CN107078238A - 使用分布式电池管理系统电路板作为能量存储系统中的dc总线 - Google Patents

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Abstract

一种分布式电池管理系统，其利用电路板作为大规模电池能量存储系统中的主要功率的直流总线。分布式电池管理系统包括多个电池单元和具有一个或多个导电迹线的电路板，其中导电迹线安装在电路板的表面上并且被布置成使得至少一个导电迹线以串联或并联配置建立与多个电池单元的电接触件并且充当电池单元中的一个或多个的主要功率管道。

Description

使用分布式电池管理系统电路板作为能量存储系统中的DC 总线
背景技术
大型电池能量存储系统可用于存储从任何源产生的能量。如图1中所示，大型电池能量存储系统可以存储并且可控地输送从任何源(诸如电网、太阳能电池板或风力涡轮机，以及其它示例)产生的能量。这种系统一般涉及电连接的电池阵列。电池可以布置在构成能量存储系统的多个能量存储段(或电池组)中。多个电池组可以被配置在连接的模块单元中，如图2中所示。电池管理系统是管理这种能量存储系统中的电池单元的电子系统。
随着电动车辆和固定能量存储的市场的增长，对大型能量存储系统的需求正在迅速增长。到2023年，仅用于轻型消费者电动车辆的锂离子电池的销售预计将超过240亿美元，而到2022年，对于包括可再生能量一体化、辅助服务、微电网支撑、需求费用减少以及备用电源的一系列应用，固定能量存储预计将增长到300亿美元以上。
大多数大型电池能量存储系统包括大量以串联和并联配置电连接的电池单元，以满足期望的能量、功率和电压规范。一般而言，通过通常被锡焊、焊接或者用螺纹连接件紧固到电池端子的导线、汇流条或类似的导体传输主要功率(primary power)(即，从大型能量存储应用中使用的电池单元中提取的功率，与可以被吸取用于监测、控制、通信或其它辅助用途的较小负载相反)。以串联的串布置的电池单元一般包括从一个单元的正极端子到下一个单元的负极端子的连接，而以并联配置布置的电池单元的特征在于并联串中的每个单元的正极端子的连接以及分开地用于每个单元的负极端子之间的连接。
开发新的和改进的电池存储系统和电池管理系统将是有利的。
发明内容
本文提供了分布式电池管理系统，其利用电路板作为用于大规模电池能量存储系统的主要功率的直流总线。每个电路板包括表面安装的导电迹线，其串联或并联地电连接电池单元。表面安装的导电迹线具有大的表面积，以便将热量耗散并从电路板导出。
提供了分布式电池管理系统，其包括至少具有第一电池单元和第二电池单元的多个电池单元，其中每个电池单元具有包括负极端子和正极端子的电端子。分布式电池管理系统还包括具有到至少一个电端子的电连接的电路板，以及安装在电路板的表面上的一个或多个导电迹线。导电迹线被布置成使得至少一个导电迹线在(i)串联配置中的第一电池单元的负极端子和第二电池单元的正极端子之间，或者(ii)并联配置中的第一电池单元的负极端子和第二电池单元的负极端子之间建立电接触件。此外，至少一个导电迹线被配置为充当一个或多个电池单元的主要功率管道(conduit)。导电迹线具有至少大约1.25:1的纵横比。在某些实施例中，导电迹线为大约2mm至大约8mm薄，并且大约1cm至大约5cm宽。
在一些实施例中，电池单元彼此热隔离。电池单元可以彼此隔开，以便提供电池单元之间的热隔离，和/或该系统可以在任何两个电池单元之间包括绝缘材料。绝缘材料可以是硅橡胶、特氟隆、丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)、乙酸酯(acetates)、丙烯酸树脂(acrylics)、陶瓷、玻璃纤维层压材料、热塑性塑料、高抗冲聚苯乙烯(high impact polystyrene)、聚酰亚胺(polyimide)、三聚氰胺(melamine)、氯丁橡胶(neoprene)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、酚醛树脂(phenolics)、聚烯烃(polyolefins)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚砜(polysulfone)、聚氨酯(polyurethane)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide)中的任何一种或其组合。
在一些实施例中，借助张紧机构来建立一个或多个电池单元和电路板之间的电接触件，该张紧机构在电池单元端子和电路板上的电接触件之间施加机械压力。在这种实施例中，可以利用导电弹簧、导电片、引脚或次级连接件修改电池单元端子。
该系统可以包括电池单元的多个子集。在某些实施例中，导电迹线被配置为使得任何两个电相邻的电池单元之间的电阻完全相同。此外，该系统可以在任何两个电池单元之间包含完全相同的量的导电材料。
导电迹线可以被配置为使得迹线和/或电路板在对应于预定电流和/或温度限制的温度或电流水平下熔化或以其它方式失效，以便切断电连接。这允许方便的故障隔离方法。
该系统还可以包括一个或多个集成电路，诸如集成到电路板上的平衡电路或者任何监测、控制或通信部件或电路系统。
在一些实施例中，系统以每个电池单元大约2瓦至每个电池单元大约30瓦的额定功率平衡。
在一些实施例中，电池单元之间的串联互连和/或功率传送是通过附连到机械的安全杆、屏蔽或封装件的外部电路系统来馈送的。该系统还可以包括电断路器，其被配置为在与安全杆、屏蔽或封装件啮合时断开串联连接。
进一步提供了以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统。该系统包括与多个能量生成部件或能量存储部件的子集电通信的电路板，其中每个子集的大小在从系统内的单个能量生成部件或能量存储部件到全部能量生成部件或能量存储部件的范围内，并且每个能量生成部件或能量存储部件具有包括负极端子和正极端子的电端子。该系统还包括一个或多个表面安装的导电迹线，其布置成使得至少一个表面安装的导电迹线在(i)串联配置中的一个能量生成部件或能量存储部件的负极端子和相邻的能量生成部件或能量存储部件的正极端子之间；或者(ii)并联电配置中的相邻的能量生成部件或能量存储部件的两个或更多个负极端子和/或两个或更多个正极端子之间建立电接触件。导电迹线被进一步布置成使得至少一个表面安装的导电迹线充当一个或多个电接触的能量生成部件或能量存储部件的主要功率管道。在一些实施例中，能量生成部件或能量存储部件是燃料电池、电容器、混合电池-电容器或其组合。
在某些实施例中，通过张紧机构来建立电通信，该张紧机构在经修改的或未修改的能量生成部件或能量存储部件端子与电路板上的电接触件之间施加机械压力。
在一些实施例中，表面安装的导电迹线被配置为使得系统内一个能量生成部件或能量存储部件端子和电相邻的能量生成部件或能量存储部件的端子之间的电阻与另一个能量生成部件或能量存储部件端子和相应的电相邻的能量生成部件或能量存储部件端子之间的电阻完全相同。
在一些实施例中，表面安装的导电迹线被配置为使得导电迹线和/或电路板在对应于预定电流和/或温度限制的温度或电流水平下熔化或以其它方式失效，以便切断对应的电连接。
在一些实施例中，以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统还包括集成到电路板上的平衡电路。
在一些实施例中，以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统还包括电路板上的一个或多个集成电路。这种集成电路可以包括监测、控制或通信部件或电路系统。
进一步提供了隔离电池存储系统中的故障的方法。该方法涉及提供具有电路板的电池存储系统，其中电路板具有表面安装的导电迹线，导电迹线将电路板电连接到多个电池单元，并且调节导电迹线的尺寸，以便使导电迹线在预定的电流和/或温度水平处熔化，并由此隔离电池存储系统中的故障。
当考虑附图阅读时，根据以下对优选实施例的详细描述，本公开的各个方面对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1：联系到电网、太阳能电池板和风力涡轮机的能量存储系统的非限制性说明，其被配置为将存储的能量输送到家庭。
图2：能量存储系统中电池组的非限制性说明。
图3：描绘以导电迹线作为主要功率管道为特征的分布式电池管理系统电路板的第一实施例的图。
图4：描绘以导电迹线作为主要功率管道为特征的分布式电池管理系统电路板的第二实施例的图。
图5A-5E：单元端子连接件的各种替代实施例的非限制性说明。
图6：描述以导电迹线作为主要功率管道为特征的分布式电池管理系统电路板的第三实施例的图。
具体实施方式
本公开一般而言涉及能量存储系统管理。电池管理系统是管理串联或并联连接的多个电池以创建大规模电池能量存储系统的电子系统。电池管理系统通常监测系统中的变量(诸如电池的电压、温度和充电状态)，并且可以被用于平衡电池以便极大化系统的容量。
本文描述的是分布式电池管理系统，其利用电路板作为大型电池能量存储系统中的主要功率的直流总线。根据本公开，电路板迹线可以被用作大型能量存储应用中的电池单元之间和来自电池单元的主要功率管道。大型能量存储系统和更广泛的电子行业都通过电路板传输适度的功率负载。但是，这种功率传输通常用于：(1)数据处理功能、监测部件、平衡电路或指示器(诸如LED)的板上消耗；或者(2)可以包括为辅助系统(诸如小型显示器、冷却风扇或通信部件)供电的某些板下应用。令人惊奇的是，当具有大表面积的表面安装的导电迹线在电路板上被合适地配置为电池单元之间和来自电池单元的主要功率管道时，产生若干优点，包括更好的系统安全性、改进的性能以及易于维护。这还使得能够在该系统中比在常规电路板系统中平衡较大量的功率。
一般而言，可再充电电池单元是能量存储元件，其能够在充当负载时将电能转换成化学能，将这种化学能存储一段时间，并且在负载被施加到电池时将存储的化学能转换成电能。示例性电池单元包括但不限于：锂离子、磷酸铁锂(lithium iron phosphate)、锂硫(lithium sulfur)、钛酸锂(lithium titanate)、纳米钛酸锂氧化物(nano lithiumtitanate oxide)、镍金属氢化物(nickel metal hydride)、镍镉(nickel cadmium)、镍氢(nickel hydrogen)、镍-铁(nickel-iron)、钠硫(sodium sulfur)、钒氧化还原(vanadiumredox)、可再充电碱性电池(alkaline)或者水混合离子(aqueous hybrid ion)。本公开的电池管理系统可以应用于这些类型的电池单元中任何一种(或者，如果期望，可以应用于其它类型的电池单元)，以及应用于燃料电池、电容器和混合电池-电容器单元。
如图2中所示，能量存储系统10可以包括由多个电池110组成的多个电池组20，其中电池组20可以容纳在模块单元30中。本文描述的分布式电池管理系统将集中式电池管理系统的一些或全部功能分散在整个大型能量存储系统的各个能量存储部分中，将电池管理系统功能与能量存储系统的主要功率传输架构集成。电池管理系统使得主要功率传输成为分布式电池管理系统电路板的功能。图3中示出了示例性分布式电池管理系统电路板的第一实施例的图。如图所示，电路板100串联连接四个电池单元110，这意味着每个正极电池端子120电连接到不同的电池单元110的负极电池端子130，其中四个电池单元110之间的主要功率运输通过板上导体迹线140来发生。虽然图3中所示的电路板100具有四个电池单元110，但是可以理解，可以利用任何数量的电池单元。可以利用类似的架构以串联或者并联配置连接任何数量的这种电池单元。
在高功率大型能量存储系统中使用电路板导电迹线140作为主要功率管道提出了多个挑战，尤其是电路板100对高热负载的应力的敏感性，该应力在这种高功率应用中是固有的。特别地，对于这种高功率传输，使用嵌入式迹线可能导致电路板材料的损坏。为了克服这个问题，电路板100利用薄且宽的导电迹线140。每个迹线140的相对大的表面积允许热量通过自然的辐射和对流过程从电路板100耗散。导电迹线140可以是大约1mm至大约10mm薄，或者大约2mm至大约8mm薄。迹线可以是大约0.1cm至大约10cm宽，或大约1cm至大约5cm宽。在一个非限制性示例中，导电迹线140是大约2mm至大约8mm薄，并且大约1cm至大约5cm宽。
相对于薄而言，导电迹线140更宽。在一些实施例中，导电迹线140具有大约十倍于其厚度或者大约五倍于其厚度的宽度。在一些实施例中，导电迹线140的宽度至少为其厚度的尺寸的大约125％。因此，导电迹线具有的至少大约1.25:1的纵横比，其中纵横比在本文中被定义为宽度：厚度。在一些实施例中，导电迹线具有大于3:1或大于5:1或大于9:1的纵横比。在一些实施例中，导电迹线的纵横比高达大约25:1。
为了进一步克服高功率传输造成电路板材料的损坏的问题，导电迹线140安装在电路板100的表面上而不是嵌在其中。表面安装而不是嵌在电路板100的表面内允许优异的电传导，但是显著降低了进入电路板100和到相邻部件二者的热传导。
导电迹线架构的热控制优点还可以延伸到电路板100之外，以在部件之间提供附加的热隔离。具体而言，图3中所示的电路板100使从电池单元110传送到功率导管迹线140的大部分热量耗散，在该热量可以通过电相邻的单元从迹线140吸收之前。这个特点在电池单元110可能经历热失控(thermal runaway)事件的应用中特别有利。这种热失控事件可以生成大量的热量，在典型的大型能量存储应用中，这种热量可以容易地沿着导线或汇流条行进到电相邻的单元。暴露于这些高热应力的电相邻的单元很容易受到损坏或者自身被迫热失控。
由表面安装的导电迹线140促进的主要功率传导有助于防止热应力的传播、部件损坏和任何大型能量存储系统中的热失控。除了热隔离单元之间的电连接之外，还通过将每个电池单元110的主体与系统内的其它电池热隔离来进一步增强该架构的一些实施例。可以例如通过在单元之间插入热绝缘材料层来提供这种单元主体热隔离。这种方法可以利用任何合适的热绝缘材料，诸如但不限于：硅橡胶、特氟隆、丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene)、乙酸酯(acetates)、丙烯酸树脂(acrylics)、陶瓷、玻璃纤维层压材料、热塑性塑料、高抗冲聚苯乙烯(high impact polystyrene)、聚酰亚胺(polyimide)、三聚氰胺(melamine)、氯丁橡胶(neoprene)、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、酚醛树脂(phenolics)、聚烯烃(polyolefins)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚砜(polysulfone)、聚氨酯(polyurethane)、聚氯乙烯(polyvinylchloride)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)或其组合。应当理解，绝缘材料可以是电绝缘纸、泡沫、带、套管或其组合的形式。
可替代地，可以通过简单地对具有将单元彼此分离的空的空间的单元进行机械配置来提供单元主体热隔离。这种方法既利用空气的低热导率来减少电池单元之间的热传递，又利用空气的流体性质以经由非强制对流过程从单元耗散热量。可以理解，空的空间架构可以与同一系统内的绝缘材料方法相结合，其中两个或更多个电池单元被该空的空间隔开，并且两个或更多个不同的电池单元被热绝缘材料隔开。
本文描述的主要导体电路板架构也可以被充分用于提供表现出异常电流或温度特征的部件的自动故障隔离。具体而言，电路板内每个迹线140的厚度、宽度和/或穿透深度可以被调节到特定的能量存储系统或应用，使得迹线140或电路板100在暴露于预定的足够高的电流或温度时熔化或以其它方式不能导通。以这种方式，根据电路板设计，电路板100在一些或所有电池单元110之间充当熔断器，或者可替代地，在其它导电点处充当熔断器。因为这些熔断事件一般需要电路板100的修理或更换，所以这些实施例可以利用这种机构作为故障隔离的次级或三级手段。因此，本文进一步提供了隔离电池存储系统中的故障的方法，其中该方法涉及实现具有表面安装的迹线的电路板，其中迹线在预定电流和/或温度水平熔化或以其它方式不能导通。
使用电路板作为能量存储系统内的主要功率传输元件的一个优点是电路板的制造精度通常相当高。该精度允许迹线被设计和实现为使得每个电池单元之间的电阻精确地一致。一致的单元间电阻允许多单元系统内的电池单元被一致地充电和放电，由此减少可能迫使单元失去平衡的某种不一致的循环。
除了消除可能使维持多单元能量存储系统内的平衡复杂化的固有系统特征(即，系统内相邻电池单元之间的电阻差)之外，本文描述的架构还非常经得起支持分布式板上平衡功能的考验。具体而言，各个单元或单元组的平衡电路180可以被托管在充当系统的主要功率管道的相同的电路板100上，如图4中所示。上面提到的所描述的电路板100的热优点在与合适的电阻器和其它部件组合时允许以本文所描述的架构为特征的系统以远高于典型系统的功率额定值(每个单元从大约2瓦至大约30瓦量级，而典型系统中每个单元为大约100毫瓦)平衡。
同样，在所描述的系统中用作主要功率管道的相同电路板100可以支持集成的电路系统和其它部件，其它部件可以包括监测元件、通信元件、数据收集和处理元件以及其它计算、控制和/或管理部件和电路。这种电路系统可以独立地操作，可以与系统内的其它板上的电路系统耦接，和/或可以与集中式BMS部件一起使用。附加的板上部件的一个功能可以是改善板本身的性能，例如通过添加功率吸收器(power sink)(诸如电容器)来极小化电压尖峰。
使用电路板作为能量存储系统内的主要功率管道的所描述的架构的实施例非常经得起替代的单元端子连接件的考验。系统可以包括各种替代形式的张紧连接件，例如，代替常规的焊接点、焊料或螺纹连接件(诸如螺钉或螺栓)或与其结合使用。现在参考图5A，一种这样的替代形式包括一个或多个导电弹簧112，其被机械和电紧固到电池单元端子120、130，使得当弹簧112被配置在能量存储系统中时，弹簧112压靠电路板100上的适当接触件。相反，相同的弹簧112可以被机械和电紧固到电路板100，使得当弹簧112被配置在能量存储系统中时，弹簧112压靠电池单元110的适当接触件。
图5B中绘出了另一种替代形式，其中一个或多个导电片114被机械和电紧固到电池单元端子120、130，使得当片114被配置在能量存储系统中时，片114压靠电路板100上的适当接触件。相反，相同的片114可以被机械和电紧固到电路板100，使得当片114被配置在能量存储系统中时，片114压靠电池单元110的适当接触件。
另一种替代形式在图5C中绘出，其中一个或多个电池端子引脚116(其特征可以是或可以不是附加的导电延伸部分)被机械和电紧固到电池单元端子120、130，使得当电池单元110插入适当配置的系统时，引脚116允许电池单元110的正极端子120和负极端子130压靠电路板100上的适当接触件。在这个实施例中，电路板100的自然弯曲提供了确保电池单元端子120、130和电路板100之间足够的电接触的张力。另一种替代形式在图5D中绘出，其中以公、母、混合公和母或者替代的接触形状因子(contacting form factor)为特征的一个或多个次级或电池单元集成的连接件118电连接到正极和负极电池单元端子120、130。此外，互补的公、母、混合公和母或者替代的接触形状因子部件可以安装在电路板100上或以其它方式集成到电路板100中并且电连接到导电迹线140。当具有这个实施例的单元插入以模拟电路板为特征的能量存储系统时，接触器啮合以提供单元端子120、130和电路板100之间的电接触件。图5D绘出了电池单元端子120、130上的公连接件118a和嵌入电路板100中的母插座118b。但是，应当理解，相反的配置是可能的并且涵盖在本公开中。
另一种替代形式在图5E中绘出，其中一个或多个常规或弹簧加载的导电引脚122a附连或以其它方式集成到电池单元110中。此外，互补的插座122b或类似的导电接受器(receptacle)可以被嵌入到电路板100中或者以其它方式与电路板100集成，使得它们与充当主要功率导体的迹线140电接触。图5E中示出了这种经修改的单元和兼容的板连接部件的示例性实施例。当具有这种实施例的电池单元110被插入到以模拟电路板100为特征的能量存储系统中时，引脚和插座啮合以提供单元端子120、130与电路板100之间的电接触件。在一些实施例中，嵌入到电路板100中的插座122b的特征可以是对插入的引脚122a施加张力的内部形状因子或机构。图5E绘出了电池单元端子120、130上的弹簧加载的导电引脚122a和附连到电路板100的母连接件122b。但是，应当理解，相反的配置是可能的并且涵盖在本公开中。
所有上述接触机构都特别适于但不限于将彼此并联的正极和负极电池端子配置为使得它们都可以触摸或容易地延伸到电路板的平面的电池单元。电池单元到大型能量存储系统中的直接张紧连接件的使用在系统性能和容易维护方面提供了若干优点。例如，张紧连接件可以在系统内的单元之间提供优异的电接触件。在不需要切断锡焊、焊接或张紧连接件的情况下更换能量存储系统内的单元的能力也可以减少系统维护的持续时间和更换材料的成本。
所描述的架构的实施例还可以以附加的手动或自动机构为特征，该机构可以在满足某些条件时将单元或单元组彼此隔离。作为示例，以电池单元110之间的串联互连和功率传送为特征的电路板100可以通过附连到机械安全杆、屏蔽或封装件的外部电路系统馈送。如果正确地配置有(一个或多个)电断路器190，则系统可以在杆、屏蔽或封装件入口啮合时断开电池单元110之间的串联连接。这种断开机构190可以用来限制系统的最大可接入电压，以极小化电弧、触电或其它操作或安全危害的可能性。图6中示出了电断开四节电池串联的串的第二和第三电池单元110的示例性配置的图。
优选地，导电迹线尽可能薄，但尽可能多地传导电流。为了减少电阻的热损耗，电路迹线尽可能宽，并且在电路板的两侧都制造平行的迹线。为了去除电池单元之间的电阻不规则性(这可能加快单元变得与其它电池不平衡以及增加其严重程度)，可以执行计算以确定电池之间需要的每个迹线的宽度。已知导电迹线的材料(例如，铜)的电阻率(以欧姆每米为单位)和导电迹线的材料的长度(以米为单位)以及导电迹线的材料的截面积(以平方米为单位)，可以平衡单元之间的材料电阻以使所有电阻损耗恰好相同。这允许在电池单元之间具有恰好相同的损耗的每个电池单元之间的模块串联连接恰好相同。可以使用允许非常严格地遵循尺寸的标准相片绘制技术来制造电路板，从而导致在单元之间产生恰好相同的量的导电材料的高重复性。在单元之间具有恰好相同的量的导电材料，这在电池之间提供了恰好相同的损耗。
由于电阻率是常数并且板的每一侧的铜(或导电迹线中的其它导电材料)的厚度大致恒定，因此可以生成等式以示出随着电池单元之间的距离改变(例如，由于模块中电池单元的所需位置)可以调整导电迹线的宽度，以保持电池之间的电阻完全相同。例如，等式可以是Length1/Length2＝Width1/Width2。因此，如果两个电池单元之间的距离是另外两个电池单元之间的距离的一半，则间隔更近的两个电池单元之间的导电迹线的宽度也应当是另外的两个电池单元之间的导电迹线的宽度的一半，以便保持所有单元之间的电阻恰好相同。其结果是，为了承载大量电流，短的迹线不一定要非常宽。而且，由于导电迹线的厚度仅为几密耳厚(相对于迹线的长度和宽度来说非常小)，因此导电迹线基本是全部的表面区域，从而允许最大面积散热。因此，与类似质量的导线或汇流条相比，导电迹线的铜箔(假设迹线由铜构成)能够承载较高的量的电流，或者以小得多的质量承载相等的电流。优选地，仅在电路板的外表面上提供导电迹线，以便提供到空气的最大热传送。
在一些实现方式中，能量存储系统还包括一个或多个安全电路，其可以监测每个电池单元的温度、电压和/或电流，以及识别故障或异常的电池单元。这可以导致保护电池单元免受高温、过度充电、过度放电、过电流或任何电池单元或模块的故障。安全电路可以保护电池在异常情况下不工作。安全电路可以被配置为当电池单元在任何预定的异常情况下工作时将电池单元从系统断开。
本文的描述参考以电池单元为特征的能量存储系统。但是，本公开并不意在限于以电池单元为特征的系统，或者甚至限于主要设计为存储电能的系统。例如，在本发明的其它实施例中，所描述的技术可以应用到利用电容器、混合电池-电容器单元或其它能量设备的任何系统。本文所描述的架构既适用于能量存储又适用于能量生成应用。
为了说明和描述的目的，提供了对实施例的前述描述。该描述既不是排他的，也不是为了限制本发明。特定实施例的单独的元件或特征一般不限于该特定实施例，而是在适用的地方可互换并且可以在所选择的实施例中使用，即使该实施例没有具体被示出或描述。实施例的前述描述还可以以许多方式变化。这些变化不应当被认为是偏离本发明，并且所有这些修改都意在被包括在本发明的范围内。
提供了示例性实施例，使得本公开将是彻底的并且将范围完全传达给本领域技术人员。在本文中阐述了具体细节(诸如具体部件、设备和方法的示例)，以提供对本发明的实施例的透彻理解。但是，对于本领域技术人员来说明显的是，不一定需要实施具体细节，可以以许多其它不同的形式来实施所描述和示出的实施例，并且这些都不应当被认为是限制本公开的范围。在所描述和示出的一些实施例中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的设备结构和众所周知的技术，但是这些对于本领域技术人员来说将是明显的。
本文所使用的术语仅仅是为了描述所描述和示出的实施例，而不是限制性的。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包容性的，因此该术语指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。本文描述的方法步骤、过程和操作不应当被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定次序执行，除非被具体地识别为执行次序。还应当理解，可以采用附加的或替代的步骤。

Claims (28)

1.一种分布式电池管理系统，包括：
多个电池单元，至少包括第一电池单元和第二电池单元，其中每个电池单元具有包括负极端子和正极端子的电端子；
电路板，限定表面并且具有到所述电端子中的至少一个的电连接；以及
一个或多个导电迹线，安装在所述表面上并且被布置成使得：
至少一个导电迹线在(i)串联配置中所述第一电池单元的所述负极端子和所述第二电池单元的所述正极端子之间，或者(ii)并联配置中所述第一电池单元的所述负极端子和所述第二电池单元的所述负极端子之间建立电接触件；并且
至少一个导电迹线适于充当所述电池单元中的一个或多个的主要功率管道；
其中所述一个或多个导电迹线具有至少大约1.25:1的纵横比。
2.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中表面安装的导电迹线为大约2mm至大约8mm薄，并且大约1cm至大约5cm宽。
3.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中第一电池和第二电池彼此热隔离。
4.如权利要求3所述的分布式电池管理系统，其中所述第一电池和所述第二电池彼此隔开，以便在所述第一电池和所述第二电池之间提供热隔离。
5.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，还包括在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的热绝缘材料。
6.如权利要求5所述的分布式电池管理系统，其中所述热绝缘材料选自由以下构成的组：硅橡胶、特氟隆、丙烯腈丁二烯苯乙烯、乙酸酯、丙烯酸树脂、陶瓷、玻璃纤维层压材料、热塑性塑料、高抗冲聚苯乙烯、聚酰亚胺、三聚氰胺、氯丁橡胶、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、酚醛树脂、聚烯烃、聚碳酸酯、聚砜、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯硫醚及其组合。
7.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述电池单元中的一个或多个和所述电路板之间的所述电接触件是借助张紧机构来建立的，所述张紧机构在电池单元端子和所述电路板上的电接触件之间施加机械压力。
8.如权利要求7所述的分布式电池管理系统，其中所述电池单元端子利用导电弹簧、导电片、引脚或次级连接件进行修改。
9.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述多个电池单元限定电池单元的第一子集，并且所述分布式电池管理系统还包括电池单元的包含第二多个电池单元的第二子集，所述第二多个电池单元至少包括第三电池单元和第四电池单元。
10.如权利要求9所述的分布式电池管理系统，其中所述第一电池单元与所述第二电池单元电相邻，并且所述第三电池单元与所述第四电池单元电相邻，并且其中表面安装的导电迹线被配置为使得第一电池单元端子和第二电池单元端子之间的电阻与第三电池单元端子和第四电池单元端子之间的电阻完全相同。
11.如权利要求10所述的分布式电池管理系统，其中所述系统在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间包括与所述第三电池单元和所述第四电池单元之间完全相同的量的导电材料。
12.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述系统中任何两个电池单元之间的电阻完全相同。
13.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中表面安装的导电迹线被配置为使得所述迹线和/或电路板在对应于预定电流和/或温度限制的温度或电流水平下熔化或以其它方式失效，以切断电连接。
14.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，还包括集成到所述电路板上的平衡电路。
15.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述电路板还包括一个或多个集成电路。
16.如权利要求15所述的分布式电池管理系统，其中所述一个或多个集成电路包括监测、控制或通信部件或电路系统。
17.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述系统以每个电池单元大约2瓦至每个电池单元大约30瓦的额定功率平衡。
18.如权利要求1所述的分布式电池管理系统，其中所述电池单元之间的串联互连和/或功率传送是通过附连到机械的安全杆、屏蔽或封装件的外部电路系统来馈送的。
19.如权利要求18所述的分布式电池管理系统，还包括电断路器，所述电断路器被配置为在所述安全杆、屏蔽或封装件啮合时断开串联连接。
20.一种以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，包括：
电路板，与多个能量生成部件或能量存储部件的子集电通信，其中每个子集的大小在从所述系统内的单个能量生成部件或能量存储部件到全部能量生成部件或能量存储部件的范围内，其中每个能量生成部件或能量存储部件具有包括负极端子和正极端子的电端子；以及
一个或多个表面安装的导电迹线，被布置成使得：
至少一个表面安装的导电迹线在(i)串联配置中一个能量生成部件或能量存储部件的所述负极端子和相邻的能量生成部件或能量存储部件的所述正极端子之间；或者(ii)并联电配置中相邻的能量生成部件或能量存储部件的两个或更多个负极端子和/或两个或更多个正极端子之间建立电接触件；并且
至少一个表面安装的导电迹线充当电接触的能量生成部件或能量存储部件中的一个或多个的主要功率管道。
21.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中电通信是通过张紧机构来建立的，所述张紧机构在经修改的或未修改的能量生成部件或能量存储部件端子与所述电路板上的电接触件之间施加机械压力。
22.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中表面安装的导电迹线被配置为使得所述电池系统内的一个能量生成部件或能量存储部件端子和电相邻的能量生成部件或能量存储部件的端子之间的电阻与另一个能量生成部件或能量存储部件端子和相应的电相邻的能量生成部件或能量存储部件端子之间的电阻完全相同。
23.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中表面安装的导电迹线被配置为使得所述导电迹线和/或所述电路板在对应于预定电流和/或温度限制的温度或电流水平下熔化或以其它方式失效，以便切断对应的电连接。
24.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，还包括集成到所述电路板上的平衡电路。
25.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中所述电路板还包括一个或多个集成电路。
26.如权利要求25所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中所述一个或多个集成电路包括监测、控制或通信部件或电路系统。
27.如权利要求20所述的以分布式能量管理系统为特征的能量生成或存储系统，其中所述能量生成部件或能量存储部件包括燃料电池、电容器、混合电池-电容器或其组合。
28.一种隔离电池存储系统中的故障的方法，所述方法包括：
提供包括电路板的电池存储系统，其中所述电路板具有表面安装的导电迹线，其中所述导电迹线将所述电路板电连接到多个电池单元；以及
调节所述导电迹线的尺寸，以便使所述导电迹线在预定的电流和/或温度水平熔化，并且由此隔离所述电池存储系统中的故障。
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