CN102396129A - 电池系统及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本公开文本包括电池系统及其运行方法。根据一个方案，电池系统包括：转换电路；多个主端子，配置成与负载、充电器以及在多个主端子之间彼此串联耦接的多个充电电池模块耦接；开关电路，配置成将多个电池模块中的第一电池模块与转换电路输入端耦接；以及转换电路，配置成修改从第一电池模块接收的电能的电气特性并且将具有修改后的特性的电能输出给多个电池模块中的第二电池模块。

Description

电池系统及其运行方法
技术领域
本公开文本涉及电池系统及其运行方法。
背景技术
在具有不同电能需求的各种应用场合中，可以设计和使用充电电池。一些充电电池系统包括多个充电单元，该多个充电单元在充电运行中接收电能并且在放电运行中向负载提供电能。充电单元可以具有不同的化学物质并且在一个示例中包括锂离子单元。根据负载的需求，在不同应用场合中使用的充电单元的数量有所不同，并且在某些实施场合(例如运输实施场合)中，充电单元的数量是众多的。
例如，由于制造工艺和制造公差的不同，多个充电单元中的某些单元可与其他充电单元不同。更具体地讲，耦接于电池的其他充电单元的一个或多个充电单元可具有不同的内阻和阻抗等。。因此，在该电池的充电和/或放电运行中，多个充电单元中的一个或多个可与该多个充电单元中的其他充电单元的运行是不同的。例如，多个充电单元中的一个或多个可以不同于该多个充电单元中的其他充电单元的速率进行充电或放电。这在一些应用场合是不希望出现的。
附图说明
以下参考随后的附图描述本公开文本的示例性实施例。
图1示出了根据一个实施例的电气系统的功能方框图。
图2示出了根据一个实施例的电池系统的功能方框图。
图3示出了根据一个实施例的电池系统的示意图。
图4示出了根据一个实施例的电池系统的示意图。
图5示出了根据一个实施例的电池系统的示意图。
具体实施方式
根据一个实施例，一种电池系统，包括：转换电路；多个主端子，配置成与负载、充电器以及在多个主端子之间彼此串联耦接的多个充电电池模块耦接；开关电路，配置成将多个电池模块中的第一电池模块与转换电路输入端耦接；以及转换电路，配置成修改从第一电池模块接收的电能的电气特性并且将具有修改后的特性的电能输出给多个电池模块中的第二电池模块。
根据另一实施例，一种电池系统包括：多个充电电池模块，在配置成与负载和充电器耦接的多个主端子之间串联耦接；以及平衡电路，配置成接收来自于多个充电电池模块中的第一充电电池模块的电能，修改该电能，以及从第一充电电池模块向多个充电电池模块中的第二充电电池模块提供修改后的电能，以至少能降低第一电池模块的充电状态或增强第二电池模块的充电状态。
根据另外的实施例，一种充电电池系统的运行方法，包括：为彼此串联耦接的充电电池的多个充电电池模块充电；从充电电池模块向负载释放电能；选择多个充电电池模块中的第一电池模块；根据这种选择，修改来自于第一电池模块的电能的电气特性；以及在修改电气性能后，将修改后的电能施加到多个充电电池模块中的第二电池模块，以至少能降低第一电池模块的充电状态或增强第二电池模块的充电状态。
根据另一个实施例，一种充电电池系统运行方法，包括：监控多个彼此串联耦接的充电电池模块的充电状态；检测充电状态低于多个充电电池模块中的第二电池模块的充电状态的第一电池模块；修改来自于第二电池模块的电能；以及在修改电能后，将来自于第二电池模块来的电能施加到第一电池模块，以至少增强第一电池模块的充电状态或降低第二电池模块的充电状态。
参考图1，根据一个实施例示出了电气系统1的一个示例。该描述的电气系统1包括电源8、电池系统10以及负载12。在描述的实施例中，电池系统10是配置成在充电运行模式中运行的充电电池系统，其中，来自电源8的电能为电池系统10的多个充电单元中的一个或多个充电。此外，电池系统10可以运行在放电运行模式中，其中，电池系统10向负载12释放电能。在一个实施例中，电池系统10可以在运行中经历大量充电和放电循环。
电池系统10可以包括多个适于匹配功率负载12的以串联和/或并联方式设置的充电单元(图1未示出)。更具体地讲，电池系统10可以使用在配置不同负载12的各种应用场合中，其中，该负载具有不同的功率需求。因此，在不同的实施例中，电池系统10可以包括不同数量的充电单元，这些充电单元以适于匹配不同负载的不同串联和/或并联方式设置。
然而，例如，由于制造公差的不同，多个充电单元中的一个或多个可不同于这些充电单元中的其他充电单元。特别地，与多个充电单元中的其他单元相比，这些充电单元中的一个或多个可具有不同的电气特性(例如，阻抗)。由于这种差异，在电池系统10的运行中，多个充电单元中的一个或多个与这些充电单元中的其他充电单元相比可以不同的速率充电和/或放电。至少本公开文本一些方案的目的是：在充电和/或放电运行中，增强和/或维持电池系统10的多个充电单元的充电平衡或均衡。
参考图2，示出了电池系统10的一个实施例。在所描述的实施例中，电池系统10包括多个主端子14，16，充电电能存储电路20，开关电路22以及转换电路24。电池系统10的其他实施例可以包括更多元件、更少元件和/或可替换元件。
尽管图2中未示出，但充电器和负载可以与主端子14，16耦接。电源8和负载12可以在不同的时刻适时或同时与主端子14，16耦接。电源8作为充电器运行，来为电池系统10充电，该电池系统10可随后向负载12释放所存储的电能。在一个实施例中，主端子14，16可以是处于不同电压的端子，并且可以包括正极主端子和负极主端子。
在一些设置方式中，该描述的电路20，22，24，26可以设置在共同的外罩中。在其他实施例中，可能需要在不同时刻适时地与不同的存储电路20(例如，电池)一起使用开关电路22、转换电路24和控制电路26。例如，以充电电池形式存在的存储电路20可具有固定的使用寿命并且是可替换的(例如，具有固定次数的充电和放电循环)，因此，在电池系统10的使用寿命期间，电路22，24，26可以在不同时刻与不同的存储电路20相关联。
在一个实施例中，存储电路20可以包括一个或多个充电电池单元。电源8提供的充电电能可由主端子14，16接收，以便为存储电路20充电。此外，在电池系统10的放电运行中，还可以将存储电路20中存储的电能经由主端子14，16提供给负载12。在一个实施例中，充电单元可以是具有大约3.65v运行(例如，完全充电)电压的锂离子单元。
如下所描述的，存储电路20可以包括多个电池模块，每个电池模块可包括一个或多个充电单元。例如，根据负载12的需求，充电单元可以在不同设置方式的电池系统10中以不同的配置方式设置。此外，在至少一个实施例中，尽管给定的电池系统10的不同电池模块也可能具有不同设置方式的充电单元，但典型地，给定的电池系统10的多个电池模块具有相同设置方式的充电单元。在一个示例性的实施例中，每个电池模块可具有4s10p设置方式，在这种设置方式中，四组充电单元在电池模块的正极端子和负极端子(未示出)之间串联设置，而每组充电单元包括并联耦接的10个充电单元。存储电路20的其他设置方式也是可行的，在一个实施例中，存储电路20的每个电池模块仅仅包括一个充电单元。
在存储电路20的运行中(例如，充电或放电)，典型地，多个电池模块具有基本上相同的充电状态，该充电状态可以称为额定充电状态。然而，例如由于电池模块的充电单元的制造公差的不同，多个电池模块中一个或多个的充电状态可以不同于额定充电状态(例如，高于或低于额定充电状态超出门限值的数值，例如，在一个实施例中，该数值是1％)。在一个实施例中，如果，电池模块对应的充电状态比额定充电状态的门限值小，则该电池模块可视为与其他电池模块平衡(即额定充电状态)。
与未执行操作的配置方式相比，在此描述的示例性实施例配置成执行增强电池模块的充电状态的平衡的操作。在一个更具体的实施例中，执行操作以便在电池系统1的充电或放电运行中向多个电池模块提供基本上相同的额定充电状态。开关电路22、转换电路24和控制电路26可称为平衡电路，该平衡电路被配置成针对不同的电池模块实施平衡操作。
在所描述的实施例中，开关电路22配置成耦接存储电路20与转换电路24。在一个实施例中，开关电路22包括在存储电路20和转换电路24之间耦接的多个开关(图2中未示出)。开关电路22可以包括晶体管、继电器、多路开关(mutliplexers)和/或其他开关设备。在一个实施例中，转换电路24具有一个或多个输入端和输出端，并且开关电路22配置成有选择地将存储电路20的多个电池模块中的一个或多个与转换电路24的输入端和输出端耦接。根据如下描述的实施例，开关电路22可以在不同时刻适时地将存储电路20中的不同的电池模块与转换电路24的输入端和输出端耦接。
转换电路24配置成修改在转换电路24的输入端接收的电能的电气特性并且输出修改后的电能。在不同的实施例中，可以使用不同配置方式的转换电路24。根据说明性的实施例，以下所讨论的转换电路24包括一个或多个DC-DC转换器(直流-直流转换器)，每个DC-DC转换器配置成修改包括由转换电路24所接收的电能的电压的电气特性。实施为DC-DC转换器的转换电路24配置成接收具有可在一定范围内(例如2.5v到4.5v)的电压的电能并且输出修改后的具有基本上恒定的电压的电能。在一个实施例中，转换电路24配置成输出修改后的具有电压的电能，该电压对应于在完全充电状态(例如，3.65v)下的多个充电单元中的单个充电单元的电压。在另一实施例中，该输出电压是可调整的。
在一个示例中，该转换器以隔离式DC-DC转换器实施，其中，给定的多个转换器中的一个转换器的输入端和输出端并不共享共同的参考点(例如，地)，该参考点与转换器的输入端和输出端的负极端子耦接。在一个实施例中，关于选择哪些电池模块可与转换器的输入端和输出端耦接，使用隔离式DC-DC转换器与共享共同参考点的非隔离式设置相比，能够提供更高的灵活性。在一个示例中，可使用多个可用电池模块中的不同模块提供电能，以便增强充电状态低于额定充电状态的电池模块的充电状态，而不管这些可用电池模块是否与具有低充电状态的电池模块具有相同的参考电压。在所描述的实施例中，隔离式DC-DC转换器的设置方式允许选择任何可用的具有充足电荷的电池模块来向转换器的输入端提供电能，以用于为具有较低充电状态的电池模块充电。此外，一些DC-DC转换器的设置方式可以包括控制输入端，该输入端允许控制电路26禁用转换器，以在出现故障或是其他可能造成损害的条件下作出保护。在其他实施例中，可使用转换电路和/或转换器的其他配置方式。
正如以下说明性的示例所描述的，转换电路24包括一个或多个输入端和输出端。选择的具有不同充电状态(例如，低于额定充电状态的充电状态)的电池模块可以与转换电路24的输出端耦接，并且另一个电池模块可以与转换电路24的输入端耦接来向转换电路24提供电能，以便用来增强所选择的具有较低充电状态的电池模块的充电状态。在一个实施例中，所选择的电池模块直接与转换电路24耦接(例如，在一个实施例中，所选择的电池模块可以经由开关电路22直接与转换电路24的DC-DC转换器的输入端和输出端耦接)。
在另一个实施例中，选择的具有不同的充电状态(例如，高于额定充电状态的充电状态)的电池模块可以与转换电路24的输入端耦接，并且存储电路20的另一电池模块可以与转换电路24的输出端耦接。在本示例中，将所选择的电池模块的电能提供给转换电路24的输入端，以便释放多余电荷并且使与转换电路24的输入端耦接的电池模块的充电状态与存储电路20的其他电池模块的充电状态均衡。
在一个实施例中，控制电路26设置成用于处理数据、控制数据访问和存储、发出指令以及控制其他期望的操作。在至少一个实施例中，控制电路26可以包括配置成执行由合适介质提供的期望程序的电路。例如，控制电路26可实施为一个或多个处理器和/或配置成执行可执行指令的其他结构，该可执行指令包括例如是软件和/或固件指令，和/或硬件电路。控制电路26的示例性实施例包括硬件逻辑、PGA、FPGA、ASIC、状态机、和/或与处理器独立或结合的其他结构。控制电路26的这些示例仅仅是说明性的，并且其他配置方式也是可行的。
在一个实施例中，控制电路26配置成监控和控制电池系统10的运行。例如，控制电路26配置成监控电池模块10并且响应于监控的结果来控制开关电路22。
在更具体的示例中，控制电路26配置成在充电和放电运行中访问与多个电池模块中的每个电池模块的充电状态相关的信息。在一个实施例中，控制电路26配置成选择并使存储电路20中的一个或多个被选择的电池模块与转换电路24(响应控制电路26的监控)耦接，并检测出所选择的多个电池模块中的至少一个模块具有不同于存储电路20的多个电池模块中的其他电池模块的额定充电状态的充电状态，以便平衡或均衡该至少一个所选择的电池模块与存储电路20的其他电池模块的充电。在一个实施例中，由于多个电池模块中的个别电池模块的充电状态偏离额定充电状态超出门限值的数值，因此，控制电路26配置成针对多个电池模块中的个别电池模块实施平衡操作。例如，在一中设置方式中，如果对应的给定的电池模块的充电状态偏离额定充电状态的值超过1％(例如，在一个实施例中，针对所平衡的电池模块，对应于给定的电池模块的大约2mv的电压差)，针对给定的电池模块实施在此描述的平衡操作。
在说明性的示例中，如果多个电池模块中的一个电池模块的充电状态低于额定充电状态，则控制电路26利用转换电路24的来自于其他电池模块中一个或多个模块的电能来实施操作，以增强该一个电池模块的充电状态。如果多个电池模块中的一个电池模块的充电状态高于额定充电状态，则控制电路26通过将来自于多个电池模块中的一个电池模块的电能施加到转换电路24和多个电池模块中的其他电池模块中的一个或多个模块来实施操作，以减弱该一个电池模块的充电状态。以下将针对不同的示例性的实施例描述额外的细节。
参考图3，所描述的示例性的电池系统10包括存储电路20，该存储电路20包括在主端子14，16之间串联耦接的四个电池模块30a-d。在所描述的示例中，电池模块30a直接与端子14耦接，而电池模块30d直接与端子16耦接。存储电路20的其它配置方式也是可行的，该其他设置方式可以是包括更多、更少或其它设置方式的电池模块30a-d。
在图3描述的示例中，多个模块端子21与充电模块30a-30d中的每个模块的正极端子和负极端子耦接。充电模块30a-30d中的每个模块具有一个或多个在如上所讨论的模块端子21之间串联和/或并联设置的充电单元。
开关电路22将电池模块30a-30d的模块端子21和转换电路24的各转换器50a-50d连接。在说明性的配置方式中，开关电路22包括多个开关40，以实现模块端子21和转换器50a-50d耦接。在以下描述的一个实施例中，与转换器50a-50d中的一个转换器的输入端耦接的一个电池模块30a-30d的电能用于为与转换器50a-50d中的该转换器的输出端耦接的电池模块30a-30d中的另一个电池模块充电。
更具体地讲，在图3所示的说明性的配置方式中(其中，可将电池模块30a-d从上到下称为第一到第四电池模块)，第二电池模块30b用于为第一电池模块30a充电，第三电池模块30c用于为第二电池模块30b充电，第四电池模块30d用于为第三电池模块30c充电，并且第一电池模块30a用于为第四电池模块30d充电。在一个示例中，多个转换器50a-50d可以在同一时刻适时地传输电能。
在图3示出的实施例的一个更具体的示例中，控制电路26配置成监控电池模块30a-d中每个模块的充电状态(例如，在充电、放电，不导电等期间监控)以及控制开关电路22，以便平衡或均衡电池模块30a-d的充电状态。例如，如果检测到第一电池模块30a的充电状态低于其他电池模块30b-d的额定充电状态，控制电路26可以控制开关电路22的合适的开关40，以便第二电池模块30b的模块端子21与对应的第二转换器50b的输入端耦接，以增强第一电池模块30a的充电状态。在这种设置方式中，电池模块30a和30b同时与DC-DC转换器50b耦接，并且开关电路22配置成使电池模块30a，c，d与对应的转换器50a，c，d绝缘。一旦电池模块30a与其他电池模块30b，c，d平衡，开关电路22可以断开电池模块30b与转换器50b的输入端的连接。
类似地，如果确定电池模块30a-d中的一个模块的充电状态高于电池模块30a-d中的其他模块的额定充电状态，则电池模块30a-d中的该一个模块可经由开关电路22与其对应的转换器50a-d耦接，以便为相邻的电池模块30a-d充电，以使电池模块30a-d中的该一个模块的电荷释放到电池模块30a-d中其他三个模块中的一个或多个。在一个实施例中，电荷从具有较高充电状态的电池模块30a-d中的该一个模块中释放期间，电池模块30a-d中除该一个模块外的其他一个或多个电池模块可与对应的转换器50a-d绝缘。
在一个实施例中，开关电路22可以同时将不同的电池模块30a-d与其对应的转换器50a-d耦接，以便在同一时刻适时地使多组电池模块30a-d平衡。一组电池模块包括与转换器50a-d中的给定的一个转换器的输入端耦接的电池模块30a-d中的一个模块以及与转换器50a-d中该给定的转换器的输出端耦接的电池模块30a-d中的另一个模块，从而在某一时刻适时地在电池模块30a-d中的该两个模块之间创设一条路径。在一个说明性的示例中，电池模块30d可以为电池模块30c充电，可称为一组，而电池模块30b为电池模块30a充电，可称为另一组。
在一个实施例中，电池模块30a-d的平衡过程可持续实施，直到电池系统10的电池模块30a-d彼此平衡(例如，电池模块30a-d在门限值范围内具有相同的充电状态，例如小于1％)并且随后维持这种平衡。电池模块30a-d中的不同模块可以在不同时刻适时地失衡并且需要再平衡。在一个实施例中，控制电路26持续监控电池模块30a-30d中每个模块的充电状态并且根据上述监控控制开关电路22，以便实施平衡操作并且将电池模块30a-d的充电状态平衡至额定充电状态。在一个实施例中，这种平衡操作可在充电、放电和等待(例如，存储电路20既不充电也不放电时)状态期间实施。如上所述，在电池模块30a-d已被平衡后并且随后检测到电池模块30a-d中的一个或多个模块失衡时，也可以实施平衡操作。
在一个更具体的示例中，例如，由于容量和制造公差的不同，电池模块30a-d中的一个模块在放电过程中的放电速度可以快于电池模块30a-d中的其他模块。具有较低充电状态的电池模块30a-d中的一个模块可以经由转换电路24并且使用配置成为电池模块30a-d中的该一个模块充电的对应的电池模块30a-d中的其他电池模块进行充电。在一个实施例中，具有较低充电状态的电池模块30a-d中的该一个模块的这种充电操作使电池模块30a-d中的其他电池模块继续进行放电，并且电池模块30a-d中的该一个模块的充电状态会与电池模块30a-d中的其他模块的充电状态均衡。
在如图3所示的电池系统10的示例性的配置方式中，转换器50a-d以串接的方式设置。例如，在一个实施例中，可将电荷从电池模块30d提供到电池模块30c、到电池模块30b再到电池模块30a。此外，由于来自与主端子14耦接的电池模块30a的电荷可以经由转换器50a施加到与主端子16耦接的电池模块30d，因此，电池系统10也可以称为充电环。在一个实施例中，根据如上一些示例性的实施例所讨论的，转换器50a-50d中多于一个的转换器可以同时从电池模块30a-30d中不同的电池模块接收电能并且将电能施加到电池模块30a-30d中的不同电池模块，以实现平衡操作。
参考图4，示出了电池系统10a的另一种设置方式。在该说明性的示例中，存储电路20包括在主端子14，16之间串联耦接的三个电池模块30a-c。在该说明性的示例中，电池系统10a还包括以双端口多路开关实施的开关电路22a，该开关电路22a包括多个输入开关42和多个输出开关44。在该说明性的示例中，转换电路24a包括单一的DC-DC转换器50。图4所示的这种设置方式的开关电路20a配置成使电池模块30a-c中的任何一个模块能够为电池模块30a-c中其他任何模块按照期望方式进行充电。在一个实施例中，如上所讨论的，与转换器50的输入端和输出端耦接的电池模块30a-c彼此绝缘。
在一个实施例中，控制电路26配置成监控电池模块30a-c中每个模块的充电状态并且根据上述监控控制开关电路22a。图4所示的设置方式使控制电路26更灵活地选择电池模块30a-c中的某些模块，这些模块形成组以与转换器50耦接。更具体地讲，控制电路26可以选择充电状态等于或高于额定充电状态的电池模块30a-30c中的一个模块来与转换器50的输入端耦接以及选择充电状态低于额定充电状态的电池模块30a-30c中的一个模块来与转换器50的输出端耦接。在一个实施例中，控制电路26可以控制开关电路22a的开关42a-42c和44a-44c，以使期望的电池模块30a-30c与转换电路50的输入端和输出端耦接。此外，在一个实施例中，控制电路26可以控制开关电路22a，以使电池模块30a-30c中的不同模块在不同时刻适时地与转换器50的输入端和输出端耦接，以实施平衡操作。
例如，如果电池模块30a的充电状态低于电池模块30b，c的充电状态，控制电路26可以控制输入开关42b，c中的一个开关以使电池模块30b，c中的一个模块与转换器50的输入端耦接，并且控制输出开关44a以使转换电路50的输出端与电池模块30a耦接。在一个实施例中，控制电路26可以选择具有最高充电状态的电池模块30b，c中的一个模块，以便在一个实施例中为电池模块30a充电。在所描述的实施例中，可选择电池模块30a-c中任何一个模块利用转换器50为电池模块30a-c中其他任何模块充电。因此，在所描述的实施例中，与图3所示的设置方式相比，控制电路26具有更大的灵活性，以选择电池模块30a-c中的一个模块来向电池模块30a-c中的另一个模块提供电能，而未使用预设电池模块组，在电池模块组中，给定的电池模块与另一电池模块相关联。
此外，如果电池模块30a-c中的一个模块的充电状态高于电池模块30a-c中的其他模块的充电状态(即额定充电状态)，则电池模块30a-c中的该一个模块可以经由对应的输入开关42a-c与转换器50的输入端耦接，并且转换器50的输出端可以与电池模块30a-c中的另一个模块耦接，以便从电池模块30a-c中的该一个模块释放电荷。
由于使用多个转换器的效率通常可能低于使用单一转换器的效率，因此，与使用多个转换器在期望的电池模块间传输电荷的设置方式相比，在一个实施例中，电池系统10a允许电池模块30a-c中的任何一个期望的模块直接为电池模块30a-c中期望的另一个模块充电的这种设置方式具有更高的效率。
参考图5，示出了电池系统10b的另一种设置方式。图5的其他配置方式是可行的。在所描述的实施例中，存储电路20b包括在端子14，16之间串联耦接的三个电池模块30a-c。开关电路22b包括多个输入多路开关46a，b和多个输出多路开关48a，b。转换电路24b包括多个分别与多路开关46a，b和48a，b耦接的DC-DC转换器50a，b。在一个实施例中，转换器50a，b可以为隔离式DC-DC转换器，转换器的输入端和输出端并不共享共同的参考点。
如上所述，控制电路26可以监控电池模块30a-c中的每个模块的充电状态并且控制开关电路22b的运行，以便根据上述监控形成期望的用于充电的电池模块30a-c的组。在说明性的设置方式中，控制电路26可以控制输入和输出多路开关46a，b和48a，b，以便根据充电操作选择电池模块30a-c中的任意一对模块形成用于充电的电池组。例如，如果电池模块30a的充电状态低于其他电池模块30b-30c的充电状态，控制电路26可以控制多路开关46a，b中任何一个以便使电池模块30b，c中的一个模块连接对应的转换器50a，b的输入端，并且控制对应的输出多路开关48a，b以使所选择的转换器50a，b与电池模块30a耦接。
在一个实施例中，控制电路26可以控制开关电路22b以使电池模块30a-c中多个模块为电池模块30a-c中的一个模块充电。例如，在一种实施例中，如果电池模块30a的充电状态低于其他电池模块30b，c的充电状态，则可以控制输入多路开关46a以使电池模块30b与转换器50a的输入端耦接，同时，可以控制输入多路开关46b以使电池模块30c与转换器50b的输入端耦接，并且输出多路开关48a，b能使转换器50a，b的输出端与电池模块30a耦接，以便与仅仅使用电池模块30b，c中的一个模块来充电相比，能够以更快速度为电池模块30a充电。
在一个实施例中，可将多路开关46a，48a视为形成一条路径，而将多路开关46b，48b视为形成另一条路径。在一个实施例中，电池系统10b可以控制开关电路22b以同时形成多组电池模块。例如，如果电池系统10b包括额外的在主端子14，16之间串联的电池模块(未示出)，则控制电路26可以控制多路开关46a，48a以使用电池模块30a为电池模块30b充电，并且同时控制多路开关46b，48b以使用额外的电池模块为电池模块30c充电。因此，在一个实施例中，转换器50a-50b中多于一个转换器可以同时从电池模块30a-30c中的不同模块接收电能并且将该电能施加到电池模块30a-30c中的不同模块，以实施平衡操作。
本公开文本的至少一些方案使用隔离式转换电路(例如，隔离式DC-DC转换器)，该转换电路针对可与转换电路耦接的电池模块的选择提供了增强的灵活性，以提供电池模块的充电状态平衡性。根据以上描述的另外一些方案，与不使用平衡电路的其他配置方式相比，可以从使用所公开的平衡电路的设置方式的充电电池模块提取额外的电能。例如，如上所述，在从多个电池模块中的一个模块向充电状态低于额定充电状态的多个电池模块中的另一个模块放电的过程中，能够提供电能，以避免多个电池模块(和电池)中的上述另一个模块处于完全放电状态。因此，本公开文本的一些设置方式可以降低或避免这种情形：当电池包含额外的电荷时(即在多个电池模块中的一个或多个模块中包括这些电荷)时，电池被指示放电(甚至可能被指示断开)。本公开文本的一些设置方式通过直接将期望的电池模块耦接至转换电路的输入端和输出端还提供了增强的效率，而不必使用多个不同电路在多个不同电平间来回充电。
进一步地，在此提出的方案为本公开文本的说明性实施例的结构和/或运行做出教导。本公开文本的申请人认为除了那些已经明确公开的内容外，这些描述的说明性实施例还包括、公开或描述进一步的创造性方案。例如，与在说明性实施例中描述的那些特征相比，额外的创造性方案可以包括更少、更多和/或替换的特征。在更具体的示例中，申请人认为该公开文本包括、公开和描述的方法包括比所明确描述的那些方法的更少、更多和或可替换的步骤，并且该设备比明确公开的结构包括更少、更多和/或可替换的结构。
根据公开的法规，针对结构或方法特征，本发明已经用语言进行或多或少的具体描述。可以理解的是，由于在此公开的手段包括实施本发明的优选的方式，然而，本发明并不限于示出或描述的特定特征。因此，在大致基于等同变换原则进行解释的基础上，本发明的任何形式或变换落入到随附的权利要求的合理范围内。

Claims (47)

1.一种电池系统，包括：
转换电路；
多个主端子，配置成与负载、充电器以及在所述主端子之间彼此串联耦接的多个充电电池模块耦接；
开关电路，配置成使所述多个电池模块中的第一电池模块与所述转换电路的输入端耦接；以及
所述转换电路配置成修改从所述第一电池模块接收的电能的电气特性并且将具有修改后的特性的电能输出给所述多个电池模块中的第二电池模块。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述转换电路包括至少一个配置成修改电能的电气特性的DC-DC转换器，所述电能的电气特性包括电能的电压。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述DC-DC转换器配置成接收具有不同电压的电能并且输出具有基本上恒定电压的电能。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述至少一个DC-DC转换器包括隔离式转换器，其中所述DC-DC转换器的输入端和输出端不共享共同的参考电压。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述第一电池模块和所述第二电池模块分别直接与包括电池系统的正极端子和负极端子的所述多个主端子耦接。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述开关电路配置成选择性地在第一时刻适时地使所述转换电路的输入端仅仅与所述第一电池模块耦接，以及有选择地在第二时刻适时地使所述转换电路的输入端仅仅与所述多个电池模块中的第三电池模块耦接。
7.如权利要求1所述的系统，还包括控制电路，配置成监控所述多个电池模块，并且根据上述监控控制所述开关电路选择性地使所述第一电池模块与所述转换电路耦接。
8.如权利要求7所述的系统，其中由于所述第一电池模块的充电状态低于所述多个电池模块中的其他模块的充电状态，所述控制电路配置成控制所述开关电路选择性地使所述第一电池模块与所述转换电路耦接。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述控制电路配置成控制所述开关电路选择性地使所述第二电池模块与所述转换电路的输出端耦接。
10.如权利要求9所述的系统，其中由于所述第二电池模块的充电状态低于所述多个电池模块中的其他模块的充电状态，所述控制电路配置成控制所述开关电路选择性地使所述第二电池模块与所述转换电路的输出端耦接。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述转换电路包括：
第一转换器，与所述第一电池模块和所述第二电池模块耦接；以及
第二转换器，其中所述开关电路配置成在将所述第一电池模块与所述第一转换器的输入端耦接过程中，选择性地使所述第二转换器的输入端与所述多个电池模块的第三电池模块耦接，并且选择性地使所述第二转换器的输出端耦接至所述第一电池模块。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述转换电路包括：
第一转换器，与所述第一电池模块和所述第二电池模块耦接；以及
第二转换器，其中所述开关电路配置成在将所述第一转换器耦接至所述第一电池模块和所述第二电池模块过程中，选择性地使所述第二转换器的输入端与所述多个电池模块中的第三电池模块耦接，并且选择性地使所述第二转换器的输出端与所述多个电池模块中的第四电池模块耦接。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述开关电路和所述转换电路配置成从所述第一电池模块向所述第二电池模块提供电能，以增强所述第二电池模块的充电状态。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述开关电路配置成使所述转换电路的输入端直接与所述第一电池模块耦接，并且其中所述转换电路的输出端直接与所述第二电池模块耦接。
15.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一电池模块和所述第二电池模块的模块端子彼此不直接耦接。
16.如权利要求1所述的系统，还包括：所述多个充电电池模块中的每个模块配置成存储电能。
17.如权利要求1所述的系统，其中，所述开关电路配置成在所述电池模块充电过程中使所述第一电池模块与所述转换电路电性耦接。
18.如权利要求1所述的系统，其中，所述开关电路配置成在所述电池模块放电过程中使所述第一电池模块与所述转换电路电性耦接。
19.如权利要求1所述的系统，其中所述开关电路配置成使所述第一电池模块和所述第二电池模块与所述转换电路电性耦接，以平衡所述第一电池模块和所述第二电池模块的充电状态。
20.如权利要求1所述的系统，其中所述开关电路配置成仅仅使所述第一电池模块与所述转换电路的输入端耦接。
21.一种电池系统，包括：
多个充电电池模块，在配置成与负载和充电器耦接的多个主端子之间串联耦接；以及
平衡电路，配置成接收来自所述多个充电电池模块中的第一充电电池模块的电能，修改所述电能，以及从所述第一充电电池模块向所述多个充电电池模块中的第二充电电池模块提供修改后的电能，以至少能降低所述第一电池模块的充电状态或增强所述第二电池模块的充电状态。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述平衡电路配置成向所述第二电池模块提供修改后的电能，以相比于向所述第二电池模块提供修改后的电能前，所述第一充电电池模块和所述第二充电电池模块的充电状态，增加所述第一充电电池模块和所述第二充电电池模块的充电状态的平衡。
23.如权利要求21所述的系统，其中所述平衡电路配置成修改仅仅来自所述第一充电电池模块的电能。
24.如权利要求21所述的系统，其中所述平衡电路包括配置成修改电能的电压的DC-DC转换器。
25.如权利要求21所述的系统，其中所述第一充电电池模块和所述第二充电电池模块同时与所述平衡电路的转换电路耦接，并且所述转换电路配置成修改电能。
26.一种充电电池系统的运行方法，包括：
为充电电池的彼此串联耦接的多个充电电池模块充电；
从所述多个充电电池模块向负载释放电能；
选择所述多个充电电池模块中的第一电池模块；
根据上述选择，修改来自于所述第一电池模块的电能的电气特性；以及
在修改电气特性后，将修改后的电能施加到所述多个充电电池模块中的第二电池模块，以至少降低所述第一电池模块的充电状态或增强所述第二电池模块的充电状态。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述选择包括由于所述第一电池模块的充电状态高于所述第二电池模块的充电状态而进行选择。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述选择包括响应低于所述多个电池模块的额定充电状态的所述第二电池模块的充电状态而进行选择。
29.如权利要求26所述的方法，其中，所述施加包括仅仅将来自于所述多个电池模块中的所述第一电池模块的电能施加到所述第二电池模块。
30.如权利要求26所述的方法，其中，所述选择，所述修改和所述施加包括由于所述第二电池模块的充电状态低于所述多个电池模块的额定充电状态而进行选择、修改和施加。
31.如权利要求26所述的方法，还包括使用所述第一电池模块和所述第二电池模块中的对应模块直接向所述充电电池的多个主端子中的个别端子传导电流。
32.如权利要求26所述的方法，其中所述施加包括在充电过程中实施施加。
33.如权利要求26所述的方法，其中所述施加包括在放电过程中实施施加。
34.如权利要求26所述的方法，其中所述修改包括修改电气特性，所述电气特性包括电能的电压。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述修改电压包括使用DC-DC转换器修改电压。
36.如权利要求26所述的方法，其中所述施加包括实施施加以平衡所述第二电池模块和所述多个充电电池模块中的其他电池模块的充电状态。
37.如权利要求26所述的方法，其中所述施加包括所述实施施加以平衡所述第一电池模块和所述多个电池模块中其他电池模块的充电状态。
38.如权利要求26所述的方法，还包括：由于所述选择，将所述第一电池模块与DC-DC转换器耦接，并且其中所述修改包括使用所述DC-DC转换器修改。
39.一种充电电池系统运行方法，包括：
监控多个彼此串联耦接的充电电池模块的充电状态；
检测充电状态低于所述多个充电电池模块中的第二电池模块的充电状态的第一电池模块；
修改来自于所述第二电池模块的电能；以及
在修改所述电能后，将来自于所述第二电池模块的电能施加到所述第一电池模块，以至少增强所述第一电池模块的充电状态或降低所述第二电池模块的充电状态。
40.如权利要求39所述的方法，其中所述修改和所述施加包括由于所述第一电池模块的充电状态低于所述多个电池模块的额定充电状态而进行修改和施加。
41.如权利要求39所述的方法，其中所述修改和所述施加包括由于所述第二电池模块的充电状态高于所述多个电池模块的额定充电状态而进行修改和施加。
42.如权利要求39所述的方法，其中所述修改包括修改电能的电压。
43.如权利要求42所述的方法，其中所述修改电压包括使用DC-DC转换器进行修改。
44.如权利要求39所述的方法，其中所述修改包括接收具有多个不同电压值的电能以及输出具有基本上恒定电压的电能。
45.如权利要求39所述的方法，其中所述检测包括检测充电状态低于所述多个电池模块的额定充电状态的所述第一电池模块。
46.如权利要求39所述的方法，其中所述施加包括：
将开关电路配置成仅仅使所述第二电池模块与DC-DC转换器的输入端耦接；以及
从所述DC-DC转换器向所述第一电池模块输出电能。
47.如权利要求39所述的方法，其中所述施加包括：仅仅施加来自于所述第二电池模块的电能。
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