电池、电池系统、电池子模块、电池操作方法、电池系统操作方法、电池充电方法和电池系统充电方法

摘要

本发明描述了电池、电池系统、电池子模块、电池操作方法、电池系统操作方法、电池充电方法和电池系统充电方法。根据一个方面，电池包括第一电池端子、第二电池端子和多个子模块，每个子模块各自包括第一子模块端子、第二子模块端子、电耦连在第一和第二子模块端子之间的多个可再充电单元，和开关电路，该开关电路被配置成：在所述子模块中一个子模块的占用操作模式期间，将第一和第二电池端子中的一个与子模块中的一个的第一和第二子模块端子中的一个电耦连，在所述子模块中一个子模块的空闲操作模式期间，将第一和第二电池端子中的一个与子模块中的一个的第一和第二子模块端子中的一个电隔离。

说明书

技术领域

本公开涉及电池、电池系统、电池子模块、电池操作方法、电池系统操 作方法、电池充电方法和电池系统充电方法。

背景技术

可再充电电池被设计并用于对于电能具有不同需求的各种应用中。可再 充电电池系统包括在充电操作过程中接收电能并且在放电操作过程中将电 能供应给负载的可再充电单元。可再充电单元可以具有不同的化学性质，且 在一个例子中可以包括锂离子单元。用在不同应用中的可再充电单元的数目 根据负载的需求而变，单元的数目在一些实现方式中(例如运输实现方式中) 可以是众多的。

一些可再充电单元在野外可能会失效。这种失效不仅可能使单个单元不 可操作，而且还可能使电池的其它单元不可操作，即使其它单元可能并没有 失效。不可操作的单元数目可能达到使电池失效或者另外不能满足负载需求 的程度。根据电池配置，不可操作单元的更换可能是不可行的，使电池不可 操作。

本文描述的本发明的多个方面针对改进的可充电电池、电池系统和电能 存储和供应方法。

附图说明

下面参照以下的附图描述本发明的示例性实施例。

图1是根据一个实施例的电池模块的等距视图。

图2是根据一个实施例的电池模块的功能框图。

图3是根据一个实施例的电池模块的示意性电路示图。

图4是根据一个实施例的电池模块的电路的功能框图。

图5是根据一个实施例的电池系统的功能框图。

图5A是根据一个实施例的电池部分的功能框图。

图6是在一个实施例中与负载和充电器耦连的电池系统的功能框图。

图7是根据一个实施例的电池系统的电路组件和电池的功能框图。

图7a是根据一个实施例的电池系统的电路组件和电池的功能框图。

图8是根据一个实施例的电池模块的电路的功能框图。

具体实施方式

本发明的公开内容是为促进美国专利法“为了促进科学和实用技术的进 步”(第八部分第一条)的立法目的而提交的。

如下文描述的，各个实施例提供可再充电电池模块、可再充电电池子模 块和可再充电电池系统(其可选择性地在占用(engaged)或空闲(disengaged) 操作模式下操作)以及相关方法。在占用操作模式中，电池模块的可再充电 单元、电池子模块或电池系统被配置成接收来自外部装置的电能和/或向外部 装置供应电能，所述外部装置诸如充电器或负载。在空闲操作模式中，电池 模块的可再充电单元、电池子模块或电池系统与外部装置电隔离，因此不被 配置成接收电能和/或供应电能。因此，本文中描述的一些实施例在一些实现 方式中通过在空闲操作模式下隔离电池系统、电池模块或电池子模块的失效 组件而其它适当操作的组件可保持在占用操作模式来提供改进的操作。

根据一个实施例，电池包括第一电池端子、第二电池端子和多个子模块， 所述多个子模块各自包括第一子模块端子、第二子模块端子、电耦连在第一 子模块端子和第二子模块端子之间的多个可再充电单元和开关电路，所述开 关电路被配置成：在子模块中一个子模块的占用操作模式下将第一和第二电 池端子中的一个与子模块中一个子模块的第一和第二子模块端子中的一个 电耦连，在子模块中一个子模块的空闲操作模式下将第一和第二电池端子中 的一个与子模块中的一个子模块的第一和第二子模块端子中的一个电隔离。

根据另一实施例，电池包括第一电池端子、第二电池端子和多个子模块， 所述多个子模块各自包括电耦连在第一和第二电池端子之间的多个可再充 电单元，并且其中子模块各自被配置成在占用操作模式下操作和在空闲操作 模式下操作，在所述占用操作模式下，各个子模块的可再充电单元对于第一 和第二电池端子供应和/或接收电能，在所述空闲操作模式下，各个子模块的 可再充电单元对于第一和第二电池端子既不供应也不接收电能。

根据又一实施例，电池系统包括第一系统端子、第二系统端子、并联耦 连于第一系统端子和第二系统端子之间的多个电池串，其中所述电池串中的 各个电池串包括串联耦连于第一系统端子和第二系统端子之间的多个可再 充电电池，并且其中所述电池串中的各个电池串被配置成在占用操作模式和 空闲操作模式下操作，在所述占用操作模式下，各个电池串与第一和第二系 统端子电耦连，并被配置成对于第一和第二系统端子供应和/或接收电能，在 所述空闲操作模式下，各个电池串被配置成对于第一和第二系统端子既不供 应也不接收电能。

根据再一实施例，电池包括第一电池端子、第二电池端子和多个子模块， 所述多个子模块各自包括电耦连在第一和第二电池端子之间的多个可再充 电单元和控制电路，并且其中可再充电单元从第一和第二电池端子中的至少 一个端子接收充电电能，所述控制电路被配置成监测子模块的可再充电单 元，并利用这种监测来控制不同量的充电电能施加到所述子模块中不同子模 块的可再充电单元。

根据另一实施例，电池系统包括第一系统端子、第二系统端子、多个可 再充电电池和控制电路，所述多个可再充电电池与第一和第二系统端子耦 连，并被配置成将电能供应到与第一和第二系统端子耦连的负载，并从与第 一和第二系统端子耦连的充电器接收电能以对可再充电电池充电，所述控制 电路被配置成监测各个可再充电电池，并利用该监测来控制供应到可再充电 电池中的至少一个电池的电能的量。

根据又一实施例，电池包括第一电池端子、第二电池端子、电耦连在第 一和第二电池端子之间的多个可再充电单元和开关电路，所述开关电路被配 置成在可再充电单元从可再充电单元和外部装置不是电连接的状态到与外 部装置的电连接过程中控制对于可再充电单元传导的电能的量。

根据又一实施例，电池系统包括多个可再充电单元、第一接触器电路和 第二接触器电路，所述第一接触器电路被配置成在第一接触器电路的占用操 作模式下选择性地将可再充电单元与外部装置电耦连，在第一接触器电路的 空闲操作模式下将可再充电单元与外部装置电隔离，所述第二接触器电路被 配置成在第二接触器电路的占用操作模式中选择性地将可再充电单元与外 部装置电耦连，在第二接触器电路的空闲操作模式中将可再充电单元与外部 装置电隔离，并且其中在占用操作模式下操作的第二接触器电路被配置成传 导比通过在占用操作模式下操作的第一接触器电路传导的电流量减小的电 流量。

根据再一实施例，电池包括第一电池端子、第二电池端子和多个子模块， 所述多个子模块各自包括电耦连在第一和第二电池端子之间的多个可再充 电单元，并且其中子模块各自包括被配置成存储关于相应的各个子模块的可 再充电单元的充电和放电中的至少一个的信息的存储电路。

根据另一附加实施例，电池子模块包括第一子模块端子、第二子模块端 子，电耦连在第一和第二子模块端子之间的多个可再充电单元和被配置成存 储关于可再充电单元的信息的存储电路。

根据又一附加实施例，电池系统包括第一系统端子、第二系统端子、并 联耦连在第一系统端子和第二系统端子之间的多个电池串，其中所述电池串 中的各个电池串包括串联耦连在第一系统端子和第二系统端子之间的多个 可再充电电池，其中所述电池串中各个电池串的电池被串联耦连在各个电池 串的电池中相应电池中间的多个节点处，并且其中电池串中第一个电池串的 节点与电池串中第二个电池串的节点耦连以将电池串中第一个电池串的电 池与电池串中第二个电池串的电池中的相应电池并联电耦连。

根据另一附加实施例，电池系统包括第一系统端子、第二系统端子、与 第一和第二系统端子耦连的多个可再充电电池、处理电路和管理电路，其中 所述可再充电电池各自包括多个可再充电单元，所述多个可再充电单元被配 置成在各个可再充电电池的充电操作过程中从第一和第二系统端子接收电 能，在各个可再充电电池的放电操作过程中将电能供应到第一和第二系统端 子，所述处理电路被配置成对于各个可再充电电池执行对于各个可再充电电 池的充电操作和/或放电操作中的至少一个操作，所述管理电路被配置成与可 再充电电池的处理电路通信。

根据另一附加实施例，电池操作方法包括在子模块中相应的各个子模块 在占用操作模式下操作的期间，对于电池的多个子模块的多个可再充电单元 传导电能，并将子模块中的一个改变为空闲操作模式，其中不对于子模块中 一个子模块的可再充电单元传导电能。

根据再一附加实施例，电池操作方法包括在时间上的第一时刻将多个子 模块的多个可再充电单元与和外部装置耦连的端子电耦连，在电耦连的过程 中，在外部装置和子模块的可再充电单元之间传导电能，以及在时间上的第 二时刻将子模块中一个子模块的可再充电单元与端子电隔离。

根据再一附加实施例，电池系统操作方法包括在电池串的占用操作模式 中，在包括多个可再充电电池串的电池系统和与电池系统的端子耦连的外部 装置之间传导电能，并且其中电池串在该端子处彼此并联耦连，并且电池串 中的各个电池串包括与该端子串联耦连的多个可再充电单元，并且在空闲操 作模式下操作电池串中的一个电池串，其中不在电池串的一个电池串的电池 和外部装置之间传导电能。

根据再一附加实施例，电池充电方法包括通过端子将充电电能供应到电 池的多个子模块的多个可再充电单元，以对可再充电单元电学充电，在供电 过程中监测电池的子模块的可再充电单元，利用该监测，将不同量的充电电 能施加到电池的子模块中不同子模块的可再充电单元。

根据再一附加实施例，电池系统充电方法包括供应电能以对电池系统的 多个可再充电电池电学充电，在供电过程中监测电池系统的可再充电电池， 并利用该监测，控制供应到可再充电电池的至少一个的电能的量。

根据再一附加实施例，电池操作方法包括在时间上的第一时刻在子模块 的占用操作模式中在传导状态下操作电池的多个子模块的开关电路，以将子 模块的多个可再充电单元与外部装置电耦连，在时间上的其它时刻在子模块 中至少一个子模块的空闲操作模式中操作处于非导通状态的子模块中的至 少一个子模块的开关电路，以将子模块中的至少一个子模块的可再充电单元 与外部装置电隔离，将子模块中的至少一个子模块的操作从空闲操作模式改 变为占用操作模式，并使用子模块中至少一个子模块的开关电路，在改变过 程中限制对于子模块中的至少一个子模块的可再充电单元传导的电能的量。

根据再一附加实施例，电池系统操作方法包括：使用电池系统的多个可 再充电单元存储电能，使用接触器电路，在电池系统的占用操作模式中在可 再充电单元的充电和放电过程中在可再充电单元和外部装置之间电学传导 电能，使用接触器电路，在电池系统的空闲操作模式中电隔离可再充电单元 和外部装置，将电池系统的操作模式从空闲操作模式改变为占用操作模式， 在改变过程中闭合接触器电路的第一接触器，并在改变过程中在闭合第一接 触器之后闭合接触器电路的第二接触器。

根据又一附加实施例，电池操作方法包括将电能供应到电池的多个子模 块的多个可再充电单元，使电池的子模块的可再充电单元放电，并使用子模 块中一个子模块的存储电路存储关于子模块中一个子模块的可再充电单元 的信息。

根据再一附加实施例，电池系统操作方法包括将电能供应到并联耦连在 第一和第二系统端子中间的多个可再充电电池串，其中所述串中各个串的可 再充电电池串联耦连在第一和第二系统端子中间，将电能从可再充电电池放 电到与第一和第二系统端子耦连的负载，并且其中对于串中一个串的可再充 电电池中的一个可再充电电池供电和/或放电包括通过串中的另一个串供应 和释放电能。

根据再一附加实施例，电池系统操作方法包括对于电池系统的多个可再 充电单元传导电能，并且其中可再充电电池各自包括多个可再充电单元，对 于可再充电电池中的各个可再充电电池，使用可再充电电池中各个可再充电 电池的相应处理电路对可再充电电池的相应各个可再充电电池执行操作，并 使用电池系统的管理电路，与可再充电电池的处理电路通信。

参照图1，电池(也称作电池模块)显示为标记10。电池模块10包括 外壳12和提供不同电压的第一电池端子13和第二电池端子14(例如，在一 个例子中，电池端子14可以处于地电势，电池端子13可以处于高于地电势 的电压)。

在一个实施例中，多个可再充电单元(图1中没有显示)置于外壳12 中。在一个实施例中，可再充电单元可以包括锂离子单元。这些单元在操作 状态下各自提供近似为3.2伏的电压。在其它实施例中可以使用其它可再充 电单元。

在电池模块10的不同配置中，置于外壳12中的可再充电单元的数目可 以变化，并且可以串联和/或并联耦连以满足负载的电能需求。在示例性例子 中，电池模块10被配置成在端子13和14之间提供12.9或19.2伏。电池模 块10的其它配置也是可行的。

所描绘的电池模块10包括接口电路16，其被配置成实现电池模块10和 外部装置(未显示)之间的通信。例如，在一些实施例中，电池模块10可 以与诸如负载和/或充电器的外部装置通信。在其它例子中，电池模块10可 以与电池系统(例如，一个示例性电池系统显示于图5中)中的一个或多个 其它电池模块10一起使用，接口电路16可以被配置成实现电池系统中的通 信，这将在下文更详细描述。例如，电池模块10可以与其它电池模块10和 /或在下文的示例性实施例中描述的电池系统的管理电路通信。

参照图2，其显示了电池模块10的一种配置的另外细节。所图示的电池 模块10包括模块电路20和多个子模块22，子模块22还可以称作电池子模 块22。在图2的例子中，为了讨论目的，描绘出两个子模块22，尽管其它 电池模块10可以包括仅一个子模块22或另外的子模块22。在所描绘的实施 例中，子模块22彼此并联耦连在第一电池端子13和第二电池端子14中间。

在一个实施例中，模块电路20被配置成执行监测和/或控制电池模块10 以及实现电池模块10外部的通信。模块电路20的附加细节在下文描述。

在一个实施例中，子模块22被配置成各自可拆卸的，并且相对于电池 模块10可更换。例如，如果子模块22的单元或电路有故障，则子模块22 可以在例如操作过程中被拿掉和更换。子模块22可以具有包含各自子模块2 2的开关电路24、单元26和子模块电路28的各自的外壳。在一个实施例中， 如果子模块22有故障，或不操作，则整个子模块22可以被提供在空闲操作 模式(下文进一步描述)下，从电池模块10中拿掉并用另一适当工作的子 模块22更换。

在所示的实施例中，各个子模块22包括第一子模块端子17、第二子模 块端子18、多个可再充电单元26和子模块电路28。第一子模块端子17和 第二子模块端子18被提供不同的电压电平，并分别与第一电池端子13和第 二电池端子14耦连。例如，在一个实施例中，端子13，14可对应于正参考 电压和负参考电压。

在一个实施例中，各个子模块22的开关电路24包括半导体开关电路， 例如一个或多个晶体管。在一个更加具体的例子中，一个或多个充电晶体管 与背靠背配置中的一个或多个放电晶体管串联耦连于相应的各个子模块22 的端子13和单元26中间。在充电和放电晶体管的一些配置中由于体二极管 的存在，充电和放电晶体管在截止状态下阻止单方向的电流流动。因此，在 一个实施例中，充电晶体管可以被设置成使得在充电晶体管处于截止状态时 没有电能可以流到相应的子模块22中，放电晶体管可以被设置成使得在充 电晶体管处于截止状态时没有电能可以流出相应的子模块22。各个子模块2 2的开关电路24的充电晶体管的数目和放电晶体管的数目可以根据子模块2 2的设计而变化。例如，与具有较少容量的其它子模块22相比，具有更高容 量的子模块22可以具有数目增加的充电晶体管(彼此并联耦连)和数目增 加的放电晶体管(彼此并联耦连)。用半导体开关电路实现的开关电路24 可以在不同的导电状态偏置以控制流进或流出相应子模块22的可再充电单 元28的电能的量。选择性地将单元26与端子13电耦连的开关电路24的其 它配置是可行的。

子模块22被配置成在时间上的不同时刻在占用操作模式和空闲操作模 式下操作。在占用操作模式中，开关电路24的充电和放电晶体管中的一个 或两个被提供在闭合配置中，以将单元26与端子17电耦连(允许单元26 充电和/或放电)。相应地，在子模块22的占用操作模式中，子模块22的单 元26被配置成接收来自电池端子13，14的电能，以对子模块22的相应单元 26充电和/或在子模块22的相应单元26的放电操作中将电能供应到端子13， 14。在空闲操作模式中，开关电路24处于开路配置(例如充电和放电晶体 管都开路)，将单元26与端子17电隔离(单元26不充电或放电)。

子模块22在一些实施例中被配置成在占用和空闲操作模式下彼此独立 操作。例如，电池模块10的一个或多个子模块22可在占用操作模式(相应 开关电路24的充电和/或放电晶体管为“导通”或处于导电状态)下操作， 而电池模块10的子模块22中另一个子模块在空闲操作模式(相应开关电路 24的充电和放电晶体管为“截止”或处于非导电状态)下操作。相应地，在 一个实施例中，电池模块10被配置成在时间上的不同时刻在多个不同模式 下操作，其中不同数目的可再充电单元26被配置成将电能供应到负载或从 充电器接收充电电能。

如本文中描述的，电池模块10(或例如在下文中图5中的电池系统100) 的不同部分可以被控制以独立提供于占用或空闲操作模式。子模块22的开 关电路24可以分别打开或闭合以使子模块22中的相应子模块处于空闲或占 用操作模式。在出现系统停机时，所有子模块22的开关电路24可以开路以 使所有的子模块22处于空闲操作模式中。相应地，电池系统的单个电池模 块10或多个电池模块10的子模块22可以处于空闲操作模式中。此外，对 于包括一个电池模块10的布局，如果单个电池模块10处于空闲操作模式中， 则单个电池模块10的子模块22的开关电路24可以开路。对于包括多个电 池模块10的布局，一个电池模块10可以处于空闲操作模式中，而电池系统 的另一电池模块10可以处于占用操作模式中。

如下文所述，电池系统可包括设置成多个串的多个电池模块10。电池模 块10的串可以被控制以独立地在占用操作模式和空闲操作模式下操作。电 池模块10的一个串的子模块22的开关电路24可以开路以使电池模块10的 串处于空闲操作模式中。其它子模块22和/或电池模块10(或许也可以设置 成电池模块10的其它串)的开关电路24可以闭合，使其它子模块22和/或 电池模块10处于占用操作模式中，而一些子模块22或电池模块10在空闲 操作模式下操作。在一个具体的例子中，给定电池模块10的一个子模块22 可以处于占用操作模式中，而给定电池模块10的另一子模块22处于空闲操 作模式中。在一些实施例中，串的一个电池模块10可以处于空闲操作模式 中，而同一串的一个或更多其它电池模块10处于占用操作模式中(例如， 关于下文图5A的示例性实施例描述的)。

相应地，在一个实施例中，电池模块10或电池系统(例如，包括多个 电池模块10)的各部分可以独立地在占用或空闲操作模式下操作。在示例性 实施例中，在占用和空闲操作模式之间的操作控制可以在子模块级、电池模 块级、电池串级和/或整个电池系统级上实现。而且，电池模块10或电池系 统可以具有不同数目的单元26，所述单元26被配置成在时间上的不同时刻 基于在时间上的不同时刻有多少单元26在占用或空闲操作模式下操作而接 收或供应电能。如果给定电池模块10具有两个子模块22，并且子模块22中 只有一个在时间上的给定时刻处于空闲操作模式，则如果子模块22包含相 同数目和配置的单元26，电池模块10的容量会降低至一半。

如上文讨论的，子模块22在电池模块10的常规操作中在占用操作模式 下操作，以供应和/或接收电能。然而，出于各种原因，可能希望子模块22 中的一个或多个在空闲操作模式下操作。例如，子模块22的内部单元26在 电池模块10的操作过程中可能是有缺陷的或故障的，并且可能希望在空闲 操作模式中给子模块22提供有缺陷的单元26以保护电池模块10、电池系统 (如果存在)、负载和/或其它电路。在一个实施例中，电池模块10中处于 空闲操作模式中的子模块22可以被去掉，并可能被更换。此后，在电池模 块10中提供的新的、维修过的或更换的子模块22可以在占用操作模式下操 作。而且，在一个实施例中，电池模块10的其它子模块22可以在子模块2 2在空闲操作模式下操作的过程中继续在占用操作模式下操作。

在另一例子中，电池模块10可以接收来自电池模块10外部的要求电池 模块10的所有子模块22在空闲操作模式下操作的命令，且电池模块10的 子模块22可以被控制以响应于接收该请求在空闲操作模式下操作。命令可 以响应于电池模块10外部出现的(例如在电池系统的其它一些组件中)来 自负载或者在示例性例子中来自充电器的警告条件而产生。相应地，在一个 实施例中，一个或多个子模块22可以被控制以响应于一个或多个子模块22 的外部出现的警告条件而在空闲操作模式下操作。

在一个实施例中，配置子模块22以选择性地操作于占用和空闲操作模 式提供电池模块10的一种灵活实现方式，其甚至在出现一个或多个失效或 有缺陷单元26时可以继续操作。特别是，如果各个子模块22的一个或多个 单元26是有缺陷的(或它另外希望禁止个别子模块22)，则各个子模块22 的开关电路24可以被开路，使各个子模块22处于空闲操作模式，而电池模 块10的其它子模块22继续在占用操作模式下操作。如果一个或多个子模块 22处于空闲操作模式，则电池模块10的容量被降低，但好处是电池模块10 可继续在占用操作模式下操作，其中至少一个电池子模块22在占用操作模 式下操作。当电池模块10的子模块22不在占用操作模式下操作时，电池模 块10可以被认为处于空闲操作模式。而且，当系统中没有电池模块10在占 用操作模式下操作时，电池系统可以被认为处于空闲操作模式。

可再充电单元26可以被设置成子模块端子17，18中间的串联串，以提 供期望的电压(例如，4个上述的3.2V单元串联提供12.8V的电压)。在其 它实施例中，可以串联耦连其它数目的单元26(例如，在示例性实施例中串 联2-24个单元26)。而且，多个单元26的串联串可以并联耦连在子模块端 子17，18之间，以提供期望的容量。在一个例子中，45个单元26的串并联 耦连在子模块22中。在其它实施例中，子模块22中可以提供其它数目的串。

在一个实施例中，子模块电路28包括存储电路29，这将在下文另外详 细地讨论。在一个实施例中，存储电路29被配置成存储关于相应的各个子 模块22的信息。在一个实施例中，存储电路29可以被配置成存储关于电池 模块10的充电和放电的信息。例如，存储电路29可以存储关于子模块22 的配置(例如单元26的数目和布局)的信息和关于子模块22的过去使用的 历史信息。可以用被配置成保存存储信息以用于后续检索的适当的存储器来 实现存储电路29。

在一个实施例中，存储电路29中存储的配置信息可以包括便于使用电 池模块10中的相应的子模块22的信息(例如，关于更换电池模块10中有 缺陷的子模块22)。配置信息可以被处理电路44(下文参照图4讨论)使 用，以控制或实现对于相应的子模块22的至少一个操作。例如，处理电路4 4可以使用配置信息来实现各个子模块22的充电和/或放电。在一个实施例 中，存储电路29可以包括关于子模块22中包含的单元26的化学组成的配 置信息，并且例如可以规定用于对子模块22的单元26充电的期望充电电流 和在基本充电状态下单元26的期望电压范围。存储电路29可以包括关于子 模块22中包含的单元26的数目、组30和串31(关于图3中的一个例子描 述)的配置信息和关于用来在相应的电池模块10中安装子模块22时通过模 块电路20监测相应的子模块22的抽头或端口的信息。

存储电路29还可包括关于子模块22的过去使用历史的历史信息。例如， 可以存储关于子模块22的充电和/或放电的历史信息。在一个实施例中，诸 如电学特性(例如电压、充电和/或放电电流、充电状态等)的子模块22的 一个或多个操作参数可以在子模块22的使用过程中在时间上的不同时刻存 储。在一个实施例中，可以存储关于子模块22使用的时间信息。例如，可 以存储与存储的关于电学特性的信息对应的日期和时间信息。还可存储指示 子模块22已经使用的时间长度的时间信息。

可以存储的历史信息的更多具体例子包括子模块22的充电和/或放电周 期数目、子模块22的充电或放电状态以及在子模块22使用过程中(例如， 在使用过程中已经超过子模块22的推荐阈值)出现的警告条件或事件的数 目。此信息说明可以被记录的用于后续检索的一些类型的信息。关于子模块 22的其他信息也可以被记录。存储或记录的信息可以被子模块22的制造商 (或其它任何适当实体)使用以确定子模块22已经经历例如为了保证目的 的使用。子模块22可以从客户返回制造商，制造商可访问记录信息以试图 确定子模块22失效的原因。

除了存储电路29之外，在一个实施例中，子模块电路28可包括接口电 路(未显示)以与模块电路20通信。子模块电路28可包括适当的互联或抽 头(未显示)以允许外部电路监测子模块22的电学特性(例如，单元26的 电压、流过关于子模块22的电流等)。子模块电路28还可包括温度传感器 件和相关互联以监测使用过程中子模块22的温度。

参照图3，根据一个实施例，显示关于包括两个子模块22的电池模块1 0的一种配置的附加细节。子模块22包括耦连在子模块端子17，18中间的 多个单元26的串31。在图3的配置中显示两个串31，尽管在其它实施例中 其它数目的单元26的串31也是可行的。彼此并联耦连的串31的单元26可 以被称为处于单元26的组30中。如上文讨论的，开关电路24可以被控制 以通过选择性地分别关于电池端子13耦连和隔离相应的子模块22的单元2 6的串31来使相应的子模块22处于占用和空闲操作模式中。

子模块22包括耦连在子模块22的相应单元26和子模块端子18之间的 电阻器34。电阻器34的电压可以被监测以确定在充电操作过程中流入子模 块26中的电流的量，或在放电操作过程中从子模块26输出的电流的量。

所描绘的子模块22还包括与单元26的组30并联耦连的多个平衡电路3 6。在充电操作过程中，单元26是使用通过端子13，14接收的电能来充电的。 然而，由于单元26之间的不同(例如单元26的制造容差)，各个单元36 可以以不同速率被充电。平衡电路36被提供以降低单元26的不同组30之 间的电压差。各个平衡电路36包括在单元26的相应组30两端与电阻器串 联耦连的晶体管。晶体管被配置成打开，直到单元26的组30达到可以与完 全充电单元26的电压对应的阈值电压。一旦达到阈值电压，相应的平衡电 路36的晶体管导通，其使电流分流绕过相应的单元26的组30。平衡电路3 6的分流操作以降低或停止相应的单元26的组30的充电。不处于相应的阈 值电压的单元26的其它组30会继续充电，直到单元26的组30达到阈值电 压。相应地，在一个实施例中，组30的单元26的电压在一个实施例中被用 来控制相应组30的单元26周围的充电电流的分流。

而且，在充电操作过程中子模块22的开关电路24还可被利用以控制相 应的子模块22的单元26的充电，这在下文的一个示例性实施例中讨论。

参照图4，显示模块电路20的一个实施例，模块电路20包括通信接口 40、存储电路42和处理电路44。

通信接口40被设置成实现子模块22关于外部电路(例如下文讨论的子 模块电路28或管理电路)的通信。可以用任何适当的接口如串行或并行连 接、USB端口或例如固件接口来实现通信接口40。

存储电路42被配置成存储诸如可执行代码或指令(例如软件和/或固件) 的编程、电子数据、数据库或其它数字信息，并可包括处理器可使用的介质。 在示例性实施例中，处理器可使用的介质可以以任何计算机程序产品或可包 含、存储或保存编程、数据和/或被包括处理电路的指令执行系统使用或与其 相关的数字信息的制造品来实现。例如，示例性处理器可使用的介质可包括 诸如电子、磁、光、电磁、红外或半导体介质的物理介质中的任何一种。处 理器可使用的介质的一些更具体的例子包括但不局限于便携计算机磁盘如 软盘、压缩盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存、高速缓冲存储 器和/或其它能够存储编程、数据或其它数字信息的配置。

在一个实施例中，处理电路44被设置成处理数据、控制数据访问和存 储、发布命令和控制其它期望的操作。处理电路44可以被配置成控制电池 模块10的操作，例如关于电池模块10的充电和/或放电。例如，处理电路4 4可以控制相应的子模块22的开关电路24以在子模块22(或电池模块10) 的空闲操作模式中将子模块22的单元26与端子13，14电隔离，或者在子模 块22和电池模块10的占用操作模式中将子模块22的单元26与端子13，14 电耦连。

处理电路44可被配置成监测电池模块10的操作。例如，处理电路44 可监测电池模块10的子模块22的单元22的诸如电学特性(例如电压、电 流、充电状态)的操作参数，和温度信息，并控制使用存储电路29和/或42 的关于监测的数据的存储。例如，处理电路44可使用如上文讨论的子模块2 2的存储电路29来控制子模块22的历史信息的存储。

处理电路44可被配置成访问来自子模块22的存储电路29的信息。例 如，处理电路44可访问配置信息，例如如上讨论的规定电池模块10中使用 的子模块22的配置。在一个实施例中，处理电路44可使用配置信息来访问 关于被插入到电池模块10中来代替有缺陷的子模块22的子模块22的信息。

处理电路44还可被配置成与其它电路通信，诸如下文描述的普通电池 系统100中使用的其它电池模块10的其它处理电路44、下文描述的电池系 统100的管理电路106和/或其它装置。如下文进一步描述的，处理电路44 可被配置成接收来自电池模块10外部的命令，并响应于命令控制电池模块1 0在占用操作模式和空闲操作模式之间的操作。处理电路44还可被配置成将 表示关于电池模块的状态信息(例如，电池模块10在占用或空闲操作模式 下操作、电池模块10的电学特性的状态)的状态消息输出到其它处理电路4 4和/或管理电路106。

在至少一个实施例中，处理电路44可包括被配置成实现由适当介质提 供的期望编程的电路。例如，可以用处理器和/或被配置成执行包括例如软件 和/或固件指令的可执行指令的其它结构和/或硬件电路中的一个或多个来实 现处理电路44。处理电路44的示例性实施例包括硬件逻辑、PGA、FPGA、 ASIC、状态机，和/或单独或与处理器结合的其它结构。处理电路的这些例 子是为了示意，其它配置也是可行的。

可以使用适当介质(例如如上文描述的存储电路42)中存储的并被配置 成控制适当处理电路44的编程来实现本文中描述的至少一些实施例或方面。 编程可通过包括例如制造品中具体化的任何适当存储介质来提供。

如上文提到的，在一个实施例中，处理电路44被配置成监测子模块22 的各个操作参数的状态，并控制子模块22的各个操作，包括响应于监测而 控制操作(例如，响应于处理电路22的检测子模块22中的警告条件的监测 而使子模块22处于空闲操作模式)。处理电路44还可被称作控制电路。

在一个实施例中，处理电路44与子模块22的电路耦连，包括电压监测 电路50、电流监测电路52、温度监测电路54(在描述的例子中监测子模块 22的电压、电流和温度的操作参数)以及开关逻辑56与子模块22的相应的 开关电路24耦连。

电压监测电路50被配置成提供子模块22的电压的状态信息。例如，电 压监测电路50可提供各个单元26和/或单元26的串31的电压。

电流监测电路52被配置成提供流入子模块22中和/或流出子模块22的 电流的状态信息。例如，在一个实施例中，电流监测电路可包括图3的电阻 器34。

温度监测电路54可包括一个或多个热敏电阻或其它适当电路以提供关 于各个组件或子模块22区域的温度状态信息。

在一个实施例中，处理电路44可监测相应的电池模块10的操作过程中 警告条件的存在。例如，处理电路44可监测相对于相应的阈值的操作参数 (例如，电学特征、温度)，并响应于操作参数指示触发阈值的警告条件。 例如，处理电路44可监测子模块22的单元26的电压在期望的范围(例如， 对于每个单元26，2V-3.8V的范围)内，并且如果一个或多个单元26的电 压触发阈值，则可指示警告条件(即，指示一个或多个单元26的电压低于 或超过期望的范围)。类似地，处理电路44可相对于期望的范围监测流入 或流出子模块22的电流，并且如果电流低于或超过期望范围阈值则可指示 警告条件。处理电路44可监测子模块22相对于期望范围的温度，并且如果 温度低于或超过期望范围阈值，则可指示警告条件。

如在下文进一步讨论的，检测到警告条件的电池模块10的处理电路44 可响应于出现的警告条件而发起操作。例如，在一个实施例中，处理电路4 4可命令经历警告条件的子模块22进入空闲操作模式。在另一例子中，处理 电路44可发起包括警告条件的相应的电池模块10的停机，以进入空闲操作 模式。具有警告条件的电池模块10的处理电路44可通知管理电路106(图 5)检测到警告条件，这可导致电池系统的一个或更多其它电池模块10处于 空闲操作模式，或者系统停机，其中电池系统10的所有电池模块10处于空 闲操作模式。

在一些实施例中可实现除了停机或在停机之外的其它操作。例如，如果 检测到超过范围温度，则处理电路44可控制风扇或其它适当设备将电池模 块10或子模块22内部的温度调到可接受范围内。在另一例子中，如果相对 于各个单元26检测到警告条件(例如，对于相应的单元26过大的电压)， 处理电路44可控制包含具有警告条件的单元26的子模块44进入空闲操作 模式。

在一个实施例中，处理电路44可产生关于被监测的操作参数的历史信 息，并可使用相应子模块22的存储电路29存储历史状态信息。在一个例子 中，处理电路44在时间上的不同时刻控制各个操作参数(例如，电压、电 流、充电/放电周期、温度、充电状态)的值的存储，以及在操作参数的监测 过程中检测到的警告条件。在一个实施例中，所存储的信息可被随后利用以 用于保证目的，来确定子模块22的使用，或许找出子模块22的任何误用。

在一个实施例中，电池模块10的处理电路44可将相应电池模块10的 操作参数的状态信息和警告条件传送到电池系统的管理电路(在一个实施例 中，管理电路106示于图5中)。

处理电路44还可使用开关逻辑56来控制子模块22的开关电路24，例 如使子模块22处于占用或空闲操作模式，以限制涌流(in-rush of current)或 提供平衡充电，这在下文描述。在一个实施例中，开关电路24可包括一个 或多个充电晶体管，和一个或多个放电晶体管，逻辑58可被配置成响应于 来自处理电路44的充电晶体管和放电晶体管相应的控制信号而基本同时将 基本相同的偏置电压施加到一个或多个充电晶体管，并基本同时将基本上相 同的偏置电压施加到一个或多个放电晶体管。

在一个实施例中，期望提供电池模块10的多个子模块22的基本平衡的 充电，其中电池模块10的不同子模块22的单元26在电池模块10的单元2 6的充电过程中被提供在基本相同的充电状态。在一个实施例中，处理电路 44可监测子模块22的一个或多个单元26的电学特性，并可使用监测来控制 在充电以提供多个子模块22的基本平衡的充电过程中施加到子模块22的电 能的量。在示例性实施例中，监测子模块22的各个单元26，或可以监测各 个子模块22的单元26的累积电压。在一个实施例中，基于子模块22的单 元26的监测，不同的充电电能量可以被提供给电池模块10的不同子模块2 2。

在一个例子中，处理电路44可使用电压监测电路50来监测单元26的 充电操作过程中各个子模块22的单元26的各个和/或累积电压。在一个实施 例中，处理电路44可控制子模块22的开关电路24的晶体管偏置为不同导 通状态，以控制不同的电能量施加到子模块22，从而响应于子模块22的监 测来控制相应的子模块22的单元26的充电。例如，如果电池模块10的第 一子模块22的单元26比电池模块10的第二子模块22的单元26充电更快 (并具有更高电压)，则处理电路44可控制第一子模块22的开关电路24 的晶体管偏置，以给晶体管提供相对于第二子模块22的开关电路24的晶体 管的电阻的增加的阻抗，以试图平衡相应的子模块22的单元26的充电(即 给多个子模块22的单元26提供基本相同的充电状态)。更具体地，第二子 模块22的开关电路24会传导相对于由第一子模块22的开关电路24传导的 充电电流而言增加的充电电流。在一个实施例中，处理电路44被配置成通 过控制施加到相应的子模块22的充电电流来控制相应的子模块22的单元2 6的电压。

参照图5，其显示电池系统100的一个实施例。所描绘的电池系统100 包括提供不同电压电平(例如正电平和地电平)的多个系统端子101，103。 电池系统100被配置成与一个或多个诸如负载和/或充电器的外部装置102 电耦连。电池系统100被配置成将电能供应到与系统端子101，103耦连的 负载。此外，充电器也可与系统端子101，103连接，并被配置成供应用于 对电池系统100充电的充电电流。

所图示的电池系统100的实施例包括电池部分104、管理电路106(也 称作电池管理单元或BMU)和接触器电路110。

电池部分104包括多个可再充电电池107。在一个实施例中，用电池模 块10来实现电池107。尽管电池系统100的一些操作是关于本文中描述的电 池模块10讨论的，但在电池系统100的其它实施例中可以使用电池107的 其它配置。电池部分104被配置成存储负载使用的电能。电池部分104可在 电池部分104的放电操作过程中将电能施加到负载，并可以在电池部分104 的充电操作过程中从充电器接收电能。

所图示的电池部分104用于讨论目的，电池部分104中的电池107的其 它布局也是可行的。在所描述的实施例中，电池107可以串联设置在系统端 子101，103中间的多个相应的串105。图5中电池107的布局可以被称作电 池107的串105的并行集合。此外，电池107可以设置成多个组108，以在 端子101，103提供期望的系统电压来操作负载。电池107可设置成其它任 何期望的配置，以提供电池系统100的期望电压和/或操作容量。

管理电路106可包括与上文关于图4讨论的模块电路20相似的电路。 例如，管理电路106可包括用于与负载、充电器和/或电池部分104的电池1 07的电路通信的接口电路。管理电路106还可包括被配置成实现与负载、充 电器和电池107通信的处理电路，以处理信息并控制包括例如电池107的电 池系统10的操作。相应地，管理电路106还可被称作控制电路。

在一个具体例子中，管理电路106可控制关于电池系统100(电池系统 100的充电状态、电压、电流)的状态信息的向外部装置102(例如负载和/ 或充电器)的输出。在一个实施例中，负载或充电器中的控制器可被配置成 使用从电池系统100接收的信息改变负载或充电器的操作(例如，响应于电 池系统100的小于阈值的充电状态来控制负载进入降低的功耗模式，或控制 充电器增加或降低充电电流)。

而且，管理电路106可接收来自外部装置102(例如负载或充电器)的 信息，并对其做出响应(例如，发布关闭电池系统100的系统停机命令)而 改变电池系统100的操作。在一个实施例中，管理电路106和外部装置102 通过CAN总线网络通信，但其它配置也是可行的。

在一个实施例中，管理电路106可被配置成通过将相应的唯一地址分配 给电池系统100中存在的电池107的各个电池来实现各个电池107的逻辑地 址分配，该地址可以用于通信。此外，管理电路106可控制如下文将进一步 讨论的一个或多个接触器112，118的操作。

在一个实施例中，管理电路106还被配置成控制电池107的充电。如上 文提到的，外部装置102可以是被配置成将充电电能通过端子101，103供 应到电池107的充电器。在一个实施例中，管理电路106被配置成在电池1 07的充电操作过程中提供电池107的基本平衡的充电(例如，给电池107提 供基本相同的充电状态)。例如，相应电池107的处理电路44可向管理电 路106报告关于相应电池107的电学特性(例如，单元电压或单元的充电状 态信息)的信息。管理电路106可提供控制电池107的相应处理电路44的 控制信号以控制将不同量的充电电能施加到电池107的不同电池，从而提供 电池107的基本平衡的充电。

例如，管理电路106可向电池107(在一个例子中用电池模块10实现) 的处理电路44提供控制信号。处理电路44可使用接收的控制信号来实现相 应电池107(在所描述的例子中被配置为电池模块10)的开关电路24的期 望偏置，以试图获得电池107的基本平衡的充电。在一个例子中，如果一个 电池107具有比其它电池107更高的充电状态，则管理电路107可向具有更 高充电状态的一个电池107的处理电路44发布控制信号，以降低一个电池1 07的开关电路24的偏置，来试图让其它电池107接收增加的电能量(与由 一个电池107接收的电能相比)，从而以更快的速率对其它电池107充电， 以与一个电池107平衡(例如，给电池107提供相同的充电状态)。在一个 例子中，具有比其它电池107更高充电状态的电池107中的一个电池可与充 电器电隔离(例如使用一个电池107的开关电路24)，而其它电池107接收 充电电能。

管理电路106还可通过在电池系统100的操作过程中控制信息的存储 (例如在管理电路106的存储电路内，未显示)来提供数据记录功能。例如， 管理电路106可存储关于警告条件出现、操作参数(例如，电压、电流、温 度、充电状态)和在其寿命或以其它期望使用决定流进或流出电池100的总 电流的信息。

在一个实施例中，管理电路106还可被配置成实现相对于充电器的通信。 例如，通信可指示充电器何时对电池系统100充电是适当的，或者指示充电 器由于电池系统100的电池107完全充满，充电可以停止。与充电器的其他 通信也是可行的。

在一个实施例中，管理电路106还可被配置成控制电池系统100的系统 操作。例如，如果电池系统100的操作温度变化到期望的操作范围(例如0- 50摄氏度)之外，则管理电路106可控制风扇和加热或冷却元件(未显示) 以提供适当范围内的电池系统100的操作温度。

如之前提到的，电池模块10和电池系统100在时间上的不同时刻可各 自在占用和空闲操作模式下操作。在电池模块10的占用操作模式下，外部 装置102可与电池模块10的电池端子13，14(图3)电连接。例如，负载 可与电池端子13，14耦连，电池模块10可提供电能以给负载供电。在另一 例子中，充电器可与电池端子13，14耦连，电池模块10可以接收来自充电 器的充电电能以对电池模块10充电。在时间上的其它时刻，电池模块10可 以处于空闲操作模式，此时，电池模块10既不供应电能也不接收电能(即 既不放电也不充电)，并且可以例如使用电池模块10的开关电路24与外部 装置102(例如负载和/或充电器)电隔离。电池模块10可以独立于电池部 分104的其它电池模块10而在占用和空闲操作模式下操作。

电池系统100和/或外部装置102(例如负载或充电器)在电池107在不 同操作模式之间转换过程中可能受到过量的涌流(例如用电池模块100实现 的电池107从空闲操作模式到占用操作模式的转换)。继续讨论关于用于保 护电池系统100和/或与电池系统100耦连的外部装置102不受过量涌流影响 的不同布局。在第一例子中，接触器电路110被提供以限制涌流，而在第二 例子中，用电池模块10来实现电池107，电池模块10的子模块22的开关电 路24被用来限制涌流。电池模块10可被配置成限制关于电池端子13，14 和单元26传导的电能的量到低于可发生对电池模块10和/或外部装置102 的损坏的阈值水平。

接触器电路110被配置成提供电池系统100与诸如负载或充电器的外部 装置102的电连接，而不传导可能损坏电池模块10、电池系统100和/或外 部装置102的过量的涌流。在所图示的实施例中，接触器电路110包括主接 触器112和预充电接触器电路114(也分别被称作第一接触器电路和第二接 触器电路)。

主接触器112和预充电接触器电路114分别被配置成在占用和空闲操作 模式下操作。在主接触器112和预充电接触器电路114的占用操作模式中， 接触器112，118分别闭合，并将电池107与和系统端子101，103耦连的外 部装置102电耦连。在主接触器112和预充电接触器电路114的空闲操作模 式中，接触器112，118分别打开并操作以将电池107与和系统端子101，1 03耦连的外部装置102电隔离。如下文进一步讨论的，在占用操作模式下操 作的预充电接触器电路114被配置成传导比在占用操作模式下操作的主接触 器112降低的电流量。

在一个实施例中，管理电路106被配置成在电池部分104与外部装置1 02(例如负载或充电器)电隔离的时间上的一个时刻和电池部分104与外部 装置102电耦连的时间上的后续时刻之间的过渡周期中控制接触器电路110。 例如，管理电路106可控制接触器电路110在电池系统100连接到外部装置 102以防止过量的涌流进入或流出电池系统100时处于打开。在外部装置10 2电连接到电池系统100之后，并且在电池系统100从空闲操作模式到占用 操作模式转换的过程中，管理电路106可控制预充电接触器电路114的预充 电接触器118为闭合，而接触器电路112保持打开。电阻器116用于将电流 限制到不会损坏电池系统100或外部装置102的组件或电路的水平。其后， 在使用预充电接触器电路114传导电流达可接受的时间量(例如对电池系统 100和/或外部装置102中的电容充电)之后，或者在避免过量涌流的适当时 间，管理电路106可控制主接触器112闭合，以将电能从电池部分104供应 到负载，或将充电电流从充电器供应到电池部分104。在一个实施例中，主 接触器112和预充电接触器108两者可以由管理电路106基本同时打开，以 提供电池部分104与系统端子101的电隔离。

如上文讨论的，在一个实施例中，可使用电池模块10来实现电池107。 电池模块10的各个子模块22的开关电路24可以被控制以在从电池模块10 或包括多个电池模块10的电池系统100的空闲操作模式到占用操作模式转 换(例如电池模块10或电池系统100开始电连接到诸如负载和/或充电器的 外部装置102)时限制涌流。在一个例子中，接触器电路110可省略，可以 完全使用电池模块10的开关电路24来实现限制涌流。参照图5，接触器电 路110可省略，电池部分端子120和电池端子101是同一节点。在此例子中， 电池系统100的电池模块10的可再充电单元26与外部装置102通过没有接 触器的连接电路(例如端子120和外部装置102中间的电路)电连接。在另 一例子中，接触器电路110和开关电路24两者被用来限制涌流。

在接触器电路110被省略的一个实施例中，处理电路44被配置成控制 开关电路24(图2)以限制涌流。在一个例子中，子模块22的开关电路24 的充电晶体管在电池模块10在空闲操作模式下操作期间偏置。之后，可能 希望对电池模块10电学充电或放电。在系统端子101，103与负载或充电器 连接之后，处理电路44可使用增加的偏置电压将电池模块10的开关电路2 4的充电晶体管从截止偏置到导通状态，增加的偏置电压在一段时间内将充 电晶体管偏置为导通。例如，在不同实施例中可以使用斜坡或阶梯偏置电压。 在一个例子中，放电晶体管可已经偏置为导通，接着在一段足以提供电池系 统100和外部装置102的任何电容充电的时间段中通过将充电晶体管从截止 状态偏置到导通状态，并避免对电池系统100或外部装置102造成损坏。

在另一例子中，开关电路24的放电和充电晶体管两者可基本同时偏置 为导通一段时间以避免对电池模块10、电池系统100和/或外部装置102造 成损坏。在一个例子中，开关电路24的适当充电和/或放电晶体管可在一段 时间内(例如在一个实施例中，近似2秒)被偏置为导通(从截止状态到完 全导通状态)。

偏置被配置成将关于电池模块10流动的电流限制到低于可能发生对电 池系统100和/或外部装置102的电路造成损坏的阈值。偏置电压可在电池模 块10和/或电池系统100从空闲操作模式到占用操作模式转换过程中的一段 时期内被施加以将电池模块10的开关电路24从截止偏置到导通。

如上文提到的，在一些实施例中，可使用电池模块10的接触器电路11 0和开关电路24两者以限制涌流为可接受的非损坏水平。例如，在一个实施 例中，开关电路24可以斜坡或阶梯方式被偏置为导通，接着闭合接触器11 2。

在操作电池系统100以将电能供应到负载或从充电器接收电能的过程 中，一个或多个电池107可能部分或全部失效。如上文讨论的，在一个实施 例中，可以用电池模块10来实现电池107。电池模块10可包括多个子模块 22。电池模块10可经历部分失效，例如当子模块22中的一个子模块失效时。 如上文讨论的，失效的子模块22可以处于空闲操作模式，而电池模块10的 一个或多个其它子模块22继续在占用操作模式下操作。

参照图5，电池107的串105可分别在占用操作模式和空闲操作模式下 操作，此时电池107的串105或者与外部装置102电耦连，或者与外部装置 102电隔离。只要串105的所有电池模块10处于占用操作模式(即串105的 各个电池模块10中每一个电池模块的至少一个子模块22在占用操作模式下 操作)，则用电池模块10实现的电池107的串105继续在占用操作模式下 操作。在占用操作模式下操作的串105的电池107与系统端子101，103电 耦连，以将电能供应到负载，或者从充电器接收充电电能。

然而，在电池系统100操作的时间上的一时刻，电池107中的一个可完 全失效(例如，单个电池模块10的所有子模块22处于空闲操作模式)。在 一个实施例中，电池107的串105的包括失效电池107的所有电池107将被 控制在空闲操作模式下操作。例如，在一个示例性实施例中，如果用电池模 块10来实现电池107，则串105的电池模块10的子模块22的开关电路24 可被打开以使串105的电池模块10处于空闲操作模式，其中串105的电池 模块10与系统端子101，103中的一个电隔离。而且，空闲的串105的电池 模块10还通过开关电路24的打开彼此电隔离。串105的失效电池107可以 被更换，电池107的串105的操作之后可返回占用操作模式以进行放电或充 电。

在一个实施例中，从占用操作模式切换到空闲操作模式的给定串105的 电池模块10的开关电路24被控制以基本同时在时间上的相同时刻打开，从 而降低各自的电池模块10的开关电路24的电学应力。使串105中一个串的 电池模块10处于空闲操作模式可被称作串105的停机。串105的电池模块1 0在串105的空闲操作模式过程中可与端子101，103中的一个电隔离(例如 通过相应的开关电路24)。电池107的一个或更多其它串105在串105中的 一个在空闲操作模式下操作时，可继续在占用操作模式下操作。在占用操作 模式下操作的串105可继续将电能供应给负载或者从充电器接收电能。

相应地，电池系统100被配置成在存在至少一些类型的失效时继续操作。 例如，如上文讨论的，一个或多个电池107可继续在占用操作模式下操作， 此时一个或多个电池107被配置成从端子101，103接收充电电流，或者在 一个或多个其它电池107在空闲操作模式下操作的过程中从端子101，103 将电能供应到负载。因此，电池系统100的至少一个实施例被配置成即使存 在电池级的故障也操作。此外，电池107可被配置为上文在一个实施例中讨 论的电池模块10。被配置为电池模块10的电池系统100的电池107在如上 文讨论的电池模块10中存在一个或多个单元26的故障时，还可继续在占用 操作模式下操作。相应地，包括以电池模块10的形式的电池107的电池系 统100的至少一个实施例在存在单元级失效时可操作。

参照图5A，描绘电池部分104a的另一实施例，其可代替图5的电池部 分104用在电池系统100中。图5A中电池107的布局或拓扑可被称作并联 电池串。

更具体地，类似于电池部分104，电池部分104a包括并联耦连在端子1 20，103中间的多个电池107的串105。然而，在图5A的电池部分104a中， 在电池107的串105的不同串的中间提供多个交叉连接130(图5的电池部 分104没有交叉连接130)。

更具体地，在所描绘的实施例中，交叉连接操作以电连接在同一组108 中的不同串105的电池107的正端子。如图5A所示，一个组108的电池10 7的正端子在多个节点132与相邻组108的电池107的负端子耦连。交叉连 接130将串105中一个串的节点132与串105中另一个串的多个节点132的 相应节点电耦连，以将串105中一个串的电池107与串105中其它串的电池 107的相应电池并联电耦连。

与图5的电池部分104的布局相比，电池部分104a中交叉连接130的 提供能够使电池部分104a在存在一些故障时提供增加的容量。例如，如上 文关于图5讨论的，如果各个串105的电池107中任何电池处于空闲操作模 式，则串105中的各个串被提供在空闲操作模式下。但是，在电池部分104 a的布局中，在空闲操作模式下操作的一个电池107的存在并不提供包括处 于空闲操作模式的电池107的相应串105，这是因为在占用操作模式下操作 的相应串105的其它电池107通过相应的交叉连接130和相邻串105的电池 107与端子120，103耦连。

相应地，尽管存在在空闲操作模式下操作的同一串105的一个或多个电 池107，但串105的一个或多个电池107可继续在占用操作模式下操作。例 如，在占用操作模式下操作的特定串105的一个或多个电池107(而特定串 105的另一电池107在空闲操作模式下操作)可通过适当的交叉连接130接 收或供应电能，具有电池107的另一串105处于占用操作模式。例如，在占 用操作模式下操作的特定串105的一个或多个电池107可通过处于占用操作 模式并与同一组108中处于空闲操作模式的特定串105的电池107并联耦连 的不同串105的电池107而与端子103，120中的一个端子电耦连。在一个 实施例中，如果组108的相应的各个组的并联连接的所有电池107处于空闲 操作模式，则电池部分104a的电池107的串105被提供在空闲操作模式。

在一个实施例中，电池107是用上文描述的电池模块10实现的，电池1 07可各自包括多个子模块22。如上文讨论的，各个电池模块10可部分在占 用操作模式下操作，如果一个或多个子模块22在空闲操作模式下操作且电 池模块10的至少一个其它子模块22处于占用操作模式。相应地，在存在在 空闲操作模式下操作的一个或多个电池107，或在空闲操作模式下操作的电 池107的一个或多个子模块22时，电池部分104a可继续在占用操作模式下 操作以向负载供应电能或从充电器接收充电电能。电池部分104a可被认为 相比图5的电池部分104具有对故障增加的弹性，原因是响应于处于空闲操 作模式的串105的电池107中的一个电池，电池107的串105不一定是空闲 的。

尽管在图5和图5A的示例性配置中分别显示了电池107的两个串105 和4个组108，但在其它实施例中可提供其它数目的串105和/或组108。

参照图6，显示另一种配置的电池系统100a，其中接触器电路114在电 池系统100a的外部。在图6的实施例中，多个接触器电路114将电池系统1 00a的系统端子101与负载117和充电器119耦连。

接触器电路114可各自如上文讨论的操作，以选择性地将系统端子101 与负载117和充电器119中的相应一个电连接。在一个实施例中，电池系统 100a的管理电路106被配置成控制接触器电路114的相应一个以避免如上文 关于图5讨论的过量的涌流。

参照图7，描绘为了配置图5中所示的电池部分104，被配置成实现电 池107的串105的停机的电路的一个实施例。在一个实施例中，电池部分1 04的电池107的串105可以停机，其中之前在占用操作模式下操作的串105 变成在空闲操作模式下操作。

在一些实施例中，串105的电池107可使用如上文讨论的电池模块10 来实现。电池模块10各自具有如上文讨论的开关电路24，如果串105的电 池模块10中一个的开关电路24开路(即，使一个电池模块10处于空闲操 作模式)，开关电路24可能受到电应力，而相同串105的其它电池模块10 的开关电路24闭合(即处于占用操作模式)。

在一个实施例中，期望同时控制(串105的所有电池模块10为停机) 开关电路24以从闭合状态切换到打开状态，从而避免潜在损坏电池模块10 的开关电路24的任何一个上的电应力。所描绘的图7的实施例包括停机控 制器140，它也被称作串控制器，并被配置成选择性地控制电池107的串10 5的停机(例如用电池模块10实现)。相应地，停机控制器140还可被称作 控制电路。在一种配置中，可以为串105的相应串提供停机控制器140。

一个停机控制器140可控制电池107的相应串105，以在占用操作模式 和空闲操作模式之间操作，在占用操作模式中电池107被配置成对于外部装 置102接收和/或供应电能，在空闲操作模式中，电池107与外部装置102 电隔离，既不接收也不供应电能。在用电池模块10实现电池107的一个实 施例中，停机控制器140被配置成基本同时控制所有电池模块10的开关电 路24以在电池模块10的串105被提供在空闲操作模式时打开，并避免电池 模块10的开关电路24受到应力。

在所描绘的布局中，停机控制器140与管理电路106电通信。在一个实 施例中，期望使用没有任何电路(例如处理器)的被配置成执行代码、指令 或编程的硬件在串105的停机被确定为适当之后，实现串105的电池107的 停机，当希望将电池107从占用操作模式变成空闲操作模式时，这可能不适 合地使控制相应电池107的开关电路24(例如忙碌于执行其它任务)减慢。

相应地，在一个实施例中，被配置成实现电池107(包括停机控制器14 0)的串105的停机的电路是完全由没有处理器的硬件或被配置成执行代码 的其它任何硬件实现的。例如，在一个实施例中，停机控制器140可以没有 处理器，它通过多个串行电缆142(即电缆142用于通信，在所描绘的实施 例中在放电或充电过程中不传导从电池107或不向电池107传导操作电能) 与相应串105的电池107连接。

在一个实施例中，管理电路106可向电池107的多个串105的多个停机 控制器140提供系统停机命令，以同时将串105的电池107的操作从占用操 作模式切换到空闲操作模式。一旦接收系统停机命令，各个停机控制器140 可基本同时控制电池107以进入空闲操作模式。

在另一实施例中，串105的停机可以由串105的电池107中的一个发起。 例如，电池107各自被配置成在相应的电池107在占用操作模式下操作的过 程中对相应的电缆142发出使能信号。只要使能信号由每个电池107发出， 则停机控制器140命令电池107保持在占用操作模式。但是，如果电池107 中的一个的状态从使能信号变为禁能信号(指示相应电池107的空闲操作模 式)，则停机控制器140控制相应串105的所有电池107从占用操作模式变 成空闲操作模式。在一个实施例中，停机控制器140控制相应串105的电池 107，以基本同时从占用操作模式变成空闲操作模式。如果合适，如果一个 或多个串105被提供在空闲操作模式，则电池部分104(图5)的电池107 的一个或多个串105可保持在占用操作模式。

在一些实施例中，管理电路106可向停机控制器140中的一个或多个发 送停机命令。接收停机命令的停机控制器140可命令与控制器140耦连的相 应电池107进入空闲操作模式。

在一个实施例中，用电池模块10实现的各个电池107的处理电路44可 用来将相应电池模块10的操作模式从占用操作模式变成空闲操作模式。在 此实施例中，停机控制器140可省略，或在电池模块10的处理电路44的停 机操作之外使用。例如，处理电路44可检测本文描述的警告条件，并响应 于警告条件的检测，发布停机命令以使相应的电池模块10处于空闲操作模 式，同时还通知管理电路106相应电池模块10停机。之后，管理电路106 可通知其它电池模块10各个电池模块10停机，这可造成附加的电池模块1 0停机。例如，管理电路106可向相应电池模块10的处理电路44发布如下 文进一步讨论的系统停机命令以发起电池系统100的电池模块10的停机。

在另一例子中，电池模块10中一个电池模块的处理电路44可从另一电 池模块10的处理电路44、管理电路106或在图示例子中的其它源接收将相 应电池模块10的操作模式变成空闲操作模式的命令，并可发起电池模块10 中一个电池模块的停机。

相应地，在一个实施例中，相应电池模块10的处理电路44可用来对单 个相应的电池模块10、电池模块10的串105或电池部分104的所有串105 的所有电池模块10发起从占用操作模式到空闲操作模式的操作模式的改变。

参照图7A，其显示对于图5a中显示的电池部分104a的配置而言，被配 置成实现电池107停机的电路的另一实施例。在一个实施例中，电池部分1 04a的电池107可停机，其中之前在占用操作模式下操作的电池107变成在 空闲操作模式下操作。

在一个实施例中，类似于上文讨论的图7的实施例，被配置成实现电池 部分104a的停机的电路没有被配置成执行代码的电路，包括停机控制器14 0和电缆142，144。停机控制器140使用多个串行电缆142与电池107耦连。 而且，共同组108的电池107通过并行电缆144连接。如果共同组108的至 少一个电池107在占用操作模式下操作，则电池107的组108可通过适当的 串行电缆142发出使能信号。但是，如果共同组108的所有电池107进入空 闲操作模式，则在用于共同组108的并行电缆144上的信号将被禁止，这由 停机控制器140通过串行电缆142检测到。停机控制器140可继续命令与停 机控制器耦连的所有电池107通过进入空闲操作模式而停机。在一个实施例 中，停机控制器140基本同时控制与停机控制器140耦连的电池107进入空 闲操作模式。在一个实施例中，用电池模块10实现的电池107的开关电路2 4可操作以将电池模块10与端子101，103中的至少一个电隔离，从而响应 于停机命令使电池模块10处于空闲操作模式。

如上文讨论的，可发布系统停机命令以使电池系统100或100a处于空 闲操作模式，其中电池107与系统端子101，103中的至少一个电隔离，电 流不传导进入或流出电池系统100或100a。电池部分104或104a可被认为 处于空闲操作模式，此时没有一个电池107被配置成向负载提供电能，或从 充电器接收充电电流。

在一个例子中，管理电路106被配置成通过通知被配置为电池模块10 的各个电池107的处理电路44停机来控制系统停机操作，之后，实现相应 电池107的停机操作。

在另一实施例中，管理电路106可选择性命令停机控制器140实现相应 串105的电池107的停机。在一些实施例中，管理电路106可向相应的停机 控制器140发布系统停机命令，以将电池部分104或104a的电池107的相 应串105的操作模式从占用操作模式改变成空闲操作模式。

在一个实施例中，管理电路106可响应于不同实施例中的各种事件发起 系统停机，以维持电池系统100的安全操作。在一个例子中，管理电路106 可响应于管理电路106失去与电池模块10的一个或多个模块电路20的通信， 发起系统停机。例如，管理电路106可在电池系统100的操作过程中轮询电 池模块10中的各个电池模块，并等待接收电池模块10对轮询的响应。在一 个实施例中，在存在电池模块10中一个电池模块没有对轮询反应时，管理 电路106可发起没能反应的各个电池模块10的停机，或可以发起电池系统1 00的系统停机。

在另一例子中，系统停机可响应于从负载接收的信息来实现。例如，负 载可向管理电路106报告(例如负载内部的)问题或故障，管理电路106然 后可发起系统停机。

在另一例子中，系统停机可响应于单个共同并联组中的所有电池模块1 0在空闲操作模式下操作而发起。在另一例子中，系统停机可响应于关于电 池模块10或子模块22的一个或多个操作参数(例如，诸如单元电压、子模 块电压、子模块电流或超范围温度等的电学特性)的警告条件而发起。相应 地，在一个实施例中，各个电池模块10的各个子模块22可响应于相应的各 子模块22或各电池模块10中出现的警告条件，或响应于从各个电池模块1 0外部接收(例如接收的通信包括来自管理电路106的系统停机命令)的通 信而被提供在空闲操作模式下。

各电池系统100或100a可被不同地配置以判定给定事件是否将导致系 统停机。例如，一些电池系统100可对警告条件更容忍的，而其它电池系统 100可被配置成在存在任何警告条件时停机。

参照图8，在一个实施例中描述操作参数的示例性监测操作。电池模块 10的模块电路20(例如图2中所示)的处理电路44被配置成如上文讨论的 监测电池模块10和子模块22的各个操作参数。例如，在所描述的例子中， 处理电路44与提供电流监测52、电压监测50和温度监测54的各个传感器 耦连。在一个实施例中，电流监测52可包括能够通过相应的电阻器34监测 流入和流出相应子模块22的电流的电路。在一个实施例中，电压监测50可 包括能够监测子模块22的各个单元26的电压以及子模块22的电压的电路。 在一个实施例中，温度监测54能够监测包括可再充电单元26和开关电路5 4的电池模块10的不同部分。在其它实施例中可以使用提供监测其它操作参 数的电路。

如上文讨论的，在一个实施例中，处理电路44还可向逻辑发布控制信 号以控制相应子模块22的开关电路24的充电和放电晶体管的偏置。

本文描述的至少一些实施例可在一些实现方式中通过隔离可再充电电 池系统、可再充电电池模块或可再充电电池子模块的失效组件为空闲操作模 式，而其它适当操作的组件可保持在占用操作模式，来提供改进的操作。相 应地，在一些实施例中，电能可被施加到负载，或从充电器接收电能，以在 存在特定组件的失效时也能充电。而且，一些实施例提供可再充电电池系统 设计上的改进的灵活性和可伸缩性，以适应与其它电池系统设计相比的各种 宽范围的应用。

根据法令，已经或多或少具体针对结构和方法特征用语言描述了本发 明。但是，应该理解的是，由于本文中公开的手段包括将本发明付诸实施的 优选形式，所以本发明并不局限于所示和所描述的具体特征。因此，本发明 要求保护在根据等同原则适当解释的所附权利要求的适当范围内其形式或 变形中的任何一种。

而且，已经呈现了本文中的各个方面，作为本公开的所示实施例的构造 和/或操作的指导。申请人就此认为这些描述的示意性实施例也包括、公开并 描述了除那些明确公开的方面之外的本发明的进一步的方面。例如，附加的 本发明的方面可包括比在示意性实施例中描述的那些更少、更多和/或替代特 征。在更加具体的例子中，申请人认为本公开包括、公开并描述了包括比明 确公开的那些方法更少、更多和/或替代步骤的方法，以及包括比明确公开的 结构更少、更多和/或替代结构的装置。