CN103904725B - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

控制器(16)根据接收到的关于电池组(1)的信息和用于充电和放电方案的安排表计算第一极限(L1)，并将用作控制指令的第一极限(L1)提供给主电池管理单元(BMU)(15a)。主BMU(15a)接收第一极限(L1)。主BMU(15a)设定第二极限(L21‑L2N)并将所述第二极限分配给电池组(1)中的本地电池管理功能块中的每一个。因此，每一个BMU(15a‑15n)分别接收第二极限(L21‑L2N)。接着，每一个BMU(15a‑15n)根据电池组(1)中的电池(2)的失效信息(FAIL)和电容量信息(SOC)分别将第三极限(L31‑L3N)提供给双向电源电路(12a‑12n)。

Description

电池系统
技术领域
本公开涉及一种具有多个电池组的电池系统。
背景技术
JP2008-54439A公开了一种通过考虑住宅中的电力需求管理车辆与住宅之间的电力流动的电源系统。
电源系统具有检索与住宅有关的电力数据、星期和日期、时间以诸如天气的外部数据的数据检索部。电源系统具有存储检索的数据的存储部。电源系统具有对存储在存储部中的数据执行分类和自动学习过程的部分。
电源系统具有根据分类和自动学习的数据估算住宅中的电力需求并根据估算的住宅中的电力需求计划车辆上的电池的放电和充电安排表的计划部。电源系统进一步具有根据计划的安排表产生并输出用于使电池充电和放电的指令信号的指令部。
发明内容
JP2008-54439A仅考虑了车辆上的电池的单个单元，并且没有公开对多个电池的控制。另一方面，近年来，使用自然能量的电源系统的技术开发活跃。在这种系统中，因为来自自然能量的电力供应基于环境是不稳定的，因此系统通常由多个电池构造。
类似于太阳能电池面板，电池通常以诸如10kWh的预定容量单元被封装。多个电池被组合以提供大容量。例如，10组10kWh的电池可以组合以提供100kWh的系统。以例如10kWh的预定单元封装的电池有利地确保从例如私人住宅的小型目的到例如用于工厂的大型目的可伸缩性。具体地，可以在私人住宅目的中使用单个10kWh的组件，而在工厂目的中使用数百个10kWh的组件。
在具有其中设置多个电池组的大规模电池系统的电源系统中，控制器可以被配置成执行系统中的能量管理。在这种系统中，要求控制器可以控制作为单个部件的电池组。不期望的是控制器以逐一的方式控制电池组。
这种要求是出于防止控制逻辑由于电池组的数量变化而变化的原因和减小通信负载的原因而产生的。另一方面，电池组中的每一个都需要根据电池组本身的状态精确地控制。例如，电池组中的每一个都需要对充电和放电的控制、对完全充电的控制、和防止过充电和过放电等的控制。
上述两个要求彼此相反。然而，需要同时满足两个要求。
本公开的目的是提供一种具有多个电池组的电池系统，所述多个电池组可以作为单个部件由控制器管理，并且可以以逐一的方式被精确控制。本公开的目的是提供一种能够满足两个要求的电池系统，一个要求是作为单个部件控制电池组，另一个要求是提供对电池组中的每一个电池组的精确控制。
上述文献的公开内容可以通过引用并入本说明书中，作为对元件的说明。
根据本公开，提供了一种电池系统。该电池系统包括：多个电池组(1)；DC线(9)，电池组连接到所述DC线；和控制器(16)，所述控制器将控制指令发送给电池组。电池组中的每一个电池组包括：电池(2)；给电池充电和使电池放电的双向电源电路(12)；和检测电池的失效和电池的充电状态的电池管理单元(15)。选自电池组(1)中的一个电池组(1a)具有电池管理单元(15a)，所述电池管理单元具有执行主功能的中央管理功能块。
电池组(1)中不执行主功能的其余电池组(1b，1n)中的每一个具有电池管理单元(15b，15n)，所述电池管理单元被配置成通过用于主功能的电池管理单元(15a)从控制器(16)接收控制指令。用于主功能的电池管理单元(15a)被配置成将与多个电池组(1)的失效信息和电池组(1)的充电状态有关的电池组信息发送给控制器(16)。控制器(16)被配置成根据接收到的电池组信息和由控制器(16)控制的整个系统的控制方案将作为控制指令的与第一极限(L1)有关的信息提供给用于主功能的电池管理单元(15a)。与第一极限(L1)有关的信息包括限制电池组(1)中的电池(2)的充电量或放电量的信息。用于主功能的电池管理单元(15a)被配置成接收与第一极限(L1)有关的信息并根据第一极限(L1)将与第二极限(L21-L2N)有关的信息分配给电池组(1)中的本地管理功能块中的每一个。电池组(1)中的本地管理功能块中的每一个都被配置成接收与第二极限(L21-L2N)有关的信息的分配并根据电池组(1)中相应的一个的电池(2)的失效信息或充电状态将与第三极限(L31-L3N)有关的信息提供给电池组(1)中相应的一个中的双向电源电路(12)。
根据该实施例，控制器可以作为单个部件管理多个电池组，并且可以以逐一的方式精确地控制电池组。
在以上部分和权利要求中所示的括号中的符号仅显示与随后作为一个示例所述的实施例中所述的具体元件的相应关系，并且不旨在限制本公开的技术范围。
附图说明
本公开的以上及其它目的、特征和优点将从参考附图做出的以下详细说明变得更加清楚。在附图中：
图1是显示根据本公开的第一实施例的具有多个电池的电池系统的电力线图；
图2是显示第一实施例中的用于充电和放电的控制系统的方框图；
图3是显示在第一实施例中用于设定第二极限的过程的流程图；
图4是显示在第一实施例中用于设定第三极限的过程的流程图；
图5是显示根据本公开的第二实施例的电池系统的电力线图；和
图6是显示在第二实施例中用于设定第二极限的过程的流程图。
具体实施方式
参照附图说明本公开的多个实施例。对应于前述说明书中所述的部件和零件的部件和零件可以由相同的附图标记表示并且可以不重复描述。在仅描述部件或零件的一部分的情况下，可以引入其它描述中对部件或零件的其余部分的其它描述。
多个实施例可以以在以下说明中被清楚描述的一些形式部分结合或部分互换。另外，应该理解的是，除非出现问题，实施例则可以以没有被清楚指明的一些形式部分结合或部分互换。
第一实施例
以下，详细地参照图1-4描述本公开的第一实施例。图1显示包括具有多个电池组1的电池系统的电力线系统。电池组中的每一个都由诸如1a、1b和1n的后缀来识别。对于诸如工厂或建筑物的大用户来说，多个电池组被组合以存储电力。电池组1具有电池2和双向电源电路(BDPS)12。电池2可以由锂离子电池或镍氢电池提供。BDPS12具有对电池2执行充电和放电的DC／DC转换器。类似地，电池2中的每一个都由诸如2a、2b和2n的后缀来识别。每一个BDPS12由诸如12a、12b和12n的后缀识别。
系统经由所谓的3相3线式连接的连接与工业电源100连接。在本实施例中，工业电源100供应60Hz、200V额定电压的AC电力。系统具有与工业电源100连接的AC线4。AC线4还可以被称作为AC总线4。系统具有连接到AC总线4的AC侧电源5、第一AC充电器(ACCH1)6、第二AC充电器(ACCH2)7、和AC负载8。AC侧电源由太阳能发电装置5提供。第一AC充电器6和第二AC充电器7分别具有3kW的电容量。AC负载8可以包括诸如照明装置等的普通设备。
AC侧电源5具有一个或多个电力调节器系统(PCS)50，所述电力调节器系统中的每一个都与太阳能电池连接。PCS50具有DC／AC换流器和配电控制器。在本实施例中，AC侧电源5具有多个PCS5，所述PCS5包括主机和辅助机器。PCS5的每一个标准输出在3相AC中为10kW。
系统具有额定电压为380V的DC线9。直流变换器线9还可以被称作为DC总线9。电池组1连接到DC总线9。输电网互连式AC／DC变换器(AC／DC)10设置在AC总线4与DC总线9之间。输电网互连式AC／DC变换器10还可以被称为AC／DC变换器(AC／DC)10。AC／DC10具有25kw的标准输出。
系统具有至少一个DC中速充电器(DCCH)11，所述DC中速充电器具有小于25kw的标准输出。在本实施例中，系统具有多个DC中速充电器11。第一至第三DC中速充电器(DCCH1、DCCH2、DCCH3)11由后缀11a、11b和11c识别。DCCH11连接到DC总线9。DCCH11提供连接到DC总线9的DC负载。
第一电池组1a具有第一BDPS12a。第二电池组1B具有第二BDPS12b。第三电池组1c具有第三BDPS12n。
图2是显示用于电池的充电和放电过程的控制系统的方框图。虽然在图1中没有示出，但是双向电源电路(BDPS)12具有提供电池管理单元(BMU)15的控制器。各个电池组1中的BMU15中的每一个都由诸如15a、15b和15n的后缀识别。
BMU15检测充电状态SOC和关于电池2失效的信息FA1L。
系统具有多个BMU15，所述BMU15包括主BMU(MSTBMU)15a和附属BMU(SLVBMU)15b-15n。MSTBMU15a具有管理SLVBMU15b-15n的主功能。MSTBMU15a由可以为更高级别的控制器的另一个控制器16控制。控制器16还可以被称为中央控制器或中央电力控制器。控制器(HLCON)16将作为控制指令的第一极限L1发送给MSTBMU15a。提供第一极限L1以限制将要被充电和放电的电力量。
BMU15被容纳在电池组1内。HLCON16可以设置在任意位置，并且被设置为具有显示器的监控控制装置，所述显示器显示系统的操作条件。
HLCON16执行对于每一个预定控制周期校E第一极限L1的模拟预测控制，同时监控关于属于系统的多个电池组1的信息。例如，HLCON16监控充电量，即，电池2中的电荷的剩余量。在公开为JP2013-27214A、US2013／024035A1或DE102012212878A1的日本专利申请第2011-161465号中公开了模型预测控制，其中所述专利申请的内容通过引用在此并入。
根据该结构，HLCON16可以在不监控电池组1中的每一个的条件和电池组1的总数量的情况下仅指示第一极限L1。第一极限L1最后可以被转换成适于电池2的条件的控制指令的值。HLCON16对每一个预定控制周期校正第一极限L1，同时监控诸如电池组1中的所有电池2中的充电量的信息。因此，鉴于长期操作，由HLCON16编程并实现的意图将反映在整个系统的控制中。
HLCON16具有执行用于电池的充电和放电操作的计划功能的块。计划功能限定充电和放电操作的方案，例如，所述方案可以由时间和充电和放电电流的值表示。第一极限L1对应于根据由方案限定的电流值获得的指令值(即，控制指令)。因此，第一极限L1作为根据时间而改变的值被获得。可以通过考虑系统中的电力的生产和系统中的电力的消耗由最优化操作计算所述计划(即，第一极限L1)。
MSTBMU15a具有执行中央管理功能(CNMF)和本地管理功能(LCMF)两者的块。SLVBMU15b和15n具有执行本地管理功能(LCMF)的块。在多个电池组1中选择的仅一个电池组1a具有用于多个电池2的综合管理功能以执行主功能。
在多个电池组1中的没有主功能的电池组1中的每一个SLVBMU15b和15n都连接到MSTBMU15a，并通过MSTBMU15a从HLCON16接收控制指令。
MSTBMU15a将关于电池组1的综合电池组信息发送给HLCON16。所述信息可以包括指示电池组1的失效的失效信息(FAIL)关于电池组1的充电状态的电容量信息(SOC)。HLCON16根据接收到的关于电池组1的信息和充电和放电方案的计划计算关于第一极限L1的信息，并将作为控制指令的信息提供给MSTBMU15a。SOC是“充电状态”的缩写，并且表示实际上在该阶段可使用的电池的电容量。例如，当电池2被完全充电时，SOC为100％，而当电池2被完全放电时，SOC为0％。
MSTBMU15a接收关于第一极限L1的信息。MSTBMU15a根据第一极限L1将关于第二极限L21、L22、L2N的信息分配给电池组1中的LCMF中的每一个，包括MSTBMU15a中的LCMF。换句话说，用于主功能的电池管理单元15a中的中央管理功能块被配置成接收关于第一极限L1的信息。用于主功能的电池管理单元15a中的中央管理功能块被配置成根据第一极限L1将关于第二极限L21-L2N的信息分配给电池组1中的本地管理功能块。
因此，每一个BMU15a、15b、15n分别接收第二极限L21、L22、L2N。接着，每一个BMU15a、15b、15n根据电池组1中电池2的失效信息FALL和电容量信息SOC分别将关于第三极限L31、L32、L3N的信息提供给BDPS12a、12b、12n。第一极限L1大于第二极限L21-L2N中的每一个。第二极限L21-L2N中的每一个等于或大于第三极限L31-L3N中相应的一个。
HLCON16具有用于执行安排电池组1的充电和放电的计划功能的块。HLCON16计划可以最小化来自诸如工业电源100的外部电源的电力消耗的用于充电和放电的安排表。HLCON16根据显示系统的操作条件的信息计划所述安排表。所述信息可以包括提供AC侧电源5的太阳能发电装置的状态、电气负载6-8、11a-11c上的电力需求的估算、和来自MSTBMU15a的关于电池组1的综合电池组信息。HLCON16根据安排表将关于第一极限L1的信息提供给MSTBMU15a。第一极限L1被设定以限制通过电池2的充电和放电电流的量，即，将充电和放电的电力限制在一范围内。所述范围被设定以实现安排表并将电池保持在适当的操作条件下。
MSTBMU15a中的CNMF通过分别将第二极限L21、L22、L2N发送(即，分配)给LCMF来控制电池组1中的每一个中的LCMF。电池组1中的每一个中的LCMF接收第二极限L21、L22、L2N中相应的一个。电池组1中的每一个中的LCMF根据第二极限L21、L22、L2N中相应的一个和电池组1中相应的一个中的电池2的状态设定第三极限L31、L32、L3N中相应的一个。
每一个控制器都是电动控制单元(ECU)。控制器具有至少一个处理单元(CPU)和被设置为存储一组程序和数据的存储介质的至少一个存储装置(MMR)。控制器设有具有可通过计算机读取的存储介质的微型计算机。存储介质是存储可由计算机读取的程序的非临时性存储介质。存储介质可以由诸如固态存储装置和磁盘存储器的装置提供。控制器设有一个计算机、或通过数据通信装置连接的一组计算机资源。程序在由控制器执行时使控制器用作本说明书中所述的装置，并使控制器执行本说明书中所述的方法。控制器提供多个各种元件。这些元件中的至少一部分可以被称作用于执行功能的装置，另一方面，这些元件中的至少一部分可以被称作结构块或模块。
图3是显示在第一实施例中用于设定第二极限的过程的流程图。在用于MSTBMU15a中的CNMF的块中执行所述过程。所述过程设定第二极限L21-L2N以通过多个电池组1共享和分配第一极限L1。当过程开始时，在S31中，MSTBMU15a中的块输入来自存储装置的第一极限L1。MSTBMU15a具有存储从HLCON16重复接收并被重复更新的第一极限L1的存储装置。
在步骤S32中，第一极限L1的值被电池组1的总数n均等划分。在步骤S33中，根据在步骤S33中计算的值设定第二极限L21-L2N。第二极限L21-L2N被设定以由电池组1共享第一极限L1。换句话说，第一极限L1被分配给第二极限L21-L2N。用于主功能的电池管理单元15a中的中央管理功能块被配置成通过使第一极限L1平均除以电池组1的总数来分配关于第二极限L21-L2N的信息。在系统具有三个电池组1的情况下，将通过使第一极限L1除以数字“3”获得的计算值通过将所述计算值分别设定到第二极限L21-L2N而被赋予给电池组1a-1n中的每一个。即，通过将计算值设定到第二极限L21-L2N而将第一极限L1的1／3分配给电池组1a-1n。
说明用于根据第二极限L21-L2N设定第三极限L31-L3N的过程。图4是显示所述过程的流程图。本过程可以用于该实施例和随后的实施例两者中。该过程显示用于根据第二极限L21-L2N设定第三极限L31-L3N的过程。在用于设置在电池组1中的BMU15a、15b和15n中的每一个中的LCMF的块中执行用于设定第三极限的过程。
当过程开始时，在S41中，BMU15中的块确定BMU15是否具有指示电池组1中的电池2的过充电、过放电或过温度中的一个的信息。过充电、过放电、和过温度是显示失效的信息的示例。可以根据电池2的输出端子上的电压等确定过充电和过放电。
在BMU15正在检测显示过充电、过放电或过温度中的至少一个的信息的情况下，过程进行到S42。在S42中，对于其上发生过充电、过放电或过温度中的至少一个的电池组1，BMU15将0(零)设定给第三极限L31-L3N，所述第三极限由图4中变量“ireq”显示。
在BMU15没有检测到显示过充电、过放电或过温度中的至少一个的信息的情况下，过程进行到S43。在S43中，BMU15确定第二极限L21-L2N是否在预定范围内。预定范围由放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)确定。放电极限Pmin(t)还可以被称为具有负值的最大放电电容量。充电极限Pmax(t)还可以被称为具有正值的最大充电电容量。
分别由BMU15中的LCMF设定放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)。可以通过使用映射根据作为电池2中的单元的电池单元的单元温度和单元电压计算放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)。映射可以以数据形式被预先存储在BMU15中的存储装置中。可以根据实验工作预先确定映射。映射显示电池温度、电池电压、放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)之间的关系。
在第二极限满足上限和下限的情况下，过程分支为是，并进行到S44。在S44中，BMU15将第三极限L31-L3N(ireq)设定到被输送给电池组1的第二极限L21-L2N的相同值。
在第二极限不满足上限和下限两者的情况下，过程分支到否，并进行到S45。在S45中，BMU15将第三极限L31-L3N(ireq)设定到放电极限Pmin(t)或充电极限Pmax(t)的相同值。换句话说，第三极限L31-L3N(ireq)在放电极限Pmin(t)或充电极限Pmax(t)之间。因此，通过BDPS12以电池2的最大电容量控制电池2的充电和放电。
根据本实施例，电池系统包括多个电池组1(1a、1b、1n)。电池组中的每一个都包括电池2(2a、2b、2n)、给电池2充电和使电池2放电的双向电源电路12(12a、12b、12n)和检测电池2的失效和电池2的充电状态的电池管理单元15(15a、15b、15n)。系统包括与电池组1连接的DC线9。系统包括连接到DC线9的DC负载11(11a、11b、11c)。
选自电池组1的一个电池组1a具有主功能。为了执行主功能，MSTBMU15a具有中央管理功能块(CNMF)。系统包括将控制指令发送给电池组1的控制器(HLCON)16。HLCON16将第一极限L1作为控制指令发送给MSTBMU15a中的CNMF。
电池组1中不执行主功能的其余电池组1b、1n中的每一个都具有连接到MSTBMU15a并被配置成通过MSTBMU15a从HLCON16接收控制指令的电池管理单元(SLVBMU)15b、15n。用于主功能的电池管理单元15a被配置成将与多个电池组1的失效信息和电池组1的充电状态有关的电池组信息发送给控制器16。
HLCON16根据接收到的关于电池组1的信息和充电和放电方案的计划计算关于第一极限L1的信息，并将该信息作为控制指令提供给MSTBMU15a。
MSTBMU15a接收关于第一极限L1的信息。MSTBMU15a根据第一极限L1将关于第二极限L21、L22、L2N的信息分配和提供给电池组1中的每一个LCMF，包括MSTBMU15a中的LCMF。
电池组1中的本地管理功能块中的每一个都被配置成接收关于第二极限L21-L2N的信息的分配。电池组1中的本地管理功能块中的每一个都被配置成根据电池组1中相应的一个的电池2的失效信息或充电状态将与第三极限L31-L3N有关的信息提供给电池组1中相应的一个中的双向电源电路12。
在多个电池组1中的没有主功能的电池组1中的SLVBMU15b和15n中的每一个都连接到MSTBMU15a，并通过MSTBMU15a从HLCON16接收控制指令。与其中HLCON16直接控制每一个电池组1的充电状态和放电状态的情况相比较，可以执行与电池2的状态相匹配的控制。换句话说，通过将作为最终控制指令的第三极限L31-L3N提供给BDPS12，同时考虑每一个电池组1中的电池2的状态和作为来自HLCON16的控制指令的第一极限L1，可以控制每一个电池组1。
因此，控制器可以作为单个部件管理多个电池组，并且可以以逐一的方式精确地控制电池组。
第一极限L1大于第二极限L21-L2N中的每一个。第二极限L21-L2N中的每一个等于或大于第三极限L31-L3N中相应的一个。
即使在第一极限1和第二极限L21-L2N为较大值的情况下，也可以通过将第三极限L31-L3N设定成较小值来执行对电池组1中的每一个的精确控制。
系统具有经由AC／DC变换器10连接到DC线9并连接到工业电源100的AC线4。可以经由AC／DC10通过工业电源100给每一个电池2充电。可以将来自工业电源100的电力供应给连接到DC线9的负载11a-11c。
控制器16具有计划充电和放电安排表的计划功能块。控制器16估算AC侧电源5的发电状态。控制器16估算电气负载6-7、11a-11c的电力需求。控制器16从MSTBMU15a接收作为与电池组1中的电池2的充电状态和失效有关的综合信息的电池组信息。控制器16根据接收到和估算的信息计划最小化来自工业电源100的电力消耗的充电和放电安排表。根据显示至少包括DC线(9)上的DC负载(11)的电气负载(6-7，11)上的电力需求的估算的的信息、和与来自用于主功能的电池管理单元(15a)的电池组1的充电状态有关的电池组信息，计划充电和放电安排表以最小化来自工业电源100的电力消耗。
控制器16根据计划的安排表设定第一极限L1并将第一极限L1提供给用于主功能的电池管理单元15a。可以实现能最小化来自工业电源100的电力消耗的充电和放电安排表。
根据每一个电池组1中的电池2的状态，每一个BMU15中的LCMF可以修改第二极限L21-L2N中的作为来自MSTBMU15a中的CNMF的指令被发送的相应的一个第二极限。第三极限L31-L3N是修改的结果。
根据每一个电池组1中的电池2的状态，每一个BMU15中的LCMF可以修改第二极限L21-L2N中相应的一个。因此，在系统严重失效之前，根据诸如过充电或过放电的电池2的状态，可以将第二极限L21-L2N中相应的一个修改到适当的值，第三极限。可以保护电池2。
因为根据诸如由HLCON16估算的发电量的估算结果设定第一极限L1，因此第一极限L1不可靠。然而，可以将第一极限L1修改成为第三极限的值，所述第三极限反映了每一个电池2的状态。HLCON16可仅指示第一极限L1，而不监控电池组中的每一个的状态和电池组1的总数。第一极限L1可以被转换成最终适于电池2的状态的控制指令的值，即第三极限L31-L3N。
在相应的BMU15中的LCMF来设定第三极限，所述LCMF可以检测和识别关于电池2的详细信息。因此，可以在不需要发出关于电池2的诸如关于电池单元的信息的信息而根据电池2的状态设定第三极限L31-L3N。因此，可以减少通信负载。
在第一实施例中，用于主功能的电池管理单元15a中的中央管理功能块被配置成通过使第一极限L1平均除以电池组1的总数来分配关于第二极限L21-L2N的信息。
因此，MSTBMU15a中的电池管理单元可以容易地将第一极限L1分成第二极限L21-L2N并将所述第二极限分配给每一个电池组1中相应的LCMF。
因为通过使第一极限L1除以电池组1的数量来设定第二极限L21-L2N，因此第二极限L21-L2N的总数量不会超过第一极限L1。因此，可以反应HLCON16对多个电池2充电和放电控制的意图。
用于MSTBMU15a中的CNMF的块从HLCOM16检索被设定为限制充电和放电阶段中的电流值或电力值的第一极限L1。用于每一个BMU15中的LCMF的块通过使用映射根据电池组中的单元电池的温度和单元电池的电压设定电池2的放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)。
每一个BMU15具有存储是映射的存储装置。映射显示电池单元温度、电池单元电压、放电极限Pmin(t)和充电极限Pmax(t)之间的关系。可以根据实验工作预先确定映射。当第二极限L21-L2N在介于放电极限与充电极限之间的范围内时，LCMF分配第二极限L21-L2N作为第三极限L31-L3N。
电池组1中的电池管理单元15中的本地管理功能块修改来自中央管理功能块的第二极限L21-L2N以设定第三极限L31-L3N。根据显示电池组中的电池2的状态的过充电、过放电和过温度中的至少一个或其组合修改第二极限L21-L2N。电池管理单元15中的本地管理功能块被配置成调节相应的第三极限L31-L3N。
本地管理功能块响应于检测到电池组1中的电池2中的过充电、过放电和过温度中的至少一个将第三极限L31-L3N调节到0(零)，而与第二极限L21-L3N无关。可选地，本地管理功能块可以响应于检测到电池组1中的电池2中过充电、过放电和过温度中的至少一个将第三极限L31-L3N调节到减小的值，而与第二极限L21-L3N无关。即使在诸如过充电、过放电或过温度的异常状态下也可以安全地控制电池。
当第二极限L21-L2N在介于放电极限与充电极限之间的范围内时，本地管理功能块使用第二极限L21-L2N作为第三极限L31-L3N“ireq”。当第二极限L21-L3没有在放电极限与充电极限之间的范围内时，本地管理功能块将第三极限L31-L3N调节到充电极限或放电极限，而与第二极限L21-L3N无关。
换句话说，电池管理单元15中的本地管理功能块被配置成根据电池2中的温度和电压计算充电极限和放电极限。电池管理单元15中的本地管理功能块被配置成将第三极限L31-L3N提供给BDPS12。电池管理单元15中的本地管理功能块被配置成提供被调节为在放电极限与充电极限之间的范围内的第三极限L31-L3N。在控制给电池2充电和使电池2放电中，可以考虑由本地管理功能块监控的电池2的状态以提供适当的控制。
由电池组1中的本地管理功能块设定第三极限。因此，可以根据电池2的状态设定第三极限L31-L3N。另外，不需要将诸如电池单元的温度的本地信息发送给其它功能块，因此可以减少通信负载。
第二实施例
在随后的实施例中，主要说明与先前的实施例不同的结构和特征，并且先前实施例中的相同或相应的部件可以通过使用相同的附图标记或符号表示以免累赘。在第一和第二实施例中，相同的部件由相同的附图标记或符号表示。对于这些部件，可以合并先前的描述。
图5是显示根据本公开的第二实施例的电池系统的电力线图。电池系统还具有DC侧电源13。DC侧电源13连接到DC线9。DC侧电源13具有多个太阳能发电装置。太阳能发电装置中的每一个都经由DC／DC转换器(DC／DC)14连接到直流线9。根据本实施例，可以通过DC线9由DC侧电源13给电池组1中的每一个中的电池2充电。另外，或可选地，可以从DC侧电源13将电力供应给连接到DC线9的DC负载11a-11c。
可以通过图2说明第二实施例中的用于给电池充电和使电池放电的控制系统。在第二实施例中，MSTBMU15a中的CNMF也设定第二极限L21-L2N并将第二极限L21-L2N分配给电池组1。在第二实施例中，CNMF根据电池组1中相应的一个的充电和放电状态执行设定和分配功能。详细地，CNMF根据电池组1中相应的一个的SOC执行设定和分配功能。因为通过考虑电池组1的状态执行极限L1到电池组1的分配，因此可以避免或减少电池组1中的每一个的过载或过度工作。
图6显示用于设定第二极限L21-L2N的过程。
当过程开始时，在S61中，MSTBMU15a中的块输入来自存储装置的第一极限L1。MSTBMU15a具有存储从HLCON16重复接收并被重复更新的第一极限L1的存储装置。在S62中，MSTBMU15a根据电池2中相应的一个的性能比设定第二极限L2i(i＝1-N)以通过电池组1共享第一极限L1。电池2的性能比显示一个电池2的性能与系统中的电池2的总性能的比值。
详细地，电池2可以在放电和充电期间以不同的方式工作。因此，在该实施例中，在放电阶段和充电阶段使用不同的比值。当系统要求电池2放电时，在放电阶段，电池2的性能可以由放电SOC比DHR表示。DHR显示一个电池2的可放电电力与电池2的总可放电电力的比值。DHR的值为0到1.0。当系统要求给电池2充电时，在充电阶段，电池2的性能可以由充电SOC比CHR表示。CHR显示一个电池2的可充电电力与电池2的总可充电电力的比值。CHR的值从0到1.0。因此，在该实施例中，根据电池2的性能比(例如，DHR和／或CHR)分配第一极限L1。对电池组1中的每一个计算DHR和CHR。将存在DHRi(i＝0至N)和DHRi(i＝0至N)。
在放电阶段，MSTBMU15a根据值Bi(i＝1至N)将第一极限L1分成第二极限L2i(i＝1至N)。根据DHR划分第一极限L1。接着，MSTBMU15a将第二极限L2i赋予给电池组1中相应的一个。设定第二极限L2i使得值Bi变得越大，电池2放出更多的电力。因此，当值Bi变得越大并且占总SOC的部分越多时，一个电池2放出更多的电力。
在系统具有“N”个电池组1的情况下，每一个电池组1都具有SOC值B1、B2……BN。可以通过使Bi除以总SOC来计算比值DHRi，即，DHRi＝Bi／(B1+B2+……BN)。可以通过将DHRi应用到第一极限L1来计算第二极限L2i。因此，可以根据可放电电容量的比值划分第一极限L1。换句话说，当电池2被充以更多量的电力时，即，具有较大的SOC的值Bi时，一个电池组1被赋予值变得较大的第二极限L2i。因此，当一个电池组1具有较大的SOC的值Bi时，允许一个电池组1放出较大电力。可选地，代替SOC，可以使用电池2的输出端子上的电压。
在充电阶段，MSTBMU15a根据值Bi(i＝1至N)将第一极限L1分成第二极限L2i(i＝1至N)。根据CHR划分第一极限L1。接着，MSTBMU15a将第二极限L2i赋予给电池组1中相应的一个。设定第二极限L2i使得值Bi变得越小，电池2被充以更多的电力。因此，当值Bi变得越小并且占总SOC的部分越少时，一个电池2被充以更多的电力。
可以通过使100-Bi除以总可充电电容量来计算CHRi，即，CHRi=(100-Bi)／(100-B1)+(100-B2)+……(100-BN))。可以通过将CHRi应用到第一极限L1来计算第二极限L2i。因此，可以根据可充电电容量的比值划分第一极限L1。换句话说，当电池2被充有少电力量时，即，具有较小的SOC的值Bi时，一个电池组1被赋予值变得较大的第二极限L2i。因此，当一个电池组1具有较小的SOC的值Bi时，允许一个电池组1被充有大电力。
在该实施例中，系统具有连接到DC线9的DC侧电源13。可以经由DC线9从DC侧电源13给电池2充电。可以经由DC线9将来自DC侧电源13的电力供应给DC负载11a-11c。
用于主功能的电池管理单元15a中的中央管理功能块被配置成根据电池组1的充电状态的值分配与第二极限L21-L2N有关的信息。MSTBMU15a被配置成根据电池组1的充电和放电状态的值分配与第二极限L21-L2N有关的信息。据此，因为考虑到每一个电池组1的充电和放电状态的来执行第二极限L21-L2N的分配，因此可以提高之后控制器精确地进行计划的充电和放电的可能性，并且可以有效地执行充电和放电。
在该实施例中，设定第一至第三极限以满足以下关系：L1>L21-L2N>=L31-L3N.
控制器16控制到电池组1的第一极限L1。在电池组1中，中央管理功能块监控电池2的充电和放电电容量和电池2中的诸如SOC的充电量。中央管理功能块将第一极限L1分配给第二极限L21-L2N。本地管理功能块根据电池2的状态将第二极限修改成第三极限L31-L3N。
因为根据诸如由控制器16估算的发电量的估算结果设定第一极限L1，因此第一极限L1不可靠。然而，可以将第一极限L1修改成为第三极限的值，所述第三极限反映了每一个电池2的状态。。根据该配置，控制器16可以在不监控电池组1中的每一个的状态和电池组1的总数量的情况下仅指示第一极限L1。第一极限L1最后可以被转换成适于电池2的状态的控制指令的值，即第三极限L31-L3N。
反之，可能存在充电电流或放电电流不能被限制在由控制器16计划的水平的问题。充电电流和放电电流可以被充电电力(功率)和放电电力(功率)替代。然而，该问题可以通过执行模型预测控制同时监控整个电池2的SOC等来解决。例如，如日本专利申请第2011-161465中所公开的，控制器16可以对每一个控制周期校正第一极限L1，即，计划安排表。因此，鉴于长期目的，可以反应控制器16对充电电流控制或放电电流控制的意图。
本实施例中的对第三极限L31-L3N的计算过程与图6中所述的相同。因此，在本实施例中，如下执行每一个BMU15中的本地管理功能块中的极限值的修改。如图6所示，MSTBMU15a通过根据关于电池组1中的每一个中的电池2的剩余电容量的信息修改第一极限L1来计算与关于电池组1中的剩余电容量的信息相匹配的第二极限L21-L2N。可以由SOC提供关于电池组1中的每一个中的电池2的剩余电容量的信息，并且可以由电池的端子上的电压代替所述信息。
接着，类似于图4中所示，例如S43，每一个BMU15检测过充电、过放电或、过温度，并将第三极限L31-L3N或ireq设定到0(零)以在系统达到严重失效之前限制充电电流或放电电流。充电电流或放电电流可以被充电电力(功率)或放电电力(功率)代替。每一个BMU15可以将第三极限L31-L3N或ireq设定到可以避免系统严重失效的减小的值。即，每一个BMU15设定第三极限L31-L3N(ireq)以当检测到诸如电池2的单元的过温度的异常时将充电电流或放电电流控制到0(零)。
如S42所示，在系统可能由过充电或过放电引起严重失效之前，每一个BMU15将第三极限L31-L3N(ireq)设定到0(零)，而与第二极限L21-L2N无关。如S42所示，在系统可能由于电池2中的单元的温度的过度增加导致严重失效之前，每一个BMU15还将第三极限L31-L3N(ireq)到0(零)，而与第二极限L21-L2N无关。
在没有关于诸如过充电、过放电或过温度的失效的信息的情况下，每一个BMU15以以下方式设定第三极限L31-L3N(ireq)。在S44中，每一个BMU将第三极限L31-L3N(ireq)设定到在充电极限与放电极限之间的范围内的第二极限L21-L2N的相应值。充电极限还可以被称为最大充电电流。放电极限还可以称为最大放电电流。在S45中，每一个BMU将第三极限L31-L3N(ireq)设定到充电极限或放电极限的对应值。
因此，每一个BMU15执行反失效措施，同时根据关于每一个电池组1中的电池2的剩余充电电容量的信息尽可能大地设定第三极限。反失效措施包括针对诸如过充电和过放电的过载的措施和针对诸如每一个电池组1中的电池2的单元温度的过温度的过温度的措施中的至少一个。因为每一个电池组1可以执行防失效措施，因此与以遥控方式检测失效并执行反失效措施的系统相比较，可以减少通信负载。
其它的实施例
已经描述了本公开的优选实施例。然而，本公开不局限于上述实施例，而是可以在不背离本公开的精神和范围的情况下以多种方式修改以上实施例。上述实施例的配置仅是示例。因此就广义而言，所述示例不受限于所示和所述的具体细节、代表性设备和示例性示例。本公开的范围由权利要求的保护范围显示，并且还包括等于并在权利要求的保护范围的相同范围内的变化。
在上述实施例中，电池组是固定式的。然而，至少一个电池组或所有电池组可以由诸如安装在车辆上的电池的可移动电池提供。例如，系统通过将电池连接在车辆上来提供电池组。在这种情况下，可以通过改变车辆的数量改变电池的数量。每一个车辆都具有作为SLVBMU或MSTBMU工作的BMU。第一、第二和第三极限可以被设置为限制的电流值或功率值。
在上述实施例中，响应于诸如过充电、过放电和过温度的异常事件，第三极限被设定到0(零)。可选地，第三极限可以被设定为允许从异常事件的恢复措施的减小值。
虽然已经参照本公开的实施例描述了本公开，但是要理解的是本公开不局限于所述实施例和结构。本公开旨在涵盖各种修改和等效结构。另外，虽然各种组合和结构是优选的，但是包括或多或少或仅单个元件的其它组合和结构也在本公开的精神和保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池系统，包括：
多个电池组(1)；
DC线(9)，电池组连接到所述DC线；和
控制器(16)，所述控制器将控制指令发送给电池组，其中电池组中的每一个包括：电池(2)；给电池充电和使电池放电的双向电源电路(12)；和检测电池的失效信息和电池的充电状态的电池管理单元(15)，电池的失效信息是指示电池组(1)中的电池(2)的过充电、过放电或过温度中的一个的信息，以及其中
选自电池组(1)中的一个电池组(1a)具有电池管理单元(15a)，所述电池管理单元具有执行主功能的中央管理功能块，以及其中
电池组(1)中不执行主功能的其余电池组(1b，1n)中的每一个具有电池管理单元(15b，15n)，所述不执行主功能的其余电池组的电池管理单元被配置成通过用于主功能的电池管理单元(15a)从控制器(16)接收控制指令，以及其中
用于主功能的电池管理单元(15a)被配置成将与多个电池组(1)的失效信息和电池组(1)的充电状态有关的电池组信息发送给控制器(16)，以及其中
控制器(16)被配置成根据接收到的电池组信息和由控制器(16)控制的整个系统的控制方案将作为控制指令的与第一极限(L1)有关的信息提供给用于主功能的电池管理单元(15a)，以及其中
所述与第一极限(L1)有关的信息包括限制电池组(1)中的电池(2)的充电量或放电量的信息，以及其中
用于主功能的电池管理单元(15a)被配置成接收所述与第一极限(L1)有关的信息并根据第一极限(L1)将与第二极限(L21-L2N)有关的信息分配给电池组(1)中的本地管理功能块中的每一个，以及其中
电池组(1)中的本地管理功能块中的每一个都被配置成接收与第二极限(L21-L2N)有关的信息的分配并根据电池组(1)中相应的一个电池组的电 池(2)的失效信息或充电状态将与第三极限(L31-L3N)有关的信息提供给电池组(1)中相应的一个电池组中的双向电源电路(12)。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中
第一极限(L1)大于第二极限(L21-L2N)中的每一个，并且第二极限(L21-L2N)中的每一个等于或大于第三极限(L31-L3N)中相应的一个。
3.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中
用于主功能的电池管理单元(15a)中的中央管理功能块被配置成通过使第一极限(L1)平均除以电池组(1)的总数量而分配与第二极限(L21-L2N)有关的信息。
4.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中
用于主功能的电池管理单元(15a)中的中央管理功能块被配置成根据电池组(1)的充电状态的值而分配与第二极限(L21-L2N)有关的信息。
5.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中
电池管理单元(15)中的本地管理功能块被配置成根据电池组(1)中相应的一个电池组的电池(2)的失效信息提供第三极限(L31-L3N)。
6.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中
电池管理单元(15)中的本地管理功能块被配置成根据电池(2)中的温度和电压计算充电极限和放电极限，以及其中
电池管理单元(15)中的本地管理功能块被配置成提供在放电极限与充电极限之间的范围内被调节的第三极限(L31-L3N)。
7.根据权利要求6所述的电池系统，其中
电池管理单元(15)中的本地管理功能块被配置成调节第三极限(L31-L3N)，其中
本地管理功能块响应于检测到电池组(1)中的电池(2)的过充电、过放电 和过温度中的至少一个将第三极限(L31-L3N)调节到0(零)或减小的值，而与第二极限(L21-L2N)无关，以及其中
当第二极限(L21-L2N)没有在放电极限与充电极限之间的范围内时，本地管理功能块将第三极限(L31-L3N)调节到充电极限或放电极限，而与第二极限(L21-L2N)无关。
8.根据权利要求1或2所述的电池系统，其中
控制器具有计划功能块，所述计划功能块根据显示至少包括DC线(9)上的DC负载(11)的负载(6-7，11)上的电力需求的估算值的信息和来自用于主功能的电池管理单元(15a)的与电池组(1)的充电状态有关的电池组信息，计划使来自工业电源(100)的电力消耗最小化的充电和放电安排表，以及其中
控制器根据计划的安排表设定第一极限(L1)并将第一极限(L1)提供给用于主功能的电池管理单元(15a)。
9.根据权利要求8所述的电池系统，进一步地包括：
AC线(4)，所述AC线经由AC/DC变换器(10)连接到DC线(9)并连接到工业电源(100)。
10.根据权利要求1或2所述的电池系统，进一步包括：
连接到DC线(9)的DC侧电源(13)。
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