可重配置蓄電池的制作方法
【專利摘要】一種可重配置蓄電池具有至少一組靜態(tài)接合的串聯(lián)蓄電池單元，每一單元包含正極和負(fù)極。所述極通過開關(guān)連接到相應(yīng)輸出連接件。激活一組處理器控制的開關(guān)將所述蓄電池單元中的至少一些重新配置成橫跨所述輸出連接件提供電壓的配置。所述輸出蓄電池電壓可在零伏特與串聯(lián)的蓄電池單元所產(chǎn)生的最大電壓之間變化。開關(guān)的替代配置將串聯(lián)的蓄電池單元的群組劃分成準(zhǔn)許其它蓄電池單元配置的單獨(dú)蓄電池組。所述開關(guān)的工作周期調(diào)制允許以減少的開關(guān)瞬變對(duì)輸出電壓進(jìn)行中間控制。與電動(dòng)機(jī)結(jié)合使用的可重配置蓄電池單元準(zhǔn)許可選速度控制和與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出匹配的蓄電池再生方案。
【專利說明】可重配置蓄電池

【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明涉及蓄電池領(lǐng)域，所述蓄電池經(jīng)設(shè)計(jì)用于與可使用再生充電再充電的電動(dòng) 機(jī)一起使用，例如用于電動(dòng)自行車的蓄電池。更特定來說，本發(fā)明涉及可重配置蓄電池、用 于與所述可重配置蓄電池一起使用的可重配置電動(dòng)機(jī)、重新配置用于驅(qū)動(dòng)可變電負(fù)載的蓄 電池的方法，和用于重新配置蓄電池以充電的方法與用于重新配置電動(dòng)機(jī)以為蓄電池充電 的方法。
[0002] 結(jié)合電動(dòng)自行車（其中可充電蓄電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）而描述本發(fā)明。在現(xiàn)有技術(shù)電 動(dòng)自行車中，在某些情況下，來自蓄電池的電流由速度控制器調(diào)節(jié)，所述控制器控制向騎乘 者提供協(xié)助的發(fā)動(dòng)機(jī)。在其它情況下，其中下坡時(shí)騎乘者想要減速或制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)像發(fā)電機(jī) 一樣工作并將電流供應(yīng)回到蓄電池，從而實(shí)現(xiàn)恢復(fù)部分能量的再生制動(dòng)，所述能量在單獨(dú) 使用機(jī)械制動(dòng)時(shí)原本將失去。
[0003] 電動(dòng)機(jī)通常使用一組磁體，例如，電磁鐵和永磁體。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些磁體的 吸引力和排斥力被電力地調(diào)節(jié)，從而使得所述發(fā)動(dòng)機(jī)在所要方向上連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。此可由機(jī)電 開關(guān)（例如整流器）實(shí)現(xiàn)，或可由固態(tài)開關(guān)（例如FET-場(chǎng)效應(yīng)晶體管）實(shí)現(xiàn)。圖1展示連 接到蓄電池10的發(fā)動(dòng)機(jī)12。在電流Ι π流入發(fā)動(dòng)機(jī)12且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生與 發(fā)動(dòng)機(jī)12的速度大致成比例的反EMF (電位）。電流Im由（VB-VM) ARM+RB)定義，其中RM是 發(fā)動(dòng)機(jī)12的內(nèi)阻且R B是蓄電池的內(nèi)阻。給出固定的實(shí)施電壓VB (例如來自蓄電池10)，反 電位減少流入發(fā)動(dòng)機(jī)12的電流量，因?yàn)殡娏髋c發(fā)動(dòng)機(jī)電壓VM (反電位）與蓄電池電壓Vb2 差成比例。舉例來說，如果發(fā)動(dòng)機(jī)12以使反電位等于蓄電池電壓VB的速度旋轉(zhuǎn)，那么將沒 有電流流動(dòng)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)12以使反電位高于蓄電池電壓V B的速度旋轉(zhuǎn)，那么電流反向流 動(dòng)，從而使蓄電池10再充電。一個(gè)極端的實(shí)例是停滯不前，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)12靜止。在這樣的 實(shí)例中，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)靜止，所以反電位為零，從蓄電池10流出的電流將是其最大值，且發(fā)動(dòng) 機(jī)12將產(chǎn)生其最大轉(zhuǎn)矩。
[0004] 在自行車正移動(dòng)且發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生有限的反電位時(shí)，當(dāng)達(dá)到所需的制動(dòng)電平時(shí)，發(fā) 動(dòng)機(jī)12可像發(fā)電機(jī)一樣使用以給蓄電池10充電。為了達(dá)到所述電平，從發(fā)動(dòng)機(jī)12出來的 電壓使用被稱作反相器的裝置增加到高于蓄電池10電平的電平。
[0005] 沒有再生制動(dòng)的電動(dòng)自行車系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的框圖在圖2中展示。蓄電池10通 過速度控制器11向發(fā)動(dòng)機(jī)12提供電流。速度控制器11決定流到發(fā)動(dòng)機(jī)12的電流，從而 控制其速度。速度控制器11可由騎乘者使用控制旋鈕13設(shè)定到所需速度。
[0006] 提供再生制動(dòng)的電動(dòng)自行車系統(tǒng)的另一現(xiàn)有技術(shù)的框圖在圖3中展示。圖3類似 于圖2,但還包括與控制器11并聯(lián)的反相器14。開關(guān)15經(jīng)設(shè)計(jì)用于將發(fā)動(dòng)機(jī)12耦合到控 制器11 (在駕駛模式）或反相器14(在制動(dòng)模式）。在制動(dòng)模式中，電流由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生 且由反相器14傳遞到蓄電池10,以便給蓄電池充電。
[0007] 應(yīng)注意，實(shí)際系統(tǒng)涉及兩個(gè)相異操作，一個(gè)是通過從蓄電池向發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)電流來 驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和自行車車輪，另一個(gè)是使用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的電流來向蓄電池充電以獲得再生制 動(dòng)，從而使自行車減速。從圖3中進(jìn)一步容易看出，為了給蓄電池再充電，需要增加來自發(fā) 動(dòng)機(jī)的電壓到高于蓄電池電壓的值的反相器，以便使電流流回進(jìn)蓄電池。
[0008] 對(duì)于典型可再充電蓄電池，充電電壓必須高于蓄電池電壓。充電電壓相對(duì)于蓄電 池電壓越高，流入蓄電池的電流越多。控制充電電壓是控制再充電速度以及制動(dòng)速度的一 種方式。控制再充電速度的另一種方法是脈沖寬度調(diào)制（PWM)，其中充電源與蓄電池之間的 開關(guān)控制開-關(guān)工作周期。當(dāng)然，充電電壓仍然需要高于蓄電池電壓以使此種裝置工作。
[0009] 在大多數(shù)利用再生制動(dòng)的電動(dòng)車輛（例如電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車）中，電力系統(tǒng) 通常由若干子系統(tǒng)組成，即發(fā)動(dòng)機(jī)、速度控制器、反相器和蓄電池。有時(shí)，速度控制器通過脈 沖寬度調(diào)制同時(shí)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流和制動(dòng)電流。潛在地，聰明的反相器設(shè)計(jì)可通過調(diào)節(jié)用于駕 駛的發(fā)動(dòng)機(jī)電壓來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)兩者，且調(diào)節(jié)用于再生制動(dòng)的蓄電池電壓，從而消除對(duì) 單獨(dú)的速度控制器的需要。
[0010] 然而，反相器不是容易設(shè)計(jì)或廉價(jià)生產(chǎn)的裝置，因?yàn)槠浔仨毺幹么罅侩娏鳎ㄌ貏e 是在快速制動(dòng)時(shí)）且有時(shí)必須處置高輸出電壓（盡管其輸入電壓可在大的范圍上波動(dòng)）。 輸入電壓在這種情況下是來自發(fā)動(dòng)機(jī)的反電位，當(dāng)自行車停止時(shí)通常接近于零，當(dāng)自行車 以其最大速度（通常蓄電池電壓限制最大速度）在水平地面上滑行時(shí)接近于最大蓄電池電 壓。
[0011] 同樣，反相器通常使用快速切換裝置來實(shí)現(xiàn)其功能。一種反相器設(shè)計(jì)可首先將來 自發(fā)動(dòng)機(jī)的直流電流轉(zhuǎn)變成交流電流，使用升壓變壓器增大電壓，且將交流電轉(zhuǎn)換回直流 電以對(duì)蓄電池再充電。另一種反相器設(shè)計(jì)可使用電荷泵配置中的臨時(shí)儲(chǔ)能元件（例如電容 器和電感器）以便增大電壓。所涉及的切換頻率通常大約為l-ΙΟΟΚΗζ。在大多數(shù)已知反相 器設(shè)計(jì)中，能量損失是重要的，且由于除重量之外的高電流需求（100安培或更大），其成本 是非常高的。因此，只有小部分電動(dòng)自行車產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)中并入再生制動(dòng)。
[0012] 提供蓄電池和/或電動(dòng)機(jī)配置（其在無(wú)需反相器的情況下在合理操作范圍內(nèi)提供 駕駛和再生制動(dòng)）是有利的，例如在電動(dòng)自行車中。
[0013] 提供可重配置蓄電池和蓄電池控制系統(tǒng)也是有用的，所述控制系統(tǒng)提供蓄電池單 元陣列的工作周期調(diào)制，從而在不引起大開關(guān)損耗的情況下控制中間輸出電壓，同時(shí)減少 切換誘發(fā)的瞬變信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明的方法和設(shè)備提供具有這些或其它優(yōu)勢(shì)的串聯(lián)可重配置蓄電池。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明涉及可重配置的蓄電池，例如，用在電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（例如自行車、汽 車、卡車、火車頭、實(shí)用工具車等）。明確地說，本發(fā)明涉及具有多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的可重 配置蓄電池和在電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中與所述可重配置蓄電池一起使用的可重配置電動(dòng)機(jī)， 以及重新配置蓄電池用于通過可變電負(fù)載充電和放電的方法。與本發(fā)明相一致，揭示具有 至少一組由靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元制成的蓄電池的可重配置蓄電池。每一蓄電池 單元具有第一電壓極和第二電壓極。至少一個(gè)處理器控制的開關(guān)電連接于每一蓄電池單元 的第一電壓極和第一電輸出連接件之間。處理器控制的開關(guān)適合通過將蓄電池單元的第一 電壓極耦合到第一電輸出連接件并將蓄電池單元的第二電壓極耦合到第二電輸出連接件 而重新配置蓄電池單元，從而在第一和第二電輸出連接件之間提供可重配置的蓄電池輸出 電壓。
[0016] 可重配置蓄電池輸出電壓近似等于電力重新配置蓄電池單元的電壓和，且在零伏 特與靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的最大絕對(duì)輸出電壓（例如正數(shù)和負(fù)數(shù)）之間的范圍 內(nèi)。
[0017] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，可重配置蓄電池進(jìn)一步包含至少一種切換方法，所述方法 為將在靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元中的起始蓄電池單元的第一電壓極與第二電輸出 連接件電連接。
[0018] 可重配置蓄電池還可包含至少一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)電連接于靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián) 蓄電池單元中的終止蓄電池單元的第二電壓極與第一電輸出連接件之間。
[0019] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，可重配置蓄電池進(jìn)一步包含以并聯(lián)配置連接的多個(gè)組。
[0020] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，可重配置蓄電池包含第一組蓄電池單元到第二組蓄電池單 元的串聯(lián)接合。第一中間處理器控制的開關(guān)連接于第一組中的末端放置蓄電池單元的第二 電壓極與第二組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極之間。第二中間處理器控制的開關(guān) 連接于第一組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極與第二組中的末端放置蓄電池單元 的第二電壓極之間。第一組的第一電輸出連接連接到第二組的第一電輸出連接，且第一組 的第二電輸出連接連接到第二組的第二電輸出連接。在操作中，第一中間處理器控制的開 關(guān)和第二中間處理器控制的開關(guān)不能同時(shí)處于閉合狀態(tài)。
[0021] 此外，在前述的實(shí)例實(shí)施例的可重配置的蓄電池中，第二組靜態(tài)接合的串聯(lián)蓄電 池單元可被單個(gè)蓄電池單元代替。
[0022] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，前述的實(shí)例實(shí)施例的可重配置的蓄電池可進(jìn)一步包含用來 于電壓和/或電流波形濾波中至少一種操作的電容元件和/或感應(yīng)元件。
[0023] 任一前述實(shí)例實(shí)施例可包含電壓監(jiān)測(cè)裝置和電流監(jiān)測(cè)裝置，其中電壓監(jiān)測(cè)裝置是 跨接在第一電輸出連接和第二電輸出連接之間的電壓表。替代地，電流監(jiān)測(cè)裝置是與第一 電輸出連接串聯(lián)或與第二電輸出連接串聯(lián)的電流表。然而，另一個(gè)選擇是電壓和電流監(jiān)測(cè) 裝置可以是蓄電池狀態(tài)控制系統(tǒng)的一部分。更進(jìn)一步，蓄電池單元的溫度監(jiān)測(cè)可經(jīng)提供用 于充電和放電控制，以及用于診斷故障和有故障的單元。
[0024] 蓄電池控制系統(tǒng)包含至少一個(gè)電子處理器、至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、至少一個(gè)通 信通道、至少一種可重配置蓄電池控制協(xié)議，和允許用戶通信和控制的用戶接口協(xié)議。
[0025] 在實(shí)例實(shí)施例中，開關(guān)和中間開關(guān)可包含功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管和/或其它固態(tài)開關(guān) (例如半導(dǎo)體），其具有例如脈沖寬度調(diào)制或脈沖密度調(diào)制控制回路。機(jī)械開關(guān)還可單獨(dú)使 用或與其它固態(tài)開關(guān)一起使用。此外，第一電壓極可被設(shè)定到高于第二電壓極的電壓電位。
[0026] 在實(shí)例實(shí)施例中，蓄電池向電負(fù)載提供能量，其中電負(fù)載可為具有至少一個(gè)電動(dòng) 機(jī)的車輛。車輛是電動(dòng)自行車、電動(dòng)小型摩托車、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力卡車、 電動(dòng)輪椅、電動(dòng)高爾夫球車之一。
[0027] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，可重配置蓄電池通過將至少一個(gè)電源連接到蓄電池而充 電。例如，電源可以是適于再生充電的車輛電力系統(tǒng)，或整流的（或直接的）交流電源。
[0028] 在一實(shí)例實(shí)施例中，用于重新配置蓄電池的方法包含將靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電 池單元的一部分布置成適于提供第一蓄電池電壓的第一配置的步驟。另一個(gè)步驟包含將靜 態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的一部分布置成適于提供第二蓄電池電壓的第二配置的步 驟。重新配置包括閉合第一處理器控制的開關(guān)，以將靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的蓄 電池單元的第一電壓極電連接到第一電輸出連接件。接下來，閉合第二處理器控制的開關(guān)， 以將靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的蓄電池單元的第二電壓極電連接到第二電輸出連 接件。
[0029] 在另一實(shí)例實(shí)施例中，揭示一種方法，其中重新配置串聯(lián)接合的第一組到第二組 進(jìn)一步包含一個(gè)或兩個(gè)步驟。閉合第一中間處理器控制的開關(guān)，其連接于第一組中的末端 放置蓄電池單元的第二電壓極與第二組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極之間。交替 地，閉合第二中間處理器控制的開關(guān)，其連接于第一組中的開端放置蓄電池單元的第一電 壓極與第二組中的末端放置蓄電池單元的第二電壓極之間。
[0030] 在前述實(shí)例實(shí)施例的方法中，處理器控制的開關(guān)可包含脈沖寬度調(diào)制處理器控制 的開關(guān)或脈沖密度調(diào)制處理器控制的開關(guān)之一。同樣，第一電壓極可處于比第二電壓極高 的電壓電位。
[0031] 進(jìn)一步的實(shí)例實(shí)施例包括一種方法，憑借所述方法第二處理器控制的開關(guān)通過在 展現(xiàn)第一電壓的第一蓄電池單元串聯(lián)配置與展現(xiàn)第二電壓的第二蓄電池單元串聯(lián)配置之 間的脈沖寬度調(diào)制切換或脈沖密度調(diào)制切換而被交替地切換，以產(chǎn)生在第一電壓與第二電 壓之間的中間輸出電壓。
[0032] 另一實(shí)例實(shí)施例包括一種方法，其中可重配置蓄電池經(jīng)交替地配置以向至少一種 電負(fù)載提供能量或接收能量用于再充電。
[0033] -種實(shí)例電負(fù)載是具有至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛，其中所述車輛是電動(dòng)自行車、電 動(dòng)小型摩托車、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力卡車、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)高爾夫球車之一。
[0034] 一種對(duì)可重配置蓄電池再充電的實(shí)例方法是通過將至少一個(gè)電源連接到蓄電池。 一個(gè)此種電源是通過施加激活至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛制動(dòng)動(dòng)作的再生充電，從而誘發(fā)流向 蓄電池的電流。另一種再充電方法是通過施加經(jīng)整流的交流電源或直接的交流電源，其取 決于蓄電池配置。舉例來說，通過蓄電池的動(dòng)態(tài)極性反轉(zhuǎn)，直接的交流電源可不經(jīng)整流而使 用。
[0035] 進(jìn)一步的實(shí)例實(shí)施例包含一種監(jiān)測(cè)蓄電池電力放電的電壓和電流的方法。所述方 法包含監(jiān)測(cè)蓄電池電力充電的電壓和電流的步驟，且基于所述監(jiān)測(cè)控制多個(gè)串聯(lián)蓄電池單 元的重新配置。還可應(yīng)用用于監(jiān)測(cè)、用于控制和用于多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的重新配置的輔 助電源。
[0036] 另一實(shí)例實(shí)施例描述了一種方法，其中可重配置蓄電池電壓輸出信號(hào)包含通過提 供電容和/或電感元件的濾波步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037] 本發(fā)明將在下文中結(jié)合附圖加以描述，其中同樣的參考數(shù)字表示同樣的元件， 且：
[0038] 圖1展示常規(guī)電動(dòng)機(jī)和蓄電池配置；
[0039] 圖2展示現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)自行車系統(tǒng)的框圖；
[0040] 圖3展示另一現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)自行車系統(tǒng)的框圖；
[0041] 圖4展示根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)自行車的實(shí)例實(shí)施例；
[0042] 圖5a展示根據(jù)本發(fā)明的第一蓄電池單元配置中的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí)施 例；
[0043] 圖5b展示根據(jù)本發(fā)明的第二蓄電池單元配置中的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí)施 例；
[0044] 圖5c展示根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步蓄電池單元配置中的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí)施 例；
[0045] 圖6展示根據(jù)本發(fā)明的可重配置蓄電池的進(jìn)一步實(shí)例實(shí)施例；
[0046] 圖7a展示根據(jù)本發(fā)明的第一配置中的可重配置電動(dòng)機(jī)裝配的實(shí)例實(shí)施例；
[0047] 圖7b展示根據(jù)本發(fā)明的第二配置中的可重配置電動(dòng)機(jī)裝配的實(shí)例實(shí)施例；
[0048] 圖8展示根據(jù)本發(fā)明的具有不同負(fù)載分布的可重配置電動(dòng)機(jī)裝配的實(shí)例實(shí)施例；
[0049] 圖9a展示根據(jù)本發(fā)明的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí)施例；
[0050] 圖9b展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有最大輸出電壓的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí) 施例；
[0051] 圖9c展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有單個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的實(shí)例實(shí)施例；
[0052] 圖9d展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有單個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的替代實(shí)例實(shí)施例；
[0053] 圖9e展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有單個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的實(shí)例實(shí)施例；
[0054] 圖9f展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的實(shí)例實(shí)施例；
[0055] 圖9f展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的實(shí)例實(shí)施例；
[0056] 圖9g展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的替代實(shí)例實(shí)施例；
[0057] 圖9h展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩個(gè)蓄電池單元輸出電壓的可重配置蓄電 池的第二替代實(shí)例實(shí)施例；
[0058] 圖10a展示根據(jù)本發(fā)明的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池的實(shí)例實(shí)施例；
[0059] 圖10b展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池的實(shí) 例實(shí)施例；
[0060] 圖10c展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池的替 代實(shí)例實(shí)施例；
[0061] 圖11展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池的工作 周期調(diào)制的實(shí)例實(shí)施例；
[0062] 圖12展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池的具有 電容濾波的工作周期調(diào)制的實(shí)例實(shí)施例；
[0063] 圖13展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的具有兩組蓄電池單元的可重配置蓄電池和電壓 及電流監(jiān)測(cè)器的實(shí)例實(shí)施例；
[0064] 圖14展示根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)配置的可重配置蓄電池和開關(guān)控制系統(tǒng)的實(shí)例實(shí)施 例。

【具體實(shí)施方式】
[0065] 下列的詳細(xì)描述只是提供了實(shí)例實(shí)施例，且不旨在限制本發(fā)明的范圍、適用性或 配置。確切的說，實(shí)例實(shí)施例的詳細(xì)描述將給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員提供實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例 的致能性描述。應(yīng)理解，在不背離如由所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的精神和范圍的條件 下，可在元件的功能和布置中進(jìn)行各種改變。
[0066] 盡管本發(fā)明是結(jié)合電動(dòng)自行車（其中可再充電蓄電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）而描述，但所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白其同樣適用于其它類型的電動(dòng)車輛和蓄電池充電系統(tǒng)。
[0067] 在許多機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中（例如電動(dòng)自行車），設(shè)計(jì)問題的復(fù)雜性由將系統(tǒng)分成單 獨(dú)的子系統(tǒng)來決定，每一子系統(tǒng)提供特定的功能以使整個(gè)系統(tǒng)順利運(yùn)行。只要其滿足給定 的設(shè)計(jì)要求，每一子系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)得或多或少地獨(dú)立于另一子系統(tǒng)。典型的現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng) 車輛設(shè)計(jì)（例如電動(dòng)自行車）可被分為下列子系統(tǒng)：具有電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、速度控制器、 反相器、蓄電池且或許具有協(xié)調(diào)其它子系統(tǒng)的智能中心控制器。舉例來說，蓄電池子系統(tǒng)通 常由蓄電池制造商提供，其具有包含電壓及電流額定值的規(guī)格；反相器設(shè)計(jì)者可按照從發(fā) 動(dòng)機(jī)輸出電壓可能的范圍可升的足夠高以給蓄電池再充電的說明書工作；機(jī)械設(shè)計(jì)人員將 為其它子系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)的接口等。通過所述方法，當(dāng)每次注意力集中在一個(gè) 子系統(tǒng)，容易漏掉系統(tǒng)級(jí)簡(jiǎn)化或子系統(tǒng)間的協(xié)同效應(yīng)。
[0068] 當(dāng)從發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)蓄電池再充電時(shí)需要解決的基本問題是保持充電電壓高于蓄電池 電壓。本發(fā)明通過在充電階段有效地降低蓄電池電壓解決了所述問題。其根據(jù)本發(fā)明通過 可重配置蓄電池的方法解決。只要蓄電池電壓低于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電壓，再充電就完成。相 應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明，無(wú)需使用反相器增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出電壓。
[0069] 典型電動(dòng)自行車所需的蓄電池必須產(chǎn)生10伏特電壓，需要半打到多打蓄電池單 元。舉例來說，典型現(xiàn)有技術(shù)電動(dòng)車輛使用36V、13安培小時(shí)NiMH蓄電池。每一蓄電池單元 通常將產(chǎn)生1.2V(例如NiCd或NiMH單元）到3. 6V(LiIo或LiPo單元）之間的電壓。許 多這些單元必須串聯(lián)以產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)所需的電壓。
[0070] 根據(jù)本發(fā)明，提供可重配置的蓄電池，其適于根據(jù)系統(tǒng)變化（例如從為驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng) 機(jī)提供電流到接收給蓄電池再充電的電流，且反之亦然）的需要?jiǎng)討B(tài)地重連接或重新配置 蓄電池單元。圖4展示根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)自行車40的簡(jiǎn)化實(shí)施例。具有多個(gè)單元的可配 置蓄電池42安裝到自行車框架44。至少一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)46安裝到框架44且適于驅(qū)動(dòng)自行車 40的車輪48。蓄電池42和發(fā)動(dòng)機(jī)46都和控制器50通信?？刂破?0可適于控制從蓄電 池42施加到發(fā)動(dòng)機(jī)46的電流以驅(qū)動(dòng)車輪48,適于控制從發(fā)動(dòng)機(jī)46施加到蓄電池42的電 流以給蓄電池42再充電，且適于像下文詳細(xì)描述那樣重新配置蓄電池42 (或重新配置多個(gè) 發(fā)動(dòng)機(jī)46)。
[0071] 圖5a和5b說明根據(jù)本發(fā)明的可重配置蓄電池的一個(gè)實(shí)例實(shí)施例。圖5a展示以 第一配置布置的蓄電池42的多個(gè)蓄電池單兀52,其適于向電動(dòng)機(jī)46提供第一蓄電池電壓。 圖5b展示配置到第二配置的蓄電池單元52，其適于提供第二蓄電池電壓。應(yīng)理解，多個(gè)蓄 電池單元的僅一部分可重配置以提供第二配置。第二蓄電池電壓可低于第一蓄電池電壓。 當(dāng)多個(gè)蓄電池單元52以第二配置布置時(shí)，蓄電池42可接著被充電。
[0072] 在如圖5a展示的第一配置中，多個(gè)蓄電池單元52可以串聯(lián)方式布置。在如圖5b 展示的第二配置中，多個(gè)蓄電池單元52可以并聯(lián)方式布置。
[0073] 替代地，在第二配置中，多個(gè)蓄電池單元52中的僅一部分可以串聯(lián)方式布置且蓄 電池單元52的第二部分可以并聯(lián)方式布置。此外，如圖5c所示在第二配置的變化中，多 個(gè)蓄電池單元52可經(jīng)布置而使得蓄電池單元的至少第一部分串聯(lián)且蓄電池單元的第二部 分串聯(lián)，蓄電池單元的第一部分與第二部分并聯(lián)。舉例來說，注意，在具有四個(gè)蓄電池單元 52所展示的實(shí)例中，蓄電池42可被配置到至少三個(gè)可能電壓（其中Vb穿過每一單元52): 4xVb(如圖5a中的所有4個(gè)串聯(lián)單元）、lxVb(如圖5b中所示的所有4個(gè)并聯(lián)單元）和 2xVb (如圖5c中所示兩對(duì)串聯(lián)單元，其中所得兩對(duì)并聯(lián)地布置）。
[0074] 充電可包括在車輛制動(dòng)動(dòng)作中由電動(dòng)機(jī)46提供的再生充電。在此種實(shí)例實(shí)施例 中，發(fā)動(dòng)機(jī)46的發(fā)動(dòng)機(jī)電壓和電流中的至少一者可被監(jiān)測(cè)。多個(gè)蓄電池單元52的重新配 置可基于監(jiān)測(cè)被控制。舉例來說，電流傳感器49可用于監(jiān)測(cè)流過發(fā)動(dòng)機(jī)的電流和/或電壓 傳感器58可用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)電壓，且傳感器49和58可將所需的電壓和/或電流信息中繼 到控制器（例如圖4中的控制器50)以決定如何將蓄電池42重新配置到所需的電壓。替 代地，傳感器可監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度以向控制器50提供等效信息。此外，可提供輔助電源（例 如后備蓄電池56)以給控制器50和傳感器49與58供電。
[0075] 此外，制動(dòng)動(dòng)作所需的制動(dòng)電能量可被監(jiān)測(cè)且向控制器50提供，且多個(gè)蓄電池單 元52的重新配置可基于監(jiān)測(cè)而被控制。施加的制動(dòng)力可被電流傳感器49 (或被在電動(dòng)機(jī) 46本身內(nèi)部提供的電路）監(jiān)測(cè)并傳遞到控制器50。
[0076] 可提供開關(guān)裝置57,使得多個(gè)蓄電池單元可被重新配置。開關(guān)裝置57可連接到蓄 電池單元中的至少一者。舉例來說，開關(guān)裝置57可包括由控制器50控制的脈沖寬度調(diào)制 開關(guān)裝置或脈沖密度調(diào)制開關(guān)裝置之一。
[0077] 還可提供速度控制開關(guān)59。開關(guān)59可以是脈沖寬度調(diào)制開關(guān)機(jī)構(gòu)，且控制器50 可以是PWM控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)適于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)46與蓄電池42之間的PWM開關(guān)59的 開關(guān)工作周期。電流傳感器49可用于計(jì)算電流流動(dòng)的平均量。舉例來說，如果因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī) 46與蓄電池42之間的電壓差太小以致不能維持所需電流量，那么蓄電池42可被重新配置 以在再生充電過程中提供較低電壓，或?yàn)榱蓑?qū)動(dòng)或加速而提供較高電壓。對(duì)于典型的直流 發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩（或發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力）與流入（或流出）發(fā)動(dòng)機(jī)的電流成比例。
[0078] 備用蓄電池56可能需要或可能不需要，且可用于運(yùn)行控制電路和傳感器49與58。 備用蓄電池56可每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電壓較高時(shí)保持充電，其使用額外的開關(guān)55來控制充電量。
[0079] 在一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，蓄電池42可提供于電動(dòng)車輛中且適于再生充電。舉例來 說，蓄電池42可提供于電動(dòng)自行車中（如圖4所示）。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可重 配置蓄電池42可用于其它類型的電動(dòng)車輛中，例如電動(dòng)小型摩托車、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力 車輛、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)高爾夫球車等。還應(yīng)明白，本發(fā)明的可重配置蓄電池可適于在事實(shí)上 需要使用可再充電蓄電池的任何類型的裝置中使用，從而減少給所述蓄電池充電所需的時(shí) 間。
[0080] 因此，根據(jù)本發(fā)明，可在系統(tǒng)的操作期間動(dòng)態(tài)地重新配置蓄電池42(例如經(jīng)過控 制器50)。舉例來說，如圖5a所示，當(dāng)電動(dòng)車輛在駕駛模式時(shí)，控制器50可將蓄電池單元 52串聯(lián)配置，如圖5b所示當(dāng)電動(dòng)車輛在重新充電或再生制動(dòng)過程中，控制器50可將蓄電池 單元52并聯(lián)配置。
[0081] 圖6展示替代實(shí)施例，其中主要PWM開關(guān)（圖5a和5b的開關(guān)59)是不需要的。在 此實(shí)例實(shí)施例中，重新配置開關(guān)57在PWM模式（或替代地PDM-脈沖密度調(diào)制）中控制。 [0082] 在一些電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)中，使用一個(gè)以上電動(dòng)機(jī)是有利的。舉例來說，一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī) 可針對(duì)前輪而提供，而一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可針對(duì)后輪而提供，從而使驅(qū)動(dòng)扭矩加倍并可在兩個(gè)輪 子提供再生制動(dòng)。其它可能的配置可能需要更多發(fā)動(dòng)機(jī)，也許每一車輪兩個(gè)。根據(jù)本發(fā)明， 許多電動(dòng)機(jī)可重配置以獲得某些優(yōu)勢(shì)，類似于上文論述的蓄電池的重新配置。特別在低速 時(shí)（其中每一個(gè)別發(fā)動(dòng)機(jī)電壓可能太低甚至于不能給單個(gè)蓄電池單元充電），重新配置電 動(dòng)機(jī)的布置的一個(gè)動(dòng)機(jī)將為增加或減少整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)電壓以幫助再生制動(dòng)。
[0083] 另一個(gè)動(dòng)機(jī)是通過將發(fā)動(dòng)機(jī)排成并聯(lián)來增加發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩。當(dāng)在并聯(lián)布置中時(shí)， 更多的電流可流到集合的發(fā)動(dòng)機(jī)，就好像車輛在"低速檔"。如果蓄電池也重新配置成并聯(lián) 配置，可提供發(fā)動(dòng)機(jī)所需的更高電流。因此，通過重新配置并聯(lián)電動(dòng)機(jī)的配置和并聯(lián)蓄電池 單元的配置，將可以找到發(fā)動(dòng)機(jī)的串聯(lián)/并聯(lián)配置的最佳組合和蓄電池單元的串聯(lián)/并聯(lián) 配置以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛的不同情況（不管在驅(qū)動(dòng)模式中還是在再生制動(dòng)模式中）。
[0084] 因此，本發(fā)明還包含重新配置電動(dòng)車輛的方法和裝置，其如下文描述可與可重配 置蓄電池的方法和裝置結(jié)合。
[0085] 在如圖7a所示的一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上發(fā)動(dòng)機(jī)46以第一配置被布 置，所述配置適于在驅(qū)動(dòng)過程中提供第一扭矩輸出和/或在制動(dòng)過程中提供第一再生電壓 輸出。如圖7b所示，兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46可被配置成第二配置，其適于在驅(qū)動(dòng)過程中 提供第二扭矩輸出和/或在制動(dòng)過程中提供第二再生電壓輸出。
[0086] 如圖7a所示的第一配置可包括兩個(gè)或兩個(gè)以上并聯(lián)布置的電動(dòng)機(jī)。如圖7b所示 的第二配置可包括兩個(gè)或兩個(gè)以上串聯(lián)布置的電動(dòng)機(jī)。
[0087] 在一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，可提供用于操作兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46的蓄電池42(例 如如圖5a、5b、5c或圖6所示的蓄電池42)。蓄電池42可包括多個(gè)蓄電池單元，且兩個(gè)或兩 個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46的第一或第二配置之一可為蓄電池42的再生充電而選擇。
[0088] 蓄電池42可包括多個(gè)蓄電池單元52,其可按第一蓄電池配置（例如，如圖5a所 示）布置，其適于在驅(qū)動(dòng)過程中提供第一蓄電池電壓以操作兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46。多 個(gè)蓄電池單元52的至少一部分可被重新配置成第二蓄電池配置（例如，如圖5b所示），其 適于在制動(dòng)過程中提供第二蓄電池電壓，其中第二蓄電池電壓低于第一蓄電池電壓。當(dāng)兩 個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46以第二配置布置且多個(gè)蓄電池單元52以第二蓄電池配置布置時(shí)， 蓄電池42可接著被充電。
[0089] 在第一蓄電池配置中，多個(gè)蓄電池單元52可如圖5a所示串聯(lián)布置。在第二蓄電 池配置中，多個(gè)蓄電池單元可如圖5b所示并聯(lián)布置。
[0090] 替代地，在第二蓄電池配置中，多個(gè)蓄電池單元52中的第一部分可并聯(lián)布置且多 個(gè)蓄電池單元52中的第二部分可串聯(lián)布置。此外，在第二蓄電池配置中，多個(gè)蓄電池單元 52可與蓄電池單元52中的至少第一部分串聯(lián)布置，蓄電池單元52中的第一部分與第二部 分并聯(lián)布置（如圖5c所示）。
[0091] 發(fā)動(dòng)機(jī)46的電壓（或電流）可被監(jiān)測(cè)（例如通過上文所論述的關(guān)于圖5a和圖5b 的傳感器58和49)。根據(jù)監(jiān)測(cè)控制所述多個(gè)蓄電池單元52的配置和兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng) 機(jī)46的重新配置中的至少一者（例如通過控制器50)。可提供用于給控制器50和傳感器 49及58充電的輔助電源（例如備用蓄電池56)。
[0092] 此外，制動(dòng)過程所需的許多制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)過程所需的許多驅(qū)動(dòng)力中的至少一者可 被監(jiān)測(cè)。舉例來說，施加的制動(dòng)力可被電流傳感器49 (或被在電動(dòng)機(jī)46本身內(nèi)部提供的電 路）監(jiān)測(cè)，并傳遞到控制器50。多個(gè)蓄電池單元52的重新配置和兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī) 46的重新配置中的至少一者可基于監(jiān)測(cè)而被控制。
[0093] 可提供開關(guān)裝置57,使得多個(gè)蓄電池單元52 (如上文所論述）可被重新配置?？?提供發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)裝置62 (圖7a、7b和8)，其使得兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46可被重新配置。 發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)裝置62可連接到電動(dòng)機(jī)46中的至少一者。發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)裝置62可包括（例如） 脈沖寬度調(diào)制開關(guān)裝置或脈沖密度調(diào)制開關(guān)裝置之一。
[0094] 在一個(gè)實(shí)例實(shí)施例中，兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46可在電動(dòng)車輛中提供，其適于再 生制動(dòng)。舉例來說，兩個(gè)或兩個(gè)以上電動(dòng)機(jī)46可在電動(dòng)自行車、電動(dòng)小型摩托車、電動(dòng)汽 車、混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)輪椅、電動(dòng)高爾夫球車等中提供。
[0095] 在可重配置蓄電池的實(shí)施例中，可重配置電動(dòng)機(jī)組合件或其組合（其中單個(gè)PWM 開關(guān)（例如開關(guān)59)被使用），控制器50可以是PWM控制系統(tǒng)，其適于在發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池之 間調(diào)整PWM開關(guān)的開-關(guān)工作周期。電流傳感器49可用于計(jì)算電流流動(dòng)的平均量。如果 發(fā)動(dòng)機(jī)46和蓄電池42之間的電壓差太小以致不能維持所需電流量，那么蓄電池42或發(fā)動(dòng) 機(jī)46被重新配置以增大在正確方向上的電壓差（用于再生制動(dòng)的更高發(fā)動(dòng)機(jī)電壓，或用于 驅(qū)動(dòng)或加速的更高蓄電池電壓）。
[0096] 如上文中所述，還可提供速度控制開關(guān)59,其將包括脈沖寬度調(diào)制開關(guān)裝置。所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，需要有效開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)重新配置，且同樣可使用并聯(lián)FET開 關(guān)代替單個(gè)PWM開關(guān)59,特別是當(dāng)需要并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)和并聯(lián)蓄電池組合時(shí)。還將明白，只要電 流流動(dòng)被控制，單個(gè)PWM開關(guān)59可被可變電阻系統(tǒng)代替。真正的可變電阻器將比PWM開關(guān) 浪費(fèi)更多的熱量，但應(yīng)提供切實(shí)可行的選擇。
[0097] 圖8展示向發(fā)動(dòng)機(jī)46提供不同驅(qū)動(dòng)扭矩和再生制動(dòng)的進(jìn)一步實(shí)例實(shí)施例，其使用 兩個(gè)PWM開關(guān)59和三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)裝置62。舉例來說，根據(jù)圖8的實(shí)施例，在加速過程中 可從發(fā)動(dòng)機(jī)46向電動(dòng)自行車40的后輪施加比向電動(dòng)自行車40的前輪施加的扭矩更大的 扭矩，并在制動(dòng)過程中可從發(fā)動(dòng)機(jī)46從電動(dòng)自行車40的前輪比從電動(dòng)自行車40的后輪獲 得更大的再生充電。
[0098] 圖9a到9h說明根據(jù)本發(fā)明的可變電壓可重配置的蓄電池和方法的替代實(shí)例實(shí)施 例。所述圖展示蓄電池202的單組靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200。靜態(tài)接合的多個(gè) 串聯(lián)蓄電池單元200沒有額外的電路元件，例如開關(guān)，其可斷開相鄰蓄電池單元的電連接。 每一這樣一組靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200被指定為"組"。多組蓄電池單元200可 以串聯(lián)或并聯(lián)連接配置到一起。
[0099] 在圖9a到9h中，展示蓄電池202的一組七（7)個(gè)蓄電池單元200以串聯(lián)配置布 置。蓄電池單元被指定為Btl到Bt7。每一蓄電池單元200具有第一電壓極204和第二電 壓極206。圖示的每一蓄電池單元200的第一電壓極204具有高于第二電壓極206的直流 (DC)電壓電位，因此第一電壓極204被指定為" + "而第二電壓極206被指定為第一 電壓輸出連接210被指定為Vout_p，且第二電壓輸出連接212被指定為Vout_n。第一電壓 輸出連接210可用作蓄電池202的正極端子，而第二電壓輸出連接210可用作蓄電池202 的負(fù)極端子。至少一個(gè)開關(guān)裝置208提供串聯(lián)的每一蓄電池單元200的第一電壓極204與 第一電輸出連接210 (被指定為Vout_p)之間的電連接。
[0100] 在圖中，循序地指定為SW_pO到SW_p6的開關(guān)裝置208連接每一蓄電池單元的正 極到Vout_p。同樣，至少一個(gè)開關(guān)裝置208提供串聯(lián)的每一蓄電池單元200的第二電壓極 206到第二電壓輸出連接212 (被指定為Vout_n)的電連接。循序地指定為SW_nl到SW_n7 的開關(guān)裝置208連接每一蓄電池的負(fù)極到Vout_n。此外，至少一個(gè)開關(guān)裝置208可將多個(gè) 串聯(lián)蓄電池單元200的開始處的蓄電池單元200的第一電壓極204電連接到第二電壓輸出 連接212。
[0101] 指定為SW_nO的開關(guān)裝置208連接BT1的正極到Vout_n。至少一個(gè)開關(guān)裝置208 可將靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200的末端蓄電池單元200的第二電壓極206電連接 到第一電輸出連接210。在圖中，指定為SW_p7的開關(guān)裝置208將BT7的負(fù)極連接到Vout_ P。開關(guān)裝置208可例如包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在一些實(shí)施例中，脈沖寬度調(diào)制或脈沖密度調(diào) 制作為開關(guān)裝置的部分包括于其中。在其它實(shí)施例中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可在沒有脈沖寬度調(diào) 制或脈沖密度調(diào)制的條件下配置。
[0102] 閉合第一電壓極204與第一電輸出連接件210之間的開關(guān)裝置208,并閉合第二 電壓極206與第二電輸出連接件212之間的開關(guān)裝置208提供了在電輸出連接件處的電壓 差，并在蓄電池202連接到負(fù)載（或到蓄電池充電回路）時(shí)允許電流流動(dòng)。在圖中，在被指 定為Vout_p的第一電輸出連接210和被指定為Vout_n的第二電壓輸出連接212之間，輸 出電壓Vout的電位是不同的。
[0103] 蓄電池單元200經(jīng)重新配置以向多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200提供大約等于電重新配 置蓄電池單元的電壓總和的輸出電壓，其在零伏特與最大輸出電壓之間的范圍內(nèi)。所述電 壓由所提供單元的數(shù)目和技術(shù)決定。
[0104] 任何眾所周知的蓄電池類型可與發(fā)明的結(jié)構(gòu)一起使用。一個(gè)此種特別適于和本發(fā) 明一起使用的蓄電池技術(shù)是基于納米磷酸的鋰離子蓄電池技術(shù)。所述蓄電池可在不變得不 穩(wěn)定的條件下處置超過現(xiàn)有蓄電池技術(shù)一個(gè)數(shù)量級(jí)的電流?？深A(yù)期在未來開發(fā)的其它蓄電 池技術(shù)也將適于和本文揭示的串聯(lián)蓄電池實(shí)施例一起使用。
[0105] 圖9a展示所有開關(guān)208在斷開狀態(tài)以致沒有電流流動(dòng)發(fā)生且Vout = 0伏特的配 置。圖9b展示一種配置，其中最大電壓由一組靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200實(shí)現(xiàn)， 其是通過閉合連接第一蓄電池單元Btl的正極與Vout_p的開關(guān)裝置208 (特別是SW_pO) 且閉合連接最后蓄電池單元Bt7的負(fù)極與Vout_n的開關(guān)裝置208(特別是SW_n7)。Vout 等于在串聯(lián)Btl到Bt7中連接的蓄電池單元的電壓和。舉例來說，如果每一蓄電池單元200 是具有3. 6V額定電壓的鋰離子技術(shù)，對(duì)于這個(gè)具有七個(gè)蓄電池單元的配置，Vout = 25. 2福 特減去開關(guān)和其它損耗。
[0106] 圖9c展示一實(shí)例配置，其中單個(gè)單元電壓在靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200 中的輸出處實(shí)現(xiàn)。單元Btl的電壓在輸出連接件￥〇111:_口和￥〇111:_11之間通過閉合開關(guān)SW_ p0和SW_nl而實(shí)現(xiàn)。
[0107] 圖9d展示替代實(shí)例配置，其中通過將蓄電池單元Bt2連接到第一電輸出連接件 210與第二電輸出連接件212,輸出電壓也大約等于單個(gè)單元的電壓。單元Bt2的電壓在輸 出連接件Vout_p與Vout_n之間通過閉合開關(guān)SW_pl和SW_n2而實(shí)現(xiàn)。
[0108] 圖9e展示另一替代實(shí)例配置，其中輸出電壓大約等于單個(gè)蓄電池單元Bt7的電 壓。蓄電池單元Bt7的電壓在輸出連接件Vout_p與Vout_n之間通過閉合開關(guān)SW_p6和 SW_n7而實(shí)現(xiàn)。
[0109] 在如本實(shí)施例中描述的任何多個(gè)蓄電池單元的串聯(lián)配置中，存在N種實(shí)現(xiàn)單個(gè)單 元電壓的方法，其中N是蓄電池中單元的數(shù)量。
[0110] 圖9f展示一配置，其中中間電壓在串聯(lián)配置的多個(gè)蓄電池單元200中的電壓輸出 處實(shí)現(xiàn)。在所述實(shí)例中，兩個(gè)蓄電池單元200的電壓和被實(shí)現(xiàn)。明確地說，單元Btl和Bt2 的電壓和在輸出連接件Vout_p和Vout_n之間通過閉合開關(guān)SW_pO和SW_n2而實(shí)現(xiàn)。圖9g 和圖9h展示兩個(gè)另外的將兩個(gè)串聯(lián)蓄電池單元連接到電壓輸出的替代配置。
[0111] 在串聯(lián)配置的多個(gè)蓄電池單元200中，如該典型實(shí)施例所描述，有N-ι種方法實(shí)現(xiàn) 兩個(gè)單元電壓，其中N是蓄電池中單元200的數(shù)量。
[0112] 在不包含電壓極性反轉(zhuǎn)的配置的情況下，對(duì)于在所述示范性實(shí)施例中描述的任何 數(shù)目的N個(gè)靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200,對(duì)于具有P個(gè)電連續(xù)蓄電池單元200的切 換組，有（N_P)+1種方法重新配置它們。
[0113] 電壓極可通過激活開關(guān)裝置208交替地反轉(zhuǎn)，所述開關(guān)裝置將連接蓄電池單元 200的第一電壓極204到第二電輸出連接件212 (而不是將其連接到第一電輸出連接件 210)，并將第二電壓極206連接到第一電輸出連接件210。舉例來說，在圖9c所示的實(shí)例配 置中，閉合開關(guān)裝置SW_nO(而不是SW_pO)和閉合開關(guān)裝置SW_pl (而不是SW_nl)將在電 輸出連接件210和212引起極性反轉(zhuǎn)。所述極性反轉(zhuǎn)可有助于發(fā)動(dòng)機(jī)激活的制動(dòng)。
[0114] 有（N_P)+1種方法來配置P個(gè)單元的一個(gè)有用結(jié)果是允許單元以時(shí)間序列的方式 保持負(fù)載平衡，從而通過改變P個(gè)電連接單元的組的消耗而維持正常電壓。
[0115] 以串聯(lián)配置連接蓄電池單元200 (在單元之間沒有開關(guān)裝置208)的一個(gè)有用結(jié)果 是允許開關(guān)引起的電壓損失保持最低，因?yàn)閼?yīng)用電負(fù)載時(shí)只需激活兩個(gè)開關(guān)裝置208。
[0116] 根據(jù)本發(fā)明的可重配置蓄電池的另一替代實(shí)例實(shí)施例和方法在圖l〇a到10c中展 示。這些圖展示第一組靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200(指定為Btl到Bt3)，其以串 聯(lián)連接接合到第二組靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元200 (指定為Bt4到Bt6)。循序指定 為SW_pO到SW_p7的開關(guān)裝置208將蓄電池 Btl到Bt6連接到Vout_p。循序指定為SW_nl 到SW_n7的開關(guān)裝置208將蓄電池 Btl到Bt6連接到Vout_n。第一中間開關(guān)裝置214(指 定為SW_sl)連接于第一組中的末端放置的蓄電池單元（指定為Bt3)的第二（電壓 極206與第二組中的開端放置的蓄電池單元（指定為Bt4)的第一（" + "）電壓極204之 間。第二中間開關(guān)裝置216連接于第一組中的開端放置的蓄電池單元（指定為Btl)的第 一（" + "）電壓極204與第二組中的末端放置的蓄電池單元（指定為Bt6)的第二（ 電壓極206之間。本質(zhì)上三（3)個(gè)蓄電池單元200的兩（2)組（被稱為組）在實(shí)例配置中 被配置。兩組的第一電輸出連接件（被指定為Vout_p)被共同地連接。同樣，兩組的第二 電輸出連接件（被指定為Vout_n)被共同地連接。需要理解，可以類似配置提供額外的組。
[0117] 在蓄電池單元組之間的開關(guān)裝置的放置在開關(guān)斷開時(shí)有效地分開兩個(gè)相鄰單元 之間的連接性。導(dǎo)致兩組蓄電池單元可被獨(dú)立配置。每一靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元 200獨(dú)立組以在圖9a到9h的實(shí)例實(shí)施例中描述的方式運(yùn)行。在開關(guān)裝置208中，第一中間 開關(guān)裝置214和第一中間開關(guān)裝置216可以是具有例如脈沖寬度調(diào)制或脈沖密度調(diào)制的場(chǎng) 效應(yīng)晶體管。
[0118] 在蓄電池單元將被配置在單個(gè)組中的條件下，在第一電壓極204與第一電輸出連 接件210之間閉合開關(guān)裝置208,并在第二電壓極206與第二電輸出連接件212之間閉合開 關(guān)裝置208顯示輸出電壓。然而，如果連接件需要在處于一組的蓄電池單元200與處于另 一組的蓄電池單元200之間，無(wú)論第一中間開關(guān)裝置214還是第二中間開關(guān)裝置216必須 閉合以獲得在輸出連接器210與212之間的電壓。為了防止在串聯(lián)配置蓄電池202中的短 路，第一和第二中間開關(guān)214和216不可同時(shí)閉合。當(dāng)?shù)谝缓偷诙虚g開關(guān)214和216都 處在斷開狀態(tài)時(shí)，所述兩組并聯(lián)連接。
[0119] 圖10a展示串聯(lián)可重配置蓄電池202的實(shí)例配置，其所有開關(guān)裝置處于斷開狀態(tài) 以使沒有電壓在輸出處出現(xiàn)。中間開關(guān)SW_sl和SW_s2是斷開的，以使兩組單元處于并聯(lián) 連接。組中的所有開關(guān)208同樣斷開以使Vout等于零伏特。
[0120] 圖10b展示一種實(shí)例配置，其中兩個(gè)蓄電池單元200在兩個(gè)組的相反末端，蓄電池 單元Btl和Bt6通過開關(guān)裝置SW_s2電串聯(lián)。閉合的開關(guān)裝置SW_nl將蓄電池單元Btl連 接到Vout_n，且閉合的開關(guān)裝置SW_p6將Bt6連接到Vout_p。同時(shí)，閉合的第二中間開關(guān) 裝置SW_s2配置蓄電池單元Btl和Bt6的電壓和。
[0121] 圖10c展示一種配置，其中兩個(gè)相鄰的蓄電池單元Bt3和Bt4(其在每一組中）通 過第一中間開關(guān)裝置214而配置。閉合的開關(guān)裝置SW_p2將蓄電池單元Bt3連接到Vout_p， 閉合的開關(guān)裝置SW_n5將蓄電池單元Bt4連接到Vout_n，且閉合的第一中間開關(guān)裝置SW_ si配置蓄電池單元Bt3和Bt4的電壓和。
[0122] 本實(shí)施例是有用的，因?yàn)槠錅?zhǔn)許蓄電池單元200之間的串聯(lián)，其在多個(gè)蓄電池單 元200的相對(duì)端而無(wú)需電連接，其中單元占據(jù)蓄電池單元200中間部分。這有助于蓄電池 放電負(fù)載分布和單元的選擇性充電。本實(shí)例實(shí)施例提供了增加的配置靈活性，而只通過圖 9a到9h的實(shí)施例的兩個(gè)開關(guān)裝置214和216增加有效開關(guān)開銷。
[0123] 根據(jù)本發(fā)明的為串聯(lián)蓄電池單元200重新配置蓄電池202的方法的另一替代實(shí)例 實(shí)施例在圖11中展示。開關(guān)裝置208進(jìn)一步包含工作周期調(diào)制（"DCM"），其是通過在展 現(xiàn)第一電壓的第一串聯(lián)蓄電池單元200配置與展現(xiàn)第二電壓的第二串聯(lián)蓄電池單元200配 置之間交替地切換。工作周期調(diào)制在第一電壓和第二電壓之間產(chǎn)生中間輸出電壓。圖11 中說明的實(shí)例配置展示連接到蓄電池 Bt4的開關(guān)裝置SW_n5的調(diào)制，其在斷開和閉合狀態(tài) 交替地切換。連接到蓄電池 Bt5的開關(guān)裝置SW_n6通過在閉合和斷開狀態(tài)之間交替地切換 相反地反映開關(guān)裝置SW_n5的周期。因此，輸出電壓是兩個(gè)串聯(lián)的單元200與三個(gè)串聯(lián)的 單元200之間的平均。這在開關(guān)循環(huán)中導(dǎo)致相對(duì)小的電壓差。小的電壓改變與將在三個(gè)串 聯(lián)蓄電池在閉合和斷開的狀態(tài)下切換的條件下發(fā)生的顯著更大的電壓改變形成對(duì)比。工作 周期調(diào)制的結(jié)果是對(duì)于電壓、電流和產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩具有減少的開關(guān)瞬變的輸出電壓的 中間控制。
[0124] 模擬數(shù)字脈沖跡線218和模擬電壓跡線220在圖11中展示。模擬數(shù)字脈沖跡線 218演示開關(guān)SW_n5和SW_n6的交替的開和關(guān)狀態(tài)的時(shí)序。模擬電壓跡線220展示相應(yīng)的 作為時(shí)間的函數(shù)的輸出電壓Vout。對(duì)于此實(shí)例實(shí)施例，開關(guān)裝置SW_n6的開狀態(tài)工作周期 是開關(guān)裝置SW_n5的四分之一。因此，在所有蓄電池單元200電壓相等的條件下，所述實(shí)例 實(shí)施例的平均輸出電壓等于3/4(伏特（BT3) +伏特（ΒΤ5))+1/4(伏特（BT3) +伏特（BT5) + 伏特（BT6)) = 2. 25伏特（BT)。為了對(duì)比而展示使用全電壓開-關(guān)脈沖寬度調(diào)制222的說 明性電壓跡線。注意在沒有可變電壓蓄電池的條件下在開關(guān)狀態(tài)之間的更大電壓擺動(dòng)，如 在模擬跡線222中所展示。
[0125] 至少一個(gè)電容濾波器224(如在圖12中所展示）可添加到上述實(shí)施例以使輸出電 壓平滑。在本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例中，單個(gè)電容器224橫跨輸出電壓連接件210和212而被 放置。電容器使用如前述實(shí)施例所描述的工作周期調(diào)制連接到電路中。模擬數(shù)字脈沖跡線 226和模擬電壓跡線228演示通過將濾波器添加到本發(fā)明的可變電壓蓄電池（"VVB"）而 產(chǎn)生的平滑波形。根據(jù)本實(shí)施例使用的開關(guān)類型、開關(guān)方法、波形濾波器，切換速度可被減 少，從而可能導(dǎo)致能量節(jié)省。感應(yīng)濾波可代替（或一起使用）電容濾波，例如通過在蓄電池 和負(fù)載間提供串聯(lián)電感。一個(gè)說明性電壓跡線229說明（用于對(duì)比）其中本發(fā)明的可變電 壓蓄電池未被使用的實(shí)例。注意，在沒有可變電壓蓄電池的條件下在開關(guān)狀態(tài)之間的更大 的電壓擺動(dòng)，如在模擬跡線229中所展示。
[0126] 前述實(shí)施例可包含電壓監(jiān)測(cè)器230和電流檢測(cè)器232,其如在圖13中的可重配置 串聯(lián)的多個(gè)蓄電池單元的實(shí)例實(shí)施例中展示。電壓和電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和本文中描述的結(jié)合開 關(guān)裝置208的方法，允許蓄電池單元200充放電狀態(tài)的識(shí)別和狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0127] 至少和一個(gè)電動(dòng)機(jī)226 -起使用的在前述實(shí)施例中描述的可重配置蓄電池202允 許根據(jù)串聯(lián)配置的單元數(shù)量通過調(diào)節(jié)蓄電池輸出電壓控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度。同樣，蓄電池單元 200再充電方案可通過替代地配置串聯(lián)蓄電池單元200的數(shù)量和相對(duì)位置而定制，其在再 生制動(dòng)或充電過程中與發(fā)動(dòng)機(jī)226輸出電壓匹配。
[0128] 圖14展示蓄電池重新配置控制系統(tǒng)，其可與車輛系統(tǒng)（例如發(fā)動(dòng)機(jī)226)交互且 可與用戶228溝通以控制開關(guān)208的重新配置，從而（如果必須重新獲得電流處理能力） 繞開差的或廢的蓄電池單元200、短路將廢的單元并平衡蓄電池單元200的使用。電子處理 器218 (例如具有相關(guān)主要和次要存儲(chǔ)器220和222的微處理器、電壓230和電流232傳感 器，和相關(guān)軟件）可保持充電/放電歷史以幫助調(diào)節(jié)蓄電池單元壽命并在充電和放電狀態(tài) 中提供負(fù)載平衡。還可包含蓄電池單元200溫度監(jiān)測(cè)，因?yàn)樾铍姵毓ぷ髦芷谝詼囟鹊暮瘮?shù) 變化。所述溫度監(jiān)測(cè)特別適用于充電和放電控制，同樣適用于有故障單元的診斷?？刂菩?號(hào)可在傳感器230和232、蓄電池202、發(fā)動(dòng)機(jī)226和處理器218之間交換，其使用專用的通 訊路徑224或通過電源連接件210和212。
[0129] 給蓄電池重新配置控制系統(tǒng)斷電和重新加電需要遵循預(yù)定的協(xié)議。例如，斷電在 可重配置蓄電池202變得放電，且需要所有開關(guān)裝置208和214和216在圖9a和10a中的 不活動(dòng)狀態(tài)（斷開）中被放置時(shí)發(fā)生。給系統(tǒng)重新充電隨著處理器218 (也許是微處理器） 的激活開始，接著獲得配置設(shè)定、蓄電池單元狀態(tài)、來自存儲(chǔ)器220和222的過去的歷史和 異常狀態(tài)。如果充電周期開始了，那么控制邏輯分析從存儲(chǔ)器220和222接收的信息，并配 置開關(guān)裝置208以最有效地完成任務(wù)。
[0130] 注意，測(cè)量平均電流流動(dòng)可能花費(fèi)時(shí)間，其可能導(dǎo)致不良的延遲量。一個(gè)可代替的 選擇是計(jì)算預(yù)期的電流流動(dòng)，從而阻力或脈沖寬度調(diào)制工作周期可與蓄電池、發(fā)動(dòng)機(jī)或兩 者的重新配置同步而調(diào)整。
[0131] 現(xiàn)應(yīng)理解，本發(fā)明提供用于重新配置具有多個(gè)蓄電池單元的蓄電池、重新配置電 動(dòng)機(jī)組合件，或其組合的有利方法和設(shè)備。
[0132] 根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)完整的電流輸出需要在串聯(lián)路徑內(nèi)部沒有中間開關(guān)的條件下保持 蓄電池單元串聯(lián)時(shí)，可避免電位損失。通過分接串聯(lián)蓄電池的不同點(diǎn)，電壓輸出可在只引起 兩個(gè)開關(guān)損失的情況下變化。蓄電池的輸出電壓甚至可被設(shè)定為零，且如果需要（例如緊 急制動(dòng)），蓄電池的電壓極性可被反轉(zhuǎn)。如果所有的串聯(lián)蓄電池單元被使用（例如一側(cè)的底 部開關(guān)和另一側(cè)的頂部開關(guān)閉合），那么達(dá)到最大電壓。如果少于整個(gè)單元數(shù)量的單元被使 用，電壓將會(huì)更低。根據(jù)本發(fā)明的蓄電池結(jié)構(gòu)，具有針對(duì)同樣（更低的）電壓輸出的許多開 關(guān)閉合的不同組合。當(dāng)保持恒定的電壓輸出時(shí)，這些組合可以時(shí)序的方式被選擇以使單元 的消耗均等而不使任何一個(gè)單元消耗太多。
[0133] 本發(fā)明的可變電壓蓄電池的一個(gè)關(guān)鍵益處是允許蓄電池驅(qū)動(dòng)車輛的速度控制和 再生制動(dòng)易于實(shí)現(xiàn)。這是由于當(dāng)駕駛和達(dá)到再生制動(dòng)的電壓輸出時(shí)蓄電池電壓適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī) 需要的事實(shí)。舉例來說，用于設(shè)定蓄電池電壓的兩個(gè)開關(guān)之一可被調(diào)整（例如使用脈沖寬 度調(diào)制）以提供發(fā)動(dòng)機(jī)速度控制。替代地，可在兩個(gè)電壓輸出值之間調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī) 平均蓄電池電壓輸出的更好控制。在全或無(wú)式脈沖寬度調(diào)制速度控制中，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，發(fā) 動(dòng)機(jī)的電壓立即從其最大值變?yōu)榱恪Ｔ诖朔N情形中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池分離時(shí)將有一個(gè)大 的電壓尖鋒，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)中的磁場(chǎng)必須塌縮。根據(jù)兩個(gè)電壓之間揭示的更好電壓控制， 因?yàn)殡娐啡匀慌c蓄電池在一起閉合，因此有更少的瞬變。
[0134] 蓄電池的配置和開關(guān)調(diào)整的切換可以很高的頻率發(fā)生，例如以KHz甚至MHz的頻 率（在開關(guān)（例如功率場(chǎng)效應(yīng)管）迅速斷開和閉合時(shí)）。然而，較低的切換頻率可能節(jié)省一 點(diǎn)電力，這是因?yàn)殡S著切換頻率增加，場(chǎng)效應(yīng)晶體管需要更多的電流。因此，在切換速度和 能量需求之間存在折衷。
[0135] 此外，根據(jù)本發(fā)明，在切換操作過程中的電壓波動(dòng)可以像一個(gè)蓄電池單元電壓那 么?。ɡ缦噍^于在常規(guī)小型電動(dòng)車輛（例如自行車）中使用的蓄電池組的48V的鋰離子 蓄電池單元的3. 6V)，切換瞬變可同時(shí)在電壓、電流和轉(zhuǎn)矩中更小。如果由普通蓄電池驅(qū)動(dòng) 的發(fā)動(dòng)機(jī)使用脈沖寬度調(diào)制控制，那么由于發(fā)動(dòng)機(jī)的感應(yīng)性質(zhì)，每當(dāng)脈沖寬度調(diào)制開關(guān)斷 開，通常將有大的電壓尖峰。事實(shí)上，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，因?yàn)殡姼性噲D保持電流流動(dòng)，大的電壓 可在其間形成，從而引起火花。根據(jù)本發(fā)明，可變電壓蓄電池的提供防止電路完全斷開。蓄 電池僅僅從一個(gè)電壓變到另一個(gè)，且蓄電池的一部分始終連接到發(fā)動(dòng)機(jī)。除了當(dāng)電壓必須 緩降到零時(shí)，這始終提供了連續(xù)的電流路徑。根據(jù)本發(fā)明的可變電壓蓄電池，即使當(dāng)電壓 斜變到零，電流路徑仍可通過適當(dāng)?shù)刂匦屡渲眯铍姵囟峁?。因此，同時(shí)對(duì)于驅(qū)動(dòng)和再生制 動(dòng)，本發(fā)明的基于可變電壓蓄電池的操作更加溫和。如上文所述，在沒有使用可變電壓蓄電 池的情況下添加濾波電容器在某種程度上是有用的，但是針對(duì)給定尺寸的電容器使用本發(fā) 明的可變電壓蓄電池導(dǎo)致更好的性能。
[0136] 本發(fā)明還使用反相器（例如直流到直流轉(zhuǎn)換器）在設(shè)計(jì)上提供重要的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?在再生制動(dòng)模式中，當(dāng)試圖對(duì)蓄電池再充電時(shí)，此些反相器遭受顯著切換損耗且引起復(fù)雜 性。
[0137] 本發(fā)明的配置還可以"繞開"（例如繞過）廢的或弱的蓄電池單元以使整個(gè)蓄電池 不由于單個(gè)壞單元而遭受故障。并聯(lián)壞單元也可被繞過且蓄電池組仍將正常運(yùn)作，只是最 大電壓減小?？墒褂盟惴▽ふ页鋈醯幕驂牡膯卧湓谠俜烹姇r(shí)不保持合理的電壓或電流 或在再充電時(shí)出現(xiàn)不良情況。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，此種特征將需要電流和電壓 傳感器和適當(dāng)?shù)目刂破??？筛鶕?jù)本發(fā)明而提供另一算法，其提供負(fù)載平衡以保持所有的蓄 電池單元在再充電或再生制動(dòng)過程中被均勻地充電。
[0138] 應(yīng)進(jìn)一步理解，描述包含多個(gè)蓄電池單元的實(shí)例實(shí)施例同樣可在不背離本發(fā)明范 圍的條件下解釋成多個(gè)蓄電池組或多個(gè)蓄電池。舉例來說，本文中描述的每一蓄電池單元 可由串聯(lián)或并聯(lián)連接的兩個(gè)或兩個(gè)以上蓄電池單元組成。
[0139] 盡管已結(jié)合各種所說明的實(shí)施例而描述本發(fā)明，但可對(duì)其進(jìn)行許多修改或改變而 不背離如在權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種可重配置蓄電池，其包括至少一組： 靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池單元； 所述蓄電池單元中的每一者包括第一電壓極和第二電壓極； 電連接于所述蓄電池單元中的每一者的所述第一電壓極與第一電輸出連接件之間的 至少一個(gè)處理器控制開關(guān)； 電連接于所述蓄電池單元中的每一者的第二電壓極與第二電輸出連接件之間的至少 一個(gè)處理器控制開關(guān)； 其中所述處理器控制開關(guān)適合通過將所述蓄電池單元之一的第一電壓極耦合到所述 第一電輸出連接件并將所述蓄電池單元之一的第二電壓極耦合到所述第二電輸出連接件 而在電學(xué)上重新配置所述蓄電池單元，從而在所述第一和第二電輸出連接件之間提供可重 配置的蓄電池輸出電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其中所述可重配置蓄電池輸出電壓近似等 于所述電性重新配置的蓄電池單元的電壓和，且在零伏特與所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電 池單元的最高絕對(duì)輸出電壓之間的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其進(jìn)一步包括： 至少一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)電連接于所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元中的起始蓄電 池單元的所述第一電壓極與所述第二電輸出連接件之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其進(jìn)一步包括： 至少一個(gè)開關(guān)，所述開關(guān)電連接于所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元中的終止蓄電 池單元的所述第二電壓極與所述第一電輸出連接件之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其進(jìn)一步包括以并聯(lián)配置連接的多組所述 靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其中第一組所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電 池單元到第二組所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的串聯(lián)接合包括： 第一中間處理器控制開關(guān)，其連接于第一組中的末端放置蓄電池單元的第二電壓極與 第二組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極之間； 第二中間處理器控制開關(guān)，其連接于第一組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極與 第二組中的末端放置蓄電池單元的第二電壓極之間； 所述第一組的所述第一電輸出連接件到所述第二組的所述第一電輸出連接件的連接； 以及 所述第一組的所述第二電輸出連接件到所述第二組的所述第二電輸出連接件的連 接； 其中所述第一中間處理器控制開關(guān)和所述第二中間處理器控制開關(guān)不能同時(shí)處于閉 合狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可重配置蓄電池，其中包括靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元 的所述第二組由單個(gè)蓄電池單元代替。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其進(jìn)一步包括用于電壓和/或電流波形濾 波中至少一種操作的感應(yīng)或電容元件中的至少一者。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其進(jìn)一步包括電壓監(jiān)測(cè)裝置和電流監(jiān)測(cè)裝 置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的可重配置蓄電池，其中所述電壓和電流監(jiān)測(cè)裝置包括蓄電 池單元狀態(tài)控制系統(tǒng)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的可重配置蓄電池，其中所述蓄電池單元狀態(tài)控制系統(tǒng)包括 至少一個(gè)電子處理器、至少一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、至少一個(gè)通信通道、至少一種可重配置蓄電 池控制協(xié)議，以及一個(gè)用戶接口協(xié)議。
12. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可重配置蓄電池，其中所述開關(guān)和所述中間開關(guān)包括固態(tài) 開關(guān)和機(jī)械開關(guān)中的至少一者。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其中所述第一電壓極處于高于所述第二 電壓極的電壓電位。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其中所述蓄電池向包括具有至少一個(gè)電 動(dòng)機(jī)的車輛的電負(fù)載提供能量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的可重配置蓄電池，其中所述車輛是電動(dòng)自行車、電動(dòng)小型 摩托車、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力卡車、電動(dòng)輪椅及電動(dòng)高爾夫球車之一。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重配置蓄電池，其中： 所述蓄電池通過將至少一個(gè)電源連接到所述蓄電池而充電，以及 所述電源是適于再生充電的車輛電性系統(tǒng)。
17. -種用于重新配置蓄電池的方法，其包括： 將靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的一部分布置成適于提供第一蓄電池電壓的第一 配置；以及 將所述靜態(tài)接合的多個(gè)蓄電池單元的至少一部分重新配置成適于提供第二蓄電池電 壓的第二配置； 其中所述重新配置包括： 閉合第一處理器控制開關(guān)以將所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元中的蓄電池單元 的第一電壓極電f禹合到第一電輸出連接件；以及 閉合第二處理器控制開關(guān)以將所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元中的蓄電池單元 的第二電壓極電耦合到第二電輸出連接件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中用于串聯(lián)接合的所述靜態(tài)接合的第一組多個(gè)串 聯(lián)蓄電池單元到第二組所述靜態(tài)接合的多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的所述重新配置包括交替地 閉合： a) 第一中間處理器控制開關(guān)，其連接于所述第一組中的末端放置蓄電池單元的第二電 壓極與所述第二組中的開端放置蓄電池單元的第一電壓極之間，或 b) 第二中間處理器控制開關(guān)，其連接于所述第一組中的開端放置蓄電池單元的第一電 壓極與所述第二組中的末端放置蓄電池單元的第二電壓極之間。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述處理器控制開關(guān)包括脈沖寬度調(diào)制處理器 控制開關(guān)或脈沖密度調(diào)制處理器控制開關(guān)之一。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一電壓極處于高于所述第二電壓極的電 壓電位。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二處理器控制開關(guān)包括通過在展現(xiàn)第一 電壓的第一串聯(lián)蓄電池單元配置與展現(xiàn)第二電壓的第二串聯(lián)蓄電池單元配置之間的脈沖 寬度調(diào)制切換或脈沖密度調(diào)制切換而交替地切換，以產(chǎn)生中間輸出電壓。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述可重配置蓄電池經(jīng)交替地配置以向至少一 個(gè)電負(fù)載提供能量或接收用于再充電的能量。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述電負(fù)載包括具有至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中： 所述可重配置蓄電池通過將至少一個(gè)電源連接到所述蓄電池而再充電；以及 所述電源通過激活至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛制動(dòng)動(dòng)作而提供再生充電，從而誘發(fā)流向所 述蓄電池的電流。
25. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括： 監(jiān)測(cè)蓄電池電力放電的電壓和電流； 監(jiān)測(cè)蓄電池電力充電的電壓和電流；以及 基于所述監(jiān)測(cè)控制所述重新配置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包括： 提供用于所述監(jiān)測(cè)、用于所述控制和用于多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的所述重新配置的輔助 電源。
27. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包括： 監(jiān)測(cè)所述蓄電池單元的溫度；以及 基于所述監(jiān)測(cè)控制所述重新配置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述處理器控制開關(guān)包括脈沖寬度調(diào)制處理器 控制開關(guān)或脈沖密度調(diào)制處理器控制開關(guān)之一。
29. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一電壓極處于高于所述第二電壓極的電 壓電位。
30. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第二處理器控制開關(guān)包括通過在展現(xiàn)第一 電壓的第一串聯(lián)蓄電池單元配置與展現(xiàn)第二電壓的第二串聯(lián)蓄電池單元配置之間的脈沖 寬度調(diào)制切換或脈沖密度調(diào)制切換而交替地切換，以產(chǎn)生中間輸出電壓。
31. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述可重配置蓄電池經(jīng)交替地配置以向至少一 個(gè)電負(fù)載提供能量或接收用于再充電的能量。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述電負(fù)載包括具有至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中： 所述可重配置蓄電池通過將至少一個(gè)電源連接到所述蓄電池而再充電；以及 所述電源通過激活至少一個(gè)電動(dòng)機(jī)的車輛制動(dòng)動(dòng)作而提供再生充電，從而誘發(fā)流向所 述蓄電池的電流。
34. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括： 監(jiān)測(cè)蓄電池電力放電的電壓和電流； 監(jiān)測(cè)蓄電池電力充電的電壓和電流；以及 根據(jù)所述監(jiān)測(cè)控制所述重新配置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其進(jìn)一步包括： 提供用于所述監(jiān)測(cè)、用于所述控制和用于多個(gè)串聯(lián)蓄電池單元的所述重新配置的輔助 電源。
36.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括： 監(jiān)測(cè)所述蓄電池單元的溫度；以及 基于所述監(jiān)測(cè)控制所述重新配置。
【文檔編號(hào)】H02J7/14GK104067507SQ201380005603
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月8日
【發(fā)明者】李宗郁 申請(qǐng)人:李宗郁