CN102427963A - 用于驱动电动机的模块化能量存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于包括至少两个蓄电池模块的蓄电池系统的蓄电池模块，其中每个蓄电池模块配备有模块监视单元(13)，该模块监视单元(13)被设置为监视蓄电池模块中每个二次电池(14)的至少一个性能相关的参数。与每个蓄电池模块的性能相关的参数存储在相应的模块监视单元(13)上的存储器中。本发明进一步涉及一种具有蓄电池组的能量存储系统，该蓄电池组包括这种用于监视蓄电池组的蓄电池监视单元(11)，并且涉及一种蓄电池组的模块化系统，每个蓄电池组均包括至少两个可替换、可互换的蓄电池模块(12)。所述能量存储系统可以进一步包括超级电容器或超大电容器模块。

Description

用于驱动电动机的模块化能量存储系统
技术领域
本发明涉及用于驱动至少一个静态电动机或者至少一个被设置为驱动陆地车辆或水上船只的电动机的能量存储系统的技术领域。
背景技术
用于驱动至少一个静态电动机或者至少一个被设置为驱动陆地车辆或水上船只的电动机的能量存储系统通常包括具有多个串联的二次电池的蓄电池组。
例如，一个或多个二次电池所形成的各个蓄电池模块可能并不具有相同的容量，并且可能由于制造和其它差异而发生容量的某些偏离。考虑到蓄电池模块或二次电池的容量的正态分布，蓄电池组中最弱的电池或蓄电池模块会成为该蓄电池组中的限制因素，由此降低整体效率。如果一个二次电池或蓄电池模块损坏，则系统就无法提供所需的功率输出，并且甚至可能一起出现故障。当发生这种情况时，通常必须要替换整个蓄电池组，导致高昂的维修成本。
本发明的目标是提供一种用于蓄电池组的蓄电池模块以及包括至少一个这种蓄电池组的具有改进的监视系统的能量存储系统。本发明进一步的目标是提供一种用于蓄电池组的蓄电池模块，其具有用于促成所述蓄电池模块的修复(reconditioning)的手段。
发明内容
以上问题通过根据所附权利要求的用于蓄电池组的蓄电池模块以及包括这种蓄电池的能量存储系统来解决。
本发明涉及一种用于蓄电池组的蓄电池模块以及包括至少一个蓄电池组的能量存储系统，该蓄电池组用于驱动一个或多个电动机和/或与所述至少一个电动机相关联的电操作配件。例如，该能量存储系统可以被设置为驱动至少一个静态电动机或者至少一个被设置为驱动陆地车辆或水上船只的电动机。这样的车辆或船只可以通过电力推进或者使用包括除蓄电池组之外的一个或多个动力源的混合驱动装置，例如燃料电池装置或者使用适当气态或液态燃料工作的内燃机。附加动力源可以用于直接驱动车辆或驱动发电机，该发电机向至少一个电动机提供电力和/或对至少一个蓄电池组进行补充或充电。在车辆或船只的情况下，该能量存储系统还能够提供动力来驱动辅助设备或其它搭载系统。
能量存储系统可以包括至少一个蓄电池组，该蓄电池组包括至少两个串联或并联的蓄电池模块。一组多个蓄电池模块可以串联以便提供预定的电压。取决于蓄电池模块的数量，多组蓄电池模块可以并联以允许功率输出增加。每个蓄电池模块进而可以包括至少两个二次电池。二次电池可以串联接，但是也可以并联。对于蓄电池模块而言，一组多个二次电池可以串联以便提供预定的蓄电池模块电压。类似地，多组二次电池可以并联以允许从蓄电池模块输出的功率增加。多个蓄电池模块可以被配置为向一个或多个电动机和/或与所述至少一个电动机相关联的电操作配件提供电力。至少一个电动机和所述配件可以使用相同或不同的电压等级进行工作。
每个蓄电池模块的电池数量，每个蓄电池组的蓄电池模块数量以及二次电池和/或蓄电池模块的相对的串联和/或并联由所要求的输出功率以及蓄电池组的意在用途所决定。例如，决定因素可以是是否要求蓄电池组为电动机或电力系统提供适当的电压，例如12、32或64伏特。二次电池和/或蓄电池模块的数量还取决于所使用的二次电池的类型。适当类型的可充电二次电池的示例是锂电池(Li-ion)、镍氢电池(NiMH)、镍镉电池(NiCd)或锂离子聚合物电池(Li-ion聚合物)。
蓄电池组还包括连接到多个蓄电池模块中的每一个的蓄电池监视单元或BMU。多个蓄电池模块中的每一个都被配备有模块监视单元或MMU，其被配置为监视蓄电池模块和/或蓄电池模块中的二次电池的至少一个性能相关参数。性能相关参数的示例的非限制性列表为充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、放电深度(DOD)、输出电压、温度、内电阻和阻抗。例如，在诸如备用紧急电站的应用中，SOC给出了蓄电池组是否将能够在被请求时支持所需负载的指示。SOH的指示可以帮助预见问题，进行故障诊断或者计划组成部件的替换。对于电动车辆的应用而言，在被请求时获得期望范围的能力是最为重要的。因此，SOH可以基于电流容量与新蓄电池的电流容量的比较。或者，对于混合电动车辆的应用而言，传递指定功率的能力是最为重要的。因此，SOH可以基于当前存在的DC电阻(或者1kHz阻抗)与新蓄电池的DC电阻(或者1kHz阻抗)的比较。
为了确定SOH的值，蓄电池监视单元评估在其管理之下的二次电池、蓄电池模块或蓄电池组的SOH并且将其存储在存储器中。接着，将SOH与阈值进行比较以确定蓄电池组对于给定应用的适用性。这可以通过其中使用蓄电池组或蓄电池模块的应用来进行。已知给定蓄电池组或蓄电池模块的SOH以及给定应用的SOH阈值，可以确定当前的蓄电池条件是否使其适用于该应用。接着可以在该应用中进行蓄电池模块或二次电池可用寿命的评估。
由于SOH并不对应于特定的物理质量，所以在行业中就应当如何确定SOH并没有达成共识。蓄电池监视单元的设计人员可以(单独或组合)使用任何以下参数来得出任意的用于SOH的值。
·内电阻/阻抗/电导率
·容量
·电压
·漏电(自放电)
·接受充电的能力
·充/放电循环的数量
·工作小时
·日历时间
此外，蓄电池监视单元的设计人员可以就每个参数对于SOH数值的贡献定义任意的权重。
诸如蓄电池模块或二次电池阻抗或电导率之类的随使用时间明显变化的任意参数可以被用作提供二次电池和/或蓄电池模块的SOH指示的基础。这些参数的变化正常情况下将表示已经发生那可能对于用户更为重要的其它变化。这些可能是诸如操作期间额定容量损失或温度上升增加之类外部蓄电池组性能的变化，或者诸如腐蚀之类的内部变化。
由于SOH指示与新的蓄电池组的条件相关，所以测量系统可以存储初始条件的历史或者至少一组标准条件。如果蓄电池模块或二次电池的阻抗是被监视的参数，则系统必须在存储器中存储新的二次电池的初始阻抗作为基准。如果使用蓄电池模块或二次电池的充/放电循环的计数作为蓄电池组使用的度量，则将使用新的蓄电池模块或二次电池的预期循环寿命作为基准。
可能根据性能相关参数的单独测量来评估蓄电池模块或二次电池的SOH。为了提高精确度，可以测量若干个蓄电池模块或二次电池的参数，所有这些都将随着蓄电池组的使用时间而变化。可以根据这些参数的组合来评估SOH。示例是容量、内电阻、自放电、充电接受、放电容量和循环计数。绝对读数可以取决于所涉及的二次电池的化学性质。可以基于经验、二次电池的化学性质以及特定参数在使用蓄电池组的应用之中的重要性为各个参数添加权重。如果任意这些变量提供了临界读数，则最终结果可能受到影响。蓄电池组、蓄电池模块或二次电池可能具有良好的容量但是具有高的内电阻。在这种情况下，SOH评估将相应降低。如果蓄电池模块或二次电池具有高的自放电或者呈现出其它化学缺陷，则加上类似的降级分。将模块或二次电池所得出的分数与对新的模块或二次电池所指定的分数相比较以给出SOH的百分比结果。
测量和数据处理需要微处理器来传递想要的结果。微处理器被配备在蓄电池监视单元上，或者配备在蓄电池监视单元以及每个模块监视单元上。对于自动测量而言，初始条件以及所测量和/或计算的性能相关参数的历史可以存储在每个蓄电池模块上的存储器中以有助于该处理。随着更多数据变得可用于完善评估，所存储的历史能够在学习过程中进行修改。可以使用模糊逻辑将所存储的历史与测量结果相结合以提高结果的精确度。
蓄电池监视单元还可以包括蓄电池平衡器。蓄电池平衡器是蓄电池组中能够主动将能量从蓄电池模块中其它更加健康的二次电池转移至弱的二次电池中的设备。该功能也可以用于蓄电池组中的蓄电池模块。蓄电池平衡器还可以包括蓄电池调节器的功能以防止过充。
蓄电池监视单元可以包括主动平衡以及温度监视、充电和其它特征以使得蓄电池组的寿命最大化。蓄电池组可以包含不止一个蓄电池模块或多个串联或并联或者同时串联和并联的多个二次电池。当蓄电池组或蓄电池模块进行放电并且二次电池以不同速率进行放电时，在蓄电池组或蓄电池模块完全放电时每个二次电池的电压是不同的。随后，如果蓄电池组或蓄电池模块仅连接两条布路进行充电，则因为所有的二次电池串联或并联所以无法对所有的二次电池正常充电。
蓄电池平衡器提供了针对该问题的解决方案，这是因为其对所有二次电池单独进行充电。
如以上所指出的，本发明涉及一种用于包括至少两个蓄电池模块的蓄电池组的蓄电池模块。每个蓄电池模块配备有模块监视单元，模块监视单元被设置为监视该蓄电池模块中每个二次电池的至少一个性能相关参数，并且与每个蓄电池模块的性能相关的参数存储在相应模块监视单元上的存储器中。
蓄电池监视单元被配置为从多个模块监视单元中的每一个接收至少一个性能相关参数。蓄电池监视单元可以硬线连接至每个模块监视单元，或者经由总线、局域网(LAN)或类似方式使用电或光信号传输进行连接。然而，也可以使用红外(IR)、射频(RF)、蓝牙、无线局域网(WLAN)或任意其它适当的无线信号传输方式在单元之间传输数据。响应于所接收的数据，蓄电池监视单元可以将所测量的数据与所存储的数据相比较，计算另外的性能相关参数和/或计算蓄电池模块和/或蓄电池模块中的二次电池的老化参数。蓄电池监视单元可以将接收的和/或计算的数据存储在存储器中。
蓄电池监视单元和每个模块监视单元中所使用的存储器可以是非易失性存储器，在其上可以存储数据并且可以在没有外部供电的情况下保留所保存的数据。用于该用途的适当存储器可以是闪存、EEPROM或类似的非易失性存储器。
每个模块监视单元可以配备有处理器，处理器被设置为确定蓄电池模块的至少一个性能相关参数。除了至少一个性能相关参数当前值之外，所测量和/或计算的蓄电池模块的性能相关参数的历史也可以存储在模块监视单元上的存储器中，或者存储在模块监视单元和蓄电池监视单元上的存储器中。
此外，处理器可以被设置为确定蓄电池模块中每个二次电池的至少一个性能相关参数。蓄电池模块中的每个二次电池的至少一个性能相关参数可以存储在模块监视单元上的存储器中，或者存储在模块监视单元或蓄电池监视单元上的存储器中。每个蓄电池模块中二次电池的测量的和/或计算的性能相关参数的历史可以至少存储在模块监视单元的存储器中。
与当前性能和老化相关的至少一个预定的性能相关参数可以由蓄电池监视单元进行测量和/或接收，蓄电池监视单元也可以计算至少一个另外的参数。所计算的与每个模块相关的参数可以被传输到相应的模块监视单元。测量的和/或计算的性能相关参数可以存储在相应的各个模块监视单元上的存储器中。存储器可以存储当前性能相关参数的值和/或测量的和/或计算的性能相关参数的历史。
或者，与当前性能和老化相关的至少一个预定的性能相关参数可以由模块监视单元进行测量。然后每个模块监视单元可以计算另外的性能相关参数。测量的和/或计算的性能相关参数可以存储在相应的各个模块监视单元上的存储器中。存储器可以存储当前性能相关参数的值和/或测量的和/或计算的性能相关参数的历史。然后每个模块监视单元可以将至少一个当前性能相关参数的值和/或测量的和/或计算的性能相关参数的历史传输回蓄电池监视单元以便存储在其存储器上。
在两种情况下，都可以使用至少一个性能相关参数的初始值、后续值的历史和/或当前值的比较来确定每个蓄电池模块和/或其二次电池的当前条件。两种设置都允许每个模块监视单元保持对蓄电池模块和/或其二次电池的当前条件和历史的追踪。此外，蓄电池监视单元可以监视所有蓄电池模块的当前条件和历史。
本发明进一步涉及一种包括至少一个蓄电池组的能量存储系统，该蓄电池组包括用于监视蓄电池组的蓄电池监视单元。蓄电池组可以包括至少两个可替换的蓄电池模块，并且每个蓄电池模块包括至少两个二次电池，其中蓄电池监视单元被设置为监视每个蓄电池模块的至少一个性能相关参数。每个蓄电池模块被设置为与蓄电池监视单元进行通信，每个蓄电池模块可以配备有模块监视单元，该模块监视单元被设置为监视蓄电池模块中每个二次电池的至少一个性能相关参数。每个蓄电池模块的至少一个性能相关参数存储在相应的模块监视单元上的存储器中。
所有蓄电池模块的测量的和/或计算的性能相关参数的历史可以存储在蓄电池监视单元上的存储器中。此外，每个蓄电池模块的测量的和/或计算的性能相关参数的历史可以存储在相应的模块监视单元上的存储器中和/或蓄电池监视单元上的存储器中。
蓄电池模块中的每个二次电池的至少一个性能相关参数可以存储在相应的模块监视单元上的存储器中和/或蓄电池监视单元上的存储器中。
至少一个性能相关参数可以被设置为由每个模块监视单元测量并且传输到蓄电池监视单元。在蓄电池监视单元中对每个模块监视单元所确定的所述至少一个性能相关参数被设置为传输到相应的模块监视单元并存储于其中。每个模块监视单元可以配备有处理器，该处理器被设置为确定蓄电池模块的至少一个性能相关参数。处理器可以被设置为确定蓄电池模块中的每个二次电池的至少一个性能相关参数。
至少一个性能相关参数被设置为由每个模块监视单元进行测量和/或确定并且存储于其中。测量的和/或确定的性能相关参数可以被传输到蓄电池监视单元并且存储于其中。
为了实现这一目的，每个模块监视单元可以连接到至少一个传感器，该传感器被设置为测量每个二次电池的性能相关参数。出于该目的，模块监视单元可以配备有用于至少测量电压和温度的传感器。可以针对每个蓄电池模块和/或每个二次电池测量性能相关参数。
响应于接收的和/或计算的数据，蓄电池监视单元可以基于性能相关参数对蓄电池模块的至少一个参数执行单独的调整，诸如对多个蓄电池模块中每一个的充电状态进行调整。蓄电池监视单元可以监视每个蓄电池模块以及所述蓄电池模块中的每个二次电池的状态，以便取决于所述状态调整一个或多个蓄电池模块的输出功率。如果有必要，蓄电池监视单元可以部分或完全旁路一个或多个蓄电池模块以防止或最小化对蓄电池组的损害。然后蓄电池组仍然进行工作，尽管是以降低的最大功率输出进行工作，或者甚至是以降低的标称电压输出进行工作。如果一个或多个二次电池显示出老化、过热或者无法由蓄电池监视单元纠正的一些其它故障的迹象，则可以关闭蓄电池模块。然后蓄电池监视单元可以向操作人员、搭载诊断单元或中央控制单元传输指示需要替换一个或多个故障蓄电池模块的信号。
最后，本发明涉及一种蓄电池组的模块化系统，该蓄电池组均包括至少两个可替换、可互换的蓄电池模块。每个蓄电池模块包括至少两个二次电池。模块化系统中的蓄电池模块可以是大体上相同的，包括相同数量的二次电池并且具有标准电连接器。或者，模块化系统中的蓄电池模块可以包括或可以具有多种不同的标准尺寸，每种尺寸的蓄电池模块包括相同或不同数量的二次电池。不同类型和/或具有不同电压的蓄电池模块也可以组合在蓄电池组中，诸如包括锂电池、镍氢电池或锂离子聚合物电池的模块。接着可以假设蓄电池组使用这样的蓄电池模块以便提供设置为针对特定应用提供期望的电压或预定数目的安培小时的蓄电池组。这允许任何这样的蓄电池模块从蓄电池组移除并且在同一系统中被新的或修复的相同类型的蓄电池模块替换。如果需要，蓄电池模块还可以在蓄电池组中重新定位。每个蓄电池组包括蓄电池监视单元，蓄电池监视单元被设置为识别每个模块监视单元并且监视每个蓄电池模块的至少一个性能相关参数而与其类型、电压或尺寸无关。每个蓄电池组中的每个蓄电池模块配备有模块监视单元，该模块监视单元被设置为监视蓄电池模块和/或蓄电池模块中每个二次电池的所述至少一个性能相关参数。每个蓄电池模块的所述至少一个性能相关参数存储在相应的模块监视单元上的存储器中。
如以上所提到的，蓄电池模块可以被移除并且被新的或修复的相同类型的蓄电池模块替换。蓄电池模块还可以在蓄电池组中进行重新定位或者被转移到另一个蓄电池组中，例如替换故障的蓄电池模块。在连接到蓄电池组时，替换的或重新定位的蓄电池模块可以被设置为向所述蓄电池组上的蓄电池监视单元传输存储在模块监视单元上的至少一个性能相关参数。新的或替换的蓄电池模块可以具有存储在模块监视单元上的至少一个性能相关参数的初始值，该初始值可以在监视蓄电池模块的老化或功能时被用作基准值。
因此，当蓄电池模块连接到蓄电池组及其蓄电池监视单元时，在模块监视单元和蓄电池监视单元之间发生与至少一个性能相关参数和/或存储的参数的历史相关的数据转移。数据转移可以在蓄电池模块连接时或下一次使用蓄电池监视单元和蓄电池组时由模块监视单元或蓄电池监视单元中任一方进行请求。以上已经详细描述了用于在蓄电池组的模块化系统中使用的适当的蓄电池模块和能量存储系统。
在以上所概括的蓄电池组的模块化系统的范围内，已经与蓄电池组断开连接的替换蓄电池模块被设置为在相应的模块监视单元上的存储器中保留至少一个性能相关参数和/或与所述参数相关的历史。虽然远离蓄电池组，但是模块监视单元可以被触发以向另外的蓄电池监视单元传输这至少一个性能相关参数和/或存储的参数的历史。这另外的蓄电池监视单元不必与蓄电池组相关联，而可以是在对蓄电池模块进行修复期间所使用的诊断工具的一部分。这允许在蓄电池模块的修复操作期间确定蓄电池模块和/或二次电池的状态。所传输的数据可以包含与蓄电池模块以及各个电池的条件相关的信息。通过执行模块的诊断检查，能够确定该模块是否可能重新使用，并且如果是这样，则确定哪个或哪些二次电池需要进行修理或替换。在完成修复之后，蓄电池模块可以被放置在蓄电池组的模块化系统所包含的任何适当的蓄电池组中。
能量存储系统可以包括与超级电容器或超大电容器相结合的以上任何类型的蓄电池组。这样的能量存储系统可以包括与超级电容器或超大电容器模块相结合的任何期望类型和/或尺寸的模块化蓄电池组。这里，蓄电池监视单元可适于监视所有这样的模块以及至少所有配备有模块监视单元的蓄电池模块。当然，也可以在蓄电池组中仅具有超级电容器/超大电容器。
附图说明
将参考附图对本发明进行详细描述。所要理解的是，示图仅是出于说明的目的进行的设计而并非意在作为对本发明限制的限定，本发明的限制应当参见所附权利要求。应当进一步理解的是，示图不必依比例绘制，并且除非另外指出，否则它们仅用于示意性地图示这里所描述的结构和过程。
图1示意性图示了根据本发明的蓄电池组；
图2示出了示意性图示的根据本发明的蓄电池组的模块化系统。
具体实施方式
图1描绘了应用于蓄电池供电车辆的蓄电池组10的本发明，所述车辆可以是电动和混合电动车辆，或者任何其它类型的车辆。在该示例中，蓄电池监视单元11用于监视6个蓄电池模块12的操作和状态。蓄电池监视单元11可以邻近或远离蓄电池组10进行安装。
蓄电池监视单元11基于诸如温度、电压、蓄电池阻抗、蓄电池组电流和蓄电池监视单元均衡电流之类的性能相关参数确定健康状态(SOH)。存储在每个蓄电池模块12中或从其传递的能量的量被监视，并且每个蓄电池模块12中所存储和/或每个蓄电池模块12所传递的能量的量可以由蓄电池监视单元11进行单独的调节以平衡或均衡在蓄电池模块12之间所分布的能量的量。
参考图1，该示例中的蓄电池组10包括串联并且被设置为向电池供电车辆(未示出)提供电力的六个蓄电池模块12。每个蓄电池模块12具有由连接到蓄电池模块12的蓄电池监视单元11所确定的SOH。每个蓄电池模块12配备有连接到蓄电池监视单元11的模块监视单元13，其被设置为监视性能相关参数，在该情况下为与SOH相关的参数。蓄电池监视单元11被配置为从每个模块监视单元13接收所测量的性能相关参数并且基于该性能相关参数单独地计算和调节每个蓄电池模块12的充电状态。如对一个蓄电池模块所示，该示例中的蓄电池模块12包括六个二次电池14。
在给定蓄电池模块中的二次电池的确切数量可以取决于所使用二次电池的类型以及蓄电池模块的应用而变化。类似地，蓄电池组中蓄电池模块的数量可以取决于相同的因素而变化。
在当前示例中，蓄电池组10被设置在电动或混合电动车辆内。蓄电池组10可以经由插入口或充电连接器(未示出)连接到诸如高压总线之类的外部电源(未示出)。蓄电池组10可以利用任何适当的方式，例如通过继电器，连接到电源或与其断开连接。第一继电器可以将蓄电池组10的正极侧连接到电源的正极侧。类似地，第二继电器可以将蓄电池组10的负极侧连接到电源的负极侧。
蓄电池监视单元11用于控制蓄电池10的操作功能并且单独地调节每个蓄电池模块12的充电状态，以便平衡和/或均衡在蓄电池模块12之间所分布的能量的量。取决于对每个蓄电池模块12所确定的充电状态，蓄电池监视模块11将确定哪个蓄电池模块12将接收均衡电流。例如，蓄电池监视单元11被配置为向一个蓄电池模块12提供均衡电流以调节这单个蓄电池的充电状态，而并不向其它蓄电池模块12提供均衡电流。
使用蓄电池模块上的对应的传感器测量至少一个性能相关参数。蓄电池监视单元11从每个模块监视单元13接收性能相关参数。蓄电池监视单元11被设置为监视蓄电池组10中各个蓄电池模块12的状态和条件。
蓄电池监视单元可以适用于任何适当的蓄电池技术，包括铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、镍镉电池(NiCd)、锂蓄电池(Li-ion)或锂离子聚合物电池(Li-ion聚合物)。
根据本发明的装置可以用于在蓄电池模块级别和二次电池分组级别对蓄电池组进行管理。每个二次电池分组和/或蓄电池模块将具有与其相关联的模块监视单元，并且蓄电池组的蓄电池监视单元将控制该蓄电池监视单元所控制的蓄电池模块的能量的充电和分布。
蓄电池模块通常串联配置在一起，并且虽然当前示例使用了六个模块监视单元和蓄电池模块，但是应当理解的是，取决于应用而可以使用更多或更少的蓄电池模块和模块监视单元。因此，蓄电池模块可以串联配置或并联配置，并且蓄电池模块的数量可以取决于期望的应用的要求进行选择。
蓄电池监视单元11和每个模块监视单元13配备有一个或多个处理器和存储器存储单元，该存储器存储单元用于存储至少一个性能相关参数和性能相关参数的历史或者计算的与充电状态相关的数据。在图1中，模块监视单元13被示意性示为包括处理器、存储器单元以及用于测量性能相关参数的传感器。每个模块监视单元13通过串行总线15连接到蓄电池监视单元11。此外，每个模块监视单元优选地具有作为输出的隔离变换器(未示出)，并且该输出用来为蓄电池模块的充电/放电控制电流的流动。每个模块监视单元还具有外部温度传感器，用于监视相关联的蓄电池模块的温度。模块监视单元13能够在命令来自蓄电池监视单元11时同步地获取数据，并且将其相关联的蓄电池模块12的状态报告回蓄电池监视单元11。表示至少一个性能相关参数的数据被用来在蓄电池监视单元11或每个模块监视单元13中计算充电状态。与每个蓄电池模块12的充电状态相关的至少一个性能相关参数以及测量的和/或计算的性能相关参数的历史至少被存储在相应的模块监视单元上的存储器存储单元中。
蓄电池组10使用串行总线15传输组成部件的状态。此外，即使蓄电池组处于待机/断开连接的状态，也能够经由连接每个蓄电池模块的隔离变换器(未示出)在蓄电池组内的蓄电池模块12之间共享能量。该能量共享功能允许蓄电池组平衡蓄电池组10内的蓄电池模块12。能量共享可以在包括车辆推进和电池再充电循环在内的各种车辆操作模式期间发生。
应当注意的是，本发明的蓄电池组10无需仅依赖于电压来确定和实现能量均衡。虽然电压可以作为一个性能相关参数，但是依据本发明也可以单独地或者以一种或多种组合来考虑诸如温度、充电状态等的其它测量的或计算的性能相关参数。一个或多个参数可以被加载到蓄电池监视单元11中并且接着被转移到每个模块监视单元13。可以选择一个或多个参数以便执行给定应用期望的特定平衡和均衡操作。
图2示出了示意性图示的蓄电池组的模块化系统。该图示出了第一和第二蓄电池组21、22，每一个均包括六个可替换、可互换的蓄电池模块23。每个蓄电池模块23包括至少两个二次电池(未示出)。该模块化系统中的蓄电池模块23大体上相同，包括相同数量的二次电池并且具有标准电连接器。这允许任何这样的蓄电池模块23被从任何蓄电池组中移除并且在同一系统中被新的或修复的蓄电池模块所替换。如果需要，蓄电池模块还可以在蓄电池组中重新定位。每个蓄电池组21、22包括蓄电池监视单元(未示出)，该蓄电池监视单元被设置为监视每个蓄电池模块23的至少一个性能相关参数。每个蓄电池组21、22中的每个蓄电池模块23配备有模块监视单元(未示出)，该模块监视单元被设置为监视蓄电池模块23和/或蓄电池模块23中每个二次电池的所述至少一个性能相关参数。每个蓄电池模块23的所述至少一个性能相关参数被存储在相应的模块监视单元上的存储器中。
蓄电池监视单元被设置为监视蓄电池模块23的状态并且指示蓄电池模块24是否出现了故障。如图2中所指示的，故障的蓄电池模块24可以从第一蓄电池组21中移除并且被重新部署到修复设施25。断开连接的蓄电池模块被设置为在模块监视单元上的存储器中保留至少一个性能相关参数和/或与所述参数相关的历史。在修复期间，模块监视单元被触发以向另外的蓄电池监视单元传输这至少一个性能相关参数和/或存储的参数的历史。这另外的蓄电池监视单元位于修复设施中并且是在蓄电池模块的修复期间所使用的诊断工具的一部分。这允许在蓄电池模块的修复操作期间确定该蓄电池模块和/或二次电池的状态。所传输的数据包含与蓄电池模块以及各个电池的条件相关的信息。通过执行模块的诊断检查，能够确定该模块是否可能重新使用，并且如果是这样，则确定哪个或哪些二次电池需要进行修理或替换。
第一蓄电池组21能够使得缺失的蓄电池模块被来自备用组成部件的供应设施17的相同类型的新蓄电池模块26所替换。在这种情况下，在替换蓄电池模块时，修复的蓄电池模块24可以在第二蓄电池组22中重新使用。或者，原始的蓄电池模块24可以在被修复之后返回到第一蓄电池组21。所替换的蓄电池模块24、26在连接到蓄电池组时将被设置为向所述蓄电池组21、22上的蓄电池监视单元传输存储在其模块监视单元上的存储器中的至少一个性能相关参数的初始值。因此，当蓄电池模块连接到蓄电池组及其蓄电池监视单元时，在模块监视单元和蓄电池监视单元之间发生与至少一个性能相关参数和/或存储的参数的历史相关的数据转移。数据转移可以在蓄电池模块连接时或下一次使用蓄电池监视单元和蓄电池组时由模块监视单元或蓄电池监视单元中任一方进行请求。以上已经详细描述了用于在蓄电池组的模块化系统中使用的适当的蓄电池模块和能量存储系统。
本发明并不局限于以上所公开的实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (19)

1.用于包括至少两个蓄电池模块的蓄电池系统的蓄电池模块，其特征在于每个蓄电池模块配备有模块监视单元(13)，所述模块监视单元(13)被设置为监视所述蓄电池模块中每个二次电池(14)的至少一个性能相关参数，并且与每个蓄电池模块的性能相关的参数被存储在相应的模块监视单元(13)上的存储器中。
2.如权利要求1所述的蓄电池模块，其特征在于所述蓄电池模块监视单元(13)配备有处理器，所述处理器被设置为确定所述蓄电池模块的所述至少一个性能相关参数。
3.如权利要求2所述的蓄电池模块，其特征在于所述蓄电池模块的所述至少一个性能相关参数的历史被存储在所述模块监视单元(13)上的所述存储器中。
4.如权利要求2所述的蓄电池模块，其特征在于所述处理器被设置为确定所述蓄电池模块中每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数。
5.如权利要求4所述的蓄电池模块，其特征在于所述蓄电池模块中的每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数被存储在所述模块监视单元(13)上的所述存储器中。
6.具有蓄电池组的能量存储系统，所述蓄电池组包括用于监视所述蓄电池组的蓄电池监视单元(11)，所述蓄电池组包括至少两个可替换的蓄电池模块(12)并且每个所述蓄电池模块(12)包括至少两个二次电池(14)，其中所述蓄电池监视单元(11)被设置为监视每个蓄电池模块的至少一个性能相关参数，其特征在于每个蓄电池模块(12)被设置为与所述蓄电池监视单元(11)进行通信，每个蓄电池模块(12)配备有模块监视单元(13)，所述模块监视单元(13)被设置为监视所述蓄电池模块中每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数，并且每个蓄电池模块的所述至少一个性能相关参数被存储在相应的模块监视单元(13)上的存储器中。
7.如权利要求6所述的能量存储系统，其特征在于所有蓄电池模块(12)的所述至少一个性能相关参数的历史被存储在所述蓄电池监视单元(11)上的存储器中。
8.如权利要求6或7所述的能量存储系统，其特征在于每个蓄电池模块(12)的所述至少一个性能相关参数的历史被存储在所述相应的模块监视单元(13)上的存储器中。
9.如权利要求6-8中任一项所述的能量存储系统，其特征在于所述蓄电池模块(12)中的每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数被存储在所述相应的模块监视单元(13)上的存储器中。
10.如权利要求6-9中任一项所述的能量存储系统，其特征在于所述至少一个性能相关参数被设置为由每个模块监视单元(13)测量并且传输到所述蓄电池监视单元(11)，并且在所述蓄电池监视单元(11)中对每个模块监视单元(13)所确定的所述至少一个性能相关参数被设置为传输到所述相应的模块监视单元(13)并存储于其中。
11.如权利要求6-9中任一项所述的能量存储系统，其特征在于每个模块监视单元(13)配备有处理器，所述处理器被设置为确定所述蓄电池模块的所述至少一个性能相关参数。
12.如权利要求11所述的能量存储系统，其特征在于所述处理器被设置为确定所述蓄电池模块中每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数。
13.如权利要求11或12所述的能量存储系统，其特征在于至少一个性能相关参数被设置为在每个模块监视单元(13)中测量和/或确定并且存储于其中，并且被传输到所述蓄电池监视单元(11)并存储于其中。
14.如权利要求6-13中任一项所述的能量存储系统，其特征在于每个模块监视单元(13)连接到至少一个传感器，所述传感器被设置为测量每个二次电池的性能相关参数。
15.如权利要求14所述的能量存储系统，其特征在于所述模块监视单元(13)配备有用于至少测量每个二次电池的电压和温度的传感器。
16.如权利要求6-15中任一项所述的能量存储系统，其特征在于所述能量存储系统进一步包括超级电容器或超大电容器模块。
17.如权利要求16所述的能量存储系统，其特征在于所述蓄电池监视单元适于监视所述超级电容器或超大电容器模块以及所述蓄电池模块。
18.蓄电池组的模块化系统，每个蓄电池组包括至少两个可替换、可互换的蓄电池模块(12)，每个蓄电池模块(12)包括至少两个二次电池(14)，其中每个蓄电池组包括被设置为监视每个蓄电池模块的至少一个性能相关参数的蓄电池监视单元(11)，其特征在于每个蓄电池组中的每个蓄电池模块(12)配备有模块监视单元(13)，所述模块监视单元(13)被设置为监视所述蓄电池模块(12)和/或所述蓄电池模块中的每个二次电池(14)的所述至少一个性能相关参数，并且每个蓄电池模块(12)的所述性能相关参数被存储在相应的模块监视单元(13)上的存储器中，并且在被连接到所述蓄电池组时，替换蓄电池模块被设置为向所述蓄电池监视单元(11)传输所述至少一个性能相关参数。
19.如权利要求18所述的模块化系统，其特征在于与蓄电池组断开连接的替换蓄电池模块(12)被设置为向另外的蓄电池监视单元(11)传输至少一个性能相关参数，以便在蓄电池模块(12)的修复操作期间确定所述蓄电池模块(12)和所述二次电池(14)的状态。
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