CN112803512A - 用于操作电池系统的方法和控制设备以及电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作电池系统的方法，电池系统连接到电能系统，具有并联连接的多个电池组，多个电池组各自包括电池、逆变器和变压器，其中，每个电池取决于电池系统的操作状态而可充电和可放电，其中，请求在电池系统中存储电能或者从电池系统汲取电能。每个电池具有安装的最大电荷容量和在当前操作状态下可用的容量，其中，在放电期间，当前可用容量对应于相应电池的电荷状态，并且其中，在充电期间，当前可用容量对应于相应电池的最大电荷容量和电荷状态之间的差。在电池系统充电期间所请求的总充电输出和/或在电池系统放电期间所请求的总放电输出取决于并联连接的电池组的电池的当前可用容量作为部分输出分布在电池组之上并因此分布在电池之上。

Description

用于操作电池系统的方法和控制设备以及电池系统
技术领域
本发明涉及用于操作具有并联连接的多个电池组的电池系统的方法和控制设备，每个电池组包括电池，每个电池组包括逆变器并且每个电池组包括变压器。此外，本发明涉及电池系统。
背景技术
从US 10,141,753 B2中已知具有并联连接的多个电池组的电池系统。并联连接的每个电池组各自包括电池、各自包括逆变器并且各自包括变压器。在此，US 10,141,753 B2涉及使得高效充电和放电成为可能的细节，其中，根据该现有技术，先决条件是并联连接的电池组的电池的最大可用电荷容量不相等，而是至少一个电池具有不同于另一电池的最大电荷容量。
甚至特别是当并联连接的电池组的电池具有相同或完全相同的最大电荷容量时，也需要确保具有并联连接的多个电池组的电池系统的高效充电和放电，每个电池组包括电池，每个电池组包括逆变器并且每个电池组包括变压器。因此，需要用于操作电池系统的新型方法和控制设备以及对应的电池系统，其使得能够进行电池系统的高效充电过程和放电过程，而不管并联连接的电池组中的电池的最大电荷容量如何，其因此可以尤其在所有电池具有相同的最大电荷容量时、以及尤其在电池的最大电荷容量不同时被采用。
鉴于此，本发明基于如下的目的，即：创建用于操作电池系统的新型方法和控制设备以及电池系统。
发明内容
本目的是通过根据权利要求1的方法来解决的。
每个电池具有安装最大电荷容量和在当前操作状态下可用的容量，其中在放电期间，当前可用容量对应于相应电池的电荷状态，并且其中，在充电期间，当前可用容量对应于相应电池的最大电荷容量与电荷状态之间的差。在电池系统的充电期间所请求的总充电输出和/或在电池系统的放电期间所请求的总放电输出作为部分输出分布在电池组上并且因此分布在电池上并且因此取决于并联的电池组的电池的当前可用容量而被划分。
在本发明在此呈现的情况下，提出了对于电池系统的放电以及充电，考虑可用于充电和放电的并联连接的电池的当前可用容量，并且取决于并联连接的电池组的电池的当前可用容量，将所请求的总输出即所请求的总放电输出或所请求的总充电输出作为部分输出分布并划分到电池组上以及由此分布并划分到电池组的电池上。这允许以相对简单的方式对电池系统进行高效的充电和放电，而不管并联连接的电池组的各个电池的最大电荷容量是相同的还是彼此偏离的。
优选地，在电池系统充电期间请求的总充电输出或在电池系统放电期间请求的总放电输出作为部分输出以如下方式分布在电池组之上，即：与电池具有较低可用容量的这样的电池组相比，电池具有较高可用容量的这样的电池组被优先利用，并且因此主要用于充电和放电，并且被加载以对应的部分输出。这是特别优选的以便在充电请求期间高效地对并联连接的电池系统的电池组的电池进行充电，并且在放电请求期间高效地对其进行放电。
根据有利的进一步进展，多个电池组被同时利用并被加载以部分输出，即，经由彼此相关地对应于分别利用的电池的各自当前可用容量的部分输出。在此，可以规定，电池组的不多于限定部分数量被同时利用并且被加载以部分输出，该限定部分数量最大对应于电池系统的电池组的总数的限定份额。此外，可以规定，电池系统的仅这样的电池组被利用并且被加载以部分输出，所述这样的电池组的其部分输出在总输出中的相应份额（portion）大于限定第一极限值。此外，可以规定，同时利用的电池组的数量被确定成使得所请求的总充电输出或所请求的总放电输出与同时利用的电池组的可用部分输出之和的商大于限定第二极限值且小于1。本发明的这种进一步的进展是特别优选的。取决于可以单独采用或彼此组合的上述标准，多个电池组被同时利用，并且在请求的总充电输出或请求的总放电输出的条件下，被加载以部分输出。
在权利要求10中限定了用于操作电池系统的控制设备，并且在权利要求11中限定了电池系统。
附图说明
本发明的优选的进一步进展根据从属权利要求和以下描述来获得。通过附图在不限于此的情况下更详细地解释本发明的示例性实施例。在此其示出了：
图1：用于图示本发明的电池系统的示意表示。
具体实施方式
图1高度示意性地示出了电池系统10，其连接到能量系统11。能量系统11是电力系统，其提供要存储在电池系统10中的电能，或者在对电池系统10放电时从电池系统10汲取存储在电池系统10中的电能。
根据本发明的电池系统10包括并联连接的多个电池组12、13和14。每个电池组12、13和14包括电池15、16或17、逆变器18、19和20、以及变压器21、22、23。
此外，电池系统10包括控制设备或调节设备24，其用于操作并联连接的多个电池组12、13、14的电池系统10。根据图1的虚线，控制设备24与各个电池15、16和17以及各个逆变器18、19和20交换数据，正如与能量系统11交换数据一样。
取决于电池系统10的操作状态，每个电池15、16和17可以被充电和放电。如果电能要存储在电池系统10中，则电池15、16、17可以在更大的程度上被充电。相反，如果要从电池系统10中汲取电能，则在过程中电池15、16、17可以在更大的程度上被放电。
每个电池15、16、17具有安装的最大电荷容量。并联连接的电池组12、13、14的电池15、16、17的安装最大电荷容量可以相同或彼此偏离。
在电池系统10的当前操作状态中，每个电池15、16、17具有当前可用容量。在放电期间，该当前可用容量对应于相应电池的所谓的电荷状态（SOC）。在充电期间，当前可用容量对应于相应电池15、16、17的最大电荷容量与电荷状态之间的差。
在当前操作状态中可用的电池15、16、17的容量由电池15、16、17提供给控制设备24作为输入量。同样地，在充电操作期间请求的总充电输出或在放电操作期间请求的总放电输出被提供给控制设备24作为输入量。取决于此，控制设备24激活逆变器18、19和20，以便提供最优且高效的充电操作或放电操作。在此，在电池系统充电期间请求的总充电输出和在电池系统10放电期间请求的总放电输出作为部分输出分布在电池组12、13、14上并且由此分布在电池15、16、17上，其取决于并联连接的电池组12、13、14的电池15、16、17的当前可用容量。
在此，然后，优选地规定，所请求的总输出即在充电期间所请求的总充电输出以及在放电期间所请求的总放电输出作为部分输出以如下方式分布在电池组12、13、14之上，即：与电池15、16、17具有较低可用容量的这样的电池12、13、14相比，电池15、16、17具有较高可用容量的这样的电池组12、13、14被优先利用，并且因此主要用于充电和放电，并且被加载以对应的部分输出。
在此，电池15、16、17的老化状态和/或安培小时吞吐量和/或操作小时加载可以被附加地即以如下方式考虑：优先地并且因此主要地使这样的电池组12、13、14被加载以用于提供所请求的总输出的部分输出，所述这样的电池组12、13、14的电池15、16、17与电池系统10的其他电池相比除了具有高可用容量之外还具有优选低的老化和/或优选低的操作小时和/或优选低的安培小时吞吐量。
根据本发明的第一进一步进展，可以同时在充电操作或放电操作期间同时利用尽可能少的电池组12、13、14。这主要以如下方式进行，即：具有分别最大可用容量的单个电池组12、13、14经由其相应的部分输出被满载，之后，在该单独电池组不能经由其部分输出单独提供所请求的总输出的情况下，另一电池组被利用并被加载以对应的部分输出。根据该进一步的进展，因此，在另一电池组被加载以对应的部分输出之前，尽可能少的电池组被并行操作，如果可能的话，仅单个电池组被并行操作。在此，该电池组总是被优先加载或者主要加载或者附加加载，其具有分别最大当前可用容量。
因此，当根据本发明的第一进一步进展，电池具有最大可用容量的电池组的加载不足以提供所请求的总输出时，电池具有第二大可用容量的电池组被附加地加载。如果其可用容量也不够，则电池具有第三高可用容量的电池组被附加地加载。
根据本发明的第二进一步进展，规定的是，优选地，多个电池组12、13、14总是同时被利用并且被加载以部分输出，即，利用或者经由彼此相关地对应于电池组12、13、14的电池15、16、17的相应的当前可用容量的部分输出。
在此，所有的电池组12、13、14可以根据本发明的第二进一步进展的第一形式被同时利用，可以被同时利用并且加载以充电输出，即，与相应的电池组12、13、14的相应的电池15、16、17的当前可用容量相关。
根据本发明的第二进一步进展的第二形式，规定的是，并联连接的并非所有电池组15、16、17被同时利用并加载以部分输出，而是多个电池组被同时利用并加载以部分输出，其中所利用的电池组的部分数量的数量可以被确定成使得不多于电池组的限定部分数量，其最大对应于电池系统的电池组的总数的限定份额。因此，例如可以规定，电池组12、13、14的总数的不多于50%或不多于75%被同时加载以部分输出。
根据也可以作为第二进一步进展的第二形式的附加或替代而利用的第二进一步进展的第三形式，同时利用并加载以部分输出的电池组12、13、14以及因此电池15、16、17的数量也可以取决于如下内容来确定，即：电池系统10的仅这样的电池组12、13、14被用于充电操作或放电操作并加载以部分输出，所述这样的电池组12、13、14的取决于当前可用容量的相应部分输出在总输出中的份额大于限定第一极限值。这意味着，仅这样的电池组12、13、14被用于充电或放电，所述这样的电池组12、13、14的电池15、16、17以限定最小输出来操作，如上所述，其取决于电池的当前可用容量。相应的第一极限值对应于相应的最小输出。当在充电操作或放电操作期间，低于电池组的最小加载时，电池组被关断，不再被用于充电操作或放电操作并且不再进一步被加载以部分输出。然后，相应的部分输出被分布在其他电池组之上。在充电操作或放电操作期间同时利用并加载以部分输出的电池组的数量然后动态地改变。
此外，用于充电操作或放电操作的同时利用的电池组以及因此电池的数量可以根据可以作为第二进一步进展的第二和/或第三形式的附加或替代而利用的第二进一步进展的第四形式来确定，使得所请求的总输出（即所请求的总充电输出或总放电输出）与同时利用的电池组的所利用的可用部分输出的总和之间的商大于限定第二极限值并且小于或等于1。因此，该商例如在0.7（70%）到1（100%）之间或在0.8（80%）到1（100%）之间。这些值中的较低值对应于第二极限值。在此，同时加载以部分输出的电池组的数量也可以动态地改变。
在第二进一步进展的所有形式中，具有比其他电池组的电池更高的可用容量的电池15、16、17以及因此电池组12、13、14主要并且因此优先地加载以部分输出，并且因此主要或者优先地被用于相应的充电操作或者放电操作。
如已经解释的，除了当前可用容量之外，还可以考虑电池15、16、17的老化状态和/或安培小时吞吐量和/或操作小时加载，以便决定电池中的哪个或哪些优先用于充电操作或放电操作。
利用本发明，具有并联连接的多个电池组12、13、14的电池系统10的高效充电和放电是可能的，其中，电池组12、13、14中的每一个各自包括电池15、16、17、各自包括逆变器18、19、20、以及各自包括变压器21、22、23，并且其中，这些电池组连接到能量系统11，其提供用于对电池系统10充电的输出或者请求用于对电池系统10放电的输出。
此外，本发明涉及控制设备24，其被配备成在控制侧上执行上述的方法。为此，控制设备24包括数据接口，以便与执行根据本发明的方法中所涉及的组件交换数据。此外，控制设备24包括用于数据处理的处理器和用于数据存储的存储器。此外，本发明涉及具有并联连接的多个电池组12、13和14以及根据本发明的控制设备24的电池系统10。
附图标记的列表
10电池系统
11能量系统
12电池组
13电池组
14电池组
15电池
16电池
17电池
18逆变器
19逆变器
20逆变器
21变压器
22变压器
23变压器
24控制设备。

Claims (11)

1.一种用于操作电池系统（10）的方法，所述电池系统（10）连接到电能系统（11），具有并联连接的多个电池组（12、13、14），所述多个电池组（12、13、14）各自包括电池（15、16、17）、各自包括逆变器（18、19、20）、以及各自包括变压器（21、22、23），其中，每个电池（15、16、17）取决于所述电池系统（10）的操作状态而可充电和可放电，其中，请求在所述电池系统（10）中存储电能或者从所述电池系统（10）汲取电能，
其特征在于，
每个电池（15、16、17）具有安装的最大电荷容量和在当前操作状态下可用的容量，其中，在放电期间，当前可用容量对应于相应电池（15、16、17）的电荷状态，并且其中，在充电期间，当前可用容量对应于相应电池（15、16、17）的最大电荷容量和电荷状态之间的差，
在电池系统的充电期间所请求的总充电输出和/或在电池系统的放电期间所请求的总放电输出取决于并联连接的电池组（12、13、14）的电池（15、16、17）的当前可用容量，作为部分输出被分布在电池组之上并且因此被分布在电池之上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电池系统的充电期间所请求的总充电输出或在所述电池系统的放电期间所请求的总放电输出以如下方式作为部分输出分布在所述电池组（12、13、14）之上，即：电池（15、16、17）具有较高可用容量的这样的电池组与电池（15、16、17）具有较低可用容量的这样的电池组相比被优先利用，并因此主要用于充电和放电，并且被加载以对应的部分输出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电池（15、16、17）附加地具有较低的老化和/或较少的操作小时和/或低的安培小时吞吐量的这样的电池组（12、13、14）被优先利用并因此主要利用，并且被加载以部分输出。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，以如下方式同时利用优选少的电池组（12、13、14），即：在每种情况下具有最大可用容量的单个电池组经由其相应的部分输出被满载，之后，在该电池组不能经由其部分输出单独提供在所述电池系统的充电期间所请求的总充电输出或在所述电池系统的放电期间所请求的总放电输出的情况下，另一电池组被利用并被加载以对应的部分输出。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，多个电池组（12、13、14）被同时利用，并被加载以部分输出，即，经由彼此相关地对应于相应的当前可用容量的部分输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，部分组（12、13、14）的不多于限定部分数量被同时利用并且被加载以部分输出，该限定部分数量最大对应于所述电池系统（10）的电池组（12、13、14）的总数的限定份额。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述电池系统（10）的仅这样的电池组（12、13、14）被利用并且被加载以部分输出，所述这样的电池组（12、13、14）的其部分输出在总输出中的相应份额大于限定第一极限值。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，同时利用的电池组的数量被确定成使得所请求的总充电输出或总放电输出与同时利用的电池组（12、13、14）的可用部分输出之和的商大于限定第二极限值且小于或等于1。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所有的电池组（12、13、14）被同时利用并且被加载以部分输出。
10.一种用于操作电池系统（10）的控制设备（24），其特征在于，所述控制设备被配备成在控制侧执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.一种电池系统（10），具有并联连接的多个电池组（12、13、14），所述多个电池组（12、13、14）各自包括电池（15、16、17）、各自包括逆变器（18、19、20）、以及各自包括变压器（21、22、23），其特征在于，根据权利要求10所述的控制设备（24）。
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