CN110915095A - 电池组管理 - Google Patents

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Abstract

一种电池组管理系统(103)，用于包括彼此并联连接的多个电池组电池单元(101，102)的电池组(100)。该电池组管理系统包括：用于跨多个电池组电池单元中的至少一个连接的电子电路(104)。该电子电路包括电荷存储装置(105)和切换装置(106)。切换装置将电路在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态中，电荷从至少一个电池组电池单元释放并被引导至电荷存储装置，在第二状态中，电荷从电荷存储装置放电并被引导到至少一个电池组电池单元。切换装置被布置成将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换，以使至少一个电池组电池单元经历到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。

Description

电池组管理
技术领域
本公开内容涉及用于包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组的装置和方法。上述装置和方法可以特别应用于包括锂硫电池组电池单元的电池组的领域。
背景技术
典型的电池组电池单元包括阳极、阴极和设置在阳极与阴极之间的电解质。阳极、阴极和电解质可以包含在壳体例如软包(pouch)内。电连接例如连接片可以耦接到壳体以提供与电池单元的阳极和阴极的电连接。典型的电池组包括多个电池组电池单元。电池单元可以例如通过将电连接耦接到电连接器而串联或并联耦接。
可再充电电池组通常包括被设计成经历连续的充电-放电循环的多个可再充电电池单元。这样的可再充电电池单元特别是其(电池组)堆的使用(出于用存储的电化学能量对其充电以用户后续放电和使用)在一系列应用中变得越来越重要，包括在汽车、船舶和其他交通工具应用中、在家用的和不间断的能量供应中、以及在用于满足在家用的和并网的电网中的需求和负载均衡的从间断的和可再生的电源产生的能量的存储中以。
在电池组的充电和放电期间，可能期望形成电池组的不同电池组电池单元的容量状态保持彼此大致相同。也就是说，可能期望电池组中不同电池单元的电荷状态(或等效地放电程度)在充电和放电期间一致地增加和减少。例如，可以对电池组电池单元充电，直到形成电池组电池单元的电池单元中的每个电池单元达到给定的电荷状态。如果电池单元中的每个电池单元的电荷状态基本上保持彼此相同，则每个电池单元可以大致同时达到给定的电荷状态(在给定的电荷状态处充电停止)。
电池组的这样的操作可以减少电池组中的电池单元中的一个或更多个电池单元的性能劣化，上述性能劣化另外可能由形成电池组的不同电池单元的电荷状态的差异引起。
在一些电池组(例如，包括锂离子电池单元的电池组)中，彼此并联连接的电池组电池单元表现出通常用于彼此自平衡的电压特性，使得电池组电池单元之间的容量状态的任何差异被校正。然而，其他电池组电池单元，诸如锂硫电池组电池单元，表现出(在至少一些情况下)不用于促进彼此并联连接的电池单元之间的自平衡的电压特性。因此，期望提供促进可能在彼此并联连接的电池单元之间出现的容量状态差异的减小的装置和方法。
本文中考虑的特定类型的电池组电池单元是锂硫(Li-S)电池组电池单元。锂硫是下一代电池单元化学物质，例如其理论能量密度是锂离子的5倍，并且可以更好地用作一系列应用的电化学能量存储。典型的锂-硫电池单元包括由锂金属或锂金属合金形成的阳极和由元素硫或其他电活性硫材料形成的阴极。硫或其他电活性含硫材料可以与导电材料诸如碳混合以改善其导电性。
发明内容
如上所述，在一些电池组电池单元中，跨电池组电池单元的电压取决于电池组电池单元的电荷状态。例如，跨电池组电池单元的电压可以与电池组电池单元的容量状态大致成比例。当这样的电池组电池单元彼此并联连接时，电池组电池单元通常彼此自平衡，使得电池组电池单元之间的容量的任何差异被校正并且每个电池组电池单元具有大致相同的容量。例如，如果彼此并联连接的两个电池单元具有不同的容量，则跨每个电池单元的电压可以不同。这样的电压差将驱动电流在两个电池组电池单元之间流动以将电荷从处于较高容量的电池组电池单元传递到处于较低容量的电池组电池单元，从而用作校正两个电池单元之间的容量的差异。
然而，一些电池组电池单元诸如锂硫电池组电池单元表现出跨电池组电池单元的开路电池单元电压在相对大范围的不同容量保持相对恒定的电压特性。此外，当很少电流或没有电流从电池组电池单元汲取时一些电池组电池单元诸如锂硫电池组电池单元通常稳定到其开路电池单元电压。也就是说，当电池组电池单元未被主动充电或者未被放电至负载时，跨电池组电池单元的电压下降至其开路电池单元电压。因此，当这样的电池组电池单元彼此并联连接时，在处于不同容量的不同电池单元之间可能存在很小的电压差或没有电压差，因此很少电流或没有电流被驱动在电池单元之间流动以校正任何容量差异。
已经发现，通过彼此并联连接的电池组电池单元的脉冲充电和脉冲放电，即使当电池组电池单元的开路电池单元电压特性通常不驱动电池组电池单元容量的自平衡时，也可以减小不同电池单元之间的容量差异。
根据本发明的第一方面，提供了一种电池组管理系统，用于包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组，该电池组管理系统包括：用于跨多个电池组电池单元中的至少一个电池组电池单元的连接的电子电路，该电子电路包括：电荷存储装置，被配置成存储从至少一个电池组电池单元释放的电荷；以及切换装置，其能够进行操作以将电路在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态中，电荷从至少一个电池组电池单元释放并被引导至电荷存储装置以对电荷存储装置充电，在第二状态中，电荷从电荷存储装置放电并被引导到至少一个电池组电池单元以对至少一个电池组电池单元充电；并且其中，切换装置被布置成将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换，以使至少一个电池组电池单元经历到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
将至少一个电池组电池单元在从至少一个电池组电池单元汲取电荷的第一状态与电荷被引导到至少一个电池组电池单元中的第二状态之间切换确保电流流入至少一个电池组电池单元和从至少一个电池组电池单元流出。当电流流入电池组电池单元或从电池组电池单元流出时，跨电池组电池单元的电压可以称为电池单元的工作电压，其取决于电池组电池单元的内部阻抗。电池组电池单元的内部阻抗取决于电池组电池单元的容量，因此，电池组电池单元的工作电压取决于电池组电池单元的容量。因此，使电池组电池单元采用其工作电压(通过电池组电池单元的脉冲放电和脉冲充电)导致具有不同容量状态的电池单元之间的电压差。这样的电压差用于驱动平衡电流在电池组电池单元之间流动。平衡电流用于将电荷从具有较高容量的电池单元传递到具有较低容量的电池单元以减小不同电池单元之间的任何容量差异。因此，彼此并联连接的一个或更多个电池组电池单元的脉冲充电和脉冲放电有利地使不同电池单元之间的容量状态的任何差异被减小。
换句话说，处于不同电荷状态的并联电池单元可以具有不同的内部阻抗，这是由内部阻抗对电池单元的电荷状态或容量状态的依赖性引起的。在并联电池单元至电荷存储装置的放电期间，电池单元之间的内部阻抗的差异(以及导致的电池单元的电压差)使处于相对较高的电荷状态的并联电池单元比处于相对较低的电荷状态的并联电池单元向电荷存储装置输送更多的电流。类似地，在从电荷存储装置对并联电池单元的充电期间，处于相对较高的电荷状态的并联电池单元将比处于相对较低的电荷状态的并联电池单元接收较少的充电电流。因此，在对电荷存储装置的脉冲放电和从电荷存储装置的脉冲充电期间，减小了并联电池单元的电荷状态的差异。
从至少一个电池组电池单元汲取的电荷在从电荷存储装置放电返回到至少一个电池组电池单元中之前被暂时存储在电荷存储装置中。这样的机制可以是相对能量有效的。例如，当以这种方式将电荷移入和移出至少一个电池组电池单元时，可以实现超过大约95％的能量效率。
在一些实施方式中，电子电路可以适用于跨多个并联电池单元的连接。在这样的实施方式中，多个并联电池单元可以向电荷存储装置放电和从电荷存储装置充电。
在其他实施方式中，电子电路可以适用于跨彼此并联连接的多个电池组电池单元中的一个电池组电池单元的连接。在这样的实施方式中，单个电池单元对电荷存储装置放电和从电荷存储装置充电。
在一些实施方式中，可以提供的多个上述类型电子电路，其中电子电路中的每一个适用于跨不同的一个或更多个电池组电池单元的连接。例如，第一电子电路可以跨第一电池组电池单元连接，并且第二电子电路可以跨与第一电池组电池单元并联连接的第二电池组电池单元连接。因此，第一电池组电池单元和第二电池组电池单元可以经历到不同电荷存储装置的脉冲充电和来自不同电荷存储装置的脉冲放电，不同电荷存储装置分别形成第一电路和第二电路的部分。
在第一状态中电荷从其放电的至少一个电池组电池单元可以与在第二状态中电荷被引导至其以进行充电的至少一个电池组电池单元相同。也就是说，在第一状态中电荷从彼此并联连接的一个或更多个电池组电池单元被汲取，并且在第二状态中电荷被引导回到相同的一个或更多个电池组电池单元以对一个或更多个电池组电池单元充电。在至少一个电池组电池单元包括并联连接的多个电池组电池单元的实施方式中，在第一状态中向电荷存储装置放电的多个电池单元是在第二状态中从电荷存储装置充电的相同的多个电池单元(即，相同数量的电池单元和相同组的电池单元)。在至少一个电池组电池单元包括单个电池组电池单元(其与至少一个其他电池单元并联连接)的实施方式中，在第一状态中向电荷存储装置放电的单个电池单元是在第二状态中从电荷存储装置充电的相同的电池单元。
换句话说，在至少一些实施方式中，没有在第一状态中从未向电荷存储装置放电的电池单元在第二状态中从电荷存储装置充电。类似地，没有在第二状态中从未从电荷存储装置充电的电池单元在第一状态中向电荷存储装置放电。
电池组管理系统可以被配置成：当彼此并联连接的多个电池组电池单元中的至少两个电池组电池单元具有不同的电荷状态或容量状态时，使切换装置将电路在第一状态与第二状态之间切换。
切换装置可以被布置成将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换以使至少一个电池组电池单元经历到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电，使得减小彼此并联连接的多个电池组电池单元中的至少两个电池组电池单元之间的电荷状态或容量状态的差异。
电路可以被配置成：当电池组处于空闲状态时，将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换。空闲状态可以是电池组没有跨外部装置连接以进行充电或放电的状态。也就是说，电池组在空闲状态中未主动对外部装置充电或者未主动从外部装置放电。空闲状态是通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流的大小小于阈值电流的状态。
阈值电流可以例如对应于当电池组以约0.01C的速率被充电或放电时通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流。对应于阈值电流的充电/放电速率通常可以小于约0.05C，可以小于约0.03C或者甚至可以约为0.01C或更低。
可以在很少电流或没有电流在电池组与任何外部装置之间流动的时间期间进行脉冲充电和脉冲放电。例如，可以在电池组没有从电源充电并且没有放电至外部负载的时间内进行脉冲充电和脉冲放电。还可以在低水平充电电流流入电池组或者低水平放电电流从电池组流向外部负载的时间内进行脉冲充电和脉冲放电。电池组的这样的状态被认为是电池组的空闲状态的示例。
通常，空闲状态是在其期间通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流的大小小于阈值电流的任何状态。例如，在空闲状态期间，流入电池组或从电池组流出的电流的大小可以基本上为零。这种状态可以被称为电池组的存储状态。存储状态被认为是空闲状态的示例。
由于在电池组的空闲状态期间很少电流或没有电流在电池组与任何外部装置之间流动，因此跨电池组电池单元的电压可以减小到其开路电池单元电压。处于不同容量的不同电池组电池单元的开路电池单元电压可以大致相同，因此在具有不同容量的电池单元之间可以存在很小的电压差或不存在电压差。因此，特别有利的是，在这样的时间期间，提供对存储装置的脉冲充电和从存储装置的脉冲放电以使跨至少一个电池组电池单元的电压达到其工作电压并且促进自平衡电流在处于不同容量状态的电池单元之间流动。
在电池组的空闲状态期间，一些电池组电池单元(例如，锂硫电池单元)可能会随着时间的推移经历自放电。对于不同的电池单元这种自放电可能以稍微变化的速率发生，并且在空闲状态期间可能导致在不同电池单元之间产生容量差异。因此，特别有利的是，当电池组处于空闲状态时提供脉冲充电和脉冲放电以减小在空闲状态期间可能另外产生的任何容量差异。
电池组管理系统还可以包括能够进行操作以在第一模式与第二模式之间切换的控制器，在第一模式中，切换装置将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换，在第二模式中，切换装置不将电路在第一状态与第二状态之间切换。
可以有利的是，仅在给定时间内进行对电荷存储装置的脉冲充电和从电荷存储装置的脉冲放电。例如，如上所述，可以有利的是，当电池组处于空闲状态时，进行对存储装置的脉冲充电和从存储装置的脉冲放电。然而，在其他时间内，可以优选的是，不进行对存储装置的脉冲充电和从存储装置的脉冲放电。例如，在大量的充电电流或放电电流通过外部连接流入或从电池组流出的时间内，可以优选的是，也不进行对电荷存储装置的脉冲充电和从电荷存储装置的脉冲放电。因此，控制器能够进行操作以在第一模式与第二模式之间切换，以在进行脉冲充电和脉冲放电与不进行脉冲充电和脉冲放电之间选择性地交替。
此外，在电池组的空闲状态期间，可能不需要一直进行对电荷存储装置的脉冲充电和从电荷存储装置的脉冲放电。例如，可能更能量有效的是，在空闲状态期间偶尔将控制器切换到第二模式而不是一直将控制器置于第一模式，在第二模式期间不进行充电/放电。
控制器可以被配置成：当电池组处于空闲状态时，在第一模式与第二模式之间周期性地切换。
控制器可以被配置成：当处于空闲状态时，周期性地切换到第一模式，以校正在控制器处于第一模式的时间之间可能已经产生的电池单元之间的任何容量差异。控制器可以被配置成在给定的部分时间内处于第一模式。例如，控制器可以在每24小时时间段期间切换到第一模式大约一小时。在这样的实施方式中，电池组电池单元的一小时的脉冲充电和脉冲放电可能足以校正在24小时时段期间在控制器最后切换到第一模式之间的电池组电池单元之间的可能已经产生的任何容量差异。
控制器可以被配置成确定电池组处于空闲状态。
电池组管理系统可以监视电池组的一个或更多个特性以确定电池组处于空闲状态。例如，如果在电池组与任何外部装置之间流动的任何电流降到阈值电流水平以下，则这可以指示电池组处于空闲状态。如上所述，当确定电池组处于空闲状态时，控制器可以进行对电荷存储装置的脉冲充电和从电荷存储装置的脉冲放电。
电池组管理系统还可以包括电流监视装置，该电流监视装置被配置成测量通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流。
电池组管理系统可以被配置成：当所测量的电流降到阈值电流以下时，确定电池组处于空闲状态。
阈值电流可以例如对应于当电池组以约0.01C的速率被充电或放电时通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流。对应于阈值电流的充电/放电速率通常可以小于约0.05C，可以小于约0.03C或者甚至可以约为0.01C或更低。
控制器可以被配置成：基于所测量的通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流来确定何时在第一模式与第二模式之间切换。
例如，控制器在其之间切换到第一模式的间隔时段可以根据通过外部连接进入电池组或从电池组出来的电流的大小而变化。例如，当存在通过外部连接流入电池组或从电池组流出的一定电流时，切换到第一模式之间的间隔时段可以大于当基本上没有电流流入电池组或从电池组流出时切换到第一模式之间的间隔时段。当存在通过外部连接流入电池组或从电池组流出的一定电流时，在并联电池单元之间可能出现一定程度的自平衡。因此，与如果基本上没有电流流入电池组或从电池组流出相比，在并联电池单元之间产生显著的容量差异可能花费更长的时间。因此，相对于基本上没有电流流入或流出电池组的情况，可能增加了通过切换到第一模式来执行电池单元之间的容量平衡之间的时段。
切换装置可以被配置成使至少一个电池组电池单元经历在大于约0.5赫兹的频率下的到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
切换装置可以被配置成：使至少一个电池组电池单元经历在小于约10赫兹的频率下的到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
电子电路可以包括DC到DC转换器电路。
电荷存储装置可以包括至少一个电容器。
电荷存储装置可以包括第一电容器，并且电子电路还包括第二电容器，并且其中，切换装置能够进行操作以将电路在第一状态与第二状态之间切换，在第一状态中，第一电容器被连接成从至少一个电池组电池单元汲取电流并对第一电容器充电，在第二状态中，第一电容器和第二电容器彼此串联连接以向至少一个电池组电池单元提供电流。
当电路处于第一状态时，从至少一个电池组电池单元汲取电流以对第一电容器充电。因此电荷被存储在第一电容器中，当电路切换到第二状态时，电荷随后可以被放电返回到至少一个电池组电池单元。在第二状态中，第一电容器和第二电容器彼此串联连接，以合并它们的电压并驱动电流从电容器到至少一个电池组电池单元。第二电容器可以例如从至少一个电池组电池单元预充电，并且可以在被串联连接时用于提升跨电容器的电压，以驱动电流从电容器到至少一个电池组电池单元，以对至少一个电池组电池单元充电。
第二电容器的电容可以是第一电容器的电容的至少10倍。
在一些实施方式中，第二电容器的电容远大于第一电容器的电容的10倍。例如，第二电容器的电容可以是第一电容器的电容的约20倍、约40倍、约60倍或约80倍或更多。例如，第二电容器的电容可以是第一电容器的电容的高达约100倍。
切换装置可以能操作成将电路切换到第三状态，在第三状态中，第二电容器被连接成从至少一个电池组电池单元汲取电流以对第二电容器充电。
在第三状态中，由至少一个电池组电池单元对第二电容器充电。如上所述，第二电容器的电容可以是第一电容器的电容的许多倍，并且第二电容器可以在被串联连接时主要用于提升电容器的电压，以驱动电流从电容器流到至少一个电池组电池单元。在将电路在第一状态与第二状态之间重复地切换以进行至少一个电池组电池单元的脉冲充电和脉冲放电之前，可以对第二电容器预充电以接近其完全充电状态。例如，可以通过将电路切换到第三状态对第二电容器预充电。另外地或可替选地，电路可以在第一状态与第二状态之间的重复切换期间已经被放电之后周期性地切换到第三状态以对第二电容器再充电。
电池组管理系统还可以包括控制器，其被配置成：控制切换装置以中断电路在第一状态与第二状态之间的重复切换并将电路切换到第三状态，以从至少一个电池组电池单元对第二电容器充电。
当电容器串联连接(通过将电路切换到第二状态)时以将充电电流驱动到至少一个电池组电池单元，第一电容器可以放电到比第二电容器更大的程度(由于其更小的电容)。因此，在电路在第一状态与第二状态之间的重复切换(以将脉冲充电和脉冲放电输送到至少一个电池组电池单元)期间，第二电容器可以比第一电容器放电慢得多。因此，在第二电容器不显著放电的情况下，可以通过在第一状态与第二状态之间多次连续的切换循环来使用第二电容器。另一方面，第一电容器在第一状态与第二状态之间的每次切换循环期间被充电和放电。然而，在第一状态与第二状态之间的重复切换期间，第二电容器将仍然缓慢放电，并且可能需要周期性地再充电。可以通过将电路切换到第三状态对第二电容器再充电，以从至少一个电池组电池单元汲取电流以对第二电容器再充电。
根据本发明的第二方面，提供了包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组以及根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统。
多个电池组电池单元可以是锂硫电池组电池单元。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组的方法，该方法包括：将跨多个电池组电池单元中的至少一个电池组电池单元连接的电子电路在第一状态与第二状态之间重复地切换，其中，在第一状态中，电荷从至少一个电池组电池单元释放并被引导至电荷存储装置以对电荷存储装置充电，并且在第二状态中，电荷从电荷存储装置放电并被引导到至少一个电池组电池单元以对至少一个电池组电池单元充电；其中，电路在第一状态与第二状态之间的重复切换使至少一个电池组电池单元经历到电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
在本申请的范围内，明确地旨在，可以独立地或以任何组合来理解在前面的段落中、在权利要求中和/或在下面的描述和附图中阐述的各个方面、实施方式、示例和替选方案以及特别是其各个特征。也就是说，除非这些特征不兼容，否则可以以任何方式和/或以任何组合来组合所有实施方式和/或任何实施方式的特征。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新的权利要求的权利，包括将任何原始提交的权利要求修改为从属于和/或结合任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管没有以这种方式原始地要求保护。
附图说明
在附图中仅通过示例的方式示意性地示出了本发明的一个或更多个实施方式，在附图中：
图1是根据本发明的实施方式的电池组的示意图；
图2A和图2B是锂硫电池组电池单元在放电期间的电压的示意图；
图3是锂硫电池组电池单元在不同的自放电时段前后的容量的示意图；
图4A和图4B是锂硫电池组电池单元在放电和充电期间的电阻的示意图；
图5是锂硫电池组电池单元在放电和充电期间的工作电压的示意图；
图6是并联连接的两个电池组电池单元的等效电路图的示意图；以及
图7是可以形成图1的电池组的一部分的电路的示意图。
具体实施方式
在描述本发明的特定示例之前，应当理解，本发明不限于本文所描述的特定电池组管理系统、电池组或方法。还应当理解，本文所使用的术语仅用于描述特定示例，而不旨在限制权利要求的范围。
在描述和要求保护本发明的电池组管理系统、电池组和方法中，将使用以下术语：单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数形式，除非上下文另外明确指出。因此，例如，提及“电池组电池单元”包括提及这样的元件中的一个或更多个。
图1是根据本发明的实施方式的电池组100的示意图。电池组100包括第一电池组电池单元101、第二电池组电池单元102和电池组管理系统103。电池组管理系统103包括图1的虚线框103内所示的部件。第一电池组电池单元101和第二电池组电池单元102彼此并联连接。尽管图1所示的电池组100包括两个电池单元101、102，但是在其他实施方式中电池组100可以包括多于两个电池组电池单元。通常，电池组包括多个电池组电池单元的任何布置，其中至少两个电池组电池单元彼此并联连接。除了彼此并联连接的至少两个电池单元外，电池组可以包括彼此串联连接的电池单元。电池组电池单元是可再充电的电池组电池单元。
电池组管理系统103包括电子电路104。在图1所示的实施方式中，电池组管理系统103还包括控制器107。尽管在图1中未示出，但是电路104可以能够进行操作以建立电池组电池单元101、102与外部装置之间的连接。例如，外部电源可以跨电池组电池单元101、102连接以向电池组电池单元101、102输送充电电流。电路104可以能够进行操作以跨电池组电池单元101、102连接外部负载以将电池组电池单元101、102放电至负载中。电路104可以例如包括电池组电池单元与电池组100的端子(未示出)之间的连接，外部电源和/或外部负载可以连接至电池组100的端子。电路可以包括可以被操作以将电池组电池单元101、102连接至电池组100的端子以及从电池组100的端子断开电池组电池单元101、102的一个或更多个开关。电路104可以包括被布置成调节可以在电池组电池单元101、102与外部装置(诸如，电源和/或负载)之间流动的充电电流和/或放电电流的电路系统或其他装置。
在电池组100的寿命期间，第一电池单元101和第二电池单元102的电荷状态可能在它们之间产生差异。如上所述，在一些电池组电池单元(例如，锂离子电池单元)中，跨电池组电池单元的开路电池单元电压与电池组电池单元的容量状态大致成正比。因此，具有不同容量状态的不同电池组电池单元将具有不同的跨它们的电压。当这样的电池单元彼此并联连接时，电池单元之间的电压差(通过改变电池单元的容量状态引起的)用于驱动自平衡电流在电池单元之间流动以校正容量的任何差异。例如，如果彼此并联连接的两个电池单元具有不同的容量状态，则跨每个电池单元的电压将不同。这样的电压差将驱动电流在两个电池组电池单元之间流动以将电荷从处于较高容量状态的电池组电池单元传递到处于较低容量状态的电池组电池单元，从而用于校正两个电池单元之间的容量的差异。
然而，一些电池组电池单元诸如Li-S电池单元表现出通常不用于驱动自平衡电流在具有不同容量状态的电池单元之间流动的电压特性。图2A是在电池单元的放电期间根据放电容量的典型Li-S电池单元的工作电压的示意图。工作电压是在从电池单元汲取放电电流时(或者等效地在向电池单元输送充电电流时)Li-S电池单元的电压。从图2A可以看出，在相对高的电荷状态处，电池单元表现出短的高容量平坦区201，在平坦区201期间电压随着变化的容量保持相对恒定。在高容量平坦区201之后，在到达相对长的低容量平坦区203之前出现电压的快速变化202，在平坦区203期间电压随着变化的容量保持相对恒定。低容量平坦区203继续直到在低的电荷状态处电压快速下降至零。
从图2A可以看出，在平坦区域201、203中，电池单元的电压在大范围的不同容量上保持相对恒定。因此，彼此并联连接并在平坦区域201、203中具有不同容量状态的不同电池单元101、102将具有大约相似的电压。因此，并联电池单元101、102之间不会有大的电压差异，这将驱动自平衡电流来校正关于并联电池单元101、102之间的容量差异。
此外，当很少或没有电流从电池单元中汲取时，典型的Li-S电池单元的电压倾向于在相对短的时间段之后稳定到标称开路电池单元电压。图2B是Li-S电池单元的工作电压(实线)以及Li-S电池单元的开路电池单元电压(OCV)(短划线)的示意图。开路电池单元电压(OCV)是当电池单元没有连接到负载时的电压。从图2B中可以看出，对于大范围的不同电荷状态，Li-S电池单元的OCV基本上是恒定的。应当理解的是当具有不同容量的并联电池单元101、102稳定到它们的开路电池单元电压时，跨电池单元两端的电压之间可能有很小差异或者没有差异。因此，存在很小电压差异或者没有电压差异来驱动自平衡电流在电池单元之间流动从而校正电池单元101、102之间的任何容量差异。
图2B还示出了根据放电容量的Li-S电池单元的内部阻抗(点划线)。如图2B中可以看到的，电池单元的内部阻抗根据放电期间Li-S电池单元的电荷状态而变化。如下面将进一步详细解释的，Li-S电池单元的内部阻抗对Li-S电池单元的电荷状态的依赖性可以用于促进彼此并联连接的电池单元的电荷状态的平衡。
已知一些电池组电池单元(例如Li-S电池单元)随着时间的推移显示出相对高的自放电的程度。例如，随着时间的推移，即使当电池单元101、102没有连接到外部负载，电池组电池单元101、102的电荷状态也可能降低。电池单元101、102自放电的速率可以根据电池单元内的变化而变化，并且因此电池单元101、102可以以彼此不同的速率自放电。因此，在自放电期间，第一电池单元和第二电池单元101、102的电荷状态之间可能会产生差异。
尤其在锂硫(Li-S)电池单元中，自放电可能以相对较快的速率发生。例如，由于自放电，典型的Li-S电池单元的电荷状态可能在48小时时间段期间降低大约25％。图3是多个不同时间段之前和之后的Li-S电池单元的容量状态的示意图，在这些时间段中电池单元处于存储状态(因此电池单元没有连接到外部负载)。容量状态以安培小时(Ah)示出，并且被示出用于5小时、10小时、50小时和168小时的存储时段。在存储时段的开始处的容量状态用右散列填充矩形来描绘，以及在存储时段的结束处的容量状态用未填充矩形来描绘。最左侧的四对矩形代表储存在20摄氏度(℃)环境条件下的电池单元。最右侧的四对矩形代表储存在40℃环境条件下的电池单元。
从图3可以看出，在图3中表示的存储时段的每一个期间，Li-S电池单元的容量状态降低。因为电池单元在所表示的存储时段期间没有连接到外部负载，所以容量状态的下降是由于电池单元的自放电。从图3还可以看出，Li-S自放电的程度随着储存时间的增加而增加，并且Li-S自放电的程度取决于电池单元储存的温度。
将理解的是，在彼此并联连接的Li-S电池单元(例如，第一电池单元和第二电池单元101、102)的存储时段期间，不同的Li-S电池单元可以通过不同的量来进行自放电(例如，由于不同电池单元的特性的不同)。在自放电时段之后，并联电池单元101、102因此可以处于不同的容量状态。
如果不加以校正，由于电池单元的电阻特征，在电池单元101、102的进一步放电期间，并联电池单元101、102之间的容量状态的差异可能增加。图4A是许多不同Li-S电池单元在放电期间根据Li-S电池单元的电荷状态的电阻的示意图。图4B是不同Li-S电池单元在充电期间的电阻的等效表示。图4A和图4B中表示的不同电池单元具有高达10％的初始容量的扩展。图4A和图4B中的实线表示具有初始参考容量的电池单元在放电和充电期间的电阻。图4A和4B中示出的其他线表示具有比如图4A和图4B中所示由图例指示的初始参考容量大1％、2％、5％和10％的初始容量的电池单元在放电和充电期间的电阻。
从图4A可以看出，在Li-S电池单元的放电期间，电池单元的内部电阻在达到峰值电阻之前首先增大，并且然后随着进一步放电而减小。还可以看出，具有不同初始容量的不同电池单元相对于其电荷状态也具有不同的电阻。当具有不同电阻的电池单元彼此并联连接并且跨接在负载上以便向负载放电时，电池单元将根据它们的电阻以不同的速率放电。特别地，具有较高电阻的电池单元将以比具有较低电阻的电池单元的放电速率低的速率放电。
上述特性可以导致彼此并联连接的不同电池单元的容量的增加的扩展并导致向负载放电。例如，参照图4A，在大约30％的放电深度处，具有初始参考容量(由图4A中的实线表示)的电池单元达到其峰值电阻，并且随着进一步放电，电池单元的电阻开始减小。随着电池单元的电阻减小，电池单元放电的速率将同时增大(由于电池单元的下降的电阻)。
同时，具有比参考容量大10％的初始容量的电池单元(由图4A中的点划线表示)具有继续向电池单元的峰值电阻增加的电阻。随着电池单元的电阻增加，电池单元放电速率将同时减小(由于电池单元的增大的电阻)。
在上述情况下，具有较低容量的电池单元以较快(和增大)的速率放电，而具有较高容量的电池单元以较慢(和减小)的速率放电。因此，在进一步放电期间，两个电池单元之间的容量的差异将增大。这种效应尤其发生在电池单元在放电期间达到其电阻峰值之后，例如，这种效应可能发生在大约30％的放电程度下。
从图3中可以看出，由于自放电，储存在大约20℃的电池单元在50小时后损失了电池单元的初始容量的大约25％，并且在168小时(一周)后损失了电池单元的容量的超过35％。因此，这种电池单元已经放电到如下这种程度：电池单元将接近或将已经超过其电阻峰值。
例如，如果图1中所示的第一电池单元和第二电池单元101、102被充至满容量并且然后储存超过50小时的时段，则电池单元可以以不同的速率自放电。然后，电池单元可能具有不同的容量并且可能正在接近或者已经超过电池单元的电阻峰值。如果电池单元随后连接到负载并且开始向负载放电，则由于电池单元的电阻不同，在放电期间电池单元的容量差异可能会增大。
如上面详细解释的，彼此并联连接的电池单元(例如图1中示出的第一电池单元和第二电池单元101、102)可能在它们之间产生容量差异，这种容量差异通常不会自我校正并且在使用期间(例如，在向负载放电期间)可能会增大。因此，期望提供用于校正并联电池单元之间可能产生的容量差异的方法和装置。
已经发现，通过彼此并联连接的电池组电池单元的脉冲充电和放电，即使当电池组电池单元的开路电池单元电压特征通常不驱动电池组电池单元容量的自平衡时，不同电池单元之间的容量差异也可以减小。再次参照图1，形成电池组管理系统103的一部分的电路104能够进行操作以将电池单元101、102的脉冲充电和放电输送到存储装置以及从存储装置输送电池单元101、102的脉冲充电和放电，该存储装置形成电路104的一部分。
通常，如图1中示意性示出的，电路104包括电荷存储装置105和开关装置106。电荷存储装置105被配置成存储从电池单元101、102放电的电荷。开关装置106能够进行操作以将电路104在第一状态和第二状态之间切换。在第一状态下，电荷从电池单元101、102放电并被引导至电荷存储装置105，用于电荷存储装置105的充电。在第二状态下，电荷从电荷存储装置105放电并被引导至电池单元101、102，用于电池单元101、102的充电。开关装置106能够进行操作以将电路在第一状态和第二状态之间重复地切换，以使电池单元101、102经历向电荷存储装置105的脉冲充电和放电以及从电荷存储装置105的脉冲充电和放电。
从电池单元101、102汲取的电荷在从电荷存储装置105放电回至电池单元101、102中之前暂时地存储在电荷存储装置105中。这种机制可以相对节能。例如，当以这种方式将电荷移入电池单元101、102和从电池单元101、102移出时，可以实现超过大约95％的能量效率。向电荷存储装置105放电的电池单元101、102是随后从电荷存储装置105充电的相同电池单元101、102。也就是，电路104被布置成向相同的一个或更多个电池单元101、102和电荷存储装置105转移电荷以及被布置成从相同的一个或更多个电池单元101、102和电荷存储装置105转移电荷。在至少一些实施方式中，没有在第一状态下未放电到电荷存储装置105的电池单元在第二状态下从电荷存储装置105充电。类似地，没有在第二状态下未从电荷存储装置105充电的电池单元在第一状态下向电荷存储装置105放电。
在第一状态和第二状态之间切换电池单元101、102使得电流流入电池单元101、102和从电池单元101、102流出，其中在第一状态中，电荷从电池组电池单元被汲取，以及在第二状态中，电荷被引导至电池单元101、102。当电流流入电池单元101、102或者从电池单元101、102流出时，跨电池单元101、102两端的电压采用电源的工作电压，工作电压取决于电池单元的内部阻抗。如上面提及的(以及如图2B、图4A和图4B所示的)，电池单元的内部阻抗取决于电池单元的容量状态。如果电池单元101、102具有不同的容量状态，则通过重复地从电池组电池单元101、102向存储装置105汲取电流以及从存储装置105向电池组电池单元101、102汲取电流，致使电池组电池单元101、102采用它们的工作电压，因此导致电池单元101、102之间的电压差异。
图5是根据在许多不同充电和放电速率下的充电和放电期间的比容量的Li-S电池单元的工作电压的示意图。从图5可以看出，在充电和放电期间特别是对于更高的充电和放电速率(例如0.6C和1C)，Li-S电池单元的工作电压变得更强地依赖于容量。在Li-S电池单元的充电和放电期间，不同容量状态下的不同电池单元将因此具有跨电池单元的不同电压。当这种电池单元并联连接(例如电池101、102)并且处于不同的容量状态时，，因此在充电和放电期间将在电池单元之间存在电压差异。
将理解的是，并联连接的电池单元之间的这种电压差异将起到如下作用：驱动电流在电池单元101、102之间流动。特别地，电流将从具有较高容量的电池单元流到具有较低容量的电池单元。这种电流可以被称为平衡电流。平衡电流通过将电荷从具有较高容量状态的电池单元转移到具有较低容量状态的电池单元来起作用以减小电池单元101、102之间的容量差异。将电路104在第一状态和第二状态之间切换以引起电池单元101、102的脉冲充电和放电，因而有利地起到如下作用：减小电池单元101、102之间的任何容量差异。
为了进一步帮助理解本发明，在图6中示意性地示出了两个并联电池单元101、102的等效电路图。每一个电池单元101、102具有内部电阻，该内部电阻等效于纯欧姆电阻R01、R02和电阻的扩散/瞬态损耗部件RC1a、RC1b、RC2a和RC2b的串联组合。如图6所示，每一个扩散/瞬态损耗电阻部件RC1a、RC1b、RC2a、RC2b等效于纯欧姆电阻与电容并联。图6中还示出了电池单元101、102的工作电压oV1和oV2。应当理解的是，在实践中，电池单元101、102不包括图6所示的电子部件。图6仅提供了可用于解释电池单元101、102的电行为的等效电路图。
对电池单元101、102施加脉冲充电和放电起到如下作用：使电池单元的工作电压oV1、oV2一起更接近并最终导致工作电压oV1、oV2的平衡。如上所解释的，处于不同的电荷状态的电池单元可以具有不同的内部电阻。例如，如果第一电池单元101处于比第二电池单元102更高的电荷状态，则电池单元101、102的内部电阻可以不同。特别地，欧姆部件R01和R02可以不同和/或扩散/瞬态损耗部件RC1a、RC1b和RC2a、RC2b可以不同。
电池单元的电阻的差异将导致在放电脉冲期间不同量的电荷从电池单元101、102放电到电荷存储装置，以及在充电脉冲期间不同量的电荷被电池单元101、102接收。例如，如果第一电池单元101处于比第二电池单元102更高的电荷状态，则电池单元101、102将具有不同的内部电阻，并且与电池单元相关联的工作电压oV1、oV2将不同。在放电脉冲期间，当电池单元101、102放电到电荷存储装置105时，两个电池单元101、102之间的内部电阻的差异致使第一电池单元101比第二电池单元102向电荷存储装置105放电更高的电流。类似地，在充电脉冲期间，当电池单元101、102从电荷存储装置105充电时，两个电池单元101、102之间的内部电阻的差异以及充电期间关于给定电荷状态的内部电阻与放电期间关于给定电荷状态的内部电阻之间的比例的差异，使得第一电池单元101接收比其放电期间放弃的充电电流更小的充电电流，并且第二电池单元102接收比其放电期间放弃的充电电流更大的充电电流。因此，向电荷存储装置105的电池单元的脉冲充电和放电或者从电荷存储装置105的电池单元的脉冲充电和放电起到如下作用：减小并联电池单元101、102之间的电荷状态的差异并且还减小工作电压oV1、oV2的差异。如果电池单元101、102被反复地向电荷存储装置105充电和放电或者反复地从电荷存储装置105充电和放电，则电池单元的电荷状态以及工作电压oV1、oV2可以变得基本相同。
在位于图4A和图4B中标记为401的点划线内的电荷状态下，可以特别地促进有利的平衡电流。在落入由线401限定的区域内的电荷状态下，在放电脉冲期间电阻随着容量的减小而增大，并且在充电脉冲期间电阻随着容量的减小而减小。这种条件可以有利地促进平衡电流从较高容量状态下的电池单元流到低容量状态下的电池单元。因此，特别地有利于在图4A和图4B中所示的电荷状态下执行电池单元101、102的脉冲充电和放电。这种脉冲充电和放电可以在达到电池单元的电阻峰值之前有利地减小并联电池单元之间的容量差异。如上所解释的，在电池单元中的一个已经达到其电阻峰值后，并联电池单元的进一步放电可能导致电池单元之间的容量差异进一步增大。因此，可能期望在电池单元的一个达到其电阻峰值之前减小并联电池单元之间的任何容量差异。
图7是图1的电路104的实施方式的示意图。电路104跨第一电池单元101和第二电池单元102连接，其中第一电池单元101和第二电池单元102本身彼此并联连接。电路104是DC-DC转换器电路，其被布置成将电荷从电池单元101、102转移到存储装置，以及将电荷从存储装置转移回电池单元101、102。在图7的实施方式中，存储装置包括第一电容器C1。
电路104包括：第一电容器C1、第二电容器C2、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、多个电阻器R1至R7、电感器L、运算放大器(op-amp)501以及反相器502。第二电容器C2的电容大于第一电容器C1的电容。在一些实施方式中，第二电容器C2的电容是第一电容器C2的电容的许多倍。例如，第二电容器C2的电容可以是第一电容器C1的电容的大约10倍或更多。在一些实施方式中，第二电容器C2的电容可以是第一电容器C1的电容大约20倍、大约40倍、大约60倍或甚至大约80倍或更多。在一些实施方式中，第二电容器的电容可以是第一电容器C1的电容的高至约100倍。
第二电容器C2可以在提供电池单元101、102的脉冲充电和放电之前被预充电。例如，第二电容器C2可以通过闭合第一开关S1使得第二电容器C2跨电池单元101、102连接以使第二电容器C2从电池单元101、102预充电。第一开关S1由控制器503控制，控制器503向第一开关S1输出第一开关信号504。图7所示的控制器503可以是与图1所示的控制器107相同的部件，或者可以是不同的部件。第一开关S1的状态取决于第一开关信号504。例如，第一开关S1可以是晶体管。当第二电容器C2从电池单元101、102预充电，控制器503可以控制第一开关S1以断开第一开关S1。
电池单元101、102的脉冲充电和放电可以通过第二开关S2和第三开关S3的重复的断开和闭合来执行。第二S2开关和第三S3开关分别响应于第二505开关信号和第三506开关信号而工作。第三开关信号506对应于op-amp 501的输出。因为第二开关信号505已经经过反相器502，因此第二开关信号505对应于op-amp 501的输出的反转。因此，第二开关信号505对应于第三开关信号506的反转。因此，第二S2开关和第三S3开关通常彼此相对地断开和闭合。也就是说，当第二开关S2断开时，第三开关S3闭合，当第二开关S2闭合时，第三开关S3断开。第二开关S2和第三开关S3可以例如是晶体管。
上面提到的电路104的第一状态对应于如下状态：在该状态中第二开关S2断开而第三开关S3闭合。在第一状态下，第一电容器C1跨第一电池单元和第二电池单元101、102连接，使得电流从电池单元101、102流向第一电容器C1，以对第一电容器C1充电。
同样在上面提到的电路104的第二状态对应于如下状态：在该状态中第二开关S2闭合而第三开关S3断开。在第二状态中，第一电容器C1和第二电容器C2彼此串联连接并且与电池单元101、102串联连接。由于第二电容器C2已经被预充电并且具有相对高的电容，因此第一电容器和第二电容器C1、C2的串联电压足以驱动从电容器C1、C2到电池单元101、102的充电电流，从而对电池单元101、102充电。
应当理解，由于第二电容器C2具有比第一电容器C1大很多的电容(并且已经被预充电)，因此当电路104处于第二状态时，第二电容器C2的电荷状态比第一电容器C1的电荷状态减小得慢。因此，当电路处于第二状态时，第一电容器C1达到相对放电的状态，并且在每一个电路从第二状态切换到第一状态的时刻，第一电容器C1从电池单元101、102重新充电。相比之下，第二电容器C2能够在不充电的情况下在第一状态和第二状态之间经历多次重复切换。当第一电容器C1和第二电容器C2串联连接时，第二电容器C2有效地动作以提升电容器C1和C2的电压，以便驱动向电池单元101、102的充电电流。
尽管第二电容器C2能够在不充电的情况下在第一状态和第二状态之间经历多次重复切换，但是当电路104处于第二状态时，第二电容器C2仍然放电到一定程度并因此可能需要周期性充电。第二电容器C2可以通过闭合第一开关S1(例如，在控制器503的控制下)来充电，以便将第二电容器C2跨电池单元101、102连接并且从电池单元101、102对第二电容器C2充电。第一开关S1闭合的电路104的状态可以被称为电路104的第三状态。通常，电路104的第三状态是如下状态：在该状态中第二电容器C2被连接成从电池单元101、102汲取电流从而对第二电容器C2充电。
如上所述，第二505开关信号和第三506开关信号取决于op-amp 501的输出。如图7所描绘的，op-amp 501的输入取自第一电容器C1的任一侧。因此，op-amp 501的输出取决于跨第一电容器C1的电压，该电压本身取决于第一电容器C1的电荷状态。在图7的实施方式中，电池单元101、102被连接成用作op-amp 501的电源。
图7中描绘的op-amp 501和电阻器R4至R7可以被设计成如下：当第一电容器C1完全充电(或接近完全充电)时，第二开关信号505致使第二开关S2闭合并且第三开关信号506致使第三开关S3断开，使得电路104从第一状态转换到第二状态。在第二状态下，第一电容器C1向电池单元101、102放电，并且跨第一电容器的电压将减小。图7中描绘的op-amp501和电阻器R4至R7可以被设计成如下：当第一电容器C1放电到给定程度时，第二开关信号505致使第二开关S2断开并且第三开关信号506致使第三开关S3闭合，使得电路104从第二状态转换到第一状态。在第一状态下，第一电容器C1从电池单元101、102充电。
应当理解，上述过程致使电路104在第一状态和第二状态之间重复地切换，从而致使电池单元101、102经历向第一电容器C1的脉冲充电和放电以及从第一电容器C1的脉冲充电和放电。电池单元101、102可以例如以大于约0.5赫兹的频率经历脉冲充电和放电。在一些实施方式中，脉冲充电和放电发生的频率可以小于约10赫兹。
在图7所示的实施方式中，电感器L和电阻器R2用作限制进入第二电容器C2的任何电流浪涌。在一些实施方式中，电感器可以具有大约1uH的电感值。电阻器R2可以具有大约0.03欧姆的电阻值。电阻器R2还作用为平衡电阻器，其电阻值可以被调节以改变电路的时间常数。可以根据电路的期望分辨率和精确度和/或并联电池单元的数目来调节电阻器R2。
在一些实施方式中，第一电容器C1可以具有大约1F的电容值。第二电容器C2可以具有大约10mF的电容值。在这样的实施方式中，电阻器R4可以具有大约12K欧姆的电阻值。电阻器R5可以具有大约1.2K欧姆的电阻值。电阻器R6可以具有大约10K欧姆的电阻值。电阻器R7可以具有大约1.1K欧姆的电阻值。在这样的实施方式中，二极管502可以被认为是如下理想的二极管：当二极管502导通时，没有跨二极管502的电压降。然而，如本领域普通技术人员将理解的在实践中可能发生的，可以调整电阻器R4至R7的电阻值，以便考虑跨二极管502的电压降，。
在图7的实施方式中，第二开关S2、第三开关S3、op-amp 501、电阻器R4至R7以及反相器502被布置成形成开关装置106，该开关装置106能够进行操作以将电路在第一状态和第二状态之间切换。因此，第二开关S2、第三开关S3、op-amp 501、电阻器R4至R7以及反相器502可以一起被认为形成了开关装置106的实施方式。根据本发明的实施方式的开关装置106还可以被认为包括第一开关S1，使得开关装置106还可以能够进行操作以将电路切换到第三状态，在第三状态中，第二电容器C2被连接成从电池组电池单元汲取电流从而对第二电容器C2充电。
控制器503可以被配置成控制第一开关S1以中断电路104在第一状态和第二状态之间的重复切换，以及将电路切换到第三状态以便从电池单元101、102对第二电容器C2充电。如图7所示，控制器503可以接收与op-amp 501的输出对应的输入507。控制器503因此可以根据提供给控制器503的输入507监视电路104的状态，并且可以根据输入507来控制第一开关S1。例如，如果输入507指示第二电容器需要再充电，则控制器503可以输出第一开关信号504，该第一开关信号504致使第一开关S1闭合，使得电路104被切换到第三状态，在第三状态中第二电容器C2被充电。
在其他实施方式中，控制器503可以控制第一开关S1以周期性地将电路104切换到第三状态。例如，电路104可以在给定时间段过去后切换到第三状态。时间段例如可以是预定的时间段。
应当理解，能够进行操作以将电路在第一状态和第二状态之间切换(并且可选地切换到第三状态)的切换装置可以采取许多不同的合适形式。因此，本文对开关装置的引用不应被解释为限于参照图7提出的示例。此外，尽管在图7所示的实施方式中电荷存储装置是以两个电容器的形式来实现，但是在其他实施方式中，电荷存储装置可以采取任何合适的形式。
通常，根据本发明的包括电荷存储装置和开关装置的电路可以采取任何合适的形式来执行本文描述的功能。
如上所解释的，提供向电荷存储装置(例如第一电容器C1)的电池单元101、102的脉冲充电和放电以及从电荷存储装置的电池单元101、102的脉冲充电和放电促进了在电池单元101、102之间流动的自平衡电流，从而减小了电池单元101、102之间的任何容量差异。如上面进一步描述的，当很少或没有电流流入电池单元或从电池单元流出时诸如当电池单元处于存储状态时的期间，电池单元之间尤其会产生容量差异。
通常，如下状态可以被称为电池单元的空闲状态：通过外部连接(例如连接到外部负载和/或连接到用于电池单元充电的电源)流入电池单元或者从电池单元流出的电流的大小小于阈值电流。例如，当没有外部装置被连接到电池单元或者当不需要从电池单元输送电能或不需要将电能输送到电池单元以用于充电时，可能发生空闲状态。替选地，当从电池单元汲取电流或者将电流输送到电池单元但电流的大小相对较低时，可能发生空闲状态。阈值电流可以例如对应于当电池单元以大约0.01C的速率充电或放电时通过外部连接电流流入电池单元或者从电池单元流出的电流。对应于阈值电流的充电/放电速率通常可以小于约0.05C，可以小于约0.03C，或者甚至可以是约0.01C或更小。
可以特别有利的是，当电池单元处于空闲状态时提供电池组的脉冲充电和放电，以便减少在空闲状态期间并联电池单元之间可能产生的任何容量差异。因此，电路104可以被配置成当电池单元处于空闲状态时将电路104在第一状态和第二状态之间重复地切换。
在一些实施方式中，可以提供能够进行操作以在第一模式和第二模式之间切换的控制器107(如图1中描绘的)，其中在第一模式中，开关装置106将电路在第一状态和第二状态之间重复地切换，以及在第二模式中，开关装置不将电路在第一状态和第二状态之间切换。控制器107可以例如与在图7中示出并在上面描述得控制器503相同，或者可以是不同的控制器。控制器107可以例如是能够进行操作以操作一个或更多个开关，以连接和/或断开与电路104的一个或更多个元件的连接，从而在第一模式和第二模式之间切换。
控制器107例如可以当电池单元处于空闲状态时切换到第一模式，并且可以当电池单元不处于空闲状态时切换到第二模式。这可以防止当大量的电流在电池单元和外部装置之间流动时对电荷存储装置的电池单元的脉冲充电和放电。
在一些实施方式中，控制器107可以被配置成当电池单元处于空闲状态时在第一模式和第二模式之间切换。例如，可以能量有效的是，在当电池单元处于空闲状态的特定时间仅输送脉冲充电和放电，而在当电池单元处于空闲状态的其他时间不输送脉冲充电和放电。尽管电荷可以相对有效地转移到电荷存储装置105和从电荷存储装置105转移到电池单元101、102，但是这种转移仍然会导致一些能量的损失。因此，可能期望在特定时间限制脉冲充电和放电的性能，以避免电池单元101、102的不必要放电。例如，仅切换到第一模式以在电池单元处于空闲状态的时间中的特定时间期间执行脉冲充电和放电可能便足够了。
控制器107可以被配置成当电池单元处于空闲状态时周期性地在第一模式和第二模式之间切换。例如，当电池单元处于空闲状态时，控制器107可以在每个24小时时段期间切换到第一模式大约一小时。在一些实施方式中，当电池单元已经处于第二模式时，执行脉冲充电和放电一小时可能足以校正并联电池单元之间产生的任何容量差异。在其他实施方式中，接连地切换到第一模式之间的时间段和/或电池单元在切换回第二模式之前处于第一模式的时间段可以不同。可以调整时间段以满足特定的应用。
在一些实施方式中，控制器107可以被配置成确定电池单元处于空闲状态。例如，电池组管理系统可以监视电池组的一个或更多个属性，并且控制器107可以根据一个或更多个测量的属性来确定电池单元处于空闲状态。电池组管理系统可以例如包括电流监视装置，该电流监视装置被布置成测量通过外部连接流入电池组或从电池组流出的电流(例如流到外部负载和/或从输送充电电流的电源流出)。如果控制器107确定测量的电流下降到阈值电流以下，则控制器107可以确定电池单元处于空闲状态。
在一些实施方式中，控制器107可以根据测量的通过外部连接流入电池单元或从电池单元流出的电流来确定何时在第一状态和第二状态之间切换。例如，切换到第一模式之间的间隔时段可以根据通过外部连接流入电池单元或从电池单元流出的电流的大小而变化。另外地或替选地，关于在切换回第二模式之前保持第一模式的时间可以根据通过外部连接流入电池单元或从电池单元流出的电流的大小而变化。
例如，如果存在通过外部连接流入电池单元或从电池单元流出的一定电流，则这可能会致使并联电池单元之间发生一定程度的自平衡。然而，电流的大小可以足够小(例如电流可以小于阈值电流)，使得电池单元被认为是空闲状态。电流的大小小也可能意味着并联电池单元之间仍然可能产生容量差异，并且因此，可以有利的是，向电池单元提供一定的脉冲充电和放电以及从电池单元提供一定的脉冲充电和放电，以便减小任何这样的容量差异。然而，由于流动的外部电流很小，与没有外部电流流动相比可能需要更长的时间用于产生容量差异。因此，相对于基本上没有外部电流流动的情况，切换到第一模式之间的时间段可以增大。另外地或替选地，可以减少切换到第一模式和切换回第二模式之间的时间段，使得脉冲充电和放电在较短的时间段内执行。
通常，控制器107可以在任何合适的时间和任何合适的时间段切换到第一模式，以促进自平衡电流在并联电池单元之间流动，从而减小并联电池单元之间的容量差异。控制器107在第一模式和第二模式之间切换的时间可以根据预定的时间表来确定，或者切换的时间可以基于电池单元的一个或更多个测量属性而变化。
尽管上面已经描述了实施方式，在该实施方式中电池组包括两个彼此并联连接的电池单元，但是在其他实施方式中，电池组可以包括两个以上的电池。通常，本文的公开内容适用于包括至少两个彼此并联连接的电池单元的任何电池组。电池组可以包括两个以上彼此并联连接的电池单元并且可以另外地包括彼此串联连接的电池单元。
上面已经描述了电路104跨彼此并联连接的多个电池单元101、102连接的实施方式。在一些实施方式中，上述类型的电路可以跨单个电池单元连接，该单个电池单元与至少一个其它电池单元并联连接。通常，电路104可以跨至少一个电池单元连接，所述至少一个电池单元与至少一个其它电池单元并联连接。在一些实施方式中，电池组管理系统可以包括多个上述类型的电路。每一个电路可以跨至少一个电池组电池单元连接并且可以能够进行操作以引起至少一个电池组电池单元的脉冲充电和放电。例如，在一些实施方式中，第一电路可以跨第一电池组电池单元连接并且可以能够进行操作以引起第一电池组电池单元的脉冲充电和放电，以及第二电路可以跨第二电池组电池单元连接并且可以能够进行操作以引起第二电池组电池单元的脉冲充电和放电。第一电池组电池单元和第二电池组电池单元可以彼此并联连接，并且电池单元的脉冲充电和放电可以促进自平衡电流在电池单元之间流动。
结合本发明的特定方面、实施方式或示例描述的特征、整数、特性、化合物、化学根或基团应理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施方式或示例，除非它们相互不兼容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行合并，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤相互排斥的组合。本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明延伸到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新的一个或任何新的组合，或者延伸到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新的一个或任何新的组合。

Claims (19)

1.一种电池组管理系统，用于包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组，所述电池组管理系统包括：
用于跨所述多个电池组电池单元中的至少一个电池组电池单元的连接的电子电路，所述电子电路包括：
电荷存储装置，被配置成存储从所述至少一个电池组电池单元释放的电荷；以及
切换装置，其能够进行操作以将所述电路在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态中，电荷从所述至少一个电池组电池单元释放并被引导至所述电荷存储装置以对所述电荷存储装置充电，在所述第二状态中，电荷从所述电荷存储装置释放并被引导至所述至少一个电池组电池单元以对所述至少一个电池组电池单元充电；并且
其中，所述切换装置被布置成将所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间重复地切换，以使所述至少一个电池组电池单元经历到所述电荷存储装置的脉冲充电和来自所述电荷存储装置的脉冲放电。
2.根据权利要求1所述的电池组管理系统，其中，所述电路被配置成：当所述电池组处于空闲状态时，将所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间重复地切换，其中，所述空闲状态是通过外部连接流入所述电池组或从所述电池组流出的电流的大小小于阈值电流的状态。
3.根据权利要求1或2所述的电池组管理系统，还包括能够进行操作以在第一模式与第二模式之间切换的控制器，在所述第一模式中，所述切换装置将所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间重复地切换，在所述第二模式中，所述切换装置不将所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间切换。
4.根据从属于权利要求2时的权利要求3所述的电池组管理系统，其中，所述控制器被配置成当所述电池组处于所述空闲状态时在所述第一模式与所述第二模式之间周期性地切换。
5.根据权利要求3或4所述的电池组管理系统，其中，所述控制器被配置成确定所述电池组处于空闲状态。
6.根据权利要求5所述的电池组管理系统，还包括电流监视装置，被配置成测量通过外部连接流入所述电池组或从所述电池组流出的电流。
7.根据权利要求6所述的电池组管理系统，其中，所述电池组管理系统被配置成当所测量的电流降到阈值电流以下时确定所述电池组处于所述空闲状态。
8.根据权利要求6或7所述的电池组管理系统，其中，所述控制器被配置成基于所测量的通过外部连接流入所述电池组或从所述电池组流出的电流来确定何时在所述第一模式与所述第二模式之间切换。
9.根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统，其中，所述切换装置被配置成使所述至少一个电池组电池单元经历在大于约0.5赫兹的频率下的到所述电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
10.根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统，其中，所述切换装置被配置成使所述至少一个电池组电池单元经历在小于约10赫兹的频率下的到所述电荷存储装置的脉冲充电和来自电荷存储装置的脉冲放电。
11.根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统，其中，所述电子电路包括DC到DC转换器电路。
12.根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统，其中，所述电荷存储装置包括至少一个电容器。
13.根据权利要求12所述的电池组管理系统，其中，所述电荷存储装置包括第一电容器，并且所述电子电路还包括第二电容器，并且其中，所述切换装置能够进行操作以将所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间切换，在所述第一状态中，所述第一电容器被连接成从所述至少一个电池组电池单元汲取电流并对所述第一电容器充电，在第二状态中，所述第一电容器和所述第二电容器彼此串联连接以向所述至少一个电池组电池单元提供电流。
14.根据权利要求13所述的电池组管理系统，其中，所述第二电容器的电容是所述第一电容器的电容的至少10倍。
15.根据权利要求13或14所述的电池组管理系统，其中，所述切换装置能够进行操作以将所述电路切换到第三状态，在所述第三状态中，所述第二电容器被连接成从所述至少一个电池组电池单元汲取电流来对所述第二电容器充电。
16.根据权利要求15所述的电池组管理系统，还包括控制器，所述控制器被配置成控制所述切换装置以中断所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间的重复切换并将所述电路切换到所述第三状态，以从所述至少一个电池组电池单元对所述第二电容器充电。
17.一种电池组，包括彼此并联连接的多个电池组电池单元以及根据任一前述权利要求所述的电池组管理系统。
18.根据权利要求17所述的电池组，其中，所述多个电池组电池单元是锂硫电池组电池单元。
19.一种用于控制包括彼此并联连接的多个电池组电池单元的电池组的方法，所述方法包括：
将跨多个电池组电池单元中的至少一个电池组电池单元连接的电子电路在第一状态与第二状态之间重复地切换，其中，在所述第一状态中，电荷从所述至少一个电池组电池单元释放并被引导至电荷存储装置以对所述电荷存储装置充电，并且在所述第二状态中，电荷从所述电荷存储装置释放并被引导到所述至少一个电池组电池单元以对所述至少一个电池组电池单元充电；
其中，所述电路在所述第一状态与所述第二状态之间的重复切换使所述至少一个电池组电池单元经历到所述电荷存储装置的脉冲充电和来自所述电荷存储装置的脉冲放电。
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