CN109804521A - 智能管理供电设施的电化学电池的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理供电设施的多个可充电电能存储模块的方法(300)，所述模块彼此并联布置，所述方法(300)包括：‑将所述模块划分成(302)至少两个组；‑一次从所述组中的一个组进行供电(304)；所述方法(300)包括：在被称为被动组的的至少一个组内进行的调节阶段(306)，该调节阶段(306)包括由所述被动组中被称为功能模块的至少一个模块对所述被动组中被称为被动模块的至少另一个模块供电(306)。本发明还涉及实施这种方法的系统和实施这种方法或系统的供电设施。

Description

智能管理供电设施的电化学电池的方法和系统
本发明涉及一种用于智能管理供电设施的电化学电池的方法。本发明还涉及实施这种方法的系统，以及实施这种方法或这种系统的供电设施。
本发明的领域是供电设施领域，其中，该供电设施包括并联安装的多个电化学电池以便提供供电信号，所述电化学电池特别地是(表示“锂金属聚合物”)类型。
技术背景
已知的是，固定供电设施包括多个并联安装的电存储模块，并且每个电存储模块包括一个或更多个电化学电池，特别是型电化学电池。每个模块能够存储电能，然后传递送高压信号，例如用以为电动车辆充电或为建筑物供电。
某些固定供电设施是用于能量生产的自主和耦合装置，例如太阳能板或风力涡轮机，该装置具有电能存储模块，以为了对所述模块充电。
同时，已知的是，电化学电池不适合减慢放电。此外，在(表示“锂金属聚合物”)类型的电池的情况下，必须将所有电池保持在最低操作温度，其通常大于或等于80℃。另外，当同时使用多个电池时，优选地这些电池中的每一个具有相同的剩余电荷水平。
然而，目前，没有用于对供电设施的可充电电能存储模块进行管理以使得可以智能地满足所有这些要求的方法。
本发明的目的是克服该缺点。
本发明的另一个目的是提出一种用于智能管理并联安装的供电设备的并联安装的电能存储模块的方法。
本发明的目的还在于提出一种用于管理并联安装的供电设施的电能存储模块，以使得可以优化所述模块的使用期限并同时保持所述模块随时可用的方法。
发明内容
本发明使得可以通过一种用于管理供电设施的多个可充电电能存储模块的方法实现这些目的中的至少一个，所述供电设施特别地是固定的，所述模块中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，该电化学电池特别地是类型，并且所述模块彼此并联布置，所述方法包括：
-将所述模块分成至少两个组，和
-一次从所述组中的一个组进行供电，特别地依次进行供电，并且更特别地交替进行供电；
所述方法包括：在由被称为活动组的一个组进行供电期间，在不同于活动组的被称为被动组的至少一个组内进行的被称为调节阶段的阶段，所述调节阶段包括由所述被动组的被称为操作模块的至少一个模块为所述被动组的至少另一个模块供电。
因此，根据本发明的方法提出虚拟地将可充电电能存储模块分成多个组，并且一次使用一个组用于产生供电，特别地用于给电动车辆充电，为建筑物、综合设施、电气/电子设备(特别是诸如WIFI热点或天线的通信设备)进行供电。因此，可以对每个组施加快速放电循环并优化每个模块的使用期限。
此外，当不使用称为被动组的组时，则使用构成所述被动组的一部分的称为操作模块的模块来为该被动组的其他模块供电，以便对它们进行调节以便保持它们随时可用。
在本申请中，“划分”是指独立于模块的物理布置来对模块进行虚拟分组。
优选地，被动组的调节阶段能够执行对所述被动组的模块中的至少一个模块(特别地每个模块)的剩余电荷水平进行平衡。
例如，调节阶段能够执行操作模块的放电，以便将其剩余电荷水平与被动组的至少一个其他模块的剩余电荷水平平衡。在这种情况下，操作模块可以用于为例如车辆的辅助装置，特别是在被动组的外部的辅助装置，进行供电。
替代地或另外地，可以使用被动组的操作模块以便例如通过为被动组的至少一个其他模块供电来平衡被动组的模块的剩余电荷水平。在该示例中，操作模块对被动组的至少一个其他模块放电，以便为被动组的所述至少一个其他模块充电。
替代地或另外地，被动组的调节阶段能够实现对所述被动组的模块中的至少一个模块(特别地每个模块)的温度维持。
换句话说，被动组的操作模块可以用于将被动组的至少一个模块，特别地所有模块(包括操作模块自身)，保持在大于或等于预定温度的温度。
当被动组的调节阶段进行温度维持时，则被动组的操作模块用于为被动组的至少一个模块(特别地每一个模块，包括操作模块本身)的加热装置(诸如加热电阻器)供电。
根据本发明的方法的特别优选的变体，对于至少一个被动组，调节阶段可以包括被动组内的操作模块的转换，特别地依次进行转换。
因此，根据本发明的方法允许更好地管理要执行的被动组的模块。
有利地，可以根据被动组的模块中的每一个的剩余电荷水平(NCR)来执行转换。
特别地，当操作模块的剩余电荷水平变得小于或等于第一预定值的被动组的另一模块的剩余电荷水平时，可以执行所述转换。
有利地，第一预定值可以对应于被动组的至少一个模块的最大电荷容量(CCM)或剩余电荷水平(NCR)的百分比。
根据第一实施例，第一预定值可以是恒定的。
例如，第一预定值可以等于模块的CCM的5％。
根据另一个实施例，第一预定值可以是可变的。
更具体地，第一预定值可以是被动组的每个模块所处的剩余电荷水平(NCR)的函数。
具体地，当被动组的每个模块的剩余电荷水平(NCR)减小时，预定值可以减小。
根据非限制性实施例，第一预定值可以等于：
-被动组的模块的CCM的5％(当所述被动组的所有模块具有大于70％的CCM的NCR时)；
-被动组的模块的CCM的4％(当所述被动组的至少一个模块具有在50％至70％之间的CCM的NCR时)；
-被动组的模块的CCM的3％(当所述被动组的至少一个模块具有在30％至50％之间的CCM的NCR时)；和
-被动组的模块的CCM的2％(当所述被动组的至少一个模块具有小于30％的CCM的NCR时)。
根据非限制性实施例，根据本发明的方法可以包括将从一个组进行的供电切换到另一个组，该切换根据所述组的剩余电荷水平来执行。
更具体地，当活动组的剩余电荷水平小于或等于被动组的剩余电荷水平，特别是第二预定值时，可以执行一个组到另一个组的切换。
在期望从供电设施进行连续供电而没有微电力中断的情况下，可以执行切换以确保连续供电。
这种切换可以以不同的方式执行。
根据第一实施例，可以通过在断开第一组之前连接第二组来执行从第一组到第二组的切换，在这种情况下，存在由第一组和第二组确保供电的非常短的时间段。
根据另一个实施例，可以通过在切换期间使用第三组来单独进行供电来执行从第一组到第二组的切换，以便确保供电的连续性。
当然其他实施例也有可能。
有利地，第二预定值可以对应于所述组中的至少一个组的最大电荷容量(CCM)的百分比或剩余电荷水平(NCR)。
根据第一实施例，第二预定值可以是恒定的。
例如，第二预定值可以等于组的CCM的5％。
根据另一个实施例，第二预定值可以是可变的。
更具体地，第二预定值可以是每个组的NCR的函数。
特别地，当每组的NCR减小时，第二预定值可以减小。
根据非限制性实施例，第二预定值可以等于：
-组的CCM的10％(当所有组具有大于70％的CCM的NCR时)；
-组的CCM的8％(当至少一个组具有在50％至70％之间的CCM的NCR时)；
-组的CCM的5％(当至少一个组具有在30％至50％之间的CCM的NCR时)；和
-组的CCM的3％(当至少一个组具有低于30％的CCM的NCR时)。
在优选变体中，每个组可以包括相同数量的模块。
模块的数量可以根据供电步骤期间的所需总功率和每个模块可以输送的功率来确定。
在优选变体中，所有模块都是相同的，并且每个模块传送一个相同的额定功率。
有利地，被动组的操作模块还可以用于为供电设施内的被动组内部或外部的辅助设备供电。
此外，根据本发明的方法可以包括：对于每个模块，测量以下参数中的至少一个，尤其是测量每个参数：
-所述模块的剩余电量(NCR)，例如通过电池电量计；
-所述模块的温度，例如通过温度计或热电偶；和/或
-所述模块的端子处的电压，例如通过电压表。
这些参数中的至少一个可用于确定是否必须执行到另一组的转换或分别切换到被动组的另一模块。
根据同一发明的另一方面，提出了一种用于管理供电设施的多个可充电电能存储模块的系统，特别地所述供电设施是固定的，所述模块中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，特别地所述电化学电池是型，并且所述模块彼此并联布置，所述系统包括：
-对于每个模块，单独连接/断开装置，使得所述模块独立于其他模块进行放电，和
-至少一个组控制器，用于直接或间接地控制每个所述连接/断开装置；
所述组控制器被配置用于实施根据本发明的方法的所有步骤。
根据本发明的又一方面，提出了一种供电设施，所述供电设施特别地是固定的，其包括多个可充电电能存储模块，所述模块中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，所述电化学电池特别地是并且所述模块彼此并联布置，根据以下各项对所述模块进行管理：
-根据本发明的方法；或
-通过根据本发明的系统。
有利地，根据本发明的设施可以包括用于从可再生源(例如至少一个太阳能板和/或至少一个风力涡轮机)产生电能的装置。
由这种装置产生的能量可以用于为至少一个可充电电能存储模块充电。
替代地或另外地，可以从电网为至少一个可充电电能存储模块充电
根据本发明的供电设施可以是用于电动车辆的充电站。
替代地，根据本发明的供电设施可以是用于诸如电影院之类的建筑物、诸如运动场之类的综合设施，或者诸如WIFI热点或天线之类的电气/电子通信设备等的供电设施。
附图说明和具体实施方式
通过审视非限制性实施例的详细描述以及附图，本发明的其它优点和特征将变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明的供电设施的非限制性示例的示意图；
-图2a和2b是根据本发明的供电设施(特别是图1的设施)的电能存储模块的并联连接的两个非限制性示例的示意图；
-图3是根据本发明的方法的非限制性实施例的以流程图形式表示的示意图；和
-图4a-4f是图3的方法在图1的设施的情况下的应用的示例的示意图。
应理解的是，下文将描述的实施例并不是限制性的。如果对下文描述的特征的选择足以赋予技术优势或者将本发明与现有技术的状态区分开来，则与所描述的其它特征隔离开，可以设想仅包括选择这些特征的本发明的变型。该选择包括至少一个优选地是功能性的且没有结构细节的特征，或者仅具有结构细节的一部分，如果该部分单独足以赋予技术优势或者将本发明与现有技术的状态区分开。
在附图中，几个图中共有的元素保持相同的标记。
图1是根据本发明的供电设施的非限制性示例的示意图。
如图1所示的供电设施100可以是用于电动车辆(诸如电动公交车或电动轿车)的充电站、用于建筑物、综合设施(诸如足球场)、诸如Wifi热点或天线的通信设备等的供电设施。
设施100包括第一组102和第二组104，其中每个组包括四个可充电的电能存储模块，即，用于组102的模块1061-1064和用于组104的模块1065-1068。
每个可充电的电能存储模块106包括一个或更多个(表示“锂金属聚合物”)类型的电池。模块106都是相同的并且提供相同的额定功率。
用于从可再生源产生电能的一个或更多个装置108(例如太阳能板1081或风力涡轮机1082)可以用于对模块106进行充电。产生装置108可以构成或不构成装置100的一部分。
替代地或另外地，可以从由标记为110的线示出的电能配电网对每个模块106充电。
设施100使得可以经由标记为112的线所示的电网为充电终端、综合设施，和更普遍而言地为实体供电。一个或更多个组控制器使得可以控制设施100的操作
图2a是根据本发明的供电设施(特别是图1的设施100)的电能存储模块的并联连接的非限制性示例的图示。
在图2a中所示的示例中，组102的模块1061-1064连接到管理模块2021，也称为组控制程序，并且组104的模块1065-1068连接到管理模块2022，也称为组控制器。
组控制器2021和2022转而连接到中央控制器204，中央控制器204本身直接或间接地连接到待供电的实体208，表示为“E”，这样的实体能够是电动车辆、建筑物、电气/电子设备、Wifi热点、天线等。
特别地，组102的每个模块1061-1064分别经由接触器2061-2064连接到组控制器2021，该接触器2061-2064可以由组控制器2021或中央控制器204控制。类似地，组104的每个模块1065-1068分别经由接触器2065-2068连接到组控制器2022，该接触器2065-2068可以由组控制器2022或中央控制器204控制。
每个接触器206i可以直接地或经由组控制器2021-2022来被中央控制器204单独控制，以便被设置在允许模块106i提供的电流通过的闭合状态，或者被设置在不允许模块106i提供的电流通过的打开状态。
中央控制器204包括：
-用于单独测量每个模块106的剩余电荷水平(NCR)的装置(未示出)，
-用于单独测量每个模块106的温度的装置(未示出)和/或，
-用于单独测量每个模块106的端子处的电压的装置(未示出)。
此外，中央控制器204被配置用于将针对每个模块测量的每个值与一个或更多个预定值或值范围进行比较，以便确定所述模块是否有故障或可操作。
当然，这些参数的测量和比较可以替代地由除中央控制器204之外的其它单元执行，例如由每个组控制器2021-2022执行。
图2b是供电设施(特别是图1的设施100)的电能存储模块的并联连接的另一非限制性示例的图示。
除了组控制器202之外，图2b中所示的示例包括图2a的示例的所有元件。
在图2b所示的示例中，模块1061-1068通过接触器2061-2068直接连接到中央控制器204，而不使用组控制器2021和2022。然后，模块106i全部彼此并联地布置。
图3是根据本发明的管理方法的第一非限制性示例的流程图。
图3中所示的方法300包括将模块分成若干组的步骤302，例如分成两组，如组102和104。
在分离步骤302期间，可以考虑模块的物理布置以构成组，例如如图2a所示。替代地，可以不考虑模块的物理布置，例如如图2b所示。
在步骤304期间，方法300依次从每个组产生交替供电。为此，步骤3041从其中一个组产生供电。处于供电过程中的组称为活动组，其他组称为被动组。在供电步骤3041期间对活动组的剩余电荷水平(NCR)进行监测。然后，根据预定规则，步骤3042产生将供电切换到另一个被动组，等等。
在步骤3042期间，可以根据每组的剩余电荷水平(NCR)和这些组的最大电荷容量(CCM)来执行从一个组到另一个组的切换。
特别地，当活动组的NCR变得小于或等于预定值的被动组的NCR时，执行从活动组到被动组的切换，该预定值等于：
-组的CCM的10％(当所有组具有大于70％的CCM的NCR时)；
-组的CCM的8％(当至少一个组具有在50％至70％之间的CCM的NCR时)；
-组的CCM的5％(当至少一个组具有在30％至50％之间的CCM的NCR时)；和
-组的CCM的3％(当至少一个组具有低于30％的CCM的NCR时)。
这种切换使得可以优化所有模块的放电并且使每个模块的剩余电荷水平大致相等。
在由活动组供电期间，方法300包括在每个被动组内执行的调节阶段306。
为此，对于每个被动组，步骤3061从被动组的模块产生对以下各项的供电：
-被动组的每个模块的加热电阻器，
-和可选地，设施的辅助装置，例如显示面板，空气调节设备等。
处于对被动组供电的过程中的模块称为操作模块，被动组的所有其他模块称为被动模块。
在供电步骤3061期间，对被动组的操作模块的剩余电荷水平(NCR)进行监测。然后，根据预定规则，步骤3062产生被动组内的操作模块的转换。
在步骤3062期间，操作模块的转换可以根据被动组的每个模块的剩余电荷水平(NCR)和被动组的模块的最大电荷容量(CCM)来执行。
特别地，当操作模块的NCR变得小于或等于预定值的模块的NCR时，执行被动组内的操作模块的转换，该预定值等于：
-模块的CCM的5％(当被动组的所有模块具有大于70％的CCM的的NCR时)；
-模块的CCM的4％(当被动组的至少一个模块具有在50％至70％之间的CCM的NCR时)；
-模块的CCM的3％(当被动组的至少一个模块具有在30％至50％之间的CCM的NCR时)；和
-模块的CCM的2％(当被动组的至少一个模块具有小于30％的CCM的NCR时)。
可以执行调节阶段306用于将被动组的模块的温度保持在预定值之上，该预定值例如为80℃。在这种情况下，在调节阶段306期间，操作模块为被动组的每个模块(包括该操作模块自身)的加热电阻器供电。
另外或替代地，可以执行调节阶段306以便平衡被动组的模块的剩余电荷水平(NCR)。在这种情况下，在调节阶段306期间，操作模块可以为被动组的每个模块的加热电阻器，和/或被动组外部的辅助设备供电。
图4a-4f是图1的设施100的情况下，图3的方法300的实施例的示意图。
由组102和104交替对实体“E”供电。因此：
-在图4a-4c中，由组102对实体“E”供电，
-在图4d-4e中，由组104对实体“E”供电，
-在图4f中，再次由组102对实体“E”供电。
参考图4a-4c，对实体“E”供电的活动组是组102，组104是被动组。在被动组104内进行调节。在该调节期间，被动组104的所有模块1065-1068以及可选地表示为“A”的辅助设备由被动组104中选择出的模块(称为操作模块)供电。对该操作模块进行切换，使得：
-在图4a中，被动组104的操作模块是模块1065，
-在图4b中，被动组104的操作模块是模块1066，
-在图4c中，被动组104的操作模块是模块1067。
参考图4d-4e，对实体“E”供电的活动组是组104，组102是被动组。在被动组102内执行调节。在该调节期间，被动组102的所有模块1061-1064以及可选地表示为“A”的辅助设备由被动组102中选择出的模块(称为操作模块)供电。对该操作模块进行切换，使得：
-在图4d中，被动组102的操作模块是模块1061，
-在图4e中，被动组102的操作模块是模块1064。
参考图4f，对实体“E”供电的活动组还是组102，组104还是被动组。在被动组104内执行调节。在该调节期间，被动组104的所有模块1065-1068以及可选地表示为“A”的辅助设备由被动组104中选择出的模块(称为操作模块)供电。在图4f中，该操作模块是模块1068。
当然，本发明不限于上面详述的实施例。特别地，存储模块的数量、模块组的数量和每个组的模块的数量不限于上述示例中给出的那些，并且对应于能量存储模块的最大值，尤其取决于电池寿命和安装级别所需的功率。
本发明旨在用于需要这种安装的任何固定应用。

Claims (14)

1.一种用于管理供电设施(100)的多个可充电电能存储模块(1061-1068)的方法(300)，所述模块(1061-1068)中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，并且所述模块(1061-1068)彼此并联布置，所述方法(300)包括：
-将所述模块(1061-1068)划分(302)成至少两个组(102，104)，和
-一次从所述组(102,104)中的一个组进行供电(304)；
所述方法(300)包括：在由被称为活动组的组(102，104)进行供电期间，在不同于所述活动组(102，104)的被称为被动组的至少一个组(104，102)内进行的被称为调节阶段的阶段(306)，所述调节阶段(306)包括由所述被动组(104，102)的被称为操作模块的至少一个模块为所述被动组(104，102)的被称为被动模块的至少另一个模块供电(3061)。
2.根据前一权利要求所述的方法(300)，其特征在于，被动组的调节阶段(306)保持所述被动组的至少一个模块的温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，被动组的调节阶段(306)执行所述被动组的至少一个模块的剩余电荷水平的平衡。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，对于至少一个被动组，调节阶段(306)包括所述被动组内的操作模块的转换(3062)。
5.根据前一权利要求所述的方法(300)，其特征在于，所述转换(3062)是根据所述被动组的每个模块的剩余电荷水平来执行的。
6.根据权利要求4或5所述的方法(300)，其特征在于，当操作模块的剩余电荷水平变得小于或等于第一预定值的被动组的另一模块的剩余电荷水平时，执行转换(3062)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，所述方法(300)包括当活动组的剩余电荷水平小于或等于第二预定值的被动组的剩余电荷水平时，执行将从一个组进行的供电切换到另一组(3042)。
8.根据前一权利要求所述的方法(300)，其特征在于，所述第二预定值能够根据每个组(102，104)的剩余电荷水平而变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，每个组(102，104)包括相同数量的模块(106)。
10.根据前一权利要求所述的方法(300)，其特征在于，所述被动组的操作模块用于对所述设施内的辅助装置的供电。
11.一种用于管理供电设施(100)的多个可充电电能存储模块(1061-1068)的系统，所述模块(1061-1068)中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，并且所述模块(1061-1068)彼此并联布置，所述系统包括：
-对于每个模块(1061-1068)，单独连接/断开装置(2061-2068)，使得所述模块(1061-1068)能够独立于其他模块(1061-1068)进行放电，和
-至少一个控制器(2021，2022，204)，用于直接或间接地控制每个所述连接/断开装置(2061-2068)；
所述控制器(2021，2022，204)被配置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)的所有步骤。
12.一种供电设施(100)，其包括多个可充电电能存储模块(106)，所述模块(106)中的每一个包括至少一个可充电电化学电池，并且所述模块(106)彼此并联布置，根据以下各项对所述模块(106)进行管理：
-根据权利要求1至10中任一项所述的方法(300)；或者
-通过根据权利要求11所述的系统。
13.根据前一权利要求所述的设施(100)，其特征在于，所述设施包括用于从可再生源产生电能的装置(1081，1082)，所述可再生源诸如为至少一个太阳能板(1081)和/或风力涡轮机(1082)。
14.根据权利要求12或13所述的设施(100)，其特征在于，所述设施是：
-用于对电动汽车充电的站，或
-用于建筑物、综合设施或电气/电子通信设备的供电设施。
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