專利名稱：電池單元轉(zhuǎn)換器管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及從多個(gè)電池單元構(gòu)建一個(gè)電池組的系統(tǒng)和方法，所述多個(gè)電池單元耦合或結(jié)合到多個(gè)用于可充電電池的電壓/電流轉(zhuǎn)換器單元。2.相關(guān)技術(shù)的描述隨著高能電池供電應(yīng)用需求的增加，多單元電池組的需求已經(jīng)急速增長。多單元被需要服務(wù)于某些電池應(yīng)用的高容量/能量需求。在一個(gè)多單元電池組中，串聯(lián)連接的單元通常不止一個(gè)。例如，一個(gè)由四個(gè)I. 2伏特電池單元相串聯(lián)的電池組提供一個(gè)4. Sv標(biāo)稱電壓(圖I)。諸如用于膝上型輕便電腦的電池組的其他應(yīng)用可能具有4個(gè)相串聯(lián)的3. 6伏特電池單元(圖2)以提供一個(gè)14. 4v的標(biāo)稱電池組輸出電壓。此外，兩個(gè)這樣的4單元串·列可以并聯(lián)以將容量從2000毫安培小時(shí)(mAh)增加至4000毫安培小時(shí)。這個(gè)結(jié)構(gòu)通常在業(yè)內(nèi)被稱為4S2P，或4單元串聯(lián)2并聯(lián)。目前，受歡迎的用于手持設(shè)備、電腦、電動(dòng)工具等的多單元可充電電池組都相當(dāng)昂貴，其價(jià)格取決于單元數(shù)量和它們各自在所述組中的容量從30美元至300美元不等，乃至達(dá)到上千美元。一個(gè)電池單元會(huì)因?yàn)檫^度充電至一個(gè)高電壓或過度放電到一個(gè)低電壓而損壞。這種情況特別適用于鋰離子和基于鋰聚合物的電池。高電壓和低電壓的分界點(diǎn)一般分別約為
4.2v和2. 7v。圖3中示出了鋰離子電池的屬性。在電池放電至約2. 7-3. Ov時(shí)，電池可能迅速衰亡(dies out)并且可能還會(huì)受損。因此，重要的是提供一種具有智能電池管理系統(tǒng)的可充電電池組，所述智能電池管理系統(tǒng)便于對一個(gè)電池組中的電池單元進(jìn)行過充電、過放電、超溫保護(hù)和SOC(充電狀態(tài))監(jiān)測。進(jìn)一步的好處是因?yàn)槿缦率聦?shí)電池單元的過充電、過放電可能導(dǎo)致電池容量的減少，更短的電池壽命，甚至諸如火災(zāi)和爆炸之類的危險(xiǎn)情況。對多單元電池組進(jìn)行充電/放電的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)與所述電池組中的電池單元由于制造容差導(dǎo)致的非均一性有關(guān)。存在一種以上的電池單元不匹配。參見圖4b，電池單元組40包括電池單元41、42和43。電池單元42具有比電池單元41和43低的容量，這一點(diǎn)在圖4b以一個(gè)用于電池單元42的較小的“桶尺寸”來象征性地表示。在完全充電后，電池單元42在運(yùn)作過程中相比電池單元41以及電池單元43來說將提供更少的電荷。在一個(gè)包括單元410、420和430的電池單元組400中，單元410和430已充滿電，而單元420沒有完全充電。因此，在單元410、430和420之間存在SOC不匹配。一個(gè)最弱的電池往往易于限制整個(gè)電池組單位的總體容量。因此，需要特殊的制造過程來確保更嚴(yán)格的容差。一種這樣的特殊制造過程包括根據(jù)電池單元的容量屬性對其進(jìn)行裝倉和分組。電池組將使用來自相同倉的單元。然而，這樣的額外步驟增加了生產(chǎn)成本。而且，單元之間的不匹配在充放電周期后增加了，這種情況減少了在工廠裝倉的好處。未經(jīng)歷昂貴的裝倉過程的工廠在電池單元的收益受到嚴(yán)重沖擊。此外，對于不符合技術(shù)要求的單元的處置會(huì)增加制造設(shè)施的污染足跡。很明顯，所述的裝倉步驟是一種蠻力途徑，并且只能部分緩解單元失配問題，這是因?yàn)閱卧黄ヅ湓诙鄠€(gè)充放電周期之后趨于變得更糟。操作環(huán)境中不同的單元溫度也可能導(dǎo)致不匹配。因此，在電池的制造和質(zhì)量控制過程中無法輕易解決不匹配退化。此外，如果堆疊中任何特定的單元嚴(yán)重退化，則包括一系列堆疊的電池單元的電池組將不再起作用，這種情況如圖4a中所示。換句話說，電池組的生命由于單個(gè)的受損單元而縮短。因此，一個(gè)可以保證安全，延長電池壽命和降低電池的生產(chǎn)成本的智能電池管理系統(tǒng)將是必須的。鋰離子電池充電過程的第一階段通常使用中等精度恒流(CC)充電，在第二階段則向高精度恒壓(CV)充電過渡。這是為了在防止單元被過度充電的同時(shí)使單元被完全充電至所需要的電壓。對于單個(gè)電池單元而言，這樣的充電控制更簡單，但是對于一個(gè)匹配不太好的電池單元串列而言，卻是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。因此，充電中的單元平衡被用來確保每一個(gè)單元不會(huì)被過度充電，同時(shí)允許每個(gè)單元會(huì)被充電至接近其各自的容量。單元“平衡”的概念是監(jiān)測和調(diào)節(jié)存儲(chǔ)在電池組中每個(gè)單元(典型地，包括現(xiàn)今設(shè)計(jì)中的串聯(lián)連接的單元)內(nèi)的電荷的過程，從而在電壓限制之內(nèi)平衡每個(gè)單元的端電壓和容量，并且通過電 量計(jì)量來管理這些單元的S0C。因?yàn)樗鲞@些單元不完全相同并確實(shí)存在不匹配，為了避免 單元過度充電并且均衡所有單元的S0C，那么在某一個(gè)充電時(shí)間點(diǎn)中，這個(gè)平衡過程可能涉及故意消散儲(chǔ)存在具有較高的端電壓或SOC的某些特定單元中的能量?；蛘?，電荷可以從充電程度較大的單元被移動(dòng)至充電程度較少的單元以便均衡單元之間的S0C。描述充電電池方法的許多傳統(tǒng)方法大多專注于均勻充電以確保在多單元電池組中沒有單元構(gòu)成一個(gè)弱單元，而忽略了在放電周期中出現(xiàn)的不匹配。一些傳統(tǒng)的方法探索在多單元電池組中從更強(qiáng)單元向較弱單元轉(zhuǎn)移電荷的方法，以便減輕弱單元導(dǎo)致的運(yùn)作限制。請注意，電池單元平衡的電荷轉(zhuǎn)移類型的實(shí)際實(shí)施典型地受限于向鄰近單元轉(zhuǎn)移電荷。實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠允許任意兩個(gè)單元之間都具有電荷轉(zhuǎn)移路徑的電荷轉(zhuǎn)移電路矩陣是不切實(shí)際的。另外，存在與電荷平衡相關(guān)聯(lián)的損耗。此外，許多的多單元電池組被配置為如圖2所示的串并風(fēng)格。當(dāng)個(gè)別單元變得有缺陷時(shí)，整個(gè)串接堆疊(series-stacked)單元鏈無法使用，并且所述多單元電池組的容量立刻減半。

發(fā)明內(nèi)容
一種新的構(gòu)建可充電電池單元的方法是探索電力轉(zhuǎn)換器和電荷-存儲(chǔ)電池單元的組合、結(jié)合的解決方案的優(yōu)勢。通過實(shí)際上消除了 a)對在電池組制造中選擇更好的匹配單元進(jìn)入一個(gè)給定的電池組的特殊的單元裝倉過程的需要，和b)在電池組充電和/或放電過程中對特殊的單元平衡過程的需要(這也排除了諸如單元平衡操作所需的電感、電容、或電阻等外部組件)，這個(gè)新的拓?fù)涓纳屏穗姵匾淮纬潆娛褂脮r(shí)間，電池組的壽命，和電池組制造成本。新的BCC體系結(jié)構(gòu)使得一個(gè)多單元電池組在組中駐留有嚴(yán)重退化的電池單元的情況下能夠繼續(xù)以接近正常運(yùn)作的方式起作用。新的BCC體系結(jié)構(gòu)使得多單元電池組中各個(gè)單元能夠遞交他們所有可用的存儲(chǔ)能源，而不論其他的個(gè)體單元是否具有不同容量或降低的容量。


圖I-以串聯(lián)結(jié)構(gòu)堆疊單元的傳統(tǒng)的多單元電池布置圖2-具有串并聯(lián)布置的傳統(tǒng)的多單元電池(串聯(lián)堆疊單元，并且并聯(lián)布置所述堆疊)圖3-鋰離子電池單元的屬性圖4a_退化的電池單元限制了電池組壽命圖4b-電池單元的不匹配
圖5a-電池單元轉(zhuǎn)換器框5b-建議的多單元電池單元轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)之一圖6a，b，C-被用于一個(gè)電池單元轉(zhuǎn)換器的降壓/升壓，降壓，升壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器的例子圖7-使用具有共享組件的兩個(gè)單元和一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的電池單元轉(zhuǎn)換器的一個(gè)例子圖8a_具有堆疊的電池單元的2-單元電池單元轉(zhuǎn)換器的簡化示意8b_具有并聯(lián)電池單元的2-單元電池單元轉(zhuǎn)換器的簡化示意9a_ —個(gè)兩相電池單元轉(zhuǎn)換器示例，所述轉(zhuǎn)換器使用單一單元，所述單元耦合至兩DC/DC轉(zhuǎn)換器或一個(gè)兩相DC/DC轉(zhuǎn)換器圖9b_ —個(gè)具有一組耦合電感的兩相電池單元轉(zhuǎn)換器示例，所述電感的每一個(gè)耦合到一個(gè)兩相DC/DC轉(zhuǎn)換器的一個(gè)專用相位圖9c- 一個(gè)具有多個(gè)并行連接的電池單元的兩相電池單元轉(zhuǎn)換器示例，所述轉(zhuǎn)換器具有局部(local)單元冗余和全局單元冗余圖10-具有冗余的電池單元轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)圖11-堆疊電池單元轉(zhuǎn)換器圖12a_具有局部和中央監(jiān)測控制單元的疊加電池單元轉(zhuǎn)換器圖12b_具有監(jiān)測、控制單元的堆疊電池單元轉(zhuǎn)換器圖13-在電池單元轉(zhuǎn)換器堆疊中對個(gè)體電池單元的充電
具體實(shí)施例方式在此，在具體實(shí)施例中披露的是一系列的新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和新的方法，其包括將一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器耦合至一個(gè)或多個(gè)電池單元。這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這里被稱為電池單元轉(zhuǎn)換器(BCC)，提供接近恒定的一個(gè)電壓輸出、或接近恒定的多個(gè)電壓輸出，或者以可編程的固定或時(shí)變電平方式的若干輸出電壓；系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和算法還優(yōu)化了單個(gè)電池單元的使用以及可靠性，總的來說也優(yōu)化了電池組系統(tǒng)的使用以及可靠性。一個(gè)多單元BCC系統(tǒng)的框圖顯示于圖5a。BCC單元50a由一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能電池單元51a以及一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器52a組成，每個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器52a都具有輸入和輸出端；所述儲(chǔ)能電池單元的端口經(jīng)由53a中一個(gè)或多個(gè)電氣連接耦合或連接到一個(gè)或多個(gè)的所述DC/DC (直流/直流)轉(zhuǎn)換器的輸入端。存在一個(gè)或多個(gè)BCC系統(tǒng)輸出(VI，V2，...)，這些BCC系統(tǒng)輸出也是DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出；還存在一個(gè)監(jiān)測與控制單元54a。一個(gè)外部充電源55a被用于對BCC單元50a充電。為了對BBC系統(tǒng)單元充電，一個(gè)例子是當(dāng)監(jiān)測和控制單元檢測到存在活動(dòng)的外部充電源，所述DC/DC變換器的輸入將被切換至該輸入的外部充電源。所以，所述DC/DC轉(zhuǎn)換器(或所述BCC)的輸出繼續(xù)可用。同時(shí)，來自外部源的部分的輸入能量通過監(jiān)測與控制單元被轉(zhuǎn)移，以便對每個(gè)電池單元充電?？蛇x地，一個(gè)電源可以應(yīng)用到一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器52a的一個(gè)或多個(gè)輸出。然后，這些DC/DC轉(zhuǎn)換器就可以運(yùn)行在負(fù)正向功率以將電能輸送到51a中的一個(gè)或多個(gè)電池單元，從而對它們進(jìn)行再充電。圖5b顯示了一個(gè)多單元BCC單元50的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在本說明書和附圖中例示的儲(chǔ)能設(shè)備是電池單元，但是電容(如超級電容或超電容)可以用來代替所述電池，或與所述電池相結(jié)合使用。電池或電容單元56通過開關(guān)55 ( “單元”被視為單個(gè)的單元或一組直接相互串聯(lián)或并聯(lián)的電池單元)連接到導(dǎo)線51和52。注意，開關(guān)55可以與連接到低壓導(dǎo)線51的電池單元56串聯(lián)在一起，或者可以與連接到高壓線的電池單元56串聯(lián)在一起；與高壓線52的連接圖釋于圖5b中。所述開關(guān)受控于一個(gè)控制單元57，其象征性地用虛線箭頭描繪于圖5b。在圖5b中，只有一個(gè)開關(guān)關(guān)閉而其他開關(guān)打開。在一個(gè)替換實(shí)施方案中，多于一個(gè)的開關(guān)可以在同一時(shí)間關(guān)閉。所述開/關(guān)的切換機(jī)制受控于適用于特定應(yīng)用的所述BCC控制算法或者受控于一個(gè)負(fù)載相關(guān)的自適應(yīng)算法?？缭诫姵貑卧碾妷篤b可以逐單元而改變，并且能隨著每一個(gè)電池放電狀態(tài)而改變。DC/DC轉(zhuǎn)換器54將電壓Vb轉(zhuǎn)換至一個(gè)·可編程的，預(yù)先確定的或隨時(shí)間變化的電壓Vout，從而提供一個(gè)多單元電池轉(zhuǎn)換器單元50的接近恒定的輸出電壓或者很好地調(diào)整的，可編程的時(shí)變輸出電壓。Vout可以大于或小于Vb。對于如圖5b所示的電池轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，有大量可能的操作模式，所述操作模式由開關(guān)55的切換排序控制算法決定。例如，a) 一個(gè)單元56在某時(shí)連接電壓Vb經(jīng)控制單元57被監(jiān)測；當(dāng)電池電壓降到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值之下時(shí)，被連接單元56將被視為由控制單元57 “已放電”。然后相應(yīng)的開關(guān)55打開,然后另一個(gè)開關(guān)將一個(gè)“未放電”單兀連接至電線52;b)與每一個(gè)電池單元相關(guān)聯(lián)的開關(guān)55以一個(gè)順序循環(huán)(round robin)配置被打開。一種可能的安排是開關(guān)55中的每一個(gè)在每個(gè)開關(guān)周期被順序打開。每個(gè)單元56的電壓Vb被監(jiān)測，并且當(dāng)電池電壓降到一個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值之下時(shí)，被連接單元56將被控制單元57視為“已放電”。相應(yīng)的開關(guān)55打開，斷開“已放電”單元的連接，直到電池被再次充電。隨著一個(gè)或多個(gè)“已放電”單元被斷開連接，剩余的單元繼續(xù)被順序打開和關(guān)閉，直到他們中的每個(gè)都“被放電”或者直到電池被再次充電為止。c)每一個(gè)電池相關(guān)聯(lián)的開關(guān)55按照單元的SOC并與之成比例地被打開。這有助于均衡在放電過程中不同單元的SOC。d)與所有單元相關(guān)聯(lián)的開關(guān)55在一段時(shí)間內(nèi)以相同時(shí)間間隔被打開，然后獨(dú)個(gè)的開關(guān)55被關(guān)閉以停止從其各自的單元中抽取電能或者停止對其各自的單元進(jìn)行再充電。請注意開關(guān)安排的通用性和靈活性。不同切換算法可用于優(yōu)化不同的應(yīng)用場合和目標(biāo)。單元端電壓和SOC之間的關(guān)系是單元電流和工作溫度的函數(shù)，強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)是重要的。單元SOC可以通過單元端電壓用某些取決于單元電流和溫度的校正因子推斷出來。或者，通過測量單元電流對時(shí)間的積分，SOC可以使用“庫侖計(jì)算”來測量。監(jiān)測、控制和充電管理單元可以應(yīng)用各種方法來衡量和評估單元SOC。此外，各個(gè)體單元可以讓開關(guān)55在單元電壓測量中打開以便測量開路單元電壓。出于示意目的，這里的一些描述是基于簡化的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路圖并且具有特定的開關(guān)順序控制波形。基于本說明書所提供的信息披露和教導(dǎo)，對于任何本領(lǐng)域人員而言顯而易見的是存在許多可能的將提供各種系統(tǒng)效益的DC/DC切換拓?fù)浜颓袚Q順序選項(xiàng)。電池單元和電源轉(zhuǎn)換器相結(jié)合的新概念將提高電池組的使用效率，增加每次充電的電池可用時(shí)間，擴(kuò)展電池組壽命并且降低電池組制造成本。一個(gè)升壓/降壓(step-up/step_down)DC/DC轉(zhuǎn)換器60例不于圖6a。DC/DC轉(zhuǎn)換器包括電感61、電容62,連接開關(guān)63以及均衡開關(guān)(equalizing switch) 64。開關(guān)63和64開關(guān)使用非重疊時(shí)鐘操作，這種時(shí)鐘的工作周期決定了輸出電壓Vout與輸入電壓Vin的比率。圖6a的DC/DC轉(zhuǎn)換器以及其他轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)的操作可以發(fā)現(xiàn)于電力電子教科書，如羅伯特· w ·埃里克森和馬克思莫維奇 甘(Robert ff. Erickson and Dragan Maksimovic)所著的“電力電子基礎(chǔ)”(Fundamentals of Power Electronics)。一個(gè)降壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器顯示于圖6b，并且一個(gè)升壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器顯示在圖6c，兩者均類似于圖6a的轉(zhuǎn)換器。 對于任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在理解了降壓轉(zhuǎn)換器只能輸出小或等于輸入電壓的電壓，而升壓轉(zhuǎn)換器只能輸出大于或等于輸入電壓的前提下，就會(huì)很清楚本發(fā)明可以使用來自圖6a-c的所有類型的DC/DC轉(zhuǎn)換器。BCC的獨(dú)特特色在于，耦合于電池和DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的開關(guān)可以服務(wù)于雙重功能，即它們被用于連接和斷開電池單元，也能夠作為DC/DC轉(zhuǎn)換器的部分。換句話說，DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池單元的開關(guān)被集成到一個(gè)構(gòu)建塊。此外，一個(gè)BCC單元可以被推廣成具有與一個(gè)或多個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器耦合的一個(gè)或多個(gè)電池單元，所述一個(gè)或多個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)或多個(gè)電壓輸出。BCC的另一個(gè)特點(diǎn)是，取決于直流/直流轉(zhuǎn)換器中的電流和電能流的方向，同一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器或其一部分不僅可以輸送來自若干電池單元的電能，而且還可以通過將電能輸送給這些電池單元以對其進(jìn)行再充電。正如本公開中前面提到的，耦合于電池單元與直流/直流轉(zhuǎn)換器之間的開關(guān)的開關(guān)順序非常靈活。通過應(yīng)用這種靈活性，一個(gè)在BCC單元中共享一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的方法被顯示在圖7。圖7顯示一個(gè)包含電感71和電容72的系統(tǒng)70。圖7顯示了共享一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)70的一個(gè)例子，該直流/直流轉(zhuǎn)換器包括電感71，電容72和開關(guān)73、74、75、76。所述直流/直流轉(zhuǎn)換器由兩個(gè)電池單元77和78共享。開關(guān)控制單元79確保開關(guān)被正確地操作，從而確保所希望的輸出電壓Vout。在圖7顯示的一個(gè)示例中，開關(guān)73-76操作于四個(gè)時(shí)鐘-相位序列，其中開關(guān)74每隔一個(gè)時(shí)鐘-相位序列就閉合。圖7所示的時(shí)鐘波形相對應(yīng)于升壓變換器的開關(guān)序列。對于任何本領(lǐng)域技術(shù)人員而言很明顯的是，所述開關(guān)可以以其他的時(shí)鐘-相位安排運(yùn)行，比如操作所述電源轉(zhuǎn)換器作為降壓轉(zhuǎn)換器或具有其他的時(shí)鐘-相位序列。注意，其后緊隨74高電平的75/73高電平利用了從電池單元77的電荷提取，而且其后跟著74高電平的序列76/73高電平利用了從電池單元78的電荷提取。替換地，開關(guān)75及76可以被結(jié)合以使用相同的時(shí)鐘73。在本發(fā)明的另一個(gè)例子中，控制單元79可以測量兩個(gè)電池的SOC并決定哪個(gè)電池的電荷被提取到輸出。例如，假如電池單元77的SOC小于電池單元78的S0C，則控制單元將在連續(xù)的時(shí)鐘序列中提供76/73高電平并且跟隨以74高電平以提取電池單元78的電荷，而不用確認(rèn)(assert) 75/73-高電平。然后，電池單元78的SOC將一直減少到其SOC變得基本上等于電池單元77的SOC為止，此時(shí)控制單元79將從兩個(gè)電池單元輪流交替提取電荷。因此，這個(gè)方法確保電池單元放電更均勻，并且沒有一個(gè)電池單元的SOC實(shí)質(zhì)性地小于包中其他單元的S0C。均勻的單元放電能力是重要的，這是因?yàn)橥ㄟ^時(shí)常對電池單元進(jìn)行充電并且通過避免諸如鋰離子電池之類的某些可再充電電池的完全放電周期，所述電池單元的壽命可以被延長。此外，結(jié)合DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)使用的開關(guān)算法不需要放電過程中的具體的單元平衡程序、以及單獨(dú)的、特定的外部組件?；谶@里所提供的信息披露和教導(dǎo)，對于任何本領(lǐng)域技術(shù)人員這是清楚的系統(tǒng)70的討論可以推廣至超過兩個(gè)電池單元的情況。而且，系統(tǒng)70的討論也可以就以下情況被推廣電池單元77和/或78包括超過一個(gè)的相互串聯(lián)的電池單元。電池單元轉(zhuǎn)換器單元的充電也可以被安全地完成，如圖8b中所示，圖8b描繪了一個(gè)由電感81、電容82、開關(guān)83，84a/b，85，86，以及電池單元87，88組成的多單元電池單元80。這是因?yàn)殡姵貑卧?7，88中的每一個(gè)均沒有串聯(lián)于任何其他的單元，因此在最后的充電階段的CV充電模式中，電池單元87，88中的每一個(gè)都能被施加精確的電壓。因此，所述BCC拓?fù)洳恍枰囟ǖ钠虾托酒饨M件以及用于充電過程中單元平衡的特定程序。替換地，BCC可以使用自己的開關(guān)調(diào)節(jié)器從Vout抽取電能以提供電池單元的受控再充電。另一個(gè)BBC結(jié)構(gòu)是使用一個(gè)更傳統(tǒng)的堆疊電池單元拓?fù)?，不同之處在于一個(gè)常開開關(guān)與每個(gè)電池單元并聯(lián)放置。圖8a給出了一個(gè)2-堆疊-電池單元BCC的示例。單元87a的正端通過開關(guān)85a耦合至DC/DC變換器的輸入。開關(guān)86a和86b各自分別并聯(lián)連接于單元87a和88a。當(dāng)所述2_堆疊-電池單元中的一個(gè)單元已經(jīng)顯著退化時(shí)，其相應(yīng)的并聯(lián)開關(guān)將被關(guān)閉(將單元的正負(fù)端短路)。例如，如果單元87a退化而且不能再被正確地充電，那么監(jiān)測與控制單元(沒有顯示在圖8a)將接通86a。因?yàn)樗鲭姵貑卧获詈现了鯠C/DC轉(zhuǎn)換器，所以BCC的輸出將保持在期望的Vout值。可以看到，這個(gè)方法可以延長多單元電池組的實(shí)際壽命；并且即使每個(gè)單元老化，所述BCC結(jié)構(gòu)仍然提供了所需的輸出電壓。這一特點(diǎn)消除了對由BCC單元的(一個(gè)或多個(gè))輸出供電以容忍供電電壓有較大變化的電子電路的需要，從而緩解了電力需求。相比其他的并行連接的單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，所述單元堆疊結(jié)構(gòu)將面臨和單元不匹配問題有關(guān)的通常不期望的特性，以及需要額外的電路以便在充電和放電周期中允許單元平衡。圖9c描繪了一個(gè)兩相BCC系統(tǒng)90。該系統(tǒng)90包括兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器或是單個(gè)的兩相轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器分別具有電感91a和電感91b，電池單元92a和92b、開關(guān)93a和93b，94a和94b，95a和95b，96a和96b，耦合至BCC系統(tǒng)90輸出的一個(gè)公共的共享電容97，和一個(gè)多相控制單元98。多相控制單元98控制開關(guān)時(shí)鐘的相位以保證系統(tǒng)運(yùn)行在正確的二相周期。單元98控制BCC系統(tǒng)90中的開關(guān)操作這一事實(shí)象征性地用一個(gè)箭頭顯示。示例性的開關(guān)時(shí)鐘圖也描述于圖9c，同時(shí)要理解開關(guān)的時(shí)鐘是高位時(shí)其處于“短路”狀態(tài)，開關(guān)的時(shí)鐘是低位時(shí)其處于“斷路”狀態(tài)。一個(gè)兩相BCC系統(tǒng)90的一個(gè)變體在圖9a中示出，其中，兩相DC/DC轉(zhuǎn)換器耦合到相同的電池單元92。并且兩相BCC系統(tǒng)90的另一個(gè)變體在圖9b中示出。在此與圖9c進(jìn)行比較，這兩個(gè)獨(dú)立的電感被一個(gè)耦合的電感單元91取而代之，這允許一個(gè)具有更快的啟動(dòng)時(shí)間的更高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器。注意，針對圖9a/9b/9c例示的實(shí)施方式可以被簡單推廣。例如，一個(gè)共享的電池也可以用于耦合電感系統(tǒng)。借助與多相DC/DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)有關(guān)的額外硬件，一個(gè)兩相系統(tǒng)還可以推廣到具有任意數(shù)量相位的BCC系統(tǒng)。一個(gè)多相BCC系統(tǒng)還提供了額外的電池壽命延長靈活性和能力。例如，假設(shè)在4相BCC系統(tǒng)中的一個(gè)電池單元變得有缺陷，系統(tǒng)控制單元將獲知這一信息，并且如果該單元以并聯(lián)模式被連接，系統(tǒng)控制單元會(huì)斷開該缺陷單元與系統(tǒng)的連接?；蛘呖蛇x地，如果所述單元被單獨(dú)連接到電力轉(zhuǎn)換器的每相輸入，所述控制單元也可以將所述4相系統(tǒng)重新配置成3相系統(tǒng)。因此，我們可以看到BCC系統(tǒng)的能力即 使一些單元變得有缺陷，BCC能夠使得電池組繼續(xù)運(yùn)作。此外，開關(guān)算法用于支持加載-依賴和SOC-依賴的自適應(yīng)自動(dòng)配置多單元、多相BCC系統(tǒng)。這使系統(tǒng)能夠優(yōu)化系統(tǒng)電力消耗量，并且進(jìn)一步加強(qiáng)了延長電池組的每次充電使用時(shí)間的能力。圖10顯示了一個(gè)示例，該示例說明了兩相BCC系統(tǒng)100中不同類型的充電單元冗余性。單元102a和102ab同時(shí)耦合至DC/DC轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器包括電感101a，開關(guān)103a，104a，105a和106a，所述轉(zhuǎn)換器將電荷輸送至輸出電容107。將單元102ab并聯(lián)于單元102a減少了單元102a運(yùn)作中的放電率。局部冗余在被耦合到第二 DC/DC轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器第二相的單元中被描述，所述轉(zhuǎn)換器包括電感101b、開關(guān)103b，103bb，104b，105b和106b，輸送電荷至輸出電容107。電池單元102b和102bb連接到單獨(dú)的開關(guān)103b和103bb,因而可以一次操作一個(gè)(不像〃直接〃并聯(lián)的單元102a和102b)。例如，假如電池單元102b耗光了電荷，單元102bb可以用于進(jìn)一步操作，使得BCC系統(tǒng)仍能工作。另外，開關(guān)103b和103bb可以被時(shí)分多路復(fù)用從而允許電荷基于循環(huán)工作時(shí)鐘序列被分別取自單元102b和單元102bb。既然很明顯電池單元102bb只能“幫助”單元102b，而不能幫助單元102a/102ab，因而使用了“局部”冗余的命名。最后，連接到開關(guān)108a和108b的電池單元102c提供全局冗余，這是因?yàn)槿绻囟ǖ膯卧〉脑挘?02c可以代替包中的任何電池單元。一個(gè)多相時(shí)鐘和冗余控制單元109控制兩相BCC系統(tǒng)100中的時(shí)鐘以確保執(zhí)行已經(jīng)結(jié)合圖9a/9b/9c描述的操作。此外，它控制冗余單元連接，即當(dāng)電荷被送到電感IOlb時(shí)，它決定103b，103bb，或108b中哪個(gè)開關(guān)要關(guān)閉，而當(dāng)電荷被送到電感IOla時(shí)，決定開關(guān)103a和108a中哪一個(gè)被關(guān)閉。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，時(shí)鐘和冗余控制單元通過監(jiān)測電壓輸出以及電荷電量計(jì)量(charge fuel gauging)來監(jiān)測電池的S0C,并且以最強(qiáng)單元首先遞交電荷的方式控制相關(guān)開關(guān)的操作，也就是說，單元的等效SOC放電率被平衡了。任何本領(lǐng)域人員都清楚，所述并行單元連接，局部冗余和全局冗余的概念以及冗余控制可以應(yīng)用到BCC系統(tǒng)，所述BCC系統(tǒng)以多相操作工作、具有共享的電池單元，和/或具有耦合電感，如結(jié)合圖9a/9b/9c所描述的那樣。如果期望諸如48v或更高的高輸出電壓，傳統(tǒng)解決方案是簡單地堆疊一系列電池單元。隨著串聯(lián)單元數(shù)量的增加，很明顯，涉及充電和放電過程中單元失配的問題會(huì)被顯著地放大。那就是，如果一個(gè)單元變糟，整個(gè)串聯(lián)堆疊的單元鏈將變得有缺陷。堆疊的BCC結(jié)構(gòu)將消除傳統(tǒng)的方法中的很多不受歡迎的特性(在本文中，將在后面進(jìn)一步討論)。一種通過簡單地通過使用DC/DC轉(zhuǎn)換器去成倍增加輸出電壓的堆疊BCC方法是所期望的，因?yàn)镈C/DC轉(zhuǎn)換器的效率會(huì)因?yàn)榇蟮霓D(zhuǎn)換率而降低。例如，對不超過2的轉(zhuǎn)換率，達(dá)到約95%的效率是切合實(shí)際的。然而，如果轉(zhuǎn)換率增加到10，效率可能會(huì)降低到80%或更少。圖11顯示了一個(gè)BCC單元110，其中包括4個(gè)堆疊BCC子單元111-114，每一個(gè)子單元分別具有恒定的輸出電壓V1-V4伏特。這些數(shù)字VI，......，V4不一定彼此相等。很明顯，BCC系統(tǒng)的輸出
電壓是V1+V2+V3+V4。此外，如果一個(gè)特定的BCC子單元中所有單元的電荷過早耗盡(比如說，子單元112)，它就可以簡單地通過一個(gè)并聯(lián)開關(guān)被旁路，同時(shí)其余的VI，V3，V4可以被調(diào)整，以便V1+V3+V4是等于原始預(yù)先確定的值。采用堆疊BCC拓?fù)涞囊粋€(gè)附帶好處是不需要用一個(gè)極高壓娃工藝來支持高電壓輸出，因?yàn)槊總€(gè)BCC產(chǎn)生一個(gè)大幅度地低于總輸出電壓的電壓。這拓寬了工藝技術(shù)的可選性并且允許設(shè)計(jì)的高度集成和高效的電源轉(zhuǎn)換器。圖12b顯示了 BCC單元120的另一個(gè)實(shí)施例，所述BCC單元120具有分別具有輸出電壓V1-V4的四個(gè)堆疊BCC子單元。一個(gè)控制單元125通過控制121-124中DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)置參數(shù)來控制電壓V1-V4。通過測量單元121-124中的工作電池單元的S0C，控制單元125調(diào)整輸出電壓以便輸出電壓被設(shè)置成正比于BCC單元的S0C。然而，V1+V2+V3+V4之和可以被控制保持不變。這樣的行動(dòng)會(huì)使最弱的電池單元減少電力損耗并且延長整體堆疊單元電池系統(tǒng)120的壽命。此外，在DC/DC轉(zhuǎn)換器中的脈沖開關(guān)在多單元電池單元的輸出端產(chǎn)生寄生噪聲。在堆疊單元中，電壓噪聲呈線性增加。 圖12a示出BBC單元121a_124a中的每一個(gè)分別有它自己的局部監(jiān)視器(未顯示于簡化11和圖12b)和控制&充電管理單元125a-l，125-2，125a-3和125a_4。單元125a-l到125a-4被連接到一個(gè)集中控制器125a。請注意，通過接口信號的適當(dāng)定義；只有控制器125a可能需要能夠支持高電壓。這種架構(gòu)使堆疊BCC單元的設(shè)計(jì)具有模塊化基礎(chǔ)，并能夠與主控制器125a進(jìn)行通信。對于如圖12b和12a所示的堆疊BCC架構(gòu)，下列情況是可能的在每個(gè)堆疊以不同相位運(yùn)行DC/DC轉(zhuǎn)換器，通過每個(gè)堆疊級的控制器之間的相位同步，可以獲得與最終堆疊輸出等效的多項(xiàng)轉(zhuǎn)換器的解決方案，并且消除了輸出脈動(dòng)電壓。基于這里所提供的信息披露和教導(dǎo)，很明顯，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都清楚圖
11、12b和12a的討論可以推廣到任何數(shù)量的堆疊BCC子單元。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制單元125或125a將堆疊中的每個(gè)單獨(dú)的DC/DC轉(zhuǎn)換器的脈沖相位失配或使之脈動(dòng)，以便將整個(gè)堆疊的輸出電壓噪聲擴(kuò)展(spread)至更高的頻率，或者擴(kuò)展到更寬的頻率范圍上。正如前面提到的，多單元或單一單元的堆疊BCC拓?fù)渚徑饬吮疚拿枋龅碾姵貑卧某潆姾头烹娞魬?zhàn)。這是因?yàn)槎询BBCC結(jié)構(gòu)中的每個(gè)單元仍然可以獨(dú)立充電。一個(gè)例子顯示在圖13。一個(gè)BCC系統(tǒng)130包括兩個(gè)堆疊BCC子單元，其具有DC/DC轉(zhuǎn)換器耦合的多單元電池130a和130b，每個(gè)子單元相應(yīng)地具有電感131a，b，電容132a，132b，開關(guān)133a, 133b,134aa, 134ab, 134ba, 134bb, 135a, 135b, 136a, 136b 和電池單元 137a, 137b 和 138a、138ab,138b。每個(gè)堆疊BBC單元的充電機(jī)制類似于如本文在前所述的未堆疊BCC單元的充電機(jī)制。任何本領(lǐng)域人員都清楚，所述電池單元的單個(gè)充電可以推廣到任意數(shù)量堆疊BCC單元，每個(gè)單元具有任意適當(dāng)數(shù)量的單元。單個(gè)的BCC或BCC堆疊也可以并聯(lián)放置，其中，每個(gè)堆疊的電流輸出被控制，以便根據(jù)它們的電池單元的狀態(tài)和容量來提供從每個(gè)模塊抽取的合適的期望電力。多種不同控制算法可以被用來在調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)維持來自每個(gè)堆的合適電流。例如，每個(gè)模塊可以被命令通過可編程等效輸出電阻產(chǎn)生所需電壓。雖然本發(fā)明已經(jīng)通過參考其優(yōu)選實(shí)施例被特別展示和說明，然而本領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下做出各種形式和細(xì)節(jié)的變 化。
權(quán)利要求
1.一種電池轉(zhuǎn)換器管理裝置，包括 至少一個(gè)電能儲(chǔ)存設(shè)備，其中，每個(gè)設(shè)備包括至少一個(gè)單元； 至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，其耦合到所述至少一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備； 以及 至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊，其耦合到所述至少一個(gè)電能儲(chǔ)存設(shè)備和所述至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，適合于在所述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備充電和所述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備放電的過程中分別監(jiān)測和控制每個(gè)設(shè)備和DC/DC轉(zhuǎn)換器。
2.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)單元是電池或電容。
3.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)設(shè)備內(nèi)的單元以任何類型的串聯(lián)和/或并聯(lián)組合相互連接。
4.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)監(jiān)測與控制模塊適合于監(jiān)測和/或控制來自以下特性群中的至少一個(gè)設(shè)備特性 電流； 充電狀態(tài)； 健康狀態(tài)； 電壓； 電荷電量計(jì)量； 溫度； 上面特性中任意一個(gè)的歷史。
5.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)設(shè)備經(jīng)由至少一個(gè)開關(guān)被耦合到一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器。
6.如權(quán)利要求5所述的管理裝置，其中，每個(gè)開關(guān)是對應(yīng)于單個(gè)設(shè)備的專用開關(guān)。
7.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)設(shè)備通過來自以下技術(shù)群的一個(gè)技術(shù)被充電 一個(gè)充電電路對該設(shè)備進(jìn)行充電，相應(yīng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器將輸出電能從所述設(shè)備輸送至一個(gè)負(fù)載； 一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器對該設(shè)備進(jìn)行充電。
8.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊適用于通過關(guān)閉至少一個(gè)串聯(lián)連接在所述第一設(shè)備和其他設(shè)備和/或一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的開關(guān)，并且通過有選擇性地激活其他開關(guān)，選擇性地?cái)嚅_第一設(shè)備與其他設(shè)備的連接，和/或選擇性地?cái)嚅_至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的連接，以完成所述其他設(shè)備與一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的電路f禹合。
9.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊適用于控制來自下面的功能群中的至少一個(gè)功能 打開和關(guān)閉在所述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備和所述一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器之間的耦合開關(guān)； 耦合DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)的開關(guān)； 在至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)的切換相位。
10.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊適合于基于以下特性中的至少一個(gè)的條件，控制訪問序列和訪問時(shí)間長度，所述一個(gè)或多個(gè)設(shè)備基于所述訪問序列以及訪問時(shí)間長度被耦合到所述一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器 電流； 充電狀態(tài)； 健康狀態(tài)； 電壓； 電荷電量計(jì)量； 溫度； 上面特性中任意一個(gè)的歷史。
11.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，每個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器具有以下類型群中一個(gè)類型 單相轉(zhuǎn)換器； 多相轉(zhuǎn)換器。
12.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器是多相轉(zhuǎn)換器，并且所述監(jiān)測與控制模塊適合于控制和定義所述轉(zhuǎn)換器的相位的開/關(guān)工作周期的相位關(guān)系。
13.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，存在多個(gè)設(shè)備，并且其中，至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器是多相轉(zhuǎn)換器并且以下列方式中的一個(gè)耦合至所述設(shè)備 所述轉(zhuǎn)換器以一組共同端子耦合至所有所述設(shè)備； 轉(zhuǎn)換器的不同相位被并聯(lián)耦合至相應(yīng)的不同的專用設(shè)備子組； 轉(zhuǎn)換器的每個(gè)相位經(jīng)由開關(guān)重新配置所述轉(zhuǎn)換器被連接哪些設(shè)備。
14.如權(quán)利要求I所述的管理裝置，其中，至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器是多相轉(zhuǎn)換器，并且至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊適用于執(zhí)行下面的功能群中的至少一個(gè) 改變轉(zhuǎn)換器的相位控制； 改變轉(zhuǎn)換器的工作周期； 改變轉(zhuǎn)換器的相位的數(shù)量； 改變期望的轉(zhuǎn)換器的輸出電壓； 改變期望的變換器的輸出電流； 改變期望的轉(zhuǎn)換器的各相位的電流。
15.如權(quán)利要求14所述的管理裝置，其中，監(jiān)測與控制模塊適合于響應(yīng)于各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)執(zhí)行的所述一個(gè)或多個(gè)功能，其中，所述狀態(tài)是以下狀態(tài)中的至少一個(gè) 健康狀態(tài)； 充電狀態(tài)； 電荷電量計(jì)量； 溫度; 上面特性中任意一個(gè)的歷史。
16.一個(gè)電池轉(zhuǎn)換器管理系統(tǒng)，其中，多個(gè)如權(quán)利要求I所述的電池轉(zhuǎn)換器管理裝置被串聯(lián)堆疊，以使得所述系統(tǒng)的輸出電壓等于各個(gè)裝置輸出電壓之和。
17.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)電壓控制單元適合于設(shè)置每個(gè)裝置的輸出電壓，以使得裝置的輸出電壓之和等于所述系統(tǒng)期望的輸出值。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，電壓控制單元基于每個(gè)設(shè)備的狀態(tài)為每個(gè)裝置設(shè)置輸出電壓，其中，所述狀態(tài)為以下狀態(tài)中的至少一個(gè) 健康狀態(tài)； 充電狀態(tài)； 電壓； 電荷電量計(jì)量； 溫度； 上面特性中任意一個(gè)的歷史。
19.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，還包括通信連接通道，其被耦合到來自裝置的至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊。
20.如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，還包括主系統(tǒng)控制單元，所述主系統(tǒng)控制單元經(jīng)由所述通信連接通道耦合到每個(gè)裝置中的至少一個(gè)監(jiān)測與控制模塊，其中 所述主系統(tǒng)控制單元基于所述裝置中每一個(gè)的所述設(shè)備的狀態(tài)，為每個(gè)裝置設(shè)置輸出電壓。
21.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所述裝置的所述DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)相位以受控制的相位關(guān)系相互同步。
22.一種用于延長如權(quán)利要求I中所述的裝置中電池壽命的方法，所述方法包括下面的步驟中的至少一個(gè)步驟 最小化任何單個(gè)設(shè)備被過度放電； 減少或增加設(shè)備的放電深度； 減少或增加設(shè)備的充電率； 減少或增加設(shè)備再充電后的最后充電狀態(tài)； 平衡設(shè)備的放電率和充電狀態(tài)； 優(yōu)化設(shè)備的放電率和充電狀態(tài)。
23.一種用于延長如權(quán)利要求I中所述的裝置中電池壽命的方法，所述方法包括下面的步驟中的至少一個(gè)步驟 并聯(lián)連接至少兩個(gè)單元； 通過關(guān)閉串聯(lián)于所述設(shè)備與至少一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器或至少另一個(gè)設(shè)備之間的開關(guān)，或者通過禁用耦合到所述嚴(yán)重退化的設(shè)備的多相DC/DC轉(zhuǎn)換器的相關(guān)聯(lián)的相位，斷開一個(gè)嚴(yán)重退化設(shè)備的連接， 通過創(chuàng)建與其他設(shè)備的新連接，用一個(gè)或多個(gè)被斷開連接的設(shè)備來替換連接。
24.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中 至少兩個(gè)單元被串聯(lián)連接； 開關(guān)與設(shè)備并聯(lián)連接，以便當(dāng)所述設(shè)備嚴(yán)重退化時(shí)旁路該設(shè)備。
25.一個(gè)用于延長如權(quán)利要求I中所述的裝置中電池壽命的方法，所述方法包括經(jīng)由與一個(gè)退化設(shè)備并聯(lián)連接的旁路開關(guān)來旁路所述退化設(shè)備。
26.一種用于延長如權(quán)利要求I中所述的裝置中電池壽命的方法，所述方法包括在退化單元替換中經(jīng)由開關(guān)來添加冗余單元的步驟。
27.—種電池轉(zhuǎn)換器管理系統(tǒng)，包括多個(gè)如權(quán)利要求I所述的裝置；其中，所述裝置以任何類型的串聯(lián)和/或并聯(lián)組合相互連接。
28.如權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)裝置被編程用于提供總的系統(tǒng)輸出電流和/或電壓的可編程共享，以便控制從每個(gè)裝置抽取的電能以及從各個(gè)設(shè)備抽取的電能。
全文摘要
披露了一種電池單元轉(zhuǎn)換器(BCC)單元，該單元包括一個(gè)或多個(gè)被耦合到一個(gè)或多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器的能量儲(chǔ)存電池單元。管理單元可以監(jiān)測和控制每個(gè)電池單元的充電和放電；包括監(jiān)測每個(gè)單元的電壓和充電狀態(tài)，以及控制DC/DC轉(zhuǎn)換的開關(guān)。組合電能和單元開關(guān)算法優(yōu)化了電池單元的充電和放電過程。還披露了一種混合電池單元轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一系列的BCC堆疊以實(shí)現(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)化器輸出電壓。新提議的電池單元轉(zhuǎn)換器體系結(jié)構(gòu)將改善電池組使用效率，增加電池組每次充電的可使用時(shí)間，延長電池組的使用壽命并且降低電池組的制造成本。
文檔編號H02M3/155GK102948033SQ201180010251
公開日2013年2月27日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月20日
發(fā)明者謝子良 申請人:謝子良