[发明专利]用于快速充电的可配置电池组

说明书

一种可配置电池系统可以以这样的方式布置：两个电池模块并联连接以实现负载的目标最大电压，或者串联连接以实现约为目标最大电压的两倍的高电压。以高电压进行快速充电可以允许两个电池模块都以接近电池充电器的期望最大电流的充电电流进行充电。电池管理模块确定开关配置，从而串联或并联地耦合电池模块。电池管理模块将开关配置应用于一个或多个开关，以管理电池模块的充电。电池管理模块可以接收充电器能力信息、本地充电信息和故障信息，以帮助确定开关配置。

技术领域

本公开针对提供改进的充电和操作的可配置电池。本申请要求于2017年10月29日提交的美国临时专利申请No.62/578,500和2018年6月8日提交的美国专利申请No.16/004,258的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

电池充电器及其随带的电气部件(例如，电缆和充电入口)通常具有电流限制。为了实现电池充电器更大的充电电流(例如，在快速充电期间)，通常要求大型DC快速充电电缆。电池充电器通常还具有电源电压的最大限制。例如，SAE J1772的目标是900V和400A，以获得用于电动汽车的典型DC快速充电器的最大输出。为了增加充电速率，通常需要增加电子器件、部件和引线的载流能力，以处理更大的电流，而散热能力也需要增加。例如，欧姆发热随着电流的平方而增加。因而，在不需要更大额定电流的部件的情况下增加充电速率将是有利的。

此外，电池操作的设备(例如，电动交通工具)通常使用被设计为以最大电压电平操作的部件(例如，AC压缩机、PTC加热器、驱动单元等)。电池操作的设备通常还需要能够在充电的同时操作。因而，增加充电速率而不增加施加到电池操作的设备的负载的电压将是有利的。

电池系统通常还包括多于一个电池模块。如果电池模块中发生故障，那么可能需要将整个电池系统从负载断开。因而，在不必断开负载或使不同的电压施加到负载的情况下管理电池模块中的故障发生将是有利的。

发明内容

根据本公开的可配置电池系统包括第一电池模块和第二电池模块，其中每个电池模块包括正端子和负端子。可配置电池系统还包括具有至少两个极(pole)的至少一个开关。在至少一个开关的高电压配置中，第一电池模块和第二电池模块串联连接。在至少一个开关的低电压配置中，第一电池模块和第二电池模块并联连接。

在一些实施例中，至少一个开关包括第一单刀双掷(SPDT)开关和第二SPDT开关。在高电压配置中，第一SPDT开关和第二SPDT开关均处于第一开关位置，由此将第一电池模块的正端子连接到第二电池模块的负端子。在低电压配置中，第一SPDT开关处于第二开关位置，由此将第一电池模块的负端子连接到第二电池模块的负端子。另外，在低电压配置中，第二SPDT开关处于第二开关位置，由此将第一电池模块的正端子连接到第二电池模块的正端子。

在一些实施例中，至少一个开关包括两个单刀单掷(SPST)开关。在高电压配置中，两个SPST开关中的第一个处于关断位置，两个SPST开关中的第二个处于接通位置，由此将第一电池模块的正端子连接到第二电池模块的负端子。在低电压配置中，两个SPST开关中的第一个处于接通位置，由此将第一电池模块的负端子连接到第二个电池模块的负端子，并且两个SPST开关中的第二个处于关断位置。

在一些实施例中，可配置电池系统包括至少一个充电器开关，该充电器开关被配置为将第一和第二电池模块连接到充电器和从充电器断开。例如，至少一个充电器开关可以包括用于连接和断开充电器的SPST接触器。

在一些实施例中，在高电压配置中，设备负载的正端子连接到第一电池模块的正端子，并且设备负载的负端子连接到第一电池模块的负端子。例如，设备负载可以包括电动交通工具的任何系统或子系统。