CN115715449A - 用于多舱电力供应装置的充电平衡 - Google Patents

Abstract

一种多舱电力供应装置，该多舱电力供应装置包括多个能量存储装置、被配置成从多个能量存储装置向外围装置提供电力的电力输出、以及包括电子处理器的控制器。控制器被配置成确定多个能量存储装置中的哪个电池具有最高荷电状态，通过使具有最高荷电状态的能量存储装置放电持续第一可配置的时间量来向外围装置提供电力。控制器被进一步配置成通过使具有最高荷电状态的能量存储装置和多个能量存储装置中具有在最高荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置放电来向外围装置提供电力。

Description

用于多舱电力供应装置的充电平衡

相关申请

本申请要求于2020年6月25日提交的美国临时专利申请号63/043,858的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本文描述的实施例涉及多舱(multi-bay)电力供应装置。

发明内容

多舱电池或电池组系统(即多舱电力供应装置)可以包括多个电池或多个电池组。然而，与单一电池组不同，不保证多舱电池系统中包括的多个单独电池、或电池组系统中的多个组的寿命、容量或荷电状态相同。相应地，在多舱电力供应装置的操作期间，从多个电池或电池组中的每一个汲取的电流可能导致不同电池或电池组的荷电水平之间的不平衡。荷电水平之间的大的不平衡可能导致多舱电力供应装置的运行时间减少。

本文描述的多舱电力供应装置包括多个能量存储装置、被配置成从多个能量存储装置向外围装置提供电力的电力输出、以及包括电子处理器的控制器。控制器被配置成确定多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最高荷电状态、通过使具有最高荷电状态的能量存储装置放电持续第一可配置的时间量来向外围装置提供电力、以及确定是否多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在最高荷电状态的公差内的荷电状态。控制器被进一步配置成通过使具有最高荷电状态的能量存储装置和多个能量存储装置中具有在最高荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置放电来向外围装置提供电力。

本文描述的方法提供了用于使多舱电力供应装置放电。多舱电池供应包括多个能量存储装置、被配置成从多个能量存储装置向外围装置提供电力的电力输出、以及包括电子处理器的控制器。该方法包括使用控制器确定多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最高荷电状态、使用控制器激活具有最高荷电状态的能量存储装置以使电力能够从具有最高荷电状态的能量存储装置流向外围装置、以及使用控制器使具有最高荷电状态的能量存储装置放电持续第一可配置的时间量。该方法进一步包括使用控制器确定是否多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在最高荷电状态的公差内的荷电状态、使用控制器激活多个能量存储装置中具有在最高荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置以使电力能够从具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置流到外围装置、以及使用控制器使具有最高荷电状态的能量存储装置和具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置放电持续第二可配置的时间量。

本文描述的方法提供用于对多舱电力供应装置充电。多舱电力供应装置包括多个能量存储装置、被配置成从外部电源向多个能量存储装置提供电力的功率输入、以及包括电子处理器的控制器。该方法包括使用控制器确定多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最低荷电状态、使用控制器激活具有最低荷电状态的能量存储装置以使电力能够从外部电源流到具有最低荷电状态的能量存储装置、以及使用控制器对具有最低荷电状态的能量存储装置充电持续第一可配置的时间量。该方法进一步包括使用控制器确定是否多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在最低荷电状态的公差内的荷电状态、使用控制器激活多个能量存储装置中具有在最低荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置以使电力能够从外部电源流到具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置、以及使用控制器对具有最低荷电状态的能量存储装置和具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置充电持续第二可配置的时间量。

在详细解释任何实施例之前，应该理解的是，实施例并不将其应用限制于以下说明中阐述的或在附图中展示的配置细节和部件布置。实施例能够以多种不同的方式来实践或实施。还应理解的是，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为是限制性的。“包括(including)”、“包括(comprising)”或“具有”、及其变型的使用意指涵盖了下文列出的项及其等同物、以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”、及其变型被广泛使用，并且涵盖直接安装、连接、支撑和联接以及间接安装、连接、支撑和联接两种情况。

另外，应理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，出于讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域的普通技术人员基于对这个详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元(例如微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件(例如，存储在非暂态计算机可读介质上)中实现。这样，应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现实施例。例如，说明书中描述的“服务器”、“计算装置”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的多个不同的连接件(例如，系统总线)。

结合量或条件使用的相对术语，比如“约”、“大约”、“基本上”等，将被本领域普通技术人员理解为包含所述的值并且具有由上下文所规定的含义(例如，术语至少包括与测量精度相关联的误差程度、与特定值相关联的公差[例如，制造、组装、使用等]等)。这样的术语还应被视为披露了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2到约4”也披露了范围“2到4”。相对术语可以指加减所指示的值的百分比(例如，1％、5％、10％、或更多)。

本文中描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以由单一部件合并和执行。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的装置或结构至少以该方式被配置，但是也可以以未明确列出的方式被配置。

通过考虑详细说明和附图，本发明的其他方面将变得清楚。

附图说明

图1A是被展示为附接有电池组的多舱电池组系统的立体图。

图1B展示了被展示为没有附接电池组的图1A的多舱电池组系统的立体图。

图2展示了根据本文描述的实施例的在图1的多舱电池组系统的前部上的用户接口。

图3是根据本文描述的实施例的为图1的多舱电池组系统供电的电池组的立体图。

图4是根据本文的一些实施例的多舱电池系统的立体图。

图5是根据本文描述的实施例的对图4的多舱电池系统供电的单个单元可再充电电池的立体图。

图6展示了用于多舱电力供应装置的控制系统。

图7展示了图1的多舱电池组系统或图4的多舱电池系统的示意图。

图8是用于使图1的多舱电池组系统或图4的多舱电池系统放电的过程。

图9是用于对图1的多舱电池组系统或图4的多舱电池系统充电的过程。

图10展示了图1的多舱电池组系统或图4的多舱电池系统的示意图，包括多个理想二极管和理想二极管控制器。

图11展示了图10的理想二极管和理想二极管控制器。

具体实施方式

图1A至图1B展示了根据一些实施例的多舱电池组系统或多舱电力供应装置100。多舱电池组系统100可操作以向不同的电子装置(比如动力工具、户外工具和其他电力装备(例如，灯、无绳电池充电器、加热的衣物))提供电力。多舱电池组系统100由一个或多个电池组或能量存储装置105供电，该一个或多个电池组或能量存储装置由设置在多舱电池组系统100的外壳115上和/或布置在外壳内的一个或多个电池组或能量存储装置舱110接纳。对于每个电池组105(在所展示的构造中为四个)，电池组舱110设置在外壳115上和/或布置在外壳内。每个电池组105电连接至且可移除地耦接到相应的电池组舱110，并且可以以串联和/或并联关系与其他电池组105电连接。尽管多舱电池组系统100被展示为支持四个电池组105和四个电池组舱110，但是应当理解，多舱电池组系统100可以由期望的任何数量的电池组105供电。例如，多舱电池组系统100可以支持电池组105和电池组舱110多于或少于四个。

所展示的多舱电池组系统100的外壳115包括顶部116、底部118、前部120、后部122、以及相反侧124、126。框架130连接到外壳115。把手132连接到框架130的部分，并且把手132可以包括弹性体材料，以改善抓握、用户在移动多舱电池组系统100期间的舒适度等。橡胶脚部可以固定在外壳115的底部118上(例如，覆盖角部)、框架130上等。当多舱电池组系统100放置在表面(比如工作地点处的地板)上时，脚部提供防滑、防刮擦表面。

图2展示了设置在外壳115的前部120上的用户接口200。在所展示的示例中，用户接口200包括电源按钮205、显示器210、电力输入面板215、和电力输出面板220。电源按钮205可以实施为电钮(pushbutton)、两路开关、触摸按钮等。电源按钮205用于控制到用户接口200的电力输出，并且可以被激活以开启或关闭多舱电池组系统100。当电源按钮205被用于开启多舱电池组系统100时，通过电力输出面板220和显示器210的电力输出被启用。当电源按钮205被用于关闭多舱电池组系统100时，通过电力输出面板220和显示器210的电力输出被禁用。然而，通过电力输入面板215的电力输入仍然被启用。

显示器210被配置成向用户指示多舱电池组系统100的状态。显示器210可以是例如液晶显示器(“LCD”)、发光二极管(“LED”)显示器、有机LED(“OLED”)显示器、电致发光显示器(“ELD”)、表面传导电子发射器显示器(“SED”)、场发射显示器(“FED”)、薄膜晶体管(“TFT”)LCD等。在所展示的实施例中，显示器210包括燃料计212、超温指示器213、和过载指示器214。燃料计212被配置成显示连接到多舱电池组系统100的一个或多个电池组105的荷电状态。当多舱电池组系统100或电池105的温度超过预定温度阈值时，超温指示器213被激活。当多舱电池组系统100的负载输出超过预定负载阈值时，过载指示器214被激活。在一些实施例中，显示器210包括比所展示的实施例更多或更少的指示器。

在所展示的实施例中，电力输入面板215包括多个电气连接接口，比如但不限于AC入口216、USB-C端口217、和USB-A端口218。在一些实施例中，电力输入面板215包括图2中未展示的附加电气连接接口。电气连接接口被配置成从外部电源接收电力。在一些实施例中，外部电源可以是DC电源，例如光伏电池(例如，太阳能板)，或者该电源可以是AC电源，例如常规的壁式插座。在一些实施例中，电力输入面板215被替换为或附加地包括被配置成插入常规的壁式插座中的电缆。电力输入面板215接收的电力用于对电连接到多舱电池组系统100的相应电池组舱110的电池组105充电。

电力输出面板220包括一个或多个电源插座。在所展示的实施例中，电力输出面板220包括多个AC电源插座221、DC连接插孔222、和USB-A端口223。应当理解，包括在电力输出面板220中的电源插座的数量不限于图2所展示的电源插座。例如，在多舱电池组系统100的一些实施例中，电力输出面板220包括比多舱电池组系统100的所展示的实施例中包括的电源插座更多或更少的电源插座。电力输出面板220被配置成将来自电池组105的电力提供给一个或多个外围装置。一个或多个外围装置可以是智能手机、平板计算机、膝上型计算机、便携式音乐播放器、动力工具、动力工具电池组、动力工具电池组充电器等。外围装置可以被配置成从电力输出面板220接收DC和/或AC电力。此外，外围装置可以被配置成从包括在电力输入面板215中的USB-C端口217和USB-A端口218接收DC电力。

图3展示了其中电池组105是可再充电电池组305的电池组105的实施例。可再充电电池组305包括支撑一个或多个单元的外壳306。电池组端子307通过包括在电池组舱110中的端子将电池单元电连接到多舱电池组系统100。电池组端子307可以包括可操作以在可再充电电池组305与多舱电池组系统100之间转移电力的电力端子、和可操作以在可再充电电池组305与多舱电池组系统100之间传输信息的通信端子。

可再充电电池组305包括布置成单元串的一个或多个单元，这些单元串各自具有串联、并联或串并联组合连接的若干电池单元(例如，五个电池单元)，以提供期望的输出放电电压(例如，标称电压[例如，12V、18V、20V、24V、40V、60V、80V、120V等]和电流容量)。可再充电电池组305可以包括并联连接的若干单元串(例如，两个单元串“5S2P”、三个单元串“5S3P”等)。在其他实施例中，电池单元的其他组合(串联配置、并联配置、串并联组合配置)也是可能的。

每个电池单元可以具有在1V至5V之间的标称电压和在约1Ah至约5Ah或更大(例如，多达约9Ah)之间的标称容量。电池单元可以是任何可再充电电池单元化学物质类型，比如锂(“Li”)、锂离子(“Li-ion”)、其他基于锂的化学物质、镍镉(“NiCd”)、镍金属氢化物(“NiMH”)等。

图4展示了根据另一个实施例的多舱电池或能量存储装置系统400。多舱电池系统400可操作以向不同的有绳装置(比如动力工具、户外工具和其他电力装备(例如，灯、无绳电池充电器、加热的衣物等))提供电力。多舱电池系统400由一个或多个电池或能量存储装置供电，该一个或多个电池或能量存储装置由布置在多舱电池系统400的外壳410内的一个或多个电池或能量存储装置舱(未示出)接纳。特别地，电池舱布置在外壳410的底部部分415内并且可以通过移除外壳410的顶部部分420来接近。在一些实施例中，顶部部分420围绕旋转轴线可枢转地固定到底部部分415，使得顶部部分420可以旋转以接近布置在外壳410的底部部分415内的电池舱。在一些实施例中，顶部部分420不能从外壳的背部部分移除。在这样的实施例中，可以通过移除布置在外壳410的背侧上的面板来接近电池舱。

在所展示的示例中，顶部部分420包括电源按钮425、显示器430、电力输入面板435、和电力输出面板440。电源按钮425可以实施为电钮、两路开关、触摸按钮等。电源按钮425用于控制电力输出，并且可以被激活以开启或关闭多舱电池系统400。当电源按钮425用于开启多舱电池系统400时，通过电力输出面板440和显示器430的电力输出被启用。当电源按钮425用于关闭多舱电池系统400时，通过电力输出面板440和显示器430的电力输出被禁用。然而，通过电力输入面板435的电力输入仍然被启用。

显示器430被配置成向用户指示多舱电池系统400的状态。在所展示的实施例中，显示器430包括三个指示器，这些指示器被配置成显示布置在多舱电池系统400内的电池105的状态。显示器430可以是例如液晶显示器(“LCD”)、发光二极管(“LED”)显示器、有机LED(“OLED”)显示器、电致发光显示器(“ELD”)、表面传导电子发射器显示器(“SED”)、场发射显示器(“FED”)、薄膜晶体管(“TFT”)LCD等。在一些实施例中，显示器430包括比所展示的实施例更多或更少的指示器。

在所展示的实施例中，电力输入面板435包括USB-C端口。在一些实施例中，电力输入面板435包括多个电气连接接口，比如但不限于AC入口和USB-A端口。电力输入面板435被配置成从外部电源接收电力。在一些实施例中，外部电源可以是DC电源，例如光伏电池(例如，太阳能板)，或者该电源可以是AC电源，例如常规的壁式插座。电力输入面板435接收的电力用于对电连接到布置在多舱电池系统400内的相应电池舱的电池105充电。

在所展示的实施例中，电力输出面板440包括DC连接插孔和USB-A端口。在多舱电池系统400的一些实施例中，电力输出面板440可以包括比多舱电池系统400的所展示的实施例中包括的电源插座更多或更少的电源插座。电力输出面板440被配置成将来自电池的电力提供给一个或多个外围装置。例如，DC连接插孔可以用于向一件或多件加热的衣物(比如加热的夹克)提供电力。一个或多个外围装置还可以包括智能手机、平板计算机、膝上型计算机、便携式音乐播放器、动力工具、动力工具电池组、动力工具电池组充电器等。外围装置还可以被配置成从包括在电力输入面板435中的USB-C端口接收DC电力。

图5展示了单个单元可再充电电池或能量存储装置505的实施例。单个单元可再充电电池505被围封在圆柱形外壳510中。圆柱形外壳510包括正极端子515和负极端子520，以用于将单个单元可再充电电池505电连接到多舱电池系统400。在一些实施例中，端子被实施为USB端口和电缆。单个单元可再充电电池505可以具有在1V至5V之间的标称电压和在约1Ah至约15Ah或更大之间的标称容量。单个单元可再充电电池505可以是任何化学物质类型，比如例如锂(“Li”)、锂离子(“Li-ion”)、其他基于锂的化学物质、镍镉(“NiCd”)、镍金属氢化物(“NiMH”)等。

图6是多舱电力供应装置(比如多舱电池组系统100或多舱电池系统400)的控制器600的一般性示意图。尽管应当理解控制器600可以包括在多舱电池组系统100或多舱电池系统400中，但是控制器600将关于包括在多舱电池组系统100中的部件进行描述。控制器600电气地和/或通信地连接到多舱电池组系统100的多种模块或部件。例如，所展示的控制器600连接到电池组105A-105N、电源按钮205、显示器210、电力输入面板215、和电力输出面板220。控制器600与电池组105A(以及电池组105B-105N)之间的电气和/或通信连接包括控制器600与电池组105A的部件(比如但不限于，包括在电池组105A中的电池单元或传感器)之间的电气和/或通信连接。

控制器600附加地电气地和/或通信地连接到网络通信模块605、多个传感器610、多个开关元件705、和充电电路系统710。网络通信模块605连接到网络615，以使控制器600能够与网络中的外围装置(比如智能手机或服务器)通信。传感器610包括例如一个或多个电压传感器、一个或多个电流传感器、一个或多个温度传感器等。传感器610中的每个传感器产生一个或多个输出信号，该一个或多个输出信号被提供给控制器600以进行处理和评估。

控制器600包括硬件和软件的组合，该硬件和软件可操作以除其他之外控制多舱电池组系统100的操作、通过网络615通信、经由用户接口200接收来自用户的输入、经由显示器210向用户提供信息等。例如，控制器600除其他之外包括处理单元620(例如，微处理器、微控制器、电子处理器、电子控制器或另一合适的可编程装置)、存储器625、输入单元630和输出单元635。处理单元620除其他之外包括控制单元640、算术逻辑单元(“ALU”)645和多个寄存器650(在图6中示出为一组寄存器)，并且使用已知的计算机架构(例如，经修改的哈佛架构(Harvard architecture)、冯·诺依曼架构(von Neumann architecture)等)来实施。处理单元620、存储器625、输入单元630和输出单元635、以及连接到控制器600的各个模块或电路通过一个或多个控制总线和/或数据总线(例如，公共总线655)进行连接。出于说明性目的，在图6中大致示出了控制总线和/或数据总线。尽管控制器600在图6中被展示为一个控制器，但是控制器600也可以包括多个控制器，这些控制器被配置成一起工作以实现对多舱电池组系统100的期望控制水平。因此，本文关于控制器600描述的任何控制功能和过程也可以由以分布式方式运行的两个或更多个控制器来执行。

存储器625是非暂态计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型存储器的组合，比如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等)、电可擦除可编程ROM(“EEPROM”)、闪速存储器、硬盘、SD卡或其他合适的磁存储器装置、光存储器装置、物理存储器装置或电子存储器装置。处理单元620连接到存储器625并且被配置成执行软件指令，这些软件指令能够存储在存储器625的RAM中(例如，在执行期间)、存储器625的ROM中(例如，在通常永久的基础上)、或者比如另一存储器或盘等另一非暂态计算机可读介质中。包括在多舱电池组系统100和控制器600的实施方式中的软件可以存储在控制器600的存储器625中。该软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。控制器600被配置成从存储器625检索并且除其他之外还执行与本文所述的控制过程和方法有关的指令。在其他实施例中，控制器600包括附加的、更少的或不同的部件。

图7是多舱电力供应装置700的一般性示意图。尽管应当理解图7所展示的一般性示意图代表多舱电池组系统100和多舱电池系统400(其包括单个单元可再充电电池505)，但是该一般性示意图将关于包括在多舱电池组系统100中的部件进行描述。如图7所示，多舱电池组系统100包括多个电池组105A-105N。尽管只需要一个电池组105来操作多舱电池组系统100，但是多舱电池组系统100可以包括任何期望数量(N个)的电池组105A-105N。

电池组105A-105N被展示为选择性地并联连接在充电电路系统710和/或转换器电路系统715与地之间。特别地，各个电池组105通过相应的开关元件705电连接到充电电路系统710和/或转换器电路系统715。控制器600被配置成通过控制连接到各个电池组105的相应开关元件705来将各个电池组105与充电电路系统710和/或转换器电路系统715电连接/断开连接。尽管展示为并联地电连接，但是电池组105A-105N可以串联、并联和/或其组合地电连接。

电池组105A-105N中的一个或多个电池组的组合电力输出由转换器电路系统715提供给电力输出面板220，以用于为一个或多个外围装置供电。转换器电路系统715可以包括逆变器，该逆变器用于将由电池组105A-105N中的一个或多个电池组供应的DC电压转换为AC电压，以用于为连接到电力输出面板220的AC插座的外围装置供电。例如，如果电池组105A-105N被实施为可再充电电池组305，则逆变器将电池组电压转换为120V AC电压(例如，由壁式插座提供的常规AC电力)。反向的120VAC电压被提供给连接到电力输出面板220的AC电源插座221的一个或多个外围装置。转换器电路系统715可以附加地包括DC-DC转换器，该转换器对由电池组105A-105N中的一个或多个电池组提供给电连接到电力输出面板220的一个或多个外围装置的DC电压进行降压和/或升压。

如图7进一步所示，电池组105A-105N通过充电电路系统710电连接到电力输入面板215。充电电路系统710可以包括整流器，该整流器用于将由外部电源供应的AC电力转换为DC电力，以用于对电池组105A-105N充电。例如，如果电池组105被实施为各自具有18V的标称电压的可再充电电池组305，则整流器将由常规壁式插座提供的120V AC转换为18VDC。18V DC被提供给电池组105A-105N，以用于充电。充电电路系统710可以进一步包括DC-DC转换器，该转换器对由外部DC电源提供给一个或多个电池组105A-105N的DC电压进行降压和/或升压。

多舱电力供应装置被配置成在放电模式和充电模式下操作。尽管应当理解多舱电池组系统100和多舱电池系统400均被配置成在上述操作模式下操作，但是出于说明的目的，这些操作模式将关于包括在多舱电池组系统100中的部件进行描述。在多舱电池组系统100的操作期间，控制器600读取连接到多舱电池组系统100的电池组105A-105N中的每个电池组的电压值或荷电状态(SOC)。电池组105A-105N的感测到的电压值例如被存储在控制器600的处理单元620中包括的多个寄存器650中。在一些实施例中，电池组105A-105N的电压值被存储在存储器625的RAM中。电池组105A-105N的电压值可以以连续或周期性的方式更新。例如，控制器600被配置成以可选择或可配置的采样率(比如1Hz)读取电池组105A的更新的电压值。

当在放电操作模式下操作时，控制器600被配置成选择性地从一个或多个电池组105A-105N向连接到电力输出面板220的一个或多个外围装置提供电力。例如，当在放电操作模式下操作时，可以使电池组105A-105N中的两个或更多个电池组串联或并联放电，以向电连接到电力输出面板220的动力工具(例如，圆锯)提供电力。使电池组105A-105N中的两个或更多个电池组串联或并联放电使得大量电力能够提供给动力工具持续延长的时间段。在一些实施例中，外围装置是没有电连接到电力输出面板的动力工具。在这样的实施例中，动力工具被配置成直接接纳两个或更多个电池组105。动力工具包括具有电子处理器的控制器，该电子处理器被配置成使用下文描述的平衡放电过程使两个或更多个电池组105并联放电。

在放电操作模式期间，控制器600确定电池组105A-105N中的哪个电池组具有最高荷电状态并且从具有最高荷电状态的电池组105向一个或多个外围装置提供电力持续可配置的时间量。例如，如果电池组105A-105C是具有18V、17.8V和17.5V相应电压的可再充电电池组305，则电池组105A具有最高荷电状态。相应地，控制器600导通开关元件705A，同时使开关元件705B和705C保持断开，以使电力能够从电池组105A输送到一个或多个外围装置。在一些实施例中，可配置的时间量是用户可配置的量，比如0.5秒。在一些实施例中，可配置的时间量是电池组105A-105N的荷电状态的函数。

在具有最高荷电状态的电池组105被放电持续可配置的时间量之后，控制器600读取电池组105A-105N中的每个电池组的更新的荷电状态值。基于更新的荷电状态值，控制器600确定是否任何电池组105A-105N具有在最高荷电状态的可接受阈值或公差内的荷电状态。当确定是否任何电池组105A-105N具有在最高荷电状态的可接受的公差内的荷电状态时，控制器600被配置成计算电池组105A-105N的电压值与具有最高荷电状态的电池组105的电压水平之间的差。在一些实施例中，当确定是否任何电池组105A-105N具有在最高荷电状态的可接受的公差内的荷电状态时，控制器600被配置成计算电池组105A-105N的荷电状态百分比与具有最高荷电状态的电池组105的荷电状态百分比之间的差。

将计算出的电压差与可接受的公差进行比较。可接受的公差是特定电池组105A-105N的荷电状态可以与最高荷电状态不同而不会以与具有最高荷电状态的电池组105不同的方式操作的量。可接受的公差是可以存储在控制器600的存储器625中的可配置的值。在一些实施例中，可接受的公差是标量电压值，比如0.5伏特。在其他实施例中，可接受的公差是可配置的百分比值。例如，可接受的公差是电池组105A-105N的电压值与具有最高荷电状态的电池组105的电压值之间的百分比差，比如1％。在另一个示例中，可接受的公差可以是最高荷电状态的可配置百分比值，比如1％。在这样的示例中，具有在最高荷电状态的1％内的荷电状态的任何电池组105A-105N都在可接受的公差内。

控制器600被配置成通过导通对应的开关元件705A-705N来激活具有在最高荷电状态的可接受的公差内的电压水平的任何电池组105A-105N。因此，具有在可接受的公差内的荷电状态的任何电池组105A-105N、包括具有最高荷电状态的电池组105被放电以向连接到电力输出面板220的外围装置提供电力。不具有在可接受的公差内的荷电状态的任何电池组105A-105N的相应开关元件705A-705N保持断开。因此，具有在可接受的公差之外的荷电状态的电池组105A-105N不被放电以向一个或多个外围装置提供电力。

具有最高荷电状态的电池组105和具有在可接受的公差内的荷电状态的电池组105A-105N被放电持续第二可配置的时间量。第二可配置的时间量可以与具有最高荷电状态的电池组105自身放电的时间量相同或不同。在第二可配置的时间量过去之后，控制器600读取电池组105A-105N中的每个电池组的更新的荷电状态值。上述平衡放电过程可以被重复，只要多舱电池组系统100在放电操作模式下操作。附加地或替代性地，上述平衡放电过程可以被重复，直到电池组105A-105N不再能够向连接到输出面板220的一个或多个外围装置提供电力。

参考上文提供的示例，其中电池组105A-105C的电压水平分别为18V、17.8V和17.5V，控制器600确定电池组105A具有最高荷电状态。相应地，控制器600导通开关元件705A，同时使开关元件705B和705C保持断开，以从电池组105A向一个或多个外围装置提供电力持续可配置的时间量。在电池组105A被放电持续可配置的时间量(例如，0.5秒)之后，控制器600读取电池组105A-105C的更新的电压值，以确定是否电池组105B或105C具有在电池组105A的荷电状态的可接受的公差内的荷电状态。

出于示例性目的，将假设可接受的公差等于0.3V，并且电池组105A的电压在被放电持续可配置的时间量之后下降至17.9V。相应地，控制器600确定电池组105B的电压17.8V在可接受的公差内。控制器600进一步确定电池组105C的电压17.5V不在可接受的公差内。相应地，控制器600接通开关元件705B，使得电池组105A和105B放电持续第二可配置的时间量以向一个或多个外围装置提供电力。出于示例性目的，如果假设电池组105A和105B的电压在被放电持续第二可配置时间量时各自下降0.3V，则控制器600将确定电池组105A-105C的更新电压值分别为17.6V、17.5V和17.5V。因此，在平衡放电过程的下一个循环期间，控制器600将导通开关元件705C。相应地，电池组105A-105C将同时被放电持续第二可配置的时间量以向一个或多个外围装置提供电力。

尽管以上示例是关于包括三个电池组105A-105C的多舱电池组系统100提供的，但控制器600可以对具有任何数量的电池组105A-105N的多舱电池组系统100执行平衡放电过程。此外，即使可接受的公差在上文被描述为0.3V的标量电压值，但可接受的公差可以是期望的任何标量电压值。此外，可接受的公差可以是最高荷电状态或电压水平的百分比。例如，可接受的公差可以等于最高荷电状态或电压值的3％。因此，如果具有最高荷电状态的电池组105具有18V的电压水平，则具有17.46V或更大电压的电池是在可接受的公差内。

图8是展示在多舱电力供应装置的放电操作模式期间多个电池或电池组的平衡放电的过程800的流程图。出于描述的目的，电池和电池组将通常被描述为能量存储装置。应当理解，过程800中披露的步骤的顺序可以不同于图8所展示的顺序。过程800开始于控制器600确定多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最高荷电状态(步骤805)。然后控制器600被配置成激活具有最高荷电状态的能量存储装置。如上文关于图7所描述的，控制器600被配置成通过导通相应的开关元件705来激活从具有最高荷电状态的能量存储装置到一个或多个外围装置的电力流(步骤810)。在向一个或多个外围装置提供电力时，控制器600等待可配置的时间量(步骤815)。在过去了可配置的时间量之后，控制器600确定是否任何能量存储装置具有的荷电状态在具有最高荷电状态的能量存储装置的荷电状态的可接受的公差内(步骤820)。如果在步骤820控制器600确定其他能量存储装置具有的荷电状态不在最高荷电状态的可接受的公差内，则过程返回到其中控制器600被配置成从激活的能量存储装置向一个或多个外围装置提供电力的步骤815。如果在步骤820控制器600确定一个或多个能量存储装置具有的荷电状态在最高荷电状态的可接受的公差内，则控制器600被配置成激活具有在可接受的范围内的荷电状态的能量存储装置。如上文关于图7所描述的，控制器600被配置成通过导通相应的开关元件705A-705N来激活来自具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置的电力流(步骤825)。过程返回到其中控制器600被配置成从激活的能量存储装置向一个或多个外围装置提供电力的步骤815。平衡放电过程800被重复，只要多舱电力供应装置在放电操作模式下操作。附加地或替代地，平衡放电过程800可以被重复，直到能量存储装置不再能够向连接到输出面板220的一个或多个外围装置提供电力。

当在充电操作模式下操作时，控制器600例如被配置成选择性地从连接到电力输入面板215的一个或多个外部电源向连接到多舱电池组系统100的多个电池组105A-105N提供电力。例如，多舱电池组系统100可以用作充电器组，用于通过单个充电电路710对电池组105A-105N充电。

在充电操作模式期间，控制器600确定电池组105A-105N中的哪个电池组具有最低荷电状态，并从一个或多个外部电源向最低荷电状态电池组105提供电力持续可配置的时间量。例如，如果电池组105A-105C是具有18V、17.8V和17.5V相应电压的可再充电电池组305，则电池组105C具有最低荷电状态。相应地，控制器600导通开关元件705C，同时使开关元件705A和705B保持断开，以使电力能够从一个或多个外部电源输送到最低荷电状态电池组105C。在一些实施例中，可配置的时间量是用户可配置的量，比如0.5秒。在一些实施例中，可配置的时间量是电池组105A-105N的荷电状态的函数。

在具有最低荷电状态的电池组105充电持续可配置的时间量之后，控制器600读取电池组105A-105N中的每个电池组的更新的荷电状态值。基于更新的荷电状态值，控制器600确定是否任何电池组105A-105N具有在最低荷电状态的可接受的公差内的荷电状态。当确定是否任何电池组105A-105N具有在最低荷电状态的可接受的公差内的荷电状态时，控制器600被配置成计算电池组105A-105N的电压值与具有最低荷电状态的电池组105的电压水平之间的差。在一些实施例中，当确定是否任何电池组105A-105N具有在最低荷电状态的可接受的公差内的荷电状态时，控制器600被配置成计算电池组105A-105N的电压值与具有最低荷电状态的电池组105的电压水平之间的差。

将计算出的电压差与可接受的公差进行比较。可接受的公差是特定电池组105A-105N的荷电状态可以与最低荷电状态不同而不会以与最低荷电状态电池组105不同的方式操作的量。可接受的公差是可以存储在控制器600的存储器625中的可配置的值。在一些实施例中，可接受的公差是标量电压值，比如0.5伏特。在其他实施例中，可接受的公差是可配置的百分比值。例如，可接受的公差是电池组105A-105N的电压值与具有最低荷电状态的电池组105的电压值之间的百分比差，比如1％。在另一个示例中，可接受的公差可以是最低荷电状态的可配置百分比值，比如1％。在这样的示例中，具有在最低荷电状态的1％内的荷电状态的任何电池组105A-105N都在可接受的公差内。

控制器600被配置成通过导通对应的开关元件705A-705N来激活具有在最低荷电状态的可接受的公差内的电压水平的任何电池组105A-105N。因此，具有在可接受的公差内的荷电状态的任何电池组105A-105N、包括具有最低荷电状态的电池组105由连接到电力输入面板215的一个或多个外部电源充电。不具有在可接受的公差内的荷电状态的任何电池组105A-105N的相应开关元件705A-705N保持断开。因此，不从一个或多个外部电源向具有在可接受的公差之外的荷电状态的电池组105A-105N提供充电电力。

具有最低荷电状态的电池组105和具有在可接受的公差内的荷电状态的电池组105A-105N被同时充电持续第二可配置的时间量。第二可配置的时间量可以与具有最低荷电状态的电池组105自身被充电的时间量相同或不同。在可配置的时间量过去之后，控制器600读取电池组105A-105N中的每个电池组的更新的荷电状态值。上述平衡充电过程可以被重复，只要多舱电池组系统100在充电操作模式下操作。替代性地或另外，上述平衡充电过程可以被重复，直到电池组105A-105N被充电至满容量。

参考上文提供的示例，其中电池组105A-105C的电压水平分别为18V、17.8V和17.5V，控制器600确定电池组105C具有最低荷电状态。相应地，控制器600导通开关元件705C，同时使开关元件705A和705B保持断开，以从一个或多个外部电源向电池组105C提供电力持续可配置的时间量。在电池组105C被充电持续可配置的时间量(例如，0.5秒)之后，控制器600读取电池组105A-105C的更新的电压值，以确定是否电池组105A或105B具有在电池组105C的荷电状态的可接受的公差内的荷电状态。

出于说明的目的，将假设可接受的公差等于0.3V，并且电池组105C的电压在被充电持续可配置的时间量之后增加至17.6V。相应地，控制器600确定电池组105B的电压17.8V在可接受的公差内。控制器600进一步确定电池组105A的电压18V不在可接受的公差内。控制器600导通开关元件705B，使得电池组105B和105C由一个或多个外部电源充电持续第二可配置的时间量(例如，1分钟)。出于示例性目的，如果假设电池组105B和105C的电压在被充电持续可配置的时间量时各自增加0.3V，则控制器600将确定电池组105A-105C的更新的电压值分别为18V、18.1V和17.9V。因此，在平衡充电过程的下一个循环期间，控制器600将导通开关元件705A。相应地，电池组105A-105C将同时由一个或多个外部电源提供的电力充电。

尽管以上示例是关于包括三个电池组105A-105C的多舱电池组系统100提供的，但控制器600可以对具有任何数量的电池组105A-105N的多舱电池组系统100执行平衡放电过程。此外，即使可接受的公差在上文被描述为0.3V的标量电压值，但可接受的公差可以是期望的任何标量电压值。此外，本领域技术人员将理解可接受的公差可以是最高荷电状态或电压水平的百分比。例如，可接受的公差可以等于最低荷电状态或电压值的1％。因此，如果具有最低荷电状态的电池组105具有17.5V的电压水平，则具有17.65V或更小电压的电池组在可接受的公差内。

图9是展示在多舱电力供应装置的充电操作模式期间多个电池或电池组的平衡充电的过程900的流程图。出于描述的目的，电池和电池组将通常被描述为能量存储装置。应当理解，过程900中披露的步骤的顺序可以不同于图9所展示的顺序。过程900开始于控制器600确定多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最低荷电状态(步骤905)。然后控制器600被配置成激活具有最低荷电状态的能量存储装置。如上文关于图7所描述的，控制器600被配置成通过导通相应的开关元件705来激活从连接到电力输入面板的外部电源到具有最低荷电状态的电池105的电力流(步骤910)。在对一个或多个激活的能量存储装置充电时，控制器600等待可配置的时间量(步骤915)。在过去了可配置的时间量之后，控制器600确定是否任何能量存储装置的荷电状态在具有最低荷电状态的能量存储装置的荷电状态的可接受的公差内(步骤920)。如果在步骤920处控制器600确定没有能量存储装置具有在最低荷电状态的可接受的公差内的荷电状态，则过程返回到其中控制器600被配置成从外部电源向激活的能量存储装置提供电力的步骤915。如果在步骤920处控制器600确定一个或多个能量存储装置具有在最低荷电状态的可接受的公差内的荷电状态，则控制器600被配置成激活具有在可接受的范围内的荷电状态的能量存储装置。如上文关于图7所描述的，控制器600被配置成通过导通相应的开关元件705A-705N来激活从外部电源到具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置的电力流(步骤925)。过程返回到其中控制器600被配置成从外部电源向激活的能量存储装置提供电力的步骤915。平衡充电过程900被重复，只要多舱电池组系统100在充电操作模式下操作。附加地或替代性地，平衡充电过程900可以被重复，直到能量存储装置被充电至满容量。

图10是多舱电力供应装置1000(上述多舱电力供应装置的变型)的一般性示意图。尽管应当理解，多舱电力供应装置1000可以用多舱电池组系统100中包括的部件和/或多舱电池系统400(其包括单个单元可再充电电池505)中包括的部件来实施，但是多舱电力供应装置1000将关于多舱电池组系统100中包括的部件进行描述。如下文将更详细描述的，多舱电力供应装置1000是上文描述的软件控制的多舱电力供应系统的通常基于硬件的实施。

如图10所示，多舱电力供应装置1000包括多个电池组105A-105N。尽管只需要一个电池组105来操作多舱电力供应装置1000，但是多舱电力供应装置1000可以包括任何期望数量(N个)的电池组105A-105N。电池组105A-105N被展示为选择性地并联连接在充电电路系统710和/或转换器电路系统715与地之间。特别地，各个电池组105通过相应的理想二极管1005电连接到充电电路系统710和/或转换器电路系统715。

多舱电力供应装置1000还包括理想二极管控制器1010。理想二极管控制器1010是基于硬件的控制器，该基于硬件的控制器包括例如逻辑电路(例如，可能包括与(AND)门、或(OR)门、与非(NAND)门、运算放大器等)，逻辑电路被配置成实施上文描述的基于软件的平衡充电和放电方法。例如，理想二极管控制器1010的逻辑电路包括被配置成确定电池组105A-105N的荷电状态之间的相对差异的电压比较器。如图10所示，电池组105A-105N的DC电压水平可以直接馈送到理想二极管控制器1010。根据确定的电池组105A-105N的荷电状态之间的差，理想二极管控制器1010被配置成向相应的理想二极管1005A-1005N施加开和/或关门信号。

如图11所示，理想二极管1005包括具有第一体二极管1020的第一开关元件1015和具有第二体二极管1030的第二开关元件1025。当与理想二极管1005串联连接的电池组105正被充电时，电流从充电电路系统710通过理想二极管1005流到电池组105。例如，在从充电电路系统710到电池组105的路径上，电流从第二开关元件1025的漏极流到源极并流动通过第一体二极管1020。当与理想二极管1005串联连接的电池组105正被放电时，电流通过理想二极管1005从电池组105流到输出转换器电路系统715。特别地，在从电池组105到充电电路系统的路径上，电流从第一开关元件1015的漏极流到源极并流动通过第二体二极管1030。尽管理想二极管1005中包括的开关元件被展示为以源极到源极串联连接的两个N沟道MOSFET，但是应当理解，理想二极管可以包括能够如上所述实现双向电流流动的开关元件的任何组合。例如，理想二极管可以包括串联布置的两个P沟道MOSFET、串联布置的两个IGBT等。在一些实施例中，如果不要求或不期望双向电流流动，则可以用标准二极管、功率二极管、肖特基二极管等替换理想二极管。

类似于上文描述的多舱电池组系统100，多舱电力供应装置1000被配置成在放电模式和充电模式下操作。当在放电操作模式下操作时，理想二极管控制器1010内的逻辑电路被配置成选择性地导通理想二极管1005A-1005N，使得电力从一个或多个电池组105A-105N被提供到连接至电力输出面板220的一个或多个外围装置。特别地，通过使用基于硬件的逻辑电路，多舱电力供应装置1000的理想二极管控制器1010可操作以执行由控制器600执行并如上所述的平衡放电方法。当在充电操作模式下操作时，理想二极管控制器1010内的逻辑电路被配置成选择性地导通理想二极管1005A-1005N，使得电力从连接到电力输入面板215的一个或多个外部电源被提供到连接至多舱电力供应装置1000的多个电池组105A-105N。特别地，通过使用基于硬件的逻辑电路，多舱电力供应装置1000的理想二极管控制器1010可操作以执行由控制器600执行并如上所述的平衡充电方法。在一些实施例中，理想二极管控制器1010可以替换为上文描述的控制器600。在这样的实施例中，控制器600被配置成在平衡充电和放电操作期间控制理想二极管1005A-1005N。

因此，本文描述的实施例除其他之外提供了包括平衡电池放电和充电的多舱电力供应装置。在所附权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种多舱电力供应装置，包括：

多个能量存储装置；

电力输出，该电力输出被配置成从该多个能量存储装置向外围装置提供电力；以及

包括电子处理器的控制器，该控制器被配置成：

确定该多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最高荷电状态，

通过使具有该最高荷电状态的能量存储装置放电持续第一可配置的时间量来向该外围装置提供电力，

确定是否该多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态，以及

通过使具有该最高荷电状态的能量存储装置和该多个能量存储装置中具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置放电来向该外围装置提供电力。

2.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，具有该最高荷电状态的能量存储装置和该多个能量存储装置中具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态的能量存储装置被放电持续第二可配置的时间量。

3.如权利要求2所述的多舱电力供应装置，其中，该控制器被进一步配置成在该第二可配置的时间量已经过去之后读取该多个能量存储装置中的能量存储装置的更新的荷电状态值。

4.如权利要求2所述的多舱电力供应装置，其中，该控制器被配置成通过以下方式来使该多个能量存储装置中具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态的能量存储装置放电：导通设置在该多个能量存储装置中具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态的能量存储装置与该外围装置之间的相应电流路径上的开关元件。

5.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，该多个能量存储装置包括可再充电动力工具电池组。

6.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，该控制器被配置成通过导通设置在具有该最高荷电状态的能量存储装置与该外围装置之间的电流路径上的开关元件来使具有该最高荷电状态的能量存储装置放电。

7.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，该外围装置是加热的衣物。

8.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，进一步包括：

多个能量存储装置舱，其中，该多个能量存储装置中的每个能量存储装置能够电连接到该多个能量存储装置舱中的相应一个。

9.如权利要求8所述的多舱电力供应装置，其中，该多个能量存储装置舱被布置在该多舱电力供应装置的外壳中。

10.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，包括在该多个能量存储装置中的能量存储装置能够并联地电连接。

11.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，该公差是该最高荷电状态的百分比。

12.如权利要求1所述的多舱电力供应装置，其中，该公差是表示具有该最高荷电状态的能量存储装置的电压值与该多个能量存储装置中的任何其他能量存储装置的电压值之间的可允许的差的标量值。

13.一种使多舱电力供应装置放电的方法，该多舱电力供应装置包括多个能量存储装置、被配置成从该多个能量存储装置向外围装置提供电力的电力输出、以及包括电子处理器的控制器，该方法包括：

使用该控制器确定该多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最高荷电状态；

使用该控制器激活具有该最高荷电状态的能量存储装置，以使电力能够从具有该最高荷电状态的能量存储装置流到该外围装置；

使用该控制器使具有该最高荷电状态的能量存储装置放电持续第一可配置的时间量；

使用该控制器确定是否该多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态；

使用该控制器激活该多个能量存储装置中具有在该最高荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置，以使电力能够从具有在该公差内的荷电状态的能量存储装置流到该外围装置；以及

使用该控制器使具有该最高荷电状态的能量存储装置和具有在该公差内的荷电状态的能量存储装置放电持续第二可配置的时间量。

14.如权利要求13所述的方法，其中，激活具有该最高荷电状态的能量存储装置包括由该控制器导通开关，该开关设置在从具有该最高荷电状态的能量存储装置到该外围装置的电流路径上。

15.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

由该控制器在该第二可配置的时间量已经过去之后读取包括在该多个能量存储装置中的能量存储装置的更新的荷电状态值。

16.如权利要求13所述的方法，其中，该外围装置是加热的衣物。

17.一种对多舱电池系统充电的方法，该多舱电池系统包括多个能量存储装置、被配置成从外部电源向该多个能量存储装置提供电力的电力输入、以及包括电子处理器的控制器，该方法包括：

使用该控制器确定该多个能量存储装置中的哪个能量存储装置具有最低荷电状态；

使用该控制器激活具有该最低荷电状态的能量存储装置，以使电力能够从该外部电源流到具有该最低荷电状态的能量存储装置；

使用该控制器对具有该最低荷电状态的能量存储装置充电持续第一可配置的时间量；

使用该控制器确定是否该多个能量存储装置中的任何能量存储装置具有在该最低荷电状态的公差内的荷电状态；

使用该控制器激活该多个能量存储装置中具有在该最低荷电状态的公差内的荷电状态的任何能量存储装置，以使电力能够从该外部电源流到具有在可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置；以及

使用该控制器对具有该最低荷电状态的能量存储装置和具有在该可接受的公差内的荷电状态的能量存储装置充电持续第二可配置的时间量。

18.如权利要求17所述的方法，其中，激活具有该最低荷电状态的能量存储装置包括由该控制器导通开关，该开关设置在从该外部电源到具有该最低荷电状态的能量存储装置的电流路径上。

19.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

由该控制器在该第二可配置的时间量已经过去之后读取包括在多个电池中的能量存储装置的更新的荷电状态值。

20.如权利要求17所述的方法，其中，该电力输入包括USB-C端口。

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