[0246]應當指出的是，所述的發(fā)現過程僅僅是示例性的，并且可以利用電阻網絡中的電流流動的測量的許多其它方式來實現，或者以某些完全不同的方式來實現。
[0247]基于該發(fā)現過程，箱的控制單元確定關于箱的配置，S卩，存在多少并聯(lián)的串，在每串中包括多少能量貯存器，箱的哪些接觸表面被用作串終點以及如何形成串，即，每個單獨的電池單元如何進行配置。這一過程被稱為路由過程。
[0248]基于路由，箱控制單元最后配置箱，即將下述通信到各電池單元，即它們的能量貯存器的正和負終端是如何連接到電池單元的接觸區(qū)域的，使得不同單元的能量貯存器串聯(lián)連接以及潛在的旁路連接以形成串。
[0249]旁路能夠良好地使用電池單元，例如當存在其充電水平太低而不能用于輸送功率的電池單元。通過旁路，其仍可有助于建立串。旁路還使得傳輸功率的電池單元能夠用于處于旁路模式使用其它自由接觸區(qū)域的另一串，其不用于連接能量貯存器。因此，單個電池單元可同時通過不同的接觸區(qū)域對傳輸功率和旁路電流。旁路也可用于降低電池單元的溫度，如果它通過將電池單元連接到旁路模式一段時間或者使用用于傳輸功率的一些占空比而超過預定閾值的話。
[0250]TMU優(yōu)選經由SMX將路由信息通信到電池單元。TMU還確保每個電池單元確認它已接收到適當的連接命令，并且如果需要的話，TMU可重新發(fā)送該信息。每個電池單元優(yōu)選地將其自身的配置信息存儲在其自身的本地存儲器內。
[0251]箱也可提供接口以便連接外部用戶接口，用于監(jiān)測箱或每個電池單元的單獨地或在統(tǒng)計上呈現的充電水平。以類似的方式，箱也可提供電池單元和串特性的其它詳細信息。
[0252]驗證和安全性(箱)
[0253]根據一個實施例，在功率連接進出箱之前，每個串被驗證。在驗證過程中，例如它檢查是否存在到其它串的直接連接，直接連接可能會導致短路。串電壓也被驗證。電壓應對應于基于發(fā)現/路由信息和來自電池單元的能量貯存器報告的電壓計算得到的電壓。即電池單元在發(fā)現/路由過程中報告它們的能量貯存器的電壓并將該信息存儲到TMU。在將能量貯存器連接到接觸區(qū)域之前，串也在內部被驗證邏輯上是否正確以及是否沒有短路。這例如以旁路模式連接適于每個串的路由并連接串端部之間的電壓來完成。以下步驟測量流動通過串的電流，并通過比較算法，其可以高度信任確定串被正確形成。
[0254]TMU配置SMX以便限定哪一串被連接到電源總線，即接觸板的哪一接觸區(qū)域需要被連接到哪一電源總線以及哪一接觸區(qū)域連接到接地。在串連接到電源總線之后，TMU請求來自SMX的電源總線報告。SMX報告所測得的電壓以及TMU將那些電壓與相應的計算值進行比較。
[0255]在串驗證完成之后，TMU配置所有電池單元以便根據所驗證的串將內部能量貯存器路由到相應的接觸區(qū)域。因此只有當驗證其功率將被組合的相應串之后才啟用功率組入口 ο
[0256]箱還可包括其它重要的安全功能，以防止終端的過度充電、過度放電和短路。
[0257]監(jiān)測和維護(箱)
[0258]根據一個實施例，箱設有用于在箱的操作期間周期地監(jiān)測串和電池單元的電特性的裝置。監(jiān)測應需要電池單元的主動參與，電池單元相應地設置有用于使用合適的通信裝置報告到箱的裝置。電特性可包括充電和放電電流，溫度，循環(huán)次數和能量貯存器的電壓或充電水平。如果需要的話，即，如果超過對于監(jiān)測值或從它們所衍生的值而言的預定閾值或閾值標準，則箱可基于所監(jiān)測的信息對串進行重新配置。例如，如果在操作期間電池單元被耗盡，則系統(tǒng)可考慮到這一點。重新配置可通過重新發(fā)現或重新路由過程之后進行。重新配置可在箱的正常操作期間進行。
[0259]用于重新配置的一個潛在的原因是某些電池單元的充電水平超出充電窗口的預定狀態(tài)。典型的決定是這種單元可至少暫時不再用于傳輸功率。
[0260]需要重新配置的另一實例是當TMU注意到串的電流與算法預測值不一致時。如果在操作過程中某些電池單元之間的連接已被斷開，以及串不供應任何功率時可能發(fā)生上述情況。在這樣的情況下，重新路由在TMU中完成，并且它使用可用的接觸信息。如果某些接觸已被斷開，則可在操作過程中再次完成發(fā)現。
[0261]功率組合(箱)
[0262]如以上簡要說明的那樣，根據一個實施例，箱包括功率組合器，其將具有不同數量的電池單元的串以及具有不同串電壓水平的串組合在一起。功率組合器的輸出包括至少一個負和一個正終端，用于將能量從箱供應到負載成為可能。
[0263 ]串的輸出電壓變化，因為電池單元的充電狀態(tài)，健康狀況，老化，容量，電池化學特性，內阻，熱約束，最大允許功率耗散數量(其中包括許多其它參數)變化。其結果是，總的串輸出電壓變化。
[0264]在將來自若干并聯(lián)串的串進行組合之前，至少一個串的輸出電壓需要適于允許負載分享。為了供應負載，通常需要在相對狹窄邊距內的總線電壓。切換模式的電源(SMPS)可用于將可變的串電壓轉換成所需的總線電壓，其精確值取決于所使用的情況。
[0265]不同的電壓轉換器電路拓撲結構可用于SMPS，像降壓，升壓和降壓-升壓。所選擇的轉換器拓撲結構通過使用情況驅動。負載共享可通過各種方法進行，例如系統(tǒng)可通過每串的一個SMPS改變每個串的輸出電壓，直到獲得所有路徑所需的電流消耗水平。
[0266]充電系統(tǒng)(箱)
[0267]根據一個實施例，箱提供充電系統(tǒng)，其可用于從插頭給電池單元充電而無需將電池單元從箱取出。箱優(yōu)選提供必要的裝置來提供所需的功率，以便同時用于給一個或幾個串充電，并且用于在充電期間監(jiān)測電池單元以最大化電池單元的使用壽命。箱也可包括用于在充電期間調節(jié)所述充電電壓的裝置以便最大化電池單元的壽命。
[0268]箱可包括交流/直流轉換器以便將典型的AC電源電壓轉換成所需要的直流電壓以便供應電池單元。箱通過箱的接觸表面連接適于串的所需功率。為了充電，箱可使用適于現有串的信息或它可形成新的串。箱監(jiān)測電池單元的充電水平和溫度以便在需要時停止充電。如果某些電池單元達到充滿電的水平，則它可被旁路，以及串聯(lián)連接的電池單元的其余部分仍可繼續(xù)進行充電。另一方面，如果某些單元的溫度超過預定閾值極限，則它可被被旁路一段時間，然后繼續(xù)充電。
[0269]最后，箱或系統(tǒng)的任何其它部分可提供給設施充電的接口，諸如由SAEJ1772或IEC 62196標準限定;除了通到車載局域網的接口之外，通?；贑AN或LIN標準。
【主權項】
1.一種電池單元，其包括: 具有正和負電壓供應終端的電能貯存器； 在電池單元外表面上的三個或多個電接觸板;和 用于將所述正和負電壓供應終端的每一個電連接到任何一個或多個所述電接觸板的可動態(tài)配置連接單元； 其中電能可經由電接觸板的選擇性地不同組合從電能貯存器汲取。2.根據權利要求1所述的電池單元，其特征在于所述可動態(tài)配置的連接單元是可編程的，以便在任何給定的時間將正和負供應終端的每一個連接到單個相應的電接觸板。3.根據權利要求1或2所述的電池單元，其中電接觸板的數量為在4至50個之間，以更優(yōu)選在6至20個之間。4.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電接觸板覆蓋超過60%、超過75%、或超過80%的電磁單元的外表面面積。5.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元是可編程的，以將所述電接觸板以星型模式經由多個電阻連接到公共星點，其中優(yōu)選地，所述電阻具有相同的電阻值。6.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元是可編程的，以在至少兩個所述電接觸板之間提供低電阻連接，以便提供通過電池單元的電流旁路路由。7.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，并且包括探測器，用于測量通過其任何電接觸板流動的電流，例如通過測量耦聯(lián)到電接觸板的電阻的電壓。8.根據權利要求1所述的電池單元，其中至少存在4個電接觸板，并且所述可動態(tài)配置的連接單元可編程為在任何給定時間下將正和負電壓供應終端連接到所述電接觸板的相應電接觸板;以及 同時經由低電阻路徑將兩個其它的電接觸板連接一起以形成通過電池單元的旁路路由；或 經由電阻將其它兩個電觸焊盤連接到公共星點。9.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元配置成經由所述電接觸板接收電編程信號。10.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元配置成經由所述電接觸板發(fā)送信息。11.根據權利要求1至8任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元包括用于從外部發(fā)射器接收編程信號或用于將信息發(fā)送到外部接收器的無線接口，所述無線接口使用例如電磁射頻信號或光信號，諸如單色光或多色光和/或激光所產生的信號。12.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，并且包括用于存儲電池單元識別碼的存儲單元，所述可動態(tài)配置的連接單元配置成利用所存儲的電池單元的識別碼來確定所接收到的編程信號是否旨在編程電池單元和/或將電池單元識別到外部接收器。13.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，并且包括傳感器，用于感測哪些電接觸板與相鄰電池單元的電接觸板電接觸。14.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電池單元具有大致橢球形狀。15.根據權利要求14所述的電池單元，其中所述橢球形狀的主軸線具有I至1.4:1:0.7至I，優(yōu)選1.2至1.3:1:0.75至0.85，以及更優(yōu)選1.25:1:0.8的比率。16.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電池單元的最大橫截面尺寸為小于10厘米，更優(yōu)選小于5厘米。17.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電能貯存器經由電接觸板的選擇性地不同組合而可再充電。18.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電能貯存器具有IuWh至lkWh，更優(yōu)選ImWh至lOOWh、以及更優(yōu)選I至10Wh的容量。19.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述電能貯存器包括一個或多個電化學電池單元或超級電容器。20.根據權利要求1所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元可配置成為將所述正和負電壓供應終端的每一個連接到所述電接觸板中的至少一個，并額外地進行以下一個或多個的連接: 經由低電阻路徑將至少兩個其它電接觸板互連以限定適于電池單元的電流旁路路由； 通過電阻以星型配置將電接觸板的全部或部分連接至公共星點； 將其它電接觸板從終端以及從其它電接觸板斷開； 所述可動態(tài)配置的連接單元配置成從外部電氣設備接收編程信號。21.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，其中所述可動態(tài)配置的連接單元是可編程的以便以特定的占空比將所述正和負電壓供應終端的每一個連接到所述電接觸板的任何一個或多個。22.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，并且包括圍繞所述能量貯存器的殼體，并且所述電接觸板提供在殼體的外表面上。23.根據權利要求22所述的電池單元，其中所述殼體包括通孔，導電材料布置在其中以便將所述電接觸板電連接到所述可動態(tài)配置的連接單元。24.根據前述權利要求任一項所述的電池單元，所述可動態(tài)配置的連接單元能夠將正和負電壓供應終端從所有電接觸板斷開。25.—種電能存儲和供應系統(tǒng)，其包括: 能夠容納根據前述權利要求任一項所述的多個電池單元的箱； 提供在所述箱的內部上以便接觸相鄰電池單元的電接觸板以及用于將電能從所述系統(tǒng)向外部負載傳輸的至少兩個面向內的箱接觸焊盤;和 控制器，所述控制器用于識別經由電池單元的在所述或至少兩個箱接觸焊盤之間的一個或多個可用的和/或最優(yōu)的電能供應路徑和用于對各個電池單元進行編程以便經由這些路徑供應電能。26.根據權利要求25所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，并且包括進入箱內的開口，以允許以基本上隨機取向引入電池單元。27.根據權利要求25或26所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，所述箱布置成容納電池單元，使得大多數的電池單元與其它至少五個電池單元電接觸。28.根據權利要求25至27任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，所述控制器具有用于接收關于箱內電池單元狀態(tài)的信息的接口，并且配置成使用所述信息以識別所述最優(yōu)電能供應路徑。29.根據權利要求28所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，其中所述控制器配置成經由所述接口接收通過箱內的電池單元發(fā)送的機器可讀的識別碼，并使用所述碼作為用于將編程指令發(fā)送到電池單元的地址。30.根據權利要求25至29任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，所述箱包括三個或多個面向內的箱接觸焊盤，并且所述控制器配置成識別將箱接觸焊盤的不同的可用組合考慮在內的最優(yōu)電能供應路徑。31.根據權利要求25至30任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，并且包括功率組合器，其用于選擇和/或結合從多個不同的可用和/或最優(yōu)的電能供應路徑得到的電能。32.根據權利要求30或31所述的電能儲存和供應系統(tǒng)，所述箱接觸焊盤布置成箱接觸焊盤的一個或多個陣列。33.根據權利要求25至32任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)，并且包括容納于箱內的多個所述電池單元。34.一種電動車輛，其包括根據權利要求25至33任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)。35.配置根據權利要求25至34任一項所述的電能存儲和供應系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 操作每個單個電池單元的可動態(tài)配置的連接單元以便根據第一配置耦聯(lián)電接觸板； 操作所述電能存儲和供應系統(tǒng)的所述控制器以便識別經由電池單元的在所述或至少兩個箱接觸焊盤之間的最優(yōu)電能供應路徑，以及以便對各個電池單元進行編程;以及 響應于該編程進一步操作每個單個電池單元的所述可動態(tài)配置的連接單元，以便根據第二配置將電接觸板耦聯(lián)以便經由所識別的路徑供應電能。36.根據權利要求35所述的方法，并且包括將信息從所述各個電池單元發(fā)送到所述控制器，所述信息識別所述電池單元的狀態(tài)，其中操作所述電能存儲和供應系統(tǒng)的所述控制器以便識別經由電池單元的在所述或至少兩個箱接觸焊盤之間的最優(yōu)電能供應路徑的所述步驟包括接收所述發(fā)送的信息，并用它來確定所述最優(yōu)電能供應路徑。37.根據權利要求35或36所述的方法，其中從單個電池單元發(fā)送的所述信息包括至少關于經由電接觸板到其它智能電池單元的電連接的信息。38.根據權利要求35至37任一項所述的方法，其中所述信息和編程指令經由所述電接觸板傳輸，并且在電池單元不直接耦聯(lián)到箱接觸焊盤的情況下，經由一個或多個中間電池單元的電接觸板傳輸。39.根據權利要求35至38任一項所述的方法，其中在電動車輛內進行。40.將電能供應到負載的方法，并且所述方法包括； 將多個電池單元裝載到電池箱內，使得相鄰電池單元的電接觸板相接觸或具有接觸的高度可能性，并且各個電池單元在箱內的取向和位置是在先未知的； 識別經由接觸電接觸板通過所裝載的電池單元的一個或多個最優(yōu)電能供應路徑； 對電池單元進行編程以便導致正和負電池單元電壓供應給合適的電池單元接觸焊盤，從而建立所述最優(yōu)能量供應路徑；以及 從所建立的能量供應路徑汲取功率以供應所述負載。41.根據權利要求40所述的方法，并且包括以一定的間隔重復識別和編程的所述步驟以維持最優(yōu)的系統(tǒng)性能。42.根據權利要求40或41所述的方法，其中所述或每個最優(yōu)電能供應路徑可以是在箱內的中間電池單元處分叉的路徑。43.根據權利要求40至42任一項所述的方法，其中所述識別步驟包括識別兩個或更多最優(yōu)電能供應路徑，并且將功率從所建立的能量供應路徑汲取以便供應所述負載的所述步驟包括并聯(lián)地耦聯(lián)所述供應路徑。44.根據權利要求40至43任一項所述的方法，其中所述裝載的電池單元形成自組織網絡，使得識別和編程的所述步驟以基本上無需外部控制的方式進行。45.根據權利要求40至43任一項所述的方法，其中識別和編程的所述步驟由電池單元外部的中央控制器執(zhí)行。46.根據權利要求45所述的方法，并且包括將狀態(tài)信息從所述電池單元發(fā)送到中央控制器，對于給定的電池單元而言，所述狀態(tài)信息包括所述電池單元與相鄰電池單元的的連接細節(jié)。47.根據權利要求40至46任一項所述的方法，其中將功率從所建立的能量供應路徑汲取的所述步驟包括經由兩個或多個箱接觸焊盤汲取功率，所述箱接觸焊盤提供在所述箱的內表面上并且其與所述所建立的能量供應路徑的端部接觸。48.根據權利要求40至47任一項所述的方法，其中所述識別步驟包括識別與所述兩個或多個箱接觸焊盤接觸的最優(yōu)電能供應路徑，這些箱接觸焊盤是更多個箱接觸焊盤的子集。49.根據權利要求40至48任一項所述的方法，其中所述負載是電動車輛的電動馬達。
【專利摘要】一種電池單元，其包括：具有正和負電壓供應終端的電能貯存器；在電池單元外表面上的三個或多個電接觸板；和用于將所述正和負電壓供應終端的每一個電連接到任何一個或多個所述電接觸板的可動態(tài)配置連接單元；其中電能可經由電接觸板的選擇性地不同組合從電能貯存器汲取。
【IPC分類】H01M2/30, H01M10/44, H01M10/42, H01M2/20, H01M2/34, H01M10/46, B60L11/18, B60K1/04
【公開號】CN105722718
【申請?zhí)枴緾N201480062012
【發(fā)明人】B·霍爾塔佩爾斯, J·圖奧莫拉, T·里薩寧
【申請人】湯克圖公司
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2014年9月10日
【公告號】EP3044028A1, US20150303434, WO2015036437A1