用于电池热管理的虚拟单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池热管理，特别涉及用于电池热管理的虚拟单元。
【背景技术】
[0002]来自电池的热产生直接与其承载的电流有关。电流越大，所产生的热就越多。在实践中，存在这样的可能性:可能从电池产生巨大的热量，其超出外部电池热管理系统显著降低的能力。这种高热产生的原因可能来自于:(I)由过度的负载需求或者负载故障引起的极高的电流，⑵电池内部故障，和/或⑶充电/放电电路失效。此外，如果热管理系统失效或者不能快速地将热传输出去，则热可能在电池内迅速积累，由此造成非常高的电池温度。
[0003]传统的电池热管理系统提供一种通过外部主动的或者被动的冷却系统将热从电池传输出去的手段。对于先进的高能量密度电池(例如，锂型电池)，在故障或者连续滥用状况的情况下，常规的电池热管理系统经常是不够的。当前，常规的方法对控制来自电池内的热产生无能为力。
[0004]因此，需要一种改进的电池热管理系统，其能够控制来自电池内的热产生，使得电池的温度总是保持在安全限制内，而不需要妥协于正常的负载需求。
【发明内容】
[0005]本公开涉及一种用于电池热管理的虚拟单元的方法、系统和装置。在一个或多个实施例中，用于热电池管理的方法包括使用至少一个温度传感器感测电池组中的至少一个电池单元的温度。该方法进一步包括使用至少一个电流传感器感测电池组内的至少一个电流。而且，该方法包括使用电池热管理系统(BTMS)控制器确定电池组中的任一电池单元的温度是否超过温度限制(Tumit)。进一步，该方法包括使用BTMS控制器激活至少一个虚拟单元，从而为电池组中超过温度限制的至少一个电池单元提供电流或者吸收电流。
[0006]在一个或多个实施例中，电池单元按层布置在电池组中。在某些实施例中，电池单元在每一层中并联连接。在至少一个实施例中，这些层串联连接。在某些实施例中，每个虚拟单元连接到一层电池单元。
[0007]在至少一个实施例中，该方法进一步包括通过至少一个温度传感器将至少一个温度信号发送到BTMS控制器，其中至少一个温度信号包括与至少一个电池单元的温度有关的信息。
[0008]在一个或多个实施例中，至少一个电流传感器包括电池组电流传感器和/或至少一个虚拟单元电流传感器。在某些实施例中，该方法进一步包括通过电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括与电池组的电流(I。)有关的信息。在至少一个实施例中，该方法进一步包括通过至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括关于与至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层电池单元的电流的信息。
[0009]在至少一个实施例中，至少一个虚拟单元是直流/直流(DC/DC)转换器和/或交流/直流(AC/DC)转换器。在某些实施例中，DC/DC转换器是双向DC/DC转换器。在至少一个实施例中，AC/DC转换器是双向AC/DC转换器。在一个或多个实施例中，DC/DC转换器的输入连接到电池组的端子或者DC源的端子。在至少一个实施例中，AC/DC转换器的输入连接到AC源的端子。
[0010]在一个或多个实施例中，用于热电池管理的系统包括至少一个温度传感器，用于感测电池组中的至少一个电池单元的温度。该系统进一步包括至少一个电流传感器，用于感测电池组内的至少一个电流。进一步，该系统包括电池热管理系统(BTMS)控制器，用于确定电池组中的任一电池单元的温度是否超过温度限制(Tumit)，并且激活至少一个虚拟单元，从而为电池组中超过温度限制的至少一个电池单元提供电流或者吸收电流。
[0011]在至少一个实施例中，至少一个温度传感器进一步将至少一个温度信号发送到BTMS控制器，其中至少一个温度信号包括与至少一个电池单元的温度有关的信息。
[0012]在一个或多个实施例中，至少一个电流传感器包括电池组电流传感器和/或至少一个虚拟单元电流传感器。在至少一个实施例中，电池组电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括与电池组的电流(Itl)有关的信息。在某些实施例中，至少一个虚拟单元电流传感器将至少一个电流信号发送到BTMS控制器，其中至少一个电流信号包括关于与至少一个虚拟单元电流传感器关联的一层电池单元的电流的信息。
[0013]特征、功能以及优势能够在本发明的各种实施例中独立地被实现，或者可以在其他实施例中被组合。
【附图说明】
[0014]结合以下描述、随附的权利要求以及附图，本公开的这些和其他特征、方面以及优势将变得更加易于理解。
[0015]图1是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统的示意图，该系统将DC/DC转换器用于虚拟单元。
[0016]图2是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统的示意图，该系统将AC/DC转换器用于虚拟单元。
[0017]图3是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统的操作的方法的概述的流程图。
[0018]图4是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于图1和图2的电池热管理的系统的操作的方法的流程图。
[0019]图5是根据本公开的至少一个实施例的图4所公开的方法的虚拟单元放电子例程的流程图。
[0020]图6是是根据本公开的至少一个实施例的图4所公开的方法的虚拟单元充电子例程的流程图。
【具体实施方式】
[0021]在此公开的方法和装置提供了用于电池热管理的虚拟单元的可操作系统。所公开的系统提供控制来自电池内的热产生的解决方案，使得电池的温度总保持在安全限制内，而不需要妥协于正常的负载需求。具体地，在所公开的系统的操作期间，该系统感测各电池单元的温度，识别接近或者超过最大温度限制的一个单元或者多个单元，并且减小妥协(compromise)的一个单元或者多个单元的电流，使得产生较少的热。因此，该系统能够防止一个或多个电池单元过热和/或达到热失控。
[0022]如之前提到的，用于执行电池热管理的常规方法仅涉及主动地或者被动地在外部将热从电池带走。本公开改为直接管理来自电池内的热产生以执行电池热管理，同时使用常规的外部冷却系统。本公开要求测量电池单元的温度，并且部分地关注于温度管理以防止过热。
[0023]具体地，所公开的系统首先感测各电池单元的温度，并且识别接近或者超过最大温度限制的(多个)电池单元。接着，该系统减小(多个)妥协的电池单元的电流负载，使得(多个)电池单元产生较少的热，由此，达到较低和稳定的温度水平。由(多个)妥协的电池单元的负载减少产生的电流赤字由与(多个)电池单元并联连接的虚拟单元(例如，主动控制的双向直流/直流(DC/DC)转换器或者交流/直流(AC/DC)转换器)补偿。
[0024]所公开的系统能够:(I)减小具有接近或者超过最大温度限制的温度的电池单元的电流，以及(2)通过使用虚拟单元补偿由电池单元电流减小引起的电流赤字，以满足由负载确定的整个电池电流要求。因此，所公开的系统能够先发控制电池温度，这通过常规的电池热管理系统当前是不可能的。所公开的系统控制电池热产生，使得温度在全部时间都保持在安全区域内，由此，防止系统过热。
[0025]在以下描述中，为了提供更加彻底的系统描述，陈述了许多细节。然而，对于本领域技术人员来说显然的是，所公开的系统可以在没有这些具体细节的情况下被实施。在其他实例中，没有详细描述公知的特征，以避免不必要地使该系统模糊。
[0026]图1是根据本公开的至少一个实施例的所公开的用于电池热管理的系统100的示意图，该系统将DC/DC转换器IlOaUlOb用于虚拟单元110a、110b。在该附图中，针对系统100描述了 6个主元件。第一主元件是电池组120 (例如，电池单元阵列，其也被称作“电池阵列”)。电池组120包括MXN个电池单元130a-130f，其中有M个层(即，行)，每层中有N个单元(即，列)。电池单元130a-130f互相连接，使得全部M个层中的每一层具有并联连接的N个电池单元130a-130c，并且全部M个电池单元层串联连接。这种配置生成了 MXN电池阵列120。
[0027]数字M和N可以是任意的，但是M大于或者等于(彡)1且NS I。对于位于第M层和第N列的电池单元130f，该电池单元130f的变量由下标(M，N)标示。电池单元130a-130c的顶层的正极端子连接在一起，并且形成电池组120的正极端子140。底层电池单元130d-130f的负极端子连接在一起，并且形成电池组120的负极端子150。
[0028]第二主元件是虚拟单元110a、110b。在该附图中，对于每个虚拟单元110a、IlOb采用DC/DC转换器。任何类型的电流双向DC/DC转换器可以被用于虚拟单元110a、110b。同样，对于每层电池单元130a-130f采用一个虚拟单元110a、110b (例如，对于电池单元130a-130c的顶层采用