TWM553883U - 串聯連接的電池套組及系統 - Google Patents

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TWM553883U TW106207532U TW106207532U TWM553883U TW M553883 U TWM553883 U TW M553883U TW 106207532 U TW106207532 U TW 106207532U TW 106207532 U TW106207532 U TW 106207532U TW M553883 U TWM553883 U TW M553883U
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馬修 J. 默傑能
提摩西 R. 歐柏曼
凱文 L. 格拉斯哥
傑佛瑞 M. 布羅札克
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米沃奇電子工具公司
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Abstract

本新型係關於串聯連接的電池套組及系統。其中係一種電力裝置、系統及方法。該裝置可包括一界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件之外殼；一將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接之電路，該電路包括提供一輸出電壓至一供電裝置之一輸出端子、一可操作來將該第一電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第一旁通部分，及一可操作來將該第二電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第二旁通部分；及一電氣連接至該電路且可操作來使該輸出端子處之一電壓升壓的升壓轉換器。

Description

串聯連接的電池套組及系統
相關申請案
本申請案主張於2016年5月25日申請的同在申請中的美國臨時申請案第62/341,397號之優先權，該美國臨時申請案之全部內容係以全文引用方式併入本文。
本新型係關於串聯連接的電池套組及系統。本新型係關於電池電源及電池供電裝置，且更特地而言係關於在此等電源及裝置中之串聯連接的電池套組。
為了提供所欲操作電壓，兩個或兩個以上電池套組可串聯連接。當串聯連接時，每一套組之電壓被加至系統之總端電壓。然而，串聯連接的電池套組之操作大體上受具有最低容量之套組的限制。
本新型係關於串聯連接的電池套組及系統。對於包括基於鋰的電池單元之電池套組而言，當套組之一遭去能，例如因為套組已達到放電條件之結束(例如，低於閾值之充電狀態(SOC))，正在經歷異常條件(例如， 過熱溫度、單元電壓降等)時，串聯連接的套組之放電停止。此種要求對串聯連接的電池套組提出挑戰，尤其對具有不同容量、不同充電狀態等之套組而言如此。當一個套組達到其放電條件之結束時，其他電池套組將具有將不受系統利用(harness)之剩餘容量。
在一些態樣中，可提供最大化系統中之串聯連接的電池套組之放電能量的一或多個解決方案。在一些態樣中，可提供在系統中將具有不同容量、不同充電狀態、不同標稱電壓等之套組混合並匹配之能力。
在一些實施例中，系統可經控制以在小於電池套組之全容量下工作。例如，成比例放電能量可基於套組之容量/條件自每一套組汲取，以使得套組實質上同時達到放電結束。在另一實例中，在套組放電結束時，可將套組與電路斷開連接，此後，系統之操作持續直至系統中所有串聯連接的套組之放電結束。
在一些實施例中，系統可提供充電平臺，以使得在充電期間，每一電池套組達到實質上相同的充電狀態。例如，平臺可在放電期間提供電池套組之間的串聯連接，且在充電期間，每一電池套組可獨立地連接至電源或並聯連接至電源。充電平臺可不針對電池套組之間的不同容量。
在一個獨立態樣中，電池電力裝置可大體上包括一界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件之外殼；一將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接之電路，該電路包括提供一輸出電壓至一供電裝置之一輸出端子、一可操作來將該第一電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第一旁通部分，及一可操作來將該第二電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第二旁通部分；及一電氣連接至該電路且可操作來使該輸出端子處之一電壓升壓的升壓轉換器。
在一些實施例中，該升壓轉換器與該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該升壓轉換器可操作來使該第一電池套組之一第一電壓及該第二電池套組之一第二電壓升壓至該輸出電壓。
該第一電池套組可具有一第一標稱電壓，且該第二電池套組可具有一不同於該第一標稱電壓之第二標稱電壓。該第一電池套組可具有一第一容量，且該第二電池套組可具有一不同於該第一容量之第二容量。該第一電池套組可具有一第一充電狀態，且該第二電池套組可具有一不同於該第一充電狀態之第二充電狀態。
在另一個獨立態樣中，電力系統可大體上包括一第一電池套組；一第二電池套組；及 一可操作來提供一輸出電壓至一供電裝置之電池電力裝置。該電池電力裝置可大體上包括一界定可操作來支撐該第一電池套組之一第一支撐件及可操作來支撐該第二電池套組之一第二支撐件之外殼；一將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接之電路，該電路包括提供該輸出電壓至供電裝置之輸出端子、一可操作來將該第一電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第一旁通部分，及一可操作來將該第二電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接之第二旁通部分；及一電氣連接至該電路且可操作來使該輸出端子處之一電壓升壓的升壓轉換器。
在又一個獨立態樣中，將供電裝置供電之方法可大體上包括在一電路中將一第一電池套組及一第二電池套組選擇性地電氣串聯連接；在一輸出端子處提供一輸出電壓；將該輸出端子處之一電壓升壓；及 當該第一電池套組及該第二電池套組之一者達到放電條件之一結束時，將該第一電池套組及該第二電池套組之該一者與該電路選擇性地電氣斷開連接。
在一些實施例中，升壓可包括將升壓轉換器與該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，及 操作該升壓轉換器以將該第一電池套組之一第一電壓及該第二電池套組之一第二電壓升壓至該輸出電壓。選擇性地電氣連接可包括 在該電路中將一第一電池套組與一第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該第一電池套組具有一第一標稱電壓、一第一容量及一第一充電狀態之一者，且該第二電池套組具有不同於該第一者的一第二標稱電壓、一第二容量及一第二充電狀態之一相應一者。
該方法可包括將該第一電池套組可移除地連接至該裝置之外殼及/或將該第二電池套組可移除地連接至該裝置之該外殼。
選擇性地電氣斷開連接可包括判定該第一電池套組之特性或條件，及控制一旁通部分之操作。當將該第一電池套組去能時，控制可包括將該第一電池套組與該電路斷開連接。當將另一個電池套組替代去能的第一電池套組時，控制可包括判定是否控制該旁通部分將該另一電池套組連接至該電路。
該方法可包括判定該供電裝置之一輸入電壓，且其中升壓包括將該輸出端子處之該電壓升壓至該輸入電壓。
在另一個獨立態樣中，電池電力裝置可大體上包括一界定可操作來支撐一第一電池套組之一第一支撐件及可操作來支撐一第二電池套組之一第二支撐件之外殼總成；一包括一輸出端子以提供一輸出電壓至一供電裝置，且將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接以用於放電之放電電路；及包括輸入端子以自電源接收電力且將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣連接至該電源以供充電之充電電路。
可提供一開關配置來將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地及交替地電氣連接至該放電電路及該充電電路。該裝置可包括一控制器，該控制器可操作來基於指示該輸出端子及該輸入端子之一者的一連接狀態的一信號而控制該開關配置。該開關配置可包括一可藉由一使用者操作的致動器。
在一些構造中，該外殼總成包括一提供該第一支撐件及該第二支撐件之可移除載具部分，該充電電路藉由該可移除載具部分支撐。
對充電而言，該等電池套組可藉由該充電電路並聯連接。該等電池套組可藉由該充電電路獨立地充電。在充電循環期間，該等電池套組可藉由該充電電路充電至大致相同充電狀態及/或大致相同容量。
在另一個獨立態樣中，電池電力裝置可大體上包括一界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件之外殼；一將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地串聯連接之放電電路，該放電電路包括輸出端子以提供輸出電壓至供電裝置；及 一選擇性地連接至該第一電池套組及該第二電池套組之平衡電路，該平衡電路可操作來在該第一電池套組與該第二電池套組之間轉移能量。
該裝置可包括一控制器，該控制器可操作來控制該平衡電路之操作。該控制器可操作來判定該放電電路之一非使用條件，且在該非使用條件期間操作該平衡電路。
在另一個獨立態樣中，電池電力裝置可與一多相馬達一起使用且可大體上包括一界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件、一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件之外殼；一在該第一電池套組與該馬達之間的第一開關配置；及 一在該第二電池套組與該馬達之間的第二開關配置，該第一開關配置及該第二開關配置可操作來跨於該馬達之每一相將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地連接，該第一開關配置及該第二開關配置被操作來自該第一電池套組及該第二電池套組之至少一個提供所需能量至該馬達之每一相。
本新型之其他獨立態樣可藉由考慮實施方式、申請專利範圍及隨附圖式而變得明顯。
較佳實施例之詳細說明 在詳細解釋本新型之任何獨立實施例之前，應理解，本新型不意欲將其應用限於以下描述中闡述或隨附圖式中例示的構造細節及組件配置。本新型能夠具有其他獨立實施例並且以各種方式實踐或實施。此外，應理解，本文使用的片語及用語係出於說明目的且不應視為限制。
如本文所使用的「包括」及「包含」及其變化形式之使用意欲涵蓋其後所列的項及其等效物以及另外的項。如本文所使用的「由...組成」及其變化形式之使用意欲僅涵蓋其後所列的項及其等效物。
圖1-2例示電池電力系統10，該電池電力系統10包括支撐並電氣串聯連接許多單獨電池套組18 a、18 b…18 n並可操作來提供輸出電壓至供電裝置22之電池電力裝置14。系統10可作為用於以下各項之電源而操作：各種重負載、高電壓裝置，包括類似於繩狀AC電力工具的電力工具，諸如斜切鋸、刨床、帶鋸、金剛石取芯馬達、鑽機、研磨機、電磁鑽床、旋轉及爆破錘、壓縮機等；戶外電力設備，諸如線式修邊機、鼓風機、綠籬修邊機、割草機、鏈鋸、壓力清洗機、碎木機、除雪車等。系統10可經構造具有輸出或輔助輸出且可操作來以類似於發電機的方式提供電力。
裝置14包括界定許多電池套組區或支撐部分30 a、30 b…30 n之外殼總成26，該等電池套組區或支撐部分各自可操作來支撐電池套組18。裝置14包括藉由外殼總成26支撐且可操作來將所支撐電池套組18選擇性地串聯連接的電路34。對每一支撐部分30而言(參見圖2)，電路34包括具有端子42之電路部分38，該等端子42可操作來電氣連接至所支撐電池套組18之端子46。電路34包括(參見圖1)可電氣連接至供電裝置22 (例如，電力工具之馬達/驅動機(例如，馬達90 (參見圖5)、機器之馬達/驅動機等)以提供輸出電壓至該供電裝置22的輸出端子50。
升壓轉換器54電氣連接至電路34且可操作來使跨於輸出端子50之電壓升壓。在所例示構造中，升壓轉換器54在電路34中與電路部分38選擇性地串聯連接。升壓轉換器54可操作來使電池套組18之電壓升壓至輸出電壓。
在所例示構造中，升壓轉換器54使所支撐電池套組18之輸入電壓升壓至設定或所欲輸出電壓(例如，120 V、240 V、400 V等)。不管對電路34之輸入電壓如何(例如，所支撐電池套組18之數量、所支撐電池套組18之充電狀態、所支撐電池套組18之標稱電壓等)，裝置14之輸出電壓為相同的——藉由升壓轉換器54提供的設定輸出電壓。因為輸出電壓覆蓋廣泛範圍的全球所用之常用電壓(例如，110 V至240 V)，所以裝置14可提供通用電源。
在其他構造(未展示)中，升壓轉換器54可藉由分佈式升壓轉換器提供(未展示；例如，為每一電路部分38提供升壓轉換器)。在此等構造中，每一單獨升壓轉換器可操作來使相關聯的所支撐電池套組18之電壓升壓至用於電池套組18之設定或所欲電壓。
控制器58電氣連接至電路34且可操作來組配系統10及系統10之組件/連接至系統10之組件、與系統10及該等組件通訊及/或控制系統10及該等組件。在所例示構造中，控制器58可操作來判定連接至電路34之電池套組18之特性及/或條件。在所例示構造中，每一電池套組18包括(參見圖2)套組控制器62，且控制器58可操作來與每一套組控制器62通訊以判定相關聯電池套組18之特性(例如，標稱電壓、容量、單元化學性質等)及/或條件(例如，充電狀態、溫度等)。
控制器58 (及控制器62)包括硬體及軟體之組合。控制器58包括處理單元(例如，微處理器、微控制器或另一個適合的可程式化裝置)、非暫時性電腦可讀媒體及輸入/輸出介面。處理單元、媒體及輸入/輸出介面係藉由一或多個控制及/或資料匯流排連接。電腦可讀媒體儲存程式指令及資料。處理單元經組配以自媒體擷取指令且執行該等指令來進行本文描述的控制過程及方法。
輸入/輸出介面將資料自控制器58傳輸至外部系統、網路及/或裝置，且自外部系統、網路及/或裝置接收資料。輸入/輸出介面將自外部來源接收的資料儲存至媒體及/或提供資料至處理單元。
電路34包括可操作來將每一相關聯的所支撐電池套組18 a、18 b…18 n與電路34選擇性地斷開連接的旁通部分66 a、66 b…66 n。在所例示構造中，當判定去能電池套組18 a、18 b…18 n(例如，已達到放電閾值之結束、正在經歷異常條件等)時，控制器58控制相關聯旁通部分66 a、66 b…66 n將電池套組18 a、18 b…18 n與電路34斷開連接。在將所去能電池套組斷開連接之後，系統10之操作能夠持續直至系統10中所有剩餘的串聯連接的套組18 a、18 b…18 n之放電結束。
每一旁通部分66 a、66 b…66 n可包括一或多個開關，諸如，例如XOR開關，該等開關可操作來使得相關聯電池套組18 a、18 b…18 n在電路34中正常串聯連接(「連接」條件)，且當去能電池套組18 a、18 b…18 n時斷開連接(「斷開連接」條件)。此種配置形成「智慧型單元」以使得相關聯電池套組18 a、18 b…18 n置入電路34中或被繞過。電池套組18 a、18 b…18 n可基於電池套組18 a、18 b…18 n之去能(例如，SOC、溫度等)而切換至電路34中及切換出電路34。此種配置允許系統10中之所有電池套組18 a、18 b…18 n完全放電。
若電池套組18 a、18 b…18 n在放電結束之前(例如，歸因於異常條件)與電路34斷開連接，則若判定已移除該條件且電池套組18 a、18 b…18 n可操作，控制器58即可控制相關聯旁通部分66 a、66 b…66 n再次將電池套組18 a、18 b…18 n連接至電路34。
若將另一個電池套組(未展示)替代斷開連接的電池套組18 a、18 b…18 n，則所替代電池套組可連接至電路34。例如，控制器58可與所替代的電池套組(例如，與其電池套組控制器(未展示))通訊以判定電池套組是否可操作(不會歸因於SOC、異常條件等而去能)，且若判定電池套組可操作，則控制相關聯旁通部分66 a、66 b…66 n來將所替代電池套組連接至電路34。
替代地，當電池套組18 a、18 b…18 n自其支撐部分30 a、30 b…30 n移除時，相關聯旁通部分66 a、66 b…66 n可經重設至連接條件。在後續操作期間，相關聯旁通部分66 a、66 b…66 n將隨後如上文所述基於所替代電池套組之條件而控制。
控制器58電氣連接至升壓轉換器54且可操作來與升壓轉換器54通訊並控制升壓轉換器54。升壓轉換器54可經控制以按需要基於供電裝置22之負載使輸入電壓(電池套組電池套組18 a、18 b…18 n之輸入電壓)升壓。
供電裝置22亦可包括與控制器58通訊的控制器(未展示)。供電裝置控制器可將關於供電裝置22之資訊(例如，負載、所欲輸入電壓、所欲馬達速度(當供電裝置22包括馬達時)等)傳達至控制器58。基於此種資訊，控制器58控制升壓轉換器54來將必要電壓供應至供電裝置22。
例如，通常，為減少馬達之速度，將馬達之輸入電壓經由脈寬調變(PWM)調變以得到較低平均電壓，從而產生較低速度。利用包括升壓轉換器54之電池電力裝置14，因為升壓轉換器54提供輸入電壓至馬達，所以馬達可發送其需要給定輸入電壓、速度等(例如，75%)之請求(例如，經由供電裝置控制器)至升壓轉換器54 (例如，至控制器58)。在此種狀況下，因為來自升壓轉換器54之輸入電壓較低，所以馬達將「全滿運轉」但處於較低速度而非藉由脈寬調變馬達開關/電晶體來部分地運轉(例如，75%)。此操作消除與馬達之PWM相關聯的開關損耗、熱等。
每一電池套組18 a、18 b…18 n可具有任何電池化學性質，諸如例如鉛酸、鎳-鎘(「NiCd」)、鎳-金屬氫化物(「NiMH」)、鋰(「Li」)、鋰-離子(「Li-ion」)、另一種基於鋰的化學性質或另一種可再充電或不可再充電電池化學性質。在所例示構造中，電池套組18 a、18 b…18 n可具有Li、Li-離子或另一種基於Li的化學性質之電池化學性質，且可供應等於或大於大致20 A及大體上至多100 A或更大的平均放電電流。例如，在所例示構造中，電池套組18 a、18 b…18 n可具有鋰鈷(「Li-CO」)、鋰錳(「Li-Mn」)尖晶石或Li-Mn鎳之化學性質。
每一電池套組18 a、18 b…18 n具有許多電氣連接來提供標稱電壓(例如，12 V、18 V、20 V、28 V、36 V、40 V、56 V、60 V、120 V等)以用於套組18之單元，且在系統10中，電池套組18可具有不同的標稱電壓。此外，每一電池套組18 a、18 b…18 n具有充電狀態(例如，完全充電至放電閾值結束)，且在系統10中，電池套組18 a、18 b…18 n可具有不同的充電狀態。另外，每一電池套組18 a、18 b…18 n具有容量(例如，2 Ah、4 Ah等)，且在系統10中，電池套組18 a、18 b…18 n可具有不同的容量(基於不同電容單元、並聯連接的單元等)。
例如，一個電池套組18a可具有一個標稱電壓(例如，18 V)，而另一個電池套組18b具有不同的標稱電壓(例如，56 V)。此外，一個電池套組18a可具有一個充電狀態(例如，完全充電(100% SOC))，而另一個電池套組18b具有不同的SOC (例如，75% SOC)。在此實例中，系統10利用升壓轉換器54操作來提供設定輸出電壓(例如，400 V)，而輸入電壓係藉由18 V電池套組18 a及56 V電池套組18 b(及任何其他連接的電池套組18)來提供，不管套組電池套組18 a、18 b…18 n之相對充電狀態及容量如何。
圖3例示用於多個電池套組、諸如圖1-2所示的電池套組18 a、18 b…18 n之充電配置。應理解，所例示充電配置可與上文所述的升壓配置一起使用或獨立於該升壓配置來使用。
如圖3所示，對充電而言，電池套組18 a、18 b…18 n係並聯連接至充電電路70。充電電路70包括可連接至電源(未展示)以對充電電路70提供電力之輸入端子74。在其他構造(未展示)中，充電電路70可將電池套組18 a、18 b…18 n獨立地連接至電源以使得每一電池套組18 a、18 b…18 n獨立地及單獨地充電。
充電電路70可支撐在裝置14之外殼總成26中以使得外殼總成26提供單一放電/充電載具/平臺。外殼總成26可包括(參見圖1)提供支撐部分30 a、30 b…30 n且將電池套組18 a、18 b…18 n作為一單元支撐的載具部分78。具有電池套組18 a、18 b…18 n之載具部分78可與外殼總成26之剩餘部分分離，且作為一單元在不同工地、充電位置等之間運送。載具部分78可經構造來與多個裝置14 (展示出一個)一起使用且可在裝置14之間互換。
在放電操作期間，電池套組18 a、18 b…18 n在電路34中選擇性地串聯連接來在輸出端子50處提供電力(裝置14之「放電」條件)。當將電池套組18 a、18 b…18 n充電時，電池套組18 a、18 b…18 n在電路34中自串聯連接斷開連接，且並聯(或獨立地)連接至充電電路70 (裝置14之「充電」條件)。指示器82 (參見圖1)提供對裝置14之放電/充電條件的指示(視覺、可聽、觸覺、其組合等)。
在充電期間，每一電池套組18 a、18 b…18 n獨立地充電以避免過量充電較高SOC套組18 a、18 b…18 n，同時充分地充電較低SOC套組18 a、18 b…18 n，且進而使電池套組18 a、18 b…18 n達到實質上相同充電狀態(給定充分充電時間)。當將電池套組1 8a、18 b…18 n完全充電時，電池套組18 a、18 b…18 n可與電源斷開連接以避免過量充電。
在充電期間，充電電路70可將所有電池套組18 a、18 b…18 n充電至相同容量而非充電狀態。控制器58與電池套組18a、18b…18n通訊且判定電池套組18a、18b…18n之容量。充電電路70經控制來僅應用最小容量電池套組18 a、18 b…18 n可接收之容量，且所有電池套組18a、18b…18n係充電至彼容量。在操作期間，串聯連接的電池套組18 a、18 b…18 n能夠放電至相同容量，即最低容量電池套組18 a、18 b…18 n之彼容量。雖然利用此配置可犧牲其他電池套組18 a、18 b…18 n之運行時間，但不需要如下文描述的用於平衡電路之另外組件及相關聯成本。
為提供選擇性串聯放電連同並聯充電，提供開關配置(未展示)來按需要改變電池套組18 a、18 b…18 n之連接以供放電及充電。大體上，當輸入端子74連接至電源時，輸出端子50與電池套組18 a、18 b…18 n斷開連接，且電池套組18 a、18 b…18 n並聯連接。當電池套組18 a、18 b…18 n與電源斷開連接時(例如，藉由將輸入端子74與電池套組18 a、18 b…18 n斷開連接或藉由將輸入端子74與電源斷開連接)，電池套組18 a、18 b…18 n串聯連接並連接至輸出端子50。
在一些構造中，控制器58可基於關於裝置14之操作的資訊而控制開關配置。控制器58可例如判定或接收指示輸入端子74相對於電源及/或輸出端子50相對於供電裝置22之連接狀態的信號，且由此控制開關配置。作為另一個實例，當將所連接電池套組18 a、18 b…18 n放電或去能時，控制器58可控制開關配置至充電條件而不管端子50、74之連接狀態，直至電池套組18 a、18 b…18 n充分充電以用於放電操作。
在其他構造中，開關裝置可為使用者致動的。致動器可連接至開關配置及/或控制器58來選擇放電條件或充電條件。當將所連接電池套組18 a、18 b…18 n放電或去能時，可阻止使用者選擇放電條件(例如，藉由控制器58)直至電池套組18 a、18 b…18 n充分地充電以用於放電操作。
圖4例示用於多個電池套組、諸如圖1-2所示的電池套組18 a、18 b…18 n的可操作來再平衡電池套組18 a、18 b…18 n之平衡配置。應理解，所例示平衡配置可與上文所述的升壓配置及/或充電配置一起使用或獨立於該升壓配置及/或該充電配置來使用。
平衡電路86選擇性地連接至電池套組18 a、18 b…18 n。平衡電路86可包括隔離的DC-DC電力轉換器。平衡電路86操作來將能量自高SOC電池套組18 a、18 b…18 n轉移至低SOC電池套組18 a、18 b…18 n以平衡電池套組18 a、18 b…18 n(例如，至10%充電狀態內)。
平衡電路86可選擇性地連接至電池套組18 a、18 b…18 n且與電池套組18 a、18 b…18 n斷開連接。開關配置(未展示)可提供來在平衡條件與「不可操作」條件之間操作裝置14，在該「平衡」條件中，平衡電路86係連接至電池套組18 a、18 b…18 n且可操作來平衡電池套組18 a、18 b…18 n，而在該「不可操作」條件中，平衡電路86不可操作來平衡電池套組18 a、18 b…18 n(例如，斷開連接)。
平衡電路86將大體上在背景中操作(例如，當裝置14未被放電時)且耗費一些時間(例如，取決於電池套組18 a、18 b…18 n之相對SOC而為15分鐘或更大)來平衡電池套組18 a、18 b…18 n。平衡電路86之使用可藉由最大化在電池套組18 a、18 b…18 n串聯放電時可自所有電池套組18 a、18 b…18 n獲得的能量而增加系統10之運行時間。
控制器58可基於關於裝置14之操作的資訊而控制平衡電路86之操作(例如，開關配置之連接)。例如，控制器58可判定非使用及/或預測足以操作平衡電路86之非使用之週期(例如，非峰荷小時)。
因為單元可在比充電時更高的速率下放電，所以平衡電路86可藉由使較高SOC電池套組18 a、18 b…18 n放電來將充電電路供電以使較低SOC電池套組18 a、18 b…18 n充電而更快速地(快速平衡)操作。在此種構造中，平衡電路86包括將要藉由較高SOC電池套組18 a、18 b…18 n供電的充電電路(未展示)。
圖5-6例示用於多相馬達90之矩陣電力配置，其中基於電池套組18 a、18 b…18 n之充電狀態自每一電池套組18 a、18 b…18 n汲取能量且將其施加至馬達90。在所例示構造中，每一電池套組18 a、18 b…18 n具有其與馬達90之自有連接。反向器/橋接器94 a、94 b…94 n提供在每一電池套組18 a、18 b…18 n與馬達90之間。
電池套組18 a、18 b…18 n跨於馬達90之每一相選擇性地連接，且進行開關操作以將所需能量提供至馬達90之每一相。利用所例示配置，電池套組18 a、18 b…18 n可與馬達90以串聯及/或並聯組合來連接，以利用具有不同SOC、容量、標稱電壓等之電池套組18 a、18 b…18 n達成所欲運行時間/電力輸出。該配置可包括用於較低電力耗散之DC-DC轉換器旁通元件。
包括利用基於鋰的電池單元之彼等電池套組的電池套組之操作、構造及充電描述並說明於以下專利中：2007年1月2日頒與的美國專利第7,157,882號；2007年8月7日頒與的美國專利第7,253,585號；2007年2月13日頒與的美國專利第7,176,654號；2009年9月15日頒與的美國專利第7,589,500號；2010年5月11日頒與的美國專利第7,714,538號；及2008年9月16日頒與的美國專利第7,425,816號；所有專利之全部內容以引用方式併入本文。
因此，本新型尤其提供利用串聯連接的電池套組之電池電力裝置、系統及方法。升壓轉換器可將串聯連接的電池套組之電壓轉換至設定輸出電壓。電池套組可選擇性地串聯連接以用於放電且並聯連接以用於充電。平衡電路可在電池套組之間轉移能量以平衡電池套組之充電狀態。在矩陣電力配置中，多個電池套組跨於馬達之每一相選擇性地連接，且進行開關操作以將所需能量提供至馬達之每一相。
一或多個獨立的優點及/或獨立的特徵可在隨附申請專利範圍中加以闡述。
10‧‧‧電池電力系統
14‧‧‧電池電力裝置/裝置
18、18a~18n‧‧‧電池套組
22‧‧‧供電裝置
26‧‧‧外殼總成
30‧‧‧支撐部分
30a~30n‧‧‧電池套組區或支撐部分
34‧‧‧電路
38‧‧‧電路部分
42、46‧‧‧端子
50‧‧‧輸出端子
54‧‧‧升壓轉換器
58‧‧‧控制器
62‧‧‧套組控制器
66a~66n‧‧‧旁通部分
70‧‧‧充電電路
74‧‧‧輸入端子
78‧‧‧載具部分
82‧‧‧指示器
86‧‧‧平衡電路
90‧‧‧馬達
94a~94n‧‧‧反向器/橋接器
圖1為包括串聯連接的電池套組之電力系統之示意圖。
圖2為圖1所示的系統之一部分之示意圖。
圖3為用於電力系統、諸如圖1之系統的充電電路之示意圖。
圖4為用於電力系統、諸如圖1之系統的平衡電路之示意圖。
圖5為電力系統之矩陣轉換器之示意圖。
圖6為圖5所示的矩陣轉換器之反向器/橋接器之示意圖。
10‧‧‧電池電力系統
14‧‧‧電池電力裝置/裝置
18a~18n‧‧‧電池套組
22‧‧‧供電裝置
26‧‧‧外殼總成
30a~30n‧‧‧電池套組區或支撐部分
34‧‧‧電路
50‧‧‧輸出端子
54‧‧‧升壓轉換器
58‧‧‧控制器
66a~66n‧‧‧旁通部分
78‧‧‧載具部分
82‧‧‧指示器

Claims (32)

  1. 一種電力裝置，其包含：一外殼，其界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件；一電路，其將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該電路包括：一提供一輸出電壓至一供電裝置之輸出端子，一可操作來將該第一電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接的第一旁通部分，及一可操作來將該第二電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接的第二旁通部分；及一升壓轉換器，其電氣連接至該電路且可操作來使該輸出端子處之一電壓升壓。
  2. 如請求項1之裝置，其中該升壓轉換器與該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該升壓轉換器可操作來使該第一電池套組之一第一電壓及該第二電池套組之一第二電壓升壓至該輸出電壓。
  3. 如請求項1之裝置，其中該裝置經組配以與一第一電池套組且與一第二電池套組一起操作，該第一電池套組具有一第一標稱電壓、一第一容量及一第一充電狀態之一者，且該第二電池套組具有與該第一電池套組不同的一第二標稱電壓、一第二容量及一第二充電狀態之一相應者。
  4. 如請求項1之裝置，其中該第一支撐件可操作來可移除地支撐一第一電池套組。
  5. 如請求項4之裝置，其中該第二支撐件可操作來可移除地支撐一第二電池套組。
  6. 如請求項1之裝置，其進一步包含一控制器，該控制器可操作來判定該第一電池套組之特性或條件，及控制該第一旁通部分之操作。
  7. 如請求項6之裝置，其中當將該第一電池套組去能時，該控制器控制該第一旁通部分以將該第一電池套組與該電路斷開連接。
  8. 如請求項7之裝置，其中當將另一個電池套組替代一去能的第一電池套組時，該控制器可操作來判定是否控制該第一旁通部分將該另一電池套組連接至該電路。
  9. 如請求項1之裝置，其進一步包含一控制器，該控制器可操作來判定該供電裝置之一輸入電壓，及控制該升壓轉換器以使該輸出端子處之該電壓達到該輸入電壓。
  10. 一種電力系統，其包含：一第一電池套組；一第二電池套組；及一電池電力裝置，其可操作來提供一輸出電壓至一供 電裝置，該電池電力裝置包括：一外殼，其界定可操作來支撐該第一電池套組之一第一支撐件及可操作來支撐該第二電池套組之一第二支撐件，一電路，其將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該電路包括：一提供該輸出電壓至該供電裝置之輸出端子，一可操作來將該第一電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接的第一旁通部分，及一可操作來將該第二電池套組與該電路選擇性地電氣斷開連接的第二旁通部分，及一升壓轉換器，電氣連接至該電路且可操作來使該輸出端子處之一電壓升壓。
  11. 如請求項10之系統，其中該升壓轉換器與該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接，該升壓轉換器可操作來使該第一電池套組之一第一電壓及該第二電池套組之一第二電壓升壓至該輸出電壓。
  12. 如請求項10之系統，其中該第一電池套組具有一第一標稱電壓，且該第二電池套組具有一不同於該第一標稱電壓之第二標稱電壓。
  13. 如請求項10之系統，其中該第一電池套組具有一第一容量，且該第二電池套組具有一不同於該第一容量之第二容量。
  14. 如請求項10之系統，其中該第一電池套組具有一第一充電狀態，且該第二電池套組具有一不同於該第一充電狀態之第二充電狀態。
  15. 如請求項10之系統，其中該第一電池套組包括一藉由該第一支撐件可移除地支撐之電池套組外殼，一藉由該電池套組外殼支撐之電池單元，及一可操作來將該電池單元連接至該電路之端子。
  16. 如請求項15之系統，其中該第二電池套組包括一藉由該第二支撐件可移除地支撐之電池套組外殼，一藉由該電池套組外殼支撐之電池單元，及一可操作來將該電池單元連接至該電路之端子。
  17. 如請求項10之系統，其進一步包含一控制器，該控制器可操作來判定該第一電池套組之特性或條件，及控制該第一旁通部分之操作。
  18. 如請求項17之系統，其中當將該第一電池套組去能時，該控制器控制該第一旁通部分以將該第一電池套組與該電路斷開連接。
  19. 如請求項18之系統，其中當將另一個電池套組替代一去能的第一電池套組時，該控制器可操作來判 定是否控制該第一旁通部分將該另一電池套組連接至該電路。
  20. 如請求項10之系統，其進一步包含一控制器，該控制器可操作來判定該供電裝置之一輸入電壓，及控制該升壓轉換器以使該輸出端子處之該電壓達到該輸入電壓。
  21. 一種電池電力裝置，其包含：一外殼總成，其界定可操作來支撐一第一電池套組之一第一支撐件及可操作來支撐一第二電池套組之一第二支撐件；一放電電路，其包括一輸出端子以提供一輸出電壓至一供電裝置，且將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣串聯連接以供放電用；及充電電路，其包括一輸入端子以自一電源接收電力且將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地電氣連接至該電源以供充電。
  22. 如請求項21之裝置，其進一步包含一可操作來將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地及交替地電氣連接至該放電電路及該充電電路之開關配置。
  23. 如請求項22之裝置，其進一步包含一可操作來基於指示該輸出端子及該輸入端子之一者的一連接狀態的一信號而控制該開關配置之控制器。
  24. 如請求項22之裝置，其中該開關配置包括 一可藉由一使用者操作的致動器。
  25. 如請求項21之裝置，其中該外殼總成包括一提供該第一支撐件及該第二支撐件之可移除載具部分，該充電電路藉由該可移除載具部分支撐。
  26. 如請求項21之裝置，其中該充電電路可操作來將該第一電池套組及該第二電池套組並聯連接以用於充電。
  27. 如請求項26之裝置，其中該充電電路可操作來將該第一電池套組及該第二電池套組獨立地連接以用於充電。
  28. 如請求項21之裝置，其中在一充電循環期間，該充電電路可操作來將該第一電池套組及該第二電池套組充電至大致相同充電狀態及大致相同容量之至少一者。
  29. 一種電池電力裝置，其包含：一外殼，其界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件；一放電電路，其將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地串聯連接，該放電電路包括一輸出端子以提供一輸出電壓至一供電裝置；及一平衡電路，其選擇性地連接至該第一電池套組及該第二電池套組，該平衡電路可操作來在該第一電池套組與該第二電池套組之間轉移能量。
  30. 如請求項29之裝置，其進一步包含一可操作來控制該平衡電路之操作之控制器。
  31. 如請求項30之裝置，其中該控制器可操作來判定該放電電路之一非使用條件，及在該非使用條件期間操作該平衡電路。
  32. 一種與多相馬達一起使用的電池電力裝置，該裝置包含：一外殼，其界定一可操作來支撐一第一電池套組之第一支撐件及一可操作來支撐一第二電池套組之第二支撐件；一在該第一電池套組與該馬達之間的第一開關配置；及一在該第二電池套組與該馬達之間的第二開關配置；其中該第一開關配置及該第二開關配置可操作來跨於該馬達之每一相將該第一電池套組及該第二電池套組選擇性地連接，該第一開關配置及該第二開關配置被操作來自該第一電池套組及該第二電池套組之至少一個提供所需能量至該馬達之每一相。
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