[0001] 本公开涉及在包括至少一个电池单体的电池中使用的装置和方法。该装置和方法可以在包括锂硫电池单体的电池领域中得到特别应用。

[0002] 可再充电电池通常包括多个可再充电电池单体，这些单元被设计成经历连续的充电-放电循环。这种可再充电电池的使用目的是对这些可再充电电池充入储存的电化学能量以供后续放电和使用，因此其在一系列应用中变得越来越重要。这样的应用例如可以包括汽车、船舶和其他车辆应用，家用和不间断能源供应，以及储存由间歇性和可再生电源产生的能量以用于家用和并网电网中的需求和负载均衡。

[0003] 典型的电池单体包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的电解质。阳极、阴极和电解质可容纳在壳体内，例如软包(pouch)中。电气连接，例如连接接线片可以耦接到壳体，以提供与电池的阳极和阴极的电气连接。

[0004] 典型的电池包括一个或多个电池单体。在包括多个电池单体的电池中，单元可以例如通过将电气连接件耦接到电连接器而串联和/或并联耦接。电池可以进一步包括用于控制例如电池单体的充电和/或放电的电池管理系统。

[0005] 可以使用合适的充电方案对构成电池的一个或多个电池单体进行充电。典型的充电方案(regime)可以包括恒定电流和/或恒定电压充电。恒定电压充电通常涉及在电池单体上施加恒定电压。恒定电流充电通常涉及在电池单体上施加可变电压，使得流向电池单体的充电电流保持基本恒定。某些类型的电池单体(例如锂离子电池单体)通常可以使用恒定电流-恒定电压方案进行充电。在这种充电方案中，恒定的充电电流被提供给电池单体，直到单元两端的电压达到接近最大单元电压的阈值为止。然后逐渐减小充电电流，以维持单元上的阈值电压值(即恒定电压状态)。

[0006] 本文中考虑的特定类型的电池单体是锂硫(Li-S)电池单体。锂硫是下一代电池化学物质，其理论能量密度是例如锂离子的5倍，可以更好地用作一系列应用中的电化学能量储存器。典型的锂硫电池包括由锂金属或锂金属合金形成的阳极，以及由元素硫或其他电活性硫材料形成的阴极。可以将硫或其他含硫的电活性材料与诸如碳之类的导电材料混合以提高其导电率。

[0007] 锂硫电池单体的电压和性能特征与许多其他电池单体化学物质(包括锂离子电池)明显不同。例如，对接近锂离子单体的最高电荷(top of charge)的锂离子单体的充电可能很大程度上取决于接近单体的最高电荷的单体的内部电阻的变化。相对于的是，对于锂离子单体，锂硫单体在其最高电荷显示出单体的电压急剧上升，并且其内部电阻较小。此外，锂硫单体在充电期间的电压行为可能与其他单体的电压行为非常不同。因此，用于其他电池类型(例如锂离子电池)的充电方案可能不适合并且可能损坏锂硫电池单体。

[0065] 在描述本发明的特定示例之前，应当理解，本公开不限于本文描述的特定电池管理系统、电池或方法。还应当理解，本文所使用的术语仅用于描述特定示例，而不旨在限制权利要求的范围。

[0066] 在描述和要求保护本发明的电池管理系统、电池和方法时，将使用以下术语：单数形式的“一个”、“一”和“该”包括复数形式，除非上下文另外明确指示。因此，例如，提及“电池单体”包括提及一个或多个这样的元件。

[0067] 图1是根据本发明的实施例的电池100的示意图。电池100包括电池单体101和电池管理系统103。电池管理系统103包括充电模块102和单体监视模块104。尽管图1所示的电池100包括一个电池单体101，但是在其他实施例中，电池100可以包括多个电池单体。例如，电池100可以包括彼此串联和/或并联连接的多个电池单体。形成根据本发明实施例的电池的一个或多个电池单体101是可再充电的电池单体，并且可以例如包括锂硫电池单体。

[0068] 充电模块102布置成控制电池单体101的充电。充电模块102可以是例如可连接至外部电源(例如，主电源)，并且可以布置成控制电荷从外部电源到电池单体101的流动。充电模块102可以包括布置成调节被供应到电池单体101的电力的电路或其他装置。例如，充电模块102可以控制保持在电池单体101上的电压和/或流到电池单体101的充电电流。充电模块102可以包括适合于将AC电源转换成DC电源以提供给电池单体101的装置。

[0069] 充电模块102可以包括用于控制电池单体101的充电的控制器(例如，可以包括处理器)。例如，控制器可以控制充电模块102的一个或多个其他组件，以控制保持在电池单体101上的电压和/或流到电池单体101的充电电流。在一些实施例中，控制器可以至少部分地以模拟电子器件的形式实现。例如，控制器可以包括被布置为控制电池单体101的充电的电子电路。

[0070] 单体监视模块104布置成监视电池单体101的一个或多个属性。通常，单体监视模块104可以布置成测量与至少一个电池单体101相关联的一个或多个属性，并且可以配置成基于所测量的一个或多个属性来确定该至少一个电池单体101的一个或多个属性。在图1所示的实施例中，单体监视模块104跨电池单体101连接，并且可以例如布置成测量电池单体101两端的电压。单体监视模块104可以配置成基于测量的单体101两端的电压来确定电池单体101的属性，诸如电池单体的电荷状态。

[0071] 附加地或可替换地，单体监视模块104可以布置成监视流过电池单体101的电流。例如，单体监视模块104可以包括与电池单体101串联连接的装置(未示出)，该装置配置成测量流过该装置的电流。

[0072] 单体监视模块104布置成向充电模块102提供输入105。输入105指示由单体监视模块104所确定的单体101的一个或多个属性。例如，输入105可以指示电池单体101两端的电压和/或电池单体101的电荷状态。附加地或可替换地，输入105可以指示流过电池单体101的电流。

[0073] 充电模块102可以配置成至少部分地基于从单体监视模块104接收的输入105来控制电池单体101的充电。例如，充电模块102可以基于对电池单体101两端的电压的确定、电池单体的电荷状态和/或流过电池单体101的电流中的至少一项来控制电池单体101的充电。

[0074] 如上所解释的，电池单体101可以包括锂硫电池单体。通常，可以使用恒定电流充电方案对锂硫电池单体101进行充电，其中在充电期间改变保持在电池单体101上的电压，从而将基本恒定的充电电流输送到电池单体101。

[0075] 已知锂硫电池单体在某些条件下会经历一种称为穿梭效应的效应。在典型的锂硫单体中，正电极包括承载在金属箔上的例如元素硫和碳的混合物，而负电极是锂金属箔。在放电期间，负电极上的锂溶解为锂离子，正电极上的高阶多硫化物以连续的步骤被还原为低阶多硫化物，直到生成硫化锂。在单体充电期间，锂离子在由锂金属制成的负电极上被还原，而硫化物在正电极上被再次氧化成高阶多硫化物。

[0076] 在正电极上生成的高阶多硫化物(例如，可能包括S82"，S62"和S42")可溶于电解质中，并可在单体上扩散至负电极，在负电极处，它们通过与金属锂反应而被还原成低阶多硫化物。取决于单体的电荷状态，单体中不同多硫化物种类的浓度可以变化。多硫化物在锂电极上还原，然后扩散回正电极，在此处，它们在充电期间再次被再次氧化。多硫化物在正电极和负电极之间的这种穿梭是寄生的自放电过程，被广泛称为“多硫化物穿梭”。除了自放电之外，多硫化物穿梭还缩短了循环寿命，降低了充电效率，并降低了锂硫单体的功率输出。这种现象可以称为穿梭效应。

[0077] 已经表明，在对锂硫电池单体连续充电期间，随着单体接近其最大电荷状态，可能会出现穿梭效应的显著发作。例如，在连续充电期间，随着电压达到并超过可能约为2.35V的阈值电压，可能会出现穿梭效应的显著发作。

[0078] 为了避免或减少穿梭效应的显著发作，当锂硫电池单体两端的电压达到阈值电压时，终止对锂硫电池单体的典型恒流充电方案。例如，当电池单体两端的电压达到大约2.35V时，可以停止充电。尽管这种方法可以减少穿梭效应的发生，但是一旦单体达到阈值电压，就终止电池单体的充电会阻止单体达到其最大电荷状态。因此，单体的最大容量的给定部分变得没用了。

[0079] 可以使用恒定电流-恒定电压充电方案对其他单体化学成分(例如锂离子电池单体)进行充电。恒定电流-恒定电压充电方案包括恒定电流充电阶段，随后是恒定电压充电阶段。恒定电流阶段类似于上述的恒定电流充电方案，其中改变电池单体两端的电压以便将基本恒定的充电电流输送到单体。随着单体达到阈值电压，充电切换到恒定电压阶段，在此期间逐渐减小充电电流，以将单体的电压维持在最大充电电压。恒定电压充电阶段允许电荷随着单体接近其最大电荷状态而继续输送到单体，因此在充电期间增加了输送到单体的电荷(与仅使用恒定电流充电阶段相比而言)。因此，通过使用恒定电压充电阶段，增加了所利用的单体的最大容量的比例。

[0080] 然而，典型的恒定电压充电阶段可能会在锂硫单体中造成不利影响，因此在给锂硫单体充电时通常不使用。已经表明，如果输送到电池单体的充电电流下降到阈值充电电流以下，则在锂硫单体中可能出现穿梭效应的显著发作。例如，向锂硫单体输送小于约0.1C的充电电流可能会导致穿梭效应的显著发作。因此，与恒定电压充电阶段相关联的充电电流的减少可能导致在用于给锂硫单体充电时穿梭效应的发作，因此通常避免这一情况。

[0081] 根据本发明的实施例，充电模块102可操作用于通过向电池单体101输送脉冲充电电流来对电池单体101进行充电，并且在电池单体101的充电期间改变脉冲充电电流的占空比。

[0082] 图2A-图2C是具有不同占空比的脉冲充电电流的示意表示。在图2A-图2C所示的每个表示中，在垂直轴上示出充电电流I，在水平轴上示出时间t。在图2A-图2C的每一个中，示出了脉冲充电电流的四个时间段T。每个时间段T包括电流脉冲以及脉冲之间的时段，其中基本上没有充电电流流动。通常，在充电电流的脉冲之间的时段中，基本上没有电流流过电池单体。即，在充电电流的脉冲之间的时段期间，基本上不向电池单体提供电荷或从电池单体汲取电荷。

[0083] 在图2A所示的表示中，每个电流脉冲持续大约脉冲电流的总时间段T的四分之三(75％)。也即，每个电流脉冲的持续时间是连续脉冲之间的时间间隔长度(每个持续1/4T)的三倍。脉冲充电电流的占空比代表出现电流脉冲的时间的百分比(或分数)。也即，占空比是时间段T中被电流脉冲占据的百分比(或分数)。在图2A所示的示例中，占空比为75％或等效为四分之三。

[0084] 在图2B所示的表示中，每个电流脉冲持续大约脉冲电流的总时间段T的一半(50％)。也即，每个电流脉冲的持续时间与连续脉冲之间的时间间隔长度(每个持续1/2T)相同。因此，图2B中所示的脉冲电流的占空比为50％或等效为二分之一。

[0085] 在图2C所示的表示中，每个电流脉冲持续大约脉冲电流的总时间段T的四分之一(25％)。也即，每个电流脉冲的持续时间是连续脉冲之间的时间间隔长度(每个持续3/4T)的三分之一。因此，图2C中所示的脉冲电流的占空比为25％或等效为四分之一。

[0086] 尽管在图2A-图2C中示出了具有不同占空比的不同脉冲电流的三个示例，但是这些示例仅作为说明性示例而提供，并且可以使用不同形式的脉冲充电电流。通常，可以输送具有0％到100％(即，恒定电流)之间的任何占空比的充电电流。

[0087] 充电模块102可操作用于向电池单体101输送脉冲充电电流以及在电池单体101的充电期间改变脉冲充电电流的占空比。占空比可以例如根据电池单体101的电压或电荷状态而变化。特别地，可以改变占空比，使得占空比在充电期间减小。

[0088] 使用脉冲充电电流可以允许在电池单体已经达到通常将终止充电的阈值电压或电荷状态之后继续对电池单体101进行充电。例如，如上所述，当单体的电压达到阈值电压(例如约2.35V)时，通常会停止对锂硫电池单体的充电，在该阈值电压以上持续充电可能会导致穿梭效应的显著发作。然而，脉冲充电电流的使用允许即使在达到阈值电压(例如约2.35V)之后，也可以继续对电池单体101充电。

[0089] 如上面所解释的，超过阈值电压的连续充电可能导致穿梭效应的显著发作。然而，已经发现，单体的电压可以暂时升高到阈值电压之上，而不会促进穿梭效应的显著发作。特别地，认为如果单体的时间平均电压不超过阈值电压，则可以至少减少并且可以基本上避免穿梭效应的发作。

[0090] 如上面进一步解释的，向电池单体输送相对较低的充电电流可能导致穿梭效应的发作。这可以禁止或防止在最高电荷附近使用相对较小的充电电流。通过输送脉冲充电电流，在每个电流脉冲期间的充电电流可以足够大，以至于不会导致穿梭效应的显著发作。然而，在脉冲充电电流的整个时间段T内的时间平均充电电流被减小(与连续提供充电电流相比而言)。因此，例如随着电池单体接近其最高电荷时，可以减小时间平均充电电流，而瞬时充电电流不会足够低以致于引起穿梭效应的显著发作。

[0091] 充电模块102可以配置成向电池单体101输送脉冲充电电流，使得在充电脉冲期间输送的充电电流不低于阈值充电电流。然而，可以减小脉冲充电电流的占空比，从而可以将时间平均充电电流减小到阈值电流以下。阈值电流可以表示这样的充电电流，低于该充电电流可以预期穿梭效应的显著发作。阈值充电电流可以例如为约0.1C。

[0092] 在此已经从C速率方面给出了充电电流，C速率表示电池单体相对于其最大容量进行充电的速率的测度。通常，电池单体中穿梭效应的发作是单体充电速率相对于单体容量的函数。因此，在考虑穿梭效应的发作时，相关的是C速率方面的充电电流，因此其也在本文中使用。将会理解，当考虑具有不同容量的电池单体时，给定的C速率将对应于不同安培的充电电流。

[0093] 由于上述原因，向电池单体101输送脉冲充电电流允许进一步的电荷被输送到电池单体101，同时减少诸如由于穿梭效应的发作引起的电池单体的容量降低之类的破坏效应。因此，增加了可以利用的电池单体101的最大潜在容量的比例。

[0094] 在电池单体101的充电期间改变脉冲充电电流的占空比允许在电池单体101的不同充电阶段期间、随着单体的电荷状态的改变来适配充电电流。例如，电池单体101的状况(例如，单体两端的电压)可以在充电期间改变，并且在不同的电荷状态下可以不同。充电电流的占空比可以相应地改变，以便在充电期间使充电电流适配电池单体101的状况。特别地，可以在充电期间减小充电电流的占空比。

[0095] 充电模块102可以配置成响应于电池单体101的电荷状态的变化而改变提供给电池单体101的脉冲充电电流的占空比。电池单体101的电荷状态例如可以由单体监视模块104确定，并且可以经由输入105传送到充电模块102，该输入105可以指示电池单体101的电荷状态。电池单体101的电荷状态例如可以根据在电池单体101两端测量的电压来确定。在一些实施例中，可以通过在充电期间的不同时间测量单体101的一个或多个属性(例如，单体电压)并使用在不同时间进行的多次测量来确定电荷状态，从而确定电池单体101的电荷状态。

[0096] 在相对较低的电荷状态下，电池单体101的电压通常也将相对较低。因此，该电压将不太可能足够使得出现穿梭效应的显著发作。然而，随着电池单体101的电荷状态朝向单体的最大电荷状态增加，单体的电压也趋于增加。当单体101接近其最大电荷状态时，单体的电压将接近阈值电压(例如大约2.35V)，在该阈值电压处可能出现穿梭效应的显著发作。提供给电池单体101的充电电流的占空比可以在充电循环的不同阶段变化，以提供适合于单体101的电荷状态和电压的占空比。

[0097] 随着电池单体101的电荷状态的增加，可以减小充电电流的占空比。如上所解释的，在相对较低的电荷状态下，单体101的电压可以相对较低。因此，用于给单体101充电的占空比可以相对较高，而不会使单体的电压增加到阈值电压以上，在该阈值电压处会出现穿梭效应的显著发作。例如，可以在相对较低的电荷状态下使用等于或接近100％的占空比。也即，当电池单体101的电荷状态小于阈值电荷状态时，充电模块102可以用占空比基本为100％的充电电流对电池单体101进行充电。

[0098] 具有100％的占空比的充电电流是连续电流，并且例如可以被提供为基本恒定的电流。也即，可以使用恒定电流充电方案，直到单体101的电荷状态达到阈值电荷状态为止。通常，连续或恒定的充电电流允许电池单体101相对快速地充电(当与使用小于100％的占空比相比而言)。

[0099] 在小于阈值电荷状态的电荷状态下，可以将100％的充电电流输送到电池单体101，而单体的电压不超过可以预期出现穿梭效应显著发作的阈值电压。然而，随着电池单体101的电荷状态达到并超过阈值电荷状态，单体的进一步充电可能导致单体101的瞬时电压超过阈值电压。因此，当电荷状态达到阈值电荷状态时，充电电流的占空比可以减小到小于100％。也即，当单体的电荷状态超过阈值电荷状态时，可以向电池单体101提供(占空比小于100％的)脉冲充电电流。这允许继续对电池单体101进行充电，同时将单体的时间平均电压保持在阈值电压或低于阈值电压。因此，在单体101的持续充电期间，可以减少或消除穿梭效应的发生。

[0100] 当电荷状态大于阈值电荷状态时，为电池单体101提供占空比小于100％的脉冲充电电流，这允许继续对单体充电(否则在使用连续充电电流时可能会停止充电)，而不会引起穿梭效应的显著发作。因此，相对于使用典型的充电方案(仅包括恒定电流充电阶段)，可以进一步增加单体的电荷状态，并且增大了可以利用的电池单体的最大潜在容量的比例。

[0101] 在一些实施例中，充电模块102可以配置成改变脉冲充电电流的占空比，使得单体101的时间平均电压不超过阈值电压。在充电脉冲期间的某些时候，单体的电压可以大于阈值电压，使得单体的电压暂时超过阈值电压。然而，通过减小脉冲充电电流的占空比，在每个脉冲周期T期间单体的时间平均电压可以小于或基本上等于阈值电压。

[0102] 在一些实施例中，充电模块102可以配置成改变脉冲充电电流的占空比，使得电池单体的时间平均电压在充电循环的至少一些部分期间基本维持在目标电压。例如，一旦单体101的电荷状态超过阈值电荷状态并且用脉冲充电电流代替单体101的连续充电，则可以改变占空比以将单体101的时间平均电压基本维持在目标电压。

[0103] 对于锂硫电池单体101，在一些实施例中，目标电压可以为大约2.35V或更小。在一些实施例中，目标电压可以与阈值电压(可以为大约2.35V)大致相同。通常，目标电压可以基本上等于或小于阈值电压。

[0104] 图3是将单体充电接近其最高电荷时作为时间函数的电池单体的电压的示意表示。也即，图3中表示的单体具有接近其最大电荷状态的电荷状态。图3中的黑色实线表示以充电速率约为0.2C进行恒定电流充电时的单体的电压。图3中的灰色实线表示在经受具有可变占空比的脉冲充电电流时的单体的电压。脉冲充电电流的充电脉冲具有约为0.2C的充电速率。然而，由于脉冲充电电流的占空比小于100％，因此单体的时间平均电压可以保持在阈值电压或阈值电压以下，在阈值电压处可能出现穿梭效应的显著发作。

[0105] 如图3中可以看出的，在电池单体的连续充电期间(如图3中的黑线所示)，单体的电压单调递增，直到充电停止。随着充电停止，电压稳定到充电结束电压，该电压小于充电期间达到的电压。图3所示的连续充电表示在达到单体的阈值电压之后对电池单体进行连续充电的情况。因此，图3中所示的连续充电可能导致穿梭效应的显著发作，并因此可能导致单体的容量和/或充电效率的降低。

[0106] 如图3中可以看出的，脉冲充电电流(图3中的灰色线表示)的占空比在充电过程中变化。特别地，在充电期间以及随着单体的电压和电荷状态增加，占空比减小。通过减小脉冲充电电流的占空比，单体的时间平均电压可以基本维持在目标电压，即使电流脉冲期间的峰值电压在充电期间增加。因此，可以对电池单体执行进一步的充电，而不会引起单体101中的穿梭效应的显著发作。

[0107] 比较图3所示的恒定电流充电和脉冲电流充电，可以使用两种方案将电池单体充电到大致相同的电荷状态。然而，执行图3所示的恒定电流充电，很可能会出现穿梭效应的显著发作。图3所示的脉冲电流充电方案导致减少穿梭效应的发作(与恒定电流充电相比而言)，同时仍然将电池单体充电至大致相同的电荷状态。

[0108] 脉冲电流充电可以继续超过图3所示的点，以便通过进一步减小充电电流的占空比来进一步增加电池单体101的电荷状态。

[0109] 在图1所示的实施例中，电池100包括单个电池单体101。然而，在其他实施例中，电池100可以包括多个电池单体。

[0110] 图4是根据本发明实施例的电池200的示意图，其包括多个电池单体201a-201c。电池200包括电池管理系统203和多个电池单体201a-201c。在图4所示的实施例中，单体201a-201c彼此串联连接。电池管理系统203包括充电模块202和单体监视模块204a-204c。

[0111] 每个单体监视模块204a-204c与相应的电池单体201a-201c相关联。单体监视模块204a-204c可以等同于上面参考图1描述的单体监视模块104。也即，单体监视模块204a-
204c可以布置成监视电池单体204a-204c的一个或多个属性。例如，单体监视模块204a-
204c可以布置成测量和/或确定单体204a-204c的电压、单体204a-204c的电荷状态和/或流过单体204a-204c的电流。单体监视模块204a-204c将相应的输入205a-205c提供给充电模块202。

[0112] 充电模块202可以根据从单体监视模块204a-204c接收的输入205a-205c来控制单体201a-201c的充电。单体201a-201c的充电可以等同于上面关于图1所示实施例描述的充电，并且将不结合图4进行详细描述。通常，充电模块202配置成通过向单体201a-201c输送脉冲充电电流来对单体201a-201c进行充电。充电模块202还被配置成在单体201a-201c的充电期间改变脉冲充电电流的占空比。例如，如上面参考图1所示实施例所描述的，可以在充电期间减小脉冲充电电流的占空比，从而允许对单体201a-201c进一步充电而不会引起穿梭效应的显著发作。

[0113] 图5是根据本发明另一实施例的电池300的示意图。除了增加一些额外组件之外，图5所示的电池300与图4所示的电池200相同。图5所示实施例中的相似组件具有与图4所示实施例的等效组件相同的参考标号，并且将不参考图5进行更详细的描述。

[0114] 图5所示的电池300额外地包括分别跨单体201a-201c连接的电阻器R1-R3。电阻器R1-R3经由开关S1-S3连接。开关S1-S3可操作用于打开和闭合，从而连接和断开跨单体201a-201c的电阻器R1-R3。

[0115] 电阻器R1-R3可以称为旁路电阻器。旁路电阻器R1-R3中的一个或多个可以选择性地跨单体201a-201c中的一个或多个连接，以便通过该一个或多个旁路电阻器R1-R3旁路由充电模块202提供的部分充电电流。因此，旁路电阻器R1-R3可以跨接在单体201a-201c上，以便减小提供给单体201a-201c的充电电流。

[0116] 旁路电阻器可以选择性地连接和断开以便平衡单体201a-201c的电荷状态。在使用期间，单体201a-201c之间可能产生电荷状态差异。例如，单体201a-201c在使用期间可能以稍微不同的速率充电和/或放电，和/或可能具有稍微不同的容量，这导致单体201a-201c之间产生电荷状态差异。

[0117] 单体201a-201c之间的电荷状态差异可能不利地降低了可以利用的单体的可用容量。例如，当具有最高电荷状态的单体达到其最高电荷时，可能停止对单体201a-201c的充电。然而，其余的单体可能尚未充满电，因此在这些单体达到其最大潜在容量之前，将停止对它们的充电。类似地，当第一单体全部放完电时，将停止对单体的放电，然而，其余的单体可能仍具有一些容量，这些容量随后无法放电和利用。

[0118] 因此，可能希望平衡单体201a-201c的电荷状态，以减小单体201a-201c之间的电荷状态差异。通过在充电期间将旁路电阻器R1-R3跨接在具有最大电荷状态的单体(其可以称为前导单体)上，可以平衡单体201a-201c的电荷状态。旁路电阻器的连接将使部分充电电流从前导单体转向，从而减慢前导单体的充电速率。其他单体将比前导单体以更快的速率充电，因此可以减少单体之间的电荷状态差异。

[0119] 根据单体监视模块204a-204c做出的对单体的电荷状态的确定，一个或多个旁路电阻器R1-R3可以跨接在单体201a-201c中的一个或多个上。例如，充电模块202可以根据从单体监视模块204a-204c接收的输入205a-205c来控制开关S1-S3。

[0120] 由于单体205a-205c的电阻特性，在较小的充电电流下，通过连接的旁路电阻器R1-R3而被旁路的充电电流的比例通常较大。因此，当输送到单体205a-205c的充电电流相对较低时，通过连接旁路电阻器可以更有效地减小电荷状态差异。

[0121] 在典型的恒定电流充电方案期间，其例如可以用来给锂硫单体充电，充电电流维持在较高的电流。因此，在这样的充电循环期间只存在非常有限的时间，在此期间使用旁路电阻器的单体平衡是有效的。因此，可能需要相对较大的旁路电阻值，以便在此短时间段内在单体之间传递任何有效的平衡。

[0122] 如上所描述的，输送可变占空比的脉冲充电电流有利地增加了充电循环期间可以执行有效的单体平衡的时间段。如上所解释的，随着单体的电荷状态增加，充电电流的占空比减小，从而导致时间平均充电电流减小。时间平均充电电流的这种减小增加了可以通过旁路电阻器R1-R3转向的充电电流的比例，从而提高了可以执行单体平衡的效率。这可以有利地允许使用具有较小电阻的旁路电阻器R1-R3，同时仍然传递有效的单体平衡。

[0123] 尽管图4和图5所示的实施例包括彼此串联连接的三个单体，但是应当理解，其他实施例可以包括不同数量的单体。例如，一些实施例可以包括至少一些彼此并联连接的单体。通常，根据本发明实施例的电池可以包括任何数量的单体。在电池包括多个单体的实施例中，单体可以彼此串联、彼此并联地布置，或者可以包括单体之间的串联和并联连接的组合。

[0124] 上面已经描述了其中向电池单体提供脉冲充电电流并且改变脉冲充电电流的占空比以减小在电池单体充电期间的脉冲充电电流的占空比的实施例。这已经在接近其最高电荷的电池单体的充电期间减小时间平均充电电流的上下文中进行了描述。特别地，已经描述了其中在充电期间减小脉冲充电电流的占空比以使得电池单体的时间平均电压不超过阈值电压的实施例，其中阈值电压是这样的电压，高于其可能预期穿梭效应会发作。

[0125] 在一些实施例中，具有在充电期间减小的占空比的脉冲充电电流可以在电池单体的充电期间的其他点处提供。例如，可以在电池单体的充电开始时提供具有可变占空比的脉冲充电电流。在某些情况下，例如在存储一段时间后首次为单体充电时，单体的电压在单体初始充电期间可以相对快速地增加。这可以称为单体的电压过冲。在单体的快速充电期间，电压过冲可能会额外地或可替换地发生。

[0126] 电压过冲可能导致单体的充电提前终止。例如，如上所述，当单体的电压达到或超过给定电压时，可以停止单体的充电。即使当单体的电荷状态明显低于单体的最大电荷状态时，给定电压也可能由于电压过冲引起。因此，在电池单体充满电之前就可能终止对电池单体的充电。

[0127] 在一些实施例中，可以通过提供具有被改变使得电池单体两端的平均电压不超过阈值电压的占空比的脉冲充电电流来减小或减轻电压过冲。因此，将(通过减小脉冲充电电流的占空比)减小时间平均充电电流，以防止单体的电压超过阈值电压。

[0128] 通常，可以使用任何阈值电压，并且可以在单体的任何电荷状态下以及在单体充电期间的任何时间向单体提供具有可变占空比的脉冲充电电流，该占空比在充电期间减小。

[0129] 结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与其不兼容。在本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求，摘要和附图)和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合进行组合，除非其中至少一些这样的特征和/或步骤的组合是互斥的。本发明不限于任何前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求，摘要和附图)中公开的特征的任何新颖性特征或任何新颖性组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖性步骤或任何新颖性组合。