CN103782413A

CN103782413A - 包括串行或并行设置的电池单元的块结构电池

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Publication number: CN103782413A
Application number: CN201280042887.XA
Authority: CN
Inventors: G·德佩斯
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: WO2013007810A1; CN103782413B; FR2977986B1; EP2735038B1; US20140287278A1; US9673431B2; FR2977986A1; EP2735038A1

Abstract

本发明涉及一种电池，包括设置在彼此串联的多个模块（112）中的多个电池单元，其特征在于，包括具有上端子和下端子的至少一个块（120），在这两个端子之间布置有两个电池单元（111）和至少三个开关（113），以便能够把这两个电池单元（111）设置为在这两个端子之间串联或并联，并且该电池包括所述至少一个块的开关（113）的控制电路（127）。

Description

包括串行或并行设置的电池单元的块结构电池

本发明涉及电池，更具体地涉及包括多个基本电池单元的多个级的电池。本发明还涉及管理电池的方法。

图1和图2示出根据现有技术的电池，也称电池组。这样的电池组，下文简称为电池，由多个基本电池组成。这样的基本电池例如呈柱状，包括多个正电极和负电极，其呈由电解质层和膜分隔开的缠绕为螺旋形的层或叠瓦同心筒的形式。这些基本元件表示基本电池的结构的活性部分，也就是说，其形成直接参与能量的存储和释放的功能的集合。在该示例中，该活性部分是化学属性的。应注意，这样的基本电池，也称为基本单元，可包括基于其它化学成分的活性部分，或者容性属性的活性部分。另一方面，基本电池的活性部分被设置在盒中，该盒的第一外面形成电池的正端子或第一电流收集器，第二外面形成负端子或第二电流收集器。该盒的功能是保持并支撑电池的活性部分，以及其对外界的密封性。该盒包围物理装配体，该物理封闭体形成不可分割的固定的一体组件，其电连接对于基本电池的用户是不可修改的，该用户理解在电池的两个端子上的相等的进入电流和输出电流。因此，称由活性部分和具有两个端子的盒形成的组件为电池或基本单元，更简单称为电池单元。更确切地，图1和2示出的电池包括串行设置的多个级或模块2，每个模块包括多个并行设置的单元1，如图1示意地示出那样。

图2示出这样的电池的当前构造，对于该电池而言每个电池单元呈现柱形并且例如是锂离子电池。在该例子中，每个模块2包括两行且每行10个单元，每行相邻单元的柱形侧面相接触。此外，电池包括十一个重叠模块2，被设置为使得不同模块的柱形单元的轴线对齐以使得单元被这样在纵向方向上对齐。该设置因此允许获得最小体积。

使用这样的现有技术电池来给电机5供电需要DC/DC或DC/AC转换器类型的中间设备6，设置在电池和电机5之间，如图3所示。设备6的功能是调节电池输出电压以满足电机5的需要，以便因此适应电机5的所需力矩和速度。应注意，相同的原理适用于由电池供给的任何负载。另一方面，当电池充电时，等效的设备应该被用在电网和电池之间来跟踪电网的输入电压。这些与电池相关的中间设备的使用具有几个缺点，其中在晶体管和所用其他元件处产生损失，这通常导致附加能量消耗。另一方面，这代表附加体积。

这样的现有技术电池的管理一般包括观测输出端的电量值以便从中推导对其功能的诊断。该方法证明是不够的，因为其不允许精确地确定电池的例如出故障的区域，如模块或某些单元组。实际上导致电池功能的较差优化并且从电池具有故障部分起其性能的快速下降，常伴有其状态的迅速恶化和过早老化。

为了改进该一般方法，存在若干诊断方法，包括观察在电池的模块处的某些量值。该第二方法因此允许更精确地局部观测电池的某些模块的特别性能。然而，其实施是复杂的并且需要使用多个电线，来把中央诊断设备连接到每个模块，这可能引起较大的电气风险，因为电线易于被加热或因摩擦而裸露然后产生短路，例如在两个相对远离并有较高电势差的两个级之间。另一方面，该方案需要中间电流绝缘用来保护中央诊断设备，该设备的与其供电相关联的电势可能与电池中存在的电势相差太大。最后，该方法仅允许以不令人满意的方式作用于电池的总体运转。

除了前述的这样的传统电池之外，文献FR2926168描述了以下电路：其包括与能量生成装置相关联的、多个可切换的能量存储部件，以便在输出端提供可变电压，来适应电机的需要。这样的方法相对于上述常规电池提供使用的灵活性，但不提供对所有上述其他缺陷的任何解决方案。

因此，存在对允许解决现有方案的缺陷的至少一部分的能量存储改进方案的需要，并且本发明寻求达到以下目标的全部或一部分。

本发明的第一目的是提出允许保证随时间延长并可靠操作的能量存储方案。

本发明的第二目的是提出容易适应不同使用要求（如电机的可变需求）的能量存储方案。

为此，本发明涉及一种电池，包括设置在彼此串联的多个模块中的多个电池单元，其特征在于，模块包括具有上端子和下端子的至少一个块，在这两个端子之间布置有两个电池单元和至少三个开关，以便能够把两个电池单元设置为在这两个端子之间串联或并联，并且该电池包括所述至少一个块的开关的控制电路。

至少一个块可以包括第一垂直支路、第二垂直支路和横向支路，第一垂直支路在下端子和上端子之间延伸并依次包括电池单元和开关，第二垂直支路在下端子和上端子之间并且依次包括开关和电池单元，横向支路包括开关并且分别连接设置在两个垂直支路的每个支路的电池单元和开关之间的中间端子。

至少一个块可以包括从电池单元一侧在每个垂直支路上分别设置的两个附加开关。

该电池可以包括具有下端子和上端子的模块，在这两个端子之间设置有两个块，这两个块通过在这两个块的两个下端子之间、在两个上端子之间、以及在第一下块的上端子和第二上块的下端子之间分别设置的三个支路和三个开关连接，以便能够把这两个块设置为串联或并联。

该电池可包括具有下端子和上端子的模块，在这两个端子之间设置有能被设置为串联或并联的多于两个块的多个组合，这些组合能够在模块的下端子和上端子之间借助于多个开关而被设置为串联和/或并联。

该电池可包括具有下端子和上端子的模块，在这两个端子之间设置有用于形成超级块的四个块，该超级块包括具有第一块的第一组合，该第一块连接到模块的下端子并且通过三个开关连接到与模块的上端子连接的第二块，这三个开关允许把这两个块设置为串联或并联，并且该超级块包括设置在模块的下端子和上端子之间与两个块的第一组合并联的另两个块的第二组合。

该电池可包括在两个块的两个组合之间的与上端子和下端子不同的至少一个中间电连接。

该电池可以包括下端子和上端子，在这两个端子之间设置有多个并联的块、和/或彼此并联的两个块的多个组合、和/或并联的多个超级块。

该电池可包括至少一个模块，该模块包括多个开关用于能够消除模块的输出电压和/或用于形成使模块的输出电压反转的反转设备（H桥类型的功能）。

电池的所有模块可包括使输出电压反转的H桥类型的反转设备，用于使输出电压反转、消失或使一个或更多个模块旁路。

该电池可包括由该电池的模块的至少一个电池单元直接供电的至少一个开关的控制电路。

该电池可包括能够使电池的一个模块或相继的多个模块旁路的至少一个开关。

该控制电路可驱动用于形成电池单元的开关的至少一个晶体管，和/或用于形成模块的开关的至少一个晶体管，和/或用于形成模块的两个块之间的串联/并联反转设备的至少一个晶体管，和/或用于形成使模块的输出电压反转或消失的设备（H桥类型的功能）的至少一个晶体管，和/或用于使多个相邻模块旁路的至少一个晶体管。

该电池可包括设置在电池的每个模块之间的电子卡，或者包括上面设置有电池的所有模块的单一电子卡，或者包括每个都与一个或更多个模块相关联的多个电子卡。

该电池可包括测量表征模块的电池单元的状态的量的至少一个传感器，以及模块的开关的控制电路可根据表征其电池单元的状态的量和根据由电池供电的负载的需求来控制这些开关。

该电池可包括测量电池单元处的电流的传感器，和/或测量电池单元的端子处和/或电池单元的开关的端子处的电压的传感器，和/或测量电池单元的温度和/或测量阻抗谱的传感器。

该电池可包括模块和/或中央计算机处的至少一个处理电路，该至少一个处理电路通过控制电路来驱动模块的开关。

该电池可包括中央计算机和通过电流隔离来把不同模块连接到中央计算机的通信总线。

至少一个块的开关可以是晶体管。

该电池可包括具有不同电化学技术的电池单元的多个模块的多个部分。

本发明还涉及一种管理如前所述的电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括确定电池的块的开关的位置以便把块的两个电池单元设置为串联或并联的步骤。

该管理电池的管理方法可包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合设置在垂直支路上的开关，该垂直支路设置在电池的块的下端子和上端子之间，并且打开设置在横向支路上的开关，该横向支路分别连接设置在两个垂直支路的每一个的电池单元和开关之间的中间端子，以便把块的两个电池单元设置为并联，或者

-打开设置在垂直支路上的开关，该垂直支路在电池的块的下端子和上端子之间，并且闭合设置在横向支路上的开关，该横向支路分别连接设置在两个垂直支路的每个的电池单元和开关之间的中间端子，以便把块的两个电池单元设置为串联。

该管理电池的方法可包括当电池的输出端所需要的电流超过某个阈值时使块的两个电池单元并联，并且当电池的输出端所需要的电压超过某个阈值时使块的两个电池单元串联。

该管理电池的方法可包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合设置在电池的块的下端子和上端子之间的垂直支路上的开关以及位于横向支路上的开关，并且打开分别从电池单元一侧设置在每个垂直支路上的附加开关，以便获得块的上端子和下端子之间的零电压差，

-闭合设置在块的下端子和上端子之间的第一垂直支路上的开关并且打开至少一个别的开关，以便断开块的第二垂直支路的电池单元的连接并仅以第一垂直支路的电池单元获得块的运行。

该管理电池的管理方法可包括基于电池的至少一个电池单元对电池的块的开关的控制电路进行供电的供电步骤。

该管理电池的管理方法可包括以下步骤：

-测量电池的电池单元处的表示电池单元的状态的至少一个量；

-把所测得的量传送给至少一个处理电路或计算机；

-通过考虑所测得的量来确定块的开关的位置；

-控制包括所述电池单元的块的至少一个开关的打开或闭合。

该管理电池的方法可包括对所测得的量与阈值进行比较以诊断电池单元的状态、估计电池单元的充电和/或健康状态的步骤。

该管理电池的方法可包括以下步骤的全部或一部分：

-通过在电池连接到负载时优先使用充电最多的电池单元和/或模块，以及在电池充电时优先使用充电最少的电池单元和/或模块，来使模块和/或电池单元彼此平衡；

-通过改变模块和/或电池单元的平均使用率，而无需永久使用相同的模块和/或电池单元，以使得模块和/或电池单元的负载平衡，来使模块和/或电池单元平衡；

-根据模块能够提供的电流来选择模块的使用；

-当所需电流较小时限制温度最高的模块和/或电池单元的使用或优先使用；

-均匀保持电池内的温度。

该管理电池的方法可包括周期性打开/闭合电池的块的至少一个开关以便断开连接/连接块的电池单元的步骤，根据所述电池单元的总使用时间来固定占空比，该总使用时间是根据电池的总电流和电压需要并且根据所考虑的电池单元的诊断而被确定的。

该管理电池的方法可包括在块的处理电路和另一块的处理电路或中央计算机或负载之间通过载波电流来通信的通信步骤。

该管理电池的方法可包括调节电池的输出电压的调节步骤，该调节步骤包括打开/闭合电池的块的开关以便跟随所要求的输出电压设定点的步骤。

该管理电池的方法可包括在电池的延长停止或事故的情况下断开电池的所有电池单元的连接的步骤。

该管理电池的方法可包括诊断所有或一部分开关的操作的步骤。

该管理电池的方法可包括在电池的其余部分正常操作期间估计电池单元的健康状态SOH的步骤，健康状态SOH包括所述电池单元的充电和放电循环。

该管理电池的方法可包括以下估计步骤：通过观察电池单元对强制的或者是在电池正常操作期间的连接和/或断开连接的在电流和/或电压方面的响应，来估计电池单元的复数电抗。

在结合附图非限定地给出的特别实施方式的以下描述中详细描述本发明的这些目的、特征和优点，在附图中：

图1示意地示出根据现有技术的电池的结构。

图2以透视图示出现有技术的这类电池的真实构造。

图3示意地示出使用现有技术的这类电池的电机的用于供电的电路。

图4示意地示出根据本发明的一个实施方式的电池。

图5示出前一实施方式的变型。

图6示出本发明的另一实施方式。

图7示出前一实施方式的变型。

图8示出前一实施方式的变型的管理元件。

图9示出用于实施本发明的实施方式的管理元件的局部供电的变型。

图10和图11示出本发明的其他实施方式的两个变型。

图12示出根据本发明的实施方式的电池的构造中的发明的电气功能的物理实施。

图13更精确地示出本发明的实施方式的每个电子卡上存在的组件。

图14a和图14b示出本发明的实施方式的实施变型。

图15更详细地示出根据本发明的实施方式的该实施变型的电子卡的构造。

图16示出根据本发明的实施方式的电池的构造的功能图。

图17示出集成根据本发明的电池的框架的实施方式。

图18示出被集成到根据本发明的实施方式的机动车辆内部的前述框架。

图19示出根据本发明的电池的伺服控制的实施方式。

图20示出可由根据本发明的电池提供的电压的示例。

图21示意地示出在根据本发明的实施方式的电池内部的载波电流进行通信的原理的实施。

图22至图24示出根据本发明的实施方式的具有不同的并行开关的电池的三个实施变型。

图25示出适于传送三相电压的电池。

根据本发明的有利方面，开关被集成到电池的所有或部分电池单元处，以便允许通过这些开关的控制电路根据所进行的测量和需要来使用或不使用某些电池单元。电池单元此外被组织成特定组的形式，用于实现允许容易地并行或串行设置电池单元的构造，用于适于电池单元的负载和/或状态的需要，并且获得电池的优化、电池的性能及其使用寿命的提高。电池此外有利地在电池单元或模块的全部或一部分处集成测量电容。

在以下图中，出于简化说明的原因，在本发明的每个实施方式中同样的附图标记用于相同或类似的元件。

图4示意地示出本发明的实施方式，其中电池包括被组织为多个模块112的多个单元111。

在该实施方式中，每个模块112包括与下部相邻模块相连的下部端子117以及用于与上部相邻模块串行连接的上部端子118。在端子117和118之间放置的H桥可以用于转换这些端子117和118对于上部和下部相邻模块的连接。每个模块由并行设置在两个端子117和118之间的块120组成。在该实施方式中，每个块120包括在上部端子117和下部端子118之间平行延伸的两个支路，在这两个支路上分别从下到上设置有：在第一支路上的电池单元111和开关K1，以及在第二平行支路上的开关K3和电池单元111。此外，包括第三开关K5的中间支路连接两个平行支路中的每一个上设置的在电池单元111和开关K1、K3之间的两个中间端子116。

该构造允许块120根据开关的位置来处于以下不同的配置：

-如果开关K1和K3闭合并且开关K5打开，则块的两个单元111被平行设置：该配置允许例如在块的输出端获得最大电流释放；

-如果开关K1和K3打开并且开关K5闭合，则块的两个单元111被平行设置：该配置例如允许在块的输出端获得最大电压并且模块112的最大电压释放；

-如果开关K5打开并且两个开关K1或K3中的一个闭合，则块的两个电池单元中的一个起作用，例如参与电池的能量释放；

-最后，如果所有开关打开，则块的两个电池单元与电池的剩余部分断开连接。

因此清楚的是该构造仅通过选择在块的电池单元处设置的三个开关K1、K3、K5的位置来允许每个块并且因此每个模块提供单一电压或双重电压，零、单一或双重电流。为此，下面简单地称这三个开关为“电池单元的开关113”。在特别的实施情况中，如果开关K1和K3在电压方面是双向的，也就是说无反向二极管，则模块上可以有零电压：因此零电压可以仅被模块经由可选开关K6的闭合来施加。

对于所选的实施方式，每个模块112还包括与模块112的块120平行的开关K6114，因此允许模块的整体短路：为此，下文称“模块开关114”。该开关在模块的所有块处于断连配置时是有用的，以便保持在电池的不同模块之间的电连接。

使用这样的电池来为负载、如电机供电，允许消除在现有技术中使用的中间转换器。该操作在后面详细说明。

图5示出一个其中每个块120包括两个附加开关K2、K4的实施变型，K2和K4相对于中间端子116设置在电池单元111一侧，在每个平行支路上。除了已经结合前面的实施而解释的配置之外，这样的构造提供附加配置。其尤其允许通过闭合三个开关K1、K3、K5并且打开另两个开关K2、K4来在模块的两个端子117、118之间施加零电压差。

图6示出其中在前面实施中存在的块在每个模块112中两两相关联以便允许使电池单元不再每两个一组而是每四个一组的另一实施。事实上，如前面实施中所描述的那样的两个块120、120’，通过分别设置在两个块的两个下端子之间、两个上端子之间、以及在第一下块120的上端子和第二上块120’的下端子之间的三个支路和三个附加开关K7、K8、K9相连。

称为两个块120、120’之间的中间开关的三个附加开关K7、K8、K9可以处于以下配置：

-K7和K8闭合、K9打开：两个块120、120’被平行设置在模块的两个端子117、118之间；

-K7和K8打开、K9闭合：两个块120、120’被串行设置在模块的两个端子117、118之间。

由于每个块120、120’的电池单元111可以本身串联或并联，所以如前所述，清楚的是可以有以下配置：

-四个电池单元111可以在模块的端子117、118之间并联；

-四个电池单元111可以在模块的端子117、118之间串联；

-两个并联电池单元的两个集合可以串联；

-两个串联电池单元的两个集合可以并联；

-两个串联电池单元的集合可以与两个并联电池单元的集合串联。

应注意，四个附加开关K10、K11、K12和K13设置在模块的端子117和118之间，以便能够使模块的输出电压反相或消除。这些开关因此形成H桥。输出电压的消除是通过闭合开关K10和K12或者闭合K11和K13来进行的，这避免使用在图5的实施中提出的模块的开关K6以及避免需要开关K1、K3、K1’和K3’在电压方面可逆。事实上，因此即使在端子117和118之间的电压不是零也可以在H桥的输出端上施加零电压。

因此清楚的是该构造通过在块的这些电池单元处设置的十三个开关K1、K3、K5、K1’、K2’、K3’、K7、K8、K9、K10、K11、K12和K13的位置允许每个模块提供零电压、单一电压、双重电压、三重电压、四重电压、单一负电压、双重负电压、三重负电压、四重负电压、零正电流或负电流、单一负电流、三重负电流或四重负电流。

图7示出前一实施的变型，其中每个块120包括五个单元开关113K1、K2、K3、K4、K5，类似于图5示出的实施的方式。另一方面，模块简单地串联设置，而没有在前一实施中提供的开关K10至K13。

图8示意地示出在模块处提供的用于管理这样的电池的构造。该同一管理构造可以容易地在电池的所有其他实施上实现。

用于测量例如温度、电压和/或电流的未示出的一个或多个测量传感器针对模块112的每个电池单元提供，并且把其测量结果传送给测量单元135。由所述传感器执行的测量被经由复用器（例如通过未示出的传送路径）传送给本地处理电路130。处理电路130因此通过传送路径131接收数据执行“ADC输入”类型的数字化；或作为变型，这些信号到来时已经数字化过了，该数字化是在复用器处实现的。根据可能的实施，处理电路130可以是具有足以查询所有传感器的数量的输入/输出的微控制器。用于形成电池单元113的开关、用于形成使模块的块串联或并联的设备（K7、K8、K9）、以及用于形成使模块的输出电压反相的设备（H桥类型的功能）（K10到K13）的所有晶体管被功率控制电路127操控，在处理电路130的命令下，功率控制电路127向它们传送控制信号141。最后，处理电路130通过通信总线121并且通过形成电流隔离的接口137连接到中央计算机。

所有这些与单个模块相关联的组件被本地供电，也就是说通过模块112甚至相邻模块的电池单元111中至少一个的电压供电。作为示例，控制电路127，通常称为驱动器，通过连接128供电，连接128允许恢复基本上与最近的电池单元的电压相对应、稍微降低了在连接128上设置的二极管140处的电压降（例如0.6V）的电压差。

作为未示出的变型，用模块的多个电池单元通过连接128对控制电路127供电，连接128允许恢复与充电最满的电池单元的电压基本上相对应、稍微降低了在连接128上设置的二极管140处的电压降（例如0.6V）的电压差。

图9示出前一电气示意图的实施变型，用于允许基于所考虑的模块、甚至相邻模块的电池单元所存储的电压来获得模块的电子组件的本地供电。出于简化原因，电子组件未被详细示出，但是其包括至少一个控制电路和开关，如上面说明那样。在该变型中，双极PNP晶体管149被控制设备145的端子142的同一电流控制。这导致在每个晶体管的输出端143处的强度取决于每个电池单元111的电压（也就是说，每个电池单元111的充电状态和健康状态）的电流。这些电流被相加以便通过所得电流144对电子组件进行供电。晶体管149的控制使得最终供电电流144达到希望值。该方案允许根据模块的不同单元的状态、可用的电压来激活它们。

该方案还避免在模块处可用电压与可由电子组件真实利用的电压之间的电压降，如在前述实施中结合图8所述，由于使用二极管140导致的电压降。该电压降可以尤其在其中电池单元是低电压（例如1.5V值）电池单元的实施中是存在问题的。

根据该实施方式，控制设备145包括放大设备，放大设备包括两级放大146和147以便允许实施上述供电设备的控制而无需太大功率，太大功率将导致在模块处的电压降，这在该实施中被避免。为此，在模块上在第一晶体管Tdiff处提取第一极小电流，然后通过放大级联来放大，以便达到在端子142处的希望控制值。端子142上的控制电流根据电子组件148的电流需要而被自动调节，这把电流限制为严格必需的并且是实时的，并且因此限制与该控制相关的平均消耗。

数字值示出允许通过提取用于供电控制的电流125nA来达到供电电流40A的实施示例。

如果希望使用能够串联（也就是说，与电池单元所属于的模块的低电位117在电位上断开连接并且能够上升到比要被供电的这些组件的电压需求更高的电位）的电池单元来给电池的电子组件供电，则耗尽型NMOS晶体管可以放置在电池单元的高电位和双极晶体管149之间。这些晶体管的属性是当栅源电压Vgs为负并且在绝对值方面变得大于取决于所用晶体管类型的阈值时导通。通过选择耗尽型晶体管，该耗尽型晶体管的电压阈值基本对应于电子组件的期望供电电压或者更广泛而言对应于期望供电的电路的供电电压，并且通过连接双极晶体管一侧的该晶体管的源极和栅极到模块的端子117的低电位，则晶体管趋于从源极电压（在双极侧）趋于大于阈值起就导通。

控制电路127的功能是向模块的不同晶体管生成控制信号141来驱动它们，因此完成开关的控制功能。类似地并且为了图的清晰而未示出，模块的所有电子组件根据同一方案而被供电，如允许评估开关状态的处理电路130、可能有的传送系统等。

如已经描述的那样，电池的每个模块112由于其处理电路130而具有合适的智能并且因此通过与操控所有模块的中央计算机122相配合来参与电池管理过程。中央计算机122将在后文参照图19来更详细描述。

另一方面，根据有利实施方式，与模块相关联的所有功率组件被在对应的模块处可用的电压直接供电，尤其是晶体管的控制电路127，如前面所述。由相关联的模块供电的这样的控制电路因此与其他模块和/或模块的外部电位电气绝缘。这样的实施方式的优点是消除了使用与该级的电位大不同的电位来操控某个晶体管（这可能导致晶体管损坏或短路）的风险。此外，该方案的附加优点是允许减少在控制电路的组件和电源之间的连接，这是因为可以把它们彼此之间和与电压源之间在短距离上分组，尤其是通过把晶体管定位为尽可能靠近要连接的电池单元。最后，使用极短的连接还显著减少例如两个模块之间的短路的任何风险。

因此，根据上述的有利实施方式，电池结构内的所有开关Ki被控制电路127操控，控制电路127由电池本身的至少一个电池单元供电，也就是说本地供电，而无需求助于外部供电。另一方面，开关的操控优选地通过足够近的控制电路实现，该控制电路通过最近或附近的模块的至少一个电池单元供电，来在控制电路和受操控的开关（例如受操控的晶体管）之间涉及相同量级的电压。为此，有利地选择这样的开关：其端子之一（例如在NMOS晶体管的情况下源极或漏极）通过控制电路连接到某一模块的电压，该控制电路通过该同一模块或相邻模块供电，更确切地说通过这些模块之一的至少一个电池单元供电。更一般地，应该选择这样的控制电路：其供电连接处于与开关端子的电位差不超过预定阈值（不然就会损坏开关，产生电气风险情况）的模块上。该阈值根据安全规范定义并且取决于实施的开关类型。该本地邻近供电的第二优点是允许使用在控制电路和开关之间的较小长度的操控连接。

然后，应注意控制电路应该允许不同开关的可靠致动。在不同模块具有3V的电位差并且要控制的开关是NMOS类型的情况下，控制电路优选地集成有升压器，诸如电荷泵，来把其输入端子上的电压升高3V，并且作为输出根据这些开关提供更高的电压来驱动开关。在例如NMOS晶体管的情况下，应该选择用电压对其栅极供电以使得在其栅极和源极之间的电压差是10V至20V包括端点的级别，来保证可靠致动。

此外，由该级供电的通信设备可以允许与其他级通信和/或经由高度绝缘以避免电气危险（各级间短路，处于与电池级的电压相差几千伏的电位的中央系统的劣化，对修理工的电气危险）的链路与中央系统通信。与允许通过电流绝缘来控制功率晶体管的脉冲变压器相反，由模块供电的通信设备的使用允许解释接收的信号（地址、信息的译码），对要传送的信号进行编码，并且集中（mutualiser）通信线，而脉冲变压器仅允许使用对每个晶体管单独的连接线来使功率晶体管“通”或“断”。通信设备可以例如是存在于多种微控制器中的I2C接口，在每个级经由电流绝缘把该接口连接到集中的通信总线。

在上述的示例中，电池管理方法通过设置在每个模块处的本地处理电路130和中央计算机122的配合来实施。电池管理功能的集合因此可以通过该组合来实施。因此通过把某些管理功能从本地级别转移到中央级别或者相反，可以设计多个实施方式。

不同开关Ki借助于功率晶体管、优选为NMOS类型晶体管来实现，NMOS类型晶体管在其导通状态相对于可以作为变型使用的PMOS晶体管提供电增益。作为变型，还可以使用其他类型的晶体管，诸如双极型晶体管、FET、JFET、IGBT等，或者基于GaN、SiC等的晶体管。也可以把多个晶体管并行放置以更好保证电流通过。

如所见那样，每个块120包括至少两个电池单元111和电池单元的3到5个晶体管，以及可选地包括模块晶体管114。所有这些晶体管与并联安装的二极管125、126相关联，如图7上可见，以便表示让电流在相反方向通过的特性，二极管在晶体管是分立功率晶体管的情况下集成到晶体管中，或者作为变型是分立二极管。

图10示出电池的另一实施方式，其中模块112包括新的基本元件，该基本元件包括如前所述的四个块120的组合，从而形成基本结构，称为超级块156。该超级块包括第一块，第一块连接到模块的下端子117，并且通过三个开关K12、K13、K14连接到与模块的上端子相连的第二块，这三个开关K12、K13、K14允许把这些块设置为串联或并联，根据前面描述的操作。两个块的同样组合与前述两个块并联地被设置在模块的上端子118和下端子117之间。这四个块形成作为电池的构造的基础的超级块。该电池因此包括未示出的多个其他超级块，与所示出的超级块并行地设置在同一模块上和/或设置在其他模块上。该超级块提供用于布置八个电池单元的多种可能，或者全都并联，或者两个并联支路，每个支路包括串联的四个电池单元，或者根据中间配置，如四个并联支路，每个支路例如包括两个串联电池单元。

图11示出前一实施方式的变型，其中超级块的两个下块的两个中间端子116、116’以及这两个块的两个上端子相连。该配置提供把两个下块的电池单元和例如其他块的电池单元串联的附加可能性。

作为变型，可以实施在超级块的四个块的端子之间的其他电连接，如与针对两个下块选择的图示类似的方式在两个上块的中间端子之间的连接，和/或在两个下块的其他中间端子之间的连接，等等。

现在将说明所示出的电池的操作。当其用于释放电荷功能，例如用于为处于常规运转配置的电机供电时，电池单元的开关113中至少一个闭合，而模块晶体管114打开，这允许一个或多个电池单元111传送穿过闭合晶体管并最终贡献于对电机供电的电压和电流。因此电流从电池的每个模块从下端子117向上端子118流动（甚至如果负载例如具有有功功率则电流在相反方向上流动）。另一方面，如果电池单元的所有开关都打开并且模块开关114闭合，则电流将流经该模块开关并且模块的电池单元被隔离，不参与供电电流的生成。在所有开关113、114打开的情况下，消耗的电流，也就是说电池的放电，将通过与模块开关114相关联的反向二极管126，并且模块的端子117、118的电压保持等于约-0.6V（上端子118的电压比下端子117的电压小约0.6V：该电压降来自与形成模块开关126的晶体管相关联的反向二极管126）。最后，避免了在模块开关114闭合的同时随机闭合电池单元开关113，以便出于安全而不使电池单元111短路，除非希望快速排出温度快速上升或开始起火的电池单元的能量。

另一方面，如前所述的电池也适于在电池单元的充电模式下运转，在充电模式中电流反向并且从电池的每个模块的上端子118向下端子117流动。在正常情况下，电池单元的开关113处在允许电流穿过电池单元111以对其充电的位置。另一方面，如果电池单元与电池断开连接，例如如果电池单元的所有开关113都打开并且模块开关114闭合，则电流将通过模块开关并且模块整体被隔离，不被充电。在所有开关113、114打开的情况下，电流将通过与形成电池单元开关113的晶体管相关联（更确切地使它们串联或并联）的反向二极管（图4、5、6、7、8、10和11的K4、K5、K2、K9、K4’、K5’、K2’），并且所考虑的模块的端子117、118上的电压保持等于模块的串联的电池单元的电压（例如4×3.3=13.2V）加上二极管125的端子的电压（例如在图6的情况下为+3×0.6V）。最后，在该充电阶段中同样出于安全而避免了把开关113、114放置在使电池单元111短路的配置中，除非希望快速排出温度快速上升或开始起火的电池单元的能量。

有利地注意：即使当所有开关打开时模块的电压也保持很低，这允许使用支持相对较低电压并且成本低的晶体管来实现开关功能，并且其电阻在导通状态下极小，这几乎不引起损失。这尤其在电池单元111具有小于40V的电压的情况下得到验证。

根据本发明的实施方式，每个电池单元还包括至少一个测量电池单元的状态的特征量的测量传感器。该测量传感器可以例如测量相关的电池单元处的电压和/或强度和/或温度。每个测量传感器还通过通信设备连接到在本地和/或远程的智能设备，如微控制器类型的计算机，该智能设备接收测量值并实施电池管理方法，来通过考虑所执行的测量来确定电池的优化操作模式，该电池管理方法将在后文更详细地描述。

该优化操作事实上包括确定应该打开和闭合的开关Ki。电池的不同开关的该配置可以实时修改。该方案因此例如允许舍弃缺陷或过热的电池单元，指引每个模块内部的电流，实时使电池的电池单元的每一个平衡。应注意，由电池供电的负载要求的平均电流通常比消耗点要求的峰值电流小得多，这允许在相当大数量的断开连接的电池单元、甚至断开连接的模块的情况下（例如如果模块的整体被认为有故障或过热）电池大多数时间都令人满意地运转。

图12至图14表示根据发明的一个实施方式的电池的构造中由本发明添加的电气功能的物理可能实施示例。

图12和图13示出其中电子卡20被针对电池的每个模块而添加的实施例，电子卡20包括前述组件，尤其是参照图8描述的组件。该电子卡表现为位于每个模块的上表面或下表面上的印制电路的形式。因此，电池包括在各个模块之间的电子卡20。

最后，根据图12和图13示出的实施例，每个电子卡通过通信总线121连接到中央计算机122，中央计算机122接收在电池的模块内部本地执行的测量并实施电池管理方法，尤其包括传送电池的开关的打开和/或闭合命令。通过通信总线121对数据的这种传送可能需要可能存在的数据复用和数字化，以及电流绝缘（通过变压器或光耦合器）。另一方面，控制电路127被放置在每个电子卡上并且构成计算机122和开关之间的中间部件，从而允许使传送的电压适于形成开关Ki功能的晶体管，以便实施计算机的命令。这些控制电路127此外可以集成安全功能来例如避免任何短路。

图13更确切地示出在每个电子卡上存在的组件，其包括用于测量温度、电压和电流的测量传感器29以及一个或多个处理电路130，处理电路130用于例如估计每个电池单元的充电水平，确定使用或不使用每个电池单元的合适性等。电子卡20还包括允许驱动形成开关113、114的不同晶体管的控制电路127。最后，其包括与通信设备相连接的通信接口以便于中央计算机122通信。

图14a和图14b示出一个实施变型，其中上述实施方式的每个电子卡的电子功能被组合到上面设置有块的单一电子卡20上。图14a示出俯视图，允许看到模块112在卡20上的分布，而图14b示出后面透视图，允许区分不同电池单元111，以及某些电子组件，被概括而非穷尽地示出以便简化电子卡20的图示。然而，该电子卡20包括前述所有组件。通信总线121延伸在卡的整个长度上直到中央计算机122，中央计算机122朝向电子卡20的自由端定位。通过建立专用于通信总线的、与不同模块的电子组件分隔开的印制电路带，通过例如分隔其地线，和/或在两个部分之间保证安全距离，该通信总线121可以物理地与模块的电子元件隔离。仅这两个部分之间的通信部件，例如变压器或光耦合器，骑跨在这两个部分上用于保证通信同时确保电流隔离。

根据未示出的第二实施变型，电池管理方法仅被本地实施，在每个模块处，甚至在电池单元处实施。这具有以下优点：允许更好反应地控制不同开关，避免强制提供在电子卡20和中央计算机122之间的电流绝缘以及对要传送的信息的复杂编码。在这样的实施例中，温度传感器、电压传感器和电流传感器例如被布置在每个电池单元处。由这三个传感器执行的测量经由分别通过三个通信路径的复用器被传送到处理电路，或作为变型通过集中的一个相同路径传送。处理电路因此在ADC输入类型的执行数字化的通信输入处接收这些数据。根据可能的实施，处理电路可以是具有足够查询所有传感器的输入/输出数量的微控制器。在处理电路的命令下，形成开关Ki的所有晶体管被控制电路操控。

应注意，最终可以使用不同数量的电子卡20来实现实施方式，一个卡可以包含用于一个、两个或任何数量的模块的本发明的电路。此外，还可以提供其他实施方式，其中前面给出的电子组件的仅一部分存在于电子卡上，或者其中某些组件在电池单元和/或模块之间分享。例如，开关控制电路可以被邻近的多个模块分享，以便保持可接受的电压供给。

在任何情况下，电子卡20有利地被设置为使得与电池单元111的连接端子最接近于电池单元的端子，以便最大程度减少连接长度并因此减少相关联的损失。类似地，在电子卡的印制电路上，功率路径尽可能短并具有尽可能大的导体截面。

为了增加导体截面，可以通过从上面焊接焊条或导线来加强印制电路的轨道。图15示出这样的解决方案，在其中印制电路类型的电子卡20重叠在多个电池单元111的模块上。在该图中，出于简洁，示出两个模块，各仅有两个电池单元，但是电池包括多于两个模块，各模块具有多于两个电池单元。应注意，这样的加强可以完成排出所生成的热（尤其是由功率晶体管散发的热）的第二功能；为此，其形状可具有便于该功能的表面，以换流器或辐射器的形式。连接器16被布置在该板上，以便把电池单元电连接到卡的电子元件（例如，其正端子和负端子穿过卡并经由螺帽（该螺帽拧在电池单元的所述端子上）紧固卡和加强的功率轨道的电池单元。相对弹性的垫圈可以添加在卡和孔之间用于补偿热膨胀效应并保证持续期间的良好电接触。作为变型，简单的焊接可以保证电池单元的端子和PCB卡的功率轨道之间的电接触）。如图所示，导电加强件19被添加到印制电路的轨道。这些加强件还表示焊接和/或粘贴到轨道上的潜在的热辐射器。作为补充，未示出的孔可以穿过电子卡20被实现以便于空气流通和电池单元111和电子组件的冷却。

图16示出如前所述的构造的电池的可能实施方式，其中电池包括多个模块30a到30x，每个模块分别包括N1到Nx个可切换的电池单元，这N1到Nx个电池单元经由如前所述的块120的组合而串联或并联或部分串联和并联，这多个模块借助可能有的H桥通过连接31彼此串联连接，用于提供输出电压Vout。每个模块通过通信总线121连接到中央计算机122，每个模块通过通信连接32与总线121交换数据并作为应答从计算机接收命令33。这些命令尤其包括从可能的串联和并联组合中要分别针对每个模块串行放置的电池单元的数量α到ψ，或者在可能的情况下每个模块的所有块的确切配置。在模块刚好接收到要串行放置的电池单元的数量的情况下（零、一倍、两倍、三倍、四倍电压，在模块中存在H桥的情况下可选地带有符号），其根据电池单元的充电状态、健康或其他标准来定义要串联和并联放置的电池单元，以及用于达到所需电压所需要的电流。这允许获得所希望的输出电压Vout和输出电流Iout。输出电气值被控制单元135测量，控制单元135把这些测量值传送给中央控制器122，中央控制器122因此实施电池的调节以便达到在电池的输出端所要求的值。

根据感兴趣的实施例，电池的不同部分基于不同的电化学技术，也就是说，包括不同化学性质的基本电池，用于能够在管理电池时提供附加的灵活性并根据电池的情形和环境来利用每种电化学技术的优点。每个部分因此提供了不同电势电平，这倍增了可能的组合并允许电池的逐渐增大的优化，这灵活地适于所有使用情况。

这样描述的电池结构是模块化类型的，并允许以独立且可拆卸的不同盒的形式的物理实施，这些盒能够在机架或适当的轨道中通过通信总线和功率总线而彼此连接。每个盒可以包括电池的任意子部分，其可以从一个模块到多个模块。

图17示出这样的方法，其中不同盒150被设置在轨道类型的模块化构造中。每个盒以独立的滑块形式固定并通过锁紧/解锁设备保持。在其固定位置中，盒以高度电气绝缘的方式通过连接器153被连接到通信总线152，并且通过功率连接器154连接到功率总线151，功率连接器154允许盒与相邻盒的串行连接。锁紧/解锁设备158与开关系统相关联，该开关系统允许当其被致动以抽出盒150时自动切断到通信总线和到功率总线的连接。该连接在盒被抽出以便不断开剩余盒之间的连接时经由例如机械或电开关155被短路替代。为此，检测由锁紧/解锁设备的手柄或把手的致动引起的锁紧或解锁的开始并把信息传送给电池的全局管理系统，如中央计算机。在盒的解锁的情况下，计算机立即把该盒与电池的全局操作隔开并对其端子施加零电压，这保证未来操纵的安全性并允许其安全存储。与功率总线和通信总线的连接然后通过开关以机械或电气的方式自动断开。在把盒引入机架中的情况下，前面的操作以相反的方式执行。

该结构的优点是电池的简化物理管理。通过前面给出的实施方式中描述的构造，包括在每个盒中的每个子组件被独立或半独立地管理。因此可以准确地知道充电状态、健康状态（如老化、可能的恶化）、每个盒的电压和电流容量，并且在故障的情况下能够作用于给定的盒，以便对模块甚至对电池单元进行充电，或者在需要时能够更换它而不会损害电池整体。

该物理组件因此能够集成到如图18所示的机动车辆中，其中不同的盒分布在机动车辆下部的整个长度上，例如，彼此之间通过包括功率总线151和通信总线152的连接156而被连接，该组件连接到中央计算机157。

最后，所示出的示例为了图的清晰而包括较少电池单元。然而，所考虑的实施例适于实施能够提供较大输出电压（能够达到几百伏，例如大于或等于250伏特）的电池。因此，其适于包括大量、尤其是大于或等于8个模块的电池。

本发明还涉及管理前述电池的电池管理方法。该方法包括以下步骤：

-确定要被串联和/或并联地设置在组成电池的块和/或超级块中的电池单元的数量；

-根据前面的确定来确定电池单元和/或模块的开关的位置并且传送开关的打开或闭合命令。

根据实施方式，电池管理方法包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合被设置在电池的块的下端子和上端子之间的垂直支路上的开关，打开被设置在分别连接中间端子的横向支路上的开关，所述中间端子被设置在两个垂直支路的每一个的电池单元和开关之间，从而使块的两个电池单元并联；或者

-打开被设置在电池的块的下端子和上端子之间的垂直支路上的开关，闭合被设置在分别连接中间端子的横向支路上的开关，所述中间端子被设置在两个垂直支路的每一个的电池单元和开关之间，从而使块的两个电池单元串联。

有利地，根据本发明的电池管理方法包括：在电池输出端需要的电流超过某个阈值时使块的两个电池单元并联，以及在电池输出端需要的电压超过某个阈值时使块的两个电池单元串联。

该电池管理方法还可以包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合被设置在电池的块的下端子和上端子之间的垂直支路上的开关，闭合位于横向支路上的开关，并且打开电池单元的开关，以便在块的上端子和下端子之间获得零电势差，

-闭合被设置在块的下端子和上端子之间的第一垂直支路上的开关并打开至少另一开关，以便使块的第二垂直支路的电池单元断开连接并仅使用第一垂直支路的电池单元来获得块的运转。

该电池管理方法还可包括对需要由电池的至少一个电池单元供电的电池内部的所有其他组件进行供电的步骤。

该电池管理方法还可包括以下步骤：

-在电池的电池单元处测量表示电池单元的状态的至少一个量；

-把测得的量传送给至少一个计算机；

-通过考虑测量的量来确定电池单元和/或模块的开关的位置。

该电池管理方法因此允许在每个时刻确定电池单元和/或模块的多个开关的位置，和/或模块电压的反转，和/或在不同块之间的连接，以便使电池的每个模块平衡并且引导每个模块内的电流以使得模块的每个电池单元平衡，同时在电池的输出端提供所希望的电压和电流。该方法尤其能够包括中间步骤，该中间步骤包括基于在电池单元处测得的量，通过知道有故障、过热等的电池单元来诊断电池单元的故障和/或危险状态，以便使所涉及的电池单元与电池的全局运转断开连接或隔离开。

在包括大量电池单元和模块的电池中，容易地隔离开大量电池单元，电池单元的总数的例如10%，而不会损害电池的使用，这是因为所需要的电流通常小于可用的最大电流（仅用于峰值消耗情况下）。此外，在峰值消耗情况下，总是可以暂时求助于隔离开的电池单元以便响应于更大需求。因此这些电池单元大多数时间都保持未使用，所以不会危及电池的总体健康。应注意，只要输出电压保持小于或等于可在电池输出端提供的最大电压的一半，电池的配置就可以使得仅串联使用可用的电池单元的一半或更少并且至少成对并行放置电池单元。在参照图4或图5所提出的构造中，每个模块因此可以被自由配置。

在介于可由电池提供的最大电压（所有块或超级块处于串联配置）和可提供的最小电压（所有块或超级块处于并联配置）之间的所需电压的所有情况下，中央计算机确定要设置为串联和并联的块或超级块的数量，然后根据下文所述的不同标块来更确切地在每个时刻确定每个块或超级块的各个配置。

可以有利地实施使中央计算机与例如包括计算机的本地处理电路130相组合的机制。在该解决方案中，根据由中央计算机要求的在模块处的电压电平（从零、单倍、双倍、三倍等电压）以及如果模块配有H桥则可能有的与该电压相关联的符号，模块内的块和超级块的配置的选择被委托给模块的处理电路130的本地计算机。因为可以存在使模块端子处出现所要求的同一电压的多种组合，所以模块的本地计算机根据电池单元的状态和所要求的电流从多种可能性中选择最优配置（其例如力求使组成模块的电池单元的充电状态平衡或限制过热的电池单元中的平均电流）。该本地计算允许限制向中央计算机上载信息，这在中央计算机必须在每个时刻对模块的块和超级块的每个晶体管的位置进行精确判断的情况下是必需的。该解决方案限制中央计算机应执行的计算的复杂度，允许模块对情况快速改变（加热，电流峰值等）的更迅速反应，允许仅从中央计算机向模块发送简单的控制命令（介于[0，NX]之间或在模块处存在H桥的情况下的[-NX,NX]之间的整数值，其中NX是能够在所考虑的模块中串联的电池单元的最大数量）。为了知道使用哪个（哪些）模块并且用哪个电压电平，中央计算机根据每个模块的所需电压和总体充电状态来考虑每个模块可提供的最大电流。这些信息被存储在中央计算机处并且经由从计算机向模块定期传送的与控制命令的发送交错的信息而被更新。命令的这些发送是优先的以便保证输出电压的生成的良好运转，其可能比电池单元的状态快得多地变化。此外，中央计算机定期向模块通知当前供给的电流和/或在短期内需要的电流（例如在下一个半周期内需要的最大电流）。该通知允许模块知道是否可以使某些电池单元不工作或采用没有不能满足当前或最近将来电流的风险的某些配置（例如，这允许管理仅当真正有用时（即例如当需要车辆从收费站加速时的全功率的时候）使用被充电的电池单元）。

该电池管理方法还可围绕输出电压和/或电流值实施任何调整。当输出电压小于设定值时，串联的模块的数量n增大，相反如果大于设定值时，则该数量n减小。为了避免数量n在两个值之间振动以便达到用整数值n不可达到的设定值，可以使用频率变化限制器和/或在校正器或返回环路处的低通滤波以达到对平均值的调整。

如果电池应该提供交流电压，或者根据给定期间提供随时间变化的任何电压，则可根据类似标准（应用于要提供的可变电压或正弦波的幅度）来判断电池的不同部分的并联，用于避免在每个周期太频繁从一个模式切换到另一模式。总体而言，所需要的电压的幅度越小，所需要的电流可以越大。

因此，该实施方式允许以基本恒定的功率修改输出电压和电流的值。该解决方案完全适于对某些电机（如机动车的电机）供电，该电机在低速需要更大扭矩并因此需要更大供电电流，来例如穿越较大坡道。因此，本发明还涉及机动车，其配有如所描述的电池，该电池可拆卸或不可拆卸用于其快速更换。

该电池管理方法还包括对电池单元进行诊断的诊断步骤，该诊断步骤包括估计电池单元的状态的估计步骤，其可以包括例如但不限于对电池的所有或部分电池单元、至少一个单元处的电流、电压、温度、阻抗光谱测定或其他方面进行的一次或多次测量。为此，所测得的量可以与预定阈值进行比较。电池单元的每个晶体管的控制因此取决于电池单元的被估计出的该状态，并例如允许在示出异常电流或温度的情况下或在其提供与其他电池单元反向的电流情况下（如同在邻近电池单元通过故障电池单元放电的情况下）断开该电池单元。

电池单元的该诊断步骤尤其包括估计电池单元的负载的步骤和估计其健康状态的步骤。类似地，电池单元的每个晶体管的控制取决于这些估计。这些估计尤其可以建立对电池单元的被估计出的负载与放电阈值和/或充电阈值进行比较。

电池单元的诊断步骤例如包括电池单元的复电阻抗的测量。为此，在电池单元中通过电流的时刻，例如在开关的特别命令（如打开或闭合，强制或非强制的）与该电池单元相关联时，执行在电池单元处的电压和电流的测量。对白噪声、对梯级或对脉冲的响应允许以已知方式进行复阻抗测量，这允许从中推导关于电池的充电或健康状态的信息。

根据本发明的实施例的电池单元的诊断步骤还包括通过电流变换器测量电池单元内部的电流。其思想是增大电流的频率以便于测量，尤其是在连续电流的情况下，而无需使用连续电流传感器。为了增大该频率，第一方案包括改变模块处所使用的电池单元并且包括改变用于生成电池的输出电压的模块。第二方案包括在测量电流的时刻快速连接和断开连接电池单元。这些方案最终实施电池单元处的电流的斩波，这允许便于该电流的测量。因此使用简单的电流变换器作为电流传感器就足够了，其可以位于包括在所示出的实施方式中描述的不同电子组件的电子卡上。

电池单元的诊断步骤因此包括估计电池单元的充电状态。为此，第一方案基于测量电池单元的输出电压。另一方案包括基于放电状态来对电流积分以便知道累计的安培小时的数量，然后是相对于电池单元的容量的充电率。该后一方案需要通过完整的充电和放电操作来进行的定期校准以便补偿与电流积分相关的偏移并且随着电池单元的老化而更新电池单元的容量。该校准可以在其他电池单元正常运转期间对一个或多个电池单元实施，这样的优点是不需要电池的整体停止。为了保持电池的电池单元的健康状态和平衡，所有电池单元基本上经受相同次数的校准。

另一方面，该电池管理方法可以实施电池单元的使用的循环修改，以使得电池的电池单元的全部或一部分根据可以是固定或可变的确定循环比率来从正常运转状态过渡到断开连接状态并且相反。该循环比率允许固定电池的每个电池单元的使用时间的比例并且例如使故障或过热的电池单元的使用时间的比例小于未过热的电池单元的比例。这样的循环可以根据对电流和电压的全局需要而被用于全部或部分电池单元，甚至用于健康的电池单元。不同电池单元的运转的循环可以随时间偏移以便在每个时刻获得基本上相同数量的起作用的电池单元，同时在每个时刻确保用于满足所要求的电流的足够数量的起作用的电池单元。

因此，该电池管理方法实施以下步骤：

-当电池连接到负载时通过优先使用充电最多的模块和/或电池单元以及在电池充电时优先使用充电最少的模块和/或电池单元来在模块和/或电池单元之间进行平衡；

-通过修改模块和/或电池单元的平均使用率而不持久使用同样模块和/或电池单元来使模块和/或电池单元平衡，以使得模块和/或电池单元的负载平衡。事实上，如果例如一个模块相对于其他模块负载较大并且被持久使用以使得其负载比其他模块的负载更快到达，则其有过热的风险。平衡优选地在电池的充电或使用期间持久地实施并且因此不需要强烈激励模块来快速达到平衡。通过简单地修改这样的模块相对于其他模块的百分之几的平均使用率，可以保证模块的负载平衡而不会过分使电池组的模块的压力和发热不平衡。该平衡以同样方式适用于同一模块或非同一模块的电池单元；

-模块根据其能够提供的电流而被选择并且当其能够提供大于或等于所需电流的电流时被激励。在所需电流较小的阶段，使用提供电流的容量较小的模块；

-当所需电流较小时，限制其电流较高的模块和/或电池单元的使用或优先使用。一般地，避免模块和/或电池单元的温度超过阈值，该超过风险被预期。最优地，电池内部的温度被保持相对均匀以便使电池单元的老化均匀并且增加其持久性。

作为变型，可想出另一策略并且该电池管理方法可以例如包括以下步骤：

-优先使用电池的一部分以便在所需要的第一次改变时仅改变电池的该部分。可以想到电池的该部分是更容易交换的；

-根据较高比率来使用优化的电池单元以便抵制密集的使用并且限制激励电池的剩余部分，其可以被优化以便带来能量容量。一般地，在具有非均匀电池单元技术的电池（也就是说合并不同性质的电池单元）的情况下，在使用时具有不均匀性可能是有利的，以便通过考虑每个电池单元的优点来优化全局性能。

应注意，该电池管理方法实施一个或多个电池单元的充电和/或放电的电流斩波步骤，目的是延缓其老化。通过根据一定循环比例来连接和断开连接电池单元、或者交替改变模块的激活，同时保证电池的输出端上的电压的良好电平，可以容易实现该斩波。电流的斩波允许达到更大的峰值电流，这在电池单元内部表现为比正常电压更大的最大电压，因此便于离子在电池单元内的迁移并减少存储容量的损失。

最后，该电池管理方法更一般地包括测量表征电池单元的状态的至少一个量的测量步骤，该量例如是电压、电流、温度、安培小时数、甚至其他任何重要量，然后包括通过考虑该测量来决定相关联的模块和/或电池单元的开关的状态的决定步骤。如前面描述那样，该决定可以导致以下动作：该动作包括在电池单元的故障情况下电池单元的开关的完全打开或相关联的模块的开关的闭合以便断开电池单元与电池的其他部分的连接，或者以中间的方式根据优化的循环比例来交替打开和/或闭合以便把电池单元保持在可接受状态中。因此，根据一个实施方式，可以针对某个被测量来预定义多个阈值，以便根据达到的阈值来确定不同的动作。在测量与给定电池单元相关的量之后引入的动作将被确定以便使开关的打开和闭合操作最小化，避免消耗功率的太频繁切换，避免不合时宜的切换，并且控制在电池的不同电池单元之间的开关切换同步。

上述的电池管理方法可以由本地计算机和/或远程计算机实施，如前面所述那样。该计算机可以包括一个或多个微处理器。

应注意，方法的本地实施，而无需求助于中央计算机，有以下优点：

-因为测量及其分析是本地并且独立于其他模块而被进行的，所以响应可能非常快。这比使用中央计算机的实施更快，使用中央计算机的实施需要通过用电流隔离的连接进行的通信，首先是会引入第一延迟的串行编码，然后是通过会引起第二延迟的较小流量的总线进行的传输；

-在模块包括专有的计算机的情况下，可以对测量进行彻底的处理，以便因此达到对每个电池单元、及其健康状态和充电状态的精确诊断。

另一方面，该电池管理方法还实施在延长停止使用电池时断开所有可能电池单元的附加步骤。该步骤尤其在特别情况下如意外或火灾之后带来重大的安全性。当大量电池单元并且优选为所有电池单元断开连接时，即使在重大事故的情况下获得电池单元之间的重大短路的风险也是非常小的。此外，在停止时隔离电池单元避免了电池单元通过具有最大漏电流或具有缺陷的某些电池单元而被放电。

根据有利的实施方式，本发明的管理方法包括控制电池单元和/或模块的开关以便获得预定设定值的输出电压，并且/或者获得根据预定值的替代输出电压。类似地，本发明的管理方法包括控制充电阶段中电池单元和/或模块的开关以便获得每个要被充电的电池单元中预定义的充电电压和/或电流。

因此，该电池管理方法还允许根据期望用法例如根据电负载的需要来调整输出电压。该调整例如包括选择形成不同模块的不同块的配置，以便尤其选择在不同电池单元的串联或并联的可能性之中的适当配置，从而允许达到更高或更低的输出电压，更大或更小的输出电流。还可以选择要串联或并联使用的模块的某个数量，以及保持不使用的模块的选择，尤其是在所需的总电压低于可由电池给出的最大电压时。在该选择中，可以使放电最多的模块闲置以便优先利用充电最多的模块并且/或者使具有故障的模块不使用，如前所述。作为补充，该方法还可以在电池单元本身处起作用，所期望的电压可以通过断开所选中的某些模块中的选择的某些电池单元（例如通过优先利用充电最多的电池单元）来获得。

本发明的对电池输出电压的调整甚至可以采取复杂的形式。事实上，其被调整以便提供用于机动车的同步或异步电机的正弦波输出电压。图19示出用于获得这样的输出电压的电池调节示例，例如前面在实施方式中描述的中央计算机122内部实施。该调节基于块80，该块80根据在块81中对机动车的驾驶员的可能有的要求的考虑（例如特别通过加速踏板传送）以及根据机动车的电机的运转值（例如由块82传送来的速度Vit和扭矩Cou），来计算电池输出端上期望的电参数的设定值，包括设定电压V_cons和设定电流I_cons。应注意，设定值可以包括这些电流和电压值的组合，例如乘积I_cons×V_con。确定至少一个设定值的块80可以基于矢量控制，同时根据要供电的电机类型来考虑对电流/电压参数的幅度、频率和可能的情况下对相位的调节。当然，该原则还在更简单的情况（如需要直流电压）下工作。然后，调节块包括块83，其基于设定值I_cons、V_con和对应真实值I_réel、V_réel之间的差来校正电池中需要的模块数量以及在可能的情况下要使用的这些模块的特别电池单元，块83向用来确定块的串联或并联配置的块84传送要求。根据优选的实施方式，基于本地测量的参数来在模块处选择要在模块中使用的电池单元。为此，块84还接收在电池的模块和电池单元处进行的量的测量信息，并且尤其接收电池单元或模块的充电状态SoC和健康状态SoH。最后，最后一个块85实施由块84确定的选择，并且尤其向电池的不同开关发送所需的命令。结果输出由机动车的电机接收的电流真实值I_réel和电压真实值V_réel，这使得可以达到工作值，如由块82传送的速度Vit和扭矩Cou。最后，变化频率限制器和/或低通滤波可以作用于校正块83，或作用于返回环路，以便通过限制电池单元的切换频率（例如对于500Hz频率的输出电压，根据200kHz的频率）来获得适当的平均值。

这种调节电池的输出电压的功能允许其表现为开关电池类型的转换结构，这避免了在电池组输出端使用DC/DC转换器以根据应用需求来调整电压，从而简化了现有技术的图3的示意图。

图20示出经由上述操作可由电池提供的电压波形示例，其针对幅度峰值为40V并且以40V为中心的100Hz正弦类型的电压设定值，并且针对由各为4伏的20个模块构成并且切换频率限制为10kHz（即，每周期100次切换）的电池。

为了能够生成以0为中心的单一相位电压，使用允许把模块的端子上并且因此电池的端子上的电压反相的开关（H桥型）。

另一方面，前面的工作原理也类似地适用于电池充电阶段，其允许电池通过其到标准电网的连接而被直接充电。更准确地，当电池充电时，该电池连接到电压源，并且由于电池单元和晶体管代表内阻，所以电流在电池中的流动导致阻性电压降，其对应于由源施加的电压和由电池的不同串联模块在空载时获得的电压之间的差。能够调节该差的事实允许管理电池的充电电流。因此，电池还实施充电方法，其包括打开和/或闭合开关以便在所选的电池单元处获得期望的充电电流的步骤。与前述类似的调节可以被实施，从而允许确定要串联放置的模块的数量以及应该由这些模块中的每一个（模块的块和超级块的并联配置、串联配置或组合配置）在输出端提供的电压以及哪些模块，以便获得电池内部的充电电流的设定值。与前述类似地，该方法包括在尤其考虑其充电状态和健康状态的情况下选择要被充电的电池单元的步骤。应注意，可以在源和电池之间放置电感以便使之间流动的电流平滑。该注意事项类似地适用于电池和负载之间。因此，电池允许以简单方式在电网上充电，而无需电压/电流类型的电转换器。

应注意，如果电池不允许生成或吸收负电压，则其可以通过利用插入在电网和电池之间的整流桥来接受在电网上的充电，而无需电压/电流类型的电转换器，以便在电池处获得正电压U。

最后，前述方案具有以下优点：

-其基于多个基本开关，也就是说根据优选实施方式的彼此远离的多个晶体管，这允许容易地排放通过其运转消耗的能量，这是因为该消耗的能量呈现在电池的结构中分散的多个小能量的形式；

-其允许经由电流的动态引导来执行电池的电池单元的实时平衡；

-其允许经由优化每个电池单元的使用率来执行电池的电池单元的实时平衡；

-其允许断开出故障的电池单元；

-其允许通过完全或者根据允许达到可由电池单元接受的平均电流的循环比率、断开该电池单元的连接来限制温度变得太高的电池单元中的电流；

-其允许适当地（低频切换<1000Hz并且具有较小的电压梯级，例如4V）调整电池的输出电压，而无需电池的全电压的高频斩波。其允许调整用于操控直流电机或用于在连续源上充电所期望的直流电压；其还允许生成用于操控同步或异步电机等等或者用于在电网上直接充电的交流电压；

-通过尤其允许测量模块的电池单元的空载电压（即使电池正在运转），允许单独隔离模块的该电池单元；

-其允许隔离所有电池单元，例如在车辆停止时或在检测到重大故障时，从而允许排除对于用户或必须介入的人员（例如救火队员）的任何电风险。

通过同时测量电池的电池单元的电压和模块的电压，可以从中推出功率晶体管的端子处的电压。基于这些电压和通过模块的电池单元或晶体管的电流，可以在某些配置中检测晶体管是否有故障。因此，电池还实施对完成开关的主要功能的晶体管的全部或一部分的运转的诊断方法，该诊断方法可以包括以下步骤中的全部或一部分：

-如果当应用模块中的晶体管的某些配置时模块的电压明显小于规定的电压，则是分流晶体管或并联晶体管不正确地打开；

-如果当应用模块中的晶体管的某些配置时模块的电压明显大于规定的电压，则是串联晶体管不正确地打开；

-如果电压出现在应该闭合的晶体管的端子处，则是该晶体管不正确闭合或者电流异常高并且邻近晶体管不正确地打开；

-如果应该断开的电池单元中的电流不是零，则该电池单元的晶体管未打开；

-如果可能有的H桥的每个支路上的电压不对应于规定电压，则该支路的晶体管之一未闭合，或者相反未打开。

当然，本发明不限于前述示例。尤其是，实施了每个电池单元有多个测量传感器，作为变型，可以选择其他数量的测量传感器。此外，可以使用于所描述的传感器不同类型的测量传感器，以便测量与电压、电流或温度不同的表征电池单元的状态的量。每个电池单元可以具有任何形式并且基于任何能量存储技术，而无需限制为在本发明的实施方式中更详细描述的锂离子。

在例如每个电池单元使用一个电流传感器的情况下，该传感器可以容易地经由位于功率路径处的基准电流传感器被校准并且被中央计算机轮询。该中央计算机然后经由通信总线把测量值分发给所有模块，并且每个模块然后能够检验通过并联放置在模块中的电池单元的电流之和对应于该全局电流并且如果误差出现的话能够建立在每个电池单元上的测量值的校正法则。当电池单元位于其中电池单元全部串联的配置中时该校正尤其是明显的，这是因为相同的电流穿过每个电池单元并且对应于功率路径的电流（除了在模块处使用H桥的情况下的符号之外）。可以很规则进行的这种校正允许潜在地在每个电池单元处使用极低成本的传感器（在最初被不良校准并且随时间具有温度偏移）。例如可以潜在地使用电池单元的晶体管（当闭合时）的端子上的电压降，以便估计通过晶体管的电流并且因此估计通过这些晶体管所连接到的电池单元的电流。

此外，前面的实施方式是通过在电池的模块中实施特定块来描述的。然而，可以通过根据本发明的构思仅管理电池的模块的一部分，并且因此仅在电池的一部分上设置电池单元的开关和电池单元来形成块或超级块，来获得电池的改进。某些模块可以不实施前面描述的方法并且可以想到把常规模块和根据本发明的改进模块相关联的电池。此外，还可以组合前面描述的不同块和/或超级块来形成电池的其他构造。

图22至24示出实施电池的多个模块的旁路功能的实施变型，其基于与多个模块并联设置的补充开关，允许当多个模块不起作用时添加电流通路，因此限制了损失。在这些图上，块被部分并且不完整地示出以简化视图，但是其是前面描述的形式。应注意，如果模块在输出端具有反转的H桥，则补充开关优选地在电压方面是双向类型的（不具有任何并联的反向二极管）。

因此，图22添加了：第一开关系列214，每个都允许旁路四个连续模块；第二开关系列314，每个都允许旁路六个连续模块；第三开关系列414，每个也允许旁路六个连续模块，但是与第二系列错开；第四开关系列514，每个也允许旁路六个连续模块，但是与前两个系列错开；第五开关系列615，每个允许旁路八个连续模块；以及第六开关系列714，每个也允许旁路八个连续模块，但是与第五系列错开。

所有这些不同系列的开关被设置在不同模块的上端子和下端子之间，彼此并联。当然，其管理是一致的以避免产生短路的情况，如在前面例子中说明那样。

两个图23和24示出根据同一方法的两个其他实施变型。

这些不同实施的优点是通过同时旁路多个模块的开关来在多个模块不起作用时添加更加直接的电流通路，这因此产生更少损失。因此，在每个时刻，根据所需模块的数量，实施基本上最优地配置以便使电池的总电阻最小化。

前面在所有实施方式中提到的不同开关是借助于晶体管实施的。主要示出了NMOS或PMOS晶体管，但是还可以使用NPN和PNP双极型晶体管，其优点是能够用极低的电压来进行控制，还有FET、JFET、IGBT、GaN型晶体管、继电器等等。作为变型，可以实施与所描述的开关不同的任何类型的开关，如晶闸管，只要在期望导通时电流自然反向即可。

本发明的电池可由智能单元、本地和/或远程处理电路或计算机（可通过本地通信设备访问）管理，该计算机可以包括任何软件和/或硬件部件以便管理电池，尤其是确定其开关的配置。为此，电池可以集成其开关的任何致动装置、任何控制电路。

可以通过前述的实施方式和/或其变型的简单组合来容易想到本发明的大量其他实施变型。

应注意，只要负载要求的电流或源提供的电流不是太大以致不能准许断开某些电池单元的连接，就可以根据载波电流原理来进行在电池内部的通信和/或向外部单元的通信。事实上，该原理基于电池的某些电池单元的连接和断开连接的主动交替，以便在模块处产生感应电流调制和功率调制，其在整个电池处传播并到外部。该功率调制因此可由电池的其他模块看到并且被外部负载看到，这允许使用它来根据无论什么通信协议，现有的还是标准的或非标准的协议，来传送信息。可以例如定义主电路，其通过电池单元的地址来依次轮询所有电池单元，每个电池单元然后在专用的时隙中进行响应。主电路可以例如要求信息，如某个电池单元处的电压、电流和/或温度的测量值，然后该电池单元可以发送所要求的信息，该信息在可能的情况下具有允许通知可能有的故障的编码。该原理因此允许电池的不同电池单元彼此之间简单地通信，或者向中央计算机或电池的处理电路或外部单元通信。应注意，电流调制可以在不用完全断开电池单元的连接的情况下进行，而仅通过调制在电池单元的晶体管的导通状态下的电阻来进行，也就是说通过调制晶体管在偏置点附近的栅极电压来进行。这避免了电池单元完全断开连接并且避免了模块的作为电流流动的中继的其他电池单元负载过大。在导通状态下的这种电阻调制还可以在模块的晶体管被激活时在晶体管上进行。因此这允许即使所有电池单元不激活也能通过使电池单元的晶体管导通来进行通信。通过载波电流的通信允许在级处调制较大电流而不会导致较大的电损失。事实上，该电流调制通过调制单纯地存储或出库（因为属于电池）的电流的消耗来进行，这使得不存在常规使用于载波电流系统的线性模式中的耗能元件（如电阻或晶体管）中存在的损失。

图21因此示意地示出基本实施，其中电池的第一模块112通过致动至少一个电池单元的开关来管理通信信号100，而对应的信号101然后在电池的第二模块112处被接收。

已经使用其中每个级或模块由基本电池单元的块和/或超级块组成的实施方式描述了本发明，所有级或模块都包括由控制电路操控的开关。作为实施变型，多个基本电池单元可以组合以便形成更大的电池单眼或电池单元组。然后，本发明的构造应用于这些电池单元组上。因此，本发明包括任何以下实施：其中被考虑作为上文的实施方式中的基本电池单元的电池单元事实上对应于电池单元组，其可以呈现为单片组合，该单片组合的连接是固定的并且不可修改，甚至在可能的情况下呈现在具有至少两个外部端子的盒中，以如前所述的基本电池单元类似的格式和最终使用。因此应理解在整个说明书中“电池单元”是指任何电存储元件实体，从基本电池单元如锂离子电池，到多个基本电池的组合。

另一方面，本发明还与三相实施相兼容。图25简单地示出包括三个功率存储柱22的电池，每个构造与如前所述根据本发明的电池类似，从而允许为三相电机115供电。

此外，前面所述的电池的方案的构造允许实施其他有利功能。

第一功能包括电阻测量。为此，可以闭合和/或打开与电池单元111相关联的至少一个开关113，以便允许或不允许电池组中流动的电流的一部分通过电池单元。通过控制电流通过电池单元的时刻并且通过测量电池单元处的电压和电流，可以从中推导出电池单元的复数电抗。传统方法如对白噪声、阶跃或脉冲的响应已知用于识别电部件的电气特性。对该复数电抗的测量可以允许给出关于电流、电压和温度的测量的附加信息，以便更好地估计电池单元的充电和健康状态。

基于对串联开关的良好定义的命令而进行的复数阻抗的这种测量有利地在块和/或模块的其他电池单元在串联开关打开时充当电流中继期间执行。作为变型，还可以基于电池的正常操作（其在电池单元（或模块）被激活时在电池单元中自然产生电流阶跃）来执行该测量。

如果电池组中消耗的电流或多或少为直流或低频，可能需要使用使直流通过以进行测量的电流检波器（测量电流通过附近的磁场的传感器，霍尔效应传感器或使用分流电阻的传感器）。这些传感器的特性在于相对成本较高并且耗能较高。为了消除这些限制，可以通过采用的构造来人为地相对于负载中流动的电流增加在电池单元中消耗的电流的频率。事实上，可以轮换在模块处使用的电池单元并可以轮换所使用的模块以便生成输出电压。还可以正好在要测量电流时使电池单元快速连接/断开连接。在电池单元或模块处的电流斩波允许更容易地测量电流，这是因为该电流的频率增大。例如可以使用能够直接集成在作为测量电子部件的支撑的PCB卡上的电流变换器。通过断开电池单元的连接，消除穿过该电池单元的电流并且使电流变换器的磁性材料消除饱和（例如与直流或极低频率的电流相关的饱和）。当再次连接电池单元时，电流变换器表现为真实的电流变换器直到材料重新饱和。在该饱和之前，可利用它来测量变换器的次级的电流。最终，在每次希望进行电流测量时暂时地断开电池单元的连接。

第二功能是测量电流。此外可以暂时地断开电池单元的连接（更可能的是避免电流经过反向二极管），以便校准其他类型的电流传感器：已知道当电池单元被断开连接时，穿过的电流为零，这允许校准传感器的零点。如果使已知的校准后的电流在电池组中流动（例如在电池组充电时），则还可以校准传感器的特性的其他点，或者用精确的校准后的电流传感器测量电池组处的电流。然后，通过把电池单元彼此连接来在每一级把电流从一个电池单元引到另一个电池单元，可以针对该电流点校准每个电池单元的电流传感器，并且对其他电流点进行同样地操作。最后，如果在电池组（在电池单元或电池组处）中放置校准后的、稳定的且精确的单个电流传感器的情况下更多地外推该概念，则可以用一组开关来校准电池组的所有其他电流传感器。电流传感器的实时校准的这种可能性，尤其是在电池组的操作期间，允许使用极低成本的传感器（这是因为不需要长期非常稳定）。

第三功能包括校准电池的充电状态或健康状态的测量。为了计算电池单元的充电状态，最常用的方案是测量电池单元的端子上的电压。对于其激活部分基于先进的化学原理的基本电池，即磷酸铁锂离子类型的基本电池，电压的测量不是很精确，这是因为该电压更取决于温度而不是充电状态，尤其是在远离充电或放电结束时。为了获得更精确的充电状态的测量，已知可以对穿过电池单元的电流进行积分。通过从放电状态出发、对电流积分（累计的安培-小时数）并且知道电池单元的容量（基本电池可以存储的安培-小时数），然后可以通过求这两个值的比率来推导出电池单元的充电率。该方案更可靠，但是其需要定期的校准，这是因为电流积分计算倾向于随时间漂移，其原因是电流测量中的不精确性，即未考虑的漏电流，以及原因是通过老化电池容量降低（可存储的安培-小时数减小）。因此需要进行校准。为此，当前的方案包括在一定数量的循环或一定使用时间之后使电池组完全充电和/或放电。完全充电之后的完全放电允许例如更新电池单元的存储容量（安培-小时数）。该操作花费相当长的时间，是电池的正常充电的简单情形的持续时间的两倍到三倍的持续时间。此外，该操作在部分丢失的情况下消耗能量（在完全放电期间）。

为了消除这些缺陷，根据该方案的电池的构造允许实现这些操作，不是对整个电池组，而仅是对电池组的一部分电池单元，对至少一个电池单元实现操作，以便能够在这些校准期间继续使用电池组，其总的可用容量仅减少百分之几。因此校准包括使电池的一个或若干个电池单元完全放电并充电，并且更新电池单元的容量以及其安培-小时计数器。基于对若干电池单元的该分析，可以部分地通过外推来推导整个电池组的状态。为了不使由每个电池单元执行的充电/放电的循环数量失去平衡，每次校准时改变校准电池单元就足够了：每次校准时采样不同的电池单元序列。

第四功能包括改进电池单元的操作。某些电池单元包括这样的化学作用部分，其老化速度比在对充电或放电电流进行斩波时更慢。事实上，对于电池单元中消耗的同样功率，如果电流以斩波的方式仅被施加一定时间比例则可以达到更高的“峰值”电流，这是因为损失减小了。该更高的峰值电流还在电池单元中表现为比电池单元的标准电压略高的峰值电压，并且该峰值电压倾向于使电池单元中的具有较大能量的离子位移，这倾向于便于离子从一个电极到另一个电极的迁移并且在一定程度上改进其在收集电极中的嵌入。该原理允许电池单元限制其从一个充电/放电循环到另一个的存储容量损失，并因此延缓老化。在所选择的构造的情况下，通过从一个电池单元到另一个电池单元使有用的全局电流的流通轮换，例如通过以一定占空比（具有一个级的不同电池单元的连接/断开连接中的相移）连接电池单元，或者通过使模块的激活轮换，通过激活相关的开关同时保证输出端上适当的电压电平，可以容易地对电池的电池单元中的电流斩波。

应注意，如前所述的电池的电池单元的全部或一部分可以与本地能量源（例如太阳能传感器、氢燃料电池、热传感器、机械/电转换器类型等）相关联，以便利用该能量源例如进行充电，和/或带来用于为电池提供能量的附加可能性。

Claims

1.一种电池，包括设置在彼此串联的多个模块（112）中的多个电池单元，其特征在于，模块包括具有上端子和下端子的至少一个块（120），在这两个端子之间布置有两个电池单元（111）和至少三个开关（113），以便能够把两个电池单元（111）设置为在这两个端子之间串联或并联，并且该电池包括所述至少一个块的开关（113）的控制电路（127）。

2.按照权利要求1所述的电池，其特征在于，至少一个块（120）包括第一支路、第二支路和中间支路，第一支路在下端子和上端子之间延伸并依次包括电池单元（111）和开关（K1），第二支路在下端子和上端子之间与第一支路并行并且依次包括开关（K3）和电池单元（111），中间支路包括开关（K5）并且分别连接设置在两个并行支路的每个支路的电池单元和开关之间的中间端子。

3.按照权利要求2所述的电池，其特征在于，至少一个块（120）包括从电池单元（111）一侧在每个并行支路上分别设置的两个附加开关（K2，K4）。

4.按照权利要求1-3之一所述的电池，其特征在于，该电池包括具有下端子（117）和上端子（118）的模块，在这两个端子之间设置有两个块（120,120’），这两个块（120,120’）通过在这两个块（120,120’）的两个下端子之间、在两个上端子之间、以及在第一下块（120）的上端子和第二上块（120’）的下端子之间分别设置的三个支路和三个开关（K7、K8、K9）连接，以便能够把这两个块（120,120’）设置为串联或并联。

5.按照权利要求4所述的电池，其特征在于，该电池包括具有下端子（117）和上端子（118）的模块，在这两个端子之间设置有能被设置为串联或并联的多于两个块（120）的多个组合，这些组合能够在模块的下端子（117）和上端子（118）之间借助于多个开关而被设置为串联和/或并联。

6.按照权利要求1-3之一所述的电池，其特征在于，该电池包括具有下端子（117）和上端子（118）的模块，在这两个端子之间设置有用于形成超级块（156）的四个块，该超级块（156）包括具有第一块的第一组合，该第一块连接到模块的下端子（117）并且通过三个开关连接到与模块的上端子（118）连接的第二块，这三个开关允许把这两个块设置为串联或并联，并且该超级块（156）包括设置在模块的下端子（117）和上端子（118）之间与两个块的第一组合并联的另两个块的第二组合。

7.按照权利要求6所述的电池，其特征在于，该电池包括在两个块的两个组合之间的与上端子（118）和下端子（117）不同的至少一个中间电连接。

8.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，每个模块包括下端子（117）和上端子（118），在这两个端子之间设置有多个并联的块、和/或彼此并联的两个块的多个组合、和/或并联的多个超级块（156）。

9.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括至少一个模块，该模块包括多个开关用于能够使模块的输出电压消失和/或用于形成使模块的输出电压反转的反转设备，即H桥类型的功能。

10.按照权利要求9所述的电池，其特征在于，所有模块包括使输出电压反转的H桥类型的反转设备，用于使输出电压反转、消失或使一个或更多个模块旁路。

11.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括由该电池的模块的至少一个电池单元（111）直接供电的至少一个开关（K1到K13）的控制电路（127）。

12.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括能够使电池的一个模块或相继的多个模块旁路的至少一个开关（114；214；314；414；514；614；714）。

13.按照权利要求12所述的电池，其特征在于，该控制电路（127）驱动用于形成电池单元的开关（113）的至少一个晶体管，和/或用于形成模块的开关（114）的至少一个晶体管，和/或用于形成模块的两个块之间的串联/并联反转设备的至少一个晶体管（K7、K8、K9），和/或用于形成使模块的输出电压反转或消失的设备（H桥类型的功能）的至少一个晶体管（K10到K13），和/或用于使多个相邻模块旁路的至少一个晶体管。

14.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括设置在电池的每个模块之间的电子卡（20），或者包括上面设置有电池的所有模块的单一电子卡，或者包括每个都与一个或更多个模块相关联的多个电子卡。

15.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括测量表征模块的电池单元的状态的量的至少一个传感器（29），以及模块的开关的控制电路（127）根据表征其电池单元（111）的状态的量和根据由电池供电的负载的需求来控制这些开关。

16.按照前述权利要求所述的电池，其特征在于，该电池包括测量电池单元处的电流的传感器，和/或测量电池单元的端子处和/或电池单元的开关的端子处的电压的传感器，和/或测量电池单元的温度和/或测量阻抗谱的传感器。

17.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括模块和/或中央计算机（122）处的至少一个处理电路（130），该至少一个处理电路（130）通过控制电路（127）来驱动模块的开关。

18.按照权利要求17所述的电池，其特征在于，该电池包括中央计算机（22）和通过电流隔离来把不同模块连接到中央计算机的通信总线（121）。

19.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，至少一个块的开关是晶体管。

20.按照前述权利要求之一所述的电池，其特征在于，该电池包括具有不同电化学技术的电池单元的多个模块的多个部分。

21.一种管理按照前述权利要求之一所述的电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括确定电池的块的开关的位置以便把块的两个电池单元设置为串联或并联的步骤。

22.按照权利要求21所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合设置在第一支路上的开关，该第一支路设置在电池的块的下端子和上端子之间，并且打开设置在中间支路上的开关，该中间支路分别连接设置在两个并行支路的电池单元和开关之间的中间端子，以便把块的两个电池单元设置为并联，或者

-打开设置在第一支路上的开关，该第一支路在电池的块的下端子和上端子之间，并且闭合设置在中间支路上的开关，该中间支路分别连接设置在两个并行支路的电池单元和开关之间的中间端子，以便把块的两个电池单元设置为串联。

23.按照权利要求21或22所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括当电池的输出端所需要的电流超过某个阈值时使块的两个电池单元并联，并且当电池的输出端所需要的电压超过某个阈值时使块的两个电池单元串联。

24.按照权利要求21到23之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括电池的块的开关的以下致动：

-闭合设置在电池的块的下端子和上端子之间的第一支路上的开关以及位于中间支路上的开关，并且打开分别从电池单元一侧设置在每个并行支路上的附加开关，以便获得块的上端子和下端子之间的零电势差，

-闭合设置在块的下端子和上端子之间的第一支路上的开关并且打开至少一个别的开关，以便断开块的第二并行支路的电池单元的连接并仅以第一支路的电池单元获得块的运行。

25.按照权利要求21到24之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括基于电池的至少一个电池单元对电池的块的开关的控制电路进行供电的供电步骤。

26.按照权利要求21到25之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括以下步骤：

-把所测得的量传送给至少一个处理电路或计算机；

-通过考虑所测得的量来确定块的开关的位置；

-控制包括所述电池单元的块的至少一个开关的打开或闭合。

27.按照权利要求26所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括对所测得的量与阈值进行比较以诊断电池单元的状态、估计电池单元的充电和/或健康状态的步骤。

28.按照权利要求21到27之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括以下步骤的全部或一部分：

-根据模块能够提供的电流来选择模块的使用；

-当电流需求较小时限制温度最高的模块和/或电池单元的使用或优先使用；

-均匀保持电池内的温度。

29.按照权利要求21到28之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括周期性打开/闭合电池的块的至少一个开关以便断开连接/连接块的电池单元的步骤，根据所述电池单元的总使用时间来固定占空比，该总使用时间是根据电池的总电流和电压需要并且根据所考虑的电池单元的诊断而被确定的。

30.按照权利要求21到29之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括在块的处理电路和另一块的处理电路或中央计算机或负载之间通过载波电流来通信的通信步骤。

31.按照权利要求21到30之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括调节电池的输出电压的调节步骤，该调节步骤包括打开/闭合电池的块的开关以便跟随所要求的输出电压设定点的步骤。

32.按照权利要求21到31之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括在电池的延长停止或意外的情况下断开电池的所有电池单元的连接的步骤。

33.按照权利要求21到32之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括诊断所有或一部分开关的操作的步骤。

34.按照权利要求21到33之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括在电池的其余部分正常操作期间估计电池单元的健康状态SOH的步骤，健康状态SOH包括所述电池单元的充电和放电循环。

35.按照权利要求21到34之一所述的管理电池的管理方法，其特征在于，该管理方法包括以下估计步骤：通过观察电池单元对强制的或者是在电池正常操作期间的连接和/或断开连接的在电流和/或电压方面的响应，来估计电池单元的复数电抗。