CN108136985B - 电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于联接多个电池组电池单元的电路模块。电路模块包括：第一组端子，第一组端子具有用于联接到第一电池组电池单元的正极端子和负极端子；和第二组端子，第二组端子具有用于联接到第二电池组电池单元的正极端子和负极端子。第一组端子中的正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到第二组端子中的负极端子，并且第一组端子中的负极端子和第二组端子中的正极端子中的每一个均联接到开关组件。开关组件被可操作地配置为选择性地连接或绕开电池组电池单元中的每一个。本发明还涉及一种包括电路模块和多个电池组电池单元的电池组系统。

Description

电池组系统
技术领域
这里所描述的本发明总体上涉及诸如电池组(battery)系统的储能系统。
背景技术
用于诸如全电动车辆、混合动力电动车辆以及并网或离网应用中的固定能量存储的应用的储能系统通常包括多个储能电池(cell)单元的结构。每个电池单元都受其功能机制和设计的限制，以根据其充电状态和运行条件提供一定范围内的输出电压。每个电池单元也受其功能机制和设计的限制，以根据工作条件提供一定的最大电荷存储能力。串联地电连接电池单元增大了最大可实现输出电压，因此减小供应给定功率输出所需的电流的大小。这提高了系统效率，因为欧姆损耗随着电流大小而增大。并联地电连接电池单元增大了用于给定电池单元容量的最大可实现存储容量。
各个电池单元不可避免地在电荷存储容量、内阻以及其他与性能有关的因素方面显示出一些差异。即使在进入它们的工作寿命之前，电池单元也不可避免地具有由制造公差引起的差异，所述制造公差允许在使用即使是最先进的现有技术制造工艺进行的制造期间电池单元的某些变化。在整个工作寿命期间，电池单元性能劣化条件或分布的变化进一步促成这些差异。在废旧电池单元被循环再利用的应用中，电池单元可以与显著的性能差异相关联，特别是如果电池单元已经暴露于不同的使用情况。使用具有不同规格的电池单元也可能导致电池单元差异。
在包括多个储能单元的储能系统中，电池单元之间的这种差异可能影响如何管理整个储能系统并且如何执行该整个储能系统。在并联电连接的电池单元中，较低性能的电池单元分别在放电或充电过程期间贡献或接受较低的电流。这导致更高性能的电池单元分别在放电或充电过程期间贡献或接受更高的电流。这种速率增大可能降低系统效率，增大电池单元劣化，并且潜在地存在安全风险。因此，通常必须将整个系统限制在较低的功率输入或输出水平。在串联电连接的电池单元中，较低电荷容量电池单元可以分别在放电过程或充电过程期间贡献或接受较少的电荷。由于串联结构，较高电荷容量电池单元被限制为仅贡献与最低电荷容量电池单元等量的电荷。这意味着具有最低电荷容量的电池单元限制完全储能系统的电荷存储容量。
传统的电池组管理系统通常使用开关电阻器来耗散来自较高充电电池单元的剩余能量，或者使用开关电容器或开关电感器来从较高充电电池单元向较低充电电池单元传输能量。这些系统的主要作用是在充电放电循环中的特定点(例如，在充电结束时)处使串联连接的电池单元的充电状态差异均衡。在循环中的一个特定点处使充电状态均衡确保串联结构中的最低容量电池单元能够被充分使用。然而，它不允许更高容量电池单元向输出贡献更多能量。
例如，假定在串联结构中连接的两个完全充电电池组电池单元分别具有1Ah和10Ah的容量。如果该系统然后以1A的速率放电，假定在放电期间没有均衡，则整个系统具有一个小时的放电时间，在此期间系统它将提供由来自较低容量电池单元的1Ah和来自较高容量电池单元的1Ah构成的2Ah。
为了克服由包括串联连接的多个电池单元的储能系统中的最低容量电池单元造成的限制，需要更先进的方法。开关电容器或开关电感器平衡系统可以被操作以连续地传输能量，例如贯穿放电过程的一部分或全部过程从较高电荷容量电池单元向较高电荷容量电池单元传输能量。然而，用于使电池单元均衡的电气路径和部件通常被额定设为仅是完全储能系统的额定值的一部分的能量生产量(throughput)。这样，系统通常只能解决电池单元之间的差异的一部分。
例如，假定在串联结构中连接的两个完全充电电池组电池单元分别具有1Ah和10Ah的容量。如果该系统以1A的速率放电且另外以0.1A的速率从较低充电的电池单元向较高充电的电池单元传输能量，那么在一小时后，系统已提供2Ah的容量。此时，由于能量传输，较低电荷容量电池单元仍然保持0.1Ah，并且较高电荷容量电池单元仍然保持8.9Ah，这允许继续再放电约0.1小时，并且导致比在没有任何均衡系统的情况下大大约0.2Ah的完全储能系统容量。可以从更高电荷容量电池单元维持的附加放电时间和能量随着均衡系统的能量额定值而增大，这可能尤其增加成本和空间要求。这导致这种电池组管理方法仅主要用于具有较小差异的储能系统，诸如不基于具有相同规范的之前使用的电池单元的储能系统。此外，使用开关电容器或开关电感器需要分别经由诸如电容器或电感器的中间存储装置来传输能量，这些中间存储装置可能与对完全储能系统效率产生负面影响的损耗相关联。
解决由于串联连接的电池单元之间的差异造成的限制的另一种方法是使用电压转换器。通常，每个电池单元连接到一个电压转换器，并且电压转换器并联连接，导致在直流侧上的联接。这然后可以直接或经由另一个电压转换器连接到逆变器。另一种选择是将每个电池单元连接到一个电压转换器，并且将每个电压转换器连接到逆变器并将逆变器并联连接，使得来自电池单元的能量连接在交流侧上。进一步的选择是使用输出串联连接的电压转换器。使用电压转换器的缺点包括转换器的相当大的部件成本、取决于控制器类型和布局的电池充电和放电的可控制性的一些预期限制以及部分地由于用于诸如电感器和/或电容器的电压转换的存储元件中的能量损耗而导致的电压转换器的有限效率。
开关还可以用于连接、绕开(bypass)(即，断开)电池单元。通过断开较低性能的电池单元，可以从其他电池单元解锁额外的充电和放电容量。使用该方法的电流系统的一些缺点是对于串联连接的每个电池单元，额外的开关放置在任何给定的电流路径中，从而导致相关联的电阻和能量损耗。
本发明的目的是提供一种克服或减轻以上所描述的缺点或问题中的一个或更多个或至少给消费者提供有用选择的电池组系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于联接(couple)多个电池组电池单元的电路模块，电路模块包括：
第一组端子，该第一组端子具有用于联接到第一电池组电池单元的正极端子和负极端子；
第二组端子，该第二组端子具有用于联接到第二电池组电池单元的正极端子和负极端子，和
第三组端子，所述第三组端子具有用于联接到第三电池组电池单元的正极端子和负极端子，
第一组端子中的正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到第二组端子中的负极端子，
第一组端子中的负极端子、第二组端子中的正极端子和所述第三组端子中的至少一个端子中的每一个均联接到开关组件，
其中，所述开关组件被可操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的每一个，并且
其中，所述开关组件被可操作地配置为选择性地允许
第一状态下的操作，在所述第一状态中，所述第一电池组电池单元和所述第二电池组电池单元串联电连接并且所述第三电池组电池单元断开；
第二状态下的操作，在所述第二状态中，所述第一电池组电池单元和所述第三电池组电池单元串联电连接并且所述第二电池组电池单元断开；以及
第三状态下的操作，在所述第三状态中，所述第二电池组电池单元和所述第三电池组电池单元串联电连接并且所述第一电池组电池单元断开。
因此，第一组端子中的正极端子可以直接联接到第二组端子中的负极端子，或者第一组端子中的正极端子可以经由一个或更多个无源部件(诸如导体、保险丝、电阻器、电感器或任何其他类似部件)联接到第二组端子中的负极端子。在本说明书中，无源部件指以非开关方式运行的任何电路部件，诸如导体、保险丝、电阻器、电感器或任何其他类似的部件。
实际上，以第一组端子中的正极端子直接或经由无源部件联接到第二组端子中的负极端子的这种方式设置电路可以有利地允许所有开关组件位于电路模块的单侧上，从而大大简化电路模块的配置。在包含这种电路模块的电池组系统中，这允许所有电路部件(例如，承载开关组件的PCB电路板等)位于端子组的单侧(例如，一旦联接到电路模块则为电池组电池单元的单侧)上。这样，可以使电路部件的总数最小化，并且可以简化电路部件的结构或配置，由此，降低整个电池组系统的阻抗和损耗，并且缩短制造时间并降低制造成本。而且，可以使电池组系统的整体重量和尺寸最小化。这特别是在空间和重量限制适用的应用中可以是有利的。
在一个实施方式中，在开关组件的任何开关状态下，至多一个开关在电路模块的操作期间在相邻电池组电池单元之间的电流路径中闭合。
在一个实施方式中，当所有电池组电池单元连接到电路模块时，至多一个开关在相邻电池组电池单元之间的电流路径中闭合。
在一个实施方式中，在开关组件的任何开关状态下，闭合开关与电池组电池单元的比率在电路模块的操作期间小于一。
在一个实施方式中，当所有电池组电池单元连接到电路模块时，闭合开关与电池组电池单元的比率小于一。
减少工作(active)电池组电池单元之间的电流路径中的闭合开关的数量有利地降低了由开关电阻而造成的损耗，从而提高电池组系统的整体性能。
每个开关组件可以包括用于连接相关联的电池组电池单元的第一开关和用于断开相关联的电池组电池单元的第二开关。
在第一实施方式中，对于第一组端子，相关联的开关组件的第一开关在一侧上联接到第一组端子的负极端子，并且在第二侧上联接到第二开关；并且相关联的开关组件的第二开关在一侧上联接到第一开关，并且在第二侧上联接到第一组端子中的正极端子。在该实施方式中，对于第二组端子，相关联的开关组件的第一开关在一侧上联接到第二组端子的正极端子，并且在第二侧上联接到第二开关；并且相关联的开关组件的第二开关在一侧上联接到第一开关，并且在第二侧上联接到第二组端子中的负极端子。
第一组端子和第二组端子连同它们相关联的开关组件一起可以形成电路模块的一个单元。电路模块可以包括联接在一起的多个单元。
可以使用任何合适的开关装置。在一些实施方式中，开关组件可以包括一个或更多个机电继电器。开关组件可以包括一个或更多个晶体管。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电池组系统，该电池组系统包括：
如之前所描述的电路模块；和
多个电池组电池单元，该多个电池组电池单元联接到电路模块。
在一个实施方式中，电池组电池单元是废旧电池组电池单元。具体地，电池组电池单元可以用作混合动力电动车辆或纯电动车辆的电池。
在一个应用中，电路模块可以用于再利用废旧车辆电池组。具体地，废旧车辆电池组可以串联联接在电路模块中，以提供用于电能存储的电池组系统。电池组系统可以提供用于家庭或商业用途的电能存储。
电池组系统还可以包括被配置为允许一个或更多个电池组电池单元安装用于联接到电路模块的电池组安装件，其中，电路模块的所有开关组件都位于电池组安装件的一侧。
电池组安装件可以被配置为允许一个或更多个电池组电池单元在其工作寿命期间的任何时间被改装到电池组系统。这有利地允许方便地添加、去除和/或更换电池组电池单元。
电池组系统还可以包括控制器，该控制器用于控制电路模块的开关组件。控制器可以基于电池组电池单元的充电和放电行为来控制开关组件。更具体地，控制器可以基于在充电和/或放电期间电池组电池单元的电压、电流和/或温度来确定每个电池组电池单元的充电和放电行为。
在一个实施方式中，控制器可以：
将电池组电池单元的所测量的电压、电流和/或温度与预定电压、电流和/或温度范围和/或第二电池组电池单元的所测量的电压、电流和/或温度进行比较；
确定要连接和/或断开的电池组电池单元；并且
控制开关组件以连接或断开每个电池组电池单元。
此外，控制器可以以高频操作开关组件。
在一些实施方式中，多个电池组电池单元可以包括各个电池组电池单元的组合和并联连接的电池的块。在该说明书中，术语“电池组电池单元”或“电池单元”可以指单独的电池组电池或并联连接的电池的块，并且类似的推理适用于这些术语的变体，诸如多个。它还可以指并联连接的电池的块，在该块中，诸如保险丝、电阻器或电感器的一个或更多个电路部件与单独的电池串联和/或并联连接。
电池组电池单元可以为包括例如超级电容器等的任何合适的储能元件。
根据本发明的另一方面，存在一种用于联接多个电池组电池单元的电路模块，所述电路模块包括第一子模块和第二子模块，每个子模块包括：
第一组端子，所述第一组端子具有用于联接到第一电池组电池单元的正极端子和负极端子；和
第二组端子，所述第二组端子具有用于联接到第二电池组电池单元的正极端子和负极端子，
所述第一组端子中的所述正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到所述第二组端子中的所述负极端子，并且
所述第一组端子中的所述负极端子和所述第二组端子中的所述正极端子的每一个均联接到开关组件，
其中，所述开关组件能够被可操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的任一个或更多个，并且
其中，所述开关组件被可操作地配置为选择性地允许
第一状态下的操作，在所述第一状态中，所述第一子模块的所述第一电池组电池单元和所述第一子模块的所述第二电池组电池单元串联电连接并且所述第二子模块的所述第一电池组电池单元断开；
第二状态下的操作，在所述第二状态中，所述第一子模块的所述第一电池组电池单元和所述第二子模块的所述第一电池组电池单元串联电连接并且所述第一子模块的所述第二电池组电池单元断开；以及
第三状态下的操作，在所述第三状态中，所述第一子模块的所述第二电池组电池单元和所述第二子模块的所述第一电池组电池单元串联电连接并且所述第一子模块的所述第一电池组电池单元断开。
所述开关组件可以被可操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的任一个或更多个，以改变来自所述多个电池组电池单元的总电压输出。
在该说明书中，术语“开关”指可以以改变电流流动的路径的方式来控制的一个或多个电路元件。在一些实施方式中，开关包括一个或多个机电继电器。在一些其他实施方式中，开关包括一个或多个晶体管。
为了可以更容易地理解本发明并将其付诸实践，现在将参照附图仅用示例的方式来描述本发明的一个或更多个优选实施方式。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的电池组系统的电路图。
图2是根据本发明的另一个实施方式的电池组系统的电路图。
图3是根据本发明的又一实施方式的电池组系统的电路图。
图4是根据本发明的实施方式的电池组系统的壳体的立体图。
图5是根据本发明的实施方式的电池组系统的电池组包(battery pack)的立体图。
图6是例示出了根据本发明的实施方式的控制电池组系统的开关组件的方法的流程图。
具体实施方式
图1中示出了根据本发明的一个实施方式的电池组系统100。电池组系统100包括用于联接到多个电池组电池单元104的电路模块102。为了示例的目的，电池组系统100包括六个电池组电池单元104a、104b、104c、104d、104e、104f。然而，任何合适数量的电池组电池单元104可以用于电池组系统100中。电池组系统100包括电池组包端子101和103，该电池组包端子101和103用于向外部负载提供电能或从外部电源(未示出)接收电能。
电路模块102包括用于与电池组电池单元104联接的六组端子106-116，每个端子组具有正极端子106a、108a、110a、112a、114a、116a和对应的负极端子106b、108b、110b、112b、114b、116b。每个端子组106-116被配置为用于联接到电池组电池单元104(这里被称为相关联的电池组电池单元104)。然而，本领域技术人员将理解，任何数量的端子和电池组电池单元可以在不偏离本发明的范围的情况下用于电池组系统100或这里所描述的电池组系统中的任何一个中。
在电池组系统100中，电路模块102的部件以如下方式设置：一组端子中的正极端子106a、110a、114a由导体118a-118c直接联接到相邻的一组端子的负极端子108b、118b、116b。
第一组端子106的负极端子106b联接到开关组件120a。开关组件120a包括用于在闭合时将电池组电池单元104a连接到电路模块102的第一开关122和用于在闭合时断开电池组电池单元104a的第二开关124。更具体地，电池组电池单元104a在第一开关122闭合且第二开关124打开时工作(active)或连接到电路模块102，并且电池组电池单元104a在第一开关122打开且第二开关124闭合时不工作或从电路模块102断开。
类似地，第二组端子108的正极端子108a联接到第二开关组件120b。开关组件120b包括用于在闭合时将电池组电池单元104b连接到电路模块102的第一开关126和用于在闭合时断开电池组电池单元104b的第二开关128。更具体地，电池组电池单元104b在第一开关126闭合且第二开关128打开时连接到电路模块102，并且电池组电池单元104b在第一开关126打开且第二开关128闭合时从电路模块102断开。
因此，经由开关122、124控制流过电池组电池单元104a的电流。如果开关122闭合且开关124打开，那么在包端子101、103之间流动的任何电流流过开关122和电池组电池单元104a。如果开关122打开且开关124闭合，那么在包端子101、103之间流动的任何电流穿过开关124，但不通过电池组电池单元104a。其他电池组电池单元104b-104f经由它们相关联的开关组件以类似的方式被控制。
分别包括两组端子106、108以及相关联的开关组件120a、120b的电路布局形成电池组系统100的单个电路单元块131a。电池组系统100包括以与单元块131a相同的方式设置的另外两个电路单元块131b、131c。三个电路单元131a、131b、131c联接在一起，以形成整个系统100。然而，应当理解，系统100可以包括任何合适数量的单元块131以满足即将发生的特定应用的储能要求。
如所描述的，电池组电池单元104a的正极端子106a直接连接到电池组电池单元104b的负极端子108b。这样设置电路允许开关122、124、126、128在物理上紧邻地位于电池组电池单元104a、104b的一侧上，而不需要延长电池组电池单元104与开关122、124、126、128之间的电流路径长度的长度。这有利地导致降低的制造成本、降低的空间要求并且避免额外的电阻，并且因此避免由增大的电流路径长度而引起的能量损耗。
然而，在电池组系统100中，为了通过电池组电池单元104b和104c将电池组电池单元104a的正极端子106a连接到104d的负极端子112b，电流穿过两个开关126、130。在该实施方式中，如果全部六个电池组电池单元104a-104f将承载电流，那么电流也必须穿过开关122、126、130、134、138以及142。这对应于每个电池单元电流通过一个开关，其中的每一个具有导通电阻和相关联的能量损耗。
如以下进一步说明的，如图2所示的电池组系统200在所有电池组电池单元204连接到电路模块202时通过减少在该开关状态下的电流路径中的闭合开关的总数来进一步降低电池组系统导通电阻和相关联的能量损耗。
电池组系统200包括电路模块202，该电路模块202被配置为接收联接到电路模块202的六个电池组电池单元204a-204f。然而，任何合适数量的电池组电池单元204可以用于电池组系统200中。电池组系统200包括电池组包端子201和203，该电池组包端子201和203用于向外部负载提供电能或从外部电源(未示出)接收电能。
电路模块202包括用于与电池组电池单元204联接的六组端子206-216，每个端子组具有正极端子206a、208a、210a、212a、214a、216a和对应的负极端子206b、208b、210b、212b、214b、216b。每个端子组206-216被配置为用于联接到电池组电池单元204。
在电池组系统200中，电路模块202的部件也以如下方式来设置：一组端子中的正极端子206a、210a、214a由导体218a-218c直接联接到相邻的一组端子的负极端子208b、212b、216b。
第一组端子206的负极端子206b联接到开关组件220a。开关组件220a包括用于在闭合时将电池组电池单元204a连接到电路模块202的第一开关222和用于在闭合时断开电池组电池单元204a的第二开关224。更具体地，电池组电池单元204a在第一开关222闭合且第二开关224打开时连接到电路模块202，并且电池组电池单元204a在第一开关222打开且第二开关224闭合时从电路模块202断开。包括一组端子206a、206b和开关组件220a的电路布局形成第一端电路单元块231a。
类似地，在电路模块202的相反(opposite)端上，端子组216的正极端子216a联接到开关组件220b。以与开关组件220a类似的方式，开关组件220b包括用于在闭合时将电池组电池单元204f连接到电路模块202的第一开关242和用于在闭合时断开电池组电池单元204f的第二开关244。包括一组端子216a、216b和开关组件220b的电路布局形成第二端电路单元块231d。
两个另外的电路单元块231b、231c联接在端单元块231a、231d之间。对于单元块231b，电池组电池单元204b的正极端子208a和电池组电池单元204c的负极端子210b联接到包括开关226、228、230、232的开关组件。具体地，用于电池单元204b的正极端子208a连接到开关226和228的一侧；负极端子208b连接到开关230和232的一侧；用于电池204c的负极端子210b连接到开关226和230的另一侧；并且正极端子210a连接到开关228和232的另一侧。电池组电池单元204b和204c中的每一个都可以根据如下表所示的开关226-232的开关状态来连接和/或断开。
Figure GDA0001612923180000101
电池组电池单元204b和204c二者在开关226闭合且开关228、230以及232打开时连接到电路模块202；电池单元204b在开关228闭合且开关226、230以及232打开时从电路模块202断开；在开关230闭合且开关226、228以及232打开时，电池单元204b从电路模块202断开，并且电池单元204c连接到电路模块202；并且电池单元204b和204c二者在开关232闭合且开关226、228以及230打开时从电路模块202断开。电路单元块231c以与电路单元块231b相同的方式来操作。
为了减少电池组系统200中的电池单元204的总数，可以去除一个或更多个中间电路单元块231b、231c或者可以向端单元块231a、231b之间的电路添加一个或更多个中间电路单元块231b、231c。
在电池组系统200中，开关222-244以如下方式来设置：对于至少一个开关状态，电池组电池单元204可以使用在连接两个相邻电池组电池单元204的电流路径中的至多一个闭合开关联接到相邻的电池组电池单元204。另外，系统200允许电池组电池单元使用电流路径中的至多一个闭合开关来联接到相邻或非相邻电池单元204。例如，电池组电池单元204a可以经由导体218a并且不经由开关联接到相邻的电池组电池单元204b；电池组电池单元204a可以经由导体和单个闭合开关230直接联接到非相邻的电池组电池单元204c；电池组电池单元204a可以经由导体和单个闭合开关232直接联接到非相邻电池组电池单元204d。电路部件的该配置有利地减少了操作期间电流路径中的开关的总数，从而减少了由于开关的导通电阻而导致的欧姆能量损耗，并且提高整个电池组系统200的能量效率。
因此，为了将电池组电池单元204a的正极端子206a连接到电池组电池单元204d的负极端子212b，同时连接中间电池组电池单元204b和204c，电流仅需要通过单个开关226。在该电池组系统200中，当全部六个电池组电池单元204a-204f要承载电流时，仅四个开关222、226、234和242闭合，并且所有其他的开关打开。在该开关状态下，因为电流仅流过四个开关222、226、234和242，所以实现了小于一的开关与工作的电池组电池单元比率。因此，电池组系统200降低了与开关相关联的能量损耗。
与图1类似，图2的系统200还可以包括被定位为彼此紧邻且定位在电池组电池单元204的单侧上的多个开关，这实际上可以降低制造成本和空间限制这两者。
图3中提供了其部分可以被重复以形成更大的电池组系统(未示出)的电池组系统300。电池组系统300包括电路模块302，该电路模块302被配置为接收联接到电路模块302的四个电池组电池单元304a-304d。
电路模块302包括用于与电池组电池单元304联接的四组端子306-312，每个端子组具有正极端子306a、308a、310a、312a和对应的负极端子306b、308b、310b、312b。每个端子组306-312被配置为联接到电池组电池单元304。
在电池组系统300中，电路模块302的部件也以如下方式设置：一组中的正极端子308a、312a通过导体318a、318b直接联接到相邻的一组端子的负极端子306b、310b的这种方式来设置。
第一组端子306的正极端子306a联接到包括开关322、326的开关组件。电池组电池单元304a在开关322闭合且开关324打开时连接到电路模块302，并且电池组电池单元304a在开关322打开且第二开关324闭合时从电路模块302断开。
类似地，第二组端子308的负极端子308b联接到包括开关328、330的第二开关组件。电池组电池单元304b在开关330闭合且开关328打开时连接到电路模块302，并且电池组电池单元304b在开关330打开且第二开关328闭合时从电路模块302断开。与端子310和312相关联的开关组件以类似方式来操作。
因此，电池组系统300以与图1的电池组系统100类似的方式来操作。附加开关326在需要开关324、328二者都闭合的开关顺序中闭合。使用单个开关326而不是使用两个开关324、328来减少由于开关电阻而产生的损耗。开关321、333、338起到与开关326类似的功能。
在系统300中，在全部电池单元304a-304d都连接到电流路径中时，电流仅流过两个开关321、333中。在该开关状态下，每个工作的电池组电池单元304电流通过少于一个开关，这也导致小于一的开关与工作的电池组电池单元的比率。
图4中示出了电池组系统的电池组包壳体(housing)400。壳体400提供电池组安装件402，该电池组安装件402安装和拆卸用于联接到电路模块102、202、302的各个电池组电池单元104、204、304。具体地，电池组安装件402包括多个外壳(enclosure)404，每个外壳被配置用于在其中接收电池组电池单元104、204、304。电池组安装件402允许电池组电池单元104、204、304容易地去除和更换。
壳体400包括门406，该门406包括用于将电池组电池单元104、204、304联接到电路模块102、202、302的导体。在门406打开例如以便维护时，断开壳体400内部的电池组电池单元104、204、304。在包括多个电池组包(每个电池组包包括壳体400)的电池组系统中，可以在不影响相邻电池组包(每一个电池组包具有单独的壳体400)的操作的情况下经由门406维护在任何一个壳体400中的电池组电池单元104、204、304。
而且，包含开关组件的集成电路板位于电池组包壳体400的单侧408上，以实现紧凑性，降低的由于导体电阻导致的损耗以及制造成本。
图5中示出了电池组系统的另选电池组包500。电池组包500具有与图4所示的电池组安装件类似的电池组安装件502。然而，电池组包500壳体为每个电池组电池单元提供其自己的单独连接接口504，使得可以在不中断电池组包500中的其他已连接电池组电池单元104、204、304的操作的情况下去除、更换/维护每个单独的电池组电池单元104、204、304。
设置包括驱动电路的控制器来确定以上所描述的开关组件的适当开关顺序。在一些实施方式中，控制器是集中控制所有开关组件的集中控制器。在其他实施方式中，控制器可以包括一个或更多个分散控制器，每个分散控制器控制开关组件的子集。
现在转到图6，描述了控制开关组件的方法600。
在步骤602处，基于电池组电压和/或电池组电流的测量、电压和/或电流的阈值、和/或历史电池组测量数据来确定每个电池组电池单元104、204、304的充电和放电容量。
在步骤604处，控制器将每个电池组电池单元104、204、304的容量从最高到最低排序(反之亦然)，并且通过把具有最高容量的电池单元与具有最低容量的电池单元的容量的和减半来确定阈值容量。
在查询步骤606处，控制器确定给定电池组电池单元104、204、304的充电和放电容量是在步骤604中确定的阈值以上还是在该阈值以下。如果特定电池组电池单元104、204、304的容量在阈值以上，则方法600进行到步骤608，并且如果不是，则方法600进行到步骤610。
在步骤608处，通过断开和闭合相关联的开关组件中的适当开关来使得特定电池组电池单元工作或连接到电路模块。
在步骤610处，通过断开和闭合相关联的开关组件中的适当开关来使得特定电池组电池单元不工作或从电路模块断开。
重复方法100，直到连接到各电路模块100、200、300的电池组电池单元104、204、304被完全充电或放电为止。
在一些实施方式中，可以基于应用要求来确定并使用两个或更多个阈值容量。例如，下限阈值(通过将具有最高容量的电池单元与具有最低容量的电池单元的容量的和乘以1/3来计算)和上限阈值(通过将具有最高容量的电池单元与具有最低容量的电池单元的容量的和乘以2/3来计算)；并且在三分之一的时间内启动具有在下限阈值以下的容量的电池组电池单元，在三分之二的时间内启动具有在下限阈值以上且在上限阈值以下的容量的电池组电池单元，并且在全部时间内启动具有在上限阈值以上的容量的电池组电池单元。该方法例如可以对于具有更大数量的电池组电池单元的电池组包被类似地修改为具有三个或更多个阈值。
在一些实施方式中，控制器可以基于优化电池组系统性能的维护要求来监测每个电池组电池单元104、204、304。该优化将与电池组电池单元行为有关的输入考虑在内，这些输入可以包括一个或更多个电压、电流和/或温度的当前和/或过去测量、电池单元充电状态和/或健康状态的当前和/或过去计算。它还将与电池组维护要求有关的输入考虑在内，这些输入可以包括与电池组维护相关联的财务成本、电池组维护下次何时操作可行或有利的计划表。
在离下一维护机会有一段时间的一个场景中，该优化可以减少更低性能的电池组电池单元的使用，并且因此减少其老化，以将其寿命延长到直到下个一维护机会为止。
在下一维护即将发生的不同场景中，该优化可以增加更弱电池组电池单元的利用率，以在更弱电池组电池单元作为维护的一部分得到更换之前使它们的利用率最大化。
在另一个实施方式中，控制器进行电池组电池单元特性的自动化识别。在使用具有性能变化的电池组电池单元时，为了提供用于电池组电池单元使用优化的输入而经常存在识别特性的值。现存现有技术方法需要标记电池组电池单元的电池组数据的手动输入。这可能是一个时间紧张和/或容易出错的训练。在一个实施方式中，自动识别可以通过监测一个或更多个电池组电池单元的充电和放电行为(包括但不限于电压、电流和/或温度的测量)来进行。系统然后可以将所观察的行为与关于电池单元类型和/或化学性质的信息的数据库进行比较。该数据库可以提供可以包括但不限于电池组化学性质的特性，该化学特性可以关联到电压上限和/或电压下限、电流上限和/或下限、温度上限和/或下限和/或特定利用因素的老化影响。
解释
包括权利要求的该说明书旨在解释如下：
说明书中所描述的实施方式或示例旨在例示本发明，而不限制本发明的范围。正如本领域技术人员容易想到的那样，本发明能够以各种修改和添加来实施。因此，应当理解，本发明的范围不限于所描述或所例示的确切构造和操作，而是仅由以下权利要求来限制。
说明书中的方法步骤或产品元件的单纯公开不应被解释为对这里所要求保护的本发明是必不可少的，除了在被明确陈述为如此或明确记载在权利要求中。
权利要求中的术语具有本领域普通技术人员截至相关日期所赋予的最广泛范围的含义。
术语“一”和“一个”意指“一个或更多个”，除非另外明确指定。
本申请的标题和摘要都不应被视为以任何方式限制所要求保护的发明的范围。
在权利要求的前序部分记载了要求保护的发明的目的、益处或可能的用途的情况下，它并不将要求保护的发明限制为仅具有该目的，益处或可能的用途。。
在包括权利要求的说明书中，术语“包括(comprise)”和该术语的变体(诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”用于意指“包括但不限于”，除非另外明确指定，或者除非在上下文或使用中该术语的排他性解释是需要的。
这里所提及的任何文献的公开通过引用并入到该专利申请中，作为本公开的一部分，但仅用于书面描述和实现的目的，并且绝不应当被用于限制、限定或以其他方式解释本申请的任何术语，其中，本申请在没有通过引用并入的情况下，将不会无法提供可确定的含义。通过引用的任何并入本身(in and of itself)并不构成对任何并入文件中包含的任何声明、意见或论证的认可或批准。
对该说明书中的任何背景技术或现有技术的引用并不是承认这种背景技术或现有技术构成相关领域中的公知常识或者这种背景技术或现有技术在其他方面是与权利要求的有效性相关的可接受的现有技术。

Claims (19)

1.一种用于联接多个电池组电池单元的电路模块，所述电路模块包括：
第一组端子，所述第一组端子具有用于联接到第一电池组电池单元的正极端子和负极端子；
第二组端子，所述第二组端子具有用于联接到第二电池组电池单元的正极端子和负极端子；
第三组端子，所述第三组端子具有用于联接到第三电池组电池单元的正极端子和负极端子；和
第四组端子，所述第四组端子具有用于联接到第四电池组电池单元的正极端子和负极端子，
所述第一组端子中的所述正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到所述第二组端子中的所述负极端子，
所述第三组端子中的所述正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到所述第四组端子中的所述负极端子，
所述第一组端子中的所述负极端子、所述第二组端子中的所述正极端子、所述第三组端子中的至少一个端子和所述第四组端子中的至少一个端子中的每一个均联接到开关组件，并且
其中，所述开关组件被能够操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的每一个，每个开关组件包括一个或更多个开关装置，每个开关装置能够在导通状态和非导通状态下操作，
其中，所述开关组件被能够操作地配置为选择性地允许在任意两个或更多个电池组电池单元串联连接的多个状态下操作，每个状态包括串联连接的电池组电池单元的充电循环和放电循环，所述多个状态包括：
第一状态，在所述第一状态下，所述第一电池组电池单元和所述第二电池组电池单元串联电连接并且所述第三电池组电池单元断开；
第二状态，在所述第二状态下，所述第一电池组电池单元和所述第三电池组电池单元串联电连接并且所述第二电池组电池单元断开；
第三状态，在所述第三状态下，所述第二电池组电池单元和所述第三电池组电池单元串联电连接并且所述第一电池组电池单元断开；
第四状态，在所述第四状态下，所述第一电池组电池单元、所述第二电池组电池单元和所述第四电池组电池单元串联电连接并且所述第三电池组电池单元断开；以及
第五状态，在所述第五状态下，所述第一电池组电池单元、所述第二电池组电池单元、所述第三电池组电池单元和所述第四电池组电池单元串联电连接，并且
其中，所述第一电池组电池单元、所述第二电池组电池单元、所述第三电池组电池单元和所述第四电池组电池单元彼此相邻地定位，使得经由在所述电路模块内具有最少数量的导通开关装置的连接路径来实现所述第五状态，并且
其中，当所述第二电池组电池单元和所述第三电池组电池单元串联连接时，所述第二电池组电池单元和所述第三电池组电池单元之间的串联连接路径包括最多两个在所述导通状态下操作的开关装置。
2.根据权利要求1所述的电路模块，其中，所述电路模块允许电池组电池单元使用在所述电池组电池单元与相邻的电池组电池单元之间的电流路径中的至多一个导通开关装置连接到所述相邻的电池组电池单元。
3.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，所述电路模块允许电池组电池单元使用在所述电池组电池单元与非相邻的电池组电池单元之间的电流路径中的至多一个导通开关装置连接到所述非相邻的电池组电池单元。
4.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，在所述开关组件的任何开关状态下，导通开关装置与电池组电池单元的比率在所述电路模块的操作期间小于一。
5.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，每个开关组件包括用于连接相关联的电池组电池单元的第一开关装置和用于断开所述相关联的电池组电池单元的第二开关装置。
6.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，所述开关组件包括一个或更多个机电继电器。
7.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，所述开关组件包括一个或更多个晶体管。
8.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，所述开关组件能够被能够操作地配置为选择性地将任何一个或更多个电池组电池单元连接到电路模块，而不改变所连接的电池组电池单元的极性。
9.根据权利要求1或2所述的电路模块，其中，所述开关组件能够被能够操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的任一个或更多个，以改变来自所述多个电池组电池单元的总电压输出。
10.一种电池组系统，所述电池组系统包括：
一个或更多个根据前述权利要求中任一项所述的电路模块；和
多个电池组电池单元，所述多个电池组电池单元联接到所述电路模块。
11.根据权利要求10所述的电池组系统，其中，所述电池组电池单元是废旧电池组电池单元。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的电池组系统，其中，所述电池组电池单元是废旧车辆电池组。
13.根据权利要求10或权利要求11所述的电池组系统，所述电池组系统还包括电池组安装件，所述电池组安装件被配置为允许一个或更多个电池组电池单元被安装以联接到所述电路模块，其中，所述电路模块的所有开关组件都位于所述电池组安装件的一侧。
14.根据权利要求13所述的电池组系统，其中，所述电池组安装件被配置为允许所述一个或更多个电池组电池单元在其工作寿命期间的任何时间改装到所述电池组系统。
15.根据权利要求10或权利要求11所述的电池组系统，所述电池组系统还包括控制器，所述控制器用于控制所述电路模块的所述开关组件。
16.根据权利要求15所述的电池组系统，其中，所述控制器基于所述电池组电池单元的充电和放电行为来控制所述开关组件。
17.根据权利要求16所述的电池组系统，其中，所述控制器基于在充电和/或放电期间所述电池组电池单元的电压、电流和/或温度来确定每个电池组电池单元的所述充电和放电行为。
18.根据权利要求17所述的电池组系统，其中，所述控制器
将所述电池组电池单元的测量的电压、电流和/或温度与预定电压、电流和/或温度范围进行比较；
确定要连接和/或断开的所述电池组电池单元；以及
控制所述开关组件连接或断开每个电池组电池单元。
19.根据权利要求10或权利要求11所述的电池组系统，其中，所述开关组件能够被能够操作地配置为选择性地连接或断开所述电池组电池单元中的任一个或更多个，以改变来自所述多个电池组电池单元的总电压输出。
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