[发明专利]具有均匀直流环境的电源模块

说明书

技术领域

本发明涉及电源，更具体地涉及具有多个电池单元的电池组或电池电 源系统、及其相关联的接线、充电、以及放电。

背景

典型的电池组以具有不止一个电池为特征。这样的电池组不会表现和 具有与单个电池一样的工作特性或寿命周期。电池是单电池单元。在充电 和放电周期期间，电池组中的单个电池常常会从电池组平均值或电池组目 标值偏离或漂移。通常在放电和充电期间电池组性能受最弱或最强电池的 限制。

为获得可接受的性能，大多数电池组需要频繁的调整周期和/或主动电 池管理系统。调整周期使电池缓慢地达到充足电，这试图使电池组中电池 的状态统一。使电池统一意味着减小最弱和最强电池之间的差距。主动电 池管理通过在个别电池上提供小局部化的充电或放电解决此问题。主动电 池管理使最强和最弱电池保持更接近平均电池。这导致电池组性能更好但 仍不及个别电池的性能。调整周期仍然是需要的，但不像没有电池管理系 统的电池组那样频繁。

典型的电池管理系统利用与各个电池串联或并联的诸如热敏电阻或晶 体管之类的电子器件来局部地控制电池的充电和放电。这样的系统通常消 耗额外的能量、限制电池组容量、以及增加电池组设计和生产的开销。这 对于大型、高功率的电池组尤其如此。

需要的是将电池组合成高功率电池组或电源系统以提高容量、充电和 放电速率、寿命、以及其它性能特性的电路和方法。

概述

示出了一种电池组连接方案，其为组中的每一个电池提供同步直流环 境，以使组中的相同或相似电压电平的每一个电池经历相同、或非常相似 的电压和电流环境。

本发明的一个方面以具有多个分别具有阳极和阴极的电池单元的电源 模块为特征。电池单元并联连接以向高功率负载提供至少50安培的电流。 连接通过导电组件建立，该导电组件包括多个导电通路，每一个导电通路 连接至各自的电池并被动地防止多个电池单元的电压趋异。多个导电通路 的每一个的有载电阻与其他导电通路的每一个的有载电阻匹配。

通过“匹配”不意味着排除其中有载电阻的差别可忽略的实施例。在 某些实施例中，各个导电通路的有载电阻与其它并联的导电通路的有载电 阻相差1毫欧，或在某些情况下相差少于十分之一毫欧。在某些示例中， 各个导电通路的有载电阻与其它导电通路的有载电阻相差少于约1％。

优选多个导电通路的每一个的有载电感与其他通路的每一个的有载电 感匹配。

在某些实施例中，多个导电通路各自包括相应电缆以及连接电缆和负 载连接端子的固态端子总线的相应部分。导电组件可包括例如在与负载连 接端子相等间距的各个电缆端子处附连至端子总线的高功率精密直流电 缆。在某些配置中，电缆端子被设置在其中心具有负载连接端子的圆圈上。 在某些示例中，固态端子总线包括镀银的软铜。

在某些实施例中，导电组件还防止多个电池单元的容量趋异。

在某些情况下，导电组件包括母线。

本发明的另一方面以能够提供至少50安培的电流且具有正负载连接 端子的电池组以及各自具有阳极和阴极的多个电池单元为特征。电池的阴 极通过相应的不同导电通路并联连接至正负荷连接端子。各个导电通路的 有载电阻与每一个其它通路的有载电阻相差约一毫欧。

在某些配置中，多个电池的阳极通过全都具有相同电气长度的多个导 电通路并联连接至负端子总线。优选每一个电池的电阻性质与其它电池的 电阻性质匹配，且优选各个电池具有小于约50毫欧的阻抗。优选导电通路 的加载串联阻抗至少比电池的加载输出阻抗大五倍。

优选各个电池的充电接受性质与其它电池的充电接受性质匹配。

在某些实施例中，该电池组包括连接至正端子总线的正供电电缆，以 使从该电缆的第二末端到多个电池的每一个的阴极可测得相似的电阻。在 某些情况下，正端子总线连接至圆形导电块的中心。该导电通路可包括精 密直流电缆，且在某些情况下，焊点将精密直流电缆连接至它相应的电池 阴极。优选各个焊点的焊点电阻值与其它焊点的焊点电阻值精确匹配。

本发明的另一方面以具有通过各自的导电通路并联连接至正负载连接 端子的多个电池的电池组为特征，各个导电通路包括各自的高功率直流精 密电缆分段。优选各个导电通路具有适于使电池组的平均充电接受速率能 大于C1充电速率的电阻。