CN114987282A - 双稳态继电器 - Google Patents

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Abstract

本实施例包括一种用于一个或多个电池单元的控制系统。控制系统包括双稳态继电器，该双稳态继电器配置为在接收到控制信号时切换双稳态继电器的状态，以将一个或多个电池单元电连接到总线或与总线电断开，并且在接收到控制信号之后保持在该状态下。控制系统包括控制器，该控制器配置为可操作地耦接到双稳态继电器并配置为基于状态发送控制信号，该控制信号指示控制双稳态继电器的操作的指令。

Description

双稳态继电器
本申请是国际申请日为2016年10月28日、国际申请号为PCT/US2016/059283、国家申请号为201680088758.2、发明名称为“双稳态继电器”的中国发明专利申请的分案申请。
背景技术
本公开总体上涉及电池以及使用继电器将电池选择性地耦接到总线的电池模块的领域。
本部分旨在向读者介绍以下所描述的可能涉及本公开的多个方面的现有技术的各个方面。这种讨论认为是有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解的是，应从这个出发点来解读这些内容，而并非是对现有技术的承认。
使用一个或多个电池系统为车辆提供全部或部分原动力的车辆可以称为xEV，本文中定义的术语“xEV”包括使用电力作为全部或部分车辆原动力的所有以下车辆或者它们的任何变型或组合。例如，xEV包括将电力用于所有原动力的电动车辆(EV)。本领域的技术人员将会理解的是，混合动力车辆(HEV)(也被视为xEV)将内燃机推进系统与电池供电的电动推进系统(例如48V或130V系统)相结合。术语HEV可以包括混合动力车辆的任何变型。例如，全混动力系统(FHEV)可以通过使用一个或多个电动机、仅使用内燃机或者使用电动机与内燃机两者来提供原动力和其他电力给车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆怠速运转时停用内燃机并且利用电池系统继续给空调机组、无线电或其他电子设备供电，并且在需要推进时重新启动发动机。轻度混合动力系统也可以例如在加速期间采用一定程度的电力辅助来补充内燃机。轻度混合动力系统通常是96V至130V并且通过皮带或曲柄集成起动发电机来回收制动能量。另外，微混合动力电动车辆(mHEV)也使用与轻度混合动力系统类似的“启停”系统，但是，mHEV的微混合动力系统可以向内燃机供应或不供应电力辅助并且其通常在60V以下的电压下工作。出于本讨论的目的，应该注意的是，在技术上，mHEV通常不使用直接提供给曲轴或传动系统的电力来作为车辆的原动力的任何部分，但是，mHEV可以仍然被视作xEV，这是因为它在车辆怠速运转时——此时内燃机被停用——的确使用了电力来补充车辆的动力需求并且通过集成的起动发电机来回收制动能量。此外，插电式电动车辆(PEV)是通过例如壁式插座之类的外部电源进行充电的任何车辆，并且存储在可再充电电池组中的能量驱动或帮助驱动车轮。PEV是EV的一个子类，其包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)以及混合动力车辆与常规内燃机车辆的电动车辆改装。
与仅使用内燃发动机和传统的电动系统(其通常是由铅酸电池供电的12V系统)的较传统的油气动力车辆相比，如上所述的xEV可以提供若干优点。例如，与传统的内燃车辆相比，xEV可以产生较少的不良排放产物并且可以表现出更出色的燃料效率，并且在某些情况下，这些xEV可以完全不使用汽油，如同在某些类型的EV和PEV的情况下那样。
除了用于交通工具(例如，汽车、船只、卡车、摩托车、飞机)之外，电池技术及可充电电池的进步更频繁地用于所谓的固定电池应用。随着在电池的可再充电性能方面的改善并且随着这种技术的成本降低，通常用于备用性或补充性发电的固定电池的应用正变得越来越普遍。举例来说，固定电池可以用于工业和/或家庭应用。这些应用可以包括DC发电厂、变电站、备用发电机、输电分配、太阳能收集和电网供应。
随着技术的持续发展，需要为这种车辆、固定电池应用或系统以及其他电池系统提供更高效率的电力系统。电力系统可以在各种应用中用于向负载提供电力。例如，电池单元可以存储在容器中并且耦接到负载。对电池单元进行充电，从而向负载提供电力。用于向负载供电的能量越少，电力系统的效率就越高。
发明内容
以下阐述本文公开的某些实施例的概述。应理解的是，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施例的简要概述，并且这些方面并不旨在限制本公开的范围。事实上，本公开可以涵盖以下可能未被阐述的多个方面。
在第一实施例中，一种用于一个或多个电池单元的控制系统包括双稳态继电器以及控制器，该双稳态继电器配置为在接收到控制信号时切换双稳态继电器的状态，以将一个或多个电池单元电连接到总线或与总线电断开，并且在接收到控制信号之后保持在该状态下，该控制器配置为可操作地耦接到双稳态继电器并配置为基于状态发送控制信号，该控制信号指示控制双稳态继电器的操作的指令。
在第二实施例中，一种非暂时性计算机可读介质包括配置为由控制器执行的指令，该控制器可操作地耦接到总线的第一侧与第二侧之间的线路上的双稳态继电器，该指令包括以下指令：经由控制器接收来自主电源的电力；经由控制器接收来自线路上的一个或多个电池单元的电力；使用来自主电源的电力经由控制器控制双稳态继电器的操作，从而电连接或电断开一个或多个电池单元；以及在主电源不提供电力的情况下，使用来自一个或多个电池单元的电力经由控制器控制双稳态继电器的操作。
在第三实施例中，一种电力系统包括电池单元线路的第一控制系统，该第一控制系统包括第一双稳态继电器和第一控制器，其中第一控制器配置为在主电源不向第一控制器提供电力的情况期间使用来自电池单元的电力控制第一双稳态继电器的第一状态，并且另行使用来自主电源的电力来控制第一双稳态继电器，从而最小化因为从电池单元汲取电力而导致的不平衡。
附图说明
可以在阅读以下详细描述并参照附图后更好地理解本公开的各个方面，其中：
图1是根据本方法实施例的具有电池系统的车辆(xEV)的立体图，其中该电池系统供应车辆的全部或部分电力；
图2是根据本方法实施例的图1的形式为混合动力车辆(HEV)的xEV的剖视图；
图3是根据本方法实施例的电池线路的控制系统的框图，其中该控制系统对将电池与总线耦接或分离的继电器进行控制；
图4是根据本方法实施例的图3的控制系统的继电器的示意图；以及
图5是根据本方法实施例的图3的电池线路的一个或多个电池单元的框图。
具体实施方式
以下将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中未描述实际实施方式的所有特征。应了解的是，在任何这些实际实施方式的研发中(如在任何工程或设计项目中)，必须作出若干专门针对实施方式的决策，以便实现开发者的特定目标，诸如遵循系统相关和商业相关的约束条件，这些约束条件可能在各实施方式之间是不同的。此外，应了解的是，这些研发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言将仍然是设计、生产和制造的例行任务。
本文描述的电池系统可以用来为各种类型的电动车辆(xEV)以及其他高电压能量储存/消耗应用(例如，电网电力储存系统)提供电力。这类电池系统可以包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有若干电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学单元)，这些电池单元布置成且相互电连接成提供用于为例如xEV的一个或多个组件供电的特定电压和/或电流。作为另一示例，根据本实施例的电池模块可以与固定电力系统(例如，非汽车系统)合并或者为固定电力系统供电。
本公开的实施例包括用于电池单元线路的控制系统。线路上的电池单元可以经由继电器选择性地耦接到总线，从而向总线上的一个或多个负载提供电力。例如，单稳态继电器可以在继电器接收电流的同时将电池电耦接到总线。也就是说，如果单稳态继电器停止接收电流，则继电器可以断开，从而将电池与总线断开连接并将电池与负载电隔离。
因为单稳态继电器在电耦接到总线的同时接收电流，所以，单稳态继电器可以使用能量来保持在闭合状态。此外，许多应用可以包括若干电池单元(例如，5个、10个、20个、30个或更多个)。例如，电力系统可以包括32个线路，其中每个线路包括电池单元和两个继电器。64个继电器中的每一个继电器可能在闭合状态期间使用能量，这降低了系统的效率。也就是说，继电器可以使用电力来将继电器保持在闭合状态。由于在每个电力系统中可能存在若干继电器(例如，16个、20个、32个、64个、128个等)并且每个继电器可能会消耗大量的电力，因此，单稳态继电器的使用可能会降低系统的效率。例如，在32线路系统中，每一对继电器可以在12伏特下接收大约1安培的电流，由此使用64瓦特来控制继电器的操作。因此，单稳态继电器可能会消耗大量能量来为负载提供电力，并且可能会降低系统的整体效率。需要注意的是，上面所采用的数值仅仅是说明性的，并且在各种电力系统中任何合适数量的继电器可以接收任何合适量的电流来操作。
双稳态继电器可以通过在不接收额外电流的情况下维持双稳态继电器的状态来减少控制继电器时的能量损失。也就是说，双稳态继电器在一段时间内接收电流，并在这段时间之后保持断开或闭合。这样一来，由于双稳态继电器维持了双稳态继电器的状态(例如，断开或闭合)，因而，双稳态继电器可以在电流停止流动之后将电池电耦接到一个或多个负载。例如，双稳态继电器可以在接收电流长达10毫秒时将电池单元连接到总线，从而使得电池能向一个或多个负载提供电力。然后，双稳态继电器可以不继续接收额外的电流并保持闭合状态，在该闭合状态下，电池向一个或多个负载提供电力。在此之后，双稳态继电器可以长达另外10毫秒地接收电流，从而断开双稳态继电器并将电池与总线电分离。
为了控制双稳态继电器的状态，双稳态继电器可以可操作地耦接到控制系统。控制系统可以包括控制器，该控制器维持双稳态继电器的状态，并且基于当前状态和期望状态发送信号，以便控制双稳态继电器的操作。例如，在出现故障的情况下，控制器可以向双稳态继电器发送控制信号，使得双稳态继电器断开，以将电池单元与总线断开。也就是说，控制器可以确定双稳态继电器当前是否处于闭合状态。如果控制器处于闭合状态，则控制器可以发送控制信号(例如，脉冲)，该信号指示双稳态继电器断开并断开电池单元。
此外，在出现故障的情况下，控制系统可以经由来自电池单元的电力来切换双稳态继电器。在操作期间，控制系统和/或双稳态继电器可以从主电源供电，从而维持每个电池单元内的平衡。主电源可以被称为电压比电池单元电压更低的低电压电源。在出现故障(例如，短路)的情况下或者在主电源不可用的其他情况下，控制系统可以使用来自电池单元的电力来控制双稳态继电器的操作。例如，控制系统可以经由来自电池单元的电力发送信号，而该信号指示的是在主电源不可用时断开双稳态继电器以将电池单元与总线断开的指令。
为了帮助说明，图1是根据本实施例的车辆10的实施例的立体图，其中车辆10可以利用再生制动系统及特征。尽管以下讨论涉及具有再生制动系统的车辆，但是，本文描述的技术适用于利用电池捕获/存储电能的其他车辆，这些车辆可以包括电动和气动车辆。此外，本文描述的技术还可以适用于其他高电压能量存储/消耗应用，比如固定电池系统(例如，电网电力存储系统)。
如上所述，期望电池系统12与传统车辆设计在很大程度上兼容。因此，可以将电池系统12置于车辆10内本应容纳传统电池系统的位置处。例如，如图所示，车辆10可以包括电池系统12，其位置与典型内燃机车辆的铅酸电池所在的位置相似(例如，位于车辆10的引擎盖下方)。另外，如下文更详细地描述的，可以将电池系统12放置成便于管理电池系统12的温度。例如，在某些实施例中，将电池系统12放置在车辆10的引擎盖下方可以使风道将空气流引到电池系统12上方，并对电池系统12进行冷却。
电池系统12的更详细视图如图2所述。如图所示，电池系统12包括储能组件14，储能组件14与点火系统16、交流发电机18、车辆中控台20耦接，并且可选地与电动机22耦接。一般来说，储能组件14可以捕获/储存车辆10中产生的电能，并输出电能以给车辆10中的电气装置供电。
换句话说，电池系统12可以向车辆电气系统的各组件供电，车辆电气系统的组件可以包括散热器冷却风扇、气候控制系统、电动助力转向系统、主动悬架系统、自动泊车系统、电动油泵、电动机械/涡轮增压器、电动水泵、电热挡风玻璃/除霜器、车窗升降电机、阅读灯、胎压监测系统、天窗电机控制器、电动座椅、警报系统、信息娱乐系统、导航特征、车道偏离警示系统、电动停车制动器、外部灯或其任何组合。在附图所示实施例中，储能组件14向车辆中控台20、车辆内的显示器21和点火系统16供电，其中该点火系统可以用于起动(例如，冷起动)内燃机24。
另外，储能组件14可以捕获交流发电机18和/或电动机22产生的电能。在某些实施例中，交流发电机18可以在内燃机24运行的同时产生电能。更具体而言，交流发电机18可以将内燃机24的旋转所产生的机械能转换成电能。另外地或替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以将车辆10的运动(例如，车轮的转动)所产生的机械能转换成电能，这样便产生了电能。因此，在某些实施例中，储能组件14可以在再生制动期间捕获交流发电机18和/或电动机22所产生的电能。因此，在本文中将交流发电机18和/或电动机22统称为再生制动系统。
为了便于捕获和供给电能，储能组件14可以经由总线26与车辆的电气系统电耦接。例如，总线26可以使储能组件14接收交流发电机18和/或电动机22所产生的电能。另外，总线26可以使储能组件14将电能输出给点火系统16和/或车辆中控台20。因此，在使用12伏电池系统12时，总线26可以传递通常为8伏至18伏的电力。
另外，如图所示，储能组件14可以包括多个电池模块。例如，在所示实施例中，储能组件14包括根据本实施例的铅酸(例如，第一)电池模块28以及锂离子(例如，第二)电池模块30，其中每个电池模块28均包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，储能组件14可以包括任何数量的电池模块。另外，虽然第一电池模块28和第二电池模块30被图示为彼此相邻的，但它们也可以位于车辆周围的不同区域中。例如，第二电池模块30可以位于车辆10的内部中或周围，而第一电池模块28可以位于车辆10的引擎盖下方。
在某些实施例中，储能组件14可以包括多个电池模块，以便利用多种不同的电池化学成分。例如，第一电池模块28可以利用铅酸电池化学成分，而第二电池模块30可以利用锂离子电池化学成分。在这样的实施例中，由于与铅酸电池化学成分相比，锂离子电池化学成分一般具有更高的库仑效率和/或更高的充电功率吸收率(例如，更高的最大充电电流或充电电压)，因此，可以改善电池系统12的性能。这样，可以提高电池系统12的捕获、储存和/或分配效率。
为了便于控制电能的捕获和储存，电池系统12可以另外包括控制模块32。更具体而言，控制模块32可以控制电池系统12中组件的操作，例如，储能组件14中的继电器(例如，开关)、交流发电机18和/或电动机22。例如，控制模块32可以调节每个电池模块28或30所捕获/供给的电能量(例如，降低电池系统12的额定值和增加电池系统12的额定值)，在电池模块28与30之间执行负载平衡，确定每个电池模块28或30的充电状态，确定每个电池模块28或30的温度，确定电池模块28或30的预测温度轨迹，确定电池模块28或30的预测使用寿命，确定电池模块28或30所作出的燃料经济性贡献，控制交流发电机18和/或电动机22输出的电压或电流的大小等。
由此，控制模块32可以包括一个或多个处理器34和一个或多个存储器36。更具体而言，一个或多个处理器34可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器或其任何组合。一般而言，处理器34可以执行与本文描述的过程有关的计算机可读指令。另外，处理器34可以是定点处理器或浮点处理器。
一个或多个存储器36可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))和/或非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、光盘驱动器、硬盘驱动器或固态驱动器)。在一些实施例中，控制模块32可以包括车辆控制单元(VCU)的一些部分和/或单独的电池控制模块。另外，如图所示，控制模块32可以与储能组件14分开，例如，作为独立模块。在其他实施例中，电池管理系统36可以包括在储能组件14内。
在某些实施例中，控制模块32或处理器34可以从设置在储能组件14内和/或周围的各种传感器38接收数据。传感器38可以包括各种各样的传感器，用于测量与电池模块28或30有关的电流、电压、温度等。在从传感器38接收数据之后，处理器34可以将原始数据转换为电池模块28和30的参数的估计值。这样，处理器34可以将原始数据呈现为可以向车辆10的操作者提供与电池系统12的操作有关的有价值信息的数据，并且可以在显示器21上显示与电池系统12的操作有关的信息。显示器21可以显示由设备IO(例如，用于操作系统的图形用户界面(GUI))生成的各种图像，或者图像数据(包括静止图像和视频数据)。显示器21可以是任何合适类型的显示器，例如，液晶显示器(LCD)、等离子显示器或有机发光二极管(OLED)显示器。另外，显示器21可以包括触敏元件，此触敏元件可以提供输入，从而对控制模块32的参数或处理器34所处理的数据进行调整。
储能组件14可以具备与典型铅酸电池的尺寸相当的尺寸，如此使得为了容纳电池12而对车辆10的设计进行的修改变得有限。例如，储能组件14可以具有与H6电池类似的尺寸，可能约为13.9英寸x6.8英寸x7.5英寸。如图所示，储能组件14可以包括在单个连续壳体内。在其他实施例中，储能组件14可以包括耦接在一起的多个壳体(例如，包括第一电池28的第一壳体和包括第二电池30的第二壳体)。在又一些其他实施例中，如上所述，储能组件14可以包括位于车辆10的引擎盖下方的第一电池模块28，并且第二电池模块30可以位于车辆10的内部。
储能组件14可以位于具有继电器的线路上。控制模块32可以发送信号来控制继电器的操作。在某些实施例中，控制模块可以包括控制器，该控制器监测继电器的状态并基于此状态来控制继电器。如下所述，在主电源不提供电力的情况下(例如，因为故障、短路、连接断开等而导致)，控制器可以发送指示断开继电器的指令的信号。此外，控制器可以临时使用来自电池模块28和30的电池单元的电力来提供信号。
图3是电力系统的实施例，所述电力系统例如是车辆10的电池系统12、固定电力系统等。电力系统包括DC总线26上的向一个或多个负载114提供电力的储能组件14。DC总线26可以包括一个或多个线路116，每个线路116具有一个或多个电池单元118。线路116可以被视为电连接来向总线提供电力的一组电池单元。尽管图3中示出了一个线路116和一个电池单元118，但是这是说明性的，并且可以使用任何合适数量的线路和电池单元(例如，图2的电池模块28和30)。如虚线117所示，可以并联地添加额外的线路，从而在总线26的两侧之间电耦接电池单元。在储能组件14的电池单元118与DC总线26之间，线路116可以包括一个或多个继电器，例如，双稳态继电器120。双稳态继电器120可以是根据双稳态继电器120的状态选择性地将电池单元118电耦接到DC总线26的电控开关。也就是说，双稳态继电器120可以处于断开状态(其中电池单元118与DC总线26电断开)，或者可以处于闭合状态(其中电池单元118电连接到DC总线26，从而为一个或多个负载114提供电力)。
单稳态继电器可以在继电器接收电流的同时将电池单元118电连接到DC总线26。也就是说，单稳态继电器可以闭合一段时间，这段时间具体取决于单稳态继电器接收电流的持续时间。由于在单稳态继电器闭合的整个持续时间内单稳态继电器接收了电流，因此，用于将单稳态继电器维持在闭合状态下的电力可能会降低电力系统的整体效率。如上所述，如果电力系统包括若干线路116，那么，通过向继电器持续提供电流来将单稳态继电器维持在闭合状态下会消耗大量电力。
双稳态继电器120可以经由电压脉冲、电流脉冲或电压脉冲电流脉冲两者来切换状态，进而提高电力系统的效率。在接收到脉冲时，双稳态继电器120的状态可以从断开状态切换到闭合状态或者从闭合状态切换到断开状态，并且可以在脉冲之后保持在该状态下。例如，双稳态继电器120可以在一定的持续时间(例如，1毫秒、5毫秒、10毫秒、100毫秒等)内接收电流，在该持续时间之后停止接收电流，改变状态(例如，从断开状态改变到闭合状态或从闭合状态改变到断开状态)，并在接收到电流后保持在所改变的状态下。这样，双稳态继电器120可以在接收到电压脉冲、电流脉冲或电压脉冲电流脉冲两者时将电池单元118电耦接到DC总线26，并且在脉冲之后继续将电池单元118电耦接到DC总线26，由此降低在电池单元118和DC总线26电耦接时所消耗的电力量。
控制模块32可以用于控制双稳态继电器120的操作。控制模块32可以包括控制器124，控制器124可操作地耦接(例如，使用传导电流的电导体进行电耦接)到双稳态继电器120(例如，双稳态继电器的栅极)，以发送电信号(例如，电压或电流脉冲)来控制双稳态继电器120的操作。也就是说，控制器124可以包括电路或硬件，所述电路或硬线配置为维持(例如，经由存储器存储或者经由传感器监测)双稳态继电器120的状态并且将信号发送到双稳态继电器120，其中所述信号指示基于双稳态继电器的维持的(例如，当前)状态来切换双稳态继电器120的状态的指令。控制器24可以是微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其某种组合。控制器可以包括处理器126或多个处理器，例如，一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器或其某种组合。例如，处理器126可以包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器、高级RISC机器(ARM)处理器、具有增强型RISC(PowerPC)处理器的性能优化或任何其他合适的处理设备。
控制器124还可以包括一个或多个存储设备和/或其他合适的组件，例如存储器128，所述存储设备和/或其他合适的组件可操作地耦接到处理器126以执行软件，例如用于控制双稳态继电器120的软件等。存储器128可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存或其任何组合)。存储器128可以存储可以用于各种目的的各种信息。例如，存储器128可以存储可供处理器126执行的处理器可执行指令(例如，固件或软件)，例如，用于控制双稳态继电器120的指令。存储设备(例如，非易失性存储装置)可以包括ROM、闪存、硬盘驱动器、或任何其他合适的光学、磁性或固态存储介质、或其组合。存储设备可以存储数据(例如，继电器的状态)、指令(例如，控制双稳态继电器120的软件或固件)以及任何其他合适的数据。
控制器124可以从主电源130接收电力，所述主电源130例如包括电动机22、内燃(IC)机24、电网等。主电源130(也被称为低电压(LV)电源)可以以比电池单元118的较高电压低的电压提供电力。例如，主电源130可以向控制器124提供12伏电力，使得控制器124能够在操作期间控制双稳态继电器120。此外，电力系统可以包括隔离电路32，隔离电路32将电力系统的LV组件(例如，硬件、电路等)与高电压(HV)组件(例如，硬件、电路等)隔离，所述高电压组件例如为电池单元118和DC总线26。
在操作期间，控制器124可以经由从主电源130接收的电力来控制双稳态继电器120的操作。控制器124可以控制双稳态继电器120的状态。例如，控制器124可以在存储器128中存储双稳态继电器120的当前状态的指示(例如，断开或闭合)。在其他实施例中，控制器124可以经由传感器131(例如，电压传感器、电流传感器等)检测指示双稳态继电器120的当前状态的传感器信号。然后，控制器124可以发送控制信号，该控制信号指示基于当前状态和/或期望状态来控制双稳态继电器120的状态的指令。例如，如果双稳态继电器120当前处于闭合状态，那么，控制器124可以发送脉冲来断开双稳态继电器120，并更新存储器128中的状态，以指示出双稳态继电器120是断开的。
在不考虑主电源130的情况下使用电池单元118来为控制器124供电可能会增加电池单元118中的不平衡(这种不平衡的原因例如是从某些电池单元汲取了比其他电池单元更多的电力来为控制器124供电)。此外，如果出现了故障(例如，在高电压侧、低电压侧或在高电压侧和低电压侧两者)，则可能希望在主电源30不可用时控制双稳态继电器120。因此，在主电源130不向控制器124提供电力的情况下，控制器124可以经由来自电池单元118的电力控制双稳态继电器120，进而将电池单元118与DC总线26电断开。也就是说，控制器124可以在主电源130不提供电力的情况期间(例如，在故障、短路或停电期间)经由来自电池单元118的电力来控制双稳态继电器120，并且可以另行经由来自主电源130的电力来控制双稳态继电器120，从而减少因为从电池单元118汲取电力而导致的不平衡。也就是说，在某些实施例中，控制器可以将从电池单元118汲取来控制双稳态继电器120的电力量最小化，并且另行使用主电源130来控制双稳态继电器120。在一些实施例中，控制器124可以检测主电源30是否正在提供电力。控制器124可以从电池单元118汲取电力，从而断开双稳态继电器120并停止电池单元118的操作。
图4是用于线路138的图3的电池系统12的示意图。在所示实施例中，控制模块32包括控制器140和142。控制器140和142可以包括与结合图3的控制器124所描述的那些硬件和/或电路相似的硬件和/或电路。尽管采用了两个控制器，但这仅仅是说明性的，并且可以采用一个、两个、三个、四个或任何其他合适数量的控制器。控制器140和142各自可以包括一个或多个输入/输出端口，这些端口经过编程后用于发送信号，而信号指示的是分别控制双稳态继电器144和146的操作的指令。如上所述，控制器140和142可以将双稳态继电器144和146的状态存储在存储器中，可以检测双稳态继电器144和146的状态(例如，经由DC总线152、线路138、双稳态继电器等上的电压或电流传感器所提供的信号)，或者可以执行上述任何组合的操作。控制器140和142可以将控制信号发送到相应的双稳态继电器144和146来闭合继电器144和146，使得电池单元150能向总线152提供电力。电池系统12包括位于电池单元150与总线152的第一侧之间的第一双稳态继电器144以及位于电池单元150与总线152的第二侧(与第一侧相对)之间的第二双稳态继电器146，从而提高电池系统12的稳健性。
在所示实施例中，除了相应的双稳态继电器144和146之外，控制器140和142中的每一个也对其它部件的操作进行控制。控制器140可操作地耦接到双稳态继电器144以及预充电电路148，该预充电电路148具有电阻器，以限制由DC总线152上的电容引起的电流。也就是说，控制器140可以发送信号来控制预充电电路148，进而降低总线152上的电容对双稳态继电器144的影响。作为另一示例，控制器142可操作地耦接到继电器154。控制器142可以向继电器发送信号来断开或闭合继电器，以将交流(AC)电源(例如，除电池单元150之外的电源)电耦接到辅助负载，比如风扇156。线路138还可以包括用于手动断开电池单元150以在线路138上执行维修的紧急断电开关158。
图5是图3的电池系统12的框图，其中对于一个线路62具有多个电池单元162。每个电池单元162可以电耦接到对应的监测电路164。每个线路160可以包括任何合适数量的电池单元和对应的监测电路。每个监测电路164可以向控制器166发送指示对应电池单元的健康状况的信号。此外，控制器166可以基于电池单元162的健康状况、总线170的健康状况等发送信号以控制双稳态继电器168。如上所述，控制器166可以耦接到一个或多个其他负载，例如，预充电电路、AC风扇的继电器等。
一个或多个公开的实施例可以单独地或以组合的方式提供一种或多种技术效果，包括控制双稳态继电器以将电池单元电连接到总线。双稳态继电器可以接收将双稳态继电器切换成断开或闭合的脉冲，并且双稳态继电器可以在脉冲之后保持在断开或闭合状态下。控制器可以从主电源接收电力。控制器可以在操作期间发送脉冲以使用由主电源提供的电力来对双稳态继电器进行控制。在主电源不提供电力时，控制器可以发送脉冲以使用由电池单元提供的电力来对双稳态继电器加以控制。例如，控制器可以使用来自电池单元的电力将电池单元与总线电断开，由此停止电池单元的操作，从而将电池单元与总线隔离开。控制器可以另行使用来自主电源的电力来减少电池单元的不平衡，而这种不平衡是由为了控制双稳态继电器而汲取的电力所导致的。
已经通过示例的方式示出了上述具体实施例，并且应该理解的是，这些实施例可以具备各种修改和替代形式。应进一步理解的是，权利要求并不旨在受限于所公开的特定形式，而是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

Claims (17)

1.一种用于控制电池系统中组件的操作的方法，所述方法包括以下步骤：
经由传感器检测指示双稳态继电器的电流状态的信号；
经由控制器接收由所述传感器检测到的所述信号；
基于所述双稳态继电器的所述电流状态和期望状态，确定待发送到所述双稳态继电器的控制信号；并且
经由所述控制器将所述控制信号发送到所述双稳态继电器，以控制所述双稳态继电器的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：将来自主电源的电力提供到所述传感器、所述控制器和所述双稳态继电器中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述双稳态继电器的操作由所述主电源供电。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤：检测所述主电源是否正在提供电力。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述主电源不提供电力的情况下，所述方法还包括步骤：提供来自所述电池系统中的一个或多个电池单元的电力，以操作所述双稳态继电器。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括步骤：提供来自所述一个或多个电池单元的电力，以断开所述双稳态继电器并停止所述一个或多个电池单元的操作。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个电池单元提供比所述主电源的电力具有更高电压的电力。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：经由所述控制器发送预充电信号以闭合预充电电路，从而允许所述双稳态继电器闭合。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：经由所述控制器，将第二控制信号发送到所述双稳态继电器，以控制所述双稳态继电器的操作。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
经由所述控制器接收指示所述双稳态继电器的故障状况的信号；
基于指示所述故障状况的所述信号，断开所述双稳态继电器；并且
将所述一个或多个电池单元与总线断开。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述总线包括一个或多个线路，其中所述方法还包括步骤：经由所述控制器的线路管理单元(SMU)控制线路上的所述一个或多个电池单元的操作，所述线路将所述一个或多个电池单元耦接在所述总线的两侧之间。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
基于指示所述双稳态继电器的所述电流状态的所述信号，在所述控制器的存储器中存储所述双稳态继电器的所述状态的指示；并且
在切换所述双稳态继电器的所述状态时更新所述双稳态继电器的所述状态的所述指示。
13.一种用于控制电池系统中组件的操作的方法，所述方法包括以下步骤：
经由控制器接收来自主电源的电力；
经由所述控制器接收来自线路上的一个或多个电池单元的电力；
使用来自所述主电源的电力，经由所述控制器控制双稳态继电器的操作，以电连接或电断开所述一个或多个电池单元；并且
在所述主电源不提供电力的情况下，使用来自所述一个或多个电池单元的电力，经由所述控制器控制所述双稳态继电器的操作。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括以下步骤：
接收指示故障状况的第一信号；
基于所述故障状况的所述第一信号，使用来自所述一个或多个电池单元的电力控制所述双稳态继电器的操作；并且
使用来自所述一个或多个电池单元的电力，在所述故障状况的情况下，断开所述电池单元以操作所述双稳态继电器。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括步骤：在所述主电源不提供电力的情况期间，断开所述双稳态继电器。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括步骤：经由传感器接收指示所述双稳态继电器的状态的信号。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括在操作所述双稳态继电器后，对存储在所述控制器的存储器中的所述双稳态继电器的状态的指示进行更新。
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