包括交流快速可充电电容器辅助电池的电池系统的制作方法

包括交流快速可充电电容器辅助电池的电池系统
1.引言本节中提供的信息旨在概括呈现本公开的背景。在本节中描述的程度上，目前命名的发明人的工作，以及在提交时可能不符合现有技术的描述的方面，既不明确也不隐含地被认为是针对本公开的现有技术。


背景技术：

2.本公开涉及用于车辆的电池系统，并且更特别地，涉及包括电容器辅助电池的电池系统。
3.混合动力车辆和电动车辆包括由电池系统供电并推进车辆的一个或多个马达。该电池系统可以在再生期间由另一车辆和/或由内燃发动机（对于混合动力车辆应用）使用公用电力来充电。在混合动力和/或电动车辆的操作期间，在车辆制动期间生成的电力可用于给车辆的电池系统再充电。马达不是使用机械制动器来制动车辆，而是作为发电机来操作，以制动车辆并生成用于给电池系统充电的电力。


技术实现要素：

4.一种电容器辅助电池模块，包括具有阳极和阴极的第一二极管。第二二极管包括阳极和阴极。第一二极管的阳极在第一节点处连接到第二二极管的阴极。第一电容器辅助电池（cab）块包括正极端子、负极端子和n个cab，其中n是大于零的整数。第一cab块的正极端子连接到第一二极管的阴极。第二电容器辅助电池（cab）块包括正极端子、负极端子和n个cab，其中第二cab块的负极端子连接到第二二极管的阳极。第一cab块的负极端子和第二cab块的正极端子连接到第二节点。
5.在其他特征中，第一节点被配置成连接到ac源的第一端子。第二节点被配置成连接到ac源的第二端子。第一cab块的n个cab中的每一个包括电容器和与电容器并联连接的电池。n大于1。n大于1，并且其中第一cab块的n个cab串联连接。n大于1，并且其中第一cab块的n个cab并联连接。
6.在其他特征中，d个第一二极管与第一二极管并联连接，其中d是大于零的整数。d个第二二极管与第二二极管并联连接。
7.一种电池系统，包括m个权利要求1的电容器辅助电池模块。m个电容器辅助电池模块中的第一者的第一节点被配置成连接到ac源的第一端子。所述m个电容器辅助电池模块中的第二者至第m者的第一节点分别连接到所述m个电容器辅助电池模块中的第一者至第m-1者的第二节点。所述m个电容器辅助电池模块中的第m者的第二节点被配置成连接到ac源的第二端子。
8.在其他特征中，电容器包括锂离子电容器。电池包括锂离子电池。
9.一种电容器辅助电池模块，包括ac开关，该ac开关包括第一节点和d个二极管。d个第一二极管的阳极连接到第一节点，并且，其中d是大于零的整数。d个第二二极管的阴极连接到第一节点。第一电容器辅助电池（cab）块包括正极端子、负极端子和n个cab，其中n是大
于零的整数。第一cab块的正极端子连接到d个第一二极管的阴极。第二电容器辅助电池（cab）块包括正极端子、负极端子和n个cab，其中第二cab块的负极端子连接到d个第二二极管的阳极。第一cab块的负极端子和第二cab块的正极端子连接到第二节点。
10.在其他特征中，第一节点被配置成连接到ac源的第一端子。第二节点被配置成连接到ac源的第二端子。第一cab块的n个cab中的每一者包括电容器和与电容器并联连接的电池。n大于1。n大于1，并且第一cab块的n个cab串联连接。
11.在其他特征中，n大于1，并且其中第一cab块的n个cab并联连接。d个第一二极管与第一二极管并联连接，其中d是大于零的整数。d个第二二极管与第二二极管并联连接。
12.电池系统包括m个电容器辅助电池模块。所述m个电容器辅助电池模块中的第一者的第一节点被配置成连接到ac源的第一端子。所述m个电容器辅助电池模块中的第二者至第m者的第一节点分别连接到m个电容器辅助电池模块中的第一者至第m-1者的第二节点。所述m个电容器辅助电池模块中的第m者的第二节点被配置成连接到ac源的第二端子。
13.在其他特征中，电容器包括锂离子电容器。电池包括锂离子电池。
14.本发明提供了以下技术方案：1.一种电容器辅助电池模块，包括：包括阳极和阴极的第一二极管；包括阳极和阴极的第二二极管，其中，所述第一二极管的阳极在第一节点处连接到所述第二二极管的阴极；第一电容器辅助电池（cab）块，其包括正极端子、负极端子和n个cab，其中，n是大于零的整数，其中，所述第一cab块的正极端子连接到所述第一二极管的阴极；和第二电容器辅助电池（cab）块，其包括正极端子、负极端子和n个cab，n是大于零的整数，其中，所述第二cab块的负极端子连接到所述第二二极管的阳极，并且其中，所述第一cab块的负极端子和所述第二cab块的正极端子连接到第二节点。
15.2.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中：所述第一节点被配置成连接到ac源的第一端子，并且所述第二节点被配置成连接到所述ac源的第二端子。
16.3.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中，所述第一cab块的n个cab中的每一者包括电容器和与所述电容器并联连接的电池。
17.4.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中，n大于1。
18.5.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中n大于1，并且其中，所述第一cab块的n个cab串联连接。
19.6.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中n大于1，并且其中，所述第一cab块的n个cab并联连接。
20.7.根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，进一步包括：与所述第一二极管并联连接的d个第一二极管，其中d是大于零的整数；和与所述第二二极管并联连接的d个第二二极管。
21.8.一种电池系统，包括：m个根据技术方案1所述的电容器辅助电池模块，其中，所述m个电容器辅助电池模块中的第一者的第一节点被配置成连接到ac源
的第一端子，其中，所述m个电容器辅助电池模块中的第二至第m者的第一节点分别连接到所述m个电容器辅助电池模块中的第一者至第（m-1）者的第二节点，并且其中，所述m个电容器辅助电池模块中的第m者的第二节点被配置成连接到所述ac源的第二端子。
22.9.根据技术方案3所述的电池系统，其中，所述电容器包括锂离子电容器。
23.10.根据技术方案3所述的电池系统，其中所述电池包括锂离子电池。
24.从详细描述、权利要求和附图中，本公开的其他应用领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅是为了说明的目的，并且不是为了限制本公开的范围。
附图说明
25.从详细描述和附图中，本公开将得到更充分理解，其中：图1是包括cab和开关的电容器辅助电池（cab）模块的电气示意图；图2a和2b是图示图1的cab模块的充电功率随时间的变化的曲线图；图3a是根据本公开的包括cab和ac开关的cab模块的示例的功能框图和电气示意图；图3b是图3a中的cab的示例的功能框图和电气示意图；图3c是图3a中的cab的另一示例的功能框图和电气示意图；图3d是包括具有多对反向并联二极管的ac开关的cab模块的功能框图和电气示意图；图4a和4b是根据本公开的包括cab和ac开关的cab模块的其他示例的功能框图和电气示意图；图5a至5d图示了流经图4a的cab模块的电流；图6是图示cab模块的一个部分的充电和休息时段的曲线图；和图7至图9b图示了包括根据本公开的cab模块的其他电路布置的示例。
26.在附图中，附图标记可以重复使用来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
27.虽然前面的描述涉及用于车辆的电池系统，但是根据本公开的电容器辅助电池（cab）模块可以用于其他非车辆应用中。
28.现在参考图1，开关式电容辅助电池（cab）模块10包括与cab 12串联连接的开关sw。cab 12包括正极端子、负极端子以及连接在cab 12的正极端子和负极端子之间的电容器14和电池16。
29.在充电或再生期间，没有电容器的电池无法对充电电流的快速变化做出响应，这降低了整体效率。将电容器14添加到cab 12允许cab 12对充电电流的快速变化做出响应。在充电期间，电容器14最初吸收功率，并且然后功率被重新分配给电池16。
30.相对于没有电容器的标准电池，开关式cab模块10提供了在电流在短时间段内、尤其是在低温下发生快速变化时的时段期间的改进的性能。然而，一些开关式cab模块10无法对在预定时间段内高于预定功率水平的再生事件期间生成的功率做出响应。例如，在这些
条件下，开关sw的上升时间或响应时间可以限制开关式cab模块10的响应。
31.现在参考图2a和2b，出于说明的目的，示出了充电功率随时间的变化的非限制性示例。例如，当开关式cab模块的额定为6安培小时（ah）时，在一些应用中，由于开关sw的上升时间或响应时间，它可能在预定时段（例如10ms）内对高于预定水平（例如高于150w）的充电功率做出响应方面具有问题。例如，切换时间可以在250 ms左右。开关式cab模块10可能无法在低温（-29℃）下捕获高再生脉冲，即使它在前10ms时间范围内具有高再生能力（》 150w）也是如此。
32.现在参考图3a至3c，示出了根据本公开的包括ac开关的cab模块的示例，该ac开关包括一对或多对反向并联二极管（而不是物理开关）。在图3a中，cab模块54包括cab 56和58以及ac开关60。cab 56和58包括正极端子、负极端子、连接在正极端子和负极端子之间的一个或多个电容器70和如图3b所示的一个或多个电池72（和/或电池72和一个或多个电池74，如图3c所示）以及ac开关60。ac开关60包括一对或多对二极管64和66。
33.cab 56的负极端子连接到cab 58的正极端子。ac源的第一端子连接到二极管64的阳极和二极管66的阴极。二极管64的阴极连接到cab 56的正极端子。二极管66的阳极连接到cab 58的负极端子。如下文将进一步描述的，二极管64和66作为ac开关操作，其切换频率由ac源的频率限定。
34.ac源的第二端子也连接到位于cab 56的负极端子和cab 58的正极端子之间的节点68。这种布置允许cab模块54由交流（ac）源快速充电，而不使用图1所示的开关sw。在ac周期的正部分期间，二极管64正向偏置，而二极管66反向偏置。在ac周期的负部分期间，二极管66正向偏置，而二极管64反向偏置。虽然示出了单对反向并联二极管，但是如图3d所示，可以使用附加的成对的反向并联二极管。
35.在一些示例中，电容器70包括一个或多个锂离子电容器（lic），并且电池72包括一个或多个锂离子电池（lib），尽管也可以使用其他化学物质。在一些示例中，在短脉冲充电期间，cab 56和58中的lic的快速响应被重复充分利用，并且能量被重新平衡回到cab 56和58中的lib，这使得能够对cab模块54进行快速充电，尤其是在低温下。
36.在图3b中，cab 56被示为包括电容器70和电池72。在图3c中，cab 56被示为包括电容器70、电池72和一个或多个附加电池74-1、74-2、
……
、和74-b（统称为电池74），其中b是大于零的整数。在一些示例中，电池72和所述一个或多个电池74具有相同的化学物质。在其他示例中，电池72和所述一个或多个电池74具有不同的化学物质。每个电池72和/或74包括一个或多个电池单元。
37.在图3d中，ac开关60被示为包括附加的成对的反向并联连接的二极管。ac开关60包括二极管64-1、64-2、
……
、以及64-d和66-1、66-2、
……
、和66-d（其中d是大于1的整数）。二极管64-1、64-2、
……ꢀ
和64-d的阳极连接到ac源的第一端子并且二极管64-1、64-2、
……
、和64-d的阴极连接到cab 56的正极端子。二极管66-1、66-2、
……
、和66-d的阴极连接到ac源的第一端子并且二极管66-1、66-2、
……
、和66-d的阳极连接到cab 56的负极端子。ac源的第二端子连接到节点68。
38.现在参考图4a和图4b，示出了其他布置。在图4a中，每个cab块55-1和55-2包括在二极管64的阴极和节点68之间以及二极管66的阳极和节点68之间分别串联连接的两个或更多个cab 56或58。在图4b中，每个cab块55-1和55-2包括在二极管64的阴极和节点68之间
以及二极管66的阳极和节点68之间并联连接的两个或更多个cab 56。如可以理解的，在二极管64的阴极和节点68之间以及在二极管66的阳极和节点68之间可以使用包括串联和/或并联连接的cab的cab块的其他组合。
39.现在参考图5a至6，示出了流经图4a的cab模块50的电流。在图5a和5b所示的第一半周期期间，电流正向偏置二极管64，并流经如图所示的cab 56，以给cab 56充电。在第一半周期期间，二极管66被反向偏置，并且cab 58的电容器和电池重新平衡，如图6所示。虽然示出的是50 hz ac信号，但也可以使用其他频率。
40.在图5c和5d所示的第二半周期期间，电流正向偏置二极管66，并流经如图所示的cab 58。在第二半周期期间，二极管64被反向偏置，并且cab 56的电容器和电池重新平衡。如可以理解的，当cab模块50的一侧正在充电的同时，cab模块50的另一侧正在重新平衡从电容器到电池单元的功率。
41.现在参考图7至图9b，示出了包括cab模块的其他电路布置。在图7中，电池系统100包括串联连接到ac源的cab模块110-1、110-2、
……
、110-m（其中m是大于1的整数）。在一些示例中，每个cab模块110对应于一对12v块。如上所述，每个cab模块110包括一对或多对二极管112-1和112-2以及两个或更多个cab 116-1和116-2。ac源的第一端子连接到cab模块110-1的二极管112-1和114-1，并且ac源的第二端子连接到cab模块110-m的cab 116-m和118-m之间的节点68。cab模块110-2到110（m-1）被连接在一起（cab模块110-2到110-（m-1）中每一者的二极管连接到前一个cab模块110的节点68）。
42.在图8中，示出了另一种拓扑。cab模块150包括连接到cab 160-1、160-2、
……
、162-n的二极管152和156，并且cab 160-1、160-2、
……
、162-n串联连接。ac源如上所述连接到二极管152和156，并连接到cab 160-1、160-2、
……
、160-n和cab 162-1、162-2、
……
162-n之间的节点。在一些示例中，cab 160提供12v或48v，尽管也可以使用其他电压。在一些示例中，每个cab都是12v块。在其他示例中，n=4，并且cab模块150的每一侧是48v块。
43.现在参考图9a和9b，示出了电池系统300的另一种布置。在图9a中，cab模块310包括如上所述连接的一对或多对二极管316和318。第一cab块317-1包括串联连接的cab 318-1、
……
、和318-t，尽管可以使用串联、并联和/或串联和并联连接（其中t是大于零的整数）。第二cab块317-2包括串联连接的cab 320-1、
……
、和320-t，尽管可以使用串联、并联和/或串联和并联连接。
44.在图9b中，多个cab模块310-1、310-2、
……
、和310-m串联连接到ac源（其中m是大于1的整数）。cab模块310-1的第一节点330-1连接到二极管316的阳极和二极管318的阴极。cab模块310-1的第一节点330-1连接到ac源的第一端子。cab模块310-1的第二节点330-2连接到cab模块310-2的第一节点330-1。cab模块310-2的第二节点330-2连接到cab模块310-3的第一节点330-1，以此类推。cab模块310-m的第二节点连接到ac源的第二端子。
45.以上描述本质上仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以多种形式实施。因此，虽然本公开包括特定示例，但是本公开的真正范围不应该限制于此，因为当研究附图、说明书、和以下权利要求书之后其它修改将变得显而易见。应当理解的是，在方法内的一个或多个步骤可以不同次序（或同时）执行而不改变本公开的原理。另外，虽然以上将实施例中的每一者描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个均可在任何其它实施例的特征中实施和/或
结合任何其它实施例的特征实施，即使该结合没有明确描述。换句话来说，所描述实施例不是相互排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍保留在本公开的范围内。
46.使用各种术语描述了在元件之间（例如，在模块、电路元件、半导体层等之间）的空间和功能关系，这些术语包括“连接”、“接合”、“联接”、“相邻”、“紧靠”、“在
……
顶上”、“在
……
上方”、“在
……
下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则当在以上公开中描述在第一元件与第二元件之间的关系时，该关系可为其中在第一元件与第二元件之间不存在其它介入元件的直接关系，但是也可为其中在第一元件与第二元件之间（不论空间上或功能上）存在一个或多个介入元件的间接关系。如在本文中使用的，短语a、b、和c中的至少一个应被解释为意味着使用非排它性逻辑“或”的逻辑（a或b或c），且不应被解释为“a中的至少一个、b中的至少一个、和c中的至少一个”。
47.在视图中，由箭头指示的箭头方向大体表示说明所关注的信息（诸如数据或指令）的流。例如，当元件a和元件b交换多种信息，但从元件a传输到元件b的信息与图示相关时，则箭头可从元件a指向元件b。该单向箭头并不暗示不存在从元件b传输到元件a的其它信息。此外，对于从元件a发送到元件b的信息，元件b可向元件a发送该信息的请求或者该信息的接收确认。
48.在包括以下定义的本技术中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可指代以下项、是以下项的一部分、或包括以下项：专用集成电路（asic）；数字、模拟、或混合式模拟/数字离散电路；数字、模拟、或混合式模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列（fpga）；执行代码的处理器电路（共享、专用或成组）；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路（共享、专用或成组）；提供所描述功能的其它合适的硬件部件；或上述中的一些或所有的组合，诸如在系统芯片中。
49.模块可包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可包括连接到局域网（lan）、因特网、广域网（wan）、或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能都可在经由接口电路连接的多个模块中分布。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的示例中，服务器（又称为远程服务器、或云服务器）模块可代表客户端模块完成某些功能。
50.如上文使用的，术语代码可包括软件、固件、和/或微代码，并且可指代程序、例程、功能、类别、数据结构、和/或对象。术语共享处理器电路涵盖执行来自多个模块的一些或所有代码的单个处理器电路。术语成组处理器电路涵盖结合另外的处理器电路来执行来自一个或多个模块的一些或所有代码的处理器电路。对多个处理器电路的指代涵盖离散裸片上的多个处理器电路、单个裸片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或上述的组合。术语共享存储器电路涵盖存储来自多个模块的一些或所有代码的单个存储器电路。术语成组存储器电路涵盖结合另外的存储器来存储来自一个或多个模块的一些或所有代码的存储器电路。
51.术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如在本文中使用的，术语计算机可读介质并不涵盖（诸如在载波上）通过介质传播的暂时性电或电磁信号；术语计算机可读介质可因此视为是有形且非暂时性的。非暂时性的有形计算机可读介质的非限制示例为：非易失性存储器电路（诸如快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路、或掩码只读存储器电路）、易失性存储器电路（诸如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路）、磁性存储介质（诸如模拟或数字磁带或硬盘驱动）、以及光学存储介质（诸如cd、dvd、或
蓝光光盘）。
52.在本技术中描述的设备和方法可部分地或完全地由专用计算机实施，该计算机是通过配置通用计算机以执行在计算机程序中体现的一个或多个特定功能而创建的。上文描述的功能框、流程图部件、和其它元件用作为软件规范，其可以通过本领域技术人员或程序员的常规作业而转译为计算机程序。
53.计算机程序包括存储在至少一个非暂时性、有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可包括或依赖于所存储的数据。计算机程序可涵盖与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统（bios）、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或多个操作系统、用户应用程序、背景服务、背景应用程序等。
54.计算机程序可包括：（i）待解析的描述性文本，诸如html（超文本标记语言）、xml（可扩展标记语言）、或json（javascript对象表示法），（ii）汇编代码，（iii）由编译器从源代码生成的目标代码，（iv）用于由解释器执行的源代码，（v）用于由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可使用来自以下语言的语法编写，所述语言包括：c、c++、c#、objective-c、swift、haskell、go、sql、r、lisp、java
®
、fortran、perl、pascal、curl、ocaml、javascript
®
、html5（超文本标记语言第五版）、ada、asp（动态服务器网页）、php（php：超文本预处理器）、scala、eiffel、smalltalk、erlang、ruby、flash
®
、visual basic
®
、lua、matlab、simulink、和python
®
。