与多个单体参数Icell、tcell、Vcell相关联的值传送到电池控制器26。一个或多个监控电路36可以传送该值。替代地或另外地，另一设备，诸如与两个或多个电池单体22的模块相关联的模块控制器，可以进行该步骤106。如图1中示出的，可以在监控电路36和电池控制器26之间提供第一通信路径70。许多不同类型的配置可以用于第一通信路径70，包括有线或无线通信、电、无线电、光(光纤或自由空气(free air))。第一通信路径70可以以多个不同的配置或布置中的任何一个被布置，包括例如星形拓扑、菊花链或其组合。根据一方面，两个或多个监控电路36可以被组合为单个功能单元，该单个功能单元可以具有到电池控制器26的单个通信路径。根据另一方面，一个或多个监控电路36可以与电池控制器26组合作为功能单元。
方法100前进到步骤108，将与多个单体参数Icell、tcell、Vcell相关联的值记录在非暂时性计算机可读存储介质30中。该步骤108可以由电池控制器26进行。具体地，电池控制器26的处理器28可以将测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的值记录在电池控制器26的非暂时性计算机可读存储介质30中。替代地或另外地，一个或多个其他控制器，诸如数据记录器，可以记录测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的值。
在不同时间48、52记录的不同的测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的值也可以被保留在非暂时性计算机可读存储介质30中。如图3的框图中示出的，测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的记录值可以被存储在电池控制器26内的非暂时性计算机可读存储介质30的单体数据34区域中。测量的单体参数Icell、tcell、Vcell可以替代地被存储在另一位置中和/或以分布方式被存储在多个不同的位置之间。测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的一些或全部记录值可以在本地被存储，诸如在电池控制器26的存储器内。根据一方面，测量的单体参数Icell、tcell、Vcell的一些或全部记录值可以远程地被存储。例如，系统10可以被配置为在电池控制器26的非暂时性计算机可读存储介质30内本地存储单体参数Icell、tcell、Vcell的前一分钟的测量值。系统10还可以在远程服务器中和/或以分布方式(即，在“云”中)存储单体参数Icell、tcell、Vcell的更广泛的历史值。
方法100包括110，对于每个电池单体22，以高速率重复步骤104-108。例如，可以以每秒1到1000个样本的速率来测量和记录(即，采样)单体参数Icell、tcell、Vcell。
方法100继续到步骤112，通过使用单体参数Icell、tcell、Vcell的当前值和/或单体参数Icell、tcell、Vcell的先前记录值来对那些单体参数Icell、tcell、Vcell进行参数化，由电池控制器26生成每个电池单体22的校准的单体模型38。参数识别(即，参数化)的算法可以完全是经验学习机制(例如，神经网络)，或者可以是对结构化物理模型的曲线拟合(最小二乘)或最优(Kalman、LQE)曲线拟合。如图2中示出的，校准的单体模型38可以采用电模型的形式。具体地，校准的单体模型38可以包括开路电压Voc。校准的单体模型38还可以包括兰迪斯单体模型，包括串联电阻Rs、双层电容Cdl、有源电荷传递电阻Rct和瓦尔堡阻抗Zw的值。瓦尔堡阻抗Zw可以替代地被分类为传质电阻(或电荷传递电阻)或者被分类为弛豫时间。校准的单体模型38可以包括与电池单体22有关的其他感兴趣的物理参数，诸如是例如作为电流的函数(不一定是线性关系)的单体源电压、欧姆串联电阻、串联和并联电容以及电感。可以对于多单体电池内的单独的电池单体22做出这些确定，或者可以对于许多不同电池中的电池单体群做出这些确定，诸如是例如使用分布式计算和存储设施中(即，在“云”中)的数据。校准的单体模型38还可以包括电池单体22的电化学模型。校准的单体模型38可以包括关于电池单体22的相对强势(或弱势)的信息。
方法100前进到步骤114，由电池控制器26确定每个电池单体22的单体荷电状态SoCcell。在确定单体荷电状态SoCcell时，处理器28可以使用校准的单体模型38以及关于对每个电池单体22充电和放电的历史信息。
方法100前进到步骤116，由电池控制器26确定每个电池单体22的单体寿命操作极限40。单体寿命操作极限40可以包括诸如温度、电流、电压或其组合的值，该温度、电流、电压或其组合与相关联的电池单体22的服务寿命和/或存储容量的减少相关联。在确定单体寿命操作极限40时，处理器28可以使用校准的单体模型38和单体荷电状态SoCcell来确定单体容量。每个电池单体22的单体寿命操作极限40可以包括每个单体参数Icell、tcell、Vcell或单体参数Icell、tcell、Vcell的组合以及单体荷电状态SoCcell的对应于电池单体22有效存储电能的能力的退化的值。
方法100前进到步骤118，确定每个电池单体22的单体安全操作极限42。单体安全操作极限42可以包括诸如温度、电流、电压或其组合的值，该温度、电流、电压或其组合与相关联的电池单体22的损坏的高可能性相关联。该步骤118可以由电池控制器26进行。在确定单体安全操作极限42时，处理器28可以使用每个电池单体22的校准的单体模型38来确定单体容量，其中，单体安全操作极限42包括每个单体参数Icell、tcell、Vcell和最大荷电状态SoCmax或者单体参数Icell、tcell、Vcell和单体荷电状态SoCcell的组合的对应于电池单体22的已知故障模式的值。
方法100继续到步骤120，操作模块24和/或多单体电池20，以将每个电池单体22保持在单体操作极限40、42内。如下面将更详细地解释的，系统10可以包括一个或多个不同的控制设备62、64、68，以控制电能的流动并且将每个电池单体22保持在单体操作极限40、42内。
根据一方面，并且如图9中示出的，步骤120，操作模块24和/或多单体电池20，以将每个电池单体22保持在单体操作极限40、42内，可以包括120A，由电池控制器26命令功率控制器62限制被供应到单独的电池单体22或从单独的电池单体22获取的电压和/或电流。两个或多个电池单体22的每个模块24可以包括相关联的功率控制器62，该功率控制器62可以被配置为限制被供应到该模块内的单独的电池单体22或从该模块内的单独的电池单体22获取的电压和/或电流。
根据一方面，并且如图9中示出的，步骤120，操作模块24和/或多单体电池20，以将每个电池单体22保持在单体操作极限40、42内，可以包括120B，由电池控制器26命令负载控制器64限制从多单体电池20被供应到电负载66的电压和/或电流。
根据一方面，并且如图9中示出的，步骤120，操作模块24和/或多单体电池20，以将每个电池单体22保持在单体操作极限40、42内，可以包括120C，由电池控制器26命令充电控制器68限制被供应到多单体电池20的电压和/或电流。充电控制器68可以位于车辆上，或者位于固定位置，诸如是用于从AC或DC电源对1、2或3级充电的充电器。充电控制器68可以包括既位于车辆上又位于诸如固定位置的其他地方的组件。为了进行该步骤120C，诸如在再生制动模式中用作动力源的电动机控制器的其他设备可以用作充电控制器68。
方法100继续到步骤122，由电池控制器26生成多单体电池20的合理使用模型44，包括以下中的一个或多个：充电速率46、充电时间48、放电速率50、放电时间52和/或占空比54。合理使用模型44可以结合关于充电、放电或其组合的细节。合理使用模型44可以包括关于对多单体电池20充电和/或放电的任一个或两者的占空比54的细节。方法100可以包括124，由电池控制器26基于多单体电池20的实际使用来修改多单体电池20的合理使用模型44。这种实际使用可能受到例如驾驶员习惯(用于车辆应用)的影响。
方法100前进到步骤126，基于多单体电池20内的不同电池单体22之间的单体操作极限40、42的最佳折衷来确定每个电池单体22的最佳使用情况56。该步骤126可以由电池控制器26进行，并且可以考虑多单体电池20内的每个不同电池单体22的单体寿命和单体安全的模型预测。例如，如果电池单体22表现出增加的串联电阻Rs，并且当以高速率(即，用高单体电流Icell)充电或放电时发生伴随的发热，则最佳使用情况56将排除或限制该单体以高电流充电或放电，以确保电池单体22不会过热并且造成安全隐患。作为另一示例，如果电池单体22表现出由深度放电和再充电循环加剧或增加的电荷存储容量的损失，则最佳使用情况56可以限制该特定电池单体22的放电深度，以维持电池功能更长的时间。电池容量的这种下降可以伴随通知电池用户电池性能降级。
根据一方面，方法100还可以包括步骤128，在步骤126确定最佳使用情况56时，包括多单体电池20的使用的历史模式58。例如，在很少深度放电的多单体电池20中，单独的单体的放电深度可以受到较少限制。作为另一示例，对于通常看到包括低使用时间和长再充电时间的低占空比操作的电池，系统10可以允许较弱的单体以相对较慢的速率再充电，特别是在那些较弱的单体可能因快速再充电而下降的情况。
方法100继续到步骤130，根据对应的最佳使用情况56来操作多单体电池20内的每个电池单体22。如下面将更详细地解释的，系统10可以包括一个或多个不同的控制设备62、64、68，以根据最佳使用情况56来控制电能的流动并且对每个电池单体22充电和放电。整体目标是维持最佳的电池寿命，同时仍提供足够的电荷存储和功率容量。
根据一方面，并且如图10中示出的，步骤130，根据对应的最佳使用情况56来操作多单体电池20内的每个电池单体22，可以包括130A，由电池控制器26命令功率控制器62限制被供应到与模块24相关联的每个电池单体22或从与模块24相关联的每个电池单体22获取的电压和/或电流。这可以包括例如限制多单体电池20的充电和/或放电速率。
根据一方面，并且如图10中示出的，步骤130，根据对应的最佳使用情况56来操作多单体电池20内的每个电池单体22，可以包括130B，由电池控制器26命令负载控制器64限制从多单体电池20被供应到电负载66的电压和/或电流。
根据一方面，并且如图10中示出的，步骤130，根据对应的最佳使用情况56来操作多单体电池20内的每个电池单体22，可以包括130C，由电池控制器26命令充电控制器68限制被供应到多单体电池20的电压和/或电流。
方法100继续到步骤132，通过返回到步骤102，以固定间隔重复方法100。换句话说，方法100可以连续地循环。处理器28可以使方法100以固定间隔循环。根据一方面，方法100可以仅在多单体电池20正在主动充电或放电时才是激活的。替代地，方法100可以总是激活的。
如图6的流程图中示出的，可以提供诊断方法150用于诊断多单体电池20内的状态。诊断方法150可以包括152，由电池控制器26使用校准的单体模型38来诊断每个电池单体22的单体退化和单体故障。在诊断退化和单体故障时，电池控制器26可以使用单体性能的物理模型、统计过程控制类型极限计算、或其他手段或者不同方法的组合。诊断方法150还可以包括154，由电池控制器26使用校准的单体模型38来诊断每个电池单体22的基础结构(infrastructure)退化和基础结构故障。这种基础结构退化可以包括例如冷却多单体电池20的能力降低和/或在电池单体22之间和/或到多单体电池20和从多单体电池20传导电力的能力降低，诸如是可能由于例如一个或多个电导体78、80、82、84的腐蚀而导致的。
诊断方法150还可以包括156，在对于每个电池单体22进行步骤152-154时，结合来自物理上相邻的电池单体22的数据。例如，由于结构故障或热管理系统故障，过度的物理振动或过度的温度可能是多单体电池20中的局部现象。这些故障可能出现在受影响区域中的多个不同电池单体22的单体监控数据中。换句话说，系统10提供了用于通过逐个单体地观察温度、电压或电流的变化来诊断电池的一个区域中的局部电、机械或热问题。
如图7的流程图中示出的，可以提供预测方法160用于预测多单体电池20内的未来状态。预测方法160可以包括162，由电池控制器26使用校准的单体模型38来预测每个电池单体22的单体退化和单体故障。在预测退化和单体故障时，电池控制器26可以使用单体性能的物理模型、统计过程控制类型极限计算、或其他手段或者不同方法的组合。预测方法160还可以包括164，由电池控制器26使用校准的单体模型38来预测每个电池单体22的基础结构退化和基础结构故障。像诊断方法150一样，预测方法160还可以包括166，在进行步骤162-164时，结合来自物理上相邻的电池单体22的数据。
如图8的流程图中示出的，可以提供状态方法170，包括步骤172，由电池控制器26使用校准的单体模型38和合理使用模型44来计算多单体电池20的剩余使用寿命60。状态方法170还包括174，由电池控制器26报告多单体电池20的剩余使用寿命60。剩余使用寿命60可以被报告给感兴趣的人，诸如多单体电池20的用户、车辆所有者、车队运营商、车辆OEM和/或维护者。可以以多个不同格式中的一个或多个来报告剩余使用寿命60，诸如“新”或标称的百分比、剩余使用寿命60的时间或距离，诸如剩余X个月和/或Y年。剩余使用寿命60也可以被报告为在多单体电池20充满电的情况下车辆可以行驶的距离范围。可以使用状态显示来完成报告，诸如在车辆的仪表盘上。可以通过将剩余使用寿命60传送到远程监控系统10来完成报告，用于呈现和/或用于其他目的，诸如用于安排预防性维护，诸如修理或更换多单体电池20。准确的剩余使用寿命计算可以使得车辆残值计算更准确。这使得二手电动车辆的定价更准确。
如图1-3中最佳示出的，还提供电池监控器和优化器的系统10。系统10包括具有多个电池单体22的多单体电池20。电池单体22被分组为模块24，每个模块24具有一个或多个功能上被分组在一起的电池单体22。监控电路36与电流传感器36a和电压传感器36b以及温度传感器36c相关联，并且包括电流传感器36a和电压传感器36b以及温度传感器36c，每个电流传感器36a和电压传感器36b被连接到每个电池单体22，温度传感器36c被设置在每个电池单体22附近，用于监控多个单体参数Icell、tcell、Vcell，包括相关联的电池单体22的单体电压Vcell、单体电流Icell和单体温度tcell。电池监控系统10可以完全与多单体电池20一起驻留或靠近多单体电池20，或者可以被分布在许多存储和计算模块中，诸如与云计算一起。
如图1中示出的，系统10还包括电池控制器26。如图3中示出的，电池控制器26包括存储电池数据32的非暂时性计算机可读存储介质30，该电池数据32包括与多单体电池20有关的信息。电池数据32可以包括例如电池荷电状态SoCbatt，剩余使用寿命60和/或诸如温度、电压、充电或放电电流等的其他参数的值。非暂时性计算机可读存储介质30还存储单体数据34，该单体数据34包括与每个电池单体22有关的信息。单体数据34可以包括例如单体电压Vcell、单体荷电状态SOCcell、单体电流Icell、单体温度tcell等。电池控制器26包括处理器28，该处理器28经由第一通信路径70与监控电路36进行通信，并且生成每个电池单体22的校准的单体模型38，并且用于向控制设备62、64、68发信号，以将电池单体22保持在单体操作极限40、42内。
如图1中示出的，功率控制器62与每个模块24相关联，并且在电池控制器26和功率控制器62之间具有第二通信路径72，用于允许电池控制器26命令每个功率控制器62，用于控制去往和/或来自相关联的一个模块24的电功率的输送。负载控制器64在电池控制器26和负载控制器64之间被提供有第三通信路径74，用于允许电池控制器26命令负载控制器64控制从多单体电池20到电负载66的电流的输送。负载控制器64可以是能够控制由电负载消耗的电能量的任何设备。负载控制器64可以是例如电动机驱动的逆变器、加热器控制器、空调压缩机控制器。同样，电负载66可以是消耗电能的任何设备。电负载66可以包括例如牵引电动机、电阻加热器或其他HVAC组件，诸如空气压缩机或鼓风机。电负载66还可以包括DC/DC转换器，用于提供诸如12VDC的低压电源、用于运行附件和/或用于对低压电池充电。充电控制器68还在电池控制器26和充电控制器68之间被提供有第四通信路径76，用于允许电池控制器26命令充电控制器68控制电流的输送以对多单体电池20充电。
如图1中还示出的，第一电导体78将电力从电池单体22的相关联的模块24传送到功率控制器62。第二电导体80将电力从功率控制器62传送到负载控制器64。第三电导体82将电力从负载控制器64传送到电负载66，并且第四电导体84将电力从充电控制器68传送到多单体电池20。
在另一方面，非暂时性计算机可读存储介质30存储计算机可执行指令72，该计算机可执行指令72在由处理器28执行时指示设备进行多个不同的动作。作为处理器28执行计算机可执行指令72的结果被进行的动作包括，通过使用与单体参数Icell、tcell、Vcell相关联的值和/或单体参数Icell、tcell、Vcell的先前记录值来对那些单体参数Icell、tcell、Vcell进行参数化，生成多单体电池20内的多个电池单体22中的每个电池单体22的校准的单体模型38。作为处理器28执行计算机可执行指令72的结果被进行的动作还包括，使用对应电池单体22的校准的单体模型38来确定每个电池单体22的单体安全操作极限42或最佳使用情况56中的至少一个。作为处理器28执行计算机可执行指令72的结果被进行的动作还包括，根据单体安全操作极限42和/或最佳使用情况56中的至少一个来操作每个电池单体22。如上面参考用于监控和控制多单体电池20的方法100详细描述的，这可以完成。处理器28可以例如向控制设备62、64、68发信号，以将电池单体22保持在相关联的单体操作极限40、42内。
实施例的上述描述已经被提供以用于说明和描述。其不旨在穷举或限制本公开。即使未具体示出或描述，特定实施例的单独元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下可互换并且可被用在选定实施例中。同样也可以以多种方式被变型。这种变型不被认为是背离本公开，并且所有这种变型旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种用于监控和控制包括多个电池单体的多单体电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
由监控电路测量所述多单体电池内的每个所述电池单体的与多个单体参数相关联的值；
将与多个所述单体参数相关联的所述值传送到电池控制器；
将与多个所述单体参数相关联的所述值记录在非暂时性计算机可读存储介质中；
通过使用与多个所述单体参数相关联的所述值来对所述单体参数进行参数化，生成每个所述电池单体的校准的单体模型；
使用对应的所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个；以及
根据所述单体安全操作极限或所述单体寿命操作极限或所述最佳使用情况中的所述至少一个，来操作每个所述电池单体。
2.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，每个所述电池单体的所述校准的单体模型是兰迪斯单体模型，所述兰迪斯单体模型包括串联电阻、双层电容和有源电荷传递电阻的值。
3.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述使用对应的所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个的步骤包括：
使用每个所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的相关联的单体安全操作极限；以及
根据所述相关联的单体安全操作极限，来操作每个所述电池单体。
4.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述使用对应的所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个的步骤包括：
使用每个所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的相关联的单体寿命操作极限；以及
根据所述相关联的单体寿命操作极限，来操作每个所述电池单体。
5.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述使用对应的所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个的步骤包括：
确定每个所述电池单体的相关联的最佳使用情况，作为所述多单体电池内的不同所述电池单体之间的单体操作极限的最佳折衷；以及
根据所述相关联的最佳使用情况，来操作每个所述电池单体。
6.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述根据所述单体安全操作极限或所述单体寿命操作极限或所述最佳使用情况中的所述至少一个，来操作每个所述电池单体的步骤包括：命令功率控制器限制被供应到所述多单体电池内的单独一个所述电池单体或从所述多单体电池内的单独一个所述电池单体获取的电压或电流中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述根据所述单体安全操作极限或所述单体寿命操作极限或所述最佳使用情况中的所述至少一个，来操作每个所述电池单体的步骤包括：命令负载控制器限制从所述多单体电池被供应到电负载的电压和/或电流。
8.根据权利要求1所述的用于监控和控制多单体电池的方法，其特征在于，所述根据所述单体安全操作极限或所述单体寿命操作极限或所述最佳使用情况中的所述至少一个，来操作每个所述电池单体的步骤包括：命令充电控制器限制被供应到所述多单体电池的电压或电流中的至少一个。
9.一种存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由处理器执行时指示设备进行动作，包括：
通过使用与多个单体参数相关联的值来对所述单体参数进行参数化，生成多单体电池内的多个电池单体中的每个电池单体的校准的单体模型；
使用对应的所述电池单体的所述校准的单体模型，来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限或单体寿命操作极限或最佳使用情况中的至少一个；以及
根据所述单体安全操作极限或所述单体寿命操作极限或所述最佳使用情况中的所述至少一个，来操作每个所述电池单体。
10.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由所述处理器执行时，指示设备使用所述校准的单体模型来确定每个所述电池单体的单体安全操作极限。
11.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由所述处理器执行时，指示设备使用所述校准的单体模型来确定每个所述电池单体的单体寿命操作极限。
12.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由所述处理器执行时，指示设备确定每个所述电池单体的最佳使用情况，作为所述多单体电池内的不同所述电池单体之间的单体操作极限的最佳折衷。
13.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由处理器执行时指示设备进行动作，进一步包括：
命令功率控制器限制被供应到模块或从模块获取的电压或电流中的至少一个，所述模块包含所述多单体电池内的所述电池单体的子集，即，所述多单体电池内的单独一个所述电池单体。
14.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由处理器执行时指示设备进行动作，进一步包括：
命令负载控制器限制从所述多单体电池被供应到电负载的电压和/或电流。
15.根据权利要求9所述的存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述指令在由处理器执行时指示设备进行动作，进一步包括：
命令充电控制器限制被供应到所述多单体电池的电压或电流中的至少一个。
16.一种电池监控器和优化器的系统，其特征在于，包括：
多单体电池，所述多单体电池包括多个电池单体；
监控电路，所述监控电路与每个所述电池单体相关联，其中，每个所述监控电路被配置为监控相关联的一个所述电池单体的多个单体参数；以及
电池控制器，所述电池控制器包括与所述监控电路进行通信的处理器，并且被配置为生成每个所述电池单体的校准的单体模型；
所述电池控制器被配置为确定与相关联的一个所述电池单体的损坏的高可能性相关联的单体安全操作极限、或与所述相关联的一个所述电池单体的服务寿命的减少相关联的单体寿命操作极限、或所述相关联的一个所述电池单体的最佳使用情况中的至少一个；
所述电池控制器被配置为向控制设备发信号，以将所述相关联的一个所述电池单体保持在所述单体操作极限内，或者根据所述最佳使用情况来对所述相关联的一个所述电池单体充电和放电。
17.根据权利要求16所述的电池监控器和优化器的系统，其特征在于，每个所述电池单体的所述校准的单体模型是兰迪斯单体模型，所述兰迪斯单体模型包括串联电阻、双层电容和有源电荷传递电阻的值。
18.根据权利要求16所述的电池监控器和优化器的系统，其特征在于，所述控制设备包括功率控制器，所述功率控制器被配置为限制被供应到模块或从模块获取的电压或电流中的至少一个，所述模块包含所述多单体电池内的所述电池单体的子集。
19.根据权利要求16所述的电池监控器和优化器的系统，其特征在于，所述控制设备包括负载控制器，所述负载控制器被配置为限制从所述多单体电池被供应到电负载的电压或电流中的至少一个。
20.根据权利要求16所述的电池监控器和优化器的系统，其特征在于，所述控制设备包括充电控制器，所述充电控制器被配置为限制被供应到所述多单体电池的电压或电流中的至少一个。
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