电池、电池子模块以及电池操作方法_5

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个其它子模块22继续在占用操作模式下操作。
[0118]参照图5,电池107的串105可分别在占用操作模式和空闲操作模式下操作,此时电池107的串105或者与外部装置102电耦连,或者与外部装置102电隔离。只要串105的所有电池模块10处于占用操作模式(即串105的各个电池模块10中每一个电池模块的至少一个子模块22在占用操作模式下操作),则用电池模块10实现的电池107的串105继续在占用操作模式下操作。在占用操作模式下操作的串105的电池107与系统端子101,103电耦连,以将电能供应到负载,或者从充电器接收充电电能。
[0119]然而,在电池系统100操作的时间上的一时刻,电池107中的一个可完全失效(例如,单个电池模块10的所有子模块22处于空闲操作模式)。在一个实施例中,电池107的串105的包括失效电池107的所有电池107将被控制在空闲操作模式下操作。例如,在一个示例性实施例中,如果用电池模块10来实现电池107,则串105的电池模块10的子模块22的开关电路24可被打开以使串105的电池模块10处于空闲操作模式,其中串105的电池模块10与系统端子101,103中的一个电隔离。而且,空闲的串105的电池模块10还通过开关电路24的打开彼此电隔离。串105的失效电池107可以被更换,电池107的串105的操作之后可返回占用操作模式以进行放电或充电。
[0120]在一个实施例中,从占用操作模式切换到空闲操作模式的给定串105的电池模块10的开关电路24被控制以基本同时在时间上的相同时刻打开,从而降低各自的电池模块10的开关电路24的电学应力。使串105中一个串的电池模块10处于空闲操作模式可被称作串105的停机。串105的电池模块10在串105的空闲操作模式过程中可与端子101,103中的一个电隔离(例如通过相应的开关电路24)。电池107的一个或更多其它串105在串105中的一个在空闲操作模式下操作时,可继续在占用操作模式下操作。在占用操作模式下操作的串105可继续将电能供应给负载或者从充电器接收电能。
[0121]相应地,电池系统100被配置成在存在至少一些类型的失效时继续操作。例如,如上文讨论的,一个或多个电池107可继续在占用操作模式下操作,此时一个或多个电池107被配置成从端子101,103接收充电电流,或者在一个或多个其它电池107在空闲操作模式下操作的过程中从端子101,103将电能供应到负载。因此,电池系统100的至少一个实施例被配置成即使存在电池级的故障也操作。此外,电池107可被配置为上文在一个实施例中讨论的电池模块10。被配置为电池模块10的电池系统100的电池107在如上文讨论的电池模块10中存在一个或多个单元26的故障时,还可继续在占用操作模式下操作。相应地,包括以电池模块10的形式的电池107的电池系统100的至少一个实施例在存在单元级失效时可操作。
[0122]参照图5A,描绘电池部分104a的另一实施例,其可代替图5的电池部分104用在电池系统100中。图5A中电池107的布局或拓扑可被称作并联电池串。
[0123]更具体地,类似于电池部分104,电池部分104a包括并联耦连在端子120,103中间的多个电池107的串105。然而,在图5A的电池部分104a中,在电池107的串105的不同串的中间提供多个交叉连接130(图5的电池部分104没有交叉连接130)。
[0124]更具体地,在所描绘的实施例中,交叉连接操作以电连接在同一组108中的不同串105的电池107的正端子。如图5A所示,一个组108的电池107的正端子在多个节点132与相邻组108的电池107的负端子耦连。交叉连接130将串105中一个串的节点132与串105中另一个串的多个节点132的相应节点电耦连,以将串105中一个串的电池107与串105中其它串的电池107的相应电池并联电耦连。
[0125]与图5的电池部分104的布局相比,电池部分104a中交叉连接130的提供能够使电池部分104a在存在一些故障时提供增加的容量。例如,如上文关于图5讨论的,如果各个串105的电池107中任何电池处于空闲操作模式,则串105中的各个串被提供在空闲操作模式下。但是,在电池部分104a的布局中,在空闲操作模式下操作的一个电池107的存在并不提供包括处于空闲操作模式的电池107的相应串105,这是因为在占用操作模式下操作的相应串105的其它电池107通过相应的交叉连接130和相邻串105的电池107与端子120,103耦连。
[0126]相应地,尽管存在在空闲操作模式下操作的同一串105的一个或多个电池107,但串105的一个或多个电池107可继续在占用操作模式下操作。例如,在占用操作模式下操作的特定串105的一个或多个电池107 (而特定串105的另一电池107在空闲操作模式下操作)可通过适当的交叉连接130接收或供应电能,具有电池107的另一串105处于占用操作模式。例如,在占用操作模式下操作的特定串105的一个或多个电池107可通过处于占用操作模式并与同一组108中处于空闲操作模式的特定串105的电池107并联耦连的不同串105的电池107而与端子103,120中的一个端子电耦连。在一个实施例中,如果组108的相应的各个组的并联连接的所有电池107处于空闲操作模式,则电池部分104a的电池107的串105被提供在空闲操作模式。
[0127]在一个实施例中,电池107是用上文描述的电池模块10实现的,电池107可各自包括多个子模块22。如上文讨论的,各个电池模块10可部分在占用操作模式下操作,如果一个或多个子模块22在空闲操作模式下操作且电池模块10的至少一个其它子模块22处于占用操作模式。相应地,在存在在空闲操作模式下操作的一个或多个电池107,或在空闲操作模式下操作的电池107的一个或多个子模块22时,电池部分104a可继续在占用操作模式下操作以向负载供应电能或从充电器接收充电电能。电池部分104a可被认为相比图5的电池部分104具有对故障增加的弹性,原因是响应于处于空闲操作模式的串105的电池107中的一个电池,电池107的串105不一定是空闲的。
[0128]尽管在图5和图5A的示例性配置中分别显示了电池107的两个串105和4个组108,但在其它实施例中可提供其它数目的串105和/或组108。
[0129]参照图6,显示另一种配置的电池系统100a,其中接触器电路114在电池系统10a的外部。在图6的实施例中,多个接触器电路114将电池系统10a的系统端子101与负载117和充电器119耦连。
[0130]接触器电路114可各自如上文讨论的操作,以选择性地将系统端子101与负载117和充电器119中的相应一个电连接。在一个实施例中,电池系统10a的管理电路106被配置成控制接触器电路114的相应一个以避免如上文关于图5讨论的过量的涌流。
[0131]参照图7,描绘为了配置图5中所示的电池部分104,被配置成实现电池107的串105的停机的电路的一个实施例。在一个实施例中,电池部分104的电池107的串105可以停机,其中之前在占用操作模式下操作的串105变成在空闲操作模式下操作。
[0132]在一些实施例中,串105的电池107可使用如上文讨论的电池模块10来实现。电池模块10各自具有如上文讨论的开关电路24,如果串105的电池模块10中一个的开关电路24开路(即,使一个电池模块10处于空闲操作模式),开关电路24可能受到电应力,而相同串105的其它电池模块10的开关电路24闭合(即处于占用操作模式)。
[0133]在一个实施例中,期望同时控制(串105的所有电池模块10为停机)开关电路24以从闭合状态切换到打开状态,从而避免潜在损坏电池模块10的开关电路24的任何一个上的电应力。所描绘的图7的实施例包括停机控制器140,它也被称作串控制器,并被配置成选择性地控制电池107的串105的停机(例如用电池模块10实现)。相应地,停机控制器140还可被称作控制电路。在一种配置中,可以为串105的相应串提供停机控制器140。
[0134]一个停机控制器140可控制电池107的相应串105,以在占用操作模式和空闲操作模式之间操作,在占用操作模式中电池107被配置成对于外部装置102接收和/或供应电能,在空闲操作模式中,电池107与外部装置102电隔离,既不接收也不供应电能。在用电池模块10实现电池107的一个实施例中,停机控制器140被配置成基本同时控制所有电池模块10的开关电路24以在电池模块10的串105被提供在空闲操作模式时打开,并避免电池模块10的开关电路24受到应力。
[0135]在所描绘的布局中,停机控制器140与管理电路106电通信。在一个实施例中,期望使用没有任何电路(例如处理器)的被配置成执行代码、指令或编程的硬件在串105的停机被确定为适当之后,实现串105的电池107的停机,当希望将电池107从占用操作模式变成空闲操作模式时,这可能不适合地使控制相应电池107的开关电路24(例如忙碌于执行其它任务)减慢。
[0136]相应地,在一个实施例中,被配置成实现电池107 (包括停机控制器140)的串105的停机的电路是完全由没有处理器的硬件或被配置成执行代码的其它任何硬件实现的。例如,在一个实施例中,停机控制器140可以没有处理器,它通过多个串行电缆142(即电缆142用于通信,在所描绘的实施例中在放电或充电过程中不传导从电池107或不向电池107传导操作电能)与相应串105的电池107连接。
[0137]在一个实施例中,管理电路106可向电池107的多个串105的多个停机控制器140提供系统停机命令,以同时将串105的电池107的操作从占用操作模式切换到空闲操作模式。一旦接收系统停机命令,各个停机控制器140可基本同时控制电池107以进入空闲操作模式。
[0138]在另一实施例中,串105的停机可以由串105的电池107中的一个发起。例如,电池107各自被配置成在相应的电池107在占用操作模式下操作的过程中对相应的电缆142发出使能信号。只要使能信号由每个电池107发出,则停机控制器140命令电池107保持在占用操作模式。但是,如果电池107中的一个的状态从使能信号变为禁能信号(指示相应电池107的空闲操作模式),则停机控制器140控制相应串105的所有电池107从占用操作模式变成空闲操作模式。在一个实施例中,停机控制器140控制相应串105的电池107,以基本同时从占用操作模式变成空闲操作模式。如果合适,如果一个或多个串105被提供在空闲操作模式,则电池部分104(图5)的电池107的一个或多个串105可保持在占用操作模式。
[0139]在一些实施例中,管理电路106可向停机控制器140中的一个或多个发送停机命令。接收停机命令的停机控制器140可命令与控制器140耦连的相应电池107进入空闲操作模式。
[0140]在一个实施例中,用电池模块10实现的各个电池107的处理电路44可用来将相应电池模块10的操作模式从占用操作模式变成空闲操作模式。在此实施例中,停机控制器140可省略,或在电池模块10的处理电路44的停机操作之外使用。例如,处理电路44可检测本文描述的警告条件,并响应于警告条件的检测,发布停机命令以使相应的电池模块10处于空闲操作模式,同时还通知管理电路106相应电池模块10停机。之后,管理电路106可通知其它电池模块10各个电池模块10停机,这可造成附加的电池模块10停机。例如,管理电路106可向相应电池模块10的处理电路44发布如下文进一步讨论的系统停机命令以发起电池系统100的电池模块10的停机。
[0141]在另一例子中,电池模块10中一个电池模块的处理电路44可从另一电池模块10的处理电路44、管理电路106或在图示例子中的其它源接收将相应电池模块10的操作模式变成空闲操作模式的命令,并可发起电池模块10中一个电池模块的停机。
[0142]相应地,在一个实施例中,相应电池模块10的处理电路44可用来对单个相应的电池模块10、电池模块10的串105或电池部分104的所有串105的所有电池模块10发起从占用操作模式到空闲操作模式的操作模式的改变。
[0143]参照图7A,其显示对于图5a中显示的电池部分104a的配置而言,被配置成实现电池107停机的电路的另一实施例。在一个实施例中,电池部分104a的电池107可停机,其中之前在占用操作模式下操作的电池107变成在空闲操作模式下操作。
[0144]在一个实施例中,类似于上文讨论的图7的实施例,被配置成实现电池部分104a的停机的电路没有被配置成执行代码的电路,包括停机控制器140和电缆142,144。停机控制器140使用多个串行电缆142与电池107耦连。而且,共同组
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