CN114616479A - 带智能电子绝缘系统的电池模块 - Google Patents

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Abstract

一种电池模块，包括第一组电力触点和第一组信号触点。电池组可操作以将电力输送到该组电力触点。电子绝缘系统可操作以电断开和电连接电池组和第一组电力触点。电子控制系统可操作以获取电池模块和电气设备的充电状态、健康状态、温度和功率之间的比较。基于至少一个比较计算闭合参数。将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较以产生连接判定。电子绝缘系统分别基于连接判定的肯定或否定结果将连接或断开电池组与第一组电力触点。

Description

带智能电子绝缘系统的电池模块
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年8月28日提交的美国临时专利申请No.62/892,809的优先权，其名称为电池联锁智能封闭系统（Battery Interlock Smart Close-In System）。上述申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及电池模块。更具体地，本公开涉及具有智能电子绝缘系统的电池模块。
背景技术
电池模块系统是一组任意数量的电池模块，其中每个电池模块包括电池组。每个电池组包括一个或多个电池单元。电池模块系统的多个电池模块可以串联、并联或两者的混合进行电气配置，以提供任何数量的应用所需的期望电压、容量或功率密度。电池模块系统用于能量密集型电池应用，例如为电动车（“EV”）充电、为重型电动工具供电等。
只要电池组同等匹配，组装电池模块系统的电池模块的风险可能很低。电池组可以在初始制造商处针对内阻、初始电压和充电状态（SOC）等参数进行精确测量、校准和匹配。然后可以在工厂将电池模块放电到可以合法运输的SOC（例如，充满电的30%到60%），并运输到其最终目的地，在那里电池模块可以组装成所需的电池模块系统。
然而，有问题的是，电池模块的SOC、内阻和其他内部参数可能在运输过程中不经意地改变。例如，在运输过程中，导电材料可能会与电池模块的电力触点接触。此外，电池模块的内部参数可能在使用过程中以不同的速率或不同的程度改变。如果两个电池模块之间的内部参数差异大到无法接受，则电弧、着火或其他危险的风险会显着增加。
此外，如果两个电池模块处于显着不同的SOC，具有较大SOC的电池模块将向具有较小SOC的电池模块放电，并且总功率输出将显着下降。此外，电池模块之间显着不同的SOC可能会导致回流电流，这可能会损坏电池模块。
因此，需要一种电池模块，如果它们的内部参数显着不同，则该电池模块可以防止或抑制与其他电池模块（或其他类似的电气设备）进行电接触。此外，需要一种可以防止或抑制回流的电池模块。另外，需要一种电池模块系统，其中电池模块系统的单个电池模块可以根据每个电池模块的内部参数的差异选择性地相互连接。
发明内容
本公开通过提供一种电池模块来提供优于现有技术的优点和替代方案，该电池模块具有电连接在电池组和电池模块的电力触点之间的电子绝缘系统，以及控制电子绝缘系统的电子控制系统。如果来自电池模块或要连接到电池模块的第二电气设备的一个或多个参数为不可接受的值，则由电子控制系统控制的电子绝缘系统阻止电池组连接到电力触点。例如，如果第一和第二电池模块的SOC在值的可接受范围之外，则电子控制系统可以防止电池组和第一电池模块的电源连接器之间的电接触，其中该第一电池模块要连接到第二电池模块。此外，电池模块可以组装成电池模块系统，其中每个电池模块可以根据其内部参数的差异选择性地连接到其他电池模块。此外，控制系统防止或抑制电流从电源连接器回流到电池模块的电池组。
根据本公开的一个或多个方面，一种电池模块包括第一组电力触点和第一组信号触点。电池组可操作以将电力输送到该组电力触点。电子绝缘系统可操作以电断开和电连接电池组和第一组电力触点。电子控制系统电连接到电子绝缘系统，以及连接到第一组信号触点和/或第一组电力触点中的一个。电子控制系统可操作以获取电池模块和电气设备的充电状态之间的第一比较，获取电池模块和电气设备的健康状态之间的第二比较，获取电池模块与电气设备的温度之间的第三比较，得到电池模块与电气设备的功率之间的第四比较。基于第一比较、第二比较、第三比较和/或第四比较，闭合参数由电子控制系统来计算。将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生是否需要将第一电池模块连接到电气设备的连接判定。电子绝缘系统基于连接判定的肯定结果将电池组连接到第一组电力触点。电子绝缘系统基于连接判定的否定结果断开电池组和第一组电力触点。
根据本公开的一个或多个方面，一种电池模块系统包括电池模块系统电源总线和多个电池模块。多个电池模块中的第一电池模块包括电连接到电源总线的第一组电力触点、第一组信号触点和可操作以将电力输送到第一组电力触点的第一电池组。第一电子绝缘系统可操作以电断开和连接第一电池组和第一组电力触点。第一电子控制系统电连接到电子绝缘系统，以及连接到第一组信号触点和/或第一组电力触点。电子控制系统可操作以获取多个电池模块中的第一电池模块和第二电池模块的充电状态之间的第一比较，获取第一电池模块和第二电池模块的健康状态之间的第二比较，获取第一电池模块和第二电池模块的温度之间的第三比较，以及获取第一电池模块和第二电池模块的功率之间的第四比较。基于第一比较、第二比较、第三比较和/或第四比较来计算闭合参数。将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生是否需要将第一电池模块连接到第二电池模块的连接判定。电子绝缘系统基于连接判定的肯定结果将电池组连接到第一组电力触点。电子绝缘系统基于连接判定的否定结果断开电池组和第一组电力触点。
根据本公开的一个或多个方面，一种将电池模块连接到电气设备的计算机实现的方法包括用所述至少一个温度传感器测量电池模块和电气设备的温度，用至少一个电流传感器测量电池模块和电气设备的电流，以及用至少一个电压传感器测量电池模块和电气设备的电压。根据电池模块的电流、温度或电压中的至少一个来计算电池模块的充电状态、健康状态和功率。从电气设备的电流、温度或电压中的至少一个来计算电气设备的充电状态、健康状态和功率。在电池模块和电气设备的充电状态之间获取第一比较。在电池模块和电气设备的健康状态之间获取第二比较。在电池模块和电气设备的温度之间获取第三比较。在电池模块与电气设备的功率之间获取第四比较。基于第一、第二、第三和第四比较来计算闭合参数。将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较以产生连接判定。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更充分地理解本公开，其中：
图1根据本文所述方面，描绘了一种电池模块及其外部接口的示意图的示例；
图2根据本文所述方面，描绘了图1的电池模块的电力和通信系统的实施例示意图的示例；
图3根据本文所述方面，描绘了电池模块(如图1所示)和电气设备之间的控制接口的示意图的示例；
图4根据本文所述方面，描绘了图2的电子控制系统、电子绝缘系统和电力流控制系统的电路实施例的示意图的示例；
图5根据本文所述方面，描绘了具有多个图1所示的电池模块的电池模块系统实施例示意图的示例；
图6根据本文所述方面，描绘了图1所示的电池模块的电力和通信系统的另一个实施例示意图的示例；
图7根据本文所述方面，描绘了图6所示的电子控制系统和电子绝缘系统的电路的另一个实施例示意图的示例；
图8根据本文所述方面，描绘了图1所示的多个电池模块的电池模块系统的另一个实施例示意图的示例；以及
图9根据本文所述方面，描绘了用于将电池模块(例如图1所示的电池模块)连接到电气设备的方法流程图的示例。
具体实施方式
现在将描述某些示例以提供对本文公开的方法、系统和设备的结构、功能、制造和使用的原理的总体理解。附图中示出了一个或多个示例。本领域技术人员将理解，本文具体描述并在附图中示出的方法、系统和装置是非限制性示例，并且本公开的范围仅由权利要求限定。结合一个示例示出或描述的特征可以与其他示例的特征相结合。这样的修改和变化旨在包括在本公开的范围内。
术语“显着地”、“基本上”、“接近”、“大约”、“相对地”或可在整个本公开（包括权利要求）中使用的其他类似术语用于描述和解释小的波动，例如由于参考或参数的处理变化。这种小的波动也包括来自参考或参数的零波动。例如，它们可以指小于或等于±10%，例如小于或等于±5%，例如小于或等于±2%，例如小于或等于±1%，例如小于或等于±0.5%，例如小于或等于±0.2%，例如小于或等于±0.1%，例如小于或等于±0.05%。
参考图1，根据本文描述的方面，描绘了第一电池模块100及其外部接口的示意图的示例。外部接口包括一组或多组电力触点102和一组或多组信号触点104。每组电力触点102可以具有一个或多个可操作以传导从电池组106产生的电力（见图2）到电池模块100的触点。每组信号触点104可以具有一个或多个可操作以与信号通信、发送和/或接收的触点。
作为概述，电池模块，例如电池模块100，可以在运输和储存期间与外界电绝缘，以防止触电风险和其他安全隐患，例如电弧放电。如本文将更详细描述的，电池模块100在允许电力触点102通电之前使用硬件和软件冗余。
这确保只有当电池模块100或第二电气设备120的某些测量参数具有可接受的值时，电力触点102才在连接到第二电气设备120(见图3)之后才被通电。例如，第二电气设备可以是能量传输模块、特定电池模块充电器、特定预定负载和/或附加电池模块。电池模块100可以用在能量密集型电池模块系统200(见图5)中，例如用于对电动车207(见图5)的电池206进行充电。此外，电池模块100包含确保连接的多个电池模块不会相互放电的电气硬件。无论电池模块100和第二电气设备120处于什么电压，电池模块100的电力流控制系统108确保基本上不显着的反向电流。这提高了电池模块100的效率和可靠性。
参考图2，根据本文描述的方面，其描绘了电池模块100的电力和通信系统一个实施例示意图的示例。如前所述，电池模块100包括一组或多组电力触点102和信号触点104作为外部接口。此外，在电池模块100内部是电池组106、电力流控制系统108、电子绝缘系统110和用于电池模块100和其他电气设备(例如图3所示的第二电气设备120)的电子控制系统112。
电力触点102具有对电池模块100充电或放电的能力。信号触点104在电池模块100和其他电气设备120之间传输辅助电压、控制信号和串行通信线。如图2所示，电力流控制系统108防止或抑制具有较低荷电状态(SOC)的电池模块100被具有较高SOC的电池模块100充电。电子绝缘系统110是可以包括有源开关元件(见图4)的系统，该有源开关元件确保在电子绝缘系统110上没有控制电压(未示出)的情况下不对电源连接器102进行通电。电池模块100中的控制系统112处理多种功能。例如，电子控制系统112可以向电池模块100外部的装置提供辅助电压，确定电池模块系统200(见图5)中连接的电池模块100的数量，提供电池模块100和外部设备之间的串行通信(例如图3的电气设备120)，并确定何时安全地打开和关闭电子绝缘系统110。
电子控制系统112包含可用于控制电子绝缘系统110和电力流控制系统108的若干电信号和传感器(参见图4)。这些信号和传感器包括但不限于电池计数、顶部检测、底部检测、CAN总线、电池启用和控制电压。这些信号和传感器的组合允许电池模块100和电池模块系统200确保它们仅在适当的设备（例如图3的第二电气设备120）被连接并准备好使用存储在电池模块100和/或电池模块系统200中的能量时才给电源端子102通电。
再次如图1和图2所示，第一电池模块包括第一组电力触点102和第一组信号触点104作为外部接口。电池组106可操作以将电力输送到该组电力触点102。电池组106可以包括电池单元的系统(未示出)。每个电池单元可以包括一个或多个由电解质隔开的正极和负极。
电子绝缘系统110可操作以电断开和电连接电池组106和第一组电力触点102。电子控制系统112电连接到电子绝缘系统110，及连接到至少一个第一组信号触点104或第一组电力触点102。电子控制系统112可操作以测量与第一电池模块100和/或第二电气设备120(见图3)相关联的参数，并将参数与预定值进行比较，以确定是否需要将第一电池模块100连接到第二电气设备120。电子绝缘系统110可以基于参数与预定值的比较的肯定结果，将电池组106连接到第一组电力触点102。电子绝缘系统可以基于比较的否定结果，断开电池组106和第一组电力触点102。
第二电气设备120可以是几种不同类型的装置。例如，它可以是另一个电池模块100。此外，它可以是充电装置，或能量传输模块或特定的预定负载。
上述测量的参数可以是第一电池模块100或第二电气设备120的对功能重要的若干参数和/或特性之一。例如，测量的参数可以指示第一电池模块100和/或第二电气设备120中是否存在特定特性。此外，举例来说，参数可以是第一电池模块100或第二电气设备120的电阻、电流、电压、充电状态(SOC)或健康状态(SOH)。
与第一电池模块100和/或第二电气设备120相关联的参数还可以包括与第一电池模块100相关联的第一参数，以及与第二电气设备120相关联的第二参数。此外，参数与预定义值的比较还可以包括将第一参数和第二参数之间的差异与差异的预定义可接受范围进行比较。如果差异在可接受范围内，则电子绝缘系统110可以将电池组106连接到第一组电力触点102。如果差异不在可接受范围内，则电子绝缘系统110可以断开电池组106与第一组电力触点102的连接。
换言之，参数也可以是在第一电池模块100和第二电气设备120两者中测量的两个参数的差异。例如，参数可以是健康状态（SOH)或第一电池模块100和第二电气设备120之间的充电状态(SOC)。
与参数进行比较的预定值可以是对第一电池模块100和/或第二电气设备120的功能重要的值。例如，该预定值可以是第一电池模块100和第二电气设备120（例如，第二电气设备120可以是第二电池模块100）之间的SOC差异的可接受范围。例如，可接受的范围可以是第一电池模块100的SOC在第二个电气设备的SOC的±50%、±30%、±25%、±15%、±10%、或±5%之内。
第一电池模块100还包括电力流控制系统108，其连接在电池组106和第一组电力触点102之间。如图2所示的示例中，电力流控制系统108连接在电子绝缘系统110和第一组电力触点102之间。电力流控制系统108可操作以防止或抑制电流从第一组电力触点102反向流动到电池组106。电力流控制系统108可以包括连接在电池组106和第一组电力触点102之间的至少一个二极管140（见图4）。
参考图3，根据本文描述的方面，其描绘了第一电池模块100和第二电气设备120之间的控制接口128示意图的示例。第一电池模块100包括第一组电力触点102，其可操作以在控制接口128处电连接到第二电气设备120的第二组电力触点122。此外，电池模块100的第一组信号触点104可操作以电连接到第二电气设备120的第二组信号触点124。
如图3所示，当第一组信号触点104和第二组信号触点124连接在一起时，和/或当第一组电力触点102和第二组电力触点122连接在一起时，电池模块100的电子控制系统112和第二电气设备120的电子控制系统126都可操作以测量与电池模块100相关联的第一参数和与第二电气设备相关联的第二参数之间的差异。电池模块100的电子控制系统112可以通过第一组电力触点102和/或通过第一组信号触点104测量参数。第二电气设备120的电子控制系统126可以通过第二组电力触点122和/或通过第二组信号触点124测量参数。
参考图4，根据本文描述的方面，描绘了电池模块100的电子控制系统112、电子绝缘系统110和电力流控制系统208的电路示意图的示例。电子控制系统112可以包括具有存储器和存储器中的可执行程序的微处理器130。微处理器130可以与信号触点104和/或电力触点102通信、接收和/或处理信号。
电子控制系统112可以包括与微处理器130电通信的各种电压传感器132、134，以测量第一组电力触点102和电池组106之间的各种电压。此外，电子控制系统112可以包括与微处理器130电通信的电流传感器136，以测量在电池组106和第一组电力触点102之间传导的电流。
电子绝缘系统110可以包括至少一个开关装置138，其电连接在电池组106和第一组电力触点102。当至少一个开关装置138处于打开位置时，第一组电力触点102与电池组106绝缘。当至少一个开关装置138处于闭合位置时，第一组电力触点102电连接到电池组106。至少一个开关装置138可以包括一个或多个继电器、MOSFET和/或其他类型的晶体管开关等。
电力控制系统108可以包括一个或多个二极管140。另外，可以使用其他单向电流元件和/或电路。
参考图5，根据本文描述的方面，其描绘了具有多个电池模块100的电池模块系统200的示意图的示例。电池模块系统200包括电池模块系统电力总线202，其将来自并联连接的电池模块100的电力输出引导至外部电负载，例如电动车207的电池206。举例来说，电池模块系统200的电力输出可以通过负载连接器208连接到外部电负载。
在图5所示的示例中，外部电负载是电池模块系统200正在充电的电动车207的电池206。然而，外部电负载可以包括任何数量的电力设备、系统和应用。例如，外部电负载可以包括电动工具、飞行器系统等。
电池模块系统200包括多个电池模块100a-100e，它们在电源总线202处并联连接在一起。然而，在电池模块系统200中可以使用任意数量的电池模块100。
当提及电池模块系统200中的任何或所有电池模块和/或电池模块的组件和系统时，图5中使用了相同部件的相同附图标记。然而，为了清楚起见，当提及图5中的特定电池模块、组件或系统时，字母“a-e”附在附图标记的末尾。
多个电池模块100a-100e中的第一电池模块100a包括第一组电力触点102a，其电连接到电源总线202。第一电池模块100a还包括第一组信号触点104a，它们通过信号总线204电连接在一起。或者，信号触点可以独立地连接到信号源，例如各种传感器。这种独立的信号可以通过更大的电缆线束，其中独立的导体承载这种信号，但没有公共信号总线。
第一电池模块100a的第一电池组106a可操作以将电力输送到第一组电力触点102a。第一电池模块100a的第一电子绝缘系统110a可操作以电断开和连接第一电池组102a和第一组电力触点102a。第一电子控制系统112a电连接到第一电子绝缘系统110a，以及连接到第一组信号触点104a和第一组电力触点102a中的一个或两者。
第一电池模块100a的电子控制系统112a可操作以测量与多个电池模块100a-100e中的第一电池模块100a和/或第二电池模块100b相关联的参数。电子控制系统112a还可操作以将该参数与预定值进行比较，以确定是否需要将第一电池模块100a连接到第二电池模块100b。电池模块100a的电子绝缘系统110a然后可以基于比较的肯定(例如，充电前的兼容充电状态或兼容电压)结果将电池模块100a的电池组106a连接到电池模块100a的第一组电力触点102a。电子绝缘系统110a可以基于比较的否定(例如，不兼容的充电状态)结果断开电池组106a和第一组电力触点102a。
尽管电池模块系统200的第一和第二电池模块分别被具体地称为电池模块100a和电池模块100b，但是第一和第二电池模块可以各自是电池模块系统200的任何电池模块100。换言之，第一电池模块100可以包括电池模块系统200的多个电池模块中的任何电池模块100a-100e。另外，第二电池模块100可以包括电池模块系统200的多个电池模块中的任何其他电池模块100a-100e。
由电子控制系统112a测量并与第一电池模块100a和第二电池模块100b的一个或两个相关联的参数还可以包括：与第一电池模块100a相关联的第一充电状态，以及与电池模块100b相关联的第二充电状态。此外，参数与预定值的比较还可以包括：将第一充电状态和第二充电状态之间的差异与差异预定可接受的范围进行比较。
如果第一充电状态(第一SOC)和第二充电状态(第二SOC)之间的差异在可接受的范围内，则电子绝缘系统110a可以将电池组106连接到第一组电力触点102a。如果差异不在可接受范围内，则电子绝缘系统110a可以断开电池组106a和第一组电力触点102a。可接受的范围可以是第一电池模块100a的SOC在第二电池模块100b的SOC的±50%、±30%、±25%、±15%、±10%或±5%之内。
电池模块系统200的第一电池模块100a还可以包括连接在第一电池组106a和第一组电力触点102a之间的第一电力流控制系统108a。第一电力流控制系统108a可操作以防止或抑制电流从第一组功率触点102a到第一电池组106a的反向流动到基本上不显着的水平。这可以通过一个或多个二极管140(见图4)或使用其他单向电流元件或电路来完成。
第二电池模块100b还可以包括连接在第二电池组106b和第二组电力触点102b之间的第二电力流控制系统108b。第二电力流控制系统108b可操作以防止或抑制电流从第二组电力触点102b反向流动到第二电池组106b。
电池模块系统200的各种电池模块100a-100e还可以包括顶部检测装置和底部检测装置。例如，第一电池模块100a可以包括顶部检测装置，该顶部检测装置可操作以检测位于第一电池模块100a顶部的多个电池模块100a-100e中的另一个电池模块100。另外，第一电池模块100a可以包括底部检测装置，该底部检测装置可操作以检测位于第一电池模块100a底部的多个电池模块100a-100e中的另一个电池模块100。
顶部和底部检测装置可以包括任何数量的电路元件和系统，这些电路元件和系统被设计用于确定电池模块100是否在电池模块100的堆栈的中间部分。顶部和底部检测装置还可以帮助确定有多少电池模块100在任何给定电池模块100之上或之下。在一个示例中，可以在电池模块堆栈中的最底部电池模块（例如，电池模块100a）的底侧启用CAN总线触点，以允许连接到这样的CAN总线的触点。在其余部分，即非最底部的电池模块中，不会启用这样的CAN总线触点，因为CAN总线将仅连接到最底部的模块，而堆栈中中间或顶部模块上的CAN总线触点是无用的。因此，位置检测装置(例如，顶部或底部检测装置)在电池模块堆栈中只有一个或多个连接到另一个装置时可能是有用的，或者以与电池模块堆栈的其余部分不同的方式起作用。使用顶部和底部检测器的另一个示例是它们可能能够确定电源总线是否可以安全地与用户/操作员绝缘。在最底部的电池上，可能包括一个底座或盖子，以确保电源总线保持完全绝缘。
参考图6，根据本文描述的方面，其描绘了电池模块100的电力和通信系统的另一个实施例示意图的示例。图6中模块100的实施例及图1中模块100的实施例的主要区别在于：移除了电力流控制系统108。通过移除包括其二极管140(参见图4)和/或其他单向电路的电力流控制系统108，可以提高电池模块的效率。然而，如本文将更详细解释的，电子控制器112的电路可以被修改以补偿电力流控制系统108的移除。
在其余的图6-图9所示，所描述的许多部件具有与本文前面描述的部件相同或相似的形状配合和功能。在这种情况下，将使用相同的附图标记来指代这些组件。
电池模块100包括第一组电力触点102和第一组信号触点104。电池组106可操作以将电力输送到电力触点组102。电子绝缘系统110可操作以电断开和电连接电池组106和第一组电力触点102。
电子控制系统212电连接到电子绝缘系统110和第一组信号触点104和/或第一组电力触点102。然而，电子控制系统212被设计为补偿电力流控制系统108的移除。
参考图7，根据本文描述的方面，其描绘了电子控制系统212和电子绝缘系统110的电路示意图的示例。电子绝缘系统110与图4中早先描述的相似，可以包括电连接在电池组106和第一组电力触点102之间的至少一个开关装置138。
然而，电子控制系统212的微处理器214在其存储器中包括专门设计用于补偿电力流控制系统108的移除的算法。该算法作为一组指令存储在微处理器214的存储器中，用于由微处理器执行，以执行一种或多种方法以确定将电池模块连接到具有最小电流回流的另一个电气设备（例如第二电池模块）的最佳时间和条件。此外，微处理器214可以与更多仪器通信，以执行将电池模块100连接到另一个电气设备的方法。在图7所示的示例中，微处理器与一个或多个电压传感器132、134、一个或多个电流传感器136和一个或多个温度传感器216电通信。
因此，电子控制系统212可操作以获取电池模块100及诸如图3中的电气设备120的充电状态之间的第一比较。电子控制系统212还可操作以获取电池模块100和电气设备120的健康状态之间的第二比较。电子控制系统100还可操作以获取电池模块100和电气设备120的温度之间第三比较。电子控制系统100还可操作以获取电池模块100和电气设备120的功率(例如输出功率)之间的第四比较。
电子控制系统212然后可以基于第一比较、第二比较、第三比较和/或第四比较来计算闭合参数。此后，可以将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生是否需要将第一电池模块连接到电气设备的连接判定。电子绝缘系统可以基于连接判定的肯定结果将电池组106连接到第一组电力触点102。电子绝缘系统212可以基于连接判定的否定结果断开电池组106和第一组电力触点102。
电池模块100可以是第一电池模块，例如第一电池模块100a(参见图5和图8)，电气设备120可以是第二电池模块，例如第二电池模块100b(参见图5和图8)。既然如此，那么第一比较可以包括第一电池模块100a和第二电池模块100b的充电状态之间的差异。第二比较可以包括第一电池模块100a和第二电池模块100b的健康状态之间的差异。第三比较可以包括第一电池模块100a和第二电池模块100b的温度之间的差异。最后，第四比较可以包括第一电池模块100a和第二电池模块100b的功率之间的差异。
参考图8，根据本文描述的方面，示例示出了具有多个电池模块100a-100e的电池模块系统300的另一个实施例的示意图。电池模块系统300包括以与图5所示类似的方式连接到电池模块100a-100e的电力触点102a-102e的电源总线302。电池模块系统300还包括以与图5所示类似的方式连接到信号触点104a-104b的信号总线304。
在图8所示的示例中，第一电池模块100a和第二电池模块100b是电池模块系统300的多个电池模块100a-100e的至少一部分。电池模块系统300包括电源总线302，其可操作以连接到第一电池模块100a的第一组电力触点102a和第二电池模块100b的第一组触点102b。
如前所述，闭合参数可以是闭合电压和下陷电压之间的差异的绝对值。如本文所用，下陷电压是在电池模块100a的电力触点102a连接到电源总线302之前电源总线302上的测量电压。如本文所用，闭合电压是如果电池模块100a的电力触点102a连接到电源总线302，下陷电压将变成多少的预测值。
闭合参数将与之比较的预定义闭合参数值可以变化。例如，闭合参数可以小于5伏、小于4伏、小于3伏、小于2伏或小于1伏。
作为指令存储在微处理器212的存储器中的算法可以计算闭合参数，并通过用一个温度传感器216(见图7)测量电池模块100a和诸如第二电池模块100b的电气设备的温度来确定连接判定。电池模块100a和第二电池模块100b的电流可以用电流传感器136测量。第一电池模块100a和第二电池模块100b的电压可以用电压传感器132、134测量。充电状态、第一和第二电池模块100a、100b的健康状态和功率可以利用测量的温度、电流和电压来计算。然后可以使用温度、功率、充电状态和健康状态来获取前面讨论的第一、第二、第三和第四比较。然后可以基于第一、第二、第三和第四比较计算闭合参数。然后可以将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生连接判定。
此外，第一电池模块100a的运行状态将影响闭合参数，从而影响连接判定的结果。最重要的三种运行状态是“用电前”运行状态、“用电期间”运行状态和“用电后”运行状态。它们在本文中定义如下：
“用电前”：是当系统（例如电池模块系统300）空闲，并且自从连接到外部电负载（例如电动车207的电池206）后尚未运行。这发生在从电池模块（诸如电池模块100a）被用电之前。在这种状态下，电池模块可以关闭到电源总线中，也可以仍然打开。将这种状态与其他两种状态区分开来的一个主要因素是，一旦电池模块关闭到电源总线中，就不会有电力流入外部电负载。对于诸如电动车207之类的负载，这将是车辆开始充电之前的时间。
“用电期间”：是当电池模块（例如电池模块100a）正在向外部电负载（例如电动车207的电池206）供电时。使用诸如电动车207的负载，这是车辆充电的时间。在这种状态下，电力从电池模块流入外部电负载。
“用电后”：是电池模块（例如电池模块100a）仍然连接到系统（例如电池模块系统300），但是没有更多电力被消耗的时间。这可能是当诸如电动车207之类的外部电负载停止充电时或者当外部电负载从系统中移除时。这与“用电前”状态不同，因为电池模块将消除由于电力消耗停止而导致的任何电压骤降。因此，电池模块电压将回升至其开路电压。
因此，微处理器214用于计算连接判定的方法可以包括确定电池模块的运行状态的步骤，运行状态为“用电前”状态，“用电期间”状态和/或“用电后”状态。此后，运行状态可用于计算闭合参数。
参考图9，根据本文描述的方面，其描绘了用于将电池模块连接到电气设备的计算机实现的方法的流程图400的示例。作为示例并且如本文所用，电池模块可以是第一电池模块100a，并且电气设备可以是第二电池模块100b。两个电池模块100a、100b都可以连接到电池模块系统，例如电池模块系统300。
该方法在402开始，此时第一电池模块100a最初被打开并且其控制电路，包括其微处理器214，处于活动状态。另外，例如电池模块100b的电气设备也被打开并向电池模块100a提供信号。在初始启动时，电子绝缘系统110默认断开电池组106与电池模块100a的电力触点102的连接。
在404，第一电池模块100a和第二电池模块100a的温度由一个或多个温度传感器(例如温度传感器216)测量。温度可以是第一电池模块100a和第二电池模块100b两者的平均温度。温度传感器可以定位为遍及电池模块100a、100b的多个位置。来自电池模块100b的温度数据可以作为信号数据传输到信号触点104a和电池模块100a的微处理器214。
此外，在404，可以用电流传感器(例如电流传感器136)测量第一和第二电池模块100a、100b的电流。电流可以是电池模块100a、100b的输出电流。
此外，在404，可以用电压传感器(例如电压传感器132和134)测量第一和第二电池模块100a、100b的电压。电压可以是第一和第二电池模块的输出电压100a，100b。
在406，根据电池模块的电流、温度和/或电压中的至少一个计算第一和第二电池模块100a、100b的充电状态、健康状态和功率。功率可以是第一和第二电池模块100a、100b的输出功率。
在408，测量和计算的值被发送到微处理器214的算法。该算法是存储在微处理器214的存储器中的可执行指令的形式。
在410，确定电池模块100a的运行状态。运行状态可以是用电前状态、用电期间和用电后状态。
在412，该算法获取第一电池模块100a(即，电池模块)和第二电池模块100b(即，电气设备)的充电状态之间的第一比较。该算法还获取第一电池模块100a和第二电池模块100b的健康状态之间的第二比较。该算法还获取第一电池模块100a和第二电池模块100b的温度之间的第三比较。该算法还获取第一电池模块100a和第二电池模块100b的功率之间的第四比较。一种比较形式可能是差值。也就是说，第一和第二电池模块100a、100b之间的充电状态、健康状态、温度和功率的比较可以是第一和第二电池模块100a、100b的充电状态、健康状态、温度和功率的值之间的差异。
在414，基于第一、第二、第三和/或第四比较计算闭合参数。闭合参数也可以基于确定的运行状态。例如，闭合参数可以是闭合电压和下陷电压之间的差的绝对值。下陷电压可以是在第一电池模块100a的电力触点102a连接到电源总线320之前在电源总线302上测量的电压。闭合电压可以是下陷电压将变为什么的预测值，如果第一电池模块100a的电力触点102a连接到电源总线302。
在416，将闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较以产生连接判定。对于闭合参数为闭合电压与下陷电压之差的绝对值的情况，预定义的闭合参数值可以是绝对值必须小于5伏、小于4伏、小于3伏、小于2伏或小于1伏的值。预定义的闭合参数值可能随运行状态而变化。
如果连接判定为否定结果，例如，如果闭合参数未落入预定闭合参数值的范围内，则第一电池模块100a将与第二电池模块100b断开（或保持断开）。这将通过电子控制系统212的微处理器214向电子绝缘系统110提供信号命令以不将电池组106连接到电池模块100a的电力触点104a来实现。然后该方法将循环回到404并开始新的步骤序列。
在418，如果连接判定是肯定结果，例如，如果闭合参数落在在预定闭合参数值的范围内，则第一电池模块100a将连接到第二电池模块100b。这将通过电子控制系统212的微处理器214向电子绝缘系统110提供信号命令（例如控制电压）以将电池组106连接到电池模块100a的电力触点104a来实现。第一电池模块100a的电池组106然后可以连接到电池模块系统300的电源总线302和第二电池模块100b。然后该方法将在420处停止。
尽管本文描述了用于对电动车（例如，电动车207）的电池（例如，电池206）进行充电的系统（例如，电池模块100、电气设备120、电池模块系统200和电池模块系统300）和方法，这样的系统和方法可用于向电负载供电和/或向其他储能装置充电。此类其他储能装置可以是并网储能装置，或用于从个人电子产品到工业电动车（例如叉车或其他作业车辆）的移动储能装置。
应当理解，前述概念和在此更详细讨论的附加概念的所有组合（假设这些概念不是相互矛盾的）被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开末尾的要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。
本发明尽管已经通过参考具体示例进行描述，但是应当理解，在所描述的发明概念的精神和范围内可以做出许多改变。因此，本公开旨在不限于所描述的示例，而是其具有由所附权利要求的语言限定的全部范围。

Claims (20)

1.一种电池模块，包括：
第一组电力触点；
第一组信号触点；
电池组，其可操作以将电力输送到所述电力触点组；
电子绝缘系统，其可操作以电断开和电连接所述电池组和所述第一组电力触点；以及
电子控制系统，其电连接到所述电子绝缘系统，已经连接到所述第一组信号触点或所述第一组电力触点中的至少一个，所述电子控制系统可操作以：
获取所述电池模块和电气设备的充电状态之间的第一比较，获取所述电池模块和所述电气设备的健康状态之间的第二比较，获取所述电池模块和所述电气设备的温度之间的第三比较，以及获取所述电池模块与所述电气设备的功率之间的第四比较，
基于第一比较、第二比较、第三比较或第四比较中的至少一个计算闭合参数，以及
将所述闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生是否需要将所述第一电池模块连接到所述电气设备的连接判定；以及
其中，所述电子绝缘系统基于所述连接判定的肯定结果将所述电池组连接到所述第一组电力触点，所述电子绝缘系统基于所述连接判定的否定结果断开所述电池组和所述第一组电力触点。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电气设备包括第二电池模块。
3.根据权利要求2所述的电池模块，包括：
所述第一比较包括所述电池模块和所述第二电池模块的充电状态之间的差异；
所述第二比较包括所述电池模块和所述第二电池模块的健康状态之间的差异；
所述第三比较包括所述电池模块与所述第二电池模块的温度之间的差异；以及
所述第四比较包括所述电池模块和所述第二电池模块的功率之间的差异。
4.根据权利要求3所述的电池模块，包括：
所述电池模块和所述第二电池模块包括电池模块系统的多个电池模块的至少一部分，所述电池模块系统包括可操作以连接到所述电池模块的所述第一组电力触点的电源总线。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于，所述闭合参数包括：
闭合电压和下陷电压之间的差的绝对值，下陷电压包括在所述电池模块的电力触点连接到所述电源总线之前，所述电源总线上的测量电压，闭合电压是如果所述电池模块的所述电力触点连接到所述电源总线时，下陷电压将变为多少的预测值。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述预定闭合参数值小于5伏。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述预定闭合参数值小于2伏。
8.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电子绝缘系统包括：
温度传感器、电流传感器和电压传感器；以及
微处理器，其与所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器通信，所述微处理器包括：
存储器，以及
存储在所述存储器中供所述微处理器执行的指令，用于执行一种方法，所述方法包括：
用所述温度传感器测量所述电池模块和所述电气设备的温度，
用所述电流传感器测量所述电池模块和所述电气设备的电流，
用所述电压传感器测量所述电池模块和所述电气设备的电压，
用所述温度、所述电流和所述电压计算所述充电状态、所述健康状态和所述功率，
利用所述温度、所述功率、所述充电状态和所述健康状态来获取第一比较、第二比较、第三比较和第四比较，
基于第一比较、第二比较、第三比较和第四比较计算所述闭合参数，以及
将所述闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生连接判定。
9.根据权利要求8所述的电池模块，其中所述方法包括：
判断所述电池模块的运行状态，所述运行状态包括：用电前状态、用电器件状态和用电后状态；以及
利用所述运行状态计算所述闭合参数。
10.一种电池模块系统，包括：
电池模块系统电源总线；以及
多个电池模块，所述多个电池模块中的第一电池模块，所述第一电池模块包括：
电连接到所述电源总线的第一组电力触点，
第一组信号触点，
第一电池组，其可操作以将电力输送到所述第一组电力触点，
第一电子绝缘系统，其可操作以电断开和电连接所述第一电池组和所述第一组电力触点，以及
第一电子控制系统，其电连接到所述电子绝缘系统，以及连接到所述第一组信号触点或所述第一组电力触点中的至少一个，所述电子控制系统可操作以：
获取所述多个电池模块中的所述第一电池模块和所述第二电池模块的充电状态之间的第一比较，获取所述第一电池模块和所述第二电池模块的健康状态之间的第二比较，获取所述第一电池模块与所述第二电池模块的温度之间的第三比较，以及获取所述第一电池模块与所述第二电池模块的功率之间的第四比较，
基于所述第一比较、所述第二比较、所述第三比较或所述第四比较中的至少一个计算闭合参数，以及
将所述闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生是否需要将所述第一电池模块连接到所述第二电池模块的连接判定；
其中，所述电子绝缘系统基于所述连接判定的肯定结果将所述电池组连接到所述第一组电力触点，所述电子绝缘系统基于所述连接判定的否定结果断开所述电池组和所述第一组电力触点。
11.根据权利要求10所述的电池模块系统，包括：
所述第一比较包括所述第一电池模块和所述第二电池模块的充电状态之间的差异；
所述第二比较包括所述第一电池模块和所述第二电池模块的健康状态之间的差异；
所述第三比较包括所述第一电池模块和所述第二电池模块的温度之间的差异；以及
所述第四比较包括所述第一电池模块和所述第二电池模块的功率之间的差异。
12.根据权利要求11所述的电池模块系统，其中，所述闭合参数包括：
闭合电压和下陷电压之间的差异的绝对值，所述下陷电压包括在所述第一电池模块的所述第一电力触点连接到所述电源总线之前，在所述电源总线上测量的电压，所述闭合电压是如果所述第一电池模块的所述第一电力触点连接到所述电源总线时，下陷电压将变为多少的预测值。
13.根据权利要求12所述的电池模块系统，其中，所述预定闭合参数值小于5伏。
14.根据权利要求12所述的电池模块系统，其中，所述预定闭合参数值小于2伏。
15.根据权利要求10所述的电池模块，其中，所述电子绝缘系统包括：
温度传感器、电流传感器和电压传感器；以及
与所述温度传感器、所述电流传感器和所述电压传感器通信的微处理器，所述微处理器包括：
存储器，以及
存储在所述存储器中供所述微处理器执行的指令，用于执行一种方法，所述方法包括：
用所述温度传感器测量所述电池模块和所述电气设备的温度，
用所述电流传感器测量所述电池模块和所述电气设备的电流，
用所述至少一个电压传感器测量所述电池模块和所述电气设备的电压，
用测得的温度、电流和电压计算所述充电状态、所述健康状态和所述功率，
利用所述温度、所述功率、所述充电状态和所述健康状态来获取第一比较、第二比较、第三比较和第四比较，
基于所述第一比较、所述第二比较、所述第三比较和所述第四比较来计算所述闭合参数，以及
将所述闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生连接判定。
16.根据权利要求15所述的电池模块系统，其中，所述方法包括：
判断所述电池模块的运行状态，所述运行状态包括：用电前状态、用电期间状态和用电后状态；以及
利用所述运行状态计算所述闭合参数。
17.一种将电池模块连接到电气设备的计算机实施方法，所述方法包括：
用至少一个温度传感器测量所述电池模块和电气设备的温度；
用至少一个电流传感器测量所述电池模块与所述电气设备的电流；
用至少一个电压传感器测量所述电池模块和所述电气设备的电压；
从所述电池模块的所述电流、所述温度或所述电压中的至少一个计算所述电池模块的充电状态、健康状态和功率；
从所述电气设备的所述电流、所述温度或所述电压中的至少一个计算所述电气设备的充电状态、健康状态和功率；
获取所述电池模块和所述电气设备的充电状态之间的第一比较，所述电池模块和所述电气设备的健康状态之间的第二比较，所述电池模块和所述电气设备的温度之间的第三比较，以及所述电池模块与所述电气设备的功率之间的第四比较；
基于所述第一比较、所述第二比较、所述第三比较和所述第四比较来计算闭合参数；以及
将所述闭合参数与预定义的闭合参数值进行比较，以产生连接判定。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
基于所述连接判定的肯定结果，将所述电池模块连接到所述电气设备；以及
基于所述连接判定的否定结果，将所述电池组与所述电气设备断开连接。
19.根据权利要求17所述的方法，包括：
判断所述电池模块的运行状态，所述运行状态包括：用电前状态、用电期间状态和用电后状态，以及
利用所述运行状态计算所述闭合参数。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电气设备作为第二电池模块。
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