用于电池管理的系统和方法与流程

用于电池管理的系统和方法交叉引用本申请要求提交于2010年9月2日的美国临时申请号61/379,671的权益，通过引用将该申请整体并入本文。技术领域本申请涉及用于电池管理的系统和方法。

背景技术：
BMS又称电池管理系统，是控制先进储能系统的一些或所有方面的一个设备或多个设备。可以控制的一些方面包括监控每个单体(cell)或储能单体组的电压、监控电流、监控一个或多个储能单元各处的温度、计算充电状态(SoC)、计算和/或跟踪健康状态(SoH)和/或更改充电状态以平衡存储单元电压或SoC。BMS可用于任何数目的应用，范围从车辆到蜂窝电话，到膝上型计算机，到大型固定电网平衡站等。BMS通常将用于包含以串联/并联配置连接的许多单体的先进电池系统，但BMS有时亦可用于诸如在车辆应用中的、需要来自电池的较长寿命的不很先进的电池系统，或者要求对其单体电压和SoC施以精确控制的超级电容器系统。任何系统中的电池管理系统均可向中央计算机回报关于系统的信息，或者自行控制电池系统的各个方面。BMS的大部分功能将在具体应用的设计阶段确定，然而，其将总是用来收集关于电池系统的数据和计算重要参数，继而传输或使用该数据来调节储能系统的各个方面。所需的是改进的电池管理系统，以更好地平衡和管理单体。

技术实现要素：
本发明提供改进的电池管理系统和方法。本文所描述的本发明的各个方面可应用于下面所阐述的任何特定应用。本发明可作为独立电池管理系统或者作为用于电池管理的综合解决方案的组成部分来应用。可选地，本发明可无缝集成到现有商业和电池管理过程之中。应当理解，可以单独地、共同地或相互结合地领会本发明的不同方面。根据本公开的实施方式描述了以下方面：1)在一个实施方式中，电池管理系统包括：多个局部模块单元，其中每个局部模块单元至少监控来自多个电池单体的单体电压、温度、湿度和电流；至少一个包主机板，用于集合来自多个局部模块单元的数据并与之通信；储能主机，用于与车辆主控制器接合；以及外部充电器，该外部充电器与车辆主控制器通信。包主机板与储能主机通信以指挥多个电池单体之间的电荷转移。2)如项目1)所述的系统，其中所述系统用于电动车辆。3)如项目1)所述的系统，其中所述车辆主控制器通过充电站接口与所述外部充电器接合。4)如项目2)所述的系统，其中电池单体组形成电池模块，并且电池模块组形成电池包，并且成对的电池包形成串，并且在所述电动车辆中包括可变数目的串；并且一个局部模块单元监控每个电池模块。5)如项目1)所述的系统，其中所述包主机板使用串行外围接口总线与所述多个局部模块单元通信。6)如项目1)所述的系统，其中所述包主机板在控制器区域网上与所述储能主机通信。7)如项目6)所述的系统，其中所述控制器区域网为ISO11898。8)如项目1)所述的系统，其中所述包主机板使用单一控制器区域网总线与所述储能主机通信。9)如项目1)所述的系统，其中所述包主机板监控所述多个局部模块单元的模温。10)如项目1)所述的系统，其中所述包主机板与所述储能主机通信，以通过将能量从所述多个电池单体缓存入电容器中并继而通过使用所述局部模块单元来接通使电荷移入选自多个电池单体之中的单一电池单体的晶体管而将缓存的能量转移至所选单一电池单体之中，来指挥所述多个电池单体之间的电荷转移。11)如项目10)所述的系统，其中所述晶体管能够连续地通过超过3安培。12)如项目10)所述的系统，其中所述电容器的额定值为每个通道20瓦。13)如项目1)所述的系统，其中电池单体组形成电池模块，并且还包括隔离DCDC转换器，所述隔离DCDC转换器连接至所述电池模块以对所述电池单体组的所选电池单体充电。14)如项目1)所述的系统，其中每个局部模块单元包括液体指示器或熔断指示器。15)如项目10)所述的系统，其中所述局部模块单元包括多单体电池堆监控微处理器芯片。16)一种用于电动车辆高效电池管理的方法，包括：使用多个局部模块单元监控来自多个电池单体的单体电压、温度、湿度和电流，其中，电池单体组形成电池模块并且电池模块组形成电池包，并且成对的电池包形成串；使用至少一个包主机板集合来自所述多个局部模块单元的数据以及与所述多个局部模块单元通信；从所述至少一个包主机板向储能主机以及从所述储能主机向所述至少一个包主机板通信信息；从所述储能主机向车辆主控制器以及从所述车辆主控制器向所述储能主机通信信息；以及从所述车辆主控器向外部充电器通信，其中当检测到电压失衡时，所述包主机板与所述储能主机通信，以指挥所述多个电池单体之间的电荷转移。17)如项目16)所述的方法，还包括监控所述多个电池单体的健康状态以及基于该健康状态而绕过电池包内的电池单体。18)如项目16)所述的方法，还包括如果由所述多个局部模块单元检测到短路，则断开电池包。19)如项目16)所述的方法，还包括如果检测到电流失衡，则断开串。20)一种用于电动车辆的电池管理系统，包括：多个初级处理器模块，其用以监控电池单体组，其中每个初级处理器模块至少监控所述电池单体的单体电压、温度、湿度和电流；多个二级处理器模块，其用以从所述多个初级处理器模块收集关于所述电池单体组的信息；以及三级处理器模块，其用以从所述多个二级处理器模块收集信息以传递至车辆控制器或外部充电器控制器，其中所述二级处理器模块与所述三级处理器模块通信以指挥所述电池单体之间的电荷转移。当结合以下描述和附图考虑时，将进一步领会和理解本发明的其他目标和优点。虽然以下描述可包含对本发明特定实施方式加以描述的特定细节，但不应将此解释为对本发明范围的限制，而是作为优选实施方式的范例。针对本发明的每个方面，本文中所提出的、由本领域一般技术人员所公知的许多变化均有可能。在不脱离本发明精神的情况下，可在本发明范围内做出多种改变和更改。援引并入在本说明书中提及的所有公开、专利以及专利申请均通过引用而并入于此，如同每个单独公开、专利或专利申请被明确地且单独地指示为通过引用而并入。附图说明在随附权利要求中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：图1图示了根据本发明的实施方式的电池管理系统的架构的示例。图2图示了根据本发明的实施方式的各层次控制器的总体系统架构的示例。图3图示了根据本发明的实施方式的包和串内的布置和互连的示例。图4图示了根据本发明的实施方式，用来实现局部模块单元的电路的一个示例。图5图示了根据本发明的实施方式的局部模块单元的布局的示例。图6图示了根据本发明的实施方式的架构的示例，车辆主控制器通过该架构与储能主机接合以控制电池包的操作。图7A图示了根据本发明的实施方式的储能主机的连接的框图的示例。图7B图示了根据本发明的实施方式的储能主机的行为示例的流程图。图8图示了根据本发明的实施方式的包主机单元的示例的框图。图9图示了根据本发明的实施方式的包主机单元的架构的示例。图10图示了对根据本发明的实施方式的包主机单元的行为加以图示的流程图的示例。图11图示了根据本发明的实施方式的局部模块单元的框图的示例。图12图示了根据本发明的实施方式的局部模块单元的架构的示例。图13图示了根据本发明的实施方式的SPI接口的时序的示例。具体实施方式在以下详细描述中，为了提供对本发明的透彻理解而阐述了大量具体细节。然而，本领域中一般技术人员将会理解，可在无这些具体细节的情况下对本发明予以实践。在其他情况下，未详细描述众所周知的方法、程序、组件和电路等，以免使本发明含糊不清。对所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员将显而易见，并且本文中定义的一般原理可应用于其他实施方式。本发明并不旨在局限于所示和所述的特定实施方式。锂离子电池系统要求贯穿其整个寿命的单体平衡，以便保持电池的最大量的可用能量和最大的循环寿命。根据本发明的实施方式的电池管理系统(BMS)可平衡这些单体，并创建与在其中安装有所述电池的系统的其余部分的通信和控制链接。该系统的有效性受到此系统的组织和实现方式的高度影响。由于所有的电池类型均可从电池平衡中受益，并且该系统可通过改变主包(masterpack)中的固件而对其他化学作出反应，因此利用适当程序控制平衡和充电，在本文中进一步描述的用于实现BMS的系统和方法可适应于其他类型的单体化学。在本发明的实施方式的一个方面中，提供了电池管理系统(BMS)。如下文所进一步描述，BMS的物理布局可包括许多局部模块单元(LMU)，所述局部模块单元具有低量的处理能力，以提供模块层次的局部信息。每个局部模块单元可经由相对较长的隔离通信链接而附接至中间控制器，该中间控制器整合信息并做出关于电池平衡的决策。中间控制器可将宏观层次信息中继到储能主机(ESM)控制器，而储能主机可做出关于储能系统的高层次决策，并潜在地控制充电算法和通信。该主机层次控制器还可向控制器区域网(CAN)上的其他控制器提供反馈，该控制器区域网例如为可定义物理层的ISO11898，但具体的通信语言并不重要。作为结果，速率非常高的单体平衡创造了在以非常高的速率对储能系统充电的同时使单体平衡的机会。这样的速率可超过储存系统的C速率的五倍。此外，速率非常高的单体平衡是以极高充电速率对电池充电的关键。可以使用电阻分流泄放或采用隔离DC-DC转换器的主动平衡或电容开关，或者本领域从业人员已知的任何其他方法，来实现平衡。系统架构：参考图1，在一个实施方式中，电池管理系统包括若干个子系统块、储能主机单元100以及牵引包系统104。储能主机可与车辆主控制器(ZR32-A)101接合，该车辆主控制器101具有通过CAN或其他通信方法的方式从储能主机100到外部充电器102的通路。车辆主控制器101可直接地或通过充电站接口与外部充电器102接合。储能系统可包括电动车辆中的若干个电池串103。在这些串103中的每一个内，可存在包104，并且每个包含有若干个电池模块。牵引包104可通过第二CAN总线与储能主机100通信。两个包104可构成串103。包可由包主机来控制，所述包主机可使用用于整个系统的单一CAN总线与储能主机100通信。每个包主机可使用串行外围接口(SPI)总线与其局部模块单元通信。可以将局部模块单元与包主机通信相隔离。在一个实施方式中，电池模块各自包含10个棱柱电池单体，每个包有8个电池模块、每个串有2个包，并且每个车辆有可变数目的串(通常有3至4个)。参考图2，其图示了各个层次的控制器的总体系统架构的示例。在一个实施方式中，系统架构包括三个模块——用以监控各组电池单体的一个模块201、用以收集关于单体组的其他信息的第二处理器模块202、以及从每个单体组处理器获取高层次信息以进行处理和传递至其他车辆控制器或充电器控制器的第三模块203。在这种实现中，单体组监控器201可观测从4个至12个之间任何数目的单体，并且除监控器的模温之外监控多达8个温度。另外，监控器201可控制组中单体之间的放电或电荷转移。第二处理器模块202监控所有单体组电压和温度，并使用该信息来指挥每个单体组201中单体之间的放电或电荷转移。可以将多达16个单体组连接在一起并利用单一处理器模块202对其加以控制。在本实现中，第三控制器模块203通过电隔离的CAN通信模块与处理器模块通信，然而这种通信方法并不是必须的。可以使用任何传导性的、光隔离的或磁耦合物理通信方法，经由CAN、RS-485或本领域技术人员已知的一些其他多主通信标准进行通信。该通信主控制器203可与经由标准而可用的任意多的单体组控制器202链接；在本实现中，控制器203连接至6个或8个单体组控制器201。每个电池模块可包括作为下面进一步描述的板的局部模块单元。单体组模块层次上的单体平衡能够以多种方式实现。在一个实现中，可由单体组控制器202指挥单体组模块201以例如每单体高达20W的功率使单体放电。热量通过电路板消散，并且还可传递至热沉以获得更快的放电速率。以高速率清除能量使得模块201内的电池单体能够非常快速地平衡。作为使单体向电阻器中放电并产生热量的替代，可以经由电荷穿梭例程(chargeshuttlingroutine)来完成电荷平衡。可将能量从一个或许多个单体缓存入电容器或超级电容器中，继而通过使用单体组模块201来接通将电荷移入单体的晶体管来将能量转移至单一的单体中。通过使用额定为模块的最大电压的晶体管层次组件，系统可以为通过晶体管附接至储能设备的所有单体提供隔离。如果快速连续地完成，则模块201可将能量从总体模块201移入特定单体之中，从而产生高效的平衡方法。仍然可以利用电阻器来相对于其他模块降低模块电压。使用这种方法允许由单体组控制器202控制的单体完全平衡，并且通过使用智能控制，能够使连接至与储能主机控制器203相连的大型网络的每个单体平衡。第三平衡可能性将会是使用于模块层次上附接的隔离DCDC转换器，其可以基于模块上任何一个单体处的晶体管开关来对单个的单体充电。其他BMS系统具有由本发明的实施方式所解决的多个缺点。例如，其他BMS系统可能要求相当数目的导线(例如，每个包144个)，这可能导致额外的组装工作、庞大的配线线束、更多的故障点以及增加的重量。另外，其他BMS系统往往不具有足够的电压分辨率，其可能不足以平衡具有2.3V额定电压的单个电池。最后，其他BMS系统可能不适合于以6C速率对储能系统进行快速充电。特别是，可能无法在充电事件期间实现主动单体平衡。通过利用多单体电池堆监控微处理器芯片，例如来自LinearTechnology的LT-6802-1，可以大大降低所需配线的复杂度。因此，可以要求较少的配线来从各组单体收集数据和从每个单体和模块发送能够集合回储能主机以供决策的整合信息。可以使用多单体电池堆监控微处理器芯片作为局部模块单元上的中央处理器。这可以支持BMS的简化，而这种简化可允许移除多余的配线(例如，每包移除140个导线)。还可以改善电压分辨率，例如，总串电压和电流具有处于+/-0.05V高分辨率的可选择单体电压。多单体电池堆监控微处理器芯片，例如来自linearTechnology的LT-6802-1的使用可具有若干个益处，包括：支持6C速率下的快速充电、6C速率下快速充电期间的主动平衡，对比于1W的典型值使用每个电池20W的泄放电阻器。其他益处可包括：电池包中的湿度或水检测(可以帮助检测包背外壳的完整性受损，并且可以提供潜在现场问题的提前警告)、高效的单体平衡(对比于电阻性散热，使能量在单体之间穿梭)、以及用以允许跛行回家模式的每个电池的旁通能力(在减额定功率条件下提供应急功率以跛行回家，并且在间歇发挥功能的单体通常将引发包脱机离线的情况下，可以绕过间歇单体，从而允许将来自该包的一些功率用于车辆推进)。因此，多主实现可以独立地控制电池组，以及向储能主机和电池组的其余部分发送关于包的信息。在控制器之间分发的信息可用于诸如能量跟踪、传感器反馈验证以及电池组信息分发等目的，以允许各组之间的平衡和管理。储能主机控制器可利用诸如充电状态、电流、电压、温度及其他相关信息等电池组信息来与充电器或车辆控制器接合。举例而言，如果无论何时通过BMS检测到短路，则系统可将其中检测到故障的串之中的每个子包断开，而这将会隔离该故障。因此，BMS还保证了在重大碰撞或隔离系统故障情况下所必需的安全水平。因此，集成BMS可支持单体监控、温度监控、单体平衡、串电流监控以及充电器控制集成。BMS可集成到电池包中，以对电池包的串内的较弱电池单体的潜在问题发出早期预警。BMS可提供关于电池模块内的单体电压和温度的反馈，以便保证电池包的健康。参考图3，其示出了包和串内的布置和互连的示例。串中的功率连接可包含串联的两个包，并且这些串联包可与两个其他的包并联。每个包可包含串联连接的8个局部模块单元。每个局部模块单元可平衡同样以串联连接的10个电池单体。每个单体可具有2.3V的额定电压，或与锂化学电池相关的一些其他额定电压。根据其充电状态以及其是正在充电还是放电，单体电压可处于从2.0V至2.8V的范围内。因此，额定系统电压为每个局部模块单元23V、每个包184V以及每个串368V。最高电压为每个局部模块单元28V、每个包224V以及每个串448V。应当(但不一定必须)将所有功率与车辆底盘隔离。局部模块单元可连接在一起以便使用标准通信协议相互通信。例如，SPI通信协议可允许所有的局部模块单元同时通信。此外，每个局部模块单元可具有地址，用以标识该局部模块单元是否应与包主机通信。在一个实施方式中，可将电子组装件设计成使得存在足够的设计裕度以顾及组件公差，并且不超过制造商的规格。就电气最大值而言，在一个实施方式中，包层次最大电压为224VDC，串层次最大电压为448VDC，并且包层次最大操作电流范围为-1200ADC至1200ADC。在一个实施方式中，将选择信号和低功率配线以满足下表：美国线规欧姆/kft最大电流A1220141516182010.15112216.1472425.673.52640.812.22864.91.430103.20.86可以指定每个连接的最大预期电流，以便能够容易地确定适当的线规和连接器引脚额定值。此外，在一个实施方式中，任何非现成品配线可以为18号美国线规(AWG)或更大。在一个实施方式中，选择高功率导线以满足下表：总电路长度包括60％工作循环下的焊接引线和接地引线(基于4V电压降)在一个实施方式中，汇流排可以是1/8"乘1"横截面或更大。就时序而言，在一个实施方式中，在500mS或更短时间内检测到故障。500mS判定是基于发生通信故障，并且在触发故障之前等待5X通信数据速率。在本实施方式中，预期此为检测故障以防止电池受热量、电压(欠压/过压)和电流损坏的最长时间。在一个实施方式中，必须在检测到故障之后500mS内打开接触器，并且对命令的响应必须发生在300mS内(包主机(PM)至EMC为100ms，储能主机(ESM)至车辆主控制器(VMC)为100mS，以及VMC至接触器为60-75mS)。在一个实施方式中，CAN以125kbps进行通信，这按照下表影响最大总线长度。比特率总线长度额定比特时间1Mbit/s30m1μs800kbit/s50m1.25μs500kbit/s100m2μs250kbit/s250m4μs125kbit/s500m8μs62.5kbit/s1000m20μs20kbit/s2500m50μs10kbit/s5000m100μs短截线的线缆长度可限于1米。系统可监控所有单体电压、电流和温度，并且以辐射热的形式泄放掉多余的电压。可对来自诸如牵引马达/控制器的12.5kHz、VFD的～4kHz等若干个可能的车载源的噪声加以处理，使得其不导致非操作。在一些实施方式中，这可以通过高达2500VDC水平的电隔离来实现。来自充电系统的、具有处于7kHz的初次基波和处于14kHz的一次谐波的电压尖峰也不会使系统失能。在一些实施方式中，这可以通过在局部模块单元和CAN收发器处高达2500VDC水平的电隔离来实现。在一个实施方式中，系统可包含满足从-40C至+125C的AEC-Q200-REVC和AEC-Q1O1-REV-C汽车级要求的电子器件。为了满足安全标准，可清楚标记所有高电压阵列，并且系统不可具有任何超过35V的暴露电压。可能期望任何包之间的温差小于20C。这可能是某种单体失衡或故障的迹象。预期上部串和下部串具有超过此量的差异，因此仅可比较同一串内的包。最大充电电流对于整个总线可高达1100A，并且不超过每包325A。顶置应急舱口的打开可禁止充电。图4图示了用来实现局部模块单元的电路的一个示例。在图5中，示出了局部模块单元的布局的示例。图5图示了原型局部模块单元板的一个层。该板可用来在模块层次上监控单体电压和温度，以及将关于模块的信息报告给微控制器。在一些情况下，微控制器可位于局部模块单元本身上，并且可向另一微控制器报告更高层次的信息。车辆主控制器：参考图6，其图示了如下架构的示例：通过该架构，车辆主控制器与储能主机接合以控制电池包的操作。车辆主控制器可与储能主机接合，该储能主机可通过每个电池包上的包主机板接收来自每个电池包的集合数据。每个包可具有其自己的BMS，并因此可作为独立于其他包的完整单元来操作，但亦可与主控制器集成以提供更大的总体功能性，诸如可通过将信息集合及整合到车辆主控制器而实现的功能性。在一个实施方式中，如图6中所示，每个电池模块600可具有局部模块单元601，该局部模块单元601向包主机610馈送数据。包主机610可继而将集合数据发回至可与车辆主控制器相接合的储能主机。储能主机单元可与所有的包主机单元610、总线控制器以及一个或多个路边充电器通信，并且可对每个电池模块600内的所有单体的电压、电流604、温度、湿度、充电状态(SOC)和健康状态(SOH)保持跟踪。因此，每个包可以是可寻址的，并且可在任何时间关于健康和状态受到查询。如果在任何时候存在单个电池单体的问题，则可自动将整个串从服务中移除，以允许车辆在从运行中返回之前以降低容量模式继续运行。储能主机控制器可在必要时向车辆主控制器提供信息，并且可以创建通往车辆的用户友好型储能接口。因此，有可能对车辆的操作具有更大的可见度。为了实现通信，每个电池包可具有BMS线束、保持附接于每个电池模块600的单体的BMS板、接触器611和熔丝612。所有的模块600可与汇流排613串联连接，并且可被固定就位且沿着背面接触热沉，其可使冷却剂流过车辆电冷却系统。冷却系统可以消除从路面辐射的热量，并且可附加地帮助排除由电池单体和电连接生成的少量的热。BMS、接触器611和熔丝612可在末端处具有用于包的隔室，该隔室可在需要修理的情况下从包的下面或顶部进入。在一个实施方式中，车辆主控制器(VMC)可负责从储能主机接收电池数据，向车辆操作员显示充电状态和其他电池信息，以及基于从储能主机接收到的数据来控制接触器的状态。当接触器611打开时，可能意味着其被禁用且未建立连接，而当接触器611闭合时，可能意味着其被启用和连接。如果接触器611关断，则这可能是局部警告或基于使用经由储能主机发往车辆主控制器的CAN请求的错误信号。车辆主控制器可具有与BMS系统无关的附加功能。车辆主控制器可具有安装在车辆中的各个接触器——(1)HV接触器(预充电、HV+、HV-)，(2)电池接触器(串1、串2、串3、串4)，(3)架空充电接触器(AutoChg+、AutoChg-)以及手动充电接触器(ManChg1+、ManChg1-、ManChg2+、ManChg2-)。错误条件可导致要让包接触器611打开或断开的CAN消息请求。一些条件可导致要让接触器611立即打开的请求。举例而言，如果检测到对于总线的超过440伏的电压(相当于每个包220伏)，则可按照以下顺序尽可能快地打开以下接触器，并且可将严重故障告知操作员：(1)打开充电接触器，(2)打开HV接触器，以及(3)打开电池接触器。作为另一示例，如果电流在充电或放电中超过350安培，并且该条件已连续存在达五秒，则可发出将超过该限值的串的接触器打开的请求。在又一示例中，如果温度超过65摄氏度，则可发出打开串接触器并向操作员告知故障的请求。在CAN消息中可报告各种警告条件。这些条件可导致接触器打开，但是可由EMC或车辆主控制器基于由包主机610提供的信息来做出判定。连同警告消息一起，系统可例如通过电池平衡而进行工作，以对问题作出响应或纠正问题。警告消息和系统响应可包括以下各项：(1)对于车辆的超过430V的电压(相当于每个包215V)：车辆应在检测到过压条件之后的500mS至1.5S之间终止充电并打开充电接触器；(2)欠压：正常操作应继续。将不提供警告。充电状态应为此警告的指标；(3)电压失衡：如果任何两个串在彼此的10V内，则其可以连接。如果在两个串之间存在大于10V或10％SoC的差异，则仅连接较高电压或SoC的串接触器。在断开串的同时向驾驶员报告较低性能。当较高电压或SoC串消耗至其处于另一串的10V内的程度时，可连接另一串；(4)电流失衡：对于(在储能主机层次上)测量到的串之间大于100A的电流失衡，不同的串应：(a)如果总串电流为±20A，则请求将串禁用，(b)如果总串电流大于±20A；则不禁用并向操作员指示警告旗标；(5)超过+58C的温度：应向操作员告知温度警告，并且应根据以下限值降低充电和放电的额定值：对于从-30C至70C的温度和从0至100％的SOC，额定值的70％；对于从-30C至70C的温度和从0至100％的SOC，额定值的50％，以及对于从-30C至70C的温度和从0至100％的SOC，额定值的0％。在实践中，可通过简单地在查找表中编程截止限值而用系统来实现任何额定值降低。这对基于单体温度降低包的额定值以防止损坏可能是有用的；(6)-25C以下的温度：将允许正常操作。预计在操作期间，单体温度将增高；(7)丧失包接触器/电池单体/电池错误：将会命令有问题的串接触器打开。接触器将保持打开直至不再存在该条件；(8)丧失不止1个串：将会命令所有有问题的串接触器打开。接触器将保持打开直至不再存在该条件。应将警告告知驾驶员；(9)丧失与储能主机的通信：保持接触器连接。在仪表板上指示黄色警报；(10)丧失与一个或多个包主机的通信：保持接触器连接。在仪表板上指示黄色警报；(11)主开关在充电时关断：必须依次发生以下事件：(a)禁用充电，(b)禁用充电器接触器，(c)禁用HV接触器，以及(d)禁用电池接触器；(12)应急舱口打开：必须依次发生以下事件：(a)禁用充电，(b)禁用充电器接触器，(c)显示屏幕文字“舱口打开！关闭舱口并重新对接以继续充电”，以及(d)锁闭直至车辆移动；(13)车辆在充电时移动：必须依次发生以下事件：(a)禁用充电，以及(b)禁用充电器接触器；(14)接触器熔断：可使用二次检测方法来作出警告。在正常操作期间，当未检测到故障时，可在车辆的每个操作状态中如下配置接触器：(1)车辆断电：所有接触器打开；(2)车辆架空充电：HV接触器闭合、电池接触器闭合、架空充电接触器闭合；(3)车辆手动充电，端口1：ManChg1±闭合、HV接触器闭合、电池接触器闭合；(4)车辆手动充电，端口2：ManChg2±闭合、HV接触器闭合、电池接触器闭合、架空充电接触器打开；以及(5)车辆行驶中：HV接触器闭合、电池接触器闭合、手动充电接触器打开、架空充电接触器打开。储能主机(ESM)单元：参考图7A，其示出了储能主机的连接框图。储能主机700可具有若干个能力。其主要功能是解译(经由连接701和702)发往和来自包主机的车辆主控制器命令。其还收集数据库，用于向车辆主控制器显示牵引包的高/低/平均电压、SOC、SOH以及高/低/平均温度。其对有哪个单体具有温度或电压极值保持跟踪。其还具有关于由SOC所指示的所需电压和电流而与快速充电系统接合的能力。参考图7B，储能主机：(1)从包主机接收和解码消息(711)，(2)编码并向包主机传输消息(718)，(3)从车辆主控制器接收和解码消息(711)，(4)编码并向车辆主控制器传输消息，(5)整合来自包主机的所有消息并向车辆主控制器发送数据(719)，(6)更新串数据并判定存在多少个串(712)，(7)判定是否请求充电模式(714)，以及(8)运行针对四个可用充电状态中正确一个的充电算法(715)。储能主机能够以内部循环运行以便发送CAN总线消息。例如，储能主机内部主循环能够以100ms、250ms和1000ms周期运行以便发送CAN总线消息，并且因此可在每秒的以下时刻发送消息：100ms、200ms、250ms、300ms、400ms、500ms、600ms、750ms、800ms、900ms和1000ms。图7B图示了储能主机的动作的行为框图。在一个实施方式中，用于储能主机的连接器和引脚分配可为如下：接口名：ESMCAN连接到该接口的线缆线束为XCAN。连接器PN：DeutschDT06-3S引脚信号描述电流电压隔离ACANHi黑10mA5V500V连续BCANLow红10mA5V500V连续CShield屏蔽10mA+/-0.3V表1：ESMCAN总线引脚分配接口名称：ESM功率连接到该接口的线缆线束为TBD。连接器PN：OmronS82S-7705引脚号信号描述电流电压扭绞VIN5VDC5V(粉)400mA24VGNDGND接地(白)400mA24V表2：5VESM功率引脚分配包主机单元：图8图示了包主机单元800的示例的框图。在一个实施方式中，包主机单元800具有若干个能力，并且其主要功能是提供作为电池单体串的一半的功率。在一个实施方式中，作为串中的上单元或下单元的包主机单元800的位置是可互换的。包主机单元800还可监控位于电池模块单元内部的所有电池，并且如果超过了某些操作限值则向储能主机报警。包主机单元800可经由CAN消息协议与储能主机通信。包主机单元800可经由SPI从包主机到局部模块单元向局部模块单元通信。微控制器可利用JTAG编程接口或本领域中专家所公知的任何其他编程接口。最佳地，可将引导装载程序加载到包主机单元，该程序允许经由通信CAN总线进行编程。参考图9，包主机单元910可以将包功率(50-240VDC)转换成用于接触器的24-28VDC和用于包主机910的3-5VDC，向包内部的局部模块单元901通信，针对在外部被启用/禁用的包功率控制包内部的接触器911，监控单个单体电压并在需要时指挥向泄放电阻器分流，监控单个电池模块内部的温度，监控包内部的湿度，监控包电流912(+-30A，+-300A)，以及与包外部的任何物件电隔离。在图10中，图示了对包主机单元的行为加以图示的流程图的示例。在步骤1001中，读取SPI总线。如果在步骤1002中已经过1秒，则在步骤1003中从一个模块测量温度。在步骤1004中，包主机单元可检查包启用消息。在步骤1005中，每250mS从LMU读取CAN总线，以及读取模块电压并将其转换成浮点。在步骤1006中，取100个样本的中位数作为电流换能器的度量。如果在步骤1007中电流小于30A，则在步骤1008中包主机单元可使用高电流通道。否则，在步骤1009中，包主机单元可使用低电流通道。在步骤1010中，如果电流小于某个阈值，则包主机单元可使用开路电压来判定充电状态。否则，包主机单元可使用库伦计数来确定充电状态。在步骤1011中，包主机单元可使用经由储能主机发往车辆主控制器的CAN请求来启用接触器。在一个实施方式中，包主机单元的电压范围介于从5VDC+-30mV范围内，来自隔离电源单元(V-InfinityPTK15-Q24-S5-T或等效件。对于SPI：5.0VDCTTL水平，CAT5e非屏蔽连接器。关于隔离，在一个实施方式中为500V连续隔离，并且在一个实施方式中为2500V峰值隔离(即，连续和间歇性的短脉冲)。可以存在两个主软件循环，例如，一个每250mS运行而另一个每100mS运行。在一个实施方式中，用于包主机单元的连接器和引脚分配可为如下：内部接口接口：包信号外部包信号线缆是将每个包主机连接到分线盒的定制线缆。连接器PN：Harting09140022751配对连接器PN：Harting09140022651引脚号信号描述电流电压隔离扭绞124VSW24V开关400mA24V2GND接地，24V返回400mA+/-0.3V3Contactor+连接器控制正1.5A峰值28V4Contactor-连接器控制负1.5A峰值28V5CANACAN总线信号A10mA5V500V连续6CANBCAN总线信号B10mA5V500V连续7Shield屏蔽+/-0.3V8CaseGND底盘接地+/-0.3V表3：外部包信号引脚分配外部包信号连接器将通过内部包Y线缆连接到包主机中的四个不同的连接器。接口：24V包电源模块24V供应给包电源模块。包Y线缆配对。连接器PN：DT06-4S配对连接器PN：DT04-4P表4：24V包电源模块引脚分配接口：5V包主机功率24V供应给包电源模块。包Y线缆配对。连接器PN：DT06-2S配对连接器PN：DT04-2P引脚号信号描述电流电压扭绞1GND接地400mA5V224VSW24V开关400mA5V表5：5V包主机功率接口：接触器控制24至28V，针对32ms阶跃为峰值1.5A且对于GigavacGX15保持电流为0.1A。包Y线缆配对。连接器PN：Spade配对连接器PN：SpadeRecept。引脚号信号描述电流电压扭绞Coil+(红)连接器控制正1.5A峰值28VCoil-(黑)连接器控制负1.5A峰值28V表6：接触器控制引脚分配接口：包主机CAN连接至该接口的线缆线束为XCAN。包Y线缆配对(DeutschDT04-3P)。连接器PN：DeutschDT06-3S配对连接器PN：DeutschDT04-3P引脚信号描述电流电压隔离ACANHi黑10mA5V500V连续BCANLow红10mA5V500V连续C未使用表7：包主机CAN总线引脚分配接口：外壳接地这是包主机上的外壳的附件。包Y线缆配对。连接器PN：RingTerm。配对连接器PN：Bolt引脚号信号描述电流电压CaseGND外壳接地400mA+/-0.3V表8：包主机外壳接地引脚分配接口：包主机SPI连接到该接口的线缆线束为CAT5e。连接器PN：AMP43860-0001配对连接器PN：RJ45样式引脚号信号描述电流电压隔离扭绞1CSSPI芯片选择10mA5V500V连续对32MISOSPI主入从出10mA5V500V连续对33MOSISPI主出从入10mA5V500V连续对24SCKSPI时钟10mA5V500V连续对15GND接地120mA+/-0.3V500V连续对18NC无连接对47NC无连接对465V电源120mA5V500V连续对2表9：包主机SPI通信引脚分配模拟信号连接器可以使用两个变流器(CT)来测量进入和离开包主机的电流。一个变流器的标度针对0A-30A测量，并且另一变流器的标度针对0A-350A测量。接口：CT预调节CT预调节连接器连接到用于电流监控的霍尔效应传感器。连接器PN：DelphiPA6-GB20配对连接器PN：DelphiPA66-GF25引脚号名称描述电流电压扭绞B5V传感器功率100mA5VCGND传感器接地100mA+/-0.3VDHall1第一霍尔-30A至30A10mA5VAHall2第二霍尔-350A至350A10mA5V表10：CT预调节引脚分配高功率连接器该高功率路径可在500安培下熔断。可选择0000AWG焊接线缆或铜汇流排用于高电流导体。4/0焊接线缆的载流容量可达600A，伴有20C的温升。熔丝额定值必须低于配线额定值，以便其在发生对配线的损坏之前打开。接口：包电压使用包电压线束将包的电池电压连接至其他包主机和分线盒。连接器PN：配对连接器PN：引脚号信号描述电流电压1Battery+正电池电压500A500V2Battery-负电池电压500A500V表11：包电压引脚分配接口：LMU端子使用LMU端子将LMU的电池电压连接至包主机。连接器PN：端子配对连接器PN：引脚号信号描述电流电压1Battery+正电池电压500A220V2Battery-负电池电压500A220V表12：LMU端子引脚分配接口：熔丝端子熔丝端子连接到负极至熔丝线缆和熔丝至接触器线缆。连接器PN：端子配对连接器PN：引脚号信号描述电流电压1Battery-负电池电压500A220V表13：熔丝端子引脚分配接口：接触器端子接触器端子连接到熔丝至接触器线缆和连接器至LMU端子。连接器PN：M8×1.25功率端子配对连接器PN：引脚号信号描述电流电压1Battery-负电池电压500A220V表14：熔丝端子引脚分配局部模块单元：参考图11，其图示了局部模块单元的框图的示例。在一个实施方式中，局部模块单元的主要功能是监控位于向包主机发送电压和温度条件的电池模块单元内部的包单体。局部模块单元还可在被包主机告知时接通泄放电阻器。如图11中所示，LTC6802-2是数据采集IC，其能够测量12个串联连接的电池单体的电压。输入多路器将电池连接到12比特Δ-Σ模数转换器(ADC)。LTC6802-2与主机处理器之间的通信由SPI兼容串行接口来处理。LTC6802-2还包含用以平衡单体电压的电路。主机处理器向LTC6802-2内部的配置寄存器写入值以控制开关。开路连接检测算法确保开路不会被误解为有效单体读数。主单体电压A/D测量命令(STCVAD和STOWAD)在单体的电压正在被测量时自动地关断其放电开关。上方单体和下方单体的放电开关在测量期间也将关断。可以使用两个自检命令来验证ADC的数字部分的功能性。应重点注意的是，LTC6802-2不做出关于接通/关断内部MOSFET的决策。如果来自包主机的信号被移除达超过2.5秒，则局部模块单元将关断处于开启状态下的所有泄放电阻器并进入待机状态。如图12中所示，在一个实施方式中，BMS可包括局部模块单元1201，该局部模块单元1201是附接于每个电池模块1200并从每个电池模块1200中的单体收集单体电压1202、温度1203、电流1204和湿度1205的板。局部模块单元可连续监控单个单体电压1202，连续监控单体温度1203，能够将单个单体电压向泄放电阻器分流，可以具有在模块层次上附接的许多个温度、电压或其他传感器。在一个示例中，局部模块单元可具有每单体最大值为32W的总功耗——20W泄放电阻器和12WMosfet开关，能够以～7安培载流绕过被禁用的电池，可具有多达8个温度监控器，并且可具有4个温度监控器和4个外围监控器。可将局部模块单元直接安装至电池模块单元，并且可将SPI隔离板安装至局部模块单元。SPI隔离板可隔离从局部模块单元到包主机的SPI信号。在一个实施方式中，SPI隔离板将从局部模块单元至包主机侧的信号水平针对每个UL1577以2500VRMS隔离1分钟。在一个实施方式中，SPI隔离板要求5VDC+-.5VDC的外部电源，并且具有2.45mA至90mA的电流范围。在一个实施方式中，SPI隔离板将会提供对所施加功率的正指示。SPI隔离板可在SPI被中断或移除时传递时钟信号。在一个实施方式中，用于局部模块单元和SPI隔离板的引脚分配和连接可为如下：接口：J1、J2连接至该接口的线缆线束为CAT5e。连接器PN：AMP43860-0001配对连接器PN：信号引脚描述电流隔离CS1芯片选择10mA500V连续SDO2串行数据输出10mA500V连续SDI3串行数据输入10mA500V连续SCLK4时钟10mA500V连续GND5接地120mA500V连续NC6无连接GND7接地120mA500V连续5VDCIn85VDC120mA500V连续表15：SPI通信引脚分配接口名称：单体平衡接口连接器：MolexMX150、0194180038连接至该接口的线缆线束为电池监控器。连接器PN：MolexMX150、0194290015配对连接器PN：表16：LMU至电池单体接口连接器名称：NTC接口连接至该接口的线缆线束为电池NTC。连接器PN：MolexMX150、0194290010配对连接器PN：信号引脚电流NTC1+1NTC1-2NTC2+3NTC2-4NTC3+5NTV3-6表17：LMU至NTC接口如示，SPI接口的时序可根据图13操作。车辆内的集成：在一个实施方式中，储能系统的设计适应车辆的空间限制。例如，电池包可放置在车辆的地板结构内、地板表面之下、低地板式公交车上，并且能够保持遵守巴士标准所必需的离地间隙和接近/离去角，所述巴士标准例如为由美国公共交通协会(AmericanPublicTransitAssociation)所设定的标准。因此，巴士还可具有常规巴士座位格局。串联电池串中的大容量(50Ah)单体可与附加的串并联放置，并且因此在灾难性故障的情况下的操作明显会比串联单体的并联组更加安全。由于锂单体通常出短路故障，因此如果故障单体与许多其他单体并联，则其他单体通常将会向受损单体中释放尽可能多的能量。通常，首先将单体并联以降低电池管理系统的成本，这是因为每个单体电压都必须得到测量。由于独特的较大容量电池，在串联放置电池之前将其并联不再必要，从而增加整个包的安全性。另外，单体化学中的阳极改变提供本质安全且还处于高得多的功率密度的单体。电池串的数目的进一步变化允许改变储能系统的尺寸，而不必向车辆添加更多的控制或改变其他串的任何物件。冷却系统的集成可将包保持在处于包内所包含的电池化学的限值内的温度。在无系统冷却的情况下，可在快速充电模式下操作储能系统达多个小时而不超过推荐操作温度。电池包还可完全遵从IP67，并且排斥灰尘和水(如果被浸没)。该包可通过两个IP67额定的连接器连接至车辆，作为仅有的通往车辆的电连接，可快速解锁和拉下以便于维护。连接器上的所有接点可以是触摸安全的，并且当连接器被移除时失电。此外，可针对车辆的完整12年循环寿命设定包内的配线和末端的尺寸以及对其加以固定。可以通过比较流经并联串的电流来计量包之间的阻抗匹配，因此允许串内配线和端子附件的预测维护。在一个实施方式中，储能模块包括多个电池单体(例如，10个单体，每个为2.3V、50Ah)。可将模块壳体设计成机械地集成和保护单体以及提供冷却和控制支持。可将电池管理系统连接器集成到模块的前部之中，以进行外部安装电池管理系统板的快速连接。可将端子偏移和分接，以进行附接螺栓的垂直安装和易于组装。可将模块相互隔离以防范潜在的短路。这可以通过铝质热沉的材料选择和后处理来实现。如果通过电池管理系统在任何时候检测到短路，则系统可将串中的每个子包断开，这将在重大碰撞或隔离系统故障的情况下隔离故障以确保安全。在一些实施方式中，能量系统可能能够接受非常高的充电速率和放电速率以及承载大量的能量。钛酸锂技术可能能够在单体层次上在少至1分钟内(60C速率)且在车辆层次上在少至6分钟内(10C速率)从0％SOC充电至90％SOC。在一些实施方式中，可接受的温度范围是-30℃至70℃。在一些实施方式中，系统可在该范围内提供包中超过90％的可用能量，从而产生可让车辆在其中操作的前所未有的温度范围。本发明的所有概念可与其他电池管理系统和方法结合或集成，包括但不限于在美国专利公开号2008/0086247(Gu等人)中所描述的系统和方法，该专利公开在此通过引用而整体并入本文。虽然在本文中已示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域中技术人员而言将显而易见的是，此类实施方式仅仅是以举例的方式提供的。在不脱离本发明的情况下，本领域中技术人员现将想到许多变化、变更和替换。应当理解，在实践本发明时可采用对本文所述的本发明实施方式的各种替代。权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等效项范围内的方法和结构因而也被覆盖。本文所描述的系统和方法的各个方面可实现为编程于多种电路中的任何电路之中的功能，包括可编程逻辑器件(PLD)，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)器件、电可编程逻辑和存储器件和标准基于单元(cell-based)器件以及专用集成电路(ASIC)。用于实现系统和方法的各方面的一些其他可能性包括：具有存储器的微控制器、嵌入式微处理器、固件、软件等。此外，系统和方法的各方面可体现于具有基于软件的电路仿真的微处理器、离散逻辑(连续和组合)、定制器件、模糊(神经网络)逻辑、量子器件以及以上任何器件类型的混合之中。当然，底层器件技术能够以多种组件类型来提供，例如，像互补金属氧化物半导体(CMOS)之类的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)技术、像发射极耦合逻辑(ECL)之类的双极技术、聚合物技术(例如，硅-共轭聚合物以及金属-共轭聚合物-金属结构)、模数混合等。应当注意，可以将本文所公开的各种功能或过程在其行为、寄存器传输、逻辑组件、晶体管、布局几何结构和/或其他特性等方面描述为体现于各种计算机可读介质之中的数据和/或指令。可在其中体现此类格式化数据和/或指令的计算机可读介质包括但不限于各种形式的非易失性存储介质(例如，光学、磁性或半导体存储介质)和可用于通过无线、光学或有线信号传导介质或者它们的任何组合来传输此类格式化数据和/或指令的载波。用载波传输此类格式化数据和/或指令的示例包括但不限于经由一个或多个数据传输协议(例如，HTTP、FTP、SMTP等)在因特网和/或其他计算机网络上进行传输(上传、下载、电子邮件等)。当经由一个或多个计算机可读介质被接收于计算机系统内时，所述系统和方法下的组件和/或过程的此类基于数据和/或指令的表示可以由计算机系统内的处理实体(例如，一个或多个处理器)连同一个或多个其他计算机程序的执行来加以处理。除非另有特别说明，如从以下讨论中显而易见，应当认识到在本说明书各处，利用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等术语的讨论可以完全地或部分地指处理器、计算机或计算系统或者类似的电子计算设备的如下动作和/或过程：所述动作和/或过程操纵被表示为系统的寄存器和/或存储器内的物理(诸如电子)量的数据并且/或者将其变换成被类似地表示为系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。本领域中技术人员还将认识到，在本文中提及的术语“用户”可以是个人以及公司和其他法人实体。此外，本文提出的过程并不固有地与任何特定计算机、处理设备、制品或其他装置相关联。根据以下描述，用于多种此类系统的结构的示例将显而易见。另外，本发明的实施方式并非是关于任何特定处理器、编程语言、机器代码等而描述的。应当认识到，可以使用多种编程语言、机器代码等来实现如本文所描述的本发明的教导。除非上下文另有明确要求，否则在说明书和权利要求中各处，‘包括’、‘包含’等词语应以包括性意义而非排他性或穷举性意义来解释；也就是说，以‘包括，但不限于’的意义解释。使用单数或复数的词语还相应地包括复数或单数。另外，词语‘在本文中’、‘在下文’、‘以上’、‘以下’以及类似含义的词语指本申请整体，而非本申请的任何特定部分。当关于两个或更多个项目的列表使用词语‘或’时，该词语覆盖所述词语的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、以及列表中的项目的任何组合。所述系统和方法的所示实施方式的以上描述并不旨在是排他性的，或旨在将所述系统和方法局限于公开的精确形式。虽然在本文中出于说明性目的描述了所述系统和方法的特定实施方式及其示例，但如相关领域技术人员将认识到那样，在所述系统和方法的范围内可能有各种等效修改。在本文中提供的系统和方法的教导可应用于其他处理系统和方法，而不仅仅用于上述系统和方法。可以将上述各实施方式的元素和动作相结合以提供其他实施方式。根据以上详细描述，可以对所述系统和方法做出这些更改和其他更改。总之，在权利要求中，不应将所使用的术语解释为将系统和方法局限于说明书和权利要求中所公开的特定实施方式，而是应当解释为包括根据权利要求而操作的所有处理系统。因此，所述系统和方法不受本公开的限制，而是完全由权利要求来确定系统和方法的范围。虽然以某些权利要求形式提出了系统和方法的某些方面，但本发明人以任何数目的权利要求形式设想到系统和方法的各个方面。因此，本发明人保留在提交本申请之后增添附加权利要求的权利，以寻求针对系统和方法的其他方面的此类附加权利要求形式。