用于模块化动态分配容量存储系统的主动安全管理系统

引言

本节中提供的信息旨在概括介绍本公开的背景。在本节中描述的程度上，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的描述的方面，既不明确也不隐含地被认为是针对本公开的现有技术。

技术领域

本公开涉及车辆的电池管理系统。

背景技术

传统车辆包括产生推进扭矩的内燃发动机。所有电动车辆都包括用于推进的一个或多个电动马达，并且没有内燃发动机。混合动力车辆可以包括内燃发动机和用于推进的一个或多个电动马达。所述一个或多个电动马达用于提高燃料效率。电动马达和内燃发动机可以组合使用，以实现比仅使用内燃发动机更大的扭矩输出。

混合动力车辆的示例类型是并联混合动力车辆和串联混合动力车辆或者并联和串联的混合模式。在并联混合动力车辆中，电动马达可以与发动机并联工作，以将发动机的功率和续驶里程优点与电动马达的效率和再生制动优点相结合。在串联混合动力汽车中，发动机驱动发电机为电动马达产生功率，电动马达驱动变速器。这允许电动马达承担发动机的一些功率责任，这进而允许使用更小、燃料效率更高的发动机。

发明内容

提供了一种车辆系统，并且其包括模块化动态分配容量存储系统（MODACS）和主动管理模块。MODACS包括电池单元块。主动管理模块被配置成：检测电池单元块中的第一电池单元块的第一状态；基于第一电池单元块的第一状态，确定第一电池单元块是否存在安全故障条件；响应于检测到安全故障条件的存在，将第一电池单元块与电池单元块中的其他电池单元块隔离；在隔离第一电池单元块之后，主动放电并检测第一电池单元块的第二状态；并且基于第二状态，继续隔离第一电池单元块，或者重新连接第一电池单元块，使得第一电池单元块不再被隔离。

在其他特征中，MODACS包括源极端子。主动管理模块被配置成：确定是将第一电池单元块连接到源极端子或是热管理系统以对第一电池单元块放电；并且控制MODACS以将第一块电池单元连接到源极端子或热管理系统。

在其他特征中，主动管理模块被配置成当安全故障条件存在时将第一电池单元块连接到热管理系统，并且当安全故障条件不存在时连接到源极端子。

在其他特征中，热管理系统包括冷却风扇、冷却泵、电池单元平衡系统、电阻负载或热发电机中的至少一者。

在其他特征中，主动管理模块被配置成响应于存在的安全故障条件，经由来自第一电池单元块的功率运行冷却风扇或冷却泵中的至少一者，以冷却所述电池单元块中的至少一个。

在其他特征中，第一电池单元块的第一状态和第二状态指以下至少一者：第一电池单元块的电流水平；第一电池单元块的电压水平；第一电池单元块的功率水平；第一电池单元块的温度；或者第一电池单元块的参数的变化率。

在其他特征中，车辆系统还包括与MODACS分开的热管理系统，并且包括12V热管理系统负载，其中：MODACS包括第一源极端子和第二源极端子；第一源极端子连接到12V热管理系统负载；第二源极端子连接到其他负载；并且主动管理模块被配置成确定是将第一电池单元块连接到第一源极端子或是第二源极端子，并且控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子或第二源极端子中所选择的一者。

在其他特征中，MODACS包括热管理系统和连接到第一负载的第一源极端子。主动管理模块被配置成确定是将第一电池单元块连接到第一源极端子或是热管理系统，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子或热管理系统中所选择的一者。

在其他特征中，MODACS包括连接到第二负载的第二源极端子。主动管理模块被配置成确定是否将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或热管理系统，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或热管理系统中所选择的一者。

在其他特征中，该MODACS包括：连接到第一负载的第一源极端子；连接到第二负载的第二源极端子；和连接到热管理系统的第三源极端子。主动管理模块被配置成确定是否将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或第三源极端子，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或第三源极端子中所选择的一者。

在其他特征中，提供了一种操作MODACS的方法。该方法包括：检测MODACS内电池单元块的第一电池单元块的第一状态；基于第一电池单元块的第一状态，确定第一电池单元块是否存在安全故障条件；响应于检测到安全故障条件的存在，将第一电池单元块与电池单元块中的其他电池单元块隔离；在隔离第一电池单元块之后，主动放电并检测第一电池单元块的第二状态；并且基于第二状态，继续隔离第一电池单元块，或者重新连接第一电池单元块，使得第一电池单元块不再被隔离。

在其他特征中，该方法还包括：确定是否将第一电池单元块连接到MODACS的源极端子或热管理系统以对第一电池单元块放电；以及控制MODACS以将第一块电池单元连接到源极端子或热管理系统。

在其他特征中，该方法还包括当安全故障条件存在时将第一电池单元块连接到热管理系统，并且当安全故障条件不存在时连接到源极端子。

在其他特征中，热管理系统包括冷却风扇、冷却泵、电池单元平衡系统、电阻负载或热发电机中的至少一者。

在其他特征中，该方法还包括响应于存在的安全故障条件，经由来自第一电池单元块的功率运行冷却风扇或冷却泵中的至少一者，以冷却电池单元块中的至少一个。

在其他特征中，第一电池单元块的第一状态和第二状态指以下至少一者：第一电池单元块的电流水平；第一电池单元块的电压水平；第一电池单元块的功率水平；第一电池单元块的温度；或者第一电池单元块的参数的变化率。

在其他特征中，该方法还包括确定是否将第一电池单元块连接到MODACS的第一源极端子或第二源极端子，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子或第二源极端子中所选择的一者。第一源极端子连接到12V热管理系统负载。12V热管理系统负载与MODACS是分开的。第二源极端子连接到其他负载。

在其他特征中，该方法还包括确定是否将第一电池单元块连接到MODACS或热管理系统的第一源极端子，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子或热管理系统中所选择的一者。MODACS包括热管理系统。第一源极端子连接到第一负载。

在其他特征中，该方法还包括确定是否将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或热管理系统，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或热管理系统中所选择的一者。MODACS包括连接到第二负载的第二源极端子。

在其他特征中，该方法还包括确定是否将第一电池单元块连接到MODACS的第一源极端子、第二源极端子或第三源极端子，并控制MODACS将第一电池单元块连接到第一源极端子、第二源极端子或第三源极端子中所选择的一者。第一源极端子连接到第一负载。第二源极端子连接到第二负载。第三源极端子连接到热管理系统。

从详细描述、权利要求和附图中，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅是为了说明的目的，而不是为了限制本公开的范围。

附图说明

从详细描述和随附附图中，本公开将得到更充分理解，其中：

图1是根据本公开的包括多输出动态可调容量电池系统（MODACS）和主动安全管理系统（ASMS）的示例车辆控制系统的功能框图；

图2是根据本公开的示例MODACS的功能框图；

图3A-3B是包括根据本公开的MODACS的示例实施方式的示意图；

图4是根据本公开的包括具有主动安全管理（ASM）模块的车辆控制模块的车辆控制系统的另一示例的功能框图；

图5是根据本公开的包括MODACS和包括ASM模块的车辆控制模块的示例车辆的功能框图；

图6是根据本公开的车辆控制系统的示例控制部分的功能框图；

图7是图示根据本公开由于检测到可疑块而重新配置MODACS模块和电池单元块的图；

图8是根据本公开的具有单电压电池模式（VBM）并且包括连接到热管理系统（TMS）负载和其他12V负载的12V端子的示例MODACS的功能框图；

图9是根据本公开的包括TMS负载并具有连接到其他12V负载的端子的示例MODACS的功能框图；

图10是根据本公开的包括TMS负载并具有连接到其他48V和12V负载的端子的示例MODACS的功能框图；

图11是根据本公开的具有连接到48V负载、12V TMS负载和其他12V负载的端子的示例MODACS的功能框图；

图12是根据本公开的用于电池包的示例电池监控（或管理）系统（BMS）模块的功能框图；

图13是根据本公开的MODACS电路的示例部分的示意图；和

图14图示了根据本公开的ASM方法。

在附图中，附图标记可以重复使用来标识相似和/或相同的元件。

具体实施方式

MODACS包括电池单元块（或串）。电池单元可以串联或并联连接。电池单元块也可以串联或并联连接，以提供各种输出电压，诸如12V和48V，以为12V负载和48V负载供电。电池单元块可以被分组。每组电池单元块可以被称为模块（或电池模块）。MODACS可具有多个电池模块。MODACS可以实施为单个电池，该电池具有对应的外壳，该外壳具有负（或接地参考）端子和多个源极端子。MODACS的每个源极端子可以具有预设的直流（DC）电压（例如，12伏（V）、24V、36V、48V等）并且可以在充电期间供应（或放电）电流或接收电流。作为示例，MODACS可以包括单个48V源极端子、第一12V源极端子和第二12V源极端子。以下提供其他示例。

MODACS可作为低电压高功率系统操作。当MODACS中出现安全故障时，诸如短路或过充电，可能会出现热失控和/或传播条件。当块过热时，这会导致相邻块的温度升高，这会导致附加的故障。被动安全技术包括将怀疑有故障的电池单元块与MODACS的电网断开连接。然后，该电池单元块可以被移除和/或被发送到质量评估机构，以确定（i）该电池单元块是否存在问题，以及（ii）该电池单元块是否可维修或需要更换。

在出现故障的情况下，作为预防措施而执行的其他被动技术包括制造包含某些材料布置的MODACS电池单元块。这可包括：在相邻电池单元之间设置石墨膜（或箔），其作为被动冷却器执行；将相变复合材料设置在相邻电池单元之间作为被动热失控传播防止器；和/或用防火材料包裹电池单元块作为被动热失控传播防止器。如果电池单元块存在异常安全故障条件，则需要快速关闭电池单元块。除了上述故障之外，可能需要关闭的另一种异常安全条件是过热条件，这导致产生异常热信号，指示电池单元块过热。以下描述了其他示例故障情况。

本文阐述的示例包括用于主动监测电池单元和瞬时和/或快速断开、放电、隔离和重新评估电池单元条件的ASM系统和模块。编程放电协议用于检测安全故障，并快速对12V电池单元块（也称为12V电池单元串）放电，以防止系统热失控和传播事件，同时保持对应MODACS的功能操作不中断。安全故障可能是由于内部短路、电池单元过度充电和/或其他安全故障条件造成的。电池单元块至临界低SOC（例如低于5%）的快速且主动放电快速地消除了当存在某些异常条件时可能出现的安全危险。

当产生和诊断12V电池单元块安全故障（或可疑）信号（例如，过热信号、电压信号的异常变化率、温度信号的异常变化率和/或其他不规则信号）时，ASM系统调整可疑电池单元块的工作模式和/或一个或多个其他电池单元块的工作模式。这些动作可以包括断开和/或隔离可疑的电池单元块，同时继续正常操作或处于减额状态，并且至少将可疑的电池单元块连接到热管理系统（TMS）负载，并且根据编程的放电协议执行放电过程。编程的放电协议可以包括在恒压模式、恒流模式或混合模式下操作，以对电池单元块放电，直到电池单元块的电量状态小于预定阈值（例如，小于满电荷的5%）。这在短时间段内完成，以消除对MODACS和/或车辆系统的任何安全危险。在对电池单元块放电的同时，ASM系统根据电网优先级调整处于“良好”操作条件的其他电池单元块的操作，以继续操作。这可以包括在冗余轨之间分配良好电池单元块的电压、电流和/或功率容量，以满足功率需求。

本文公开的实施方式可以应用于内燃发动机（ICE）车辆、全电动车辆、电池电动车辆（BEV）、包括插电式混合电动车辆（PHEV）的混合电动车辆、部分或完全自主车辆以及包括具有用于改善燃料经济性和其他优点的MODACS的其他类型的车辆。

现在参考图1，呈现了示例动力总成系统100的功能框图。车辆的动力总成系统100包括燃烧空气/燃料混合物以产生扭矩的发动机102。车辆可以是非自主的、部分自主的或完全自主的。

空气通过进气系统108被吸入发动机102中。进气系统108可包括进气歧管110和节流阀112。仅作为示例，节流阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机（或车辆）控制模块（ECM）114控制节流阀致动器模块116，并且节流阀致动器模块116调节节流阀112的开度以控制进入进气歧管110中的气流。

来自进气歧管110的空气被吸入发动机102的气缸中。虽然发动机102可以包括任何数量的气缸，但是为了说明的目的，示出了单个代表性气缸118。ECM 114可以指示气缸致动器模块120在一些情况下选择性地停用一些气缸，这可以提高燃料效率。

发动机102可以使用四冲程循环或另一种合适的发动机循环操作。如下所述，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）的每次旋转期间，四个冲程中的两个冲程发生在气缸118内。因此，气缸118需要两次曲轴旋转来经历所有四个冲程。对于四冲程发动机，一个发动机循环可能对应于两次曲轴旋转。

当气缸118被激活时，在进气冲程期间，来自进气歧管110的空气通过进气阀122被吸入气缸118中。ECM 114控制燃料致动器模块124，燃料致动器模块124调节燃料喷射以实现期望的空气/燃料比。燃料可在中央位置或多个位置处（诸如在每个气缸的进气阀122附近）喷射到进气歧管110中。在各种实施方式（未示出）中，燃料可以直接喷射到气缸中或者喷射到与气缸相关联的混合室/端口中。燃料致动器模块124可以停止向停用的气缸喷射燃料。

喷射的燃料与空气混合，并在气缸118中产生空气/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可以是压燃式发动机，在这种情况下，压缩导致空气/燃料混合物的点燃。替代地，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，这点燃空气/燃料混合物。发动机102可以是执行压缩点火和火花点火两者的均质充量压缩点火（HCCI）发动机。火花的定时可以相对于在活塞处于其最高位置时的时间来指定，这将被称为上止点（TDC）。

火花致动器模块126可以由定时信号控制，该定时信号指定在TDC之前或之后多久产生火花。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的操作可以与曲轴的位置同步。火花致动器模块126可以禁止向停用的气缸提供火花或者向停用的气缸提供火花。在排气冲程期间，活塞开始向上移动，并通过排气阀130排出燃烧副产物。燃烧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控制，而排气阀130可由排气凸轮轴142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）可以控制用于气缸118的多个进气阀（包括进气阀122）和/或可以控制多排气缸（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）可以控制用于气缸118的多个排气阀和/或可以控制用于多排气缸（包括气缸118）的排气阀（包括排气阀130）。

气缸致动器模块120可以通过禁止进气阀122和/或排气阀130的打开来停用气缸118。当进气阀122打开时的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC改变。当排气阀130打开时的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC改变。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号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，凸轮相位可以省略。可变阀升程（未示出）也可以由相位器致动器模块158控制。在各种其他实施方式中，进气阀122和/或排气阀130可以由除凸轮轴之外的致动器控制，诸如机电致动器、电动液压致动器、电磁致动器等。

发动机102可包括零个、一个或多于一个增压装置，该增压装置向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了包括涡轮增压器涡轮160-1的涡轮增压器，涡轮增压器涡轮160-1由流经排气系统134的废气驱动。超级增压器是另一种增压装置。

涡轮增压器还包括涡轮增压器压缩机160-2，其由涡轮增压器涡轮160-1驱动，并压缩引入节流阀112中的空气。废气门（WG）162控制通过和绕过涡轮增压器涡轮160-1的废气流。废气门也可以称为（涡轮增压器）涡轮旁通阀。废气门162可允许排气绕过涡轮增压器涡轮160-1，以减少涡轮增压器提供的进气空气压缩。ECM 114可以经由废气门致动器模块164控制涡轮增压器。废气门致动器模块164可以通过控制废气门162的开度来调节涡轮增压器的增压。

发动机102可包括废气再循环（EGR）阀170，其选择性地将废气重定向回到进气歧管110。EGR阀170可从排气系统134中的涡轮增压器涡轮160-1的上游接收废气。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。

曲轴位置可以使用曲轴位置传感器180来测量。发动机速度可以基于使用曲轴位置传感器180测量的曲轴位置来确定。发动机冷却剂的温度可以使用发动机冷却剂温度（ECT）传感器182来测量。ECT传感器182可以位于发动机102内或冷却剂循环的其他位置，诸如散热器（未示出）。

进气歧管110内的压力可以使用歧管绝对压力（MAP）传感器184来测量。在各种实施方式中，可以测量发动机真空，发动机真空是环境空气压力和进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110中的空气的质量流率可以使用质量空气流量（MAF）传感器186来测量。在各种实施方式中，MAF传感器186可以位于还包括节流阀112的外壳中。

节流阀112的位置可以使用一个或多个节流阀位置传感器（TPS）190来测量。被吸入发动机102中的空气的温度可以使用进气空气温度（IAT）传感器192来测量。也可以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，可以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），并且可以包括一个或多个其他类型的传感器。APP位置传感器测量车辆客舱内加速器踏板的位置。BPP传感器测量车辆客舱内制动踏板的位置。CPP传感器测量车辆客舱内离合器踏板的位置。其他传感器193还可以包括一个或多个加速度传感器，其测量车辆的纵向（例如，前/后）加速度和车辆的横向加速度。加速度计是加速度传感器的示例类型，尽管也可以使用其他类型的加速度传感器。ECM 114可以使用来自传感器的信号来为发动机102做出控制决策。

ECM 114可以与变速器控制模块194通信，例如，以协调发动机操作和变速器195中的换档。ECM 114可以与混合控制模块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，但是可以实施多个电动马达。电动马达198可以是永磁电动马达或在自由旋转时基于反电磁力（EMF）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和混合动力控制模块196的各种功能可以集成到一个或多个模块中。

改变发动机参数的每个系统可以被称为发动机致动器。每个发动机致动器都有相关联的执行器值。例如，节流阀致动器模块116可被称为发动机致动器，并且节流阀打开面积可被称为致动器值。在图1的示例中，节流阀致动器模块116通过调整节流阀112的叶片角度来实现节流阀打开面积。

火花致动器模块126也可以称为发动机致动器，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激活/停用序列、燃料供给速率、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可以控制致动器值，以便基于扭矩请求使发动机102输出扭矩。ECM 114可以例如基于一个或多个驾驶员输入来确定扭矩请求，所述一个或多个驾驶员输入诸如是APP、BPP、CPP和/或一个或多个其他合适的驾驶员输入。ECM 114可以例如使用将驾驶员输入与扭矩请求相关联的一个或多个函数或查找表来确定扭矩请求。

在一些情况下，混合控制模块196控制电动马达198输出扭矩，例如，以补充发动机扭矩输出。当发动机102关闭时，混合控制模块196还可以控制电动马达198输出用于车辆推进的扭矩。

混合控制模块196将来自MODACS 208的电功率施加到电动马达198，以使电动马达198输出正扭矩。下面将进一步描述MODACS 208。电动马达198可输出扭矩例如至变速器195的输入轴、至变速器195的输出轴或至另一部件。离合器200可被实施成将电动马达198联接到变速器195，并将电动马达198从变速器195分离。可以在电动马达198的输出和变速器195的输入之间实施一个或多个齿轮传动装置，以在电动马达198的旋转和变速器195的输入的旋转之间提供一个或多个预定的传动比。在各种实施方式中，可以省略电动马达198。

ECM 114经由起动机马达202起动发动机102。ECM 114或车辆的另一个合适的模块使起动机马达202与发动机102接合，用于发动机起动事件。仅举例来说，当接收到钥匙接通（ON）命令时，ECM 114可使起动机马达202与发动机102接合。驾驶员可以输入钥匙接通命令，例如，经由致动车辆或车辆钥匙链的一个或多个点火钥匙、按钮和/或开关。起动机马达202可接合联接到曲轴的飞轮或驱动曲轴旋转的一个或多个其他合适的部件。

ECM 114还可以响应于自动停止/起动事件期间的自动起动命令或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时关闭发动机102，驾驶员已经踩下制动踏板，并且驾驶员还没有输入钥匙断开（OFF）命令。当发动机102因自动停止/起动事件而关闭时，例如当驾驶员释放制动踏板和/或踩下加速器踏板时，可以产生自动起动命令。起动机致动器模块204基于来自起动机控制模块的信号控制起动机马达致动器和起动机马达202，如下面进一步讨论的。在各种实施方式中，起动机马达202可以保持与发动机102接合。

响应于起动发动机102的命令（例如，自动起动命令、用于航行事件结束的发动机起动命令，或者当接收到钥匙接通命令时），起动机致动器模块204向起动机马达202供应电流以起动发动机102。起动机致动器模块204也可以致动起动机马达致动器，以使起动机马达202与发动机102接合。起动机致动器模块204可以在起动机马达202与发动机102接合之后向起动机马达202供应电流，例如，以允许齿啮合。向起动机马达202施加电流驱动起动机马达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的时段可以被称为发动机曲轴起动（cranking）。

起动机马达202从MODACS 208汲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就从发动机102脱离或被脱离，并且流向起动机马达202的电流可以中断。例如，当发动机速度超过预定速度，诸如预定怠速时，可以认为发动机102正在运行。仅作为示例，预定怠速可以是大约每分钟700转（rpm）或另一合适的速度。发动机曲轴起动可以说是在发动机102运行时完成的。

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可以联接到曲轴（例如，经由齿轮或带），并通过向曲轴施加负载将发动机102的机械能转换成AC功率。发电机206将交流功率整流成DC功率，并将DC功率存储在MODACS 208中。替代地，发电机206外部的整流器可以被实施成将AC功率转换成DC功率。发电机206可以是例如交流发电机。在各种实施方式中，诸如在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可以一起实施。

MODACS控制模块可以附接到、实施在MODACS的外壳中或外部连接到MODACS的外壳。MODACS控制模块可以部分或全部在外壳处或在远程位置处实施。作为示例，MODACS控制模块可以实施为车辆内的控制模块和/或车辆控制模块的一部分。图2和4-6中示出了示例MODACS控制模块和示例车辆控制模块。

MODACS的外壳可以包括开关和电池监控（或管理）系统（BMS）模块。开关和BMS模块可以连接到电池单元和/或与电池单元分开实施。MODACS控制模块基于来自BMS模块的信息控制开关的操作状态，以将所述电池单元中的选定的电池单元连接到源极端子。可以选择任何数量的电池单元、块和/或电池模块，并在任何时刻连接到每个源极端子。电池单元、块和电池模块可以连接：串联和/或并联；在不同的连接配置中；并且可以被组织成块、包和/或组。每个块可以包括一个或多个电池单元，这些电池单元可以串联和/或并联连接。每个包可以包括一个或多个可以串联和/或并联连接的块。每组可包括一个或多个可以串联和/或并联连接的包。这些组可以串联和/或并联连接。电池模块可以指一个或多个包和/或一个或多个组。

每个BMS模块可以被分配给一个或多个电池单元、一个或多个块、一个或多个包和/或一个或多个组，并且监控对应的参数，诸如电压、温度、电流水平、SOX、瞬时功率和/或电流极限、短期功率和/或电流极限、和/或连续功率和/或电流极限。首字母缩略词“SOX”指的是电量状态（SOC）、健康状态（SOH）、功率状态（SOP）和/或功能状态（SOF）。电池单元、包和/或组的SOC可以指存储在电池单元、包和/或组中的电压、电流和/或可用功率量。电池单元、包和/或组的SOH可以指：年龄（或操作小时数）；是否存在短路；是否存在松动导线或不良连接；在某些操作条件期间，供应给或来自电池单元、包和/或组的温度、电压、功率水平和/或电流水平；和/或描述单元、包和/或组的健康条件的其他参数。电池单元、包和/或组的SOF可以指供应给电池单元、包和/或组或源自电池单元、包和/或组的当前温度、电压和/或电流水平，和/或描述电池单元、包和/或组的当前功能状态的其他参数。

瞬时功率和电流极限可以指短时间段内（例如，小于2秒）的功率和电流极限。短期功率和电流极限可以指中间时间长度内（例如，2-3秒）的功率和电流极限。持续功率和电流极限指的是在一段延长的时间段内（例如，大于3秒的时段）的功率和电流极限。

MODACS控制模块控制开关的状态，以将电池单元连接到源极端子，同时满足目标和/或请求的电压、电流和功率容量。MODACS控制模块和/或车辆控制模块可以例如基于操作模式设置目标和/或请求的电压、电流和功率容量。如下所述，MODACS可以在对应于车辆操作模式的不同操作模式下操作。MODACS操作模式可以包括例如再生模式、增压模式、自动起动模式或其他MODACS充电或放电模式。车辆操作模式可以包括电动车辆启动模式、发动机起动模式、发动机辅助模式、机会充电模式、减速燃料切断（DFCO）再生模式、电动车辆再生模式（例如，发电机DFCO再生模式或制动器再生模式）、电动车辆巡航模式和/或其他车辆操作模式。附加的车辆操作模式描述如下。每种车辆操作模式对应于MODACS模式中的一种。下面进一步描述所述模式。

MODACS 208可以连接到热管理系统（TMS）199。TMS 199（也在图5中示出）用于保持MODACS的温度，并且还用于释放可疑和/或故障的电池单元块。可疑和/或故障电池单元块的放电将在下面进一步描述。

图2是MODACS 208的功能框图。MODACS 208可以被实施为具有多个源极端子的单个电池。示出了三个示例源极端子210、214、216，尽管可以包括任何数量的源极端子。可以称为正极输出端子的源极端子提供相应的直流（DC）操作电压。MODACS可以包括仅一个负极端子，或者可以针对每个源极端子包括一个负极端子。仅作为示例，MODACS 208可以具有第一正极（例如，48伏特（V））端子210、第一负极端子212、第二正极（例如，第一12V）端子214、第三正极（例如，第二12V）端子216和第二负极端子220。虽然提供了具有48V操作电压和两个12V操作电压的MODACS 208的示例，但是MODACS 208可以具有一个或多个其他操作电压，诸如仅两个12V操作电压、仅两个48V操作电压、两个48V操作电压和一个12V操作电压，或者两个或更多个其他合适操作电压的组合。作为另一个示例，操作电压可以在12V-144V的范围内。

MODACS 208包括电池单元和/或电池单元块，诸如第一块（或串）224-1至第N块（或串）224-N（“块224”），其中N是大于或等于2的整数。每个块224可以包括一个或多个电池单元。在MODACS 208内，每个块也可能够单独替换。仅作为示例，每个块224可以是单独容纳的12V DC电池。单独替换块224的能力可以使得MODACS 208包括更短的保修期并具有更低的保修成本。例如，在块中出现故障的情况下，块224也是可单独隔离的。在各种实施方式中，MODACS 208可以具有标准汽车级12V电池的形状因数。

每个块224具有其自己单独的容量（例如，以安培小时（Ah）为单位）。MODACS 208包括开关，诸如第一开关232-1至232-N（统称为“开关232”）。开关232使得块224能够串联、并联或串联和并联的组合连接，以在输出端子处提供期望的输出电压和容量。尽管示出了一些开关的示例，但是也可以包括其他开关来执行本文公开的各种操作。

MODACS控制模块240包括ASM模块241，并且可以控制开关232以在源极端子处提供期望的输出电压和容量。如下文进一步讨论的，基于车辆的当前操作模式，MODACS控制模块240控制开关232以改变源极端子处提供的容量。ASM模块241还可以控制所述开关232，以从电网断开、隔离、放电、测试和/或重新连接电池单元块，该电网包括其他电池单元块、源极端子、负极端子等。ASM模块241的操作将在下面进一步描述。

图3A-3B示出了包括MODACS 208的示例实施方式的车辆电气系统300。MODACS 208包括源极端子210、214、216、相应的功率轨301、302、303、MODACS控制模块240和功率控制电路305，其可以连接到MODACS控制模块240和车辆控制模块（VCM）和/或BCM 306。VCM模块和/或BCM 306可以类似于、包括和/或实施为图5的ECM 114。功率轨303可以是冗余功率轨和/或用于不同于功率轨302的负载。包括ASM模块241、功率控制电路305、VCM和/或BCM 306的MODACS模块控制模块240可以经由控制器局域网（CAN）、本地互连网络（LIN）、串行网络、无线和/或其他合适的网络和/或接口相互通信。如图所示，MODACS控制模块240可以经由功率控制电路305直接或间接与VCM和/或BCM 306通信。

在图3A的示例中，四个块224（例如，12V块）的集合可串联连接（经由开关232中的一些）到第一正极端子210和第一负极端子212，以提供第一输出电压（例如，48V）。块224中的各个块可以（经由开关232中的一些）连接到第二正极端子214或第三正极端子216和第二负极端子220，以在第二和第三正极端子214和216处提供第二输出电压（例如，12V）。有多少块224连接到第一正极端子210、第二正极端子214和第三正极端子216决定了在每个正极端子处可用的MODACS 208的总容量的部分。任何数量的块可以串联连接，并且任何数量的串联集合可以并联连接。在图3A的示例中，用电池符号示出了块224。作为示例，每个块可以包括四个电池单元，其中每个电池单元串联连接并且是锂离子电池单元（例如标称电压为3.2V的锂铁电池（LFP）电池单元）。

如图3B所示，车辆电气部件的第一集合使用MODACS 208的两个或多个操作电压中的一个操作。例如，车辆电气部件的第一集合可以连接到第二和第三正极端子214和216。车辆电气部件的第一集合中的一些可以连接到第二正极端子214，并且车辆电气部件的第一集合中的一些可以连接到第三正极端子216。车辆电气部件的第一集合可以包括，例如但不限于，车辆的VCM和/或BCM 306和其他控制模块、起动机马达202和/或其他电气负载，诸如第一12V负载307、第二12V负载308、其他控制模块312、第三12V负载316和第四12V负载320。在各种实施方式中，切换装置324可以连接到第一和第二正极端子214中的两者。切换装置324可以将其他控制模块312和第三12V负载316连接到第二正极端子214或第三正极端子216。

如图3A所示，车辆电气部件的第二集合使用MODACS 208的两个或多个操作电压中的另一个操作。例如，车辆电气部件的第二集合可以连接到第一正极端子210。车辆电气部件的第二集合可以包括例如但不限于发电机206和各种电气负载，诸如48V负载328。发电机206可以被控制以对MODACS 208再充电。

每个开关232可以是绝缘栅双极晶体管（IGBT）、场效应晶体管（FET），诸如金属氧化物FET（MOSFET），或者另一种合适类型的开关。

图4示出了另一个车辆控制系统400的示例，其适用于本文公开的MODACS。车辆控制系统400包括MODACS 402、车辆控制模块404、内燃发动机（ICE）406、高压负载408和低压负载410。车辆控制模块404可以类似于本文提及的其他车辆控制模块进行操作，并且可以包括ASM模块241。高压负载408可以包括电动马达、压缩机和/或其他高压负载。低压负载可能包括灯、座椅加热器、电风扇、音频系统、视频系统、电动车窗马达、电动门锁马达、电子电路等。MODACS 402具有外壳420，并且包括MODACS控制模块422、第一源极端子424、第二源极端子426和负极（或参考接地）端子428。MODACS 402可以具有任何数量的源极端子。

ICE 406可以经由滑轮431、432和带434驱动水泵430。ICE 406可以驱动主齿轮436，主齿轮436经由差速器442驱动离合器C1、C2和变速器438来驱动车轮440。第一离合器C1可用于接合驱动电动发电机单元（MGU）450的滑轮444、446和带448。第二离合器C2可用于接合变速器438。AC-DC转换器452将来自MGU 450的交流（AC）功率转换成DC功率，该功率用于对MODACS 402的电池单元充电。当曲轴起动ICE 406时，主齿轮436可由第二齿轮454通过起动机456转动。

图5示出了车辆500，其图示了MODACS的另一示例实施方式，该MODACS可以替代和/或类似于图1-4的MODACS 208和402操作。车辆500可以包括具有MODACS控制模块503的MODACS 502、车辆控制模块504、信息娱乐模块506和其他控制模块508。模块503、504、506、508可以经由控制器局域网（CAN）总线510和/或其他合适的接口相互通信。车辆控制模块504可以控制车辆系统的操作。车辆控制模块504可以包括模式选择模块512、参数调整模块514以及其他模块。模式选择模块512可以选择车辆操作模式，诸如上述车辆操作模式之一。参数调整模块514可用于调整车辆500的参数。

车辆500还可以包括：存储器518；显示器520；音频系统522；包括传感器526的一个或多个收发器523；和包括全球定位系统（GPS）接收器528的导航系统527。传感器526可以包括传感器、摄像机、目标检测传感器、温度传感器、加速度计、车速传感器和/或其他传感器。GPS接收器528可以提供车辆速度和/或车辆方向（或航向）和/或全球时钟定时信息。

存储器518可以存储传感器数据530和/或车辆参数532、MODACS参数534和应用程序536。应用程序536可以包括由模块503、504、506、508执行的应用程序。尽管存储器518和车辆控制模块504被示为单独的装置，但是存储器518和车辆控制模块504可以被实施为单个装置。

车辆控制模块504可以根据模块503、504、506、508设置的参数来控制发动机540、转换器/发电机542、变速器544、车窗/车门系统550、照明系统552、座椅系统554、反射镜系统556、制动系统558、电动马达560和/或转向系统562的操作。车辆控制模块504可以基于从传感器526接收的信号设置一些参数。车辆控制模块504可以从MODACS 502接收功率，该功率可以被提供给发动机540、转换器/发电机542、变速器544、车窗/车门系统550、照明系统552、座椅系统554、反射镜系统556、制动系统558、电动马达560和/或转向系统562等。一些车辆控制操作可包括解锁车窗/车门系统550的车门、使能发动机540的燃料和火花、起动电动马达560、给系统550、552、554、556、558、562中的任何一者供电、和/或执行本文进一步描述的其他操作。

发动机540、转换器/发电机542、变速器544、车窗/车门系统550、照明系统552、座椅系统554、反射镜系统556、制动系统558、电动马达560和/或转向系统562可以包括由车辆控制模块504控制的致动器，以例如调整燃料、火花、空气流量、方向盘角度、节流阀位置、踏板位置、车门锁、车窗位置、座椅角度等。该控制可以基于传感器526、导航系统527、GPS接收器528的输出以及存储在存储器518中的上述数据和信息。

车辆控制模块504可以确定各种参数，包括车辆速度、发动机速度、发动机扭矩、档位状态、加速度计位置、制动踏板位置、再生（充电）功率量、增压（放电）功率量、自动起动/停止放电功率量和/或其他信息，诸如MODACS 502的源极端子的优先级、每个源极端子的功率、电流和电压需求等。车辆控制模块504可以与MODACS控制模块503共享该信息和车辆操作模式。MODACS控制模块503可以确定其他参数，诸如：每个源极端子处的充电功率量；每个源极端子处的放电功率量；源极端子处的最大和最小电压；功率轨、电池单元、块、包和/或组处的最大和最小电压；电池单元、块、包和/或组的SOX值；电池单元、块、包和/或组的温度；电池单元、块、包和/或组的电流值；电池单元、块、包和/或组的功率值；等等。MODACS控制模块503可以基于车辆控制模块504和/或MODACS控制模块503确定的参数来确定电池单元的连接配置和对应的开关状态，如本文所述。

车辆500包括ASM系统570，其包括ASM模块241、MODACS 502、MODACS控制模块503和TMS 199。尽管在车辆控制模块504中示出，但是ASM模块241可以包括在MODACS控制模块503中。在一个实施例中，车辆控制模块504和MODACS控制模块503被实施为单个控制模块。ASM模块241可以控制与TMS 199的连接和操作。TMS 199可以包括冷却风扇572、冷却泵574、电池单元平衡系统576、热发电机（例如珀尔帖冷却器）578、电阻负载580和/或其他TMS负载582。冷却风扇572和冷却泵574可用于循环空气和/或冷却剂通过MODACS 502。通过给冷却风扇572和/或冷却泵574供电来对可疑和/或有故障的电池单元放电用于多种目的。冷却风扇572和/或冷却泵574的供电对包括可疑和/或故障电池单元的MODACS 502的电池单元进行冷却，同时可疑和/或故障电池单元的电荷减少或暂停。这消除了与可疑和/或故障电池单元相关联的潜在危险。如果气流在这个方向上提供较冷的空气，则风扇也可以反转。

电池单元平衡系统576可用于对可疑和/或故障电池单元缓慢地放电，包括将电荷从可疑和/或故障电池单元缓慢转移到其他电池单元。作为示例，电阻负载580可以包括石墨烯、聚合物和/或其他电阻层的堆叠和/或交替层。石墨烯是一种低电阻的被动冷却器主动加热器，并且因此有助于电池单元放电，而不会产生大量和/或异常热量。TMS负载572、574、576、578、580、582中的任一者可以被连接以对可疑和/或故障电池单元放电。TMS负载的连接还可以降低与可疑和/或故障电池单元相邻的电池单元发生热连锁反应的风险。

图6是车辆控制系统600的示例控制部分的功能框图。车辆控制系统600包括：车辆控制模块602；开关控制层604；汇流条和传感器606；硬件608、610；12V开关612；48V开关614；四个串联电池单元堆（或块）615；12V负载616；和48V负载618。车辆控制模块602可以包括安全和车载诊断模块620、功率规划模块622、汽车安全完整性等级（ASIL）模块624、ASM模块241、高级（或自主）驾驶辅助系统（ADAS）模块626和/或模式模块628。作为示例，示出了四个块三个集合。每一集合可被称为电池模块。

车载诊断模块620可以执行系统诊断和报告。功率规划模块622可以接收功率请求并规划一段时间内的功率使用。在一个实施例中，ASM模块241、ASIL模块624和ADAS模块626被实施为单个模块。模块241、624、626执行安全监控、报告和抵消操作。这些操作与MODACS的电池单元状态有关，并且包括监控电池单元状态以及连接、断开、隔离、冷却电池单元和对电池单元放电。ASIL模块624可以基于MODACS和/或车辆系统的当前安全状态水平来控制操作模式。ADAS模块626可以在以自主模式操作的同时控制供电。模式模块628可以选择车辆控制系统600和/或其部分的操作模式。开关控制层604可以控制开关612、614的状态。汇流条和传感器606可以包括12V和48V汇流条和用于检测块615的状态的传感器。

图7是图示由于检测到可疑电池单元块而重新配置MODACS模块和电池单元块的图。图7适用于本文公开的任何实施例。示出了电池单元块1-12，其中块8被确定为可疑块。可疑块是被确定为已经满足一个或多个安全故障条件的块，这将在下面进一步描述。作为示例，示出了三个电池模块；包括块1-4的第一模块、包括块5-8的第二模块和包括块9-12的第三模块。模块的块可以串联或并联连接。在图中，水平布置（或横向跨过页面）的块是并联连接的。竖直布置（或从上到下的页面布置）的块是串联连接的。示出了三种布置；串联（S）-S-并联（P）布置（指定为700）；SPS布置（指定为702）；和SPP布置（指定为704）。电池单元平衡可以在块内和/或块间执行。

在操作期间，监控块1-12的状态，包括块的SOC、SOH和SOP。如图所示，第一和第二电池模块串联连接以为48V负载供电，并且第三电池模块串联连接以为12V负载供电。当发现其中一个块存在潜在问题时，该块将被隔离并放电。在所示的示例中，块8被确定具有潜在的问题，如块8上所示的“X”所示。结果，第二电池模块以并联布置重新连接，而不是串联布置，并且块8被隔离、放电和测试。示出了两个示例，其中第二电池模块以并联布置重新连接以提供SPS布置，并且其中第二和第三电池模块重新连接以提供SPP布置。

为了对块8放电，执行放电过程，包括将块8快速连接到TMS负载以对块8快速放电。块8可以被放电到预定的SOC水平。在另一个实施例中，第二电池模块被放电，并且然后块8被隔离。

图2-5的ASM模块241在放电的同时继续监控块8的状态。该块被放电到没有热危险的SOC。ASM模块241可以监控和诊断块1-12的问题，包括诊断产生的安全故障信号。例如，当块的温度超过75℃和/或当块的电压变化率大于预定水平时，可以产生安全故障信号。本文公开了其他安全故障条件。在图7所示的示例中，可疑和/或有故障的块与电网断开连接，并且基于来自这些块的功率的电网优先级，连接并继续使用其余的块。当将可疑和/或有故障的块连接到TMS负载时，遵循放电协议，并且根据特定模式对可疑和/或有故障的块放电。特定模式可以是恒流模式、恒压模式、恒功率模式和/或动态最大功率模式。

恒流模式包括将可疑和/或有故障的块的电流输出设置为预定的最大水平，并且以小于预定最大水平的水平从可疑和/或有故障的块汲取一定量的电流。恒压模式包括将电压值设置为低至使可疑和/或有故障的块放电。恒功率模式包括将可疑和/或有故障的块的功率输出设置为预定最大水平，并且以小于预定最大水平的水平从可疑和/或有故障的块汲取功率量。动态最大功率模式包括调整预定最大水平，以提供最高的被呼叫（或被请求）功率输出，而不会使可疑和/或有故障的块进一步过热。

提供以下图8-11作为示例来图示可疑和/或有故障的块的连接的重新配置。图8-11的示例可以应用于和/或表示本文公开的车辆、MODACS和/或ASM系统中的任一者的操作。参照图8-11描述的开关可以是本文提到的任何类型。

图8示出了包括MODACS 801的MODACS系统800，该MODACS 801包括负极（或接地参考）端子802、源极端子804、806和MODACS控制模块810。图8图示了具有单电压电池模式（VBM）或单12V模式的MODACS。尽管示出了两个12V源极端子，但是MODACS 801可以包括任何数量的具有12V和/或其他源电压的源极端子。源极端子804、806供应和/或接收12V功率。源极端子804可以被称为空闲端子。源极端子804可以连接到TMS 12V负载822，诸如上面提到的TMS负载。源极端子806可以连接到发电机单元820、起动机830、12V负载832和12V冗余负载834。负极端子802、TMS 12V负载822、12V发电机820、12V起动机830、12V负载832和12V冗余负载834可以连接到接地参考端子812。

图8示出了MODACS 801的简化表示，以说明出于放电目的将可疑和/或有故障的块840从车辆12V负载切换到TMS 12V负载822（或简称为TMS）。MODACS 801可以类似于图1-5的MODACS来配置。TMS 12V负载822位于MODACS 801外部并且与MODACS 801分开。MODACS 801包括一个或多个开关（例如，示出了单个开关842），用于将模块840连接到源极端子804和806。当模块840连接到TMS 12V负载822时，MODACS 801的其他块可以连接到源极端子806并向其供应功率。块840可以放电到预定的SOC，并且不满足安全故障条件的MODACS 801的其他块（称为“良好块”）可以连接到电网和功率负载。良好块可以连接到TMS负载。例如，良好块可以连接到用于电池单元平衡和/或块冷却的TMS负载。

图9示出了包括MODACS 901的MODACS系统900，MODACS 901包括负极（或接地参考）端子902、源极端子904、906和MODACS控制模块910。图9图示了具有单个VBM或单个12V模式的MODACS。尽管示出了两个源极端子，但是MODACS 801可以包括任何数量的具有12V和/或其他源电压的源极端子。源极端子906供应和/或接收12V功率。源极端子906可以连接到发电机单元920、起动机930、12V负载932和12V冗余负载934。负极端子902、12V发电机920、12V起动机930、12V负载932和12V冗余负载934可以连接到接地参考端子912。

图9示出了MODACS 901的简化表示，以说明出于放电目的将可疑和/或有故障的块940从车辆12V负载切换到TMS 942，诸如如上所述。MODACS 901可以类似于图1-5的MODACS来配置。TMS 942位于MODACS 901内。MODACS 901包括一个或多个开关（例如，示出了单个开关944），用于将块840连接到TMS 942抑或源极端子906。当块940连接到TMS 942时，MODACS901的其他块可以连接到源极端子906并向其供应功率。块940可以放电到预定的SOC，并且不满足安全故障条件的MODACS 901的其他块（称为“良好块”）可以连接到电网和功率负载。良好块可以连接到TMS负载。例如，良好块可以连接到用于电池单元平衡和/或块冷却的TMS负载。

图10示出了包括MODACS 1001的MODACS系统1000，该MODACS 1001包括负（或接地参考）端子1002、源极端子1004、1006和MODACS控制模块1010。图10图示了具有包括12V模式和48V模式的双VBM的MODACS。MODACS可以在任何时刻以VBM模式中的一者或两者操作。尽管示出了48V源极端子和12V源极端子，但是MODACS 1001可以包括任何数量的具有12V、48V和/或其他源电压的源极端子。源极端子1004、1006分别供应和/或接收48V和12V功率。源极端子1004可以连接到48V负载1022和48V发电机1024。源极端子1006可以连接到起动机1030、12V负载1032和12V冗余负载1034。负极端子1002、48V发电机1024、48V负载1022、12V起动机1030、12V负载1032和12V冗余负载1034可以连接到接地参考端子1012。

图10示出了MODACS 1001的简化表示，以说明出于放电目的将可疑和/或有故障的块1040从车辆12V负载切换到TMS 1042（或简称为TMS）。MODACS 1001可以类似于图1-5的MODACS来配置。TMS 1042位于MODACS 1001的内部。MODACS 1001包括一个或多个开关（例如，示出了开关1042和1044），用于将块1040连接到源极端子1004、1006中的一者或TMS1042。第一开关1044可以将块1040连接到TMS 1042抑或第二开关1046。第二开关1046可以将块1040连接到源极端子1004抑或源极端子1006。当块1040连接到TMS 1042时，MODACS1001的其他块可以连接到源极端子1004、1006并向其供应功率。块1040可以放电到预定的SOC，并且不满足安全故障条件的MODACS 1001的其他块（称为“良好块”）可以连接到电网和功率负载。良好块可以连接到TMS负载。例如，良好块可以连接到用于电池单元平衡和/或块冷却的TMS负载。

图11示出了包括MODACS 1101的MODACS系统1100，该MODACS 1101包括负极（或接地参考）端子1102、源极端子1104、1106、1108和MODACS控制模块1110。图11图示了具有包括12V模式和48V模式的双VBM的MODACS。MODACS可以在任何时刻以VBM模式中的一者或两者操作。尽管示出了48V源极端子和两个12V源极端子，但是MODACS 1101可以包括任何数量的具有12V、48V和/或其他源电压的源极端子。源极端子1104、1106、1108提供和/或接收48V和12V功率。源极端子1104可以连接到48V负载1122和48V发电机1124。源极端子1106可以连接到起动机1128、12V负载1130和12V冗余负载1132。源极端子1108可以连接到12V TMS负载（或TMS） 1134。负极端子1102、48V发电机1124、48V负载1122、12V起动机1130、12V负载1132、12V冗余负载1134和12V TMS负载1134可以连接到接地参考端子1112。

图11示出了MODACS 1101的简化表示，以说明出于放电目的将可疑和/或有故障的块1140从车辆12V负载切换到TMS负载1134。MODACS 1101可以类似于图1-5的MODACS来配置。TMS负载1134位于MODACS 1101的外部并与其分开。MODACS 1101包括一个或多个开关（例如，示出了开关1142），用于将块1140连接到源极端子1104、1106、1108中的一者。虽然块1140连接到TMS负载1134，但是MODACS 1101的其他块可以连接到源极端子1104、1106、1108并向其供应功率。块1140可以放电到预定的SOC，并且不满足安全故障条件的MODACS 1101的其他块（称为“良好块”）可以连接到电网和功率负载。良好块可以连接到TMS负载。作为示例，良好块可以连接到用于电池单元平衡和/或块冷却的TMS负载。

尽管参考图8-11描述了1个和2个VBM配置，但是MODACS可以具有3个或4个 VBM配置。在另一个实施例中，实施了多于4个的VBM配置。

图12示出了用于电池包1202的示例性电池单元监控（或管理）系统（BMS）模块1200，电池包1202具有任何数量的电池单元、块和电池模块。在一个实施例中，电池监控系统模块1200作为ASM系统的一部分被提供给每个电池单元块。在所示的示例中，BSM模块1200监控块或包1202的对应的一个或多个电池单元的电压、温度、功率水平和电流水平，并确定某些参数。这些参数可以包括瞬时充电和放电功率和电流极限、短期充电和放电功率和电流极限以及连续充电和放电功率和电流极限。这些参数还可以包括最小和最大电压、最小和最大工作温度以及SOX极限和/或值。由BMS模块1200输出的参数可以基于所监控的电压、温度和/或电流水平来确定。12V块或包的充放电功率和电流能力受对应电池单元的最小和最大电压、最小和最大操作温度以及SOX限值和/或值的影响。BMS模块1200可以监控单个电池单元电压、温度和电流水平，并基于该信息确定所述参数。由BMS模块1200输出的参数被示为来自BMS模块1200的箭头。由BMS模块1200接收的参数被示为指向BMS模块1200的箭头。当检测到某些安全故障条件时，诸如本文提到的安全故障条件，BMS模块1200可以产生安全故障信号。

作为示例，BMS模块1200可以包括和/或连接到传感器，诸如电流传感器1204和温度传感器1206，其可以用于检测通过块或包1202的电池单元的电流水平以及块或包1202的温度。作为示例，可以如图所示检测块或包两端的电压。在一个实施例中，可以包括一个或多个电压传感器来检测块或包1202的电压。电流传感器1204可以连接在例如块或包1202和源极端子1208之间，并且源极端子1208可以连接到负载1210。温度、电压和电流水平作为由BMS模块1200接收的一些参数被报告给BMS模块1200和/或ASM模块241（如图2-5和13所示）。

图13示出了包括一个或多个源极端子的MODACS电路1300的一部分。MODACS电路1300可以包括以最小开关计数拓扑布置的多功能固态开关、开关驱动电路、电流和电压感测电路，以实现具有相似或不同预设（或目标）电压的源极端子的按需容量分配。MODACS电路1300是灵活的、模块化的，并且具有最小的尺寸、复杂性、重量和部件计数。至少由于这些原因，MODACS电路1300使制造难度最小化。

如图所示，MODACS电路1300包括块集合，其中每个块集合包括4个电池单元、4个或更多个开关、BMS模块和具有对应功率轨的源极端子。概述了示例块集合1302，并且其包括电池单元块1304、4个开关1306和BMS模块1308。这些块用电池符号示出。开关1306中的三个将块1304分别连接到源极端子（例如，示出了48V、12VA和12VB源极端子）。4个开关1306中的第四个将块1304连接到接地参考（或负极端子）1312。

如图所示，这些块可以布置在具有行和列的阵列中。除了最接近接地参考的一行之外，每个块可以配置相同。在这一行中，每个块包括三个开关，而不是四个开关。因此，对应的电池单元无需使用开关即可连接到接地参考，如图所示。

如可以看到的，这些块可以连接到每个源极端子。任何块可以连接到任何一个或多个源极端子。行中的一个（或第一行）中的块集合中的第一开关可以连接到第一源极端子（48V源极端子）。一个或多个中间行（例如，第二和第三行）中的块集合中的第一开关可以连接到前一行中的单元。这允许每列中的块中的电池单元串联连接。在某些条件下，列中的块串联连接以形成两个或更多串联块，并且多个串联块并联连接以最大化至第一源极端子的功率。

MODACS电路1300还包括控制块状态的MODACS控制模块1320。MODACS控制模块1320接收来自BMS模块的BMS信号和来自车辆控制模块的系统容量请求信号。基于由系统容量请求信号指示的电压源极端子、参数以及功率和电流需求的优先级，MODACS控制模块1320确定连接的配置并设置块的开关的状态。这些参数可以包括BMS信号中指示的电压、功率水平、电流水平和温度。MODACS控制模块1320生成指示源极端子的容量分配的实际容量分配信号。实际容量分配可能与请求的容量分配不匹配，取决于：MODACS的状态，包括是否存在任何故障或短路；和块的SOH。实际容量分配信号可以从MODACS控制模块1320传输到车辆控制模块。

MODACS电路1300包括12V切换矩阵、架构和开关控件，以便能够使用DC-DC转换器（诸如48V到12V的DC-DC降压或增压转换器）消除12V稳定，和/或消除12V和/或48V冗余备用电源。MODACS电路1300具有用于一个高功率、高电压（例如，V1大于或等于24V）源极端子和至少两个低功率、低电压（例如，两个12V）源极端子的最小电路、块、开关配置。开关可以是固态开关，用于快速无噪声重新配置。开关可以被配置成用于双向电压和电流阻断能力，以防止高和低电压源极端子之间的短路。配置成用于单向电压和电流阻断的开关可用于选择性地最小化损耗。

开关可以在单芯片或多芯片封装中实施。开关可以包括增强模式硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、氮化镓（GaN）FET、碳化硅（SiC）MOSFET、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和/或其他合适的开关。出于阻抗匹配的目的，开关可以处于接通状态、断开状态或线性操作状态。开关可以与驱动器和互锁逻辑集成在一起，以防止块之间、不同源极端子之间以及源极端子和接地参考之间的短路。基于车辆控制模块需求和呈来自块的BMS模块的反馈信号形式的状态更新，控制开关以在每个源极端子处实现期望的容量。

在一个实施例中，块的电池单元是锂电池单元，但是可以是其他类型的电池单元单元。图13的示例被示出来说明具有最小数量的块和每个块集合的开关的最小架构，以在没有DC-DC转换器的情况下提供48V、12VA和12VB输出。

图14示出了可由本文公开的任何车辆系统和ASM系统实施的ASM方法。该方法可以迭代地执行。该方法可以在1400处开始，其包括在正常模式下操作，包括用12V块支持低电压负载（例如12V负载）。其他电压负载也可以是所供应的功率，例如48V负载。

在1402处，BMS模块（例如，图12的BMS模块1200）和/或ASM模块241可以检测电池单元块的状态，包括温度、电压、电流水平、功率水平、温度、电压、电流和功率的变化率等。这可能包括监控SOX参数和/或其他块状态参数。

在1404处，BMS模块和/或ASM模块241可以基于检测到的电池单元块的状态来确定是否存在一个或多个安全故障条件。BMS模块和/或ASM模块241可以监控安全故障预测，诸如异常热信号的产生。监测块的温度。当块的温度在预期和可接受的温度范围内时，可以认为块处于良好的状态，该温度范围与以下各者相关联：（i）当前的负载条件和（ii）块在对应MODACS中的位置。预期温度范围考虑了某些块负载和块的位置的正常温度变化。然而，如果温度变化（增加或降低）到预定的预期温度范围之外和/或以大于预定阈值（例如，大于1℃/秒）的速率变化，则存在安全故障条件。其他安全故障条件包括电压、电流或功率的异常变化。例如，如果块的电压降低到V0的25%（或12V的25%）。异常可与电气短路、电线和/或连接松动、电池单元故障等相关联。在一个实施例中，当异常条件存在持续超过预定时间（例如，3秒）时，认为存在安全故障条件。当存在安全故障情况时，对应的12V块被认为是可疑的，并且可能有故障。

如果检测到可疑的12V块，则执行操作1406和1416，否则执行操作1400。可以在执行操作1416、1418和1420的同时执行操作1406、1408、1410、1412、1414。这允许可疑块被隔离、放电和检查，同时其他块为车辆负载供电并由此允许其他车辆操作继续。这允许车辆行驶到目的地（例如，住宅、停车场、服务站等）。

在1406处，ASM模块241和/或对应的MODACS控制模块将可疑的12V块从电网断开。在一个实施例中，与可疑块在同一电池模块中的其他块也被断开。

以下操作1408和1410可以并联执行并持续预定的时间段。在1408处，ASM模块241和/或对应的MODACS控制模块将可疑块和/或有故障的块连接到TMS，诸如本文公开的任何TMS负载，并对可疑块和/或有故障的块放电。这可以在将可疑块保持在最高工作温度以下的同时进行。与可疑块在同一电池模块中的其他块也可以连接到TMS。其他块可以包括可疑块和/或处于良好状态的块。这些块可以在同一电池模块中和/或可以与可疑的关注块相邻。块可以被放电到预定水平（例如，0-20%的电量状态或0-5%的电量状态）。ASM模块241可以根据上述放电协议和模式中的任何一种对块放电，诸如恒流模式、恒压模式、恒功率模式和/或动态最大功率模式。

在1410处，BMS模块和/或ASM模块241监控和诊断可疑块的块参数，包括温度和SOX参数。这可在对可疑块放电并检查可疑块的质量水平以确定该块是否只是被过度充电或具有与过度充电无关的故障问题时发生。这可包括测试可疑块，以确定可疑块是否处于良好状态。测试可以包括将可疑块临时连接到负载并监控该块的参数。

在1412处，ASM模块241可以确定可疑块是有故障的还是处于良好状态。如果有故障，则执行操作1414。如果处于良好状态，则执行操作1416。在1414处，ASM模块241可以永久或无限期地隔离有故障的块，直到被维修和/或替换。

在1416处，ASM模块241可以确定其余的块是否处于良好状态。如果是，可以执行操作1418，如果不是，则可以执行操作1422。在1418处，ASM模块241可以根据编程的电网优先级标准和负载需求重新配置良好状态的12V块以继续操作。

在1420处，ASM模块241调整MODACS工作模式以支持具有良好状态块的低压（12V）负载（和/或高压（48V）负载）。

在1422处，ASM模块241用先前已被确定为处于良好状态的可疑块以及处于良好状态的其他块来重置MODACS配置。这可以包括，例如，（i）重新连接先前可疑的块和/或将电池模块返回到在隔离先前可疑的块之前存在的串联和/或并联布置，或者（ii）以不同的布置配置块。操作1400可以在操作1420和1422之后执行。

上述操作意在作为说明性示例。取决于应用，操作可以顺序地、同步地、同时地、连续地、在重叠的时间段期间或者以不同的顺序来执行。此外，取决于事件的实施方式和/或序列，可以不执行或跳过任何操作。

上述方法提供了何时在不同电池模块配置之间进行切换的示例。表1列出了三个电池模块的不同示例配置。

表1。

作为示例，如果以并联-并联-串联（PPS）模式操作，并且确定在第一电池模块中存在不良的块，则可以发生到XPS模式的转换，其中X意指第一电池模块断开。如果在XPS模式下且需求负载增加，并且第一电池模块处于良好条件，则可以执行到SPS模式的转换。取决于块的状态和负载需求，可以执行表1所示的模式之间的其他各种转换。

MODACS可以具有块的数量大于或等于2的架构。在一个实施例中，MODACS具有块的数量为3-12的架构。在另一个实施例中，MODACS具有的数量为3-9的架构。

所公开的MODACS实施方式允许可疑和/或有故障的块（可被称为安全故障块）独立于系统功率被隔离和放电。这样实施是为了避免在对可疑和/或有故障的块进行放电和诊断时其他车辆系统失去功率。可疑和/或有故障的块可以设有专用的放电路径。块可以包括低电阻材料，并且当例如块的温度超过预定温度（例如，75℃或85℃）时被放电。

以上描述本质上仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以多种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真正范围不应该限制于此，因为当研究附图、说明书、和以下权利要求书之后其它修改将变得显而易见。应当理解的是，在方法内的一个或多个步骤可以不同顺序（或同时）执行而不改变本公开的原理。另外，虽然以上将实施例中的每一者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均可在任何其它实施例的特征中实施和/或结合任何其它实施例的特征实施，即使该结合没有明确描述。换句话来说，所描述实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍保留在本公开的范围内。

使用各种术语描述了在元件之间（例如，在模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系，这些术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧靠”、“在……顶上”、“在……上方”、“在……下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则当在以上公开中描述在第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可为其中在第一元件与第二元件之间不存在其它介入元件的直接关系，但是也可为其中在第一元件与第二元件之间（不论空间上或功能上）存在一个或多个介入元件的间接关系。如在本文中使用的，短语A、B、和C中的至少一个应被解释为意味着使用非排它性逻辑“或”的逻辑（A或B或C），且不应被解释为“A中的至少一个、B中的至少一个、和C中的至少一个”。

在图中，由箭头指示的箭头方向大体表示说明所关注的信息（诸如数据或指令）的流。例如，当元件A和元件B交换多种信息、但从元件A传输到元件B的信息与图示相关时，则箭头可从元件A指向元件B。该单向箭头并不暗示不存在从元件B传输到元件A的其它信息。此外，对于从元件A发送到元件B的信息，元件B可向元件A发送该信息的请求或者该信息的接收确认。

在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下项、是以下项的一部分、或包括以下项：专用集成电路（ASIC）；数字、模拟、或混合式模拟/数字离散电路；数字、模拟、或混合式模拟/数字集成电路；组合式逻辑电路；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）；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或上述中的一些或所有的组合，诸如在系统芯片中。

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）、因特网、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都可在经由接口电路连接的多个模块中分布。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器（又称为远程服务器、或云服务器）模块可代表客户端模块完成某些功能。

如上文使用的，术语代码可包括软件、固件、和/或微代码，并且可指代程序、例程、功能、类别、数据结构、和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路涵盖结合另外的处理器电路来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的指代涵盖离散裸片上的多个处理器电路、单个裸片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、或上述的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语组存储器电路涵盖结合另外的存储器来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。

术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如在本文中使用的，术语计算机可读介质并不涵盖（诸如在载波上）通过介质传播的暂时性电或电磁信号；术语计算机可读介质可因此视为是有形且非暂时性的。非暂时性的有形计算机可读介质的非限制示例为：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、或掩码只读存储器电路）、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）、以及光学存储介质（诸如CD、DVD、或蓝光光盘）。

在本申请中描述的设备和方法可部分地或完全地由专用计算机实施，该计算机是通过配置通用计算机以执行在计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的。上文描述的功能框、流程图部件、和其它元件用作为软件规范，其可以通过本领域技术人员或程序员的常规作业而转译为计算机程序。

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器、一个或多个操作系统、用户应用程序、背景服务、背景应用程序等。

计算机程序可包括：（i）待解析的描述性文本，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）用于由解释器执行的源代码，（v）用于由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可使用来自以下语言的语法编写，所述语言包括：C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Java