智能电芯的直流控制的制作方法

所公开的主题涉及车辆（例如，运输车辆），并且更具体地涉及电动车辆的电机和充电控制。

背景技术：

1、电动车辆（ev）严重依赖于高效且可靠的功率输送系统来满足驾驶和充电期间的性能需求。在传统系统中，逆变器在将电池电芯的dc功率转换为适合驱动车辆电动机或在充电期间与外部电网对接的ac功率方面起着关键作用。传统的逆变器系统通常利用高频脉冲宽度调制（pwm）来管理功率波动并减轻在驾驶或充电期间发生的快速瞬变或谐波。

2、尽管传统的逆变器在稳定功率输送方面是有效的，但其存在若干固有的缺点。由于高频开关所需的复杂电路和支持组件，这些系统往往占据车辆内的大量空间。这种增加的硬件占用空间不仅增加了系统的整体重量，而且还增加了制造成本。此外，传统的逆变器在操作期间会生成大量热量，因此需要额外的冷却系统，这进一步增加了车辆的复杂性和成本。这些低效率最终会降低功率系统的整体能源效率，影响车辆的续航里程和性能。逆变器系统中对高频pwm控制的依赖也在保持最佳效率方面带来了挑战。为了有效地响应动态功率需求，这种系统需要对开关模式进行精确和快速的调整。而实现这种控制需求精密的电子器件，这可能导致更高的功率损耗并进一步降低系统效率。因此，车辆制造商在实施传统逆变器解决方案时面临平衡功率稳定性、热管理和空间约束的挑战。

3、另外，跨多个电池集群实现稳定且同步的ac输出带来了进一步的复杂性。利用多个控制板来管理电池电芯的分布式集群的系统可能面临数据同步的挑战。在这样的配置中，确保跨多个板的一致电压输出可能需要快速数据通信和高处理速度，这可能对集中式控制器施加显著的计算需求。这可能会限制系统的响应性并引入性能瓶颈。

4、在常规系统中，在稳定dc供电的输送中出现另一限制。传统的电池架构通常需要若干高性能dcdc转换器来为各种车辆子系统维持一致的且可靠的dc输出。这些转换器可能是昂贵的、占用空间的，并且增加了系统的复杂性和热负荷。相比之下，智能电芯（smartcell）架构能够通过利用多集群通道来增强dc供电可用性，其中分布式电池集群可以独立地为dc总线发挥作用。这种分散式的方法可以减少对集中式dcdc转换器的依赖，降低系统成本，并提高dc功率输送的效率和冗余度。上述背景技术仅旨在提供一些当前问题的上下文概述，并不旨在穷举。在阅读以下详细描述后，其他上下文信息可以变得更加明显。

技术实现思路

1、以下呈现概述以提供对本发明的一个或多个实施例的基本理解。本 技术实现要素： 不旨在标识关键或重要元素或描绘特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。在本文描述的一个或多个实施例中，系统、设备、结构和/或装置可以促进电动车辆中的智能电芯的直流控制。

2、电动车辆作为内燃发动机车辆的更清洁和更可持续的替代品正在迅速获得关注。典型的电传动系统（driveline）包括在直流（dc）电压电平下运行的电池系统。现有的电池系统为车辆的电动机提供功率并支持其他子系统。然而，为了与需要用于操作的交流电（ac）的电动机以及与用于充电的电网接口对接，常规ev依赖于复杂的辅助系统，特别是dc到ac逆变器。这些系统通常是昂贵的，需要大量的封装空间，需要先进的冷却机构，并且引入额外的故障点，使得整个传动系统架构更加复杂且效率更低。

3、此外，现有的电池系统面临固有的限制。ev中的电池布置的控制必须满足严格的要求，包括支持频繁和有效的充电循环、高电功率输出、温度弹性和延长寿命的耐久性。常规系统（其通常涉及集中式控制和bulk逆变器）对于对现代ev的不断增长的性能和效率需求没有很好地优化。另外，依赖于高频脉冲宽度调制（pwm）的系统架构需要显著的功率和热开销，进一步降低了整体系统效率。热管理仍然是电池系统中的关键问题。通常用在商用ev中的锂离子电池电芯对操作温度高度敏感。在低温下（例如低于0℃），电芯内的化学过程会减慢，导致内阻增加、充电和放电容量降低，并且在极端情况下，还会导致不可逆的电池损坏。相反，高温（例如，高于60℃）会通过降低活性材料的可用性、增加内阻以及触发热失控事件来加速降解。这些挑战需要开发一种系统，其能够有效地管理能量并分配功率以最小化热应力并提高个体电池电芯的可靠性。

4、如上所述，期望用于电动车辆中的智能电芯的直流控制的改进技术，并且为此目的和/或其他目的在本文中描述了各种实施例。

5、根据实施例，系统可以包括多个电池电芯集群（例如，智能电芯），每个集群包括一个或多个电池电芯和相关联的集群板，其中每个集群板包括集成的监测和开关元件；主板，其被配置为与多个集群板通信并基于实时功率需求来提供控制信号，该主板向每个集群板发送同步值；存储器，其存储计算机可执行组件；以及处理器，其执行存储在存储器中的计算机可执行组件。计算机可执行组件可以包括直流控制组件，该直流控制组件将电流幅度请求、角度信息或优先级顺序从主板传输到集群板，并通过基于转子角度、相位差和积分转子速率计算系统参考角度来同步多个集群板的操作，以对齐电池电芯集群的输出并产生受控ac电压。

6、根据另一实施例，一种用于控制车载电池系统中的功率输送的方法可以包括：接收速度、扭矩和dc电压输入；确定所需的直轴（direct-axis）和交轴（quadrature-axis）电流；基于这些电流计算电流幅度和角度，并且将所计算的值连同对应的转子或电网（grid）角度和转子或电网速率数据一起传输到多个集群板；在集群板处接收所传输的电流幅度、对应的转子或电网角度和转子或电网速率数据；基于从主板接收的信息来估计更新的角度，该信息包括转子或电网角度、转子或电网速率，以及与集群板的相序相关联的相位差；生成参考电流；以及将参考电流与集群板处的测量电流进行比较，并处理误差以生成用于脉冲宽度调制开关的参考电压输出。

7、根据又一实施例，一种非暂时性机器可读存储介质可以包括可执行指令，该可执行指令在由车载处理器执行时可以促进操作的执行。操作还可以包括：接收速度、扭矩和dc电压输入；确定所需的直轴和交轴电流；基于这些电流计算电流幅度和角度，并且将所计算的值连同对应的转子或电网角度和转子或电网速率数据一起传输到多个集群板；在集群板处接收所传输的电流幅度、对应的转子或电网角度和转子或电网速率数据；基于从主板接收的信息来估计更新的角度，该信息包括转子或电网角度、转子或电网速率，以及与集群板的相序相关联的相位差；生成参考电流；以及将参考电流与集群板处的测量电流进行比较，并处理误差以生成用于脉冲宽度调制开关的参考电压输出。在一些实施例中，操作还可以包括：基于ac充电功率要求来预定义所需的直轴电流和交轴电流；以及向多个集群板传输电网角度。

1.一种车载系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述直流控制组件使得所述多个电池电芯集群能够直接从所述电芯共同生成受控ac电压，而不需要常规逆变器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述直流控制组件同步来自所述多个集群板的所述输出，以提供适合于推进或充电的ac功率。

4.根据权利要求1所述的系统，其中每个集群板彼此独立地操作。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述集群板中的每一个独立地连接到所述主板。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述直流控制组件使得所述集群板能够基于所接收的指令独立地调节功率输出。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述直流控制组件动态地调整功率输送以满足车辆的实时功率需求。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括确定车辆的当前状态的状态组件。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态组件确定车辆处于驾驶模式，并且所述直流控制组件将所述车辆的发动机扭矩和速度需求从所述主板传输到所述集群板，同时基于所述车辆的所述发动机扭矩和速度需求来同步多个集群板的输出，以生成用于车辆推进的ac电压。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述状态组件确定车辆正在充电，并且直流控制组件通过调整多个集群板的输出电流和相位以匹配电网电压特性，将功率输送与外部电网同步。

11.一种用于控制车载电池系统中的功率输送的方法，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

13.根据权利要求11所述的方法，其中确定所需的直轴电流和交轴电流包括使用每安培最大扭矩控制算法来优化驾驶期间的扭矩效率。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所计算的值和对应的转子速率数据以约1 khz的频率或基于系统要求以另一合适的传输频率传输到所述多个集群板。

15.根据权利要求11所述的方法，其中积分转子速率用于获得角度更新，并且通过基于所述集群板的相应相序将所述角度更新添加到所述转子角度和所述相位差角度来计算更新的角度。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述参考电流通过将所述电流幅度与所计算的相位角相乘来生成。

17.根据权利要求11所述的方法，其中处理所述参考电流与所述测量电流之间的误差包括应用谐振比例积分控制器，以最小化稳态误差并改善动态响应。

18.根据权利要求11中任一项所述的方法，其中每个集群板包括集成的监测和开关元件，所述集成的监测和开关元件使得能够在所述集群级别进行实时电流测量和电压调节。

19.一种非暂时性机器可读存储介质，包括可执行指令，所述可执行指令在由车载处理器执行时促进操作的执行，所述操作包括：

20.根据权利要求19所述的非暂时性机器可读存储介质，其中所述操作还包括：