用于電池管理的虛擬單元方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電池管理。具體地，本發(fā)明設(shè)及用于電池管理的虛擬單元方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，典型的常規(guī)電池組包含并聯(lián)和串聯(lián)連接在一起的電池單元陣列。理想地，該 些電池單元具有相同的內(nèi)部特性（即電極和隔板（separator)的各種過電位）和外部特性 (即電壓和放電容量）。然而，由于電池單元缺陷差異W及由于制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和操作過 程引起的電池單元的不同水平的退化，該實(shí)際上是不準(zhǔn)確的。相比于并聯(lián)連接到電池單元 的其他電池單元，有缺陷的或退化的電池單元具有更高的過電位（即外部呈現(xiàn)為更高的內(nèi) 阻）。有缺陷的或退化的電池單元趨向于產(chǎn)生更多熱量，因此引起它自身及其鄰近電池單元 過熱。該種熱量過剩會(huì)導(dǎo)致電池的加快退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明設(shè)及一種用于電池管理的虛擬單元方法的方法、系統(tǒng)和裝置。在至少一 個(gè)實(shí)施例中，公開一種用于電池管理的方法。該方法包括基于電池單元的可用容量（例 如，電流（安培）和/或容量（安培小時(shí)）），由至少一個(gè)虛擬單元通過吸收電流（sinking current)和/或供應(yīng)電流（sourcing current)對(duì)電池組中的電池單元進(jìn)行電流平衡。在 一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)虛擬單元能夠?yàn)橹辽僖粋€(gè)退化的電池單元或至少一個(gè)耗 盡的電池單元吸收和/或供應(yīng)電流。
[0004] 在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明教導(dǎo)一種用于基于電池單元的容量對(duì)電池單元 進(jìn)行電流平衡的電池管理方法。所公開的方法包括由虛擬單元管理控制器接收至少一個(gè)電 池層的電壓和電流。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)電池層包含至少一個(gè)電池單元。該 方法進(jìn)一步包括由虛擬單元管理控制器接收電池組的電壓和電流。在至少一個(gè)實(shí)施例中， 電池組包含所有的電池單元。此外，該方法包括由虛擬單元管理控制器通過分析電池組的 電流，確定電池組是否正充電、正放電或空閑。此外，該方法包括在虛擬單元管理控制器確 定電池組正充電或正放電時(shí)，由虛擬單元管理控制器確定參考電壓。此外，該方法包括由至 少一個(gè)電壓控制器提供電池組電壓到電池組。進(jìn)一步地，該方法包括由至少一個(gè)電壓控制 器提供相應(yīng)的電池層電壓到它相關(guān)的電池層。在至少一個(gè)實(shí)施例中，相應(yīng)的電池層電壓取 決于參考電壓和至少一個(gè)電池層的電壓。
[0005] 在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，虛擬單元管理控制器集成在至少一個(gè)電壓控制器內(nèi)。 在一些實(shí)施例中，當(dāng)至少一個(gè)電池層內(nèi)有多于一個(gè)電池單元時(shí)，電池單元在電池層（一個(gè) 或更多個(gè)）內(nèi)并聯(lián)連接在一起。在至少一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)有多于一個(gè)電池層時(shí)，電池層串聯(lián) 連接在一起。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括由系統(tǒng)控制器記錄參考電壓、電 池組的電壓、電池組的電流、至少一個(gè)電池層的電壓和/或至少一個(gè)電池層的電流。
[0006] 在至少一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)電壓控制器包含比例積分微分（PID)控制器、脈 沖寬度調(diào)制（PWM)控制器、n驅(qū)動(dòng)和/或功率級(jí)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，功率級(jí)是直流 電/直流電值C/DC)變換器。在一些實(shí)施例中，DC/DC變換器是隔離雙向全橋變換器或隔 離雙向半橋變換器。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)電池單元連接到保險(xiǎn)絲。
[0007] 在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，虛擬單元管理控制器通過使用電池層（一個(gè)或更多 個(gè)）的最大電壓和電池層（一個(gè)或更多個(gè)）的最小電壓確定參考電壓。在一些實(shí)施例中， 當(dāng)電池組正在放電時(shí)，虛擬單元管理控制器通過進(jìn)一步使用電池層（一個(gè)或更多個(gè)）的最 小電流確定參考電壓。在至少一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)電池組正在充電時(shí)，虛擬單元管理控制器通 過進(jìn)一步使用電池層（一個(gè)或更多個(gè)）的最大電流確定參考電壓。
[000引在至少一個(gè)實(shí)施例中，公開一種用于基于電池單元的容量對(duì)電池單元進(jìn)行電流平 衡的電池管理系統(tǒng)。所公開的系統(tǒng)包含至少一個(gè)電池層。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，至少一 個(gè)電池層包含至少一個(gè)電池單元。該系統(tǒng)進(jìn)一步包含電池組。在一些實(shí)施例中，電池組包含 所有的電池單元。此外，該系統(tǒng)包含虛擬單元管理控制器，其用于接收至少一個(gè)電池層的電 壓和電流；接收電池組的電壓和電流；通過分析電池組的電流，確定電池組是否正在充電、 正放電或空閑；W及在虛擬單元管理控制器確定電池組正充電或正放電時(shí)，確定參考電壓。 進(jìn)一步地，該系統(tǒng)包含至少一個(gè)電壓控制器，用于提供電池組電壓到電池組；W及提供相應(yīng) 的電池層電壓到與電壓控制器（一個(gè)或更多個(gè)）關(guān)聯(lián)的電池層，其中相應(yīng)的電池層電壓取 決于參考電壓和至少一個(gè)電池層的電壓。
[0009] 在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)進(jìn)一步包含系統(tǒng)控制器，用于記錄參考電壓、電 池組的電壓、電池組的電流、至少一個(gè)電池層的電壓和/或至少一個(gè)電池層的電流。
[0010] 上述特征、功能和優(yōu)點(diǎn)能夠獨(dú)立地在本發(fā)明的各種實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)或者被組合在其 他的實(shí)施例中。
【附圖說明】
[0011] 參考下列描述、所附權(quán)利要求書和附圖，本公開的該些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將 變得更好理解，其中：
[0012] 圖1是示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的正常的電池單元和退化的電池單元 之間的內(nèi)阻的差別的示意圖。
[0013] 圖2是示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的正常的電池單元和退化的電池單元 之間的放電容量的差別的曲線圖。
[0014] 圖3是采用電壓平衡器的常規(guī)電池管理系統(tǒng)的示意圖。
[0015] 圖4是采用圖3中的電壓平衡器的常規(guī)電池管理系統(tǒng)的示意圖，其中在電池組的 放電期間存在退化的電池單元。
[0016] 圖5是采用圖3中的電壓平衡器的常規(guī)電池管理系統(tǒng)的示意圖，其中在電池組的 充電期間存在退化的電池單元。
[0017] 圖6是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)實(shí) 際上針對(duì)每個(gè)電池層都采用虛擬電池單元。
[001引圖7是圖6中公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，其示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施 例的虛擬電池單元如何提供電流W保護(hù)健康的電池單元和退化的電池單元。
[0019] 圖8是圖6中公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，其示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施 例的虛擬電池單元如何提供電流W保護(hù)健康的電池單元和由于容量衰減而退化的電池單 yn 〇
[0020] 圖9是圖6中公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，其示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施 例的兩個(gè)虛擬電池單元如何提供電流W補(bǔ)償兩個(gè)退化的電池單元。
[0021] 圖10是圖6中公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，其示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施 例的兩個(gè)虛擬電池單元如何提供電流W補(bǔ)償=個(gè)退化的電池單元。
[0022] 圖11是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的公開的電池管理系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng) 針對(duì)每個(gè)電池層采用電壓控制器并針對(duì)虛擬單元采用電壓電池管理（VCM)控制器。
[0023] 圖12是示出根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的公開的用于圖11中的示例性系統(tǒng)的 電池管理方法的流程圖。
[0024] 圖13是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的圖11的公開的電池管理系統(tǒng)采用的示例 性電壓控制器的示意圖。
[0025] 圖14是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的可W被圖13中的電壓控制器采用的示例 性隔離雙向全橋變換器的示意圖。
[0026] 圖15是根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例的可W被圖13中的電壓控制器采用的示例 性隔離雙向半橋變換器的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本文公開的方法和裝置提供一種用于電池管理的虛擬單元方法的可操作系統(tǒng)。 具體地，該系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)電池層采用電壓控制器，而針對(duì)虛擬電池單元采用電壓電池管理 (VCM)控制器。
[002引本發(fā)明教導(dǎo)一種基于虛擬單元方法的智能電池管理系統(tǒng)，用于執(zhí)行；1)電池單元 退化和故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，2)電池單元健康和故障管理，W及3)電池單元壽命管理。該 系統(tǒng)集成架構(gòu)允許所公開的系統(tǒng)并入適合具體電池化學(xué)物質(zhì)的任何充電/放電協(xié)議。虛擬 單元提供感測(cè)和確定電池單元的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)的手段。虛擬單元還提供根據(jù)電池單 元的健康狀況，通過共享電流負(fù)載并通過在電池單元之間分配負(fù)載，主動(dòng)管理電池系統(tǒng)的 手段，從而保護(hù)健康的電池單元免于過載并保護(hù)退化的電池單元不會(huì)加快退化過程。本發(fā) 明的系統(tǒng)增強(qiáng)電池組性能并延長(zhǎng)電池組的壽命。如果所公開的系統(tǒng)用