CN111164848A - 用于提供双向瞬态电压支持和电力的系统和方法 - Google Patents

用于提供双向瞬态电压支持和电力的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于存储能量的设备，包括：多个能量存储单元；开关电路，被配置为控制由多个能量存储单元提供的对电池的瞬态电压支持；充电电路，被配置为对多个能量存储单元进行充电；以及处理系统。该处理系统被配置为：控制充电电路以对多个能量存储单元进行充电，并且控制开关电路以控制多个能量存储单元对电池的瞬态电压支持。开关电路和充电电路在多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。

Description

用于提供双向瞬态电压支持和电力的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月22日提交的，并且题为“SYSTEM AND METHOD FORPROVIDING BIDIRECTIONAL TRANSIENT VOLTAGE SUPPORT AND POWER”，并且已转让给其受让人的美国临时申请号62/548,877的权益。该现有申请的公开被认为是本申请的一部分，并且全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及能量存储装置和系统，诸如电容器和/或电池模块和系统，包括超级电容器和超级型电容器，并且具体地涉及，被配置为提供双向瞬态电压支持和外部耦接系统所需的附加功能的电容器和/或电池系统。
背景技术
存在用于构造在直流(DC)电力系统中使用的电容器和/或电池模块(以下称为“模块”)的各种技术。模块可以包括多个单独的电容器和/或电池单元(单元)，以基于所包括的单元的数量来提供变化的电压。模块可以存储电力以供耦接到模块的各种装置或系统按需使用。另外地或可替代地，模块可以存储电力以支持外部耦接系统经历的双向瞬态电压。期望提供双向瞬态电压支持以及在各种操作限制内作为电源进行操作的选项的模块。
与双向瞬态电压支持分开和/或除了双向瞬态电压支持之外，所存储的电力可以用作外部需求(例如，起动器马达等)的来源。然而，由于电压负载的变化和其他设计限制，使用相同的单元作为双向瞬态电压支持和存储电源可能是复杂的。例如，对于双向瞬态电压支持，单元在每个方向上可能具有不同的限制(例如，5-50Amps(A)的充电极限和200-500A的放电极限)。此外，针对存储电源的输出可以与针对双向瞬态电压支持的输出分开。模块可以包括各种部件，诸如使得模块能够正确操作的控件，从而使得单元提供所需的双向瞬态电压支持和电源支持。另外，这些模块通常可以包括用于将其中包含的单元的电荷保持在电压的操作范围内的各种其他部件，以及用于保护模块的单元和其他电路的部件。因此，期望提供双向瞬态电压支持以及在各种操作限制内作为电源进行操作的选项的模块。
发明内容
本文公开的实施例解决了有关现有技术的上述问题。本公开的系统、方法和装置均具有若干创新方面，其中没有一个单独地负责本文公开的期望属性。
在所附权利要求的范围内的方法和装置的各种实施例各自具有多个方面，其中没有一个单独负责本文所述的期望属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文描述了一些突出的特征。
在一个方面中，本发明的实施例包括一种用于存储能量的设备。设备包括：多个能量存储单元；开关电路，该开关电路被配置为控制由多个能量存储单元提供的对电池的瞬态电压支持；充电电路，充电电路被配置为对多个能量存储单元进行充电；以及处理系统。处理系统被配置为：控制充电电路以对多个能量存储单元进行充电，并且控制开关电路以控制多个能量存储单元对电池的瞬态电压支持。开关电路和充电电路在多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。
在另一个方面中，本发明的实施例包括一种控制多个能量存储单元的方法。方法包括控制开关电路以控制由多个能量存储单元提供的对电池的瞬态电压支持；以及控制充电电路以控制对多个能量存储单元的充电。开关电路和充电电路在多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。
在另一个方面中，本发明的实施例包括一种非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质包括存储在其上的指令，指令在由计算装置的至少一个处理器执行时使计算装置：控制开关电路以控制多个能量存储单元对耦接到电池端子的电池的瞬态电压支持；以及控制充电电路以控制对多个能量存储单元的充电。开关电路和充电电路在多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。
附图说明
在附图和以下描述中阐述了本公开中描述的主题的一个或多个实施例的细节。尽管有时根据电容器或电容器单元来描述本公开中提供的示例，但本文提供的概念可以应用于其他类型的能量存储系统。根据说明书、附图和权利要求，其他特征、方面和优点将变得显而易见。应当注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
图1示出了根据示例性实施例的包括多个部件的模块的框图，这些部件一起向耦接电源系统提供双向瞬态电压支持和电源支持。
图2示出了图1的模块的示例性详细框图。
图3示出了图1和图2的框图的示例性实施方式的示意图。
图4示出了如图2所示的示例性DC/DC充电器的示意图。
图5示出了用于图1和图2的模块的单元的平衡电路和过电压警报的示例性实施方式的示意图。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为示例性实施例的描述，并且不意图代表可以实践本发明的唯一实施例。在整个说明书中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不必一定被解释为比其他示例性实施例优选或有利。为了提供对示例性实施例的透彻理解，详细描述包括指定的细节。在一些情况下，某些装置以框图形式示出。
能量存储系统可以包括多个单独电容器和/或电池，其串联或并联布置以形成能量存储模块或组(以下称为模块)，该能量存储模块或组具有比单独电容器或电池更高的电压输出和/或存储容量。能量存储模块继而可以与其他能量存储模块串联连接以输出更高的组合电压和/或存储容量。能量存储模块的单独电池或电容器有时被称为电池或电容器单元，或更一般地称为单元。能量存储模块通常可以一般称为模块。
根据模块中使用的单元，模块中可以包括各种部件以提供各种功能。例如，模块可以包括壳体以将每个单元容纳或包含在限定的体积内以便于运输、安装等。壳体可以为模块提供结构支撑以及提供保护以免受环境影响(例如，碎屑、湿气等)。另外，模块可以包括一个或多个导体或汇流条(bus bars)，其将单元电耦接在一起以获得期望的电压或电路结构。模块还可以包括一个或多个端子，经由所述端子可将模块耦接到外部电路、部件或系统。
在一些实施例中，并联或串联布置的单元的模块可能以混合方式耦接到外部电源、电池和/或类似的电源系统，使得模块还可以提供双向瞬态电压支持和/或用作除外部电源之外的单独电源。例如，模块可以耦接到汽车或车辆的外部12V和/或24V电池系统。因此，模块可以向耦接的外部电池系统提供附加的12V/24V电源，同时还提供12V/24V外部系统在操作中可能需要或利用的任何双向瞬态电压支持或补偿。在一些实施例中，模块可以耦接到12V/24V外部系统且还耦接到例如在电动和/或混合动力车辆中的更高和/或更低电压的电池系统。因此，模块可以提供附加的12V/24V电力，同时在12V/24V外部系统和/或较高和/或较低电压的电力或混合动力系统上提供双向瞬态电压支持。模块可以提供足够的电力来启动任何12V/24V部件(例如，用于启动车辆的起动器电动机、12V/24V电子器件等)和/或为其供电，同时还提供其电压和/或电流与向12V/24V外部系统提供电力时的电压和/或电流不同的双向瞬态电压支持。尽管本文描述的外部系统被描述为12V/24V外部系统，但模块可能以类似的方式针对其他电压系统操作。
在一些实施例中，模块可以包括一个或多个部件或结构，用于并行地、同时地或无需断开和/或重新连接模块地向12V/24V部件和双向瞬态电压支持提供电力。这种并行结构可以提供模块中包含的单元的双重使用。然而，这种并行结构可能增加模块的一个或多个部件和/或电路的复杂性。例如，当提供双向瞬态电压时，模块可以包括用于控制或限制通过其对模块的单元进行充电或放电的一个或多个参数的部件和/或电路。例如，模块部件和/或电路可以实现5与50A之间的充电极限以及100至500A之间的放电极限。在一些实施例中，这些极限可以是相同的，而与模块耦接到的12V/24V(或其他)电池系统无关。在一些实施例中，这些极限可以基于模块耦接到的12V/24V(或其他)电池系统或基于操作状况是动态的。例如，当模块耦接到12V/24V(或其他)电池系统时，例如，当耦接电池系统的电压或其他参数在操作器件波动时，可以改变充电极限和放电极限。在一些实施例中，可以由模块或耦接的电池系统的控制器自动进行改变或用户经由用户接口来进行改变。在一些实施例中，当模块耦接到不同的电池系统时，可以对极限进行改变。另外地或可替代地，控件、电路和/或部件可以包括在模块中以动态地保持模块的单元中和/或其上的平衡电压。
图1示出了根据示例性实施例的包括多个部件的模块的框图，这些部件一起向耦接电源系统提供双向瞬态电压支持和电源支持。模块100包括三(3)个端子102a-c、电压感测输出104、控制输入106、开关电路108、充电电路110、模块控制器112、单元平衡电路114和一个或多个单元116。
端子102a-c可以是模块100经由其耦接到外部电池系统(未示出)的端子。因此，模块100可以经由端子102a-c由外部电池系统充电，向其提供电源支持，和/或向其提供双向瞬态电压支持。例如，端子102a可以将模块100耦接到外部电池系统的总线或类似连接，并且向外部电池系统(例如，马达起动器等)的一个或多个负载提供电流或电压(例如，补充电流或电压)。端子102b可以将模块100耦接到模块100可以向其提供双向瞬态电压支持的外部电池系统的一个或多个总线或电路(例如，外部电池等)。端子102c可以将模块100耦接到接地连接总线或接地(例如，地面接地)。
感测输出104可以提供对经由端子102a传送的电压的感测电压(或其他信号分量)测量。控制输入106可以包括外部信号，外部电池系统经由该外部信号来控制模块100的操作的激活或去激活，或者控制模块100的一个或多个操作或参数(例如，电流或电压极限)。例如，外部电池系统可以基于控制输入106来打开/关闭对单元116充电的能力。附加地或可替代地，外部电池系统可以基于控制输入106来控制模块100的双向瞬态电压支持功能的激活或去激活。
开关电路108和充电电路110可以经由端子102b并联耦接至外部电池系统(例如，总线和/或电池)。模块100可以基于来自电池(或其他外部电池系统部件)的电力，基于来自充电电路110的一个或多个控制信号，来对模块100的单元116进行充电。替代地或附加地，模块100可以经由开关电路108向电池(或其他外部电池系统部件)提供双向瞬态电压支持。在一些实施例中，充电电路110可以控制模块100以对与开关电路108并联的单元116进行充电或放电，使得单元116被充电和/或放电，同时还用于双向瞬态电压支持。在一些实施例中，当开关电路108没有将单元116用于双向瞬态电压支持时，开关电路108和充电电路110可以控制模块100以对单元116进行充电和/或放电。
在一些实施例中，充电电路110可以包括用于控制模块100的单元116的充电的各种部件。开关电路108可以包括用于控制单元116与电池之间的瞬态电压流的各种部件。因此，开关电路108和充电电路110都将单元116耦接到端子102b。
模块控制器112可以控制模块100的一个或多个部件。例如，模块控制器112可以控制开关电路108、充电电路110和平衡电路114中的一个或多个。在一些实施例中，开关电路108和充电电路110中的一者或两者的控制可以基于控制输入106。例如，控制输入106可以控制模块控制器112基于控制输入106对充电电路110和开关电路108中的一个或多个的激活和/或去激活。替代地或附加地，对开关电路108和/或充电电路110的控制可以基于模块100的操作。例如，当开关电路108经由端子102b提供双向瞬态电压支持时，模块控制器112可以不允许经由端子102b对单元116充电。类似地，当经由端子102b对单元116进行充电时，模块控制器112可能不允许双向瞬态电压支持。在一些实施例中，模块控制器112可以基于模块控制器112或控制输入106的一个或多个内部决定来控制单元116的平衡电路114。
图2示出了图1的模块的示例性详细框图。如图所示，开关电路108可以包括耦接在端子102b和电流分流器之间的一个或多个开关(例如，场效应晶体管(FET)或类似的开关部件)。在一些实施例中，开关电路108还可以包括一个或多个热敏电阻器。在一些实施例中，这些部件中的一个或多个可以不包括在开关电路108中。FET可以提供用于在双向瞬态电压支持操作期间对单元116进行充电或放电的控件。例如，FET可以提供对单元116的电压放电极限(例如，以减小单元经由端子102b暴露于过高瞬态电压而损坏的可能性)。类似地，FET可以提供对单元116的电压电荷极限，其减小外部电池系统的部件可能经由端子102b暴露于过高瞬态电压而损坏的可能性。在一些实施例中，电流分流器可以提供电流和/或电压测量。因此，基于电流分流器的测量，模块控制器112可以控制一个或多个FET。当模块控制器112响应于端子102b上的瞬态电压而允许单元放电时，模块控制器112可以监测放电电流以确保其保持在放电电流阈值以下。当模块控制器112响应于端子102b上的瞬态电压而允许单元充电时，模块控制器112可以监测充电电流以确保其保持在充电电流阈值以下。
充电电路110可以包括以下中的一个或多个：DC/DC充电器(例如，DC/DC转换器)、一个或多个开关电路、保险丝、电源(例如，5V电源或任何其他电压的电源)、热敏电阻器和/或控制开关。在一些实施例中，这些部件中的一个或多个可以不包括在充电电路110中。充电电路110可以包括两个或更多个分支。例如，电源和控制开关可以由保险丝、开关电路和DC/DC充电器形成单独分支，其中两个分支耦接至端子102b。电源和控制开关可以用于向模块控制器112提供电力。在一些实施例中，可以通过与控制输入106相连的控制开关来中断电源。因此，当控制输入106被去激活时，打开控制可以开关，使得电源不从端子102b汲取任何电力。当控制输入106被激活时，控制开关可以闭合，使得电源能够从端子102b汲取电力。
在一些实施例中，包括保险丝、开关电路和DC/DC充电器的分支可以将单元116耦接到端子102b。保险丝可以保护DC/DC充电器和开关电路。开关电路可以控制将DC/DC充电器耦接到保险丝和端子102b。开关电路和DC/DC充电器中的每一个可以由模块控制器112控制。开关电路和DC/DC充电器(和保险丝)的组合可以帮助限制从端子102b到单元116的电流。此外，DC/DC充电器可以将单元116充电至期望或阈值电荷或电压量。例如，模块控制器112监测单元116的电压，并且控制开关电路和DC/DC充电器以将单元116充电至阈值电压或充电。
平衡电路114可以用于平衡单元116的电压，使得单元116具有彼此相同的电压。在一些实施例中，单元116可以存储电荷，该电荷可以被分配给外部电池系统的部件或者可用于支持双向瞬态电压(例如，在需要时(诸如当外部电池系统遇到欠电压情况时)供应电压；在需要时(诸如当外部电池系统遇到过电压情况时)吸收电压。
在一些实施例中，模块100的一个或多个部件(例如，模块控制器100)可以测量各种参数，诸如输入电池电压、电容器电压、开关输入电流、开关输出电流、印刷电路板(PCB)温度和单独电容器过电压。模块100(例如，模块控制器100)的一个或多个部件可以生成各种逻辑标志。例如，模块控制器100可以根据用户输入(该用户输入表示来自外部电池系统的信号)生成和/或监测控制信号以启用模块100的充电和开关功能。如上所述，可以在控制输入106处接收控制信号，基于该控制信号，可以激活和/或停用模块100内的所有功耗装置。
模块控制器112可以经由开关电路108控制单元116的双向瞬态电压支持，并且可以基于下面的一个或多个控制信号和过程经由充电电路110控制对单元116的充电。
模块控制器112可以生成放电FET控制信号。放电FET控制信号可以驱动放电FET开/关。放电FET可以包括开关电路108的一个或多个FET开关，并且当单元116中的一个处于过电压状态时或当瞬态电压放电期间的放电输出电流超过设定值时，可以被关闭(例如，可以不放电)。
模块控制器112可以生成充电FET控制信号。充电FET控制信号可以驱动充电FET开/关。充电FET可以包括开关电路108的一个或多个FET开关，并且当单元106中的一个处于过电压状态时或当瞬态电压充电期间的充电输入电流超过设定值时，可以被关闭。充电FET也可以截止，直到单元116和外部电池系统之间的电压差在确定为安全的设定值内。
模块控制器112可以生成电池欠电压信号。当输入电池电压(例如，如通过感测输入感应到)低于设定值时，电池欠电压信号可能处于活动状态。它用于禁用DC/DC充电器以防止电池或外部电池系统的其他电源的深度放电。模块控制器112还可以生成单元过电压信号。如果单元116中的任何一个高于设定值，则单元过电压信号处于活动状态。单元过电压信号用于禁用充电FET和DC/DC充电器。
模块控制器112可以生成过温信号。如果模块100(例如，一个或多个单元116、DC/DC充电器或模块100的任何其他部件中的一个或多个)的温度超过设定值，则过温信号可能处于活动状态。过温信号可以使模块控制器112禁用DC/DC充电器，以防止模块100和单元116内的进一步热耗散。
模块控制器112可以生成过电流-放电信号。如果输出或放电瞬态负载电流超过设定值，则过电流-放电信号可以处于活动状态。过电流-放电信号可以在约200ms内被锁存为“接通(on)”并且随后自动清除。模块控制器112可以生成过电流-充电信号。如果输入或充电电流超过设定值，则过电流-充电信号处于活动状态。过电流-充电信号在约200ms内被锁存为活动状态并且随后自动清除。
模块控制器112可以生成电压窗口允许(ok)(电池到单元116)信号。当单元116已经充电到电池电压的设定电压窗口内时，电压窗口ok信号可以处于活动状态。电压窗口ok信号用作接通充电FET的条件之一。模块控制器112可以生成充电FET/关闭清除标志。当输入电压(例如，端子102b处的电压)下降到单元116电压以下时，充电FET/关闭清除标志可能处于活动状态。如果充电FET被过电流打开，但然后负载需要瞬态输出电流，则该信号可能终止200ms的锁存并且允许充电FET快速重新导通以支持负载。因此，模块控制器112可以控制开关电路108以确保当单元的电荷或电压在电池的电压的阈值范围内时，开关单元108闭合(例如，使得单元116耦接到端子102b)。
模块控制器112可以生成DC/DC充电器启用(enable)信号。当没有单元过电压、没有过温、没有电池欠电压且充电FET处于关闭状态时，DC/DC充电器启用信号可以处于活动状态。DC/DC充电器启用信号可以确保充电FET和DC/DC充电器不能同时打开。因此，模块控制器112可以控制充电电路110以确保单元116被充电到电池的电压的阈值范围内(例如，当模块100最初耦接到电池时)。模块控制器112可以确保DC/DC充电器对单元116充电，并且当单元116被充电到电池电压的阈值范围内时，开关电路108保持打开(例如，打开充电FET)。
模块100与外部电池系统的组合可以提供在两个能量存储元件(例如，单元116和外部电池系统的电池)之间具有充电控制和固态开关的混合并联配置。模块100可以具有三个电源端子：1-接地(端子102c)，2-电容器+输出(端子102a)和3-电池+输入/输出(端子102b)。
当电池首先连接到模块100的单元116且单元116放电时，如果电池处于活动状态(例如，已充电并已耦接以使得电池向一个或多个负载提供电力)，则开关电路108可以保持在断开状态(例如，通过模块控制器112)以防止不受控制的大电流涌入放电单元116。同时(或在开关电路108保持断开时的基本上相同时间)，充电电路110(例如，经由集成DC/DC充电器)可以由模块控制器112激活并且可以向单元116提供受控安全充电，直到单元116充电到接近电池电压电平的电平(例如，在电池电压的阈值窗口内)。在一些实施例中，阈值窗口可以是+/-5伏或10伏的窗口。一旦单元116具有阈值窗口内的电压，模块控制器112就可以去激活充电电路110。
一旦单元116具有电池电压的阈值窗口内的电荷，模块控制器112就可以验证模块100内没有温度或过电压故障或状况(例如，经由本文所述的过温信号或过电压信号)。模块控制器112可以使开关电路108进入闭合状态(例如，开关电路108的一个或多个固态开关可以闭合)。通过闭合开关电路108，将单元116和电池置于具有非常低电阻的并联连接。因此，当开关电路108闭合时，单元116可以在端子102b处向电池提供瞬态功率支持。
然而，如果模块控制器112检测或以其他方式确定瞬态放电电平超过设定值，则模块控制器112可以打开放电FET(例如，使开关电路108进入断开状态)。例如，如果模块控制器112检测到以上讨论的过电流-放电信号，则模块控制器112可以确定从单元116通过开关电路108到电池的放电电流超过设定值并且可以打开已放电的FET。通过检测过电流-放电信号，模块控制器112可以防止损坏模块100或潜在地防止外部过载情况。然后，模块控制器112可能以“打嗝模式(hiccup mode)”控制开关电路(例如，放电FET)，在该打嗝模式中，开关电路108(例如，放电FET)将自身闭合/复位到单元116与电池之间的路径中。如果模块控制器112确定过载保持(例如，过电流-放电信号仍然存在)，则模块控制器112可以针对过载状况继续监测过电流-放电信号。因此，如果过载保持，则放电FET(和开关电路108)可以重复该循环。在一些实施例中，打嗝模式的占空比可能非常低。例如，打嗝频率(例如，重复打嗝模式的周期的频率)可以小于10Hz。
如果模块控制器112检测到从端子102b到端子102c的短路事件，则开关电路108(例如，放电FET)可以由模块控制器112转变为断开状态。然而，在这种情况下，模块100可能随后断电，因为端子102b的电压可能在短路后为0V。因此，在这种短路故障期间，可能没有打嗝模式可用，并且开关电路108(例如，放电FET)可以简单地保持在断开状态，并且模块100可以关闭并同时保留单元116上的电荷。
替代地或另外地，如果由于诸如与起动器电动机接合等大的负载而使单元116通过端子102a快速放电，则单元116的电压可以减少。单元116的电压的这种减少可以使电流从电池通过DC/DC充电器和充电器开关FET流到单元116。例如，模块控制器112可以使开关电路108和充电电路110都处于闭合状态，使得在单元116和终端102b之间存在平行路径。如果通过充电电路110的该输入电流超过设定值，则模块控制器112可以使充电电路110(例如，充电器开关FET)进入断开状态，以防止来自输入电池的电压骤降或大电流。因此，模块控制器112可以保护外部电池系统。在一些实施例中，模块控制器112可以控制充电电路110(例如，充电器开关FET)以按照打嗝模式操作。在一些实施例中，当充电电路110(例如，充电器开关FET)首先打开时，单元116与电池之间的电压差可能变大或可能增加。当发生这种情况时，模块100可以经由模块控制器112控制充电电路110(例如，充电器开关FET)以保持断开状态，并且可以激活充电电路110(例如，充电电路110的DC/DC充电器)以按照受控方式对单元116重新充电。一旦单元116已经被充电并且模块控制器112没有检测到故障，则模块控制器112可以使充电电路110(例如，充电器开关FET)闭合。在一些实施例中，如果电池电压由于诸如交流发电机或其他充电装置的外部电源而突然增加，也可能发生这种情况。如果在充电电路110(例如，充电器开关FET)闭合且单电池106与电池并联时电池电压突然增加，则通过充电电路110的输入电流可能超过设定值并且使充电电路110(例如，充电器开关FET)打开。该场景可能类似于上面的起动器马达示例。如果由于高输入充电电流而使充电电路110(例如，充电器开关FET)打开，但模块控制器112检测到或以其他方式接收到突然需要瞬态放电脉冲的指示，则充电电路110的打嗝模式可以终止。充电电路110(例如，充电器开关FET)可以由模块控制器112闭合以支持该负载。模块控制器112可以通过感测端子102b的电压已经下降到端子102a的电压以下来检测瞬态放电脉冲。放电和充电电流电平可以是单独设定点，并且可以映射到相应电路(例如，固态开关中的FET(背对背FETS))。
图3示出了图1和图2的框图的示例性实施方式的示意图。控制电路300可以提供实现以上关于图1和图2的框图描述的功能的示例性电路。控制电路300中的对应部件组被标识为形成图1和图2的框图中的一个或多个框。例如，控制电路300的左上方的电容器C1-C12被识别为对应于图1和2的单元116。然而，在不改变如本文所述的一般功能的情况下，可以在不同配置中省略或重新定位控制电路300中示出的一个或多个部件。附加地或可替代地，一个或多个附加部件可以被包括在控制电路300中，同时保持本文所述的一般功能。然而，在不改变如本文所述的一般功能的情况下，可以在不同配置中省略或重新定位对应电路或部件组中示出的一个或多个部件。附加地或可替代地，一个或多个附加部件可以被包括在对应的电路或部件组中，同时保持本文所述的一般功能。在一些实施例中，控制电路300的控制部分可以表示模块控制器112。如所描绘的，在特定配置中，控制电路300可以包括各种部件，诸如电阻器、电容器、电感器、保险丝、单元、逻辑门等。然而，类似或不同部件的其他配置可以用于提供如本文所述的控制电路300的充电器的功能。
图4示出了如图2所示的示例性DC/DC充电器的示意图。在不改变如关于图2中的DC/DC充电器描述的一般功能的情况下，可以在不同配置中省略或重新定位DC/DC充电器400中示出的一个或多个部件。附加地或可替代地，一个或多个附加部件可以被包括在DC/DC充电器400中，同时保持本文所述的一般功能。图3和图4中的各种部件的参数的任何特定值仅用于说明目的。如所描绘的，DC/DC充电器可以包括各种部件，诸如电阻器、电容器、电感器、保险丝等。然而，类似或不同部件的其他配置可以用于提供如本文所述的DC/DC充电器的充电器的功能。
图5示出了用于图1和图2的模块的单元的平衡电路和过电压警报的示例性实施方式的示意图。在一些实施例中，平衡电路500可以代替本文描述的平衡电路114。在一些实施例中，平衡电路500中示出的部件可以变化，使得包括附加部件(未示出)或排除所示的部件。平衡电路114可以平衡一个或多个耦接单元116中的电压，并且输出标志以在警报或故障情况下停止使用一个或多个耦接单元116。在一些实施例中，平衡电路还可以为每个单元116提供过电压感测和警报输出。如所描绘的，在特定配置中，平衡电路500包括各种部件，包括电阻器、电容器、二极管、齐纳二极管等。然而，类似或不同部件的其他配置可以用于提供如本文所述的平衡电路500的功能。
本公开的范围并不旨在由本部分或本说明书其他地方的优选实施方式的具体公开所限制，并且可以由本部分或本说明书其他地方中提出的或者未来提出的权利要求限定。权利要求的语言将基于权利要求中采用的语言来广泛地解释，并且不限于本说明书中或在本申请的进行过程中描述的示例，这些示例应解释为非排他性的。
上述方法的各种操作可以通过能够执行操作的任何适当设备(诸如各种硬件和/或软件部件、电路和/或模块)来执行。通常，图中所示的任何操作可以由能够执行这些操作的对应功能设备来执行。
结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和方法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性部件、块、模块、电路和步骤以上已经在其功能方面总体上进行描述。将这种功能性实现为硬件还是软件取决于特定的应用程序和施加在整个系统上的设计约束。可以针对每个特定应用程序以各种方式来实现所描述的功能，但是此类实施例决定不应被解释为导致脱离实施例的范围。
结合本文所公开的实施方式描述的各种说明性块、模块和电路可以通过以下实现或执行：通用硬件处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或被设计用于执行本文所述功能的其任何组合。通用硬件处理器可以是微处理器，但可替代地，硬件处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。硬件处理器也可以被实现为计算装置的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。
结合本文所公开的实施方式描述的方法和功能的步骤可以直接体现在硬件中、在由硬件处理器执行的软件模块中、或在两者的组合中。如果以软件实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的、非暂时性的计算机可读介质上或作为一个或多个指令或代码传输。软件模块可能位于随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD ROM、或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦接到硬件处理器，使得硬件处理器可以从该存储介质读取信息，并且可以向该存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以与硬件处理器成一体。如本文所使用，磁盘和光盘包括光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘通过激光器以光学方式复制数据。上述的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。硬件处理器和存储介质可以位于ASIC中。
为了总结本公开的目的，本文已经描述了某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据任何特定实施例，不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可能以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式体现或进行，而不必实现如本文所教导或建议的其他优点。
对上述实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文中限定的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本申请不旨在限于本文所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种用于存储能量的设备，包括：
多个能量存储单元；
开关电路，被配置为控制由所述多个能量存储单元提供的对电池的瞬态电压支持；
充电电路，被配置为对所述多个能量存储单元进行充电；以及
处理系统，被配置为：
控制所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电，并且
控制所述开关电路以控制所述多个能量存储单元对所述电池的所述瞬态电压支持，
其中，所述开关电路和所述充电电路在所述多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理系统被配置为：激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电，其中，所述处理系统被配置为将所述开关电路保持在断开状态，并且其中，所述处理系统被配置为在激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元充电时将所述开关电路保持在所述断开状态，直到所述多个能量存储单元获得所述电池的阈值范围内的充电水平。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述处理系统还被配置为：
测量通过所述开关电路的电压，
测量所述多个能量存储单元的温度，并且
基于所述能量存储单元的温度低于第一阈值并且通过所述开关电路的所述电压低于第二阈值，将所述开关电路保持在闭合状态。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述开关电路被配置为在所述温度低于所述第一阈值并且所述电压低于所述第二阈值时，控制所述多个能量存储单元以向所述电池提供所述瞬态电压支持。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述处理系统还被配置为基于所述能量存储单元的所述电压大于或等于所述第二阈值来使所述开关电路转变为所述断开状态。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理系统还被配置为：使所述开关电路在打嗝模式下操作，其中，所述打嗝模式测量通过所述开关电路的所述电压，并且在通过所述开关电路的所述电压大于或等于所述第二阈值时将所述开关电路保持在所述断开状态，并且在通过所述开关电路的所述电压小于所述第二阈值时使所述开关电路转变为所述闭合状态。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理系统还被配置为：
测量从所述电池端子通过所述开关电路流向所述多个能量存储单元的电流；
确定所述电流是否超过阈值；并且
当所述电流大于或等于所述阈值时，使所述开关电路转变为断开状态。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述处理系统还被配置为使所述开关电路在打嗝模式下操作，其中，所述打嗝模式测量通过所述开关电路在所述电池端子与多个存储单元之间的所述电流，并且在所述电流大于或等于所述阈值时控制所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电，并且在所述电流小于所述阈值时使所述开关电路转变为闭合状态。
9.一种控制多个能量存储单元的方法，所述方法包括：
控制开关电路以控制由所述多个能量存储单元提供的对电池的瞬态电压支持；并且
控制充电电路以控制对所述多个能量存储单元的充电，
其中，所述开关电路和所述充电电路在所述多个能量存储单元和电池端子之间提供并联路径。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，控制所述充电电路包括激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电，其中，控制所述开关电路包括将所述开关电路保持在断开状态，其中，在激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电时，所述开关电路保持在所述断开状态，直到所述多个能量存储单元获得所述电池的阈值范围内的充电水平。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
测量通过所述开关电路的电压；
测量所述多个能量存储单元的温度；并且
基于所述能量存储单元的所述温度低于第一阈值并且通过所述开关电路的所述电压低于第二阈值，将所述开关电路保持在闭合状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，控制所述开关电路的步骤包括：在所述温度低于所述第一阈值并且所述电压低于所述第二阈值时，控制所述多个能量存储单元以向所述电池提供所述瞬态电压支持。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：基于所述能量存储单元的所述电压大于或等于所述第二阈值来将所述开关电路转变为所述断开状态。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在打嗝模式下操作所述开关电路，其中，所述打嗝模式测量通过所述开关电路的所述电压，并且在通过所述开关电路的所述电压大于或等于所述第二阈值时将所述开关电路保持在所述断开状态，并且在通过所述开关电路的所述电压小于所述第二阈值时使所述开关电路转变为所述闭合状态。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括：
测量从所述电池端子通过所述开关电路流向所述多个能量存储单元的电流；
确定所述电流是否超过阈值；并且
当所述电流大于或等于所述阈值时，将所述开关电路转变为断开状态。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括在打嗝模式下操作所述开关电路，其中，所述打嗝模式测量通过所述开关电路在所述电池端子与多个存储单元之间的所述电流，并且在所述电流大于或等于所述阈值时控制所述充电电路对所述多个能量存储单元进行充电，并且在所述电流小于所述阈值时使所述开关电路转变为闭合状态。
17.一种非暂时性计算机可读介质，包括存储在其上的指令，在由计算装置的至少一个处理器执行时所述指令使所述计算装置：
控制开关电路，以控制多个能量存储单元对耦接到电池端子的电池的瞬态电压支持；并且
控制充电电路以控制对所述多个能量存储单元的充电，
其中所述开关电路和所述充电电路在所述多个能量存储单元和所述电池端子之间提供并联路径。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，使所述计算装置激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元进行充电，其中，使所述计算装置将所述开关电路保持在断开状态，并且其中，使所述计算装置在激活所述充电电路以对所述多个能量存储单元充电时将所述开关电路保持在所述断开状态，直到所述多个能量存储单元获得所述电池的阈值范围内的充电水平。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中，还使所述计算装置：
测量通过所述开关电路的电压，
测量所述多个能量存储单元的温度，并且
基于所述能量存储单元的所述温度低于第一阈值并且通过所述开关电路的所述电压低于第二阈值，将所述开关电路保持在闭合状态。
20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中，使所述计算装置控制所述开关电路以控制所述多个能量存储单元，以在所述温度低于第一阈值并且所述电压低于所述第二阈值时向所述电池提供所述瞬态电压支持。
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