CN110915093A - 用于电容器模块平衡和保持的***和方法 - Google Patents

Abstract

在一个方面，本发明包括一种用于平衡具有单元的串联成串的模块中的单元的设备。该设备包括处理***和通信电路。处理电路被配置为从每个模块接收平均单元电压值。处理电路还被配置为确定所有单元的整体平均单元电压。处理电路还被配置为使得每个模块确定其每个单元的相对电容，并使得每个模块基于相应的相对电容来平衡其单元。通信电路被配置为从模块接收平均单元电压值。

Description

用于电容器模块平衡和保持的***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月25日提交的题为“用于电容器模块平衡和保持的***和方法”并转让给本受让人的美国临时申请第62/450,501号的权益。本在先申请的公开被认为是本申请的一部分，并且其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开通常涉及储能装置和***(诸如电容器模块和***，包括超电容器和超级电容器)，并且具体地涉及以高电压串联配置部署的电容器模块，每个模块包含一些数目的电容器单元并且耦接到一些数目的其他模块。

背景技术

存在用于通过使过高的单元电压放电来平衡储能***中的单个单元的电压的各种***和技术。然而，现有的方法不能完全且有效地耗散串联耦接模块的每一个中的单元的过高的单元电压。

电容器的电荷和电压与其电容值成比例。因此，在串联配置中使用多个电容器的任何储能***可能遇到至少部分地由多个电容器之间的电容差导致的电压不平衡问题。电容器之间的电容差可以由特定电容器的生产差异、老化等造成。存在很少的平衡***来平衡运行中的基于电容器的***的电压。然而，这些***中没有一个能够在高电压下平衡电容器模块与另一个电容器模块。此外，当电容器模块的串联配置放电到零伏时，这些***中没有一个能够跨多个模块使单个单元完全放电。在这样的放电中，虽然整个串联电容器模块可以具有零伏的测量电压，但是一个或多个模块中的单个单元可以保持正电荷或负电荷，只要在相同或不同的模块中存在相等且相反的电荷以平衡它。例如，三电容器(或单元)模块可以具有零伏的测量电荷，但是模块中的一个电容器可以具有-1伏(V)的电荷，而另外两个电容器具有0.5V的电荷。因此，在模块测量为零电荷的同时单个电容器可以保持电荷。单个电容器的这种不平衡可以部分地由电容器的电容之间的不平衡导致。因此，需要用于解决这种情形的***和方法。

发明内容

本文公开的实施例解决了现有技术中的上述问题。本公开的***、方法以及装置的每一个具有多个创新方面，其中没有一个方面单独负责本文公开的期望属性。

在所附权利要求的范围内的方法和装置的各种实施例的每一个都具有多个方面，其中没有一个方面单独负责本文所述的期望属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文描述了一些突出特征。

在一个方面，本发明的实施例包括一种用于平衡模块串中的单元的设备，每个模块具有一个或多个单元。该设备包括处理***和通信电路。处理***被配置为从多个模块中的每一个接收平均单元电压值。处理***还被配置为确定多个模块的整体平均单元电压。处理***被附加地配置为使得多个模块中的每一个基于整体平均单元电压来确定其每个单元的相对电容。处理***还被配置为使得多个模块中的每一个基于模块的每个单元的相应的相对电容来平衡其单元。通信电路被配置为从多个模块中的每一个接收平均单元电压值。

在另一方面，本发明的实施例包括一种平衡多个模块的串中的单元的方法，每个模块包括一个或多个单元。该方法包括从多个模块中的每一个接收平均单元电压值。该方法还包括确定多个模块的整体平均单元电压。该方法还包括使得多个模块中的每一个基于整体平均单元电压来确定其每个单元的相对电容。该方法还包括使得多个模块中的每一个基于模块的每个单元的相应的相对电容来平衡其单元。

在另一方面，本发明的实施例包括非暂时性计算机可读介质，其包括存储在其上的指令，当由计算装置的至少一个处理器执行时，该指令使得计算装置从布置成串的多个模块中的每一个接收平均单元电压值，多个模块中的每一个包括一个或多个单元。该指令还使得计算装置确定多个模块的整体平均单元电压。该指令还使得计算装置使多个模块中的每一个确定其每个单元的相对电容。该指令还使得计算装置使得多个模块中的每一个基于其每个单元的相应的相对电容来平衡其单元。

附图说明

本公开中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和下面的描述中阐述。尽管本公开中提供的实例有时根据电容器或电容器单元来描述，但是本文提供的概念可以应用于其他类型的储能***。其他特征、方面以及优点将从说明书、附图以及权利要求书中变得显而易见。注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。

图1示出了根据实施例的用于***的组件的分级控制和通信结构，该***的组件包括布置在机柜中并由***控制器控制的串联耦接的电容器串模块。

图2示出了根据实施例的图1的分级控制和通信结构的摘录，该摘录详述了不同模块之间以及模块与该模块内的单元之间的示例性通信。

图3示出了根据实施例的详述图1的***的组件之间的同步通信的通信时序图。

图4示出了根据实施例的图1的***的调试过程的各个阶段的曲线图。

图5示出了根据实施例的图1的***的***控制器与图4中描述的调试过程期间的***的机柜和模块之间的通信流程图。

图6示出了根据实施例的图1的***的放电过程的各个阶段的曲线图。

图7示出了根据实施例的图1的***的***控制器与图6中描述的放电过程期间的***的机柜和模块之间的通信流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为示例性实施例的描述，而不是旨在表示可以实践本发明的唯一实施例。贯穿本说明书使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”，并且不必被解释为比其他示例性实施例更优选或更有利。为了提供对示例性实施例的透彻理解，详细描述包括特定的细节。在一些情况下，一些装置以框图形式显示。

储能***可以包括串联布置的多个单个电容器单元，以形成储能模块或存储体，其具有比单个单元更高的电压输出。这些模块又可以与其他模块串联，以输出更高的组合电压。模块的单个电容器有时称为电容器单元，或者更一般地称为单元。在一些实施例中，模块的单元可以包括电池单元，并且可以代替电容器集成到模块中。

过高的单元电压会损坏单个单元、单元所在的模块或两者。单元平衡电路(“平衡电路”)可用于使电池或超电容器单元放电，以均衡单元电压，并防止或最小化由过高的单元电压条件导致的损坏。这种过高的单元电压可以被平衡电路中的无源组件(例如，一个或多个电阻)和有源组件(例如，一个或多个晶体管或稳压器)中的一个或多个放电。存在三种类型的通常适用于模块内的平衡单元的平衡策略。一种选择是无源平衡，在没有单独或独立控制的情况下每个单元并联一个电阻(或电阻组件)。另一选择是在特定电压范围内的有源平衡，该有源平衡具有基于一个或多个电压阈值来控制平衡电路(例如，均衡器)的激活/停用的能力。此外，可以基于模块的每个单元的相对电容与模块中的所有单元的平均电容相比较来执行有源平衡，以使得所有单元在电荷的最高处达到相同的电压(例如，相同的高电压)。在一些实施例中，这些选择的组合可用于单个应用程序。这些实施例虽然专注应用于单个模块，但可能不适用于高电压或非常高的电压(例如，大于10千伏(10kV))。在一些实施例中，可以使用类似的充电状态或健康状态来类似地确定或计算对包括电池的单元执行有源平衡。

无源耗散组件可能无法单独控制电流，而有源耗散组件能够控制电流。有源耗散组件和无源耗散组件都可以耗散电压。在一些实施例中，无源耗散组件可以通过恒电流放电或通过电阻放电来放电电压。在恒电流放电电路的情况下，从单元获取独立于单元电压或被放电的电压的恒定的放电电流。电阻放电电路获取与单元电压成比例的放电电流。随着单元电压的增加，放电电流也增加，反之亦然。无源耗散组件的实例可以包括固定电阻器、可变电阻器、热敏电阻器、无源衰减器、电位器等。有源耗散组件的实例可以包括晶体管、稳压器、有源衰减器、有源二极管等。

本文描述的平衡电路的一些实施例允许在有源组件和无源组件之间划分实际的电压耗散。相对于先前的单元平衡电路，这可以提高电压耗散的效率，可以减少所需的组件的数目，并且可以消除对一些昂贵的有源组件或无源组件的需求。

上面的这些技术均不能平衡***的串模块之间的模块电压。

改进的模块和***平衡电路

在一些实施例中，本文描述的单元平衡电路耦接到模块中的单元。在平衡模块***中的多个模块时，每个模块可以包括其自己的单元平衡电路，该单元平衡电路被实现为单独地但以与***的其余模块协作的方式平衡每个模块。通过利用模块和单元的***中的平衡，***中的所有单元可以在大致相同的时间到达它们相应的故障点，而不是***中的旧单元比***中的新单元老化的更快(这会在没有使用可以平衡跨***的模块的平衡***的情况下发生)。

在一些实施例中，平衡模块的单元可以在模块***的预定电压下发生或执行。例如，可以在特定电压下平衡单元，并且然后基于已知的平衡信息将单元调整(例如，降低)到期望的电压。因此，可以将平衡***调整到任何电压，使得各个单元被设置到它们相应的对应值，同时在不需要在期望的***电压下进行额外的平衡的情况下求和到期望的***电压。因此，可以在不需要额外的平衡等的情况下，仅基于期望的***电压来动态地调整期望的***电压。在一些实施例中，期望的***电压可以是在最大***电压(例如，模块***能够生成的最大电压)和零伏之间设置的设定点。

图1示出了根据实施例的用于***的组件的分级控制和通信结构，该***的组件包括布置在机柜中并由***控制器控制的串联耦接的电容器串模块。***控制器105可以协调多个机柜(cabinet)115A至机柜115n之间的通信。在一些实施例中，机柜115A至机柜115n可以彼此直接通信或者与其他机柜115的子集直接通信。在一些实施例中，机柜115A至机柜115n可以仅经由***控制器105彼此通信。机柜115A至机柜115n可以包括一个或多个电容器模块125A至模块125n(模块125)。在一些实施例中，模块125A至模块125n可以彼此直接通信或者与其他模块125的子集直接通信。在一些实施例中，模块125A至模块125n可以仅经由机柜115和***控制器105彼此通信。模块125A至模块125n可以包括一个或多个电容器单元135A至单元135n(单元135)。在一些实施例中，单元135A至单元135n可以彼此直接通信或者与其他单元135的子集直接通信。在一些实施例中，单元135A至单元135n可以仅经由模块125、机柜115以及***控制器105彼此通信。尽管本文未示出，但是***100可以包括20个机柜115，每个机柜115包括10个模块125，每个模块125包括48个单元135。在一些实施例中，模块125和单元135的***可以不如图所示地布置。而是，模块125和单元135的***可以布置在单个机柜115中，并且***控制器105可以集成到一个或多个模块125中，并且被配置为与模块125和单元135的***的所有其他模块125通信。

在图1所示的分级***100中，***控制器105可以在最高电压(例如，***100的最大期望电压)下控制模块125A至模块125n的串中的所有单元135A至单元135n的单元平衡。这种平衡可以使得老化较轻的单元135(例如，具有比***100的平均单元135高的电容的***100的单元135)在比老化单元135(例如，具有比***100的平均单元135低的电容的***100的单元135)更高的电压下操作。为了在最高电压下平衡***100，由***控制器105实现的平衡***首先可以确定模块125A至模块125n中的单元135A至单元135n之间的相对电容。这些相对电容可以根据需要在单元135、模块125和/或机柜115之间传送，以基于其相对于***100的其余单元135的平均电容的电容来适当地平衡每个单元。在一些实施例中，单元135的平衡可以基于其相对于相同模块125的其余单元135的电容。在一些实施例中，单元135可以在***100的子集内平衡，该子集不仅包括单元135的模块125。因此，***100内的通信可以或通过机柜115或通过控制器105(取决于***100的层级)发生在模块125之间以平衡单级或多级***100内的单元。在一些实施例中，每个单元135或模块125可以被平衡到目标电压，如由***控制器105或一个或多个模块125设置的。在一些实施例中，相对电容可以被传送到***控制器105或模块125之间。

在一些实施例中，***控制器105可以设置最大低电压单元差(例如，具有最高“平衡的”电压的单元和具有最低“平衡的”电压的单元之间的差)作为目标偏差，以平衡具有大量单元135和模块125的***100。这可以帮助将单个单元135保持在最大期望电压范围内，该最大期望电压范围可以允许改进的平衡。例如，即使整个***100处于其目标电压，***100中的每个模块125也可以具有不同的电压。例如，当除一个模块125之外的所有模块125处于120V并且一个模块125处于60V时，***100上的平均单元电压可以是2.488V(而处于120V的模块125具有处于2.5V的单元135并且处于60V的模块125具有处于1.25V的单元135)。因此，处于120V的模块125中的单元可以通过被迫在比平均电压(2.488V)高的电压(2.5V)下操作而受到更高的压力。然而，该电压差(0.012V)太小而不能接通平衡电路以降低处于120V的模块125。通过利用目标电压偏差，每个单元135的单个目标电压可以降低到大到足以接通处于120V的模块125的平衡电路的值。一旦差(0.012V)减小到平衡阈值内，则返回的目标值恢复正常。此外，***100可以包括调试步骤，该调试步骤用于为***100的一个或多个单元或模块设置初始相对电容。调试步骤可以设置初始相对电容和/或可用于在任何时间复位相对电容。在一些实施例中，可以在保持之后复位相对电容，或者在延长的时间段之后更新相对电容值以识别由于单元老化引起的变化。

在一些实施例中，***100(或一个或多个模块125)可以包括执行反向电压平衡的能力，该能力可以允许当***100放电时单元135的完全放电。当***100放电时，零伏的平均放电电压可以将一个或多个单元135保持正电压和/或负电压。反向电压平衡过程可以帮助使留在模块125的单元135中的这些正电荷或负电荷最小化。在如本文所述的***中，各种组件之间的通信(例如，在调试或平衡期间等)对于确保单元135是基于可用的最准确信息进行平衡来说在时间上是至关重要的。因此，可以协调和建立通信，以确保***100的串模块和串单元中的单元135和模块125之间的快速采样速率和电压测量的同步。

电容器模块125A至模块125n中的每一个(例如，模块125)可以包括多个单元135A至单元135x。在一些实施例中，模块125中的每一个可以包括相同数目的单元135或不同数目的单元135。在一些实施例中，每个模块125中包括的单元135的数目可以基于模块125的期望电压，因为单元135可以以串联配置布置在每个模块中以获得模块125的期望总电压。在一些实施例中，模块125可以被设计为包括相同数目的单元135，以降低***复杂性并保持串联模块内的模块的互操作性。对于本文的讨论，对于分配在所有模块125A至模块125n之间的单元135A至单元135n的总数，可以假设每个模块125具有相同数目的单元135A至单元135x。

在一些实施例中，模块125A的单个单元135A至单元135x可以将各种参数(例如，电压、标识符、电容等)传送到模块125A，并且可以由模块125A控制。例如，模块125A可以基于来自机柜115A的信号来控制模块125A的单个单元135A至单元135x的平衡。在一些实施例中，模块125A可以在不接收来自机柜115A的信号的情况下确定平衡单元135A至单元135x的需要，并且可以替代地向机柜115A发送平衡请求。在一些实施例中，模块125A可以基于循环基础的平衡信息(例如，单元135A至单元135x的相对电容或从机柜115A接收的)不断地平衡单元135A至单元135x。

模块125A至模块125n中的每一个可以放置在机柜115A至机柜115n中的一个内。每个机柜115可以包括多个模块125A至模块125x。在一些实施例中，每一个机柜115可以包括相同数目的模块125或不同数目的模块125。在一些实施例中，包括在每个机柜115中的模块125的数目可以基于机柜115或***100的期望电压，因为模块125可以以串联配置布置在每个机柜115中以获得机柜115的期望总电压。在一些实施例中，机柜115可以被设计为包括相同数目的模块125，以降低***复杂性并保持机柜115在串联机柜115内的互操作性。对于本文的讨论，对于分配在所有机柜115A至机柜115n之间的模块125A至模块125n的总数，可以假设每个机柜115具有相同数量的模块125A至模块125x。

在一些实施例中，机柜115A的单个模块125A至模块125x可以将各种参数传送到机柜115A，并且可以由机柜115A控制。例如，模块125A可以将关于其单元135A至单元135x中的一个或多个的信息(例如，电容、电压、标识符等)提供给机柜115A，以与***控制器105或其他模块125或机柜115通信。在一些实施例中，模块125A可以传送关于其单元的最大值和最小值的信息(例如，模块125中具有最高电压的单元135的最大电压和标识符、最小电压和标识符、最大电容和标识符、最小电容和标识符等)。

机柜115A至机柜115n中的每一个可以与***控制器105通信。***控制器105可以与多个机柜115A至机柜115x通信。在一些实施例中，包括在***100中的机柜115的数目可以基于***100的期望电压，因为机柜115可以以串联配置布置以获得***100的期望总电压。对于本文的讨论，对于分配在***100之间的模块125A至模块125n的总数以及单元135A至单元135n的总数，可以假设***100具有两个机柜115A至机柜115x。

在一些实施例中，机柜115A至机柜115x可以将各种参数传送到***控制器105。例如，机柜115A可以将关于其单元135A至单元135x中的一个或多个的信息(例如，电容、电压、标识符等)提供给***控制器105或其他模块125或机柜115。在一些实施例中，机柜115A可以传送关于其单元的最大值和最小值的信息(例如，机柜115中具有最高电压的单元135的最大电压和标识符、最小电压和标识符、最大电容和标识符、最小电容和标识符等)。

图2示出了根据实施例的图1的分级控制和通信结构的摘录，该摘录详述了不同模块之间以及模块与该模块内的单元之间的示例性通信。如图所示，模块125A可以与模块125B通信。例如，模块125A和模块125B可以交换模块电压值、单元数量以及高电压偏差/低电压偏差，仅举几个例子。模块125A和模块125B中的每一个可以与其相应的单元135A至单元135n通信。如图所示，在模块125A和模块125B与单元135A至单元135n之间发生的通信可以提供用于单元平衡的信息，但是可以传送其他处理和/或信息。

图3示出了根据实施例的详述图1的***的组件之间的同步通信的通信时序图。如图所示，通信时序图300在最左侧位置描绘了图1的***控制器105并且作为通信周期开始和结束的位置。时间沿着垂直轴。通信周期可以包括从***控制器105提交对来自每个单元135、模块125或机柜115的各种信息的请求到***控制器105经由机柜115接收到来自最后一个模块125的最终响应的时间量。在一些实施例中，***控制器105和机柜115之间的通信可以通过与机柜115和模块125之间的通信不同的协议进行。例如，***控制器105可以经由Profibus或一些类似的基于令牌的通信协议将其请求提交到机柜115。从机柜115到模块125的通信可以是通过以太网、控制器局域网或类似的多播通信协议。因此，***控制器105和模块125之间的通信在不引入任何或具有最小延迟或增加循环时间的情况下桥接至少两个通信协议。

***控制器105可以利用通信周期来同步***100的多个模块125之间的各种参数。例如，通信周期可以同步单元电压或模块电压。因此，利用来自***控制器105的包括电压同步请求的消息302使循环初始化为零。来自***控制器105的该电压同步请求可以被传送到机柜115A(例如，***100的机柜1)。一旦在机柜115A处接收到消息，***控制器105可以经由消息304将同步请求提交到机柜115x(例如，***100的机柜20)，其中，机柜115x是***100中的最后一个机柜115。在发送消息302和发送消息304之间大约可以经过7.6毫秒(ms)，平均来说，从***控制器105到机柜115中的每一个的消息305之间大约有8ms。由于***控制器105和机柜115之间的这种初始通信可以通过基于令牌的通信协议发生，所以到机柜115的每一个通信可以以在机柜115和***控制器105之间具有最小通信延迟的特定顺序一次发生一个。此外，可以基于从***控制器105到每个机柜115的通信来调度从机柜115到***控制器105的通信。尽管仅示出了机柜115A和机柜115x，但是应理解，这代表机柜115A至机柜115x。

一旦机柜115A至机柜115x通过第一通信协议从***控制器105接收它们相应的同步请求，机柜115A至机柜115x就可以各自例如经由消息306将同步消息广播到它们相应的模块125。在一些实施例中，机柜115A至机柜115x中的每一个可以同时(或以协调的方式)发送它们相应的同步消息。由于机柜115与其模块125之间的通信可以通过多播网络发生，所以同步消息可以经由消息306立即广播到机柜115的所有模块125，并且从模块125到机柜115的响应可以随机顺序发生，其中，竞争模块125之间的冲突可以例如经由消息308(来自机柜115x的第一模块125A)和消息310(来自机柜115x的最后一个模块125x)发生。

如所示的，模块125A对模块125A内的单元135A至单元135x的所有电压采样可以有大约10毫秒(ms)的延迟307。该延迟307可以考虑从每个单元采样必要信息的时间。在一些实施例中，该延迟307还可以考虑识别特定值(例如，最大单元和最小单元和电压等)所需的时间。可以存在近似延迟309，其包括10ms采样时间以及由冲突或等待协议被清除和从来自其他模块125的其他消息可用的时间引起的延迟。因此，延迟309可以更接近30ms(10ms采样时间+大约20ms通信延迟)。

由于在***控制器105和机柜115之间建立的循环通信的性质，即使在机柜115等待来自其模块125的数据时，***控制器105和机柜115之间也可以继续通信。在此期间(例如，当机柜115等待数据时)，***控制器105可以继续重复相同的电压同步请求。连同与电压同步相关的其他参数一起，***控制器105和机柜115之间交换的数据还可以包括设置成唯一值X的计数器值，该唯一值X指示***控制器105已经向机柜115发出了同步请求。当机柜115接受请求并开始对其模块125进行采样时，机柜115的计数器值被更新为相同的值X。该计数器值为向***控制器105指示所请求的数据未准备好并且从机柜115接收的对应数据是旧数据并且未准备好由***控制器105处理的指示(包括在从机柜115返回到***控制器105的所有通信中)。

一旦机柜115已经对来自各自模块125的所有数据进行了采样，机柜115就将计数器值更新为指示平均模块电压可用的不同的唯一值Y，以便通信返回***控制器105。该计数器值是向***控制器105指示从机柜115接收的数据是当前的和/或更新的数据(例如，平均模块电压)并且准备好由***控制器105处理的指示。

一旦***控制器105已经从所有机柜115接收到数据，它就评估整体平均模块电压和其他必要参数，并将计数器值更新为不同的唯一值Z，该唯一值Z向机柜115指示来自***控制器105的通信中的平均模块电压被更新。在一些实施例中，整体超高平均模块电压可以是从所有机柜115接收的所有模块电压的平均值。在一些实施例中，整体模块电压可以是从机柜115接收的最高平均模块电压或最低平均模块电压的一个。例如，整体平均模块电压可以是整体最低或最小平均模块电压或整体最高或最大平均模块电压。当机柜115接受后续请求并存储新值时，机柜115的计数器值被更新为相同的值Z。在***控制器105和机柜115之间继续交换相同的计数器值Z，直到下一个同步循环开始，并且***控制器105发送具有计数器值X的下一个同步请求。

在一些实施例中，由于同步消息从机柜115同时广播到所有模块125，所以根据消息从机柜115传播到模块125所花费的时间量每个模块125可以在不同的时间接收同步消息。在一些实施例中，模块125和机柜控制器之间的距离可以确定消息传播所需的时间量。因此，消息308可以从机柜115x的第一模块125A接收，而消息310可以从机柜115x的最后一个模块125x接收。在一些实施例中，从机柜115x的模块125接收的消息可以包括与所传送的同步消息相关的一个或多个参数。在由***控制器105传送的同步消息对应于单元电压或模块电压平衡和/或电压轮询的情况下，机柜115x的模块125可以传送它们的平均模块电压(例如，基于它们相应的单元电压)。在一些实施例中，机柜115x的模块125可以传送关于它们的最大单元电压和最小单元电压或相应单元电压的信息，该相应单元电压可能是***控制器105或机柜115x关注的。

一旦机柜115A至机柜115x从它们相应的模块135A至模块135x接收到信息，机柜115A至机柜115x就可以将接收到的信息(或该信息的子集)传送到***控制器105。在一些实施例中，从机柜115传送到***控制器105的信息子集可以包括用于相应机柜115的单元135和/或模块125的最大值和最小值。一旦***控制器105从机柜115A至机柜115x接收到信息，***控制器105就可以确定***100的所有模块125的平均模块电压，并且包括到机柜115A至机柜115x的平均模块电压以分配到它们相应的模块125A至模块125x。平均模块电压可用于计算模块125中的每个单元135的目标单元电压，并允许模块125将每个单元135的实际电压与目标电压进行比较，以确定平衡电路应该接通或激活。在一些实施例中，平均模块电压每100ms更新一次(例如，每周期更新一次)。如所示的，上述步骤与循环1一起重复，循环1从大约100ms开始。

图4示出了根据实施例的图1的***的调试过程的各个阶段的曲线图。曲线图405至曲线图430对应于***100的调试过程，在此期间***100的模块125和单元135从0V充电到最大电压。如图所示，最大电压约为25kV，但是该电压可以包括小于25kV或大于25kV的任何电压。在调试过程期间，***100的模块125和单元135可以保持在它们的电压，以维持最大电压，直到***100的所有单元都平衡。当在低于最大电压的电压下操作的***100平衡时，单元电压将基于每个单元135的相对电容值而变化。每个单元135的电压差可以取决于相对电容值的差。

一旦在保持25千伏(kV)的最大电压的同时平衡所有单元，***100的单元135被放电超过大约0.5V。如图所示，***100的单元135被放电到大约0.8V(或放电1.7V)。虽然所描述的电压降是1.7V，但是电压降可以是通过其可以确定单元135的相对电容的任何值(例如，基于所使用的电容器，最小电压降可以是0.52V)。此外，所示的***100可以在单元135平衡之前具有25kV的最大串电压、33V的最大模块电压差(例如，模块电压中的最大允许差)以及0.7V的最大单元电压差(例如，单元电压中的最大允许差)。

曲线图405示出了沿y轴以kV为单位的串电压和以兆瓦(MW)为单位的串功率作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。线406示出了串电压随时间的变化，而线407示出了串功率随时间的变化。线406示出了在时间为0时串电压从0V上升到大约25kV，而线407所示的功率有短暂的尖峰。然后，该串将其电压保持在25kV(线406中的稳定水平)。在时间为4hr时，串功率有短暂下降(线407中的下降)，而串电压下降到大约8kV(线406中的下降)。串电压和串功率在4hr后都是恒定的。

曲线图410示出了沿y轴以V为单位的模块电压作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。线411示出了模块在其寿命开始时的电压(例如，最近替换的模块或新模块)。线412示出了串电压随时间推移的电压，而线407示出了串功率随时间推移的变化。线413示出了***100的所有模块125的平均电压。在曲线图410中，线411示出了在时间0和大约时间3hr之间，新模块中的电压从大约90V增加到大约120V。在相同时间段内，线412和线413示出了已经是串的一部分或者接近其寿命末端的模块的模块电压，从时间0到大约时间4hr为120V，在4hr这点所有三条线411至线413都下降。线411下降到大约60V并且在超过时间4hr时开始逐渐下降，而线412和线413直接下降到40V，它们在40V处达到稳定。

曲线图415示出了沿y轴的替换模块相对电容百分比(％)作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。曲线图415的线416示出了关于曲线图410描述的新模块随时间变化的实际的相对电容。线417示出了在相同时间段内新模块的计算的相对电容。在曲线图415中，线416示出了新模块在曲线图415上的所有时间内具有大约27％的实际的相对电容。线417示出了虽然新模块的实际的相对电容大约为27％，但是计算的相对电容为零，因为该模块是新的并且以前没有被调试过。然而，一旦串电压在4hr时下降到8kV，***100就能够将新模块的相对电容计算为其大约27％的实际的相对电容，这在曲线图415上的大于4hr处示出。

曲线图420示出了沿y轴以安培(A)为单位的串电流作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。曲线图420的线421示出了随时间变化的串电流。在曲线图420中，线421示出了串电流在时间0hr时尖峰到大约300A，并且然后在大约时间4hr时下降到-100A之前从时间0hr到时间4hr保持为0。

曲线图425示出了沿y轴以V为单位的单元电压作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。曲线图425的线426示出了新模块的单元中的一个随时间变化的单元电压。线427示出了现有模块或在其寿命末端的模块中的一个模块的一个单元随时间变化的单元电压。线428示出了***100的单元随时间变化的平均单元电压。在曲线图425中，线426示出了新模块的一个单元的单元电压在大约3.4hr时稳定上升到大约2.5V之前在大约1.8V处开始。在3.4hr时，线426(和单元电压)在4hr时下降到1.3V之前短暂稳定，新模块的单元电压在大于4hr的时间处从1.3V稳定下降。在相同时间段内，线427示出了在时间0hr时旧模块的单元的单元电压立即从0V充电到大约2.5V，并且保持其2.5V的电荷直到时间4hr，在4hr处单元电压下降到大约0.8V，在0.8V处单元电压被保持。线428示出了平均单元电压通常在相同时间段内模仿线427。

曲线图430示出了沿y轴的原始模块相对电容百分比(％)作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。曲线图430的线431示出了关于曲线图410描述的原始模块随时间变化的实际的相对电容。线432示出了在相同时间段内原始模块的计算的相对电容。在曲线图430中，线431示出了原始模块在曲线图430上的所有时间内具有大约-0.14％％的实际的相对电容。线432示出了虽然原始模块的实际的相对电容大约为-0.14％，但是计算的相对电容为零。然而，一旦串电压在4hr时下降到8kV，***100就能够将原始模块的相对电容计算为其大约-0.14％的实际的相对电容，这在曲线图430上的大于4hr处示出。

当彼此结合观察时，曲线图405至曲线图430示出了当***100充电时(例如，串电压从0kV增加到大约25kV)，线421的电流从零增加到大约300A。当串电压保持在25kV时，电流保持为零。然后，当***100的串电压放电到大约8kV时，***100的串电流在再次稳定为零之前当串电压保持在8kV时下降到大约-100A。类似地，当***100被充电到其大约25kV的最大电压时，每个模块被充电到120V(由线412示出)，而新模块也被充电到相同电压(由线411示出)。类似地，当***100被充电到其大约25kV的最大电压时，每个单元被充电到大约2.5V(由线428示出)，而新单元也被充电到相同的电压(由线426示出)。通过对新模块充电和放电，***100能够确定新模块的相对电容，如线417所示。通过对原始模块充电和放电，***100能够确定原始模块的相对电容，如线432所示。因此，通过调试过程的步骤，***100能够确定新模块和原始模块的相对电容。

图5示出了根据实施例的图1的***的***控制器与图4中描述的调试过程期间的***的机柜和模块之间的通信流程图。通信流程图包括从***控制器105到机柜115以及从机柜115到模块125的通信。尽管仅示出了单个机柜115，但是应理解，***控制器105和机柜115之间的所有通信都发生在***100的***控制器105和所有机柜115之间。类似地，尽管仅示出了单个机柜115和模块125，但是应理解，机柜115和模块125之间的所有通信都发生在所有机柜115和它们相应的所有模块125之间。

调试过程从***控制器105接收到调试***100的命令(未示出)开始。在一些实施例中，***控制器105可以替代地确定需要执行的调试过程(例如，基于自上次调试以来经过的时间、替换的机柜115、模块125或单元135的检测等)。因此，***控制器105可以确定将***100充电到其最大电压并将***保持在该电压。然后，***控制器105可以将通信502发送到机柜115以复位相对电容。在一些实施例中，该通信502可以包括指示相对电容复位的位(例如，reset_relcap＝“1”)。机柜115可以接收通信(例如，相对电容复位位)，并经由通信504(例如，经由指示相对电容复位的位)将该通信传递到模块125。在一些实施例中，例如，当***控制器105的控制功能分布在模块125之间时，一个或多个模块125可以基于将reset_relcap＝“1”发送到串中的所有模块125来指示串中的所有模块复位相对电容。

在一些实施例中，***控制器105可以使得多个模块125中的每一个模块基于整体平均单元电压来确定其相应的单元135中的每一个单元的相对电容。例如，基于接收到的相对电容复位位和与其他模块125的平均单元电压或从***控制器105接收到的整个串有关的各种信息，模块125可以确定其相应的单元中的每一个单元的相对电容。在一些实施例中，***控制器105可以明确地指示每个模块125确定每个模块125相应的单元中的每一个单元的相对电容，或者可以指示特定模块125确定其相应的单元中的每一个单元的相对电容。

在接收到复位相对电容的指令时，模块125可以平衡其单元135，并且然后关闭其单元平衡电路。可以根据下面的等式来执行***100的单元的平衡。可以首先通过使用下面的等式1确定单个单元或单个模块的相对电容来平衡模块或单元：

其中：

·C_{i_rel}：单个单位(单元或模块)相对电容值

·C_i：单个单位(单元或模块)电容

·n：每个串中的每个模块或多个模块中的单元总数目

·dV_i：充电或放电期间每个单元或模块的电压变化

·dV_avg：充电或放电期间串中的一个模块或多个模块的单元之间的平均电压变化

在一些实施例中，***控制器105可以使得多个模块125中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容使得多个模块中的每一个模块来平衡模块的单元。例如，基于接收到相对电容复位位和与其他模块125的平均单元电压或从***控制器105接收的整个串有关的各种信息，模块125可以基于模块的每一个单元的计算的相对电容来确定平衡其单元。在一些实施例中，***控制器105可以明确地指示每个模块125进行平衡，或者可以指示特定模块125进行平衡。

一旦相对电容已知，就可以基于下面的等式2来确定模块或单元的目标平衡电压：

V_{i_target}＝min(V_max，V_avg+C_{i_rel}*(V_max-V_avg))

等式2

其中：

·V_avg＝V_string/串中的单元的#

·C_{i_rel}：单个单位(单元或模块)相对电容值

·V_{i_target}：单个单位(单元或模块)目标平衡电压

·V_avg：串中的平均单元电压

·V_max：最大单元充电电压变化

平衡电路可以被控制使得每1秒，将采样电压与先前的电压进行比较以确定是否可以更新相对电容值。平衡电路可以被控制使得每100ms，按顺序对每个单元电压进行采样并与上面的等式2中计算的目标电压进行比较。如果Vi＞Vi_target–dVi，则打开均衡器；如果Vi≤Vi_target，则关闭均衡器，其中，dVi＝最大值(0，Vi_target–Vi)。在一些实施例中，可以基于计算的精度基于一个或多个偏差或阈值来调整这些比较。

在100ms内，每200μs，计算并累积每个单元的功率，直到达到阈值功率值。如果在100ms内达到阈值功率值，则关闭单元平衡电路。在100ms内，每200μs，计算并累积整个模块的功率，直到达到模块阈值功率。如果在100ms内达到模块阈值功率值限制，则关闭单元平衡电路。

因此，模块在最高电压(例如，单元的最大电压)下平衡它们的单元，并且一旦单元135全部平衡就关闭平衡电路。

一旦所有单元平衡电路都关闭(例如，模块125的单元135都是平衡的)，则模块125经由包括位(例如，cell_balanced＝“1”)的通信506向机柜115指示模块125在最大电压下平衡其单元。然后，机柜115在从其每一个模块125中接收到这样的指示(例如，位)时，然后将信号发送到***控制器105，指示其所有模块125的所有单元135是平衡的(例如，经由通信508)。这可以在通信508中经由另一位(例如，sum_cell_balanced位)进行通信。一旦***100中的所有单元135都平衡，***控制器105就将单元135的最小单元电压采样为起始电压(Vc0)。然后，***100使***100放电，直到最大单元电压(Vc1)–Vc0＞0.52V(用于相对电容计算的实例δ电压)。然后，***控制器105停止放电并至少等待一秒以使模块125复位相对电容值。在一些实施例中，***控制器105可以等待从每个模块125接收指示相对电容值被复位的指示符。模块125复位初始相对电容值并且***控制器105将复位相对电容指示符设置为零，并经由通信510和通信512(例如，现在reset_relcap位为“0”)将其发送到所有机柜115和模块125。

因此，在调试过程中，***100以0V的电压开始。然后***100被充电到大约25kV的最大电压(或大约2.5V的单元电压)，消耗5.5MW的充电功率。然后控制***105以使***105降低到2.5V的最大单元电压，而不管单元135的最大电压如何。最大电压保持4小时，以使所有单元电压平衡在2.5V的最高电压处(或单元135的最高期望电压)。然后***启用调试(例如，设置调试标志或位＝“1”)，以在第一次放电时预置初始相对电容。然后***100被放电到17kV并且5.5MW的功率被放电(或任何预定义的电流或功率被放电)。

图6示出了根据实施例的图1的***的放电过程的各个阶段的曲线图。曲线图605至曲线图630对应于***100的放电过程，在此期间***100的模块125和单元135被放电到0V(例如，从最大电压)。如所示的，最大电压约为25kV，尽管该电压可以包括小于25kV或大于25kV的任何电压。***保持在最大电压处，直到所有单元都平衡到其目标电压。然后，***被放电到8kV，用于相对电容学***衡。然后***被放电到0V(或任何预定义的电压)，并且累积的功率以最大电流放电。在一些实施例中，***100可以从***100的任何电压放电。

曲线图605示出了沿y轴以kV为单位的串电压和以兆瓦(MW)为单位的串功率作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。线606示出了随时间推移的串电压，而线607示出了随时间推移的串功率。线606示出了串电压在时间4hr时大约25kV，并且在大约时间7.5hr时下降到0V，而线607所示的功率有短暂的负尖峰。然后，串将其电压和功率分别保持在0V和0W(线606和线607中的稳定水平)。

曲线图610示出了沿y轴以V为单位的模块电压作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。线611示出了新模块的电压。线612示出了原始模块随时间推移的电压。线613示出了***100的所有模块125随时间推移的平均电压。在曲线图610中，线611示出了在时间4hr和大约时间7.5hr之间，新模块中的电压从大约120V降低到大约90V。在相同时间段内，线612和线613示出了已经是串的一部分或者接近其寿命末端的模块的模块电压，从时间4hr到大约时间7.5hr为120V，在7.5hr这一点所有三条线611至线613下降到大约0V。

曲线图615示出了沿y轴的替换模块相对电容百分比(％)作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。曲线图615的线616示出了新模块的随时间变化的实际的相对电容。线617示出了在相同时间段内新模块的计算的相对电容。在曲线图615中，线616示出了新模块在曲线图615上的所有时间内具有大约27.173％的实际的相对电容。线617示出了虽然新模块的实际的相对电容为大约27％，但是计算的相对电容为大约27.166。

曲线图620示出了沿y轴以安培(A)为单位的串电流作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。曲线图620的线621示出了随时间变化的串电流。在曲线图620中，线621示出了在时间7.5hr时串电流尖峰到大约-100A，并且然后从超过时间7.5hr之后保持在0。

曲线图625示出了沿y轴以V为单位的单元电压作为沿x轴以hr为单位的时间的函数。曲线图625的线626示出了新模块的单元中的一个随时间变化的单元电压。线627示出了在其寿命末端的模块或现有模块中的一个模块的一个单元随时间变化的单元电压。线628示出了***100的单元的随时间变化的平均单元电压。在曲线图625中，线626示出了新模块的一个单元的单元电压在约7.5hr时稳定地降低到大约1.8V之前从大约2.5V开始。在7.5hr时，线626至线628下降到0V。在从4hr到7.5hr的时间段内，线627和线628示出了旧模块的单元的单元电压在7.5hr时下降到0V之前保持在2.5V。

曲线图630示出了沿y轴的原始模块相对电容百分比(％)作为沿x轴以小时(hr)为单位的时间的函数。曲线图630的线631示出了关于曲线图610描述的原始模块的随时间变化的实际的相对电容。线632示出了在相同时间段内原始模块的计算的相对电容。在曲线图630中，线631示出了原始模块在曲线图630上的所有时间内具有大约-0.14％％的实际的相对电容。线632示出了虽然原始模块的实际的相对电容大约为-0.14％，但是计算的相对电容为-0.02。

当彼此结合观察时，曲线图605至曲线图630示出了当***100放电到0V时，线621的电流从零下降到-100A。模块电压和单元电压在相似的时间下降。

图7示出了根据实施例的图1的***的***控制器与图6中描述的放电过程期间的***的机柜和模块之间的通信流程图。通信流程图700包括从***控制器105到机柜115以及从机柜115到模块125的通信。虽然仅示出了单个机柜115，但是应理解，***控制器105和机柜115之间的所有通信都发生在***100的***控制器105和所有机柜115之间。类似地，尽管仅示出了单个机柜115和模块125，但是应理解，机柜115和模块125之间的所有通信都发生在所有机柜115和它们相应的所有模块125之间。

放电过程从***控制器105接收到使***100放电的命令开始。在一些实施例中，***控制器105可以替代地确定需要执行放电过程(例如，基于自上次放电以来经过的时间、需要更换机柜115、模块125或单元135的检测等)。因此，***控制器105可以确定停止对***100的充电。然后，***控制器105可以将通信702发送到机柜115以进入保持模式或状态。在一些实施例中，该通信702可以包括指示保持模式命令的位(例如，maintenance_flag＝“1”)。机柜115可以接收通信(例如，保持标志位)，并经由通信704(例如，经由指示保持模式命令的位)将该通信传递到模块125。

在接收到进入保持模式的指令时，模块125可以计算反向目标电压，并根据反向目标电压平衡所有单元，并且然后关闭其单元平衡电路。可以根据下面的等式来执行***100的单元的平衡。可以根据新的反向目标电压使用下面的等式3来平衡模块或单元：

V_i-target＝max(0，min(V_max，(1-C_{i_rel})*(V_avg)))

等式3

其中：

·V_avg＝V_string/串中的单元数目

·C_{i_rel}：单个单位(单元或模块)相对电容值

·V_{i_ta}r_get：单个单位(单元或模块)目标平衡电压

·V_avg：串中的平均单元电压

·V_max：最大单元充电电压变化

可以以类似于上面关于调试过程的描述对平衡电路进行控制，其中，目标单元电压为0V，而不是最大单元电压。为了适当地放电，***控制器105可以停止对***100的充电，并且将完全放电指示符或命令发送到模块125(例如，经由通过机柜115的消息)。然后，模块125可以基于相对电容计算目标电压，并将所有单元电压平衡为零。一旦单元被平衡，模块125就通过机柜115将模块单元135被平衡的指示符(例如，经由平衡标志位)发送到***控制器105。一旦所有的模块单元135都平衡，***控制器105就将***100放电到0(或一些其他预定值)。

一旦所有的单元平衡电路都关闭(例如，模块125的单元135都是平衡的)，则模块125经由包括位(例如，cell_balanced＝“1”)的通信706向机柜115指示模块125已在最大电压下平衡其单元。然后，机柜115在从其每一个模块125中接收到这样的指示(例如，位)时，然后将信号发送到***控制器105，指示其所有模块125的所有单元135是平衡的(例如，经由通信708)。这可以在通信508中经由另一位(例如，sum_cell_balanced位)进行通信。

一旦***控制器105接收到所有机柜115的所有模块125的所有单元135都平衡的指示，则***控制器105可以指示***100放电。

本文描述的平衡电路可以在耦接到单元或模块时对电压进行放电。平衡电路可以包括一个或多个共享耗散平衡电路。可选平衡电路可以包括具有用于电压输入的两个端子和输出端子的有源组件。该可选平衡电路的有源组件可以经由电压输入端子监视耦接的单元或模块的电压，并且如果耦接的单元的电压上升到预定阈值电压以上，则在其输出端子处输出信号。另一可选平衡电路可以另外包括电阻器和晶体管。来自有源组件的输出信号可以经由第一电阻器提供给晶体管。晶体管可以用作由信号输出控制的开关，其中，信号输出激活或导通晶体管。当晶体管激活时，它产生从耦接的单元通过第二电阻器和晶体管的路径，从而提供电阻性放电(可变电流)，该电阻性放电可以耗散耦接的单元的过高的电压。该另一可选平衡电路可以主要通过第二电阻器耗散过高的单元电压。第一电阻器和晶体管可能不会显著地有助于对过高的单元电压的放电。

第二可选平衡电路还可以耦接到单元或模块，并且可以包括有源组件和无源组件。有源组件可以是三端装置。其中一个端子可以是参考端子，通过该参考端子，有源组件可以监视耦接的单元或耦接的模块的电压。如果耦接的单元或耦接的模块的电压上升到阈值电压以上，则有源组件可以允许放电电流从耦接的单元流过有源组件和无源组件，从而导致过高的单元电压在有源组件和无源组件两者之间耗散。在一些实施例中，并联调节器，例如Texas

TL431并联调节器，可用于实现有源组件。

第三平衡电路可以在结构上类似于第二共享耗散平衡电路。第三平衡电路可以是第二平衡电路的线性实施例。因此，第三平衡电路的有源组件的参考端子可以耦接到有源组件和无源组件之间的节点。因此，有源组件可以被配置为监视该节点处的电压。

在一些实施例中，一个或多个模块125可以布置在一小串(例如，在2个模块和50个模块之间)模块125中。在这样的实施例中，串可以不包括***控制器，而是可以在模块125之间分配控制。因此，与平衡模块125的单元有关的所有控制和计算可以由每个模块125单独执行。因此，本文中归属于***控制器105的任何功能可以替代地由小串中的模块125的一个或多个(或每个)执行。例如，模块125可以将与它们相应的单元135有关的各种参数传送到串的其他模块125中的每一个，而不是集中的***控制器105。

在这样的分布式实施例中，每个模块125可以接收串的每个其他模块125的平均单元电压，并且可以确定串的整体平均单元电压。每个模块125可以使用该整体平均单元电压来确定每个相应模块125的单个单元135的每一个的相对电容。在一些实施例中，每个模块125可以确定模块125本身和/或整串模块125的相对电容。在一些实施例中，每个模块125还可以基于其单个单元135的每一个的相对电容来控制是否平衡其相应的单元135。因此，可以使用在模块125之间的分布式控制来实现串模块125的平衡。类似地，单个单元135和模块125的相对电容计算可以由每个模块125独立于执行类似计算的其他模块125来执行。

每个模块125中的平衡电路或其他硬件可以被限制为仅能够使单元135放电。因此，在操作中，平衡电路能够降低或减小模块125中的单元135的单元电压。在一些实施例中，模块125的平衡电路可以确定模块125中的一个或多个单元135的单元电压小于模块125中的单元135的目标电压(如基于计算的单元相对电容和***100的平均单元/模块电压确定的)。在这样的实施例中，需要使***100中的其余模块125的其他单元135放电。在具有大量单元135的***中，平均单元/模块电压可能不够低而无法触发其他模块125进行平衡。可选地，确定其单元电压太低的模块125的平衡电路可以将低单元电压情况传送到***100的其余部分。

在具有大量单元135的***中，平均单元/模块电压可以足够低以触发其他模块125平衡。在一些实施例中，模块125可以将触发通知给***控制器105，然后***控制器105将触发传递到耦接到***控制器105的所有模块125。在这样的实施例中，每个模块125基于单元135的相对电容和单元135的电压与单元135或模块125的目标电压之间的平均单元δ电压来确定其单元的目标电压。当模块125确定其单元135中的任何一个高于目标电压时，模块125平衡这些单元135。当模块125确定其单元135中的任何一个低于目标电压至少一个阈值电压(例如，X mV，其中，X是预定的或动态的mV值)时，模块125可以将位(例如，平衡请求位)发送到其他模块125(例如，直接地或经由***控制器105)。模块125可以继续放电或平衡其单元135，直到***100中的模块125中没有一个具有相应的平衡请求位集(例如，直到所有单元135处于或高于其相应的目标电压，或处于目标电压的阈值电压内)。

当一个模块125确定其单元电压太低时，模块125可以将其低单元电压情况传送到***100的其余部分。因此，每个模块125可以基于其单元135的相对电容和单元135的电压与单元135或模块125的目标电压之间的平均单元δ电压来确定其局部单元目标电压。然后，模块125平移或操纵局部单元目标电压，以确定模块125的单元135的平均模块目标电压(AMTV)。模块125还确定模块125中的最小AMTV，并且经由通信基础设施(例如，经由***控制器105或直接到其他模块125的每一个)将最小AMTV发送/传送到***100的其他模块125。每个模块125(或***控制器105)可以基于从每个模块125接收的最小AMTV来确定***100中的最小AMTV。然后，每个模块125可以使用其单元135的每一个的相对电容，以基于***100上的最小AMTV来确定调整后的单元目标电压。

在一些实施例中，术语AMTV对应于串中的模块125需要达到的待达到的目标***电压的平均模块电压。可以使用单元135和/或模块125的相对电容来确定AMTV。

该通信在我们的***设计中由每个CMS发送平均模块电压目标(每个单元目标被归一化回***平均值)来完成，这使得所有其他CMS能够调整/降低其单元目标，以处理***中某处的低单元电压。解决该问题的其他实例是单元目标的集中计算或通过***广播的δ电压。

如上所述，整体平均单元电压可以被确定为整体最大平均单元电压或整体最小平均单元电压。在一些实施例中，整体平均单元电压可以包括基于从每一个模块125中接收的AMTV的整体最小AMTV。调整后的单元目标电压可以至少部分地基于最小ATMV来确定，并且可以用于平衡模块125的单元135。

本公开的范围不旨在受本节或本说明书中其他地方的优选实施例的具体公开的限制，并且可以由本节或本说明书中其他地方或将来提出的权利要求来限定。权利要求的语言将基于权利要求中所使用的语言来广泛地解释，并且不限于本说明书中或在申请的审查期间所描述的实例，这些实例应被解释为非排他性的。

上述方法的各种操作可以通过能够执行操作的任何合适的装置来执行，诸如各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块。通常，图中所示的任何操作可以通过能够执行操作的相应功能装置来执行。

结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路以及方法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经根据其功能大致描述了各种说明性组件、块、模块、电路以及步骤。这种功能是作为硬件实现的还是作为软件实现的，取决于施加在整个***上的特定应用程序和设计约束。可以针对每个特定应用程序以不同的方式实现所描述的功能，但是这样的实施例决策不应被解释为导致偏离实施例的范围。

结合本文公开的实施例描述的各种说明性块、模块以及电路可以由通用硬件处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑装置、离散栅极或晶体管逻辑、离散硬件组件或其设计为执行本文所描述的功能的任何组合来实现或执行。通用硬件处理器可以是微处理器，但是在可选方案中，硬件处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。硬件处理器还可以被实现为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。

结合本文公开的实施例描述的方法和功能的步骤可以直接体现在硬件中、由硬件处理器执行的软件模块中，或者两者的组合中。如果以软件实现，则功能可以存储在有形的、非暂时性的计算机可读介质上或作为一个或多个指令或代码传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。存储介质耦接到硬件处理器，使得硬件处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在可选方案中，存储介质可以与硬件处理器集成。如本文所使用的，磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘以及蓝光盘，其中，磁盘通常磁性地再现数据，而光盘用激光光学地再现数据。上面的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。硬件处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。

为了总结本公开，本文已经描述了某些方面、优点以及新颖特征。应理解，根据任何特定实施例，不一定可以实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现本文所教导或建议的其他优点。

上述实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本申请不旨在限制于本文所示的实施例，而是被赋予与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种用于平衡模块串中的单元的设备，每个模块具有一个或多个单元，所述设备包括：

处理***，被配置为：

从多个模块中的每一个模块接收平均单元电压值，

确定所述多个模块的整体平均单元电压，

使得所述多个模块中的每一个模块基于所述整体平均单元电压来确定模块的每一个单元的相对电容，以及

使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容来平衡模块的单元；以及

通信电路，被配置为：

从所述多个模块的中每一个模块接收所述平均单元电压值。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***被配置为使得所述多个模块中的每一个模块平衡模块的单元，以在所述多个模块的最大组合电压或为零的组合电压之间生成***设定点电压，其中，所述***设定点电压被动态地调整。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***还被配置为：

确定最大低电压单元差，以及

设置所述最大低电压单元差作为对所述单元的约束，

其中，所述通信***还被配置为将所述约束传送到所述多个模块中的每一个模块，以及

其中，所述约束使得具有所述模块串中的所有单元的最大单元电压的第一单元和具有所述模块串中的所有单元的最小单元电压的第二单元之间的差等于或小于所述最大低电压单元差。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***被配置为使得所述多个模块中的每一个模块基于使得每一个所述单元被充电到最大单元值并且被放电到最小单元值，来确定模块中的每一个单元的相对电容。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***还被配置为接收所述多个模块的每一个单元被平衡的指示，并且其中，所述通信电路还被配置为从所述多个模块中的每一个模块接收所述指示。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述处理***还被配置为对所述多个模块中的每一个模块生成指令，以使所述多个模块的每一个单元放电从而获得最大***电压，并且其中，所述通信电路还被配置为将所述指令传送到所述多个模块中的每一个模块。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***还被配置为对所述多个模块中的每一个模块生成指令，以使所述模块的每一个单元放电到0伏，并且其中，所述通信电路还被配置为将所述指令传送到所述多个模块中的每一个模块。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述处理***被配置为经由无源放电组件、有源放电组件和无源/有源组合放电组件中的一个来使所述多个模块中的每一个模块的每一个单元完全放电。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***被配置为基于超正单元电压的放电和超负单元电压的放电中的至少一个，使得所述多个模块中的每一个模块平衡模块的单元。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述处理***还被配置为生成对来自所述多个模块中的每一个模块的所述平均单元电压值的请求，并且其中，通信***还被配置为将生成的请求传送到所述多个模块中的每一个模块。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述通信电路还被配置为将所述整体平均单元电压传送到所述多个模块中的每一个模块。

12.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述平均单元电压包括平均模块目标电压(AMTV)，

所述整体平均单元电压包括来自从所述多个模块中的每一个模块接收的AMTV的最小AMTV，

所述处理***还被配置为使得所述多个模块中的每一个模块基于所述最小AMTV来确定调整后的单元目标电压，以及

所述处理***使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容和调整后的单元目标电压来平衡模块的单元。

13.一种平衡多个模块的串中的单元的方法，每个模块包括一个或多个单元，所述方法包括：

从所述多个模块中的每一个模块接收平均单元电压值；

确定所述多个模块的整体平均单元电压；

使得所述多个模块中的每一个模块基于所述整体平均单元电压来确定所述模块的每一个单元的相对电容；以及

使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容来平衡模块的单元。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，使得所述多个模块中的每一个模块平衡所述单元包括：使得所述多个模块中的每一个模块平衡模块的单元以在所述多个模块的最大组合电压或为0的组合电压之间生成***设定点电压，其中，所述***设定点电压被动态地调整。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：

确定最大低电压单元差；

设置所述最大低电压单元差作为对所述单元的约束；

将所述约束传送到所述多个模块中的每一个模块；以及

使得具有模块串中的所有单元的最大单元电压的第一单元和具有模块串中的所有单元的最小单元电压的第二单元之间的差等于或小于所述最大低电压单元差。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，使得所述多个模块中的每一个模块确定模块的每一个单元的相对电容包括：使得每一个单元被充电到最大单元值并且被放电到最小单元值。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括：

接收所述多个模块中的每一个单元被平衡的指示，其中，从所述多个模块中的每一个模块接收所述指示。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，使得所述多个模块中的每一个模块平衡模块的所述单元包括：使得所述多个模块中的每一个基于超正单元电压的放电和超负单元电压的放电中的至少一个，来平衡模块的所述单元。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述平均单元电压包括平均模块目标电压(AMTV)，并且其中，所述整体平均单元电压包括来自从所述多个模块中的每一个模块接收的AMTV的最小AMTV，并且所述方法还包括使得所述多个模块中的每一个模块基于所述最小AMTV来确定调整后的单元目标电压，其中，使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容来平衡模块的单元包括：使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容和调整后的单元目标电压来平衡模块的单元。

20.一种非暂时性计算机可读介质，包括存储在所述介质上的指令，当由计算装置的至少一个处理器执行时，所述指令使得所述计算装置：

从布置成串的多个模块中的每一个模块接收平均单元电压值，所述多个模块中的每一个模块包括一个或多个单元；

确定所述多个模块的整体平均单元电压；

使得所述多个模块中的每一个模块确定模块的每一个单元的相对电容；以及

使得所述多个模块中的每一个模块基于模块的每一个单元的相应的相对电容来平衡模块的单元。

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