TW201937801A - 電池模組系統與方法 - Google Patents

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Abstract

在一個具體實施例中，一種系統包含：電池組(140)，包含配置在一電路中的複數個電池單元；控制系統(120)，控制系統經配置以基於過充電狀態或過放電狀態，而在電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至電池組且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。

Description

電池模組系統與方法
本揭示內容大抵係關於電池系統，尤其係關於基於鋰的電池系統。
需要電池能量作為電源的電動自行車、電動摩托車、電動車輛、電動堆高機、能量儲存系統（ESS）以及不斷電源供應器（UPS），正在吸引更多關注並且近年來變得越來越流行。上述應用通常使用鉛酸電池。儘管鉛酸電池歷史悠久且成本低，但鉛的有害本質、低能量密度和短循環壽命，使得鉛酸電池不能滿足當今的環境及/或應用需求。使用鋰亞鐵磷氧化物（LFPO）作為陰極材料的材料的早期突破（例如參見美國專利第7,494,744、7,585,593、7,629,084、7,718,320號，所有該等專利全部通過引用整體併入本文）、電池平衡系統（例如參見美國專利第7,782,013、7,808,207、7,825,632號，所有該等專利全部內容通過引用併入本文）、以及電池系統控制/作業（例如參見美國專利第7,777,451、8,217,625、7,821,231、8,159,191號，所有該等專利通過引用全部併入本文），已經成功地證明了LFPO電池系統優於現有鉛酸電池系統的優越性。然而，判定如何設計準備替換現有鉛酸電池的LFPO電池模組，甚至是由此產生的電池系統，仍然是迄今為止的挑戰。理想情況下，期望直接更換電池模組（例如，取出鉛酸電池並直接更換LFPO電池模組）。然而，需要與裝置的控制介面通信，及/或調整對裝置的控制的工作參數（例如充電參數、截止參數等）。以UPS應用為例，若使用者希望將鉛酸電池升級為LFPO電池，則沒有簡單的LFPO電池解決方案。
在一個具體實施例中，一種系統包含：電池組，包含配置在一電路中的複數個電池單元；以及控制系統，控制系統經配置以基於過充電狀態或過放電狀態，而在電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至電池組且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。
參考下文描述的具體實施例，本發明的該等和其他態樣將變得顯而易見並得以闡明。
揭示了電池模組系統和方法的某些具體實施例，其包括在過充電或過放電狀態期間使單向電流流入或流出鋰離子電池組的機制。在一個具體實施例中，電池模組系統包括電路，電路包括具有複數個（例如串聯連接但不限於此的）電池單元的電池組和控制系統，控制系統基於偵測到過充電或過放電狀態而切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。藉此，鋰離子電池單元（例如，鋰亞鐵磷氧化物（LFPO）電池單元等）經配置為適合於替換鉛酸電池，原因如下。
簡要地說，並且使用LFPO電池模組作為示例，如美國專利第8,159,191號範例7與8所揭示的，防止過充電（OC）、過放電（OD）和電池單元平衡對於製造工作電池模組是重要的。儘管在此引用的專利中揭示的此種系統工作良好，但是當（例如串聯連接的）任何電池模組觸發OC或OD狀態時，此類電池系統會關閉（由於開路狀態）。儘管如此，充電器控制（開/關）在使電池模組隨時間平衡方面的依賴性，限制了目前使用鉛酸電池的任何現有裝置中實施的電池模組的兼容性，這是由於充電結束電壓與使用在此類應用中的充電器的浮動電壓中的差異。相反的，電池模組系統的某些具體實施例，使得LFPO電池模組（或其他鋰離子電池模組）不僅適用於任何現有裝置，而且還準備好替換現有的鉛酸電池。
上文已總結了本揭示內容的電池模組系統的某些特徵，現在將詳細參考附圖中所示的電池模組系統的說明。雖然將結合該等附圖說明電池模組系統，但並不意圖將其限制於本文揭示的一或多個具體實施例。例如，雖然重點放在LFPO電池單元技術上，但是本文所述的電池模組系統適用於及/或可以擴展到所有其他鋰離子電池單元，包括本領域普通技術人員將理解的磷酸鐵鋰電池（LFP）、鎳錳鈷電池（NMC）、鎳鈷鋁電池（NCA）、鋰鈷氧化物電池（LCO）等等。為了簡化並且為了避免混淆電池模組系統的各種特徵，本文使用LFPO電池和LFPO電池模組/單元作為一種類型的鋰離子技術的說明，但不限於僅使用LFPO電池。此外，儘管說明書標識或說明了一或更多個具體實施例的細節，但是該等細節不一定是每個具體實施例的一部分，也不是所有各種所述優點都必然與單個具體實施例相關聯。相反的，意圖是涵蓋由所附申請專利範圍限定的本揭示內容的範圍內包括的所有替代、修改和均等範圍。此外，應當理解到，在本揭示內容的背景內容之下，申請專利範圍不必限於說明書中闡述的特定具體實施例。
如下所述，電池模組系統的某些具體實施例可包括OC/OD控制、可選的電池單元平衡器、以及在電池模組執行過充電（OC）截止活動之後，使單向電流流出電池模組的控制系統。控制系統也可以稱為單向電流控制器。現在參考圖1，圖1圖示電池模組系統或電池模組100，電池模組100包括上文概述的三個主要功能。注意到，術語電池模組系統和電池模組，在本文中指的是相同的系統100，因此可互換使用。在所描繪的具體實施例中，四個電池單元串聯連接作為電池單元組140，但是本發明技術領域中具有通常知識者應當理解到，在一些具體實施例中可以使用其他（複數個）數量的電池單元，而本文描述的數量僅用於說明。此外，雖然本文說明的主要是串聯設置的複數個單元，但是本發明技術領域具有通常知識者在本揭示內容的背景內容下應當理解到，可以配置電池單元組140（或本文所述的其他電池單元組）作為並聯、串聯、並串聯、或串並聯連接的複數個電池單元，如美國專利第8,159,191號（'191專利）所述（例如參見第36頁第11欄第48-57行），在此併入'191專利全文以作為參考。電池單元組140在電路圖中經由正電纜連結160和負電纜連結170連接到電池模組頂部110。設置在電池單元組140（例如側面）上的，是具有OC/OD偵測電路系統及/或電池平衡電路系統（也單獨地或協同地稱為控制電路系統）的印刷電路板（PCB）150。關於OC/OD電路系統，可以在'191專利中找到進一步的資訊（例如參見第36頁第12欄第22-51行）。例如，OC/OD電路系統被配置為同時控制一或更多個通道。當單元滿足了過充電狀態（例如4.0V）時，脈衝被傳送到繼電器（通常是電磁閂鎖繼電器），繼電器終止來自充電器的電流輸入，以防止單元過度充電。在高壓應用中（諸如在300V或更高電壓下工作的插電式混合動力車輛），過充電信號被傳送到車輛ECU（電子控制單元）以終止充電活動，以防止損壞車上的其他電子設備（諸如馬達或發電機組），而不是使用繼電器立即終止充電活動。過充電控制的一個重要特徵，是繼電器的「自動恢復」功能。一個典型的例子是同時控制8個通道的IC：當其中一個單元滿足過充電狀態時，脈衝被傳送到繼電器（通常是電磁閂鎖繼電器），繼電器終止充電器的電流輸入以防止對單元過度充電。當「所有」單元電壓下降到預設電壓時，恢復充電。這意味著當「所有」單元電壓低於預設電壓時，恢復充電活動。對於鋰鐵磷氧化物或其他LiFePO4 類型的單元，此典型電壓可以是3.4V。
當達到OC（或OD）狀態時，控制系統120由來自PCB 150（例如OC/OD電路系統）通過連接電纜130的訊號觸發。在一個具體實施例中，控制系統120包括繼電器和與繼電器並聯連接的二極體。控制系統120可以放置在電池160的正側、電池170的負側、或兩側上。由於控制系統120僅分別控制OC或OD條件，由於使用二極體，OC狀態的控制系統120也稱為OC設備120A，且OD狀態的控制系統120也稱為OD設備120B。
圖2A圖示用於電池模組100的OC設備120A。圖2B圖示用於電池模組100的OD設備120B，OD設備120B使用圖2A中操作的相同的部件，除了二極體的方向相反以外。圖2C圖示配置用於OC和OD設備兩者的控制系統120（即兩者都包含在相同的電池模組中），並且表示為控制系統120C。如圖1-2A所示，在OC狀態期間，當OC設備120A的繼電器斷開時，由於二極體的存在，充電電流（例如來自充電裝置，未示出）停止。在此種情況下，電池模組100的放電功能仍然有效，這防止電池模組100表現出「關閉」現象（即零電壓）。若提供外部負載，則電池單元組140在OC狀態的持續時間期間開始放電，並且放電電流可以流過二極體，從而在電池單元兩端產生電壓降。最終當OC狀態結束時（例如當作為整體的或單獨的或組合使用的單元電壓回到正常或預定的工作範圍內時），OC設備120A的繼電器閉合，並且電池（電池單元組140）再次正常工作，使電流流過電路並通過OC裝置120A的繼電器流入和流出電池單元組140（亦即雙向地）。
類似於上文結合圖2A描述的OC設備120A的工作原理，OD設備120B（如圖2B中所示）在OD條件被觸發時起作用。參見圖1和圖2B，在OD狀態期間，OD設備120B的繼電器斷開，並且OD設備120B的二極體僅啟用充電電流而不是放電電流。當外部充電電流（例如來自充電裝置，未示出）可用時，電流流過OD設備120B的二極體，從而導致電池單元組140的電池單元電壓升高。最終當OD狀態結束時（例如當作為整體的或單獨的或組合使用的單元電壓回到正常或預定的工作範圍內時），OD設備120B的繼電器閉合，並且電池（電池單元組140）再次正常工作，使電流流過電路並通過OCD裝置120B的繼電器流入和流出電池單元組140（亦即雙向地）。
如上所述，OC設備和OD設備可以整合到同一電池模組中，如圖2C的控制系統120C所示。在OC狀態期間，OC設備的繼電器斷開，而OD設備的繼電器閉合。類似的，在OD狀態期間，OD設備的繼電器斷開，而OC設備的繼電器閉合。
如圖1-2A所示，在OC狀態期間，當OC設備120A的繼電器斷開時，由於二極體的存在，充電電流停止。在此種情況下，電池模組100的放電功能仍然有效，這防止電池模組100表現出「關閉」現象（即零電壓），這已於上文解釋。然而，與先前的說明不同，若不存在外部負載以實現電壓降，則存在仍然能夠實現電池單元電壓降的第二機制，本文中將此機制稱為平衡功能。如上文所引用並將其全部內容併入本文的美國專利第7,782,013、7,808,207、7,825,632號所揭示的，對串聯連接的每個電池單元執行單元平衡。當任何電池單元的電壓超過預設電壓時，執行電池單元的自放電（例如透過與電池單元並聯連接的電阻器），並且當到達另一預設電壓時或符合預定時間週期條件時，自放電活動結束（例如參見上文參照的'191專利第12欄第22-51行，諸如透過在PCB 150處的IC中使用電壓監測與時間倒數）。因此在OC狀態期間，若不存在外部負載以實現電壓降，則電池模組系統的某些具體實施例中的平衡功能降低每個電池單元的電壓。最終，當電池電壓回到正常或預定工作範圍內（且因此OC狀態結束）時，OC設備120A的繼電器閉合並且電池模組正常工作，使得能夠恢復充電活動。因此觀察到充電活動的恢復，並且在本文中也稱為電池模組控制的間歇充電行為。下文描述間歇充電行為的幾個優點。
電池模組100的「永不關閉」特徵對於電動車輛（EV）、輕型電動車輛（LEV）和UPS應用是重要的。以EV應用為例，若在再生破壞過程(regenerative breaking process)中發生由OC狀態引起的未被注意到的關閉，則車輛可能突然停止，這可能導致安全問題。此外，對於UPS應用，若其中一個電池模組因再充電或浮動狀態期間觸發的OC狀態而關閉，則UPS可能會意外關閉，這可能會影響UPS的可靠性。由如本文所揭示的電池模組系統的某些具體實施例控制的間歇充電是有益的，因為串聯電池模組隨時間更加平衡、防止電池模組過度充電、允許表現出不同的充電結束電壓的不同充電器、及/或模組適用於目前使用鉛酸電池技術的任何現有裝置。
除了「永不關閉」特徵之外，當任何電池單元電壓超過預設電壓時，前述嵌入在電池模組100中的電池單元平衡器可以在充電活動期間針對每個電池獨立地執行「自放電」。電池單元的「自放電」可以終止OC狀態（若被觸發），並且在OC狀態終止之後可以恢復新的充電活動。因此，可以觀察到包括如本文所揭示的電池模組的電池模組系統的某些具體實施例所展示的間歇充電行為。電池模組控制式間歇充電行為不僅有助於創建準備好提供電池模組系統的最大容量的電池單元平衡狀態，而且還防止電池模組過度充電，這意味著控制充電器裝置的充電結束電壓變得不重要或不需要控制。儘管如此，電池模組系統的某些具體實施例的電池模組控制式間歇充電機制，使得電池模組適用於當前使用鉛酸電池的任何現有裝置。
在一些具體實施例中，用於圖1-2C中所示的控制系統120（例如120A、120B、120C）中的繼電器，可被實施為閂鎖繼電器、固態繼電器、或能夠執行電流截斷功能的任何其他類型的繼電器。圖1-2C中圖示的控制系統120（例如120A、120B或120C）的二極體，可被實現為能夠實現單向電流流動的任何現成的二極體。控制系統120的繼電器和二極體應該能夠被並聯整合，以在執行由OC/OD狀態觸發的截止之後執行單向電流。
然而，圖1-2C中描繪的控制系統不僅受限於繼電器和二極體配置。在一些具體實施例中，可以使用執行類似於二極體和繼電器組合的功能的一或更多個裝置。例如，可以使用二極體和電晶體的並聯設置，或者可以使用功率電晶體。參照圖3A，圖示使用並聯整合的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）和二極體，以替換用於控制系統的鎖存繼電器和二極體的組合。詳言之，圖3A圖示示例性電池模組300的具體實施例，包含電池模組頂部305、控制系統310（310A、310B）、從PCB 340到控制系統310的連接電纜320A、320B（PCB 340包含與上文對圖1所說明者類似的OC/OD電路系統與平衡電路系統）、以及鋰離子技術電池單元組330（例如，LFPO電池，儘管可以如上所述使用其他類型的鋰離子技術）。圖3A的控制系統310圖示P通道MOSFET（用於310A）和N通道MOSFET（用於310B），該等電晶體被實施為分別替代圖2A和2B中所示的OC設備120A和OD設備120B中的各個繼電器。圖3B是用於控制系統310（例如310A、310B）的P通道MOSFET加二極體和N通道MOSFET加二極體的擴展示意圖，其分別連接在電池單元組330的正側和負側。注意到，儘管控制系統310A和310B被示為封裝在相同系統中（對於OC/OD功能兩者），但是在一些具體實施例中，每個控制系統可以在一些具體實施例中個別實現（例如在僅有OC的電池或僅有OD的電池中實施）。
圖4是另一範例，使用控制系統310A-1（使用P通道功率MOSFET）和控制系統310B-1（使用N通道功率MOSFET），以替換圖3B所示的P通道MOSFET加二極體和N通道MOSFET加二極體。同樣的，在一些具體實施例中，部件310A-1、310B-1被示出為在相同封裝中實施，但是在一些具體實施例中可以根據應用而個別實施（例如，實施其中一個而不實施另一個）。
注意到，儘管圖3A-4中示出MOSFET（和功率MOSFET）（單獨或與二極體組合），本發明技術領域中具有通常知識者應當理解到在本揭示內容的背景內容下，可單獨或結合使用執行相同或類似功能的其他電晶體及/或電性部件，且因此該等電晶體與電性部件被思及為位於本揭示內容的範圍內。
根據前述說明，值得注意的是，提供如本文所述的單向電流控制功能的控制系統120（或310），可以以具有不同部件的任何形式來實施（例如繼電器加二極體、MOSFET加二極體、或者只是一個功率MOSFET），並且應該適當地放置在電池單元組的正端、電池單元組的負端、或兩端上（例如用於OC和OD監測功能），從而使得電池模組系統是替換鉛酸電池的理想選擇。
除了用於控制系統120（或310）的部件的選擇之外，嵌入每個電池單元中的電池平衡器可以如美國專利第7,777,451號（全部併入本文以作為參考）中所揭示的，或者任何其他類型的用於等化調整電池單元的平衡器。OC/OD判定係可基於為每個電池單元預設的電壓（例如對於OC為4.2V，對於OD為2.0V）、或整體電池模組電壓（例如對於OC為14V，對於OD為10.5V，對於四單元串聯LFPO電池模組而言）、或組合條件。在本揭示內容的背景內容下，在本發明技術領域中具有通常知識者應該理解，上文揭示的OC和OD狀態可以與串聯的電池單元的數量成比例。
應注意，本發明中所示的電池模組可以自由地串聯或並聯，以形成用於替換包括鉛酸電池的現有電池系統的電池系統。
鑑於以上說明，應當理解到，電池模組方法的一個實施例（例如用於鋰離子電池電路的控制方法，電池電路包括具有多個電池單元的電池組），如圖5所示（並且表示為方法500），包括：監測過充電狀態或過放電狀態中的一個或任何組合（502）；基於監測，在電路中將電流從流至電池組及流出電池組的雙向流動，切換成流至電流組或流出電池組的單向流動（504）。監測可以基於先前段落中提出的OC/OD判定。
流程圖中的任何程序說明或方塊，應被理解為表示由電池模組系統的實施例實現的程序中的步驟，並且具體實施例的範圍包含替代實施例，其中可以添加功能或改變結合第5圖所示或所討論的功能，包含實質上同時的，取決於所涉及的功能，如由在本發明技術領域中具有通常知識者所能合理理解到的。
在第一系統具體實施例中，揭示對於一種鋰離子電池系統的請求項，電池系統包括：控制電路系統，控制電路系統包含過充電電路系統或過放電電路系統之一者或任意組合者；電池組，電池組包含複數個電池單元，複數個電池單元經配置於一電路中；以及控制系統，控制系統經配置以基於來自控制電路系統的訊號，而在電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至電池組且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。
在第二系統具體實施例中，如第一請求項所述之電池系統，其中控制系統位於在電池組的正側上、在電池組的負側上、或在電池組的正側與負側兩者上的電路中。
在第三系統具體實施例中，如前述請求項之任一項所述之電池系統，其中複數個電池單元之每一者包含鋰離子電池單元。
在第四系統具體實施例中，如前述請求項之任一項所述之電池系統，進一步包含電性耦合至電路的外部負載，其中基於訊號對應於過充電狀態，控制系統經配置以基於來自電池組的單向流動致能放電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止，此後，控制系統經配置以致能雙向流動。
在第五系統具體實施例中，如前述請求項之任一項所述之電池系統，進一步包含耦合至電路的充電裝置，其中基於訊號對應於過放電狀態，控制系統經配置以基於從充電裝置到電池組的單向流動致能放電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止，此後，控制系統經配置以致能雙向流動。
在第六系統具體實施例中，如第一至第三具體實施例與第五具體實施例之請求項之任一項所述之電池系統，其中電池單元之每一者包含電阻器，其中基於訊號對應於過充電狀態，電池單元之每一者的電阻器經配置以基於各別電池單元的電壓之每一者超過預設電壓並基於來自電池組的單向流動致能放電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止或直到經過預定時間週期之後，此後，控制系統經配置以致能雙向流動。
在第七系統具體實施例中，如前述請求項之任一項所述之電池系統，其中控制系統包含與二極體並聯的繼電器。
在第八系統具體實施例中，如第一至第六具體實施例的請求項之任一項所述之電池系統，其中控制系統包含複數對並聯設置的部件，其中第一對包含與第一二極體並聯的第一繼電器，其中至少第二對包含與第二二極體並聯的第二繼電器，第一二極體致能在與第二二極體相反的方向中的電流流動。
在第九系統具體實施例中，如第一至第六具體實施例的請求項之任一項所述之電池系統，其中控制系統包含與各自的一或更多個二極體並聯的一或更多個電晶體。
在第十系統具體實施例中，如第一至第六具體實施例的請求項之任一項所述之電池系統，其中控制系統包含一或更多個功率電晶體。
在第一方法具體實施例中，揭示一種對於鋰離子電池電路的控制方法，鋰離子電池電路包含具有複數個電池單元的電池組，方法包含以下步驟：監測過充電狀態或過放電狀態中之一者或任意組合者；以及基於監測步驟，在電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至電池組且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。
在第二方法具體實施例中，對於先前方法請求項的請求項，其中切換步驟係實施在電池組的正側上、在電池組的負側上、或在電池組的正側與負側兩者上。
在第三方法具體實施例中，對於前述方法請求項之任一項之請求項，其中複數個電池單元之每一者包含鋰離子電池單元。
在第四方法具體實施例中，對於前述方法請求項之任一項之請求項，其中基於過充電狀態，基於來自電池組的單向流動對負載致能放電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止，此後，致能雙向流動。
在第五方法具體實施例中，對於前述方法請求項之任一項之請求項，其中基於過充電狀態，基於從充電裝置到電池組的單向流動致能充電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止，此後，致能雙向流動。
在第六方法具體實施例中，對於第一至第四方法具體實施例與第五方法具體實施例之方法請求項之任一項之請求項，其中電池單元之每一者包含電阻器，其中基於過充電狀態，電池單元之每一者的電阻器經配置以基於各別電池單元的電壓之每一者超過預設電壓並基於來自電池組的單向流動致能放電功能，直到各別電池單元上的每一電壓或電池單元上的協同電壓位於預定範圍內為止或直到經過預定時間週期之後，此後，致能雙向流動。
在第七方法具體實施例中，對於先前方法請求項之任一項之請求項，其中切換步驟係由與二極體並聯的繼電器實施。
在第八方法具體實施例中，對於如第一至第六方法具體實施例之先前方法請求項之任一項之請求項，其中切換步驟係由複數對並聯設置的部件來實施，其中第一對包含與第一二極體並聯的第一繼電器，其中至少第二對包含與第二二極體並聯的第二繼電器，第一二極體致能在與第二二極體相反的方向中的電流流動。
在第九方法具體實施例中，對於如第一至第六方法具體實施例之先前方法請求項之任一項之請求項，其中切換步驟係由與各自的一或更多個二極體並聯的一或更多個電晶體實施，或由一或更多個功率電晶體實施。
在另一系統具體實施例中，對於一種系統的請求項，系統包含：電池組，包含配置在一電路中的複數個電池單元；以及控制系統，控制系統經配置以基於過充電狀態或過放電狀態，而在電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至電池組且流出電池組，單向流動係流至電池組或流出電池組。
在本說明書中，對「一個具體實施例」、「具體實施例」或「多個具體實施例」的參照，意味著所參照的一個或多個特徵被包括在本技術的至少一個具體實施例中。在本說明書中對「一個具體實施例」、「具體實施例」或「多個具體實施例」的單獨參照，不一定為參照相同的具體實施例且不是相互排斥的（除非如此陳述及/或除非為對於本發明技術領域中具有通常知識者所顯而易見的）。例如，在一個具體實施例中說明的特徵、結構、步驟等，亦可被包含在其他具體實施例中（但並非必需被包含）。因此，本技術可包含本文所述具體實施例的各種組合及/或整合。儘管已經參考附圖中示出的示例具體實施例描述了系統和方法，但是應注意，在不脫離由所附申請專利範圍保護的本揭示內容的範圍的情況下，可以採用均等範圍並可進行替換。申請專利範圍中的任何附圖標記不應被解釋為限制範圍。
100‧‧‧電池模組
110‧‧‧電池模組頂部
120‧‧‧控制系統
130‧‧‧連接電纜
140‧‧‧電池單元組
150‧‧‧PCB
160‧‧‧正電纜連結
170‧‧‧負電纜連結
120A‧‧‧OC設備
120B‧‧‧OD設備
120C‧‧‧控制系統
300‧‧‧電池模組
305‧‧‧電池模組頂部
310A‧‧‧控制系統
310A-1‧‧‧控制系統
310B‧‧‧控制系統
310B-1‧‧‧控制系統
320A‧‧‧連接電纜
320B‧‧‧連接電纜
330‧‧‧鋰離子技術電池單元組
340‧‧‧PCB
500‧‧‧方法
502‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
參考以下附圖可以更好地理解電池模組系統的某些具體實施例的許多態樣。附圖中的部件不一定按比例繪製，而是將重點放在清楚地說明電池模組系統和方法的原理上。此外，在附圖中，相同的元件符號在若干視圖中表示相應的部件。
圖1是圖示示例性電池模組系統的具體實施例的示意圖。
圖2A-2C是圖示用於圖1的電池模組系統的各種示例性控制系統的示意圖。
圖3A是圖示示例性電池模組系統的另一具體實施例的示意圖。
圖3B是圖示圖3A的控制系統的示例性配置的示意圖。
圖4是圖示圖3A的控制系統的示例性配置的示意圖。
圖5是圖示示例性電池模組方法的具體實施例的流程圖。
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Claims (20)

  1. 一種鋰離子電池系統，包括： 控制電路系統(150)，該控制電路系統包含過充電電路系統或過放電電路系統之一者或任意組合者； 一電池組(140)，該電池組包含複數個電池單元，該複數個電池單元經配置於一電路中；以及 一控制系統(120)，該控制系統經配置以基於來自該控制電路系統的一訊號，而在該電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至該電池組且流出該電池組，單向流動係流至該電池組或流出該電池組。
  2. 如請求項1所述之電池系統，其中該控制系統位於在該電池組的一正側上、在該電池組的一負側上、或在該電池組的該正側與該負側兩者上的該電路中。
  3. 如請求項1所述之電池系統，其中該複數個電池單元之每一者包含一鋰離子電池單元。
  4. 如請求項1所述之電池系統，該電池系統進一步包含電性耦合至該電路的一外部負載，其中基於該訊號對應於一過充電狀態，該控制系統經配置以基於來自該電池組的該單向流動致能一放電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止，此後，該控制系統經配置以致能該雙向流動。
  5. 如請求項1所述之電池系統，該電池系統進一步包含耦合至該電路的一充電裝置，其中基於該訊號對應於一過放電狀態，該控制系統經配置以基於從該充電裝置到該電池組的該單向流動致能一放電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止，此後，該控制系統經配置以致能該雙向流動。
  6. 如請求項1所述之電池系統，其中該等電池單元之每一者包含一電阻器，其中基於該訊號對應於一過充電狀態，該等電池單元之每一者的該電阻器經配置以基於該等各別電池單元的該等電壓之每一者超過一預設電壓並基於來自該電池組的該單向流動致能一放電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止或直到經過一預定時間週期之後，此後，該控制系統經配置以致能該雙向流動。
  7. 如請求項1所述之電池系統，其中該控制系統包含與一二極體並聯的一繼電器。
  8. 如請求項1所述之電池系統，其中該控制系統包含複數對並聯設置的部件，其中一第一對包含與一第一二極體並聯的一第一繼電器，其中至少一第二對包含與一第二二極體並聯的一第二繼電器，該第一二極體致能在與該第二二極體相反的一方向中的電流流動。
  9. 如請求項1所述之電池系統，其中該控制系統包含與各自的一或更多個二極體並聯的一或更多個電晶體。
  10. 如請求項1所述之電池系統，其中該控制系統包含一或更多個功率電晶體。
  11. 一種對於一鋰離子電池電路的控制方法(500)，該鋰離子電池電路包含具有複數個電池單元的一電池組，該方法包含以下步驟： 監測步驟(502)，監測過充電狀態或過放電狀態中之一者或任意組合者；以及 切換步驟(504)，基於該監測步驟，在該電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至該電池組且流出該電池組，單向流動係流至該電池組或流出該電池組。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該切換步驟係實施在該電池組的一正側上、在該電池組的一負側上、或在該電池組的該正側與該負側兩者上。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該複數個電池單元之每一者包含一鋰離子電池單元。
  14. 如請求項11所述之方法，其中基於一過充電狀態，基於來自該電池組的該單向流動對一負載致能一放電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止，此後，致能該雙向流動。
  15. 如請求項11所述之方法，其中基於一過充電狀態，基於從一充電裝置到該電池組的該單向流動致能一充電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止，此後，致能該雙向流動。
  16. 如請求項11所述之方法，其中該等電池單元之每一者包含一電阻器，其中基於一過充電狀態，該等電池單元之每一者的該電阻器經配置以基於該等各別電池單元的該等電壓之每一者超過一預設電壓並基於來自該電池組的該單向流動致能一放電功能，直到該等各別電池單元上的每一電壓或該等電池單元上的一協同電壓位於一預定範圍內為止或直到經過一預定時間週期之後，此後，致能該雙向流動。
  17. 如請求項11所述之方法，其中該切換步驟係由與一二極體並聯的一繼電器實施。
  18. 如請求項11所述之方法，其中該切換步驟係由複數對並聯設置的部件實施，其中一第一對包含與一第一二極體並聯的一第一繼電器，其中至少一第二對包含與一第二二極體並聯的一第二繼電器，該第一二極體致能在與該第二二極體相反的一方向中的電流流動。
  19. 如請求項11所述之方法，其中該切換步驟係由與各自的一或更多個二極體並聯的一或更多個電晶體實施，或由一或更多個功率電晶體實施。
  20. 一種系統，包含： 一電池組(140)，該電池組包含複數個電池單元，該複數個電池單元經配置於一電路中；以及 一控制系統(120)，該控制系統經配置以基於一過充電狀態或一過放電狀態，而在該電路中切換電流流動於雙向流動與單向流動之間，雙向流動係流至該電池組且流出該電池組，單向流動係流至該電池組或流出該電池組。
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