一般切换逻辑)。这意味着它们的接触区域彼此连接，使得每个电池单元具有在其每对接触区域之间的已知内部电阻。在网络中的电池单元的一些接触区域与箱的接触表面604a-d，605a-d接触，一些与其它电池单元的接触表面接触，和一些保持不连接。
[0245]另外参照图11B，发现通过将预定电压连接至第一接触表面(在图1lB中的CSl)，将第二接触表面(图1IB中的CS2)连接到所述地面，并将其它接触表面设置到高阻抗状态下而开始。然后，通过测量经由第一接触表面流动的电流，箱可确定在两个接触表面之间是否有可用的串，因为电池单元形成大的电阻网络。如果没有电流流动，则TMU将电压连接到另一接触表面或将另一个接触表面连接到地面，并重复电流测量以及得出关于串上可用性的结论。例如在图6A中，在接触表面605b/604a，605b/604c和604a/604c之间有可用的串。如果在该过程的某些阶段中控制单元不能从任何电池单元获得预期答案，则它可使用当前的电池单元的其它接触区域以便找出串或控制，其可通过将电压连接到另一接触表面或将另一接触表面连接到地面(图中未示出)而开始新的过程。图6B-6D示出更复杂的情况。图6B示出示例性的电池单元的网络，其中在接触表面605c和604c之间的所有可用电流路径被描绘(也假设该网络持续到左侧和右侧)。图6C和图6D示出一种状况，其中一些串在视觉上已经被消除以便说明以下程序。
[0246]为了获得关于串的更精确信息，TMU命令每个电池单元测量流动通过其所有接触区域的电流。TMU还可以命令只有当测量结果在一定范围内时电池单元将应答。例如，该TMU可设置范围，使得其对应于流动通过特定接触表面(也就是说，图6B-6D中的接触表面605c)的电流。这样做是为了最小化电池单元与TMU之间发送的消息。
[0247]根据一个实施例，每个电池单元具有回答TMU时电池单元报告的独特标识号。基于测量结果，TMU可决定特定电池单元的哪一接触区域连接到所述接触板的特定接触表面。这可推断出是因为经由网络中的每个电阻器流动的电流与流动通过相应于该电阻器的接触表面的电流是相同的。通过与箱的接触表面接触的接触区域的电流也是最大的。在典型的情况下，每个电池单元具有多个连接，并且电流在通过电阻网络将接触区域连接到多个路径的多个电阻器之间进行分流。流动通过连接到接触表面(其连接到接地)的电阻器的电流的标称值与流动通过连接到电压的电阻器的电流标称值是相同的，因为所有分流的电流被组合成流到接地的一个电流。在此基础上，TMU可推断出特定电池单元的哪些接触区连接到所述接触表面(其连接到地面)，因此明确地找到串的结束点。
[0248]发现过程通过断开其它接触区域而继续，除了两个用于与上一步骤中发现的接触表面605c接触的两个电池单元A之外(参照图6C)。在这些接触区域之间的最短路由可通过使用最大电流流动通过其的接触区域而被找出。最大电流路由可基于电池单元报告到TMU的每个接触区域的所报告的电流测量而获知。在针对电池单元A断开其它接触区域之后，TMU要求从电池单元A的电流测量报告，以便找出流动通过它的电流。然后TMU命令每个电池单元测量流动通过其所有接触区域的电流，并且只有当测量对应于流动通过电池A的电流时电池单元才会应答。基于该信息，TMU可推断出特定电池单元的哪一接触区域连接到电池单元A的接触表面。在这种情况下，当未发现连接时，TMU可使用另一接触区域来试图识别串。这样的测量可对电池单元A的所有接触区域重复，以便找出所有可用的连接。这对于确定串是没有必要的，但可能有利于在一些应用中优化串。
[0249]整个串可通过重复上述步骤直到整个串已知来确定，例如下一步骤通过断开其它接触区域而开始，除了两个适于电池单元C的接触区域之外(参照图6D) JMU存储有关可的连接和用于每个电池单元的路由的信息。对于较长的串而言，对于已知的路由可以使用旁路，使得所测得的电流就越大。这意味着，沿所述已知路由的电池单元被编程为在路由上的接触区域之间的旁路模式，由此其星型电阻器不消耗功率，并提高流动通过路由的电流，这增加成功检测到信号的概率。
[0250]在第一串已被确定之后，对于箱的其它潜在接触表面对重复相同的程序，S卩，已知的发现电压连接在一些其它接触表面对之间，以及所有其它接触表面被设置为高阻抗状
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[0251]TMU获知哪些电池单元已经在另一串中使用，并且根据一个实施例，在形成新串时将这一点考虑在内以节省时间和精力。已经确定在先前构造的串中使用的电池单元被编程为断开那些串所需的接触区域，使得当将发现电压和接地连接到一些其它接触表面时，如果串在这两个接触表面之间形成，则立即通过测量电流获知。
[0252]根据一个实施例，重复上述过程，直到有若干串可用。该过程可同时从若干接触表面进行以便减少发现所需的时间，至少对于大箱而言。
[0253]应当指出的是，所述的发现过程仅仅是示例性的，并且可以利用电阻网络中的电流流动的测量的许多其它方式来实现，或者以某些完全不同的方式来实现。
[0254]基于该发现过程，箱的控制单元确定关于箱的配置，S卩，存在多少并联的串，在每串中包括多少能量贮存器，箱的哪些接触表面被用作串终点以及如何形成串，即，每个单独的电池单元如何进行配置。这一过程被称为路由过程。
[0255]基于路由，箱控制单元最后配置箱，即将下述通信到各电池单元，即它们的能量贮存器的正和负终端是如何连接到电池单元的接触区域的，使得不同单元的能量贮存器串联连接以及潜在的旁路连接以形成串。
[0256]旁路能够良好地使用电池单元，例如当存在其充电水平太低而不能用于输送功率的电池单元。通过旁路，其仍可有助于建立串。旁路还使得传输功率的电池单元能够用于处于旁路模式使用其它自由接触区域的另一串，其不用于连接能量贮存器。因此，单个电池单元可同时通过不同的接触区域对传输功率和旁路电流。旁路也可用于降低电池单元的温度，如果它通过将电池单元连接到旁路模式一段时间或者使用用于传输功率的一些占空比而超过预定阈值的话。
[0257]TMU优选经由SMX将路由信息通信到电池单元。TMU还确保每个电池单元确认它已接收到适当的连接命令，并且如果需要的话，TMU可重新发送该信息。每个电池单元优选地将其自身的配置信息存储在其自身的本地存储器内。
[0258]箱也可提供接口以便连接外部用户接口，用于监测箱或每个电池单元的单独地或在统计上呈现的充电水平。以类似的方式，箱也可提供电池单元和串特性的其它详细信息。
[0259]验证和安全性(箱)
[0260]根据一个实施例，在功率连接进出箱之前，每个串被验证。在验证过程中，例如它检查是否存在到其它串的直接连接，直接连接可能会导致短路。串电压也被验证。电压应对应于基于发现/路由信息和来自电池单元的能量贮存器报告的电压计算得到的电压。即电池单元在发现/路由过程中报告它们的能量贮存器的电压并将该信息存储到TMU。在将能量贮存器连接到接触区域之前，串也在内部被验证逻辑上是否正确以及是否没有短路。这例如以旁路模式连接适于每个串的路由并连接串端部之间的电压来完成。以下步骤测量流动通过串的电流，并通过比较算法，其可以高度信任确定串被正确形成。
[0261]TMU配置SMX以便限定哪一串被连接到电源总线，即接触板的哪一接触区域需要被连接到哪一电源总线以及哪一接触区域连接到接地。在串连接到电源总线之后，TMU请求来自SMX的电源总线报告。SMX报告所测得的电压以及TMU将那些电压与相应的计算值进行比较。
[0262]在串验证完成之后，TMU配置所有电池单元以便根据所验证的串将内部能量贮存器路由到相应的接触区域。因此只有当验证其功率将被组合的相应串之后才启用功率组入口 ο
[0263]箱还可包括其它重要的安全功能，以防止终端的过度充电、过度放电和短路。
[0264]监测和维护(箱)
[0265]根据一个实施例，箱设有用于在箱的操作期间周期地监测串和电池单元的电特性的装置。监测应需要电池单元的主动参与，电池单元相应地设置有用于使用合适的通信装置报告到箱的装置。电特性可包括充电和放电电流，温度，循环次数和能量贮存器的电压或充电水平。如果需要的话，即，如果超过对于监测值或从它们所衍生的值而言的预定阈值或阈值标准，则箱可基于所监测的信息对串进行重新配置。例如，如果在操作期间电池单元被耗尽，则系统可考虑到这一点。重新配置可通过重新发现或重新路由过程之后进行。重新配置可在箱的正常操作期间进行。
[0266]用于重新配置的一个潜在的原因是某些电池单元的充电水平超出充电窗口的预定状态。典型的决定是这种单元可至少暂时不再用于传输功率。
[0267]需要重新配置的另一实例是当TMU注意到串的电流与算法预测值不一致时。如果在操作过程中某些电池单元之间的连接已被断开，以及串不供应任何功率时可能发生上述情况。在这样的情况下，重新路由在TMU中完成，并且它使用可用的接触信息。如果某些接触已被断开，则可在操作过程中再次完成发现。
[0268]功率组合(箱)
[0269]如以上简要说明的那样，根据一个实施例，箱包括功率组合器，其将具有不同数量的电池单元的串以及具有不同串电压水平的串组合在一起。功率组合器的输出包括至少一个负和一个正终端，用于将能量从箱供应到负载成为可能。
[0270]串的输出电压变化，因为电池单元的充电状态，健康状况，老化，容量，电池化学特性，内阻，热约束，最大允许功率耗散数量(其中包括许多其它参数)变化。其结果是，总的串输出电压变化。
[0271 ]在将来自若干并联串的串进行组合之前，至少一个串的输出电压需要适于允许负载分享。为了供应负载，通常需要在相对狭窄边距内的总线电压。切换模式的电源(SMPS)可用于将可变的串电压转换成所需的总线电压，其精确值取决于所使用的情况。
[0272]不同的电压转换器电路拓扑结构可用于SMPS，像降压，升压和降压-升压。所选择的转换器拓扑结构通过使用情况驱动。负载共享可通过各种方法进行，例如系统可通过每串的一个SMPS改变每个串的输出电压，直到获得所有路径所需的电流消耗水平。
[0273]充电系统(箱)
[0274]根据一个实施例，箱提供充电系统，其可用于从插头给电池单元充电而无需将电池单元从箱取出。箱优选提供必要的装置来提供所需的功率，以便同时用于给一个或几个串充电，并且用于在充电期间监测电池单元以最大化电池单元的使用寿命。箱也可包括用于在充电期间调节所述充电电压的装置以便最大化电池单元的寿命。
[0275]箱可包括交流/直流转换器以便将典型的AC电源电压转换成所需要的直流电压以便供应电池单元。箱通过箱的接触表面连接适于串的所需功率。为了充电，箱可使用适于现有串的信息或它可形成新的串。箱监测电池单元的充电水平和温度以便在需要时停止充电。如果某些电池单元达到充满电的水平，则它可被旁路，以及串联连接的电池单元的其余部分仍可继续进行充电。另一方面，如果某些单元的温度超过预定阈值极限，则它可被被旁路一段时间，然后继续充电。
[0276]最后，箱或系统的任何其它部分可提供给设施充电的接口，诸如由SAEJ1772或IEC 62196标准限定;除了通到车载局域网的接口之外，通常基于CAN或LIN标准。
【主权项】
1.一种电能存储和供应系统，其包括: 多个电池单元，其中每个电池单元包括具有正和负电压供应终端的电能贮存器，在电池单元外表面上的三个或多个电接触焊盘，和用于将所述正和负电压供应终端的每一个电连接到任何一个或多个所述电接触焊盘的可动态配置连接单元，其中电能可经由电接触焊盘的选择性地不同组合从所述电能贮存器汲取； 能够容纳多个电池单元的箱； 提供在所述箱的内部上以便接触相邻电池单元的电接触焊盘以及用于将电能从所述系统向外部负载传输的至少两个面向内的箱接触焊盘； 用于将电池单元装载到箱内的箱装载器，使得相邻电池单元的电接触焊盘相接触或具有接触的高度可能性，以及各个电池单元在箱内的取向和位置在先未知;和 用于将电池单元从所述箱卸载的箱卸载器。2.根据权利要求1所述的电能存储和供应系统，其中所述箱装载器和所述箱卸载器的一者或两者是压力和/或气流协助的。3.根据权利要求1或2所述的电能存储和供应系统，并且包括加压单元，用于将压力施加到所述装载的箱以便固定所述装载的电池单元。4.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，并且包括用于给所述装载的电池单元充电的充电控制器。5.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，并且包括冷却单元，用于通过将冷却流体在所述装载的箱内循环来冷却所述装载的电池单元。6.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，并且包括搅动单元，用于搅动所述箱以增加所述装载电池单元的堆积密度和/或稳定性。7.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，并且包括控制器，所述控制器用于识别经由电池单元的在所述或至少两个箱接触焊盘之间的一个或多个可用的和/或最优的电能供应路径和用于对各个电池单元进行编程以便经由这些路径供应电能。8.根据权利要求7所述的电能存储和供应系统，所述控制器具有用于接收关于箱内电池单元状态的信息的接口，并且配置成使用所述信息以识别所述最优电能供应路径。9.根据权利要求8所述的电能存储和供应系统，其中所述接口经由所述箱接触焊盘和所述电池单元的电接触焊盘与电池单元进行通信。10.根据权利要求8或9所述的电能存储和供应系统，其中所述控制器配置成经由所述接口接收通过箱内的电池单元发送的机器可读的识别码，并使用所述码作为用于将编程指令发送到电池单元的地址。11.根据权利要求7至10任一项所述的电能存储和供应系统，其中所述控制器配置成动态地重复所述识别和编程步骤，以维持最优的电能供应路径。12.根据权利要求7至11任一项所述的电能存储和供应系统，其中所述控制器配置成识别多个最优电能供应路径，使得每个路径通过电池单元的不同子集。13.根据权利要求7至12任一项所述的电能存储和供应系统，所述箱包括三个或多个面向内的箱接触焊盘，并且所述控制器配置成识别将箱接触焊盘不同的可用组合考虑在内的最优电能供应路径。14.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，并且包括功率组合器，用于选择和/或结合从多个不同的可用和/或最优的电能供应路径得到的电能。15.根据权利要求13或14所述的电能存储和供应系统，所述箱接触焊盘布置成接触焊盘的一个或多个阵列。16.根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统，其中所述箱装载器配置成协助将电池单元栗入到所述箱内。17.—种电动车辆，其包括根据前述权利要求任一项所述的电能存储和供应系统。
【专利摘要】一种电能存储和供应系统，其包括：能够容纳多个电池单元的箱，其中每个电池单元包括具有正和负电压供应终端的电能贮存器，在电池单元外表面上的三个或多个电接触焊盘，和用于将所述正和负电压供应终端的每一个电连接到任何一个或多个所述电接触焊盘的可动态配置连接单元，其中电能可经由电接触焊盘的选择性地不同组合从电能贮存器汲取。所述系统还包括设置在所述箱的内部上以便接触相邻电池单元的电接触焊盘以及用于将电能从所述系统向外部负载传输的至少两个面向内的箱接触焊盘；用于将电池单元装载到箱内的箱装载器，使得相邻电池单元的电接触焊盘是或具有处于接触的高度可能性，以及各个电池单元在箱内的取向和位置在先未知；和用于将电池单元从箱卸载的箱卸载器。
【IPC分类】H01M2/34, H01M10/656, H01M10/46, H01M10/6563, H01M10/44, H01M2/30, H01M10/42, B60K1/04, B60L11/18, H01M2/20
【公开号】CN105722717
【申请号】CN201480062011
【发明人】B·霍尔塔佩尔斯, J·图奥莫拉, T·里萨宁
【申请人】汤克图公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年9月10日
【公告号】EP3044029A1, US20160020445, WO2015036438A1