CN102577017A - 用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡 - Google Patents

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阿里·贾巴里
刘庆贵
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Abstract

本发明涉及一种系统，其包括多个电力模块(502、802a到802n)，其各自具有多个串联耦合的电力单元(504、804)。每一电力模块具有基于所述电力模块中的所述电力单元的电荷的电荷。所述系统还包括多个有源单元平衡电路(100、200、300、806a到806n、900)，其各自经配置以大体上平衡所述电力模块中的相关联一者中的所述电力单元的所述电荷。所述系统进一步包括有源模块平衡系统(800)，其经配置以通过为所述电力模块的第一子集充电及/或为所述电力模块的第二子集放电，来大体上平衡所述电力模块的所述电荷。所述有源模块平衡系统可包括多个模块平衡电路(808a到808n)，其各自与所述电力模块中的一者相关联，且经配置以为其相关联的电力模块充电或放电。直流DC总线(810)可经配置以在所述模块平衡电路之间输送DC电力。

Description

用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡
相关申请案的交叉参考及优先权主张
本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2009年9月16日申请的第61/243,072号美国临时专利申请案的优先权，所述申请案特此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上是针对电力供应充电及放电系统。更明确地说，本发明是针对用于电池或其它电力供应的有源单元及模块平衡。
背景技术
现代电池(例如大型锂离子电池)通常包括多个串联的电池单元。遗憾的是，由电池中的每一个别电池单元提供的实际输出电压可略微地变化。这可在所述电池单元的充电或放电期间引起问题。在一些系统中，可使用电压检测电路来确定每一电池单元的输出电压，且可使用电压平衡系统来补偿所述电池单元的输出电压的变化。
考虑串联连接的电池单元，其中每一电池单元理想地经设计以提供3.8V的输出电压。电压检测电路可确定所述电池单元中的一者实际上具有3.9V的输出电压。常规的无源电压平衡系统通常包括耗散来自具有过量输出电压的电池单元的电能的电阻器。在此实例中，电能的耗散引起3.9V的输出电压下降到所要的3.8V的电平。然而，因为电能是使用电阻器来耗散的，所以这可导致大量的能量从所述电池单元损失，此缩短了所述电池的操作寿命。
发明内容
附图说明
为了更完整地理解本发明及其特征，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：
图1说明根据本发明的实例有源单元平衡电路；
图2说明根据本发明的另一个实例有源单元平衡电路；
图3说明根据本发明的并入有开关驱动电路的实例有源单元平衡电路；
图4说明根据本发明的可在有源单元平衡期间使用的实例算法；
图5说明根据本发明的具有多个模块(各自具有多个电力单元)的实例电力组；
图6说明根据本发明的各种电池的实例安全操作区；
图7说明根据本发明的模块中的电力单元上的实例不均匀电压电平；
图8说明根据本发明的实例有源模块平衡系统；以及
图9说明根据本发明的支持模块内的有源单元平衡的实例双向有源单元平衡电路。
具体实施方式
下述的图1到9及本专利文献中用于描述本发明的原理的各种实施例是仅作为说明的，且不应以任何限制本发明的范围的方式来解释。所属领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的经合适布置的装置或系统中实施。
有源单元平衡
在本发明的一个方面中，揭示可平衡在单个模块内串联连接的多个电力单元(例如单个电池中的多个电池单元)的各种有源单元平衡电路。在一些实施例中，监视器接收与所述电力单元有关的信息，例如电压、电流及温度。使用所述信息，有源平衡电路可操作开关系统来将电源连接到具有较低电压的一个或一个以上电力单元，以将那些电力单元充电到所要的较高电压。有源平衡电路还可操作所述开关系统来从一个或一个以上具有过量电压的电力单元汲取电力，以使所述电力单元达到所要的较低电压。
图1说明根据本发明的实例有源单元平衡电路100。在此实例中，电路100使用基于前沿的有源单元平衡。电路100包括或耦合到多个串联连接的电力单元102a到102n。每一电力单元102a到102n分别耦合到两个开关104a1到104a2、104b1到104b2、…、104n1到104n2。电力单元102a到102n表示模块内的任何合适的电力来源，例如电池内的电池单元。开关104a1到104n2表示任何合适的切换装置，例如晶体管。
监视器电路106接收关于电力单元102a到102n的信息，例如关于与电力单元102a到102n相关联的电压、电流及温度的信息。在此实例中，所述信息包括分别来自电力单元102a到102n的电压值V1到Vn。所述信息还包括流经电力单元102a到102n的总电流I及电力单元102a到102n的一个或一个以上温度TEMP。注意，所使用的温度传感器的数目及它们的位置可取决于特定应用的性质。单个电力单元可与一个或多个温度传感器相关联，且/或单个温度传感器可测量一个或多个电力单元的温度。监视器电路106表示用于监视电力单元的任何合适的结构，例如集成电路或“IC”。
如图1中所展示，开关104a1到104a2将电力单元102a的相对端耦合到变压器108的相对端。开关104b1到104b2至104n1到104n2分别将电力单元102b到102n的相对端耦合到变压器108的相对端。二极管110耦合在变压器108的一端与开关104a1、104b1、…、104n1之间。电容器112耦合到二极管110且耦合到变压器108的另一端。
监视器电路106的输出经由信号线路114连接到模块控制器116。信号线路114将来自监视器电路106的电压、电流及温度信息或其它信息提供到模块控制器116。信号线路114表示任何合适的信号迹线或其它通信路径。模块控制器116操作以基于所述信息来控制电力单元102a到102n的充电。
在此实例中，模块控制器116包括电荷状态(SOC)估计模块118，其估计电力单元102a到102n中的每一者的电荷状态。通信模块120促进与中央控制器的通信，所述中央控制器可支持模块平衡(在下文中描述)。所述通信可通过隔离的通信链路来发生。模块控制器116进一步包括内部电力管理模块122，其可控制模块控制器116的总体操作。此外，模块控制器116包括有源单元平衡模块124。有源单元平衡模块124控制开关104a1到104n2的操作。电压传感器126与电容器112并联连接，且有源单元平衡模块124接收来自电压传感器126的电压信息。有源单元平衡模块124还控制晶体管128的操作，可关断所述晶体管128来中断变压器108的操作。模块控制器116表示用于控制有源单元平衡的任何合适的结构。电压传感器126表示用于感测电压的任何合适的结构。晶体管128表示任何合适的晶体管装置。
在操作的一个方面中，监视器电路106可连续地、接近连续地或间歇性地监视来自电力单元102a到102n的电压、电流及温度信息。监视器电路106可将各种信息发送到模块控制器116。如果模块控制器116确定第一电力单元102a为最弱的单元(具有最低的输出电压)，那么有源单元平衡模块124可引起开关104a1到104a2闭合，且引起其它开关104b1到104n2断开。这引起来自变压器108的次级侧的电流流经二极管110、开关104a1、电力单元102a及开关104a2后回到变压器108的次级侧。这提供额外的电荷来为电力单元102a充电。模块控制器116可确定何时电力单元102a已被充分地充电(例如何时其达到电力单元102a到102n的平均电荷)，且引起有源单元平衡模块124断开开关104a1到104a2。此过程可被重复任何次以为电力单元102a到102n中的任一者充电。
变压器108、二极管110及开关104a1到104n2有效地起到耦合到电力单元102a到102n的可控电流源的作用。这些可控电流源可用于个别地或分群组地(如下文所描述)为电力单元102a到102n中的任一者充电。因为此，有源单元平衡电路100可帮助保持电力单元102a到102n的输出电压都处于或接近所要的电平。此处可使用任何其它合适的可控电流源。
图2说明根据本发明的另一个实例有源单元平衡电路200。在此实例中，电路200使用基于回扫的有源单元平衡。电路200使用回扫(升压类型)转换器来从具有不合意的较高电压的电力单元汲取电流。电路200识别具有较多电压的电力单元，且接着引起所述电力单元将其电压的一部分转移回到整个电力单元串。
如图2中所展示，电路200包括电力单元202a到202n，其中每一者耦合到两个开关204a1到204a2、204b1到204b2、…、204n1到204n2。电力单元202a到202n还耦合到监视器电路206。有源单元平衡电路200还包括变压器208、二极管210及电容器212。有源单元平衡电路200进一步包括将来自监视器电路206的电压、电流及温度信息或其它信息提供到模块控制器216的信号线路214。模块控制器216包括SOC估计模块218、通信模块220、内部电力管理模块222及有源单元平衡模块224。晶体管228耦合到变压器208的次级侧。这些组件中的许多可在结构上与图1中的对应组件相同或类似。
基于回扫的有源单元平衡电路200以稍微类似于基于前沿的有源单元平衡电路100的方式来操作。然而，电流的流动是从变压器208的初级侧通过二极管210到电力单元串(在电力单元202a处开始)的顶部。并且，有源单元平衡模块224接收来自变压器208的次级侧的电压信号。
在操作的一个方面中，监视器电路206可连续地、接近连续地或间歇性地监视电力单元202a到202n。模块控制器216可确定哪一电力单元具有最高的电压。模块控制器216接着引起所述电力单元稍微被放电到较低电压。脉冲充电及放电可用于加速此实例中的充电/放电过程。
图3说明根据本发明的并入有开关驱动电路的实例有源单元平衡电路300。明确地说，图3的电路300在结构上类似于图1的电路100。注意，所述开关驱动电路可用于其它有源平衡电路中，例如图2的电路200。
在此实例中，电路300包括电力单元302a到302n、变压器308、二极管310、电容器312、具有微控制器接口的SOC估计模块318及晶体管328。在特定实施例中，监视器电路306可表示来自国家半导体公司(NATIONAL SEMICONDUCTORCORPORATION)的LMP8631模拟前端。电路300还包括耦合在二极管310与电容器312之间的电感器311，以及耦合到二极管310及电感器311且耦合到电容器312的二极管313。
电路300使用一对开关来将电力单元的一端耦合到变压器308，而不是使用单个开关将电力单元302a到302n的一端耦合到变压器308。举例来说，晶体管304及304′可用于将电力单元302a的一端耦合到变压器308。二极管305及305′分别表示晶体管304及304′的体二极管。驱动器电路330及330′分别驱动晶体管304及304′，且分别具有升压电容器332及332′，其可表示芯片外电容器。
在此实例中，每一驱动器电路330及330′包括接收供应电压VDD的二极管334。欠电压闭锁(UVLO)单元336检测何时供应电压VDD下降到低于阈值电平。施密特(Schmitt)触发器338接收输入驱动信号(Din_R或Din_L)，且产生用于电平移位器340的输出信号，所述电平移位器340使所述输出信号的电压电平移位。“与”门342接收UVLO单元336及电平移位器340的输出，且将输入提供到驱动器344。驱动器344产生用于晶体管304及304′中的一者的驱动信号。在特定实施例中，驱动器电路330及330′可表示来自国家半导体公司的LM5101A高电压高侧及低侧栅极驱动器。
在图3中，每一升压电容器332或332′可具有始于其相关联的驱动器334，通过所述升压电容器且通过其相关联的左晶体管304的体二极管305或305′的电荷路径。每一左晶体管304有效地具有位于其左侧上的浮动电流源。因此，每一升压电容器332或332′可被充电，因为所述浮动电流源节点正周期性地拉到接地。还可使用耦合到所述驱动器电路的输出的晶体管346来停用或启用各种驱动器电路。
在一些如上文所述的实施例中，有源单元平衡电路可为单个模块内的个别电力单元充电或放电。为单个模块内的若干群组电力单元充电或放电也是可能的。图4说明根据本发明的可在有源单元平衡期间使用的实例算法。
在此实例中，有源单元平衡电路最初可每次为三个串联耦合的单元充电，而不是每次仅为一个单元充电。举例来说，所述有源单元平衡电路可为单元5到7(群组1)一起充电，持续一定时间直到单元7达到最大电压单元(在此情况中为单元4)的电压为止。接着，单元1到3(群组2)可被充电，直到单元2达到单元4的电压为止。此后，单元10到12(群组3)可被充电，直到单元10达到单元4的电压为止。此时，可个别地为单元充电，而不是每次为三个单元充电。
如此处所展示，多个电力单元(例如三个单元)可同时被充电，而不是每次仅为一个电力单元充电。一旦若干群组单元已被充分地充电，所述算法即可切换，且开始个别地为单元充电。可使用类似的算法来为若干群组单元一起放电。此算法可允许若干次较快的充电或放电。还可使用方法的组合，(例如)其中在个别单元被充电/放电之前，若干群组单元被充电到单元的平均电荷，且若干群组单元被放电到单元的平均电荷。
在许多情形中，有源单元平衡可为有用的。作为特定实例，有源单元平衡(例如图1到3中所展示)在模块中的一些(但不是所有)单元正被替换的情形下可为有用的。在所述情况下，可需要有源单元平衡，因为在较旧单元的电荷电平与较新单元的电荷电平之间可能存在较大的差别。在没有平衡的情况下，将较旧与较新单元充电到相对相等的电平可为不可能的。这可能显著干扰所述模块的操作，且可迫使对所述模块中的所有电池都进行替换，即使是可能仍保持足够电荷的电池单元也不例外。并且，相对于图4描述的群组充电/放电算法可用于提高所述较旧及较新电池单元的平衡发生的速度。
有源模块平衡
在本发明的另一个方面中，提供可调节多个模块(例如多个电池)(其中每一者可包含多个电池单元或其它电力单元)的各种模块平衡电路。在一些实施例中，所述多个模块可形成一个或多个组，例如一个或多个电池组。
图5说明根据本发明的具有多个模块502(各自具有多个电力单元504)的实例电力组500。在此实例中，模块502经串联耦合且提供输出电压组+/组-。并且，若干群组单元504并行地布置，且并行的若干群组单元504经串联耦合以形成每一模块502。每一模块502可表示由多个电池单元形成的电池。
图6说明根据本发明的各种电池的实例安全操作区。如图6中所展示，在所有充电及放电条件下，每一模块502中的所有单元504通常必须在指定的安全操作区内操作。在图6中，线表示不同电池的安全操作区。一般来说，这些电池的安全操作区在2.0到3.5V之间。
图7说明根据本发明的模块中的电力单元上的实例不均匀电压电平。如图7中所展示，失配问题可影响单元504的充电。在图7中，线702表示充电之前，各种模块中的单元504上的电荷，且线704表示充电之后，各种模块中的单元504上的电荷。如此处可见，失配问题可阻止许多单元504被充电，且可能地可迫使单元504中的一些在2.0到3.5V的范围之外操作。任何模块平衡方法均可考虑此安全操作区。
图8说明根据本发明的实例有源模块平衡系统800。在此实例中，有源模块平衡系统800包括多个模块802a到802n，其中每一者包括串联耦合的多个电力单元804。模块802a到802n中的每一者具有对应的模块控制器806a到806n，其中每一者包括用于在对应的模块内执行有源单元平衡的有源单元平衡电路。举例来说，每一模块控制器806a到806n可包括上述或下述有源单元平衡电路中的任一者。
有源模块平衡系统800进一步包括多个模块平衡电路808a到808n。模块平衡电路808a到808n可控制提供到模块802a到802n的电力或从模块802a到802n移除的电力，这可帮助控制模块802a到802n的充电或放电。模块平衡电路808a到808n耦合到内部直流(DC)总线810，其用于将DC电力路由到模块平衡电路808a到808n的路径及在模块平衡电路808a到808n之间路由DC电力。
中央控制单元812监视由模块802a到802n提供的电流。此处，中央控制单元812包括由模块802a到802n提供的电流流经其的电阻器814。中央控制单元812还包括放大越过电阻器814的电压差的差别放大器816。模/数转换器(ADC)818使用由精度参考820提供的参考电压(VREF)来数字化差别放大器814的输出。ADC 818可表示16位ADC，且精度参考820可表示任何合适的参考电压源。中央控制器822使用ADC 818的经数字化的输出。
中央控制单元822还可通过总线824与模块控制器806a到806n通信。中央控制单元822可进一步操作以控制由模块平衡电路808a到808n及模块控制器806a到806n执行的平衡。
在一些实施例中，中央控制单元822使用电阻器814来执行电流感测。中央控制单元822还执行针对模块802a到802n及它们的单元804的电荷状态或健康状态(SOH)估计。中央控制单元822进一步执行模块平衡控制以确定如何平衡模块802a到802n，且将必要的数据传送到模块802a到802n及模块控制器806a到806n。
在特定实施例中，在模块平衡期间，内部DC总线810可用于模块802a到802n之间的能量缓冲及转移。模块控制器806a到806n及模块平衡电路808a到808n可接收来自中央控制单元812的SOC信息。具有最高SOC的模块可直接通过内部DC总线810为具有最低SOC的模块充电。当处于放电状态中时，模块平衡电路808a到808n可以电压模式操作，且当处于充电状态中时，模块平衡电路808a到808n可以电流模式操作(但当处于充电及放电状态中时，可使用其它模式，例如当处于放电状态中时，以电流模式操作，且当处于充电状态中时，以电压模式操作)。
双向有源平衡
在本发明的又一个方面中，揭示可平衡一个或一个以上模块中的多个电力单元的各种双向有源平衡电路。在这些实施例中，有源平衡电路将电力从一个或一个以上电力单元(例如具有较高电荷的电力单元)转移到一个或一个以上其它电力单元(例如具有较低电荷的电力单元)是可能的。注意，上述模块平衡电路已经指示内部DC总线810上的电力转移可为双向的，表示有源模块平衡系统800可支持总线810上的双向电力转移。
返回参考图7，由线702中的最低电荷表示的单元可表示需要充电的单元(相比于其它单元)。类似地，由线704中的最高电荷表示的单元可表示需要放电的单元(相比于其它单元)。取决于个别单元相对于其它单元的电荷电平，双向有源平衡将允许个别单元充电或放电。如图7中所展示，双向有源平衡将允许具有过量电荷的单元被用于为具有较低电荷的单元充电。
图9说明根据本发明的支持模块内的有源单元平衡的实例双向有源单元平衡电路900。有源平衡电路900包括多个电力单元902a到902n及开关904a1到904a2、904b1到904b2、…、904n1到904n2。有源平衡电路900还包括监视器电路906。此处，监视器电路906的输出被提供到SOC估计模块918，其可识别需要充电及放电的电力单元902a到902n。有源单元平衡控制模块924控制开关904a1到904n2，以便为适当的电力单元902a到902n充电或放电。
双向经隔离DC/DC转换器950用于将平衡电流提供到电力单元902a到902n或从电力单元902a到902n提供平衡电流，以便支持有源平衡。流进或流出模块的电流(IMODULE)及流进或流出单元902a到902n的电流(ICELL)可通过有源单元平衡控制模块924来测量且可被有源单元平衡控制模块924使用。如果用于有源模块平衡系统800中，那么DC/DC转换器950可形成模块平衡电路808a到808n的一部分，且通过DC总线810来转移电力。
在一些实施例中，可针对每一单元902a到902n进行电压、温度及/或电流感测以估计其电荷状态。可将电流或电荷从所述模块注入到具有最少SOC的单元中，且具有最多SOC的单元可被放电回到所述模块。平衡电流(充电或放电)注入可以叠加在主要模块充电/放电电流(用于平衡所述模块)上的方式来执行。平衡电流(两个方向)可通过双向DC/DC转换器950来处置，且开关矩阵可处置为哪一个单元充电或放电。
再一次，作为特定实例，在组(由多个模块形成)中的一些(但不是所有)电力单元正被替换的情形中，有源模块平衡及双向平衡可为有用的。可需要有源平衡，因为在较旧模块的电荷电平与较新模块的电荷电平之间可能存在较大的差别。
虽然图式已说明用于如上文所述的有源平衡的各种实施例，但是可对这些图式做出任何数目的改变。举例来说，可使用这些电路来平衡任何数目的模块中的任何数目的电力供应。并且，注意，作为对电池中的电力单元的代替或除电池中的电力单元之外，可使用其它电力供应，例如超级电容器。
陈述已在此专利文献中使用的某些词及短语的定义可为有利的。术语“耦合”及其派生词是指两个或两个以上组件之间的任何直接或间接联系，不管那些组件是否彼此物理接触。术语“包括”及“包含”，以及其派生词表示包括而无限制。术语“或”是包括性的，表示及/或。短语“与……相关联”及“与之相关联”以及其派生词，可表示包括、被包括在内、与……互连、包含、被包含在内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、可与……连通、与……合作、交错、并列、接近于、结合到或与……结合、具有、具有……的性质、具有到……或与……的关系等。
陈述已在此专利文献中使用的某些词及短语的定义可为有利的。术语“耦合”及其派生词是指两个或两个以上组件之间的任何直接或间接联系，不管那些组件是否彼此物理接触。术语“包括”及“包含”，以及其派生词表示包括而无限制。术语“或”是包括性的，表示及/或。短语“与……相关联”及“与之相关联”以及其派生词，可表示包括、被包括在内、与……互连、包含、被包含在内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、可与……连通、与……合作、交错、并列、接近于、结合到或与……结合、具有、具有……的性质、具有到……或与……的关系等。
虽然本发明已描述了某些实施例及大体相关联的方法，但是对这些实施例及方法的更改及排列对所属领域的技术人员将是显而易见的。因此，对实例实施例的以上描述不限定或限制本发明。在不脱离如所附权利要求书限定的本发明的精神及范围的情况下，其它改变、代替及更改也是可能的。

Claims (20)

1.一种系统，其包含：
多个电力模块，每一电力模块包含多个串联耦合的电力单元，每一电力模块具有基于所述电力模块中的所述电力单元的电荷的电荷；
多个有源单元平衡电路，每一有源单元平衡电路经配置以大体上平衡所述电力模块中的相关联一者中的所述电力单元的所述电荷；以及
有源模块平衡系统，其经配置以通过以下各项中的至少一者来大体上平衡所述电力模块的所述电荷：为所述电力模块的第一子集充电及为所述电力模块的第二子集放电。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述有源模块平衡系统包括：
多个模块平衡电路，每一模块平衡电路与所述电力模块中的一者相关联，且经配置以为其相关联的电力模块充电或放电；及
直流DC总线，其耦合所述模块平衡电路，所述DC总线经配置以在所述模块平衡电路之间输送DC电力。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
每一模块平衡电路经配置以在为其相关联的电力模块放电时以电压模式操作；且每一模块平衡电路经配置以在为其相关联的电力模块充电时以电流模式操作。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述有源模块平衡系统进一步包含：
控制器，其经配置以控制所述模块平衡电路。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包含多个双向经隔离直流到直流DC/DC转换器，每一DC/DC转换器与所述电力模块中的一者相关联，且经配置以产生用于为其相关联的电力模块中的所述电力单元充电及放电的平衡电流。
6.根据权利要求5所述的系统，其中每一DC/DC转换器经配置以将用于其相关联的电力模块的所述平衡电流叠加到用于其相关联的电力模块的电力模块充电或放电电流上。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述有源单元平衡电路中的每一者包含以下各项中的一者：基于前沿的有源单元平衡电路及基于回扫的有源单元平衡电路。
8.根据权利要求1所述的系统，其中与所述电力模块中的一者相关联的所述有源单元平衡电路包含：
变压器；及
开关矩阵，其包含多个开关，所述多个开关经配置以选择性地将所述电力模块中的所述电力单元耦合到所述变压器及从所述变压器去耦，以便控制所述电力模块中的所述电力单元的充电及放电。
9.根据权利要求8所述的系统，其中与所述电力模块中的一者相关联的所述有源单元平衡电路进一步包含：
控制器，其经配置以控制所述开关矩阵，以便在为所述电力模块中的个别电力单元充电或放电之前，为所述电力模块中的若干群组电力单元充电或放电。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述电力模块包含电池，且所述电力单元包含电池单元。
11.一种设备，其包含：
多个有源单元平衡电路，其经配置以耦合到多个电力模块，所述电力模块中的每一者包含多个串联耦合的电力单元，每一有源单元平衡电路经配置以大体上平衡所述电力模块中的相关联一者中的所述电力单元的电荷；
多个模块平衡电路，其经配置以耦合到所述电力模块，所述模块平衡电路经配置以通过以下各项中的至少一者来平衡所述电力模块的电荷：为所述电力模块的第一子集充电及为所述电力模块的第二子集放电；
直流DC总线，其耦合所述模块平衡电路，所述DC总线经配置以在所述模块平衡电路之间输送DC电力；及
至少一个控制器，其经配置以控制所述有源单元平衡电路及所述模块平衡电路。
12.根据权利要求11所述的设备，其中：
每一模块平衡电路经配置以在为其相关联的电力模块放电时以电压模式操作；且每一模块平衡电路经配置以在为其相关联的电力模块充电时以电流模式操作。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述设备包含多个双向经隔离直流到直流DC/DC转换器，每一DC/DC转换器与所述电力模块中的一者相关联，且经配置以产生用于为其相关联的电力模块中的所述电力单元充电及放电的平衡电流。
14.根据权利要求13所述的设备，其中每一DC/DC转换器经配置以将用于其相关联的电力模块的所述平衡电流叠加到用于其相关联的电力模块的电力模块充电或放电电流上。
15.根据权利要求11所述的设备，其中与所述电力模块中的一者相关联的所述有源单元平衡电路包含：
变压器；及
开关矩阵，其包含多个开关，所述多个开关经配置以选择性地将所述电力模块中的所述电力单元耦合到所述变压器及从所述变压器去耦，以便控制所述电力模块中的所述电力单元的充电及放电。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述至少一个控制器经配置以控制所述开关矩阵，以便在为所述电力模块中的个别电力单元充电或放电之前，为所述电力模块中的一者中的若干群组电力单元充电或放电。
17.一种方法，其包含：
在具有多个串联耦合的电力单元的多个电力模块中的每一者中，大体上平衡所述电力模块中的所述电力单元的电荷，其中所述电力模块的电荷是基于所述电力模块中的所述电力单元的所述电荷；及
通过以下各项中的至少一者来大体上平衡所述电力模块的所述电荷：为所述电力模块的第一子集充电及为所述电力模块的第二子集放电，其中使用DC总线来在所述电力模块之间传送直流DC电力。
18.根据权利要求17所述的方法，其中大体上平衡每一电力模块中的所述电力单元的所述电荷及大体上平衡所述电力模块的所述电荷包含：
使用多个双向经隔离直流到直流DC/DC转换器，每一DC/DC转换器与所述电力模块中的一者相关联，且产生用以为其相关联的电力模块中的所述电力单元充电及放电的平衡电流。
19.根据权利要求18所述的方法，其中每一DC/DC转换器将用于其相关联的电力模块的所述平衡电流叠加到用于所述电力模块的电力模块充电或放电电流上。
20.根据权利要求17所述的方法，其中大体上平衡所述电力单元的所述电荷包含：
在每一电力模块中，操作包含多个开关的开关矩阵来选择性地将所述电力模块中的所述电力单元耦合到变压器及从变压器去耦，以便控制所述电力模块中的所述电力单元的充电及放电。
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