于移動或固定功率系 統(tǒng)的電池，則能夠?qū)崿F(xiàn)明顯的成本節(jié)省。
[0029] 常規(guī)電池管理系統(tǒng)使用電壓平衡器（也稱為"均衡器"）強迫電池單元具有相同的 電壓。該方法在電池單元同樣健康（或同樣不健康）時，均衡電池單元電壓并減弱退化過 程。然而，如果一個或更多個電池單元是有缺陷的，或者比其他的電池單元退化的更嚴重， 則電壓平衡器不能保護電池單元（一個或更多個），因為它利用比正常電流更高的電流，強 迫健康的電池單元過載，并且同時利用明顯高于其能夠運送的電流負荷的電流負荷，惡化 退化的電池單元。然后電池單元退化的過程在該些情況下加快。為了緩解電壓平衡器的問 題，常規(guī)方法利用非常嚴格的設計約束并使用過大型的電池，該帶來了成本、重量和體積上 的問題。該些現(xiàn)有的方案中的電壓平衡器能夠分為兩組。第一組是無源平衡器，其采用無 源組件，例如平衡網(wǎng)絡中的電阻器、電容器和電感器。如果無源平衡器是電阻平衡器，它的 劣勢包括，但不限于，缺乏準確性、響應緩慢W及效率低。第二組是有源平衡器，其采用有源 組件，例如平衡網(wǎng)絡中的各種電力電子變換器?，F(xiàn)有的有源平衡器的主要問題在于，通常情 況下，平衡器中使用限流電阻器，其造成功率消耗并限制動態(tài)響應。在該兩種情況下，平衡 器不具備根據(jù)電池單元健康的健康狀態(tài)共享和分配電流的機制。
[0030] 在電池單元同等健康或同等退化的情況下（該是一種很罕見的情況，并且在實際 中可能根本不存在），不管現(xiàn)有的方案是無源還是有源的，它們都運行良好。當電池單元不 是同等健康時，現(xiàn)有的方案利用比健康的電池單元被設計W容納的電流更高的電流，使得 健康的電池單元過載，并且通過使用比不健康的電池單元能夠攜帶的電流更高的電流，使 不健康的電池單元惡化。因此，現(xiàn)有的方案加快電池組的退化過程。
[0031] 本發(fā)明的系統(tǒng)能夠根據(jù)電池單元的健康狀況動態(tài)地共享電流和分配電流。通過該 樣做，健康的電池單元的電流不會超過它的規(guī)定值，而不健康的電池單元的電流被控制在 它的容量之內(nèi)。因此，健康的和不健康的電池單元兩者都受到了保護。整個電池組的退化 過程得到抑制，而電池組壽命得到延長。由于本公開的系統(tǒng)能夠保護健康的和不健康的電 池單元，因此電池組在功率水平和壽命周期方面的性能能夠被完全利用和加強。因為所述 系統(tǒng)能夠明顯地減輕電池單元的過大尺寸裕量，并改善常規(guī)設計的安全裕量，該直接地轉(zhuǎn) 化為成本節(jié)省。
[0032] 在下列描述中，為了提供對本系統(tǒng)的更詳盡描述，陳述了很多細節(jié)。然而，對于本 領域的技術人員來說明顯的是，可W在沒有該些具體細的情況下實踐所公開的系統(tǒng)。在其 他情況下，為了避免不必要地混淆系統(tǒng)，對已知的特征不進行詳細描述。
[0033] 電池單元能夠經(jīng)歷各種不同的退化和故障模式。具體地，有兩種主要的電池單元 退化模式。第一種電池單元退化模式是內(nèi)電阻增加，而第二種電池單元退化模式是容量衰 減。圖1和圖2不出該兩種模式。
[0034] 圖1是示出根據(jù)本公開的至少一個實施例的正常的電池單元110和退化的電池單 元120之間的內(nèi)電阻130、140的差別的示意圖100。在該個圖中，正常的電池單元110被示 出具有R歐姆的內(nèi)電阻130,而退化的電池單元120被示出具有R'歐姆的內(nèi)電阻140。R' 大于R，并且因此，退化的電池單元120具有比正常電池單元110更大的內(nèi)電阻。該種內(nèi)電 阻的增加導致電解質(zhì)、電極、觸點等的歐姆過電位（ohmic over-potential)增加。
[0035] 圖2是示出根據(jù)本公開的至少一個實施例的正常的電池單元和退化的電池單元 之間的放電容量的差別的曲線圖200。在該個圖中，曲線圖200描繪了正常的電池單元和退 化的電池單元在安培小時（Ah)的放電容量上的電壓。曲線圖200示出退化的電池單元具 有比正常的電池單元更低的放電容量。退化的電池單元的該種產(chǎn)生的容量衰減是由活性物 質(zhì)損耗引起的。
[0036] 應當注意，存在兩種主要的電池單元故障模式。第一種電池單元故障模式是，在電 池單元故障時，它相當于內(nèi)部開路。該種模式是更常見的情況，且對于電池組而言是內(nèi)在安 全的。第二種電池單元故障模式是，在電池單元故障時，它相當于內(nèi)部短路。該種模式能夠 引起電池組的災難性損壞。
[0037] 圖3是采用電壓平衡器330、350的常規(guī)電池管理系統(tǒng)300的示意圖。在該個圖 中，系統(tǒng)300含有兩個主要部分；電池陣列360和平衡系統(tǒng)305。電池陣列（也稱為電池 組）360被示出包含串聯(lián)連接在一起的多個電池層310a-k(例如，k個電池層）。在每個電 池層310a-k內(nèi)，存在多個電池單元320、340 (例如，電池層310a包含電池單元320a-n，而電 池層31化包含電池單元340a-n)。電池單元320、340在它們各自的電池層310a、310k內(nèi)并 聯(lián)連接在一起。平衡系統(tǒng)305被示出包含電壓平衡器330、350,每個平衡器都連接到它們各 自的電池層310a、310k (例如，電壓平衡器330連接到電池層310a，而電壓平衡器350連接 到電池層31化）。
[0038] 圖4是采用圖3中的電壓平衡器330、350的常規(guī)電池管理系統(tǒng)的示意圖，其中在 電池組360的放電期間存在退化的電池單元320a。在該個圖中，由于電池組360被示出產(chǎn) 生正電流（31)，因此電池組360正在放電。系統(tǒng)300被示出包含兩個電池層310、315,其中 每個電池層310、315包含S個電池單元320、340。
[0039] 在該個圖中還示出，電池單元340a是退化的電池單元，而剩余的電池單元 320a-c，34化-C是正常的電池單元。如果所有電池單元在它們的電池層內(nèi)都是健康的，那 么正常的電池單元具有I安培（安）的電流。由于電池單元340a是退化的，它現(xiàn)在具有 I- A I安的電流。與含有退化的電池單元340a的電池層315關聯(lián)的電壓平衡器350使得 該電池層315中的其他電池單元340a、340c的電流增加，W補償退化的電池單元340a中的 電流損耗。因此，電壓平衡器350使得電池單元34化、340c的每個都具有1+ A 1/2安的電 流。
[0040] 圖5是采用圖3中的電壓平衡器330、350的常規(guī)電池管理系統(tǒng)300的示意圖，其 中在電池組360的充電期間存在退化的電池單元340a。在該個圖中，由于電池組360被示 出正在接收正電流（31)，因此電池組360正在充電。電壓平衡器350被示出類似于圖4描 繪的情況操作，其中，電池組360正在放電。
[0041] 應當注意，對于圖4和5中示出的該個2X3電池陣列示例，假定常規(guī)電壓平衡器 被用于電壓平衡器330、350。電池單元340a是退化的，并且因此具有R+ A R的電阻，其中 A R是電阻增加值，而R是所有正常的電池單元320a-c、340b-c中的每個電池單元都具有 的電阻。因為電壓平衡器330、350不能共享電流，該引起電壓暫時不平衡。因此，在電池組 360放電時，電池層310的電壓大于電池層315的電壓（V2〉V1);而在電池組360充電時，電 池層310的電壓小于電池層315的電壓（V2<V1)。正如能從該些圖中看到的，較低電池層 315中的每個正常的單元34化，C過載了 A 1/2安，其中I安是在電池層中的所有電池單元 都正常時的電池單元電流。對于n個電池單元并聯(lián)連接在一起的電池層，它能夠被示出為： (n - 1)么只 / R
[0042] A/ =-----/ 等式（1) L」 l + (/?_l)(l + A欠Z巧）寸風…
[0043] 因此，與退化的電池單元并聯(lián)連接的每個電池單元將過載： A/ AR/R , E0044] (円-1) - l + ("-l)(l + A/?/7?) ^式似
[0045] 該種電流過載將引起電池單元加速退化。
[0046] 圖6是根據(jù)本公開的至少一個實施例的公開的電池管理系統(tǒng)600的示意圖，實際 上該系統(tǒng)針對每個電池層610、615都采用虛擬電池單元630、650。該個圖示出了在電池單 元短路故障模式的狀況下，虛擬單元650如何保護正常的電池單元620a-c、640b-c免于災 難性故障。
[0047] 在該個圖中，系統(tǒng)600被示出包含兩個電池層610、615，其中每個電池層610、615 都包含S個電池單元620、640 (即電池層610包含電池單元620a-c，而電池層6