CN103988385B - 能量存储系统平衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能量存储系统(10)平衡装置(16)，所述能量存储系统平衡装置被布置来执行彼此不连接并且不与外部负载(14)连接的多个能量存储系统(10)的充电状态的平衡处理。所述存储系统(10)的每一个被划分为多个单元，并且其中，每一个存储系统(10)中布置至少一个均衡装置(11)，以平衡在所述系统内的所述单元。所述平衡装置(16)被布置来至少从所述均衡装置收集关于在每一个存储系统(10)中的至少一个单元的电压的信息，并且基于所述收集的信息来确定所述存储系统(10)的平衡状态。所述平衡装置(16)进一步被布置来根据所述平衡状态来确定目标单元电压，并且向每一个均衡装置提供所述目标电压以控制所述单元的所述平衡。

Description

能量存储系统平衡装置

技术领域

本发明涉及能量存储系统平衡装置，该能量存储系统平衡装置被布置来执行彼此不连接和与至少一个外部负载不连接的多个能量存储系统的充电状态的平衡处理。本发明也涉及一种车辆系统。它进一步涉及一种用于执行所述平衡处理的方法。

背景技术

在许多应用中使用通常被称为电池的可充电和可放电的电能存储系统。因为混和电动车辆的引入，所以对于优化电池的需要已经增加，以便能够优化电能的充电、存储和使用。

电池模块每一个具有串联和/或并联连接的多个电池单元(电单元)。充电-放电特性可以在多个电池单元之间不同。因此，优选的是，独立地控制各个电池单元的充电-放电，以便平衡在电池内的单元，以防止将电池单元过充电或过放电。

因此，每一个电池包括至少一个均衡系统，其被布置来平衡在电池内的单元。如果电池包括被安装在一起以形成电池的电池模块，并且如果使用一个均衡系统来控制一个或多个单元，则均衡系统的数量可以根据单元的数量而不同。虽然均衡系统的数量如此，但是通过所述系统来监控和管理电池的所有单元，以保证电池时间和容量上的优化。

US 2011/0127963公开了一种均衡装置。该装置被布置来执行串联连接的多个电池单元的充电状态的均衡处理，其中，将该多个电池单元划分为多个组。均衡装置包括：检测器，其被布置来检测该多个电池单元的充电状态；选择器，其被布置来基于由检测器检测的充电状态来选择多个组的任何一个；以及，均衡处理单元，其被布置来通过选择性地使得属于由选择器选择的组的电池单元放电来执行均衡处理。

当并联连接两个或更多的电池时，重要的是，它们在相同的充电状态(SOC)中，以便具有功率的均匀分布和相同的使用期限。一旦电池彼此连接，则它们将努力达到相同的电压电平，因为它们彼此物理连接。这是所要的特征，因为如果时间足够长，则它们将达到相同的封装电压，并且通过这一点，相同的SOC电平允许温度被保持稳定。通过这一点，在系统中的电池将试图共享工作负载，并且均匀地分布能量。

因此，存在保证不同电池的充电状态(SOC)相同以便具有功率的均匀分布和相等的使用期限的挑战。如果电池在彼此连接时具有不同的SOC，则它们不会自动会聚到相同的SOC，即使它们稳定到相同的电压电平。这也导致使用期限在电池之间不同。如果在由不平衡的电池引起的不同SOC下使用电池，则存在一个电池被过量使用并且因此具有加速老化的风险。

发明内容

因此，本发明的目的是保证充电状态对于彼此连接的多个电池相同。

通过一种能量存储系统平衡装置来解决本发明的目的，所述能量存储系统平衡装置被布置来执行彼此不连接并且不与外部负载连接的多个能量存储系统的充电状态的平衡处理。所述存储系统的每一个被划分为多个单元，并且在各个存储系统中布置至少一个均衡装置，以平衡在所述系统内的单元。所述平衡装置被布置来至少从所述均衡装置收集关于在各个存储系统中的至少一个单元的电压的信息，并且基于所述收集的信息来确定所述存储系统的平衡状态。所述平衡装置进一步被布置来根据所述平衡状态来确定目标单元电压，并且向各个均衡装置提供所述目标电压以控制所述单元的所述平衡。

过一种车辆系统来进一步实现本发明的目的，所述车辆系统包括根据权利要求1-5的任何一项所述的能量存储系统平衡装置。

通过一种用于彼此不连接并且不与外部负载连接的多个能量存储系统的充电状态的平衡处理的方法来进一步实现本发明的目的。所述存储系统的每一个被划分为多个单元，并且在各个存储系统中布置至少一个均衡装置来用于平衡在所述系统内的单元。所述平衡装置执行步骤：

-至少从所述均衡装置收集关于在各个存储系统中的至少一个单元的电压的信息，

-基于所述收集的信息来确定所述存储系统的平衡状态，

-根据所述平衡状态来确定目标单元电压，

-向各个均衡装置提供所述目标电压以控制所述单元的所述平衡。

使用本发明，将电池控制得在相同的充电状态区域，这意味着它们将具有相同的功率性能和能量性能。这也意味着电池被等同地使用，并且将同时地变差。总是知道电池组的剩余容量，并且将优化使用期限。而且，将电池连接在一起而不是增加在一个电池中的单元将具有更多的益处。

附图说明

现在参考附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1图示了用于示出能量存储系统的配置的框图。

图2图示了用于示出布置的配置的框图，该平衡多个能量存储系统的布置作为平衡装置。

图3以流程图示出了根据本发明的方法。

具体实施方式

下面描述的具有进一步的发展的本发明的实施例要被仅看作示例，并且绝不限制由专利权利要求提供的保护范围。

本发明涉及一种能量存储系统平衡装置和车辆系统，其被布置来执行彼此断开并且与至少一个外部负载断开的多个能量存储系统的充电状态的平衡处理。即使详细说明主要描述了平衡装置，本领域内的技术人员也认识到也在说明书中公开了用于平衡处理的方法。

图1图示了用于示出在下面通过电池例示的能量存储系统10的配置的框图。本领域内的技术人员认识到，包含必要特征的其他能量存储系统也涵盖在本发明内。电池具有串联和/和并联连接的多个电池单元13(电单元)。图1的电池架构是意欲说明可以在电池内并联或串联地布置单元的示例。

充电-放电特性可以在多个电池单元13之间不同。因此，为了保证充电状态的平衡，各个电池单元被均衡装置11独立地控制。这是为了防止电池被过充电或过放电。因此，每一个电池包括被布置来平衡在电池内的单元的至少一个均衡系统。

如果电池包括被安装在一起以形成电池的电池模块，并且如果一个均衡系统用于控制一个或多个单元，则均衡系统11的数量可以根据单元13的数量而不同。不管均衡系统的数量，电池的所有单元被所述系统监控和管理以保证电池随着时间和在容量上的优化。将不在本专利申请中描述关于均衡装置的细节，并且本领域内的技术人员可以认识到可以将不同类型的均衡装置用于本发明。如在下面所示，关于单独电池的充电状态的信息将被收集和用于进一步的平衡处理。

当并联连接两个或更多电池时，重要的是，它们在相同的充电状态(SOC)，以便具有功率的均匀分布和相等的使用期限。因此，一种挑战是保证不同电池的充电状态(SOC)相同，以便具有功率的均匀分布和相等的使用期限。如果电池在彼此连接时具有不同的SOC，则它们将不自动会聚到相同的SOC，即使它们稳定到相同的电压电平。这也将导致使用期限在电池之间不同。

因此，本发明提出了一种能量存储系统平衡装置16，参见图2，其被布置来执行多个能量存储系统的充电状态的平衡处理。为了执行所述平衡，所述能量系统彼此断开，并且与所有的外部负载14断开。平衡装置优选地被布置来在确定平衡状态之前将存储系统彼此断开和与负载断开。

特别表征平衡装置16的是，它被布置来至少从均衡装置11收集关于在各个存储系统10中的至少一个电池13的电压的信息，并且基于所收集的信息来确定存储系统10的平衡状态。该装置被进一步布置来根据平衡状态来确定目标单元电压，并且向各个均衡装置提供目标电压，以控制单元13的所述平衡。

这意味着平衡装置16经由连接17来从均衡装置13收集关于电压的信息。这些连接是有线的或无线的，并且优选地基于适当的协议(数字信息)。本领域内的技术人员认识到在本发明的范围内包含不同的连接。平衡装置然后向均衡装置发回目标电压值，并且所述装置使用该信息来将单元平衡(充电、放电)到大体相同的电压电平。

因此，本发明的范围是控制意欲彼此连接的每一个能量存储系统10中的各个单元13中的平衡。该控制基于在各个能量存储系统中的各个单元的充电状态的确定。基本条件是能量存储系统(电池组)10当平衡过程开始时不彼此连接或不连接到负载14。

使用本发明，电池被控制在相同的充电状态区域中，这意味着它们具有相同的功率性能和能量性能。这因为意味着电池被等同地使用，并且将同时变差。将总是知道电池组的剩余容量，并且将优化使用期限。而且，将电池连接在一起而不是增加在一个电池中的单元将具有更多的益处。

本发明也涉及一种用于确定所述平衡处理的方法。在所述方法中，执行下面的四个步骤，参见图3：

1.平衡装置16从均衡装置11至少收集19关于在每一个存储系统中的至少一个单元13的电压的信息。

2.所述平衡装置16基于所述收集的信息进一步确定20存储系统10的平衡状态。

3.所述平衡装置16根据平衡状态来进一步确定21目标单元电压。

4.所述平衡装置16向各个均衡装置11提供22目标电压，以控制单元13的所述平衡。

一种车辆系统可以包括能量存储系统平衡装置。这意味着平衡可以当车辆已经被关断(钥匙切断)时开始，并且平衡装置同时将存储系统彼此断开并且从负载断开。然后，当关断钥匙时，测量能量存储系统(电池组)的状态。

如果能量存储系统不平衡，则平衡处理包括过程，其中，平衡装置16将存储系统10放电和/或充电，以获得用于所述存储系统的相同或类似的充电状态。充电和放电优选地被协调，使得平衡过程尽可能有效(能量损失、时间)。

本发明不限于用于实现能量存储系统的有效充电/放电的充电/放电过程。可以通过充电器15来执行充电，并且可以通过经由电阻燃烧能量来执行放电，该电阻或者是在能量存储系统中通常使用的电阻或者如果必要也在外部电阻上燃烧能量。

如果在车辆系统中布置平衡装置16，则车辆系统可以使用存储系统的放电和/或充电来有助于实现所述存储系统的相同或类似的充电状态。然后车辆系统执行充电(来自发电机、外部电源或类似品的功率)。通过在车辆系统中连接负载14来执行放电。

平衡装置16优选地通过控制开关18来控制充电和放电。通过开关的选择性耦合和去耦，能量存储系统可以彼此连接或断开、与负载14或充电器15连接或断开。使用负载14和充电器15的原因是获得有益的启动条件，并且/或者均衡能量存储系统的启动条件，这将导致能量存储系统的改善和更快的平衡。

平衡装置16可以进一步从均衡装置收集关于至少一个单元的温度的信息。优选的是，当确定充电状态时考虑温度和滞后差别。在本发明内包含从均衡装置收集并且用于确定每一个能量存储系统的充电状态的任何信息。

平衡装置优选地被布置来向在它所连接到的所有存储系统10中的各个均衡装置11提供目标电压。而且，能量存储系统10平衡装置16进一步被布置来在存储系统彼此断开和从负载断开后等待平衡状态的确定，直到已经过去一时间段。以这种方式，保证了能量存储具有时间来进入不工作模式，并且由此，确定将导致更好的结果。20分钟的时间段可以优选地用在车辆系统内。

虽然已经上述了本发明的优选实施例，但是应当明白，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，改变和修改对于本领域内的技术人员是显然的。因此，本发明的范围要唯一被所附的权利要求确定，如在说明书和附图中所解释。

图2示出平衡装置16如何操作开关18以便断开和连接能量存储系统11以充电和放电。在平衡过程期间，能量存储系统从在运行期间它向其提供能量的系统断开。如果平衡装置被布置在车辆中，则平衡装置操作其他开关(未示出)，以便将存储系统与车辆系统断开和连接。当钥匙被关断时，能量存储系统与车辆系统断开。当钥匙接通时，能量存储系统再一次连接到车辆系统以提供用于操作车辆的能量。当存储系统再一次连接到车辆系统时，中断本发明的平衡过程。

Claims (8)

1.一种能量存储系统(10)平衡装置(16)，所述能量存储系统平衡装置被布置来执行适于并联连接的多个能量存储系统(10)的充电状态的平衡处理，其中，所述能量存储系统(10)的每一个被划分为多个单元(13)，并且其中，各个能量存储系统(10)中布置至少一个均衡装置(11)，以平衡在所述能量存储系统内的所述单元(13)，其特征在于，

所述平衡装置(16)被布置来：

-在确定平衡状态之前，将所述能量存储系统彼此断开和与外部负载(14)断开，

-至少从所述均衡装置(11)收集关于在各个能量存储系统(10)中的至少一个单元(13)的电压的信息，

-基于所收集的信息来确定所述能量存储系统(10)的平衡状态，

-根据所述平衡状态来确定目标单元电压，

-向各个均衡装置(11)提供所述目标单元电压以控制所述单元(13)的所述平衡，并且

-将所述能量存储系统放电和/或充电，以实现所述能量存储系统的相同的充电状态。

2.根据权利要求1所述的能量存储系统(10)平衡装置(16)，其中，所述平衡装置(16)被进一步布置来从所述均衡装置收集关于至少一个单元的温度的信息。

3.根据权利要求1所述的能量存储系统(10)平衡装置(16)，其中，所述平衡装置被布置来向在它所连接的所有能量存储系统中的各个均衡装置提供所述目标单元电压。

4.根据权利要求2所述的能量存储系统(10)平衡装置(16)，其中，所述平衡装置被布置来向在它所连接的所有能量存储系统中的各个均衡装置提供所述目标单元电压。

5.根据权利要求1至4中的任何一项所述的能量存储系统(10)平衡装置(16)，其中，所述平衡装置被布置来在所述能量存储系统彼此断开和与所述负载断开之后等待所述平衡状态的所述确定，直到已经过去了一时间段。

6.一种车辆系统，包括根据权利要求1-5的任何一项所述的能量存储系统平衡装置。

7.根据权利要求6所述的车辆系统，其中，所述车辆系统被布置来将所述能量存储系统放电和/或充电，以实现用于所述能量存储系统的相同的充电状态。

8.一种用于适于并联连接的多个能量存储系统(10)的充电状态的平衡处理的方法，其中，所述能量存储系统的每一个被划分为多个单元(13)，并且其中，在各个能量存储系统(10)中布置至少一个均衡装置(11)以平衡在所述能量存储系统(10)内的所述单元(13)，其特征在于，所述平衡装置(16)执行步骤：

-在确定平衡状态之前，将所述能量存储系统彼此断开和与外部负载(14)断开，

-至少从所述均衡装置(11)收集(19)关于在各个能量存储系统中的至少一个单元(13)的电压的信息，

-基于所收集的信息来确定(20)所述能量存储系统(10)的平衡状态，

-根据所述平衡状态来确定(21)目标单元电压，

-向各个均衡装置(11)提供(22)所述目标单元电压以控制所述单元(13)的所述平衡，并且

-将所述能量存储系统放电和/或充电，以实现所述能量存储系统的相同的充电状态。