基于车辆的降额状态的电池控制系统和方法

技术领域

本公开涉及车辆，且更特别地涉及车辆的电池系统。

背景技术

本节中提供的信息是为了总体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在本节中所描述的程度而言，以及在提交时可不被另视为现有技术的该描述的各方面，既不明确地也不隐含地被认作针对本公开的现有技术。

一些类型的车辆仅包括生成推进转矩的内燃发动机。混合动力车辆包括内燃发动机和一个或多个电动马达两者。与仅使用内燃发动机的情况相比，一些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机来试图实现更大的燃料效率。与内燃发动机自身可实现的转矩输出相比，一些类型的混合动力车辆利用电动马达和内燃发动机来实现更大的转矩输出。

一些示例类型的混合动力车辆包括并联混合动力车辆、串联混合动力车辆和其他类型的混合动力车辆。在并联混合动力车辆中，电动马达与发动机并联工作以使发动机的功率和续航里程优点与电动马达的效率和再生制动优点组合。在串联混合动力车辆中，发动机驱动发电机以产生用于电动马达的电力，并且电动马达驱动变速器。这允许电动马达承担发动机的一些动力职责，这可准许使用更小并且可能更高效的发动机。本申请适用于电动车辆、混合动力车辆和其他类型的车辆。

发明内容

在特征中，一种用于车辆的电池系统包括：第一正端子、第二正端子和负端子；开关；至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，这些电池单元串被构造成在不同时间：经由开关中的多个第一开关串联连接并连接到第一正端子；经由开关中的多个第二开关并联连接并连接到第二正端子；以及与第一正端子和第二正端子两者断连；以及开关控制模块，其被构造成：基于车辆的降额状态（DS），调整（a）用于对电池串充电的上限和（b）用于对电池串放电的下限中的至少一者；以及控制开关的切换，由此实现（a）将对电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对电池串的充电限制到所调整的上限中的至少一者。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来调整（a）上限和（b）下限中的至少一者。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：当车辆的DS为第一状态时，将（a）上限和（b）下限中的至少一者调整第一量；以及当车辆的DS为第二状态时，将（a）上限和（b）下限中的至少一者调整第二量，其中该第二量大于第一量。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：当车辆的DS为第三状态时，将（a）上限和（b）下限中的至少一者调整第三量，其中该第三量大于第二量。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：基于车辆的DS，调整（a）用于对电池串充电的上限和（b）用于对电池串放电的下限两者；以及控制开关的切换，由此实现（a）将对电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对电池串的充电限制到所调整的上限两者。

在进一步的特征中，开关控制模块进一步被构造成：基于车辆的DS来确定电池串的目标荷电状态（SOC）；以及控制开关的切换，由此将电池串的SOC朝向该目标SOC调整。

在进一步的特征中，开关控制模块进一步被构造成：确定电池串的顺序；以及控制开关的切换，由此按该顺序将电池串的SOC朝向目标SOC调整。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成基于电池串的温度和SOC来确定电池串的顺序。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成进一步基于包括至少两个电池模块的电池的健康状态来确定电池串的顺序。

在进一步的特征中，开关控制模块进一步被构造成：基于车辆的DS来确定电池串的目标温度范围；以及控制开关的切换，由此将电池串的温度朝向该目标温度范围调整。

在进一步的特征中，开关控制模块进一步被构造成：确定电池串的顺序；以及控制开关的切换，由此按该顺序将电池串的温度朝向目标温度范围调整。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成基于电池串的温度和SOC来确定电池串的顺序。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来确定电池串的顺序。

在特征中，一种用于车辆的电池系统包括：第一正端子、第二正端子和负端子；开关；至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，这些电池单元串被构造成在不同时间：经由开关中的多个第一开关串联连接并连接到第一正端子；经由开关中的多个第二开关并联连接并连接到第二正端子；以及与第一正端子和第二正端子两者断连；以及开关控制模块，其被构造成：基于车辆的降额状态（DS），确定电池串的目标温度范围和电池串的目标荷电状态（SOC）；确定电池串的顺序；以及控制开关的切换，由此按电池串的顺序分别将电池串的温度和SOC朝向目标温度范围和目标SOC调整。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成基于电池串的温度和SOC来确定电池串的顺序。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来确定电池串的顺序。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：控制开关的切换以在将一个电池串的SOC朝向目标SOC调整之前，将该电池串的温度朝向目标温度范围调整。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：控制开关的切换以在将一个电池串的温度朝向目标温度范围调整之前，将该电池串的SOC朝向目标SOC调整。

在进一步的特征中，开关控制模块被构造成：控制开关的切换以在将一个电池串的温度朝向目标温度范围调整之前，将该电池串的SOC朝向目标SOC调整。

在特征中，一种用于车辆的方法包括：基于车辆的降额状态（DS），调整（a）用于对电池的电池串充电的上限和（b）用于对电池串放电的下限中的至少一者，该电池包括：第一正端子、第二正端子和负端子；开关；至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，这些电池单元串被构造成在不同时间：经由开关中的多个第一开关串联连接并连接到第一正端子；经由开关中的多个第二开关并联连接并连接到第二正端子；以及与第一正端子和第二正端子两者断连；以及控制开关的切换，由此实现（a）将对电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对电池串的充电限制到所调整的上限中的至少一者。

本发明提供以下技术方案：

1. 一种用于车辆的电池系统，所述电池系统包括：

第一正端子、第二正端子和负端子；

开关；

至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，所述电池单元串被构造成在不同时间：

经由所述开关中的多个第一开关串联连接并连接到所述第一正端子；

经由所述开关中的多个第二开关并联连接并连接到所述第二正端子；以及

与所述第一正端子和所述第二正端子两者断连；以及

开关控制模块，其被构造成：

基于所述车辆的降额状态（DS），调整（a）用于对所述电池串充电的上限和（b）用于对所述电池串放电的下限中的至少一者；以及

控制所述开关的切换，由此实现（a）将对所述电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对所述电池串的充电限制到所调整的上限中的至少一者。

2. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来调整（a）所述上限和（b）所述下限中的至少一者。

3. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：

当所述车辆的所述DS为第一状态时，将（a）所述上限和（b）所述下限中的至少一者调整第一量；以及

当所述车辆的所述DS为第二状态时，将（a）所述上限和（b）所述下限中的至少一者调整第二量，

其中，所述第二量大于所述第一量。

4. 根据方案3所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：当所述车辆的所述DS为第三状态时，将（a）所述上限和（b）所述下限中的至少一者调整第三量，

其中，所述第三量大于所述第二量。

5. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：

基于所述车辆的所述DS，调整（a）用于对所述电池串充电的所述上限和（b）用于对所述电池串放电的所述下限两者；以及

控制所述开关的切换，由此实现（a）将对所述电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对所述电池串的充电限制到所调整的上限两者。

6. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述开关控制模块进一步被构造成：

基于所述车辆的所述DS来确定所述电池串的目标荷电状态（SOC）；以及

控制所述开关的切换，由此将所述电池串的SOC朝向所述目标SOC调整。

7. 根据方案6所述的电池系统，其中，所述开关控制模块进一步被构造成：

确定所述电池串的顺序；以及

控制所述开关的切换，由此按所述顺序将所述电池串的SOC朝向所述目标SOC调整。

8. 根据方案7所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成基于所述电池串的温度和SOC来确定所述电池串的所述顺序。

9. 根据方案8所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来确定所述电池串的所述顺序。

10. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述开关控制模块进一步被构造成：

基于所述车辆的所述DS来确定所述电池串的目标温度范围；以及

控制所述开关的切换，由此将所述电池串的温度朝向所述目标温度范围调整。

11. 根据方案10所述的电池系统，其中，所述开关控制模块进一步被构造成：

确定所述电池串的顺序；以及

控制所述开关的切换，由此按所述顺序将所述电池串的温度朝向所述目标温度范围调整。

12. 根据方案11所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成基于所述电池串的温度和SOC来确定所述电池串的所述顺序。

13. 根据方案12所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来确定所述电池串的所述顺序。

14. 一种用于车辆的电池系统，所述电池系统包括：

第一正端子、第二正端子和负端子；

开关；

至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，所述电池单元串被构造成在不同时间：

经由所述开关中的多个第一开关串联连接并连接到所述第一正端子；

经由所述开关中的多个第二开关并联连接并连接到所述第二正端子；以及

与所述第一正端子和所述第二正端子两者断连；以及

开关控制模块，其被构造成：

基于所述车辆的降额状态（DS），确定所述电池串的目标温度范围和所述电池串的目标荷电状态（SOC）；

确定所述电池串的顺序；以及

控制所述开关的切换，由此按所述电池串的所述顺序将所述电池串的温度和SOC分别朝向所述目标温度范围和所述目标SOC调整。

15. 根据方案14所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成基于所述电池串的所述温度和所述SOC来确定所述电池串的顺序。

16. 根据方案15所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成进一步基于包括所述至少两个电池模块的电池的健康状态来确定所述电池串的顺序。

17. 根据方案14所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：控制所述开关的切换以在将一个电池串的SOC朝向所述目标SOC调整之前，将所述电池串的温度朝向所述目标温度范围调整。

18. 根据方案14所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：控制所述开关的切换以在将一个电池串的温度朝向所述目标温度范围调整之前，将所述电池串的SOC朝向所述目标SOC调整。

19. 根据方案14所述的电池系统，其中，所述开关控制模块被构造成：控制所述开关的切换以在将一个电池串的温度朝向所述目标温度范围调整之前，将所述电池串的SOC朝向所述目标SOC调整。

20. 一种用于车辆的方法，所述方法包括：

基于所述车辆的降额状态（DS），调整（a）用于对电池的电池串充电的上限和（b）用于对所述电池串放电的下限中的至少一者，所述电池包括：

第一正端子、第二正端子和负端子；

开关；

至少两个电池模块，其中，所述至少两个电池模块中的每一个包括至少三个电池单元串，所述电池单元串被构造成在不同时间：

经由所述开关中的多个第一开关串联连接并连接到所述第一正端子；

经由所述开关中的多个第二开关并联连接并连接到所述第二正端子；以及

与所述第一正端子和所述第二正端子两者断连；以及

控制所述开关的切换，由此实现（a）将对所述电池串的放电限制到所调整的下限和（b）将对所述电池串的充电限制到所调整的上限中的至少一者。

本公开的进一步的适用领域将从详细描述、权利要求书和附图变得显而易见。详细描述和特定示例仅旨在用于图示的目的而非旨在限制本公开的范围。

附图说明

本公开将从详细描述和附图变得被更充分地理解，其中：

图1是示例发动机控制系统的功能性框图；

图2是车辆的示例电池系统的功能性框图；

图3A-3B是包括电池系统的示例实施方式的示意图；

图4是处于开路（X）构型的电池模块的示例实施方式的功能性框图；

图5包括处于串联（S）构型的电池模块的示例图示；

图6包括处于并联（P）构型的电池模块的示例图示；

图7是示例开关控制模块的功能性框图；

图8包括用于在充电期间以功率模式操作的示例时间序列；

图9是描绘平衡电池的电池串和电池模块的SOC的示例方法的流程图；

图10是描绘基于车辆的降额状态来设定电池串的充电极限和放电极限的示例方法的流程图；以及

图11是描绘基于车辆的降额状态按优先级的顺序来调整电池串的温度和SOC的示例方法的流程图。

在附图中，附图标记可被重复使用以识别类似和/或相同的元件。

具体实施方式

电池在电池的壳体上具有用于输出第一操作电压（例如，48 V）的第一端子，并且在壳体上具有用于输出第二操作电压（例如，12 V）的第二输出端子。在示例中，电池可以是车辆的电池。电池包括多个电池模块和多个开关。每个电池模块包括多个电池串，并且每个电池串包括多个电池单元。这些开关被构造成将串一起串联连接到第一输出端子独立地连接到第二输出端子。这些串还可以与第一输出端子和第二输出端子断连。

控制模块使用电池串的SOC的估计值或测量值并且在以一些功率模式操作期间控制开关以使跨越电池串和电池模块的SOC误差最小化。这确保了每个电池串尽可能均匀地被充电和放电并使电池寿命最大化。

在一些情况下，车辆的一个或多个部件降级并改变车辆的降额状态。控制模块基于降额状态来选择性地调整用于对电池串充电和放电的极限。这可延长电池的使用寿命。控制模块还可基于车辆的降额状态来确定每个电池串的目标SOC和目标温度范围。控制模块可按顺序将每个电池串的温度和SOC朝向目标温度范围和目标SOC调整。在给定车辆的降额状态和电池寿命长度的情况下，这使每个电池串准备好最佳地递送功率。

现在参考图1，对于混合动力车辆呈现了示例动力总成系统100的功能性框图。虽然提供了混合动力车辆的示例，但是本申请适用于非车辆应用和其他类型的车辆（例如，电动、内燃发动机等）。车辆的动力总成系统100包括发动机102，该发动机燃烧空气/燃料混合物以产生转矩。车辆可以是非自主或者自主的。

空气通过进气系统108被吸取到发动机102中。进气系统108可包括进气歧管110和节气门112。仅举例来说，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块（ECM）114控制节气门致动器模块116，并且节气门致动器模块116调节节气门112的打开以控制进入进气歧管110中的气流。

来自进气歧管110的空气被吸取到发动机102的气缸中。虽然发动机102包括多个气缸，但是为了图示目的，示出了单个代表性气缸118。仅举例来说，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可指令气缸致动器模块120在一些情况下选择性地停用一些气缸，这可改进燃料效率。

发动机102可使用四冲程循环或另一个合适的发动机循环来操作。下文所描述的四冲程循环的四个冲程将被称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴（未示出）的每次回转期间，这四个冲程中的两个发生于气缸118内。因此，对于气缸118而言，为了经历全部四个冲程，两圈曲轴回转是必要的。对于四冲程发动机，一个发动机循环可对应于两圈曲轴回转。

当气缸118被激活时，来自进气歧管110的空气在进气冲程期间通过进气阀122被吸入气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块调节燃料喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中心位置处或在多个位置（诸如，每个气缸的进气阀122附近）处被喷射到进气歧管110中。在各种实施方式（未示出）中，燃料可被直接喷射到气缸中或与气缸相关联的混合腔/端口中。燃料致动器模块124可中止至被停用的气缸的燃料喷射。

被喷射的燃料在气缸118中与空气混合并产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118内的活塞（未示出）压缩空气/燃料混合物。发动机102可以是压缩点火发动机，在这种情况下压缩引起对空气/燃料混合物的点燃。替代性地，发动机102可以是火花点火发动机，在这种情况下火花致动器模块126基于来自ECM 114的信号给气缸118中的火花塞128通电，这点燃了空气/燃料混合物。一些类型的发动机，诸如，均质充气压缩点火（HCCI）发动机，可执行压缩点火和火花点火两者。可相对于活塞处于其最顶部位置（这将被称为上止点（TDC））时的时间来规定火花的正时。

火花致动器模块126可由规定在TDC之前或之后多远生成火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴的位置同步。火花致动器模块126可禁止至被停用气缸的火花供应或者将火花提供给被停用气缸。

在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动曲轴。燃烧冲程可被定义为在活塞到达TDC和活塞返回到最底部位置（这将被称为下止点（BDC））时的时间之间的时间。

在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动并且通过排气阀130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经由排气系统134从车辆排放。

进气阀122可由进气凸轮轴140来控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142来控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴（包括进气凸轮轴140）可控制气缸118的多个进气阀（包括进气阀122）和/或可控制多排气缸（包括气缸118）的进气阀（包括进气阀122）。类似地，多个排气凸轮轴（包括排气凸轮轴142）可控制气缸118的多个排气阀和/或可控制多排气缸（包括气缸118）的排气阀（包括排气阀130）。虽然示出并已讨论了基于凸轮轴的阀致动，但是可实施无凸轮的阀致动器。虽然示出了分开的进气凸轮轴和排气凸轮轴，但是可使用具有对于进气阀和排气阀两者的凸角的一个凸轮轴。

气缸致动器模块120可通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开而停用气缸118。进气阀122打开的时间可相对于活塞TDC由进气凸轮相位器148来改变。排气阀130打开的时间可相对于活塞TDC由排气凸轮相位器150来改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号来控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。在各种实施方式中，可省略凸轮定相。可变阀升程（未示出）也可由相位器致动器模块158来控制。在各种其他实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可由除凸轮轴之外的致动器来控制，诸如机电致动器、电动液压致动器、电磁致动器等。

发动机102可包括将加压空气提供给进气歧管110的零个、一个或一个以上的增压装置。例如，图1示出了涡轮增压器，其包括由流过排气系统134的废气驱动的涡轮增压器涡轮机160-1。机械增压器是另一种类型的增压装置。

涡轮增压器还包括涡轮增压器压缩机160-2，该涡轮增压器压缩机由涡轮增压器涡轮机160-1驱动并且压缩通向节气门112中的空气。废气门（WG）162控制通过和绕过涡轮增压器涡轮机160-1的排气流。废气门也可以被称为（涡轮增压器）涡轮机旁通阀。废气门162可允许排气绕过涡轮增压器涡轮机160-1以减小由涡轮增压器提供的进气空气压缩。ECM 114可经由废气门致动器模块164来控制涡轮增压器。废气门致动器模块164可通过控制废气门162的打开来调节涡轮增压器的增压。

冷却器（例如，增压空气冷却器或中间冷却器）可耗散掉被压缩的空气充气中所包含的一些热量，该热量随着空气被压缩而生成。虽然为了图示目的被分开示出，但是涡轮增压器涡轮机160-1和涡轮增压器压缩机160-2可机械地链接到彼此，从而将进气空气置于非常接近热排气处。被压缩的空气充气可从排气系统134的部件吸收热量。

发动机102可包括废气再循环（EGR）阀170，该EGR阀选择性地将废气重新引导回到进气歧管110。EGR阀170可从排气系统134中的涡轮增压器涡轮机160-1的上游接收废气。EGR阀170可由EGR致动器模块172来控制。

可使用曲轴位置传感器180来测量曲轴位置。可基于使用曲轴位置传感器180测量的曲轴位置来确定发动机速度。可使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182来测量发动机冷却剂的温度。ECT传感器182可位于发动机102内或位于冷却剂循环所到的其他位置处，诸如散热器（未示出）。

可使用歧管绝对压力（MAP）传感器184来测量进气歧管110内的压力。在各种实施方式中，可测量发动机真空，该发动机真空是周围空气压力和进气歧管110内的压力之间的差异。可使用质量空气流量（MAF）传感器186来测量流到进气歧管110中的空气质量流速。在各种实施方式中，MAF传感器186可位于壳体中，该壳体还包括节气门112。

可使用一个或多个节气门位置传感器（TPS）190来测量节气门112的位置。可使用进气空气温度（IAT）传感器192来测量被吸取到发动机102中的空气的温度。也可实施一个或多个其他传感器193。其他传感器193包括加速器踏板位置（APP）传感器、制动踏板位置（BPP）传感器，可包括离合器踏板位置（CPP）传感器（例如，在手动变速器的情况下），并且可包括一个或多个其他类型的传感器。APP传感器测量车辆的乘客舱内的加速器踏板的位置。BPP传感器测量车辆的乘客舱内的制动踏板的位置。CPP传感器测量车辆的乘客舱内的离合器踏板的位置。其他传感器193还可包括测量车辆的纵向（例如，前/后）加速度和车辆的横向（latitudinal）加速度的一个或多个加速度传感器。加速度计是加速度传感器的一种示例类型，不过可使用其他类型的加速度传感器。ECM 114可使用来自传感器的信号来为发动机102做出控制决策。

ECM 114可与变速器控制模块194通信，例如以利用变速器195中的换档来协调发动机操作。ECM 114可与混合控制模块196通信，例如以协调发动机102和电动马达198的操作。虽然提供了一个电动马达的示例，但是可实施多个电动马达。电动马达198可以是永磁式电动马达或在自由旋转时基于反电磁力（EMF）来输出电压的另一种合适类型的电动马达，诸如直流（DC）电动马达或者同步电动马达。在各种实施方式中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各种功能可被集成到一个或多个模块中。

改变发动机参数的每个系统可被称为发动机致动器。每个发动机致动器具有相关联的致动器值。例如，节气门致动器模块116可被称为发动机致动器，并且节气门打开面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调整节气门112的叶片的角度来实现节气门打开面积。

火花致动器模块126也可被称为发动机致动器，而对应的致动器值可以是相对于气缸TDC的火花提前量。其他发动机致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、废气门致动器模块164和EGR致动器模块172。对于这些发动机致动器，致动器值可分别对应于气缸启用/停用序列、加注燃料速率、进气和排气凸轮相位器角度、目标废气门开度和EGR阀开度。

ECM 114可控制致动器值以便引起发动机102基于转矩请求来输出转矩。ECM 114可例如基于一个或多个驾驶员输入（诸如，APP、BPP、CPP和/或一个或多个其他合适的驾驶员输入）来确定转矩请求。ECM 114可确定转矩请求，例如使用将（多个）驾驶员输入与转矩请求相关的一个或多个函数或查找表。

在一些情况下，混合控制模块196控制电动马达198输出转矩，例如以补充发动机转矩输出。混合控制模块196还可控制电动马达198在发动机102被关停的时刻输出转矩用于车辆推进。

混合控制模块196将来自电池208（图2）的电功率施加到电动马达198以使电动马达198输出正转矩。下文进一步讨论电池。电动马达198可将转矩输出到例如变速器195的输入轴、变速器195的输出轴或另一个部件。离合器200可被实施为将电动马达198联接到变速器195以及使电动马达198与变速器195脱离。一个或多个传动装置可被实施在电动马达198的输出和变速器195的输入之间，以提供电动马达198的旋转和变速器195的输入的旋转之间的一个或多个预定传动比。在各种实施方式中，可省略电动马达198。在车辆（诸如，电动车辆和自主车辆）中，可使用电池208将冗余功率供应给各种系统，诸如，汽车安全完整性等级（ASIL）系统和高级驾驶员辅助系统（ADAS），以及提供多个输出电压（例如，12伏和48伏）。

ECM 114经由起动机马达202来起动发动机102。ECM 114或车辆的另一个合适模块将起动机马达202与发动机102接合以用于发动机起动事件。仅举例来说，当接收到钥匙ON命令时，ECM 114可将起动机马达202与发动机102接合。例如，经由致动车辆或车辆的遥控钥匙的一个或多个点火钥匙、按钮和/或开关，驾驶员可输入钥匙ON命令。起动机马达202可接合联接到曲轴的飞轮或驱动曲轴的旋转的一个或多个其他合适的部件。

ECM 114还可响应于自动停止/起动事件期间的自动起动命令或响应于航行事件的发动机起动命令来起动发动机。自动停止/起动事件包括在车辆停止、驾驶员已压下制动踏板、以及驾驶员还没有输入钥匙OFF命令时关停发动机102。自动起动命令可在发动机102针对自动停止/起动事件被关停时生成，例如，当驾驶员释放制动踏板和/或压下加速器踏板时。

航行事件可包括在车辆移动（例如，车辆速度大于预定速度，诸如50英里/小时）、驾驶员没有将压力施加到加速器踏板、以及驾驶员还没有输入钥匙OFF命令时ECM 114关停发动机102。发动机起动命令可在发动机102针对航行事件被关停时生成，例如，当驾驶员压下加速器踏板时。驾驶员可例如经由致动所述一个或多个点火钥匙、按钮和/或开关来输入钥匙OFF命令，如上文所讨论的。

起动机马达致动器（诸如，螺线管）可致动起动机马达202以与发动机102接合。仅举例来说，起动机马达致动器可将起动机小齿轮与联接到曲轴的飞轮接合。在各种实施方式中，起动机小齿轮可经由驱动轴和单向离合器联接到起动机马达202。起动机致动器模块204基于来自起动机控制模块的信号来控制起动机马达致动器和起动机马达202，如下文进一步讨论的。在各种实施方式中，起动机马达202可保持与发动机102接合。

响应于起动发动机102的命令（例如，自动起动命令、用于航行事件的结束的发动机起动命令或者当接收到钥匙ON命令时），起动机致动器模块204将电流供应给起动机马达202以起动发动机102。起动机致动器模块204还可致动起动机马达致动器以将起动机马达202与发动机102接合。在将起动机马达202与发动机102接合例如以允许齿啮合之后，起动机致动器模块204可将电流供应给起动机马达202。

将电流施加到起动机马达202驱动起动机马达202的旋转，并且起动机马达202驱动曲轴的旋转（例如，经由飞轮）。起动机马达202驱动曲轴以起动发动机102的时段可被称为发动机曲柄起动。

起动机马达202从电池208吸取功率以起动发动机102。一旦发动机102在发动机起动事件之后运行，起动机马达202就与发动机102脱离接合或被脱离接合，并且可中断至起动机马达202的电流流动。例如，当发动机速度超过预定速度（诸如，预定的怠速速度）时，发动机102可被认为正运行。仅举例来说，预定的怠速速度可以是近似700转/分钟（rpm）或另一个合适的速度。当发动机102正运行时，发动机曲柄起动可被据称为已完成。

发电机206将发动机102的机械能转换成交流（AC）功率。例如，发电机206可联接到曲轴（例如，经由齿轮或皮带）并且通过将负荷施加到曲轴来将发动机102的机械能转换成AC功率。发电机206将AC功率整流成DC功率并且将DC功率存储在电池208中。替代性地，在发电机206外部的整流器可被实施为将AC功率转换成DC功率。发电机206例如可以是交流发电机。在各种实施方式中，诸如在皮带式交流发电机起动机（BAS）的情况下，起动机马达202和发电机206可被一起实施。在各种实施方式中，可实施一个或多个直流（DC）到DC转换器。

图2是车辆的示例电池系统的功能性框图。电池208具有至少两个（正）输出端子和一个负端子以提供至少两个直流（DC）操作电压。仅举例来说，电池208可具有第一正（例如，48伏（V）标称）端子210、负端子212、以及第二正（例如，12 V标称）端子214。虽然提供了具有48 V标称操作电压和12 V标称操作电压的电池208的示例，但是电池208可具有一个或多个其他操作电压。

电池208包括多个电池模块，诸如第一电池模块224-1、...、以及第N个电池模块224-N（“电池模块224”），其中N是大于或等于2的整数。在各种实施方式中，N可等于2、3、4、5、6、8、10、12或另一个合适的数字。

如下文关于图4进一步讨论的，电池模块224中的每一个包括多个电池串。每个电池串可以是可独立替换的。独立替换电池串的能力可使得电池208能够包括更短的保修期并且具有更低的保修成本。电池串也可以是可独立隔离的，例如在一个电池串中发生故障的情况下。在各种实施方式中，电池208可具有标准汽车级12 V电池的形状因数。

电池208包括多个开关，诸如第一开关232-1、...、第N个开关232-N（统称为“开关232”）。开关232使得电池模块224的电池串能够串联连接、并联连接或串联和并联的组合连接，以在输出端子处提供目标输出电压和容量。

开关控制模块240控制开关232在输出端子处提供期望的输出电压和容量。如下文进一步讨论的，开关控制模块240使用模型预测控制（MPC）或另一种类型的平衡控制来控制开关232，以尽可能接近地平衡电池串的荷电状态（SOC）。开关控制模块240还基于平衡每个电池模块的电池串的温度和电池模块的温度来控制开关232。

图3A-3B是包括示例电池系统的示意图，该电池系统包括电池208。数组电池串可串联连接（经由开关232（例如，图2）中的多个开关）到第一正端子210和负端子212，以经由第一正端子210提供第一标称输出电压（例如，48 V）。电池串中的各个独立电池串可以连接（经由开关232中的多个开关）到第二正端子214和负端子212，以经由第二正端子214提供第二标称输出电压（例如，12 V）。有多少个电池串连接到第一正端子210和第二正端子214决定电池208的总容量的在正端子中的每一个处可用的部分。

如图3B中所示，第一组车辆电气部件使用电池208的所述两个或更多个操作电压中的一个来操作。例如，该第一组车辆电气部件可连接到第二正端子214。该第一组车辆电气部件可包括例如但不限于ECM 114和车辆的其他控制模块、起动机马达202和/或其他电负载，诸如第一12 V负载304、第二12 V负载308、其他控制模块312、第三12 V负载316和第四12 V负载320。在各种实施方式中，可实施切换装置324。

如图3A中所示，第二组车辆电气部件使用电池208的所述两个或更多个操作电压中的另一个来操作。例如，该第二组车辆电气部件可连接到第一正端子210。该第二组车辆电气部件可包括例如但不限于发电机206和各种电负载，诸如48 V负载328。发电机206可被控制为对电池208充电。

开关232中的每一个可以是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、场效应晶体管（FET）（诸如，金属氧化物半导体FET（MOSFET））或另一种合适类型的开关。

图4是电池模块224中的一个（被编号为电池模块404）和一组开关232的示例实施方式的功能性框图。电池模块224中的每一个可与404相同，并且每组开关232可以与404相同的方式连接。

电池模块404包括三个电池串408、412和416。电池串408-416是相同的，并且每一个包括四个电池单元420、424、428和432。电池单元420-432串联连接以提供第二操作电压（例如，12 V）。电池单元420-432中的每一个例如可以是3 V电池单元或具有另一个合适的电压，以在电池单元420-432串联连接时提供第二操作电压。电池单元420-432例如可以是磷酸铁锂（LFP）电池单元或具有另一种合适的化学成分。

电池串408-416的负端子连接到负端子212。当开关436和440闭合时，电池串408和412的负端子分别经由开关436和440连接到负端子212。开关436和440可以断开以使电池串408和412的负端子与负端子212断连。电池串416的负端子可直接连接到负端子212。

电池串416的正端子连接到电池串412的负端子，使得当开关444闭合时电池串412和416串联连接。开关444可以断开以使电池串416的正端子与电池串412的负端子断连。电池串412的正端子连接到电池串408的负端子，使得当开关448闭合时电池串412和408串联连接。开关448可以断开以使电池串412的正端子与电池串408的负端子断连。

开关452、456和460分别将电池串408、412和416的正端子与第一总线（例如，12 V总线）连接和断连，该第一总线连接到第二正端子214。开关464将电池串408的正端子与第二总线（例如，48 V总线）连接和断连，该第二总线连接到第一正端子210。

开关控制模块240控制电池模块224中的每一个的开关（开关组）的切换。在任何给定时间，开关控制模块240均可致动与电池模块相关联的开关，使得电池模块处于开路（X）构型、串联（S）构型或并联（P）构型。图4包括处于开路（X）构型的电池模块404的示例图示。当电池模块处于开路（X）构型时，电池模块的所有电池串都与第一正端子210和第二正端子214两者断连。

图5包括处于串联（S）构型的电池模块404的示例图示。当电池模块处于串联（S）构型时，电池模块的所有电池串都串联连接并连接到第一正端子210。这通过闭合开关444、448和464并且断开所有其他开关436、440、452、456、460来完成。当电池模块处于串联（S）构型时，这些电池串都不连接到第二正端子214。

图6包括处于并联（P）构型的电池模块404的示例图示。当电池模块处于并联（P）构型时，电池模块的所有电池串都并联连接到第二正端子214。这通过闭合开关452、456、460、436和440并且断开所有其他开关444、448和464来完成。当电池模块处于并联（P）构型时，这些电池串都不连接到第一正端子210。

如图2中所图示的，电池模块224中的每一个还包括多个温度传感器，诸如温度传感器250-1、...、250-N。例如，可为每个电池串提供一个电池温度传感器，并且该电池温度传感器测量该电池串的温度。

图7是开关控制模块240的示例实施方式的功能性框图。切换模块704将信号施加到电池模块224的开关232（开关组）（例如，栅极端子），以控制开关232的致动并控制电池模块224中的每一个是处于开路（X）状态、串联（S）状态还是并联（P）状态。

切换模块704基于来自模型预测控制（MPC）模块708的输入来施加信号。虽然提供了MPC模块708的示例，但是可使用另一种类型的平衡控制模块。MPC模块708基于一个或多个操作参数来确定在预测范围（例如，接下来的9秒或另一个合适的时段）内的预测功率模式、实际/目标当前功率模式、阶段持续时间、以及串和模块连接与断连时间，并生成用于切换模块704的输出。MPC模块708进一步基于由约束模块716设定的约束条件712来生成输出。约束条件712的示例包括例如：当其电池模块处于X连接时，电池串不能连接到第一正端子210或第二正端子214。电池串不能同时连接到第一正端子210和第二正端子214两者。替代地，可允许电池串同时连接到第一正端子210和第二正端子214两者。当该电池模块将以并联（P）模式连接时，电池串不能多次连接到第二正端子214。阶段持续时间可被约束以满足第一正端子210处的需求。每个串的连接持续时间可被或可不被限制（被约束）到阶段的结束。每个电池模块的通道（电池串）的数量可被约束以满足第二正端子210处的需求。因此，MPC模块708可更好地和更快地平衡电池串和电池模块的SOC。

一个、一个以上或所有的约束条件712可以是固定的。在各种实施方式中，约束条件712中的一个或多个可以是可变的。约束模块716可基于一个或多个操作参数714来设定可变的约束条件。操作参数714的示例包括例如当前功率模式、预测功率模式、当前功率模式的预测持续时间、以及其他示例操作参数。

如上文所陈述的，MPC模块708可基于操作参数714来设定阶段的时段、模块的连接时段和串的时段。例如，MPC模块708可使用查找表来分别设定阶段的时段、串的时段和模块的连接时段，这些查找表将操作参数与这些时段相关。

荷电状态（SOC）模块718确定电池串中的每一个的当前荷电状态（SOC）720。换言之，SOC模块718分别确定这些电池串的当前SOC 720。SOC模块718可例如基于电池串两端的电压以及去往和出自电池串的电流中的至少一者来确定该电池串的当前SOC。SOC模块718可使用将电压和/或电流与SOC相关的方程式和查找表中的至少一者来确定电池串的当前SOC。在各种实施方式中，SOC模块718可基于电池串的阻抗来确定电池串的SOC，以便更精确地将电压和电流与SOC相关。SOC模块718为每个电池串进行此操作。可分别使用温度传感器、电压传感器和电流传感器来测量电池串724的温度、电压和电流。电池串的SOC对应于电池串的剩余电量除以电池串的最大电量的比。

MPC模块708可控制各开关的切换（经由切换模块704）以针对当前功率模式分别使电池串的SOC之间的误差（例如，误差平方和）最小化。MPC模块708可进一步基于经由第一正端子210和第二正端子214的当前的输出需求以及来自第一正端子210和第二正端子214的预测输出需求来控制各开关的切换。当前输出需求和预测输出需求由728图示。

为了平衡串720的SOC，使用MPC，MPC模块708为三个阶段（阶段1、阶段2和阶段3）中的每一个阶段设定阶段持续时间、当处于P模式时所连接的电池串的数量、以及电池串中的每一个在P模式中连接的持续时间。可基于串和/或模块SOC平衡将这些阶段的持续时间设定为不同的长度。每个功率模式具有用于该功率模式的电池模块224的相关联的一组构型（X模式、P模式或S模式）。下文提供了图示每个阶段的功率模式和电池模块模式的表。切换模块704重复地循环通过阶段（阶段1、阶段2、阶段3，然后返回阶段1等），直到功率模式被改变。

在上文的示例表中，为每个阶段提供了相应的电池模块的电池模块模式。例如，当处于功率模式5（SXP模式）时，在第一阶段（阶段1）期间，第一电池模块以串联（S）模式操作，第二电池模块以开路（X）模式操作，并且第三电池模块以并联（P）模式操作。在第一阶段结束之前，第三电池模块（以P模式操作）的仅1个串可被断连以更好地平衡第三电池模块的串。在功率模式5的第二阶段（阶段2）期间，第一电池模块以并联（P）模式操作，第二电池模块以串联（S）模式操作，并且第三电池模块以开路（X）模式操作。在第二阶段结束之前，第一电池模块（以P模式操作）的仅1个串可被断连以更好地平衡第一电池模块的串。在功率模式5的第三阶段（阶段3）期间，第一电池模块以开路（X）模式操作，第二电池模块以并联（P）模式操作，并且第三电池模块以串联（S）模式操作。在第三阶段结束之前，第二电池模块（以P模式操作）的仅1个串可被断连以更好地平衡第二电池模块的串。

MPC模块708可基于每个电池串和每个电池模块的SOC的平衡来设定第一阶段、第二阶段和第三阶段中的每一阶段的持续时间（长度）。例如，在XXP模式中，一个电池模块的多个电池串（例如，平均而言）具有比其他两个电池模块低的SOC，在充电期间，MPC模块708可将该一个电池模块以并联（P）模式操作的一个或多个阶段设定为长于其他两个电池模块的一个或多个阶段。这将使其他两个电池模块的SOC比电池模块中的该一个电池模块的SOC增加较少，使得遍及这些电池模块SOC更加平衡。在放电期间，一个电池模块的多个电池串（例如，平均而言）具有比其他两个电池模块低的SOC，MPC模块708可将该一个电池模块以并联（P）模式操作的一个或多个阶段设定为短于其他两个电池模块操作的一个或多个阶段。这将使其他两个电池模块的SOC比电池模块中的该一个电池模块的SOC减小更多，使得遍及这些电池模块SOC更加平衡。

MPC模块708可设定每个电池串连接到第二正端子214的每个阶段的持续时间（长度/时段）以平衡每个模块的各电池串的各个SOC。例如，在充电期间，当电池模块的一个电池串具有低于该电池模块的其他电池串的SOC时，MPC模块708可将电池串中的该一个电池串连接到第二正端子214的持续时间设定为长于电池模块的其他电池串的持续时间。这将使电池模块的该一个电池串的SOC比电池模块的其他电池串的SOC增加较多，使得SOC在电池模块内更加平衡。MPC模块708为每个电池模块进行此操作。在放电期间，当电池模块的一个电池串具有低于该电池模块的其他电池串的SOC时，MPC模块708可将电池串中的该一个电池串连接到第二正端子214的持续时间设定为短于电池模块的其他电池串的持续时间。这将使电池模块的该一个电池串的SOC比电池模块的其他电池串的SOC减小更少，使得SOC在电池模块内更加平衡。当以并联（P）模式操作时，MPC模块708为每个电池模块进行此操作。

作为另一个示例，在充电期间，当电池模块的一个电池串具有高于该电池模块的其他电池串的SOC时，MPC模块708可将电池串中的该一个电池串连接到第二正端子214的持续时间设定为使得电池串中的该一个电池串在阶段结束之前断连（即，设定为短于该阶段）并且其他两个电池串在整个阶段都连接到第二正端子214（即，设定为该阶段的长度）。这将使电池模块的该一个电池串的SOC在比电池模块的其他电池串的SOC更小的程度上增加，使得SOC在电池模块内更加平衡。MPC模块708为每个电池模块进行此操作。在放电期间，当电池模块的一个电池串具有低于该电池模块的其他电池串的SOC时，MPC模块708可将电池串中的该一个电池串的持续时间设定为使得电池串中的该一个电池串在阶段结束之前断连（即，设定为短于该阶段）并且其他两个电池串在整个阶段都连接到第二正端子214（即，设定为该阶段的长度）。这将使电池模块的该一个电池串的SOC在比电池模块的其他电池串的SOC更小的程度上减小，使得SOC在电池模块内更加平衡。当以并联（P）模式操作时，MPC模块708为每个电池模块进行此操作。

图8包括当电池208通过第二正端子214充电同时通过第一正端子210充电或放电（诸如，用小电流）时用于以功率模式5（SXP）操作的示例时间序列。804是第一阶段（阶段1），808是第二阶段（阶段2），并且812是第三阶段（阶段3）。如本文中所使用的，MNO模式可意指第一电池模块以模式M操作，第二电池模块以模式N操作，并且第三电池模块以模式O操作，其中M、N和O各自为并联（P）、串联（S）或开路（X）中的每一种。例如，第一阶段包括SXP模式，其中第一电池模块以串联（S）模式操作，第二电池模块以开路（X）模式操作，并且第三电池模块以并联（P）模式操作。第二阶段包括以PSX模式的操作，其中第一电池模块以并联（P）模式操作，第二电池模块以串联（S）模式操作，并且第三电池模块以开路（X）模式操作。第三阶段包括以XPS模式的操作，其中第一电池模块以开路（X）模式操作，第二电池模块以并联（P）模式操作，并且第三电池模块以串联（S）模式操作。

在图8的示例中，MPC模块708将第二阶段的持续时间设定为长于第三阶段的持续时间并且将第三阶段的持续时间设定为短于第一阶段的持续时间。在通过第二正端子214充电期间，允许对第一电池模块（其在第二阶段以并联（P）模式连接）的电池串进行比其他电池模块更多的充电，并且允许对第二电池模块（其在第三阶段期间以并联（P）模式连接）的电池串进行比第三电池模块的电池串更少的充电。第三电池模块在第一阶段以并联（P）模式操作。

在第一阶段804期间，MPC模块708将第三电池模块的第三电池串824连接到第二正端子214，所历时的总持续时间小于第三电池模块的第一电池串816和第二电池串820。这允许第三电池模块的第一电池串816和第二电池串820比第三电池模块的第三电池串824充电更多，以平衡第三电池模块的第一电池串816、第二电池串820和第三电池串824的SOC。

在第二阶段808期间，MPC模块708将第一电池模块的第一电池串828连接到第二正端子214，所历时的总持续时间小于第一电池模块的第二电池串832和第三电池串836。这允许第一电池模块的第二电池串832和第三电池串836比第一电池模块的第一电池串828充电更多，以平衡第一电池模块的第一电池串828、第二电池串832和第三电池串836的SOC。

在第三阶段812期间，MPC模块708将第二电池模块的第二电池串844连接到第二正端子214，所历时的总持续时间小于第二电池模块的第一电池串840和第三电池串848。这允许第二电池模块的第一电池串840和第三电池串848比第二电池模块的第二电池串844充电更多，以平衡第二电池模块的第一电池串840、第二电池串844和第三电池串848的SOC。

如果功率模式没有改变，则控制然后返回到第一阶段。换言之，控制从阶段1继续到阶段2到阶段3，之后按相同顺序重复阶段1-3。

虽然在图示充电时讨论了图8，但类似内容同样适用于放电的情况。例如，如果第一电池模块、第二电池模块和第三电池模块的第三串的SOC分别低于第一至第三电池模块的第一串和第二串的SOC，则MPC模块708可在相应阶段期间将第一至第三电池模块的第三串连接到第二正端子214，所历时的总时段短于第一至第三电池模块的第一串和第二串。这使第三串比第一串和第二串放电更少并且平衡了各电池串的SOC。

图9是描绘平衡电池208的电池模块的电池串的SOC（例如，使用MPC控制）的示例方法的流程图。控制从904开始，其中SOC模块718确定电池208的电池模块224中的每一个（第一、第二和第三）的电池串（第一、第二和第三）的SOC。

在908处，SOC模块718可分别基于电池模块（第一、第二和第三）的电池串来确定这些电池模块的SOC。例如，SOC模块718可基于第一电池模块的电池串（第一、第二和第三）的SOC平均值来确定第一电池模块的SOC。SOC模块718可基于第二电池模块的电池串（第一、第二和第三）的SOC平均值来确定第二电池模块的SOC。SOC模块718可基于第三电池模块的电池串（第一、第二和第三）的SOC平均值来确定第三电池模块的SOC。

在912处，MPC模块708基于操作参数和需求来确定功率模式（诸如，上文所描述的）。MPC模块708可选择以上功率模式中的一种，诸如，SXP模式、XPP模式、XXP模式，或以上模式中的另一种模式。

在916处，MPC模块708基于电池模块的功率模式和SOC来确定阶段持续时间（第一阶段、第二阶段和第三阶段的时段）。例如，对于在XXP模式下的放电，MPC模块708可将当电池模块将以并联（P）模式连接时的阶段的持续时间设定为短于当该电池模块的SOC小于其他电池模块的SOC时的其他阶段的持续时间。MPC模块708使用MPC来确定阶段持续时间，并且这些阶段持续时间可能不同。换言之，这些阶段持续时间未被约束（经由约束条件712）为相同。

在920处，MPC模块708确定每个电池模块的每个串在各阶段内连接的持续时间。如上文所讨论的，在一个阶段期间要以P模式操作的电池模块的仅一个串可在该阶段结束之前被断连。例如，在P模式下充电期间，当两个电池串具有比另一电池串低的SOC时，MPC模块708可对这两个电池串进行比该另一电池串（在阶段结束之前断连）更长的充电（直到阶段结束）。在放电期间，当多个电池串具有比另一电池串高的SOC时，MPC模块708可对这些电池串进行比该另一电池串更长的放电。MPC模块708使用MPC来确定电池串持续时间，并且可以经由约束条件712将电池模块的各电池串中的仅一个电池串设定为在阶段（在该阶段期间，该电池模块将以P模式操作）结束之前断连。

在各种实施方式中，912和916可由MPC模块708同时执行。当所有串SOC都相等时，优化成本准则可为零，并且随着SOC之间的差异越大，优化成本准则可变得越大。这种成本准则的一个可能公式是在包括所有串的循环链中相邻对的SOC之间的平方差的加权和，该和是在由通过三个阶段的一个或多个完整循环组成的计划范围内取得的。为了避免使任何串过热，可添加附加的惩罚（penalty），诸如对串的总连接时间的成本。优化中的变量是阶段的持续时间和每个串以P构型连接的持续时间。成本准则的最小化受制于约束条件712。违反约束条件增加了可能性的成本并因此阻止了该可能性被选择和使用。在给定输出需求和预测728的情况下，MPC模块708可针对任何一组连接持续时间来评估成本准则。最小化问题的解决方案是在计划范围内最近乎地平衡串SOC的一组阶段持续时间和串连接持续时间，这受制于约束条件712并考虑任何附加的惩罚项。

在924处，切换模块704根据功率模式、阶段持续时间和电池串持续时间来致动开关232。控制返回到904以进行下一个循环。

对一个电池串或电池模块进行比该电池模块的另一个电池串或其他电池模块更长的充电或放电使该电池串或电池模块的温度相对于其他电池串或电池模块而增加。电池模块和电池串的温度可自然地发散，以满足来自输出端子的多种功率需求，这些功率需求可快速变化。

返回参考图7，开关控制模块240还可包括分别接收电池串的温度744的温度模块740。如上文所讨论的，可分别使用温度传感器来测量电池串的温度744。单元温度可附加地或替代地由温度传感器来测量。温度模块740分别确定各电池模块的温度748（模块温度）。温度模块740基于电池模块的电池串的温度744来确定该电池模块的温度748。例如，温度模块740可基于电池模块的电池串的温度744平均值来设定该电池模块的温度748，或者可将电池模块的温度748设定为等于该电池模块的电池串的温度744平均值。温度模块740可使用将电池串温度与电池模块温度相关的一个或多个方程式和/或查找表来确定电池模块的温度748。温度模块740确定每个电池模块的温度748。

切换模块704可进一步分别基于电池串的温度744和/或分别基于电池模块的温度748来控制开关232的切换。

去往或出自电池串或电池模块的电流流动是加热电池串或电池模块的来源。MPC模块708可基于或多或少快速地加热一个或多个电池串或电池模块来设定功率模式以调整电池串或电池模块的温度。在各种实施方式中，可包括电池加热和冷却系统752。加热和冷却系统752可将流体（例如，液体）提供给特定的电池串以加热或冷却那些电池串。加热和冷却系统752可加热流体，以加热一个或多个电池串。加热和冷却系统752可冷却流体，以冷却一个或多个电池串。

切换模块704可控制开关232的切换以将对电池串的充电限制（上限）到最大SOC。切换模块704还控制开关232的开关以将对电池串的放电限制（下限）到小于最大SOC的最小SOC。限制模块756设定最大SOC和最小SOC。

限制模块756可基于预定的最大SOC值和百分比来设定最大SOC。例如，限制模块756可将最大SOC设定为大于预定的最大SOC的百分比。作为示例，如果百分比是5%，则限制模块756可将最大SOC设定为105% x预定的最大SOC（1.05*预定的最大SOC）。限制模块756可基于预定的最小SOC值和百分比来设定最小SOC。例如，限制模块756可将最小SOC设定为小于预定的最小SOC的百分比。作为示例，如果百分比是5%，则限制模块756可将最小SOC设定为95% x预定的最小SOC（0.95*预定的最小SOC）。例如，预定的最大SOC可以是近似88% SOC或另一个合适的值。预定的最小SOC可以是近似15% SOC或另一个合适的值。

限制模块756基于电池204的健康状态（SOH）760和车辆的降额状态（DS）764来设定百分比。降额状态模块768监控车辆部件的操作状态并基于部件的这些操作状态来设定DS764。

当车辆的所有部件都完全是可操作的时，降额状态模块768可将DS 764设定为第一状态（DS0）。当一个或多个部件降级时，降额状态模块768可将DS 764设定为第二状态（DS1）。当一个或多个附加部件降级或比第二状态降级得更多时，降额状态模块768可将DS764设定为第三状态（DS2）。当一个或多个部件降级或比第三状态降级得更多时，降额状态模块768可将DS 764设定为第四状态（DS3），等等。虽然讨论了四种状态的示例，但多于四种状态是可能的。降额状态模块768可基于部件的可操作状态来设定DS 764的状态，例如使用将可操作状态与DS状态相关的一个或多个查找表。DS 764的状态增加可指示（多个）车辆部件的降级增加。

SOH模块772确定SOH 760。SOH 760可对应于电池204的当前最大容量（例如，SOC）相对于（例如，除以）电池204的预定的额定最大容量。电池204的预定的最大额定容量可对应于新电池204的容量。电池204的当前最大容量最初可处于或接近预定的最大额定容量并且可随着电池204的老化而随时间减小。SOH模块772可例如基于电池204可以充电达到的最大SOC或以另一种合适的方式来设定SOH 760。例如，SOH模块772可确定每个电池串的最大SOC，并且基于例如电池串的最大SOC的平均值来确定电池的最大SOC。

下文提供了不同DS状态和SOH的百分比的示例表。本申请也可适用于其他百分比。左列指示DS状态。顶行是SOH。针对DS状态和SOH的每个组合的条目是百分比。对于在SOH条目之间的SOH而言，限制模块756可通过在对应SOH的百分比之间内插来确定百分比。

优先级模块776分别确定各电池串的优先级780，用于分别调整串（对串充电或放电）和/或用于调整（加热或冷却）串。切换模块704按根据优先级780的顺序控制开关232的切换，以分别调整各串的SOC和/或分别调整各串的温度。优先级780例如可以是第一（一级）、第二（二级）、第三（三级）、第四（四级）等。

优先级模块776基于SOH 760、各串的各自SOC、以及各串的各自温度来确定优先级780。下文对于给定的SOH提供了针对不同温度和SOC的优先级的示例表。对于不同的SOH值，该表可以是不同的。优先级模块776可基于SOH 760来确定使用哪个表来确定优先级。

在下表中，单元内带有x的串可具有用于调整SOC和/或温度的四级优先级。单元内带有3的串可具有用于调整SOC和/或温度的三级优先级。单元内带有2的串可具有用于调整SOC和/或温度的二级优先级。单元内具有1的串可具有用于调整SOC和/或温度的第一优先级。切换模块704控制开关232按从第一到四级的降序等来调整电池串的SOC和/或温度。切换模块704（或温度控制模块）可附加地或替代地使用加热/冷却系统752来调整温度。

在上表中，带星号（*）的单元具有每个电池串的温度和SOC应按优先级的顺序（如果可能的话）调整达到的目标SOC和目标温度范围。优先级模块776基于DS 764、电池204上的当前负载（例如，12 V和48 V需求）、可用的充电资源和/或一个或多个其他操作参数来确定目标单元（目标SOC和温度范围）。优先级模块776可例如使用将DS和其他操作参数与目标单元（目标SOC和温度范围）相关的方程式或查找表来确定目标单元。

在各种实施方式中，切换模块704可在将该电池串的温度调整到目标温度范围内之前，（按优先级的顺序）将电池串的SOC调整到目标SOC。在各种实施方式中，切换模块704可在将该电池串的SOC调整到目标SOC之前，（按优先级的顺序）将电池串的温度调整到目标温度范围内。在各种实施方式中，切换模块704可与将电池串的SOC调整到目标SOC的同时（按优先级的顺序）将该电池串的温度调整到目标温度范围内。

图10是描绘基于车辆的DS 764来设定充电极限和放电极限的示例方法的流程图。控制从1004开始，其中SOC模块718分别确定各电池串的SOC 720，并且温度传感器分别确定各电池串的温度744。

在1008处，降额状态模块768基于车辆部件的状况来确定车辆的DS 764。在1012处，SOH模块772确定电池208的SOH。在1016处，限制模块756基于DS 764和SOH 760来确定调整上限和下限的百分比，如上文所讨论的。

在1020处，限制模块756基于百分比来设定上限和下限，如上文所讨论的。在1024处，切换模块704控制开关232的切换以将电池204的充电和放电限制到上限和下限内。

图11是描绘将各电池串的温度和/或SOC朝向目标调整或调整到目标的示例方法的流程图。控制从1104开始，其中SOC模块718分别确定各电池串的SOC 720，并且温度传感器分别确定各电池串的温度744。

在1108处，优先级模块776基于SOH 760从一组优先级表中选择一个优先级表。每个优先级表可与SOH或SOH范围相关联。上文提供了一个SOH 760（在SOH范围内）的示例表。

在1112处，优先级模块776基于来自优先级表的电池串的温度和SOC来确定用于调整每个电池串的温度和/或SOC的优先级。例如，在给定电池串的SOC和温度的情况下，优先级模块776基于在电池串内落入的优先级表的单元来确定该电池串的优先级。在1116处，优先级模块776基于车辆的DS 764来确定电池串的目标SOC和目标温度范围（对应于优先级表中的一个单元）。优先级模块776可基于一个或多个其他参数来确定目标SOC和目标温度范围。

在1120处，切换模块704控制开关232的切换，以按优先级的顺序（例如，第一到四级）将电池串的温度和SOC调整到目标温度范围内以及调整到目标SOC。在给定车辆的DS764的情况下，这最佳地延长了电池204的寿命。

前面的描述本质上仅仅是图示性的，并且决不旨在限制本公开、其应用或使用。本公开的广泛教导可以以各种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真实范围不应受到如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其他修改将变得显而易见。应理解，方法内的一个或多个步骤可按不同顺序（或同时）执行，而不更改本公开的原理。进一步地，虽然上文将实施例中的每一个描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个可以在其他实施例中的任一个中实施和/或与其他实施例中的任一个的特征组合，即使该组合未明确描述。换言之，所描述的实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的排列仍然在本公开的范围内。

元件之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系使用各种术语来描述，各种术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧邻”、“在……顶部上”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上面的公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，但也可以是在第一元件和第二元件之间存在（空间或功能上）一个或多个介入元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一者应被解释为使用非排他性逻辑OR来意指逻辑（A OR B OR C），并且不应被解释为意指“A中的至少一者、B中的至少一者、以及C中的至少一者”。

在附图中，如由箭头指示的箭头方向通常展示图示所关注的信息（诸如，数据或指令）的流动。例如，当元件A和元件B交换各种信息但是从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不暗示没有其他信息从元件B传输到元件A。进一步地，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送针对信息的请求或对信息的接收确认。

在本申请（包括下面的定义）中，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”替换。术语“模块”可指代以下各者、为以下各者的一部分、或包括以下各者：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（FPGA）；执行代码的处理器电路（共享、专用或组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或组）；提供所描述的功能的其他合适的硬件部件；或者以上各者中的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。

模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（LAN）、互联网、广域网（WAN）或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块当中。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器（也被称为远程或云）模块可代表客户端模块完成某种功能。

如上文所使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并且可指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路涵盖单个处理器电路，其执行来自多个模块的一些或所有代码。术语组处理器电路涵盖处理器电路，该处理器电路与附加的处理器电路组合来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码。对多个处理器电路的提及涵盖分立晶粒上的多个处理器电路、单个晶粒上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上各者的组合。术语共享存储器电路涵盖单个存储器电路，其存储来自多个模块的一些或所有代码。术语组存储器电路涵盖存储器电路，该存储器电路与附加的存储器组合来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文中所使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质（诸如，载波上）传播的暂时性电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性、有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路（诸如，快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如，静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁性存储介质（诸如，模拟或数字磁带或硬盘驱动器）和光学存储介质（诸如，CD、DVD或蓝光光盘）。

本申请中所描述的设备和方法可由专用计算机部分地或全部地实施，该专用计算机通过将通用计算机构造成执行体现在计算机程序中的一个或多个特定功能而创建。上文所描述的功能块、流程图组成和其他元素用作软件规范，其可以通过熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。

计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（BIOS）、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。

计算机程序可包括：（i）要解析的描述性文本，诸如HTML（超文本标记语言）、XML（可扩展标记语言）或JSON（JavaScript对象表示法），（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）由解释器执行的源代码，（v）由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，可使用语法根据包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java®、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、Javascript®、HTML5（超文本标记语言第5版）、Ada、ASP（动态服务器网页）、PHP（PHP：超级文本预处理语言）、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Flash®、Visual Basic®、Lua、MATLAB、SIMULINK和Python®的语言编写源代码。