用于电池管理的虚拟单元方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电池管理。具体地，本发明设及用于电池管理的虚拟单元方法。
【背景技术】
[0002] 当前，典型的常规电池组包含并联和串联连接在一起的电池单元阵列。理想地，该 些电池单元具有相同的内部特性（即电极和隔板（separator)的各种过电位）和外部特性 (即电压和放电容量）。然而，由于电池单元缺陷差异W及由于制造、存储、运输和操作过 程引起的电池单元的不同水平的退化，该实际上是不准确的。相比于并联连接到电池单元 的其他电池单元，有缺陷的或退化的电池单元具有更高的过电位（即外部呈现为更高的内 阻）。有缺陷的或退化的电池单元趋向于产生更多热量，因此引起它自身及其邻近电池单元 过热。该种热量过剩会导致电池的加快退化。
【发明内容】
[0003] 本发明设及一种用于电池管理的虚拟单元方法的方法、系统和装置。在至少一 个实施例中，公开一种用于电池管理的方法。该方法包括基于电池单元的可用容量（例 如，电流（安培）和/或容量（安培小时）），由至少一个虚拟单元通过吸收电流（sinking current)和/或供应电流（sourcing current)对电池组中的电池单元进行电流平衡。在 一个或更多个实施例中，至少一个虚拟单元能够为至少一个退化的电池单元或至少一个耗 尽的电池单元吸收和/或供应电流。
[0004] 在一个或更多个实施例中，本发明教导一种用于基于电池单元的容量对电池单元 进行电流平衡的电池管理方法。所公开的方法包括由虚拟单元管理控制器接收至少一个电 池层的电压和电流。在一个或更多个实施例中，至少一个电池层包含至少一个电池单元。该 方法进一步包括由虚拟单元管理控制器接收电池组的电压和电流。在至少一个实施例中， 电池组包含所有的电池单元。此外，该方法包括由虚拟单元管理控制器通过分析电池组的 电流，确定电池组是否正充电、正放电或空闲。此外，该方法包括在虚拟单元管理控制器确 定电池组正充电或正放电时，由虚拟单元管理控制器确定参考电压。此外，该方法包括由至 少一个电压控制器提供电池组电压到电池组。进一步地，该方法包括由至少一个电压控制 器提供相应的电池层电压到它相关的电池层。在至少一个实施例中，相应的电池层电压取 决于参考电压和至少一个电池层的电压。
[0005] 在一个或更多个实施例中，虚拟单元管理控制器集成在至少一个电压控制器内。 在一些实施例中，当至少一个电池层内有多于一个电池单元时，电池单元在电池层（一个 或更多个）内并联连接在一起。在至少一个实施例中，当有多于一个电池层时，电池层串联 连接在一起。在一个或更多个实施例中，该方法进一步包括由系统控制器记录参考电压、电 池组的电压、电池组的电流、至少一个电池层的电压和/或至少一个电池层的电流。
[0006] 在至少一个实施例中，至少一个电压控制器包含比例积分微分（PID)控制器、脉 冲宽度调制（PWM)控制器、n驱动和/或功率级。在一个或更多个实施例中，功率级是直流 电/直流电值C/DC)变换器。在一些实施例中，DC/DC变换器是隔离双向全桥变换器或隔 离双向半桥变换器。在一个或更多个实施例中，至少一个电池单元连接到保险丝。
[0007] 在一个或更多个实施例中，虚拟单元管理控制器通过使用电池层（一个或更多 个）的最大电压和电池层（一个或更多个）的最小电压确定参考电压。在一些实施例中， 当电池组正在放电时，虚拟单元管理控制器通过进一步使用电池层（一个或更多个）的最 小电流确定参考电压。在至少一个实施例中，当电池组正在充电时，虚拟单元管理控制器通 过进一步使用电池层（一个或更多个）的最大电流确定参考电压。
[000引在至少一个实施例中，公开一种用于基于电池单元的容量对电池单元进行电流平 衡的电池管理系统。所公开的系统包含至少一个电池层。在一个或更多个实施例中，至少一 个电池层包含至少一个电池单元。该系统进一步包含电池组。在一些实施例中，电池组包含 所有的电池单元。此外，该系统包含虚拟单元管理控制器，其用于接收至少一个电池层的电 压和电流；接收电池组的电压和电流；通过分析电池组的电流，确定电池组是否正在充电、 正放电或空闲；W及在虚拟单元管理控制器确定电池组正充电或正放电时，确定参考电压。 进一步地，该系统包含至少一个电压控制器，用于提供电池组电压到电池组；W及提供相应 的电池层电压到与电压控制器（一个或更多个）关联的电池层，其中相应的电池层电压取 决于参考电压和至少一个电池层的电压。
[0009] 在一个或更多个实施例中，该系统进一步包含系统控制器，用于记录参考电压、电 池组的电压、电池组的电流、至少一个电池层的电压和/或至少一个电池层的电流。
[0010] 上述特征、功能和优点能够独立地在本发明的各种实施例中实现或者被组合在其 他的实施例中。
【附图说明】
[0011] 参考下列描述、所附权利要求书和附图，本公开的该些和其他特征、方面和优点将 变得更好理解，其中：
[0012] 图1是示出根据本公开的至少一个实施例的正常的电池单元和退化的电池单元 之间的内阻的差别的示意图。
[0013] 图2是示出根据本公开的至少一个实施例的正常的电池单元和退化的电池单元 之间的放电容量的差别的曲线图。
[0014] 图3是采用电压平衡器的常规电池管理系统的示意图。
[0015] 图4是采用图3中的电压平衡器的常规电池管理系统的示意图，其中在电池组的 放电期间存在退化的电池单元。
[0016] 图5是采用图3中的电压平衡器的常规电池管理系统的示意图，其中在电池组的 充电期间存在退化的电池单元。
[0017] 图6是根据本公开的至少一个实施例的公开的电池管理系统的示意图，该系统实 际上针对每个电池层都采用虚拟电池单元。
[001引图7是图6中公开的电池管理系统的示意图，其示出根据本公开的至少一个实施 例的虚拟电池单元如何提供电流W保护健康的电池单元和退化的电池单元。
[0019] 图8是图6中公开的电池管理系统的示意图，其示出根据本公开的至少一个实施 例的虚拟电池单元如何提供电流W保护健康的电池单元和由于容量衰减而退化的电池单 yn 〇
[0020] 图9是图6中公开的电池管理系统的示意图，其示出根据本公开的至少一个实施 例的两个虚拟电池单元如何提供电流W补偿两个退化的电池单元。
[0021] 图10是图6中公开的电池管理系统的示意图，其示出根据本公开的至少一个实施 例的两个虚拟电池单元如何提供电流W补偿=个退化的电池单元。
[0022] 图11是根据本公开的至少一个实施例的公开的电池管理系统的示意图，该系统 针对每个电池层采用电压控制器并针对虚拟单元采用电压电池管理（VCM)控制器。
[0023] 图12是示出根据本公开的至少一个实施例的公开的用于图11中的示例性系统的 电池管理方法的流程图。
[0024] 图13是根据本公开的至少一个实施例的图11的公开的电池管理系统采用的示例 性电压控制器的示意图。
[0025] 图14是根据本公开的至少一个实施例的可W被图13中的电压控制器采用的示例 性隔离双向全桥变换器的示意图。
[0026] 图15是根据本公开的至少一个实施例的可W被图13中的电压控制器采用的示例 性隔离双向半桥变换器的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 本文公开的方法和装置提供一种用于电池管理的虚拟单元方法的可操作系统。 具体地，该系统针对每个电池层采用电压控制器，而针对虚拟电池单元采用电压电池管理 (VCM)控制器。
[002引本发明教导一种基于虚拟单元方法的智能电池管理系统，用于执行；1)电池单元 退化和故障状态的实时检测，2)电池单元健康和故障管理，W及3)电池单元寿命管理。该 系统集成架构允许所公开的系统并入适合具体电池化学物质的任何充电/放电协议。虚拟 单元提供感测和确定电池单元的充电状态和健康状态的手段。虚拟单元还提供根据电池单 元的健康状况，通过共享电流负载并通过在电池单元之间分配负载，主动管理电池系统的 手段，从而保护健康的电池单元免于过载并保护退化的电池单元不会加快退化过程。本发 明的系统增强电池组性能并延长电池组的寿命。如果所公开的系统用