CN104701926A - 电池系统和将电池连接到电池系统的方法 - Google Patents

电池系统和将电池连接到电池系统的方法 Download PDF

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Abstract

公开了电池系统和将电池连接到电池系统的方法。在一个方面，该电池系统包括：至少一个第一电池；第二电池；第一开关，其被配置为将第二电池并联连接到第一电池；以及第二开关和电阻器，它们串联连接并被配置为将第二电池并联连接到第一电池。第一开关和第二开关并联连接。电池系统还包括电池管理系统(BMS)，其被配置为接通第二开关以便将第二电池连接到第一电池。BMS还被配置为当第二电池和第一电池之间的电压差达到预定值时断开第二开关并且接通第一开关。

Description

电池系统和将电池连接到电池系统的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年12月3日向韩国知识产权局提交的第10-2013-0148994号韩国专利申请的权益，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
所描述的技术一般涉及电池系统和连接电池的方法。
背景技术
为了防止环境破坏、资源枯竭等问题，目前正在研究能够存储能量并有效地使用和供应所存储的能量的系统。除了这样的系统之外，可再生能源的重要性日益增加。相比于传统的电力生成方法，可再生能源的生成产生更少污染或没有污染。能量存储系统是连接可再生能源、存储电力的电池系统、以及现有电网的系统。鉴于近来的环境变化，已经在这个领域进行了大量研究。
发明内容
本发明的一方面是包括控制装置的电池系统和连接电池的方法，该控制装置使得电池能够稳定地连接到电池系统。
另一方面是电池系统，其包括：第一开关，其设置在通过并联连接多个第一电池所配置的模块与第二电池之间的路径上；第二开关，其并联连接到第一开关；电阻元件，其串联连接到第二开关；和电池管理系统(BMS)，其被配置为接通第二开关以便连接第二电池和所述模块，并且当第二电池与所述模块之间的电压差达到预定值时接通第一开关。
BMS可以测量第二电池的电压，并从邻近第二电池的第一电池的BMS接收模块的电压。
BMS可以通过控制第二开关的占空比来控制第二开关的通/断。
BMS可以以在最初操作第二开关时预先确定的占空比来控制第二开关的通/断，并且逐渐增加占空比。
当流经电阻元件的电流达到预定临界电流值时，BMS可以增加占空比，并且通过减小临界电流值来重置占空比。
电池系统还可以包括温度测量单元，其被配置为测量电阻元件的温度。
BMS可以控制第二开关的占空比，以使得由温度测量单元测量的电阻元件的温度保持在预定的危险温度或更低温度。
BMS可以当电阻元件的温度达到预定的危险温度时将第二开关的占空比设置为低于最初设置的占空比，而且当电阻元件的温度达到预定的安全温度时将第二开关的占空比设置为高于最初设置的占空比。
电阻元件可以是可变电阻器。
在第二开关接通之后，BMS可以随着时间消逝而减小可变电阻器的电阻。
BMS可以当流经可变电阻器的电流下降到临界电流值或更小时减小可变电阻器的电阻，并且通过将临界电流值减小预定值来重置占空比。
BMS可以在接通第一开关的同时断开第二开关。
所述模块可以是被配置为具有多个并联连接的电池托盘的电池架，其将能量存储在能量存储系统中。第二电池可以是并联连接到电池架的电池托盘。
BMS可以被连接到多个电池托盘中的每一个，以监测电池托盘的电压、电流和温度。
另一方面是连接电池的方法，该方法包括：将第一开关连接到通过并联连接多个第一电池所配置的模块与第二电池之间的路径上；将第二开关和电阻元件并联连接到第一开关；控制第二开关以便连接第二电池和所述模块；以及当第二电池与所述模块之间的电压差达到预定值时接通第一开关。
控制第二开关可以包括如下步骤：(a)以预定的占空比来控制第二开关的通/断；(b)当流经电阻元件的电流达到预定的临界电流值时通过增加预定的占空比来重置占空比；(c)通过减小临界电流值来重置占空比；以及(d)重复执行步骤(a)至(c)，直至第二电池与所述模块之间的电压差达到预定值。
在控制第二开关时，可以控制第二开关的占空比，以使得电阻元件的温度保持在预定的危险温度或更低温度。
电阻元件可以是可变电阻器。控制第二开关可以包括以下步骤：(a)接通第二开关；(b)当流经可变电阻器的电流达到临界电流值时，减小可变电阻器的电阻；(c)通过降低临界电流值来重置占空比；以及(d)重复执行步骤(b)和(c)，直至第二电池与所述模块之间的电压差达到预定值。
另一方面是电池系统，其包括至少一个第一电池；第二电池；第一开关，其被配置为将第二电池并联连接到第一电池；第二开关和电阻器，其串联连接并被配置为将第二电池并联连接到第一电池，其中i)第一开关和ii)第二开关与电阻器并联连接；电池管理系统(BMS)，其被配置为：i)接通第二开关以便将第二电池连接到第一电池和ii)当第二电池和第一电池之间的电压差达到预定值时断开第二开关并且接通第一开关，而且其中所述BMS还被配置为控制第二开关的占空比。
BMS还可以被配置为：i)测量第二电池的电压，和ii)接收第一电池的电压。BMS还可以被配置为：i)当第二开关被最初接通时将第二开关的占空比设置为预定水平，和ii)当第一电池和第二电池之间的电压差减小时增加占空比。当流经电阻器的电流达到临界电流值时，BMS还可以被配置为i)增加占空比，和ii)减小临界电流值。电池系统还可以包括温度计，其被配置为测量电阻器的温度。BMS还可以被配置为控制第二开关的占空比，以使得电阻器的温度小于第一预定温度。
BMS还可以被配置为i)当电阻器的温度达到第一预定温度时降低第二开关的占空比，和ii)当电阻器的温度达到低于第一预定温度的第二预定温度时增加第二开关的占空比。电阻器可以是可变电阻器。BMS还可以被配置为在第二开关被最初接通之后随着时间消逝而减小可变电阻器的电阻。当流经可变电阻器的电流小于临界电流值时，BMS还可以被配置为i)减小可变电阻器的电阻，和ii)减小临界电流值。BMS还可以被配置为基本上同时断开第二开关和接通第一开关。
另一方面是将第一电池连接到电池架的方法，该方法包括：将第一电池连接到i)第一开关和ii)串联连接的第二开关和电阻器；控制第二开关，以便将第一电池连接到多个并联连接的第二电池；以及接通第一开关，以便当第一电池和第二电池之间的电压差达到第一预定值时将第一电池连接到第二电池，其中，所述BMS还被配置为控制第二开关的占空比。
控制第二开关可以包括：将第二开关的占空比设置为预定水平；当流经电阻器的电流达到临界电流值时，增加第二开关的占空比；减小临界电流值；以及重复所述设置、所述增加和所述减小，直至第一电池和第二电池之间的电压差达到预定值。该方法还可以包括控制第二开关的占空比，以使得电阻器的温度小于第一预定温度。电阻器可以是可变电阻器，而且控制第二开关可以包括：接通第二开关；当流经可变电阻器的电流达到临界电流值时，减小可变电阻器的电阻；减小临界电流值；以及重复所述接通、所述减小电阻和所述减小临界电流值，直至第一电池和第二电池之间的电压差达到预定值。
另一方面是电池架，其包括：第一端子；第二端子；并联电连接在第一端子和第二端子之间的多个电池，其中，每个电池经由串联连接的第二开关和电阻器连接到第一端子和第二端子之一；以及电池管理系统(BMS)，其被配置为：i)确定电池与第一端子和第二端子之间的端子电压之间的电压差是否大于预定值，和ii)当电池与所述端子电压之间的电压差大于预定值时降低所述电压差，其中所述BMS还被配置为控制第二开关之一的占空比。
电池架还可以包括分别对应于电池的多个电池管理系统(BMS)。每个电池可以经由i)第一开关和ii)串联连接的第二开关和电阻器电连接到第一端子和第二端子之一，而且每个BMS可以被配置为：i)当相应电池被最初连接到第一端子和第二端子时控制相应第二电池的占空比，和ii)当相应电池与端子电压之间的电压差小于预定值时接通第一开关。每个BMS还可以被配置为当相应电池的电压接近第一端子和第二端子之间的电压时，增加相应第二开关的占空比。每个BMS还可以被配置为：i)测量相应电阻器的温度，和ii)控制相应的第二开关的占空比以使得相应电阻器的温度小于预定值。
根据至少一个实施例，可以将电池稳定地连接到电池系统。
附图说明
图1是示出根据实施例的能量存储系统的配置的示图。
图2是示出根据实施例的电池系统的配置的示图。
图3示出根据实施例的电池架的配置的示图。
图4示出根据另一实施例的电池架的配置的示图。
图5是示出根据实施例的在新连接的电池托盘和电池架之间流动的电流的幅值的曲线图。
图6是示出根据实施例的当对第二开关的占空比进行控制时在新连接的电池托盘和电池架之间流动的电流的幅值的曲线图。
图7是示出根据实施例的连接电池的过程的流程图。
图8是详细示出根据实施例的控制第二开关的过程的流程图。
图9是详细示出根据另一实施例的控制第二开关的过程的流程图。
具体实施方式
电池系统可以存储外部供应的电力，并且将所存储的电力供应给外部系统。为了向电池系统提供必要的容量，电池系统包括多个并联连接的电池。当任何一个电池发生故障时或者当电池系统的容量增加时，可以将附加的电池连接到系统。
现在将参照附图更加充分地描述示例性实施例；然而，示例性实施例能够以不同形式具体体现，并且不应当被解释为限于本文所阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达示例性实施例的范围。
在附图中，为了清晰说明，可以夸大维度。应当理解的是，当元件被称为在两个元件“之间”时，在这两个元件之间可以只有该元件，或者也可以存在一个或多个中间元件。相同的参考标记指代相同的元件。
在下面的详细描述中，只是简单地以说明的方式示出和描述了本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施例可以以各种不同的方式进行修改，所有修改均不脱离所描述的技术的精神或范围。因此，附图和说明书将被视为在本质上是说明性的，而不是限制性的。此外，当一个元件被称为另一元件“上”时，它可以直接在该另一元件上，或间接在该另一元件上且在它们之间插入一个或多个中间元件。另外，当一个元件被称为“连接到”另一元件时，它可以直接连接到该另一元件，或间接地连接到该另一元件且在它们之间插入一个或多个中间元件。在下文中，相同的参考标记指代相同的元件。
图1是示出根据实施例的能量存储系统的配置的示图。
能量存储系统1向负载4供应从电力生成系统2和/或电网3接收的电力。
电力生成系统2使用能量源生成电力。电力生成系统2向能量存储系统1供应所生成的电力。电力生成系统2可以是，例如，太阳能电力生成系统、风力电力生成系统、潮汐电力生成系统、地热电力生成系统等。电力生成系统2可以是任何电力生成系统，其使用任何能源(例如太阳能热或地热)生成电力。特别地，使用太阳光生成电能量的太阳能电池可以被应用到能量存储系统1。通过使用能量存储系统1，来自电力生成系统2的电力可以被分配给家庭和工厂。电力生成系统2可以包括大容量能量系统，其包括多个电力生成模块而且通过每个电力生成模块来生成电力。
电网3可以包括发电厂、变电站、电力线等。如果电网3处于正常状态，则电网3将电力供应给能量存储系统1，以便将电力供应给负载4和/或电池系统20。此外，电网3从能量存储系统1接收电力。如果电网3处于异常状态，则电网3不将电力供应给能量存储系统1，而且能量存储系统1不将电力供应给电网3。
负载4消耗由电力生成系统2生成的电力、存储在电池系统20中的电力、和/或从电网3供应的电力。例如，家庭、工厂等可以被选择性地包含在负载4中。
能量存储系统1可以将由电力生成系统2生成的电力存储在电池系统20中，并将所生成的电力供应给电网3。能量存储系统1可以将存储在电池系统20中的电力供应给电网3，或者将从电网3供应的电力存储在电池系统20中。当电网3处于异常状态时，例如，当在电网3中出现电力故障时，能量存储系统1可以通过执行不间断电力供应(uninterruptible power supply,UPS)操作将电力供应给负载4。即使当电网3处于正常状态时，能量存储系统1也可以将由电力生成系统2生成的电力或者存储在电池系统20中的电力供应给负载4。
图1的实施例的能量存储系统1包括控制电力转换的电力转换系统(在下文中，称为“PCS”)10、电池系统20、第一开关30、第二开关40等。
PCS 10将从电力生成系统2、电网3和电池系统20接收到的电力转换成合适电网3、负载4和电池系统20的形式。PCS 10执行去往输入端子/来自输出端子的电力转换。这里，电力转换可以是在DC和AC之间、以及第一电压和第二电压之间中的至少一个。PCS 10在集成控制器15的控制下，根据操作模式将经转换的电力供应给是适当的目的地。PCS 10包括电力转换单元11、DC链路单元12、逆变器(inverter)13、转换器14和集成控制器15。
电力转换单元11是连接在电力生成系统2和DC链路单元12之间的电力转换设备。电力转换单元11将由电力生成系统2生成的电力传递到DC链路单元12。电力转换单元11的输出电压是DC链路电压。
根据电力生成系统2的类型，电力转换单元11可以包括诸如转换器或整流电路的电力转换电路。例如，当电力生成系统2生成DC电力时，电力转换单元11可以包括用于将电力生成系统2的DC电力的电压电平转换到DC链路单元的DC电力的电压电平的转换器。然而，当电力生成系统2生成AC电力时，电力转换单元11可以是用于将AC电力转换为DC电力的整流电路。特别地，当电力生成系统2是太阳能电力生成系统时，电力转换单元11可以包括最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)转换器，其执行MPPT控制从而根据太阳辐射、温度等的变化状态从电力生成系统2获得最大电力输出。当电力生成系统2不生成电力时，可以停止电力转换单元11的操作以最小化电力消耗。
由于电力生成系统2或电网3的瞬时压降、负载4的电力需求的突然变化或高程度等，DC链路电压可能变得不稳定。然而，DC链路电压必须稳定以便正常操作逆变器13和转换器14。DC链路单元12连接在电力转换单元11和逆变器13之间以保持DC链路电压。DC链路单元12可以包括，例如，大容量存储电容器等。
逆变器13是连接在DC链路单元12和第一开关30之间的电子转换设备。逆变器13可以包括用于在放电模式中将来自DC链路单元12的DC输出电压转换为用于电网3的AC电压的逆变器。逆变器13可以包括整流器电路，其在充电模式中整流从电网3输出的AC电压，并将经整流的AC电压转换为DC链路电压，以便来自电网3的电力可以存储在电池系统20中。即，逆变器13可以是输入和输出方向可变的双向逆变器。
逆变器13可以包括滤波器，用于从输出到电网3的AC电压中去除谐波。此外，逆变器13可以包括锁相环(PLL)电路，用于使从逆变器13输出的AC电压的相位与电网3的AC电压的相位匹配以便防止无功功率损耗。此外，逆变器13也可以执行诸如电压波动范围限制、功率因数校正、DC分离去除和瞬变现象保护等的功能。当不使用逆变器13时，可以停止逆变器13的操作以最小化电力消耗。
转换器14是连接在DC链路单元12和电池系统20之间的电力转换设备。转换器14包括用于在放电模式中将从电池系统20输出的电力的电压转换为用于逆变器13的DC链路电压的DC-DC转换器。另外，转换器14可以包括用于在充电模式中将从电力转换单元11或逆变器13输出的电力的电压转换为用于电池系统20的电压的DC-DC转换器。即，转换器14可以是输入和输出方向可变的双向转换器。当转换器14不被用于充电或放电电池系统20时，可以停止转换器14的操作以最小化电力消耗。
集成控制器15监测电力生成系统2、电网3、电池系统20和负载4的状态，并根据监测的结果控制电力转换单元11、逆变器13、转换器14、电池系统20、第一开关30和第二开关40的操作。集成控制器15可以监测在电网3中是否发生电力故障、电力生成系统2是否生成电力、由电力生成系统2生成的电力量、电池系统20的充电状态、由负载4消耗的电力量、时间等。当供应给负载4的电力不足时，例如，由于在电网3中发生电力故障，集成控制器15可以控制负载4确定负载4当中所包括的使用电力的设备的优先级，并且将电力供应给具有的高优先级的使用电力的设备。
第一开关30和第二开关40串联连接在逆变器13和电网3和之间，并且通过在集成控制器15的控制下接通或断开来控制电力生成系统2和电网3之间的电流流动。第一开关30和第二开关40可以根据电力生成系统2、电网3和电池系统20的状态而接通或断开。
具体地，为了将来自电力生成系统2和/或电池系统20的电力供应给负载4、或者将来自电网3的电力供应给电池系统20，第一开关30被接通。为了将来自电力生成系统2和/或电池系统20的电力供应给电网3、或者将来自电网3的电力供应给负载4和/或电池系统20，第二开关40被接通。开关设备，诸如能够传送大电流的继电器，可以被用作第一开关30和第二开关40。
当在电网3中出现电力故障时，第二开关40被断开而且第一开关30被接通。即，来自电力生成系统2和/或电池系统20的电力被供应给负载4，并且同时防止供应给负载4的电力流入电网3。能量存储系统1与出现电力故障的电网3的隔离防止能量存储系统1将电力供应给电网3。因此，在电网3的配电线路上工作以便例如修复电网3中的故障的工人将不会受到来自能量存储系统1的电力的电击。
电池系统20接收和存储由电力生成系统2生成的电力和/或从电网3输出的电力，并将所存储的电力供应给负载4或电网3。电池系统20可以包括用于存储电力的部分、以及用于控制和保护所述用于存储电力的部分的部分。在下文中，将参照图2详细描述电池系统20。
图2是示出根据实施例的电池系统20的配置的示图。
参照图2，电池系统20可以包括电池架(battery rack)110、架电池管理系统(battery management system,BMS)120和架保护电路130。
电池架110存储从电力生成系统2和/或电网3供应的电力，并且将所存储的电力供应给电力生成系统2和/或电网3。电池架110可以包括多个子单元，其将参照图3详细描述。
图3示出根据实施例的电池架的配置的示图。
参照图3，电池架110包括作为子单元串联和/或并联连接的一个或多个电池托盘(tray)111-1、...、111-n。每个电池托盘可以包括作为子单元的多个电池单元(battery cell)。电池单体可以使用各种可再充电的二次电池。例如，在电池单体中使用的二次电池可以包括镍-镉电池、铅酸电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池、锂聚合物电池等。
电池架110可以根据电池托盘111-1、...、111-n的连接方法提供期望的输出，并且通过正电极输出端子R+和负电极输出端子R-将电力输出到架保护电路130。
电池架110可以包括分别与电池托盘111-1、...、111-n相对应的一个或多个托盘BMS 112-1、...、112-n。托盘BMS 112-1、...、112-n监测各个相应电池托盘111-1、...、111-n的电压、电流、温度等。监测结果可以被发送到相邻托盘BMS。
托盘BMS 112-1、...、112-n的监测结果可以由一个托盘BMS 112-1收集。所收集的监测数据Dm被发送到架BMS 120。托盘BMS 112-1可以从架BMS120接收用于控制电池架110的充电或放电的控制信号Sc。虽然已经描述的是，图3中放置在最高处的托盘BMS 112-1收集监测结果并且接收控制信号Sc，但是其他安排也是可能的。例如，放置在最低处的托盘BMS 112-n可以收集监测结果并且接收控制信号Sc。在另一个实施例中，收集监测结果并且发送监测数据Dm到架BMS 120的托盘BMS可以被设置为不同于接收控制信号Sc的托盘BMS。
返回参照图2，架BMS 120连接到电池架110，并且控制电池架110的充电和放电操作。架BMS 120可以执行过充电保护、过放电保护、过电流保护、过电压保护、过热保护、电池单体平衡等功能。为此，架BMS 120可以从电池架110接收与电压、电流、温度、剩余电力量、寿命、以及充电状态等有关的监测数据Dm，基于监测结果生成控制信号Sc，并控制架保护电路130。架BMS 120可以将接收到的监测数据Dm供应给集成控制器15，并且从集成控制器15接收与电池架110的控制有关的命令。
图4是示出根据另一实施例的电池架的配置的示图。
参照图4，电池架220包括作为子单元并联连接的一个或多个电池托盘211-1、...、211-n。每个电池托盘可以包括多个电池单体作为子单元。
电池架220通过电池托盘211-1、...、211-n的正电极输出端子R+和负电极输出端子R-将电力输出到架保护电路130。
在电池架220中，电池托盘可以附加地并联连接以扩大电池系统20的容量，或者新的电池托盘可以连接到电池架220以便更换损坏的或发生故障的电池托盘。当电池架220的电压(R+和R-之间的电压)和新添加的电池托盘的电压之间的差很大时，大电流流入电池架220和新添加的电池托盘之一，并且因此，可能引起系统的击穿。
为了防止这样的问题，当新连接了电池托盘时，该电池托盘的电压被调整到基本上等于电池架220的系统电压，然后将该电池托盘连接到电池架220。为了实现该方法，需要单独的充电或放电系统。
因此，在所描述的技术中，当具有新的电池的电力源的模块被连接到电池架220时，连接控制电路被设置在电池托盘和电池架220之间以防止过电流流入电池托盘或电池架220。
下文中，为了便于说明，将描述电池托盘当中的第二电池托盘211-2被新连接到电池架220。这里，连接控制电路被设置在第二电池托盘211-2和电池架220之间的路径上。然而，连接控制电路可以被设置在每个电池托盘和电池架220之间的路径上。
连接控制电路包括第一开关231-2、第二开关233-2和电阻元件235-2，第一开关231-2设置在第二电池托盘211-2和电池架220(它是通过并联连接多个电池托盘而配置的模块)之间的路径上，第二开关233-2设置在第二电池托盘211-2和电池架220之间的路径上，第二开关233-2与第一开关231-2并联连接，电阻元件235-2用于限制电流并且串联连接到第二开关233-2。
第二托盘BMS 212-2监测第二电池托盘211-2的电压、电流、温度等，并且可以从邻近的托盘BMS接收整个电池架220的系统电压信息。可替换地，第二托盘BMS 212-2可以通过架BMS 120接收电池架220的电压信息。
第二托盘BMS 212-2首先接通第二开关233-2以连接第二电池托盘211-2和电池架220。用于限制电流的电阻元件235-2被连接到第二开关233-2，并且因此，它可以防止当第二托盘BMS 212-2和电池架220通过第一开关231-2直接连接时可能流动的过电流。
连接到电池架220的第二电池托盘211-2的充电或放电通过第二电池托盘211-2和电池架220之间的电压差来执行。因此，第二电池托盘211-2和电池架220之间的电压差下降。
当第二电池托盘211-2和电池架220之间的电压差到达预定值时，第二托盘BMS 212-2接通第一开关231-2。
也就是说，如果由于第二电池托盘211-2和电池架220之间的电压差而沿任何一个方向流动的电流的幅值在不影响第二电池托盘211-2或电池架220的内部组件等的范围内，则第二电池托盘211-2通过第一开关231-2直接连接到电池架220。第二托盘BMS 212-2可以在接通第一开关的同时断开第二开关。
图5是示出根据实施例在新连接的电池托盘和电池架之间流动的电流的幅值的曲线图。
参照图5，在电池托盘和电池架之间流动的电流可以表示为如下面的等式所示。
等式1
I = | V 1 - V 2 | R
这里，I表示在所添加的电池托盘和电池架之间流动的电流，V1表示第二电池托盘211-2的电压，V2表示电池架220的电压，而且R表示电阻元件235的电阻。
如图5中可以看出的，在第二电池托盘211-2和电池架220之间流动的电流在第一开关231-2被接通的时刻开始流动，然后逐渐减小。然而，当V1和V2之间的差减小时，电流减小的速率也减小。当V1和V2之间的差在预定范围内时，花费相对较长的时间才能达到目标电流。
具有低电阻的电阻元件235-2可以被使用以减少达到目标电流所花费的时间。然而，在本实施例中，在短时间内相对较大的电流流经电阻元件235-2，并且因此，可能由于电流流经电阻元件235-2生成过多热量而引起问题。
根据另一实施例，对第二开关233-2的状态(通/断)进行控制，以控制连接到电阻元件的第二开关233-2的占空比，从而解决在电阻元件235-2中产生过多热量的问题。同时，V1和V2之间的差可以在相对较短的时间段内下降到预定范围内。
更具体地，第二托盘BMS 212-2以在最初操作第二开关233-2时预先确定的占空比来控制第二开关233-2。
在这个实施例中，在最初操作第二开关233-2时预先确定的占空比可以基于电阻元件235-2的电阻和产热条件被确定为在不影响系统的范围内的占空比。
随后，通过每当流经电阻元件235-2的电流达到临界电流值时逐渐增加占空比，来控制第二开关233-2。这里，临界电流值是指电流减小的速率变得相对较低的电流值。
当V1和V2之间的差与在第二开关233-2最初闭合时相比减小的时候，第二开关233-2的占空比增加。由此，可以防止电阻元件生成过多的热量。
根据实施例，第二电池托盘211-2可以通过每当占空比增加时就将临界电流值减小预定值，来重置占空比。这是因为V1和V2之间的差由于占空比随时间增加而逐渐减小。
图6是示出根据实施例当对第二开关的占空比进行控制时在新连接的电池托盘和电池架之间流动的电流的幅值的曲线图。
参照图6，第二开关233-2最初以约10％的占空比进行操作，而且最初流经电阻元件235-2的电流为约10A。
当第二开关233-2以约10％的占空比进行操作时，V1和V2之间的差减小。当流经电阻元件235-2的电流达到约5A的临界电流时，第二托盘BMS212-2将占空比重置为约40％。此外，第二托盘BMS 212-2将临界电流(它是改变到下一占空比的基准点)重置为约3.5A。这是因为当占空比增加时，电流的幅值减小。虽然在图6中已经示出通过将占空比增加到约10％、约40％、约70％和约100％来控制第二开关233-2，但是可以根据电池架220的容量、第二电池托盘211-2的容量、和电阻元件235-2的电阻不同地设置占空比。
根据另一实施例，还可以配备用于测量电阻元件的温度的温度测量单元(未示出)。
第二托盘BMS 212-2可以控制第二开关233-2的占空比，以使得由温度测量单元测量的电阻元件235-2的温度保持在预定的危险温度或更低温度。这里，预定的危险温度是指不会对第二电池托盘211-2或电池架220产生负面影响的最大温度。
例如，第二托盘BMS 212-2可以将第二开关233-2的占空比控制为约50％。当电阻元件235-2的温度达到预定温度时，第二开关233-2的占空比可以被设置为约10％。随后，当电阻元件235-2的温度达到预定的安全温度时，第二开关233-2的占空比可以被再次设置为约70％。当电阻元件235-2的温度达到预定的危险温度时，第二开关233-2的占空比可以被设置为约30％。当电阻元件235-2的温度再次达到预定的安全温度时，第二开关233-2的占空比被设置为约100％，以使得第二电池托盘211-2和电池架220之间的电压差可以在相对较短的时间内变为在预定范围内。因为V1和V2之间的差随着时间消逝而减小，所以当电阻元件235-2的温度达到预定的危险温度和安全温度时设置的占空比被设置为大于先前设置的占空比。
根据另一实施例，电阻元件235-2是可变电阻器。在这个实施例中，第二托盘BMS 212-2减小可变电阻器的电阻，以使得即使在第二开关233-2被接通之后V1和V2之间的差变小，流经可变电阻器的电流也可以基本上保持恒定。因为可变电阻器的电阻随着时间消逝而减小，所以V1和V2之间的差可以在相对较短的时间段内减小到预定范围内。
下文中，将参照图7描述根据实施例的连接电池的方法。图7是示出根据实施例的连接电池的过程的流程图。
参照图7，在步骤S100中，将第一开关设置在电池架和第二电池之间的路径上，所述电池架包括多个并联的第一电池。
随后，在步骤S110中，将第二开关和电阻元件设置为与第一开关并联。
在步骤S120中，控制第二开关使其连接第二电池和电池架，并且确定第二电池和电池架之间的电压差是否达到预定值。
当第二电池和电池架之间的电压差达到预定值时，在步骤S130中，通过接通第一开关并断开第二开关来连接第二电池和电池架。
图8是详细示出根据实施例的控制第二开关的过程的流程图。
参照图8，在步骤S121中，控制第二开关的占空比。
随后，在步骤S123中，确定流经电阻元件的电流是否达到临界电流值。
当流经电阻元件的电流达到临界电流值，通过增加预定的占空比来重置占空比(S125)并且通过减小临界电流值来重置临界电流值(S127)。
在步骤S129中，确定第二电池和电池架之间的电压差是否达到预定值。当第二电池和电池架之间的电压差达到预定值时，通过前进到步骤S130来接通第一开关并且断开第二开关。当第二电池和电池架之间的电压差未达到预定值时，重复步骤S121至S129。
图9是详细示出根据另一实施例的控制第二开关的过程的流程图。
参照图9，在步骤S221中，接通第二开关。
在步骤S223中，确定流经电阻元件的电流是否达到临界电流值。
这里，电阻元件是可变电阻器。当流经电阻元件的电流达到临界电流值时，在步骤S225中，减小电阻元件的电阻。在步骤S227中，通过减小临界电流值来重置临界电流值。
在步骤S229中，确定第二电池和电池架之间的电压差是否达到预定值。当第二电池和电池架之间的电压差达到预定值时，通过前进到步骤S130来接通第一开关并且断开第二开关。当第二电池和电池架之间的电压差未达到预定值时，重复步骤S223至S229。
本文已经公开了示例性实施例，而且尽管采用了特定术语，但是它们仅以通用和描述性的意义来使用和解释，而不是用于限制。在一些情况下，如对本申请所属领域普通技术人员显而易见的是，结合特定实施例描述的特征、特性/或元素可以单独使用，或者与结合其他实施例描述的特征、特性/或元素结合使用，除非另有明确说明。因此，本领域技术人员将理解的是，可以在形式和细节上做出各种改变而不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种电池系统，包括：
至少一个第一电池；
第二电池；
第一开关，其被配置为将第二电池并联连接到第一电池；
第二开关和电阻器，它们串联连接并被配置为将第二电池并联连接到第一电池，其中i)第一开关和ii)第二开关和电阻器并联连接；以及
电池管理系统(BMS)，其被配置为：i)接通第二开关以便将第二电池连接到第一电池并且ii)当第二电池和第一电池之间的电压差达到预定值时断开第二开关并且接通第一开关，而且其中所述BMS还被配置为控制第二开关的占空比。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为i)测量第二电池的电压，并且ii)接收第一电池的电压。
3.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为i)当第二开关被最初接通时将第二开关的占空比设置为预定水平，和ii)当第一电池和第二电池之间的电压差减小时增加占空比。
4.如权利要求3所述的电池系统，其中，当流经电阻器的电流达到临界电流值时，所述BMS还被配置为i)增加占空比，和ii)减小临界电流值。
5.如权利要求1所述的电池系统，还包括温度计，其被配置为测量电阻器的温度。
6.如权利要求5所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为控制第二开关的占空比，以使得电阻器的温度小于第一预定温度。
7.如权利要求6所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为i)当电阻器的温度达到第一预定温度时降低第二开关的占空比，和ii)当电阻器的温度达到低于第一预定温度的第二预定温度时增加第二开关的占空比。
8.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述电阻器是可变电阻器。
9.如权利要求8所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为在第二开关被最初接通之后随着时间消逝而减小可变电阻器的电阻。
10.如权利要求9所述的电池系统，其中，当流经可变电阻器的电流小于临界电流值时，所述BMS还被配置为i)减小可变电阻器的电阻，和ii)减小临界电流值。
11.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述BMS还被配置为基本上同时断开第二开关和接通第一开关。
12.一种将第一电池连接到电池架的方法，该方法包括：
将第一电池连接到i)第一开关和ii)串联连接的第二开关和电阻器；
控制第二开关，以便将第一电池连接到多个并联连接的第二电池；以及
接通第一开关，以便当第一电池和第二电池之间的电压差达到第一预定值时将第一电池连接到第二电池，
其中，所述BMS还被配置为控制第二开关的占空比。
13.如权利要求12所述的方法，其中，控制第二开关包括：
将第二开关的占空比设置为预定水平；
当流经电阻器的电流达到临界电流值时，增加第二开关的占空比；
减小临界电流值；以及
重复设置、增加和减小，直至第一电池和第二电池之间的电压差达到预定值。
14.如权利要求12所述的方法，还包括控制第二开关的占空比，以使得电阻器的温度小于第一预定温度。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述电阻器是可变电阻器，而且其中，控制第二开关包括：
接通第二开关；
当流经可变电阻器的电流达到临界电流值时，减小可变电阻器的电阻；
减小临界电流值；以及
重复接通、减小电阻和减小临界电流值，直至第一电池和第二电池之间的电压差达到预定值。
16.一种电池架，包括：
第一端子；
第二端子；
并联电连接在第一端子和第二端子之间的多个电池，其中，每个电池经由串联连接的第二开关和电阻器连接到第一端子和第二端子之一；以及
电池管理系统(BMS)，其被配置为：i)确定电池与第一端子和第二端子之间的端子电压之间的电压差是否大于预定值，和ii)当电池与所述端子电压之间的电压差大于预定值时降低所述电压差，
其中所述BMS还被配置为控制第二开关之一的占空比。
17.如权利要求16所述的电池架，还包括分别对应于电池的多个电池管理系统(BMS)。
18.如权利要求17所述的电池架，其中，每个电池经由i)第一开关和ii)串联连接的第二开关和电阻器电连接到第一端子和第二端子之一，而且其中每个BMS被配置为：i)当相应电池被最初连接到第一端子和第二端子时控制相应第二电池的占空比，和ii)当相应电池与端子电压之间的电压差小于预定值时接通第一开关。
19.如权利要求18所述的电池架，其中，每个BMS还被配置为当相应电池的电压接近第一端子和第二端子之间的电压时，增加相应第二开关的占空比。
20.如权利要求18所述的电池架，其中，每个BMS还被配置为：i)测量相应电阻器的温度，和ii)控制相应的第二开关的占空比以使得相应电阻器的温度小于预定值。
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