CN112786980A - 具有用于电动车辆中的可再充电能量存储装置的监督控制的管理*** - Google Patents

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CN112786980A
CN112786980A CN202011231581.1A CN202011231581A CN112786980A CN 112786980 A CN112786980 A CN 112786980A CN 202011231581 A CN202011231581 A CN 202011231581A CN 112786980 A CN112786980 A CN 112786980A
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郝镭
B·J·科赫
J·S·皮亚塞基
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Abstract

公开了用于电动车辆中的可再充电能量存储装置的管理***和对应的方法。可再充电能量存储装置具有一个或多个电池组，每个电池组具有多个模块，所述模块具有一个或多个相应的电池单元。相应的模块管理单元通过相应的微电路嵌入到多个模块中的每一个中，并且被配置为确定一个或多个局部参数。监督控制器被配置用于与相应的模块管理单元进行双向通信。所述监督控制器被配置成接收所述局部参数，部分地基于所述局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述全局电池组参数传输回相应的管理单元。所述监督控制器被配置成部分地基于所述全局电池组参数和所述局部参数来控制所述可再充电能量存储装置的操作。

Description

具有用于电动车辆中的可再充电能量存储装置的监督控制的 管理***
技术领域
本公开涉及用于电动车辆中的可再充电能量存储装置的管理***和控制可再充电能量存储装置的方法。在过去的几年中，使用可再充电能源（既作为唯一能源又作为非唯一能源）的移动平台的使用已经大大增加。具有电池组的可再充电能量存储装置可在给定操作模式期间根据需要存储和释放电化学能量。电化学能量可以用于推进、加热或冷却舱室、为车辆附件提供动力和其它用途。电池组中的各种电池单元可以由不同的功率、充电状态和容量率表征。
发明内容
本文公开了一种用于电动车辆中的可再充电能量存储装置的管理***以及控制可再充电能量存储装置的方法。可再充电能量存储装置具有一个或多个电池组。电池组均具有多个模块，所述模块具有一个或多个相应的电池单元。通过多个模块中的每一个中的相应微电路嵌入相应的模块管理单元。相应的模块管理单元被配置成确定一个或多个局部参数，其可以涉及作为整体的模块或者单独地涉及模块中的相应电池单元。
管理***的特征在于在相应模块管理单元和监督控制器之间的分布式架构和功能划分。所述监督控制器被配置为接收所述一个或多个局部参数，部分地基于所述一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述一个或多个全局电池组参数传输回相应的管理单元。相应的模块管理单元基于所接收的全局电池组参数来监测和管理各个电池单元操作，以递送期望的电池组性能并且最大化电池寿命。监督控制器被配置成部分地基于一个或多个全局电池组参数和一个或多个局部参数来控制可再充电能量存储装置的操作。
在一个示例中，电池组通信器被配置为与相应的模块管理单元无线地接口连接，所述电池组通信器经由至少一个通信总线连接到所述监督控制器。电池组可以包括第一电池组和第二电池组。在另一示例中，共享通信总线被配置为使得能够在监督控制器、第一电池组中的相应模块管理单元和第二电池组中的相应模块管理单元之间进行直接通信。
管理***可以包括至少两个电池组传感器。电池组传感器可以被配置为分别测量电池组的电池组电压和电池组电流并将电池组电压和电池组电流传输到监督控制器。电池组传感器可以被配置为确定电池组的相应温度。多个模块可以被配置为包括多个传感器阵列以测量单独电池单元的电压并且基于来自多个传感器阵列的测量结果确定相应的模块电压。当相应模块电压之和与所述电池组电压之间的差值高于预定阈值时，所述监督控制器可被配置为部分地基于可由所述监督控制器选择性执行的故障检测模块来确定所述相应模块电压和所述电池组电压中的至少一个中是否存在不规则性。
当相应模块电压之和与电池组电压之间的差高于预定阈值并且电池组电压中存在不规则性时，监督控制器被配置为将电池组电压的值重置为相应模块电压之和。当相应模块电压之和与电池组电压之间的差高于预定阈值并且在相应模块电压中存在该不规则性时，该监督控制器被配置为发送警报和/或降低电池组的额定功率。
局部参数可以包括相应的电池单元充电状态、当相应的电池单元中的至少一个满足预先限定的弱电池单元阈值时的相应的电池单元健康状态、模块充电状态、模块容量、容许的模块电压限值、容许的模块电流限值和容许的模块温度限值。全局电池组参数可以包括一个或多个电池组的功率估计以及电池单元平衡目标。全局电池组参数可以包括电池组充电状态、电池组容量和弱电池单元健康状态监测功能，其可以预测在至少一个电池组中剩余多少能量，和/或电动车辆可以仍然行驶多远。
在一个示例中，相应模块管理单元确定相应电流限值(I mi ),，其中i是模块索引。所述监督控制器获得容许的电池组电流限值(I pL ),作为相应电流限值的最小值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中n是所述一个或多个电池组中的每一个中的所述多个模块的数量。所述监督控制器被配置为将所述至少一个电池组的在一个或多个时间范围（诸如0.1、2和10秒）的总功率（P wp ）确定为相应模块功率（P mi ）之和，使得
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，所述相应模块功率（P mi ）基于所接收的电池组电流限值来确定。
在另一示例中，相应的模块管理单元确定相应的最大模块充电状态(SOC(M i )_max =max(SOC(C j ), j=1,2..k)，其中i是模块索引，并且k是相应的电池单元的数量。相应的模块管理单元确定相应的模块最小充电状态(SOC(M i )_min=min(SOC(C j )), j=1,2..k)。全局电池组参数可以包括：电池组最大充电状态(SOC max =max (SOC(M i )_max), i=1,2..n)，n是多个模块的数量；电池组最小充电状态(SOC min =min (SOC(M i )_min), i=1,2..n)；以及至少一个电池组的目标电池组充电状态。目标电池组充电状态确定为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
并被发送回相应的模块管理单元。相应的模块管理单元可以被配置为基于目标电池组充电状态
Figure DEST_PATH_IMAGE007
执行电池单元平衡（针对其自身模块中的相应电池单元）。
在另一示例中，多个模块包括至少四个模块。局部参数可以包括相应的模块充电状态。所述全局电池组参数可以包括实时电池组充电状态，所述实时电池组充电状态被限定为所述多个模块中的最小模块充电状态，或者当相应模块充电状态的三个最低值在预定范围内时，即，当所述三个最低值都不与其余值大幅偏离时，所述实时电池组充电状态被限定为所述三个最低值的移动平均值。局部参数可以包括相应的模块容量。全局电池组参数可以包括电池组容量，所述电池组容量限定为多个模块中的最小模块容量，或者当相应模块容量的三个最低值在预定范围内时，即，当三个最低值都不与其余值大幅偏离时，所述电池组容量限定为所述三个最低值的平均值。
本发明还包括如下技术方案：
技术方案1. 一种用于电动车辆的管理***，所述管理***包括：
可再充电能量存储装置，其具有一个或多个电池组，所述一个或多个电池组分别具有多个模块，所述多个模块具有一个或多个相应的电池单元；
通过相应的微电路嵌入在所述多个模块中的每个模块中的相应模块管理单元，所述相应模块管理单元被配置为确定一个或多个局部参数；
监督控制器，其被配置为参与与所述相应模块管理单元的双向通信；
其中，所述监督控制器被配置成接收所述一个或多个局部参数，部分地基于所述一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述一个或多个全局电池组参数传输到所述相应模块管理单元；以及
其中，所述监督控制器被配置成部分地基于所述一个或多个全局电池组参数来控制所述可再充电能量存储装置的操作。
技术方案2. 根据技术方案1所述的管理***，还包括：
电池组通信器，其被配置为与所述相应模块管理单元无线地接口连接以用于相应的数据传输；以及
其中，所述电池组通信器经由至少一个通信总线直接连接到所述监督控制器。
技术方案3. 根据技术方案1所述的管理***，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述管理***还包括：
第一电池组通信器，其被配置为与所述第一电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接，所述第一电池组通信器经由第一通信总线连接到所述监督控制器；以及
第二电池组通信器，其被配置为与所述第二电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接，所述第二电池组通信器经由第二通信总线连接到所述监督控制器。
技术方案4. 根据技术方案1所述的管理***，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述管理***还包括：
共享通信总线，所述共享通信总线被配置为使得能够在所述监督控制器、所述第一电池组中的相应模块管理单元和所述第二电池组中的相应模块管理单元之间进行直接通信。
技术方案5. 根据技术方案1所述的管理***，还包括：
至少两个电池组传感器，所述至少两个电池组传感器被配置成分别测量所述一个或多个电池组的电池组电压和电池组电流并将所述电池组电压和电池组电流传输至所述监督控制器；
故障检测模块，其能够由所述监督控制器选择性地执行；
其中，所述相应模块管理单元被配置为确定相应模块电压并且将所述相应模块电压传送到所述监督控制器，所述监督控制器被配置为计算所述相应模块电压之和；以及
其中，所述监督控制器被配置成当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的差高于预定阈值时，经由所述故障检测模块来确定所述电池组电压中是否存在不规则性。
技术方案6. 根据技术方案5所述的管理***，其中：
所述监督控制器被配置成当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的所述差高于所述预定阈值并且在所述电池组电压中存在所述不规则性时，将所述电池组电压的值重置为所述相应模块电压之和。
技术方案7. 根据技术方案6所述的管理***，其中：
当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的差高于所述预定阈值并且在所述电池组电压中不存在所述不规则性时，所述监督控制器被配置为进行如下中的至少一个：发送警报和降低所述一个或多个电池组的相应额定功率。
技术方案8. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括电池单元电压的阵列、相应的电池单元充电状态、相应的电池单元健康状态、容许模块电压限值、容许模块温度限值和容许模块电流限值；以及
所述一个或多个全局电池组参数包括电池单元平衡目标以及所述一个或多个电池组的功率估计。
技术方案9. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括相应的电池单元充电状态、当所述相应的电池单元中的至少一个满足预先限定的弱电池单元阈值时的相应的电池单元健康状态、容许的模块电压限值和容许的模块电流限值；
所述一个或多个全局电池组参数包括电池组充电状态、电池组容量和弱电池单元健康状态监测功能；以及
所述弱电池单元健康状态监测功能被配置为估计所述至少一个电池组中剩余的能量的量。
技术方案10. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括所述多个模块的相应电流限值(I mi )，i是模块索引，并且n是所述一个或多个电池组中的每个电池组中的所述多个模块的数量；
所述一个或多个全局电池组参数包括容许的电池组电流限值(I pL )，所述容许的电池组电流限值被确定为相应电流限值的最小值
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；以及
所述监督控制器被配置为将所述一个或多个电池组的在一个或多个时间范围的总功率(P wp )确定或预测为相应模块功率(P mi )的总和，使得
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，所述相应模块功率(P mi )由所述相应模块管理单元基于所述电池组电流限值来确定。
技术方案11. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括相应的模块最大充电状态(SOC(M i )_max =max(SOC (C j ), j=1,2..k)，其中i是模块索引，并且k是相应电池单元的数量；
所述一个或多个局部参数包括相应的模块最小充电状态(SOC(M i )_min=min(SOC (C j )), j=1,2..k)；
所述一个或多个全局电池组参数包括所述至少一个电池组的电池组最大充电状态(SOC max =max (SOC(M i )_max), ),i=1,2..n)，n是所述相应模块的数量，电池组最小充电状态(SOC min =min(SOC(M i )_min), i=1,2..n)，以及目标电池组充电状态；以及
所述目标电池组充电状态（
Figure DEST_PATH_IMAGE011
）确定为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
技术方案12. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述多个模块包括至少四个模块；
所述一个或多个局部参数包括模块充电状态；以及
所述一个或多个全局电池组参数包括实时电池组充电状态；
所述实时电池组充电状态被限定为所述多个模块中的最小模块充电状态和相应模块充电状态的三个最低值的移动平均值中的至少一个，所述三个最低值在预定范围内。
技术方案13. 根据技术方案1所述的管理***，其中：
所述多个模块包括至少四个模块；
所述一个或多个局部参数包括相应模块容量；以及
所述一个或多个全局电池组参数包括电池组容量，所述电池组容量被限定为所述多个模块中的最小模块容量和所述相应模块容量的三个最低值的平均值中的至少一个，所述三个最低值在预定范围内。
技术方案14. 一种控制电动车辆中的具有一个或多个电池组的可再充电能量存储装置的方法，所述电动车辆具有带有处理器和有形非暂时性存储器的监督控制器，所述方法包括：
用多个模块配置所述一个或多个电池组，每个模块具有一个或多个相应的电池单元；
通过相应的微电路在所述多个模块的每一个中安装相应的模块管理单元，所述监督控制器被配置用于与所述相应的模块管理单元进行双向通信；
确定一个或多个局部参数，并经由所述相应的模块管理单元将所述一个或多个局部参数传输到所述监督控制器；
经由所述监督控制器接收所述一个或多个局部参数，部分地基于所述一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述一个或多个全局电池组参数传输到相应的管理单元；以及
配置所述监督控制器以部分地基于所述一个或多个全局电池组参数来控制所述可再充电能量存储装置的操作。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述方法还包括：
经由第一通信总线将第一电池组通信器连接到所述监督控制器，并且配置所述第一电池组通信器以与所述第一电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接；以及
经由第二通信总线将第二电池组通信器连接到所述监督控制器，并且将所述第二电池组通信器配置为与所述第二电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接。
技术方案16. 根据技术方案14所述的方法，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述方法还包括：
促进所述监督控制器、所述第一电池组中的相应模块管理单元和所述第二电池组中的相应模块管理单元之间经由共享通信总线的直接通信。
技术方案17. 根据技术方案14所述的方法，还包括：
分别经由至少两个电池组传感器获得所述一个或多个电池组的电池组电压和电池组电流；
基于相应电池单元的电压确定相应模块电压，并且经由所述相应的模块管理单元将所述相应模块电压传送到所述监督控制器；
经由所述监督控制器计算所述相应模块电压的和；以及
当所述相应模块电压的和与所述电池组电压之间的差值高于预定阈值时，经由所述监督控制器中的故障检测模块来确定所述电池组电压中是否存在不规则性。
技术方案18. 根据技术方案17所述的方法，还包括：
当所述相应模块电压的和与所述电池组电压之间的差高于所述预定阈值并且所述电池组电压中存在所述不规则性时，将所述电池组电压的值重置为所述相应模块电压的和；
当所述相应模块电压与所述电池组电压之间的所述差高于所述预定阈值并且在所述电池组电压中不存在所述不规则性时，经由所述监督控制器来进行如下中的至少一者：发送警报和降低所述一个或多个电池组的相应额定功率。
技术方案19. 一种电动车辆，包括：
可再充电能量存储装置，其具有一个或多个电池组，所述一个或多个电池组分别具有多个模块，所述多个模块具有一个或多个相应的电池单元；
通过相应的微电路嵌入在所述多个模块中的每个模块中的相应模块管理单元，所述相应模块管理单元被配置为确定一个或多个局部参数；
监督控制器，其被配置为参与与所述相应模块管理单元的双向通信；
相应的电池组通信器，其被配置为与所述相应模块管理单元无线地接口连接，所述电池组通信器经由至少一个通信总线连接到所述监督控制器；
其中，所述监督控制器被配置成接收所述一个或多个局部参数，部分地基于所述一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述一个或多个全局电池组参数传输回到所述相应模块管理单元；
其中，所述一个或多个局部参数包括模块充电状态、模块容量、相应的电池单元充电状态、相应的电池单元健康状态、容许的模块电压限值、容许的模块温度限值和容许的模块电流限值；
其中，所述一个或多个全局电池组参数包括所述一个或多个电池组的功率估计、电池单元平衡目标、电池组充电状态、电池组容量和弱电池单元健康状态监测功能；以及
其中，所述监督控制器被配置成部分地基于所述一个或多个全局电池组参数来控制所述可再充电能量存储装置的操作。
通过在结合附图时的对实施本发明的最佳模式的以下具体实施方式，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是具有可再充电能量存储装置和监督控制器的管理***的示意图；
图2是图1的可再充电能量存储装置的替代配置的示意性局部图示；
图3是图1的可再充电能量存储装置的另一替代配置的示意性局部图示；以及
图4是可由图1的监督控制器和/或移动应用执行的方法的示意性流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相似的附图标记表示相似的部件，图1示意性地示出了用于管理电动车辆15中的可再充电能量存储装置12的管理***10，该电动车辆可以是部分电动的或全电动的。电动车辆15可以是移动平台，诸如但不限于客车、运动型多功能车辆、轻型卡车、重型载重车辆、ATV、小型货车、公共汽车、运输车辆、自行车、移动机器人、农具（例如拖拉机）、运动相关设备（例如高尔夫球车）、船、飞机和火车。应当理解的是，电动车辆15可以采取许多不同的形式并且具有附加的部件。
参考图1，可再充电能量存储装置12包括一个或多个电池组（此后省略“一个或多个”），诸如电池组14，每个电池组具有多个模块20。参考图1，电池组14包括第一模块22、第二模块24、第三模块26和第四模块28。参考图1，多个模块20中的每个模块包括一个或多个相应的电池单元44，其被连接用于第一端子46和第二端子48之间的电流流动。相应的电池单元44可以包括具有不同化学性质的电池单元，包括但不限于锂离子、锂-铁、镍金属氢化物和铅酸电池。每个模块的电池单元的数量和每个电池组的模块的数量可以基于手头的应用而变化。
参考图1，相应的模块管理单元30嵌入在多个模块20的每一个中。相应的模块管理单元30被配置为测量一个或多个局部参数，其可以属于整个模块或模块中的相应电池单元44。局部参数可以包括来自其相应电池单元44中的每一个的电压、模块电流和模块温度。参考图1，第一模块22、第二模块24、第三模块26和第四模块28分别包括第一模块管理单元32、第二模块管理单元34、第三模块管理单元36和第四模块管理单元38。参考图1，每个相应的模块管理单元30通过相应的微电路35嵌入到多个模块20中。相应的微电路35是电子部件的组件，其中核心由微控制器实现并包括无线/ CAN通信接口。应该理解的是，相应的微电路35可以被制造为单个单元/芯片或多个组合的单元/芯片。相应的微电路35包括相关的存储器37和相关的处理器39。相应的模块管理单元30可包括集成电子控制单元，诸如专用集成电路（ASIC）。
参考图1，电池组通信器（pack communicator）40可被配置成经由无线网络42与相应的模块管理单元30无线地接口接合，所述无线网络可以是短程网络或远程网络。无线网络42可以是使用无线分布方法链接多个装置的无线局域网（LAN）、连接若干无线LAN的无线城域网（MAN）或者覆盖诸如邻近城镇和城市的大区域的无线广域网（WAN）。无线网络42可以是WIFI或蓝牙TM连接，定义为目的在于简化因特网装置之间以及装置与因特网之间的通信的短程无线电技术（或无线技术）。蓝牙TM是一种用于在短距离上传输固定和移动电子装置数据的开放式无线技术标准，并且创建了在2.4 GHz频带内操作的个人网络。可以采用其它类型的连接。
参考图1，管理***10包括被配置用于与相应的管理单元30双向通信的监督控制器C。监督控制器C可以是电动车辆15的其他控制器的整体部分或操作地连接到电动车辆15的其他控制器的单独模块，在一个示例中，监督控制器C作为层被嵌入在机动车辆的车辆集成控制模块（VICM）中。参考图1，电池组通信器40经由至少一个通信总线50链接或连接到监督控制器C，该通信总线可以是呈局域网形式的串行通信总线。局域网可以包括但不限于控制器局域网（CAN）、具有灵活数据速率的控制器局域网（CAN-FD）。
参考图1，监督控制器C包括至少一个处理器P和至少一个存储器M（或非暂时性有形计算机可读存储介质），在存储器M上记录有用于执行方法300的指令，如下面关于图4所述。存储器M可以存储可执行指令集，并且处理器P可以执行存储在存储器M中的指令集。
管理***10的特征在于相应的管理单元30和监督控制器C之间的功能划分。换句话说，相应的管理单元30和监督控制器C可以执行互斥的功能。相应的管理单元30被配置成从监督控制器C接收电池组电流，并且测量和监测来自其相应电池单元44中的每一个的相应电压，以及模块和相应电池单元44的温度。相应的管理单元30可确定一个或多个局部参数，其可包括相应的最大和最小模块电压、模块充电状态、模块容量、电池单元充电状态、如果检测到较弱电池单元则相应的电池单元健康状态、容许模块电压限值和容许模块电流限值。监督控制器C被配置成接收一个或多个局部参数，部分地基于一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将一个或多个全局电池组参数传输回到相应的管理单元30。
监督控制器C被配置为部分地基于一个或多个全局电池组参数来控制可再充电能量存储装置12的操作。全局电池组参数可以包括电池组14的相应功率估计、电池单元平衡目标、电池组充电状态、电池组容量和弱电池单元健康状态监测功能。监督控制器C可以标记弱电池单元（基于由相应的管理单元30提供的数据），并且经由弱电池单元健康状态监测功能跟踪或追踪其健康状态。用于限定“弱”电池单元的可接受阈值可以基于手头的应用而变化，并且可以包括预先限定的最小容量。监督控制器C可基于诸如电池组电压、温度和电流限值以及较弱电池单元的健康状态的一个或多个全局参数来控制电池充电电流和电压以及时间。另外，全局电池组参数可作为数据被电动车辆15中的其它控制器消耗。参考图1，***10包括至少两个电池组传感器60、62。电池组传感器被配置成检测电池组14的电池组电压、电池组电流和/或温度并将其传输到监督控制器C。
相应的模块管理单元30可以被配置成在它们相应的微控制器存储器37中存储局部参数，例如模块制造序列号、模块化学性质分布、模块充电状态、模块容量和模块和/或相关联的电池单元健康状态参数。因此，在多个模块20中的一个需要维护的情况下，诊断扫描工具或模块修复工具可以直接与相应的模块管理单元30一起工作，以便基于这些参数进行维护。在模块重建期间，翻新的模块可以通过相应的模块管理单元30用这些参数更新，使得当其重新组装回电池组14时，其立即准备好与监督控制器C一起工作，而无需进一步测试和/或校准。
图2和图3示出了可充电能量存储装置12的替代配置。参考图2，可充电能量存储装置112包括具有第一多个模块120的第一电池组114和具有第二多个模块121的第二电池组116。第一多个模块120中的每一个包括相应的模块管理单元130 （通过相应的微电路135嵌入）并且被配置成测量其局部参数。参考图2，第一电池组通信器140被配置为经由无线网络42与相应的模块管理单元130无线地接口连接。类似地，第二多个模块121中的每一个包括被配置为测量其局部参数的相应的模块管理单元131。第二电池组通信器141被配置为经由无线网络42与相应的模块管理单元131无线地接口连接。第一电池组通信器140和第二电池组通信器141经由第一通信总线150和第二通信总线151与监督控制器C链接或连接。第一电池组114和第二电池组116可以并联或串联连接。
参考图3，可再充电能量存储装置212包括具有第一多个模块220的第一电池组214和具有第二多个模块221的第二电池组216。第一多个模块220中的每一个包括被配置为测量其局部参数的相应模块管理单元230 （通过相应微电路235嵌入）。类似地，第二多个模块221中的每一个包括被配置为测量其局部参数的相应模块管理单元231。监督控制器C通过共享通信总线250链接或连接到第一多个模块220和第二多个模块221中的每一个。
参考图1，监督控制器C可被配置为经由无线网络42与远程服务器52和/或云单元54通信。远程服务器50可以是由诸如例如研究所或公司的组织维护的私有或公共信息源。云单元54可包括托管在因特网上的用于存储、管理和处理数据的一个或多个服务器。监督控制器C可被配置为通过移动应用56接收和发送无线通信到远程服务器50，如图1中所示。移动应用56可与监督控制器C通信，使得其可访问监督控制器C中的数据。在一个示例中，移动应用56物理地连接（例如，有线连接）到监督控制器C。在另一示例中，移动应用56被嵌入监督控制器C中。可采用本领域技术人员可用的移动应用56 （“应用程序（app）”）的电路和部件。
在一个示例中，多个模块20中的每一个获得其相应的电流限值（I mi ），其可以从其相应的电池单元44的电流限值估计，并且将其发送到监督控制器C，所述监督控制器将容许的电池组电流限值（I pL ）确定为相应的电流限值的最小值
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。该数据被发送回所述多个模块20，并且相应的电流限值（I mi ）被容许的电池组电流限值（I pL ）代替。换句话说，容许的电池组电流限值（I pL ）被施加作为用于多个模块20中的每一个的新限值，而不管相应的电流限值（I mi ）。
在另一示例中，相应模块管理单元30确定相应最大模块充电状态(SOC(M i )_max = max(SOC(C j ), j=1,2..k)作为相应电池单元44的最大充电状态，其中i是模块索引，k是相应电池单元的数量。相应模块管理单元确定相应模块最小充电状态(SOC(M i )_min=min(SOC (C j )), j=1,2..k)作为相应电池单元44的最小充电状态。全局电池组参数可以包括电池组最大充电状态(SOC max =max (SOC(M i )_max))，电池组最小充电状态(SOC min =min (SOC(M i )_ min))、以及电池组14的目标电池组充电状态。目标电池组充电状态被确定为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，并且被发送回相应模块管理单元30。相应模块管理单元30可以配置成基于目标电池组充电状态（
Figure DEST_PATH_IMAGE015
）执行电池单元平衡（针对在其自身的模块内的相应电池单元）。
在另一示例中，相应的多个模块20包括至少四个模块。局部参数可以包括相应的模块充电状态（SOC Mi ），并且全局电池组参数可以包括实时电池组充电状态，该实时电池组充电状态被限定为多个模块中的最小模块充电状态，或者当相应的模块充电状态的三个最低值在预定范围内时，即，当三个最低值都不与其余值偏离很大时，该实时电池组充电状态被限定为所述三个最低值的移动平均值。局部参数可以包括相应的模块容量，并且全局电池组参数可以包括电池组容量，所述电池组容量被限定为多个模块中的最小模块容量，或者当相应的模块容量的三个最低值在预定范围内时，所述电池组容量被限定为所述三个最低值的平均值。
现在参考图4，示出了方法300的流程图。方法300可存储在图1的监督控制器C和移动应用56中的至少一个上并可由其执行。方法300无需以本文所述的特定顺序应用，并且可动态执行。此外，应当理解的是，可以消除一些步骤。如本文所使用的，术语“动态的”和“动态地”描述了实时执行的步骤或过程，并且其特征在于监测或以其他方式确定参数的状态，并且在例程的执行期间或在例程的执行的迭代之间定期地或周期性地更新参数的状态。
按照图4的框302，相应模块管理单元30被配置为从相应电池单元电压（V ci ）获得其相应模块电压（V mi ），使得V mi =Vc 1 +Vc 2 ..+Vc k ，其中k指示模块内的电池单元的数量，并且i= 1,2...n指示电池组14中的模块的数量。多个模块20可以包括被配置为测量相应电池单元44的相应电池单元电压的多个传感器阵列。可以采用本领域技术人员可获得的传感器阵列。参考图1，如上所述，管理***10可以包括至少两个电池组传感器60、62，其被配置为生成关于电池组14的电池组传感器数据。按照图4的框304，监督控制器C被配置成经由至少两个电池组传感器60、62中的一个接收电池组的电池组电压（V pt ）。按照框306，监督控制器C被配置成确定相应模块电压之和与电池组电压之间的差是否小于预定阈值（T）。如果是，则方法300结束。
当相应模块电压之和与电池组电压之间的差值高于预定阈值时，方法300进行到框308。参考图1，管理***10可包括可由监督控制器C选择性执行的故障检测模块350。按照框308，监督控制器C被配置成经由故障检测模块350确定电池组电压中是否存在不规则性。故障检测模块350被配置成接收电池组传感器数据、分析电池组传感器数据并将其与故障算法或查找表进行比较以确定是否生成故障数据。故障检测模块350可以包括物理模型、启发式模型、强化学习和/或机器学习模型。可将故障检测模块350设计成或以数值方式训练成可通过相应的过程响应一组故障。
当在电池组电压中存在不规则性时，方法300进行到框310，其中，监督控制器C被配置成将电池组电压的值重置为相应模块电压的和。当在电池组电压中不存在不规则性时，该方法300进行到框312和314。按照块312，监督控制器C被配置成经由用户界面向例如电动车辆15的用户传送警报。监督控制器C可以被配置为经由无线网络42和/或移动应用56将警报传送到远程服务器52。例如，当电动车辆15是自主车辆时，该信息可以由车队管理者使用。
按照框314，监督控制器C被配置为降低或减小电池组14的额定功率。如果可再充电存储装置12的额定总功率被充分地减小（即，达到预先限定的最小值），监督控制器C可以被配置为切换到替代操作模式，其可以是跛行回家模式或限制电动车辆15的能量消耗和/或速度的其他模式。
总之，管理***10提供集中的单个电池单元监测，以及允许对至少两个电池组传感器60、62进行交叉检查。另外，管理***10允许无线管理策略和可重新配置的***。换句话说，一个模块的移除和替换不影响其它模块。因此，管理***10改善了电动车辆15的功能。
图3中的流程图示出了根据本公开的各种实施例的管理***、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还将注意的是，框图和/或流程图图示的每个块以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用硬件的管理***或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可指导监督控制器或其它可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括用于实现流程图和/或框图的框中指定的功能/动作的指令的制品。
监督控制器C包括计算机可读介质（也称为处理器可读介质），其包括参与提供可由计算机（例如，由计算机的处理器）读取的数据（例如，指令）的非暂时性（例如，有形的）介质。这种介质可以采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘和其它永久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器（DRAM），其可以构成主存储器。这样的指令可以由一个或多个传输介质传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦合到计算机处理器的管理***总线的线。计算机可读介质的一些形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、其它磁介质、CD-ROM、DVD、其它光介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的其它物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、其它存储器芯片或盒、或计算机可以从其读取的其它介质。
这里描述的查找表、数据库、数据储存库或其它数据存储可以包括用于存储、访问和检索各种数据的各种机制，包括层次数据库、文件管理***中的一组文件、专有格式的应用数据库、关系数据库管理***（RDBMS）等。每个这样的数据存储可被包括在采用诸如以上提到的那些之一的计算机操作管理***的计算装置内，并且可经由网络以各种方式中的一种或多种来访问。文件管理***可以从计算机操作管理***访问，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行存储过程的语言（诸如上述PL/SQL语言）之外，RDBMS可以采用结构化查询语言（SQL）。
具体实施方式和附图或者图对本公开来说是支持性和描述性的，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的公开的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践在所附权利要求中限定的公开的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提及的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，在实施例的示例之一中描述的每个特征可以与来自其它实施例的一个或多个其它期望特征组合，从而导致没有以文字或通过参考附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种用于电动车辆的管理***，所述管理***包括：
可再充电能量存储装置，其具有一个或多个电池组，所述一个或多个电池组分别具有多个模块，所述多个模块具有一个或多个相应的电池单元；
通过相应的微电路嵌入在所述多个模块中的每个模块中的相应模块管理单元，所述相应模块管理单元被配置为确定一个或多个局部参数；
监督控制器，其被配置为参与与所述相应模块管理单元的双向通信；
其中，所述监督控制器被配置成接收所述一个或多个局部参数，部分地基于所述一个或多个局部参数来确定一个或多个全局电池组参数，并且将所述一个或多个全局电池组参数传输到所述相应模块管理单元；以及
其中，所述监督控制器被配置成部分地基于所述一个或多个全局电池组参数来控制所述可再充电能量存储装置的操作。
2.根据权利要求1所述的管理***，还包括：
电池组通信器，其被配置为与所述相应模块管理单元无线地接口连接以用于相应的数据传输；以及
其中，所述电池组通信器经由至少一个通信总线直接连接到所述监督控制器。
3.根据权利要求1所述的管理***，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述管理***还包括：
第一电池组通信器，其被配置为与所述第一电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接，所述第一电池组通信器经由第一通信总线连接到所述监督控制器；以及
第二电池组通信器，其被配置为与所述第二电池组中的相应模块管理单元无线地接口连接，所述第二电池组通信器经由第二通信总线连接到所述监督控制器。
4.根据权利要求1所述的管理***，其中，所述一个或多个电池组包括第一电池组和第二电池组，并且所述管理***还包括：
共享通信总线，所述共享通信总线被配置为使得能够在所述监督控制器、所述第一电池组中的相应模块管理单元和所述第二电池组中的相应模块管理单元之间进行直接通信。
5.根据权利要求1所述的管理***，还包括：
至少两个电池组传感器，所述至少两个电池组传感器被配置成分别测量所述一个或多个电池组的电池组电压和电池组电流并将所述电池组电压和电池组电流传输至所述监督控制器；
故障检测模块，其能够由所述监督控制器选择性地执行；
其中，所述相应模块管理单元被配置为确定相应模块电压并且将所述相应模块电压传送到所述监督控制器，所述监督控制器被配置为计算所述相应模块电压之和；以及
其中，所述监督控制器被配置成当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的差高于预定阈值时，经由所述故障检测模块来确定所述电池组电压中是否存在不规则性。
6.根据权利要求5所述的管理***，其中：
所述监督控制器被配置成当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的所述差高于所述预定阈值并且在所述电池组电压中存在所述不规则性时，将所述电池组电压的值重置为所述相应模块电压之和。
7.根据权利要求6所述的管理***，其中：
当所述相应模块电压之和与所述电池组电压之间的差高于所述预定阈值并且在所述电池组电压中不存在所述不规则性时，所述监督控制器被配置为进行如下中的至少一个：发送警报和降低所述一个或多个电池组的相应额定功率。
8.根据权利要求1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括电池单元电压的阵列、相应的电池单元充电状态、相应的电池单元健康状态、容许模块电压限值、容许模块温度限值和容许模块电流限值；以及
所述一个或多个全局电池组参数包括电池单元平衡目标以及所述一个或多个电池组的功率估计。
9.根据权利要求1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括相应的电池单元充电状态、当所述相应的电池单元中的至少一个满足预先限定的弱电池单元阈值时的相应的电池单元健康状态、容许的模块电压限值和容许的模块电流限值；
所述一个或多个全局电池组参数包括电池组充电状态、电池组容量和弱电池单元健康状态监测功能；以及
所述弱电池单元健康状态监测功能被配置为估计所述至少一个电池组中剩余的能量的量。
10.根据权利要求1所述的管理***，其中：
所述一个或多个局部参数包括所述多个模块的相应电流限值(I mi )，i是模块索引，并且n是所述一个或多个电池组中的每个电池组中的所述多个模块的数量；
所述一个或多个全局电池组参数包括容许的电池组电流限值(I pL )，所述容许的电池组电流限值被确定为相应电流限值的最小值
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；以及
所述监督控制器被配置为将所述一个或多个电池组的在一个或多个时间范围的总功率(P wp )确定或预测为相应模块功率(P mi )的总和，使得
Figure 134411DEST_PATH_IMAGE002
，所述相应模块功率(P mi )由所述相应模块管理单元基于所述电池组电流限值来确定。
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