CN112786981A - 利用较弱单元电池监测的分布式电池功率估计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用较弱单元电池监测的分布式电池功率估计。一种分布式电池功率系统具有电池组和电池控制器。电池组具有：多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；电压电流温度模块，其电连接到多个单元电池；以及多个隔离开关组，其电连接在多个单元电池之间。电池控制器与电压电流温度模块通信，并且可操作以：将状态请求发送到电压电流温度模块；响应于状态请求，从电压电流温度模块接收多个单元电池电压；响应于多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

Description

利用较弱单元电池监测的分布式电池功率估计

技术领域

引言

本公开涉及一种用于利用较弱单元电池监测来估计分布式电池功率的系统和方法。

背景技术

当电池组或电池模块中存在弱单元电池时，出现电压降，并且由于单元电池中的内部变化，在电流负载下单元电池的输出电压小于正常值。单元电池中较大的电压降或者单元电池电压下垂（voltage droop）常常由于电池单元电池制造缺陷或电池短路而出现。结果，限制了电池组可递送的功率的总量。在不知道极限的情况下，如果运载工具需要比极限更多的功率，则附加的压力将被加载在弱单元电池上。由于弱单元电池比周围的单元电池劣化得更快，因此附加的压力缩短了电池组的寿命。期望的是一种技术，其用以针对问题单元电池来监测电池组、在存在问题单元电池的情况下估计可从电池组获得的功率、以及执行防止问题单元电池的损坏的动作。

发明内容

本文中提供了一种分布式电池功率系统。该分布式电池功率系统大体包括电池组和电池控制器。电池组具有：多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间。电池控制器与电压电流温度模块通信，并且可操作以：将状态请求发送到电压电流温度模块；响应于状态请求，从电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；响应于所述多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个弱单元电池，并且基于所述至少一个弱单元电池的电荷状态、容量和健康状态中的一者或多者来检测所述至少一个弱单元电池。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个下垂单元电池（drooping cell），并且响应于相邻单元电池电压之间的差超过作为时间的函数的标准偏差阈值检测到所述至少一个下垂单元电池。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，电池控制器还可操作以在所述一个或多个问题单元电池在电池组中具有电活性时估计可从电池组获得的总功率。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，电池控制器还可操作以基于单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从电池组获得的总功率。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，电池组是单个电池组或包括并联电连接的两个电池组中的一者。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，动作是控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与电池组电隔离。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，动作是使电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

在分布式电池功率系统的一个或多个实施例中，电池组和电池控制器可安装在运载工具中。

本文中提供了一种用于监测分布式电池功率系统的方法。该方法包括：将状态请求从电池控制器发送到电池组，其中，该电池组具有：多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；响应于所述状态请求，在电池控制器处从电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；响应于所述多个单元电池电压，在电池控制器中确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏一个或多个问题单元电池。

在该方法的一个或多个实施例中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个弱单元电池，并且基于所述至少一个弱单元电池的电荷状态、容量和健康状态中的一者或多者来检测所述至少一个弱单元电池。

在该方法的一个或多个实施例中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个下垂单元电池，并且响应于相邻单元电池电压之间的差超过作为时间的函数的标准偏差阈值检测到所述至少一个下垂单元电池。

在一个或多个实施例中，该方法还包括在所述一个或多个问题单元电池在电池组中具有电活性时，在电池控制器中估计可从电池组获得的总功率。

在一个或多个实施例中，该方法还包括基于单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从电池组获得的总功率。

在该方法的一个或多个实施例中，电池组是单个电池组或包括并联电连接的两个电池组中的一者。

在该方法的一个或多个实施例中，动作是控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与电池组电隔离。

在该方法的一个或多个实施例中，动作是使电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

在该方法的一个或多个实施例中，在运载工具中执行该方法。

本文中提供了一种运载工具。该运载工具包括电池组、马达和电池控制器。电池组具有：多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间。马达由电池组供电，并且可操作以推进运载工具。电池控制器与电压电流温度模块通信，并且可操作以：将状态请求发送到电压电流温度模块；响应于状态请求，从电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；响应于所述多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

在该方法的一个或多个实施例中，动作是以下各项中的一项或多项：控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与电池组电隔离；以及使电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

本发明包括以下技术方案：

方案1. 一种分布式电池功率系统，其包括：

电池组，其具有：

多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；

电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；

多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；以及

电池控制器，其与所述电压电流温度模块通信，并且可操作以：

将状态请求发送到所述电压电流温度模块；

响应于所述状态请求，从所述电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；

响应于所述多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及

响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

方案2. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个弱单元电池，并且基于所述至少一个弱单元电池的电荷状态、容量和健康状态中的一者或多者来检测所述至少一个弱单元电池。

方案3. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个下垂单元电池，并且响应于相邻单元电池电压之间的差超过作为时间的函数的标准偏差阈值检测到所述至少一个下垂单元电池。

方案4. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池控制器还可操作以在所述一个或多个问题单元电池在所述电池组中具有电活性时估计可从所述电池组获得的总功率。

方案5. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池控制器还可操作以：

基于单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及

基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从所述电池组获得的总功率。

方案6. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池组是单个电池组或包括并联电连接的两个电池组中的一者。

方案7. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述动作是控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与所述电池组电隔离。

方案8. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述动作是使所述电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

方案9. 根据方案1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池组和所述电池控制器可安装在运载工具中。

方案10. 一种用于监测分布式电池功率系统的方法，所述方法包括：

将状态请求从电池控制器发送到电池组，其中，所述电池组具有：

多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；

电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及

多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；

响应于所述状态请求，在所述电池控制器处从所述电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；

响应于所述多个单元电池电压，在所述电池控制器中确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及

响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

方案11. 根据方案10所述的方法，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个弱单元电池，并且基于所述至少一个弱单元电池的电荷状态、容量和健康状态中的一者或多者来检测所述至少一个弱单元电池。

方案12. 根据方案10所述的方法，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个下垂单元电池，并且响应于相邻单元电池电压之间的差超过作为时间的函数的标准偏差阈值检测到所述至少一个下垂单元电池。

方案13. 根据方案10所述的方法，其还包括：

在所述一个或多个问题单元电池在所述电池组中具有电活性时，在所述电池控制器中估计可从所述电池组获得的总功率。

方案14. 根据方案10所述的方法，其还包括：

基于单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及

基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从所述电池组获得的总功率。

方案15. 根据方案10所述的方法，其中，所述电池组是单个电池组或包括并联电连接的两个电池组中的一者。

方案16. 根据方案10所述的方法，其中，所述动作是控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与所述电池组电隔离。

方案17. 根据方案10所述的方法，其中，所述动作是使所述电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

方案18. 根据方案10所述的方法，其中，在运载工具中执行所述方法。

方案19. 一种运载工具，其包括：

电池组，其具有：

多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；

电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及

多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；

马达，其由所述电池组供电，并且可操作以推进所述运载工具；以及

电池控制器，其与所述电压电流温度模块通信，并且可操作以：

将状态请求发送到所述电压电流温度模块；

响应于所述状态请求，从所述电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；

响应于所述多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及

响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

方案20. 根据方案19所述的运载工具，其中，所述动作是以下各项中的一项或多项：

控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与所述电池组电隔离；以及

使所述电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

当结合附图理解时，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点容易从用于实施本公开的最佳模式的以下详细描述显而易见到。

附图说明

图1是图示系统的背景的示意性平面图。

图2是根据示例性实施例的电池组的示意性局部分解透视图。

图3是根据示例性实施例的电池模块的示意性局部分解透视图。

图4是根据示例性实施例的用于检测一个或多个问题单元电池的示意图。

图5是根据示例性实施例的作为时间的函数的运载工具速度的示意图。

图6是根据示例性实施例的单元电池电压作为时间的函数的图表的示意图。

图7是根据示例性实施例的电压残余（voltage residual）的标准偏差作为时间的函数的图表的示意图。

图8是根据示例性实施例的用于故障安全电池功率管理的方法的示意性流程图。

图9是根据示例性实施例的处于正常状态的单元电池隔离开关的示意图。

图10是根据示例性实施例的处于隔离状态的单元电池隔离开关的示意图。

图11是根据示例性实施例的用于电池功率管理的方法的示意性流程图。

图12是根据示例性实施例的具有单个问题单元电池的第一电池组的示意图。

图13是根据示例性实施例的具有多个问题单元电池的第二电池组的示意图。

图14是根据示例性实施例的双电池组构型的示意图。

图15是根据示例性实施例的基于模块化的电池组的示意图。

图16是根据示例性实施例的用于在针对弱单元电池和电池组具有给定的最大电压极限的充电情况下进行功率预测的方法的示意性流程图。

图17是根据示例性实施例的用于在较弱或下垂单元电池和电池组上具有最大放电电流极限的放电情况下进行功率预测的方法的示意性流程图。

图18是根据示例性实施例的用于在较弱或下垂单元电池和电池组上具有给定的最大充电电流极限的另一种充电情况下进行功率预测的方法的示意性流程图。

具体实施方式

可基于一个或多个较弱单元电池和/或一个或多个下垂单元电池可递送多少功率的约束来估计电池组功率。电池组的电池模型大体包括（i）串联连接或者（ii）串联和并联连接中的任一者的分布式单元电池模型。用于一个或若干个较弱单元电池和/或下垂单元电池的问题单元电池模型可类似于具有不同系数的电池模型。主电池组模型大体包括不考虑问题单元电池的电池模型。可使用问题单元电池模型和主电池组模型中的一者或多者基于分布式功率估计技术来估计总电池组功率。

基于统计的检测方法可被用于检测一个或多个问题单元电池。电池状态估计可应用于电池组中的问题单元电池和剩余良好单元电池，以形成分布式电池系统模型。基于分布式电池系统模型，可取决于电池系统构型在问题单元电池电流、电压和电荷状态极限的约束下准确地估计电池组功率。问题单元电池可或者与良好单元电池电隔离和/或可使运载工具功率减载运行（例如，降低运载工具可用的电功率的额定能力）。任一种方法均大体延长了电池组的寿命和/或可防止单元电池损坏进一步发展。

参考图1，示出了图示系统的背景的示意性平面图。系统可实施运载工具60。运载工具60大体包括分布式电池功率系统64、线束90、电源组（power-pack）控制器92和一个或多个马达94（为清楚起见示出一个马达94）。分布式电池功率系统64可包括电池控制器66、通信总线68和一个或多个电池组70（为清楚起见示出一个电池组70）。电池组70可包括相对的电池组侧部72a-72b、相对的电池组端部74a-74b、正电池组端子76和负电池组端子78。为了解释的目的，运载工具60的前方可沿正X方向对齐。运载工具60的右侧（如在运载工具60的顶部处向下看时所见）可沿正Y方向对齐。正Y方向可垂直于正X方向。

运载工具60可包括但不限于移动物体，诸如汽车、卡车、摩托车、船、火车和/或飞机。在一些实施例中，运载工具60可包括静止物体，诸如广告牌、售货亭、备用电源系统（例如，不间断电源）和/或大帐篷（marquee）。可实施其他类型的运载工具60以满足具体应用的设计标准。

分布式电池功率系统64大体操作以存储由电源组控制器92和马达94使用的能量。在充电模式下，分布式电池功率系统64可从电源组控制器92或从充电站接收电流。在放电模式下，分布式电池功率系统64可向电源组控制器92提供电流以操作马达94。

电池控制器66可被实施为运载工具接口控制模块（VICM）。电池控制器66大体操作以控制电池组70的一个或多个配置文件（profile）和/或模式。所述配置文件可包括电池组充电配置文件、快速充电配置文件和/或电池组放电配置文件。所述配置文件大体确立电池组70的最大电流率（current rate）、最大电压、最小电压和最高温度。所述配置文件可监测电荷状态并执行单元电池平衡。所述配置文件可以是取决于温度的、取决于里程（例如，里程表测得的距离）的和/或取决于操作寿命（例如，时间）的。

电池控制器66也可操作以将状态请求发送到电池组70；响应于状态请求从电池组70接收多个电压；确定多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。在一些情况下，该动作可包括控制多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与电池组电隔离。在一些情况下，该动作可包括使电池组70减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。具体地，电池控制器可以是可操作的以基于问题单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及随后基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从电池组获得的总功率以防止进一步损坏单元电池和/或热失控状况。

通信总线68可实施双向总线。通信总线68大体操作以在电池控制器66和电池组70之间传递数据。该数据可包括但不限于状态请求和测得的单元电池电压。可实施其他类型的数据以满足具体应用的设计标准。

状态请求可从电池控制器66发送到电池组70。状态请求大体要求对电池组70中的多个单元电池的测得的单元电池电压的答复。测得的电压可响应于状态请求从电池组70传递到电池控制器66。

电池组70（或多个电池组70中的各个电池组）可以是被构造成存储电能的高压电池组。电池组70大体操作以从电源组控制器92接收电功率并向电源组控制器92提供电功率。电池组70可包括多个电池模块，所述多个电池模块串联和/或并联电连接在正电池组端子76和负电池组端子78之间。在各种实施例中，电池组70可在正电池组端子76和负电池组端子78之间提供大约200至1,000伏特的DC（直流）电势。可实施其他电池电压以满足具体应用的设计标准。电池组侧部72a-72b可面对正Y方向和负Y方向。电池组端部74a-74b可面对正X方向和负X方向。正电池组端子76和负电池组端子78可物理且电连接到线束90。

线束90可以是电线束。线束90大体操作以在电源组控制器92和电池组70之间承载电功率。在充电模式下，线束90可将电功率从电源组控制器92传递到电池组70。在放电模式下，电功率可沿着线束90从电池组70流到电源组控制器92。

电源组控制器92可被实施为在电池组70和马达94之间交换电功率的控制器。电源组控制器92大体操作以在充电模式下将电功率从交流发电机传递到电池组70以为电池组70充电。在放电模式下，电源组控制器92可从电池组70抽取电功率。从电池组70接收到的电功率可被用于为马达94和/或运载工具60内的其他负载供电。

马达94（或多个马达94中的各个马达）可以是电动马达。马达94大体操作以提供旋转和扭矩以驱动运载工具60的轮以关于地面和/或道路推进运载工具60。由马达94消耗的电功率可在电源组控制器92的控制下由电池组70和/或运载工具60的交流发电机提供。

参考图2，示出了根据示例性实施例的电池组70的示例实施方式的示意性局部分解透视图。电池组70大体包括电池组侧部72a-72b、电池组端部74a-74b、正电池组端子76（见图1）、负电池组端子78（见图1）、任选的汽车仪表板横梁（cross-car beam）80、电池组底板82、任选的前/后脊状件84、多个电池模块100a-100n和电压电流温度模块（VITM）110。电池模块100a-100n中的各个电池模块大体包括壳体102、正电池模块端子104和负电池模块端子106。在各种实施例中，电池模块端子104-106可在电池模块端部中的一者附近安装在壳体102上。在其他实施例中，电池模块端子104-106可安装在电池模块100a-100n内的其他部件上（例如，安装在互连电路板上），并通过壳体102中的（一个或多个）开口而暴露。

电池模块（或者电路或单元）100a-100n可串联连接在正电池组端子76和负电池组端子78之间。电池组70的高度可沿正Z方向对齐。正Z方向可垂直于由X方向和Y方向限定的平面。

电压电流温度模块（或者电路或单元）110可以是用于电池组70的内部控制器。电压电流温度模块110大体操作以响应于以下各项来监测电池组70的操作：单元电池电压和电池组70两端的电压、从电池组70发送和由其接收的电流、以及在电池组70的多个位置处的一个或多个温度。电压电流温度模块110可使用热敏电阻或热电偶来感测电池组70的温度，该热敏电阻或热电偶或者在互连电路板中或者作为安装到电池组70的布线线束上的部件。电压电流温度模块110可通过通信总线68连接到电池控制器66。

参考图3，示出了根据示例性实施例的电池模块100的示意性局部分解透视图。电池模块100可代表各个电池模块100a-100n。电池模块100大体包括多个电池单元电池单元（battery cell units）120、互连电路板122、控制电路124和局部总线128。控制电路124可安装在互连电路板122上。控制电路124大体包括微控制器130、随机存取存储器（RAM）132和只读存储器（ROM）134。

电池单元电池单元120可以是被构造成存储电能的电单元电池。电池单元电池单元120大体操作以在充电模式下时接收电功率并且在放电模式下时提供电功率。在一些实施例中，电池单元电池单元120可被构造为3.5伏特至4.2伏特的DC单元电池。可实施其他电池单元电池单元电压以满足具体应用的设计标准。若干（例如，3）个电池单元电池单元120大体可并联电成组在一起作为一个单元电池。

互连电路板122可以是多层电路板。互连电路板122大体操作以提供用于电池单元电池单元120和控制电路124之间的电功率和电信号的电路径。

控制电路124可被实施为控制器。控制电路124可包括内置式存储器（132和134）。控制电路124也可具有到局部总线128和多个输入/输出电路的接口。控制电路124大体操作以向互连电路板122提供有源电子设备（active electronics），该互连电路板122提供电压电流温度模块110和电池模块100之间的通信。

局部总线128被构造为双向总线。局部总线128大体操作以在控制电路124和电压电流温度模块110之间提供数据。

微控制器130大体操作以经由局部总线128与电压电流温度模块110通信。微控制器130也可操作以将单元电池电压数据写入随机存取存储器132和从随机存取存储器132读取单元电池电压数据。

随机存取存储器132可以是易失性和/或非易失性存储器。随机存取存储器132大体操作以存储由微控制器130消耗和产生的数据。例如，随机存取存储器132可存储由微控制器130使用的模块特定信息。在一些实施例中，随机存取存储器132也可保持单元电池电压数据。

只读存储器134可具有只读策略、一次写入多次读取策略和/或非易失性存储器策略。只读存储器134大体操作以存储由微控制器130执行的软件（或代码或固件）。只读存储器134可用运载工具60和/或电池控制器66可应用于与性能有关的逻辑/过程的模块特定参数来编程。例如，只读存储器134可包含用于电荷状态（SOC）计算、单元电池平衡计算、充电极限和/或放电极限的数据/程序。

参考图4，示出了根据示例性实施例的用于检测一个或多个问题单元电池（例如，一个或多个弱单元电池和/或下垂单元电池）的示例构型150的示意图。构型150大体包括电池组70、电压电流温度模块110和电池控制器66。

电池组70可包括串联连接的多个可隔离单元电池152a-152n。在示例实施例中，电池组70大体每个单元电池152a-152n包括三个电池单元电池单元120且每个电池组70包括九十六个单元电池（例如，3p96s构型）。可实施单元电池152a-152n和/或电池组70的其他构型以满足具体应用的设计标准。电流信号（例如，I）可流过电池组70。电流信号I可代表充电电流或者放电电流中的任一者。

可由电压电流温度模块110测量各个单元电池152a-152n的电压。测得的单元电池电压（例如，Vcell_1至Vcell_N）可经由通信总线68呈现给电池控制器66。

电池控制器66可根据如下公式1从单元电池电压Vcell_1至Vcell_N计算电压残余的阵列（例如R_i(t)）：

Ri(t) = Vcell_i(t) – Vcell_(i-1)(t)，对于i = 2至N （1）

各个电压残余R_i(t)可以是两个相邻单元电池152a-152n之间的单元电池电压差。

电池控制器66可如下根据公式2关于残余计算集合（ensemble）的标准偏差（例如，σ(t)）：

其中STD( )是标准偏差运算。可应用限定多个阈值的检测图（detection chart）以检测问题单元电池。如果电压残余R_j(t)处于R_j(t) < -kσ和R_j+1(t) > +kσ(t)二者均为真的状况下（其中k为常数），则第j个单元电池可被检测为弱单元电池或下垂单元电池（例如，问题单元电池）。可应用类似的技术以检测可能超出电池控制器66的单元电池平衡能力的最低电荷状态。

参考图5，示出根据示例性实施例的示例运载工具速度作为时间的函数的图表160的示意图。x轴以秒（sec）为单位示出。y轴以每小时公里数（kph）为单位示出。运载工具60的速度大体随时间推移而变化。示例中的运载工具60的速度可从停止（例如，零速度）变化到高速（例如，110 kph）。通常存在运载工具速度的其他配置文件。

参考图6，示出根据示例性实施例的示例单元电池电压作为时间的函数的图表170的示意图。x轴以秒为单位示出。y轴以伏特为单位示出。第一曲线172大体图示了电池组70中的正常单元电池152a-152n随时间推移的正常单元电池电压。第二曲线174可示出电池组70中的下垂单元电池随时间推移的单元电池电压。低电压阈值（例如，2.0伏特至2.5伏特）可被确立为具有下垂电压的问题单元电池的放电电压极限。如该示例中所示，第二曲线174可在多个时刻立即下降到低于2.5电压阈值。

参考图7，示出根据示例性实施例的电压残余Ri(t)的标准偏差作为时间的函数的图表180的示意图。x轴以秒为单位示出。y轴以伏特为单位示出。图表180可确立检测图的阈值。可计算一对电压阈值182和184以检测较弱单元电池或下垂单元电池。正电压阈值182可被设置为高于零伏特的正标准偏差（例如，+kσ(t)）。负电压阈值184可被设置为低于零伏特的负标准偏差（例如，-kσ(t)）。在单元电池2和单元电池3之间计算的第一曲线186图示示例电压残余（例如，R₃(t)），其中单元电池2是下垂的。在单元电池1和单元电池2之间计算的第二曲线188图示示例电压残余（例如，R₂(t)），其中单元电池2是下垂的。响应于(i)第一曲线186上升到高于正电压阈值182和（ii）第二曲线188下降到低于负电压阈值184中的一者或两者，电池控制器66可得出如下结论：单元电池2是较弱单元电池或下垂单元电池。

参考图8，示出根据示例性实施例的用于故障安全电池功率管理的方法200的示例实施方式的示意性流程图。故障安全电池功率管理方法（或过程）200可由电池组70、电压电流温度模块110和电池控制器66实施。故障安全电池功率管理方法200大体包括步骤202、决策步骤204、决策步骤206、步骤208、步骤210、决策步骤212、决策步骤214、步骤216、步骤218、决策步骤220、步骤222和步骤224。步骤202至224的顺序被示为代表性示例。可实施其他步骤次序以满足具体应用的标准。

电池控制器66可在步骤202中开始故障安全电池功率管理方法200。可在决策步骤204中进行检查以确定是否检测到问题（例如，较弱）单元电池。决策步骤204可包括将状态请求从电池控制器66发送到电压电流温度模块110、电压电流温度模块110测量各个单元电池152a-152n的单元电池电压，并且将单元电池电压返回到电池控制器66。如果没有检测到问题单元电池，则故障安全电池功率管理方法200可循环回到步骤202的开始并等待下一个检查周期。如果检测到问题单元电池（例如，152p），则可在决策步骤206中执行检查以确定检测到的问题单元电池152p是否有是具有较大电压降的下垂单元电池的风险。如果检测到的问题单元电池152p不是下垂单元电池（例如，问题单元电池152p是弱单元电池），则电池控制器66可在步骤208中执行例程（例如，代码、软件、固件、指令等）以基于问题单元电池152p在电池组70内保持活性来执行电池组70的受控的功率减载运行。此后，故障安全电池功率管理方法200可在步骤210处完成。

如果检测到的问题单元电池152p根据决策步骤206有是下垂单元电池（例如，下垂单元电池152d）的风险，则可在决策步骤212中执行检查以确定电压下垂是否是间歇性的下垂。如果电压下垂不是间歇性的，则故障安全电池功率管理方法200可继续决策步骤220以检查对应于下垂单元电池152d的单元电池隔离开关（图9，242a-242n）是否是操作的。如果电压下垂是间歇性的，则可在决策步骤214处执行检查以确定对应的单元电池隔离开关是否是操作的。如果对应的单元电池隔离开关不是操作的（例如，开关已发生故障），则故障安全电池功率管理方法200可继续步骤208以基于下垂单元电池152d在电池组70内保持活性来使电池组70减载运行。如果对应的隔离开关在工作，则该方法可继续步骤216。

在步骤216中，电池控制器66可命令断开对应于检测到的下垂单元电池152d的单元电池隔离开关以将检测到的下垂单元电池152d与电池组70隔离。在各种实施例中，可执行下垂单元电池152d的隔离一定时间量。该时间量可以是取决于校准的。在该时间已逝去之后，在步骤218中，可由电池控制器66闭合对应的隔离开关。闭合对应的隔离开关通常将下垂单元电池152d重新加入回到电池组70中。故障安全电池功率管理方法200可随后返回步骤202以检查是否检测到其他问题单元电池。

在决策步骤220中，电池控制器66可检查与下垂单元电池152d相关联的隔离开关是否在工作。如果相关联的隔离开关不在工作，则故障安全电池功率管理方法200可继续步骤208以基于下垂单元电池152d在电池组70中保持活性来使电池组70减载运行。如果隔离开关在工作，则可在步骤222中断开相关联的隔离开关以将下垂单元电池152d与电池组70隔离。此后，电池控制器66可在步骤224中设置标记。所设置的标记通常指示运载工具60可被收容以便替换隔离的下垂单元电池152d并将新单元电池安装到电池组70中。故障安全电池功率管理方法200可返回步骤202以检查附加的问题单元电池。

参考图9，示出根据示例性实施例的处于正常状态240的单元电池隔离开关的示例实施方式的示意图。电池组70大体包括多个隔离开关组242a-242n。隔离开关组242a-242n可分别电连接到单元电池152a-152n。各个隔离开关组242a-242n大体包括多个（例如，三个）开关S1、S2和S3。开关S1、S2和S3可由电池控制器66控制。

开关S1可以是与单元电池端子中的一个（例如，正单元电池端子）串联电连接的端子开关。开关S2可以是与另一单元电池端子（例如，负单元电池端子）串联电连接的另一个端子开关。开关S3可以是电连接在与相应单元电池152a-152n相对的端子开关S1和S2的节点之间的桥式开关。在正常状态240下，隔离开关组242a-242n中的端子开关S1和S2可处于闭合状态（或传导模式）。桥式开关S3可处于断开状态（或隔离模式）。因而，电流信号I可流过串联的端子开关S1、端子开关S2和单元电池152a-152n。

在各种实施例中，可从设计中消除端子开关S1或S2中的一个。在设计中具有端子开关S1和S2两者可导致更高的可靠性，因为任一端子开关S1或S2转变到断开状态的失效可能并不阻止相应单元电池152a-152n变得与电池组70电隔离。在各种实施例中，开关S1、S2和S3可被实施为功率金属氧化物硅场效应晶体管（MOSFET）、功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率碳化硅（silicon carbine）开关、功率氮化镓开关、机械开关或其他合适的功率开关。

参考图10，示出根据示例性实施例的处于隔离状态250的单元电池隔离开关的示例实施方式的示意图。在该示例中，电池控制器66已确定单元电池中的一个（例如，152b）应与电池组70电隔离。因此，电池控制器66可命令隔离开关组242b中的端子开关S1和S2进入断开状态以将不良单元电池152b电隔离。电池控制器66可同时或随后命令隔离开关组242b中的桥式开关S3进入闭合状态以允许电流信号I绕过不良单元电池152b流动。在隔离开关组242b处于隔离状态250的情况下，电池组70可在N-1个单元电池（例如，单元电池152a和152c-152n）可用的情况下继续操作。如果单元电池152a-152n被认为是模块，则可应用类似的隔离机制来隔离故障模块。

参考图11，示出根据示例性实施例的用于电池功率管理的方法260的示例实施方式的示意性流程图。可在电池组70、电压电流温度模块110和电池控制器66中实施电池功率管理方法（或过程）260。电池功率管理方法260大体包括步骤262、决策步骤264、路径266、步骤268、步骤270、步骤272、步骤274、路径276、步骤278和步骤280。步骤/路径262至280的顺序被示为代表性示例。可实施其他步骤/路径次序以满足具体应用的标准。

电池控制器66可在步骤262处开始电池功率管理方法260。可在决策步骤264中进行检查以确定是否检测到问题单元电池。决策步骤264可包括将状态请求从电池控制器66发送到电压电流温度模块110、电压电流温度模块110测量各个单元电池的单元电池电压，以及将单元电池电压返回到电池控制器66。如果没有检测到问题单元电池，则电池功率管理方法260可循环回到步骤262的开始并等待下一个检查周期。如果检测到问题单元电池，则电池功率管理方法260可基于检测到的问题单元电池的类型继续进行。

如果问题单元电池（例如，152j）是较弱单元电池，则电池功率管理方法260可遵循路径266。在步骤268中，电池控制器66可监测较弱单元电池152j并根据估计的单元电池模型和操作状况来计算较弱单元电池152j的单元电池电流极限（例如，I_cL）和单元电池电压极限（例如，V_cL）。监测可包括使用标准技术的电荷状态（例如，SOC(j)）、容量（例如，Cap(j)）和/或健康状态（例如，SOH(j)）。可通过如下公式3和4表达第j个单元电池（例如，单元电池152j）的估计的单元电池模型：

ẋ_k+1 = A_kx_k + B_ku_k （3）

y_k = C_kx_k （4）

其中参数ẋ、x、y、u、A、B和C取决于在被监测的单元电池中实施的技术的类型，并且下标k代表第k个样本时间。

可根据单元电池模型和一个或多个操作状况来估计较弱单元电池152j的单元电池电流极限I_cL和单元电池电压极限V_cL。

在步骤270中，电池控制器66可基于估计的电池组模型来估计电池组电流极限（例如，I_pL）和电池组电压极限（例如，V_pL）。估计的电池组模型可被限定为集总在一起或者不包括较弱单元电池152j的单元电池的总数。可通过如下公式5和6表达估计的电池组模型：

ż_k+1 = F_kz_k + G_ku_k （5）

y_k = H_kz_k （6）

其中参数ż、z、y、u、F、G和H取决于被监测的电池组70的类型。

在步骤272中，电池控制器66可基于从较弱单元电池152j导出的新电流极限和新电压极限来估计期望的电池功率（例如Pw）。可通过如下公式7计算期望的电流（例如，I_L）：

I_L=min(I_cL, I_pL ) （7）

由于较弱单元电池152j的电流极限通常是小于电池组70的电流极限的值，因此可根据如下公式8来近似公式7：

I_L = I_cL （8）

可以以类似方式计算期望的电压V_L。可在步骤274中使用期望的电流I_L、期望的电压V_L和期望的电池功率P_w以使可用于运载工具60的功率降额。

如果问题单元电池是下垂单元电池（例如，单元电池152d的输出单元电池电压在很大程度上下垂），则电池功率管理方法260可遵循路径276。在步骤278中，电池控制器66可监测问题单元电池152d并根据估计的单元电池模型和操作状况来计算问题单元电池152d的单元电池电流极限I_cL和单元电池电压极限V_cL。监测可包括电荷状态（例如，SOC(d)）和容量（例如，Cap(d)）。针对问题单元电池152d的估计的单元电池模型可通过如前所示的公式3和4来表达。

在步骤280中，可计算下垂单元电池152d的单元电池电流极限I_cL和单元电池电压极限V_cL以防止热失控。可基于从热失控边界条件导出的单元电池状态、单元电池热模型和单元电池释热极限来计算下垂单元电池152d的单元电池电流极限I_cL和单元电池电压极限V_cL。单元电池热模型和单元电池释热极限可取决于电池组70内的具体下垂单元电池152d的构型和化学性质。

一旦已确定下垂单元电池152d的单元电池电流极限I_cL和单元电池电压极限V_cL，电池功率管理方法260就可继续步骤272以基于下垂单元电池152d的极限来估计期望的电池功率。随后，可在步骤274中使用期望的电池功率以使可用于运载工具60的功率降额。

参考图12，示出根据示例性实施例的具有单个问题单元电池的示例第一电池组70a的示意图。第一电池组70a可以是电池组70的变型，其中在电池组中存在问题单元电池。在该示例中，第一最弱单元电池290可代表在N个单元电池的第一电池组70a内的最弱单元电池。尽管第一最弱单元电池290被示出在第一电池组70a的端部处，但是第一最弱单元电池290可遍及第一电池组70a定位。第一电池组70a的剩余单元电池（例如，N-1个良好单元电池）可由第一框292图示。第一框292大体代表N-1个良好单元电池，并且不包括第一最弱单元电池290。例如，在九十六个单元电池的电池组70a中，第一框292可代表九十五个单元电池。在操作期间，电池控制器66可操作以识别并在适当的情况下隔离第一最弱单元电池290。

参考图13，示出根据示例性实施例的具有多个问题单元电池的示例第二电池组70b的示意图。第二电池组70b可以是具有若干个问题单元电池的电池组70的变型。在该示例中，单元电池290可代表第二电池组70b内的第一最弱单元电池290。单元电池294可代表第二电池组70b内的第二最弱单元电池。尽管第一最弱单元电池290和第二最弱单元电池294被示为邻接的相邻单元电池，但是最弱单元电池290和最弱单元电池294可遍及第二电池组70b定位。第二电池组70b的剩余单元电池可由第二框296图示。第二框296大体代表N-2个良好单元电池，并且不包括第一最弱单元电池290和第二最弱单元电池294。例如，在九十六个单元电池的电池组70b中，第二框296可代表九十四个单元电池。在操作期间，电池控制器66可操作以识别并在适当的情况下隔离第一最弱单元电池290和第二最弱单元电池294。

参考图14，示出了根据示例性实施例的示例双电池组构型的示意图。在该示例中，第三电池组70c可包括第三最弱单元电池300和第一剩余单元电池302。第四电池组70d可包括第四最弱单元电池306和第二剩余单元电池304。第三电池组70c和第四电池组70d可以是电池组70的变型，其中每个电池组具有至少一个问题单元电池。第三电池组70c和第四电池组70d可并联电连接以形成双电池组。在操作期间，电池控制器66可操作以检测第三最弱单元电池300并在适当的情况下将其与第三电池组70c隔离。电池控制器66也可操作以独立于第三最弱单元电池300的检测和/或隔离而检测第四最弱单元电池306并在适当的情况下将其与第四电池组70d隔离。

参考图15，示出根据示例性实施例的示例基于模块化的第五电池组70e的示意图。基于模块化的第五电池组70e可以是具有一个或多个问题单元电池的电池组70的变型。基于模块化的第五电池组70e被示为具有第五最弱单元电池310和多个单元电池模块312a-312n。单元电池模块312a-312n中的各个单元电池模块大体包括多个（例如，8-16个）单元电池。如果例如原始制造的模块312a包含10个单元电池并且一个单元电池是弱的（例如，第五最弱单元电池310），则可由剩余的9个健康单元电池重新限定模块312a。在操作期间，电池控制器66可操作以检测第五最弱单元电池310并在适当的情况下将其与基于模块化的第五电池组70e隔离。

考虑在较弱单元电池和电池组70、70a、70b、70c、70d和/或70e上具有最小电压极限的功率预测放电情况。在给定最小电压极限的情况下，电池控制器66可基于较弱单元电池计算可允许电流，并且随后计算一个或多个允许的满电池组电流极限。常常，可由较弱单元电池电流极限来确立较弱单元电池和电池组之间的最小电流。

对于单个电池组（例如，图12中的第一电池组70a），可通过如下公式9计算在样本时间k的最大可允许电池组放电电流（例如，I_pc1max,k）：

I_pc1max,k = min(I_c1k(V_cL1,min), I_p1k(V_pL1,min)) （9）

其中I_c1k是在放电期间作为单元电池电压的函数的通过最弱单元电池的电流，V_cL1,min是在放电期间最弱单元电池两端的最小电压（例如，更小的放电电压通常导致更大的放电电流），I_p1k是在放电期间作为电池组电压的函数的通过电池组70的电流，并且V_pL1,min是在放电期间电池组70两端的最小电压。由于最弱单元电池通常在放电期间具有允许的最小电流，因此可根据如下公式10来近似公式9：

I_pc1max,k = I_c1k(V_cL1,min) （10）

使用新电流极限，电池控制器66可根据如下公式11和12使用较弱单元电池的单元电池模型来预测较弱单元电池电压：

ẋ_k+1 = A_kx_k + B_kI_pc1max,k （11）

V_c1,k = C_kx_k （12）

电池控制器66也可根据如下公式13和14使用电池组的模型来预测电池组电压（例如，对于(N-1)个单元电池的电池组或N个单元电池的电池组）：

ż_k+1 = F_kz_k + G_kI_pc1max,k （13）

V_p1,k = H_kz_k （14）

满电池组电压（例如，V_pc1,k）可以是两个电压之和，并且根据如下公式15计算得出：

V_pc1,k = V_c1,k(I_pc1max,k) + V_p1,k(I_pc1max,k) （15）

可由电池控制器66使用如下公式16来估计满电池组70的功率：

P_pc1,k = (I_pc1max,k × V_c1,k) + (I_pc1max,k × V_p1,k)，或者

P_pc1,k = I_pc1max,k × V_pc1,k （16）

由于相比于电池组电压V_p1,k，单元电池电压V_c1,k通常是小的，因此可根据如下公式17来近似公式16：

P_pc1,k = I_pc1max,k × V_p1,k （17）

对于双电池组（例如，图14中的电池组70c和70d），电池控制器66可针对两个电源组（例如，组1和组2）分开地计算最大可允许的电池组放电电流。针对第一组可由公式10提供计算，且针对第二组可由如下公式18来提供计算：

I_pc2max,k = min(I_c2k(V_cL2,min), I_p2k(V_pL2,min)) （18）

由于第二电池组中的最弱单元电池通常在放电期间具有允许的最小电流，因此可根据如下公式19来近似公式18：

I_pc2max,k = I_c2k(V_cL2,min) （19）

满电池组电压（例如，V_pc2,k）可以是两个电压之和，并且根据如下公式20计算得出：

V_pc2,k = V_c2,k(I_pc2max,k) + V_p2,k(I_pc2max,k) （20）

在两个电池组并联操作的情况下，两个电池组两端的双电池组电压可相同。可通过如下公式21计算最小共同电压（例如，V_min,k）：

V_min,k = max(V_pc1,k, V_pc2,k) （21）

可在公式21中使用max运算符，因为更高的放电电压通常导致更小的放电电流。可根据如下公式22和23在新的最小共同电压极限的情况下重新计算两个电池组的放电电流：

I_pc1max,k = I_pc1,k(V_min,k) （22）

I_pc2max,k = I_pc2,k(V_min,k) （23）

电池控制器66可使用如下公式24来估计总系统功率（例如，P_k）：

P_k = (I_pc1max,k × V_min,k) + (I_pc2max,k × V_min,k) （24）

可在各种限定的时间间隔（例如，0.2秒、2秒、10秒、20秒等）内估计总系统功率P_k。对于给定的满电池组电压，可通过不包括一个或多个较弱单元电池来预测电池组电流。

参考图16，示出根据示例性实施例的用于在针对弱单元电池和电池组具有给定的最大电压极限的充电情况下进行第一功率预测的方法320的示例实施方式的示意性流程图。可在电池控制器66中实施第一功率预测方法（或过程）320。第一功率预测方法320大体包括步骤322、步骤324、步骤326和步骤328。步骤322至328的顺序被示为代表性示例。可实施其他步骤次序以满足具体应用的标准。

在步骤322中，可根据公式9（或10）和18（或19）使用给定的最大充电电压极限V_cL1,max、V_cL2,max、V_pL1,max、V_pL2,max来计算N个单元电池的电池组的允许的最大电池组电流极限。电池控制器66可在步骤324中使用新计算出的电池组电流极限来预测电池组电压。对于双电池组系统，可根据如下公式25和26来计算各个电池组电压（例如，V_pc1,k和V_pc2,k）：

V_pc1,k = V_pc1,k(I_pc1max,k) （25）

V_pc2,k = V_pc2,k(I_pc2max,k) （26）

对于双电池组情况，可根据如下公式27来确定共同节点两端的新的最大充电电压（例如，V_max,k）：

V_max,k = min(V_pc1,k, V_pc2,k) （27）

可在公式27中使用min运算符以避免在充电期间使最弱单元电池过度承压。

在步骤326中，可根据如下公式25和26在新的最大共同电压的情况下重新计算各个电池组电流：

I_pc1max,k = I_pc1,k(V_max,k) （28）

I_pc2max,k = I_pc2,k(V_max,k) （29）

可在步骤328中根据如下公式30来估计总系统功率：

P_k = (I_pc1max,k ×V_max,k) + (I_pc2max,k ×V_max,k) （30）

可在各种限定的时间间隔（例如，0.2秒、2秒、10秒、20秒等）内估计总系统功率。

参考图17，示出根据示例性实施例的用于在较弱或下垂单元电池和电池组上具有最大放电电流极限的放电情况下进行第二功率预测的方法330的示例实施方式的示意性流程图。可在电池控制器66中实施第二功率预测方法（或过程）330。第二功率预测方法330大体包括步骤332、步骤334、步骤336和步骤338。步骤332至338的顺序被示为代表性示例。可实施其他步骤次序以满足具体应用的标准。

可在已知最弱单元电池和电池组的最大放电电流极限的情况下应用第二功率预测方法330。在步骤332中，电池控制器66可根据针对问题（例如，较弱或下垂）单元电池指定的各个电流极限（例如，I_cL1,max和I_cL2,max）以及针对(N-1)个单元电池的电池组指定的各个电流极限（例如，I_pL1,max和I_pL2,max）来计算电池组电流极限（例如，I_pc1max,k和I_pc2max,k）。可根据如下公式31和32来计算最大电池组放电电流I_pc1max,k和I_pc2max,k：

I_pc1max,k = min(I_cL1,max, I_pL1,max) （31）

I_pc2max,k = min(I_cL2,max, I_pL2,max) （32）

电池控制器66可在步骤334中使用新计算出的电池组电流极限来预测电池组电压。对于双电池组系统（见图14），可根据公式25和26来计算各个电池组电压V_pc1,k和V_pc2,k。

对于双电池组情况，可根据如下公式33来确定共同节点两端的最小放电电压（例如，V_min,k）：

V_min,k = max(V_pc1,k, V_pc2,k) （33）

可在公式33中使用max运算符以避免在放电期间使最弱单元电池过度承压。

在步骤336中，可根据如下公式34和35在新的最小共同电压的情况下计算各个电池组电流：

I_pc1max,k = I_pc1,k(V_min,k) （34）

I_pc2max,k = I_pc2,k(V_min,k) （35）

可在步骤338中根据如下公式36来估计总系统功率：

Pk = (I_pc1max,k ×V_min,k) + (I_pc2max,k ×V_min,k) （36）

可在各种限定的时间间隔（例如，0.2秒、2秒、10秒、20秒等）内估计总系统功率。

参考图18，示出根据示例性实施例的用于在较弱或下垂单元电池和电池组上具有给定的最大充电电流极限的另一种充电情况下进行第三功率预测的方法340的示例实施方式的示意性流程图。可在电池控制器66中实施第三功率预测方法（或过程）340。第三功率预测方法340大体包括步骤342、步骤344、步骤346和步骤348。步骤342至348的顺序被示为代表性示例。可实施其他步骤次序以满足具体应用的标准。

可在已知最弱单元电池的最大充电电流极限的情况下应用第三功率预测方法340。在步骤342中，电池控制器66可基于公式31和32计算电池组电流极限I_pc1max,k和I_pc2max,k。电池控制器66可在步骤344中使用新计算出的电池组电流极限来预测电池组电压。对于双电池组系统，可根据公式25和26计算各个电池组电压V_pc1,k和V_pc2,k。

对于双电池组情况，可根据公式27来确定共同节点两端的最大充电电压V_max,k。在步骤346中，可根据公式28和29在新的最大共同电压的情况下计算各个电池组电流。可在步骤348中根据公式30估计总系统功率。可在各种限定的时间间隔（例如，0.2秒、2秒、10秒、20秒等）内估计总系统功率。

本公开的实施例大体将检测图中的阈值应用于单元电池电压差的多个阵列以检测较弱单元电池和/或下垂单元电池。可应用使用较弱单元电池极限和减小的电池组状态估计的分布式电池系统模型以防止损坏问题单元电池并因此防止损坏电池组。在各种实施例中，可在一个或多个问题单元电池的约束下估计单个电池组的总系统功率。在其他实施例中，可在一个或多个问题单元电池的约束下估计多个电池组的总系统功率。

本公开的实施例可通过问题单元电池的隔离或运载工具功率降额来提供对具有劣化的单元电池的电动运载工具的容错控制。这样的实际功率估计可延长电池组寿命、防止使较弱单元电池和/或下垂单元电池过载。功率估计可进一步减小损坏电池组、引起步行回家状况和/或引起热失控状况的可能性。功率估计也可在单元电池故障状况下安全地使运载工具减载运行。

尽管已详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是熟悉本公开所涉及的领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内的用于实践本公开的各种替代性设计和实施例。

Claims (10)

1.一种分布式电池功率系统，其包括：

电池组，其具有：

多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；

电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；

多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；以及

电池控制器，其与所述电压电流温度模块通信，并且可操作以：

将状态请求发送到所述电压电流温度模块；

响应于所述状态请求，从所述电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；

响应于所述多个单元电池电压，确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及

响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

2.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个弱单元电池，并且基于所述至少一个弱单元电池的电荷状态、容量和健康状态中的一者或多者来检测所述至少一个弱单元电池。

3.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述一个或多个问题单元电池包括至少一个下垂单元电池，并且响应于相邻单元电池电压之间的差超过作为时间的函数的标准偏差阈值检测到所述至少一个下垂单元电池。

4.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池控制器还可操作以在所述一个或多个问题单元电池在所述电池组中具有电活性时估计可从所述电池组获得的总功率。

5.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池控制器还可操作以：

基于单元电池模型来估计所述一个或多个问题单元电池的安全电流极限和一个或多个安全电压极限；以及

基于所述安全电流极限和所述一个或多个安全电压极限来估计可从所述电池组获得的总功率。

6.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池组是单个电池组或包括并联电连接的两个电池组中的一者。

7.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述动作是控制所述多个隔离开关组以将所述一个或多个问题单元电池与所述电池组电隔离。

8.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述动作是使所述电池组减载运行以限制流过所述一个或多个问题单元电池的充电电流和放电电流。

9.根据权利要求1所述的分布式电池功率系统，其中，所述电池组和所述电池控制器可安装在运载工具中。

10.一种用于监测分布式电池功率系统的方法，所述方法包括：

将状态请求从电池控制器发送到电池组，其中，所述电池组具有：

多个单元电池，其被构造成生成多个单元电池电压；

电压电流温度模块，其电连接到所述多个单元电池；以及

多个隔离开关组，其电连接在所述多个单元电池之间；

响应于所述状态请求，在所述电池控制器处从所述电压电流温度模块接收所述多个单元电池电压；

响应于所述多个单元电池电压，在所述电池控制器中确定所述多个单元电池是否包括一个或多个问题单元电池；以及

响应于确定存在一个或多个问题单元电池执行动作以防止损坏所述一个或多个问题单元电池。

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