技術(shù)領(lǐng)域

本申請要求2011年1月20日提交的美國第13/010742號專利申請的優(yōu)先權(quán)。

本公開涉及可充電電池系統(tǒng)及可充電電池系統(tǒng)操作方法。

背景技術(shù)：

可充電電池被設(shè)計并使用于對電能有著不同需求的各種應(yīng)用中?？沙潆婋姵叵到y(tǒng)包括在充電操作期間接收電能以及在放電操作期間向負載供應(yīng)電能的可充電電池單元?？沙潆婋姵貑卧删哂胁煌幕瘜W成分，并且在一個示例中可包括鋰電池單元。在不同的應(yīng)用中使用的可充電電池單元數(shù)目視負載的需求而有所不同，且電池單元的數(shù)目在例如運輸實施等一些實施方式中可以是很多個。

個體電池單元典型地具有操作電壓，例如對于鋰電池單元而言為3.2VDC。根據(jù)使用的應(yīng)用不同，個體電池單元可串聯(lián)耦接以便以適當?shù)碾妷禾峁╇娔芙o負載。個體電池單元還可并聯(lián)耦接以提供期望大小的充電容量。

由于個體電池單元的不同特性，因而電池單元的平衡可能會有問題。此外，如果電池單元的電壓太高或太低其可能會被損壞，并且一旦損壞就無法充電。

本公開的至少一些方面指向可充電電池系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種可充電電池系統(tǒng)，包括：多個可充電電池單元，耦接在多個端子之間；以及充電器電路，被配置為提供充電電能給所述多個可充電電池單元以對所述可充電電池單元充電，并且其中所述充電器電路被配置為由于與其他可充電電池單元相比具有最高充電狀態(tài)的至少其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過閾值而減小被提供用于對所述其中一個可充電電池單元進行充電的充電電能的量。

優(yōu)選地，該系統(tǒng)還可包括分流電路，所述分流電路被配置為由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述閾值而對所述其中一個可充電電池單元的電能進行分流。

優(yōu)選地，所述分流電路可以被配置為由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述閾值而不帶調(diào)制地連續(xù)對所述電能進行分流。

優(yōu)選地，所述分流電路可以被配置為由于所述分流電路的溫度超過一閾值而停止所述分流。

優(yōu)選地，所述充電器電路可以被配置為由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述閾值而減小被提供用于對全部所述可充電電池單元充電的充電電能的量。

優(yōu)選地，所述充電器電路可以使被提供用于對所述其中一個可充電電池單元充電的充電電能減小不同的量，所述不同的量對應(yīng)于超過包括所述閾值的多個不同閾值中各個閾值的所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述充電器電路可以由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述不同閾值中的一個而停止提供用于對所述其中一個可充電電池單元充電的充電電能。

優(yōu)選地，所述可充電電池系統(tǒng)可以包括多個模塊，且其中一個模塊包括所述多個可充電電池單元，其他模塊分別包括多個附加的可充電電池單元。

本發(fā)明還提供一種可充電電池系統(tǒng)操作方法，包括：提供充電電能給多個可充電電池單元以對所述多個可充電電池單元充電；以及由于與其他可充電電池單元相比具有最高充電狀態(tài)的其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過閾值而減小被提供給所述其中一個可充電電池單元的充電電能的量。

優(yōu)選地，所述提供充電電能可以包括使用充電器電路提供所述充電電能，并且其中減小充電電能的量可以包括使用所述充電器電路減小所述充電電能的量。

優(yōu)選地，該方法還可以包括對所述其中一個可充電電池單元的至少一些所述充電電能進行分流。

優(yōu)選地，所述分流可以包括不帶調(diào)制地連續(xù)進行分流。

優(yōu)選地，所述分流可以包括使用分流電路進行分流，并且還可以包括由于所述分流電路的溫度超過閾值而停止所述分流。

優(yōu)選地，減小充電電能的量可以包括由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述閾值而減小被提供給全部所述可充電電池單元的充電電能的量。

優(yōu)選地，減小充電電能的量可以包括由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過包括所述閾值的多個不同閾值中的各個閾值而使被提供給所述其中一個可充電電池單元的充電電能減小不同的量。

優(yōu)選地，所述減小充電電能的量可以包括由于所述其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過所述不同閾值的其中一個而停止給所述其中一個可充電電池單元提供所述充電電能。

本發(fā)明可以增大多個可充電電池單元的充電狀態(tài)的平衡。

附圖說明

下面參照說明書附圖描述本公開的示例性實施例。

圖1為根據(jù)一個實施例的可充電電池系統(tǒng)的功能框圖。

圖2為根據(jù)一個實施例的可充電電池系統(tǒng)的功能框圖。

圖3為根據(jù)一個實施例的多個可充電電池模塊的示意表示。

圖4為根據(jù)一個實施例的可充電電池單元模塊的示意表示。

圖5為根據(jù)一個實施例的可充電電池單元的電壓相對于充電的圖解表示。

圖6為根據(jù)一個實施例的不同可充電電池單元的電能的分流的圖解表示。

圖7為根據(jù)一個實施例的電容器模塊的功能框圖。

圖8為根據(jù)一個實施例的多個可充電電池模塊的多個電池單元(cell)的充電平衡的示意表示。

具體實施方式

關(guān)注以下共同轉(zhuǎn)讓的申請，其通過引用合并于此：

美國專利申請代理人案號VA24-001，名稱為“Rechargeable Battery Systems And Rechargeable Battery System Operational Methods(可充電電池系統(tǒng)及可充電電池系統(tǒng)操作方法)”，發(fā)明人為Peter Nysen(皮特尼森)，且與本申請同日提交；美國專利申請代理人案號VA24-002，名稱為“Rechargeable Battery Systems And Rechargeable Battery System Operational Methods(可充電電池系統(tǒng)及可充電電池系統(tǒng)操作方法)”，發(fā)明人為Peter Nysen(皮特尼森)，且與本申請同日提交。

根據(jù)一個實施例，一種可充電電池系統(tǒng)包括：多個可充電電池模塊，耦接在多個端子之間，其中可充電電池模塊分別包括多個可充電電池單元；以及充電平衡電路，被配置為對于各個可充電電池模塊實施針對各個可充電電池模塊的可充電電池單元的第一充電平衡操作，并被配置為實施針對多個可充電電池模塊的第二充電平衡操作。

根據(jù)附加實施例，一種可充電電池系統(tǒng)操作方法包括：對分別包括多個可充電電池單元的多個可充電電池模塊充電，針對各個(individual ones)所述可充電電池模塊的可充電電池單元實施第一充電平衡操作，以及針對多個可充電電池模塊實施第二充電平衡操作。

根據(jù)另一附加實施例，一種可充電電池系統(tǒng)包括：多個可充電電池單元，耦接在多個端子之間；以及充電器電路，被配置為提供充電電能給多個可充電電池單元以對多個可充電電池單元充電，并且其中充電器電路被配置為由于與其他可充電電池單元相比具有最高充電狀態(tài)的至少其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過閾值而減小被提供用于對所述其中一個可充電電池單元進行充電的充電電能的量。

根據(jù)再一個實施例，一種可充電電池系統(tǒng)操作方法包括：提供充電電能給多個可充電電池單元以對多個可充電電池單元充電，以及根據(jù)與其他可充電電池單元相比具有最高充電狀態(tài)的其中一個可充電電池單元的充電狀態(tài)超過閾值的結(jié)果來減小被提供給所述其中一個可充電電池單元的充電電能的量。

參見圖1，根據(jù)一個實施例顯示可充電電池系統(tǒng)10。在所示出的示例中，可充電電池系統(tǒng)10包括多個可充電電池單元12、充電器電路16、充電平衡電路18以及控制電路20。其他實施例可能包括更多、更少和/或替換的組件。

可充電電池單元12被配置為存儲可在電池系統(tǒng)10的放電操作期間為負載14提供電力(power)的電能。在一個實施例中，可充電電池單元12包括鋰電池。在用于為具有不同電力需求的不同負載14提供電力的不同配置時，多個可充電電池單元12可排布成包括不同串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的組(pack)。在下述一些實施例中，可充電電池單元12可實施在多個模塊內(nèi)。

充電器電路16被配置為在電池系統(tǒng)10的充電操作期間向可充電電池單元12供應(yīng)充電電能。在一些示例中，充電器電路16可從諸如交流電源(AC mains)、太陽、礦物燃料、水或風等任何適當?shù)脑刺峁┏潆婋娔堋?/p>

充電平衡電路18被配置為實施操作以實現(xiàn)提高可充電電池單元12的充電狀態(tài)的平衡。在下述一些示例實施例中，充電平衡電路18包括充電分流電路(charge shunting circuitry)，其被配置為對所選取的充電狀態(tài)大于其他可充電電池單元12的可充電電池單元12的充電電能進行分流。在一些實施例中，充電平衡電路18可包括充電穿梭(shuttling)電路。充電平衡電路18的充電穿梭電路如下文所述被配置為使電能在所選取的數(shù)個可充電電池單元12之間穿梭。

控制電路20被配置為監(jiān)視并控制電池系統(tǒng)10的操作。例如，控制電路20可監(jiān)視可充電電池單元12的充電狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)視的結(jié)果來控制充電器電路16和充電平衡電路18的操作。

在至少一個實施例中，控制電路20可包括被配置為實施由合適媒介提供的期望編制程序(programming)的電路。例如，控制電路20可被實施為一個或多個處理器、和/或被配置為執(zhí)行可執(zhí)行指令(例如包括軟件和/或固件指令)的其他結(jié)構(gòu)、和/或硬件電路。如下文根據(jù)一些示例實施例所述，控制電路20包括系統(tǒng)控制器21和多個模塊控制器120。控制電路20的示例性實施例包括單獨的、或者與處理器組合的硬件邏輯、PGA、FPGA、ASIC、狀態(tài)機(state machine)和/或其他結(jié)構(gòu)。控制電路20的這些示例用于示意，并且其他配置也可行。

或者相反，控制電路20可包括訪問存儲電路(未顯示)，其被配置為存儲諸如可執(zhí)行代碼或指令(例如軟件和/或固件)等編制程序、電子數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、充電狀態(tài)信息、閾值或其他數(shù)字信息，并且控制電路20可包括處理器可用媒介。在示例性實施例中，處理器可用媒介可實施為任意一個(或多個)計算機程序產(chǎn)品或制品，其可包含、存儲或維持供包括控制電路的指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與其相關(guān)的編制程序、數(shù)據(jù)和/或數(shù)字信息。例如，示例的處理器可用媒介可包括諸如電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導(dǎo)體媒介等物理媒介的任意一種。處理器可用媒介的一些更具體的示例包括但不限于諸如軟盤、壓縮盤、硬盤驅(qū)動器、隨機存取存儲器、只讀存儲器、閃存、緩存等便攜式計算機磁盤，和/或能夠存儲編制程序、數(shù)據(jù)或其他數(shù)字信息的其他配置。

此處描述的至少一些實施例或方案可使用存儲于上述適當存儲電路內(nèi)并被配置為控制適當控制電路20的編制程序來實施。例如，編制程序可經(jīng)由例如包括在以上討論的媒介內(nèi)實施的適當制品來提供。

參見圖2，以附加的細節(jié)顯示出可充電電池系統(tǒng)10的一個實施例。在所描述的實施例中，可充電電池單元12被排布成合適的組以提供電能進而為負載14提供電力。

控制電路12包括系統(tǒng)控制器21，其對電池系統(tǒng)12提供系統(tǒng)級的監(jiān)視和控制。在一個實施例中，系統(tǒng)控制器21可與多個可充電電池模塊的多個模塊控制器120(下文參考圖7加以說明)進行通信。在所示實施例中，系統(tǒng)控制器21被配置為經(jīng)由電流傳感器31監(jiān)視從可充電電池單元12提供給負載14和/或從充電器電路16提供給電池單元12的電能的量。進一步，系統(tǒng)控制器21控制下述多個開關(guān)24、26、28、30。

用戶接口22被配置為與用戶交互，包括傳送數(shù)據(jù)給用戶(例如顯示用于供用戶觀察的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)可聽見地傳達給用戶等)，以及從用戶接收輸入(例如觸控輸入、語音指令等等)。因此，在一個示例性實施例中，用戶接口可包括被配置為示出可視信息的顯示器(例如陰極射線管、LCD等等)以及音頻系統(tǒng)，還有鍵盤、鼠標和/或其他輸入裝置。還可利用與用戶交互的其他任意適當設(shè)備。在一個實施例中，用戶可經(jīng)由用戶接口22輸入指令并監(jiān)視電池系統(tǒng)10的操作。

在一個實施例中，系統(tǒng)控制器21被配置為控制可充電電池單元12的充電操作。系統(tǒng)控制器21可控制開關(guān)(例如充電繼電器)24在適當時刻選擇性地將充電器電路16與可充電電池單元12的組的正極端子耦接，從而對可充電電池單元12充電。在示例實施例中，充電器電路16可被實施為能夠加以電壓或電流控制的可編程電源。

在所示實施例中，電池系統(tǒng)10還包括開關(guān)(例如預(yù)充電繼電器)26以及正和負開關(guān)(例如大功率繼電器)28、30。首先，在負載14與可充電電池系統(tǒng)10耦接期間通過開關(guān)26、28、30將負載14與可充電電池單元12的組隔離。在將負載14與可充電電池系統(tǒng)10耦接之后，可由系統(tǒng)控制器21初次閉合開關(guān)26、28以保護電池系統(tǒng)10免受大電流尖峰。例如，開關(guān)26與適合的預(yù)充電負載32(例如適合的電阻負載)耦接，以避免過多電流涌入負載14。此后，可閉合開關(guān)30以將負載14與可充電電池單元12的組完全耦接。還可使用適合的熔斷器34來保護可充電電池系統(tǒng)10以避免負載14中的短路或其他故障。

參見圖3，顯示了一個實施例中電池系統(tǒng)10的多個可充電電池模塊40。

在所示實施例中，每個可充電電池模塊40包括正極端子50和負極端子52，且可充電電池模塊40串聯(lián)耦接。下方模塊40的正極端子50為可與負載14耦接的可充電電池單元12組的正極端子，而上方模塊40的負極端子為可與負載14耦接的可充電電池單元12的組的負極端子。此外，在所示示例中，上方模塊40的正極端子50和下方模塊40的負極端子52彼此耦接以提供模塊40的串聯(lián)耦接。在電池系統(tǒng)10的其他示例中，可充電電池組中可設(shè)置附加的可充電電池模塊40。此外，在其他實施例中，可充電電池單元12可被實施為不帶模塊40的組。

單個的可充電電池模塊40包括多個可充電電池單元模塊41，其在下文圖4的示例中以附加細節(jié)加以說明。每個可充電電池單元模塊41可包括耦接在可充電電池單元模塊41的多個端子中間的可充電電池單元12。此外，模塊40的可充電電池單元模塊41串聯(lián)耦接在模塊端子50、52中間。雖然在所示可充電電池模塊40的示意示例中是四個可充電電池單元模塊41串聯(lián)耦接，但在其他實施例中，可充電電池模塊40可包括更多或更少的電池單元模塊41。

每個可充電電池單元模塊41還包括在圖3和圖4中標記為“C”的電容器端子?？沙潆婋姵貑卧K41的電容器端子可交替地與各可充電電池模塊40的電容器總線42的正極電容器端子44和負極電容器端子46耦接。電容器總線42的正極電容器端子44和負極電容器端子46在各可充電電池模塊40中與電容器模塊48的各端子P1、N1耦接。在一個實施例中，電容器總線42和電容器模塊48可為下文所述充電穿梭電路64的一部分。在一個實施例中，充電穿梭電路64被配置為將電能從多個可充電電池單元模塊41其中之一穿梭至可充電電池單元模塊41中的另一個，和/或在可充電電池模塊40之間穿梭電能。在一個實施例中，可充電電池模塊40的電容器模塊48可經(jīng)由各個端子P2、N2而彼此并聯(lián)耦接。

參見圖4，顯示可充電電池單元模塊41的一個實施例。圖4所示的可充電電池單元模塊41的示例實施例包括與電池單元模塊41的正極和負極端子耦接的可充電電池單元12。所示的可充電電池單元模塊41還包括溫度傳感器66，其可與下文所示的控制電路20的模塊控制器(例如圖7的模塊控制器120)耦接。在所示實施例中，溫度傳感器66提供與可充電電池單元12的溫度相關(guān)的信號。在一個實施例中，如果可充電電池單元12的溫度到了期望操作范圍以下或以上(此時電池單元12會受到損害)，則控制電路20可提供電池系統(tǒng)10的系統(tǒng)關(guān)閉。在可充電電池單元12包括鋰的一個示例中，期望在充電期間將電池單元維持在0至45℃的溫度范圍，在放電期間維持在-10至50℃的溫度范圍，以及在存儲期間維持在-40至50℃的溫度范圍。進一步，在一些電池單元配置中，控制電路20還可利用與電池單元12的溫度有關(guān)的信息來確定電池單元12的充電狀態(tài)，這是因為認知的(perceived)充電狀態(tài)會隨著電池單元12的溫度而變化。

在所示實施例中，可充電電池單元模塊41還包括充電平衡電路60，其包括分流電路62和充電穿梭電路64。充電平衡電路60試圖在電池系統(tǒng)12的操作期間使可充電電池模塊40的可充電電池單元12的充電狀態(tài)平衡(即，提供充電狀態(tài)實質(zhì)相同的電池單元12)。

如上文相對一些實施例所提及的，可充電電池單元12可實施為鋰電池單元。相應(yīng)地，在一些實施例中，期望避免一個或多個可充電電池單元12的電壓高于或低于操作閾值電壓(這會損壞電池單元12)。如下文進一步所描述的，期望提供在電池系統(tǒng)10的充電和放電操作期間充電狀態(tài)實質(zhì)平衡(例如相同)的可充電電池單元12，這會使電池系統(tǒng)10充電到全容量的速率提高，同時使放電操作期間從可充電電池單元12的組提取的能量最大化。

在一個實施例中，分流電路62和穿梭電路64可響應(yīng)于控制電路20的各個模塊控制器的控制而選擇性地使能或禁用，以試圖平衡可充電電池單元12的充電狀態(tài)。在所示實施例中，分流電路62被配置為對可充電電池單元12的來自充電器電路16的充電電能進行分流。如下文進一步詳細所述，充電穿梭電路64被配置為在充電穿梭操作期間提供電能給可充電電池單元12或從電池單元12中移除電能。

分流電路62的示例操作也在下文描述。如上所提及的，分流電路62被配置為選擇性地分流可充電電池單元12的充電電能。在充電操作期間，例如由于因可充電電池單元12的制造而導(dǎo)致的不同的特性(如不同的內(nèi)阻)，電池模塊40中的可充電電池單元12可能會以不同速率充電。因此，一個或多個可充電電池單元12可能會比其他電池單元12充電更快。為了避免個別電池單元12的過充，分流電路62操作以對各可充電電池單元模塊41的各可充電電池單元12的至少一些或全部充電電能進行分流。在一些實施例中，控制電路20的模塊控制器監(jiān)視各模塊40的可充電電池單元41的電壓，并控制分流電路62對充電狀態(tài)高于模塊40中另一個電池單元12的一個或多個可充電電池單元12的充電電能進行分流。

參見圖5，針對典型的鋰電池單元12顯示出電壓相對于充電的圖表140。鋰電池單元12具有對應(yīng)于電池單元12的不同充電狀態(tài)的多個不同的操作狀態(tài)。在示出的圖表140中，鋰電池單元12具有實質(zhì)放電狀態(tài)142、中間狀態(tài)144和實質(zhì)充電狀態(tài)146。中間狀態(tài)144的電壓曲線相對于電池單元12的相當大部分不同充電狀態(tài)而言相對較平坦，而實質(zhì)放電和充電狀態(tài)142、146的斜率更陡峭。由于中間狀態(tài)144內(nèi)的圖表140的相對較平坦屬性，與實質(zhì)充電和放電狀態(tài)142、146相比，可能更加難以精確地確定電壓對應(yīng)于中間狀態(tài)144的可充電電池單元12的充電狀態(tài)。

分流充電電能的一些缺陷在于：可能會浪費一些能量，降低了充電操作的效率，過多的熱，并且通過分流來實施平衡操作會相對緩慢。在一些布置中，為了努力提高使電池單元12平衡的速率，可在可充電電池單元12的所有操作狀態(tài)142、144、146期間對充電狀態(tài)最高的一個或多個可充電電池單元12的充電電能進行分流。

更具體而言，在一個實施例中，控制電路20在可充電電池單元12所有不同操作狀態(tài)(包括實質(zhì)放電狀態(tài)142、中間狀態(tài)144和實質(zhì)充電狀態(tài)146)中的充電期間監(jiān)視各模塊40中每個可充電電池單元12的充電狀態(tài)，并在電池單元12的每個不同操作狀態(tài)142、144、146中的充電期間控制對充電狀態(tài)與各模塊40中的其他電池單元12相比更高的個別可充電電池單元12的充電電能進行分流。

即使與其他平衡技術(shù)相比，使用分流電路62實施平衡可能會相對較慢，但在可充電電池模塊40中可充電電池單元12的整個充電循環(huán)(從實質(zhì)放電狀態(tài)142到中間狀態(tài)144和實質(zhì)充電狀態(tài)146)期間都實施分流操作改善了整體平衡操作的速度，這是因為，與僅在充電循環(huán)結(jié)尾實施分流操作以避免對充電狀態(tài)更高的一個或多個可充電電池單元過充的布置相比，上述分流執(zhí)行了更長的時間段。

在一個實施例中，與僅在電池單元處于實質(zhì)充電狀態(tài)中時才進行分流以避免一個或多個電池單元的過充的布置或者與根本不進行分流的布置相比，在可充電電池單元12的每個不同操作狀態(tài)142、144、146期間通過分流電路62對充電電能進行分流操作使得進入實質(zhì)充電狀態(tài)146的可充電電池單元12的充電狀態(tài)彼此更加接近(即，提高了平衡)。

與僅在電池單元被實質(zhì)充電時才實施分流的布置相比，根據(jù)一個所述實施例在電池單元12的不同操作狀態(tài)142、144、146期間實施分流操作允許使用降低的占空比(例如，0-50％范圍內(nèi)的占空比)進行分流。更具體而言，與僅在電池單元被實質(zhì)充電時才實施分流的布置相比，在多個操作狀態(tài)142、144、146期間進行分流使得分流操作發(fā)生更長的時間段上，并因此可降低電池單元12的平衡操作期間脈沖寬度調(diào)制信號的占空比，這有助于在分流電路62中提供降低的溫度。

再參考圖4，個體可充電電池模塊41的分流電路62的示例實施例包括分流器件(例如開關(guān))70、隔離電路72、負載74和溫度傳感器76?？刂齐娐?0的模塊控制器可經(jīng)由隔離電路72提供適當?shù)目刂菩盘?，在示例實施例中，該隔離電路72可實施光學、變壓器耦合或電流隔離。該控制信號選擇性地使分流器件70能在至少一些充電電能穿過可充電電池單元12并經(jīng)負載74(其在一個示例中可為限流電阻器)之處實施分流操作。在另一可能的實施例中，分流器件70可被實施為達林頓晶體管(Darlington transistor)且可省略負載74。

在一個實施例中，控制電路20的模塊控制器可經(jīng)由溫度傳感器76監(jiān)視負載74(或者未顯示的達林頓晶體管)的溫度。在一個實施例中，如果負載74的溫度超過閾值，則控制電路20可禁用各分流器件70的分流操作。在示例性實施例中，分流電路62的最大操作溫度可對應(yīng)于分流器件70的最大操作結(jié)點溫度(junction temperature)和/或負載74的最大操作溫度。這之后，分流器件70將維持禁用，直到分流器件70的溫度降到不同的溫度閾值(在一個示例中例如為比控制分流操作的禁用的閾值小五度)以下。一旦各分流器件70的溫度降到這一更低的溫度閾值以下，分流器件70就可重新開始分流操作。在一些實施中，分流電路62可包括散熱器(未顯示)以促進分流電路62的冷卻。

在一個實施例中，用于控制分流的脈沖寬度調(diào)制信號的占空比還可根據(jù)各分流電路62的溫度監(jiān)視結(jié)果而變化。例如，如果其中一個分流電路62的溫度正接近溫度閾值，則可降低用于各分流電路62的脈沖寬度調(diào)制的占空比。占空比的降低會有助于減小分流電路62的溫度。

進一步，模塊控制器還可經(jīng)由溫度傳感器66監(jiān)視可充電電池單元12的溫度以核實電池單元12的溫度處于期望的閾值極限之內(nèi)，從而避免如上所述對電池單元12的損害。在示例實施例中，模塊控制器可針對溫度超過閾值的電池單元12發(fā)起警告或者可能停止充電或放電操作。

如之前所提及的，在一種實施中，控制電路20的模塊控制器可控制分流電路62的分流操作。更具體而言，根據(jù)一個實施例，控制電路20可控制不同可充電電池單元模塊41的分流電路62以基于可充電電池單元12的充電狀態(tài)來對各個電池單元12提供不同量的分流。例如，參見圖6，曲線圖150示出可充電電池模塊40的充電循環(huán)期間模塊40中在一個共同時刻具有不同充電狀態(tài)的不同電池單元12。與模塊40中充電狀態(tài)較低的可充電電池單元相比，具有充電狀態(tài)較高的可充電電池單元12的可充電電池單元模塊41的分流電路62可被控制以實施增大的分流。

在一個實施例中，控制電路20的模塊控制器被配置為提供脈沖寬度調(diào)制信號以控制個體可充電電池單元模塊41的分流電路62。相比于個體可充電電池模塊40的其他電池單元的充電狀態(tài)，控制電路20可根據(jù)模塊40的各可充電電池單元12的充電狀態(tài)而使電池單元模塊41的不同分流電路62的控制信號的占空比在0-100％(圖6的示例中為0-50％)的范圍變化。

增大施加至分流器件70的控制信號的占空比操作為增大各可充電電池單元12的充電電能的分流，并且與使用占空比較小的控制信號來分流的其他電池單元12的充電速率相比，減小了該電池單元12的充電速率。

在一個實施例中，對于給定可充電電池模塊40，充電狀態(tài)最高和最低的電池單元12可用來界定大體線性的斜率，并且可對充電狀態(tài)最高的電池單元12進行最大(例如50％的占空比)的分流而對充電狀態(tài)最低的電池單元12進行最小(例如0％的占空比)的分流。在一個示例中，用于控制其他電池單元12的分流的脈沖寬度調(diào)制信號可根據(jù)充電狀態(tài)最小和最大的電池單元12之間的電池單元12的各充電狀態(tài)來調(diào)整。

在一個實施例中，可根據(jù)電池單元12的不同充電狀態(tài)而使用不同范圍的占空比來實施分流。在又一個具體示例中，可對處于實質(zhì)放電狀態(tài)或中間狀態(tài)的電池單元12實施0-50％占空比范圍內(nèi)的分流，而對處于實質(zhì)充電狀態(tài)的電池單元12實施0-100％占空比范圍內(nèi)的分流。

在一個實施例中，各可充電電池模塊40的模塊控制器可根據(jù)上文來確定用于控制各可充電電池單元模塊41的分流電路62的適當脈沖寬度調(diào)制控制信號。

此外，在一個實施例中，可在電池單元12的充電期間由控制電路20來監(jiān)視電池單元12相對于多個閾值的充電狀態(tài)。在一個實施例中，所使用的多個閾值可對應(yīng)于電池系統(tǒng)10中所實施的電池單元12的類型。控制電路20可根據(jù)電池單元12的充電狀態(tài)而有差別地控制電池單元12的充電。在一個實施例中，控制電路20可監(jiān)視各個電池單元12相對于初始過電壓閾值的充電狀態(tài)。如果所有模塊40的所有電池單元12都低于該初始過電壓閾值，則控制電路20可控制充電器電路16以使用最大電流按最大充電速率來對模塊40的電池單元12充電。

由于電池單元12中最高之一的充電狀態(tài)超過初始過電壓閾值，所以控制電路20可控制充電器電路16使得施加至模塊40的電池單元12的充電電能的電流減小至小于最大充電電流的量。如果電池單元12其中之一超過比初始過電壓閾值更高的另一個過電壓閾值，則控制電路20可控制充電器電路16以進一步減小施加至模塊40的電池單元12的充電電能的電流。如果電池單元12其中之一在這之后超過故障極限閾值(其表示比之前的閾值更高的充電狀態(tài))，則控制電路20可控制充電器電路16以停止對模塊40的電池單元12提供充電電能。

在一個實施例中，控制電路20可控制模塊41的各分流電路62以使(一個或多個)最高充電電池單元12的充電狀態(tài)減小至各閾值以下。在一個實施例中，控制電路20可控制分流電路62以對超過故障極限閾值的一個(或多個)電池單元12提供最大分流。例如，在一個實施例中，可在沒有調(diào)制的情況下對適當分流電路62的分流器件進行嚴格的分流，從而提供持續(xù)最大的分流。在示意性實施例中，當充電狀態(tài)最高的電池單元12降低至充電狀態(tài)最低的電池單元12以下或者當發(fā)生超時的時候，可重新開始充電。

因此，分流使電池模塊40的不同可充電電池單元12以不同的速率充電，其中充電狀態(tài)較小的電池單元12比充電狀態(tài)較大的電池單元12充電更快。如以上所提及的，與在不同操作狀態(tài)142、144、146期間未實施分流的布置相比，不同操作狀態(tài)142、144、146期間個體可充電電池單元模塊41的分流電路62的操作為可充電電池單元12在充電操作期間提供了增大的平衡。在一個實施例中，分流操作使得可充電電池模塊40的每個可充電電池單元12的充電與在可充電電池單元12每個操作狀態(tài)期間未實施分流操作的充電操作相比能夠更快速地達到完全充滿狀態(tài)，這是由于隨著電池單元12達到實質(zhì)充電狀態(tài)可充電電池單元12的充電彼此更為接近；并且在一個實施例中，通常不需要對顯著失衡的電池單元12與其他實質(zhì)充電的電池單元12進行明顯分流(這會是一個相對較慢的過程)，正如這里所討論的，其可能會發(fā)生于未在電池單元12所有操作狀態(tài)142、144、146期間實施分流的布置中。

然而，在一些情況中，即使在電池單元12的每個操作狀態(tài)142、144、146期間都存在分流時，也可能會有一個或多個可充電電池單元12與其他電池單元12顯著失衡。例如，可能會從可充電電池模塊40中移除包括有缺陷的可充電電池單元12的可充電電池單元模塊41，并將相對于模塊40的其他電池單元12而言顯著失衡的替換模塊41插入。在一個實施例中，可將充電穿梭電路64用于在選取的數(shù)個可充電電池單元12之間轉(zhuǎn)移電能，以便例如迅速地對失衡的電池單元12充電。在示例實施例中，充電穿梭電路64可單獨使用(例如，如果省略或不使用充電分流電路62)，或者可以混合布置的方式與分流電路62結(jié)合使用，或者與其他充電平衡電路結(jié)合使用。

在示出的實施例中，數(shù)個個體可充電電池單元模塊41包括前文所提及的介于模塊41的負極端子和模塊41的C端子之間的充電穿梭電路64。如下文所述，充電穿梭電路64由模塊控制器選擇性地使能，以在不同時刻選擇性地將可充電電池單元12其中之一與電容器總線42耦接，從而在不同的數(shù)個可充電電池單元12之間穿梭電能。模塊控制器可經(jīng)由隔離電路82(例如光學、變壓器耦合、或電隔離)發(fā)出控制信號以控制開關(guān)80的操作，從而選擇性地將各個可充電電池單元12與電容器總線46耦接。開關(guān)80被布置為允許電流沿兩個方向流經(jīng)充電穿梭電路64，這是因為交替的(alternating)可充電電池單元12在由可充電電池單元模塊41的C端子連接時相對于電容器總線42而言在方向上反轉(zhuǎn)，并且在穿梭操作期間電能可能轉(zhuǎn)移至或轉(zhuǎn)移自各電池單元12。雖然在所示實施例中開關(guān)80被實施為FET，但在其他實施例中可使用諸如單繼電器等替換的配置來實施開關(guān)80。在一個實施例中，開關(guān)80的控制信號可由控制電路20進行脈沖寬度調(diào)制以提供期望大小的電流。

在一個實施例中，在給定時刻僅有一個可充電電池單元12與電容器總線14耦接以避免電池單元12的短路。模塊控制器被配置為監(jiān)控各可充電電池模塊40中可充電電池單元12的充電狀態(tài)。在一個實施例中，模塊控制器可控制數(shù)個適當?shù)目沙潆婋姵貑卧K41的穿梭電路64以將電荷從模塊40中充電狀態(tài)最高的一個可充電電池單元12轉(zhuǎn)移到模塊40中充電狀態(tài)最低的一個可充電電池單元12，從而穿梭電能。在不同的實施例中，穿梭電路64可操作以在充電和/或放電期間穿梭電能。

更具體而言，在一個實施例中，模塊控制器首先使用含有充電狀態(tài)最高的電池單元12的可充電電池單元模塊41的C端子和開關(guān)80以及與含有充電狀態(tài)最高的電池單元12的模塊41的正極端子耦接的相鄰模塊41的C端子和開關(guān)80將充電狀態(tài)最高的可充電電池單元12與電容器總線42耦接。在所揭示的實施例中，最右側(cè)的可充電電池單元模塊41的正極端子可直接與電容器模塊48耦接，而最右側(cè)的模塊41的負極端子可經(jīng)由其對應(yīng)的C端子和開關(guān)80與電容器總線42耦接，以使該最右側(cè)的模塊41能夠相對于電容器模塊48轉(zhuǎn)移電能。

如下文所述在一個實施例中，來自最高電池單元12的電能被轉(zhuǎn)移至并存儲于電容器模塊48中。之后，在電荷轉(zhuǎn)移至電容器模塊48后通過禁用C端子將可充電電池單元12與電容器總線42斷耦接。

在最初的可充電電池單元12斷耦接之后，使用含有充電狀態(tài)最低的電池單元12的可充電電池單元模塊41的C端子和開關(guān)80以及與含有充電狀態(tài)最低的電池單元12的模塊41的正極端子耦接的相鄰模塊41的C端子和開關(guān)80，將模塊40中充電狀態(tài)最低的可充電電池單元12與電容器總線42耦接以接收電容器模塊48內(nèi)存儲的電能。電能從電容器模塊48轉(zhuǎn)移到電池單元12以增大電池單元12的充電狀態(tài)。

充電穿梭操作的結(jié)果是增大充電狀態(tài)最低的可充電電池單元12的充電狀態(tài)，同時減小充電狀態(tài)最高的可充電電池單元12的充電狀態(tài)，由此提高兩個電池單元12的充電狀態(tài)的平衡。在操作的充電和放電模式期間，充電穿梭操作可在可充電電池單元12的不同操作狀態(tài)142、144、146期間持續(xù)進行。充電穿梭操作例如以與使用分流電路62相比更快且更有效率的方式操作，以平衡與其他電池單元12顯著失衡的一個或多個可充電電池單元12的充電狀態(tài)。另外，如下文進一步所述在一些實施例中，電容器模塊48還可相對于其他可充電電池模塊40的其他電容器模塊48來轉(zhuǎn)移和/或接收電能。

在上文所討論的一個實施例中，如果分流電路62的溫度超過閾值，則會中止分流操作。然而，當相對于溫度條件超出范圍的一個或多個電池單元12禁用分流操作時，可相對于電池單元12繼續(xù)實施充電穿梭操作(例如，在充電狀態(tài)最高和最低的電池單元12之間穿梭充電)。在一個具體實施例中，可相對于已經(jīng)禁用分流電路62的電池單元12實施穿梭。

因此，在一個實施例中，模塊控制器可控制穿梭電路64在不同的時刻將數(shù)個適當?shù)目沙潆婋姵貑卧?2與電容器總線42耦接。在一個實施例中，耦接的可充電電池單元12要么將電能轉(zhuǎn)移至電容器模塊48，要么從電容器模塊48接收電能。

參見圖7，顯示了一個可充電電池模塊40的電容器模塊48的示例實施例。其他實施例可能包括更多、更少和/或替換的組件。

在所描述的示例實施例中，電容器模塊48包括作為控制電路20的一部分的模塊控制器120。在一個實施例中，電容器模塊48可被看作是與各可充電電池模塊40的可充電電池單元模塊41以及系統(tǒng)控制器21相接口的電池中心(hub)。此外，電容器模塊48還可為各模塊40的可充電電池單元12提供電壓監(jiān)視，并控制各模塊40的存儲電路90的充電以實施下文所述的充電穿梭操作。在一個實施例中，電容器模塊40還可用于提供開關(guān)和溫度控制及數(shù)據(jù)信號(其控制各可充電電池模塊40的開關(guān)并監(jiān)視各模塊40的溫度，并用于與系統(tǒng)控制器21通信)的并串轉(zhuǎn)換(parallel to serial conversion)。在一個實施例中，可充電電池模塊40的電容器模塊48還可用于將多個可充電電池模塊40耦接在一起，以例如實施大規(guī)模的平衡(見圖8)。

因此，在一個實施例中，模塊控制器120被配置為監(jiān)視并控制可充電電池模塊40的各種操作(包括監(jiān)視和控制可充電電池模塊40的可充電電池單元模塊41和電容器模塊48的操作)。例如，在所示實施例中，模塊控制器120可被配置為控制駐留于電容器模塊48中的穿梭電路64以及還控制個體可充電電池單元模塊41的穿梭電路64(例如，控制開關(guān)80的操作以選擇性地將適當?shù)目沙潆婋姵貑卧?2與電容器總線42耦接)。此外，模塊控制器120可基于電池單元12的充電狀態(tài)來控制分流電路62的操作(例如，控制開關(guān)70以選擇性地對數(shù)個可充電電池單元12的充電電能進行分流)。

模塊控制器120還被配置為經(jīng)由各溫度傳感器66來監(jiān)視可充電電池單元12的溫度以及經(jīng)由各溫度傳感器76來監(jiān)視分流電路62的溫度。如下文進一步所述，模塊控制器120還被配置為監(jiān)視可充電電池單元12的電壓(以及充電狀態(tài))。

如上文所提及的，在一個實施例中，模塊控制器120還被配置為與系統(tǒng)控制器21通信。系統(tǒng)控制器21可經(jīng)由與模塊控制器120的通信來監(jiān)視各可充電電池模塊40的可充電電池單元12的充電狀態(tài)，并且在一個實施例中還發(fā)出控制信號以控制模塊控制器120的操作(例如，大規(guī)模的平衡操作)。

模塊控制器120可具有適當?shù)拇鎯ζ?22，其包含有由模塊控制器120執(zhí)行的編制程序、數(shù)據(jù)存儲等等。在一個實施例中，存儲器122包括因組件值誤差而用于工廠校準電壓監(jiān)視的校準信息。

在所示實施例中，電容器模塊48在一個示例中包括以具有多個存儲器件92(例如，電容器)的存儲電路90的形式存在的充電穿梭電路64的一部分。在一個實施例中，存儲器件92被配置為存儲經(jīng)由電容器總線42從其中一個可充電電池單元模塊41接收的電能并經(jīng)由電容器總線42將電能提供給另一個可充電電池單元模塊41，以實施充電穿梭操作。

在一個實施例中，模塊控制器120與開關(guān)控制件100耦接以控制電容器模塊48的各種操作。在一個實施例中，模塊控制器120可控制開關(guān)94、99以將電容器模塊48與可充電電池模塊41的不同電容器總線42耦接。在一個實施例中，模塊控制器120可基于可充電電池單元12與電容器總線42在一個實施例中經(jīng)由個體可充電電池單元模塊41的開關(guān)80和C端子的耦接極性，來控制開關(guān)95、98以控制可充電電池單元12與電容器總線42的耦接極性。如下文在一個實施例中所述，開關(guān)97可被控制以將存儲電路90與模塊40的電容器總線42斷耦接，從而允許使用電壓監(jiān)視電路102來監(jiān)視電池單元12的電壓。

在一個實施例中，電容器模塊48還與可充電電池模塊40的正極端子耦接。在一個實施例中，模塊控制器120可經(jīng)由適當?shù)母綦x電路124(例如，光學、變壓器耦合、或電隔離)選擇性地控制開關(guān)110以經(jīng)由連接器112選擇性地將正極端子50與存儲電路90耦接，從而例如在充電穿梭操作期間針對圖3中最右側(cè)的一個可充電電池單元41來接收或提供電能。

在一個實施例中，電容器模塊48包括電壓倍增電路，其被配置為從處于第一電壓的一個電池單元12接收電能、增大該電能的電壓、并將電壓增大的電能轉(zhuǎn)移至模塊41的另一個電池單元12。

更具體而言，在一個實施例中，利用交叉開關(guān)96將存儲器件92相對于電容器總線42彼此并聯(lián)或串聯(lián)耦接。在一個實施例中，并聯(lián)或串聯(lián)耦接的控制在充電穿梭操作期間選擇性地提供電壓倍增電路(例如倍壓器)。例如，雖然兩個可充電電池單元12可具有不同的充電狀態(tài)，但它們可具有類似的電壓(例如如果兩個電池單元12都處于中間充電狀態(tài)144)。充電穿梭電路64在所述實施例中被配置為實施倍壓功能以控制電能從充電狀態(tài)較高的可充電電池單元12流向充電狀態(tài)較低的電池單元12。如下文進一步所討論的，上述布置使得即使電池單元12具有類似的電壓也能夠在電池單元12之間實現(xiàn)相對較高的電流流動。

在一個實施例中，當從充電狀態(tài)較高的可充電電池單元12其中之一接收電能時，模塊控制器120控制交叉開關(guān)96將存儲器件92彼此并聯(lián)耦接。這之后，將存儲器件92彼此串聯(lián)耦接以增大所存儲電能的電壓，從而使得電能流向與電容器總線42耦接的其中一個充電狀態(tài)較低的可充電電池單元12。在一個實施例中，存儲電路90可與電阻負載91耦接以限制流入或流出存儲電路90的電流。

與不使用電壓倍增電路的布置相比，所描述的示例布置可在充電穿梭操作期間提供從充電狀態(tài)較高的電池單元12到充電狀態(tài)較低的電池單元12的增大電流。更具體而言，隨著電池單元12之間的電壓電勢差降低，電池單元12之間的電流減小。然而，本公開的一個實施例的電壓倍增電路提供了增大的電壓電勢差，這與不利用所述電壓倍增的布置相比在電池單元12之間的充電穿梭操作期間提供了增大的電流(即使電池單元12具有實質(zhì)相同的電壓而沒有倍增)。

在一個實施例中，電容器模塊48還被配置為經(jīng)由電壓監(jiān)視電路102來實施可充電電池單元12的電壓監(jiān)視操作。在一個實施例中，模塊控制器120可使用可充電電池單元12的所確定的電壓來確定充電狀態(tài)信息。

在示例實施例中，模塊控制器120可控制開關(guān)108以選擇性地將電容器104與電容器總線42并聯(lián)耦接，從而監(jiān)視也與電容器總線42耦接的其中一個模塊41的電池單元12的電壓。在一個實施例中，模塊控制器120可經(jīng)由電容器104和接口電路106來監(jiān)視在不同時刻與電容器總線42耦接的數(shù)個個體可充電電池單元12的電壓，以確定電池單元12的充電狀態(tài)。在一個實施例中，在進行電壓監(jiān)視操作時，存儲電路90的開關(guān)以及開關(guān)97可被開路以使存儲器件92與電容器總線42斷耦接。在一個實施例中，電壓監(jiān)視電路102還可用于在電池單元12與電容器總線42斷耦接的情況下監(jiān)視存儲器件92的電壓。

可使用任何合適的方法來計算電池單元12的充電狀態(tài)。在一個實施例中，可使用來自電流傳感器31的信息以及可充電電池單元12的電壓來確定可充電電池單元12的充電狀態(tài)。在一個實施例中，系統(tǒng)控制器21或模塊控制器120可計算電池單元12的充電狀態(tài)。在一個示例中，控制電路20可使用來自傳感器31(圖2)的電流信息而采用庫倫計算法。進一步，在一個實施例中，可使用電池單元12的監(jiān)視溫度信息來抵消對電池系統(tǒng)10的溫度影響，以助于充電狀態(tài)的確定。在其他實施例中，可使用諸如監(jiān)視電池單元12的消耗功率等其他合適的方法來計算電池單元12的充電狀態(tài)。

在一個實施例中，在電池單元12的電壓監(jiān)視期間，分流電路62的操作可被納入考慮。例如，在一種實施中，僅一個未被分流的電池單元12可視作為充電最低的電池單元12，而其他任意電池單元可視作充電最高的電池單元12。

參見圖8，顯示了一種使用充電穿梭來平衡可充電電池單元12的方法。在圖8的示例中，所示出的示例是針對可充電電池單元12的組的兩個可充電電池模塊40來進行的，并且每個模塊40都包括四個可充電電池單元A1-A4和B1-B4。在一個實施例中，系統(tǒng)控制器21被配置為使用來自可充電電池模塊40的個體模塊控制器120的信息來執(zhí)行適當?shù)木幹瞥绦?，從而實施上述的平衡操作。在其他實施例中，其他方法也是可性的，并且可平衡額外的模塊40。

在圖8的示例中，平衡操作從上向下進行，并且上部圖示描述了平衡操作起始時的電池單元充電狀態(tài)。中間圖示描述了第一平衡操作，進行該第一平衡操作以使給定模塊40的可充電電池單元相對于彼此平衡。如下文所述，作為第一平衡操作的結(jié)果，剩下模塊40的可充電電池單元其中之一與同一模塊12的其他電池單元失衡。這之后，充電穿梭電路64可實施第二平衡操作以使多個模塊40的充電狀態(tài)相對于彼此平衡。

對于數(shù)個個別可充電電池模塊40，與不存在第一充電平衡操作時各可充電電池模塊40的可充電電池單元的充電狀態(tài)相比，充電平衡電路64被配置為實施第一充電平衡操作以增大可充電電池模塊40其中之一的可充電電池單元的充電狀態(tài)的平衡。與不存在第二充電平衡操作時多個可充電電池模塊40的充電狀態(tài)相比，充電平衡電路64還被配置為實施第二充電平衡操作以增大多個可充電電池模塊40相對于另一個可充電電池模塊的充電狀態(tài)的平衡。

在所描述的示例方法中，可基于兩個可充電電池模塊40中所有電池單元的充電狀態(tài)來確定充電狀態(tài)的全局平均(global average)130。此外，還顯示了各個體模塊40的電池單元的充電狀態(tài)的局部平均132。左邊的模塊40的局部平均132小于全局平均130，而右邊的模塊40的局部平均132大于全局平均130。

參見圖8的中間圖示，示例的第一平衡操作平衡了個體可充電電池模塊40中除一個電池單元之外的所有電池單元。如果模塊40的局部平均132小于全局平均132，則該模塊40能夠從組的另一模塊40接收電能，并且該方法留下一個電池單元(A1)與經(jīng)過實質(zhì)平衡的其他電池單元(A2-A4)相比充電不足。如果模塊40的局部平均132大于全局平均132，則該模塊40具有可轉(zhuǎn)移至其他模塊40的過多電能，并且該方法留下一個電池單元(B1)與經(jīng)過實質(zhì)平衡的其他電池單元(B2-B4)相比過充電。在一個實施例中，可在第二充電平衡操作之前同時進行針對兩個模塊40中平衡電池單元的第一充電平衡操作。

進一步參見圖8的中間圖示，電能從最初具有最高充電狀態(tài)的電池單元A3穿梭至其他電池單元A1-A2和A4而將電池單元A2-A4設(shè)置于全局平均130，同時電能從電池單元B1和B4穿梭至電池單元B2和B3而將電池單元B2-B3設(shè)置于全局平均130。所述電能的穿梭使電池單元A1具有小于全局平均的充電狀態(tài)，使電池單元B1具有大于全局平均的充電狀態(tài)。

參見圖8的最下部圖示，在第二平衡操作期間電能從模塊B1穿梭至模塊A1，這降低了電池單元A1的充電狀態(tài)并提高了模塊B1的充電狀態(tài)，并將兩個模塊40中的所有電池單元都設(shè)置得具有處于全局平均130的實質(zhì)平衡充電狀態(tài)。在一個實施例中，包含電池單元A1-A4和電池單元B1-B4的適當模塊40的電容器模塊48可將電能從B1電池單元轉(zhuǎn)移至A1電池單元。

在一種實施中，系統(tǒng)控制器21(圖2)被配置為實施相對于圖8所描述的示例方法。系統(tǒng)控制器21可訪問來自各模塊控制器120的與多個模塊40的電池單元12有關(guān)的充電狀態(tài)信息，計算局部和全局充電狀態(tài)信息，并且可向模塊控制器120發(fā)出指令以例如基于模塊40的電池單元12的充電狀態(tài)(例如在一個實施例中使用局部和全局充電狀態(tài)信息)來實施期望的平衡操作。進一步，系統(tǒng)控制器21可相對于諸如負載14等外部系統(tǒng)進行狀態(tài)信息的通信。

如此處所述，期望避免對一些類型的可充電電池單元12過充電和/或避免完全放空電池單元12。例如，如果使用鋰電池單元，則過充電或完全放空會損壞電池單元12。

在一個實施例中，充電器電路16(圖1和圖2)可利用能由控制電路20來控制的可編程電源。在一些實施例中，從充電器電路16施加至可充電電池單元12的充電電能的量可隨著電池單元12的充電狀態(tài)增大而減小。在一個實施例中，如上文所討論的，控制電路20可相對于一個或多個閾值來監(jiān)視可充電電池單元12的電壓，并且隨著電池單元12的電壓超過表示電池單元12正在接近完全充電狀態(tài)的閾值時可減小由充電器16提供的電流的量。在一個實施例中，電流可降至能夠使用分流電路62安全進行分流的水平。包括電壓或電流控制充電器的充電器電路16的不同配置也是可行的。

在一些實施例中，控制電路20還可監(jiān)視充電器電路16。例如，控制電路20可監(jiān)視充電操作期間的溫度，并且可控制充電器電路16的操作以確保充電器電路16的操作適當。在一個示例中，如果溫度升至初始閾值以上，則可控制風扇或冷卻系統(tǒng)以試圖降低充電器電路16的溫度。如果充電器電路16的溫度達到更高的閾值，則控制電路20可實施不同的操作，如禁用充電功能直到操作溫度回到正常操作水平為止。

在可充電電池單元12的組的放電操作期間也可使用充電穿梭電路64，以試圖與未采用充電穿梭操作的布置相比能夠從電池單元12提取更大量的電能。如上文所提及的，期望避免完全放空一些類型的可充電電池單元12(鋰電池單元)。進一步，電池單元12的一些配置具有不同的充電容量，并且因此，在放電操作期間具有較低充電容量的電池單元12會在具有較高充電容量的電池單元12之前達到被設(shè)置用來避免損害電池單元12的充電狀態(tài)最小閾值。在一個實施例中，充電穿梭電路64可被用于在電池單元12達到最小充電狀態(tài)之前將電能從具有最高充電狀態(tài)的其中一個可充電電池單元12穿梭至具有最低充電狀態(tài)的電池單元12，并由此使得額外的電能能夠從可充電電池單元12的組放出，且提高了電池單元12的組中電能消耗的效率。

對于電池單元12的一些配置(例如包括鋰的電池單元)而言，一旦電池單元12處于放電狀態(tài)142，則電池單元12的電壓會迅速降低。將電能穿梭至具有最低充電狀態(tài)的電池單元12允許電池系統(tǒng)10將電池單元12保持在相對平緩的中間狀態(tài)并允許使較高的總組電壓維持更長的時間段。在一個實施例中，放電操作可持續(xù)直到充電穿梭無法將所有電池單元12維持在最小充電狀態(tài)閾值以上為止(在此時可禁用放電操作以避免損壞一個或多個電池單元12)。

本公開的至少一些實施例與其他電池系統(tǒng)布置相比提供了改善的實用性。例如，使用包括處于不同水平的控制電路的層級制度(例如根據(jù)一些實施例的系統(tǒng)控制器和多個模塊控制器)可通過例如使個體模塊控制器120與多個可充電電池模塊41相接口來提供改善的成本節(jié)約。在一些實施例中，單個可充電電池模塊40內(nèi)可包括相對較大數(shù)目的可充電電池模塊41(例如16個或32個)，并且其可與單個模塊控制器120通信。通過除以模塊40中包括的可充電模塊41的數(shù)目來確定可充電電池模塊40的單位電池單元成本。

本公開的一些布置提供包括充電平衡電路和/或方法以增大多個可充電電池單元的充電狀態(tài)的平衡。例如，如上文在一些實施例中所討論的，電池系統(tǒng)可使用分流和/或穿梭操作以試圖在電池系統(tǒng)的不同操作情況中增大可充電電池單元的充電狀態(tài)的平衡。在一個示例中，與使用諸如分流等單個平衡處理的布置相比，針對一個與其他電池單元相比顯著失衡的可充電電池單元進行電能的穿梭可減小平衡模塊所需的時間。

如上文所討論的，分流可被用于在充電操作期間試圖在大多數(shù)電池單元之間提供相對較嚴格的平衡。本公開的一些實施例在可充電電池單元(例如鋰電池單元)的多個操作狀態(tài)期間提供分流平衡操作。例如，可在電池單元實質(zhì)放電、處于中間充電狀態(tài)、或者實質(zhì)放電時實施分流。與僅在電池單元幾乎完全充滿電的電池單元的充電循環(huán)的結(jié)尾時實施分流的布置相比，該示例的平衡方法可提供在充電處理期間充電狀態(tài)相互更為接近的電池單元。

所描述的一些實施例可實施成模塊化的布置，這允許將設(shè)備和方法用于許多不同的應(yīng)用中，從而為具有不同功率需求的不同類型負載提供操作能量。這些電池系統(tǒng)可輕易地被規(guī)劃(scale)至不同的應(yīng)用。進一步，一個或多個模塊控制器可監(jiān)視和控制相對于多個各可充電電池單元的操作。在一些實施中，如此處所討論的，更高水平的系統(tǒng)可監(jiān)視并控制數(shù)個個別模塊控制器的操作。

根據(jù)規(guī)定，已經(jīng)就結(jié)構(gòu)和方法特征而言以更具體或更不具體的語言描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明并不限于所示和所述的具體特征，因為這里所討論的方式包括了實行本發(fā)明的優(yōu)選形式。因此，本發(fā)明請求保護在根據(jù)等同原則適當解釋的所附權(quán)利要求的合適范圍內(nèi)的任意形式或變型。

進一步，此處的方案已經(jīng)被提出以用于在本公開示意性實施例的構(gòu)造和/或操作上的引導(dǎo)。申請人(一個或多個)認為所描述的這些示意性實施例還包括、公開并描述了在那些明確公開的方案之外的其他發(fā)明方案。例如，與示意性實施例中描述的那些特征相比，額外的發(fā)明方案可包括更少、更多和/或替換的特征。在更具體的示例中，申請人認為本公開包括、公開并描述了與明確公開的那些方法相比包括了更少、更多和/或替換步驟的發(fā)明方案，以及與明確公開的結(jié)構(gòu)相比包括了更少、更多和/或替換結(jié)構(gòu)的設(shè)備。