CN112740505A - 使用最小电池电压选择要为负载供电的电池组子模块的模块间电池组平衡 - Google Patents

使用最小电池电压选择要为负载供电的电池组子模块的模块间电池组平衡 Download PDF

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Abstract

对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与该电池组子模块中的电池相关联的电压，其中所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池。至少部分地基于所接收的电压来选择电池组子模块，并且配置一个或多个负载的集合，其从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由所述多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，使得负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。

Description

使用最小电池电压选择要为负载供电的电池组子模块的模块 间电池组平衡
背景技术
全电动的新型飞行器正在开发中。由于电池组趋向于如何被设计（例如，飞行器中的电池组必须满足联邦航空管理局（其与国家公路交通安全管理局相比可能具有关于单点故障和冗余程度的更多关心）和/或载具（vehicle）如何被使用方面的不同，在全电动飞行器被开发时，可能存在电动汽车先前没有暴露的一些电池组相关的问题被暴露。在全电动飞行器（或其他载具）中检测、减轻和/或避免这样的电池组相关的问题的新技术将是合期望的。
附图说明
在以下详细描述和附图中公开了本发明的各种实施例。
图1是图示模块间平衡过程的实施例的流程图。
图2是图示电池组系统的实施例的图解，该电池组系统包括串联连接在一起的电池组子模块，其中每个电池组子模块包括串联连接在一起的电池。
图3A是图示电池组子模块的实施例的图解，该电池组子模块没有在其上的盖。
图3B是图示电池组子模块的实施例的图解，该电池组子模块没有在其上的盖。
图4是图示模块间平衡过程、包括通过关闭电子器件的实施例的流程图。
图5是图示模块间平衡过程、包括通过配置电子器件集合来从未选择的电池组子模块汲取电力的实施例的流程图。
图6是图示电池组系统中的电池组子模块中的电池电压的实施例的图解。
图7是图示使用电压阈值选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。
图8是图示使用电压阈值和最小电池电压的最大值来选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。
图9是图示使用电压阈值和最大电池电压的最大值来选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。
图10A是图示既在充电之前又在充电之后执行平衡的实施例的图解。
图10B是图示仅在充电后执行平衡的实施例的图解。
图11是图示决定何时相对于充电过程执行平衡的过程的实施例的流程图。
具体实施方式
本发明可以以多种方式实现，包括作为过程；装置；系统；物质的组成；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置为执行存储在耦合到处理器的存储器上和/或由该存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实现或者本发明可以采取的任何其他形式可以被称为技术。一般而言，在本发明的范围内，可以变更所公开的过程的步骤次序。除非另有说明，否则被描述为被配置为执行任务的诸如处理器或存储器的组件可以被实现为被临时配置为在给定时间执行任务的通用组件或被制造为执行任务的特定组件。如本文中所使用的，术语“处理器”指代被配置为处理诸如计算机程序指令的数据的一个或多个设备、电路和/或处理核心。
下面连同图示本发明的原理的附图一起提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述。结合这样的实施例描述了本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限定，并且本发明包括许多替换、修改和等同物。为了提供对本发明的透彻理解，在以下描述中阐述了许多具体细节。这些细节是出于示例的目的而提供的，并且本发明可以根据权利要求来实践，而不需要这些具体细节中的一些或全部。为了清楚起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，以免不必要地模糊本发明。
本文描述了平衡电池组系统中的电池组子模块的技术的各种实施例。在一些实施例中，通过对于（例如，串联连接在一起的）多个电池组子模块中的每个电池组子模块接收与该电池组子模块中的电池相关联的电压，其中多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括（例如，串联连接在一起的）多个电池。至少部分基于接收的电压从多个电池组子模块选择电池组子模块。一个或多个负载（例如，电子器件或其他电力消耗器）的集合，其从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，被配置为使得一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。
在一些应用中，该技术用于选择哪些电池组子模块不（例如，至少暂时地）向对应的电子器件供应待机或吸血鬼电力，而主负载（例如，全电动飞行器中的升力风扇）不从电池组系统汲取能量。从长远运行来看，如果执行该过程，则电池组子模块将比在没有执行该过程情况下更平衡（例如，其中更平衡的电池组子模块性能更好）和/或可以避免对电池组子模块的永久损坏。
图1是图示模块间平衡过程的实施例的流程图。在一些实施例中，该过程由具有串联连接在一起的多个子模块的电池组系统执行和/或在该电池组系统上执行，其中每个电池组子模块进而包括串联连接在一起的多个电池。
在100处，对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与该电池组子模块中的电池相关联的电压，其中该多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池。在一个示例中，电池组系统用于给全电动飞行器供电。出于多种原因，为飞行器供电的电池组系统可以由串联在一起的多个电池组子模块组成。例如，通过将多个电池组子模块串联连接在一起以形成总体电池组系统，电池组子模块可以根据需要或者在需要的情况下容易地更换，并且相对高的电压（例如，升力风扇需要的大约几百伏）以及较低的电压（例如，航空电子和/或电子器件需要的大约单伏特）同时可用。对比之下，当电池组系统包括（更多）单片电池组时，这些合期望的特性和/或特征不存在。下面更详细地描述一种示例性电池组系统，其包括（串联连接在一起的）电池组子模块，所述电池组子模块进而包括（也串联连接在一起的）电池。
在102处，至少部分基于接收的电压从多个电池组子模块选择电池组子模块。例如，所选择的电池组子模块可能已经被选择，因为对于该电池组子模块而言不合期望的是继续向一个或多个负载（例如，电子器件、电机、螺线管等）供应电力，所述一个或多个负载正在用去（run off）所选择的电池组子模块。在一些实施例中，选择多于一个的电池组子模块。下面更详细地描述了如何可以执行选择的一些示例。
在104处，一个或多个负载的集合，其从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，被配置为使得一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。如下文将更详细描述的，在一些实施例中，负载包括（一个或多个）电子器件，其被关闭使得它们不再从所选择的和/或相关联的电池组子模块汲取（例如，吸血鬼）电力。替代地，与所选择的电池组子模块相关联的（一个或多个）电子器件可以被配置为使得它们从除了所选择的电池组子模块之外的某个其他电池组子模块汲取电力。
从概念上和/或一般来说，以上过程试图通过选择性地准许一些（但不是全部）电池组子模块向相关联负载提供电力来平衡各种子模块和/或电池中的电压水平，例如在飞行器（或其他负载）不消耗大量电力的一些静止或休眠状态期间。这将子模块和/或电池中的电压水平拉低（例如，其被更好地装备和/或处于更好的状态以提供电力），从而可以保持所选择的子模块和/或所选择的电池中的电压水平。
在平衡为什么重要和/或有用的一个示例中，如果没有执行平衡（例如，按照图1的过程），那么在电池组系统被单独放置~20天的情况下，电池组系统中的一些电池组子模块将永久失效。如果电池组系统用于飞行器中，则这是完全可能的。例如，飞行员可以将飞行器驾驶到没有充电站的偏远的一些地方，在那里飞行器置于空闲~20天，并且电池组在此期间没有充电。或者，飞行器可以在长时间段内放置在机库中，因此需要人工干预的维护将相当不方便。
保持电池组子模块平衡的另一个益处是它增加了电池组的容量，这是由于以下事实：对于包括串联子模块的电池组，电池组的容量由最小容量电池驱动。这是因为将电池组放电到其最小容量以下将损坏它。同样地，保持子模块平衡减少了为其充电花费的时间，因为在平衡状态下，相对于不平衡状态，电池将处于均匀且更高的电压。最后，维持平衡的电池组可以增加其总体寿命。具有降低电压的电池可能比其相邻电池退化得更快，并且当子模块的组件电池之一达到退化的临界点时，必须更换该子模块。此外，在允许子模块并联放电的实施例中，不同电压的子模块将向其负载贡献不同的电流，并且必须贡献过量电流的子模块将经历加速退化。按照期望或者在期望的情况下，可以重复图1的过程。例如，在未选择的电池组子模块提供电力的情况下，存储在那些电池和/或电池组子模块中的电压水平将下降，导致不同的电压水平，并且从而导致不同程度和/或状态的不平衡。在一个示例中，在步骤102选择的电池组子模块在步骤104期间15分钟内不供电（作为示例），在此之后用更新的电压重复图1的过程。作为结果，在步骤102处可以选择不同的电池组子模块，以至少暂时不再向它们对应的电子器件供电。
在一些实施例中，当主负载（例如，全电动飞行器中的升力风扇）没有汲取电力时，执行以上描述的示例性平衡过程。例如，电池组系统上的主负载的汲取可能非常快地变化，并且因此足够快地对电池组系统进行采样以准确地确定当主负载汲取电力时电池组系统处于什么状态可能是困难的和/或昂贵的。出于该原因，当主负载关闭时，执行平衡可能更简单和/或更容易。
在一些实施例中，在执行电池组系统充电之前和/或之后，执行以上描述的示例性平衡过程。例如，通过在所述电池组系统的充电发生之前平衡电池组系统（例如，按照图1的过程），可以通过固定或以其他方式减少电池组子模块之间的（较）大不平衡（如果存在的话）（例如，这在充电过程期间可能是不合期望的）来帮助充电过程其自身。如果平衡（例如，按照图1的过程）是在电池组系统充电之后执行的，则电池组子模块之间的（较）小不平衡可以被固定或以其他方式减少。
描述执行图1的过程的示例性电池组系统可能是有帮助的。下图描述了一个这样的示例性电池组系统。
图2是图示电池组系统的实施例的图解，该电池组系统包括串联连接在一起的电池组子模块，其中每个电池组子模块包括串联连接在一起的电池。在该示例中，电池组系统用于为全电动飞行器供电。
在该示例中，存在M个电池组子模块：第一电池组子模块（200a）、第二电池组子模块（200b）和第M电池组子模块（200c），其中电池组子模块串联连接在一起。这产生了高压电源（例如，大约数百伏），其为高压负载（202），诸如飞行器的升力风扇供电。
每个电池组子模块进而包括串联连接在一起的N个电池。例如，第一电池组子模块（200a）包括第一电池（204a）、第二电池（204b）、第（N-1）电池（204c）和第N电池（204d）。该示例中每个电池组子模块两端的电压大约为几十伏。在该示例中，存在36个电池组子模块以及每个电池组子模块12个电池。下图示出了示例性的电池组子模块。
图3A是图示电池组子模块的实施例的图解，该电池组子模块没有在其上的盖。在所示的示例中，电池组子模块包括电池层（300），所述电池层（300）与绝缘（例如，阻燃）层（302）交织。在该示例中，电池是软包电池，当施加压力（例如，~3 – 5 PSI）时其表现更好。更具体地，通过对软包电池施加压力，可以延长软包电池的循环寿命。照此，电池组子模块被金属罐（304）包装，金属罐（304）在所包含的软包电池上施加压力。
电池中的每个具有从电池向上延伸的两个接头（306）：正接头和负接头。接头连接在一起，使得电池电气串联地电连接在一起。例如，参见图2。
图3B是图示电池组子模块的实施例的图解，该电池组子模块没有在其上的盖。在该示例中，盖（350）已经被附接到电池组子模块，使得仅单个正连接和单个负连接被暴露。在电池组系统包括在飞行器中的以上描述的示例中，每个电池组子模块可以在飞行器内物理地和电气地连接在一起，使得单个电池组子模块可以按照需要或在需要的情况下被换出和更换。
回到图2，每个电池组子模块（200a-200c）具有电子器件的集合（206a-206c），其与该电池组子模块相关联并且由该电池组子模块供电（例如，即使当飞行器没有飞行并且高压负载（202）没有消耗电力时）。例如，第一电子器件的集合（206a）由第一电池组子模块（200a）供电，第二电子器件的集合（206b）由第二电池组子模块（200b）供电，并且第M电子器件的集合（206c）由第M电池组子模块（200c）供电。为了简洁和保持图的可读性，电压转换器（例如，其使电池组子模块产生的电压逐步降低到电子器件预期的电压水平）在本文中没有被示出，但是可以按照需要或在需要的情况下被使用。
该示例中的电子器件（206a-206c）包括电池组管理系统（BMS），其随着时间推移监视和/或记录与相关联的电池组子模块内的电池相关联的度量和/或测量。在一些实施例中，电池组管理系统随着时间推移监视和/或跟踪相关联的电池组子模块中的电池中的每个的电压。电子器件控制器（208）以下面更详细描述的方式控制各种电子器件（206a-206c）。
与汽车应用相比，该类型的电池组布置可能更适合飞行器应用。例如，联邦航空管理局在其发生冗余和/或潜在单点故障时可能有非常严格的要求。通过将多个电池组子模块与未示出的备用连接串联布置，即使电池组子模块中的一个出现故障，总体电池组系统仍然可以工作并为高压负载（202）输出高压信号。相比之下，国家公路交通安全管理局可能不那么关心冗余和/或潜在的单点故障那么多，因为如果电池组出现故障，则汽车可以仅滑行并靠向路边至路肩，而飞行器将坠毁。出于这些和其他原因，用于电动汽车的电池组系统趋向于更单片化（例如，与飞行器的电池组系统相比，具有相对少的电池组子模块和/或每个电池组子模块的相对少的电池）。
由于各种电池和各种电池组子模块之间的微小差异，电池和电池组子模块两端的电压不完全相同。此外，由于这里所示出的配置，在高压负载（202）关闭并且电子器件（206a-206c）开启时（例如，当飞行器断电时），具有较少电荷的电池组子模块将比具有较多电荷的电池组子模块更多地供电（例如，如果没有执行模块间平衡，图1中描述了其一个示例）。为了使用类比，富者（子模块）保持富裕并且穷者（子模块）保持贫穷。为了解决该问题，电子器件控制器208（例如，包括BMS控制器）执行图1的平衡过程。
在该示例系统的上下文中，当电子器件控制器（208）决定执行图1的过程时，发起图1的步骤100。如上所述，平衡可以在充电之前和/或之后执行，但是（例如，为了简单和/或避免昂贵的采样装备），当高压负载正从电池组系统汲取电力时，不执行平衡。
一旦图1的过程开始，电子器件控制器（208）就向每个电子器件的集合（206a-206c）发送信号，以发送回与相关联的电池组子模块中的电池相关联的一个或多个电压。例如，发送回到电子器件控制器的电压可以是该电池组子模块中所有电池的最小（例如，最低）电压，有时在本文中称为最小电池电压（例如，对于给定的电池组子模块）。在一些其他实施例中，除了和/或代替最小电池电压，一些其他类型的电池电压（例如，作为最大电池电压或者中间或平均电池电压）被发送到电子器件控制器。使用从电子器件（206a-206c）接收的电压，电子器件控制器选择至少一个电子器件的集合。在一个示例中，具有全局最小电池电压的电子器件（例如，控制器挑选最小电池电压中的最小值）被选择（例如，因为如果具有最小电池电压的电池低于某个阈值和/或不可恢复的电池电压水平，则继续从该电池组子模块汲取电力可能永久地损坏该电池组子模块）。这是图1中步骤102的一个示例。
在该示例中，在每个电子器件的集合（206a-206c）和电子器件控制器（208）之间存在两条路径。一条路径用于通信和/或控制，并且另一条路径用于电力。后者并入开关，用于中断来自给定电池组子模块和/或电子器件的集合到电子器件控制器的电力。控制和/或通信路径总是连接且可用的（例如，以允许控制器询问电池电压并响应于电压测量来控制前述开关的状态）。
电子器件控制器然后配置所选择的电子器件，使得其不从其相关联的电池组子模块汲取电力（例如，在可能的程度上，因为即使物品被“关闭”了，通常也存在一定水平的吸血鬼耗电）。在一些实施例中，电子器件控制器关闭所选择的电子器件以实现该目标。替代地，在一些其他实施例中，电子器件控制器配置所选择的电子器件（和/或任何其他组件），使得来自给定电池组子模块的电力不被向上游发送到电子器件控制器（208）。例如，即使电子器件206a处于电力最小化模式并且不向控制器（208）提供任何电力，控制器（208）也仍然可以询问电池组管理系统206a以得到其电压等。在保持电子器件可访问是合期望的应用中，这可能是合期望的。例如，如上所述，电池组管理系统跟踪和/或监视与相关联的电池组子模块和/或其中的电池相关联的度量。可能合期望的是例如通过从另一个电池组子模块获得电力来保持跟踪这样的度量和/或测量。这些是可以如何执行图1中的步骤104的一些示例。
在不进行平衡的情况下，电池组子模块中的一个或多个可能在最快~20天内被不可修复地损坏。例如，如果电池的电压水平下降到某个电压水平以下，并且继续从该电池汲取电力，则该电池将被不可修复地损坏，并且作为结果整个电池组子模块将需要更换。
以下附图更一般地和/或正式地在流程图中描述了上面描述的示例中的一些。
图4是图示模块间平衡过程，包括通过关闭电子器件的实施例的流程图。图4与图1相关，并且为方便起见，相关步骤用相似或相同的参考标记指示。
在100处，对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与该电池组子模块中的电池相关联的电压，其中该多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池。例如，图2中的电子器件控制器（208）从每个电子器件（206a-206c）接收至少一个电压，其中每个接收到的电压与对应的或相关联的电池组子模块（200a-200c）中的电池相关联。
在102处，至少部分基于接收的电压从多个电池组子模块选择电池组子模块。下面更详细地描述了可以如何执行选择的一些示例。在一些实施例中，选择多个电池组子模块。
在104a处，一个或多个负载的集合，其从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由该多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，被配置使得该一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力，包括通过将从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合配置为关闭。例如，如果选择了图2中的第一电池组子模块（200a），则负载控制器208可以配置第一负载的集合206a，使得它们关闭并且不从第一电池组子模块（200a）汲取电力。
图5是图示模块间平衡的过程，包括通过配置电子器件的集合来从未选择的电池组子模块汲取电力的实施例的流程图。图5与图1相关，并且为方便起见，相关步骤用相似或相同的参考标记指示。
在100处，对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与该电池组子模块中的电池相关联的电压，其中该多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池。
在102处，至少部分基于接收的电压从多个电池组子模块选择电池组子模块。如上所述，在一些实施例中，选择多个电池组子模块（例如，因为多个电池组子模块处于不良的供电状态和/或如果它们继续供电并因此被选择，则可能被不可修复地损坏）。
在104b处，一个或多个负载的集合，其从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由该多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，被配置使得该一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力，包括通过配置从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合从未选择的电池组子模块汲取电力。
在一些应用中，关闭电子器件是不合期望的。在图2的示例中，电子器件包括电池组管理系统，其跟踪和/或监视电池组子模块和/或电池的健康和/或其他度量，并且始终跟踪该信息是重要的和/或合期望的。例如，对于飞行器，飞行器可能在工作日关机，并且仅在周末飞行。电池组管理系统应贯穿一周运行，使得可以标识任何差的电池组子模块和/或按照需要或在需要的情况下不准许飞行器飞行。
如上所述，在一些实施例中，从多个电池组子模块选择电池组子模块，以便防止该电池组子模块中的电池被汲取降低到发生不可修复的损坏（例如，并且必须更换整个电池组子模块）的电压水平。以下附图描述了一些示例性电池电压和使用那些电池电压选择电池组子模块的示例性技术。
图6是图示电池组系统中的电池组子模块中的电池电压的实施例的图解。在该示例中，存在M个电池组子模块，并且每个电池组子模块存在N个电池，与图2的示例一致。在所示的图中，x轴示出电池组索引（由电池组子模块号和该电池组子模块内的电池号定义），并且y轴示出对应电池的电池电压。组600示出了第一电池组子模块中电池的电池电压，组602示出了第二电池组子模块中电池的电池电压，并且组604示出了第M电池组子模块中电池的电池电压。
为了简单和易于解释，假设存在由Vthreshold（606）表示的电压水平，在该电压水平以下，如果继续从该电池汲取电力（例如，当飞行器关机时的待机或吸血鬼电力），则该电池将被永久损坏。例如，二者都在第二电池组子模块（602）中的电池组2,1（610）和电池组2,N（612）处于Vthreshold（606）或在Vthreshold（606）以下。为了确保不再从该电池组子模块汲取电力，将选择第二电池组子模块（例如，在图1中的步骤102）并且对应的电子器件的集合（例如，图2中的206b）将被配置为使得它们不再从第二电池组子模块（例如，图2中的200b）汲取电力。
简要回到图2，如果电子器件控制器（208）能够接收每电池组子模块中仅一些电池的电池电压，而不是必须接收给定电池组子模块中所有电池的电池电压，则将是合期望的。这将例如减少电子器件控制器（208）和低水平电子器件（206a-206c）之间交换的流量或通信量。
在一个示例中，来自每个电池组子模块的最小电池电压被发送到做出选择的电子器件控制器或其他块。例如，相应的电子器件控制器（例如，电池组管理系统）可以做出该选择，并且仅将最小电池电压上传到电子器件控制器（例如，BMS控制器）。在图6中，这将意味着选择电池1,（N – 1）（620）的电池电压，并将其发送到这样的电子器件控制器，该电池电压是第一电池组子模块（600）中的最小电池电压。对于第二电池组子模块（602），最小电池电压是电池2,1（610）的电池电压，并且将被选择并发送到电子器件控制器。对于第M电池组子模块（604），最小电池电压是电池M,N（622）的电池电压，并且该电池电压将被选择并发送到电子器件控制器。
在一些实施例中，在图1中的步骤102处，使用阈值电压选择电池组子模块。例如，如果任何电池组子模块具有在Vthreshold（606）以下的最小电池电压，则选择该电池组子模块，使得其对应的电子器件不继续从该电池组子模块汲取电力。对于图6中所示的示例性电池电压，将仅选择第二电池组子模块（602）。照此，对应的电子器件将被配置为至少暂时不从第二电池组子模块汲取电力（例如，或者通过关闭第二电子器件的集合或者从某个其他电池组子模块供电）。
在一些实施例中，首先执行以上步骤（例如，其中将来自每个电池组子模块的最小电池电压与某个电压阈值，诸如Vthreshold（606）进行比较）。然后，从在Vthreshold以上的电池组子模块的池中，具有（剩余）最小电池电压的n个最大值的n个电池组子模块被用于（至少暂时地）提供电力，而其他电池组电池模块（包括具有在Vthreshold以下的最小电池电压的那些）不提供电力（至少暂时地）。这将n个电池组子模块拉低，这使得那些电池组子模块相对于其他电池组子模块更平衡。
例如，在图6中，与电池组子模块的其余部分相比，第M电池组子模块（604）大体上具有高得多的电池电压。通过将第M电池组子模块（604）的电池电压拉低，这可以帮助拉低第M电池组子模块（604），即高端异常值，而不会不可修复地损坏第二电池组子模块（602），即低端异常值。换句话说，第一次检查或测试（例如，将最小电池电压与Vthreshold进行比较）确保没有任何事物发生故障或是损坏的，并且（例如，从具有最小电池电压的n个最大值的n个电池组子模块汲取电力）第二次检查或测试是面向性能的选择（例如，它在平衡方面比其他一些选择技术做得更好，并且平衡的电池组子模块有利于性能）。
在一些实施例中，不存在最小电池电压在Vthreshold（606）以下的电池组子模块。在一些这样的实施例中，获得来自每个电池组子模块的最大电池电压，并且具有最大电池电压的m个最大值的m个电池组子模块提供电力（至少暂时），而其余的电池组子模块不提供电力（至少暂时）。在这种情形下，如果电池组子模块继续供电，则不存在电池组子模块有被永久损坏的危险，并且因此使用来自每个电池的最大电池电压是平衡子模块的甚至更好的方式（例如，甚至比使用最小电池电压的最大值更好）。在这种平衡的情况下，从更高压子模块汲取电力总是比从更低压子模块汲取电力更有益。
这些示例在下面的流程图中被更一般地和/或正式地描述。在各种应用和/或实施例中，可以执行适当的技术。
图7是图示使用电压阈值选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。在一些实施例中，在图1中的步骤102处，使用本文描述的示例过程来选择电池组子模块。在该示例中，在图1中的步骤100处接收电压包括为串联连接在一起的多个电池组子模块中的每个电池组子模块接收最小电池电压，从而接收多个最小电池电压。
在700处，将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块。例如，在图6中，将电池1,（N-1）（620）、电池2,1（610）和电池M,N （622）的最小电池电压与Vthreshold（606）进行比较。在该示例中，具有不超过电压阈值的最小电池电压的唯一电池是电池2,1（610）。
在702处，选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何所述标识的电池组子模块。为了继续来自图6的示例，将选择第二电池组子模块（602）。照此，对应的电子器件将被配置为使得它们至少暂时不从第二电池组子模块（602）汲取电力。第二电池组子模块（602）是易受攻击的，并且如果它继续汲取电力，则可能被永久损坏。
取决于设计目标和/或约束，可以使用适当的技术来做出选择。例如，图7的过程相对简单。在一些应用中，如果其他更复杂的过程所提供的性能改进仅是最低限度的，则图7的过程被用来做出选择。
图8是图示使用电压阈值和最小电池电压的最大值来选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。在一些实施例中，在图1中的步骤102处，使用本文描述的示例过程来选择电池组子模块。在该示例中，在图1中的步骤100处接收电压包括为串联连接在一起的多个电池组子模块中的每个电池组子模块接收最小电池电压，使得接收多个最小电池电压。
在800处，将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块。例如，参见图6，其中第二电池组子模块（602）具有不超过电压阈值（606）的最小电池电压（610）。
在802处，从多个最小电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最小电池电压的一个或多个最大值。例如，在图6中，最小电池电压包括电池1,（N–1）（620）、电池2,1 （610）和电池M,N （622）的电压，并且那些中的最大值是电池M,N （622）的电压。为了简单和易于解释，假设在步骤802的该示例中以及随后在步骤804处仅选择了一个最大值。
在804处，选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的所述任何标识的电池组子模块，以及不对应于最小电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。例如，将选择第二电池组子模块（602），因为它具有不超过电压阈值（606）的最小电池电压（610）。而且，第一电池组子模块（600）不对应于最小电池电压的最大值，并且因此也将选择第一电池组子模块。换句话说，第一电池组子模块（600）和第二电池组子模块（602）将不必提供电力（至少暂时地），而第M电池组子模块（604）将提供电力（例如，在所讨论的时间段期间）。直观地，这是有意义的，因为与其他电池组子模块相比，第M电池组子模块（604）倾向于具有更高的电池电压。
在一些应用中，使用图8的过程而不是图7的过程，因为与图7相比，它能够实现更好和/或更快的平衡，但是不必为每个电池组子模块获得附加的电池电压（例如，按照图9）。
图9是图示使用电压阈值和最大电池电压的最大值来选择电池组子模块的过程的实施例的流程图。在一些实施例中，在图1中的步骤102处，使用本文描述的示例过程来选择电池组子模块。在该示例中，在图1中的步骤100处接收电压包括为串联连接在一起的多个电池组子模块中的每个电池组子模块接收最小电池电压和最大电池电压，使得接收多个最小电池电压和多个最大电池电压。
在900处，将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块。例如，参见图6。
在902处，确定是否存在具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块。例如，对于图6中所示的电池电压，该决定将是“是”，因为电池2,1 （610）的最小电池电压没有超过电压阈值（606）。在该示例中，该过程然后将前进到图8中的步骤802。
然而，如果步骤902处的决定是“否”（例如，因为所有最小电池电压都超过电压阈值），则在904处，从多个最大电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最大电池电压的一个或多个最大值。例如，图6中的多个最大电池电压包括电池1,2（630）、电池2,（N-1）（632）和电池M,1（634）的电池电压。如果仅选择一个最大值，则最大电池电压的最大值将是电池M,1（634）的电池电压。
在906处，选择不对应于最大电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。换句话说，对应于最大电池电压的最大值的电池组子模块将在一段时间内（至少暂时地）提供电力。继续来自上面的示例，第M电池组子模块将提供电力（至少暂时），而其他电池组子模块将不提供电力（至少暂时）。
在一些应用中，该技术能够实现最佳和/或更快的平衡，但是需要使用最小电池电压和最大电池电压二者，这需要在（本地）电子器件（例如，电池组管理系统）和电子器件控制器（例如，BMS控制器）之间交换更多的信息。取决于特定的设计目标和/或特定应用的限制，可以选择适当的技术。例如，如果性能很重要，并且更多和/或附加的交换是可接受的折衷，则可以使用图9的过程。
如上所述，在一些实施例中，在充电之前和/或之后执行平衡。下图描述了在充电之前和之后以及仅在充电之后执行平衡的一些示例场景。
图10A是图示在充电之前和之后执行平衡的实施例的图解。在所示的示例中，电池组系统在时间0时在各种电池组子模块和/或它们的基础电池之间具有主要的不平衡。例如，假设BMS控制器计算表示电池组系统中不平衡程度或数量的不平衡度量，并且该度量相对高和/或在某个不平衡阈值以上。如上所述，在充电之前电池组系统（例如，充分）平衡是重要的。照此，在该示例中，在1000处执行第一遍平衡（例如，按照上述任何平衡技术）。例如，一些电池组子模块将向系统中的各种电子器件提供电力，而其他电池组子模块在某个预定的时间量内供电和/或直到达到某个期望的不平衡度量时才提供电力。
然后，在1000处执行平衡的第一遍或迭代之后，在1002处为电池组系统充电。
充电（1002）完成之后，电池组系统中可能仍然存在一定程度的不平衡（例如，从第一遍平衡的结束延伸的）和/或附加的不平衡可能已经由充电过程引入。照此，在1004执行平衡的第二遍或迭代（例如，按照上述任何技术），但是这一次是为了解决电池组系统中更小和/或较小的不平衡。
图10B是图示仅在充电之后执行平衡的实施例的图解。在该示例中，当总体过程开始时，电池组系统在电池组子模块（和/或基础电池）之间具有相对小的不平衡量或程度。换句话说，在时间0时，电池组子模块足够平衡，使得可以立即执行充电（例如，而不必首先运行平衡过程）。如前之那样，BMS控制器可能已经确定了不平衡度量，并将其与某个阈值进行比较，以便得出电池组系统足够平衡以继续充电的结论。照此，在时间= 0时立即执行充电（1050）。在充电完成之后，执行平衡（1052）（例如，按照上述任何技术）来解决当时电池组系统中存在的相对小和/或较小的不平衡。
第三种可能的场景（为简洁起见，此处未示出）是在充电之前但不在充电之后执行平衡。
下图在流程图中更一般和/或正式地描述了以上示例。
图11是图示决定何时相对于充电过程执行平衡的过程的实施例的流程图。在一些实施例中，该过程由图2中的BMS控制器208执行。
在1100处，确定与多个电池组子模块中的电池组子模块之间的不平衡程度相关联的不平衡度量。不平衡度量的示例是电池组内的最大电池充电状态和最小电池充电状态之间的差异，本文中称为RANGE（SOC）。该示例中的另一个度量是可以在一次充电的持续时间内（
Figure 466900DEST_PATH_IMAGE001
）处理的不平衡量，本文中称为maxImbalance（最大平衡）。直截了当地说，如果RANGE（SOC）> maxImbalance，则在充电之前进行平衡将是有益的。如果在充电之前没有完成平衡，则电池组将被充电，直到最大电压电池达到最大电池电压阈值（其中去往该阈值以上将损坏电池组）。在这一点上，电池组将仍然是不平衡的，并且所有高压电池都将需要被耗尽，直到它们达到与最小电压电池相同的电压。此后，将执行另一次充电，直到现在平衡的电池组达到最大电池电压。
如果飞行器保持在非常长的时间段内附接到充电器，则这实际上不是问题。在这种情况下，电池组可以涓流充电，并在电池组自身平衡时保持充满。然而，在飞行器需要在充电器上花费最少时间的高吞吐量环境中（例如，飞机出组或共享使用应用），对电池组进行预平衡是有益的（例如，因为在该时间期间不需要将电池组连接到充电器）。
注意到，maxImbalance实际上是变量，并且不是固定值。如果飞行器完全放电，则其名义上可以花费1.25小时来充电。由于平衡可以在充电和平衡以设定的速率进行时发生，因此逻辑遵循的是，如果需要少于1.25小时的平衡值，则充电应该继续进行，或否则在不用担心停机的情况下完成。否则，如果期望最小化充电器上的时间，则将存在来自预先平衡的益处。如果仅需要0.5小时的充电值（即，飞行器仅是部分放电），则阈值对应地变得更小。
在1102处，确定不平衡度量是否超过不平衡阈值。在该示例中，具有较大值的不平衡度量对应于电池组系统中不平衡的较大程度或量，并且具有较小值的不平衡度量对应于电池组系统中不平衡的较小程度或量。换句话说，不平衡阈值用于决定电池组系统是否充分充电来立即开始充电，或者是否需要首先执行一些平衡。
如果在1102处不平衡度量超过不平衡阈值（例如，电池组系统对于充电来说不够平衡），则在1104处执行充电前平衡。例如，可以使用上述任何平衡技术（例如，图1）。在1104处执行充电前平衡之后，在1106处对多个电池组子模块充电。
如果在1102处不平衡度量没有超过不平衡阈值（例如，电池组系统对于充电来说足够平衡），则在1106处对多个电池组子模块充电（例如，而不首先在步骤1104处执行平衡）。
在一些实施例中，在步骤1106处对电池组子模块充电之后，在1108处执行充电后平衡（例如，使用任何上述平衡技术，诸如图1）。替代地，可以跳过1108处的充电后平衡步骤（例如，因为在充电之后电池组系统中不平衡的程度或量不保证平衡的迭代）。
尽管为了清楚理解的目的，已经在一些细节方面描述了前述实施例，但是本发明不限于所提供的细节。存在许多实现本发明的替代方式。所公开的实施例是说明性的并且非限制性的。

Claims (18)

1.一种系统，包括：
处理器；和
与所述处理器耦合的存储器，其中所述存储器被配置为向所述处理器提供指令，所述指令在被执行时使得所述处理器：
对于多个电池组子模块中每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压，其中所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池；
至少部分基于接收的电压从所述多个电池组子模块选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合，所述一个或多个负载的集合从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由所述多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，使得所述一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。
2.根据权利要求1所述的系统，其中配置所述一个或多个负载的集合包括配置从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合为关闭。
3.根据权利要求1所述的系统，其中配置所述一个或多个负载的集合包括配置从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合以从未选择的电池组子模块汲取电力。
4.根据权利要求1所述的系统，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；和
选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何所述标识的电池组子模块。
5.根据权利要求1所述的系统，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；
从所述多个最小电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最小电池电压的一个或多个最大值；和
选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的所述任何标识的电池组子模块，以及不对应于最小电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。
6.根据权利要求1所述的系统，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；和
响应于确定不存在具有不超过电压阈值的最小电池电压的电池组子模块：
从多个最大电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最大电池电压的一个或多个最大值；和
选择不对应于最大电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储器进一步被配置为向所述处理器提供指令，所述指令在被执行时使得所述处理器：
确定与所述多个电池组子模块中的电池组子模块之间的不平衡程度相关联的不平衡度量；
确定不平衡度量是否超过不平衡阈值；
响应于确定不平衡度量超过不平衡阈值：
执行充电前平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；和
为所述多个电池组子模块充电；和
响应于确定不平衡度量没有超过不平衡阈值，为所述多个电池组子模块充电。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述存储器进一步被配置为向所述处理器提供指令，所述指令在被执行时使得所述处理器：
确定与所述多个电池组子模块中的电池组子模块之间的不平衡程度相关联的不平衡度量；
确定不平衡度量是否超过不平衡阈值；
响应于确定不平衡度量超过不平衡阈值：
执行充电前平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；
为所述多个电池组子模块充电；和
执行充电后平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；和
响应于确定不平衡度量没有超过不平衡阈值：
为所述多个电池组子模块充电；和
执行充电后平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合。
9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：所述多个电池组子模块和一个或多个负载的集合。
10.一种方法，包括：
对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压，其中所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池；
至少部分基于接收的电压来从所述多个电池组子模块选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合，所述一个或多个负载的集合从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由所述多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，使得所述一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中配置所述一个或多个负载的集合包括将从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合配置为关闭。
12.根据权利要求10所述的方法，其中配置所述一个或多个负载的集合包括配置从所选择的电池组子模块汲取电力的负载的集合以从未选择的电池组子模块汲取电力。
13.根据权利要求10所述的方法，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；和
选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何所述标识的电池组子模块。
14.根据权利要求10所述的方法，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；
从所述多个最小电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最小电池电压的一个或多个最大值；和
选择具有不超过电压阈值的最小电池电压的所述任何标识的电池组子模块，以及不对应于最小电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。
15.根据权利要求10所述的方法，其中选择电池组子模块包括：
将多个最小电池电压与电压阈值进行比较，以便标识具有不超过电压阈值的最小电池电压的任何电池组子模块；和
响应于确定不存在具有不超过电压阈值的最小电池电压的电池组子模块：
从多个最大电池电压选择一个或多个最大值，以便获得最大电池电压的一个或多个最大值；和
选择不对应于最大电池电压的最大值之一的那些电池组子模块。
16.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
确定与所述多个电池组子模块中的电池组子模块之间的不平衡程度相关联的不平衡度量；
确定不平衡度量是否超过不平衡阈值；
响应于确定不平衡度量超过不平衡阈值：
执行充电前平衡，包括通过：
对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；和
为所述多个电池组子模块充电；和
响应于确定不平衡度量没有超过不平衡阈值，为所述多个电池组子模块充电。
17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
确定与所述多个电池组子模块中的电池组子模块之间的不平衡程度相关联的不平衡度量；
确定不平衡度量是否超过不平衡阈值；
响应于确定不平衡度量超过不平衡阈值：
执行充电前平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；
为所述多个电池组子模块充电；和
执行充电后平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合；和
响应于确定不平衡度量没有超过不平衡阈值：
为所述多个电池组子模块充电；和
执行充电后平衡，包括通过：
对于所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压；
选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合。
18.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品体现在非暂时性计算机可读存储介质中，并且包括计算机指令，所述计算机指令用于：
对于多个电池组子模块中的每个电池组子模块，接收与所述电池组子模块中的电池相关联的电压，其中所述多个电池组子模块中的每个电池组子模块包括多个电池；
至少部分基于接收的电压从所述多个电池组子模块选择电池组子模块；和
配置一个或多个负载的集合，所述一个或多个负载的集合从所选择的电池组子模块汲取电力并且不由所述多个电池组子模块中的任何其他电池组子模块供电，使得所述一个或多个负载的集合至少暂时不从所选择的电池组子模块汲取电力。
CN201980063484.5A 2018-07-26 2019-04-23 使用最小电池电压选择要为负载供电的电池组子模块的模块间电池组平衡 Pending CN112740505A (zh)

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