将电池组连接至外部总线的方法和多功能电池开关与流程

本公开涉及诸如适合于飞行器使用的电池电力系统和方法。

背景技术：

高海拔、耐用长、太阳能动力飞行器的构思已经被许多航空器研究项目所证明。太阳能电力系统通常依赖于通过诸如最大功率点(mpp)跟踪器的控制线路与电池网(或类似电池系统)对接的太阳能板阵列。

mpp跟踪器提供在操作中调整被供应至太阳能板阵列的负载阻抗的电路组件来实现太阳能阵列的最大功率输出。然后，将太阳能阵列的功率总输出存储至电池网的电池组/组件。然而，最大功率点(mpp)跟踪器及其他电池电力系统导致整体系统产生额外的重量与复杂性。

存在对能够克服现有技术的不足的太阳能和电池电力系统及方法的需求。诸如耐用长的太阳能动力飞行器等超轻飞行器应用可以采用这种轻便、有效的电池组和电池组组件。

技术实现要素：

本公开涉及诸如适合于飞行器使用的电池电力系统和方法。

根据第一方面，提供一种利用多功能电池开关将电池组选择性地连接至外部总线的方法，多功能电池开关包括与多个开关操作地耦接的多功能控制器，多个开关与电阻器和电感器被布置成限定降压-升压转换器，方法包括：测量通过电阻器的电流，以获得电流测量；测量跨电池组的电压，以获得电池电压测量；测量跨外部总线的电压，以获得总线电压测量；计算电池电压测量与总线电压测量之间的差分电压测量；根据电流测量、电池电压测量、总线电压测量、以及差分电压测量，经由多功能控制器生成一个或多个开关命令；并且经由开关命令对多个开关中的每个开关进行独立控制，以调节电池组与外部总线之间的电力传输。

在特定方面，一个或多个开关命令被布置成控制多个开关以促进仅充电操作和仅放电操作。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：使用至少一种脉冲宽度调制(pwm)控制技术对一个或多个开关命令进行调制，以实现对电力传输的升压或降压电压调整。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：控制多个开关中的至少一个开关操作为理想二极管，以(1)防止在仅放电操作期间电流流入电池组；并且(2)防止在仅充电操作期间电流从电池组流出。

在特定方面，电池组是具有多个能切换电池模块的能重新配置的电池组，多个能切换电池模块被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串，多个能切换电池模块中的每个能切换电池模块包括电池单元和电池开关，其中，电池开关被配置为：(1)当电池开关处于第一位置时，将电池单元电连接至电池串，以增加输出电压；并且(2)当电池开关处于第二位置时，使电池单元从电池串电性旁路。

在特定方面，方法进一步包括下列步骤：经由多功能控制器生成开关命令，以经由多个开关实现对能重新配置的电池组的输出电压的精细调整；并且对电池开关进行控制，以经由多个能切换电池模块实现对可重新电池组的输出电压的粗略调整。

根据第二方面，多功能电池开关用于将电池组选择性地连接至外部总线，多功能电池开关包括：多功能控制器；多个开关，其中，经由来自多功能控制器的开关命令对多个开关中的每个开关进行独立控制；电感器；以及电阻器，其中，电感器、电阻器、以及多个开关被布置成限定降压-升压转换器，以根据来自多功能控制器的开关命令对电池组与外部总线之间的电力传输进行选择性地调节。

在特定方面，多功能控制器被配置为控制多个开关，以促进仅充电操作和仅放电操作。

在特定方面，多功能控制器被配置为使用一种或多种脉冲宽度调制(pwm)控制技术对多个开关中的至少一个开关进行控制，以实现对电力传输的升压或降压电压调整。

在特定方面，多功能控制器被配置为控制多个开关中的至少一个开关操作为理想二极管。

在特定方面，多功能控制器被配置为控制多个开关中的至少一个开关操作为理想二极管，以防止在仅放电操作期间电流流入电池组。

在特定方面，多功能控制器被配置为控制多个开关中的至少一个开关操作为理想二极管，以防止在仅充电操作期间电流从电池组流出。

在特定方面，多个开关包括第一开关、第二开关、第三开关、以及第四开关。

在特定方面，第一开关被配置为在电感器的第一电感器端子与电池组的第一电池端子之间传递电流并且第二开关被配置为在电感器的第一电感器端子与电池组的第二电池端子之间传递电流。

在特定方面，第三开关被配置为在电感器的第二电感器端子与外部总线的第一总线端子之间传递电流并且第四开关被配置为在电感器的第二电感器端子与外部总线的第二总线端子之间传递电流。

在特定方面，多功能电池开关进一步包括放大器，以输出(1)通过电阻器的电流测量或(2)跨电阻器的电压测量。

在特定方面，多功能电池开关进一步包括放大器，以输出(1)跨电池组的电池电压与(2)跨外部总线的总线电压之间的差分电压测量。

在特定方面，多功能控制器被配置为根据电流测量、电压测量、或差分电压测量生成开关命令。

在特定方面，电池组是具有多个能切换电池模块的能重新配置的电池组，多个能切换电池模块被串联地电性布置成限定具有能变化的输出电压的电池串。

在特定方面，多功能控制器对降压-升压转换器的多个开关进行控制，以实现对能重新配置的电池组的能变化的输出电压的精细调整。

附图说明

如所附图中示出的，从其具体实施方式的下列描述中，此处描述的设备、系统、以及方法的上述及其他目标、特征、以及优点将显而易见；其中，类似参考标号指类似结构。图不一定必须按比例绘制，而是重点放在示出此处描述的设备、系统、以及方法的原理。

图1a示出了根据第一方面的示例性太阳能动力飞行器。

图1b示出了根据第二方面的示例性太阳能动力飞行器。

图2示出了具有电池阵列的示例性太阳能电力系统。

图3示出了太阳能动力飞行器的示例性简化单电力通道。

图4示出了最大功率点的一组图表。

图5示出了太阳能动力飞行器的示例性电力系统。

图6示出了阵列合并和切换单元(acsu)的示例性功率图。

图7a示出了电池管理系统的框图。

图7b示出了电池管理系统的示例性电池组的框图。

图7c示出了电池组的示例性电池串的示图。

图8示出了根据第一方面的多功能电池开关。

图9a至图9c示出了电压降压放电布置的多功能电池开关。

图10a至图10c示出了电压升压放电布置的多功能电池开关。

图11a至图11c示出了电压降压充电布置的多功能电池开关。

图12a至图12c示出了电压升压充电布置的多功能电池开关。

图13示出了将电池组选择性地连接至外部总线的示例性方法。

图14a和图14b示出了根据第二和第三方面的多功能电池开关。

具体实施方式

以单数形式引用各项应被理解为包括复数形式的各项，并且反之亦然，除非另有明确规定或从文本中清晰可见。语法连接词旨在表示所连接的短句、句子、词语等的任意及所有分离性和连接性的组合，除非另有规定或从上下文清晰可见。此处值的范围的陈述并不旨在进行限制，而是单独指落在范围内的任意及所有值，除非此处有明确指示，并且将该范围内的每个单独的值整合到本说明书中，如同此处单独进行陈述。在下列描述中，应当理解的是，诸如“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“侧面”、“前面”、“背面”等术语是出于方便性的词语并且不应被解释为限制性术语。

如此处使用的，当附上数值时，术语“大约”、“近似”、“大致”等应被解释为表示本领域普通技术人员出于预期目的进行满意操作时所认识到的偏差。此处提供的值和/或数值的范围仅作为实施例并且并不视为对所描述实施方式的范围的限制。此处提供的示例性语言(“例如”、“诸如”等)的任意及所有实施例的使用仅旨在更好地示出实施方式并且并不对实施方式的范围施加限制。术语“例如(e.g.)”和“例如(forexample)”列出了一个或多个非限制性实施例、实例、或示例。说明书中的任何语言不应被视为将任何未要求保护的元件表示为实现实施方式的实质。

如此处使用的，术语“电路”和“线路”指可以配置硬件、由硬件运行、并且否则与硬件相关联的物理电子部件(即，硬件)及任何软件和/或固件(“代码”)。如此处使用的，例如，当运行第一行或多行代码时，具体处理器和存储器可以包括第一“电路”，并且当运行第二行或多行代码时，具体处理器和存储器可以包括第二“电路”。

如此处使用的，术语“航空器”和“飞行器”互换使用并且指能够飞行的机器，包括但不限于传统的跑道及垂直起飞和降落(“vtol”)飞行器，并且还包括有人驾驶和无人驾驶航空器(“uav”)。vtol飞行器可以包括固定机翼飞行器(例如，鹞式喷气机(harrierjets))、旋翼飞行器(例如，直升机、多轴飞行器等)、和/或倾转轴飞行器/倾转翼飞行器。

如此处使用的，术语“和/或”指列表中由“和/或”连接的任意一个或多个项。作为实施例，“x和/或y”指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任意元素。换言之，“x和/或y”指“x和y中的一个或两个”。作为另一实施例，“x、y、和/或z”指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任意元素。换言之，“x、y、和/或z”指“x、y、以及z中的一个或多个”。

如此处使用的，此处使用的术语“复合材料”指包括添加材料和基质材料的材料。例如，复合材料可以包括纤维添加材料(例如，纤维玻璃、玻璃纤维(“gf”)、碳纤维(“cf”)、芳族聚酰胺/对-芳族聚酰胺合成纤维等)、以及基质材料(例如，环氧树脂、聚酰亚胺、以及氧化铝，包括但不限于热塑性塑料、聚酯树脂、聚碳酸酯热塑性塑料、铸模树脂、聚合物树脂、丙烯酸树脂、化学树脂)。在特定方面，复合材料可以采用诸如铝和钛等金属来生产纤维金属层压板(fml)和玻璃层压铝增强环氧树脂(glare)。进一步地，复合材料可以包括经由将一些补充材料(例如，两种或多种纤维材料)添加至基本纤维/环氧树脂基质中而实现的混合复合材料。

如此处使用的，此处使用的术语“复合层压板”指由添加材料层和基质材料层(即，“板层”)组装的复合材料类型。

如此处使用的，术语“通信(communicate)”和“通信(communicating)”指：(1)将数据从来源发送、或通过其他方式传送至目的地；和/或(2)将数据传递至通信介质、系统、信道、网络、设备、电线、电缆、纤维、电路、和/或链路，以传送至目的地。

如此处使用的，术语“处理器”指无论其是否是在硬件、有形体现的软件、还是在硬件和软件中实现、并且无论其是否是可编程的处理设备、装置、程序、电路、部件、系统、以及子系统。如此处使用的，术语“处理器”包括但不限于一个或多个计算设备、硬连线电路、信号修改设备和系统、用于控制系统的设备和机器、中央处理单元、可编程设备和系统、场可编程门阵列、专用集成电路、片上系统、包括离散元件和/或电路的系统、状态机、虚拟机、数据处理器、处理设施、以及上述的任意组合。例如，处理器可以是通用微处理器、或微控制器、数字信号处理(dsp)处理器、专用集成电路(asic)中的任意类型。处理器可以耦接至存储器设备或与存储器设备集成。存储器设备可以是任意合适类型的计算机存储器或任意其他类型的电子存储介质，诸如，例如，只读存储器(rom)、随机访问存储器(ram)、缓存存储器、压密盘只读存储器(cdrom)、电光学存储器、磁光学存储器、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、计算机可读介质等。

如此处使用的，术语“太阳能板”指被配置为采集太阳能能量、以产生电力的一个或多个光电电池的阵列。太阳能板可以采用一种或多种下列太阳能电池类型：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、串带状太阳能电池、薄膜太阳能电池(tfsc)、碲化镉(cdte)太阳能电池、硒化铜铟镓(cis/cigs)太阳能电池等。为了减少整体重量并且提高可靠性和耐用性，采用轻便和/或灵活的太阳能板(例如，薄膜太阳能板)是有利的。

如此处使用的，只要线路或设备包括执行功能所必需的硬件和代码(如果需要任何硬件和代码)，线路或设备则“能操作为”执行该功能，无论是否禁止执行该功能、还是不能启用执行执行该功能(例如，通过用户配置设置、工厂微调等)。

图1a和图1b示出了示例性的太阳能动力飞行器100a、100b。具体地，图1a示出了具有单机身110和尾桁104的第一太阳能动力飞行器100a的等轴视图，而图1b示出了具有一组两个并排机身110a、110b以及一组两个并排第一和第二尾桁104a、104b的第二太阳能动力飞行器100b的等轴视图。如示出的，两个并排机身110a、110b中的每个机身可以包括推进器124。太阳能动力飞行器100a、100b通常包括机翼102、一个或多个推进器124(例如，由一个或多个电机124b轴向驱动的螺旋桨124a及相关联的齿轮)、一个或多个机身110(例如，单机身110或一组机身110a、110b)、一个或多个尾桁104(例如，单尾桁104或一组尾桁104a、104b；各自被示出为耦接至机身110的后端的细长桁)、一个或多个尾翼部112(例如，单尾翼部112或一组尾翼部112a、112b)、以及起落架120。如示出的，机翼102包括第一翼尖122a(左舷)、第二翼尖122b(右舷)、以及沿着机翼102的翼展的中心点122c(即，近似第一翼尖122a与第二翼尖122b之间的一半)。

太阳能动力飞行器100a、100b的各个结构部件可以由金属、复合材料、或其组合制造。例如，可以使用熔融沉积成型(fdm)、立体平板印刷(sla)、选择性激光烧结(sls)、和/或任意其他合适类型的添加制造/3d印刷制造机翼102的各部分。这种制造方法的益处在于其使用先进的感测和3d印刷规程生产高性能、更稳定的飞行器。fdm是一次生产一层部件的热聚合物层沉积工艺、以小体积对飞行器部件进行快速有效地印刷、并且材料规格苛刻。使用fdm，可以廉价地反复多次制造机翼设计，以满足所需强度和硬度需求、控制表面尺寸、以及其他特征。进一步地，可以制造额外的翼板/部件，以允许定制传感器集成、易于产生额外的致动方案或更改控制表面放置、易于表征机翼上的张力、以及易于更改机翼的硬度来提供给定应用中的本体感受性感测的最佳平台的能力。由于替换部件易于再生产，这种能力还针对机翼损坏提供稳定性。

通常，各个推进器124包括耦接至螺旋桨124a并且被配置为使螺旋桨124a驱动/旋转的电机(motor)124b。电机124b可以是经由诸如电子速度控制器(esc)单元等电机控制器306进行控制的电机(electricmotor)。为此，esc单元(或另一电机控制器306)可以被设置成控制电机124b，电机124b可以与机翼102(例如，作为机舱吊舱的一部分)耦接(或通过其他方式集成)。推进器124可以定位在机翼102、尾桁104(例如，位于近端部)、或其组合上。例如，各个推进器124可以定位在推动器配置或牵引器配置的机翼102上或内(如示出的)。进一步地，尽管将各个机身110示出为具有与其相关联的单推进器124，然而，可以提供额外的推进器124。无论推进配置如何，多个推进器124中的每个推进器可以定向成将推力朝向尾桁104的远端(尾部)引导。

机翼102和/或水平稳定翼126可以包括一个或多个阵列的太阳能板106，以生成电力。如图1a中示出的，太阳能板106可以沿着机翼102的上表面定位在尾桁104/机身110的每侧上。太阳能动力飞行器100a、100b可以进一步包括操作地耦接至太阳能板106的一个或多个能量存储设备，以为车辆管理系统218及各个电负载提供动力。一个或多个能量存储设备存储所采集的供太阳能动力飞行器100a、100b后期使用的太阳能能量(例如，当日光不可获得时，通常，是夜间)。如此处使用的，“能量存储设备”指本领域技术人员已知的能够存储并且发送从太阳能板106采集的能量的电池或相似工具，包括但不限于可再充电电池(例如，锂聚合物电池)、可再生燃料电池、或其组合。

尽管将机翼102示出为具有非锥形的弦外部分的整体线性，然而，设想了诸如后掠、锥形、矩形、椭圆形、前掠等其他配置。因此，机翼102可以是任意类型的固定机翼，包括但不限于平直机翼、后掠翼、前掠翼、上反翼(从水平方向起的向上角度)、下反翼(负的上反翼-从水平方向起的向下角度)、或本领域普通技术人员已知的任意其他合适类型的固定机翼。如示出的，机翼102的翼展可以相对于机身110和尾桁104的纵向长度大致垂直；然而，机翼102可以代替为后掠翼或前掠翼。在特定方面，机翼102可以是模块化的并且被配置为可拆卸；由此允许更易于通过陆路运输太阳能动力飞行器100a、100b和/或将太阳能动力飞行器100a、100b物理地配合在吊架或用于存储的其他结构内。例如，机翼102可以由多个翼板模块制造并且可以经由一组连接件可移除地端到端地连接至彼此。每个连接件可以采用一个或多个紧固件(例如，螺钉、夹子等)和电连接器(例如，插头、触点等)，以便于其间的物理和电耦接。

应当认识到，机翼上的控制表面通常需要额外的结构增强件和致动器，从而产生额外的重量。此外，向机翼添加控制表面使得飞行期间的阻力增加。进一步地，与具有允许太阳能板106覆盖机翼102的大部分上表面的大致完整构造相反，机翼上的控制表面还可能要求蒙皮面板分裂成部分。最后，由于必须制造附接机构、铰链、附加零件、和/或多个蒙皮面板，所以制造控制表面增加了复杂性。然而，移除控制表面消除了这些复杂性。因此，不同于传统的飞行器，机翼102不需要包括沿着其翼展的后缘或前缘的可移动控制表面(例如，襟翼、板条等)。确实，为了减少重量和复杂性，机翼102通常可以缺少可移动的控制表面。例如，可以将机翼102的上表面和下表面制造成无任何移动零件的单件结构。可以代替通过定位在一个或多个尾翼部112(定位在各个尾桁104的远端处)上的控制表面实现对机翼102的控制。

太阳能动力飞行器100a、100b可以采用一个或多个尾桁104。一方面，可以采用单尾桁104(见图1a)，或在其他方面，可以采用多个尾桁，例如，第一尾桁104a和第二104b(见图1b)。无论配置如何，每个尾桁104限定近端和远端，其中，每个尾桁104可以在其近端处固定至机身110或机翼102，而在其远端处耦接至尾翼部112。使用管状芯结构118可以制造太阳能动力飞行器100a、100b(例如，尾桁104、机身110等)，管状芯结构118则可以覆盖有飞行器蒙皮(例如，复合材料、纤维、金属、金属合金等)。图1a中的细节a最好地示出了管状芯结构118，其中，为清晰可见，已经移除了飞行器蒙皮。在特定方面，可以将尾桁104和机身110制造成单个整体部件。尽管将太阳能动力飞行器100b示出为具有两个机身110和两个尾桁104，然而，本领域技术人员应当理解的是，例如，根据机翼102的长度，可以采用附加或更少的机身110/尾桁104来实现所需功能。

为了便于起飞和降落，太阳能动力飞行器100a、100b可以设置有一组或多组起落架120，起落架120可以定位在航空器的底架上。例如，可以将一组起落架120设置在机翼102、机身110、和/或尾桁104的下侧处。其中，起落架120可以采用一组轮子(如示出的)和/或滑道。在操作中，当不飞行时，起落架120用于支撑太阳能动力飞行器100a、100b；由此允许其起飞、降落、以及滑行，而不对机身造成损坏。

如示出的，每个尾翼部112可以包括使尾翼部112在所需方向上移动/行驶的一个或多个控制表面。例如，每个尾翼部112可以包括从尾桁104垂直(向上和/或向下)延伸的垂直稳定翼108(例如，背鳍)、操作地耦接至垂直稳定翼108的方向舵114、从尾桁104的任意侧横向地延伸的水平稳定翼126、以及操作地耦接至水平稳定翼126的每侧的升降舵116(或其部分)。可以对太阳能动力飞行器100a、100b的尾翼部112进行选择性地控制(例如，经由飞行控制器/车辆管理系统218)，以控制太阳能动力飞行器100a、100b的整体倾斜、滚转、以及偏航，由此消除对机翼102上的可移动控制表面的需求。升降舵116可以用于改变尾翼部112的倾斜，而方向舵114可以用于改变尾翼部112的偏航。经由方向舵114和/或升降舵116可以对尾翼部112的倾斜和/或偏航进行单独控制，以在尾桁104附接至机翼102的位置处建立局部力矩。

经由一个或多个铰链可以使每个方向舵114旋转和/或铰接地耦接至垂直稳定翼108，以能够使得方向舵114在其后缘处围绕由垂直稳定翼108限定的轴而移动。同样，经由一个或多个铰链可以使升降舵116旋转和/或铰接地耦接至水平稳定翼126，以能够实现在其后缘处围绕由水平稳定翼126限定的轴的移动。在特定方面，一个或多个方向舵114和/或升降舵116可以额外地配置有允许其他非旋转移动的机构(例如，轨道、跑道等)，诸如，例如，相对于垂直或水平稳定翼的滑动和/或横向移动。在可替代的实施方式中，可以从给定的尾翼部112中完全略去一个或多个方向舵114和/或升降舵116。根据所需的尾翼配置，水平稳定翼126和垂直稳定翼108可以操作地耦接至彼此以及尾桁104、或仅操作地耦接至尾桁104。尾翼部112可以被配置成多个尾翼配置中的一种配置，例如，包括安装十字形的t形尾翼、飞行横尾翼、pi尾翼(即，π尾翼)、v形配置、倒v形配置(即，“∧”形配置)、双尾翼(h形尾翼布置或u形尾翼布置)等的机身。进一步地，水平稳定翼126可以是平直的、后掠、锥形、矩形、椭圆形、前掠等。在特定方面，尾翼部112可以采用组合的h形尾翼布置和∧形尾翼布置，其中，尾翼部112包括耦接至水平稳定翼126的∧形尾翼表面，以提供组合的h形尾翼布置和∧形尾翼布置。

本领域普通技术人员应当认识到，可替代和/或额外的结构布置可以实现为适应尾翼部112的设计和/或操作需求。例如，尾翼部112可以代替为仅采用一个或多个垂直稳定翼108、一个或多个水平稳定翼126、和/或具有水平和垂直尺度的倾斜或偏置稳定翼。此外，或可替代地，尾翼部112可以包括位于垂直稳定翼108上的多个方向舵114和/或位于水平稳定翼126的每侧上的多个升降舵116。

太阳能动力飞行器100a、100b可以采用操作为控制太阳能动力飞行器100a、100b的各个功能的车辆管理系统218。如图2中示出的，太阳能动力飞行器100a、100b可以配备有向各个电负载220供应电力的一个或多个电池阵列200。例如，电负载220可以包括一个或多个有效载荷(例如，情报监视侦查(isr)有效载荷)、一个或多个电机(例如，结合推进器124使用的电机124b)、致动器(例如，控制尾翼部112、起落架120等的飞行控制表面)等。通常，每个电池阵列200包括一个或多个电池库224，每个电池库224具有电耦接至彼此的多个电池组组件202；由此沿着其纵向长度限定电源线204、接地线206、以及数据通信线路208(如需)。接地线206可以电耦接至等电位点222(例如，地面)。如示出的，电池库224内的电池组组件202可以并联地电布置。数据通信线路208可以被屏蔽，以缓解尤其电源线204的电磁干扰(emi)。数据通信线路208可以耦接至监测或控制例如每个电池组组件202或电池库212的健康和/或操作参数(例如，温度、湿度、电压等)的一个或多个传感器或设备214。

电池库224内的电池组组件202可以经由一个或多个互连器210而电连接至彼此，以便于将电力和/或数据信号从一个电池组组件202传递至另一电池组组件202(例如，邻近的电池组组件202)。例如，互连器210可以采用被配置为彼此配对的第一连接器210a(例如，凹连接器)和第二连接器210b(例如，凸连接器)。例如，当布置成行/串时，可以经由互连器210将电力和/或数据信号从电池阵列200的一端(例如，近端)传送或通过其他方式通信至电池阵列200的相对端(例如，远端)；在被隔离的电池组组件202发生故障的情况下，每个互连器210能够提供传递功能。例如，电池组组件202能够使电力轨道(例如，电源线204、接地线206)和数据通信线路208与内联连接集成，以使得电池组组件202能够附接至彼此而形成用于馈送负载并且与系统控制器216互相作用的连续电力和数据通路。经由一个或多个切换单元228(例如，继电器、固态开关等)可以将每个电池组组件202选择性地在线切换(连接)至电池库224或使每个电池组组件202从电池库224选择性地离线切换(断开)。例如，在发生故障/失灵或实现所需电力/容量的情况下。

在特定方面，能够根据需要对电池阵列200内的电池库224进行扩展和收缩(例如，可以连接或断开额外的电池组组件202)。换言之，通过电池库224上携带电力和/或数据信号，由此仅需要电池库224的一端处的电连接。因此，具有该电池库224的能量存储系统提供快速的电和机械集成。进一步地，可以批量制造电池组组件202，由此消除对昂贵复杂并且潜在不可靠的线束的需求。在操作中，系统控制器216(可以是受控处理器)对一个或多个电池阵列200(并且单独对每个电池库224、电池组组件202、或电池单元772)、一个或多个太阳能板106(例如，由至少两个太阳能板106构成的太阳能阵列226)、以及一个或多个电负载220中的每个进行监测。例如，响应输入参数(例如，来自太阳能动力飞行器100的车辆管理系统218的指示)，系统控制器216可以对电负载220进行调整和/或对来自一个或多个电池阵列200的电力进行调整(或再分配)，以满足电负载220的需求。为此，系统控制器216可以整合多个电池组控制器或与多个电池组控制器操作地耦接。系统控制器216可以通过单一或多余的通信总线与能量存储系统(例如，电池阵列200或电池库224)中的每个电池组组件202通信。系统控制器216可以采用一个或多个控制局域网(can)总线进行监测、通信、和/或控制，而可以使用外部总线在电池库224(或其部件)与电负载220或太阳能阵列226之间传输电力。在特定方面，如下面讨论的，电池阵列200可以采用诸如阵列合并和切换单元(acsu)等电力分配切换单元系统和/或算法来管理电池分组和太阳能板。

无论是由单个电池库224构成还是由多个电池库224构成，电池阵列200提供了多个特征和优点。首先，电池阵列200存储电负载220的电力。举例说明，当被完全充电时，太阳能动力飞行器100的电池阵列200可以向太阳能动力飞行器100a、100b提供累积约50kwh至100kwh的总能量存储。然而，应当认识到，通过对电池组组件202的数量进行调整能够增加或减少能量存储的量，以实现所需的能量存储的量。其次，电池阵列200通过夜间操作在至少预定的时间段内(例如，约60至120天、或约90天)供应电力。最后，出于飞行安全，电池阵列200容忍单故障，以使得电池阵列200在其电池组组件202、电池组212、或电池单元772发生故障的情况下正常操作。例如，能够将电池阵列200的部件设置为线路可替换单元(lru)，其中，能够对电池组212中的缺陷性电池单元772进行离线切换(例如，切断/旁路)，以提供进一步的故障保护。同样，能够对电池组组件202中的缺陷性电池组212进行离线切换，以提供进一步的故障保护。例如，每个电池组组件202可以包含六个电池组212。电池组212可以被串联、并联、或按其组合布置成获得可自我再配置的多单元系统(例如，被配置为在130vdc与327vdc之间供应)。如结合图7a至图7c讨论的，电池组212中的电池单元772可以被动态地再配置成尤其能够实现太阳能峰值功率跟踪和放电电压调节。

图3示出了太阳能动力飞行器100a、100b的示例性简化单功率通道300的示图。应当认识到，太阳能动力飞行器100a、100b可以使用多个简化的单一功率通道300(例如，每个机身110一个电力通道、每个推进器124一个电力通道等)。acsu302可以操作地耦接至电池阵列200(或其部分)和太阳能板106(或太阳能阵列226)。acsu302用于对和/或在电池阵列200、太阳能板106、以及电负载220(例如，驱动系统314、航空电子设备312、以及任意有效载荷)之间分配电力。通常，驱动系统314包括电机控制器306、一个或多个推进器124(例如，耦接至电机124b的螺旋桨124a)、以及对通过电机控制器306传递的电力进行滤波的输出滤波320。输出滤波320(例如，一个或多个电子滤波器)可以定位在电机控制器306与一个或多个推进器124之间。例如，电机124b可以采用无铁芯的海尔贝克阵列(halbacharray)。海尔贝克阵列采用了增强阵列一侧的磁场的永磁体布置，同时将另一侧的场消除至接近零。这通过具有在空间上旋转的磁化图案而实现。

螺旋桨124a可以采用可变倾斜叶片，其中，叶片被配置为围绕其长轴旋转，以改变相对于轮毂的叶片倾斜。在特定方面，螺旋桨124a可以被配置成可逆螺旋桨，其中，能够将倾斜设置成负值，由此产生反推力。其中，能够使用反推力进行制动，而不需要改变轴旋转的方向。能够根据电机124b的设计或操作参数选择螺旋桨叶片在爬行飞行期间的最佳倾斜。在特定方面，螺旋桨叶片可以倾斜为在rpm减少的同时保持推力的大小。例如，如果最大速率和最小dc总线电压限定电机电压常数(kv)，则最高爬行速率可以从每分钟1100转(rpm)减少至每分钟至1000(rpm)，以减少速率范围并且增加一定海拔处巡航的最佳dc总线电压。

电机控制器306是被配置为改变电机的速度、其方向、并且根据需要用作动态制动器的电子电路。示出了具有dc链路316和电压源逆变器(vsi)转换器322的电机控制器306，其中，整流器包括二极管电桥并且dc链路316是分流电容器。实际上，电机控制器306为电机124b提供电产生的三相电功率电压源能量。在操作中，电机控制器306为电机124b提供电产生的三相电功率电压源能量。可以针对组合的电机124b和电机控制器306的效率对电机控制器306的脉冲宽度调制(pwm)频率进行优化。例如，由于电流变化率(di/dt)较高，可以对pwm频率进行优化，以降低控制风险，这特别适用于大的电压开销的情形。进一步地，对pwm频率进行优化能够解决短线路和长线路的总线容量及总线断电。

太阳能板106或太阳能阵列226能够产生最大功率的电压被称为最大功率点(mpp或有时被称为峰值功率电压)。参考图4中的电流(a)和功率(kw)图表400a、400b，使用mpp跟踪(mppt)提取当前条件下的太阳能板106的最大可用功率。在太阳能电力系统中，mppt是重要的。通常，mppt改变太阳能板负载的装载，以对太阳能输出功率进行优化。太阳能板106与电池阵列200(或其部分)之间的电连接结合电池阵列200的动态再配置能够实现太阳能板106的mppt(例如，2hz)。例如，可以应用扰动和观察算法作为mppt控制方案。通过将电池单元772添加至电池组212(或从电池组212中移除电池单元772)能够实现扰动和观察技术。因此，在操作中，例如，能够将电池单元772添加至电池组212的电池串中或从电池组212的电池串中移除电池单元772，以便于mppt。通常，能够在1/2单元电压内实现最佳电压，且均值仅近似～0.7％的误差。

在日光时间期间，每个太阳能板106可以连接至电池库224，因此，使用通过太阳能板106采集的太阳能能量对电池库224进行充电。可以进一步使用产生最高功率(例如，最大功率)的太阳能板106向驱动系统314供应电力，由此使所产生的电力的使用率最大化。从示图中能够认识到，除例如因配线电路和加热所产生的焦耳损失之外，太阳能板106与电池库224/电负载220之间无功率转换损失。

图5示出了太阳能动力飞行器100a、100b的示例性电力系统500的框图。在操作中，电力系统500经由电池阵列200与太阳能板106(例如，太阳能阵列226)的组合向太阳能动力飞行器100a、100b提供电力。尽管下列讨论与图将使用术语太阳能板106，然而，应当理解的是，本公开不一定必须局限于单个太阳能板106，而可以是单个太阳能板106或布置成太阳能阵列226的多个太阳能板106。

能够使用来自太阳能板106和/或电池阵列200的电力来启动尤其是航空电子设备312(例如，致动器、控制系统等)、一个或多个有效载荷504等。例如，响应来自飞行控制器或车辆管理系统218的命令，可以使用来自太阳能板106和/或电池阵列200的电力来启动一个或多个机翼伺服系统308a(例如，诸如副翼(如使用)等控制机翼102上的飞行控制表面的致动器)和尾翼伺服系统308b(例如，诸如方向舵114和升降舵116等控制尾翼部112上的飞行控制表面的致动器)。通过线路可替换单元(lru)310可以对电池阵列200及各个伺服系统(例如，机翼伺服系统308a和尾翼伺服系统308b)进行监测。

每个电池阵列200可以包括被布置成一个或多个电池库224的一个或多个电池组组件202，每个电池库224由两个或多个电池组组件202构成。例如，电池库224可以定位在机身110、尾翼部112、机翼102(例如，前缘或上表面)等上。示出了具有电机124b和专用电机控制器306的各个推进器124。额外的太阳能板106可以定位在各个尾翼部112(例如，水平稳定翼126和垂直稳定翼108)上。在特定方面，机翼102可以支撑被布置成不同的单独太阳能阵列226的多个太阳能板106。例如，第一太阳能板106可以定位在前缘处，而第二太阳能板106可以定位在机翼102的前缘与后缘之间的上(顶)表面(例如，如使用，则是飞行控制表面的前表面)上。

电力系统500架构的优点在于电源总线名义上彼此隔离。例如，通常，可以将电力系统500划分成子系统502a、502b、502c(例如，电隔离域)，以使得一个子系统中的电故障不传播至另一子系统。例如，通常，可以将电力系统500划分成两个或多个电隔离的子系统(在图5中，被示出为三个子系统502a、502b、502c)，每个子系统可以与太阳能动力飞行器100a、100b的不同区域(例如，机身110、机翼102、机翼102的一部分等)对应。相应地，位于太阳能动力飞行器100a、100b的一个区域处的电力系统500的部件(例如，机翼102)的损坏不应传播至位于太阳能动力飞行器100a、100b的其他区域处的电力系统500的部件(例如，机身110、尾翼部112等)。如示出的，太阳能动力飞行器100a、100b的每个子系统502a、502b、502c可以包括采集能量的太阳能板106、存储通过太阳能板106采集的能量的电池库224、以及专用的acsu302a、302b、302c。

尽管子系统502a、502b、502c自身足以限制故障传播，以进一步缓解故障，然而，跨接线开关304a、304b能够定位在子系统502a、502b、502c之间，以在太阳能动力飞行器100a、100b之间传输电力。因此，第一子系统502a的acsu302a和第三子系统502c的acsu302c可以经由一组跨接线开关304a、304b耦接至第二子系统502b的acsu302b。在操作中，跨接线开关304a、304b可以被选择性地致动而电并且通信地耦接至所需子系统502a、502b、502c。例如，在第三子系统502c的acsu302c发生故障的情况下，跨接线开关304b可以被致动，以允许第二子系统502b的acsu302b代替acsu302c对第三子系统502c的功率部件进行控制。跨接线开关304a、304b可以采用机械开关(例如，螺线管驱动继电器)、固态开关(例如，晶体管，诸如绝缘栅双极晶体管(igbt)、场效应晶体管(fet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)等)、或其组合。例如，通过一个或多个acsu302可以对跨接线开关304a、304b中的每个跨接线开关进行控制。

图6示出了示例性的acsu302的功率图600。所示出的处于日间配置的acsu302在启动从一个或多个电源耦接至局部电机总线324的电机124b时提供灵活性。如示出的，acsu302耦接至定位在机翼102、尾翼部112等上的一个或多个太阳能板106及电池库224上。如示出的，电池库224能够通过位于电力系统500内的一个或多个acsu302而耦接至局部电机总线324。各个电池阵列200中的电池组组件202或电池库224的数量可以根据太阳能动力飞行器100a、100b中的安装位置的物理约束条件而改变。例如，可以将五个电池组组件202布置在每个机翼102的电池库224中，而可以将两个电池组组件202布置在每个机翼102的前缘的电池库224和/或尾翼部112中。根据尤其是电池阵列200的充电状态和/或太阳能板106的最大功率点(mpp)电压，可以使用一个或多个开关328将电池库224耦接至局部电机总线324。一个或多个开关328可以是机械开关、固态开关、或其组合。一个或多个电安全设备326(例如，诸如聚合物正温度系数(pptc)设备等保险丝、e-保险丝、断路器、可重置保险丝)可以联机地设置在局部电机总线324与电机控制器306之间，以提供过电流保护。尽管将图6中的太阳能板106示出为直接绑定至电池库224，然而，航空电子设备312和/或有效载荷504可以代替被配置为从电力系统500的全部电池库224汲取电力，电池库224可以布置成使用例如理想二极管的“or(或)”配置。

太阳能板106能够根据太阳能动力飞行器100a、100b的寿命和操作条件显示不同的mpp电压。例如，操作条件包括荫蔽、入射角等。因此，太阳能动力飞行器100的太阳能板106在具有相似日光入射角的机身的区域上分布成太阳能阵列226(显示相似的功率点行为)。通过将电力系统500分割成多个子系统502a、502b、502c，每个子系统表示阵列区(例如，机身、机翼、前缘、机尾等各自的阵列区)并且对每个区中的电池电压进行单独控制，实现了各个太阳能阵列226的mpp。例如，太阳能动力飞行器100a、100b可以具有九个单独的太阳能阵列226，每个太阳能阵列与不同的阵列区对应。对于每个机翼102(或其部分)，阵列区能够包括前缘阵列、机翼(上表面)阵列、以及机尾阵列。

通常，由于其表面面积，机翼102是能量采集的最大总贡献者。对于大体积的太阳能阵列，太阳能板106可以采用薄膜硒化铜铟镓(cigs)，以提供约12％至17％的效率。能够在用于覆盖弯曲表面(例如，飞行器机翼)的挠性基板上制造薄膜cigs阵列。例如，挠性基板可以是聚酰胺基板。另一方面，太阳能板106可以根据需要采用薄膜砷化镓(gaas)来锁定太阳能动力飞行器100a、100b上的高值位置，以提供超过25％的效率。在测试期间，gaas阵列表现出了237g/m²的质量(即，约cigs阵列的质量的2.6倍)为约20％的未密封效率。

传统的可再充电电池组包含硬接线的电池串(固定电池串)。固定电池串架构能够使电池管理系统的覆盖区(例如，尺寸、重量、功率需求等)最小化，但是，由于电池单元计数增加和/或电池单元从完全充电循环至完全放电，在从完全充电至完全放电的循环期间，输出电压的变化增加。因此，由于大的输出机翼，通常，将附加的硬件实现为以输出转换过程的整体效率损失减少为代价而对电池系统的输出电压进行调节。对电池串中的电池数量(例如，电池单元)进行智能化地重新配置的电池管理系统能够避免对额外电压调节器阶段的需求。因此，电池阵列200可以允许各个控制粒度水平(例如，每个电池库224、每个电池组组件202、每个电池组212、和/或每个电池单元772)的动态重新配置。

可以将太阳能动力飞行器100a、100b的各个子系统502a、502b、502c或各个区域中的电池组组件202分割成电池库224。如上所述，通常，每个电池库224由两个或多个电池组组件202构成。每个电池库224的电池组组件202的数目和每个子系统502a、502b、502c的电池库224的数量的大小基于局部太阳能板106(或太阳能阵列226)的尺寸和对总能量采集的贡献。在一个实施例中，可以布置五个电池组组件202来限定电池库224。每个电池库224可以与太阳能板106或太阳能阵列226匹配。例如，(1)机翼102中的太阳能板106可以与机翼102中的电池库224配对，(2)机翼102的前缘中的太阳能板106可以与机翼102的前缘中的电池库224配对，并且(3)机尾部112中的太阳能板106可以与机尾部112中的电池库224配对。在太阳能动力飞行器100a、100b被局部损坏的情况下，匹配可以被设计成使得对电力系统500的影响最小化。

太阳能动力飞行器100a、100b能够包括电池管理系统700，以通过动态地选择所有可用电池单元772的子集并且将其动态地切换(在线)至电池串766(亦称为单元串或单元串阵列)或从电池串766动态地切断(离线)而调节多串联连接的能重新配置的电池系统(例如，电池组组件202)的输出电压。

电池管理架构提供对可重新配置的电池功能进行监测和控制的智能处理系统。为此，电池管理架构包括操作地耦接至电池监控电路732的电池组控制器730，以启用(在线)或旁路(离线)电池串中的任意电池单元772，以对可重新配置的电池组212的能变化的输出电压进行调整，以实现电池串的命令输出电压。尽管示出了使用单独的模块和部件，然而，电池组控制器730和电池监控电路732可以共享共同的线路和/或共同的处理器。例如，电池组控制器730和电池监控电路732可以被设置成单一的系统或部件。

如讨论的，电池管理系统700能够使用硬件切换与保护元件的组合、以及基于单元和组等级标准的数的基于软件的单元选择过程。硬件仪器测量一个或多个参数，包括用于通知电池管理系统700内的单元选择过程的电池电压、电池温度、电池串电压、电池组电压、电池组电流、电池组组件电压、电池组组件电流、电池压力(例如，电池堆压力)、和/或其他参数。处理器及相关联的软件经由电池组控制器730对该信息进行评估，以确定基于周期性更新的电池组212中的每个电池单元772的充电状态(soc)、健康状态(soh)、以及等效电阻。

如上所述，不能使电池单元772与电池串766接通或不能使电池单元772从电池串766断开的电池管理系统受电池串766中的最弱电池单元772的限制。例如，该限制包括电池组容量、充电速率(早期进入平衡充电)、以及最大放电速率(高内部电阻)。使用电池组控制器730经由一个或多个电池开关762(例如，双向开关)实现可重新配置的架构允许在电池串766中创建电池单元772的任意组合-高至电池组组件202的电池组212中的电池单元772的最大数量。此外，可重新配置的架构提供将电池组组件202的输出电压调整至电池电压的50％以内的能力。然而，障碍在于需要超过电池组组件202中的电池单元772来恢复故障或调节输出电压。

图7a示出了具有可重新配置架构的电池组组件202的示例性电池管理系统700的框图。电池管理系统700提供许多优点。首先，电池管理系统700提供能够模块化地降低至各个电池单元772的等级的模块化架构。其次，其提供对能重新配置的电池保护和管理的完整方案。第三，其允许执行将电池单元772添加至一系列的电池串766并且从一系列的电池串776中移除电池单元772，以对输出电压进行调整而获得能变化的输出电压或旁路缺陷性电池单元772。第四，其能够使得隔离电力域(例如，能切换电池模块770、电池组212、电池组控制器730等)实现升级配置。第五，其提供输出调节，而无需复杂的电压转换线路。最后，在不削弱电池组212或电池组组件202的整体性能的情况下，当被磨损或发生故障时，其能够检测并且移除电池单元772。

总体地，电池组组件202包括电池组控制器730及连接至彼此、以限定电池组串774的多个电池组212(在图7a中，被示出为六个电池组212a、212b、212c、212d、212e、以及212f)，即，能够用作电池组组件202。在操作中，电池组控制器730对电池组串774的操作进行监测和控制，包括各个电池组212及其部件。电池组控制器730可以生成控制电池组组件202和/或电池组212的操作的多个系统输出(例如，模拟或数字指示)。例如，电池组控制器730能够被配置为生成将各个电池单元插入电池组212内/使各个电池单元旁路电池组212的单元选择命令。系统输出可以基于两个或多个系统输入。示例性的系统输入尤其包括在顶开关704的每侧测量的各个电压测量(例如，每个电池单元772)、各个温度测量(例如，每个电池单元772，可以经由温度传感器758进行测量)、电流测量(例如，通过电池串766)、以及电池组组件202的输出电压测量(例如，能变化的输出电压的测量值)。示例性的系统输出具体可以包括电池开关控制指令(例如，信号/命令)、已连接负载的功率(例如，基于每个电池组212或每个电池组组件202)、以及总电压(例如，基于每个电池组212或每个电池组组件202)。换言之，电池组控制器730选择性地插入/旁路电池单元772，以使得其能够被充电、放电、或旁路。例如，电池单元772可以被选择性地旁路而实现所需电压或仅对所选择数量的电池单元772进行充电/放电(例如，根据操作模式或条件)。

电池组控制器730还提供过电压和欠电压保护、以及过电流保护和短路保护。例如，电池组组件202可以包括串联地电连接成串的六个电池组212(被示出为212a至212f)，然而，电池组组件202中的电池组212的数目的大小可以基于应用的能量存储需求。还可以使其他电配置的电池组212电连接而实现所需电压和/或容量(例如，并联、或串联与并联的组合)。

如示出的，电池组控制器730可以包括多个总线输出开关768、与存储器设备(例如，ram、rom、闪存存储器等)操作地耦接的微控制器单元(mcu)708、测量到电池组212的串/来自电池组212的串的电流的精确电流传感器726、一组输入/输出(i/o)扩展器集成电路(ic)776a、776b、以及供应操作电池组控制器730的各个部件所需的任意电力的dc电源728(例如，供应+3.3vdc)(诸如处理器(例如，mcu708)及其他ic等)。根据所需的连接数量，i/o扩展器ic776a、776b可以是例如16位扩展器。

能够使用多个总线输出开关768将电池组串774耦接至acsu302，以使得电池组串774(或其部分)能够被充电或放电。例如，多个总线输出开关768可以包括预充电开关702、顶开关704(例如，主开关)、以及理想二极管开关706。各个总线输出开关768可以并联地电布置。可以确定电池组组件202的电池库224在总线输出开关768处的电压和电流感测。多个总线输出开关可以是机械开关、固态开关、或其组合。

预充电开关702可以是双向最大串电压阻断的高阻抗输出接触器。预充电开关702使多个电池组212电连接至acsu302。如示出的，预充电开关702在线地设置有一个或多个电阻器，以提供电涌抑制并且限制充电结束时的充电电流。预充电开关702可以采用额定值为电池组组件202的最大输出的双向阻断开关元件。双向允许开关控制流入电池组组件202中的电流或从电池组组件202流出的电流。相对于顶开关704(例如，约10欧姆(ω)至30ω、或约20ω)，预充电开关702可以具有更高的电阻。在操作中(即，当闭合时)，预充电开关702限制安全配对总线连接期间的涌入或涌出电流。

顶开关704可以是双向、最大串电压阻断的低阻抗输出接触器。顶开关704将多个电池组212直接连接至acsu302。顶开关704可以设计有超低电阻，以使得额定操作期间的损失最小化，从而产生低插入损失。顶开关704可以采用与电池组组件202的最大输出有关的双向阻断开关元件。双向允许顶开关704控制流入电池组组件202或从电池组组件202流出的电流。顶开关704能够使得电池组212(例如，能切换电池模块770)使用具有更低阻断电压的开关。

理想二极管开关706可以是单向、最大串电压阻断的仅低阻抗放电接触器。当启用时，理想二极管开关706经由二极管防止电流通过顶开关704流入多个电池组212。理想二极管开关706仅允许电池组组件202进行放电。通常，当多个电池组组件202并联地连接时(例如，限定电池库224)，可以使用理想二极管开关706。

mcu708响应来自例如系统控制器216的命令对电池组组件202的整体操作进行控制。例如，mcu708可以执行电池管理和控制算法，以确保在安全操作条件下对系统中的电池单元772进行操作。为此，mcu708可以对具体用于执行分类和电池平衡的soc、soh、以及电池电阻进行监测。mcu708可以通过例如控制器局域网(can)与acsu302操作地耦接。mcu708包括通用(数字)输入/输出(gpio)信号、模数转换器(adc)710、一组can接口712、714、以及多个串行外围接口(spi)总线716、718、720、722、724。mcu708经由一个或多个spi数据总线与各个电池组212通信地耦接。i/o扩展器ic776a、776b允许将可用i/o扩展至mcu708的多个控制信号。

图7b示出了具有电池监控电路732的示例性电池组212(例如，图7a中的细节b，电池组212a)的框图。电池监控电路732与电池组控制器730一起将来自电池组控制器730的单元选择命令转换成使电池串766的各个电池单元772选择性地插入电池组212内/旁路电池组212，同时还对各个电池单元的电压和温度进行调节和数字化。可以包括各个电池组212的张力测量，以监测各个电池组212的电池单元772的压缩。电池组212通常包括多个电池单元772及选择性地启用(激活)或旁路电池串766内的多个电池单元772中的一个或多个电池单元的多个电池开关762。多个电池开关762可以经由印刷电路板组件(pcba)而电耦接至多个电池单元772。电池单元772可以被设置成单单元电池、多单元电池、或其组合。根据多单元电池的所需额定电压，例如，电池单元可以被电布置并且连接成串联配置、并联配置、或其组合，以实现电池单元772的所需额定电压和/或功率。

除用作电池单元接口之外，pcba能够用作电池监控电路732(或其部分)的平台。电池监控电路732通常包括低压线路、高压线路、多个温度传感器758、以及多个张力传感器760。电池组212可以包括用于存储电池单元772和pcba具体参数的专用存储器734。

一对四通道数字隔离器778a、778b可以与电池组控制器730的i/o扩展器ic776a、776b通信地耦接。该对四通道数字隔离器778a、778b可以用于跨低压线路与高压线路之间的磁、光学、或流电隔离边界将数字信号从电池组控制器730通信至线路的高压侧。

i/o扩展模块740可以用于在电池组控制器730(经由四通道数字隔离器778a)与电池串766之间定向地通信数据。如示出的，电池串766通常包括多个能切换电池模块770，每个能切换电池模块770具有电池单元772及与其相关联的电池开关762。如下面更为详细地描述的，能切换电池模块770可以(例如，经由电池开关762)被串联地电性布置成限定由配置为处于激活状态的电池单元772构成的电池串766。

i/o扩展模块740可以在例如能切换电池模块770的电池组控制器730与电池开关762之间通信开关控制信号，以使例如电池单元772选择性地激活/解除。例如，i/o扩展模块740可以是16位i/o扩展模块(例如，16个电池单元772中的每个电池单元为一个扩展模块)。双通道隔离器748可以定位在i/o扩展模块740与各个电池开关762之间。在一个或多个任意电池单元772的电压出现电压损失的情况下(例如，由于电池单元接头/接触器破损)，能够在各个电池组212处包括辅助(aux)电源(ps)750，以确保局部切换电路在出现电压损失的情况下保持被通电。辅助电源具有隔离输出，因此，其能够在各个单元位置处使用。还可以通过相关联的单元电压的损失而启用辅助电源。

隔离功率模块736能够被设置成供应操作低压电路和高压电路的各个部件(例如，ic，诸如存储器734等)所需的电力。隔离功率模块736可以耦接至参考电压738(例如，+3.3v)、+3.3vdc(dig)、+5.7vdc(ana)。例如，隔离功率模块736可以是隔离的回程μ模块dc/dc转换器，且低压差(ldo)后置调节器具有例如725vdc的隔离额定值。隔离功率模块736可以在3.1v至32v的输入电压范围内、2.5v至13v的输出电压范围内操作(由单个电阻器设置)。隔离功率模块736还可以包括将其输出电压从1.2v调整至由单个电阻器设置的12v的线性后置调节器。例如，合适的隔离功率模块736包括从线性化技术获得的ltm8048。

(经由电池监控电路732)可以对电池单元772的各个参数进行测量并且通信至电池组控制器730而进行处理。可以基于每个电池单元772对参数进行监测/测量。例如，示例性参数包括电池单元772的电压、电流、温度、以及压缩。例如，多个温度传感器758与多个张力传感器760能够被物理地定位成邻近于电池组212中的电池单元772，以分别对各个电池单元772的温度和张力进行监测。例如，各个电池单元772可以与温度传感器758和/或张力传感器760相关联，以允许电池监控电路732分别对各个电池单元772进行监测。在特定方面，电池单元772可以被配置成2p单元组件，其中，温度传感器758和/或张力传感器760可以定位在两个p单元之间。可替代地，可以使用单个张力传感器760对整个电池组212的压缩进行监测。

能够将来自多个温度传感器758中的各个温度传感器的测量(例如，单元温度)通信至高压侧上的热敏电阻调节放大器754，而将来自张力传感器760的测量(例如，单元压缩)通信至高压侧上的张力信号放大器756。使用高压侧上的差分放大器752(能够用作电压传感器)可以设置各个电池单元772的电压测量。在特定方面，可以为各个温度传感器758设置热敏电阻调节放大器754并且可以为各个电池单元772设置差分放大器752。因此，在具有16个电池单元772的电池组212中，可以使用16个热敏电阻调节放大器754和16个差分放大器752。尽管可以在各个电池单元772处设置温度传感器758和/或张力传感器760，然而，对于电池组212的整个电池单元堆，可以代替使用单个温度传感器758和/或单个张力传感器760。

可以将来自热敏电阻调节放大器754、张力信号放大器756、以及差分放大器752的测量参数输入至一个或多个多路复用器。在操作中，一个或多个多路复用器从各个传感器中选择多个模拟(或数字，如适用)输入信号中的一个输入信号并且将所选择的输入转发成单个输出。例如，一个或多个多路复用器可以包括2:1多路复用器744和4:1多路复用器746。可以将来自2:1多路复用器744和4:1多路复用器746的输出输入至模数(a-d)电压转换器742。例如，a-d电压转换器742可以是16通道(8-差分)微功率16位δσ模数转换器。经由四通道数字隔离器778a、778b及spi总线可以从a-d电压转换器742输出现在是数字格式的参数并且将参数返回至电池组控制器730进行处理。应当认识到，在数据/信号处理期间，可以使用一个或多个时钟(clk)信号对部件进行同步。

图7c示出了电池组212所使用的示例性电池串766的示图。如示出的，电池串766可以包括串联布置的多个能切换电池模块770。例如，每个能切换电池模块770包括电池单元772(例如，布置成单元组件的单个电池单元或多个电池单元)、电池开关762、以及单元选择算法函数764。出于示出性目的，示出了具有六个能切换电池模块770的电池串766；然而，可以使用附加或更少的能切换电池模块770。在操作中，能够选择一个或多个所需电池单元772并且经由电池开关762切换至电池串766，以使得电池组212的累积串电压(输出电压)实现预定的目标输出电压。

基于电池组212的所需控制粒度水平可以对能切换电池模块770中的每个电池单元772的单元数量进行调整。在一个实施例中(例如，其中，需要更大粒度的切换方案)，能切换电池模块770可以包括具有单个电池单元的单单元电池，以使得可以向电池串766中逐个(即，分别)添加单个电池单元或从电池串766中逐个(即，分别)移除单个电池单元。换言之，每个电池开关762(及相关联的单元选择算法函数764)可以与单个电池单元相关联并且被配置为电连接(插入或激活)或电断开(移除或旁路)激活电池串766中的单个电池单元。

在另一实施例(例如，其中需要或接受更小粒度的切换方案)中，能切换电池模块770可以包括具有分别被添加至电池串766或从电池串766中分别移除的多个电池单元(例如，可以串联或并联地电连接至彼此的两个或多个)的多单元电池。在该布置中，电池组212内的电池单元分组可以与单个单元选择算法函数764和单个电池开关762相关联，以使得电池开关762可以被选择性地致动为电连接或电断开激活电池串766中的电池单元分组。因此，可以在使用单个电池开关762之时基于电池系统的需求而选择被插入或旁路的电池单元的数量。

在嵌入式设计中，各个能切换电池模块770处(例如，一个或多个电池单元处)的电池监控电路732的a-d电压转换器742能够用作测量电池单元772的电压的电压传感器。

细节c提供了示例性电池开关762的放大。电池开关762可以提供单极双掷(spdt)切换功能。因此，如示出的，电池开关762可以是spdt开关，其中，极(1p)能够连接至第一掷(1t)，以使电池单元772(分流开关位置762a)旁路电池串766，或极(1p)能够连接至第二掷(2t)，以通过使其与电池串766串联地包括而插入/激活电池单元772(串联开关位置762b)。多个电池开关762中的每个电池开关能够使用具有低串联电阻的低压mosfet(按照小的封装提供)来提高效率。利用先断后通(bbm或非短路)布置(在闭合另一电路之前，断开一个电路)的mosfet、机械继电器、舌簧开关、或igbt开关(或固态开关的另一种形式)能够实现电池开关762，由此降低被切换的电池单元772发生短路的任何风险。例如，可以使用共源配置的背靠背fet(例如，n-mosfets)、triac(三端半导体设备)、双极结型晶体管(bjt)等设置电池开关762。

因此，一方面，诸如电池组212等能重新配置的电池系统可以包括多个能切换电池模块770、电池监控电路732、以及电池组控制器730。多个能切换电池模块770被串联地电性布置成限定限定电池组212的输出电压(例如，能变化的输出电压)的电池串766，多个能切换电池模块770中的每个能切换电池模块包括电池(例如，电池单元772)和电池开关762。将电池开关762配置为处于第一位置(例如，串联开关位置762b)使得电池与电池串766串联地电放置，以增加输出电压，而使电池开关762配置为处于第二位置(例如，分流开关位置762a)使得电池从电池串766电性旁路。电池监控电路732操作地耦接至多个能切换电池模块770中的每个能切换电池模块，其中，对于多个能切换电池模块770中的每个能切换电池模块，电池监控电路732被配置为对电池的一个或多个参数进行监测。对于多个能切换电池模块770中的每个能切换电池模块，电池组控制器730操作地耦接至电池监控电路732，以至少部分基于电池的一个或多个参数并且根据预定的切换路线而在第一位置与第二位置之间选择性地切换电池开关762，以使得输出电压与预定的目标输出电压大致相等。

使用图7c中示出的实施例，基于例如其充电状态可以选择性地旁路特定的电池单元772，以提供所需的串电压。例如，如果需要至少10伏特的串电压(预定目标输出电压)，则可以激活能切换电池模块7701、3、以及4，以提供10.29伏特(即，3.43v+3.19v+3.67v)，而旁路其余能切换电池模块。由于第一、第三、以及第四能切换电池模块770(1、3、以及4)中的电池单元772的电压在放电循环期间减少(或在充电循环期间增加)，第二、第五、以及第六能切换电池模块770(2、5、以及6)中的一个或多个能切换电池模块可以被选择性地激活或解除(例如，逐个)，以保持至少10伏特的串电压。可替代地，可以激活能切换电池模块770的不同分组，以保持预定的目标输出电压。因此，电池组控制器730可以被配置为分别对多个能切换电池模块770中的每个能切换电池模块的电池开关762进行切换(即，逐个)，直至以可变的电压输出实现预定的目标输出电压。

例如，太阳能动力飞行器100a、100b的电池组212可以包括具有32个电池单元772的电池串766，电池单元772可以是棱镜形、圆柱形、或口袋形单元。因此，如示出的，电池组212内的每个能切换电池模块770可以采用单元选择算法函数764和电池开关762而电连接或电断开(旁路)激活电池串766中的电池单元772，由此一次调整电池串766的一个电池单元772的电压。名义上，在给定时间，可以激活电池组212中约75％的电池单元772，其中，因为电池单元772此时的电压更高，所以在放电开始时激活的电池单元772更少。应当认识到，由于电池单元772的电压在放电结束时减少，需要额外的电池单元772来保持被编程的电压。因此，电池组212能够被配置并且尺寸化为使得在一年时间最坏的情况(夜间最长)下利用所有可用的能量。

单个电池组224中的所有电池组组件202能够被同时进行编程。为了实现较高的总线电压，每个电池组组件202可以采用至少约100个电池单元772并且提供每个电池单元772为约2.75v至4.3v的使用电压。还设想了串联的100个以上电池单元772的电池组组件202而获得额外的容量。因此，例如，太阳能动力飞行器100a、100b的电池组组件202可以包括10至1000个电池单元772，更优选地，约50至500个电池单元772，甚至更优选地，约75至300个电池单元772，更优选地，约100至200个电池单元772。能够响应变化的任务和飞行器条件而对总线电压进行动态设置。例如，能够降低外部总线的总线电压而增加夜间及低海拔飞行的驱动系统效率，以在电机出现故障的情况下启动远程电机(经由桁架跨接线开关304a、304b)时补偿线路压降或实现mppt。

电池单元772的内部重新配置经由电池组212中的电池监控电路732提供：(1)充电和放电期间的可调整总线电压；(2)电池单元的故障容差；(3)充电和放电期间的无损单元平衡；(4)延长的纬度范围或休止期寿命；以及(5)更为准确的电池状态评估。例如，电池组212可以采用多个电池开关762，以提供对电池串766中的电池组212的各个电池单元772的受控访问。通常，激活(“在线”)电池单元772的数量大于(或等于)最大总线电压除以电池单元772的最小电压。使用这种方案，仅在给定时间对电池单元772的子集进行充电或放电，而使其他单元断开/闲置(旁路)。

传统电池组易于受甚至单个电池单元故障的影响，从而使得电池组不可用并且迫使剩余能量仍存在于活性(即，良好/可用)电池中。然而，可编程的电压架构根据预定的切换路线提供旁路电池串766中的缺陷性电池单元772的能力，由此产生免受电池和电池单元故障的影响的电池组212。甚至多电池和多单元故障不能使得电池串766不可用并且不使电池组容量减少(被旁路的已丢失电池单元772的可用性除外)，直至电池单元772的故障计数占总电池计数的显著百分比。该架构允许充分利用电池组212中的所有活性电池单元的容量。

除单元故障之外，由于电池单元随着时间(及多个充电/放电循环)而老化，阻抗/电阻、与容量退化、及电池单元特征发生分歧。甚至单个电池单元的过早退化能够使传统电池组损坏，从而导致剩余良好单元中被截获的能量浪费。然而，电池监控电路732随着时间对各个电池单元772的阻抗/电阻及容量进行跟踪。相应地，电池组212通过平衡大部分活性电池单元之间的负载能够实现针对单元退化(或单元进一步退化)的预测性测量。这种实现方式确保不存在未预期的故障或缺点，电池单元经常平衡并且以等同速率发生退化。因此，在不使电池单元平衡方案中的过多能量耗散的情况下，电池监控电路732能够使得电池组212的容量(并且因此电池组组件202/电池组224)随着其预期/可用寿命而最大化。相应地，使用所有可用、但分布在更多数量的电池单元上的电荷。

当电池单元772在电池串766之外(即，旁路)时，通过测量电池772的开路电压(ocv)能够确定电池772的soc。当电池单元772在电池串766中时，通过测量流入和流出电流能够估计电池772的soc。用于使用流入和流出电流对电池单元772的soc进行估计的一种技术被称为库伦计算方法(也被称为安培小时计算和电流积分)。库伦计算方法采用在使用周期内进行数学积分的电池电流读数来计算通过下列等式给出的soc值：

其中，soc(t0)是初始soc，crated是额定电容，ib是电池电流，并且iloss是损耗反应所消耗的电流。因此，库伦计算方法仅通过累积被传入电池或从电池传出的电荷而计算剩余的容量。

当选择已旁路的电池单元772并且切换至电池串766时，通过测量单元电压从开路(旁路)至闭路(启用或激活)条件的初始压降能够推断其内部阻抗/电阻。能够使用随着时间对电池单元772的阻抗/电阻进行跟踪作为soh估计的一部分来预测电池单元772何时以比电池串766中的其他电池单元772更高的速率出现故障。相比于更健康的电池单元772(具有更低阻抗/电阻的电池单元)，能够选择具有增加阻抗/电阻的更高速率的电池单元772进行更不频繁的使用，以允许全部电池单元772以大致相同的速率发生退化并且使整个电池串766的可用寿命最大化。

位于电池系统(例如，电池组212、电池组组件202、电池库224、电池阵列200等)外部的电力总线(如果通常耦接至诸如电负载220、太阳能板106/太阳能阵列226等其他电气设备)能够汲取和/或供应电流。在操作期间不对外部总线的电压进行控制，因此，无论电池系统与外部总线之间的电开关(无论是继电器、固态开关等)何时闭合而使电池置于“在线”，都能够出现较大的涌入或涌出电流。因此，图7a中的配置经由其总线输出开关768整合了具有内联电阻器的预充电开关702，以限制电池与总线之间的涌入或涌出电流。在操作中，预充电开关702闭合允许电压均衡，以使得当顶开关704闭合而使电池在线时电流不会过大。然而，在电阻器和/或顶开关704遭遇非常高的电流的情形中，预充电开关702可能不足。

进一步地，在涉及多个并联电池的应用中，保持电组或组件之间的负载和电荷平衡比较困难。如上面说明的，通过将串联电耦接的多个电池单元772改变成构成电池串766可以实现此目的，由此调整整个电池组212的电压。换言之，能够改变能重新配置的电池的电压，以通过内部改变电池串766中的电池单元772的数量而保持太阳能板106/太阳能阵列226上的峰值功率采集。与诸如实现单独的最大功率点跟踪(mppt)电路(通常实现为dc至dc转换器)等其他应用相比较，这种配置具有减少系统损失的优点。

然而，可重新配置的电池布置仍能够产生一些损失。例如，因为能重新配置的电池能够随着电池单元772的电压增量来调整电压，所以能重新配置的电池的mppt准确性在某种程度上受限制。换言之，电压增量是一个电池单元电压的粒度。因此，平衡可能相当粗糙并且一个电池组212通常具有比电池组更高的电流。利用能重新配置的电池，可能难以精确地管理电压，并且因此能重新配置的电池可能经历过电流。

鉴于上述内容，可以使用图8中示出其实施例的多功能电池开关800将电池820选择性地连接至外部总线818。外部总线818转而可以耦接至用于对电池820进行充电和放电的电负载、太阳能阵列、电源等。代替或除结合图7a描述的总线输出开关768之外，可以设置多功能电池开关800。电池820可以是诸如电池组212、电池组组件202、电池阵列200等能重新配置的电池或能重新配置的电池系统。尽管主要结合能重新配置的电池进行描述，然而，还可以结合传统电池(即，非能重配置的配置电池)或传统电池系统使用多功能电池开关800。

多功能电池开关800通常包括被布置成获得降压-升压转换器824的多个开关804a、804b、804c、804d(开关1至开关4)、电感器810、以及电阻器812。多功能电池开关800进一步包括被配置为经由一个或多个栅极驱动器806a、806b、806c、806d而驱动降压-升压转换器824的开关804a、804b、804c、804d的多功能控制器802。降压-升压转换器824是具有输出电压数量级(即，大于或小于输入电压数量级)的dc至dc转换器电路的类型。降压-升压转换器824的布置提供使多功能电池开关800选择性增加进入电池820的电压或减少从电池820输出的电压的能力。

多个开关804a、804b、804c、804d中的每个开关可以是具有源极、漏极、以及栅极的固态开关(例如，场效应晶体管(fet))。在操作中，对栅极施加电压(例如，经由栅极驱动器806a、806b、806c、806d)，以选择性地启动和停止源极与漏极之间电流流动。具体地，当对栅极施加电压时，开关804a、804b、804c、804d闭合，由此允许电流在源极与漏极之间流动。尽管将多个开关804a、804b、804c、804d中的每个开关描述并且示出为fet，然而，设想了其他固态开关，包括继电器、硅mosfet、碳化硅(sic)fet、或igbt。

因此，一方面，多个开关804a、804b、804c、804d可以包括第一开关804a、第二开关804b、第三开关804c、以及第四开关804d。第一开关804a被配置为在电感器810的第一电感器端子810a与电池组820的第一电池端子820a之间传递电流。第二开关804b被配置为在电感器810的第一电感器端子810a与电池组820的第二电池端子820b之间传递电流(例如，经由电阻器812)。第三开关804c被配置为在电感器810的第二电感器端子810b与外部总线818的第一总线端子818a之间传递电流。第四开关804d被配置为在电感器810的第二电感器端子810b与外部总线818的第二总线端子818b之间传递电流(例如，经由电阻器812)。

多功能电池开关800可以进一步包括电压感测(v感测)放大器814、电流感测(i感测)放大器816、以及多个电压传感器。v感测放大器814输出表示电池电压(即，跨电池820的电压)与总线电压(即，跨外部总线818的电压)之间的差分电压的差分电压测量，而i感测放大器816提供表示通过电阻器812的电流的电流测量(i感测)。

通过经由电压传感器测量跨电阻器812的电压(即，i感测电压)可以确定通过电阻器812(具有已知电阻)的i感测电流。例如，多个电压传感器中的一个电压传感器可以被配置为测量跨电阻器812的电压。在特定方面，通过测量跨多功能电池开关900内的电感器810、开关804a、804b、804c、804d、或其他部件的电压还可以实现电流感测。为此，贯穿多功能电池开关800，电压传感器可以被配置为测量跨电池820(即，电池电压测量)、外部总线818(即，总线电压测量)、电感器810(即，电感器电压测量)、开关804a、804b、804c、804d(即，开关电压测量)等的电压。可以确定(例如，测量和/或计算)各个电流和电压测量并且将电流和电压测量作为测量输入通信至多功能控制器802进行处理。

电阻器812的布置能够使得多功能电池开关800对被传递至外部总线818(放电期间)或电池820(充电期间)的电流进行感测。通过设计，在升压/降压操作期间，电阻器812不对用于对电感器810进行充电的源极的电流进行感测。在特定方面，电阻器812可以被另一电流感测设备所替代，以提供诸如霍尔效应传感器等电流测量。

多功能控制器802控制多功能电池开关800的整体操作。在操作中，多功能控制器802尤其根据一个或多个测量输入而输出控制多功能电池开关800的操作的开关命令808a、808b、808c、808d，例如，多功能控制器802可以接收(例如，实时或几乎实时)电流测量(例如，i感测)、电池电压测量、总线电压测量、差分电压测量、其他电压(例如，i感测、电感器、以及开关电压测量)等作为输入。

多功能控制器802可以实现为微控制器、微处理器、模块化系统、或场可编程栅极阵列(fpga)集成电路(ic)。在特定方面，单个控制器(例如，处理器及任何相关联的线路)可以用作多功能控制器802及诸如电池组控制器730、mcu708等能重新配置的电池或能重新配置的电池系统的控制器。多功能控制器802还可以与诸如系统控制器216等更高级的控制器822通信地耦接。例如，多功能控制器802可以从更高级的控制器822接收控制命令和/或向更高级的控制器822提供反馈(例如，测量、电流设置等)。

响应来自多功能控制器802的开关命令808a、808b、808c、808d，可以经由栅极驱动器806a、806b、806c、806d选择并且分别驱动(例如，致动)各个开关804a、804b、804c、804d。具体地，响应第一开关命令808a(开关命令1)，可以经由第一栅极驱动器806a(栅极驱动器1)选择性地致动第一开关804a(开关1)，响应第二开关命令808b(开关命令2)，可以经由第二栅极驱动器806b(栅极驱动器2)选择性地致动第二开关804b(开关2)，响应第三开关命令808c(开关命令3)，可以经由第三栅极驱动器806c(栅极驱动器3)选择性地致动第三开关804c(开关3)，并且响应第四开关命令808d(开关命令4)，可以经由第四栅极驱动器806d(栅极驱动器4)选择性地致动第四开关804d(开关4)。在特定方面，开关命令808a、808b、808c、808d可以使用脉冲宽度调制(pwm)控制技术对一个或多个开关804a、804b、804c、804d进行控制并且对开关占空比进行调整(例如，能够实现升压或降压电压调整)。在多种情景下，多功能电池开关800能够实现对进入电池820并且从电池820输出的电流的控制，而不增加多功能电池开关800的切换损失并且不使用电阻器控制涌入/涌出电流(例如，如结合预充电开关702描述的)。

操作为对降压-升压转换器824的开关804a、804b、804c、804d进行选择性地控制，以实现多个开关状态，包括：在线状态、离线状态、仅放电状态、仅充电状态、降压放电状态、升压放电状态、降压充电状态、以及升压充电状态。各个开关状态能够便于实现各种功能，包括最大功率点跟踪、电流控制充电/放电、理想二极管操作、电流平衡、以及软启动/软停止。

最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking)。为了便于最大功率点跟踪，多功能控制器802可以经由pwm改变开关(例如，一个或多个开关804a、804b、804c、804d)的开关占空比，以使用诸如扰动和观察算法等一种或多种算法使得从连接至外部总线818的电源至电池820的电力传输最大化。

电流控制充电/放电。有效的电池充电通常要求控制流入电池820中的电流。例如，通常，在以恒电流相开始的两相中对锂电池进行充电，直至电池单元772达到充电状态阈值，然后，伴随恒电压相完成充电循环，同时，使电池单元772的退化最小化。当从传统的电源进行充电时，多功能控制器802能够使用恒电流充电来模仿传统的电池充电，直至达到阈值，之后伴随恒电压充电，直至电池单元772被完全充电。通过根据需要经由pwm改变一个或多个开关804a、804b、804c、804d的开关占空比能够实现恒电流相和恒电压相，以保持电池820的所需电流或电压(视情况而定)。

如上所述，当从太阳能动力源(例如，太阳能板106、太阳能阵列226等)充电时，只要不超过充电电流限制，多功能控制器802则可以采用mppt算法使得电力传输最大化。如果超过电流限制，多功能控制器802则可以减少开关的开关占空比来限制充电电流，由此移离太阳能阵列的峰值功率点。一旦实现充电状态阈值，多功能控制器802则能够使用开关的开关占空比对充电电压进行控制，以确保电池820达到最大化充电。

理想二极管操作。多功能控制器802还能够被配置为操作一个或多个开关804a、804b、804c、804d，以使得开关用作理想二极管，理想二极管则用于促进仅充电操作和仅放电操作。在该模式，当多功能控制器802对所允许方向上的电流进行感测时，开关切换至闭合位置，以使得电流流动的电阻最小化。相反，当多功能控制器802对尝试从非允许(即，禁止)方向上流入的电流进行感测时，开关切换至开路位置而中断流动。该模式优于平常的二极管，因为fet开关804a、804b、804c、804d具有比传统二极管更低的损失。

电流平衡。当多个电池组212被并联连接时，与各个电池组212相关联的控制器(例如，电池组控制器730)能够协作地工作，以平衡电池组212之间的电流。使用通信信道，各个并联控制器能够将其电流周期性地传输至所有其他的控制器。在每一时间步骤，各个控制器计算跨所有连接电组的平均电流，并且然后，调整其开关占空比，以实现更接近于均值的电流。与各个电池组212相关联的控制器在尝试结合其他电池组212进行平衡的同时将遵循其自身的最大电流极限，这会具有不同的电流极限。在电池组的充电和放电期间，该功能是可用的。

软启动/软停止。在软启动操作期间，多功能控制器802对多功能电池开关800的两侧的电压进行感测并且使开关804a、804b、804c、804d的开关占空比上升，以在不经历较大电流冲刺的情况下使跨多功能电池开关800的电压均衡化。在软启动操作期间，多功能控制器802将使开关804a、804b、804c、804d的开关占空比下降，以使电流平滑地减少至零。

下面表a中总结了开关804a、804b、804c、804d在各个开关状态期间的示例性开关位置。

表a

在线和离线开关状态提供基本的电池切换功能。具体地，能够使用多功能电池开关800使电池820在其中电池820连接至外部总线818的在线状态与其中电池820从外部总线818断开的离线状态之间切换。在在线开关状态，开关1804a和开关3804c处于闭合位置(即，导电)并且开关2和4处于开路位置(即，非导电)，以使得电流在电池820与外部总线818之间自由地流动。具体地，电流(1)经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810在节点a与节点b之间流动并且(2)经由电阻器812在节点c与节点d之间流动。电流流动的方向将取决于电池820是否被耦接至外部总线818的电源充电或是否被放电至耦接至外部总线818的负载。

在离线状态，尽管可以通过仅将开关1804a或开关3804c中的一个开关切换至开路位置而使电池820断开，然而，各个开关804a、804b、804c、804d处于开路位置。具体地，使开关1804a和/或开关3804c置于开路位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使电池820从外部总线818断开。多功能电池开关800的架构能够使得以超过开关的标称开销和损失实现在线状态与离线状态之间的切换。在在线状态，额外的损失仅是电感器810的串联电阻。

在特定方面，希望提供操作的仅充电和/或仅放电模式来控制流入电池820或从电池820流出的电流。

在仅放电开关状态，开关2804b和开关4被配置为处于开路位置，而开关1804a保持处于闭合位置。可以根据从电池820流出的电流、总线电压、以及电池电压对开关3804c进行选择性地开路和闭合(经由多功能控制器802)。具体地，如果满足下列两个条件：(1)从电池820流出的电流大于0安培；并且(2)跨外部总线818的总线电压小于或等于跨电池820的电压，则通过多功能控制器802使开关3804c定位在闭合位置。在这些条件下，当开关3804c处于闭合位置时，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点a流至节点b。使开关3804c置于开路位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使得电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行充电。

在仅充电开关状态，开关2804b和开关4被配置为处于开路位置，而开关3804c保持处于闭合位置。可以根据从电池820流出的电流、总线电压、以及电池电压对开关1804a进行选择性地开路和闭合(经由多功能控制器802)。具体地，如果满足下列两个条件：(1)流入电池820的电流大于0安培；并且(2)跨外部总线818的总线电压大于或等于跨电池820的电压，则通过多功能控制器802使开关1804a定位在闭合位置。在这些条件下，当开关1804a处于闭合位置时，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点b流至节点a。使开关3置于开路位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使得电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行放电。

在特定方面，在电池820的充电或放电期间，希望经由开关804a、804b、804c、804d使跨多功能电池开关800的电压升压或降压。

图9a至9c中示出了示例性的降压放电开关状态。例如，可以使用降压放电开关状态来促进软启动/软停止放电和/或电流控制放电。如图9a中示出的，开关3804c保持处于闭合位置并且开关4804d保持处于开路位置。使用脉冲宽度调制可以对开关1804a进行控制(即，开路和闭合)，以实现所需的电压降压，其中，根据开关1804a的开关状态控制开关2804b。具体地，开关2804b的开关位置将是开关1804a的开关位置的逆，因此，开关2804b有效地操作为二极管。例如，当开关1804a处于闭合位置时，开关2804b将处于开路位置。在开路位置与闭合位置之间的转换期间，开关1804a和开关2804b可以采用先断后通(bbm)保护，即，在闭合另一电路之前中断一个电路，以避免电流击穿。换言之，如果开关1804a从开路位置转换至闭合位置，在开关1804a切换至闭合位置之前，开关2804b将切换至开路位置(并且反之亦然)。

图9b示出了当开关1804a处于闭合位置并且开关2804b处于开路位置(即，开关1804a的逆)时的电流的流动。如示出的，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点a流至节点b并且经由电阻器812从节点c流至节点d。图9c示出了当开关1804a处于开路位置并且开关2804b处于闭合位置时的电流的流动。如示出的，电流经由开关2804b、电感器810、以及开关3804c从节点c流至节点b。使开关1804a置于开路位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使得电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行充电。

图10a至10c中示出了示例性的升压放电开关状态。例如，可以使用升压放电开关状态促进电流控制放电。如图10a中示出的，开关1804a保持处于闭合位置并且开关2804b保持处于开路位置。可以使用脉冲宽度调制对开关4804d进行控制(即，开路和闭合)，以实现所需电压降压，其中，根据开关4804d的开关状态对开关3804c进行控制。具体地，开关3804c的开关位置将是开关4804d的开关位置的逆，因此，开关3804c有效地操作为二极管。例如，当开关4804d处于闭合位置时，开关3804c将处于开路位置。在转换期间，开关3804c和开关4804d可以采用bbm保护，以避免电流击穿。换言之，如果开关4804d从开路位置转换至闭合位置，在开关4804d切换至闭合位置之前，开关3804c将切换至开路位置(并且反之亦然)。

图10b示出了当开关4804d处于闭合位置并且开关3804c处于开路位置(即，开关4804d的逆)时的电流的电动。如示出的，电流经由开关1804a、电感器810、以及开关4804d从节点a流至节点d。经由开关3804c(作为开关4804d的逆)使开关4804d置于闭合位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行充电。图10c示出了当开关4804d处于开路位置并且开关3804c处于闭合位置时的电流的流动。如示出的，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点a流至节点b并且经由电阻器812从节点c流至节点d。

图11a至11c中示出了示例性的降压充电开关状态。例如，可以使用降压充电开关状态促进软启动/软停止充电、电流控制充电、或mppt。如图11a中示出的，开关1804a保持处于闭合位置并且开关2804b保持处于开路位置。可以使用脉冲宽度调制对开关3804c进行控制(即，开路和闭合)，以实现所需电压降压，其中，根据开关3804c的开关状态对开关4804d进行控制。具体地，开关4804d的开关位置将是开关3804c的开关位置的逆，因此，开关4804d有效地操作为二极管。例如，当开关3804c处于闭合位置时，开关4804d将处于开路位置。在开路位置与闭合位置之间的转换期间，开关3804c和开关4804d可以采用bbm保护，以避免电流击穿。换言之，如果开关3804c从开路位置转换至闭合位置，在开关3804c切换至闭合位置之前，开关4804d将切换至开路位置(并且反之亦然)。

图11b示出了当开关1804a处于闭合位置并且开关3804c处于开路位置(即，开关1804a的逆)时的电流的流动。如示出的，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点b流至节点a并且经由电阻器812从节点d流至节点c。图11c示出了当开关1804a处于开路位置并且开关3804c处于闭合位置时的电流的流动。如示出的，电流经由开关3804c、电感器810、以及开关1804a从节点d流至节点a。使开关3804c置于开路位置阻断了节点b与节点a之间的电流路径，由此使得电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行放电。

图12a至12c中示出了示例性的升压充电开关状态。例如，可以使用升压充电开关状态促进电流控制充电或mppt。如图12a中示出的，开关3804c保持处于闭合位置并且开关4804d保持处于开路位置。可以使用脉冲宽度调制对开关2804b进行控制(即，开路和闭合)，以实现所需电压升压，其中，根据开关2804b的开关状态对开关1804a进行控制。具体地，开关1804a的开关位置将是开关2804b的开关位置的逆，因此，开关1804a有效地操作为二极管。例如，当开关2804b处于闭合位置时，开关1804a将处于开路位置。在转换期间，开关1804a和开关2804b可以采用bbm保护，以避免电流击穿。换言之，如果开关2804b从开路位置转换至闭合位置，在开关2804b切换至闭合位置之前，开关1804a将切换至开路位置(并且反之亦然)。

图12b示出了当开关2804b处于闭合位置并且开关1804a处于开路位置(即，开关2804b的逆)时的电流的流动。如示出的，电流经由开关3804c、电感器810、以及开关2804b从节点b流至节点c。经由开关1804a(作为开关2804b的逆)使开关2804b置于闭合位置阻断了节点a与节点b之间的电流路径，由此使电池820从外部总线818断开并且防止电池820进行放电。图12c示出了当开关2804b处于开路位置并且开关1804a处于闭合位置时的电流的流动。如示出的，电流经由开关1804a、开关3804c、以及电感器810从节点b流至节点a并且经由电阻器812从节点d流至节点c。

当结合能重新配置的电池使用时，多功能控制器802能够与电池组控制器730合作(或整合)，以对降压-升压转换器824的转换效率进行优化。例如，多功能控制器802可以同时对电池820的电压进行调整，以匹配(或大致匹配)耦接至外部总线818的电源(例如，太阳能板106、太阳能阵列226等)的峰值功率电压，由此使得降压-升压转换器824的功率转换损失最小化。在操作中，相比于单独使用能重新配置的电池实现的，能够使用多功能电池开关800的降压-升压转换器824实现电池820的输出电压的更为精确的变化。

即，总体地，能重新配置的电池局限于其最小可切换部件的增量(例如，一个电池单元772的增量)的变化。如果最小可切换部件是电池单元772，则按照一个电池单元772的增量对能重新配置的电池的输出电压进行调整。基于锂电池单元的标称电压为约3.6伏特至3.7伏特；因此，假设电池单元772被充电，能重新配置的电池将按照约3.6伏特至3.7伏特的增量进行调整。然而，通常希望做出比通过在线或离线切换电池单元772所提供的粗略调整更小的精细调整。因此，在操作中，可以使用降压-升压转换器824经由开关804a、804b、804c、804d连续地实现电池820的输出电压的精细调整，同时可以(例如，经由能切换电池模块770)控制电池820的可重新配置部件实现输出电压的粗略调整。

例如，如果具有电池串766内的最低soc的电池单元772表现出3伏特的电压，则该能重新配置的电池的最小电压增量是3伏特。为了做出精细的调整(在这种情况下，小于3伏特)，降压-升压转换器824可以用作升压或降压转换器。这可以通过使用pwm控制技术驱动一个或多个开关804a、804b、804c、804d来获得实现所需精细调整的开关占空比(无论是升压还是降压调整)而实现。为此，可以使用降压-升压转换器824实现电池820的输出电压的所需精细调整(例如，小于通过在线或离线切换电池单元772而实现的增量)，同时，可以使用能重新配置的电池按照通过在线或离线切换电池单元772实现的增量来实现所需调整。

因为当跨降压-升压转换器824的电压不存在变化时，降压-升压转换器824的转换效率被最大化，所以这种方案是有利的。进一步地，当实现输出电压的调整时，降压-升压转换器824能够比能重新配置的电池更快地做出响应。因此，当使用降压-升压转换器824快速地实现精细调整时，效率得到优化，同时，可以使用能重新配置的电池实现粗略的改变。

图13示出了用于将电池820(例如，电池组212)选择性地连接至外部总线818的示例性过程1300。过程从步骤1302开始。在步骤1304，多功能控制器802确定多功能电池开关800的一个或多个参数。例如，多功能控制器802可以经由一个或多个传感器测量(通过其他方式确定)下列中的一项或多项：(1)通过电阻器812的电流，以获得电流测量；(2)跨电池820的电压，以获得电池电压测量；(3)跨外部总线818的电压，以获得总线电压测量；(4)跨电感器810的电压，以获得电感器电压测量；(5)跨开关804a、804b、804c、804d的电压，以获得开关电压测量；(6)电池电压测量与总线电压测量之间的差分电压测量等。

在步骤1306，多功能控制器802在控制一个或多个固态开关804a、804b、804c、804d时可选择地确定是否采用一种或多种pwm控制技术来实现例如电力传输的升压或降压电压调整。例如，如果电池820是能重新配置的电池组，则多功能控制器802可以被配置为经由多个固态开关实现电池820的输出电压的较小调整，其中，例如，经由多个能切换电池模块770提供电池820的输出电压的较大调整。

多功能控制器802可以基于步骤1304的测量(例如，根据与电池820、外部总线818等相关联的实时或近似实时的测量而调节电力传输)、来自更高级控制器822的指示等确定是否采用一种或多种pwm控制技术。如果多功能控制器802确定其将采用一种或多种pwm控制技术，过程1300则进行至步骤1308，否则，过程1300进行至步骤1310。

在步骤1308，多功能控制器802确定使用pwm控制技术控制固态开关804a、804b、804c、804d中的哪一个开关，并且对于使用pwm控制技术控制的各个开关，确定开关占空比来实现所需调整、电压等。

在步骤1310，多功能控制器802可选择地确定是否控制一个或多个固态开关804a、804b、804c、804d作为理想二极管。多功能控制器802可以基于步骤1304的测量(例如，提供仅充电或仅放电操作)、来自更高级控制器822的指示确定是否采用一种或多种pwm控制技术。如上所述，可以控制一个或多个固态开关804a、804b、804c、804d作为理想二极管，以(1)防止在仅放电操作期间电流流入电池820，并且(2)防止在仅充电操作期间从电池820流出电流。如果多功能控制器802确定将一个或多个固态开关804a、804b、804c、804d控制为理想二极管，则过程1300进行至步骤1312，否则，过程1300进行至步骤1314。

在步骤1312，多功能控制器802确定将固态开关804a、804b、804c、804d中的哪一个开关控制为理想二极管。

在步骤1314，多功能控制器802可以根据在步骤1304确定的一个或多个测量及在步骤1308和1312建立的设置(如适用)生成一个或多个开关命令804a、804b、804c、804d。

在步骤1316，多功能控制器802可以独立控制多个固态开关804a、804b、804c、804d中的每个开关，以对电池组820与外部总线818之间的电力传输进行调节。例如，多功能控制器802可以将在步骤1314生成的开关命令804a、804b、804c、804d通信至相关联的栅极驱动器804a、804b、804c、804d，以选择性地开路并且闭合固态开关804a、804b、804c、804d。

在步骤1318，多功能控制器802确定过程1300是否重复并且返回至步骤1304、或在步骤1320结束。例如，在用于在操作期间重复过程1300的情况下，多功能控制器802可以执行实时监测。

图14a和14b示出了可以采用的两种可替代的感测电阻器布置。图14a示出了其中通过单个电阻器812感测流经开关的全部电流的布置。具体地，当在非连续模式下操作降压-升压转换器824时，这可以提供升压或降压操作期间的更为精确的控制。图14b示出了具有两个单独电阻器812a、812b和两个单独的电流感测放大器816a、816b的布置，这能够使得系统以多功能控制器802上的额外感测电阻器、放大器、以及相关联的数据获取为代价而独立于流至外部总线818或从外部总线818流出的电流对流至电池810并且从电池820流出的电流进行感测。

在特定方面，通过消除开关804a、804b、804c、804d中的两个开关可以简化降压-升压开关布置，这仅能够实现pwm电流控制，以减少通过开关、但不增加的电压。当结合被重新配置为改变其电压的电池820使用时，2开关方案可以效率的一定损失及所需滤波容量增加为代价提供相似的功能。

尽管通常结合太阳能动力飞行器对各种太阳能和电池电力系统进行描述，然而，其几乎可以应用于需要能重新配置的电池系统的任何工业。此外，方法步骤的顺序或呈现并不旨在要求按照该顺序执行所陈述的步骤，除非明确规定具体顺序或通过其他方式从上下文清晰可见。由此，尽管已经示出并且描述了具体实施方式，然而，对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本公开的实质和范围的情况下，可以对此做出形式和细节上的各种改变和变形，并且各种改变和变形并不旨在构成由下列技术方案限定的本发明的一部分，通过法律所允许的广泛含义对下列技术方案进行解释，应当认识到，通过实施例、而非限制性方式规定上述所述方法和系统。多种变更、添加、省略、以及其他变形将对本领域普通技术人员显而易见。

本公开包括下列条款中描述的主题：

第1款.一种利用多功能电池开关将电池组(212，212a，820)选择性地连接至外部总线(818)的方法，多功能电池开关(800)包括与多个开关(804)操作性地耦接的多功能控制器(802)(802)(802)(802)，多个开关(804)与电阻器(812)和电感器(810)被布置成限定降压-升压转换器(824)，方法包括：

测量通过电阻器(812)的电流，以获得电流测量；

测量跨电池组(212，212a，820)的电压，以获得电池电压测量；

测量跨外部总线(818)的电压，以获得总线电压测量；

计算电池电压测量与总线电压测量之间的差分电压测量；

根据电流测量、电池电压测量、总线电压测量、以及差分电压测量，经由多功能控制器(802)生成一个或多个开关(804)命令(808)；并且

经由开关(804)命令(808)对多个开关(804)中的每个开关进行独立控制，以调节电池组(212，212a，820)与外部总线(818)之间的电力传输。

第2款.根据第1款所述的方法，其中，一个或多个开关命令(808)被配置为控制多个开关(804)以促进仅充电操作和仅放电操作。

第3款.根据第2款所述的方法，进一步包括下列步骤：使用至少一种脉冲宽度调制(pwm)控制技术对一个或多个开关命令(808)进行调制，以实现对电力传输的升压或降压电压调整。

第4款.根据第2款或第3款所述的方法，进一步包括下列步骤：控制多个开关(804)中的至少一个开关(804)操作为理想二极管，以(1)防止在仅放电操作期间电流流入电池组(212，212a，820)；并且(2)防止在仅充电操作期间电流从电池组(212，212a，820)流出。

第5款.根据任一前述条款所述的方法，其中，电池组(212，212a，820)是具有多个能切换电池模块(770)的能重新配置的电池组(212，212a，820)，多个能切换电池模块(770)被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串(766)，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块包括电池单元(772)和电池开关，

其中，电池开关(804)被配置为：(1)当电池开关(804)处于第一位置时，将电池单元(772)电连接至电池串(766)，以增加输出电压；并且(2)当电池开关(804)处于第二位置时，使电池单元(772)从电池串(766)电性旁路。

第6款.根据第5款所述的方法，进一步包括下列步骤：

经由多功能控制器(802)生成开关(804)命令(808)，以经由多个开关(804)实现对能重新配置的电池组(212，212a，820)的输出电压的精细调整；并且

对电池开关(804)进行控制，以经由多个能切换电池模块实现对能重新配置的电池组(212，212a，820)的输出电压的粗略调整。

第7款.一种用于将电池组(212，212a，820)选择性地连接至外部总线(818)的多功能电池开关(800)，多功能电池开关(800)包括：

多功能控制器(802)；

多个开关(804)，其中，多个开关(804)中的每个开关是经由来自多功能控制器(802)的开关(804)命令(808)独立控制的；

电感器(810)；以及

电阻器(812)，其中，电感器(810)、电阻器(812)、以及多个开关(804)被布置成限定降压-升压转换器(824)，以根据来自多功能控制器(802)的开关(804)命令(808)对电池组(212，212a，820)与外部总线(818)之间的电力传输进行选择性地调节。

第8款.根据第7款所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为控制多个开关(804)以促进仅充电操作和仅放电操作。

第9款.根据第7款和第8款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为使用一种或多种脉冲宽度调制(pwm)控制技术对多个开关(804)中的至少一个开关(804)进行控制，以实现对电力传输的升压或降压电压调整。

第10款.根据第7款至第9款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为控制多个开关(804)中的至少一个开关(804)操作为理想二极管。

第11款.根据第7款至第10款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为控制多个开关(804)中的至少一个开关(804)操作为理想二极管，以防止在仅放电操作期间电流流入电池组(212，212a，820)。

第12款.根据第7款至第11款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为控制多个开关(804)中的至少一个开关(804)操作为理想二极管，以防止在仅充电操作期间电流从电池组(212，212a，820)流出。

第13款.根据第7款至第12款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，多个开关(804)包括第一开关(804a)、第二开关(804b)、第三开关(804c)、以及第四开关(804d)。

第14款.根据第13款所述的多功能电池开关(800)，其中，第一开关(804a)(804)被配置为在电感器(810)的第一电感器(810)端子与电池组(212，212a，820)的第一电池端子之间传递电流并且第二开关(804b)(804)被配置为在电感器(810)的第一电感器(810)端子与电池组(212，212a，820)的第二电池端子之间传递电流。

第15款.根据第14款所述的多功能电池开关(800)，其中，第三开关(804c)(804)被配置为在电感器(810)的第二电感器(810)端子与外部总线(818)的第一总线端子之间传递电流并且第四开关(804d)(804)被配置为在电感器(810)的第二电感器(810)端子与外部总线(818)的第二总线端子之间传递电流。

第16款.根据第15款所述的多功能电池开关(800)，进一步包括放大器，以输出(1)通过电阻器(812)的电流测量或(2)跨电阻器(812)的电压测量。

第17款.根据第16款所述的多功能电池开关(800)，进一步包括放大器，以输出(1)跨电池组(212，212a，820)的电池电压与(2)跨外部总线(818)的总线电压之间的差分电压测量。

第18款.根据第17款所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)被配置为根据电流测量、电压测量、或差分电压测量生成开关(804)命令(808)。

第19款.根据第7款至第18款中任一项所述的多功能电池开关(800)，其中，电池组(212，212a，820)是具有多个能切换电池模块(770)的能重新配置的电池组(212，212a，820)，多个能切换电池模块(770)被串联地电性布置成限定具有能变化的输出电压的电池串(766)。

第20款.根据第19款所述的多功能电池开关(800)，其中，多功能控制器(802)(802)(802)(802)对降压-升压转换器(824)中的多个开关(804)进行控制，以实现对能重新配置的电池组(212，212a，820)的能变化的输出电压的精细调整。

第21款.一种用于对具有电池组控制器(730)的电池系统进行重新配置的方法，电池组控制器(730)操作地耦接至多个能切换电池模块(770)，多个能切换电池模块(770)被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串(766)，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块包括与其相关联的电池和电池开关(762)，每个电池开关被配置为将其电池选择性地连接至电池串(766)或使其电池旁路电池串(766)，方法包括：

控制主开关，以使电池串(766)从外部总线断开；

监测经过电池串(766)的电流量；

对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，一旦电流量小于预定的电流值，则根据预定的切换路线经由电池组控制器(730)将电池开关(762)配置成处于第一位置或第二位置，以使得输出电压与预定的目标输出电压大致相等；

其中，将电池开关(762)配置成处于第一位置使得电池与电池串(766)串联地电放置，以增加输出电压；并且

其中，将电池开关(762)配置成处于第二位置使得电池从电池串(766)电性旁路；

经由预充电开关(702)将电池串(766)连接至外部总线而执行预充电循环，其中，预充电开关(702)与电阻器串联地操作耦接，以限制流经预充电开关(702)的电流；并且

一旦预充电循环完成，则控制主开关将电池串(766)连接至外部总线而执行充电循环。

第22款.根据第21款所述的方法，其中，监测电流量的步骤包括：

测量流经电池串(766)的电流量；并且

将电流量与预定的电流值进行比较，以确定电流量是否小于预定的电流值。

第23款.根据第22款所述的方法，进一步包括下列步骤：如果电流量大于或等于预定的电流值并且预定的时间段已经流失，则输出错误信号。

第24款.根据第22款或第23款所述的方法，其中，如果电流量大于或等于预定的电流值并且预定的时间段未流失，则重复(a)测量电流量和(b)比较电流量的步骤。

25.根据第21款至第24款中任一项所述的方法，其中，预充电循环包括下列步骤：

确定外部总线的总线电压；

确定电池串(766)的输出电压；

计算总线电压与输出电压之间的电压差(δv)；并且

确定电压差(δv)是否满足一个或多个故障条件；

其中，如果电压差(δv)不满足一个或多个故障条件，则完成预充电循环。

26.根据第25款所述的方法，其中，如果(a)电压差(δv)大于第一预定电压，并且如果(b)(1)电压差(δv)的变化速率大于第二预定电压或(2)电压差(δv)大于第三预定电压，则满足一个或多个故障条件。

27.根据第26款所述的方法，其中，第一预定电压在5伏特与15伏特之间。

28.根据第27款所述的方法，其中，第二预定电压在2伏特与8伏特之间。

29.根据第27款所述的方法，其中，第三预定电压在50伏特与150伏特之间。

30.根据第25款所述的方法，其中，如果满足一个或多个故障条件并且预定的时间段未流逝，电池组控制器(730)则被配置为重复下列步骤：确定外部总线的总线电压；确定电池串(766)的输出电压；计算总线电压与输出电压之间的已更新电压差(δv)；并且确定已更新的电压差(δv)是否满足一个或多个故障条件。

31.一种能重新配置的电池系统，包括：

多个能切换电池模块(770)，被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串(766)，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块包括电池和电池开关(762)，其中，电池串(766)被配置为经由主开关或预充电开关(702)与外部总线电耦接；

电池组控制器(730)，对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，在使电池和电池串(766)串联地电放置的第一位置与使电池从电池串(766)电性旁路的第二位置之间选择性地切换电池开关(762)，其中，电池组控制器(730)被配置为执行下列步骤：

经由主开关使电池串(766)从外部总线断开；

监测流经电池串(766)的电流量；

对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，一旦电流量小于预定的电流值，则根据预定的切换路线经由电池组控制器(730)将电池开关(762)配置成处于第一位置或第二位置，以使得输出电压与预定的目标输出电压大致相等；

经由预充电开关(702)将电池串(766)连接至外部总线而执行预充电循环，其中，预充电开关(702)与电阻器串联地操作耦接，以限制流经预充电开关(702)的电流；并且

一旦预充电循环完成，则控制主开关将电池串(766)连接至外部总线而执行充电循环。

32.根据第31款所述的能重新配置的电池系统，其中，监测电流量的步骤包括：

测量流经电池串(766)的电流量；并且

将电流量与预定的电流值进行比较，以确定电流量是否小于预定的电流值。

33.根据第32款所述的能重新配置的电池系统，其中，如果电流量大于或等于预定的电流值并且预定的时间段已经流失，电池组控制器(730)则被配置为输出错误信号。

34.根据第32款所述的能重新配置的电池系统，其中，如果电流量大于或等于预定的电流值并且预定的时间段未流逝，则重复步骤(a)测量电流量和(b)比较电流量。

35.根据第31款至第34款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，预充电循环包括下列步骤：

确定外部总线的总线电压；

确定电池串(766)的输出电压；

计算总线电压与输出电压之间的电压差(δv)；并且

确定电压差(δv)是否满足一个或多个故障条件，其中，如果电压差(δv)不满足一个或多个故障条件，则预充电循环完成。

36.根据第35款所述的能重新配置的电池系统，其中，如果(a)电压差(δv)大于第一预定电压，并且如果(b)(1)电压差(δv)的变化速率大于第二预定电压或(2)电压差(δv)大于电阻器的第三估计电压降的预定百分比，则满足一个或多个故障条件。

37.根据第35款所述的能重新配置的电池系统，其中，如果满足一个或多个故障条件并且预定的时间段未流逝，电池组控制器(730)则被配置为重复下列步骤：确定外部总线的总线电压；确定电池串(766)的输出电压；计算总线电压与输出电压之间的已更新电压差(δv)；并且确定已更新的电压差(δv)是否满足一个或多个故障条件。

38.根据第31款至第37款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)是固态开关。

39.根据第38款所述的能重新配置的电池系统，其中，固态开关是金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或绝缘栅双极晶体管(igbt)。

40.根据第31款至第39款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)被配置成先断后通(bbm)布置。

第41款.一种用于对具有电池组控制器(730)的电池系统进行重新配置的方法，电池组控制器(730)操作地耦接至多个能切换电池模块(1,3,770)，多个能切换电池模块(1,3,770)被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串(766)，多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块包括与其相关联的电池和电池开关(762)，每个电池开关被配置为将其电池选择性地连接至电池串(766)或使其电池旁路电池串(766)，方法包括：

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池的健康状态(soh)；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池的开路电压(ocv)；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池的内电阻；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池开关(762)的操作性；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池的充电状态(soc)；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，确定电池的闭路电压(ccv)；

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，计算电池的比率参数，其中，比率参数等于soc除以ccv；并且

对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，至少部分基于电池的比率参数并且根据预定的切换路线而经由电池组控制器(730)将电池开关(762)配置成处于第一位置(762b)或第二位置(762a)，以使得输出电压与预定的目标输出电压大致相等；

其中，将电池开关(762)配置成处于第一位置(762b)使得电池与电池串(766)串联地电放置，以增加输出电压；并且

其中，将电池开关(762)配置成处于第二位置(762a)使得电池从电池串(766)电性旁路。

第42款.根据第41款所述的方法，其中，电池组控制器(730)被配置为对多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)进行独立切换，直至达到预定的目标输出电压。

第43款.根据第41款或第42款所述的方法，其中，当电池串(766)被充电时，电池组控制器(730)被配置为将多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)独立地切换至以具有最低比率参数的电池开始的第一位置(762b)。

第44款.根据第41款至第43款中任一项所述的方法，其中，当电池串(766)被放电时，电池组控制器(730)被配置为将多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)独立地切换至以具有最高比率参数的电池开始的第一位置(762b)。

第45款.根据第41款至第44款中任一项所述的方法，其中，对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，电池组控制器(730)被配置为至少部分基于电池的电压在第一位置(762b)与第二位置(762a)之间选择性地切换电池开关(762)。

第46款.根据第41款至第45款中任一项所述的方法，其中，对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，电池组控制器(730)被配置为在第一位置(762b)与第二位置(762a)之间选择性地切换电池开关(762)，以使输出电压误差最小化。

第47款.一种能重新配置的电池系统，包括：

多个能切换电池模块(770)，被串联地电性布置成限定限定输出电压的电池串(766)，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块包括电池和电池开关(762)；

其中，将电池开关(762)配置成处于第一位置(762b)使得电池与电池串(766)串联地电放置，以增加输出电压；并且

其中，将电池开关(762)配置成处于第二位置(762a)使得电池从电池串(766)电性旁路；

电池监控电路，操作地耦接至多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，其中，对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，电池监控电路被配置为监测电池的一个或多个参数；以及

电池组控制器(730)，对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，电池组控制器(730)操作地耦接至电池监控电路，以至少部分基于电池的一个或多个参数并且根据预定的切换路线在第一位置(762b)与第二位置(762a)之间选择性地切换电池开关(762)，以使得输出电压与预定的目标输出电压大致相等，其中，预定的切换路线包括下列步骤：

对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，确定电池的充电状态(soc)；

对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，确定电池的闭路电压(ccv)；并且

对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，确定电池的比率参数，其中，比率参数等于soc除以ccv；

其中，电池组控制器(730)被配置为根据比率参数对多个能切换电池模块(770)进行选择性地切换。

第48款.根据第47款所述的能重新配置的电池系统，其中，电池是锂聚合物电池。

第49款.根据第47款或第48款所述的能重新配置的电池系统，其中，预定切换路线进一步包括下列步骤：对于多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块，确定电池的温度。

第50款.根据第49款所述的能重新配置的电池系统，其中，如果其具有落在预定热操作范围之外的温度，电池组控制器(730)则被配置为旁路电池。

第51款.根据第50款所述的能重新配置的电池系统，其中，电池组控制器(730)被配置为通过将其相关联的电池开关(762)切换至第二位置(762a)而旁路电池。

第52款.根据第47款至第51款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)采用一个或多个固态开关来提供单刀双掷(spdt)切换功能。

第53款.根据第47款至第52款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，电池组控制器(730)被配置为对多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)进行独立切换，直至达到预定的目标输出电压。

第54款.根据第47款至第53款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，当电池串(766)被充电时，电池组控制器(730)被配置为将多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)独立地切换至以具有最低比率参数的电池开始的第一位置(762b)。

第55款.根据第47款至第54款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，当电池串(766)被放电时，电池组控制器(730)被配置为将多个能切换电池模块(770)中的每个能切换电池模块的电池开关(762)独立地切换至以具有最高比率参数的电池开始的第一位置(762b)。

第56款.根据第47款至第55款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，电池监控电路被配置为单独监测多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块的电池。

第57款.根据第47款至第56款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，一个或多个参数包括电池的开路电压(ocv)和闭路电压(ccv)。

第58款.根据第47款至第57款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，多个能切换电池模块(770)被布置成电池组，即，与第二电池组被串联地电性布置成限定电池组组件。

第59款.根据第47款至第58款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，电池组控制器(730)被配置为至少部分基于从太阳能电池阵列合并与切换单元(acsu)接收的指令控制多个能切换电池模块(1,3,770)。

第60款.根据第47款至第59款中任一项所述的能重新配置的电池系统，其中，对于多个能切换电池模块(1,3,770)中的每个能切换电池模块，电池组控制器(730)被配置为根据输出电压误差在第一位置(762b)与第二位置(762a)之间选择性地切换电池开关(762)。