CN106961114A

CN106961114A - 电池能量存储系统

Info

Publication number: CN106961114A
Application number: CN201610969153.6A
Authority: CN
Inventors: 维杰·李·比斯顿
Original assignee: Powin Energy Corp
Current assignee: Powin Energy Corp
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: US20180233931A1; CN106961114B; US9882401B2; US10270266B2; US20170126032A1

Abstract

本发明所公开的实施例涉及一种电池能量存储系统(BESS)，电池能量存储系统可以用来存储由常规能源(例如，煤、燃气、原子核)以及可再生能源(例如，风、太阳能)产生的能量并且根据需要提供存储的能量。

Description

电池能量存储系统

技术领域

背景技术

电能对于现代国家经济至关重要。然而，增加的电能需求和增加可再生能量资产用来发电的趋势给老化的电力基础设施带来压力，这使得老化电力基础设施更易于出现故障，特别是在峰值需求期间。在某些地区，需求增加使得峰值需求时段危险地接近超过电力工业能产生和传输的最大供应水平。在本发明中描述了允许以更具有成本效益和可靠方式产生和使用电力的新能量存储系统、方法和设备。

附图说明

附图并入于本发明中并且构成本说明书的部分，附图示出了本公开并且与描述一起进一步用来解释本公开的原理并且使得相关领域技术人员做出和使用本公开。

图1是示出在三个不同日期，在一地点的太阳能装置生成的能量的曲线图；

图2是示出与操作示例柴油发电机相关联的成本的曲线图；

图3是示出示例能量系统的图，其包括常规能源、替代能源和联接到电网的电池能量存储系统(BESS)；

图4是一示例BESS和一个或多个BESS单元的示例部署的截面图的图；

图5A是示出联接到示例能量系统的示例BESS的图；

图5B是描绘了示例BESS的截面图的图；

图6A、图6B、图6C和图6D是示出示例性电池组的图；

图7A是示出由电池组控制器和多个电池模块控制器形成的示例通信网络的图；

图7B是示出用于在电池模块控制器接收指令的示例方法的流程图；

图8是示例电池组控制器的图；

图9是示出示例电池模块控制器的图；

图10是示出示例电池组的充电状态(SOC)与输出电压关系的曲线图；

图11是示出示例串控制器的图；

图12A和图12B是示出示例串控制器的图；

图13是示出用来平衡电池组的示例方法的流程图；

图14A、图14B和14C是示出示例BESS的外壳的图；

图15A、图15B和图15C是示出示例BESS的图，其中移除了BESS的外壳；

图16是示出示例BESS中的空气流的图；

图17是示出了根据一实施例用来计算质保值的、在电温度测量值与电流系数之间的相互关系的图；

图18是示出了根据一实施例用来计算质保值的、在温度测量值与温度系数之间的相互关系的图；

图19是示出了根据一实施例用来计算质保值的、在电压测量值与电压系数之间的示例相互关系的图；

图20是示出了根据一实施例用于使电池组的质保失效的质保阈值的图；

图21是示出根据一实施例的电池组的示例使用的图；

图22是示出了根据一实施例的示例质保跟踪器的图；

图23是根据一实施例用来计算和存储累积质保值的示例方法；

图24是根据一实施例使用质保跟踪器的示例方法；

图25是根据一实施例示出了电池组和相关联的质保信息的图；

图26是示出根据一实施例基于自放电率和充电时间的电池组的示例分布的图；

图27是示出了根据一实施例在温度与电池组的充电时间之间相互关系的图；

图28是示出了根据一实施例用来检测具有操作问题或缺陷的电池组的示例系统的图；

图29是示出根据一实施例从电池组阵列集合数据以进行分析的图；

图30是示出了根据一实施例用来检测具有操作问题或缺陷的电池组的示例方法的流程图。

在附图中，相似附图标记可以指示相同或功能相似的元件。

具体实施方式

虽然在本发明中利用特定应用的说明性实施例描述了本公开，应了解本公开并不限于这些。能取得本发明所提供的教导内容的本领域技术人员将认识在本发明的范围内的额外修改、应用和实施例和本公开将具有重要应用的额外的领域。

术语“实施例”或“示例实施例”并不需要所有实施例包括所讨论的特征、优点或操作模式。在不偏离本公开的范围或精神的情况下，可以设计出替代的实施例，并且熟知的元件可能并未详细描述或者可以省略以便不混淆相关细节。此外，本发明所用的术语仅仅是出于描述特定示例性实施例的目的且并不意图是限制性的。除非上下文清楚地指示为其它情况，如本发明所用的单数形式“一，”和“该”预期也包括复数形式。还应了解术语“包括”、“具有”和“包含”当在本发明中使用时，规定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、构件或其群组的存在。

常规电能源，诸如焚烧化石燃料的发电厂对于环境具有不利的影响。这些不利的影响导致使用可再生能源诸如太阳能和风发展“清洁”或“替代”能量生产。这些替代能源与常规能源一起集成到电网内，并且占所产生和消耗的总能量的增加的百分比。然而，它们尚未完全替换常规能源。实际上，常规能源仍占电网产生的大部分能量。

常规能源仍为电能的主要来源的一个原因是它们能应对需求波动。焚烧化石燃料和其它常规能源(例如，原子核)的发电厂通常使用较大发电机来产生能量。为了应对需求波动，这些发电机通常低于其完全生产能力操作。因此，当需求暂时增加或“出现尖峰”时，发电机能斜坡上升以产生更多能量并且满足增加的需求。发电机的过大的生产能力常常被称作其“旋转备用”。

相比而言，替代能源没有旋转备用。即，能源(例如，太阳或风)以其最大水平产生并且不能根据需要斜坡上升以满足增加的需求。此外，由这些替代能源产生的能量不能像常规能源那样可预测，替代能源受环境支配。多云或平静日(即，无风)将不产生与晴天或者刮风天一样多的能量。同样，如果当需求保持恒定或增加时，太阳躲在云后面或者风停吹，替代能源将不能产生足够多的能量来满足需求。图1例如是示出在三个不同的日期，在一位置，由太阳能装置产生的能量的曲线图。如图所示，所产生的能量可能在给定天以及在不同的日子中剧烈波动。

需要电网产生稳定(例如，频率稳定)和可靠的电能源。当替代能源与常规能源一起集成到电网内时，由替代能源产生的“清洁”能量可以替换由常规能源产生的特定能量，减小通过焚烧化石燃料或其它有争议的方法(例如，原子核)产生的能量。同时，常规能源能斜坡上升或下降以满足需求并且提供稳定频率。

然而，除了初始投资之外，还有与用来在常规发电厂产生能量的运行发电机相关联的操作费用。图2是示出与操作示例柴油发电机相关联的成本的曲线图。Y轴线描绘了操作柴油发电机的每千瓦时(kWh)的成本，并且x轴线描绘了柴油发电机电极的操作负荷。如图所示，每kWh的成本与图2中的柴油发电机的操作负荷成反比。换言之，在发电机朝向完全生产能力斜坡上升时，每kWh的成本降低。换言之，以低生产能力来运行图2的柴油发电机提高了每kWh的成本。如图2所描绘，可能存在与以低负荷水平操作发电机相关联的显著成本。

图2示出了以低生产能力运行发电机是不划算的。但是随着利用替代能源产生的能量增加，在常规发电厂的发电机必须斜坡下降(即，以更低生产能力运行)以便电网维持恒定输出来满足电流需求。而且，由于替代能源所产生的能量波动，在常规发电厂的发电机必须斜坡上升或下降来补充替代能源。这些和其它因素可能使得当替代能源集成到电网内时操作常规发电厂的公用事业更加昂贵并且盈利更少。通常，公用事业将试图将这些更高的成本以更高的能量账单的形式转嫁给消费者。

贯穿本公开描述的电池能量存储系统(BESS)的实施例可以缓解与将替代(可再生)能源集成到电网内相关联的许多问题。图3描绘了示例能量系统300，其包括常规能源310(例如，焚烧化学燃料的发电厂)和替代能源330(例如，太阳能发电厂)。两种能源310和330联接到电网320，电网320能向公众(描绘为房屋350)提供电能。能量系统300还包括联接到电网320的BESS 340。如在下文中更详细地描述，BESS 340包括多个电池组，电池组可以根据需要充电和放电。在一实施例中，BESS 340可以由常规能源310和/或替代能源330充电。

当替代能源330的输出降低到低于阈值或者当替代能源330不能产生需求的能量来满足需求时BESS 340可以向电网320提供能量(例如，BESS 340可以充当替代能源330的“旋转备用”)。例如，作为启动常规能源310处的关断发电机以满足需求峰值或者没有替代能源330的生产，BESS 340可以从其电池组放能以提供所需的能量。作为几个非限制性示例，BESS 340可以提供3MW持续15分钟，2MW持续30分钟或者1.5MW持续45分钟。BESS 340可以被配置成提供更多或更少的能量持续不同时间长度。

BESS 340也可以用来辅助电网320的频率稳定。例如，BESS可以包括监视电网320的频率并且递送能量到电网320或者从电网320汲取能量以维持稳定频率(例如，60Hz)的电子器件。如图3所示，并且在下文中更详细地描述，在能量管理系统360处的操作者能监视系统300的能量需求、输出、频率等并且遥控BESS 340来根据需要充电(从电网320汲取能量)或者放电(向电网320提供能量)。BESS 340也可以自动地调遣/受控制。

图4示出了示例BESS 400。具体而言，图4示出了BESS 400的截面图。BESS 400可以作为单独系统操作(例如，商业实施例420)或者其可以与其它BESS单元组合在一起形成较大系统(例如，公用事业实施例430)的一部分。在图4中示出的实施例中，BESS 400容纳于容器(类似于集装箱)中并且可以移动(例如，由卡车运输)。本领域技术人员已知的其它外壳在本公开的范围内。

如图4所示，BESS 400包括多个电池组，诸如电池组410。如图所示，电池组能堆叠于BESS 400中的机架上。这种布置允许操作者易于接近电池组中的每一个用于替换、维护、测试等。多个电池组可以串联，其可以被称作电池组的串或者电池组串。

在一实施例中(在下文中更详细地解释)，每个电池组包括：电池单体(其可以布置于电池模块中)；电池组控制器，其监视电池单体；平衡充电器(例如，直流电源)，其向电池单体中每一个添加能量；以及，电池模块控制器的分布式菊花链式网络，其可以对电池单体进行某些测量并且从电池单体移除能量。电池组控制器可以控制电池模块控制器的网络和平衡充电器以控制电池组的充电状态或电压。在此实施例中，包括于BESS 400中的电池组被认为是“智能”电池组，其能接收目标电压或充电状态值并且自平衡到目标水平。

图4示出了BESS 400是高度可扩展的，从小千瓦时型系统到多兆瓦时型系统。例如，图4的商业实施例420包括单个BESS单元，单个BESS单元能提供40kWh的能量(但不限于此)。商业实施例420包括功率控制系统(PCS)425，功率控制系统425安装到BESS单元背部的外壳上。PCS 425包括一个或多个双向功率转换器，双向功率转换器能使用例如使用由操作者在图3的能量监视站360经由计算机在网络(例如，因特网、以太网等)发出的命令对多个电池组进行充电和放电。PCS 425能控制双向功率转换器的有效功率和无效功率。而且，在某些实施例中，当电网不可用和/或BESS 420与电网断开时，PCS 425可以作为备用电源操作。

另一方面，图4的公用事业实施例430包括六个BESS单元(标记为431-436)，其中的每一个能提供40kWh的能量(但不限于此)。因此，共用事业实施例430可以一起提供2.4MWh的能量。在公用事业实施例中，BESS单元中每一个电连接到中央PCS 437，中央PCS 437包括一个或多个双向功率转换器，双向功率转换器能使用由操作者在图3的能量监视站360经由计算机在网络(例如，因特网、以太网等)发出的命令对多个电池组进行充电和放电。PCS437能控制双向功率转换器的有效功率和无效功率。而且，在某些实施例中，当电网不可用和/或BESS与电网断开时，PCS 437可以作为备用电源操作。

图5A是示出了根据一实施例的示例BESS 502的图。BESS 502可以经由通信网络522联接到能量管理系统(EMS)526。通信网络522可以是任何类型的通信网络，包括(但不限于)因特网、手机电话网络等。联接到通信网络522的其它装置诸如计算机528也可以与BESS502通信。例如，计算机528可以安置于BESS 502的制造商处以维持(监视，运行诊断、测试等)BESS 502。在其它实施例中，计算机528可以表示对BESS 502执行维护的现场技术员的移动装置。如图5A所示，到BESS 502和自BESS 502的通信可以被加密以增强安全性。

现场监视装置524也可以经由通信网络522联接到EMS 526。现场监视装置524可以联接到替代能源(例如，太阳能装置、风能装置等)以测量由替代能源生成的能量。同样，监视装置518可以联接到BESS 502并且测量由BESS 502生成的能量。虽然在图5A中示出了两个监视装置，本领域技术人员将认识到测量由能源(常规和/或替代能源)生成的能量的额外监视装置可以以类似方式连接到通信网络522。在EMS 526处的人操作者和/或计算机化的系统可以分析并且监视连接到通信网络522的监视装置的输出，并且遥控BESS 502的操作。例如，EMS 526可以指导BESS 502根据需要(例如，满足需求、稳定线频率等)充电(从电网320汲取能量)或者放电(向电网320提供能量)。

BESS 502包括用来控制BESS 502的层次的层级。始于顶部层次的BESS的控制级是系统控制器、阵列控制器、串控制器、电池组控制器和电池模块控制器。例如，系统控制器512 可以联接到一个或多个阵列控制器(例如，阵列控制器508)，阵列控制器中的每一个可以联接到一个或多个串控制器(例如，串控制器504)，串控制器中每一个可以联接到一个或多个电池组控制器，电池组控制器中每一个可以联接到一个或多个电池模块控制器。电池组控制器和电池模块控制器与电池组506(a)-506(n)安置在一起并且将在下文中关于图6至图9更详细地讨论。

如图5A所示，系统控制器512经由通信链路516(a)联接到监视装置518，经由通信链路516(b)联接到通信网络522并且经由通信链路516(c)联接到PCS 520。在图5A中，通信链路516(a)-(c)是MOD总线，但是可以使用任何有线和无线通信链路。在一实施例中，系统控制器512也由TCP/IP连接517连接到通信网络522。

系统控制器512能监视BESS 502的操作并且将BESS 502的操作报告为EMS 526或者连接到通信网络522并且被配置成与BESS 502通信的任何其它装置。系统控制器512也从EMS 526接收指令并且处理指令，并且将指令分程传递到适当阵列控制器(例如，阵列控制器506)以用来执行。系统控制器512也可以与PCS 520通信以控制BESS 502的充电和放电。

尽管系统控制器512被示出安置于图5A中的BESS 502内，在其它实施例中，系统控制器512可以安置于BESS 502的外部并且通信地联接到BESS 502。再次考虑图4，商业实施例420可以是由营业场所、公寓、宾馆等使用的独立单元。系统控制器可以安置于商业实施例420的BESS内，例如以经由通信网络与商业场所、公寓、宾馆等的EMS或者计算机通信。

在其它实施例中，诸如公用事业实施例430，BESS单元431-436中仅一个可以包括系统控制器。例如，在图4所示，BESS单元431可以包括系统控制器并且BESS单元432-436可以不包括系统控制器。在此情形下，BESS 432被认为是主单元并且用来控制BESS单元432-436，BESS单元432-436被认为是从属单元。而且，在此情形下，包括于BESS单元432-436中每一个内的更高的控制级是阵列控制器，阵列控制器联接到BESS单元431内的系统控制器并且也与系统控制器通信。

再次考虑图5A，系统控制器512经由通信链路514联接到系统控制器508。阵列控制器508经由通信链路510联接到阵列控制器508。阵列控制器508经由通信链路510联接到一个或多个串控制器，诸如串控制器504。虽然图5A描绘了三个串控制器(SC(1)-(3))，更多或更少的串控制器可以联接到阵列控制器508。在图5A中，通信链路510是CAN总线并且通信链路514是TCP/IP链路，但是也可以使用其它有线或无线通信链路。

在BESS 502中的每个串控制器联接到一个或多个电池组。例如，串控制器504联接到电池组506(a)-(n)，电池组串联以形成电池组串。任何数量的电池组可以连接在一起以形成电池组串。电池组串可以在BESS 502中并联。两个或更多个串联的电池组串可以被称作电池组的阵列或者电池组阵列。在一实施例中，BESS 502包括具有六个并联电池组串的电池组阵列，其中，电池组串中每一个具有22个串联的电池组。

顾名思义，串控制器可以监视并控制电池组串中的电池组。由串控制器执行的功能可以包括(但不限于)：发出电池串接触器控制命令，测量电池串电压；测量电池串电流；计算电池串安培小时计数；在系统控制器(例如，在充电站)与电池组控制器之间分程传递询问；处理询问响应消息；集合电池串数据；执行软件装置ID对电池组的分配；检测在电池串中的接地故障电流；并且检测警报和警告条件并且采取适当校正措施。在下文中关于图11、图12A和图12B描述串控制器的示例实施例。

同样，阵列控制器可以监视并且控制电池组阵列。由串控制器执行的功能可以包括(但不限于)下列功能：向电池组串发送状况询问；接收并且处理来自电池组串的询问响应；执行电池组串接触器控制；向系统控制器广播电池组阵列数据；处理警报消息以确定必要的行为；对于来自命令线接口(例如，在EMS)的手动命令或询问做出响应；允许技术人员使用命令线接口来设置或改变配置设置；运行由命令线解释器所理解的相同命令和询问组成的测试脚本；以及，将由测试脚本生成的数据广播为数据服务器用于收集。

图5B示出了示例BESS的截面图。图5B示出了三个电池串(“串1”、“串2”和“串3”)，其中的每一个包括串控制器(分别地，“SC1”、“SC2”和“SC3”)和22个串联的电池组。串1-3可以并联并且由阵列控制器508控制。

在串1中，标记22个电池组中每一个(“BP 1”至“BP 22”)，示出了电池组串联的次序。即，BP 1连接到串控制器(SC1)的正端子并且BP 2、BP 2连接到BP 1和BP 3，BP 3连接到BP 2和BP 4，以此类推。如图所示，BP 22连接到SC1的负端子。在图示布置中，SC1可以接近串1的中部(即，BP 11和BP 12)。在一实施例中，这个中点接地并且包括接地故障检测装置。

BESS 502包括一个或多个灯光单元530和一个或多个风扇532，灯光单元530和风扇532可以安置于BESS 502的天花板中有规律的间隔。灯光单元530能向BESS 502的内部提供照明。风扇532定向成使得它们从天花板朝向BESS 502的地板吹(即，它们吹到BESS 502内部)，BESS 502还包括拆分式A/C单元，拆分式A/C单元包括容纳于BESS 502的外壳内的空气处理器534和容纳于BESS 502外壳外部的冷凝器536。A/C单元和风扇532可以受到控制(例如，受到阵列控制器508控制)以创建空气流动系统并且调节容纳于BESS 502内的电池组的温度。

示例电池组

图6A、图6B、图6C和图6D是示出根据本公开的实施例的示例电池组600的图。具体而言，图6A和图6B描绘了电池组600的正视图，并且图6C描绘了电池组100的分解图并且图6D描绘了电池组600的正视图和侧视图。如图6A至图6D所示，电池组600的外壳可以包括前面板602、盖子或覆盖物612、后面板616和底部618。盖子612包括左侧部分和右侧部分，盖子612可以包括多个通气孔以便于空气通过电池组600流动和冷却电池组600的内部部件。在一非限制性实施例中，盖子612为“U”形并且可以由单件金属、塑料制成或者本领域普通技术人员已知的任何其它材料制成。图5的电池组可以根据图6A至图6D的电池组所描述来实施。

可以使用图6C所示的紧固件628来组装电池组600的外壳，紧固件可以是螺钉和螺栓或者本领域普通技术人员已知的任何其它紧固件。电池组600的外壳还可以包括前手柄610和后手柄614。如图6C所示，前板602可以经由前面板安装件620联接到盖子612和底部618。在一实施例中，电池组600实施为可安装到机架上的设备模块。例如，电池组600可以实施为标准19英寸机架(例如，宽度为19英寸的前面板602，和深度为22与24英寸之间并且高度为4个机架单位或“U”的电池组600，其中U为等于1.752英寸的标准单位)。如图6C所示，电池组600可以包括附连到底部618上的一个或多个安装件622。安装件622可以用来将电池组600固定于机架中以便将多个电池组布置成堆叠配置(在图4的BESS 400中示出)。

在图6A至图6D中，电池组600包括可连接到电池组的负端子的功率连接器604和可连接到电池组的正端子的功率连接器606。在其它实施例中，功率连接器604可以用来连接电池组的正端子，并且功率连接器606可以用来连接到电池组的负端子。如图6A和图6B所示，功率连接器604和606可以设置于电池组600的前板或前面板602上。电缆(未图示)可以附连到功率连接器604和606并且用来向电池组600添加能量或者从电池组600去除能量。

电池组600的前面板602也可以包括状况灯和重置按钮608。在一实施例中，状况按钮608 是能按压以重置或重新启动电池组600的按钮。在一实施例中，绕按钮608中心的外环可以被点亮以指示电池组600的操作状况。这种点亮可以由光源诸如一个或多个发光二极管生成，光源联接到状况按钮608或者为状况按钮608的部分。在此实施例中，不同颜色点亮可以指示电池组的不同操作状态。例如，恒定或稳态绿光可以指示电池组600处于正常操作状态；闪烁或选通绿光可以指示电池组600处于正常操作状态并且电池组600目前正使电池平衡；恒定或稳态黄光可以指示警告或者电池组600处于错误状态；闪烁或选通黄光可以指示警告或电池组600处于错误状态并且电池组500目前正使电池平衡；恒定或稳态红光可以指示电池组600处于警报状态；闪烁或选通红光可以指示电池组600需要被替换；以及无光从状况灯发出可以指示电池组600没有电力和/或需要替换。在某些实施例中，当状况灯发出红光(稳态或闪烁)或者无光时，在电池组600或外部控制器中的连接器自动断开以防止电池充电或放电。如对于本领域普通技术人员显然，点亮以指示电池组600的操作状况的任何颜色、选通技术等在本公开的范围内。

转至图6C-6D，示出了安置于电池组600的外壳内侧的示例部件，包括(但不限于)平衡充电器632、电池组控制器(BPC)634和电池模块控制器(BMC)638。平衡充电器632可以是电源，诸如直流电源，并且可以向在电池组中的所有电池单体提供能量。在一实施例中，平衡充电器632可以同时向电池组中的所有电池单体提供能量。BMC 638联接到电池模块636并且可以从包括于电池模块636中的电池单体选择性地放能，以及对电池模块636进行测量(例如，电压和温度)。BPC 634可以控制平衡充电器632和BMC 638以平衡或调整电池模块的电压和/或充电状态到目标电压和/或充电状态值。

如图所示，电池组600包括多个电池模块并且BMC(例如，电池模块控制器638)联接到每个电池模块(例如，电池模块636)。在下文更详细地描述的一实施例中，n个BMC(其中n大于或等于2)可以以菊花链连接在一起并且联接到BPC以形成单线通信网络。在此示例布置中，每个BMC可以具有唯一地址并且通过将一个或多个消息定址到任何所希望的BMC的唯一地址，BPC可以与BMC中每一个通信。一个或多个消息(其包括BMC的唯一地址)可以包括以下指令：例如从电池模块去除能量、停止从电池模块去除能量、测量并且报告电池模块的温度以及测量并且报告电池模块的电压。在一实施例中，BPC 634可以使用轮询技术从BMC中每一个获得测量值(例如，温度、电压)。BPC 634可以计算或(从电池组600外侧的控制器)接收电池组600的目标电压，并且可以使用平衡充电器632和BMC的网络来调整电池模块中每一个到目标电压。因此，电池组600可以认为是智能电池组，能自行调整其电池单体到目标电压。

连接电池组600的各个部件的电布线从图6C中省略以增强可视性。然而，图6D示出了电池组600中的示例布线。在图示实施例中，平衡充电器632和电池组控制器634可以连接到底部618或安装于底部618上。虽然被示出安装于电池组600的左侧上，平衡充电器632和电池组控制器634，以及安置于电池组600中的所有其它部件可以安置于电池组600内的任何位置。

电池模块636包括多个电池单体。任意多个电池单体可以包括于电池模块636中。示例电池单体包括(但不限于)锂离子电池单体，诸如18650或26650个电池单体。电池单体可以是圆柱形电池单体、棱柱形电池单体或者袋式电池单体，仅给出几个例子。电池单体或电池模块可以例如高达100个AH电池单体或电池模块。在某些实施例中，电池单体连接成串联/并联配置。示例性电池单体配置包括(但不限于)：1P16S配置、2P16S配置、3P16S配置、4P16S配置、1P12S配置、2P12S配置、3P12S配置以及4P12S配置。本领域普通技术人员已知的其它配置也在本公开的范围内。电池模块636包括正端子和负端子用来向包括于其中的多个电池单体添加能量和从电池单体去除能量。

如图6C所示，电池组600包括形成电池组件的12个电池模块。在另一实施例中，电池组600包括形成电池组件的包括16个电池模块。在其它实施例中，电池组600包括形成电池组件的20个电池模块或25个电池模块。如对于本领域普通技术人员显然，任何数量的电池模块可以连接以形成电池组600的电池组件。在电池组600中，被布置为电池组件的电池模块可以布置为串联配置。

在图6C中，电池模块控制器638联接到电池模块636。电池模块控制器638可以联接到电池模块636的正端子和负端子。电池模块控制器638可以被配置成执行下列功能中的一个、某些或全部功能：从电池模块636去除能量；测量电池模块636的电压；以及测量电池模块636的温度。如将由本领域普通技术人员理解到，电池模块控制器638并不限于执行刚刚描述的功能。在一实施例中，电池模块控制器638实施为安置于印刷电路板上的一个或多个电路。在电池组600中，一个电池模块控制器联接到电池组600中的电池模块中的每一个或安装于其上。此外，每个电池模块控制器可以经由布线而联接到一个或多个相邻的电池模块控制器以便形成通信网络。如图7A所示，n个电池模块控制器(其中n是大于或等于二的整数)可以以菊花链连接在一起并且联接到电池组控制器从而形成通信网络。

图7A是示出根据本公开的一实施例由电池组控制器和多个电池模块控制器形成的示例通信网络700的图。在图7A中，电池组控制器(BPC)710联接到n个电池模块控制器(BMC)720、730、740、750和760。换言之，n个电池模块控制器(其中n上大于或等于二的整数)以菊花链连接在一起并且联接到电池组控制器710以形成通信网络700，通信网络700被称作分布式菊花链式电池管理系统(BMS)。具体而言，BPC 710经由通信线715联接到BMC 720，BMC 720经由通信线725联接到BMC 730，BMC 730经由通信线735联接到BMC 740，以及BMC750经由通信线755联接到BMC 760以形成通信网络。每个通信线715、725、735和755可以是单个线，形成单线通信网络，单线通信网络允许BCM 710与BCM720-760中每一个通信，并且反之亦然。如对于本领域技术人员显然，任何数量的BMC可以在通信系统700中以菊花链的方式连接在一起。

在通信网络700中的每个BMC可以具有唯一地址，BCP 710使用该地址来与个别BMC通信。例如，BMC 720可以具有0002的地址，BMC 730可以具有0003的地址，BMC 740可以具有0004的地址，BMC 750可以具有0005的地址，以及BMC 760可以具有0006的地址。通过将一个或多个消息定址到任何所希望的BMC的唯一地址，BPC 710可以与BMC中的每一个通信。一个或多个消息(其包括BMC的唯一地址)可以包括以下指令：例如从电池模块去除能量、停止从电池模块去除能量、测量并且报告电池模块的温度和测量并且报告电池模块的电压。BPC710可以轮询BMC以获得关于电池组的电池模块的测量值，诸如电压和温度测量值。可以使用本领域技术人员已知的任何轮询技术。在某些实施例中，BPC 710持续地向BMC轮询测量值从而持续地监视在电池组中的电池模块的电压和温度。

例如，BPC 710可以设法与BMC 740通信，例如以便获得安装了BMC 740的电池模块的温度和电压测量值。在此示例中，BPC 710生成消息并且发送消息(或指令)，消息定址到BMC 740(例如，地址0004)。在通信网络700中的其它BMC可以将BPC 710发送的消息的地址解码，但是仅具有消息的唯一地址的BMC(在此示例中，BMC 740)可以响应。在此示例中，BMC740从BPC 710接收消息(例如，消息经过通信线715、725和735到达BMC 740)，并且生成响应并且经由单线通信网络(例如，响应经过通信线735、725和715到达BPC 710)发送到BPC710。BPC 710可以接收响应并且指导BMC 740执行功能(例如，从其所安装的电池模块去除能量)。在其它实施例中，可以使用其它类型的通信网络(除了通信网络700之外)。诸如RS232或RS485 通信网络。

图7B是用于在电池模块控制器诸如图6C的电池模块控制器638或者图7A的电池模块控制器720接收指令的示例方法7000的流程图。关于图7B所描述的电池模块控制器可以包括于通信网络中，通信网络包括多于一个隔离、分布式、菊花链式电池模块控制器，诸如图7A的通信网络700。

图7B的方法7000可以实施为可以由处理器执行的软件或固件。即，方法7000的每个阶段可以实施为存储于非暂时计算机可读存储装置上的一个或多个计算机可读指令，计算机可读指令当由处理器执行时造成处理器实施一个或多个操作。例如，方法7000的可以实施为一个或多个计算机可读指令，计算机可读指令存储于电池模块控制器的处理器中并且由电池模块控制器的处理器执行(例如，图1C的电池组模块控制器138或者图7A的电池模块控制器720)，电池模块控制器安装于电池组(例如，图6A至图6D的电池组600)中的电池模块(例如，图6C的电池模块636)上。

由于图7B的描述参考电池组的部件，为了清楚起见，当描述图7B的方法7000的不同阶段时，在图6A至图6D的电池组600的示例实施例中枚举的部件和图7A的示例通信网络用来参考具体部件。然而，图6A至图6D的电池组600和通信网络700只是示例，并且可以使用并非图6A至图6D中所描绘的示例实施例的电池组和并非在图7A中描绘的示例实施例的通信网络700的实施例来实施方法7000。

在开始时(阶段7010)，该方法7000继续到阶段7020，在阶段7020，电池模块控制器接收消息。例如，电池组控制器可以与菊花链式电池模块控制器的网络通信(例如图7A)以便平衡电池组(例如，在图6A至图6D的5个电池组600)中的电池。可以在电池模块控制器的通信端子处经由通信线(例如在图7A的5个通信线715)接收消息。这个通信可以包括(但不限于)指导电池模块控制器的网络提供安装了电池模块控制器的电池模块的电压和/或温度测量值，并且指导电池模块控制器从分别安装了电池模块控制器的电池模块去除能量或者停止去除能量。

如关于图7A所讨论，在通信网络(例如图7A的通信网络700)的每个电池模块控制器(例如，图7A的BMC 720)可以具有唯一地址，电池组控制器(例如，图7A的BPC 710)使用唯一地址来与电池模块控制器通信。因此，在阶段7020接收的消息可以包括其计划用于的电池模块控制器的地址和将由电池模块控制器执行的指令。在阶段7030，电池模块控制器判断包括于该消息中的地址是否匹配电池模块控制器的唯一地址。如果地址并不匹配，方法7000返回至阶段7020并且电池模块控制器等待新消息。即，电池模块控制器响应于判断出与该消息相关联的地址并不匹配电池模块控制器的唯一地址而忽略与该消息相关联的指令。如果地址并不匹配，方法5000前进到阶段7040。

在阶段7040，电池模块控制器将包括于该消息中的指令解码并且该方法7000前进到阶段7050。在阶段7050，电池模块控制器执行指令。同样，指令可以(但不限于)测量并且报告电池模块的温度，测量并且报告电池模块的电压，从电池模块去除能量(例如在电池模块的端子上施加一个或多个分流电阻器)，停止从电池模块去除能量(例如，停止向电池模块的端子施加一个或多个分流电阻器)，或者在测量电池电压之前校准电压测量值。在各种实施例中，温度和电压测量值可以作为实际温度和电压值发送，或者作为编码数据发送，可以在报告了测量值之后对编码的数据进行解码。在阶段7050之后，方法7000循环回到阶段7020并且电池模块控制器等待新消息。

图8是示出根据本公开的一实施例的示例电池组控制器800的图。图6C和图6D的电池组控制器634可以如根据图8的电池组控制器800所描述那样实施。图7A的电池组控制器710可以如根据图8的电池组控制器800所描述那样实施。

如图8所示，示例电池组控制器800包括直流输入802(其可以是隔离的5V直流输入)、充电器开关电路804、DIP-开关806、JTAG连接件808、CAN(CANBus)连接件810、微处理器单元(MCU)812、存储器814、外部EEPROM 816、温度监视电路818、状况灯和重置按钮820、看门狗计时器822和电池模块控制器(BMC)通信连接件824。

在一实施例中，电池组控制器800也从存储电池单体中的能量供电。电池组控制器800可以由直流输入802连接到电池单体。在其它实施例中，电池组控制器800可以从连接到直流输入802的交流至直流电源供电。在这些实施例中，DC-DC电源然后可以将输入直流电转换为适合于操作电池组控制器800的各个电部件的一个或多个功率级。

在图8示出的示例性实施例中，充电器开关电路804联接到MCU 812。充电器开关电路804和MCU 812可以用来控制平衡充电器诸如图6C的平衡充电器632的操作。如上文所描述，平衡充电器可以向电池组的电池单体添加能量。在一实施例中，温度监视电路818包括一个或多个温度传感器，温度传感器可以监视在电池组内的热源温度，诸如用来向电池组的电池单体添加能量的平衡充电器的温度。

电池组控制器800也可以包括若干接口和/或连接器用于通信。这些接口和/或连接器可以联接到MCU 812，如图8所示。在一实施例中，这些接口和/或连接器包括：DIP-开关806，其可以用来设置用于标识电池组控制器800的软件比特的一部分；JTAG连接件808，其可以用来测试和调试电池组控制器800；CAN(CANBus)连接件810，其可以用来与电池组外侧的控制器通信；以及，BMC通信连接件824，其可以用来与一个或多个电池模块控制器诸如电池模块控制器的分布式菊花链式网络(例如，图7A)通信。例如，电池组控制器800可以经由BMC通信连接件824联接到通信线，例如图7A的通信线715。

电池组控制器800还包括外部EEPROM 816。外部EEPROM 816可以存储电池组的值，测量值等。当切断电池组的电源时这些值、测量值等可以持续(即，将不由于失去电力而丢失)。外部EEPROM 816也可以存储可执行的代码或指令，诸如用来操纵微处理器单元812的可执行代码或指令。

微处理器单元(MCU)812联接到存储器814。MCU 812用来执行管理电池组的应用程序。如本发明所述的那样，在一实施例中，该应用程序可以执行以下功能(但不限于这些功能)：监视电池组600的电池单体的电压和温度；平衡电池组600的电池单体；监视并且控制(若需要)电池组600的温度；处置在电池组600与电能存储系统的其它部件之间的通信；以及生成警告和/或警报，以及采取其它适当措施来保护电池组600的电池单体。

如上文所描述，电池组控制器可以从电池模块控制器获得温度和电压测量值。温度读数可以用来确保电池单体在其规定的温度限度内操作并且调整由MCU 812上执行的应用程序计算和/或使用的温度相关值。同样，电压读数例如用来确保电池单体在其规定的电压限度内操作。

看门狗计时器822用来监视和确保电池组控制器800的适当操作。在电池组控制器800操作期间发生不可恢复错误或者计划外无限软件循环的情况下，看门狗计时器822可以重置电池组控制器800使得其正常重新开始操作。状况灯和重置按钮820可以用来对电池组控制器800进行手动重置操作。如图8所示，状况灯和重置按钮820和看门狗计时器822可以联接到MCU 812。

图9示出了根据本公开的一实施例的示例电池模块控制器900的图。图6C和图6D的电池模块控制器638可以如根据图9的电池模块控制器900所描述那样实施。图7A的电池模块控制器720、730、740、750和760中每一个可以如根据图9的电池模块控制器900所描述那样实施。电池模块控制器900可以安装于电池组的电池模块上并且可以执行以下功能(但不限于此)：测量电池模块的电压；测量电池模块的温度；以及从电池模块去除能量(放电)。

在图9中，电池模块控制器900包括处理器905、电压参考910、一个或多个电压测试电阻器915、电源920、故障安全电路925、分流开关930、一个或多个分流电阻器935、极性保护电路940、隔离电路945和通信线950。处理器905控制电池模块控制器900。处理器905经由电源920从电池模块控制器900所安装的电池模块接收电力。电源920可以是直流电源。如图9所示，电源920联接到电池模块的正端子并且向处理器905提供电力。处理器905也经由极性保护电路940联接到电池模块的负端子，极性保护电路940在电池模块控制器不当地安装于电池模块上的情况下保护电池模块控制器900(例如，在图9中原本要联接到正端子的电池模块控制器900的部件被不当地联接到负端子并且反之亦然)。

电池模块控制器900可以经由通信线950(其可以单个线)与电池组的其它部件(例如，电池组控制器，诸如图6C的电池组控制器634)通信。如关于图7A的示例通信网络所描述，通信线950也可以用来以菊花链方式将电池模块控制器900连接到电池组控制器和/或一个或多个其它电池模块控制器从而形成通信网络。通信线950可以经由安置于电池组控制器900上的通信端子联接到电池组控制器900。照此，电池模块控制器900可以经由通信线950来发送和接收消息(包括从电池组控制器发送的指令)。当充当通信网络的部分时，电池模块控制器900可以被分配唯一网络地址，唯一网络地址可以存储于处理器905的存储装置中。

电池模块控制器900可以经由隔离电路945与联接到通信线的其它部件(例如，电池组控制器、其它电池模块控制器，在电池组外部的计算系统)电隔离。在图9中，隔离电路945安置于通信线950与处理器905之间。同样，通信线950可以经由安置于电池组控制器900上的通信端子联接到电池组控制器900。这个通信端子可以安置于通信线950与隔离电路945之间，或者可以是隔离电路945的部分。隔离电路945可以将处理器905电容联接到通信线950或者可以提供本领域技术人员已知的其它形式的电隔离。

如上文所解释，电池模块控制器900可以测量其所安装的电池模块的电压。如图9所示，处理器905联接到电压测试电阻器915，电压测试电阻器915联接到电池模块的正端子。处理器905可以测量在测试电阻器915两端的电压并且比较这个测量电压与电压参考910来确定电池模块的电压。如关于图7A所描述，可以由电池组控制器来指导电池模块控制器900测量电池模块的电压。在执行了电压测量值之后，处理器905可以经由通信线950向电池组控制器报告电压测量值。

电池模块控制器900也可以从其所安装的电池模块去除能量。如图9所示，处理器905联接到故障安全电路925，故障安全电路925联接到分流开关930。分流开关930也经由极性保护电路940联接到负端子。分流电阻器935安置于电池模块的正端子与分流开关930之间。在此实施例中，当分流开关930断开时，分流电阻器935并不施加到电池模块的正端子和负端子，并且当分流开关930闭合时，分流电阻器935施加到电池模块的正端子和负端子以便从电池模块去除能量。处理器905可以指导分流开关930以将电阻器935选择性地施加到电池模块的正端子和负端子以便从电池模块去除能量。在一实施例中，处理器905以有规律的间隔(例如，每30秒一次)指导分流开关930施加分流电阻器935以便使电池模块持续地放电。

故障安全电路925可以防止分流开关930从电池模块去除太多能量。在处理器905故障的情况下，故障安全电路925可以指导分流开关930停止将分流电阻器835施加到电池模块的正端子和负端子。举例而言，处理器905以有规律的间隔(例如每30秒一次)指导分流开关930 施加分流电阻器935以便使电池模块持续地放电。安置于处理器905与分流开关930之间的故障安全电路925可以监视处理器905发送给分流开关930的指令。在处理器905向分流开关930发送安排指令失败(这可能是由于处理器905故障造成)的情况下，故障安全电路925可以指导或造成分流开关930断开，防止电池模块进一步放电。处理器905可以指导故障安全电路925防止分流开关930使电池模块放电低于阈值电压或充电状态水平，阈值电压或充电状态水平可以在电池模块控制器900或者外部控制器(例如，电池组控制器)中存储或计算。

图9的电池模块控制器900还包括温度传感器955，温度传感器955可以测量电池模块控制器900所连接的电池模块的温度。如图9所描绘，温度传感器955联接到处理器905并且可以向处理器905提供温度测量值。本领域技术人员已知的任何温度传感器可以用来实施温度传感器955。

图10是示出示例电池组的充电状态(SOC)与输出电压关系的曲线图。在图10中描绘的曲线形状可能根据电池化学而不同，但是为了这种讨论，大部分或所有电池遵循类似趋势。此外，不同电池可以具有不同最小和最大电压。例如，锂-钴-锰电池具有接近2.5V-4.2V的范围，而磷酸锂铁电池具有2.0V-3.65V的适当范围。

考虑图10，在执行第一功能时，BESS单元可以允许其电池组在其SOC的有限范围内充电和放电(例如，如图所示，在图10的范围1，在其完全充电的60％与85％之间)。例如，当BESS单元用于电网的频率稳定时，电池组可以在范围1内充电/放电。当BESS单元用于补充替代能源诸如太阳能装置时，当替代能源未能产生所希望的能量(例如，由于云在太阳能发电厂的太阳能阵列上经过)时，电池组就可以在范围2内充电/放电。在另一示例实施例中，可以允许电池组完全充电和完全放电，或者在SOC值的另一所希望的操作范围充电/放电。

示例串控制器

图11是示出示例串控制器1100的图。具体而言，图11示出了串控制器1100的示例部件。在图11中所描绘的示例部件可以用来实施图5A的公开的串控制器504。串控制器1100包括串控制板1124，串控制板1124控制串控制器1100的总操作。串控制板1124可以作为安装于印刷电路板(例如，图12A的串控制板1230)上的一个或多个电路或集成电路。串控制板1124可以包括或者实施为处理单元，诸如微处理器单元(MCU)1125、存储器1127和可执行代码。在串控制板1124中示出的单元1126、1128、1130和1142可以实施于硬件、软件或硬件与软件的组合中。单元1126、1128、1130、1132和1142可以是安装于印刷电路板或单个集成电路上的个别电路。

由串控制器1100执行的功能可以包括(但不限于)下列功能：发出电池串接触器控制命令，测量电池串电压；测量电池串电流；计算电池串安培小时计数；在系统控制器(例如，在充电站)与电池组控制器之间分程传递询问；处理询问响应消息；集合电池串数据；执行对电池组的软件装置ID分配；检测在电池串中的接地故障电流；并且检测警报和警告条件并且采取适当校正措施。MCU 1125可以通过执行存储于存储器1127中的代码而实行这些功能。

串控制器1100包括电池串端子1102和1104以分别联接到电池串(也被称作电池组的串)的正端子和负端子。电池串端子1102和1104联接到串控制板1124上的电压感测单元1142，电压感测单元1142可以用来测量电池串电压。

串控制器1100还包括分别联接到电力控制系统(PCS)的正端子和负端子的PCS端子1106和1108。如图所示，正电池串端子1103经由接触器1116联接到正PCS端子1106并且负电池串端子1104经由接触器1118联接到负PCS端子11408。串控制板1124分别经由接触器控制单元1126和1130而联接到负PCS端子1108。串控制板1124分别经由接触器控制单元1126和1130来控制接触器1116和1118(以断开和闭合)，允许电池串向PCS提供能量(放电)或者当接触器1116和1118闭合时从PCS接收能量(充电)。熔断器1112和1114保护电池串避免过大电流流动。

串控制器1100还包括用来联接到其它装置的通信端子1110和1112。在一实施例中，通信端子1110可以将串控制器1100联接到电池串的电池组控制器，允许串控制器1100发出询问、指令等。例如，串控制器1100可以发出指令，指令由电池组用于单体平衡。在一实施例中，通信端子1112可以将串控制器1100联接到阵列控制器，诸如图5A的阵列控制器508。通信端子1110和1112可以允许串控制器1100在阵列控制器(例如，图5A的阵列控制器508)与电池组控制器之间分程传递询问，集合电池串数据，执行到电池组的软件装置ID分配，检测警报和警告条件并且采取适当校正措施，以及其它功能。在并不包括阵列控制器的系统中，串控制器可以联接到系统控制器。

串控制器1100包括电源单元1122。图12A的电源1220可以如关于图11的电源单元1122所描述那样实施。在此实施例中，电源单元1122可以提供多于一个直流电源电压。例如，电源单元1122可以向功率串控制板1124提供一个电源电压并且提供另一电源电压来操作接触器1116和1118。在一实施例中，+5V DC电源可以用于串控制板1122，并且+12V DC可以用来闭合接触器1116和1118。

串控制板1124包括电流感测单元1128，电流感测单元1128从电流传感器1120接收输入，电流传感器1120可以允许串控制器测量电池串电流，计算电池串安培小时计数以及其它功能。此外，电流感测单元1128可以提供用于过电流保护的输入。例如如果过电流(电流水平高于预定阈值)由电流传感器1120感测到，电流传感器单元1128可以向MCU 1125提供值，该值指导接触器控制单元1126和1130以分别断开接触器1116和1118，切断电池串与PCS。同样，熔断器1112和1114也可以提供过电流保护，当超过阈值电流时，断开电池与PCS。

串控制器1100包括电池电压和接地故障检测(例如，图12A的电池电压和接地故障检测1210)。端子1138和1140可以将串控制器1100联接到电池组串中间的电池组。例如，在22个电池组的串中，端子1138可以连接到电池组11的负端子并且端子1140可以连接到电池组12的正端子。考虑图5B，SC1可以经由端子1138和1140联接到BP 11和BP 12。接地故障检测单元1132使用电阻器1134测量在电池串中间的电压并且提供接地故障保护。熔断器1136提供过电流保护。

图12A至图12B是示出示例串控制器1200的图。如图12A所示，串控制器1200保持电池电压和接地故障检测单元1210、电源1220、串控制板1230、正极熔断器1240和正极接触器1250。图12B示出了串控制器1200的另一角度并且描绘了负极熔断器1260、负极接触器1270和电流传感器1280。这些部件在下文中关于图11更详细地描述。

示例电池组平衡算法

图13是示出用于平衡电池组诸如图6A至图6D的电池组600的示例方法1300，电池组600包括多个电池模块、平衡充电器、电池组控制器和隔离、分布式菊花链电池模块控制器的网络。方法1300可以实施为可以由处理器执行的软件或固件。即，方法1300的每个阶段可以实施为存储于非暂时计算机可读存储装置上的一个或多个计算机可读指令，计算机可读指令当由处理器执行时造成处理器实施一个或多个操作。例如，方法1300可以实施为一个或多个计算机可读指令，计算机可读指令存储于电池组(例如，图6A至图6D的电池组600)中的电池组控制器(例如，图6C的电池组控制器634)中存储和执行。

由于图13的描述参考电池组的部件，为了清楚起见，当描述图13的方法1300的不同阶段时，在图6A至图6D的电池组600的示例实施例中枚举的部件图的示例用来参考具体部件。然而，图6A至图6D的电池组600仅是一示例，并且方法1300可以使用并非图6A至图6D中描绘的示例性实施例的电池组的实施例来实施。

在开始时，方法1300前进到阶段1310，在阶段1310，由电池组控制器诸如电池组控制器634接收目标电压值。目标值可以用于平衡电池组中的每个电池模块(例如电池模块636)的电压和/或充电状态并且可以从外部控制器诸如关于图5A或图11或图12A至图12B所描述的串控制器接收。在阶段1315，向电池模块轮询电压测量值。例如，电池组控制器634可以从安装到电池模块上的电池模块控制器(例如，电池模块控制器638)中每一个请求电压测量值。同样，一个电池模块控制器可以安装于电池模块中每一个上。每个电池模块控制器可以测量安装了电池模块控制器的电池模块的电压，并且将测量的电压通信给电池组控制器634。并且，如关于图7A所讨论，电池组控制器和多个隔离、分布式菊花链式电池模块控制器可以联接在一起以形成通信网路。可以依序执行轮询(例如，轮询BMC 720、之后BMC 730，之后BMC 740，以此类推)。在一实施例中，目标充电值状态可以在阶段1010接收，而不是目标电压值。

在阶段1320，关于每个轮询的电池模块电压是否处于可接受范围做出判断。这个可接受范围可以由高于和/或低于所接收的目标电压的一个或多个阈值电压来确定。例如，电池组控制器634可以使用开始放电值、停止放电值、开始充电值和停止电压值，使用这些值判断是否应执行电池模块的平衡。在一实施例中，开始放电值可以大于停止放电值(二者可以大于目标值)并且开始充电值可以小于停止充电值(二者可以都小于目标值)。通过将存储的偏移值添加到所接收的目标电压值，可以导出这些阈值。在一实施例中，可接受范围可以在开始放电值与开始充电值之间，指示可能不需要平衡的范围。如果所有电池模块电压在可接受范围内，方法1300继续到阶段1325。在阶段1325，平衡充电器(例如，平衡充电器632)切断(如果接通)并且已经施加的每个电池模块控制器638的分流电阻器诸如图9的分流电阻器935断开以停止从电池模块去除能量。例如，电池组控制器634可以指导平衡充电器632停止向电池组1300的电池模块提供能量。电池组控制器634也可以指导每个电池模块控制器(每个电池模块控制器向其所安装的电池模块施加分流电阻器)停止施加分流电阻器并且因此从电池模块去除能量。方法1300然后返回到步骤1315，其中再次向电池组的电池模块轮询电压值。

返回至阶段1320，如果所有电池模块电压都不在可接受范围内，这些方法继续到阶段1330。在阶段1330，对于每个电池模块，判断电池模块电压是否高于开始放电值。如果电压高于开始放电值，方法1300继续至阶段1335，在阶段1335，施加联接到电池模块的电池模块控制器(例如，电池模块控制器638)的分流电阻器以便从模块移除(排放)能量。该方法然后继续到阶段1340。

在阶段1340，对于每个电池模块，判断电池模块电压是否低于停止放电值。如果电压低于停止放电值，方法1300继续至阶段1345，其中联接到电池模块的电池模块控制器(例如电池模块控制器638)的分流电阻器断开以便停止从模块放能。即，电池模块控制器停止(多个)将分流电阻器施加到其所安装的电池模块的端子上。这防止电池模块控制器从电池模块去除能量。该方法然后继续到阶段1350。

在阶段1350，判断出至少一个电池模块电压低于开始放电值。如果任何电压低于开始充电值，方法1300继续到阶段1355，在阶段1355，接通平衡充电器以向所有电池模块提供能量。例如，电池组控制器634可以指导平衡充电器632接通，向电池组600的电池模块中每一个提供能量。方法1300然后继续到阶段1360。

在阶段1360，判断出所有电池模块电压高于停止充电值。如果所有电压高于停止充电值，方法1300继续到阶段1365，其中切断(如果在先前接通)平衡充电器以停止对电池组的电池模块充电。例如，电池组控制器634可以指导平衡充电器632以停止向电池组600的电池模块提供能量。方法1300然后返回到阶段1315，在阶段1315，再次向电池模块轮询电压测量值。因此，如先前所描述，方法1300的阶段1315至1360可以持续地平衡电池组诸如电池组600内的电池模块的能量。

示例BESS外壳

图14A、图14B和图14C是示出了BESS 1400的外壳(例如，定制的装运集装箱)的图。在图14A至图14C中，标记BESS 1400的外壳的后部和前部。如图所示，一个或多个PCS 1410可以安装于BESS 1400的背部上，其将BESS 1400联接到电网。BESS 1400的前部可以包括一个或多个门(未图示)，门提供对外壳内部的接近。操作者可以通过门进入BESS 1400并且接近BESS 1400的内部部件(例如，电池组、计算机等)。图14A描绘了BESS 1400，其中其外壳的顶部处于适当位置。

图14B描绘了BESS 1400，其中移除了其外壳的顶部。可以看出，BESS 1400包括一个或多个天花板1420、一个或多个灯光单元1430和一个或多个风扇1440。灯光单元1430和1440可以安置于天花板1420中的有规律间隔。灯光单元1430可以向BESS 1400的内部提供照明。风扇1400定向成它们从天花板1420朝向BESS 1400的地板吹风(即，它们向BESS 1400内部吹风)。容纳于BESS 1400内的电池组机架上方的开口1450允许暖风向上吹到外壳顶部与天花板1420之间的空间，在天花板1420上方形成热空气区域。图14C描绘了BESS 1400，其中移除了天花板1420。可以看出，开口1450安置于容纳于BESS 1400中的电池组的机架上方。

图15A、图15B和图15C是示出示例BESS 1500而没有其外壳(即，BESS 1500的内部结构)的图。图15A和图15B示出了从不同角度观察的BESS 1500内所容纳的电池组的机架。图15C示出了BESS 1500的正视图。这是可以由在BESS 1500前部开门并且进入BESS 1500以执行维护或测试的操作者观看的视图。图15C是出于了在BESS 1500背部的拆分式A/C单元1510。A/C单元1510受到控制(例如，受到阵列控制器控制)以调节BESS 1500的温度。A/C单元1510向BESS 1500提供冷空气并且在BESS 1500的走道中形成冷空气区域。

图16示出了示例BESS 1600的另一正视图并且描绘了在BESS 1600中的空气流动。如关于图14A至图14C和图15A至图15C所解释，在BESS 1600的天花板中的风扇从天花板上方的热空气区域1610朝向BESS 1600的地板吹热空气。在BESS 1600的背部的A/C单元从BESS 1600抽出热空气并且向BESS 1600内部提供冷空气，形成冷空气区域1620。冷空气调节容纳于BESS 1600内的电池组的温度，并且随着其冷却而升高到热空气区域1610。

用于电池组的示例质保跟踪器

在一实施例中，基于电池组诸如图6A至图6D的电池组600的电池使用的质保可以考虑与电池组相关联的各种数据，诸如(但不限于)充电和放电率、电池温度和电池电压。如对于本领域技术人员显然，下文所公开的质保跟踪器可以实施和适用于上文所描述的系统和方法中。嵌入于电池组中的质保跟踪器可以使用这条数据来计算表示电池使用了一段时间的质保值。计算的质保值可以在电池寿命中集合，并且累积值可以用来确定质保范围。利用这种方案，质保不仅可以将电池组的中放电考虑进来，而且也考虑使用电池组的方式。根据一实施例，关于图17至图20进一步讨论用来计算质保值的各种数据。

电池组的充电和放电率与流动进出电池组的电流量相关并且可以基于该电流量来近似或确定，可以测量流动进出电池组的电流量。一般而言，更高的充电和放电率可以产生更多热(比较低速率更多)，这可能会在电池组上造成应力，缩短了电池组的寿命和/或导致意外的故障或其它问题。图17是示出了根据一实施例用来计算质保值的、在电流测量值与电流系数之间的示例相互关系的图。对于电池组，诸如图6A至图6D的电池组600，可以直接测量电流，并且可以提供电池组的充电和/或放电率。

不同容量的电池的正常充电和放电率可以变化。因此，在一实施例中，电流测量值可以规范化以便采用不同电池组的正常充电和放电率。本领域技术人员将认识到测量的电流可以基于电池组的容量规范化，产生充电率。作为一示例，1C的规范化放电率将在一小时递送电池组额定容量，例如，1,000mAh电池将提供1,000mA放电电流一小时。充电率可以允许采用相同标准来确定正常充电和放电，无论电池组额定在1,000mAh或100Ah或者本领域普通技术人员已知的任何其它额定值。

仍考虑图17，根据一实施例，示例曲线图1702示出了作为规范化充电率1704的函数的电流系数1706。通过将测量电流转换为相对应的电流系数，电流测量值可以用来计算质保值。在一实施例中，测量电流首先规范化以产生充电率。充电率指示电池组的充电或放电率并且允许一致的质保计算，与电池组的容量无关。充电率然后可以映射到电流系数用于质保计算。例如，图1C的规范化充电率可以映射到电流系数2，而3C的充电率可以映射到电流系数10，指示更高的充电或放电率。在一实施例中，对于充电和放电率，可以维持单独的映射集合。在一实施例中，这些映射可以存储于查找表中，查找表存在于电池组内的计算机可读存储装置中。在另一实施例中，映射和电流系数可以存储于电池组外部的计算机可读存储装置中。替代地，在一实施例中，预先限定的数学函数可以映射到充电率或电流测量值以产生相对应的电流系数，而不是明确存储映射和电流系数。

在一实施例中，高于最大充电率质保阈值1708的计算的充电率可以立即使电池组的质保失效。这个阈值可以预先限定或者由质保跟踪器动态设置。在一非限制性示例中，最大质保阈值1708可以设置为2C的充电率。高于最大质保阈值1708的计算的充电率可以指示不当地使用电池组，并且因此质保可能并不涵盖因此所产生的问题。在一实施例中，对于电池组的充电率和放电率，可以限定最大质保阈值，而不是维持用于充电和放电二者的单个阈值。

温度是可能会影响到电池性能的另一因素。一般而言，更高的温度可能由于生成更高的内部温度而会造成电池组以更快的速率老化，更高的内部温度造成在电池组上增加的应力。这可能会缩短电池组的寿命。另一方面，较低的温度可能会在给电池组充电时造成损坏。

图18是示出了根据一实施例用来计算质保值、在电温度测量值与温度系数之间的示例相互关系的图。电池组，诸如图6A至6D的电池组600可以包括一个或多个电池温度测量电路，电池温度测量电路测量在电池组内的个别电池单体或个别电池模块的温度。示例曲线图1802示出了根据一实施例作为测量温度1804的函数的温度系数1806。通过将测量的温度转换成相对应温度系数，温度测量值可以用来计算质保值。在一实施例中，温度测量值可以映射到温度系数以用于质保计算。例如，20℃的正常操作温度可以映射到1的温度系数，而40℃的更高的温度将映射到更高的温度系数。更高的温度系数可以指示电池损耗以更快的速率发生。在一实施例中，这些映射可以存储于查找表中，查找表存在于电池组内的计算机可读存储装置中。在另一实施例中，映射和温度系数可以存储于电池组外部的计算机可读存储装置中。替代地，在一实施例中，预先限定的数学函数可以适用于温度测量值以产生相对应的温度系数，而不是明确地存储映射和温度系数。

质保阈值也可以是电池温度的函数，诸如当温度低于预先限定的值时对电池组进行充电。在一实施例中，低于最低温度质保阈值1808或者高于最大温度质保阈值1810的操作温度可以立即使电池组的质保失效。这些阈值可以预先限定或者由质保跟踪器动态设置。低于最小质保阈值1808或者高于最大质保阈值1810的计算的操作温度可以指示不当地使用电池组，并且因此质保可能并不涵盖因此所产生的问题。在一实施例中，可以限定电池组的充电和放电的最大和最小质保阈值，而不是维持充电和放电的相同阈值。

电压和/或充电状态是可能影响电池性能的额外因素。电池组的电压(其可以测量)可以用来计算或者以其它方式来确定电池组的充电状态。一般而言，很高或很低充电状态或电压造成在电池组上的应力增加。而这会缩短电池组的寿命。

图19是示出了根据一实施例用来计算质保值的、在电压测量值与电压系数之间的示例相互关系的图。电池组，诸如图6A至6D的电池组600可以包括一个或个电池电压测量电路，电池电压测量电路测量在电池组内的个别电池单体的电压或电池模块的电压。这些电压测量值可以集合或平均化以用于计算电池组的质保值。在一实施例中，可以计算电池组的充电状态并且用来计算质保值；然而，这种计算并非总是准确的并且必须小心地确定质保计算系数。在一实施例中，电池组的测量电压可以是包含于电池组内的每个电池单体或每个电池模块的平均测量电压。

在图19中，示例曲线图1902示出了根据一实施例作为测量电压1904函数的电压系数1906。通过将测量电压转换成相对应电压系数，电压测量值可以用来计算质保值。在一实施例中，电压测量值可以映射到电压系数以用于质保计算。这些映射可以针对于包含于电池组中的电池的特定类型。例如，包括一个或多个锂离子电池单体的电池组可以具有电压测量值3.2V为的平均单体，3.2V的电压测量可以映射到电压系数1。相比而言，在3.6V或2.8V的电压测量可以映射到更高的电压系数。在一实施例中，这些映射可以存储于查找表中，查找表存在于电池组内的计算机可读存储装置中。在另一实施例中，映射和电压系数可以存储于电池组外部的计算机可读存储装置中。替代地，在一实施例中，预先限定的数学函数可以适用于电压测量以产生相对应的电压系数，而不是明确地存储映射和电压系数。

在一实施例中，低于最低电压质保阈值1908或者高于最大电压质保阈值1910的测量电压可以立即使电池组的质保失效。这些阈值可以预先限定或者由质保跟踪器动态设置。在一非限制性示例中，最低质保阈值1908和最大质保阈值1910可以设置为分别指示电池单体的过度放电和过度充电。低于最小质保阈值1908或者高于最大质保阈值1910的测量电压可以指示不当地使用电池组，并且因此质保可能并不涵盖因此所产生的问题。

图20是示出了根据一实施例用于使电池组的质保失效的示例质保阈值的图。如先前所描述，不当地使用电池组可能造成质保自动失效。例如，极端操作温度、电压或充电/放电率可以使质保立即失效。

在各种实施例中，电池组可以存储在电池组的寿命中的最低记录电压2001、最大记录电压2002、最低记录温度2003、最大记录温度2004、最大记录充电电流2005、以及最大记录放电电流2006。这些值可以由能测量或计算前述数据的任何装置或装置组合来记录，诸如(但不限于)分别地，一个或多个电池电压测量电路、电池温度测量电路和电流测量电路，这些装置将关于图19至图20进一步描述。在一替代实施例中，电池组可以在计算机可读存储装置中最大记录电流，而不是最大充电和放电电流。在一实施例中，数据测量可以在电池寿命期间周期性地记录于计算机可读存储装置中。对于最小值2001和2003，如果新记录的值小于存储的最小值，那么先前存储的值被新记录的值重写。对于最大值2002、2004、2005和2006，如果新记录的值大于存储的最小值，那么先前存储的值被新记录的值重写。

在一实施例中，每个电池组可以在计算机可读存储装置中保持质保阈值列表，例如，阈值2011-2016。在另一实施例中，质保阈值列表可以保持在电池组外部的计算机可读存储装置中。质保阈值可以指示用来确定质保范围外部的电池组的使用的最小和最大限度。质保跟踪器可以周期性地比较最小和与最大值2001-2006与质保阈值2011-2016以判断电池组的质保是否将失效。

在一实施例中，电池组可以将质保状况存储于计算机可读存储装置中。质保状况可以是能表示状况的任何类型的数据。例如，质保状况可以是二进制标志，二进制标志判断质保是否失效。质保状况也可以例如是具有一组可能值的枚举类型，诸如(但不限于)有效、到期和失效。

如图20所示，质保状况基于所记录的最小和最大值2001-2006与预先限定的质保阈值2011-2013来设置。例如，最小记录电压2001是1.6V并且最低电压阈值2011是2.0V。在此示例中，最小记录电压2001小于最低电压阈值2011，并且因此质保失效，如在框2021中所示。这将在质保状况中反映出来并且存储。在各种实施例中，当质保失效时，可以生成电子通信并且由电池组和/或系统来发送，其中，电池组用来向选定个人通知质保已经失效。电子通信也可以包括关于造成质保失效的条件或使用的细节。

图21是示出根据一实施例的电池组的示例使用的图。除了如关于图20所描述记录最小数据值和最大数据值之外，也可以收集使用频率统计。例如，使用统计可以基于电池电压测量值、电池温度测量值和/或充电/放电电流测量值来记录。

在一实施例中，对于每种类型的记录数据，可以限定一个或多个值范围。在图21所示的示例中，限定的测量电压范围是2.0V-2.2V、2.2V-2.4V、2.4V-2.6V、2.6V-2.8V、2.8V-3.0V、3.0V-3.2V、3.2V-3.3V、3.3V-3.4V、3.4V-3.5V、3.5V至3.6V和3.6V-3.7V。这些范围可以是锂离子电池常见的，例如以便俘获与这些电池相关联的典型电压。每个限定的范围可以与计数器相关联。在一实施例中，每个计数器存储于电池组内的计算机可读存储装置中。在其它实施例中，计数器可以存储于电池组外部，例如在电存储单元的串控制器、阵列控制器或系统控制器中(例如，参看图5A)。这可以允许在多个电池组上进一步集合使用统计。

在一实施例中，可以周期性地取得电压测量值。当测量值在限定范围内时，相关联的计数器可以递增。那么，每个计数器的值表示属于相关联值范围内的测量频率。然后使用频率统计来创建直方图，直方图显示在电池组的寿命中或者在一段时间中的使用测量分布。同样，对于其它测量值或计算的数据，诸如(但不限于)电池温度测量值和充电/放电电流测量值，可以记录频率统计。

例如，电池使用2102表示在电池组寿命期间进行的电压测量值分布。电池使用2102可以指示电池组的普通或正常使用，具有在3.0V与3.2V之间的最高测量频率。相比而言，电池使用2104可能指示更不利的使用。

直方图，诸如在图21中显示的那些，可以适用于制造商或销售商确定电池组的不当或未覆盖使用的范围。在一实施例中，分布数据也可以用来分析和诊断电池组缺陷和质保索赔。

图22是示出了根据一实施例的示例质保跟踪器的图。质保跟踪器2210包括处理器2212、存储器2214、电池电压测量电路2216和电池温度测量电路2218。电池电压测量电路2216和电池温度测量电路2218可以实施为安置于印刷电路板上的单个电路或单独电路。在某些实施例中，诸如在上文中详细描述的那些，安置于电池组中的每个电池模块可以联接到电池模块控制器，电池模块控制器包括电池电压测量电路以及电池温度测量电路。在这些实施例中，示例质保跟踪器2210的处理器2212和存储器2214可以是电池组控制器(诸如图8的电池组控制器800)的一部分或者实施为电池组控制器内。例如，质保跟踪器可以实施为存储器814中的可执行代码，可执行代码由电池组控制器800的MCU 812执行以提供质保跟踪器的功能。

在各种实施例中，电压可以测量为包含于电池组内的电池单体或电池模块的集合电压或平均电压。电池温度测量电路2218可以包括一个或多个温度传感器以周期性地测量在电池组内的电池单体温度或电池模块温度并且将集合或平均温度测量值发送到处理器2212。

在一实施例中，处理器2212也从电池电流测量电路2222接收周期性电流测量值。电池电流测量电路2222可以在质保跟踪器2210的外部。例如，电池电流测量电路2222可以存在于串控制器2220(例如图11的串控制器1100)内。在另一实施例中，电池电流测量电路2222可以是质保跟踪器2210的部分。

处理器2212可以基于所接收的电压、温度和电流测量值来计算质保值。在一实施例中，每个质保值表示在记录所接收的测量时的电池使用。一旦接收，测量值可以转换为用于计算质保值的相关联的系数。例如，从电池电压测量电路2216接收的电压测量值可以转换为相对应的电压系数，如关于图19所描述。同样，所接收的温度测量值和电流测量值可以转换为相对应温度和电流系数，如关于图17和图18所描述。

在一实施例中，处理器2212可以通过将电压系数、温度系数和电流系数乘在一起来计算质保值。例如，当电池组不充电也不放电时电流系数可为0。计算的质保值因此将也为0，指示未发生使用。在另一实例中，当电池温度和电压在最佳水平时，相对应温度和电压系数可以为1。所计算的质保值然后将等于对应于测量电流的电流系数。当所有系数大于零时，质保值基于电压、温度和电流测量值指示电池使用。

如先前所描述，额外测量值或计算数据也可以用于计算质保值。根据一实施例，质保值也可以基于任何组合电压、温度和电流系数来计算。

虽然质保值表示在一时间点的电池使用，电池组的质保基于电池组寿命的电池使用(其可以由电池组的制造商限定)。在一实施例中，存储器2214存储累积质保值，累积质保值表示在电池组的寿命期间的电池使用。每次计算质保值时，处理器2212可以向存储器2214中存储的累积质保值添加质保值。然后使用累积质保值来判断电池质保值有效还是到期。

图23是根据一实施例用来计算和存储累积质保值的示例方法。示例方法的每个阶段可以表示存储于计算机可读存储装置上的计算机可读指令，计算机可读指令由处理器执行，造成处理器执行一个或多个操作。

方法2300始于阶段2304，测量电池组内的电池单体电压。在一实施例中，用于不同电池单体或电池模块的电池单体电压测量值可以在电池组上集合或平均化。在阶段2306，可以测量电池单体温度。在一实施例中，不同电池单体或电池模块的电池单体温度测量值可以在电池组上集合或平均化。在阶段2308，可以接收充电/放电电流测量值。阶段2304、2306和12308可以以同时或以任何次序执行。

在阶段2310，使用测量的电池电压、测量的电池温度和所接收的电流测量值来计算质保值。在一实施例中，每个质保值表示在记录所接收的测量值时的电池使用。一旦接收，测量值可以转换为用于计算质保值的相关联的系数。例如，电压测量值可以转换为关于图19所描述的相对应的电压系数。同样，温度测量值和所接收的电流测量值可以转换为相对应温度和电流系数，如关于图17和图18所描述。

在一实施例中，可以通过使电压系数、温度系数和电流系数乘在一起来计算质保值。例如，当电池组不充电也不放电时电流系数可为0。计算的质保值因此将也为0，指示未发生使用。在另一实例中，当电池温度和电压在最佳水平时，相对应温度和电压系数可以为1。计算质保值然后将等于对应于测量电流的电流系数。当所有系数大于零时，质保值基于电压、温度和电流测量值指示电池使用。

在阶段2312，所计算的质保值添加到存储的累积质保值。在一实施例中，累积质保值可以存储于电池组内。在其它实施例中，累积质保值可以存储于电池组外部。然后可以使用累积质保值来判断电池组质保是有效的或到期的，如将在下文中关于图24和图25进一步讨论。

图24是根据一实施例使用质保跟踪器的示例方法。图24可以由计算机或者人操作者在能量管理系统诸如图3的能量管理系统360处执行。图24始于阶段2402，此时接收指示电池组具有操作问题或者在其它方面具有缺陷的警告或警报。在一实施例中，警报可以作为电子邮件其它电子通信向负责监视电池组的操作者发布。在其它实施例中，警告或警报可以是听觉或视觉警报，例如在有缺陷电池组上的闪烁红光，诸如在上文中关于图6A和图6B的状况按钮608所描述的警告。

在阶段2404，比较存储于有缺陷的电池组中的累积质保值与预先限定的阈值。这个阈值可以设置为基于电池组的正常使用而提供特定质保阶段。例如，阈值可以设置为使得电池组可以基于正常使用而涵盖10年的质保。以此方式，电池组的野蛮使用可以减小电池组的有效质保期。

在阶段2406，判断所存储的累积质保值是否超过预先限定的阈值。如果存储的累积值超过了预先限定的阈值，方法2400继续进行到阶段2408。在阶段2408，判断电池组的质保到期。如果存储的累积值并不超过阈值，方法结束，指示电池组质保并未到期。

图25是示出根据一实施例的示例电池组和相关联的质保信息的图。当电池组被报告为有缺陷时，可以执行对质保信息的分析。如图25所示，电池组2504存在于电存储单元2502中，类似于图5A和图5B的电存储单元502的电池组。响应于电池组2504有操作问题，从电存储单元2502移除电池组2504用于分析。

在一实施例中，电池组2504可以连接到具有显示器2506的计算装置。以此方式，电池组操作者、销售商或者制造商能查看各种质保信息和状况从而确定哪一方在经济上负责维修电池组2504。在图25所示的示例中，质保阈值可以设置为500,000,000并且电池组的累积质保值为500,000,049。由于累积质保值超过了质保阈值，电池组质保确定到期，并且电池组操作者或拥有者应在财务上负责维修。

在一实施例中，可以查看电池组2504的质保信息，而无需从电存储单元2502物理地去除电池组2504。例如，存储的质保信息可以经由可以访问的网络发送到电池组2504外部的装置以进行分析。

对具有操作问题或缺陷的电池组的示例检测

图26是示出根据一实施例基于自放电率和充电时间的电池组的示例分布的图。曲线2602示出了在一段时间基于每个电池组的自放电率2606的电池组的示例分布。轴线2604指示具有特定自放电率的电池组的数量。曲线2602指示正常分布，其中某些电池组具有更高或更低的自放电。

曲线2608示出了基于每个电池组的充电时间2610，电池组的类似分布。在一实施例中，计时器可以跟踪平衡充电器诸如图6C的平衡充电器632的操作时间来确定在一段时间电池组的充电时间。轴线3612指示在一段时间具有类似充电时间的电池组的数量。

如图26所示，电池组的自放电率和充电时间预期相似。在一实施例中，可以在一段时间收集多个电池组的数据以便确定电池分布2602和2608。多个电池组的平均充电时间可以提供健康电池组，例如在可接受的公差内操作的电池组的预期充电时间的可靠指示。可以从这些分布中选择高于平均充电时间的最大预期方差2614。例如，可以将最大方差2614设置为与多个电池组的平均充电时间的标准偏差。在一实施例中，超过最大方差2614的充电时间可以表示电池组具有操作问题或缺陷。本领域技术人员将认识到最大方差2614可以是高于电池组的预期充电时间的任何值并且可以是静态的或者随着收集额外数据而动态更新。

图27是根据一实施例的电池组(诸如图6A至图6D的电池组600)的温度与充电时间之间的关系的图。曲线2702示出了基于每个电池组的充电时间2706，电池组的类似分布。轴线2704指示在一段时间具有类似充电时间的电池组的数量。如图27所示，曲线2702表示对于电池组中的每个电池组，基于20℃的一致电池温度的电池分布。在实施例中，电池温度可以是例如包含于电池组内的每个电池单体或者每个电池模块的平均温度。

温度对于电池组的性能具有显著影响。例如，更高的温度可能会提高电池的自放电率。在一非限制性实施例中，电池组可以每个月自充电2％并且在30℃增加到每个月10％。曲线710示出了基于充电时间2706的电池组的分布，其中每个电池具有30℃的温度。在30℃，每个电池组的充电时间维持正常分布，但是平均和预期充电时间转移。

因为分布在不同温度转移，最大方差2708可以更新补偿温度波动。在一实施例中，一个或多个温度传感器可以监视电池组的平均电池单体或者电池模块温度。温度传感器可以在电池组的内部或外部。最大方差2708然后可以响应于温度变化而动态地调整。例如，如果电池组的平均电池模块温度经确定为30℃，最大预期方差可以调整为最大方差2712。这可以防止替换健康电池组，例如当电池组的充电时间在30℃温度处降低到最大方差2708与最大方差2712之间时。在其它实施例中，可以监视环境温度，作为电池模块温度的替代或组合，并且可以响应于环境温度变化来动态地调整最大方差2708。

图28是示出了，根据一实施例用来检测具有操作问题或缺陷的电池组的示例系统的图。在一实施例中，系统2800包括电池组2802和分析器2808。对于本领域技术人员显然，下文所公开的检测技术可以实施和使用于上文所描述的系统和方法中。电池组202可以包括平衡充电器2804，诸如图6的平衡充电器632和计时器2806。电池组2802可以联接到电网2810。这使得在适当时接通和切断以向电池组2802的单体充电。

在一实施例中，计时器2806记录平衡充电器2804操作时的时间量。计时器2806嵌入于电池组内，作为电池组控制器的部分，诸如图8的电池组控制器800。替代地，计时器2806可以单独于电池组控制器。在一实施例中，计时器2806可以在特定时段之后或者在特定时间间隔重置。例如，计时器2806可以在每个月的第一天重置以便记录平衡充电器2804在这个月期间操作的时间量。替代地，计时器2806可以维持累积操作时间或者在规定时段，例如在最后30天操作的时间。

在一实施例中，计时器2806可以向分析器2808周期性地发送所记录的操作时间。在一实施例中，分析器2808可以是电池组2802的一部分。例如，分析器2808可以集成到电池组2808的电池组控制器内，诸如图8的电池组控制器800。在其它实施例中，分析器2808可以在电池组2802外部并且可以实施于任何计算系统上。在其中电池组2808是BESS诸如图5A和图5B的BESS 502的一部分的一实施例中，分析器2808可以是如关于图5A所描述的串控制器、阵列控制器或者系统控制器的部分。

在一实施例中，分析器2808可以选择一时间段并且比较选定的时间段的记录操作时间与阈值时间。阈值时间可以只是从平衡充电器2806的预期操作时间的最大确定方差。预期操作时间可以表示对于选定时间段，电池组的预期充电时间，考虑到诸如(但不限于)下列因素：电池使用和自放电率。分析器2808可以基于从多个电池组收集的数据的统计分析来设置预期操作时间和阈值时间并且可以随着收集额外数据而进行调整。如果电池组2802是电池组阵列的一部分，可以基于阵列中电池组的全部或子集的分析来确定预期和阈值操作时间。此外，在一实施例中可以基于平均电池单体或者或者电池组的电池模块温度或者电池组周围的环境温度来动态地确定阈值时间，如在上文中关于图27所描述。在一实施例中，一个或多个温度传感器可以监视电池组温度或者环境温度并且向分析器2808提供测量值。分析器2808然后可以使用接收的温度测量值以调整阈值时间。

在一实施例中，如果记录的操作时间超过了阈值时间，分析器2808可以确定电池组具有操作问题或缺陷并且可能需要维护和/或替换。在此情况下，分析器2808可以向适当方诸如负责监视电池组的操作者发布警报。在一实施例中，可以作为电子邮件或其它电子通信来发出警报。在其它实施例中，发出的警报可以是声响或视觉的，例如在电池组上闪烁的红灯，诸如上文关于图6A和图6B的状况按钮608所描述的警告。

在一实施例中，分析器2808也可以响应于确定电池组具有操作问题或缺陷而中止电池组的操作。这可以充当用来排除操作具有操作问题或缺陷的电池组而发生到任何不利效果的机构。

图29是示出，根据一实施例从电池组阵列集合数据以进行分析的图。如所解释的那样，能量系统，诸如图5A的电存储系统502包括多个电池组2902。每个电池组2902可以包括计时器用来记录电池组充电的时间量。记录的时间可以存储于每个电池组中，如在图2904所示。在一实施例中，每个计时器可以集成到每个电池组的电池组控制器内，诸如图8的电池组控制器800，包括处理器和用来存储所记录的时间的存储器。

在一实施例中，可以由一个或多个串控制器(诸如图5A的串控制器504)来集合每个电池组的记录时间，如在2908所示。如图29所示，和/或由阵列控制器(诸如图5A的阵列控制器508)和/或由系统控制器(诸如图5A的系统控制器512)控制，如在2908处所示。如图29所示，每个串控制器可以管理多个电池组的子集。

在一实施例中，可以由一个或多个串控制器或者阵列或系统控制器将集合的记录时间发送到一个或多个分析器2910，诸如图28的分析器2808。分析器2910可以收集关于多个电池组的数据以便检测并且识别具有操作问题或缺陷的电池组，如关于图28所描述。在一实施例中，分析器2910可以是每个串控制器和/或阵列或系统控制器的部分。以此方式，分析可以定位于成组的电池组上，或者对于整个系统执行。在一实施例中，分析器2910可以在多个电池组、串控制器、阵列控制器和系统控制器外部。

图30是示出了根据一实施例用来检测具有操作问题或缺陷的电池组的示例方法的图。示例方法的每个阶段可以表示存储于计算机可读存储装置上的计算机可读指令，其当由处理器执行时造成处理器执行一个或多个操作。

方法3000始于阶段3002，记录平衡充电器操作的时间量。平衡充电器可以是电池组的诸如图6C的平衡充电器632的部分并且被配置成给电池组的单体充电。

在阶段3004，比较特定时间段的记录的操作时间与阈值时间。阈值时间可以指示与平衡充电器的预期操作时间的确定的方差。预期操作时间可以表示特定时间段的电池组的预期充电时间，考虑到诸如下列的因素(但不限于)电池使用和自放电率。

在阶段3006，判断记录的操作时间是否超过阈值时间。这可以指示电池组充电长于预期并且可能需要维护和/或替换。在阶段3008，如果记录的操作时间超过阈值时间，警报可以提供给适当方，诸如负责监视电池组的计算机或人操作者(例如，在图3的能量管理系统)。在一实施例中，警报可以作为电子邮件或者其它电子通信发出。在其它实施例中，发出的警报可以是音响或视觉的，例如在电池组上的红灯。返回至阶段3006，如果记录的操作时间并不超过阈值时间，方法结束。

应意识到详细描述部分而非发明内容和摘要部分预期用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以陈述了(多个)发明者设想到的本公开的一个或多个示例性实施例而不是所有示例性实施例，并且因此预期并不以任何方式限制本公开，和权利要求。

在上文中借助于功能构建块描述了本发明的实施例，功能构建块示出了所规定的功能和其关系的实施。这些功能构建块的边界在本发明中任意地限定以便于描述。也可以限定替代边界，只要适当地执行规定的功能和其关系。而且，标识符诸如“(a)”、“(b)”、“(i)”、“(ii)”等有时用于不同的元件或步骤。这些标识符出于清楚目的而使用并未未必指定元件或步骤的次序。

具体实施例的前文的描述也将全面地披露本发明的一般性质，其它人通过采用本领域技术内的知识能够易于修改和/或调适以用于各种应用诸如具体实施例，无需过度实验，而不偏离本发明的一般构思。因此，基于本发明中展示的教导内容和引导，这些调适和修改预期在所公开的实施例的意义和范围内。应了解本发明中的短语或术语是出于描述目的并且并无限制意义，使得本说明书的术语或短语将由本领域技术人员根据教导内容和指导来解释。

本发明的范畴和范围不应限于上文所描述的实施例，而是应仅根据权利要求和其等效物来限定。

Claims

1.一种电池能量存储系统，包括：

多个电池组；

串控制器，其联接到多个电池组并且被配置成经由功率控制系统来控制所述多个电池组的充电和放电，所述功率控制系统在所述电池能量存储系统的外部；以及

阵列控制器，其联接到所述串控制器并且被配置成指导所述串控制器以经由第一通信总线来使所述多个电池组充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，还包括：

另外多个电池组；

另一串控制器，其联接到所述另外多个电池组并且被配置成经由所述功率控制系统来控制所述另外多个电池组的充电和放电，

其中所述阵列控制器联接到所述另一串控制器并且还被配置成经由所述第一通信总线指导所述另一串控制器来给所述另外多个电池组充电或放电。

3.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，其中，所述第一通信总线是控制局域网(CAN)总线。

4.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，其中，所述阵列控制器联接到系统控制器，所述系统控制器包括通信接口，所述通信接口被配置成联接到通信网络。

5.根据权利要求4所述的电池能量存储系统，其中，所述系统控制器还被配置成将在所述通信网络上传输的通信加密。

6.根据权利要求4所述的电池能量存储系统，其中，所述系统控制器还被配置成在所述通信网络上接收指令并且响应于接收到所述指令而指导所述阵列控制器给所述多个电池组充电或放电。

7.根据权利要求4所述的电池能量存储系统，其中，所述系统控制器还被配置成在所述通信网络上传输所述电池能量存储系统的状况报告。

8.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，其中，所述多个电池组是竖直堆叠的。

9.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，其中，所述多个电池组串联以形成电池组串。

10.根据权利要求8所述的电池能量存储系统，其中，所述串控制器联接到所述电池组串的第一电池组的端子和最后电池组的端子。

11.根据权利要求8所述的电池能量存储系统，其中，所述串控制器包括故障检测系统，所述故障检测系统联接到所述电池组串的中间电池组。

12.根据权利要求1所述的电池能量存储系统，其中，所述串控制器包括被配置成监视所述多个电池组的电流的控制器。

13.一种电池能量存储系统，包括：

电池组阵列，其包括n个电池组串，其中每个电池组串包括m个串联的电池组；

n个串控制器，其中每个串控制箱联接到所述n个电池组串之一并且被配置成控制所述m个电池组的充电和放电；以及

阵列控制器，其被配置成经由控制局域网(CAN)总线指导所述n个串控制器来对所述m个电池组中每一个进行充电或放电，其中n大于或等于2并且m大于2。

14.根据权利要求13所述的电池能量存储系统，还包括：封壳，其容纳所述电池组阵列、n个串控制器和所述阵列控制器。

15.根据权利要求14所述的电池能量存储系统，其中，所述封壳的外部被配置成支承功率转换器。

16.根据权利要求13所述的电池能量存储系统，其中，对于所述n个电池组串中每一个，所述m个电池组在服务器机架上竖直堆叠。

17.根据权利要求13所述的电池能量存储系统，其中所述阵列控制器联接到系统控制器，所述系统控制器包括通信接口，所述通信接口被配置成联接到通信网络，并且还被配置成在所述通信网络上接收指令并且响应于接收到所述指令而指导所述n个串控制器来使所述m个电池组中每一个充电或放电。

18.根据权利要求13所述的电池能量存储系统，其中所述n个串控制器中每一个联接到所述m个电池组的第一电池组的端子和最后电池组的端子。

19.根据权利要求18所述的电池能量存储系统，其中，所述n个串控制器中每一个包括功率接口，所述功率接口被配置成联接到功率控制系统，并且还被配置成经由所述功率控制系统给所述m个电池组充电或放电。

20.根据权利要求18所述的电池能量存储系统，其中，其中所述n个串控制器中每一个包括联接到所述m个电池组的中间电池组的接地故障检测系统。