，可能检测内部出现气体因而膨胀的故障电池。这可通过温 度测量、光纤和其它压力传感器、气体传感器及其它传感器进行，但这些传感器不必然必须 隔离。另一方法可以是感测压力或来自故障电池的气体。图19示出了实时光学压力传感 器。其使能高准确度地定位和隔离膨胀或鼓胀的电池。如图19中所示，光纤，其为玻璃（硅 石）或塑料光纤并具有由具有较低折射率的透明覆层材料包围的透明纤芯，使光能传输并 通过内部反射保持在纤芯中。前述光纤众所周知。单股光纤放在所有口袋电池和壳体容器 的外壳之间，并形成贯穿整个组的连续环路。当压力施加到光纤时，如电池膨胀，该变化将 导致通过这股光纤的信号的反射、波长和/或振幅变化。信号使用激光器或LED二极管产 生，当其到达光缆端部时，使用光检测器检测。由于光纤信号的速度，该信号被实时接收和 监测。基于光纤的长度，可能准确定位应变，其使用一般测量如温度、电压或电流并不总是 可能做到。这将变换为关于电池内的膨胀和变形的实时数据，因此用作其健康状态的另外 的指示。光学压力传感器和气体泄漏传感器对"纤芯交换功能"均不重要，但它们可用作整 个控制系统的一部分。
[0194] 因此，主控制器从储能装置测量结果（如电压和电流）及外部输入（如压力传感 器、废气传感器和温度）进行切换决策。内部数据从能源模块、固件算法等实时获得，外部 数据通过到其它传感器系统的直接连接或经外部通信接口如汽车工业的CAN端口或公用 工业的SCADA接口提供。这样，使用另外的或外部的传感器系统和/或控制接口可有助于 消除个别或多组电池单体或者在紧急情形下关闭系统的决策。因而，本发明可服务于任何 电池，及本发明的控制系统可适应另外的传感器和/或其它外部源或控制系统进行决策。
[0195] 图15示出了在能源模块组向负载放电时用于对其进行管理的算法的流程图。主 控制器将与外部应用接口连接（例如高尔夫推车应用：主控制器将与油门踏板和开/关开 关接口连接）。基于外部应用能量需求，主控制器将与其下面的管理层级（如并联串控制 器、串控制器等）一起工作以确定能源模块组内的内部储能装置的状态。假定有足够能量 用于应用运行，主控制器将继续与其下面的管理层级一起工作以配置最多带电的能源模块 向应用输出能量。如果在任何时间任一分组控制器检测到过热（高于储能装置制造商推荐 的额定温度）、过电压（高于推荐的电压）、或过电流（高于推荐从内部储能装置取得的电 流），将发出信号表明存在故障条件。控制器将一起工作以确保该不健康的特性（如温度或 电压偏离储能装置运行的预期温度或电压）被绕过从而使应用能以其余功能能源模块继 续。
[0196] 只要有足够的具有足够存储的能量的能源模块可配置成满足应用需求，主控制器 将使应用继续运行。在整个放电阶段期间，主控制器将尝试与下面的管理层级一起工作以 确保用于应用的能量输出在能源模块之间均匀分布。这将确保能源模块随着应用运行将接 近一样的能级。当所有能源模块的能级达到储能装置制造商确定的低限时，主控制器还可 继续运行应用，但具有降低的性能。这在某些应用如具有低能量的高尔夫推车中是有利的。 在该应用中，用户想要继续以降低的速度运行以使他/她能回到充电站。如果在不从内部 储能装置过度取得能量（这将导致损害储能装置）的情形下应用不再能运行，主控制器将 禁止应用直到充电源可对能源模块组再充电为止。
[0197] 图16示出了在能源模块组从能源充电时用于对其进行管理的算法的流程图。与 能源模块的放电类似，主控制器将与输入能源接口连接。主控制器将确定能源为AC还是DC 及在AC输入情形下确定什么量值和相位或者在DC输入情形下仅确定量值。如果能源模块 可配置成容纳进入的能源，主控制器将与其下面的管理层级一起工作以配置能源模块接受 输入能源。
[0198] 之后，主控制器将通过将输入能源切入配置的能源模块组而使能输入能源。主控 制器和下面的管理层级将经常重配置能源模块以调节来自输入源的能量。主控制器和下面 的管理层级将一起工作以确保进入的能量在能源模块内的健康内部储能装置之间均匀分 布。这将继续，直到能源模块内的所有储能装置均被充电到制造商推荐的全电势为止。同 样，在放电描述中提及的过热、过电压和过电流故障条件将以同样的方式检测和处理。如果 能源模块被检测到具有出故障的内部储能装置，主控制器将尝试通过隔离和限制任何出故 障的能源模块的使用而继续能源模块组的运行。
[0199] 该系统基于与数模转换器一样的原理产生AC输出，其中各个电池单体被堆叠以 产生正弦波输出。该过程的切换控制至关重要，因而导致软件算法很重要。电池单体通过 切换和控制能源模块分组内的能源模块的配置进行连接。图17示出了 EM-AP配置，示出了 9个可能的输出水平，当定时和配置成输出适当电压时，其从能源模块分组的输出端子形成 正弦波。在该图中所示的例子中，这利用4个储能装置进行，然而，任何数量的储能装置可 用于增加正弦波的电压量值。显然，通过简单地控制开关的定时，正弦波也可具有所需频 率。在该方法中，可变频率通过控制切换实现，从而可产生任何频率（即60Hz、50Hz等）。 通过控制切换和根据所选储能装置的说明书仔细管理充电和放电过程，充电和放电可在不 损害电池的情形下进行。这样，该方法可有助于标准化和认证。以前，一旦电源被认证，其 不能改变。因而，本发明将减少对外部能量控制器如电动机控制器和逆变器的需要。由于 改变频率和电压的能力，本发明可消除对电动机控制器或其它感应负载的需要、消除对外 部充电器、充电站和或专用充电基础设施的需要、及可消除对充电控制装置的需要。
[0200] 当前系统不容许非执行/故障电池。这意味着单一电池单体故障通常导致整个串 断开连接，结果是失去系统功能，从而导致需要更换整个组。使用本发明，仅在软件中完全 "换出"或不使用坏电池单体的能力是可能的。由于该能力，每一个体电池单体的寿命可延 长，因此整个系统的寿命和可靠性增加。该系统还可从电池组排除有缺陷的电池并报告所 有前述故障条件以进行适当的校正行动。这说明金字塔型切换结构用于电池管理的应用。
[0201] 作为例子，考虑使用上面提及的具有9个电池的金字塔型系统。如果电池1处于 100 %充电状态，电池2处于88%，其余电池处于90%，则可控制使用"较低"电池的时间 量。也就是说，包含具有较低充电状态的储能装置的能源模块将从电池组切出，且其利用少 于具有较高电荷的储能装置的能源模块。这种情形继续，直到最低电荷的能源模块不再最 低电荷为止。继续以这种方式运行将使应用的能量需求由最高电荷能源模块提供直到能源 模块变成均衡为止。该均衡算法将每一储能装置的电压、温度、和工作电流取作输入并输出 电池健康指数和可用能量。使用输出的信息，管理算法对电池排序并将它们纳入有组织的 位置以使整个"电源"（电池组）的健康和寿命最大化。类似地，可添加另外的传感器以帮 助核心控制和管理系统如气体监测、电池膨胀等。
[0202] 图1示出了另外的隔离的开关15和16的选择，其在电池组中提供故障保护的方 法以在故障之后使能电池组功能。图1中所示的电路由两个另外的机械开关组成，其用在 需要另外的故障保护的应用中。在该配置中，任何能源模块可被完全去除，而仅使用电池组 的其余部分。这些另外的开关从辅助电源供电且常闭（以降低功耗）。两个机械开关由与 电池单体串联的开关和另一绕过整个倒相H桥的开关组成。这将确保在倒相H桥模块内的 任何开关发生故障时，电池仍可被隔离并使给定串中连接的其余能源模块继续运行，直到 出现故障的能源模块被处理为止。
[0203] 本发明提供通信协议以使能动态可重配置的储能装置。如果随后的方法未被采 用，前面提及的能力则不可能。定时是本发明功能的重要组成部分。例如，如果在单一电池 单体断开的同时开关也被断开，全组电压将跨单一开关存在，因此导致系统故障。定时问题 由先前详细描述的管理体系结构部分处理。在本系统内，将增加延时以滤及能源模块的增 加。另外，定时闸门必须由主控制器采用以确保每一随后的控制器（导控器、协调器等）处 于同一时间表并通信。协议将具有长和短包，其中长包传递重要信息，短包尽可能快地传递 信息。
[0204] 长包将按如下起作用：
[0205] 主控制器
[0206] 1、包的末尾
[0207] a、确保发送包时每一个均复位。
[0208] 2、模块标识符
[0209] a、这是管理器给予模块的序号。
[0210] b、2 字节。
[0211] 3、长包代码
[0212] a、2-4 字节
[0213] 4、发送的字节数
[0214] a、l 字节
[0215] 5、日期/时间
[0216] a、4 字节
[0217] b、这仅在电池具有RTC时重要
[0218] 6、动作代码
[0219] a、读数据
[0220] b、写数据
[0221] c、报告状态
[0222] d、切断电池
[0223] e、切断模块
[0224] f、读临时文件
[0225] g、读电压
[0226] h、读电流
[0227] i、读 SOC
[0228] j、复位同步计数
[0229] k、读同步计数
[0230] 1、重新发送上一消息
[0231] 7、用于动作代码的数据，如果有的话
[0232] 8、校验和或散列
[0233] 9、包的末尾
[0234] 从
[0235] I、发送的字节数
[0236] a、1 字节
[0237] 2、确认动作代码
[0238] 3、要报告的数据
[0239] 4、校验和或散列
[0240] 5、包的末尾
[0241] 短包描述
[0242] 主控制器
[0243] 1、模块标识符
[0244] 2、短包代码
[0245] a、1-2 字节
[0246] 3、短动作代码
[0247] a、切断电池
[0248] b、切断模块
[0249] c、切断组
[0250] d、设定新金字塔位置
[0251] e、有效金字塔位置
[0252] f、设定金字塔的电池数量
[0253] 从
[0254] 1、管理器标识符
[0255] 2、短包代码
[0256] 3、确认
[0257] a、收到和实施消息
[0258] b、收到消息但不能实施
[0259] 动作代码描述
[0260] 下面为所有"长"动作代码的列表及它们做什么：
[0261] -读数据-(0x01):该代码将请求从主控制器到模块的数据以请求信息。这预留用 于一般数据。
[0262] -写数据-(0x02):如果在模块上发现一般数据不正确，则主控制器可改变或校正 数据。
[0263] -报告状态-(0x03):这将按主控制器的请求给出模块的当前状态报告。
[0264] a、返回代码
[0265] b、全部均 OK
[0266] c、具有低电池
[0267] d、不能产生所需电压
[0268] e、具有坏电池
[0269] -切断电池-(0x04):这将给予主控制器去除个别电池的能力。这应留给串决定， 因为模块具有所有信息。这预留用于紧急情况。
[0270] -切断模块-(0x05):这是切断串信号。这用于紧急情况或当需要关闭串时。在紧 急情况时最好使用短代码以使其更快关闭。
[0271] -读临时文件-(0x06):从串获得临时文件。这可由主控制器用于报告及仅在紧急 情况时起作用。
[0272] -读电压-(0x07):读串的全电压。这可在粗略估计多少电池应分配给串以获得组 电压时由主控制器使用。
[0273] -读电流-(0x08):获得串放电电流。这可以也可不实施。整个系统可在主控制器 层级（充电层级）或串层级具有电流读数。
[0274] -读S0C_(0x09):给予串S0C。这将帮助主控制器向模块"加载"正确量的电池以 达到所需电压。
[0275] -复位同步计数-(OxOA):所有串将保持当前同步计数的计数器。主控制器可针对 特殊情形复位同步计数。
[0276] -读同步计数-(OxOB):这给予主控制器查看串的当前同步计数的能力以确保它 们正确地同步。
[0277] -重新发送上一传送-(OxOF):如果校验和或散列不一致，则主控制器可请求另一 响应。
[0278] 下面为所有"短"动作代码的列表及它们做什么。短动作代码意为可以低延时传 递的快包：
[0279] -切断电池-(0x04):这将给予主控制器切断（停止使用）个别电池的能力。这应 留给模块决定，因为串具有所有信息。这预留用于紧急情况。
[0280] -切断模块-(0x05):这是切断串信号。这用于紧急情况或当需要关闭特定串时。
[0281] -切断组-(OxOC):该代码将广播给参与线路上的所有串以切断每一串。
[0282] -设定新金字塔位置-(OxOD):告诉串它们处于金字塔的什么位置。
[0283] -有效金字塔位置-(OxOE):这将返回串的有效位置以确认模块处于金字塔中的 正确位置。
[0284] -设定金字塔电池数-(0x10):这将告诉能源串，金字塔中多少电池将有效。例如， 如果该电池数为2,则模块中的11个电池一次至多2个接通。
[0285] -动作计数-(Oxll):这是将来在同步计数等于动作计数时新配置将变成的同步 计数。
[0286] -删除动作计数-(0x12):这将删除先前的动作计数，当前配置将不进行改变。
[0287] 从一电池组产生多个可变DC源或多相AC源的方法
[0288] 图18示出了本发明应用于产生多个可变DC源或多相AC源。为通过本发明产生 多个可变DC源，选择一串能源模块内的中点，该点之后建立为接地点。该接地点的右边，模 块可从+Vdc_A变化到-Vdc_A，而左边可从+Vdc_C切换到-Vdc_C以从公共参考点建立多 个可变DC源。在接地点上面和下面，分别获得下述电压 ：+￥(1(^到-Vdc_B、+Vck^^lJ -Vdc_D。在不损失一般性的情形下，可能使Vd_A的量值与Vdc_B、Vdc_C或Vdc_D的量值相 同或不同。
[0289] 该方法的示例应用包括：
[0290] a、每一轮上具有直接电动机驱动的四轮汽车，每一轮通过该硬件配置独立驱动。
[0291] b、具有多种不同电压需求的任何系统。
[0292] c、为产生三相AC源，Vss可用作中性线，Va、Vb和Vc中的能源模块可进行控制以 产生在每一 AC信号之间具有所需相位偏移的AC正弦波。
[0293] 利用故障-安全方法及另外的具有能源模块组的局部储能装置的应用例子
[0294] 作为例子，取五个能源模块串联连接的串作为图2所示的升级版。在该例子中，假 定每一能源模块具有锂电池用于其内部储能装置。在该例子中，每一能源模块具有另外的 局部储能装置和图6中提供的电路。简单地，每一能源模块的局部储能装置为电容器。如 果能源模块内的锂电池运行正常并具有