处于不同荷电状态(SOC)的多个电池组的电池充电和放电

本公开的技术领域

本发明总体上涉及用于电动车辆的电池充电和放电方法，并且更具体地，涉及处于不同荷电状态(SOC)的多个电池组的电池充电和放电方法。

本公开的背景技术和发明内容

电动车辆(EV)或混合动力车辆(HEV)中的电池组可以串联或并联连接。当电池组并联连接时，电池组电压的显著差异可能导致大电压均衡电流，而大均衡电流可能导致将电池组连接成所述配置的过程困难和/或耗时。此外，电压均衡电流可能超过最大电池电流限制，从而导致电池组停机或损坏。

本公开提供了一种当并联连接的多个电池组中的至少一个电池组具有与其它电池组相比显著不同的电压或荷电状态(SOC)时，选择性地对具有所述多个电池组的系统进行充电或放电的方法。该方法包括以下步骤：对具有距目标值最远的电压或荷电状态的所述电池组进行充电或放电，直到所述电压或荷电状态处于另一电池组的范围内，在那时，所述电池组可以被连接并且可以针对所连接的电池组的集合恢复充电或放电。重复该过程，直到所有电池组均处于所述系统的预定最小或最大电压或荷电状态阈值为止。另外，本公开提供了一种根据多个电池组的相应状态选择性地对所述多个电池组中的至少一个电池组进行操作和充电的方法。

根据本公开的实施方式，公开了一种利用多个电池组的方法。所述方法包括以下步骤：确定第一电池组的失效状况，所述第一电池组包括第一接触器和第二接触器；以及确定第二电池组的失效状况，所述第二电池组在工作时联接至所述第一电池组，所述第二电池组包括第三接触器和第四接触器。当所述第一电池组处于失效状态而所述第二电池组不处于失效状态时，将所述第三接触器置于闭合配置并将所述第二接触器置于打开配置，以使仅所述第二电池组可运行。当所述第一电池组处于失效状态并且所述第二电池组处于失效状态时，将所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器以及所述第四接触器置于打开配置，以使所述第一电池组和所述第二电池组均不可运行。当所述第一电池组不处于失效状态而所述第二电池组处于失效状态时，将所述第一接触器置于闭合配置且将所述第四接触器置于打开配置，以使仅所述第一电池组可运行。

所述方法还可以包括以下步骤：利用预定最大可接受电压差(dVmax)值确定绝对差值。当所述绝对差小于所述预定dVmax值时，将所述第一接触器、所述第二接触器、所述第三接触器以及所述第四接触器置于闭合配置，以使所述第一电池组和所述第二电池组均可运行。当所述绝对差值大于或等于所述预定dVmax值时，所述方法还包括以下步骤：将所述第一电压与所述第二电压进行比较。当所述第一电压大于所述第二电压时，将所述第一接触器和所述第四接触器置于闭合配置，以使所述第一电池组可运行并且所述第二电池组开始充电。当所述第一电压小于所述第二电压时，将所述第三接触器和所述第二接触器置于闭合配置，以使所述第二电池组可运行并且所述第一电池组开始充电。所述第一电池组或所述第二电池组可以通过电阻器进行充电。所述方法还可以包括以下步骤：当所述绝对差值小于或等于所述预定dVmax值时，停止所述充电。

根据本公开的另一实施方式，公开了一种并联电池配置。所述并联电池配置包括：第一电池组，所述第一电池组包括：第一主电池系统接触器，所述第一主电池系统接触器被定位在负端子上；第二主电池系统接触器，所述第二主电池系统接触器被定位在正端子上；第一大电流接触器，所述第一大电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器；第二大电流接触器，所述第二大电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器；小电流接触器，所述小电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器；以及电阻器。所述第二电池组包括：第三大电流接触器，所述第三大电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器，并且所述第三大电流接触器被配置成在工作时并联联接所述第一电池组和所述第二电池组；第四大电流接触器，所述第四大电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器；第二小电流接触器，所述第二小电流接触器在工作时联接至所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器；以及电阻器。

所述并联电池配置的所述第一电池组还可以包括转换器。所述转换器可以被配置成从所述第一电池组汲取输入电压，并且输出与所述输入电压不同的电压，以匹配所述第二电池组的电压。闭合所述第一主电池系统接触器和所述第二主电池系统接触器使所有其它接触器闭合。所述接触器中的至少一个接触器包括固态开关。

本公开的又一实施方式公开了一种对多个电池组进行充电的方法，所述方法包括以下步骤：识别多个电池组中的具有最低电压的第一电池组；闭合所述第一电池组的第一接触器；测量所述多个电池组中的第二电池组的第二电压；确定所述最低电压与所述第二电压之间的第一差值；以及将所述第一差值与预定最大可接受电压差(dVmax)值进行比较。

当所述第一差值小于或等于所述dVmax值时，所述方法还包括以下步骤：闭合所述第二电池组的第二接触器。所述方法还可以包括以下步骤：允许经过第一预定量时间；测量所述第一电池组的第三电压；测量剩余的多个电池组中的第三电池组的第四电压；确定所述第四电压与所述第三电压之间的第二差值；以及将所述第二差值与预定电压值进行比较。当所述第二差值小于或等于所述预定电压值时，所述方法还可以包括以下步骤：闭合所述第三电池组的第三接触器。当所述第一差值大于所述dVmax值时，所述第二电池组和所述第三电池组可以是相同电池组。所述第三电池组可以包括剩余的多个电池组中的最低电压。所述方法还可以包括以下步骤：通过提供充电电流来向具有闭合的接触器的所述电池组进行充电。可以通过有条理地增加所述充电电流的电压值，直到所述充电电流达到预定最大充电电流值为止，来提供所述充电电流。

根据本公开的另一实施方式，公开了一种对多个电池组进行放电的方法，所述方法包括以下步骤：识别多个电池组中的具有最高电压的第一电池组；闭合所述第一电池组的第一接触器；测量所述多个电池组中的第二电池组的第二电压；确定所述最低电压与所述第二电压之间的第一差值；以及将所述第一差值与预定最大可接受电压差(dVmax)值进行比较。

当所述第一差值小于或等于所述dVmax值时，所述方法还可以包括以下步骤：闭合所述第二电池组的第二接触器。所述方法还可以包括以下步骤：允许经过第一预定量时间；测量所述第一电池组的第三电压；测量剩余的多个电池组中的第三电池组的第四电压；确定所述第四电压与所述第三电压之间的第二差值；以及将所述第二差值与预定电压值进行比较。当所述第二差值小于或等于所述预定电压值时，所述方法还可以包括以下步骤：闭合所述第三电池组的第三接触器。当所述第一差值大于所述dVmax值时，所述第二电池组和所述第三电池组可以是相同电池组。所述第三电池组可以包括剩余的多个电池组中的最高电压。所述方法还可以包括以下步骤：通过提供放电电流来使具有闭合的接触器的所述电池组进行放电。可以通过有条理地增加所述放电电流的电压值，直到所述电压值电流达到预定最大放电电流值为止，来提供所述放电电流。

根据本公开的又一实施方式，公开了一种改变多个电池组的电压的方法，所述方法包括以下步骤：通过有条理地增加充电电流或放电电流的电压值，直到所述电压值达到预定最大电流电压值为止，来向多个电池组中的至少第一电池组提供所述充电电流或放电电流，其中，所述第一电池组包括闭合的第一接触器；测量所述第一电池组的第一电压；测量所述多个电池组中的第二电池组的第二电压；确定所述第一电压与所述第二电压之间的第一差值；将所述第一差值与预定最大可接受电压差(dVmax)值进行比较；以及将所述第二电池组的所述第二电压与系统电压进行比较。

所述方法还可以包括以下步骤：减小所述充电电流或放电电流的所述电压值，直到电流流入小于预定流入值；以及闭合所述第二电池组的第二接触器；其中，所述第一差值小于或等于所述dVmax值，并且所述系统电压大于所述第二电压。所述方法还可以包括以下步骤：闭合所述第二电池组的第二接触器，其中，所述第一差值小于或等于所述dVmax值，并且所述系统电压小于或等于所述第二电压。所述第二电池组可以包括剩余的多个电池组的最低电压。所述第二电池组可以包括剩余电池组的最高电压。所述方法还可以包括以下步骤：对具有闭合的接触器的所述电池组进行充电。所述方法还可以包括以下步骤：对具有闭合的接触器的所述电池组进行放电。

根据本公开的又一实施方式，公开了一种改变多个电池组的电压的方法，所述方法包括以下步骤：向多个电池组中的至少第一电池组提供充电电流或放电电流，其中，所述第一电池组包括闭合的第一接触器；测量所述第一电池组的第一电压；测量所述多个电池组中的第二电池组的第二电压；确定所述第一电压与所述第二电压之间的第一差值；将所述第一差值与预定最大可接受电压差(dVmax)值进行比较；将所述第一差值与预定最大可接受电压差(dVmax)值进行比较；将所述第二电池组的所述第二电压与系统电压进行比较；减小所述充电电流或放电电流的所述电压值，直到电流流入小于预定流入值；以及闭合所述第二电池组的第二接触器；其中，所述第一差值小于或等于所述dVmax值，并且所述系统电压大于所述第二电压。

附图说明

图1是例示本公开中阐述的并联电池配置的充电过程的视图；

图2A是例示电池组配置的图表，其中，该电池组配置中的一个电池组处于异常电压，并且其荷电状态(SOC)低于该电池组配置中的其它电池组；

图2B是例示电池组配置的图表，其中，该电池组配置中的一个电池组处于异常电压，并且其荷电状态(SOC)高于该电池组配置中的其它电池组；

图3是例示图1的并联电池组配置的充电方法的实施方式的图表；

图4是例示图1的并联电池组配置的充电方法的一个实施方式的流程图；

图5是例示图1的并联电池组配置的充电方法的另一实施方式的流程图；

图6是例示图1的并联电池组配置的充电方法的实施方式的图表，以避免充电电流的不相称分配；

图7A是例示电池组配置的图表，其中，该电池组配置中的一个电池处于异常电压，并且其荷电状态(SOC)高于该电池组配置中的其它电池组；

图7B是例示电池组配置的图表，其中，该电池配置中的所有电池组均具有大致相同的荷电状态(SOC)，但是该电池组配置中的电池组中的一个电池组的荷电状态(SOC)与该电池配置中的其它电池组相比略低；

图7C是例示电池组配置中的多个电池组的图表，其中，该电池组配置中的所有电池组均正在充电并且具有大致相同的荷电状态(SOC)；

图8是例示图1的并联电池组配置的充电方法的又一实施方式的流程图；

图9是例示并联电池配置的放电过程的视图；

图10是例示图1的并联电池组配置的放电方法的实施方式的图表；

图11是例示图1的并联电池组配置的放电方法的一个实施方式的流程图；

图12是例示图1的并联电池组配置的放电方法的另一实施方式的流程图；

图13是例示图1的并联电池组配置的放电方法的又一实施方式的流程图；

图14是本公开的并联电池配置的示意图，包括电池组件在该配置内被定位在哪里的描绘；

图15是例示根据电池组的相应状态对图1和图10的并联电池配置的特定电池组进行操作的方法的流程图；

图16是本公开的并联电池配置的另一实施方式的示意图；以及

图17是图12中使用的转换器的示意图。

附图的详细描述

首先参照图1提供了示出电池组配置100A的电池组系统100。电池组配置100A包括电池组102A、102B、102C以及102D，并且对应的接触器104A、104B、104C以及104D处于打开位置，在该打开位置，电池电路打开并且是不活动的(即，电流无法流入电路内的电池组或者从电路内的电池组流出)。接触器104A至104D用于在对应的电池组102A至102D的闭路与开路之间切换电源电路。电池组配置100A示出了电池组系统100的初始状态，其中电池组102D具有大致等于最小SOC的荷电状态(SOC)(如图1所示)，而电池组102A至102C的荷电状态(SOC)在图1所示的最小SOC与最大SOC之间并且彼此大致相等。还如图1所示，电池组配置100A经由本文进一步公开的充电方法过渡到电池组配置100B。电池组配置100B包括皆具有最大SOC(如图1所示)的电池组102A至102D以及处于闭合位置的接触器104A至104D。

现在参照图2A、图2B以及图3，示出了本文进一步描述的充电方法的图表表示。如图2A中所示，提供了根据电池SOC的电池电压曲线106，其中，在区域A处提供了电池组(由星号表示)。与区域B处的电池组的电压和SOC相比，所述电池组的SOC和电池电压低得多。根据本文更详细描述的方法，当对电池进行充电时，首先对区域A处的电池组进行充电。当对所述电池组进行充电时，该电池组的SOC和电压随之增加，并且沿着曲线106朝向区域B处的电池组移动。一旦所述电池组的SOC和电压处于区域B处的电池的预定范围内或大致等于区域B处的电池，就可以将区域B处的电池组以可接受的均衡电流连接至先前充电电池组，并且所有电池组均开始充电，直到这些电池组沿着曲线106在区域C处达到最大电压和SOC。

图2B示出了电池组的另选配置，其中，区域B处的多个电池组具有比区域A处的电池组低得多的电池组电压和SOC。在这种情况下，首先对区域B处的多个电池组进行充电，直到所述多个电池组的相应SOC和电压处于区域A处的电池组的预定范围内或大致等于区域A处的电池组。在那时，所有电池组均被充电，直到电池组沿着曲线106在区域C处达到最大电压和SOC。

图3例示了充电分布图(profile)110，并且还例示了电池系统100的实施方式的充电方法(本文进一步讨论的)。如图所示，在时间零，电池组#4具有与位置I相关联的电压，并且具有最低电压。当对电池组#4进行充电时，电池组#4的电压沿着充电分布图110朝向电池组#6、#1、#5、#3、#7以及#8增加。当电池组#4的电压处于电池组#6的电压的预定范围内或大致等于电池组#6的电压时，将这两个电池组连接，并且除电池#4之外，电池#6也开始充电。当电池组#1、#5、#3、#7以及#8根据区域II中指示的预定电压范围以不同的稍晚时间或者与其它电池组同时联机以进行充电时，这些电池组遵循类似模式。

随着充电持续通过区域III，电池组#1以及#3至#8电池组继续充电。当电池组#1以及#3至#8的电压处于电池组#2的电压预定范围内或大致等于电池组#2的电压时，使电池组#2联机并且开始与电池组#1、#3至#8一起充电通过区域IV，直到所述电池组的充电如所示完成。由于在任一时刻进行充电的电池组的数量可能不同，因此电池组之间的电功率和/或电流可能不是恒定的，因此电压可能不会以所示的恒定速率爬升。电池组之间的电流和/或电功率将以与联机的电池组的数量大致成比例的速率增加，以恒定电流充电将会看到随着使附加电池组联机，电压将以下降的速率增加。

现在参照图4示出了对电池组系统100进行充电的方法200。方法200开始于框202，在该框中，确定和选择具有最低电压的电池组。在一个实施方式中，这可以通过电子控制模块(ECM)来完成。然后，在框204处，将所选择的电池组的接触器闭合。然后，方法200进行至框206，在该框中，电池组系统100迭代地排序并检查其它电池组的电压(如本文中进一步讨论的)，并且在框208和210处示出。

为了检查剩余电池组的电压(在框206处)，选择剩余电池组中的一个电池组，并且测量所选择的电池组的电压。然后，在框210处，计算电压差值的绝对值，并将该绝对值与预定dVmax值进行比较，其中，该dVmax值是安全连接电池组的最大可接受电压差值。dVmax值是在考虑电池组的连续充电电流能力以及电池组的内阻的情况下选择的。相应电池组的电压是在无负载且没有补偿电池内阻电压降的情况下测量的。

如框210所示，如果绝对电压差值小于或等于dVmax值，则方法200进行至框208，在该框中，将所选择的电池组的接触器闭合。然后，方法200返回至框206，在该框中，选择另一电池组并将该电池组与上面概述的电压阈值进行比较。相反地，如果最低电压电池组与所选择的电池组之间的绝对电压差值大于dVmax值，则方法200不闭合所选择的电池组的接触器，并返回至框206，在该框中，选择另一电池组并将该电池组与上面概述的dVmax值进行比较。可以想到的是，在另选实施方式中，dVmax值可以根据车辆运行参数或发动机配置而改变。如框206、208以及210中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组为止。

然后，方法200进行至框212，在该框中，具有闭合的接触器的电池组(从框206、208以及210的过程中选择的电池组)开始充电。在被分配用于在框212处对所选择的电池组进行充电的预定时段之后，电池组系统100以上面关于框206、208以及210概述的相似迭代过程，经由框214、216以及218对剩余电池组排序。

为了在框214处检查剩余电池组的电压，选择剩余电池组中的一个电池组，并且测量电压。然后，在框216处，计算所选择的电池组与根据框212的充电电池组的电压之间的电压差值的绝对值。然后，将该绝对电压差值与dVmax值进行比较。如框216所示，如果电压差值小于或等于dVmax值，则方法200进行至框218，在该框中，将所选择的电池组的接触器闭合。然后，方法200返回至框214，在该框中，如上面概述的，选择剩余电池组中的另一电池组并且将该电池组与dVmax值进行比较。相反地，如果充电电池组与所选择的电池组之间的电压差值大于dVmax值，则方法200不闭合所选择的电池组的接触器，并返回至框214，在该框中，如上面概述的，选择另一电池组并将该电池组与dVmax值进行比较。可以想到的是，在另选实施方式中，dVmax值可以根据车辆运行参数或发动机配置而改变。如框214、216以及218中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组为止。

然后，方法200进行至框220，在该框中，对所选择的电池组和先前充电电池组进行充电。在预定充电时段之后，方法200进行至框222，在该框中，电池组系统100确定充电是否完成。在一个实施方式中，当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最大SOC设定和预先设立的最大电压设定时，充电完成。如果充电完成，则方法200移至框224，在该框中，方法200停止。然而，如果充电未完成，则方法200返回至框214，以如上概述地迭代检查剩余电池组。

现在参照图5示出了另选的充电方法300。方法300类似于上面讨论的方法200，其中，本文将进一步描述所述方法之间的差异。

在针对在框312处对所选择的电池组(从框306至310选择的电池组)进行充电的预定时间量之后，电池组系统100循环并检查剩余电池组的电压，并且选择具有最低电压的电池组。一旦选择了最低电压电池组，处理300就接着进行至框316，在该框中，与框216类似地，计算所选择的电池组与一个或多个充电电池组的绝对电压差值，并将该绝对电压差值与预定dVmax值进行比较。如果该电压差值小于或等于dVmax值，则在框318处，将所选择的电池组的接触器闭合，并且方法300返回至框314，在该框中，选择具有次最低电压的电池组(若可应用的话)。相反地，如果所选择的电池组与充电电池组的电压之间的绝对电压差值大于dVmax值，则方法300不闭合所选择的电池组的接触器，并返回至框314，在该框中，选择剩余电池组中的具有次最低电压的电池组，并且计算所述绝对电压差值并将该绝对电压差值与上面概述的dVmax值进行比较。如框314、316以及318中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组。

然后，方法300进行至框320，在该框中，对所选择的电池组和先前充电电池组进行充电。在被分配用于对所述电池进行充电的预定时段之后，方法300进行至框322，在该框中，电池组系统100确定充电是否完成。如先前提到的，当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最大SOC设定和预先设立的最大电压设定时，充电完成。如果满足在框322处的条件，则方法300移至框324，在该框中，方法300停止。然而，如果不满足在框322处的条件，则方法300返回至框314，以如上概述那样检查剩余电池组的电压。

再次简要地参照图1，如果安装与先前存在的电池组102a至102c具有较大SOC差别的新电池组102d，则本文所公开的充电方法将通过对新电池组102d进行充电而自动适应这种新电池组102d，而无需任何人工干预。类似地，如果任何单个电池组102失效，或者在使用电池组102期间的异常导致对应的接触器104打开，以使电池组102不被用于车辆任务的余下部分，则本文所公开的充电方法自动使所有电池组102达到相同的SOC，而无需任何人工干预。

参照图6，在一些实施方式中，电池的电压是根据总线电压而不是单个电池的开路电压测量的。在这种实施方式中，电池电压可以根据对电池进行充电的电流量或者从电池放电的电流量而改变，并且由于显著量的电流流入而无法容易且准确地计算出开路电压。在这种情况下，当使后续的电池组联机时，该后续电池组很可能与先前已经经历充电的一个或多个先前电池组不处于均衡状态中，即，很可能具有更高的开路电压，该开路电压实质上等于一个或多个先前电池组的总线电压。因此，当充电重新开始时，新电池组将会已经处于比先前电池组更高的电位，从而导致新电池组接收不相称的少量充电电流，而先前电池组接收不相称的大量充电电流。较大的电流可能会损坏先前的电池组。

图6例示了充电分布图120，包括电池系统100的实施方式的充电方法(本文中进一步讨论的)以避免充电电流的不相称分配。充电分布图120包括测量出的总线电压线122和开路电压线124。如图所示，在时间零，电池组#4a具有与位置I相关联的开路电压，这在所示电池组当中是最低电压。因此，电池组#4a接收充电电流以开始充电。根据线122生成总线电压，这在所测量的总线电压与根据线124的实际开路电压之间产生显著差别。当电池组#4a被充电时，电池组#4a的电压沿着充电分布图120朝向电池组#6a、#1a、#5a、#3a、#7a以及#8a增加。

随着电池组#4a的所测量的总线电压接近电池组#6a的电压，充电电流减小，从而降低电池组#4a的所测量的总线电压。当充电电流接近零时，总线电压接近电池组#4a的开路电压。当充电电流较小并且电池组#4a的总线电压处于电池组#6a的电压的预定范围内或大致等于电池组#6a的电压时，将这两个电池组连接，并且除电池#4a之外，电池组#6a也开始充电。当电池组#1a、#5a、#3a、#7a以及#8a根据区域II中指示的预定电压范围以不同的稍晚时间或者与其它电池组同时联机以进行充电时，这些电池组遵循类似模式。

随着充电持续通过区域III，电池组#1a以及#3a至#8a继续充电。如上所述，当电池组#1a以及#3a至#8a的所测量的总线电压处于电池组#2a的电压预定范围内或大致等于电池组#2a的电压时，使电池组#2a联机并且开始与电池组#1a以及#3a至#8a一起充电通过区域IV，直到所述电池组的充电如所示完成。

例如，现在参照图7A至图7C，示出了电池组系统130的充电方法。电池组系统130包括四个电池组132A至132D，并且对应的接触器134A至134D处于打开位置和闭合位置，在打开位置，电池电路打开并且是不活动的(即，电流无法流入电路内的电池组或者从电路内的电池组流出)，而在闭合位置，电池电路是闭合的。接触器134A至134D用于在对应的电池组132A至132D的闭路与开路之间切换电源电路。图7A示出了电池组系统130的初始条件，其中，电池组132A、132B以及132C具有约40％的荷电状态(SOC)；对应的电池组132A至132C的接触器134A至134C是闭合的，以使电池组132A至132C以由电池组系统130所确定的所允许的最大充电电流值进行充电。电池组132D具有约80％的SOC和打开的接触器134D，以使电池组132D不进行充电。

当电池组132A至132C的电压接近并稍微超过电池组132D的电压时(如图7B所示)，充电电流逐步减小，直到充电电流达到低电压为止。然后，使该充电过程以低充电电流继续，直到电池组132A至132C中的各个电池组皆达到期望的目标电压为止。如图7C所示，然后将电池组132D的接触器134D闭合，并且对电池组132A至132D继续该充电过程。

现在参照图8示出了对电池组系统100进行充电的另选方法900。方法900类似于上面讨论的方法200，其中，本文将进一步描述所述方法之间的差异。

随着从框902以及906至910选择的一个或多个电池组在框912开始充电，该充电过程通过以下步骤开始：缓慢地或有条理地增加充电电流的电压值，以避免超过可能具有稍高电压的任何剩余电池组，直到充电电流处于该系统允许的预定最大充电电流值为止。在被分配用于在框912处对所选择的电池组进行充电的预定时段之后，在框914处，电池组系统100选择剩余电池组中的一个电池组，并且测量所选择的电池组的电压。在另一实施方式中，与上面讨论的方法300类似地，电池组系统100可以识别并选择具有最低电压的剩余电池组。计算所选择的电池组与充电电池组之间的绝对电压差值。然后，将该绝对电压差值与预定dVmax值进行比较。如框916所示，如果该绝对电压差值大于dVmax值，则方法950返回至框914以选择另一个电池组(若可应用的话)。如果绝对电压差值小于或等于dVmax值，则方法900进行至框917，在该框中，确定系统电压或者充电电池组的平均测量电压是否大于所选择的电池组的电压。如果系统电压较大，则在框919处减小充电电流，直到充电电流流入低于预定流入值为止。然后，在框918处闭合所选择的电池组上的接触器，并且该过程在框914处再次开始。如果系统电压不大，则在框918处闭合所选择的电池组上的接触器，并且该过程在框914处再次开始。如框914、916、917、919以及918中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有剩余电池组为止。

然后，方法900进行至框920，在该框中，所选择的电池组和先前充电电池组通过以下步骤开始充电：缓慢地或有条理地增加充电电流的电压值，以避免超过可能具有稍微更高电压的任何剩余电池组，直到充电电流处于该系统允许的最大充电电流值为止。在预定充电时段之后，方法900进行至框922，在该框中，电池组系统100确定充电是否完成。在一个实施方式中，当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最大SOC设定和预先设立的最大电压设定时，充电完成。如果充电完成，则方法900移至框924，在该框中，所述方法停止。然而，如果充电未完成，则方法900返回至框914，以如上概述那样迭代检查剩余电池组。

通常，当使电池组放电时(例如，在车辆的驱动循环期间)，具有最大电压的电池组在电池组系统100内已经闭合接触器，并且首先在车辆的运行中使用。随着在使用期间电池组的电压下降，对其它断开连接的电池组(若有的话)的电压进行监测，以确定所述断开连接的电池组的电压是否在放电电池组的电压阈值之内。一旦所述断开连接的电池组的电压处于放电电池组的预定范围内或大致等于放电电池组的电压，就将所述断开连接的电池组的接触器闭合，并且将该电池组与先前放电电池组一起使用。

参照图9，提供了为电池组配置150A和150B的电池组系统100。与电池组配置100A类似，电池组配置150A和150B包括电池组102A至102D，并且对应的接触器104A至104D处于打开位置，在该打开位置，电池电路打开并且是不活动的(即，电流无法流入电路内的电池组或者从电路内的电池组流出)。接触器104A至104D用于在对应的电池组102A至102D的闭路与开路之间切换电源电路。电池组配置150A示出了电池组系统100的初始条件，其中电池组102D具有在所示最小SOC与最大SOC之间的荷电状态(SOC)，而电池组102A至102C的荷电状态(SOC)大致等于最大SOC。当车辆经由本文进一步公开的方法被驱动时，电池组配置150A过渡到电池组配置150B。电池组配置150B包括皆具有所示的最小SOC的电池组102A至102D以及处于闭合位置的接触器104A至104D。

图10例示了电池组系统100的实施方式的一般放电方法(如本文更详细讨论的)的放电分布图112。如图所示，在时间零，电池组#4、#6、#1、#5、#3、#7以及#8具有大致相同的电压，并且大致大于电池组#2的电压。因而，电池组#4、#6、#1、#5、#3、#7以及#8的接触器是闭合的并且这些电池组贯穿图7的区域IA在车辆的运行期间被使用。在使用期间，电池组的电压减小，并在IIIA表示的时间，电池组#4、#6、#1、#5、#3、#7以及#8与电池组#2之间的电压差值处于电池组#4、#6、#1、#5、#3、#7以及#8的预定电压范围内或者大致等于电池组#2的电压。然后闭合电池组#2的接触器，从而使电池组#2联机以供在车辆运行期间使用。在时间IIIA之后，所有电池组均在车辆运行期间使用，直到驱动循环完成为止。

由于在任一时刻进行放电的电池组的数量可能不同，因此电池组之间的电功率和/或电流可能不是恒定的，因此电压可能不以所示的恒定速率下降。电池组之间的电流和/或电功率将以与联机的电池组的数量大体成比例的速率减小，当使附加电池组联机时，以恒定电流放电将会看到电压以增加的速率下降。

现在参照图11示出了使电池组系统100放电的方法400。方法400开始于框402，在该框中，确定和选择具有最高电压的电池组。然后，在框404处，闭合所选择的电池组的接触器，从而使所选择的电池组联机。然后，方法400进行至框406，在该框中，电池组系统100迭代地检查其它电池组的电压(如本文中进一步讨论的)。

当在框406处检查剩余电池组的电压时，选择剩余电池组中的一个电池组，并且测量电压。然后，在框410处，将所选择的电池组的电压与在框402处选择的最低电池组的电压进行比较，并且测量电池组之间的绝对电压差值，并将绝对电压差值与预定dVmax值进行比较，其中，dVmax值是用于安全地连接电池组的最大可接受电压差值。dVmax是在考虑电池组的连续充电电流能力以及电池组的内阻的情况下被选择的。相应电池组的电压是在无负载且没有补偿电池内阻电压降的情况下被测量的。

如框410所示，如果电压差值小于或等于dVmax值，则方法400进行至框408，在该框中，将所选择的电池组的接触器闭合。然后，方法400返回至框406，在该框中，选择另一电池组并将该电池组与上面概述的最低电压电池组进行比较。相反地，如果最低电压电池组与所选择的电池组之间的绝对电压差值大于dVmax值，则方法400返回至框406，并且选择另一电池组并将该电池组与上面概述的最低电压电池组进行比较。可以想到的是，在另选实施方式中，dVmax值可以根据车辆运行参数或发动机配置而改变。如框406、408以及410中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组为止。

然后，方法400进行至框412，在该框中，车辆的驱动循环开始，并且相应地，电池组开始放电。在预定时段之后，为了在框412处使所选择的电池放电，电池组系统100以上面参照框406、408以及410概述的相似迭代过程，经由框414、416以及418对剩余电池组排序。

为了在框414处检查剩余电池组的电压，选择剩余电池组中的一个电池组，在框416，将所选择的电池组的电压与来自框412的放电电池组的电压进行比较，然后计算所述电池组之间的绝对电压差值，并将该绝对电压差值与预定dVmax值进行比较。如框416所示，如果该绝对电压差值小于或等于dVmax值，则方法400进行至框418，在该框中，将所选择的电池组的接触器闭合。然后，方法400返回至框414，在该框中，选择另一电池组并将该电池组与上面概述的放电电池组的电压进行比较。相反地，如果放电电池组与所选择的电池组之间的绝对电压差值大于dVmax值，则如上面概述的，方法400返回至框414，并且选择另一电池组并将该电池组与放电电池组的电压进行比较。可以想到的是，在另选实施方式中，dVmax值可以根据车辆运行参数或发动机配置而改变。如框414、416以及418中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组。

然后，方法400进行至框420，在该框中，在车辆的驱动循环期间，所选择的电池组结合先前放电电池组进行放电或者继续放电。在预定放电时段之后，方法400进行至框422，在该框中，电池组系统100确定车辆的驱动循环是否完成。在一个实施方式中，当车辆的驱动循环结束时(例如，当车辆的任务完成时)，或者当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最小SOC设定和预先设立的最小电压设定并且不再能够为车辆供电时，该驱动循环完成。如果驱动循环完成，则方法400移至框424，在该框中，方法400停止。然而，如果驱动循环未完成，则方法400返回至框414，以如上概述迭代地检查剩余电池组。

现在参照图12示出了另选的放电方法500。方法500类似于上面讨论的方法400。本文将进一步描述所述方法之间的差异。

在从根据框506至510选择的电池在框512处开始放电时起的预定量的放电时间之后，电池组系统100检查剩余电池组(即，具有打开的接触器的那些电池组)，并且确定具有最高电压的电池组。一旦完成这一步，方法500就进行至框516，在该框中，将所选择的电池组的电压与充电电池组的电压进行比较，并计算绝对电压差值。然后，将该绝对电压差值与预定dVmax值进行比较。如果绝对电压差值小于或等于dVmax值，则在框518处，将所选择的电池组的接触器闭合，并且方法500返回至框514，在该框中，选择具有次最高电压的电池组(若可应用的话)。相反地，如果所选择的电池组与放电电池组的电压之间的绝对电压差值大于dVmax值，则方法500不闭合所选择的电池组的接触器，并返回至框514，在该框中，如上面概述的，选择剩余电池组中的具有次最高电压的电池组，并且计算所述绝对电压差值并将该绝对电压差值与dVmax值进行比较。如框514、516以及518中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有电池组为止。

在预定时段之后，方法500进行至框522，在该框中，电池组系统100确定所述驱动循环是否完成。如先前提到，当车辆的驱动循环结束时(例如，当所述任务完成时)，或者当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最小SOC设定和预先设立的最小电压设定并且不再能够为车辆供电时，该驱动循环完成。如果驱动循环完成，则方法500移至框524，在该框中，方法500停止。然而，如果驱动循环未完成，则方法500返回至框514，以如上概述那样检查剩余电池组。

如上参照图6讨论的，在一些实施方式中，电池的电压是根据总线电压而不是单个电池的开路电压测量的。在这种实施方式中，电池电压可以根据从电池放电的电流的量而改变，并且由于显著量的电流流入而无法容易且准确地计算出开路电压。在这种情况下，当使后续的电池组联机时，该后续电池组很可能与已经经历充电的一个或多个先前电池组不处于均衡状态，即，很可能具有更高的开路电压，该开路电压实质上等于一个或多个先前电池组的总线电压。因此，当放电恢复时，新电池组将已经处于比先前电池组更高的电位，从而导致电流的不相称分配，这可能造成对电池组的损坏。

参照图13，公开了使电池组系统100放电的另选方法950。方法950类似于上面描述的方法400。本文将进一步描述所述方法之间的差异。

随着从框952以及956至960选择的一个或多个电池组在框962处开始放电，车辆的驱动循环开始，并且相应地，电池组通过以下步骤开始放电：缓慢地或有条理地增加放电电流的电压值，以避免超过可能具有稍微更高电压的任何剩余电池组，直到放电电流处于该系统允许的预定最大放电电流值为止。在被分配给在框962处对所选择的电池组进行充电的预定时段之后，在框964处，电池组系统100选择剩余电池组中的一个电池组，并且测量所选择的电池组的电压。在另一实施方式中，与上面讨论的方法500类似，电池组系统100可以识别并选择具有最高电压的剩余电池组。计算所选择的电池组与充电电池组之间的绝对电压差值。然后，将该绝对电压差值与预定dVmax值进行比较。如框966所示，如果该绝对电压差值大于dVmax值，则该方法返回至框964，以利用不同电池组重复该过程。如果该绝对电压差值小于dVmax值，则方法950进行至框967，在该框中，确定系统电压或者放电电池组的平均测量电压是否大于所选择的电池组的电压。如果系统电压较大，则在框969处减小放电电流，直到放电电流流入低于预定流入值为止。然后，在框968处闭合所选择的电池组上的接触器，并且该选择过程在框964处再次开始。如果系统电压不是较大，则在框968处闭合所选择的电池组上的接触器，并且该过程在框964处再次开始。如框964、966、967、969以及968中概述的，排序过程迭代地循环通过剩余电池组，直到检查了电池组系统100中的所有剩余电池组。

然后，方法950进行至框970，在该框中，车辆的驱动循环开始，并且相应地，所选择的电池组和先前放电电池组通过以下步骤开始放电：缓慢地或有条理地增加放电电流的电压值，以避免超过可能具有稍微更高电压的任何剩余电池组，直到放电电流处于该系统允许的最大放电电流值为止。在预定放电时段之后，方法950进行至框972，在该框中，电池组系统100确定车辆的驱动循环是否完成。在一个实施方式中，当车辆的驱动循环结束时(例如，当车辆的任务完成时)，或者当电池组系统100中的所有电池组都处于预先设立的最小SOC设定和预先设立的最小电压设定并且不再能够为车辆供电时，该驱动循环完成。如果驱动循环完成，则方法950移至框974，在该框中，方法950停止。然而，如果驱动循环未完成，则方法950返回至框964，以如上概述迭代地检查剩余电池组。

现在参照图14示出了另选的并联电池配置600。图14示出了并联连接的两个电池组601、603。在本公开的范围内，该配置可应用于包括多于两个电池组的多个电池组系统。例如，配置600可以应用于：如图1、图7A至图7C以及图9所示的包括四个电池组的电池组系统；如图2A至图2B、图3、图6以及图10所示的八个电池组；或者包括可操作的任意数量的电池组的电池组系统。

电池组601包括电池管理系统602和固态开关或大电流接触器604。将接触器604在工作时连接至电阻器610和另一个固态开关或小电流接触器612。在高压系统中，电池组601还可以可选地包括第二大电流接触器605。类似地，电池组603包括电池管理系统608和固态开关或大电流接触器606。将接触器606在工作时连接至电阻器614和另一个固态开关或小电流接触器616。在高压系统中，电池组603还可以可选地包括第二大电流接触器607。

电池组601还包括：位于正端子上的第一主电池系统接触器609以及位于负端子上的第二主电池系统接触器611，它们有助于电池组601与电池组603在并联配置下的可操作联接。将主电池系统接触器609、611在工作时连接至电池组601、603的大电流接触器604、605、606和607以及小电流接触器612和616。即，当将主电池系统接触器609、611闭合时，将大电流接触器604、605、606和607以及小电流接触器612和616相应地闭合，从而将电池组601和电池组603在工作时彼此并联联接。主电池系统接触器609、611通过将高内部电压与这种电压可能造成损坏或伤害的外部环境隔离开，来为用户提供安全。主电池系统接触器609、611还提供了以下装置：通过该装置，可以将并联布线的电池连接或断开连接，以实现本文所讨论的过程。

现在参照图15公开了一种利用没有均衡电压的电池组的方法700。方法700例示性地描述了用于具有两个电池组的系统的方法；然而，在本公开的范围内，方法700可以扩展至具有多于两个电池组的系统。例如，方法700可以应用于：如上讨论的包括四个电池组的电池组系统；如上讨论的八个电池组的电池组系统，或包括可操作的任意数量的电池组的电池组系统。

方法700在开始框702处开始，并且移至框704，以评估第一电池组(例如，图14的电池组601)是否已经失效。如果第一电池组已经失效，则方法700在框712处确定第二电池组(例如，电池组603)是否已经失效。如果第二电池组也已经失效，则方法700检测到电池组系统失效，并且在框716处提示系统关机，在该框中，将所有接触器和/或开关打开(例如，相应地，图1和图9的配置100A或150A)。如果在框712处，方法700确定第二电池组尚未失效，则在框714处，向系统提示在单电池组运行中利用第二电池组。例如，参照图14，使第二电池组603的大电流接触器606闭合以进行单电池组运行，并且将第一电池组601的小电流接触器612打开。还在框714处报告了第一电池组的失效，此后，该方法返回至开始框702以重新评估第一电池组和第二电池组两者的状态。

返回至框704，如果方法700确定第一电池组(例如，图14的电池组601)尚未失效，则方法700进行至框706，以评估第二电池组(例如，图14的电池组603)是否已经失效。如果第二电池组已经失效，则在框718处，向系统提示在单电池组运行中利用第一电池组。例如，参照图14，使第一电池组601的大电流接触器604闭合以进行单电池组运行，并且将小电流接触器616打开。然后，该方法返回至开始框702以重新评估第一电池组和第二电池组两者的状态。

如果在框706处发现第二电池组是活动的(即，尚未失效)，则方法700移至框708，在该框中，测量第一电池组的电压(Vbatt1)，测量第二电池组的电压(Vbatt2)，并且计算电压差值的绝对值，并将该绝对值与预定dVmax值进行比较，其中，该dVmax值是安全连接电池组的最大可接受电压差值。dVmax是在考虑电池组的连续充电电流能力以及电池组的内阻的情况下选择的。相应电池组的电压是在无负载且没有补偿电池内阻电压降的情况下测量的。

如果所测量出的绝对电压差值小于预定dVmax值，则方法700移至框710，并且将与第一电池组和第二电池组相关联的所有接触器闭合，并且车辆按照框730A、730B、730C、730D、730E或730F，根据上面讨论的合适方法中的至少一种方法，在常规多电池组运行时运行。

然而，如果所测量的绝对电压差值大于预定dVmax值，则方法700移至框720，以确定第一电池组的电压是否大于第二电池组的电压。如果第一电池组的电压大于第二电池组的电压，则方法700移至框724，在该框中，车辆以第一电池组作为单个可运行电池组来运行。例如，参照图10，将第一电池组601的大电流接触器604闭合以使第一电池组601运行，并且将第二电池组603的小电流接触器616闭合以闭合充电电路，从而在第一电池组601运行期间使得能够对第二电池组603进行充电。第一电池组601通过电阻器614对第二电池组603进行充电，直到第一电池组601与第二电池组603之间的电压差值小于或等于预定dVmax值为止，此后，方法700返回至开始框702以重新评估第一电池组和第二电池组两者的状态。

如果第一电池组的电压不大于第二电池组的电压(即，第二电池组的电压较大)，则方法700移至框722，在该框中，车辆以第二电池组作为单个可运行电池组来运行。例如，参照图10，将第二电池组603的大电流接触器606闭合以使第二电池组603运行，并且将第一电池组601的小电流接触器612闭合以闭合充电电路，从而在第二电池组601运行期间使得能够对第一电池组601进行充电。第二电池组603通过电阻器610对第一电池组601进行充电，直到第一电池组601与第二电池组603之间的电压差值小于或等于预定dVmax值为止，此后，方法700返回至开始框702以重新评估第一电池组和第二电池组两者的状态。

方法700通过提供完全冗余以使得在系统内不完全启用严重失衡的电池来增强系统的安全性。通常，当电池之间的电压差值较大(大于预定电压阈值)时，较低电压电池组在车辆运行时是不活动的，而是被主动充电，直到电压差值减小到预定电压阈值以下为止。这样，即使多电池组系统中的一些电池组未联机，车辆也可以继续它们的任务，这是因为脱机电池组是通过静态或固态开关和/或接触器断开连接的。

现在参照图16示出了并联连接两个电池组651、653的另选电池配置800；然而，在本公开的范围内，配置800可以扩展至具有多于两个电池组的系统。例如，配置800可以应用于：如本文所讨论的包括四个电池组的电池组系统；如本文所讨论的八个电池组的电池组系统，或包括可操作的任意数量的电池组的电池组系统。

第一电池组651包括：电池管理系统652以及安装在正端子上并且在工作时联接至转换器660的固态开关或接触器654。将第二固态开关或接触器655安装在负端子上。这种配置提供了防止所述接触器中的一个接触器在处于闭合位置时相对于电池组651失效的安全措施。在这种情况下，用户仍然可以通过打开另一接触器来隔离电池，从而防止完成回路。第二电池组653也包括：电池管理系统658以及安装在正端子上并且在工作时联接至转换器662的固态开关或接触器656。第二固态开关或接触器657被安装在负端子上，从而提供上面讨论的相同安全措施。

在所示实施方式中，转换器660和662中的各个转换器皆包括降压升压转换器；然而，在本公开的范围内，可以使用另选转换器。转换器660和662中的各个转换器皆被配置成使第一电池组651与第二电池组653之间的电压均衡。例如，当第一电池组651的正端子接触器654打开时，转换器660代替上面关于图14的第一电池组601讨论的电阻器610来运行。转换器660可以传递总电池组电流的一部分以使第一电池组651和第二电池组653两者的电压均衡。类似地，当第二电池组653的正端子接触器656打开时，转换器662代替上面关于图14的第一电池组603讨论的电阻器614来运行。转换器662可以传递总电池组电流的一部分以使第一电池组651和第二电池组653两者的电压均衡。

第一电池组651的转换器660可以从第一电池组651汲取输入电压，并且输出不同的电压，该不同的电压被控制成与第二电池组653的电压匹配。类似地，第二电池组653的转换器662可以从第二电池组653汲取输入电压，并且输出不同的电压，该不同的电压被控制成与第一电池组651的电压匹配。如果该输出电压大于输入电压，则对应的转换器660或662处于“升压”状态。相反地，如果该输出电压小于输入电压，则对应的转换器660或662处于“降压”状态。包括转换器660和662的例示性降压升压转换器可以根据车辆的需要而输出大于或小于输入电压的电压。转换器660和662还可以调节电池组之间的电流流动，使得电池组处于可操作的运行限制内。

现在参照图17，示出了降压升压转换器660的实施方式。在本公开的范围内，图17还公开了转换器662(图16)的组件。如图17所示，将四开关拓扑与开关664、666、668以及670一起使用。在所示实施方式中，开关664和666组成第一对665，并且开关668和670组成第二对669。然而，可以想到的是，在另选实施方式中，可以使用其它拓扑。如进一步所示，将电池672和674连接在转换器660的相对两端处。电池672和674中的各个电池皆连接至分别跨电池672、674串联连接的多对电力电子开关665、669中的一对电力电子开关(如图17所示，另外称为半桥676、678)。多对开关665、669中的各对开关皆包括半导体晶体管和反并联二极管。半导体晶体管在导通时允许电流从开关的顶部端子流向开关的底部端子；并且每当该二极管被正向偏置时，反并联二极管都允许电流从开关的底部端子流到开关的顶部端子。此外，半桥676、678的中点经由电感器680被连接。

开关664、666、668以及670的操作是通过数字或模拟控制器来进行协调的，以有助于从任一电池672、674到另一电池的受控能量流，而不管电压差值是否为正。将电感器680用作能量储存装置，并且控制器使降压升压转换器660在电路运行模式之间交替，其中，在第一模式下，电感器680通过接通彼此对角定位的两个开关(例如，开关664和670或者666和668)且将剩余两个开关断开，来由电压源/电池672、674中的一个电压源/电池充电并向另一电压源/电池672、674放电，以提供电流或能量流的期望方向。在第二模式下，电感器680通过接通彼此对角定位的另外两个开关(例如，开关664和670或者666和668)且将剩余两个开关断开，来由另一电压源/电池672、674进行充电并向另一电压源/电池放电，以提供电流或能量流的期望方向。有利地，图16和图17所示的配置减少了电池组均衡或预充电期间的功率损耗。

虽然已经参照各种具体实施方式描述了本发明，但是应理解，可以在所描述的发明构思的精神和范围内进行许多改变，因此，本发明不旨在限于所描述的实施方式，而是具有由所附权利要求的文字所定义的全部范围。