[发明专利]用于平衡电池中的单元的方法

说明书

相关申请案

本申请案主张2011年9月2日提交的第61/530,595号美国临时申请案的权益。

以上申请案的全部教示以引用的方式并入本文中。

背景技术

由多个单元组成的电池组可使用内部电子元件来辅助管理性能和安全议题。单个单元可以串联连接为高压应用提供更高的电池组电压。对于一些应用，例如，电动车或公用事业规模的能量存储系统，串联连接的单元的数目可以是数百个单元或甚至数千个单元。金属氢化物单元，例如，镍金属氢化物(NiMH)及锂基化学物，例如，锂离子单元，通常用于这些电池组中。然而，如果充电不足或过度充电，NiMH和锂基单元可能会损坏或者甚至爆炸。尽管可采用内部电子元件来避免超过电池组内的安全电压、电流和温度，但是在使用期间布置成长串的个别单元可遭受局部温度的变化，并且个别单元的性能可能无意地变化，由此显著地限制采用串联的个别单元的电池组的容量。

用于平衡长串单元的当前方法通常遭受以下问题：平衡期间的过度能量损耗、由于单点故障而导致的不可靠的操作、电子电路复杂性、在单元串含有数百个或数千个单元时的低效的平衡，以及平衡此类单元串中的单元所花费的超长时间。

因此，需要克服或最小化上述问题的用于平衡单元的方法和电路。

发明内容

本发明大体上涉及一种用于平衡电池中的单元的方法和系统。

在一个实施例中，本发明是一种用于平衡串联布置的两个相邻电池单元的方法。所述方法包括：闭合能量将从其转移的电池单元的第一隔离开关，由此将能量从所述电池转移到与将第二电池单元的负端子连接到第一电池单元的正端子的节点成电连通的能量存储装置，由此为能量存储装置充电；以及随后同时断开第一开关并且闭合第二隔离开关，所述第二开关由此致使能量从能量存储装置转移到第二单元，借此第二电池单元将具有至少与第一电池单元的电压更接近的电压。所述能量存储装置可以是电感器，并且第一隔离开关和第二隔离开关可以是，例如，光隔离开关、磁隔离开关或电容隔离开关。在进一步的实施例中，光隔离开关可以是有源的光隔离开关。

在另一实施例中，本发明是一种电路，所述电路包括第一节点、第二节点和第三节点，以及连接第一节点和第二节点的第一隔离开关，所述第一节点和第二节点可连接到电池单元的相应端子上。第二隔离开关连接第二节点和第三节点，所述第二节点和第三节点可连接到第二电池单元的相应端子上。能量存储装置连接到第二节点上，并且控制单元经配置以操作第一开关和第二开关，以经由所述能量存储装置将能量从第一电池单元转移到第二电池单元，所述控制单元在闭合第二开关的同时断开第一开关，由此将能量从能量存储装置转移到第二电池单元。在进一步的实施例中，第一开关和第二开关可以是光隔离开关，所述光隔离开关由第一电池单元和第二电池单元中的一者的端子处的节点供电。进一步的实施例还可以包括用来为第一隔离开关和第二隔离开关供电的DC-DC升压转换器。

在又另一实施例中，本发明是一种电池系统，所述电池系统包括：多个电池模块，每个模块包括一串电池单元；以及多个单元平衡电路，每个单元平衡电路包括一对开关和控制单元，所述控制单元经配置以操作该对开关，以在所述串电池单元中的两个相邻单元之间转移能量；以及多个模块平衡电路，每个模块平衡块包括一对开关和控制单元，所述控制单元经配置以操作该对开关，以在两个相邻的模块之间转移能量。

在再另一实施例中，本发明是一种分级平衡多个电池模块的方法，所述方法包括以下步骤：平衡第一电池模块的单元；平衡第二电池模块的单元；以及平衡所述模块。

在又另一实施例中，本发明是一种用于平衡电池模块的方法，所述方法包括：闭合能量将从其转移的第一电池模块的第一电路，由此将所述电池模块的能量转移到与将第二电池模块的负端子连接到第一电池模块的正端子的节点成电连通的能量存储装置，由此为所述能量存储装置充电；以及同时断开第一电路并且闭合第二电路，所述第二电路由此致使能量从能量存储装置转移到第二电池模块，借此第二电池模块将具有至少与第一电池模块的电压更接近的电压。