CN1628404B - 控制能量总线和电池系统之间能量转移的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种控制能量总线(13)和电池系统之间能量转移的方法和设备，其中控制信号发生器(29)可操作接收极值电压表示(Ve)，其表示显示系统(12)中所有电池(20-26)的电压(Vn)中的极值电压的电池的电压，和参考电压表示(Vre)，其从与显示极值电压的电池相关联的工作参数(P)中获得，并且该发生器可操作响应前述表示而产生控制信号，用于改变能量总线(13)和系统(12)之间能量转移的量。

Description

控制能量总线和电池系统之间能量转移的方法和设备
技术领域
本发明涉及电池电源系统，更具体地涉及控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备、方法、介质和信号。
背景技术
随着对电动车辆、混合电动车辆以及电池备用系统的使用这些方面的兴趣的不断增加，对电池电源系统的需要也同样增加。许多应用要求使用一列串联的可再充电电池。这种电池列中任一单独的电池的接受负载或接受充电电流的能力取决于该单独的电池。多种因素影响电池接收或放出电荷的能力，这些因素例如可以包括电池的工作条件如温度和充电状态。其他因素如存储时间、浮动电压、浮动寿命、最小电压、循环次数、放电深度和容量也起着作用。因此，每个单独电池的工作条件影响整个电池系统释放或接收电荷的能力。
大多数释放或从电池系统接收电荷的系统把电池系统作为单个电源供给对待，其中计算电池系统的电压和电流的需要或负担用于系统整体的性能。一些系统监控每个电池处的电压并基于电压的不同调整整个系统的电压或电流，以便对任何给定的电池不会施加过多的重担。然而，电压未经分析且为对电池释放或接收电荷能力不精确的测量，从而仅能提供非常有限的信息来控制整个系统，导致电池系统的某种程度的无效率的工作。
从而，需要对流入和流出电池系统的能量进行有效管理。需要对负载和充电电流进行更精确控制以使能量效率最大化。
发明内容
本发明通过提供一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备、方法、介质和信号来处理上述需要，其中控制信号发生器可操作接收极值电压表示，其表示显示系统中所有电池的电压中的极值电压的电池的电压，和参考电压表示，其从与显示极值电压的电池相关联的工作参数中获得，并且该发生器可操作响应前述表示而产生控制信号，用于改变能量总线和电池系统之间能量转移的量。可以通过负载/充电装置如电动机/发电机利用控制信号来控制流出和流入电池系统的能量。
有效地，利用上述系统和方法，任何给定电池的电压相对于电池系统中其他电池的电压基于该电池的工作参数确定是否选择电池用于更细致的分析。该工作参数可以用来确定参考电压，其和选定电池的电压一起用来产生控制信号如电流改变信号和/或电压改变信号。从而，电池的相对电压特性用来调用其工作条件的研究，以确定怎样最好的调整充电或放电电流，或更一般地调整流入或流出作为一个整体的电池系统的能量。
根据本发明的一个方面，提供一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备。该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池。该设备包括存取器，该存取器可操作用于存取电压极值的值，其表示显示系统中所有电池电压中的电压极值的电池电压，以及存取参考电压的值，其从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得。该设备还包括与存取器通信的控制信号发生器，该控制信号发生器其响应于参考电压的值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，所述控制信号发生器产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，所述控制信号发生器产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
该设备可以包括电压极值处理器，其可操作产生电压极值表示，以及可以包括存储器，其通过电压极值处理器可存取，用于接收和存储系统中电池的电压表示。电压极值处理器可以配置成确定哪一个表示代表极值电压，这可以通过使用分类器将电压的表示分类来实现。
该设备可以进一步包括参考电压处理器，其可操作产生参考电压表示。该参考电压处理器可以操作接收工作参数的表示，该工作参数如显示极值电压的电池的温度。参考电压处理器可以具有查找表接口，其可操作使用温度表示作为对使参考电压和温度相联系的查找表的一个索引。可以选择使用的具体的查表作为具有极值电压的电池的充电状态的函数。查找表接口可以包括输入端，其可操作接收例如充电状态的表示，或者该设备可以包括充电状态处理器，其可操作产生充电状态的表示。
查找表接口能够使用温度表示作为对例如使最佳充电电压和温度相联系的查表和/或使最低允许电池电压和温度相联系的查找表的一个索引。
该设备可以进一步包括存储器，用于接收和存储系统中每个电池的电压表示和温度表示，作为选择或者此外，该设备可以包括产生系统中每个电池的电压表示和温度表示的装置。
该设备可以使用联系器，其可操作使各自的电压和温度表示与相应的电池发生联系。
该设备可以包括选择器，其可操作选择与电池相关联的温度表示，作为由参考电压处理器使用的温度表示，该电池与极值电压相关联。
控制信号发生器可以具有差分处理器，其可操作得到参考电压和极值电压之间的数学差分，该发生器可以操作产生表示从电池系统中可得到的电流变化的电流改变值，和/或它可以操作产生表示施加到电池系统的电压所需变化的电压改变值。此外，控制信号发生器可以操作产生目标总线电压，作为先前目标总线电压和电压改变值的函数。
该设备可以包括能量流确定器，其可操作确定能量是向能量总线还是向电池系统转移。能量流确定器例如可以与控制信号发生器合作或者可以结合在其中，当能量流向总线时使控制信号发生器产生电流改变信号，以及当能量流向电池系统时使控制信号发生器产生电压改变信号。
该设备还可以包括旁路控制器，其可操作产生旁路激活信号，当通过电池系统的电流方向没有改变时，激活任何具有大于参考值的电压的电池的旁路电路。旁路控制器还可以产生旁路电路去激活信号，当系统中电流方向发生改变时，去激活任何具有激活的旁路电路的电池的旁路电路，除非任一电池具有大于参考值的电压。
根据本发明的另一个方面，提供一种最佳化存储电池系统和能量总线之间能量转移的方法，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该方法包括响应于参考电压的值以及电池系统中所有电池的电压中的电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，其中所述参考电压根据所述电池系统中显示所述电压极值的电池的工作参数来确定，其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
根据本发明的另一个方面，一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该设备包括：
存取器，用于存取电压极值的值，其表示显示系统中所有电池电压中的电压极值的电池电压，以及存取参考电压的值，其从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得；以及处理器电路，其可操作以响应于参考电压的值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，所述处理器电路产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，所述处理器电路产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
根据本发明的另一个方面，一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该设备包括：
存取电压极值的值的装置，该电压极值的值代表显示系统中所有电池的电压中的电压极值的电池的电压；存取参考电压的值的装置，该参考电压的值从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得；和与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压的值的所述装置通信的装置，用于响应于参考电压的值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压值的所述装置通信的所述装置产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压值的所述装置通信的所述装置产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
在研究了本发明具体实施例的以下描述以及所附附图后，本发明的其他方面和特点对于本领域的技术人员将变得显而易见。
附图说明
附图中说明了本发明的实施例，
图1是使用根据本发明第一实施例的设备的系统图示。
图2是图1所示设备的处理器电路的框图。
图3是图2所示处理器电路的随机存取存储器中形成的数据结构图示。
图4是流程图，示出了由图2所示的处理器电路执行的主程序。
图5是一流程图，示出了由图2所示的处理器电路执行的负载控制程序。
图6是由图2所示的处理器执行的电荷控制程序的流程图。
图7是由图2所示的处理器执行的电压极值处理程序的流程图。
图8是由图2所示的处理器电路执行的旁路控制程序的流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了根据本发明第一实施例的一般电池供电电源系统10。该电源系统10可以用于电动车辆、混合电动车辆，固静止电源备用系统等。通常，电源系统10包含示出的连接到能量总线13的电池系统12，该能量总线可以包括例如连接到负载/充电器装置18的高电流载量电缆15和17。电池系统12例如可以包括一排串联的可再充电电池如铅酸性或凝胶单元电池。铅酸性电池可以是例如阀门调节铅酸性(VRLA)电池。
在电源系统10用于电动车辆时，负载/充电器装置18可以是组合的控制器/电动机/发电机单元，能够接收表示控制参数的数据字，该控制参数用于调整电动机/发电机的场电流从而控制流出或供给电池系统12的功率量。组合控制器例如可以是可编程反相器/充电器，其可以连接到电动机/发电机单元以向该处提供电流以及从其中接收电流。例如，控制器可以是从Ecostar Electric Drive Systems of Dearbon，Michigan，USA得到的类型，用于汽车的电驱动系统和固定电源应用。电动机/发电机单元可以是从UQM Technologies，Inc.of Golden，CO，USA得到的类型。
通常，电池系统12可以在供给模式工作，向能量总线13提供或传输能量，该能量总线用于向负载/充电器装置18进行传导，或者电池系统12可以在充电模式工作，其中电池系统从能量总线接收能量，该能量由负载/充电器装置18提供。
电源系统10进一步包括示出的电池数据采集系统14和示出的控制器16。通常，对于电池系统12中的每个电池，电池数据采集系统14产生电压表示和电池工作参数如温度表示，它也可以提供对能量总线13上电流的大小和方向的测量。
数据采集系统14可以包括例如多个传感器单元28，30，32和34，每个传感器单元与各自相应的电池20，22，24和26相联系。数据采集系统14可以进一步包括示出的电池数据接口36。
这些传感器单元可以是例如从eXtend Computer & Instrument Inc.ofMichigan，U.S.A.得到的类型。通常，这些传感器单元28，30，32和34可操作测量横跨各自电池20到26的电压，并包括测量每个各自的电池的工作参数的传感器。在该实施例中，由传感器检测的工作参数是电池的温度。
通过隔离的、单线数字网络内相应的传感器单元，将通过传感器得到的测量温度传送到电池数据接口36。每个传感器单元从其连接的电池系统中引出其工作功率。可以在选定的传感器单元处调用电池数据的测量，响应从电池数据接口36接收在数字网络上传送的命令。
在该实施例中，每个传感器单元28，30，32和34分别具有内置的旁路电路31，33，35和37，这些电路将在下面说明，可以用作电池系统12内的连续均衡/补偿电池。旁路电路31，33，35和37的控制由相同的单线数字网络内接收的信号提供，该网络用来从电池数据接口36接收命令和将测量数据传输到电池数据接口36。
在该实施例中，电池数据接口36是由eXtend Computer & Instrument，Inc.of Michigan，U.S.A.提供的类型。接口36可以具有串联或并联通信端口，通过该端口可以实现与控制器16的通信。电池数据接口36也具有连接到单线数字网络的终端，电池传感器单元28，30，32和34连接到该网络，用于与电池传感器单元双向通信。电池数据接口36也可以具有电流传感器输入端，其可操作以电流分路(未示出)的方式使用以获得涉及能量总线13上电流大小和方向的信息。
电池数据接口36可操作由控制器16控制，以便控制器可以与电池数据接口通信以发送信息请求并接收请求的信息作为响应，或者分别控制某些传感器单元28，30，32和34的旁路电路31，33，35和37。通过将命令信息或来自控制器16的信息发送到电池数据接口36来实现这种通信。作为响应，电池数据接口36解释命令信息并与一个或多个单独的传感器单元28，30，32和34通信以对其进行控制，或获得任何请求信息并将响应信息发送回控制器16，该响应信息带有请求信息或传感器单元状态的指示。请求信息例如可以包括电压和工作条件如电池系统12的任何电池的温度和电池系统中电流的大小和方向。
应当理解，电池系统12中每个电池20，22，24和26可以在不同的电压工作，这取决于各种因素如工作条件和充电状态。一些电池相对于其他电池而言具有较高的电压，而其他电池相对另外的电池而言具有较低的电压。通常，一个电池比所有其他的电池具有更高的电压，一个电池比所有其余的电池具有更低的电压。该较高的电压和较低的电压可以称作电压极值，或者电池系统12中所有电池电压中的极值电压。当然，具有最低电压的电池是具有低电压极值的电池，而具有最高电压的电池是具有高电压极值的电池。依照本发明在此提出的，这些电压极值在确定怎样控制流入和流出能量总线13的能量时是重要的，这取决于能量总线上能量流的方向，如下文所解释的那样。
通常，控制器16可操作为每个电池从数据采集系统14中接收电压表示和至少一个工作参数的表示，并且该控制器可操作将这些表示存储在各自的阵列19和21中。这些表示可以例如为数据“字”或“字节”的形式。
在该实施例中，控制器16具有功能块23和25，其分别作为电压极值处理器和参考电压处理器，这两个处理器根据电压和工作参数表示工作以产生极值电压表示，其表示显示极值电压的电池的电压，和产生参考电压表示，其从与显示极值电压的电池相关联的工作参数中获得。该极值电压表示和参考电压表示接收在各自的存储位置中。控制器进一步包括存取器27，其存取极值电压表示和参考电压表示，并将它们传送到控制信号发生器29，其响应电压极值表示和参考电压表示从而产生控制信号，通过负载/充电器装置18用于改变能量总线和电池系统12之间能量转移的量。
控制器16例如可以通过离散的部件实现，或更优选通过处理器电路如可编程控制器实现。
参考图1和2，示出了用作控制器16的适合的处理器电路51。在该实施例中，处理器电路51包括示出的具有输入端62的输入接口60，用于接收电池系统12中每个各自电池的电压和工作参数值。在示出的实施例中，可以看出输入接口60对于每个电池都具有分离的一对输入端，但是应当理解，电压和工作参数信息可以从数据采集系统中连续接收，其中例如可以具有单输入端来接收每个电池的电压和工作参数值。为了例证性的目的，输入接口60也包括接收用户信息的用户输入端64，以及包括电流输入端66，从数据采集系统14中接收表示系统中电流方向和大小的值，如上所述。作为选择，电流值例如可以从在从电池系统到负载/充电器的供电导线之一上的电流变压器中获得。
处理器电路51进一步包括主处理器电路70，程序存储器72，随机存取存储器(RAM)74和电池信息非易失性存储器76。在该实施例中，电池信息非易失性存储器76可操作存储表示最佳充电电压对温度和最低允许电池电压对温度的表77，并进一步可以存储例如表示存储时间对温度，浮动电压对温度，最小电压对充电状态，故障周期对放电深度百分比的表和百分比容量对温度的电池容量表。该信息例如可以通过用户输入到电池信息非易失性存储器76中，或者可以预先存储在该存储器中以对于多种不同类型的电池提供上述表的数据库。然后，根据接收用户输入，识别将和控制器16一起使用的电池的类型，表的合适的数据库可以被选择并被激活用于产生控制信号。
在该实施例中，主处理器电路70也与介质接口78通信，该接口可操作读取计算机可读取介质如CD-ROM 80。CD-ROM 80例如可以对于每类电池提供上述信息数据库，和/或可以提供可操作被存储在程序存储器72中的编码，该程序存储器定义由产生控制信号的主处理器电路70执行的功能，依照根据本发明的方法的实施例。
此外，在示出的实施例中，主处理器电路70与外部通信接口81通信，该接口81例如可操作提供网络通信，这样的网络例如可以包括互联网。从而，外部通信接口81可以提供经由互联网接收上述信息数据库，或可以操作接收在计算机数据信号中的上述程序，存储在程序存储器72中，所述信号从互联网接收。
主处理器电路70进一步与输出接口82通信，该输出接口具有输出端84，用于给图1所示的电池数据接口36提供信号，以使电池数据接口采样或询问图1所示的传感器单元28到34以获得电压和工作参数信息，这些信息最终在输入接口60处接收，如图2所示。此外，输出接口82响应参考电压表示和电压极值表示提供控制信号，用于改变能量总线13和电池系统12之间能量转移的量。控制信号可以以目标总线电压控制信号的形式出现在输出端86处，在充电模式期间控制总线电压，和/或可以以电流改变控制信号的形式出现在输出端88处，用于控制在供给模式期间控制系统中的电流。应当理解，作为选择，输出接口82可以提供单输出端来代替输出端86和88，用于发出命令识别输出信号表示目标总线电压信号还是和/或电流改变控制信号，作为控制图1所示的负载/充电器装置18的控制信号，所述命令也包括这些信号。
参考图3，随机存取存储器(RAM)74可以布置成包括工作参数阵列90，电压参数阵列92，控制参数阵列94和输出参数阵列96。RAM74也可以包括参考值字段98。
通常，对于电池系统12中每个电池，工作参数阵列90和电压参数阵列分别存储工作参数(如温度)表示和电压表示。
工作参数阵列90可以存储数对，每对分别表示工作参数和电池标识。从而，当数据写入工作参数阵列90时，给定任一电池标识，可以得到相应的工作参数。相似地，电压参数阵列92存储数对，每对表示电压和电池标识。从而，给定任一电压值，可以识别相应的电池。如下文更详细的说明，当数据写入两个阵列时，主处理器电路70使用给定电压值以发现与电池相关联的工作参数表示，该电池与给定电压值相关联。
工作参数阵列包括电池类型标识字段100，负载控制常量字段102，电荷控制常量字段104，和电流方向字段106。电池类型标识字段100可以载入从用户接收的信息，如电池系统12中电池类型的指示。负载控制常量字段102和电荷控制常量字段104保持固定的值，这取决于电池系统12中使用的电池类型。电流方向字段106存储从图1所示的电池数据采集系统14中接收的值，该值表示能量总线13上的电流方向。
输出参数阵列96可以包括电流改变输出值字段120和电压改变输出值字段122，其可以作为由信号发生器产生的输出信号表示。
参考图1和2，程序存储器72被以编码块138，140，142，144，146和200进行编程，这些编码块指导主处理器电路70执行实现一组程序的功能块，这些程序分别包括主程序，负载控制程序，电荷控制程序，电压极值处理器程序，查找表接口和旁路程序。这组程序的各子集合作作为电压极值处理器23，参考电压处理器25，存取器27和控制信号发生器29，如图1所示。程序存储器72可以进一步包括多组编码(未示出)，用于与图1示出的电池数据接口36建立通信以及用于执行各种功能，例如与介质接口78和外部通信接口81对接。
参考图1，2和4，示出了主程序138。主程序138从第一块139开始，该第一块指导主处理器电路70发送数据请求命令到图1示出的电池数据接口36，使它从传感器单元28-34中获得电压和温度表示。块141指导主处理器电路70等待将从电池数据接口36返回的数据。当数据被返回时，它可以存储在例如RAM74中的临时存储区域(未示出)中。如果电流方向表示被返回，它可以存储在例如RAM 74的电流方向字段中。
与RAM74和处理器电路70合作的主程序的块143作为联系器，用于使各自的电压和温度表示与相应的电池相关联。
当请求的数据已返回时，块143指导主处理器电路70提取存储在临时存储器中的电压和温度表示并将它们存储在图3示出的工作参数和电压参数阵列90和92中，以便这些表示与相应的电池相关联。在示出的实施例中，这种关联通过将温度和电池标识值作为数对存储在工作参数阵列90中，以及通过将电压和电池标识值作为数对存储在电压参数阵列92中来实现。作为选择，工作参数和电压参数值可以与相应的电池相关联，通过例如将每个电池的表示和电池标识均存储在一个单独的记录中。应当理解，各种其他的使这些表示与电池相关联的方式都是可能的并且在本发明的范围内。同样，将电压和温度值存储在临时存储器中的中间步骤可以省略，当这些值被接收时它们可以直接存储在具有电池标识的指示阵列中。
块145然后指导主处理器电路70确定电流方向，根据从电池数据接口36返回且存储在RAM 74的控制参数阵列94中的电流方向值。
然后，块147指导主处理器电路70调用合适的控制程序，即，图5示出的负载控制程序或图6示出的电荷控制程序，取决于电流方向值是表示电流是从电池系统12流向能量总线13还是从能量总线13流向电池系统12。在示出的实施例中，当电流方向值表示能量是从电池系统12流向能量总线13，即，电池系统12以供给模式工作时，调用图5示出的负载控制程序140以产生电流改变信号。相似地，在示出的实施例中，当电流方向值表示能量从能量总线13流向电池系统12，即，电池系统12以充电模式工作时，调用图6示出的电荷控制程序142以产生电压改变信号。从而主程序138的块147和主处理器电路70一起合作以作为能量流确定器，其可操作确定能量是向能量总线13还是向电池系统12转移。
然后，块149指导主处理器电路70调用图8示出的旁路程序以激活或去激活某些传感器单元中的旁路电路31，33，35和37。
参考图5，当能量从电池系统12流向能量总线13时，执行负载控制程序140，该程序从块150开始，该块指导处理器设定极值标识ID标记(未示出)有效，以指示横跨图1所示电池系统12的任意电池测量的最低电压VL将被作为极值电压用于计算。然后，块152指导主处理器电路70调用图7所示的电压极值处理程序144。参考图2，3和7，电压极值处理程序144从第一块156开始，该块指导主处理器电路70访问电压参数阵列92以确定哪一个电压表示代表极值电压，在该例子中为最低电压。为此，块156作为分类器，将图3所示的电压参数阵列92以升序分类。这使得最低测量电压值作为阵列中的第一值出现。接下来，块158指导主处理器电路70寻址电压参数阵列92以读取与最低电压值关联的电池标识，以识别显示极值电压值的电池。然后，块160指导主处理器电路70作为选择器，其可操作选择与一电池相联系的温度表示，作为由参考电压处理器使用的温度表示，所述电池与极值电压相联系。为此，主处理器电路70查找已识别电池的相应工作参数值，通过利用与最低电压值关联的电池标识访问工作参数阵列90，该最低电压值作为该阵列的一个索引。查找与已识别电池相联系的数对的相应工作参数后，块162指导主处理器电路将极值电压表示和定位的工作参数值存储在存储器中，使它能够被传送到调用程序，在该例子中，所述调用程序为负载控制程序140。
回到图2，3和5，提供有极值电压值和工作参数值，负载控制程序140的块164指导主处理器电路70作为图1所示的参考电压处理器25，并使用从电压极值处理器程序144中接收的工作参数值(OP)，即温度TH以查找显示极值电压值的电池的相应最低允许电压。为了使其实现，主处理器电路70使用查找表接口146以访问存储在电池信息非易失性存储器76中的最小电压表，利用工作参数值(温度)作为该表的一个索引。这种查找使得作为参考电压的最低允许电压值Vlp存储在存储器中，用于通过负载控制程序进行访问。
查找表接口146可以指导主处理器电路70访问配置成处理器电路51一部分的电池信息非易失性存储器76。应当理解，电池数据存储器没有必要一定为处理器电路51的一部分，而是可以为包含指示表数据库的远程存储器装置。在这种情况下，查找表接口可以进一步包括一些功能如超出其通常可能包括的通信，用于处理错误校正和信号交换等，其中电池数据存储器通过主处理器电路70直接存取。通常，包含指示表的数据库可以位于任何地方，查找表接口可以包括适当的通信功能对所需表的访问。
参考图5，块166和168然后指导主处理器电路70作为图1的存取器27和控制信号发生器29。块166指导主处理器电路70访问存储在存储器中的极值电压表示和参考电压表示，并响应参考电压表示和电压极值表示产生控制信号，用于改变能量总线和系统间能量转移的量。为了使其实现，主处理器电路70被指导以计算电流改变控制值ΔI，该值作为最低允许电压值和极值电压值之间的差分乘以存储在RAM74的相应字段102中的负载控制常数(a)。在此过程中，主处理器电路70作为差分处理器，可操作得到参考电压和极值电压之间的数学差分。主处理器电路70使该数学差分乘以负载控制常数(a)，以产生表示从系统中流出的电流变化的电流改变控制信号。然后，块168指导主处理器电路70使该电流改变控制值作为图2所示的输出端88处的电流改变控制信号，用于通过图1所示的负载/充电器装置18接收。
负载控制程序140的作用是当横跨任一电池的电压低于最小允许电池电压时，减小电池系统12上的负载。
参考图6，电荷控制程序142从第一块170开始，该块指导图2所示的主处理器电路70设定极值标识标记，以指示横跨系统中任一电池测量的最高电压VH将作为极值电压值。然后，块172指导主处理器电路70调用图7所示的电压极值处理程序，以得到极值电压表示和输出参数表示并将这些表示存储在存储器中，用于通过电荷控制程序142的余项访问。应当注意，在块156处，当电荷控制程序调用图7所示的电压极值处理程序144时，图3所示的电压参数阵列92以降序分类，以使阵列中的第一项为最高电压值。
回到图6，给定极值电压值和与显示极值电压值的电池相联系的工作参数值，块174指导主处理器电路70利用工作参数查找最佳充电电压值。这通过下述步骤实现，即，使主处理器电路70使用查找表接口146访问电池信息非易失性存储器76及具体地存储在其中的最佳电压对温度表，从而利用作为该表一个索引的工作参数值(温度)，查找相应的最佳电压值Vopt。块176，178和180然后指导主处理器电路70作为图1所示的存取器27和控制信号发生器29。
然后，块176指导主处理器电路70访问存储在存储器中的极值电压表示和参考电压表示，并响应参考电压表示和电压极值表示产生控制信号，用于改变能量总线和系统间能量转移的量。为此，主处理器电路70被指导以计算电压改变值ΔV作为最佳电压值Vopt和极值电压值之间的差分函数。为此，主处理器电路70再次作为差分处理器，可操作得到参考电压和极值电压之间的数学差分。在该实施例中，由差分处理器的操作产生的结果乘以电荷控制常数(b)，其存储在图3所示的RAM 74的相应字段104中，以产生表示横跨电池系统12的电压所需变化的电压改变值。
块178然后指导主处理器电路70计算目标总线电压值VBUSA+1，作为电压改变值和先前总线电压值VBUSA的和。通过采用图3所示电压参数阵列92中存储的电压值的和，可以得到先前总线电压值。
块180然后指导主处理器电路70使该新的总线电压值作为图2所示的输出端86处的信号，由图1所示的负载/充电器装置18使用。
电荷控制程序142的作用是降低主总线电压，即施加在电池系统12上的总电压，直到系统中没有电池的电压高于最高最佳电压，该最佳电压对于任一给定电池是允许的。
上述系统的性能可以通过选择最低允许电压对温度表和最佳充电电压表作为显示电压极值的电池的充电状态的函数来提高。从而，查找表接口146可以对多个最低允许电压对温度表和多个最佳充电电压对温度表提供访问，每个表与充电的不同状态相关联。查找表接口146可以具有输入端，其可操作接收电池的充电状态的表示，以及给定这种表示时，它可以相应地选择适合的表。
关于电池系统12中电池充电状态的信息可以通过各种来源得到，这些来源包括程序如图2中201处示出的程序，其可操作在主处理器电路70上运行以例如收集关于电池使用的信息，以及产生充电状态的测量。例如，这种程序可以记住积累时间、放电深度、积累时间、充电量和温度，在该温度下这些事件发生，它可以使用存储在电池数据存储器中的一个表来产生百分比放电值。上述查找表然后可以通过放电百分比索引，以便放电百分比可以通过查找表接口使用以选择适当的表用于产生参考电压值。从而，充电状态信息可以分别为图5和6的块164和174的输入。程序可以看作充电状态处理器，该程序使主处理器电路70执行充电状态确定功能。
作为选择，充电状态信息可以从外部来源中接收，例如通过外部通信接口，或通过用户输入。
参考图8，旁路程序200是由主程序138调用的最后程序，指导主处理器电路70分别控制图1示出的传感器单元28，30，32和34上的旁路电路31，33，35和37。这对来自电池系统12中电池的能量流提供连续均衡和补偿。
旁路程序从第一块202开始，该块指导主处理器电路70根据存储在图3示出的电压参数阵列92中的电压值计算参考值如平均电池电压。该参考值存储在图3示出的存储器结构的参考值字段98中。
块204然后指导主处理器电路70确定电源系统10中的电流方向是否发生改变，如果发生了变化，则使块206指导主处理器电路发出旁路控制信号来设定所有旁路电路31，33，35和37无效。电流方向通过读取图3所示的控制参数阵列94中的电流方向字段106的内容来确定。
如果电流方向自从上次运行旁路程序200的时间或在所有的旁路控制信号被设定为无效后没有改变，那么块208指导主处理器电路70将所有与具有电压大于参考电压的电池相关联的传感器上的旁路电路设定为有效。这具有随时间补偿横跨每个电池的电压的作用，使其大约为相同值。然后旁路程序200结束。
当通过电池系统的电流方向没有改变时，旁路程序具有产生旁路激活信号的作用，用于激活具有电压大于参考值的电池上的旁路电路。此外，当系统中的电流方向改变时，它使旁路电路去激活信号产生以去激活具有已激活旁路电路的电池上的旁路电路，除非该电池具有大于电池系统中所有电池电压的参考值的电压，其中旁路电路未被去激活。
有效地，利用上述系统和方法，任何给定电池的电压相对电池系统中其他电池的电压确定是否选择该电池用于更细致的分析，基于该电池的工作参数。该工作参数可以用来确定参考电压，其和选定电池的电压一起使用产生控制信号如电流改变信号和/或电压改变信号，所述信号可以提供给负载/充电器装置18的控制器。从而，电池的相对电压特性，更具体的电池系统中所有电池的极值电池电压可以用来调用显示极值电压的电池的工作条件的使用，以确定怎样最好地调整整个电池系统的充电或放电电流，以最佳化来自/到达作为一个整体的电池系统的功率转移。
虽然已经描述和说明了本发明的具体实施例，但是这些实施例应当认为只是例证性的，并不用来限制本发明，本发明的范围根据所附权利要求来限制。

Claims (45)

1.一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的方法，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该方法包括：
响应于参考电压的值以及所述电池系统中所有电池的电压中的电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，其中所述参考电压根据所述电池系统中显示所述电压极值的电池的工作参数来确定，
其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且
当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
2.如权利要求1的方法，进一步包括接收所述电压极值的所述值以及接收所述工作参数的值。
3.如权利要求2的方法，进一步包括产生所述电压极值的所述值。
4.如权利要求3的方法，其中，产生所述电压极值的所述值包括接收电池系统中所述电池的电压值。
5.如权利要求4的方法，进一步包括确定电池系统中所述电池的所述电压值中的哪一个代表所述电压值中的电压极值。
6.如权利要求5的方法，其中，所述确定电池系统中所述电池的所述电压值中的哪一个代表所述电压值中的电压极值包括对所述电压值进行分类。
7.如权利要求3的方法，进一步包括产生所述参考电压的所述值。
8.如权利要求7的方法，其中，产生所述参考电压的所述值包括接收显示所述电压极值的所述电池的温度值。
9.如权利要求8的方法，进一步包括使用所述温度值作为使参考电压与温度相联系的查找表的一个索引。
10.如权利要求9的方法，进一步包括选择所述查找表作为具有所述电压极值的所述电池的充电状态的函数。
11.如权利要求10的方法，进一步包括接收所述充电状态的值。
12.如权利要求11的方法，进一步包括产生具有所述电压极值的所述电池的所述充电状态的所述值。
13.如权利要求8的方法，进一步包括使用所述温度值作为使最佳充电电压与温度相联系的查找表的一个索引。
14.如权利要求8的方法，进一步包括使用所述温度值作为使最低允许电池电压和温度相联系的查找表的一个索引。
15.如权利要求8的方法，进一步包括产生所述温度值。
16.如权利要求15的方法，进一步包括接收系统中每个电池的电压值和温度值。
17.如权利要求16的方法，进一步包括使各个所述电压值和温度值与相应电池发生联系。
18.如权利要求17的方法，进一步包括选择显示所述电压极值的所述电池的温度值，用于产生所述参考电压的所述值。
19.如权利要求1的方法，进一步包括确定能量是向能量总线还是向电池系统转移，并且在能量流向能量总线时产生电流改变信号，在能量流向电池系统时产生电压改变信号。
20.如权利要求19的方法，进一步包括产生旁路激活信号，用于当通过电池系统的电流方向没有改变时，激活电压大于参考值的任何电池上的旁路电路。
21.如权利要求1的方法，进一步包括产生旁路电路去激活信号，用于当电池系统中的电流方向发生改变时，去激活具有激活的旁路电路的任一电池上的旁路电路，除非该电池具有大于参考值的电压。
22.一种控制能量总线和电池系统之间的能量转移的设备，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该设备包括：
存取器，用于存取电压极值的值，其表示显示系统中所有电池电压中的电压极值的电池电压，以及存取参考电压的值，其从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得；和
与所述存取器通信的控制信号发生器，其响应于参考电压的值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，
其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，所述控制信号发生器产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且
当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，所述控制信号发生器产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
23.如权利要求22的设备，进一步包括电压极值处理器，其可操作产生所述电压极值的所述值。
24.如权利要求23的设备，进一步包括通过所述电压极值处理器可访问的存储器，用于接收和存储系统中电池的电压值。
25.如权利要求24的设备，其中，所述电压极值处理器配置成确定系统中电池电压的所述值中的哪一个代表所述电压极值。
26.如权利要求25的设备，其中，所述电压极值处理器包括分类器，其可操作对系统中电池电压的所述值分类。
27.如权利要求23的设备，进一步包括参考电压处理器，其可操作产生所述参考电压的所述值。
28.如权利要求27的设备，其中，所述参考电压处理器可操作接收显示所述电压极值的所述电池的温度值。
29.如权利要求28的设备，进一步包括查找表接口，其可操作使用所述温度值作为使参考电压值与温度值相联系的查找表的一个索引。
30.如权利要求29的设备，其中，所述查找表接口可操作选择所述查找表作为具有所述电压极值的电池的充电状态的函数。
31.如权利要求30的设备，其中，所述查找表接口包括一输入，其可操作接收所述充电状态的值。
32.如权利要求31的设备，进一步包括充电状态处理器，其可操作产生所述充电状态的所述值。
33.如权利要求28的设备，进一步包括查找表接口，其可操作使用所述温度值作为使最佳充电电压与温度相联系的查找表的一个索引。
34.如权利要求28的设备，进一步包括查找表接口，其可操作使用所述温度值作为使最低允许电池电压和温度相联系的查找表的一个索引。
35.如权利要求28的设备，进一步包括存储器，用于接收并存储系统中每个电池的电压值和温度值。
36.如权利要求35的设备，进一步包括对于系统中每个电池产生所述电压值和所述温度值的装置。
37.如权利要求36的设备，其中，用于对于系统中每个电池产生所述电压值和所述温度值的所述装置包括电池数据采集系统。
38.如权利要求35的设备，进一步包括联系器，其可操作使各个所述电压值和温度值与相应的电池发生联系。
39.如权利要求38的设备，进一步包括选择器，其可操作选择显示所述电压极值的所述电池的温度值作为由所述参考电压处理器使用的所述温度值。
40.如权利要求22的设备，其中，所述控制信号发生器包括一差分处理器，其可操作得到所述参考电压和所述电压极值之间的数学差分。
41.如权利要求22的设备，进一步包括能量流确定器，其可操作确定能量是向能量总线还是向电池系统转移，所述能量流确定器与所述控制信号发生器配合，使所述控制信号发生器在能量流向能量总线时产生电流改变信号，在能量流向电池系统时产生电压改变信号。
42.如权利要求22的设备，进一步包括旁路控制器，其可操作产生旁路激活信号，用于在通过电池系统的电流方向没有改变时，激活电压大于参考值的任何电池上的旁路电路。
43.如权利要求42的设备，其中，所述旁路控制器可操作产生旁路电路去激活信号，用于在电池系统中的电流方向发生改变时，去激活具有激活旁路电路的任一电池的旁路电路，除非该电池具有大于所述参考值的电压。
44.一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该设备包括：
存取器，用于存取电压极值的值，其表示显示系统中所有电池电压中的电压极值的电池电压，以及存取参考电压的值，其从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得；以及
处理器电路，其可操作以响应于参考电压的值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，
其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，所述处理器电路产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且
当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，所述处理器电路产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
45.一种控制能量总线和电池系统之间能量转移的设备，该电池系统包括多个串联连接的可再充电电池，该设备包括：
存取电压极值的值的装置，该电压极值的值代表显示系统中所有电池的电压中的电压极值的电池的电压；
存取参考电压值的装置，该参考电压值从与显示所述电压极值的所述电池相关联的工作参数中获得；和
与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压值的所述装置通信的装置，用于响应于参考电压值以及电压极值的值产生控制信号，该控制信号用于改变所述能量总线和电池系统之间的能量转移量，
其中，当能量从所述能量总线流向所述电池系统时，与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压值的所述装置通信的所述装置产生电压改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最大值作为电压极值，所述电压改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最大值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数；并且
当能量从所述电池系统流向所述能量总线时，与存取电压极值的值的所述装置和存取参考电压值的所述装置通信的所述装置产生电流改变信号作为所述控制信号，并且将电池电压中的电压最小值作为电压极值，所述电流改变信号是所述电压极值和根据显示所述电压最小值的电池的工作参数的值来确定的参考电压之间的差分函数。
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