电池单元位置确定的制作方法

本公开涉及电池技术和能量电池领域，并且公开了用于确定电池单元在包括多个电池单元的电池系统内的位置的解决方案。具体地，本公开的实施例涉及用于确定电池单元在包括多个电池单元的电池系统内的位置的方法和系统。

背景技术：

1、包括多个电池单元的电池系统广泛用于现代电力应用。例如，它们用于为电动汽车供电，用于工业电力应用、交通运输以及诸如为现代电子装置供电等商业应用。考虑到此类应用的相对高的电力需求，电池系统常常包括耦合在一起的多个电池单元以实现所需的电力输出。电池单元可以耦合在一起以形成电池组，并且电池系统可以包括一个或多个电池组。

2、常见的是将电池系统连接到电池管理系统，该电池管理系统被配置成确保电池系统在其安全操作区域内操作。安全运行区域定义为电池系统预期在没有自我损坏的情况下运行的电压和电流条件。有关更多详细信息，感兴趣的读者可以访问以下维基百科网站：https://en.wikipedia.org/wiki/battery_management_system。

3、在某些已知应用中，电池组的性能特性可以被监测并转发至中央电池管理系统以用于安全且有效地控制电池系统。监测系统将典型地监测电池组中每个电池单元的电压和电流。

4、如果电池组的电池单元中的任一者开始表现得与其他电池单元不同，则知道错误电池单元物理位于电池系统内何处是有用的，因为该单元的位置可能影响检测到的测量，并且还可能影响故障的相关性。

5、例如，位于冷却剂入口附近的电池单元预计会比位于冷却剂出口处的电池单元更冷。如果实际上发现入口处的电池单元比出口处的电池单元更热，则这可以指示故障。

6、同样地，潜在故障的严重性可以取决于关联单元在电池系统内的位置，因为取决于单元在电池系统内的位置，故障可能潜在地引发灾难性连锁反应。

7、例如，与位于电池系统的角落附近的与单个单元物理接触的过热单元相比，位于电池系统内中心的在其所有表面上与相邻单元接触的过热单元可能造成更大的引起连锁反应的风险。

8、如果无法确定故障单元的位置，则当在电池系统内的电池单元中识别出故障时，常见的是更换整个电池系统。这往往将导致电池系统内一些原本功能正常且操作正常的个体单元被丢弃，并且可能导致功能单元的严重浪费。

9、电池系统中所有项目的可追溯性对于质量保证也是合乎期望的。

10、电池系统的性能和可靠性往往取决于系统中最弱的电池单元。电池管理系统能够监测并识别包含弱电池单元的电池组。然而，只有可以确定要更换的电池单元的位置时，才可以识别并更换故障电池单元。

11、能够识别电池系统内的个体电池单元的位置在产品召回的背景下也是有益的。例如，如果确认一批次电池单元具有共同故障，则可能有必要更换这些单元。然而，如果此类单元分布在用于多个装置的电力系统中，则单元的此种召回可能涉及可以合并来自特定批次的单元的所有装置的召回。然而，如果可以确认来自受影响批次的单元的位置，则产品召回的规模可能是有限的。

12、由于所有这些原因，知道电池系统内受监测电池单元的相对位置可能很重要。

13、图1a是已知的现有技术电池系统100的示意图，该电池系统包括多个电池组110、120、130。每个电池组包括多个电池单元115。每个电池组110、120、130内的单元115通常串联连接，并且每个电池组110、120、130包括端子116，使得能够从电池组汲取电力。在图1a中，电池组110、120、130彼此串联连接。每个电池组110、120、130可以包括监测装置140，该监测装置被配置成测量关联电池组110、120、130的性能特性。监测装置140可以被布置成由其相应电池组110、120、130供电。在图1中，标号md1、md2和md3用于区分耦合到每个电池组110、120、130的监测装置140，并且这些监测装置串联(菊花链式)耦合，从而形成终止于电池管理系统(bms)150的通信信道145。

14、在图1a的现有技术系统中，识别与由电池管理系统150接收的测量数据相关联的电池组110的问题可以基于存在于与电池管理系统150共享的通信信道145上的节点之间的层级关系来解决。为了说明这一点，考虑电池管理系统150经由共享通信信道145可操作地连接到md3的示例，如图所示。为了确定md 140的层级配置，电池管理系统150查询直接连接到它的监测装置140(即，md3)的唯一id。md3响应提供其唯一id#1241的电池管理系统150。电池管理系统150现在知道直接连接到它的md3的唯一id。电池管理系统150随后可以要求md3获得直接连接到md3的下一个监测装置140的唯一id，即，md2的唯一id。md2通过向md3提供其唯一id#1238来响应md3的请求，随后该唯一id被转发到电池管理系统150。电池管理系统150现在知道了md2的唯一id，并且知道md2可操作地串联连接到md3。电池管理系统150随后可以经由md3向md2查询串联连接到md2的任何监测装置140的唯一id。以与md3所做的类似的方式，md2向md1查询其唯一id,#1235，该唯一id被转发到电池管理系统150。以这种方式，电池管理系统150能够确定电池系统100内串联连接的所有监测装置140的通信层级，该通信层级由监测装置物理上连接到电池管理系统150的次序限定。电池管理系统150能够使用关联监测装置的唯一id与电池系统100内的md 140中的任一个通信。应理解，每个监测装置140占据通信层级中的不同级别。每个监测装置140仅能够与其相邻的md 140直接通信，除非主体监测装置140与电池管理系统150相邻。对于给定的监测装置140，例如md1，与电池管理系统150的通信需要使用沿着md1与电池管理系统150之间的通信信道145设置的居间md 140作为代理。

15、图1a的现有技术系统的缺点在于它不能使电池管理系统150或监测装置140确定个体电池单元115在电池组110、120、130内的位置。特别地，电池管理系统150或监测装置140都不能使从特定电池单元115接收的电池单元数据与特定电池单元的位置相关联。例如，对于给定的电池组110，md1不可能确定电池单元c7的位置。因此，一旦根据接收到的测量数据识别出电池组内的电池单元的潜在故障，仍然要整体更换与故障电池单元相关联的整个电池组110。

16、图1b展示了另一已知的现有技术系统，其中电池组170内的每个电池单元160硬连线到监测装置180。可以在电池组170的组装期间映射每个电池单元c1-c12在电池组170内的位置。在使用中，监测装置180从单元c1-c12中的每一个单元接收测量数据，并且可以基于预定义的单元映射信息来确定接收到的测量数据的来源。图1b中展示的监测装置180可以按与图1a的现有技术系统相关地描述的类似方式串联连接(图1a中的连接145)。替代性地，每个测量装置180可以经由直接有线连接(图1b中的连接145)直接连接到电池管理系统。此类配置是有利的，因为不存在强加于电池管理系统150的通信层级，而是通过直接有线连接而不使用任何代理来与每个测量装置180进行通信。在电池组的组装期间，可以映射并存储每个组170的位置、每个电池单元c1-c12在组内的位置以及其关联监测装置180的位置，以供后续使用。可以使用预定义的位置映射数据来确定与接收到的m数据相关联的单元的位置。

17、图1b的现有技术系统的缺点在于它需要在组的组装期间映射电池单元位置信息，这增加了制造时间和关联成本。进一步地，图1b中展示类型的现有技术系统受到电池管理系统150与监测装置180之间的连接数量的限制，并且与诸如图1a中展示的系统相比较而言，这可以限制此类系统的灵活性，在图1a中，可以将附加的监测装置添加到链的一端而不改变电池监测系统。

18、本公开的至少一些实施例的目的是解决现有技术系统的一个或多个缺点。

技术实现思路

1、本公开的一个方面提供了一种用于确定与多个电池单元中的一个或多个电池单元相关联的无线电接收器在电池系统内的位置的方法，其中无线电接收器经由近场无线电耦合通信地耦合到布置为环路的天线。根据该方法，在天线周围的第一方向并且然后第二方向上发送不同频率的多个信号。然后基于由无线电接收器观察到的在天线周围的不同方向上发送的信号的相位差随频率的观察变化率来确定无线电接收器的位置。

2、本公开的方法可以用于确定无线电接收器在电池系统内的位置，而不管任何预先存在的通信层级如何，并且系统不受电池管理系统与无线电接收器之间的物理连接的数量的限制。所确定的位置信息可以用于补充现有电池故障检测系统，并且用于协助识别有故障的单元的位置以用于更换，或者用于追踪单元以用于质量保证。

3、本公开的另一方面提供了一种电池系统，其可操作以将无线电接收器的所确定的位置与同该无线电接收器相关联的标识符相关联。该电池系统包括被配置为环路的天线以及与系统中的电池单元相关联的多个无线电接收器。无线电接收器经由近场无线电耦合与天线通信地耦合在沿着天线的长度的不同位置处。在使用中，控制器使无线电管理器在天线周围的第一方向并且然后第二方向上发送不同频率的多个信号，并且基于在无线电接收器处观察到的在天线周围的不同方向上发送的信号的相位差随频率的观察变化率来确定无线电接收器沿着天线的长度的位置。

4、在一些实施例中，由沿着天线的长度布置的不同无线电接收器观察到的相位差的变化率的相对差异可以用于确定无线电接收器沿着天线的长度的排序。在其他实施例中，可以基于在天线周围的不同方向上发送的信号的相位差随频率的观察变化率以及关于电池系统内的天线的配置的信息来确定无线电接收器在电池系统内的绝对位置。

5、本公开的另一方面提供了一种维护电池系统的方法，在该电池系统中使用了多个监测装置来监测电池单元的特性，该方法包括：确定与一个或多个电池单元相关联的故障状况已经发生；以及确定监测具有指示故障已经发生的特性的电池单元的监测装置的位置，其中监测装置的位置通过以下确定：在天线周围的第一方向并且然后第二方向上发送不同频率的多个信号；基于由监测装置观察到的在天线周围的不同方向上发送的信号的相位差随频率的观察变化率来确定该监测装置沿着天线的长度的位置。当已经确定了监测故障单元的监测系统的位置时，就可以更换该单元。

6、本公开的另一方面提供了一种用于电池系统的控制器，其包括处理器和存储器，其中存储器存储处理器可实现的指令，以使处理器指导无线电管理器在被配置为环路的天线周围的第一方向并且然后第二方向上发送不同频率的多个信号；并且基于在无线电接收器处观察到的在天线周围的不同方向上发送的信号的相位差随频率的观察变化率来确定无线电接收器沿着天线的长度的位置；以及将所确定的位置与同无线电接收器相关联的标识符相关联。

7、根据本公开的另一方面，提供了一种用于电池系统的监测装置，其包括无线电发送器、无线电接收器、处理器以及存储器，其中存储器存储处理器可实现的指令，该指令使处理器：处理由无线电接收器接收的在被配置为环路的天线周围的不同方向上发送的不同频率的信号，并且确定在天线周围的不同方向上发送的相同频率的信号之间的相位差；以及使无线电发送器发送指示观察相位差的数据。

8、本公开的进一步的方面提供了一种用于配置控制器或监测装置的非暂时性计算机可读介质。