专利名称：多个电池单元的连接方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池(battery)，具体地说涉及包括多个电池单元(cell)的大容量蓄 电M (secondary battery)。
背景技术：
蓄电池是可再充电电池，而原电池(primary battery)是不能再充电的电池。锂 离子蓄电池呈现出高电压、高容量和低自放电，并且是便携式电能的普遍来源。但是与其它 类型的蓄电池相比，锂离子电池引起更大的安全危害。因此通常要求在电池管理单元(BMU) 下持续监控和控制其电流、电压、温度和一些其它参数。电池单元是能够存储电能的基本电化学单元，但是相对处理和环境压力并非必需 复原。电池包括至少一个电池单元，且物理地复原至足以经受合理的处理。这两个定义之 间有显著的重叠。在文献资料和在本公开中，词语“电池”和词语“电池单元”通常可互换 地使用。总的来说大容量电池包括并联连接以传递所需电流和串联连接以传递所需电压 的多个电池单元。在最简单的配置中，多个电池单元串联连接，比如能够在典型的手电筒中 找到。如果在特定电压要求更大的电流，则将另外的一串电池单元并联连接到第一组串联 连接的电池单元。图IA示出了现有技术的串联-并联连接的电池方案，其中串联连接的电池单元10 的几列11并联连接在正电压输出端12和负电压输出端13之间。在一列中的多个电池单 元建立所需的电压，且并联连接的多个列提供所需的电流。串联-并联配置保证除泄露电 流之外的电流在每个列都相等。因此，可以每列地监控和操纵电池内的电流分布，而不是每 个电池单元地监控和操纵。当在任意列中产生短路时，通过不包含短路的电池单元的所有 电池单元的内部电阻限制从其它列的电流的涌入。但是，在该配置中，需要单独地监控和平 衡每个电池单元的电压。现有技术的替代的并联-串联方案如图IB所示，其中多个电池单元10并联连接 以形成行15，并提供所需的电流。然后多个行15串联连接在正电压输出端和负电压输出端 之间以提供所需电压。在锂离子可再充电电池单元的并联-串联矩阵中，需要单独地监控 和平衡每一行的电压。在任意行15中的并联电池单元之间不保证均勻的电流，其中，例如， 电池单元阻抗可随着局部温度而变化。当在电池单元之一产生短路时，仅通过单个行中电 池单元的内部电阻限制从并联电池单元的电流的涌入。因此涌入电流大于图IA所示的串 联-并联配置的涌入电流。根据基本物理学，在每个隔离的串联中电流都固有地相等，而电压在每个并联连 接的行两端固有地相等。串联-并联配置和并联_串联配置每个具有上述两个物理定律中 的一个的优点，以分别简化电流和电压控制。但是，任一配置都不能简化电流和电压控制两 者。串联-并联配置要求对每个电池单元的电压控制，而并联-串联配置忍受缺乏对每个 电池单元的电流控制。在第三种配置(没有示出)中，独立地监控和控制在电池矩阵中每个电池单元的电压和电流，提供了复杂的方案。另外，作为所需要的多个控制器的结果，浪 费了更多能量。US 7，459,882 B2 (Morgan)涉及改进的可再充电电池，其包括连接在一起以对 每个电池单元、或每组或多组电池单元并联放电的多个电池单元(具有它们自己各自的 再充电输入端)以及将电池单元或电池单元的组连接到充电输入端的开关电路。在US 7, 394, 225 B2 (Guang等)中，多电池单元电池充电器涉及被以并联配置来配置，以提供恒 流充电。US 7，276，881 B2 (Okumura等)涉及用于防止电池单元过放电和过充电的保护方 法。US6，777，908 B2 (Thorne等)涉及平衡电池内的电池单元的电池单元平衡方法和设备， 其中以串联或以串联和并联的组合布置至少一些电池单元。US6, 735, 098 B2 (Hussein等) 涉及涌入电流限制电路、电源器件和功率转换器件。US 6，417，646 Bl (Huykoman等)涉及 保护多电池单元电池的单独电池单元避免过充电和收集数据以确定电池单元的健康状态 的电路。在US 6，160，375 (Horie等)中，涉及多个锂离子电池单元的串联布置，以均衡电 池单元电荷，其中在每个电池单元的正和负端子之间串联连接齐纳二极管和电阻器，以使 得当正电极结晶相(crystal phase)开始时电池单元的电荷均勻。US 6，150，795 (Kutkut 等)涉及在串联连接的电池串中各对电池之间由模块以交错方式执行的电池电荷均衡。US 6，114, 835 (Price)涉及电荷平衡电路，其确定何时启动电荷平衡模式以在多电池单元电池 的至少两个电池单元中均衡电荷。US 6，043，628(Perelle等)涉及用于串联连接的电池单元的方法和控制，其 中每个电池单元与由控制激活并由测量产生的旁路相关联，以平衡充电和放电。在US 5，956，241 (LaCascio)中包括电池单元均衡电路的电池电源电路涉及保证多电池单元栈中 的每个电池单元以相等速率耗尽电荷。US 5，821，733 (Turnbull)涉及用于对多个串联连接 的电池单元充电的系统，该系统包括多个并联稳压器。US 5，773，159 (Beard)涉及包括串联 连接的多个锂电池单元的电池组，其中电压在利用在电池组内包含的电路的锂电池单元之 间失配。US 5, 666, 040 (Bourbeau)涉及电池监控和控制系统，其中电子模块连接到串联连 接的电池的端子以控制过电压、电压不足、温度过高和浮动电压。US5，650，240 (Rogers)涉 及用于至少两个电池单元的电池的多电池单元电池系统，其中可以对于多电池单元电池的 每个电池单元选择选择性旁路。US5，578，914(Morita)涉及电池充电系统，其被布置用于减 小旁路电容(bypasscapacity)以使能高电流充电操作。US 5, 206, 578 (Nor)涉及用于在电 池充电的同时的电池的监控电路，其中电池包括电池单元的串联连接以防止对电池单元的 损坏。在US 4，061，955 (Thomas等)中，公开了多电池单元电池系统，其中每个电池单元具 有单独的保护性电路且其中对于过充电和充电不足监控每个电池单元，且旁路电路用于从 电池单元的串联连接除去坏的电池单元。US 3，872，457 (Ray等)涉及电池的自监控系统， 其扫描单独的电池单元以检测有故障的电池单元。存在对简化电流和电压两者的监控和控制的电池连接方案的需求，本发明解决这 一需要。更具体地说，期望一种保证电流均勻性，减小涌入电流，简化电池单元平衡和便利 于短路检测的新颖的方案。
发明内容
本发明的目的是提供具有自发的行内电压平衡机制的串联-并联连接电池单元的矩阵，从而不需要在每个串联中单独地监控和控制行内电压。本发明的另一目的是提供具有足够的行内隔离的并联-串联连接的电池单元的 矩阵，从而电流在每个串联中都近似地相等，可以在串联之间监控和控制电流分布，可以为 未决故障的征兆单独监控每个电池单元，以及当电池单元遭受内部短路时减小涌入电流。通过新颖的“硬串联软并联”连接方案实现上述目的，其中硬连接指的是具有可忽 略的电阻的连接，而软连接指的是具有可感知的(appreciable)电阻的连接，遵循在静电 放电(EDS)控制领域中使用的惯例。新颖的配置组合串联-并联和并联-串联配置的特征 和优点。如果缓冲电阻器具有无限电阻，则其退化为串联-并联配置。如果缓冲电阻器具 有零电阻，则其退化为并联-串联配置。在本发明的第一实施例中，一个或多个串联连接的电池并联连接在电池系统的负 和正端子之间，形成串联-并联电池配置。电池的每个串联具有连接在电池系统的负和正 端子之间的相同数目的电池，或电池单元，其中在每个串联中第一电池的负端子连接到电 池系统的负端子。在每个电池串联中的第二电池的负端子连接到第一电池的正端子。每个 串联的第三电池的负端子连接到每个串联的第二电池的正端子，且继续直到第η个电池的 负端子连接到第η-1个电池的正端子。在电池的串联连接中的第一电池的负端子连接到电 池系统的负端子，该电池系统的负端子转而连接到电池管理单元(BMU)。η个电池的串联连 接的第η个电池的正端子连接到电池系统的正端子，该电池系统的正端子转而连接到BMU。在这里被标注为缓冲电阻器的电阻器从每一个并联串联中的第一电池的正端子 连接到用于并联连接的电池串联中第一电池的第一测量节点27(图2)。缓冲电阻器连接 在电池的每一个并联串联中的第二电池的正端子和用于并联连接的电池的串联中的第二 电池的第二测量节点27之间。缓冲电阻器连接在每个电池串联的第三电池的正端子和第 三测量节点27之间，并持续到第η个电池，其中在每个串联中第η个电池的正端子直接连 接在一起以形成电池系统的正端子。每个缓冲电阻器具有电阻值，该电阻值足够大以在电 池单元产生严重的内部短路时限制涌入电流，并且足够大以限制在正常操作期间的列间电 流。因此，缓冲电阻值显著地高于缓冲电阻器连接到的电池的内部电阻。同时缓冲电阻器 值需要足够小，以维持在缓冲电阻器连接到的电池的并联列中的电池的行上的电压平衡。 如果电阻小于可接受的电压偏离除以可接受的连续平衡电流，则可以满足缓冲电阻器的电 阻值。例如，如果锂电池的工作电流是大约1Α，可接受的连续平衡电流小于1mA，且如果允 许IOmV的电压不平衡，那么缓冲电阻器的电阻可以是10mV/lmA = IOOhms的量级，这远大 于电池的内部电阻(其是0. IOhms的量级)。当发生内部电池短路时，IOOhms量级的电阻 比0. IOhms量级的电池的内部电阻可以更有效地限制涌入电流。第一、第二和第n-1测量节点27、负电池组端子24和正电池组端子25通过多路复 用器耦合到电池管理单元(BMU)，使得可以一次一行地测量电池电压。当在行上的所有电池 处于相等电压时，没有电流流过缓冲电阻器，且电压测量节点27对于行中的所有电池单元 是精确的。当电池电压在行上不同时，电流将流过缓冲电阻器，且在测量节点处的电压将是 行上的平均电压。在每个串联通过相同电阻值连接到测量节点的意义上，该配置是对称的。 没有明确的“主要”和“辅助”串联。当发生严重问题时(包括短路或电池的内部电阻的显 著增加)，测量节点的电压将从期望值显著改变，且BMU将测量电池系统的失衡。在本发明的另一实施例中，串联之一 38(图3)被选择为“主要”串联。因此所有
6其它串联39是“辅助”串联。串联的电池端子直接连接到测量节点；辅助串联的电池端子 通过缓冲电阻器连接到测量节点。与第一实施例相比，以对称性为代价，节省了 n-1个缓冲 电阻器。由BMU直接平衡主要串联。由主要串联，通过缓冲电阻器间接平衡其它串联。在本发明的另一实施例中，每个电池串联具有与电池串联连接的电流控制元件 50(图6)，其包括以下的一个或多个部件电流感应元件，和电流控制元件。电流感应元件 可以是电阻器，Hall传感器，或磁阻传感器。电流控制部件可以包括以下一个或多个部分 用于在装配或计划维护期间平衡电流分布的可调节电阻器；与低电阻电阻器并联的电子开 关(例如，CMOS门)，用于在列之间的电流分布的原处(in-situ)控制；和用于当检测到问 题时断开串联的开关。
将参考附图描述本发明。图IA是用于电池的串联-并联连接的现有技术的示意图；图IB是用于电池的并联-串联连接的现有技术的示意图；图2A是本发明的用于电池的对称硬串联、软并联混合连接的示意图，其中测量节 点由电池串联的多个列共享；图2B是本发明的示出在开路电压和电池的电荷状态之间的关系的图；图3是本发明的用于电池的非对称硬串联、软并联混合连接的示意图，其中测量 节点直接连接到电池的主要串联；图4A是本发明的耦合到对称硬串联软并联连接的电池系统的测量节点的电池管 理单元(BMU)的示意图；图4B是本发明的耦合到非对称硬串联软并联连接的电池系统的测量节点的电池 管理单元(BMU)的示意图；图5A是其中除了监控测量节点的电压之外还监控每个电池单元的电压的新颖的 对称硬串联软并联连接的电池系统的示意图；图5B是其中由BMU监控每个电池单元的电压的新颖的非对称硬串联软并联连接 的电池系统的示意图；图6是本发明的示意图，其中在串联-并联电池系统的每个串联中连接电流控制单元。
具体实施例方式现有技术中的串联-并联连接方案的特征在于在并联连接的串联之间的电隔离， 而现有技术中的并联-串联连接方案的特征在于在并联连接的串联之间的低电阻电连接。 “足够的电隔离”和“足够的电导通”的条件不是互相排斥的，因为要求电隔离的事件和要求 电连接的事件展现出彻底不同的时间常数。特别地，在延续几个小时或几分钟的正常充电 和放电期间，期望在列之间的电隔离。当电池单元产生内部短路时也期望在列之间的电隔 离。在该情况下，破坏性涌入电流持续几分钟或几秒钟。相反，仅为了电压平衡的目的而期 望在行上的电连接，所述电压平衡的时间常数的量级为几个月或几年。可以以中间的时间 常数进行每行上的连接，例如几天，从而实现足够的隔离和足够的导通两者。该新颖的配置的特征可以在于“硬串联、软并联”配置，其中硬连接指的是具有可忽略的电阻的连接，软连 接指的是具有可感知的电阻的连接。因为该新颖的配置结合了串联-并联和并联_串联配 置的期望的特征，其可以被称为“混合”配置。图2A所示的是本发明的第一实施例，其表示电池、或电池单元21的对称硬串联、 软并联布置20。电池21在电池系统的负24和正25端子之间串联连接的电池列22中连 接，且然后这些串联连接的电池列中的多个并联连接，形成跨越列的电池的行23。应该注 意，虽然图2示出四个串联连接的电池21的三个列22，但更通用的配置是η个串联连接的 电池的m个列，这在本发明的范围内。除了在连接到电池系统的正端子25的每个串联的正端之外，电阻器26连接到每 个电池21的每个正端子。每个电池行23的电阻器26进一步连接到测量节点27。在图2 中，η = 4，存在n-1 = 3个测量节点。每个测量节点27与正端子25和负端子24 —起耦合 到BMU，其监控和平衡在相继的节点或端子之间的电压，即，每个行23的电压。已知在现有 技术中，BMU典型地包括多路复用器(没有示出)，其允许使用单个模拟数字(A/D)转换器 来连续地监控多个行。BMU还可以建立分流路径，以对剩余电荷(excess charge)行进行排 放，或将剩余电荷传递到电荷不足的行。电阻器26具有高于电阻器连接到的每个单独的电 池21的内部电阻的电阻值，其中电池的内部电阻典型地是0. IOhms的量级。电阻器26的 电阻需要足够高以限制当电池短路时的涌入电流，并限制列间电流，以使得在列上正常操 作电流基本相等。还需要电阻器26的电阻值足够小，以允许列间电流维持在电池行23上 的电压平衡。锂离子电池21的列内工作电流典型地为1安培的量级，使得电池21相对于在相 同电池行23中的其它电池21保持平衡的全部要求是小于ImA的列间平衡电流。因此，如 果允许IOmV的平衡电压，那么可以允许电阻器26的值是大约lOOhms。该IOOhms的上限远 大于作为电池21的内部电阻的0. IOhm的下限。IOhm的中间值将提供用于涌入电流的足够 的势垒(barrier)，保持列内电流基本上相等，和保持列内电池电压以充足的余量平衡。应该注意，电压平衡的容差取决于电荷的状态和电池单元设计的化学性质。电荷 的状态是可用电荷相对于电池容量的比率。锂离子电池典型地展现出“坪(plateau)”，其 中电池电压是其电荷状态的弱函数，如图2B所示。电阻器26的最大可接受电阻被表示为 Rmax且由Rmax= ( Δ SOCX [k])/i计算，其中Δ SOC是电荷状态中的容差，i是电池21自 放电电流的范围，[k]是图2B中斜率的加权平均，且其中加权因数是电池21在相应的电荷 状态中将消耗的预期时间。还应该注意，电压平衡所需的列内电流小，因为列内平衡是自发的和连续的。相 反，行间电压平衡由BMU控制，通常具有非常低的占空比。特别地，大多数成品BMU仅在充 电期间，且仅在充电几乎完成时执行行间电压平衡。因此BMU设计者可能习惯于在新颖的 软并联连接中需要的大得多的平衡电流要求。缓冲电阻器26的电阻可以由替代的方法优化，该方法聚焦于行内电流的时间常 数。本领域技术人员理解电池单元展现出随着其电荷状态改变的电容。电容和电阻的乘积 定义电池单元和其缓冲电阻器的时间常数，其应该远大于在传统的并联-串联配置中涌入 电流的时间常数(典型地为几分钟)，并远小于可接受的自放电的时间常数(典型地为几个 月)。因此，缓冲电阻器26的电阻的可接受范围是非常宽的。
基于时间常数而不是电流设计缓冲电阻器26在列22不相等的情况下是特别方便 的。例如，电池系统可以物理地分布在不同的位置，所述不同位置中的一些具有比其它的更 多的可用空间。电池系统还可以由与一列或多列电力单元并联的一列或多列能量单元构 成。另外，可以将一列或多列电池单元添加到现有的电池组。在这些情况中，应该设计连接 到每个电池21的缓冲电阻器，以使得每个电池21与其一个或多个缓冲电阻器26 —起展现 出基本上相同的时间常数。缓冲电阻器限制它们连接到的电池21的耗散平衡电流。特别地，当BMU分流电池 的行以排放剩余电荷时，放电电流必然流过缓冲电阻器26。理想地，应该选择缓冲电阻器 26的电阻使得不需要附加的电流限制器来进一步减小行间电压平衡的速度。在每个列展 现出基本上相等的时间常数的意义上，第一实施例关于组端子24、25和测量节点27是对称 的。但是，应该注意，在顶部和底部行的电池(即，直接连接到组端子24或25的电池)的 时间常数是所有其它电池单元的时间常数的大约一半。该差异是由于每个串联的两端必须 直接连接以最小化电功率的传输损耗的事实。幸运地，缓冲电阻器的设计余量比上述事实 宽得多。因此，在电池组的两端都没有缓冲电阻器不会严重地损害顶部和底部行中的列内 隔罔。图3示出的是本发明的第二实施例，其中将多列中的一列直接连接到测量节点 27，而没有缓冲电阻器26。该列被称为“主要串联” 38。所有其它列通过缓冲电阻器26耦 合到测量节点27，如在第一实施例中那样。除了主要串联之外的列被称为“辅助串联” 39。 通过测量节点27直接监控和平衡在主要串联中电池21的电压，而不监控在辅助串联中的 电池21。通过主要串联，经由缓冲电阻器26间接地实现在辅助串联中的行间电压平衡。与第一实施例进行比较，第二实施例要求少n-1个的缓冲电阻器26。通常，该节省 不能单独作为其对称损失的正当理由，因为非对称使得控制复杂，特别在行间电压平衡方 面。当行间电压平衡涉及大的充电电流时(其在由电荷转移而不是损耗实现平衡时，和当 平衡展现出非常低的占空比时出现)，第二实施例比第一实施例更优选。在该情况下，行间 平衡电荷可以快速转移到主要串联38中的电池21，然后逐渐传播到辅助串联中的电池21 以最小化热损耗。当通过附加额外的电池单元列来扩展现有的电池组时第二实施例也是优 选的，因为该实施例对电池组需要较少的修改。在图4A中示出了耦合到BMU 42的本发明的第一实施例的示例。BMU连接到测量 节点27，其是通过将连接到电池的η到n-1行中的每一个电池的正电池端子的缓冲电阻器 26连接在一起而形成的。n= 1行的电池的负端子连接在一起以形成电池系统的负端子并 连接到BMU 42。第η行电池的正端子连接在一起以形成电池系统的正端子并连接到BMU 42。在图4Β中示出耦合到BMU的本发明的第二实施例的示例，其中，示出第二列(m = 2)是主要串联。但是，主要串联的物理位置是任意的。在图4A和图4B中，示出了电池21 或电池单元的硬串联、软并联布置，其中η = 4个电池硬串联连接，和m= 3个列软并联连接。为了清楚，省略了不受本发明影响的BMU管脚和连接，例如，到温度传感器的连 接、到电流传感器的连接和到充电/放电开关的连接。应该注意，在图4A和图4B中的BMU 连接都与传统的并联_串联配置中的相同。在第一实施例中，包括参数设置的电压监控和
9平衡算法可以与传统的并联-串联配置的相同。在第二实施例中，电压平衡算法和参数设 置可以与传统的并联-串联配置的略微不同，以解决在主要串联和辅助串联之间的逐渐均 衡。总的来说，可以将传统的并联-串联配置升级为新颖的硬串联、软并联配置而不需最小 限度的努力。在上述的前两个实施例中，不单独地监控软并联连接的电池单元。难以检测单个 电池单元的未决故障的征兆，例如自放电电流的增加，和直流电阻(DCR)或阻抗的改变，因 为在节点27进行测量而不直接在电池单元的端子上进行测量。在图5A中示出本发明的第 三实施例，其中第一实施例中的端子51连接到BMU，以使得可以测量单独的电池单元电压。 类似地，在图5B中示出本发明的第四实施例，其中第二实施例中的端子51连接到BMU，以使 得可以测量单独的电池单元电压。在图5A和图5B中，端子51都直接连接到BMU。本领域技术人员应该理解，可以并 行地同时、或通过多路复用顺序地测量这些电压，这可以在BMU外或BMU内执行。本领域技 术人员还应该理解代替电池单元电压，或除电池单元电压之外，可以由电流传感器监控到 或来自单独的电池单元的行内电流，该电流传感器可以是在端子51和BMU 42之间插入的 小电阻器，或位于端子51和BMU 42之间的电导线附近的远程传感器。还应该注意，在这里的图和说明是电池系统和相应的电池管理系统的示例。串联 的电池的数目η和并联的电池的列数m不限于在这里所示的任何附图的示例。本发明相对于传统并联-串联连接方案的主要优点在于在四个实施例的每一个 中，可在装配期间调整，或在应用期间控制在硬串联当中的电流分布。在图6中示出本发明 的第五实施例的示意性图，其中在第一实施例中的每个电池单元列中插入控制单元50。虽 然如图所示，控制单元50连接在负端子43和电池单元的η = 1行之间，应该注意，控制单 元50可以被插入在串联中的任意位置。还应该注意，控制单元50可以被类似地插入在第 二、第三、第四实施例中。控制单元50本质上是可变电阻器，其可以在装配和维护期间手动 地调节，或在应用期间自动地控制。控制单元50由一个或多个下列元件组成i)便宜但在 诊断中有用的开关、继电器、或触点，且其允许在一个串联故障的情况，电池组以减小的电 容工作；ii)可以由温度或电流激活的熔丝，其中该熔丝可以或不可以被复位。熔丝保护串 联免于过载，或以过高温度操作；iii)其中电阻随温度单调地、可逆地和非线性增加的正 热系数(PTC)器件。PTC可以偏置电池单元内部电阻的负热系数，由此减小电流分布对电池 组内的热梯度的敏感性。PTC还用作可以静止(rest)的热熔丝；iv)低电阻可调电阻器，例 如一条导体，其电阻可通过并联添加导体来减小(例如，在条的表面上添加焊料，或将另外 的导体焊接到条)并可通过阻断导电路径来增大(例如，在条上打孔，或切断条的一部分)。 在装配和维护期间这是有用的；ν)电流传感器；和vi)电子开关(例如，CMOS器件)，其可 用于通过反馈控制来控制电流分布。控制单元50的设计和结构对于本领域技术人员来说 是非常灵活的。控制单元50必须极端可靠。单个故障将使一串联开路，并将其电流共享转移到其 它串联，由此使它们过载。控制单元50还必须展现出低功耗和热产生。应该做出努力以减 小或消除对不可靠的或热产生成分的需要。在装配之前，应该选择并分组电池单元21，以使 得电容C在相同串联22中的所有电池单元21当中基本相等。在设计时，所有串联22的内 部电阻R和电容C的RC乘积在整个矩阵中必须相等。必须在装配和维护期间确认RC的相等。注意，内部电阻R随温度改变，且在电池组内的温度不均勻。电池及其热控制系统应当 被设计为使得每个串联的平均温度保持相等。这将最小化电池组温度改变对电流分布的影 响。 虽然已经参考其优选实施例特别地示出和描述了本发明，本领域技术人员将理解 在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可在出形式和细节上作出多种修改。
权利要求
一种电池管理系统，包括a)串联 并联电池系统，进一步包括m个列，其中每一列包括在电池系统的负端子和正端子之间串联连接的n个电池；b)与m个列的每一列中的n 1个电池对应的n 1个测量节点，其中缓冲电阻器从位于m个列中的n＝1的电池的每一个的正端子连接到n＝1的测量节点，所述缓冲电阻器从m个列中的每个n＝2的电池的正端子连接到n＝2的测量节点，并以类似方式继续直到所述缓冲电阻器从m个列中的每个n 1的电池的正端子连接到n 1的测量节点；c)在m个列中第n个电池的所述正电池端子耦合到电池系统的正端子，且在m个列中n＝1的电池的负端子耦合到电池系统的负端子；和d)所述n＝1到n 1的测量节点提供电池系统性能的测量并检测所述电池系统的故障。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述串联-并联电池系统进一步包括在m个列的每 一个中的控制单元，用于在m个列当中调整电流分布。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述控制单元进一步包括监控电流的电流传感器， 和由电池管理单元(BMU)控制以断开m列电池的故障列的开关。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述BMU监控电池系统中每个电池的电压。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述缓冲电阻器耦合到m-1列电池，且第m列中的 电池直接耦合到测量节点。
6.如权利要求1所述的系统，其中，选择并分组所述电池，以使得在相同列中的电池具 有大致相同的电容，且电池的电容和内部电阻的乘积在电池系统的列当中大致相等。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述电池系统进一步包括布置为使得在每个列中 电池的平均温度大致相等的封装和冷却。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述缓冲电阻器在电阻值上大于缓冲电阻器连接 到的电池的内部电阻，在电阻值上足够大以限制涌入电流，且在电阻值上足够小以允许列 间电流维持在位于m个列中的电池的行上的电压平衡。
9.一种用于管理串联-并联电池系统的性能的方法，包括a)由在串联-并联配置中连接的m列和η行电池单元形成电池，其中在m个列中的电 池单元串联连接在电池的正端子和负端子之间；b)形成n-1个测量节点，其中在电池单元的行的每一列中的电池单元的正端子通过缓 冲电阻器连接到所述测量节点之一，其中所述测量节点之一表示所述行；c)连接所述n-1个测量节点到电池管理单元(BMU)，所述电池管理单元选择要测量的 所述测量节点；d)在m列电池单元的每一列中插入控制单元；和e)用所述控制单元在m个列的每一列中测量电流，以在所述m个列当中调整电流分布。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述控制单元进一步包括监控电流的电流传感器 和由BMU控制以断开m列电池单元的故障列的开关。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述缓冲电阻器具有大于电池单元的内部电阻的 电阻，具有足够大以限制涌入电流的电阻值，并在电阻值上足够小以允许列间电流流动以 维持m个列中的电池单元的所述行上的电压平衡。
12.如权利要求9所述的方法，其中，所述缓冲电阻器耦合到m-1列电池单元，且第m列 电池单元直接耦合到所述测量节点。
13.如权利要求9所述的方法，其中，选择并分组所述电池单元以使得在m个列的相同 列中的电池单元具有相同电容，且电池单元电容和电池单元内部电阻的乘积在m个列当中 大致相等。
14.如权利要求9所述的方法，其中，所述电池进一步包括封装和冷却，以使得在每一 列中所述电池单元的平均温度大致相等。
15.如权利要求9所述的方法，其中，所述BMU监控m列电池单元的每个电池单元的电压。
全文摘要
串联-并联电池系统，具有耦合到电池或电池单元的每个结点的缓冲电阻器。在相同行上的缓冲电阻器耦合到测量节点。电池系统的端子和测量节点被作为耦合到传统电池管理单元的测量点。缓冲电阻器提供用于限制涌入电流的装置和用于维持在电池的并联列中的电池的行上的电压平衡的装置。与电池的每个串联串联的控制单元监控串联中的电流，并包括当电流超过一组预定电流级别时禁止列的开关。
文档编号H01M10/42GK101944641SQ20091025381
公开日2011年1月12日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年7月6日
发明者朱立彦 申请人:新能源科技有限公司