专利名称：连接的电能存储单元的电压监控的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于充电和平衡串联堆叠连接的能量存储单元的电压的电路，并且，更具体地，涉及用于监控模块的多个独立可再充电单元的电压的电路。
背景技术：
能量存储装置通常被构造为串联连接的多个独立单元。串联连接的单元可以设置在模块中，使得模块提供比可从每个独立单元获得的额定工作电压更高的额定工作电压。当对模块充电时，不同的接受电荷的速率会导致一些单元具有高于其他单元的电压。类似地，独立单元可具有不同的放电特性和内部泄露电流，导致在放电周期期间和在模块不使用(例如，存储时期)期间独立单元上的电压差。由于至少以下两个相关的原因，跨接在同一模块的多个单元上的电压差是有问题的。
首先，电压差可导致一些单元被充电到高于额定电压。单元上的过多的电压(过压)会缩短单元寿命，从而，缩短模块的寿命。过压还可以导致单元(从而导致模块)的灾难性故障。为了避免这种故障，许多模块的制造商通过将最大的模块额定电压设置到多个构成单元的额定电压的总和之下来提供安全容限。该方法降低了模块的能量容量。此外，在模块的使用寿命期间，电压差会累积，最终在模块被充电时导致过压。因此设置适当小的安全容限并不是安全的解决方案。
其次，一些单元上的过压可导致在其他单元中低于平均电压(欠压)。于是，具有低电压的单元接受较少的能量并且利用不足，也导致模块的较低的存储能量容量。
由此可见，理想地，模块的所有单元都应该相同，以使得所有单元都以相同的速率接受和释放电荷，并且具有彼此紧密跟踪的电压。然而，实际上，每个单元的单元特性都可能显著地不同。当单元没有相互“匹配”时，尤其如此。在模块制造过程中，匹配模块的单元是额外的步骤，其增加了模块的成本。此外，原始匹配几乎未曾完美过；并且越接近指定的匹配，匹配步骤变得越昂贵。同等重要的是，由于随着充-放电循环和实足年龄而导致的日益增加的其性能特性的分散性，甚至紧密匹配的单元可能会不同地老化。
为了减少与独立单元的电压不平衡相关的问题，一些模块采用电压平衡器(也称作电压均衡器)跨接在单元上。这些装置有助于使单元间的电压变化保持较低。本领域中已知的电压均衡器包括回扫电路、并联电路、以及开关电容器电路。
电压均衡器的存在不一定防止单元过压。例如，整个模块仍然可被过度充电，导致过压被平均地跨接分布在模块的所有单元上。这在从具有相对较高的电压的单元除去电荷并将除去的电荷转移到具有相对较低的电压的单元的电压均衡器的情况下尤其如此。一些回扫电路均衡器和开关电容器均衡器典型地是这种情况。
在一些应用中，为了减小单元过压的可能性，以及其他原因，可以使用连接至每个独立单元的电压监控电路来监控独立单元电压。电压监控可单独使用，或与电压均衡一起使用。例如，一些并联电压均衡器包括控制跨接独立单元的并联连接(分路)的电压监控器。当单元电压超过某一预置电平时，跨接单元两端的分路被激活，限制流入该单元的电流，或者从该单元吸收电流。但是电压均衡器电路中的电压监控限于与单个的参考阈值进行比较。此外，已知的电压均衡器确实包括用于独立单元的电压监控电路，并且/或者不提供用于读取单元电压的输出。因此，出现了即使在电压均衡器已经存在的情况下的应用中也包括用于监控独立单元的电压的电路的需要，但是，提供用于监控每个独立单元的电压的单独电路会是相当昂贵的，特别是在具有大量单元的模块的情况下。
因为总的模块电压可能比独立单元的电压高得多，所以提供用于监控模块的总电压(即，单元的串联组合的组合电压)的单个电路没有解决独立单元的过压问题。例如，具有42伏和50伏的额定输出的模块已经可得到或不久将可得到。能够监控高模块电压的电路将需要具有较高额定电压的元件，这不利地影响监控电路的成本、其复杂性、以及精度。
因此，希望改进现有技术的限制。
发明内容
因此，存在能够用于监控串联组合的单元中的每个能量存储单元的电压的电路的需要，但是无需为每个单元构建单独的电路的附加花费。存在能够用于监控模块中的每个能量存储单元的电压的电路、并且不需要适用于总的模块电压的元件的另一个需要。
本发明包括电气装置，其包括至少一个电压均衡器和电压监控电路。至少一个电压均衡器可被配置以平衡串联连接的多个能量存储单元中的独立单元电压，并且电压监控电路可被配置以监控多个能量存储单元的子集的电压。子集包括比多个能量单元的所有单元少的单元。该装置可进一步包括多个能量存储单元，例如双层电容器单元。在一些示例性实施例中，当单元的子集的电压与参考电压交叉(cross)时，电压监控电路提供一个或多个指示。例如，当子集的电压超过第一参考电压时，电压监控电路可提供第一指示，并且当子集的电压超过第二参考电压时，提供第二指示。在其他示例性实施例中，电压监控电路提供子集的电压的实时指示。可以连续或频繁地(即以某一预定的时间间隔)提供实时指示。
在一个实施例中，电气装置包括至少一个电压均衡器，其被配置以平衡串联连接的多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，其被配置以监控多个能量存储单元的子集的电压，其中，子集包括比多个能量单元中的所有单元少的单元。电压监控电路能够在子集的电压与第一参考电压交叉时提供第一指示。电压监控电路进一步能够在子集的电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。电压监控电路能够在子集的电压超过第一参考电压时提供第一指示。电压监控电路进一步能够在子集的电压超过第二参考电压时提供第二指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时频繁的指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时连续的指示。单元可提供驱动运载工具的能量，其中，电压监控电路能够提供表示子集的电压的读数，电气装置进一步包括能够将该读数变换为运载工具的剩余驱动范围的估计。至少一个电压均衡器可以由单个电压均衡器构成。至少一个电压均衡器可包括多个电压均衡器。至少一个电压均衡器可以包括第一电压均衡器；以及该第一电压均衡器和电压监控电路可被构造为单个单元。多个电压均衡器中的每一个电压均衡器都可被配置来平衡多个能量存储单元中的两个相邻的单元的电压。多个能量存储单元可包括两个以上能量存储单元；并且电压监控电路可被配置来监控正好两个能量存储单元的电压。电压监控电路可由多个能量存储单元的子集的电压供电。电压监控电路可由比多个能量存储单元中的所有单元少的单元的电压供电。至少一个电压均衡器可具有比电压监控电路汲取的电流所引入的不平衡大至少一个数量级的平衡能力。至少一个电压均衡器可具有超过由于由电压监控电路汲取的最大设计电流和在单元运行中可能出现的最大设计不平衡的总和引起的不平衡的平衡能力。至少一个电压均衡器可包括分路均衡器。至少一个电压均衡器可包括回扫均衡器。至少一个电压均衡器可包括开关电容均衡器。至少一个电压均衡器包括有源平衡器电路。至少一个电压均衡器可包括连接在一个能量存储单元的正极端和第二能量存储单元的负极端之间的平衡电路。
在一个实施例中，电子装置包括串联连接的多个能量存储单元；至少一个电压均衡器，被配置来平衡多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，被配置来监控多个能量存储单元的子集的电压，其中，子集包括比多个能量单元中的所有单元少的单元。多个能量存储单元中的每个单元都可包括双层电容器。电压监控电路能够在子集的电压与第一参考电压交叉时，提供第一指示。电压监控电路可进一步能够在子集的电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。电压监控电路能够在子集的电压超过第一参考电压时提供第一指示。电压监控电路进一步能够在子集的电压超过第二参考电压时提供第二指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时频繁指示。电压监控电路能够提供子集的电压的实时连续指示。电压监控电路能够提供表示子集的电压的读数，该电气装置进一步包括能够将该读数变换为该运载工具的剩余驱动范围的估计的电路。至少一个电压均衡器可包括单个电压均衡器。至少一个电压均衡器可包括多个电压均衡器。多个电压均衡器可包括第一电压均衡器；并且第一电压均衡器和电压监控电路可被构造为单个单元。多个电压均衡器中的每个电压均衡器都可被配置以平衡多个能量存储单元中的两个相邻的单元的电压。多个能量存储单元可包括两个以上能量存储单元；并且电压监控电路可被配置以监控正好两个能量存储单元的电压。电压监控电路可由多个能量存储单元的子集的电压供电。电压监控电路可由比多个能量存储单元的所有单元少的单元的电压供电。至少一个电压均衡器可具有比由电压监控电路汲取的电流所引入的不平衡大至少一个数量级的平衡能力。至少一个电压均衡器可具有超过由于由电压监控电路汲取的最大设计电流以及在单元运行中可能出现的最大设计不平衡的总和引起的不平衡的平衡能力。至少一个电压均衡器可包括分路均衡器。至少一个电压均衡器可包括回扫均衡器。至少一个电压均衡器包括开关电容器均衡器。
在一个实施例中，一种方法包括提供多个串联连接的能量存储单元；平衡多个能量存储单元的独立单元电压；以及监控多个能量存储单元的子集的电压，其中，子集包括比多个能量存储单元的所有单元少的单元。监控步骤可包括在子集的电压与第一参考电压交叉时提供第一指示。监控步骤可进一步包括在子集的电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。监控步骤可包括在子集的电压超过第一参考电压时提供第一指示。监控的步骤可进一步包括在子集的电压超过第二参考电压时提供第二指示。监控步骤可包括提供子集的电压的实时指示。监控的步骤可包括提供子集的电压的实时频繁的指示。监控的步骤可包括提供子集的电压的实时连续的指示。单元可提供驱动运载工具的能量，其中，监控的步骤包括提供表示子集的电压的读数，该方法进一步包括将该读数转换为运载工具的剩余驱动范围的估计。平衡步骤可包括使用单个电压均衡器来平衡独立单元电压。平衡步骤可包括使用多个电压均衡器来平衡独立单元电压。监控步骤可包括使用电压监控电路；其中，多个电压均衡器包括第一电压均衡器；以及其中，第一电压均衡器和电压监控电路被构造为单个单元。使用的步骤可包括使用多个电压均衡器中的每个电压均衡器来平衡多个能量存储单元中的两个相邻的单元的电压。提供的步骤可包括提供两个以上能量存储单元；以及监控步骤可包括监控正好两个能量存储单元的电压。监控步骤可包括使用由多个能量存储单元的子集的电压供电的监控电路。监控步骤可包括使用由比多个能量存储单元的所有单元少的单元的电压供电的电压监控电路。平衡步骤可包括使用具有比由电压监控电路汲取的电流引入的不平衡大至少一个数量级的平衡能力的电压均衡器。平衡步骤可包括使用具有超过由于由电压监控电路汲取的最大设计电流引起的不平衡和在单元运行过程中可能出现的最大设计不平衡的总和引起的不平衡的平衡能力的电压均衡器。平衡的步骤可包括使用分路均衡器。平衡的步骤可包括使用回扫均衡器。平衡步骤可包括使用开关电容器均衡器。多个能量存储单元中的每个能量存储单元都可包括双层电容器。
参照以下说明书、附图以及所附的权利要求，将会更好地理解本发明的这些和其他的特征和方面。
图1是根据本发明一个实施例的串联堆叠的能量存储单元、电压均衡器、以及电压监控电路的组合的高级(high-level)示意图；图2是根据本发明一个实施例的串联堆叠的能量存储单元、电压均衡器、以及电压监控电路的另一种组合的高级示意图；图3示出了根据本发明一个实施例的所选择的电压均衡器和电压监控电路的元件；以及图4是根据本发明一个实施例的串联堆叠的能量存储单元、多单元电压均衡器、以及电压监控电路的组合的高级示意图。
具体实施例方式
现在将详细参考附图中示出的本发明的几个实施例。附图或说明书中相同或相似的参考标号可用于表示相同或相似的部件。附图为简化形式，并且未按精确的比例。仅为方便和清楚的目的，方向术语(例如顶部、底部、左、右、上、下、在上方、在…之上、在下面、在…之下、后面、和前面)可参照附图使用。这些和类似的方向术语不应该被理解为以任何方式限制本发明的范围。
在该说明书中，词“实施例”和“变体”指的是特定装置或方法，不一定指的是相同的装置或方法。因此，在一处或上下文中所使用的“一个实施例”(或类似的表述)可表示特定装置或方法；在不同处的相同或类似的表述可表示不同的装置或方法。表述“可选实施例”和类似的措词被使用来表示多个可能的实施例中的一个。多个可能的实施例是不受限制的。词“耦合”、“连接”、以及具有其曲折(inflectional)词态的类似术语被互换地使用，除非指出了差别或从上下文中另外进行阐明。这些词和表述不一定表示直接连接，而是包括通过中间元件和装置的连接。词“模块”也可以与本领域中技术人员使用的其他术语互换使用以表示多个串联连接的能量存储单元。其他的限定和说明可散布于该文档的文本中。
图1是串联堆叠的能量存储单元、电压均衡器、以及电压监控电路的组合100的高级示意图。在该图中，六个能量存储单元105A～105F串联连接在正极端110A和负极端110B之间，使得端110A和110B之间的电势差近似等于每个独立单元105的电压的六倍。电压均衡器115A、115B、和115C连接至串联堆叠单元105，并且可运行以使得单元105的电压大约彼此均等。电压监控电路120连接在单元105C和105D的组合的两端，以监控这两个单元的组合电压。
本领域技术人员在研读该文档后应该认识到本发明不限于具有六个能量存储存储单元的应用，而是可以包括少于或多于六个单元。
在一个实施例中，单元105A～105F中的每一个都是双层电容器。(因为相对于其重量和体积来说它们的高电容，双层电容器也称作“超电容器”和“超级电容器”)。在可选实施例中，本发明可被应用于使用其他技术制造的能量存储单元(例如，常规电容器、以及二次(可再充电)电池(诸如铅酸、镍镉(NiCad)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子、以及锂聚合物单元)的电压监控。该列表是代表性的而不是排他性的。
在正常操作中，电压均衡器115运行以平衡独立单元105的电压。每个均衡器均可包括，例如，如在提交于#####的美国专利#########(其结合于此以供参考)中所描述的分路均衡器电路、回扫均衡器电路、开关电容器电路、或有源平衡电路。
如上所述，分路均衡器可使用跨接每个单元的分路连接；当单元的电压超过某一预置电平时，分路连接被激活。当激活时，分路连接可转移流入单元中的电流的一些或全部，或从单元汲取电流。以此方式，分路均衡器可防止单元电压的进一步上升或可以降低单元的电压。
回扫均衡器可包括具有初级线圈和多个基本相同的次级线圈的变压器。每个次级线圈都跨接多个独立单元中的一个。为了防止单元通过其相关的线圈放电，插入二极管与线圈串联。然后将用于为串联堆叠单元充电的电源通过开关连接至初级线圈。开关的状态由来自振荡器的交变信号控制。开关处于闭合状态时，电流流过初级线圈，并且磁能存储在变压器磁心中。当振荡器使开关断开时，磁能通过次级线圈从初级线圈“传递”到独立单元中。因为线圈是磁耦合的，因此更多能量流入到具有相对低的电压的单元中而不是流入到具有较高的电压的单元中。持续地断开和闭合开关，从而使得独立单元电压近似平衡。
在开关电容器均衡器中，电容器可在两个状态之间来回切换。在第一状态下，电容器跨接串联堆叠的两个相邻能量单元中的一个。在第二状态下，电容器跨接两个单元中的第二个。电容器由具有较高电压的单元充电，然后将电释放到具有较低电压的单元中。当以足够的速率切换电容器状态时，两个单元的电压达到基本相同的电压并且保持在这种状态。
下面转向电压监控电路120，可以多种方式实施该电路。在一些实施例中，电压监控电路120在被监控的电压超过预定或动态设定的阈值时，提供单一的指示。在其他实施例中，电路120提供对应于多个阈值的多个指示。(下面将参照图3描述一个这样的实施例)。电路120或与其连接的控制电路可在被监控的电压超过或降低到阈值之下时自动地引起采取一些动作。例如，电路120可接通和断开通过端110连接至堆叠的单元105的充电器。在其他实施例中，电路120提供出现在被监控的单元上的实际电压的连续或频繁的实时指示。指示可以是模拟或数字化的电压读数，或被映射为更容易被用户理解的另一个变量的电压读数。在电子或混合运载工具中，例如，电压读数可被转换为剩余驱动范围的估计。
应该指出，因为电压监控电路120只跨接单元105的串联组合的两个单元(105C和105D)，所以其元件通常不需要具有超过每个单元105的额定值两倍的额定电压。因此，可以避免较高的额定元件的需要。同时，电压监控电路120有效地监控串联单元堆叠中的每一个单元105上的电压。该结论是由于电压均衡器115的存在的必然结果，电压均衡器115运行以使得所有独立单元的电压达到近似的电压均等。
电压监控电路120确实消耗一些电力，但是用于其运行的能量来自于所有单元105A～105F(和/或来自于可连接至端120的充电电路)。只要电压均衡器105能够转移超过由电路120消耗的电荷，则独立单元105的电压将保持平衡。实际上，在典型的应用中，可潜在地由电压监控电路120引入的不平衡将比电压均衡器115的平衡能力至少小一个数量级。在一个特定实施例中，电压均衡器115的平衡能力超过由电路120消耗的最大设计电流以及在单元105运行期间会潜在地出现的最大设计不平衡的总和。
应该指出，电压监控电路120不需要正好连接在单元105的堆叠的中心。相反地，电路120可连接在堆叠中的任何地方(包括在堆叠的任一端)。因为在独立单元上的电压由均衡器115进行均衡，所以由电路120提供的读数或其他指示不应该随着具体位置而显著变化。类似地，电压监控电路120可跨接堆叠中任何数量的单元(包括单个单元)。
电压监控电路120可从由电路120监控的同一电压源汲取电流来运行。在图2中所示的可选实施例中，电路120从两个相邻的单元105C和105D汲取电流，但是监控独立单元(105C或105D)的电压。图2的组合200除了图1中示出的元件以外还包括在电压监控电路120和单元105C与105D之间的节点之间的连接。
在一些实施例中，将电压监控电路与电压均衡器中的一个一起实施。图3示出了一种这样的实施例300。六个能量存储单元305A～305F被排列为构成模块的串联堆叠。电压均衡器310A均衡单元305A和305B的电压，而电压均衡器310C均衡单元305E和305F的电压；类似的功能由电压均衡器310D和310F提供。图中所示的其余元件的大部分用于提供单元305C和305D的电压的电压均衡以及用于监控单元305C和305D的电压。
电阻器342和343横跨单元305C和单元305D构成分压器。分压器偏置电压比较装置340的同相输入端340B。因为这两个电阻器的额定值相同，因此输入端340B处的偏置电压是单元305C和305D的电压的平均值。用代数法对其进行表示，我们得到V340B=(V305C+V305D)2.]]>(注意在此处和以下的论述中，电压以单元305D的负极侧上的电平为基准)。电压比较装置340的反相输入端340C通过限流电阻器335连接至单元305C和305D的公共连接点，使得反相输入端340C处的电压基本上与单元305D的电压相同，即，V340C＝V305D。由此可见，当单元305D的电压小于单元305C和305D的平均电压时，装置340的输出端340A被驱动为高，反之驱动为低。因为只有在单元305D的电压低于305C的电压时，单元305D的电压才低于单元305C和305D的平均电压，所以取决于两个单元的相对电压，装置340的输出被驱动为高和低。换言之，(1)当V305C＞V305D时，V340A为高，以及(2)当V305C＜V305D时，V304A为低。
当V304A为高时，它正向偏置(通过电阻器337)开关晶体管332的基极-发射极结，使开关晶体管332导通。开关晶体管333保持截止状态，这是因为其基极-发射极结未正向偏置。晶体管332分流(通过限流电阻器331)单元305C，降低该单元的电压。
当V304A为低时，晶体管332和333的状态翻转晶体管332截止，而晶体管333导通(通过电阻器338)，分流单元305D并且降低该单元电压。
以此方式，晶体管332和333、电压比较装置340、以及电阻器331、335、337、338、342和343作为平衡单元305C和305D的电压的电压均衡器来工作。
接下来转向电压监控功能，电路300被设计为在单元305C和305D的组合电压超过第一电平时生成第一信号，以及在组合电压超过第二电平时，生成第二信号。通过可调整的精密调节器352和360(每个以电压监控结构连接)执行电压比较。由电阻器345和347构成的分压器偏置精密调节器352的参考输入端。当出现在该参考输入端的电压小于由调节器352的内部基准提供的电压时，调节器352处于非导通截止状态。电流不流过电阻器362或光电晶体管/光耦合器367的阳极和阴极之间。结果，光耦合器367保持截止状态，在端380B处的集电极开路输出保持高阻抗状态。相反地，当调节器352的参考输入端上的电压超过内部参考电压时，调节器352变成导通状态，通过电阻器362以及在光耦合器367的阳极和阴极之间汲取电流。然后光耦合器367导通，并且端380B过渡到低阻抗(接地)状态。
应该指出，在调节器352的参考输入端处的电压直接取决于驱动由电阻器345和347构成的分压器的电压，即，取决于单元305C和305D的组合电压。因此，调节器352、光耦合器367、以及这些器件周围的电阻器有效地起到电压监控电路的功能，该电压监控电路提供在两个单元的电压超过由调节器352的内部参考电压和由电阻器345和347的比值所确定的第一电平时激活的输出。
第二精密调节器360、第二光电晶体管/光耦合器370、以及这些器件周围的电阻器的运行并行于调节器352、光耦合器367、以及其电阻的运行。这些器件有效地起到第二电压监控电路的作用，该监控电路在单元305C和305D的组合电压超过第二电平时被激活的端308A处提供集电极开路输出。第二电平由调节器360的内部参考电压、以及电阻器355和357的比值确定。
下面的表1提供了电路300的一个可能的实施例的大部分元件的值或零件号。
表1使用表1的元件和值，现在让我们计算在端380A和380B处的输出被激活的阈值。从以上所述可见，当在电阻器345和347的连接点处的电压等于调节器352的内部参考电压时，达到第一电压阈值(其激活输出端380B)。假定单元305C和305D的电压基本相同(每个均等于Vcell)，我们得到以下方程(2·Vcell·R347R345+R347)=Vref]]>其中R345和R347分别表示电阻器345和347的电阻值，Vref是调节器352的内部参考电压。
重新整理这些项，我们得到下列方程，从该方程可计算在第一阈值(VT1)处的VcellVT1=Vref·(R345+R347)2·R347]]>当单元305C和305D的平均电压达到VT1时，在端380B处的输出被激活。类似地，当平均单元电压达到第二阈值电压(VT2)(其可从下列公式计算)时，在端380A处的输出被激活VT2=Vref·(R355+R357)2·R357]]>用在调节器352和360中的TL431/SO器件的额定内部基准被列为2.495伏。替换该值和上面的表1中给出的电阻器的值，我们得到
VT1=2.495·(26.7+24.9)2·24.9≈2.585v,]]>以及VT1=2.495·(28+24.9)2·24.9≈2.650v]]>虽然图1-3示出了作为分离器件的电压平衡器，但是这不是本发明的要求。实际上，可以将多个平衡器有利地构建为单个器件。图4示出了能量存储单元405、多单元电压平衡器415、以及电压监控电路420的堆叠组合400。
本文档相当详细地描述了用于监控串联连接的单元堆叠的电压的创造性电路和方法。这样做只是为了说明的目的。作为整体的本发明的具体实施例及其特征都不限制隐含于本发明中的一般原理。特别是，本发明不限于所描述的具体电路和/或元件、和/或其应用。在不脱离所阐述的本发明的精神和范围的情况下，此处描述的具体特征可用于一些实施例，但是不能用于另外一些中。可以对上述的公开进行许多其他的修改，本领域中普通技术人员应该理解，在一些实例中本发明的一些特征将在缺少其他特征的相应的应用的情况下被采用。因此，说明性的实例不限定本发明的边界和范围以及赋予本发明的合法保护，该功能由权利要求及其合法等同物提供。
权利要求
1.一种电气装置，包括至少一个电压均衡器，被配置为用于平衡串联连接的多个能量存储单元的独立单元电压；以及电压监控电路，被配置为用于监控所述多个能量存储单元的子集的电压，其中，所述子集包括比所述多个能量单元的所有单元少的单元。
2.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够在所述子集的所述电压与第一参考电压交叉时提供第一指示。
3.根据权利要求2所述的电气装置，其中，所述电压监控电路进一步能够在所述子集的所述电压与第二参考电压交叉时提供第二指示。
4.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够在所述子集的所述电压超过第一参考电压时提供第一指示。
5.根据权利要求4所述的电气装置，其中，所述电压监控电路进一步能够在所述子集的所述电压超过第二参考电压时提供第二指示。
6.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时指示。
7.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时的频繁指示。
8.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路能够提供所述子集的所述电压的实时的连续指示。
9.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述单元提供用于驱动运载工具的能量，所述电压监控电路能够提供表示所述子集的所述电压的读数，所述电气装置进一步包括能够将所述读数变换为所述运载工具的剩余驱动范围的估计的电路。
10.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器由单个电压均衡器构成。
11.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括多个电压均衡器。
12.根据权利要求11所述的电气装置，其中所述至少一个电压均衡器包括第一电压均衡器；以及所述第一电压均衡器和所述电压监控电路被构造为单个单元。
13.根据权利要求11所述的电气装置，其中，所述多个电压均衡器中的每个电压均衡器都被配置为用于平衡所述多个能量存储单元中的两个相邻单元的电压。
14.根据权利要求1所述的电气装置，其中所述多个能量存储单元包括两个以上的能量存储单元；以及所述电压监控电路被配置为用于监控正好两个能量存储单元的电压。
15.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路由所述多个能量存储单元的所述子集的所述电压供电。
16.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路由比所述多个能量存储单元的所有单元少的单元的电压供电。
17.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器具有比由所述电压监控电路汲取的电流所引入的不平衡大至少一个数量级的平衡能力。
18.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器具有超过由于由所述电压监控电路汲取的最大设计电流和在所述单元的运行过程中可能出现的最大设计不平衡的总和而引起的不平衡的平衡能力。
19.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括分路均衡器。
20.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括回扫均衡器。
21.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括开关电容器均衡器。
22.根据权利要求1所述的电气装置，进一步包括串联连接的所述多个能量存储单元。
23.根据权利要求22所述的电气装置，其中，所述多个能量存储单元中的每个单元包括双层电容器。
24.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电压监控电路包括光隔离的输出端，可在所述输出端处测量所述电压。
25.根据权利要求16所述的电气装置，其中，所述至少一个电压均衡器包括至少一个有源平衡电路。
26.根据权利要求25所述的电气装置，其中，所述至少一个有源平衡电路连接至一个能量存储单元的正极端和第二能量存储单元的负极端。
27.一种方法，包括提供串联连接的多个能量存储单元；平衡所述多个能量存储单元中的独立单元电压；以及监控所述多个能量存储单元的子集的电压，其中，所述子集包括比所述多个能量单元的所有单元少的单元。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述单元提供用于驱动运载工具的能量。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述平衡步骤包括使用多个电压均衡器来平衡所述独立单元电压。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述监控步骤包括使用电压监控电路；所述多个电压均衡器包括第一电压均衡器；以及所述第一电压均衡器和所述电压监控电路被构造为单个单元。
32.根据权利要求27所述的方法，其中，所述监控步骤包括使用由比所述多个能量存储单元的所有单元少的单元的电压供电的电压监控电路。
33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述平衡步骤包括使用分路均衡器。
34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述平衡步骤包括使用回扫均衡器。
35.根据权利要求29所述的方法，其中，所述平衡步骤包括使用开关电容器均衡器。
36.根据权利要求29所述的方法，其中，所述平衡步骤包括使用有源平衡电路。
37.根据权利要求27所述的方法，其中，所述多个能量存储单元中的每个能量存储单元都包括双层电容器。
38.一种电气装置，包括单元电压平衡装置，用于平衡多个能量存储单元的单元电压；以及单元电压监控装置，用于监控所述能量存储单元的电压。
39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述能量存储单元包括双层电容器。
全文摘要
一种电压监控电路被连接以监控比串联堆叠能量存储单元中的所有单元少的单元的电压。使用电压均衡器平衡在该堆叠中的独立单元电压，使得任何一个单元的电压或所选择的单元的组合的电压表示堆叠中的每个独立单元的电压。因此监控所选择的单元的电压可取代监控独立单元电压。电压监控电路可与电压均衡器中的一个结合在一起。在一个示例性的实施例中，每个能量存储单元都是双层电容器单元。
文档编号H02J7/14GK101048925SQ200580037156
公开日2007年10月3日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月27日
发明者盖伊·C·特拉普 申请人:麦斯韦尔技术股份有限公司