CN114123371A - 改善电池组货架寿命的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种改善电池组货架寿命的系统和方法，本公开的示例包括电池系统，其包含：一输出端，配置为向一负载提供输出电力；一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及一电池管理系统，配置为：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。

Description

改善电池组货架寿命的系统和方法
相关申请案的交叉引用
本申请根据美国专利法35U.S.C.§119(a)主张2020年8月30日提交的印度专利申请第2020011037350号的优先权，其标题为“延长锂离子电池组货架寿命的新方法”，在此通过引用全文并入。
技术领域
根据本公开的至少一个示例大体上涉及改进能量存储设备技术。
背景技术
能量存储设备可包括电池组，例如锂离子(或“Li-Ion”)电池组和铅酸电池组。锂离子电池组可能包括锂离子电池阵列或“电池组件”，以及用于监控、控制和保护电池组件以满足功能和安全要求的电池管理系统(battery management system；BMS)。BMS可能需要在电池组的整个生命周期(包括运输、存储和货架条件)期间(部分或全部)正常运行，并且消耗电池组的电力。
发明内容
根据本揭示至少一样态，提供一种电池系统，所述电池系统包含：一输出端，配置为向一负载提供输出电力(power)；一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及一电池管理系统，配置为：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平(discharge level)低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
在至少一示例中，所述一个或多个操作参数包括所述一个或多个电池单元的一充电状态，并且所述至少一个操作参数阈值包括一充电阈值状态(threshold state ofcharge)。在一些示例中，响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述一个或多个电池单元的充电状态低于所述充电阈值状态，增加所述放电阈值。在各种示例中，所述充电阈值状态约为初始完全充电的50％。
在至少一示例中，所述一个或多个操作参数包括由所述负载汲取的一电量，并且所述至少一个操作参数阈值包括所述电池系统的一阈值负载。在一些示例中，响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述负载汲取的电量低于所述电池系统的阈值负载，增加所述放电阈值。在各种示例中，所述阈值负载约为额定负载的25％。
在至少一示例中，所述放电阈值是一个或多个电池单体的单体电压值。在一些示例中，所述电池管理系统被配置为：响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第一放电阈值，控制所述电池系统处于一第一电池优化模式；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第二放电阈值，控制所述电池系统处于一第二电池优化模式，其中所述第二放电阈值小于所述第一放电阈值。
在各种示例中，所述第二电池优化模式包括基本上禁用所述电池管理系统的所有功能。在至少一示例中，所述电池管理系统被配置为响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平高于所述第一放电阈值来控制所述电池系统处于一活动模式，并且其中所述第一电池优化模式包括禁用所述电池管理系统的功能以降低相对于所述活动模式的电力消耗。
根据本揭示的至少一样态，提供一种非暂时性计算机可读介质，在其上存储计算机可执行指令序列，用于控制具有一个或多个电池单元的电池系统，所述电池单元被配置为存储电能以提供给负载，所述计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器执行以下操作的指令：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
在一些示例中，所述一个或多个操作参数包括所述一个或多个电池单元的一充电状态，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括一充电阈值状态。在至少一示例中，指示所述至少一个处理器：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述一个或多个电池单元的充电状态低于所述充电阈值状态，增加放电阈值。在各种示例中，所述一个或多个操作参数包括由所述负载汲取的一电量，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括所述电池系统的一阈值负载。
在一些示例中，指示所述至少一个处理器：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述负载汲取的电量低于所述电池系统的阈值负载，增加所述放电阈值。在至少一示例中，所述放电阈值是一个或多个电池单体的单体电压值。在各种示例中，所述指令进一步指示所述至少一个处理器：响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第一放电阈值，控制所述电池系统处于一第一电池优化模式；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第二放电阈值，控制所述电池系统处于一第二电池优化模式，其中所述第二放电阈值小于所述第一放电阈值。
在一些示例中，所述电池系统包括一电池管理系统，以及其中指令进一步指示至少一个处理器响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平高于所述第一放电阈值来控制所述电池系统处于一活动模式，并且其中所述第一电池优化模式包括禁用所述电池管理系统的功能以降低相对于所述活动模式的电力消耗。在至少一示例中，所述电池系统包括一电池管理系统，并且所述第二电池优化模式包括基本上禁用所述电池管理系统的所有功能。
根据本揭示的至少一样态，提供一种组装电池系统的方法，所述方法包括：提供一电池系统，所述电池系统具有：一输出端，配置为向一负载提供输出电力；一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及一电池管理系统；将所述一个或多个电池单元耦合到所述输出端；及将所述电池管理系统耦合到所述一个或多个电池单元，所述电池管理系统被配置为：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，其不旨在按比例绘制。附图被包括以提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分，但不旨在作为任何特定实施例的限制的定义。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的方面和实施例的原理和操作。在图中，各个图中所示的每个相同或几乎相同的部件由相同的数字表示。为清楚起见，并非每个组件都可以在每个图中标出。在附图中：
图1示出了根据示例的电池系统的方块图；
图2示出了根据示例的电池单元的单元电压随时间变化的曲线图；
图3示出了根据示例在放电操作模式下控制图1的电池系统的过程；
图4示出了根据示例选择第一放电阈值的过程；
图5示出了根据示例确定是否修改第一放电阈值的过程；及
图6示出了根据另一示例确定是否修改第一放电阈值的过程。
具体实施方式
在此讨论的方法和系统的示例不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造和部件布置的细节的应用。该方法和系统能够在其他实施例中实施并且能够以各种方式被实践或执行。此处提供的具体实现的示例仅用于说明目的，并不旨在进行限制。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、组件、组件和特征不旨在被排除在任何其他示例中的类似作用之外。
此外，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制。对这里以单数形式提及的系统和方法的示例、实施例、组件、组件或动作的任何引用也可以包括包括多个实施例，并且对本文中的任何实施例、组件、组件或动作的任何复数引用也可以包括仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或方法、它们的组件、动作或组件。“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变体在本文中的使用意在涵盖其后列出的项目及其等价物以及附加项目。
对“或(or)”的引用可被解释为包含性的，因此使用“或”描述的任何术语可表示所描述的单个、多个和所有术语中的任何一个。此外，如果本文件与通过引用并入本文的文件之间的术语用法不一致，合并特征中的术语用法是对本文档的补充；对于不可调和的差异，以本文档中的术语所使用为主。
锂离子电池组可包括一个或多个电池单元和电池管理系统(BMS)。电池组可以耦合到负载并且向负载供电。电池组向负载释放电力。例如，电池组可以耦合到不间断电源(uninterruptible power supply；UPS)以向连接到UPS的负载提供连续的、不间断的电力。电池组也可以耦合到电源。电源向电池组提供电力以对电池组再充电。例如，电池组可以直接或通过UPS耦合到公用电网电源(utility-grid power supply)。
尽管锂离子电池组可以被配置为耦合以向负载提供电力，但是电池组通常在制造之后不立即耦合到负载。例如，锂离子电池组可以在被连接到负载之前被放置在存储中和/或可以被运送给用户。此持续时间可称为储存寿命。如本文所用，“存储寿命(storagelife)”包括在应用中制造和安装电池之间的时间。此持续时间包括运输、仓库存储等。在一些示例中，存储寿命也可以包括在安装之后在仓库中的这种运输和存储，例如如果电池组从第一应用中移除、存储和/或运输到第二应用。运输和/或储存期间的充电状态可能由监管机构规定。在此期间，可以在仓库中将电池组的充电状态保持在规定的范围内，从而不会显着影响电池组的寿命。
一旦电池组投入使用，就可以认为它已经开始了其有效寿命。如本文所用，“有效寿命(active life)”包括电池组在预期应用中安装和使用的持续时间。在此期间，电池组可能会经历连续的充电和放电循环。通常，应用要求电池在完全充电到完全放电之间循环。在有效寿命期间，电池组可以处于多种操作模式中的一种，包括活动模式(active mode)。
如这里所使用的，在“活动模式(active mode)”中，BMS完全起作用并且BMS消耗的电力被最大化。电池组正常使用过程中，BMS运行在该模式下。这可能有多个子操作模式。两个子模式包括充电模式和放电模式。由于BMS在活动模式下消耗的电力高，因此在运输、储存和/或货架条件期间可能不使用活动模式。
如本文所用，在“充电模式(charge mode)”中，电池组从诸如公用电源的电源接收能量以对电池单元再充电。如果市电在可接受的范围内(例如，可接受的电压值范围)，则BMS以充电模式运行。如果电池电压达到第一预定阈值电平(TL-0)，此阈值电平可以是电压电平(voltage level)，则可以认为电池组达到其全部存储容量。达到此电压电平后，BMS可能会维持此值附近的电池电压电平。
如本文所用，在“放电模式(discharge mode)”中，电池组向负载提供电力。如果在活动模式期间市电电力超出可接受范围，则BMS可以在放电模式下运行。在放电模式期间，电池单元的电压电平会随着电池单元向负载放电能量而降低。如果电池电压电平达到(或低于)第二预定阈值电平(TL-1)，其可以是电压电平，则BMS将移至“货架模式1(shelf mode1)”或“第一货架模式(first shelf mode)”。
在此模式中，电池组可以停止向负载放电。因此，如果电池组的电压电平达到预定电平TL-1，则称此电池已达到“放电结束(end of discharge)”。如本文所用，“运行时间(Tr)”包括电池组从完全充电状态(电压阈值电平TL-0)过渡到放电结束(电压阈值电平TL-1)所花费的时间，因为电池组放电。在各种示例中，可以基于指定负载和其他预定条件(例如温度、湿度等)来指定或预测估计的运行时间。类似地，如本文所用，“再充电时间(Tchg)”包括电池组从放电状态结束充电到充满电状态所花费的时间。在各种示例中，可以基于指定的输入AC参数(例如，电力、电流等)和其他预定条件(例如温度、湿度等)来指定或预测估计的再充电时间。
BMS可以保持基本功能，并且一旦诸如市电的电源可供电池组使用，电池组就可以返回活动模式。然而，与放电模式相比，在第一货架模式期间可以禁用BMS的一些功能，从而降低电力消耗。BMS在此模式下消耗的电力明显低于放电模式，但可能高于第二货架模式，如下所述。第一货架模式中的货架寿命可以被指定为T1。
即使没有向负载放电，电池单元的电压也可能继续降低。例如，电池单元的电压可能由于电池单元放电的泄漏电流和/或由于保持BMS的某些功能而降低。如果电池电压达到(或低于)第三预定阈值电平(TL-2)，则BMS可以移动到“货架模式2(shelf mode 2)”或“第二货架模式(second shelf mode)”。
在这种模式下，BMS的所有功能都可以被禁用，使得BMS被认为处于关闭模式。在施加交流电源后，电池组可能会延迟很长时间才能返回到活动模式。在这种模式下BMS消耗的电力最小，因此最适合运输、存储和/或货架条件。这种模式下的保质期可以指定为T2。
因此，第一货架模式和第二货架模式可以通过在电池组放电到相应的放电电平(可以是电压电平)时禁用电池组的功能来增加电池组的寿命。这可以通过避免可能不利地影响电池组的健康的过度放电来有利地增加电池组的寿命。如本文所用，“货架寿命(shelflife；Ts；或称保质期)”是指电池组在货架移动中花费的总时间(即，第一和第二货架移动的累积时间)。因此，Ts＝T1+T2。
电池组可能最终达到寿命终止状态，在此状态下电池组不可恢复并且应该更换。如本文所用，在“不可恢复模式(irrecoverable mode)”中，电池组不可恢复地无法使用。如果在第二货架模式中电池电压电平达到(或低于)第四预定阈值电平(TL-3)，其可以是电压电平，则电池组可以进入不可恢复模式。
在预期应用中，经常存在电池组未连接到电源以对电池组再充电的情况或时间。例如，电池组可能与电源(例如公用电网)断开连接，或者充电器可能在一段时间内不工作。情况的示例可能包括设备长时间从电源上拔下、长时间断电后电池完全放电，以及交流电压长时间超出可接受范围。如果电池组在此期间没有收到任何补充充电，电池组可能会受到不利影响。如上所述，在这种状态下花费的时间可以指电池组的保质期。在各种示例中，保质期可能小于储存期。因此，增加电池保质期从而减少客户维持电池充电状态的负担可能是有益的。
在各种示例中，可以确定电池组的电压电平。取决于电压电平是否在特定放电阈值或范围内，可以控制电池组处于特定操作模式。每个操作模式可以对应于各自的放电阈值或范围。当电池组放电时，电压电平会降低并且电池组的操作模式会随着电压电平落入不同的放电阈值或范围内而改变。
本公开的示例包括修改划分不同操作模式的放电阈值，从而最大化电池保质期。较低的电压阈值可以对应于表现出较低电力消耗的操作模式。修改放电阈值可以包括增加放在阈值。因此，可以控制电池组以更快地进入表现出较低电力消耗的操作模式，因为增加了放电阈值。
可以基于一个或多个操作参数修改放电阈值操作参数可以指示电池组是否正在正常应用中使用。如果电池组没有在正常应用中使用，例如在使电池组的健康状况更快速退化的异常应用中，则可以增加放电阈值。使电池组在这些应用中使用的时间量最小化以最大化电池组的寿命可能是有利的，这可以通过增加放电阈值来实现。
在一个示例中，一个或多个操作参数指示电池组的当前充电状态(current stateof charge；current SOC)。响应于确定电池组的SOC低于阈值的SOC，放电阈值可以增加。例如，可以响应于确定电池组的当前SOC小于电池组的初始全SOC(initial full SOC)的50％来增加放电阈值。
在另一示例中，一个或多个操作参数指示电池组的当前负载。可以响应于确定电池组上的负载低于阈值负载来增加放电阈值。例如，可以响应于确定电池组上的当前负载小于电池组额定负载的25％来增加放电阈值。
因此，可以通过增加划分不同操作模式的放电阈值来增加电池组的寿命。在正常应用中未使用电池组的情况下，可以增加放电阈值。当前的电池系统，例如UPS中的电池组，可以实施静态放电阈值来确定电池组的操作模式。这样的电池系统可能低效运行，因为电池组可能在非正常应用中运行很长时间，这可能会迅速降低电池组的健康状况。这是一个技术问题。
提供了一种电池系统的示例性实施例，其包含：一输出端，配置为向一负载提供输出电力；一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及一电池管理系统，配置为：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
至少此前述特征组合包括用作前述技术问题的技术解决方案的电池系统。此技术方案既是非常规的也是非传统的。此技术方案是电池系统设计的实际应用，解决了上述技术问题，至少通过提高电池组的使用寿命构成了电池组系统技术领域的改进，进而最大限度地提高用户可以从电池组获得的使用量。
图1示出了根据示例的电池系统100的方块图。电池系统100可以被配置为向负载提供存储的电力。例如，电池系统100可以在被配置为向负载提供连续的、不间断的电力的UPS中或与其结合实施。在其他示例中，电池系统100可以向一个或多个负载提供电力，而不是与UPS连接。电池系统100包括输入端102、输出端104、电池管理系统(BMS)106、一个或多个电池单元108(“电池单元108”)和负载检测电路110。
应当理解，电池系统100的样态是出于解释的目的而示出的，并且某些方面可以被组合、替换或添加。例如，在一些实施方式中，负载检测电路110可以是BMS 106的组件。在另一示例中，输入端102和输出端104可以是单个物理连接，并且仅出于解释的目的单独示出。
输入端102耦合到电池单元108并且被配置为耦合到输入电源，例如公用电源。在一些示例中，输入端102可以通信地耦合到BMS 106。输出端104耦合到负载检测电路110，并且被配置为耦合到负载。在一些示例中，输出端104可以通信地耦合到BMS 106。BMS 106通信耦合到输入端102、输出端104、电池单元108和负载检测电路110。电池单元108耦合到输入端102和负载检测电路110，并且通信耦合到BMS 106。负载检测电路110耦合到电池单元108和输出端104，并且通信耦合到BMS 106。
电池单元108被配置为存储电能并将存储的电能释放到输出端104。例如，在电池系统100结合UPS实施的情况下，电池单元108可以被配置为当可接受的电力(例如，公用事业干线电力)对于耦合到输出端104的负载不可用时，将存储的电力释放到输出端104。因此，当负载不能从主电源接收足够的电力时，例如在停电期间，电池单元108可以向负载提供不间断的电力。
存储在电池单元108中的能量随着电力被放电而减少。输入端102被配置为从电源接收输入电力并将输入电力提供给电池单元108。输入电力对电池单元108再充电并补充放电的电力。在一些示例中，电池系统100可以包括在输入端102和电池单元108之间实施的充电器以对电池单元108再充电。
负载检测电路110被配置为确定电池单元108上的负载。例如，负载可以包括由电池单元108提供给耦合到输出端104的设备(也称为负载)的电量。负载检测电路110可以包括一个或多个电流和/或电压感测组件，例如一个或多个电流互感器(currenttransformers；CT)。在各种示例中，负载检测电路110可以与电池单元108串联实现，使得电池单元108放电的电力由负载检测电路110测量。在其他示例中，可以利用负载检测组件的其他实施方式来确定电池单元108的负载。
BMS 106控制电池系统100的操作。例如，BMS 106可以控制电池单元108的放电。在一些示例中，电池单元108可切换地耦合到输出端104和负载检测电路110，并且BMS 106将电池单元108来与输出端104和负载检测电路110可切换地耦合或去耦合。例如，当电池单元108将存储的电力放电到耦合到输出端104的负载时，BMS 106可以将电池单元108耦合到负载检测电路110和输出端104，否则将电池单元108来与输出端104和负载检测电路110去耦。BMS 106可以向和/或从输入端102、输出端104、电池单元108和负载检测电路110发送和/或接收信息和/或数据。
电池系统100可以以多种操作模式中的一种操作，包括充电操作模式和放电操作模式。在充电操作模式中，在输入端102处从电源(未示出)接收电力并提供给电池单元108以给电池单元108充电。在放电操作模式中，电池单元108将存储的电力放电到输出端104。BMS 106在充电模式和放电操作模式下控制电池系统100的组件以执行这些功能。BMS 106可以响应于确定耦合到输出端104的负载而控制电池系统100处于放电操作模式，否则会缺乏足够的电力，例如因为公用电源不可用或不足。
在电池单元108完全耗尽之前停止从电池单元108放电可能是有利的，至少因为完全耗尽电池单元108可能不利地影响电池单元108的健康。在各种示例中，可以控制电池单元108以在电池单元108达到某个放电阈值时停止放电。例如，电池单元108的电压电平可以随着电池单元108放电而降低，并且放电阈值可以是电压阈值。如果电池单元108的电压电平下降到放电阈值以下，则BMS 106可以控制电池单元108停止向输出端104放电。如下所述，可能存在多个电压阈值，每个电压阈值对应于电池系统100的相应操作模式。
图2示出了根据示例的电池单元108的单元电压随时间的曲线图200。曲线图200的y轴表示电池单元108的单元电压。曲线图200的x轴表示时间。曲线图200的样态结合图3讨论。
图3示出了根据示例在放电操作模式中控制电池系统100的过程300。当BMS 106确定电池系统100应该处于放电操作模式时，过程300可以至少部分地由BMS 106执行。如上所述，响应于确定耦合到输出端104的负载BMS 106可以控制电池系统100处于放电操作模式，否则缺乏足够的电力。过程300的样态结合图2讨论。
在动作302处，过程300开始。
在动作304，电池单元108被完全充电。在完全充电时，电池单元108的电压可以处于最大电平。图2中的完全充电电压电平202指示根据示例的电池单元108在完全充电时的电压电平。应当理解，动作304是出于解释完全充电电压电平202的目的而示出的。在一些示例中，可以可选地省略动作304。例如，电池系统100可以处于放电操作模式而不以完全充电电压电平202开始。在省略了动作304的示例中，过程300可以从动作302进行到动作306。
在动作306，电池单元108开始释放存储的电力。例如，BMS 106可以控制电池单元108将存储的电力释放到耦合到输出端104的负载。随着电池单元108释放存储的电力，电池单元108的电压电平从完全充电电压电平202降低，如曲线图200中的第一电压电平轨迹204所示。
在动作308，确定电池单元108的电压电平是否低于第一放电阈值206。第一放电阈值206可指示放电阈值，低于此放电阈值的电池系统100将进入较低电力消耗操作模式，其可被称为第一货架模式或电池优化模式。如曲线图200中所示，第一放电阈值206小于完全充电电压电平202。在完全充电电压电平202开始对电池单元108放电和达到第一放电阈值206之间经过的时间可以称为总运行时间(total runtime；Tr)208。
如果电池单元108的电压电平不低于第一放电阈值206(动作308为否)，过程300返回到动作306。动作306和308被重复执行并且电池单元108的电压电平继续降低，如第一电压电平轨迹204所示。如果在动作308确定电池单元108的电压电平低于第一放电阈值206(动作308为是)，则过程300继续到动作310。
在动作310，BMS 106控制电池系统100处于第一货架操作模式。在第一货架操作模式中，BMS 106控制电池单元108停止向输出端104放电。另外，可以禁用BMS 106的功能。例如，可以禁用BMS 106的通信功能，例如无线通信功能。在另一示例中，除了通信功能之外或代替通信功能，BMS 106的内务管理功能(housekeeping functionality)可以被禁用。
禁用BMS 106的功能有利地降低电池系统100的电力消耗。因此，第一货架操作模式在本文中可被称为电池优化操作模式的示例。然而，如果主电源在输入端102处变得可用于电池系统100，如下文所讨论的，BMS 106可能能够快速地重新启用被禁用的功能。因此，电池系统100的性能不会受到第一货架模式的显着不利影响，这可以通过在输入端102处再次可用电力时或如果电力再次可用时消除电池系统100的响应的感知缓慢来改善用户体验。在第一货架模式中，电池系统100的电池电压可以继续降低。BMS 106可以控制电池系统100保持在第一货架模式直到主电源可用，如下所述，或者直到电池电压下降到低于第二放电阈值。
在动作312，BMS 106确定电池单元108的电压电平是否低于第二放电阈值210。第二放电阈值210可以指示放电阈值，低于此放电阈值的电池系统100将进入具有甚至低于第一货架模式的电力消耗的操作模式，并且可以被称为第二货架模式。如曲线图200所示，第二放电阈值210小于第一放电阈值206。在第一放电阈值206进入第一货架模式和在第二放电阈值210进入第二货架模式之间的持续时间被称为第一货架模式持续时间212。
如果电池单元108的电压电平不低于第二放电阈值210(动作312为否)，则过程300返回到动作310。重复执行动作310和312并且电池单元108的电压电平继续降低，如第一电压电平轨迹204所示。如果确定电压电平低于第二放电阈值210(动作312为是)，则过程300继续到动作314。
在动作314，BMS 106控制电池系统100处于第二货架操作模式。在第二货架操作模式中，可以禁用BMS 106的基本上所有功能。在第一货架操作模式中被禁用的BMS 106的功能可以与附加功能一起被禁用。例如，这样的附加功能可以包括某些用户界面元件(user-interface element)，例如用于为电池系统100供电的用户界面元件。附加功能还可以包括执行电池系统100的冷启动的功能，即从完全断电状态启动电池系统100。相对于第一货架模式，禁用BMS 106的附加功能可以进一步降低电池系统100的电力消耗。因此，第二货架模式也可以被称为电池优化模式，使得“电池优化模式”可以指第一货架模式或第二货架模式。如果主电源在输入端102处变得可用于电池系统100，如下文所讨论的，BMS 106可能能够在重新启动时段之后重新启用禁用的功能。在第二货架模式下，电池系统100的电池电压可继续降低。BMS 106可以控制电池系统100保持在第二货架模式直到主电源可用，如下所述，或者直到电池电压下降到低于第三放电阈值。
在动作316，BMS 106确定电池单元108的电压电平是否低于第三放电阈值214。第三放电阈值214可以指示放电阈值，低于此放电阈值的电池系统100被认为是不可恢复的，并且已经达到电池系统100的寿命终点。如曲线图200所示，第三放电阈值214小于第二放电阈值210。若电池单元108的电压电平不低于第三放电阈值214(动作316为否)，则过程300返回至动作314。重复执行动作314与316，且电池单元108的电压电平继续至减少。如果电池单元108的电压电平低于第三放电阈值214(动作316为是)，则过程300继续动作318并且电池系统进入不可恢复状态。在第二放电阈值210进入第二货架模式和在第三放电阈值214进入不可恢复状态之间的时间被称为第二货架模式持续时间216。在第一货架模式和第二货架模式中花费的总时间是第一货架模式持续时间212和第二货架模式持续时间216的总和，并且被称为总货架模式持续时间218。
在动作318，电池系统100处于不可恢复状态。在不可恢复状态下，电池系统100可被视为不可操作且可不再向负载放电。电池系统100可以在不可恢复状态下保留一些功能，例如向用户输出电池系统100应该被更换的通知。在其他示例中，电池系统100可以无限期地禁用所有功能。过程300然后在动作320处结束。
虽然为了清楚起见没有在过程300中说明，在过程300的整个执行期间，BMS 106可以重复地(例如，周期性地、非周期性地或连续地)确定耦合到输出端104的负载是否重新获得对充足的主电源(例如公用电力)的访问。如果负载重新获得对主电源的访问，则过程300可以终止，并且电池系统100可以从放电操作模式转换到充电操作模式。BMS 106可以控制电池系统100以停止放电，并且利用在输入端102处提供的来自主电源的电力给电池单元108再充电，其中主电源也为耦合到输出端104的负载供电。
例如，如果BMS 106重复执行动作306和308从而使电池单元108放电，则BMS 106可以同时重复确定对市电电源的访问是否已经恢复。如果市电再次可用，则过程300可以终止。类似地，如果BMS 106重复执行动作310和312从而控制电池系统100处于第一货架模式，则BMS 106可以同时重复确定对市电电源的访问是否已经恢复。如果市电再次可用，则过程300可以终止。类似地，如果BMS 106重复执行动作314和316从而控制电池系统100处于第二货架模式，则BMS 106可以同时重复确定对市电电源的访问是否已经恢复。如果市电再次可用，则过程300可以终止。
因此，当处于放电操作模式时，电池系统100可以基于电池单元108的电压电平进入各种子操作模式。这些不同的子模式，例如货架模式，可以通过消耗更少的电力从而避免或减轻有害的过放电情况来延长电池系统100的寿命。可以选择第一放电阈值206以平衡用户对增加总运行时间208的兴趣(这可以通过降低第一放电阈值206来实现)以及用户对最大化电池系统100的总寿命的兴趣(这可以通过增加第一放电阈值206来实现)。
在一些情况下，选择性地增加第一放电阈值206可能是有利的。在各种示例中，第一放电阈值206可以在某些异常操作条件下增加，例如对电池系统100的健康产生显着不利影响的操作条件。例如，异常操作条件可以包括轻负载条件或低充电状态条件。因此，在各种示例中，电池系统100可以基于一个或多个操作参数修改第一放电阈值206。
图4示出了根据示例的选择第一放电阈值206的值的过程400。过程400可以至少部分地由BMS 106执行。过程400参考图2进行描述。
在动作402，过程400开始。
在动作404，BMS 106接收一个或多个操作参数。一个或多个操作参数可以指示或描述电池系统100的一个或多个操作条件。例如，一个或多个操作参数可以包括描述电池单元108、耦合到输出端104的负载或电池系统100的其他方面的电流信息、电压信息、充电信息等等。在一些示例中，BMS 106可以从电池单元108和/或从电池系统100中的一个或多个感测组件接收指示电池单元108的当前SOC的充电信息。在各种示例中，BMS 106可以附加地或替代地接收指示由耦合到输出端104的负载汲取的电量的负载信息。例如，BMS 106可以从负载检测电路110接收负载信息。在一些示例中，一个或多个操作参数可以包括附加的和/或不同的参数。
在动作406，BMS 106确定一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值。例如，如果一个或多个操作参数包括充电信息，则BMS 106可以确定电池单元108的当前SOC是否低于阈值SOC。阈值SOC可以是例如电池单元108的初始SOC的特定比例(例如，25％、50％、66.7％等)。例如，初始SOC可以是电池系统100第一次充满电时电池单元108的SOC，或者可以是电池单元108的额定初始SOC。
另一示例中，如果一个或多个操作参数包括负载信息，则BMS 106可以确定负载汲取的当前电量是否低于阈值负载。例如，阈值负载可以是电池系统100的额定负载的某个比例(例如，10％、25％、33.3％等)。额定负载可以是电池系统100被配置为提供的额定电量。
在一些示例中，一个或多个操作参数可以包括充电信息和负载信息，并且至少一个操作参数阈值可以包括多个操作参数阈值，包括阈值SOC和负载阈值。在其他示例中，一个或多个操作参数和/或至少一个操作参数阈值可以包括或基于除电池系统100的充电和/或负载之外或代替电池系统100的充电和/或负载的其他参数。动作406可以包括确定一个或多个操作参数中的至少一个是否低于至少一个操作参数阈值，或者可以包括确定不同数量的一个或多个操作参数(包括，例如，所有的所述一个或多个操作参数)是否低于至少一个操作参数阈值。
如果一个或多个操作参数不低于至少一个操作参数阈值(动作406为否)，则过程400返回到动作404。可以重复动作404和406，直到确定一个或多个操作参数中的至少一个低于至少一个操作参数阈值(动作406为是)。过程400然后继续到动作408。
在动作408，BMS 106修改第一放电阈值206。例如，BMS 106可以增加第一放电阈值206。在一些示例中，BMS 106将第一放电阈值206增加指定量(例如，0.1V、0.25V、0.45V等)。在其他示例中，BMS 106将第一放电阈值206增加可变量，此可变量基于一个或多个操作参数而变化。例如，第一放电阈值206可以根据一个或多个操作参数与至少一个操作参数阈值之间的差异的大小而改变(例如，增加)的量，使得第一放电阈值206随着一个或多个操作参数的降低而增加得更多。
如图2所示，修改后的第一放电阈值220被实施并且大于第一放电阈值206。过程300、400可以并行执行，使得在过程300正在执行的同时第一放电阈值206可以被修改为修改后的第一放电阈值220。因此，如果第一放电阈值206被修改为修改后的第一放电阈值220，则动作308可以替代地包括确定电池电压是否低于修改后的第一放电阈值220。通过将第一放电阈值206增加到修改后的第一放电阈值220，总运行时间208可以减少到修改后的总运行时间222，其指的是电池单元108从完全充电电压电平202开始放电之间的持续时间达到修改后的第一放电阈值220。
在动作410，过程400结束。
因此，可以执行过程400(例如，与过程300并行)以确定是否应该将第一放电阈值206修改为修改后的第一放电阈值220。第二电压电平轨迹221指示电池系统100随时间的电池电压，其中实施修改后的第一放电阈值220。第二电压电平轨迹221与第一电压电平轨迹204相似(例如，在相应的操作模式中具有相似的斜率)，但至少部分地表示更长的总寿命，因为修改后的第一放电阈值220高于第一放电阈值206。
如第二电压电平轨迹221所示，电池电压的变化可基于电池系统100的操作模式而变化。在一些示例中，可以修改第二放电阈值210以产生修改后的第二放电阈值224，和/或可以修改第三放电阈值214以产生修改后的第三放电阈值226。然而，在各种示例中，修改后的第二放电阈值224具有与第二放电阈值210相同的值，和/或修改后的第三放电阈值226具有与第三放电阈值214相同的值。因此，在一些示例中，出于解释第二电压电平轨迹223的目的，阈值224、226可以被称为“修改后的”阈值。
电池电压下降到修改后的第一放电阈值220以下(其可以高于第一放电阈值206)和下降到修改后的第二放电阈值224以下(其可以与第二放电阈值210相同)之间的持续时间被称为修改后的第一货架模式持续时间228。电池电压下降到修改后的第二放电阈值224(其可以与第二放电阈值210相同)以下和下降到修改后的第三放电阈值226(其可以与第三放电阈值214相同)以下之间的持续时间被称为修改后的第二货架模式持续时间230。在具有修改后的阈值的第一货架模式和第二货架模式中花费的总时间是修改后的第一货架模式持续时间228和修改后的第二货架模式持续时间230的总和，并且被称为修改后的总货架模式持续时间232。
如第二电压电平轨迹221所示，至少实施修改后的第一放电阈值220的电池系统100的总寿命可以大于实施第一放电阈值206的电池系统100的总寿命，至少因为电池系统100在异常条件下(例如，轻负载或低充电状态条件)不会在很长时间内放电，因为电池系统100进入电池优化模式(例如，第一货架模式)的阈值增加。
修改第一放电阈值206的示例是关于图5和6提供的。图5示出了根据一个示例确定是否修改第一放电阈值206的过程500。过程500可以提供过程400的示例。过程500可以至少部分地由BMS 106执行。
在动作502，过程500开始。
在动作504，BMS 106接收操作参数。操作参数可以包括(或可以包括指示)电池单元108的当前SOC和电池系统100上的当前负载的信息。
在动作506，BMS 106确定电池单元108是否被充分充电。动作504可以包括确定电池单元108的当前SOC是否低于阈值SOC，例如电池单元108的初始SOC的约50％。如本文所用，“约50％”可包括各种示例中的任一个，包括49.9％和50.1％之间、49％和51％之间、45％和55％之间、40％和60％之间，或其他非限制性示例。如果电池单元108的当前SOC低于阈值SOC(例如，小于初始SOC的50％)，则电池单元108可被认为未充分充电。如果电池单元108没有被充分充电(动作504为否)，则过程500继续到动作508。
在动作508，BMS 106实施修改后的第一放电阈值220。实施修改后的第一放电阈值220可以包括修改第一放电阈值206，或者如果修改后的第一放电阈值220已经生效，则维持修改后的第一放电阈值220。BMS 106可以实施修改后的第一放电阈值220，因为电池系统100不被认为处于正常使用中。因为电池系统100的SOC低，所以电池系统100可以被认为没有正常使用，并且在低SOC条件下操作电池系统100可能不利地影响电池系统100的健康。过程500返回到动作508。
如果BMS 106确定电池系统100被充分充电(动作506为是)，例如，如果电池单元108的当前SOC高于电池单元108的初始SOC的50％，则过程500继续到动作510。
在动作510，BMS 106实施第一放电阈值206。实施第一放电阈值206可以包括将修改后的第一放电阈值220恢复为第一放电阈值206，或者如果第一放电阈值206已经生效，则维持第一放电阈值206。因为电池系统100被认为处于正常使用中，所以BMS 106可以实施第一放电阈值206。可以认为电池系统100处于正常使用中，因为电池系统100的SOC足够高以被认为是正常的，并且与较低的SOC相比，在正常SOC条件下操作电池系统100可能不会显着影响电池系统100的健康。过程500然后继续到动作512。
在动作512，BMS 106确定电池系统100是否轻负载。动作512可以包括确定电池系统100上的当前负载是否低于阈值负载，例如电池系统100的额定负载的约25％。如本文所用，“约25％”可以包括各种示例中的任一个，包括24.9％和25.1％之间、24％和26％之间、20％和30％之间、15％和35％之间，或其他非限制性示例。如果电池系统100上的当前负载低于阈值负载(例如，小于额定负载的25％)，则电池系统100可以被认为是轻负载。如果电池系统100是轻负载(动作512为是)，则过程500可以进行到动作508。在其他示例中，过程500可以返回到动作506。如果电池系统100不是轻负载(动作512为否)，则过程500可以返回到动作510。
图6示出了根据另一示例的确定是否修改第一放电阈值206的过程600。过程600可以提供过程400的示例。过程600可以至少部分地由BMS 106执行。过程600可以类似于过程500，并且相应地标记相似的动作。
动作502-508在过程500、600中基本相似或相同。然而，在过程600中，动作508进行到动作602而不是返回动作506。在动作602处，过程600结束。
动作506在过程500、600中基本相似或相同。然而，在过程600中，如果电池系统506没有被充分充电(动作506为否)，则过程600继续动作512而不是动作510。
动作512在过程500、600中基本相似或相同。如果电池系统100不是轻载的(动作512为否)，过程600仍然继续动作510。然而，如果电池系统100是轻负载(动作512为是)，则过程600继续到动作604而不是动作506。
在动作604，BMS 106实施修改后的第一放电阈值220。动作604可以与动作508基本相似或相同。过程600然后继续到动作512。
其他修改也在本公开的范围内。如上文关于过程400所讨论的，第一放电阈值206可基于一个或多个操作参数而改变。在一些示例中，如上面关于动作406所讨论的，响应于确定一个或多个操作参数小于至少一个操作参数阈值，可以增加第一放电阈值206。
在其他示例中，响应于确定一个或多个操作参数大于至少一个操作参数阈值，可以改变(例如，增加或减少)第一放电阈值206。例如，动作406可以包括确定操作参数(例如，环境温度)是否大于操作参数阈值(例如，阈值温度)，如果是，则可以修改第一放电阈值206。
在一些示例中，可以实施多个操作参数阈值，并且可以确定第一组操作参数是否大于第一组操作参数阈值，并且第二组操作参数是否小于第二组操作参数阈值。因此，本公开的示例不限于确定一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值。
尽管提供了操作参数和操作参数阈值的某些示例，但其他示例也在本公开的范围内。一个或多个操作参数可以包括任意数量的操作参数，并且操作参数阈值可以包括任意数量的操作参数阈值。操作参数和相应的阈值不限于充电和负载信息。因此，各种修改都在本公开的范围内。
各种控制器可以执行上面讨论的各种操作。例如，BMS 106可以包括一个或多个控制器来执行上面讨论的操作。使用存储在相关存储器和/或存储器中的数据，BMS 106还执行存储在一个或多个非暂时性计算机可读介质上的一个或多个指令，这些指令可导致被操纵的数据。在一些示例中，BMS 106可以包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。在一个示例中，BMS 106是或包括至少一个处理器。在另一示例中，BMS 106使用定制为执行特定操作的专用集成电路(ASIC)来执行以上讨论的操作的至少一部分，除了通用处理器之外或代替通用处理器。如这些示例所示，根据本公开的示例可以使用硬件和软件的许多特定组合来执行这里描述的操作，并且本公开不限于硬件和软件组件的任何特定组合。本公开的示例可以包括被配置为执行上述方法、过程和/或操作的计算机程序产品。计算机程序产品可以是或包括一个或多个控制器和/或处理器，此控制器和/或处理器被配置为执行指令以执行上述方法、过程和/或操作。
已经因此描述了至少一个实施例的几个方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。此类变更、修改和改进旨在成为本公开内容的一部分并且在本公开内容的精神和范围内。因此，前述描述和附图仅作为示例。

Claims (21)

1.一种电池系统，其特征在于：所述电池系统包含：
一输出端，配置为向一负载提供输出电力；
一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及
一电池管理系统，配置为：
接收所述电池系统的一个或多个操作参数；
确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；
响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及
响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述一个或多个操作参数包括所述一个或多个电池单元的一充电状态，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括一充电阈值状态。
3.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述一个或多个电池单元的充电状态低于所述充电阈值状态，增加所述放电阈值。
4.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于：所述充电阈值状态约为初始完全充电的50％。
5.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述一个或多个操作参数包括由所述负载汲取的一电量，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括所述电池系统的一阈值负载。
6.如权利要求5所述的电池系统，其特征在于：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述负载汲取的电量低于所述电池系统的阈值负载，增加所述放电阈值。
7.如权利要求5所述的电池系统，其特征在于：所述阈值负载约为额定负载的25％。
8.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述放电阈值是一个或多个电池单体的单体电压值。
9.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于：所述电池管理系统被配置为：
响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第一放电阈值，控制所述电池系统处于一第一电池优化模式；以及
响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第二放电阈值，控制所述电池系统处于一第二电池优化模式，其中所述第二放电阈值小于所述第一放电阈值。
10.如权利要求9所述的电池系统，其特征在于：所述第二电池优化模式包括基本上禁用所述电池管理系统的所有功能。
11.如权利要求9所述的电池系统，其特征在于：所述电池管理系统被配置为响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平高于所述第一放电阈值来控制所述电池系统处于一活动模式，并且其中所述第一电池优化模式包括禁用所述电池管理系统的功能以降低相对于所述活动模式的电力消耗。
12.一种非暂时性计算机可读介质，其特征在于：在其上存储计算机可执行指令序列，用于控制具有一个或多个电池单元的电池系统，所述电池单元被配置为存储电能以提供给负载，所述计算机可执行指令序列包括指示至少一个处理器执行以下操作的指令：
接收所述电池系统的一个或多个操作参数；
确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；
响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及
响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
13.如权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述一个或多个操作参数包括所述一个或多个电池单元的一充电状态，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括一充电阈值状态。
14.如权利要求13所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：指示所述至少一个处理器：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述一个或多个电池单元的充电状态低于所述充电阈值状态，增加放电阈值。
15.如权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述一个或多个操作参数包括由所述负载汲取的一电量，并且其中所述至少一个操作参数阈值包括所述电池系统的一阈值负载。
16.如权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于指示所述至少一个处理器：响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值来修改所述一个或多个电池单元的放电阈值中，还包括：响应于确定所述负载汲取的电量低于所述电池系统的阈值负载，增加所述放电阈值。
17.如权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述放电阈值是一个或多个电池单体的单体电压值。
18.如权利要求12所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述指令进一步指示所述至少一个处理器：
响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第一放电阈值，控制所述电池系统处于一第一电池优化模式；以及
响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平低于一第二放电阈值，控制所述电池系统处于一第二电池优化模式，其中所述第二放电阈值小于所述第一放电阈值。
19.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述电池系统包括一电池管理系统，以及其中指令进一步指示至少一个处理器响应于确定所述一个或多个电池单元的放电电平高于所述第一放电阈值来控制所述电池系统处于一活动模式，并且其中所述第一电池优化模式包括禁用所述电池管理系统的功能以降低相对于所述活动模式的电力消耗。
20.如权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其特征在于：所述电池系统包括一电池管理系统，并且其中所述第二电池优化模式包括基本上禁用所述电池管理系统的所有功能。
21.一种组装电池系统的方法，其特征在于：所述方法包括：
提供一电池系统，所述电池系统具有：
一输出端，配置为向一负载提供输出电力；
一个或多个电池单元，配置为存储电能以提供给所述负载；及
一电池管理系统；
将所述一个或多个电池单元耦合到所述输出端；及
将所述电池管理系统耦合到所述一个或多个电池单元，所述电池管理系统被配置为：接收所述电池系统的一个或多个操作参数；确定所述一个或多个操作参数是否小于至少一个操作参数阈值；响应于确定所述一个或多个操作参数小于所述至少一个操作参数阈值，修改所述一个或多个电池单元的一放电阈值；以及响应于确定所述一个或多个电池单元的一放电电平低于所述放电阈值，控制所述电池系统处于一电池优化模式。
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