CN107690740B - 供电系统 - Google Patents

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Abstract

一种供电系统，该供电系统用于使用脉冲放电布置供应电负载。供电系统包括第一电池和控制单元，第一电池用于供应所述电负载，控制单元配置成控制第一电池在第一电池的放电状态与第一电池的休息状态之间周期性地切换，所述控制单元还配置成控制电源在当第一电池处于休息状态时的休息周期期间向第一电池供应第一充电电流。

Description

供电系统
本发明涉及供电系统，该供电系统包括用于供应电负载的电池。具体地，本发明涉及可增强电池的工作效率的供电系统和/或控制系统。
背景技术
电池在现代技术中是普遍存在的。可存在从手表中使用的小型钮扣电池、移动装置中使用的较大锂离子电池到大型工业规模电池的多种类型的电池，多种类型电池中的每种都专用于特定的应用。在电池的物理尺寸与电池的应用所需的容量之间总是存在折衷选择，这两个是直接相关的。
电池的重要子类是可再充电电池，可再充电电池提供能够重复使用的功能。可再充电电池被从手机和平板电脑到用于混合动力车辆或电动车辆的电动马达的大多数便携式应用选为电源。然而，它们有限的容量意味着一旦它们的电荷耗尽，它们就需要连接至外部电源以进行再充电。对于诸如混合动力车辆或电动车辆的应用，这限制这些车辆在必须再充电之前可移动的范围，而这不是所期望的。
对于手机，平衡对于轻且便携的电池的期望与大LED显示器和大功耗处理器的耗用功率导致电池几乎必须每天充电。这些电池充电过程耗时，完全充电通常需要几小时。并不总是期望必须这样频繁地对这些装置再充电。
另外，由于重复的充电和放电循环导致对电池电极的损害，可再充电电池的性能可能劣化。这种劣化的原因包括铅酸电池的硫酸化和栅极腐蚀、锂离子电池的池芯氧化以及镍基电池的结晶形成。这些最终导致在电池容量耗尽时恢复电池的初始电荷变得更难。
因此，为提高电池容量同时对于特定应用能保持电池充分的便携性，需要改进电池的功能。另外，为了跟上电子学的发展，期望更有效的充电与放电循环。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了用于供应电负载的供电系统。供电系统包括第一电池和控制单元，其中，第一电池用于供应所述电负载；控制单元配置成控制第一电池在第一电池的放电状态与第一电池的休息状态之间周期性地切换；所述控制单元还配置成当第一电池处于休息状态时的休息周期期间控制电源向第一电池供应第一充电电流。
已经发现这样可提高电池的效率。具体地，与包括连续放电的系统相比，在放电状态与休息状态之间周期性地切换可增大电池的工作时间。当电池维持在高电荷状态时，电池的效率可通过在当第一电池处于休息状态时的休息周期期间供应电流来进一步增大。
改进的效率的一个可能结果是电池可能更少地需要再充电。电池保持在较高的电荷状态下的时间更长，因此，降低了任何再充电的幅度(即，再充电所需要的能量的量)。因为更少地再充电可使得电池更少地劣化，所以这还可提供进一步的有益效果，在连续的充电循环/放电循环中提高电池的使用寿命。
供电系统的进一步有益效果是在放电状态与休息状态之间的周期性交替使得电池的工作温度更低。在放电期间电池可生成热量，该热量可加强电池部件的劣化。在放电状态与休息状态之间的交替可意味着电池温度的增加少于连续放电中电池温度的增加。
供电系统可用于供应可无需恒定功率输出的电能存储系统，诸如，例如流体电池或存在于光伏系统(例如，家用类型的)中的蓄电池。
优选地，控制单元配置成通过生成用于将电源控制在接通(ON)状态与断开(OFF)状态之间的电力控制信号来控制所述电源。当电源处于接通状态时，电源向第一电池供应充电电流。当电源处于断开状态时，电源不向第一电池供应充电电流。这样可允许各种充电状态/放电状态/休息状态的协调，以确保使用了正确的时序周期。
优选地，电源配置成通过生成用于控制在休息周期期间连接电源和第一电池的开关的电力控制信号来控制所述电源。
在一种布置中，控制单元配置成控制电源仅在休息周期期间向第一电池供应电流。可选地或另外地，控制单元还配置成控制电源从休息周期的开始、在休息周期结束时、在基本整个休息周期期间、仅在休息周期的一部分期间和/或在休息周期期间间歇性地将所述第一充电电流供应至第一电池或任何其它连接的电池。
控制单元可配置成控制电源将变化的电流供应至第一电池或任何其它连接的电池。该变化的电流可根据电流注入周期的部分而改变。可选地，在一个休息周期期间的不同电流注入周期之间，电流可变化。可选地，控制单元还可配置成控制电源将连续电流供应至第一电池或任何其它连接的电池。
供电系统可包括第二电池。控制单元还可配置成将第二电池控制成在第二电池的放电状态与第二电池的休息状态之间周期性地切换。有利地是，具有第二电池提供了用于电力供应的另外能源。可根据情况需要提供第三电池和另外的电池。
优选地，控制单元配置成用于在所述第一电池与所述第二电池之间周期性地切换，以交替第一电池的放电状态和第二电池的放电状态。有利地是，电源在当第二电池处于其休息状态时从第一电池向负载供应电流与当第一电池处于其休息状态时从第二电池向负载供应电流之间交替。这个可能对于需要恒定电力供应的应用有益。优选地，由供电系统施加在负载上的电力输出基本上是连续。
优选地，控制单元还配置成控制电源在当第二电池处于休息状态时的休息周期期间在向第二电池供应第二充电电流，结果显示，与常规脉冲放电相比，在第二电池的休息状态期间向第二电池供应电流导致供电系统的效率提高。
在一种布置中，控制单元配置成控制电源仅在休息周期期间向第二电池供应电流。可替代地或另外地，控制单元还配置成控制电源从休息周期的开始、在休息周期结束时、在基本整个休息周期期间、仅在休息周期的一部分期间和/或在休息周期期间间歇性地将所述第一充电电流供应至第二电池。
优选地，电源供应还包括至少第三电池，其中，控制单元还配置成控制至少第三电池在至少第三电池的放电状态与至少第三电池的休息状态之间周期性地切换。
优选地，控制单元还配置成控制电源供应在至少第三电池处于休息状态时向至少第三电池供应至少第三充电电流。
优选地，电池可以是任何类型的电化学电能蓄能器。电池中的任一个可以是可再充电电池或原电池。更加优选地，第一电池或第二电池或第三电池是以下中的任一种：镍氢(NiHM)电池、镍镉(NiCd)电池、锂离子(Li-离子)电池、锂聚合物(LIPO)电池、超级电容器、电解质电容器、流体电池。在具体的供电系统中，多个电池可以是不同类型的。
电池中的每个可以由串联连接的多个电池的组表示，其中，穿过电池组的端子的电压等于穿过串联连接的多个电池的电压的总和。可选地，电池可以是并联连接的一个或多个电池的组，其中，穿过电池组的端子的电压等于穿过每个电池的端子的电压。在放电阶段期间，电池的组向负载供应电流。
电负载可以是以下中的任一种：智能手机或平板或膝上型计算机或音乐播放器内部的印刷电路板、电动车辆或混合动力车辆的马达、用于存储电能的系统、电能分配网络(例如，“智能电网”类型)。
优选地，开关信号具有50％的占空比，以使得放电状态的持续时间约等于休息状态的持续时间。在包括两个电池的供电系统中，切换循环可近似互相相反。因此，对于切换周期的一半，电池中的一个连接至负载并且放电。对于切换周期的另一半，该电池不连接至负载并且处于休息状态。因此，对于每个电池，放电周期和休息周期可以相等。有利地是，对于包括两个或更多个电池的供电系统，这样可使得电源系统能够提供连续的电力输出。
优选地，对于具有两个电池的供电系统，由供电系统的电力输出供应电源。当一个电池正在放电时，电池输出的一部分可供应至处于休息状态的另一电池。因此，具有高电荷的供电系统可维持较长的周期。这还适用于包含互相切换的多个电池的供电系统。这具有储能供电的作用，在储能供电中期望的是高水平负荷，以及仅不定期需要的输出。
电源可以是以下中的任一种：电动马达、逆变器的输出、动能回收系统(KERS)、光伏面板或者电池。有利地，电源的范围可适合于供电系统的专门使用。KERS和光伏面板是绿色能源。这是有利的，因为这些能源可能不能提供足够驱动负载的连续输出。然而，在休息阶段期间它们提供施加至电池的足够电流。与非绿色源相比，这对环境具有积极的影响。
在本发明另一方面中，提供了控制单元，该控制单元包括处理器和开关发生器，开关发生器配置成生成用于在第一电池的放电状态与所述第一电池的休息状态之间周期性切换的开关信号；其中，控制单元还配置成生成电力信号，该电力信号用于在第一电池处于休息状态时控制电源向第一电池供应电流。
根据本发明的另一方面，提供了电池控制单元，该电池控制单元包括第一开关、第一开关发生器、第二开关和第二开关发生器，其中，第一开关发生器配置成生成开关信号，开关信号用于周期性地操作第一开关以使电池在放电状态与休息状态之间切换，第二开关发生器配置成生成开关信号，开关信号用于周期性地操作第二开关以控制电源在当电池处于休息状态时的休息周期期间向电池供应电流。
优选地，第一开关发生器和第二开关发生器集成在单个信号发生器内。
根据本发明的另一方面，提供了控制电池和电源的方法，该方法包括以下的步骤：在第一电池的放电状态与第一电池的休息状态之间周期性地切换；以及在当第一电池处于休息状态时的休息周期期间，控制电源向第一电池供应第一充电电流。
根据本发明的另一方面，提供了供应电负载的方法，该方法包括以下的步骤：提供用于供应所述电负载的第一电池；以及在第一电池的放电状态与第一电池的休息状态之间周期性地切换；在当第一电池处于休息状态时的休息周期期间，从电源向第一电池供应第一充电电流。
根据本发明的又一方面，提供了用于驱动电负载的装置，该装置包括控制单元和开关，其中，控制单元配置成生成指示在第一供应电压信号与第二供应电压信号之间交替的周期性选择的开关信号，开关配置成接收第一供应电压信号和第二供应电压信号、生成用于电负载的供应电压信号；其中，供应电压信号作为开关信号的值的函数在第一供应电压信号与第二供应电压信号之间选择，以可选地使用第一供应电压信号或使用第二供应电压信号周期性地供应电负载。
还提供了用于供应电负载的供电系统，该系统包括第一电能蓄能器、第二电能蓄能器和根据本发明的第三方面的驱动装置，其中，第一电能蓄能器配置成生成第一供应电压信号，第二电能蓄能器配置成生成第二供应电压信号；其中，第一电能蓄能器和第二电能蓄能器从以下项中选取：
-电池；
-串联连接的或并联连接的电池组；
-电容器；
-超级电容器；
-电压发生器。
优选地，供电系统还包括供电电路，供电电路配置成：当控制单元配置成生成指示选择第二供应电压信号的开关信号时，至少部分地对第一电能蓄能器再充电。
优选地，供电电路还配置成：当控制单元配置成生成指示选择第一供应电压信号的开关信号时，至少部分地对第二电能蓄能器再充电。
优选地，供电电路配置成对第一电能蓄能器和第二电能蓄能器再充电，以使得第一电能蓄能器的充电状态和第二电能蓄能器的充电状态包括在90％与100％之间。
有利地，由供电系统生成的电力的增加可用作为充电电流。因此，具有高电荷的供电系统可维持较长的周期。这具有储能供电的作用，在储能供电中期望高水平负荷，以及仅不定期需要的输出。已经发现，当在与没有充电的脉冲放电系统相比，当电池具有高电荷时在静止期间对电池充电增大了供电系统的效率。
本发明涉及脉冲放电系统，其中，供电系统的电池可在脉冲放电的休息阶段期间供应有电流。
该供电系统允许在较长的工作时间内以恒定的电流、更多的电能提供固定的电压区间。可选地，对于在恒定电流下的固定工作时间，更多的电能设置成具有较低的电池放电。
附图说明
图1A和图1B示出本发明实施方式中的示例性供电系统的简化电路图；
图2A是示出在如图1A和图1B中所示的示例性供电系统的一个切换循环期间穿过电池端子的电压的图示；
图2B是示出在如图1A和图1B中所示的供电系统的一个切换循环期间相对于电池端子的电流的图示；
图3A和图3B示出本发明另一实施方式中的供电系统的第二示例的简化电路图；
图4是示出图3A和3B中所示的系统以及传统系统的电压随时间的放电曲线的一部分的图示；
图5是示出图3A和图3B所示的系统以及传统系统的电压随时间放电曲线的完全放电轮廓的图示；
图6A和图6B示出本发明另一实施方式中的供电系统的简化示例性电路图；以及
图7示出本发明另一实施方式中的用于提供电负载的供电系统的框图。
具体实施方式
图1A和图1B是示例性供电系统2的简化电路图。供电系统2包括通过双路开关8串联连接至负载6的电池4。供电系统2通过供应电流来驱动负载。电源10连接至双路开关8的另一端子。图1A示出这种配置中的电路，在该配置中，双路开关8连接至负载6，使得电池4向负载6供应电力。图1B示出了可选的布置，在可选布置中，双路开关8连接至电源10，使得电池4可以再充电。控制单元12配置成生成开关信号SW1。开关信号SW1激活开关8，使开关8在其两个位置之间周期性地切换。
在图1A中，当开关8在电池4与负载6之间闭合时，电流从电池4流动到负载6。这使得电池4在其连接至负载6的时段期间放电。开关8在电池4与电源10之间断开，并且因此电源10不向电池4供应任何电流。
在图1B中，与图1A中相比，由控制单元12生成的开关信号SW1使得开关8改变定向。此时，开关8在电池4与负载6之间断开。在这种情况下，电池4不再连接至负载6并且没有电流从电池4流动至负载6。电池4不再放电，并且处于休息状态。开关8在电池4与电源10之间闭合；因此，电源10可在其被连接的时间的一部分中向电池4供应电流。
控制单元12还通过产生将电源控制在接通和断开状态之间的电源控制信号PC1来控制电源10在休息状态期间的某一时段内供应电流。电源10连接至电池4的端子，使得电流从电源10到电池4的供应导致出现充电效果。
控制单元12在电池4的放电期间使得开关8周期性切换。这在休息状态的一部分期间通过充电产生电池4的脉冲放电。
图2A是示出在供电系统2的一个切换循环期间穿过电池4端子的电压的图示。在t＝0时刻，电池4连接至负载6并且开始放电。在t＝0时刻与t＝30s时刻之间，电池4连接至负载6，并且在放电周期Ton内处于放电状态中。在放电周期期间，穿过电池4的电压减小。在t＝30s时刻，当双路开关8切换至它的交替位置时，电池4与负载6断开。在t＝30s时刻与t＝60s时刻之间的休息周期内，电池4在这种休息状态下保持与负载6断开。在休息周期开始时，由于负载6已断开，因此穿过电池4的电压迅速增大。然后，在休息周期的剩余时间中，穿过电池4的电压逐渐增大。在t＝50与t＝60时刻之间，在控制单元12的控制下，通过电源10将电流注入到电池4中。这称为电流注入周期，并且这导致穿过电池4的额外电压增大。因此，休息周期包括恢复周期和电流注入周期，在恢复周期期间电池4与负载6断开但是不被供应电流，在电流注入周期中电池4与负载6断开并且由电源10供应电流。
切换循环具有限定为放电周期Ton和休息周期Tt的总和的切换周期Tc。如以上所说明的，休息周期包括恢复周期Toff和电流注入周期TON。因此：
Tf＝Toff+TON
以及
To＝Tt+Ton
图2B是示出在一个切换循环内在电池4的端子中的一个处供应的电流的图示。在放电周期期间的t＝0与t＝30时刻之间，电池4以恒定电流(Ion)放电。在t＝30与t＝50时刻之间(恢复周期)，电池4与负载6断开，并且没有电流从电源10供应至电池4；因此，在恢复周期期间电流为零(Ioff＝0)。在t＝50与t＝60时刻之间(电流注入周期)，通过电源10向电池4供应电流；在电流注入周期期间在电池4的端子处测量的电流是ION。
图3A和图3B示出用于向负载6供应电流的供电系统2的另一示例的简化电路图。除如图1A和图1B中的示例性供电系统2所示的第一电池4之外，供电系统2还包括第二电池13。
从图3A明显可知，第一电池4可通过双路开关14、双路开关16的选择操作而与负载6串联连接。第二电池13通过双路开关18、双路开关19的选择操作而与电源10串联连接。应注意的是，在图3A中示出的配置中的双路开关14、双路开关16、双路开关18、双路开关19中，第二电池13与负载6断开，以及第一电池4与电源10断开。
图3B示出可选的开关配置。在这个布置中，第一电池4通过双路开关14、双路开关18的选择控制而串联连接至电源10。第二电池13通过双路开关16、双路开关19的选择控制而串联连接至负载6。在这个开关配置中，第一电池4不连接至负载6，以及第二电池13不连接至电源10。
在这个示例中，供电系统2的控制单元12向双路开关14、双路开关16、双路开关18、双路开关19提供开关信号SW2，以在第一电池4连接至负载6与第二电池13连接至负载6之间切换。以这种方式，在任一时刻电池4、电池13中的仅一个布置成通过向负载6供应电流而放电。第一电池4处于放电状态时第二电池13处于休息状态，以及第一电池4处于休息状态时第二电池13处于放电状态。为了在电池4、电池13相应的休息状态的一部分期间向它们中的每个供应电流，控制单元12还布置成产生电力控制信号PC2以控制电源10。
图3A和图3B中示出的供电系统2的切换循环在放电阶段与休息阶段之间是相等和对称的；因此Ton＝Tt。开关信号的占空比为50％。对于图3A和图3B中的示例，这导致从相应的电池4、电池13输出的恒定电流以及负载6交替地供应有来自第一电池4和第二电池13的电流。有利地，这对于需要连续供应电力的系统是有益的。本实施方式中描述的配置可容易地缩放成集成多于两个以协调方式操作的电池，从而在任何给定时间，仅一部分电池处于放电阶段，而其它电池处于电流由电源供应的休息阶段。电池的配置还可调整成向负载供应任何特定的电流信号。
图4是示出穿过第一电池4和第二电池13的电压与时间的图示；这些分别以迹线41和迹线43示出。还示出了在没有脉冲放电的情况下穿过传统电池的电压随时间的迹线40。在常规的电池放电中，穿过电池的电压随时间逐渐地减小。对于单个切换循环，用于第一电池4和第二电池13的迹线41、迹线43遵循图2A的形状。然而，迹线41、迹线43具有不同相位，以使得第一电池4处于其休息状态而在第二电池13处于其充电状态，并且第一电池4处于其充电状态而在第二电池13处于其休息状态。在每个连续的切换循环中，穿过第一电池4和第二电池13的相应电压低于先前循环中的电压。因此，在迹线41、迹线43中对于连续的切换循环电压值存在下降趋势。然而，迹线41、迹线43的电压的下降趋势比表示传统电池放电的迹线40的下降趋势小。这表明使用所描述的充电循环/放电循环的第一电池4和第二电池13的工作效率提高。
图5是示出穿过第一电池4和第二电池13的电压在较长的时间周期内的另一图示。还示出了在没有脉冲放电的情况下穿过传统电池的电压随时间的绘图。迹线23表示穿过第一电池4和第二电池13的电压；这与图4中示出的迹线41和迹线43对应，但是针对延长的时间周期。迹线21示出在没有脉冲放电的情况下穿过传统电池的电压。从图5可见，表示第一电池4和第二电池13的电压的迹线23具有更小的梯度。
对于图1A和图1B中示出的第一示例性电源系统，以及图3A和图3B中示出的第二示例性电源系统，电源10可配置成在电池的休息周期期间的任何时间点向电池4供应电流。更具体地，中间充电周期TON可设置成在所述特定的电池的休息周期Tt期间的任一时间点处出现。可选地，控制单元12可在整个休息周期期间、在休息周期的结束时、在休息周期的开始时、仅在休息周期的一部分期间控制电源10向相应的电池4、电池13供电。这还可以是休息周期期间的间歇性充电；这可包括整个休息周期的结束时、开始时或各种时刻。在电流在休息周期期间间歇性供应的情况下，电流可在一个休息周期期间的多个时间段中供应。
可通过控制单元12应用多个可选的时序表。在一个布置中，放电周期可从10秒持续至90秒。休息阶段可具有1s至180s的持续时间。电流注入周期可具有1s至90s的持续时间。另外的休息周期可以以0至5s的持续时间设置在电流注入周期的结尾处。在电流注入周期期间由电源10供应至电池4的电流可少于在放电周期期间由电池4向负载6提供的电流的70％。
供电系统的效率可以以多种不同的方式确定：
-在放电期间由电池传递的净能量可按照如下来计算：
Enet＝Eon-EON
其中，在持续放电的情况下，EON＝0。从净能量出发，放电效率可限定为切换的电池供电系统的净能量放电(Enet,M)与持续放电电池的净能量(Enet,C)之间的比值。
ηdischarge＝Enet，M/Enet，C
放电/充电循环效率：
ηcycle＝Eon/(EON+Echarge)
其中，Echarge是将电池充电到初始电压(任意设置)所需的能量。由以上可见，在这些计算中考虑了在中间充电阶段期间由电源提供的能量。
表2提供了使用图1A和图1B中示出的试验布置中的单个电池获得的一些试验结果。然后在电压区间V＝4.35-3.5V中将这些与在连续放电情况下的传统电池的结果进行比较。
对于表2中示出的所有结果，选择多步电位分析。电流在所选择的时间间隔内设置成恒定的，并且记录电池电压的演化(数据采样时间＝1s)。必须注意的是，测量的电压具有两个组成(Vm＝V+ψ)：电池电压V以及由于电池内电阻和接触电阻的欧姆组成ψ＝Iη*(Rint+Rc)。为了在获得的结果中具有较高的精度，已经优化了接触以减小这些组成。根据由仪器记录的电流和电压数据来执行能量计算。采用矩形法来计算在时间间隔内的电压曲线变化(V-t图)的面积；接下来，将得到的量乘以充电电流/放电电流。根据定义，与单个采样间隔对应的能量等于Es＝Vm*A*tC[焦耳]。
表2
-电池A
Figure BDA0001443187280000121
-电池B
Figure BDA0001443187280000131
Figure BDA0001443187280000132
试验结果表明，相对于如由较大的ηcycle所指示的连续循环，供电系统的充电循环/放电循环的效率增大。由较大的ηdischarge所指示的，供电系统还可在给出的电压窗口中提供较高量的净放电能量。
在另一布置中，进行了试验以研究在图1A和图1B中的试验装置中对于1.2V2300mAh的劲量NiHM电池可获得的效率。在1.3V至0.9V之间的电压范围内，在1A的DC电流下测量电池的放电。进行了三个试验。第一，脉冲放电系统在没有电流注入的情况的切换循环为：放电周期Ton＝30s，以及休息周期Toff＝30s。第二，脉冲放电系统在有电流注入的情况下的切换循环为：1A情况下的放电周期Ton＝30s，休息周期Toff＝20s，以及在0.05A下的电流注入周期TON＝10s。第三，出于比较的目的，以1A的电流进行了连续放电。
为每种情况确定了放电循环/充电循环效率。对于具有电流注入的脉冲放电系统，ηcycle＝0.91。对于没有电流注入的脉冲放电系统，ηcycle＝0.90。对于连续放电系统，ηcycle＝0.88。总之，这些试验确定在休息周期期间的电流注入可增加放电/充电循环效率。
对于任何给定的电池和电池配置，影响工作效率的参数可以是：切换循环的长度、放电电流、充电电流以及三个周期(Ton、TON和TOFF)按照持续时间和顺序考虑的组合。通过改变这些参数，能够优化不同的工作条件中的效率。
已发现本发明的实施方式可提供多个有益效果。首先，对于具有恒定电流的固定电压区间，能够以比由连续放电所期望的工作时间长的工作时间来提供更多的电能。其次，对于恒定电流下的固定工作时间，可在电池放电更少的情况下提供更多的电能。
电源10可以是能够向电池4提供电流的任何类型的设备。这可以是能够按照时间传递电流的任何类型的储能装置，例如电池或电容器。电源还可以是能够供应电流的任何类型的可再生能源，例如光伏系统或风力涡轮机。
电源可根据负载6的需求提供DC或AC。在需要AC的情况下，可提供逆变器(未示出)。
电源能够可选地是来自动能回收系统(KERS)的输出，在动能回收系统中可捕获在制动过程期间产生的动能并将其转化为电能。可选地，内燃机的输出可导致发电机产生电流。该供电系统适用于混合动力车辆和电动车辆。
图6A和图B是另一供电系统的简化示例性电路图，该另一供电系统包括通过开关22串联连接至第一控制单元20和负载6的第一电池4。第二电池13连接至第二控制单元28，并且通过另一开关24连接至负载6。第一控制单元20连接至第二控制单元28。控制单元20、控制单元28可以是独立的单元，或者可包括一个较大的控制单元的一部分。二极管和开关的部分确保电流在正确的方向上流动。图6A示出开关22将负载6连接至第一电池4的配置。图6B示出开关22断开以及开关24闭合以使得第二电池13向负载6供应电流的可选布置。
在图6A中，当开关22闭合时，电流从第一电池4流动通过第一控制单元20以向负载6供电。第一控制单元20接收电流的一部分，并将其供应至第二控制单元28，第二控制单元28转而将该电流供应至第二电池13。这使得第二电池13再充电。由于开关24断开，在充电期间第二电池13不连接至负载6。控制单元20、控制单元28控制电流向第二电池13的供应，使得在第二电池13未连接至负载6的时间周期内仅向第二电池13供应电流。如技术人员将容易理解的，多个的二极管和开关确保电流在正确的定向上供应。
在图6B中，与图6A相比，由控制单元20、控制单元28产生的开关信号导致所有的开关改变定向。开关信号可由控制单元20、控制单元28中之一或两者产生。此时，开关22在第一电池4与负载6之间断开。第一电池4不再放电，并且处于休息状态。开关24闭合，并且第二电池13向负载6供应电流。来自第二电池13的电流的一部分供应至第一控制单元28，第一控制单元28将该电流供应至第一控制单元20。在该配置中，在休息状态的一部分中，第一控制单元20向第一电池4供应电流以使得第一电池4再充电。
在该系统中，可向处于休息状态的其它电池在其电流注入阶段期间供应来自处于放电状态的电池的电流。在该布置中，来自一个电池的能量再循环以给其它电池充电。已经发现，通过具有短的切换循环，这使得系统能够比传统脉冲放电系统在更长的周期内维持高电荷水平。这可适用于需要在长的周期内间歇性地接入具有高电荷水平的电源系统的应用。另外，已经观察到，当供电系统在休息状态期间维持供应电流在高充电状态时，与没有电流向电池供应时相比，可导致系统的效率进一步增大。
第一控制单元20或第二控制单元28可以是微控制器、微处理器或可编程序逻辑设备(例如，FPGA＝现场可编程门阵列)。优选地，控制单元和开关实施为单个部件，该单个部件是可编程序逻辑设备(例如，FPGA)或专用集成电路(ASIC)。
第一控制单元20或第二控制单元28可产生具有低逻辑信号和高逻辑值的开关信号，其中，低逻辑信号指示选择放电阶段，高逻辑值指示选择休息阶段。可替代地，低逻辑信号可指示休息阶段，高逻辑信号可指示放电阶段。
参照图7，图7示出了另一实施方式中的用于供应电负载的系统80的框图。图7的供电系统80包括供电电路73，供电电路73具有产生第一充电电流I1_chg和第二充电电流I2_chg的功能，从而在第一电能蓄能器71和第二电能蓄能器72未连接至电负载76时分别对它们再充电。
具体地，当第一电能蓄能器71连接至电负载76以及第二电能蓄能器72与电负载76断开时，供电电路73配置成产生具有基本上空值的第一充电电流I1_chg，以及产生具有大于零的值的第二充电电流12_chg以对第二电能蓄能器72再充电；
-当第一电能蓄能器71与电负载76断开以及第二电能蓄能器72连接至电负载76时，供电电路73配置成产生具有大于零的值的第一充电电流I1_chg以对第一电能蓄能器71再充电，以及产生具有基本上空值的第二充电电流I2_chg。
在该实施方式中，绝对值V_max、V_min、I_max甚至在许多次的切换循环之后仍具有基本上恒定的值；因此，穿过电负载76的端子的电压具有随着时间基本上恒定等于V_min的趋势，以及在电负载76中流动的电流的值同样地具有随着时间基本上恒定等于I_max的趋势。
由供电电路73消耗的电能可从在供电系统80外部的电能源接收，诸如，例如从电动马达接收；
-在逆变器介于供电系统80与电负载76之间的情况下，从逆变器的输出接收；
-在供电系统80安装在电动车辆上的情况下，从KERS系统(动能回收系统)接收；
-在供电系统用于例如家用类型的光伏系统中的情况下，从光伏面板的输出接收。
优选地，第一充电电流I1_chg和/或第二充电电流I2_chg具有脉冲趋势。
可选地，由供电电路73消耗的电能从第一电能蓄能器71接收和/或从第二电能蓄能器72接收；在这种情况下，开关74的输出端子连接至供电电路73的输入端子，或者开关74的输出端子连接至第一电能蓄能器71的输出端子和/或第二电能蓄能器72的输出端子。
有利地是，根据该实施方式的变型，控制单元75配置成生成具有计算的切换循环T1_c的开关信号S_sw，使得第一电能蓄能器71的充电状态和第二电能蓄能器72的充电状态包括在90％与100％之间：以这种方式，供电系统80形成电压发生器。
换言之，切换循环T1_c的值选择为足够短的，以使得第一电能蓄能器1的充电状态和第二电能蓄能器72的充电状态非常高。
例如，将切换循环T1_c的值作为V_max的值的函数来计算，其变化必须小于10％。
因此，在第三实施方式的变型中，绝对值V_max、绝对值V_min和绝对值I_max包括在足够小范围内的值。
例如，在第一蓄能器和第二蓄能器实施成具有由铅酸型串联连接的40个电池组成的组的情况下，每个电池具有等于2.35伏的额定电压(因此，穿过第一组71和第二组72的端子的额定电压的值等于94伏)，最大电压值包括在87伏与94伏之间，最小电压值等于约71.8伏，以及值I_max包括在36安与220安之间。

Claims (12)

1.用于使用脉冲放电来供应电负载的供电系统，所述供电系统包括：
至少第一电池和第二电池，所述至少第一电池和第二电池用于使用脉冲放电来向所述电负载供电；以及
控制单元，配置成：控制所述第一电池和所述第二电池中的每个通过在相应的电池连接至所述电负载时的具有放电周期的放电状态与所述相应的电池与所述电负载断开时的休息状态之间周期性地切换来进行脉冲放电；以及在所述第一电池与所述第二电池之间周期性地切换以在所述第一电池的放电状态和所述第二电池的放电状态之间交替；
所述控制单元还配置成在所述脉冲放电期间控制电源在当所述第一电池处于所述休息状态时的第一休息周期期间向所述第一电池供应第一注入电流以及在当所述第二电池处于所述休息状态时的第二休息周期期间向所述第二电池供应第二注入电流，
其中，在每个电池的休息周期期间向每个相应的电池供应的注入电流少于由每个电池在其相应的放电周期期间向所述负载供应的电流的70％。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其中，所述控制单元配置成在所述脉冲放电期间通过生成电力控制信号来控制所述电源，所述电力控制信号用于将所述电源控制在接通状态与断开状态之间。
3.根据权利要求1所述的供电系统，其中，所述控制单元配置成在所述脉冲放电期间通过生成电力控制信号来控制所述电源，所述电力控制信号用于控制开关在所述第一休息周期期间连接所述电源与所述第一电池。
4.根据前述权利要求中任一项所述的供电系统，其中，所述控制单元还配置成在所述脉冲放电期间控制所述电源在以下情况中的至少之一时将所述第一注入电流供应至所述第一电池：
从所述第一休息周期的开始；
在所述第一休息周期结束时；
在整个所述第一休息周期期间；
仅在所述第一休息周期的一部分期间；
在所述第一休息周期期间间歇性地。
5.根据权利要求1所述的供电系统，其中，所述控制单元还配置成在所述脉冲放电期间控制所述电源在以下情况中的至少之一时供应所述第二注入电流：
从所述第二休息周期的开始；
在所述第二休息周期结束时；
在整个所述第二休息周期期间；
仅在所述第二休息周期的一部分期间；
在所述第二休息周期期间间歇性地。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的供电系统，还包括：
至少第三电池，
其中，所述控制单元还配置成在所述脉冲放电期间控制所述至少第三电池在所述至少第三电池的放电状态与所述至少第三电池的休息状态之间周期性地切换。
7.根据权利要求6所述供电系统，其中，所述控制单元在所述脉冲放电期间还配置成：当所述至少第三电池处于所述休息状态时，控制所述电源向所述至少第三电池供应至少第三注入电流。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的供电系统，其中，所述放电状态的持续时间等于所述休息状态的持续时间。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的供电系统，其中，由所述供电系统施加在所述负载上的电力输出是连续的。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的供电系统，其中，所述电源是由所述供电系统的电力输出供应。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的供电系统，其中，所述电源是以下中的任一种：电动马达、逆变器的输出、动能回收系统、光伏面板或者电池。
12.控制单元，包括：
处理器；以及
开关发生器，配置成：控制第一电池和第二电池中的每个使用脉冲放电来向电负载供电，通过生成开关信号以在当相应的电池与所述电负载连接时的具有放电周期的放电状态和所述相应的电池与所述电负载断开的休息状态之间切换；以及在所述第一电池和所述第二电池之间周期性切换以在所述第一电池的放电状态和所述第二电池的放电状态之间交替；
其中，所述控制单元还配置成在所述脉冲放电期间生成控制电源在所述第一电池处于所述休息状态时的第一休息周期期间向所述第一电池供应第一注入电流的第一电力信号以及控制所述电源在所述第二电池处于所述休息状态时的第二休息周期期间向所述第二电池供应第二注入电流的第二电力信号；
其中，在每个电池的休息周期期间向每个相应的电池供应的注入电流少于由每个电池在其相应的放电周期期间向所述负载供应的电流的70％。
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