本公开涉及为电池组中的电池单元充电。
背景技术：
1、电池组被用于多种应用来提供电力。例如，便携式装置(例如，膝上型计算机、无绳电动工具等)以及诸如电动踏板车、轮椅和自行车的较大装置可以包括可再充电电池组来为装置供电。对电池组的需求的最大增长领域中的一个是电动车辆(ev)，诸如电动汽车、厢式货车、摩托车、货物车辆等。
2、电池组通常由多个连接的模块构成，所述多个连接的模块各自含有多个单独的电池单元，所述多个单独的电池单元以串联、并联或串联/并联组合连接在一起，以便实现期望的标称输出电压和电池容量。
3、图1a是示例性电池组的简化示意图。如图所示，在该示例中，电池组100a包括并联连接在正极输出端子150与负极输出端子160之间的四个模块110至140。在该示例中，每个模块110至140包括串联连接的四个单独的电池单元(例如112至118)。
4、以示例的方式，如果每个单独电池单元具有550mah的标称容量(即，在一小时内从充满电的电池单元汲取550ma的电流将使电池单元完全放电)和1.2v的标称电压，则图1a示例中的每个模块110至140的标称输出电压将为4×1.2v＝4.8v，并且每个模块110至140的标称容量将为550mah。
5、由于模块110至140是并联连接的，因此电池组100a的标称输出电压与每个模块110至140的标称输出电压相同，即为4.8v，并且电池组100a的容量等于模块110至140中的每个模块的容量的总和，即4×550mah＝2200mah。因此，串联连接电池单元容许实现期望的标称输出电压(在该示例中为4.8v)，而并联连接模块容许实现期望的标称容量(在该示例中为2200mah)。
6、如本领域普通技术人员将了解，可以采用电池单元和/或模块之间的串联/并联连接的许多不同排列来为电池组实现期望的标称输出电压和容量。
7、图1b是另一个示例性电池组的简化示意图。如图所示，在该示例中，电池组100b包括并联连接在正极输出端子150与负极输出端子160之间的两个模块170、180。在该示例中，每个模块170、180包括串联耦接的四个并联连接式电池单元对118a,118b至124a,124b。
8、以示例的方式，如果每个单独电池单元具有550mah的标称容量和1.2v的标称电压，则电池单元对118a,118b至124a,124b的标称输出电压为1.2v，并且每个电池单元对118a,118b至124a,124b的标称容量为1100mah。图1b示例中的每个模块170、180的标称电压将为4×1.2v＝4.8v，并且每个模块170、180的标称容量将为1100mah。
9、由于模块170、180是并联连接的，因此电池组100b的标称输出电压与每个模块170、180的标称输出电压相同，即为4.8v，并且电池组100b的容量等于模块170、180中的每个模块的容量的总和，即2×1100mah＝2200mah。因此，图1b所示的示例性电池组110b是提供与图1a所示的示例性电池组110a相同的标称电压和容量的电池组的替代配置。
10、如本领域普通技术人员将了解，许多应用将需要相较于图1a和图1b所示出的示例电池组110a、110b的标称输出电压和/或标称容量具有更大的标称输出电压和/或更大的标称容量的电池组。例如，电动车辆的电池组可以使用两个并联连接式电池单元串，每个串含有各自具有3.7v至4v的标称电压的96个串联连接式电池单元，并且每个串具有55ah的标称容量。这种电池组的标称输出电压为400v的量级，并且标称容量为110ah的量级。
11、图2a至图2e示出了可以用于模块或电池组的电池单元之间的不同串联/并联连接的一些示例。图2a示出了单个电池单元。图2b示出了包括串联连接的两个电池单元的单个串220，其配置可以表示为2s1p。图2c示出了并联连接的两个电池单元，其配置可以表示为1s2p。图2d示出了两个并联连接的串240a、240b，每个串包含三个串联连接的电池，其配置可以表示为3s2p。图2e示出了三个并联连接的串250a至250c，每个串包含两个串联连接的电池，其配置可以表示为2s3p。更一般地，符号xsyp指示y个并联连接的串，每个串包含x个串联连接的电池单元。因此，图1a所示的电池组100a可以表示为4s4p(或b4s4p，其中b指示所述布置是电池组)，因为它包含四个并联连接的串，每个串包含四个串联连接的电池单元。更一般地，包括y个并联串(各自含有x个串联连接式电池单元)的电池组可以表示为bxsyp，而包括y个并联串(各自含有x个串联连接式电池单元)的模块可以表示为mxsyp。
技术实现思路
1、根据第一方面，本发明提供一种电池组，其包括：
2、n个并联耦接式切换式电池单元串的集合，每个切换式电池单元串包括电池单元和切换器，所述切换器用于将电池单元的第一端子选择性地耦接到电池组的第一端子，其中所述电池组还包括控制电路，所述控制电路被配置为控制电池单元串的切换器，以根据一个或多个预定的占空比将由电池组接收的充电电流导引到电池单元串中的每一者的电池单元。
3、每个切换式电池单元串的电池单元的第二端子可以耦接到电池组的第二端子。
4、每个电池单元串可以包括串联连接的两个或更多个电池单元。
5、电池组还可以包括与切换式电池单元串的集合并联耦接的可选择分流路径。
6、可选择分流路径可以包括与分流控制切换器串联耦接的电阻元件。
7、电池组还可以包括控制端子，所述控制端子用于接收一个或多个控制信号来控制切换器的操作。
8、n可以是等于或大于2的整数。
9、电池组可以包括n个并联耦接式切换式电池单元串的多个集合，并联耦接式切换式电池单元串的集合串联耦接在电池单元的第一端子与电池单元的第二端子之间。
10、占空比可以是可基于电池的参数而变化的。
11、电池的参数可以包括以下项中的一者或多者：
12、电池单元的荷电状态；
13、电池单元的端子电压；和/或
14、电池单元历经多个充电循环的总累计充电时间。
15、控制电路可操作以控制电池组的切换器的操作，使得：
16、在充电循环的第一阶段期间，电池组的第一电池单元串的电池单元接收充电电流，而电池组的第二电池单元串的电池单元未接收充电电流；并且
17、在充电循环的第二阶段期间，第二电池单元串的电池单元接收充电电流，而第一电池单元串的电池单元未接收电流。
18、控制电路可操作以控制切换器的操作，使得历经多个充电循环，第一阶段和第二阶段的平均持续时间是恒定的，但各个第一和第二充电阶段的持续时间会变化。
19、控制电路可操作以在第三阶段期间使第一电池单元串和第二电池单元串的切换器断开并使分流控制切换器闭合，使得在第三阶段期间通过电阻元件导引充电电流。
20、根据第二方面，本发明提供一种用于为电池组充电的充电装置，所述电池组包括n个并联耦接式切换式电池单元串的集合，每个切换式电池单元串包括电池单元和切换器，所述切换器用于将电池单元的第一端子选择性地耦接到电池组的第一端子，所述充电装置包括：
21、电流源，所述电流源被配置为输出充电电流；和
22、控制电路，所述控制电路被配置为控制电池单元串的切换器，以根据一个或多个预定的占空比将充电电流导引到电池单元串中的每一者的电池单元。
23、占空比可以是可基于电池的参数而变化的。
24、电池的参数可以包括以下项中的一者或多者：
25、电池单元的荷电状态；
26、电池单元的端子电压；和/或
27、电池单元历经多个充电循环的总累计充电时间。
28、控制电路可操作以控制电池组的切换器的操作，使得：
29、在充电循环的第一阶段期间，电池组的第一电池单元串的电池单元接收充电电流，而电池组的第二电池单元串的电池单元未接收充电电流；并且
30、在充电循环的第二阶段期间，第二电池单元串的电池单元接收充电电流，而第一电池单元串的电池单元未接收电流。
31、控制电路可操作以控制切换器的操作，使得历经多个充电循环，第一阶段和第二阶段的平均持续时间是恒定的，但各个第一和第二充电阶段的持续时间会变化。
32、控制电路可操作以控制电池组的切换器的操作，使得：
33、在充电循环的第三阶段期间，第一串的电池单元和第二串的电池单元未接收充电电流。
34、控制电路可操作以使电流源在第三阶段期间充当电流吸收器(current sink)，以便在第三阶段期间通过电流源使第一电池单元串和第二电池单元串的电池单元部分地放电。
35、充电装置还可以包括可选择分流路径，其中在使用充电装置时，可选择分流路径与电池组的电池单元串并联耦接。
36、可选择分流路径可以包括与分流控制切换器串联耦接的电阻元件。
37、控制电路可操作以在第三阶段期间使第一电池单元串和第二电池单元串的切换器断开并使分流控制切换器闭合，使得在第三阶段期间通过电阻元件导引充电电流。
38、控制电路可操作以在第三阶段期间使第一电池单元串和第二电池单元串的切换器以及分流控制切换器闭合，以便在第三阶段期间通过电阻元件使第一电池单元串和第二电池单元串的电池单元部分地放电。
39、根据第三方面，本发明提供一种电池组，其包括：
40、彼此并联耦接的多个电池单元串，每个电池单元串包括电池单元；和
41、切换网络，所述切换网络可操作以将多个电池单元串中的一个电池单元串选择性地耦接到电池组的端子，
42、其中所述电池组还包括控制电路，所述控制电路被配置为控制切换网络以根据一个或多个预定的占空比将由电池组接收的充电电流导引到电池单元串中的每一者的电池单元。
43、根据第四方面，本发明提供一种用于使用脉冲电流充电方案为电池或电池组充电的充电装置，其中所述装置被配置为历经充电循环周期的持续时间输出恒定的充电电流。
44、充电循环周期可以包括充电阶段和弛豫间隔。
45、根据第八方面，本发明提供一种实现根据第二方面或第四方面的充电装置的集成电路。
46、根据第十方面，本发明提供一种主机装置，所述主机装置包括根据第一至第三方面的电池组。
47、所述主机装置可以包括电动车辆、电动自行车、轮椅、电动踏板车、无绳电动工具、计算装置、膝上型计算机、笔记本式计算机或平板计算机、便携式电池供电式装置、移动电话或这种主机装置的附属装置。
1.一种电池组，其包括：
2.根据权利要求1所述的电池组，其中每个切换式电池单元串的所述电池单元的第二端子耦接到所述电池组的第二端子。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电池组，其中每个电池单元串包括串联连接的两个或更多个电池单元。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其还包括与所述切换式电池单元串的集合并联耦接的可选择分流路径。
5.根据权利要求4所述的电池组，其中所述可选择分流路径包括与分流控制切换器串联耦接的电阻元件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其还包括控制端子，所述控制端子用于接收一个或多个控制信号来控制所述切换器的操作。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其中n是等于或大于2的整数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池组，其包括n个并联耦接式切换式电池单元串的多个集合，所述并联耦接式切换式电池单元串的集合串联耦接在所述电池单元的所述第一端子与所述电池单元的第二端子之间。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中所述占空比是能够基于电池的参数而变化的。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中所述电池的所述参数包括以下项中的一者或多者：
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电池组，其中所述控制电路能够操作以控制所述电池组的所述切换器的操作，使得：
12.根据权利要求11所述的电池组，其中所述控制电路能够操作以控制所述切换器的操作，使得历经多个充电循环，所述第一阶段和所述第二阶段的平均持续时间是恒定的，但各个第一和第二充电阶段的持续时间会变化。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的电池组，在附属于权利要求5的情况下，其中所述控制电路能够操作以在第三阶段期间使所述第一电池单元串和所述第二电池单元串的所述切换器断开并使所述分流控制切换器闭合，使得在所述第三阶段期间通过所述电阻元件导引所述充电电流。
14.一种用于为电池组充电的充电装置，所述电池组包括n个并联耦接式切换式电池单元串的集合，每个切换式电池单元串包括电池单元和切换器，所述切换器用于将所述电池单元的第一端子选择性地耦接到所述电池组的第一端子，所述充电装置包括：
15.根据权利要求14所述的充电装置，其中所述占空比是能够基于电池的参数而变化的。
16.根据权利要求15所述的充电装置，其中所述电池的所述参数包括以下项中的一者或多者：
17.根据权利要求14至16中任一项所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以控制所述电池组的所述切换器的操作，使得：
18.根据权利要求17所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以控制所述切换器的操作，使得历经多个充电循环，所述第一阶段和所述第二阶段的平均持续时间是恒定的，但各个第一和第二充电阶段的持续时间会变化。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以控制所述电池组的所述切换器的操作，使得：
20.根据权利要求19所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以使所述电流源在所述第三阶段期间充当电流吸收器，以便在所述第三阶段期间通过所述电流源使所述第一电池单元串和所述第二电池单元串的所述电池单元部分地放电。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的充电装置，其中所述充电装置还包括可选择分流路径，其中在使用所述充电装置时，所述可选择分流路径与所述电池组的所述电池单元串并联耦接。
22.根据权利要求21所述的充电装置，其中所述可选择分流路径包括与分流控制切换器串联耦接的电阻元件。
23.根据权利要求22所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以在所述第三阶段期间使所述第一电池单元串和所述第二电池单元串的所述切换器断开并使所述分流控制切换器闭合，使得在所述第三阶段期间通过所述电阻元件导引所述充电电流。
24.根据权利要求22或权利要求23所述的充电装置，其中所述控制电路能够操作以在所述第三阶段期间使所述第一电池单元串和所述第二电池单元串的所述切换器以及所述分流控制切换器闭合，以便在所述第三阶段期间通过所述电阻元件使所述第一电池单元串和所述第二电池单元串的所述电池单元部分地放电。
25.一种电池组，其包括：
26.一种用于使用脉冲电流充电方案为电池或电池组充电的充电装置，其中所述装置被配置为历经充电循环周期的持续时间输出恒定的充电电流。
27.一种主机装置，其包括根据权利要求1至13或25中任一项所述的电池组。
28.根据权利要求27所述的主机装置，其中所述主机装置包括电动车辆、电动自行车、轮椅、电动踏板车、无绳电动工具、计算装置、膝上型计算机、笔记本式计算机或平板计算机、便携式电池供电式装置、移动电话或这种主机装置的附属装置。
