CN107710548A - 用于双向电流控制的电池***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池***，所述电池***可以包括联接至电气***的能量存储部件。所述电池***还可以包括第一半导体开关设备和第二半导体开关设备。所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备各自选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。另外地，所述电池***可以包括与所述第一半导体开关设备并联联接的第一二极管以及与所述第二半导体开关设备并联联接的第二二极管。进一步，所述电池***可以包括电池管理***，所述电池管理***控制所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备的操作以便选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。所述电池管理***可以基于所述能量存储部件的输出电流测量值选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。

Description

用于双向电流控制的电池***和方法
交叉引用
本申请要求于2015年7月2日提交的题为“智能双向电流控制(SMART BI-DIRECTIONAL CURRENT CONTROL)”的美国临时申请序列号62/188,330和于2016年6月22日提交的题为“用于双向电流控制的电池***和方法(BATTERY SYSTEMS AND METHODS FORBI-DIRECTIONAL CURRENT CONTROL)”的美国申请序列号15/189,741的优先权和权益，并且所述两个申请的全部内容出于所有目的通过引用结合于此。
背景技术
本披露总体上涉及电池***领域，并且更具体地涉及控制流向和流自车辆环境以及其他能量存储/消耗应用中所使用的电池***的电流。
本章节旨在向读者介绍可能涉及本披露各个方面的各领域方面，所述各领域方面将在以下进行描述。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息以促进对于本披露各个方面的更好理解。因此，应当理解的是，这些陈述将从这个角度被解读，而不是作为现有技术的承认。
使用为车辆提供全部或部分动力的一个或多个电池***的车辆可以被称为xEV，其中，术语“xEV”在本文限定为包括以下车辆的全部或其任意变化或组合，所述车辆使用电力用于其车辆动力的全部或一部分。例如，xVE包括利用电力作为全部动力的电动车辆(EV)。如本领域技术人员将理解的，混合动力车辆(HEV)(也被认为是xEV)结合了内燃机推进***和电池供电电力推进***，诸如48伏特(V)或130V***。术语HEV可以包括混合动力车辆的任何变体。例如，全混合动力***(FHEV)可以使用一个或多个电动机、只使用内燃机、或使用以上两种来向车辆提供动力或其他电力。相比而言，当车辆空载时轻度混合动力***(MHEV)禁用内燃机并且利用电池***来继续为空调单元、无线电设备、或其他电子器件供电、以及当期望推进时重启引擎。轻度混合动力***还可以在例如加速期间采用某等级的动力协助来对内燃机进行补充。轻度混合动力通常是96V至130V并且通过皮带或曲柄集成起动机发电机来恢复制动能量。进一步，微混合动力车辆(mHEV)也使用与轻度混合动力类似的“停止-起动(Stop-Start)”***，但是mHEV的微混合动力***可以或可以不向内燃机提供动力协助并且以低于60V的电压运作。出于本讨论的目的，应当注意的是mHEV通常不技术上使用直接提供至曲柄的电力或用于车辆动力的任何部分的传输，但是mHEV可以仍然被认为是xEV因为其在车辆空载且内燃机禁用时不使用电力来补充车辆的能源需求并且通过集成起动机发动机来恢复制动能量。另外，插电式电动车辆(PEV)是可以从外部电源(诸如墙壁插座)充电的任何车辆，并且存储在可再充电电池组中的能量驱动或贡献从而驱动车轮。PEV是EV的子类，所述EV包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)、以及混合动力车辆与常规内燃机车辆的电动车辆转换。
与仅使用内燃机和传统电气***的更传统的燃气车辆相比，上述xEV可以提供许多优点，所述xEV通常是由铅酸电池供电的12V***。例如，与传统内燃机车辆相比，xEV可以产生更少的不想要的排放物并且可以展现更高的燃油效率，并且，在一些情况中，这种xEV可以完全消除对汽油的使用，如某些类型的EV或PEV的例子。
随着技术不断发展，需要提供用于这种车辆的改进的电源，特别是电池模块。例如，由xEV所使用的电力可以被存储在锂离子电池和/或铅酸电池中。因此，这可以有益于改进对电池***操作的控制，例如用于管理锂离子电池和铅酸电池与车辆电气***的联接和解除联接。
发明内容
以下陈述了本文披露的某些实施例的概要。应当理解的是，这些方面仅被呈现用于向读者提供对这些特定实施例的简要概述，并且这些方面不旨在限制本披露的范围。实际上，本披露可以涵盖以下可能没有陈述的各个方面。
本披露涉及一种电池***。所述电池***可以包括联接至电气***的能量存储部件。所述电池***还可以包括第一半导体开关设备和第二半导体开关设备。所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备各自选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。另外地，所述电池***可以包括与所述第一半导体开关设备并联联接的第一二极管以及与所述第二半导体开关设备并联联接的第二二极管。进一步，所述电池***可以包括电池管理***，所述电池管理***控制所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备的操作以便选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。所述电池管理***可以基于所述能量存储部件的输出电流测量值选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。
本披露还涉及一种能量存储***。所述能量存储***包括能量存储部件和车辆的电气***。能量存储***还包括第一半导体开关设备和第二半导体开关设备，所述设备各自选择性地将能量存储部件联接至电气***。另外地，能量存储***包括与第一半导体开关设备并联联接的第一二极管以及与第二半导体开关设备并联联接的第二二极管。进一步，能量存储***包括电池管理***，所述电池管理***包括处理器以及一个或多个有形非暂态机器可读介质，所述机器可读介质包括处理器可执行指令。在接收到用于将能量存储部件联接至电气***的指令时，所述指令指示电池管理***向第一半导体开关设备的第一栅极线提供第一信号以激活第一半导体开关设备。所述指令还指示电池管理***接收能量存储部件的经测量电流。更进一步，所述指令指示电池管理***向第二半导体开关设备的第二栅极线提供第二信号，以便在经测量电流大于预定阈值电流时激活第二半导体开关设备。此外，指令指示电池管理***向第二半导体开关设备的第二栅极线提供第三信号以便在经测量电流小于预定阈值电流时对第二半导体开关设备进行去激活。
本披露还涉及一种电池管理***的有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有可由处理器执行的指令。所述指令包括用于使处理器向第一半导体开关设备的第一栅极线提供第一信号以激活第一半导体开关设备的指令。激活第一半导体开关设备使得电流能够从能量存储部件流经第一半导体开关设备、流过与第一半导体开关设备串联联接的二极管、并且流向电气***。另外地，所述指令包括用于使处理器接收能量存储部件的经测量电流的指令。进一步，所述指令包括用于使处理器向第二半导体开关设备的第二栅极线提供第二信号以便在经测量的电流大于预定阈值电流时激活第二半导体开关设备的指令。激活第二半导体开关设备使得电流能够从第一半导体开关设备流经第二半导体开关设备并且流向电气***。此外，所述指令包括用于使处理器向第二半导体开关设备的第二栅极线提供第三信号以便在经测量电流小于预定阈值电流时对第二半导体开关设备进行去激活的指令。对第二半导体开关设备进行去激活使得电流能够流经第一半导体开关设备、流过与所述第一开关设备串联联接的二极管、并且流向电气***。
附图说明
在阅读了以下详细的描述和在参照附图之后，可以更好地理解本披露的各个方面，在附图中：
图1是根据本方法的实施例的车辆(xEV)的透视图，所述车辆具有为所述车辆贡献全部或部分电力的电池***；
图2是根据本方法的实施例的图1中采用混合动力车辆(HEV)形式的xEV的剖视示意图；
图3是根据本方法的实施例的能量存储部件和车辆电气***架构的示意图；并且
图4是根据本方法的实施例的过程流程图，描述了用于控制电流流向和流自图3的能量存储部件的方法的实施例。
具体实施方式
以下将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简洁描述，并没有在说明书中描述实际实施方式的全部特征。应当理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，必须作出大量实施方式特定的决定以实现开发者的特定目标(诸如符合***相关的和商业相关的约束)，所述目标从一个实施方式到另一个实施方式可能有所变化。此外，应当理解的是，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作。
本文描述的电池***可以用于为各种类型的电动车辆(xEV)和其他高电压能量存储/消耗应用(例如，电网电力存储***)提供电力。这种电池***可以包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有多个电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学电池单元)，所述多个电池单元被安排和电互连以提供可用于为例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。作为另一个示例，根据现有实施例的电池模块可以与固定电力***(例如，非汽车***)合并或者为固定电力***提供电力。另外地，可以理解的是，本文描述的电池***还可以用于向传统燃气车辆的各电气部件提供电力。
基于相对于传统燃气车辆的优点，通常生产传统燃气车辆的制造商可能期望在其车辆线内利用改进的车辆技术(例如，再生制动技术)。经常，这些制造商可以利用其传统车辆平台中的一个作为起始点。因此，因为传统燃气车辆被设计用于利用12伏特电池***，因此可以使用12伏特锂离子电池***来补充12伏特铅酸电池。更具体地，12伏特锂离子电池可以被用于更有效地捕获在再生制动期间生成的电能并且随后提供电能以便为车辆的电气***供电。
随着车辆技术的进步，高电压电气设备也可以被包括在车辆的电气***中。例如，锂离子电池可以为轻度混合动力车辆中的电动机供应电能。经常，这些高电压电气设备利用大于12伏特的电压，例如高达48伏特。因此，在一些实施例中，可以使用DC-DC转换器来对12伏特锂离子电池的输出电压进行升压，以便为高电压设备提供电力。另外地或可替代地，48伏特锂离子电池可以用于补充12伏特铅酸电池。更具体地，48伏特锂离子电池可以被用于更有效地捕获在再生制动期间生成的电能并且随后提供电能以便为高电压设备供电。
因此，关于利用12伏特锂离子电池还是48伏特锂离子电池的设计选择可以直接取决于包括在特定车辆中的电气设备。然而，尽管电压特性可能不同，但是12伏特锂离子电池和48伏特锂离子电池的操作原理大体是相似的。更具体地，如以上所描述的，两者都可以被用于在再生制动期间捕获电能并且随后提供电能以便为车辆中的电气设备供电。
因此，为了简化以下讨论，将针对具有12伏特锂离子电池和12伏特铅酸电池的电池***来描述本技术。然而，本领域普通技术人员能够将本技术应用到其他电池***，诸如具有48伏特锂离子电池和12伏特铅酸电池的电池***，或者甚至12伏特铅酸电池或12伏特锂离子电池本身。
本披露涉及电池和电池模块。更具体地，本披露涉及锂离子电池的电流控制。具体实施例针对可以在车辆环境(例如，混合动力车辆或传统燃气车辆)以及其他能量存储/消耗应用(例如，电网的能量存储)中使用的锂离子电池单元。
更具体地，本披露涉及控制电流从电池流向负载和/或从负载流向电池。当电池充电或放电时，这可能有利于在将电池联接至负载时限制电流在特定方向上流动，以便减小在不期望方向上电流回流的可能性。为了减小电流回流的可能性，同时仍然维持高效的充电率或放电率，可以主动控制开关(例如，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))以防止电流突然改变方向进入或流出电池。
根据前面的想法，本披露描述了用于控制电池***的充电和放电操作以防止电池经历电流回流的技术。控制充电操作的传统方法通常不允许在没有经历不期望回流电流风险的情况下以低电流水平对电池进行充电和放电的机制。例如，传统方法可以包括将电池与电气负载联接和解除联接的功率继电器的变体。这种功率继电器缺少将电流控制在期望方向上的能力、具有有限的运行寿命、可以产生电磁干扰、并且具有相对慢的反应时间等缺点。相比而言，本披露中描述的电池管理***可以基于电流测量值来控制将电池与电气***联接和解除联接的开关，以便控制电池的充电和放电操作并且避免不期望的回流电流。因此，本文在此所描述的技术使得电池能够体验增加的可靠性和性能。
为了帮助说明，图1是车辆10的实施例的透视图，所述车辆可以利用再生制动***。虽然关于具有再生制动***的车辆呈现了以下的讨论，但是本文描述的技术适用于使用电池来捕获/存储电能的其他车辆，所述车辆可以包括电动和燃气车辆。
如以上讨论的，电池***12与传统车辆设计的大程度兼容是期望的。因此，电池***12可以被放置在安装有传统电池***的车辆10中的位置处。例如，如所展示的，车辆10可以包括电池***12，所述电池***被类似地放置在典型内燃机车辆的铅酸电池处(例如，在车辆10的引擎盖之下)。更进一步地，如以下将更详细描述的，电池***12可以被放置成用于帮助管理电池***12的温度。例如，在一些实施例中，将电池***12放置在车辆10的引擎盖之下可以使得通风道能够通过电池***12来引导气流并且冷却电池***12。
图2中描述了电池***12的更详细视图。如所描绘的，电池***12包括能量存储部件14，所述能量存储部件被联接至点火***16、交流发电机18、车辆控制台20并且可选地联接至电动机22。通常，能量存储部件14可以捕获/存储在车辆10中生成的电能，并将电能输出至车辆10中的电力电气设备。
换言之，电池***12可以为车辆的电气***的部件供电，所述部件可以包括散热器冷却风扇、气候控制***、电动助力转向***、主动悬架***、自动停车***、电动油泵、电动超级涡轮增压器、电动水泵、加热式挡风玻璃除霜器、摇窗机构电动机、阅读灯、车轮压力监测***、天窗电机控制件、电动座椅、警报***、信息娱乐***、导航功能、车道偏离警告***、电动驻车制动器、外部光源、及其任意组合。示意性地，在所描绘的实施例中，能量存储部件14为车辆控制台20和点火***16供电，所述点火***可用于启动(例如，用曲柄启动)内燃机24。
另外地，能量存储部件14可以捕获由交流发电机18和/或电动机22生成的电能。在一些实施例中，交流发电机18可以在内燃机24运行时生成电能。更具体地，交流发电机18可以将由内燃机24的转动产生的机械能转换成电能。另外地或可替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以通过将由车辆10移动(例如，车轮的转动)产生的机械能转换成电能从而生成电能。因此，在一些实施例中，能量存储部件14可以在再生制动期间捕获由交流发电机18和/或电动机22生成的电能。由此，交流发电机18和/或电动机22在本文中通常被称为再生制动***。
为了帮助捕获和提供电能，能量存储部件14可以经由总线26被电联接至车辆的电力***。例如，总线26可以使能量存储部件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22生成的电能。另外地，总线26可以使能量存储部件14能够将电能输出至点火***16和/或车辆控制台20。因此，当使用12伏特电池***12时，总线26可以负载通常在8伏特至18伏特之间的电功率。
另外地，如所描绘的，能量存储部件14可以包括多个电池模块。例如，在所描绘的实施例中，能量存储部件14包括根据现有实施例的铅酸(例如，第一)电池模块28、以及锂离子(例如，第二)电池模块30，其中，每个电池模块28、30包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，能量存储部件14可以包括任何数量的电池模块。进一步，能量存储部件14还可以包括超级电容器或被安排在存储部件14内的多个超级电容器。另外地，虽然第一电池模块28和第二电池模块30被描绘成彼此相邻，但是它们可以被定位在围绕车辆的不同区域中。例如，第二电池模块30可以被定位在车辆10的内部之中或附近，而第一电池模块28可以被定位在车辆10的引擎盖之下。
在一些实施例中，能量存储部件14可以包括多个电池模块以便利用多种不同的电池化学成分。例如，第一电池模块28可以利用铅酸电池化学成分，并且第二电池模块30可以利用锂离子电池化学成分。在这种实施例中，可以改进电池***12的性能，因为锂离子电池化学成分通常比铅酸电池化学成分具有更高的库伦效率和/或更高的功率充电接受率(例如，更高的最大充电电流或充电电压)。由此，可以改进电池***12的捕获、存储和/或分配效率。
为了帮助将电力从电池***12提供至车辆电气***(例如，HVAC***和车辆控制台20)中的各部件，能量存储部件14(即，电池模块)包括第一端子32和第二端子34。在一些实施例中，第二端子34可以提供接地连接并且第一端子32可以提供范围在7伏特至18伏特之间的正向电压。在其他实施例中，第一端子32可以提供范围高达48伏特、54伏特、或者更大的正向电压。
如之前提到的，能量存储部件14可以具有可与那些典型铅酸电池相比的尺寸以限制对车辆10设计的修改从而适应电池***12。例如，能量存储部件14可以与H6电池的尺寸类似，所述尺寸可以大约为13.9英寸×6.8英寸×7.5英寸。如所描绘的，能量存储部件14可以被包括在单个连续外壳内。在其他实施例中，能量存储部件14可以包括联接到一起的多个外壳(例如，包括第一电池28的第一外壳和包括第二电池30的第二外壳)。仍然在其他实施例中，如以上提及的，能量存储部件14可以包括位于车辆10引擎盖之下的第一电池模块28，并且第二电池模块30可以位于车辆10的内部之内。
能量存储部件14可以包括第一端子32、第二端子34、第一电池28(例如，铅酸电池)、第二电池30(例如，锂离子电池)、以及电池管理***36。如本文所使用的，电池管理***36通常涉及控制电池***12操作的控制部件，诸如电池模块28和/或30内的控制开关或者交流发电机18中的开关。另外地，如图2中描绘的，电池管理***36可以被布置在能量存储部件14内，或者电池管理***36可以远离能量存储部件14。可以由电池管理***36来控制能量存储部件14的操作。例如，电池管理***36可以调节由每个电池模块28或30捕获/提供的电能的量(例如，用于降低或升高电池***12的速率)、执行电池模块28与30之间的负载平衡、控制电池模块28和30的充电和放电(例如，经由控制开关)、确定每个电池模块28、30和/或整个能量存储部件14的充电状态、激活主动冷却机制、激活短路保护***等等。
因此，电池管理***36可以包括存储器38和处理器40，所述处理器被编程用于执行用来执行这种任务的控制算法。更具体地，处理器40可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器、或其任意组合。另外地，存储器38可以包括易失性存储器(诸如随机访问存储器(RAM))、和/或非易失性存储器(诸如只读存储器(ROM))、光学驱动器、硬盘驱动器、或固态驱动器等。在一些实施例中，电池管理***36可以包括车辆控制单元(VCU)和/或单独电池控制模块的一部分。另外地，如所描绘的，电池管理***36可以被包括成与能量存储部件14分开，诸如独立模块。在其他实施例中，电池管理***36可以被包括在能量存储部件14内。
进一步，电池管理***36可以与联接至能量存储部件14的传感器进行交互。例如，电池管理***36可以从联接至能量存储部件14的温度传感器接收温度指示。电池管理***36还可以测量施加至能量存储部件14或从所述能量存储部件撤销的电流和电压。
另外地，如图2中所描绘的，第一电池28和第二电池30跨第一端子32和第二端子34并联连接，以便使得能够对所述电池进行充电和放电。如以上所描述的，电池端子32和34可以输出存储在能量存储部件14中的电力，以便为车辆10的电气***提供电力。进一步，电池端子32和34还可以向能量存储部件14输入电力，以使得第一电池28和第二电池30能够例如在交流发电机18通过再生制动生成电力时进行充电。
现在转到图3，描绘了能量存储部件14和车辆电气***42的示意图。如上文所讨论的，车辆电气***42可以包括散热器冷却风扇、气候控制***、电动助力转向***、主动悬架***、自动停车***、电动油泵、电动超级涡轮增压器、电动水泵、加热式挡风玻璃除霜器、摇窗机构电动机、阅读灯、车轮压力监测***、天窗电机控制件、电动座椅、警报***、信息娱乐***、导航功能、车道偏离警告***、电动驻车制动器、外部光源、及其任意组合。进一步，如图1中展示的，车辆10的电气***42还可以包括车辆控制台20、点火***16，所述点火***可以用于启动(例如，用曲柄启动)内燃机24和/或电动机22。
图3中还提供的是安排在能量存储部件14与电气***42之间的一对功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)44和46。如所展示的，功率MOSFET 44和46可以被定向为彼此相对。例如，功率MOSFET 44的本征二极管48可以使得当功率MOSFET 44未被激活时方向50上的电流能够流向能量存储部件14同时防止方向52上的电流流向电气***42。相反，功率MOSFET 46的本征二极管54可以使得当功率MOSFET 44未被激活时方向52上的电流能够流向电气***42同时防止方向50上的电流流向能量存储部件14。在这种安排中，当功率MOSFET 44被激活且功率MOSFET 46未被激活时，电流仍然可以在方向52上从能量存储部件14流向电气***42。另外地，当功率MOSFET 46被激活且功率MOSFET 46未被激活时，电流可以在方向50上从电气***42流向能量存储部件14。进一步，所述安排还可以使得当功率MOSFET 44和46两者都被激活时，电流在方向50或方向52上流动，并且所述安排可以在功率MOSFET 44和46两者都未被激活时，防止电流在两个方向50和方向52上流动。
电池管理***36可以用于控制功率MOSFET 44和46的操作。例如，电池管理***36可以沿着栅极线56和58提供激活信号，以分别控制功率MOSFET 44和46的操作。通过沿栅极线56和/或58提供较高信号，功率MOSFET 44和/或46被激活。激活功率MOSFET 44和46生成了跨总线26的一部分的低电阻通路，功率MOSFET 44和/或46沿着所述总线定位。所述低电阻通路使得电流能够跨功率MOSFET 44和46自由地流动。另外地，栅极线56和58可以分别包括电阻器60和62，所述电阻器定位在电池管理***36与功率MOSFET 44和46之间。电阻器60和62可以包括大约10欧姆的电阻，虽然也可以设想其他电阻。进一步，电阻器60和62可以通过限制从电池管理***36提供至功率MOSFET 44和46的栅极的电流来提供电流限制功能。
电池管理***36可以基于从安培计64接收到的电流测量值来控制功率MOSFET 44和46，所述安培计定位在电气***42与能量存储部件14的负极端子34之间。如以下在图4的讨论中更详细讨论的，电池管理***36可以接收电流测量值并且基于所述电流测量读数高于或低于预定电流阈值来控制功率MOSFET 44和46。特别地，为了防止至能量存储部件14或电气***42的回流电流，当所述电流测量值低于预定阈值电压时电池管理***36可以控制功率MOSFET 44或46中的仅一个为激活状态。以这种方式，如果来自或流向能量存储部件14的电流突然转换极性，则未被激活的功率MOSFET 44或46将防止电流在不期望的方向50或52上流动。进一步，可以理解的是，尽管安培计64被描绘成联接在能量存储部件14的负极端子34与电气***42之间，安培计64还可以沿联接在正极端子32与电气***42之间的总线26定位。
可以理解的是，尽管功率MOSFET 44和46在图3中被描绘为单独的功率MOSFET以用于在功率MOSFET 44和46激活时减小功率MOSFET 44和46的本征电阻的影响，但是多个功率MOSFET 44和46可以是并联电联接的。从而，功率MOSFET 44和46可以各自代表并联的功率MOSFET组。也就是说，多个功率MOSFET 44可以与彼此并联联接，并且多个功率MOSFET 46可以与彼此并联联接。例如，在一些实施例中，2、3、4或更多个功率MOSFET44和46可以与彼此并联联接。因为与其他功率MOSFET 44或46并联增加的每一个附加的功率MOSFET 44或46减小了功率MOSFET 44或46两端的总电阻，因此可能随着并联提供的多个功率MOSFET 44和46的增加而经历功率MOSFET 44和46两端更少的功率消耗。此外，功率MOSFET 44可以从栅极线56全部接收单个激活信号，而功率MOSFET 46可以从栅极线58全部接收单个激活信号。以这种方式，功率MOSFET 44可以彼此基本上同时被控制，并且功率MOSFET 46也可以彼此基本上同时被控制。
更进一步，尽管能量存储部件14在图2中被描绘成两个电池模块28和30的结合，可以理解的是，能量存储部件14可以包括单个电池模块28或30(例如，单个铅酸电池或者单个锂离子电池)。另外地，尽管功率MOSFET 44和46被描绘成位于能量存储部件14与电气***42之间，但是在一些实施例中，功率MOSFET 44和46可以定位在能量存储部件14内。例如，电池模块28和30中的每一个可以具有将电池模块28和30单独地联接至电气***42的一对功率MOSFET 44和46。还可以当理解的是，功率MOSFET 44和46还可以是任何其他类型的半导体开关设备。例如，所述其他半导体开关设备可以包括绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)或晶闸管。进一步，如果另一种类型的半导体开关设备不包括本征二极管48或54，则当使用没有本征二极管48或54的半导体开关设备时，可以用传统二极管代替本征二极管48或54。另外地，在一些实施例中，可以提供彼此并联并且与其各自半导体开关设备并联的多个传统二极管，以便减小二极管的总功率消耗。
图4是过程流程图，描述了用于控制流向和流自能量存储部件14的电流的方法70的实施例。初始地，在框72处，电池管理***36接收用于将电池(例如，能量存储部件14)联接至负载(例如，电气***42)的指令。所述用于将电池联接至负载的指令可以是用曲柄启动车辆10的内燃机24或者开启车辆10的从能量存储部件14汲取电力的电气部件的结果。
在框74处，电池管理***36可以指示功率MOSFET 44激活。通过激活功率MOSFET44，电流可以在方向52上流经功率MOSFET 44并且流经功率MOSFET 46的本征二极管54流向电气***42。另外地，本征二极管54可以防止来自电气***42的在方向50上的电流回流。
随后，在框76处，电池管理***36判定从安培计64测得的电流是否低于预定阈值电流。所述预定阈值电流可以是在大约1安培至3安培的范围中。随着流经本征二极管54的电流增加，本征二极管54上消耗的功率增加，并且本征二极管54的温度也可能上升。因此，为了限制本征二极管54处的功率消耗和过高温度，可以确立预定阈值电流。
如果经测量电流低于预定阈值电流，则在框78处，电池管理***36可以提供或继续提供去激活信号至功率MOSFET 46，以对功率MOSFET 46进行去激活或者将功率MOSFET46维持在去激活状态。一旦对功率MOSFET 46进行去激活，方法70就可以返回至框74并且继续向功率MOSFET 44提供激活信号，以便将功率MOSFET 44维持在激活状态。可以重复框74、76和78的循环直到经测量电流超过预定阈值电流。
当经测量电流超过预定阈值电流时，在框80处，电池管理***36可以提供激活信号至功率MOSFET 46，以激活功率MOSFET 46。因为功率MOSFET 44和功率MOSFET 46两者都处于激活状态，所以由于电流路径不包括流经本征二极管48或54任一者而限制了功率MOSFET 44和46上消耗的功率。因此，在功率MOSFET 44和46两者都激活时，所述***可以在效率提高的状态下操作。
在框82处，电池管理***36判定电池管理***36是否接收了解除联接信号。所述解除联接信号可以是指示车辆10已经熄火的结果、能量存储部件14达到低容量阈值的结果、或者将能量存储部件14从电气***42解除联接是有利的任何其他情况。如果电池管理***36没有接收到解除联接信号，则方法70可以返回到框74并且继续提供激活信号至功率MOSFET 44和功率MOSFET 46，以便将功率MOSFET 44和功率MOSFET 46维持在激活状态。
可替代性地，如果电池管理***36接收到解除联接信号，则在框84处，可以从电气***42中移除能量存储部件14。此时，在框72处，电池管理***36可以将功率MOSFET 44和46维持在去激活状态，直到电池管理***36再次接收到用于将能量存储部件14联接至电气***42的指令。一旦接收到这些指令，就可以重复方法70。
可以理解的是，在一些情况下(诸如在再生制动期间)，电流在方向50上流经功率MOSFET 44和46是有利的。在这种情况下，在框74处，电池管理***36向功率MOSFET46而不是功率MOSFET 44提供激活信号。通过激活功率MOSFET 46，电流可以在方向50上流经功率MOSFET 46并且流经功率MOSFET 44的本征二极管48流向能量存储部件14。另外地，本征二极管48可以防止电流在方向52上回流，流向电气***42。
随后，在框76处，电池管理***36判定从安培计64测得的电流是否低于预定阈值电流。所述预定阈值电流可以是在1安培至3安培的范围内。随着流经本征二极管48的电流增加，本征二极管48上消耗的功率增加，并且本征二极管48的温度也可能上升。因此，为了限制本征二极管48处的功率消耗和过高温度，可以确立预定阈值电流。
如果经测量电流低于预定阈值电流，则在框78处，电池管理***36可以提供或继续提供去激活信号至功率MOSFET 44，以对功率MOSFET 44进行去激活或者将功率MOSFET44维持在去激活状态。一旦对功率MOSFET 44进行去激活，方法70就可以返回至框74并且继续向功率MOSFET 46提供激活信号，以便将功率MOSFET 46维持在激活状态。可以重复框74、76和78的循环直到经测量电流超过预定阈值电流。
当经测量电流超过预定阈值电流时，在框80处，电池管理***36可以提供激活信号至功率MOSFET 44，以激活功率MOSFET 44。因为功率MOSFET 46和功率MOSFET 44两者都处于激活状态，所以由于电流路径不包括流经本征二极管48或54任一者而限制了功率MOSFET 44和46上消耗的功率。因此，在功率MOSFET 44和46两者都激活时，所述***可以在效率提高的状态下操作。
在框82处，电池管理***36判定电池管理***36是否接收了解除联接信号。所述解除联接信号可以是指示车辆10已经熄火的结果、能量存储部件14到达低容量阈值的结果、或者将能量存储部件14从电气***42解除联接是有利的任何其他情况的结果。如果电池管理***36没有接收到解除联接信号，则方法70可以返回到框74并且继续提供激活信号至功率MOSFET 44和功率MOSFET 46，以便将功率MOSFET 44和功率MOSFET 46维持在激活状态。
可替代性地，如果电池管理***36接收到解除联接信号，则在框84处，可以从电气***42中移除能量存储部件14。此时，在框72处，电池管理***36可以将功率MOSFET 44和46维持在去激活状态，直到电池管理***36再次接收到用于将能量存储部件14联接至电气***42的指令。一旦接收到这些指令，就可以重复方法70。
所披露的实施例中的一个或多个可以单独或结合地提供一个或多个技术效果，包括降低车辆10的能量存储部件14或电气***42上的非期望回流电流效果的可能性。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性而非限制性的。应当注意的是，在说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
尽管仅展示和描述了某些特征和实施例，本领域技术人员可以想到许多修改和变化(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值(例如，温度、压力等)、安装安排、材料的使用、颜色、取向等的变化)而不实质上背离所披露的主题的新颖性教导和优点。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。因此，应该理解的是，所附权利要求书不旨在将所有这种修改和变化涵盖为落入本披露的真正精神内。此外，为了提供对示例性实施例的简洁描述，并没有描述实际实施方式的全部特征。应该理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中(如在任何工程或设计方案中)，必须作出大量实施方式特定的决定。这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于从本披露中受益的普通技术人员来说，这仍是常规的设计、生产和制造工作，而无需过多实验。

Claims (23)

1.一种电池***，包括：
能量存储部件，所述能量存储部件被配置用于联接至电气***；
第一半导体开关设备和第二半导体开关设备，其中，所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备各自被配置用于将所述能量存储部件选择性地联接至所述电气***；
与所述第一半导体开关设备并联联接的第一二极管以及与所述第二半导体开关设备并联联接的第二二极管；
电池管理***，所述电池管理***被配置用于控制所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备的操作以便选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***，其中，所述电池管理***被配置用于基于所述能量存储部件的输出电流测量值选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***。
2.如权利要求1所述的电池***，其中，所述第一半导体开关设备包括第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且所述第二半导体开关设备包括第二功率MOSFET。
3.如权利要求2所述的电池***，其中，所述第一功率MOSFET和所述第二功率MOSFET被安排成彼此相对的取向。
4.如权利要求2所述的电池***，其中，所述第一二极管包括所述第一MOSFET的第一本征二极管，并且所述第二二极管包括所述第二MOSFET的第二本征二极管。
5.如权利要求1所述的电池***，其中，所述电池管理***被配置用于：当所述输出电流测量值低于预定阈值电流时，激活所述第一半导体开关设备并且将所述第二半导体开关设备维持在去激活状态。
6.如权利要求5所述的电池***，其中，所述第二二极管被配置用于将来自所述能量存储部件的电流传输经过所述第二半导体开关设备到达所述电气***。
7.如权利要求5所述的电池***，其中，所述第二二极管被配置用于将来自所述电气***的电流传输经过所述第二半导体开关设备到达所述能量存储部件。
8.如权利要求1所述的电池***，其中，所述电池管理***被配置用于：当所述输出电流测量值大于预定阈值电流时，激活所述第一半导体开关设备和所述第二半导体开关设备。
9.如权利要求8所述的电池***，其中，所述预定阈值电流小于三安培。
10.如权利要求1所述的电池***，包括与所述第一半导体开关设备并联联接的第三半导体开关设备以及与所述第二半导体开关设备并联联接的第四半导体开关设备。
11.如权利要求10所述的电池***，其中，利用第一单个激活信号来控制所述第一半导体开关设备和所述第三半导体开关设备，并且利用第二单个激活信号来控制所述第二半导体开关设备和所述第四半导体开关设备。
12.如权利要求1所述的电池***，其中，所述能量存储部件包括具有第一电池化学成分的第一电池模块和具有第二电池化学成分的第二电池模块。
13.如权利要求1所述的电池***，其中，所述能量存储部件包括锂离子电池。
14.一种能量存储***，包括：
能量存储部件；
车辆的电气***；
第一半导体开关设备和第二半导体开关设备，所述设备各自被配置用于选择性地将所述能量存储部件联接至所述电气***；
与所述第一半导体开关设备并联联接的第一二极管以及与所述第二半导体开关设备并联联接的第二二极管；
电池管理***，所述电池管理***包括处理器以及一个或多个有形非暂态机器可读介质，所述机器可读介质包括处理器可执行指令以用于在接收到将所述能量存储部件联接至所述电气***的指示时：
向所述第一半导体开关设备的第一栅极线提供第一信号以激活所述第一半导体开关设备；
接收所述能量存储部件的经测量电流；
向所述第二半导体开关设备的第二栅极线提供第二信号以便在所述经测量电流大于预定阈值电流时激活所述第二半导体开关设备；以及
向所述第二半导体开关设备的第二栅极线提供第三信号以便在所述经测量电流小于所述预定阈值电流时对所述第二半导体开关设备进行去激活。
15.如权利要求14所述的能量存储***，其中，所述第一半导体开关设备包括第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且所述第一二极管包括所述第一功率MOSFET的第一本征二极管。
16.如权利要求14所述的能量存储***，其中，所述预定阈值电流在一安培至三安培之间。
17.如权利要求14所述的能量存储***，其中，所述能量存储部件包括锂离子电池。
18.如权利要求14所述的能量存储***，包括与所述第一二极管和所述第一半导体开关设备并联联接的第三二极管以及与所述第二二极管和所述第二半导体开关设备并联联接的第四二极管。
19.一种电池管理***的有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可读介质被配置用于存储可由处理器执行的指令，其中，所述指令包括用于使所述处理器进行以下各项的指令：
向第一半导体开关设备的第一栅极线提供第一信号以激活所述第一半导体开关设备，其中，激活所述第一半导体开关设备使得电流能够从能量存储部件流经所述第一半导体开关设备、流过与所述第一半导体开关设备串联联接的二极管、并且流到电气***；
接收所述能量存储部件的经测量电流；
向第二半导体开关设备的第二栅极线提供第二信号以便在所述经测量电流大于预定阈值电流时激活所述第二半导体开关设备，其中，激活所述第二半导体开关设备使得电流能够从所述第一半导体开关设备流经所述第二半导体开关设备、并且流到所述电气***；以及
向所述第二半导体开关设备的所述第二栅极线提供第三信号以便在所述经测量电流小于所述预定阈值电流时对所述第二半导体开关设备进行去激活，其中，对所述第二半导体开关设备进行去激活使得电流能够流经所述第一半导体开关设备、流过与所述第一开关设备串联联接的所述二极管、并且流到所述电气***。
20.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中，与所述第一半导体开关设备串联联接的所述二极管包括所述第二半导体开关设备的本征二极管。
21.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中，所述预定阈值电流小于三安培。
22.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中，所述第一半导体开关设备包括第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，并且所述第二半导体开关设备包括第二功率MOSFET。
23.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中，所述指令包括用于使所述处理器进行以下各项的指令：
向与所述第一半导体开关设备并联联接的第三半导体开关设备提供所述第一信号；
向与所述第二半导体开关设备并联联接的第四半导体开关设备提供所述第二信号；以及
向与所述第二半导体开关设备并联联接的所述第四半导体开关设备提供所述第三信号。
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