CN115917952A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种包括电池装置的电源装置，该电池装置包括电力输入端、具有输入侧和输出侧的电力转换器(140)、电池组件(120)、开关装置和连接到所述电力转换器(140)的输出侧的电力输出端。所述开关装置能够操作以将所述电池组件(120)连接到所述电力转换器(140)的输入侧或者输出侧。所述开关装置被配置为将所述装置切换到多个连接状态中的一个连接状态。所述多个连接状态包括所述电池组件(120)连接到所述电力转换器(140)的输入侧的连接状态和所述电池组件(120)连接到所述电力转换器(140)的输出侧的另一连接状态。

Description

电源装置
技术领域
本公开涉及电源装置，并且更具体地，涉及包括被配置用于供应存储的电力的电池组件的电源装置，并且更具体地，涉及电池供电的装置，该电池供电的装置包括电动车辆和用于对电动车辆或其他重载负载充电的电池充电器。
背景技术
近年来，由于世界迫切需要转变为绿色能源，使用电能为车辆和其它移动电气负载提供动力已经获得了空前的普及。移动电气负载通常由可再充电电池供电，并且可再充电电池形成被配置用于这种目的电池装置的整体。电池装置通常包括被配置为输出操作电力的电池组件。近年来，由于电池和驱动技术的巨大改进，包括电动车辆的电池装置在世界范围内得到广泛普及。随着电池装置的广泛普及，包括充电设备和装置的外围设备的重要性变得更加明显。电池装置的输出要求可根据要求而显著不同，并且可高达几十千瓦。
发明内容
公开了一种电源装置。电源装置包括：电池组件；电力转换器，其包括输入节点和输出节点，输入节点是输入侧上的转换器输入节点，输出节点是输出侧上的转换器输出节点；电力输入端，其包括电力输入节点，电力输入节点被配置用于与外部电源进行电耦接；电力输出端，其包括电力输出节点，电力输出节点被配置用于与作为电气负载的负载进行电耦接；第一可切换路径，其将电池组件和电力转换器的输入节点互连；第二可切换路径，其将电池组件和电力转换器的输出节点互连；以及第三可切换路径，其将电力输入端和电力转换器的输入节点互连。电力转换器被配置为：当处于操作模式下时，提供用于使充电电流通过以对电池组件充电的输入路径，并且当处于另一操作模式下时，提供用于将电池组件的存储能量输出到连接到电力输出端的负载的输出路径。
公开了一种电池装置，其包括电力输入端、具有输入侧和输出侧的电力转换器、电池组件、开关装置和连接到电力转换器的输出侧的电力输出端。开关装置能够操作以将电池组件连接到电力转换器的输入侧或者输出侧。开关装置被配置为将装置切换到多个连接状态中的一个连接状态。多个连接状态包括电池组件连接到电力转换器的输入侧的连接状态和电池组件连接到电力转换器的输出侧的另一连接状态。
电力转换器可以被配置为输出DC电力。
电力转换器可以被配置为在其输入侧接收第一电压并且在其输出侧输出第二电压，第二电压与第一电压相同或不同。
电力转换装置可以包括第二电力转换器。第二电力转换器是DC-DC转换器或通用AC-DC转换器。
第二电力转换器是AC-DC转换器，其可以被配置用于连接到干线电源。
电池组件具有第一输出电压范围，并且电力转换器可以具有与第一输出电压范围不同的第二输出电压范围。
装置可以包括控制器，该控制器被配置为控制电力转换器以输出取决于在电力输出端处需要的电压的所选电压。
装置可以包括输入电力耦接器，其位于电力输入端处且用于电耦接到外部电源；以及输出电力耦接器，其位于电力输出端处且用于电耦接到外部负载。
这里的电力转换器是一种被配置为改变或能够改变输入电力的至少一个电气特性的设备。电气特性可以是电流、电压、频率。电力转换器可以是独立的电力转换器、级联的电力转换器、或者形成包括独立和级联的电力转换器的集群的多个电力转换器。
本文中的电池装置包括能够输出内置电池组件的存储能量的装置，例如电池供电的充电器、电动车辆和其它电池供电的装置。
多个连接状态包括：开关状态，其是第一开关状态，在第一开关状态下，开关装置被配置为使得电池组件、电力转换器和电力输出端被电连接，使得电池组件通过电力转换器和电力输出端来输出存储的电力。
公开了一种操作电池装置的方法。装置包括电力输入端、具有输入侧和输出侧的电力转换器、电池组件、开关装置、控制器和连接到电力转换器的输出侧的电力输出端，其中，开关装置被配置为能够操作以将电池组件连接到电力转换器的输入侧以用于电池充电，或者将电池组件连接到电力转换器的输出侧以用于电池充电。方法包括控制器操作开关装置以在多个连接状态中的一个连接状态下操作，多个连接状态包括：连接状态，其是第一连接状态，在第一连接状态下，电池组件连接到电力转换器的输入侧，并且在第一连接状态下，开关装置被配置为使得电池组件、电力转换器和电力输出端电连接，使得电池组件通过电力转换器和电力输出端来输出存储的电力；以及另一连接状态，其是第二连接状态，在第二连接状态下，电池组件连接到电力转换器的输出侧，并且电力输入端、电力转换器和电力输出端电连接，使得电池组件由连接到电力输入端的外部电源的电力充电。
控制器被配置为操作开关装置，以根据来自控制器的对电力输出的需求在第一连接状态下操作，并且操作开关装置，以在不存在来自控制器的对电力输出的需求的第二连接状态下操作。
附图说明
参考附图进行本公开，在附图中，
图1是根据本公开的电池装置100处于一个开关状态的框图，
图1A是图1的电池装置处于另一开关状态的框图，
图1B是图1的电池装置处于另一开关状态的框图，
图1C是图1的电池装置处于另一开关状态的框图，
图1D是图1的电池装置处于另一开关状态的框图，
图2是根据本公开的示例电池装置200的框图，
图3是根据本公开的示例电池装置300的框图，以及
图4是根据本公开的示例电池装置400的框图。
具体实施方式
一种电池装置，包括电力输入端、电力输出端、电池组件、开关装置和电力转换装置。除非上下文另有要求，否则本文的电力和能量分别是指电功率(electrical power)和电功率。
开关装置包括多个电力开关。这里的电力开关可以是机械电力开关、机电电力开关、电子电力开关。机电电力开关可以是继电器开关。电子电力开关可以是场效应晶体管(FET)开关(例如MOSFET电力开关)、双极晶体管电力开关(例如IGBT开关、晶闸管开关)等。典型的电子电力开关或典型的机电电力开关包括可包括第一接触端子的第一节点、可包括第二接触端子的第二节点、互连第一端子和第二端子的可切换电流路径、以及作为被配置为控制可切换电流路径的切换的控制节点的第三节点。可切换电流路径是电力开关的内部电流路径，其可在第一开关状态和第二开关状态之间切换，第一开关状态是电流路径具有非常低(即，接近零)的阻抗的“开(ON)”状态，第二开关状态是电流路径具有非常高(即，接近开路)的阻抗的“关(OFF)”状态。根据诸如电力和切换速度要求的实现要求，开关装置可以包括一种类型的电力开关或不同类型的电力开关。开关可以被形成为包括形成网络的多个开关的开关网络。在不失一般性的情况下，这里的节点可以被配置为用于进行电连接的端口或端子。
电力输入端被配置用于将外部电源的电功率耦接到装置中并且可以包括电力输入节点。外部电源可以是AC电源或DC电源。AC电源可以是从电网(例如，干线电源)分接电力的电源。电力输入节点可以被配置为诸如电力连接器(例如，包括用于与外部电源进行电接触的接触端子的可拆卸电力连接器)的电力耦接器。
电力输出端被配置用于将装置的能量耦接到外部负载并且可以包括电力输出节点。装置的能量包括存储在电池组件中的能量，并且还可以包括例如在经历由该装置进行的电力转换之后要通过该装置传输的外部电源的能量。
外部负载是电气负载，其可以是可充电负载或非可充电负载。可充电负载可以包括电池组件，该电池组件包括多个可充电电池。电气负载可以是固定负载(stationaryload)或移动负载(mobile load)。固定负载可以是固定设备(fixture)，诸如建筑物的电器或电器的集合。固定设备可以是例如壁装式、落地式或顶置式的。移动负载可以是例如具有内置电池组件的电动汽车，该内置电池组件用作电动汽车的单独的或主要的动力装置；或者是需要不时地对电池充电的电池供电的移动装置。本文中的电动车辆(EV)指可由电力驱动的车辆。没有备用内燃机的HEV(混合动力电动车辆)、PHEV(插电式混合动力电动车辆)、BEV(电池电动车辆)是电动车辆的示例。
电力输出节点可以包括电力耦接器，诸如电力连接器，例如，包括用于与外部负载进行机械耦接和电接触的接触端子的可拆卸电力连接器。在电力输出节点处的电力耦接器可以被配置为符合标准的电力连接器，例如，符合EV标准的电力连接器，EV标准诸如CHAdeMO标准、CCS标准、类型1标准、类型2标准和/或随时可用的标准。
电池组件可以包括单个电池或多个电池。每个电池可以具有单个电池单元或多个电池单元。每个电池可以被配置为棱柱形电池、圆柱形电池或具有任何几何形状的电池。电池可以串联和/或并联连接。
电力转换装置可以包括一个电力转换器或多个电力转换器。电力转换器是电力转换装置，其可被配置为转换输入电力的电压、电流、极性、相位和/或频率。电力转换器可以级联或并联布置。电力转换器的级联配置将提供比单个电力转换器可能提供的电力转换率更高的电力转换率。电力转换器的并联配置将提供比单个转换器可能提供的电力输出更高的电力输出。电力转换器通常包括具有输入节点的电力输入端、具有输出节点的电力输出端、以及将输入端和输出端互连的电力转换电路。电力转换器的电力输出端被配置为经由装置的电力输出节点向外部负载输出装置的电力，并且电连接到电力转换装置，电力转换装置又连接到电力输入端。电力转换器可以包括单个输入节点或多个输入节点，以及单个输出节点或多个输出节点。
电路径将电池组件和电力转换装置的输入端互连。如图1所示，可被称为第一电路径CP1(或简称为第一路径)的电路径是可切换的电路径，其包括连接到电池组件的第一电流路径部分CP1’、连接到电力转换器140的输入节点102的第二电流路径部分CP1”、以及将第一电流路径部分和第二电流路径部分互连的称为第一电力开关的电力开关SW1。第一路径的阻抗由第一电力开关SW1的开关状态确定。当第一电力开关SW1处于ON状态时，第一路径处于具有非常低阻抗状态的ON状态，使得电池组件和电力转换器的输入端与非常低阻抗的电流路径电连接。当第一电力开关SW1处于OFF状态时，第一路径处于具有非常高的阻抗状态的OFF状态，使得电池组件和电力转换器的输入端实际上处于电隔离并且具有非常高的互连阻抗。当第一电力开关SW1被接通并保持在ON状态时，第一路径变为电流路径，其为第一电流路径。作为方便的示例，图1的示例电力转换装置包括单个转换器140。在不失一般性的情况下，电力转换装置当然可以包括级联和/或并联连接的多个电力转换器。
电路径将电池组件和电力转换装置的输出端互连。被称为第二电路径CP2(或简称为第二路径)的电路径是可切换的电路径，其包括连接到电池组件的第一电流路径部分CP2’、连接到电力转换器140的输出端口的第二电流路径部分CP2”、以及将第一电流路径部分和第二电流路径部分互连的被称为第二电力开关的电力开关SW2。第二路径的阻抗由第二电力开关SW2的开关状态确定。当第二电力开关SW2处于ON状态时，第二路径处于具有非常低的阻抗状态的ON状态，使得电池组件和电力转换器的输出端以非常低的互连阻抗电连接。当第二电力开关SW2处于OFF状态时，第二路径处于具有非常高的阻抗状态的OFF状态，使得电池组件和电力转换器的输出端以非常高的互连阻抗电隔离。当第二电力开关SW2被接通并保持在ON状态时，第二路径变为电流路径，其为第二电流路径。第一路径CP1和第二路径CP2是交替的电流路径。第一开关SW1和第二开关SW2总是处于相反的开关状态，使得在该装置的正常操作期间电流可在第一路径或第二路径中流动，但不能同时在这两个路径中流动。
电路径将电力输入端和电力转换装置的输入端互连。被称为第三电路径CP3(或简称为第三路径)的电路径包括连接到电力输入节点106的第一电流路径部分CP3’、连接到电力转换器140的输入节点102的第二电流路径部分CP3”、以及将第一电流路径部分和第二电流路径部分互连的被称为第三电力开关SW3的电力开关。第三路径的阻抗由第三电力开关SW3的开关状态确定。当第三电力开关SW3处于ON状态时，第三路径处于非常低的阻抗状态，使得电力输入端和电力转换器的输入端以非常低的互连阻抗电连接。当第三电力开关SW3处于OFF状态时，第三路径处于非常高的阻抗状态，使得电力输入端和电力转换器的输入端以非常高的互连阻抗电隔离。当第三电力开关SW3被接通并保持在ON状态时，第三路径变为作为第三电流路径的电流路径。电力输入节点106被配置为促进与外部电源的电连接。装置包括第四路径，其是将转换器输出节点104和电力输出节点108互连的第四电流路径CP4。第二电流路径部分CP2”和第四电流路径CP4是连接到公共节点(即转换器输出节点)的并联电流路径。
包括开关SW1、SW2、SW3的电力开关中的每一个包括连接到电路径的第一电流路径部分的第一节点、连接到电路径的第二电流路径部分的第二节点、将第一电流路径部分和第二电流路径部分互连的可切换路径、以及作为用于控制电力开关的开关状态的控制端子的第三端口。控制端口经由控制总线连接到控制器，例如EMS(能量管理系统)的控制器，使得控制信号可以从控制器传输到电力开关。
在此，电力转换器可以是变压器、AC-DC转换器、DC-DC转换器或其组合。电力转换器可以包括电压转换器、电流转换器。电压转换器被配置为接收输入一定范围的电压并且可以被配置为输出一定范围的电压。具有可变电压输入的电力转换器是有利的，因为注意到电池的电压随着其充电状态(SoC)的改变而改变。具有可变电压输出的电力转换器是有利的，因为装置的输出电压可以被配置为适合不同的负载电压要求。
装置可以包括控制器，其被配置为控制装置的操作，例如，控制装置的输出电压和/或切换模式。控制器可以是数字控制器，例如，包括微处理器、固态处理器集群、配置为逻辑阵列的逻辑电路或逻辑阵列集群的固态数字控制器。控制器可以是系统控制器的一部分，例如，能量管理系统的一部分或电池管理系统(BMS)的一部分。
装置可以包括如图1所示的主壳体。主壳体可以被配置为金属机壳，以提供天气屏蔽、增强操作安全性和/或移动性。
装置可被配置为电源装置，以在多个操作模式中的一个下操作。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电池组件、电力转换器和电力输出端电连接，使得电池组件通过电力转换器和电力输出端来输出存储的电力。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电力输入端、电力转换器和电力输出端电连接，使得电池组件将由连接到电力输入端的外部电源的电力充电。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电力输入端、电力转换器和电力输出端被电连接，以在由电力转换器进行电力转换之后通过电力输出端来输出连接到电力输入端的外部电源的电力。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电力输入端和电池组件电连接，使得连接到电力输入端的外部电源的电力在电力转换器进行电力转换之后对电池组件充电。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电力输入端、电池组件和电力转换器被电连接，使得通过电力转换器和电力输出端来输出连接到电力输入端的外部电源的电力和电池组件的存储电力。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电池组件和电力转换器电连接，使得通过电力转换器和电力输出端一起输出连接到电力输入端的外部电源的电力和电池组件的存储电力。
本文中的电池装置是指具有电池组件的装置，该电池组件被配置为提供装置的操作电力。本文中的移动装置包括移动平台，其包括电池驱动的电机驱动单元，该电机驱动单元包括EV。移动平台可包括轮子、轨道、履带或其它移动装置，其由电机驱动单元驱动以促进装置的移动性，并且电机驱动单元由电池组件供电。
在示例操作模式中，开关装置被配置为使得电池组件和电力转换器电连接，以输出存储的电力，来操作电机驱动单元。
每个操作模式对应于特定开关状态，并且每个特定开关状态对应于开关装置的特定连接模式。
目前，典型的BEV具有17.6kWh到100kWh范围内的电池容量，并且期望容量范围根据距离范围要求以及电池和驱动技术的进步而不时地变化。被配置为在一小时内对100kWh负载充电(1C充电)的装置需要100kW的充电电力输出，而在半小时内对100kWh负载充电(2C充电)的装置需要200kW的充电电力输出。典型EV电流的电机驱动单元具有在400V和800V之间的输入电压要求。CHAdeMO标准目前被配置为以500V、125A DC输送高达62.5kW，而修订的CHAdeMO标准(2.0标准)以1000V、400A DC输送高达400kW。类型1充电标准被配置用于在3.7kW与7.4kW之间的缓慢单相AC充电，而类型2充电标准在3.7kW与7kW之间。CCS(组合充电系统或“Combo”)是类型2标准的改进和增强的版本，并且被配置为以50kW输出，以在将来增加到350kW。具有10kW及以上的额定电力输出的电力转换器称为高功率转换器，并且电力电子器件要求与低功率的电力转换器的要求区别很大。
示例装置包括具有12.5kW的额定输出电力的通用AC-DC转换器。
电力开关SW1、SW2、SW3中的每一个被配置为由控制器控制。控制器被配置为经由控制总线将控制信号施加到电力开关的第三端口，由此控制或改变其开关状态。
电池装置可以包括外围电路和设备，如图2和图3所示。外围电路和设备可以包括电池管理系统(BMS)、能量系统管理器(ESM)、人机接口(HMI)、充电管理系统(CMS)、冷却装置、感测和监视设备。
BMS被配置为监测电池组件的参数和状况。要监测的参数可以包括电压、充电状态(SoC)、健康状态(SoH)、放电深度(DoD)、温度T、充电电流、放电电流等。为了便于电池管理，例如电池参数的监测和电池操作控制，该装置可以包括数据总线和/或控制总线，以将电池组件和BMS互连。同样，装置可以包括数据总线和/或控制总线，以将电力转换器和ESM控制器互连。
电池单元通常具有最大工作电压(Vcell_max，简称为最大电压)、最小工作电压(Vcell_min，简称为最小电压)和标称电压(Vcell)。包括布置在串联连接的n个单元和并联连接的p个单元中的多个电池单元的电池组件被表示为nSmP电池组件，且具有电压nVcell和存储的能量n×m×Ecell，其中，Ecell是单元的能量存储容量。电池组件具有Ekwh的可用能量容量，其是Vmax处的最大存储的能量Emax和Vmin处的最小存储的能量Emin之间的差，其中，Vmax和Vmin分别是电池组件的最大工作电压和最小工作电压。以电池组件的最大存储的能量的百分比来表示SoC，且电池组件在Emax处具有100％的SoC。
电池具有额定容量(Crated)，并且完全充电的电池具有最大可释放容量(Cmax)，其可以不同于额定容量。通常，Cmax在某种程度上不同于新使用的电池的Crated，并且将随着使用时间而下降。它可用于评价电池的SOH，其可以表示为百分比SOH＝Crated/Cmax。当电池放电时，放电深度(DOD)可以表示为已经放电的容量相对于额定容量的百分比，即，以百分比表示DoD＝Creleased/Crated。
电池组件的SoC和SoH可以由BMS参考电池组件的充电电流、充电电压、充电时间来确定。电池组件的DoD可以由BMS参考电池组件的放电电流、放电电压、放电时间来确定。为了便于监测电池状态，包括电压、电流和温度传感器。
ESM被配置为控制和监视装置的能量操作。装置包括控制总线，例如，诸如RS 485总线的双向数据总线。电力开关通过控制总线连接到ESM。ESM可以被配置为提供用于由用户选择的选项。选项可以包括，例如，a)充电模式，b)充电时间，c)充电容量。操作模式可以包括i)利用来自外部电源的充电电力的慢速充电模式，ii)利用仅来自电池组件的充电电力的快速充电模式，iii)超快速充电模式。
HMI被配置为促进用户与装置之间的交互。HMI可包括诸如触摸面板显示器的用户接口，使得用户可选择装置的操作模式。HMI例如通过诸如RS 485总线的双向数据总线与ESM数据连接，使得用户可以与ESM交互，并且显示ESM的响应。
在示例操作模式中，用户操作HMI以选择慢速充电模式。ESM在检测到请求和适当授权时将通过闭合电力开关SW3并且断开电力开关SW1和SW2来开始慢速充电模式操作。如图1A所示，当电力开关SW3闭合并且开关SW1和SW2断开时，第三路径CP3被切换到非常低的阻抗状态(或高导电状态)并且第一路径CP1和第二路径CP2处于非常高的阻抗状态，使得外部电力可经由电力转换器140、第三路径CP3和第四电流路径CP4被递送到电力输出端108。
在示例操作模式中，用户操作HMI以选择快速充电模式。ESM在检测到请求和适当授权时将通过闭合电力开关SW1并且断开电力开关SW2和SW3来开始慢速充电模式操作。如图1B所示，当电力开关SW1闭合并且开关SW2和SW3断开时，第一路径CP1被切换到非常低的阻抗状态(或高导电状态)并且第二路径CP2和第三路径CP3处于非常高的阻抗状态，使得电池组件的存储电力可经由电力转换器140、第一路径CP1和第四电流路径CP4被递送到电力输出端108。
在示例操作模式中，用户操作HMI以选择超快速充电模式。ESM在检测到请求和适当授权时将通过闭合电力开关SW1和SW3同时断开电力开关SW2来开始慢速充电模式操作。如图1C所示，当电力开关SW1和SW3闭合而电力开关SW2断开时，第一路径CP1和第三路径CP3被切换到非常低的阻抗状态(或高导电状态)而第二路径CP2处于非常高的阻抗状态，使得电池组件的存储电力和输入端处的外部电力可经由电力转换器140以及第一路径CP1和第三路径CP3被递送到电力输出端108。
当装置处于空闲模式时，即，不处于电力输出操作时，控制器可控制装置进入电池充电操作模式，使得电力开关SW2和SW3闭合，而电力开关SW1断开。当在这种操作模式中时，输入端处的外部电力将仅用于对电池组件充电。控制器可以被配置为控制装置在不期望电力输出请求的时段期间以及在电池模块的SoC对应于需要或适于充电的状态的时段期间进入该操作模式，如图1D所示。
在另一空闲模式中，电力开关SW1、SW2和SW3都被断开，以使得没有电池充电或电力输出。控制器可以被配置为控制装置在电池模块被完全充电并且没有对电力输出的请求时进入该操作模式，如图1所示。
图2示出了包括本公开的电池装置的示例电源装置200。电源装置200包括控制器、外围电路和电池装置100。控制器包括多个控制模块或部件，包括BMS、ESM、HMI和CMS。控制模块或部件通过多条数据总线和控制总线(以虚线示出)互连。数据总线和/或控制总线123将电池组件和BMS互连。数据总线被配置为将瞬时电池参数(例如电压、电流、温度、压力)传输到BMS，BMS被配置为向电池组件发送控制信号，例如，在检测到电池异常时激活一个风扇或选定的多个风扇，隔离电池或电池模块。示例开关SW1、SW2、SW3和SW4是双掷开关，使得电路的前向路径和返回路径在开关被接通时被接通，或者在开关被断开时被断开。外围电路可以包括绝缘传感器164以增强电池安全性。
图3示出了包括本公开的电池装置的示例电源装置300。电源装置300具有与电源装置200相同的配置，除了以下区别：AC-DC转换器设置在电力输入端106处，使得进入的交流电在通过第三开关SW3之前被转换为DC电流。本公开的电池装置100被并入作为电源装置200、300的核心元件，并且电池装置100的附图标记通过引用并入电源装置200、300的附图和描述中。
装置200、300中的每个包括示例电池组件，其具有示例多个四个串联连接的电池模块。每个电池模块具有n组串联连接的电池单元，其中，每组具有并联连接的P个单元，从而构成了nSmP配置。示例电池模块由示例多个n＝28和m＝9锂离子可再充电电池单元组装成，以构成28S9P配置的电池模块。电池单元可以是18650大小的圆柱形锂离子单元。示例18650大小的圆柱形锂离子单元具有3.6V的单元标称电压Vcell nominal，额定电压范围是在2.5V(Vcell min)和4.1V(Vcell max)之间，且额定电流为2.55Ah。电池模块的252个18650电池单元被组装，以构成具有以下参数的电池模块：额定电压为100.8V，电压范围在70V(nVcell min)和114.8V(nVcell max)之间，最大放电电流为100A，额定存储能量容量为2.3kWh，降级(de-rated)存储能量容量为2.0kWh。四个电池模块被组装，以构成具有以下参数的电池组件：额定电压为403.2V，额定存储能量容量为9.2kWh，降级存储能量容量为8.0kWh。
示例外部源是在220V和13A具有2.8kW额定电力的干线单相AC电源。
装置200的示例电力转换器是具有12.5kW额定电力的通用AC-DC转换器。例如，当在电池组件的存储能量输出和外部电源的电力二者都被输出的超快速模式下输出时，需要该额定电力处理装置的最大电力需求。
装置300的示例电力转换器是包括并联连接以提供28kW的额定电力的两个DC-DC转换器的电力转换器的整体。装置300包括AC-DC转换器，其将装置的输入端与DC-DC转换器的整体互连。AC-DC转换器具有连接到装置的输入端的输入端口和连接到DC-DC转换器的整体的输入端的输出端口。示例AC-DC转换器是第二电力转换器，其被配置为将外部电源的输入电力转换为DC输出电力，在该示例中，该DC输出电力在6.8A处为400V。电力开关SW3将DC-DC转换器和AC-DC转换器互连。DC-DC转换器是装置300的第一电力转换器，而AC-DC转换器是装置300的第二电力转换器。
在装置是具有移动平台和被配置为驱动移动平台的电机驱动单元160的移动装置的示例中，装置可以在移动模式下操作。当在移动模式下时，操作电机驱动的电力可来自电池组件，在这种情况下，开关SW1和电力开关SW4闭合，使得电机驱动电力可由电池组件供应到电机驱动单元。移动装置可以具有专用于操作电动机驱动单元的独立存储的电源，使得不需要从电池组件120分接电力，除非专用电源已经耗尽。电机驱动单元可以连接到EMS，使得电机的操作电力由EMS控制。
在示例实施例中，BMS和EMS共享控制器，使得装置由作为主控制器的公共控制器控制。在一些实施例中，BMS和EMS具有单独的控制器，并且装置由分布式控制器控制。
装置可以包括一个或多个电流传感器。电流传感器162可被设置成监测电流路径CP4的电流输出状态，使得可实时监测输出到输出端104的电流。电流传感器可以连接到EMS，使得可以确定流过电流路径CP4的瞬时电流。
装置可以包括一个或多个绝缘传感器。一个或多个绝缘传感器164可被部署以监测电池模块和/或电流路径的绝缘状态，以减轻安全危险。绝缘传感器可以连接到BMS和/或EMS。
装置可以包括充电管理器，其被配置为根据已建立的标准(例如根据CCS、CHAdeMO、GB标准)来执行充电。充电管理器是ESM的一部分并且由ESM控制。
装置可包括冷却装置166，其被配置为在电力操作期间冷却该装置。冷却装置166可以包括风扇阵列，其被配置为将空气移入和移出装置以维持装置的操作温度，尤其是电池组件的温度。
虽然已经参考附图和实施例描述了该装置，但是本领域技术人员将理解，本文的公开内容不旨在是限制性的。
例如，装置100、200、300可以被修改为图4的装置400。参考图4，装置400包括附加的电力输入端口106A，其被配置为从另一外部电源接收输入电力。外部电源可以是装置100、200、300、400中的另一个，或者是另一个主电源。装置400可以包括装置100、200、300、400的特征，并且在适当的情况下，通过引用将与其相关的描述并入装置400中。装置400包括电流路径CP5，其将电力输入端口106A和电力转换器140的输入端互连，使得附加的输入电力可以被馈送到装置400中。来自该另一外部电源的输入电力可以与来自电池组件120的存储电力、来自输入端106的电力组合，以在电力输出端108处获得最大输出。当处于最大输出配置中时，开关SW2断开，而开关SW1和SW3闭合。在图4的配置中，不失一般性地，电流路径CP1和CP3被示出为在电力转换器140的不同输入端口处终止，并且相同的终止配置可以应用于装置100、200、300。装置100、200、300、400可以包括被配置用于次级电力输出的次级电力输出端口。第二电力输出端口可以连接到次级输出端口，该次级输出端口连接到电力转换器140的输出侧。
多个装置100、200、300、400可以连接，以形成电池装置的阵列或整体，以形成本公开的电源装置。装置100、200、300、400可以互连，使得一个装置的次级输入端口106A连接到另一个装置的初级电力输出端口104或次级电力输出端口。当多个装置100、200、300、400被连接以形成阵列或整体时，一个装置100、200、300、400的存储能量可以被输出到另一个装置100、200、300、400以用于组合或升压输出。

Claims (20)

1.一种电源装置，包括：
电池组件(120)，
电力转换器，其包括输入节点和输出节点，所述输入节点是输入侧上的转换器输入节点(102)，所述输出节点是输出侧上的转换器输出节点(104)，
电力输入端，其包括电力输入节点(106)，所述电力输入节点被配置用于与外部电源进行电耦接，
电力输出端，其包括电力输出节点(108)，所述电力输出节点被配置用于与作为电气负载的负载进行电耦接，
第一可切换路径(CP1)，其将所述电池组件和所述电力转换器的输入节点互连，
第二可切换路径(CP2)，其将所述电池组件和所述电力转换器的输出节点互连，以及
第三可切换路径(CP3)，其将所述电力输入端和所述电力转换器的输入节点互连；
其中，所述电力转换器被配置为：当处于操作模式下时，提供用于使充电电流通过以对所述电池组件充电的输入路径，并且当处于另一操作模式下时，提供用于将所述电池组件的存储能量输出到连接到所述电力输出端的负载的输出路径。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述第一可切换路径和所述第二可切换路径被配置为使得当所述第一可切换路径接通以形成低阻抗电流路径以促进电池输出电流流动通过所述低阻抗电流路径时，所述第二可切换路径断开以形成高阻抗路径以阻止电池充电电流流动通过所述高阻抗路径。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其中，所述第一可切换路径和所述第二可切换路径被配置为处于相反开关状态，使得当所述第一可切换路径断开以形成高阻抗路径以阻止电池输出电流流动通过所述高阻抗路径时，所述第二可切换路径接通以形成低阻抗路径以促进电池充电电流流动通过所述低阻抗路径。
4.根据任一前述权利要求所述的电源装置，其中，所述第一可切换路径和所述第三可切换路径被配置为在相反开关状态下操作，使得当所述第三可切换路径接通以形成低阻抗电流路径以促进电流流动通过所述低阻抗电流路径，所述第一可切换路径断开以形成高阻抗路径以阻止电流在所述电池组件与所述转换器输入节点(102)之间的流动。
5.根据任一前述权利要求所述的电源装置，其中，所述第二可切换路径被配置为使得当所述第二可切换路径接通时，形成用于通过所述电力转换器的电力输出来对所述电池组件充电的充电路径，并且当所述第二可切换路径接通时，所述装置被配置为经由所述电力输出节点向外部负载输出电力。
6.根据任一前述权利要求所述的电源装置，其中，所述第二可切换路径和所述第三可切换路径被配置为使得当所述第三可切换路径接通以形成低阻抗电流路径以促进电流流动通过所述低阻抗电流路径时，所述第二可切换路径接通以促进所述电池组件的充电，或者所述第二可切换路径断开以促进经由所述电力输出节点(108)从所述装置输出电力。
7.根据任一前述权利要求所述的电源装置，其中，所述第一可切换路径(CP1)包括第一开关(SW1)，所述第一开关包括第一节点、第二节点、将所述第一节点和所述第二节点互连的可切换路径、将所述电池组件和所述第一节点互连的第一路径部分(CP1’)、以及将所述第二节点和所述电力转换器互连的第二路径部分(CP1”)，并且其中，所述第三可切换路径在所述第二路径部分(CP1”)处电接合所述第一可切换路径(CP1)。
8.根据任一前述权利要求所述的电源装置，其中，每个可切换路径包括电力开关，所述电力开关被配置为在低阻抗接通状态下或在高阻抗断开状态下切换所述可切换路径，其中，所述可切换路径的电力开关共同形成开关装置，并且其中，所述开关装置被配置为将所述装置切换到多个连接状态中的一个连接状态，所述多个连接状态包括所述电池组件连接到所述电力转换器的输入侧的连接状态和所述电池组件连接到所述电力转换器的输出侧的另一连接状态。
9.根据权利要求8所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第一开关状态，在所述第一开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电池组件、所述电力转换器和所述电力输出端被电连接，使得所述电池组件通过所述电力转换器和所述电力输出端来输出存储的电力。
10.根据权利要求8或9所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第二开关状态，在所述第二开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电力输入端、所述电力转换器和所述电力输出端被电连接，使得至少包括一个或多个可再充电电池的所述电池组件将由连接到所述电力输入端的外部电源的电力充电。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第三开关状态，在所述第三开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电力输入端、所述电力转换器和所述电力输出端被电连接，以在由所述电力转换器进行电力转换之后，通过所述电力输出端输出连接到所述电力输入端的外部电源的电力。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第四开关状态，在所述第四开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电力输入端和所述电池组件电连接，使得连接到所述电力输入端的外部电源的电力在由所述电力转换器进行电力转换之后对所述电池组件充电。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第五开关状态，在所述第五开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电力输入端、所述电池组件和所述电力转换器被电连接，使得将通过所述电力转换器和所述电力输出端输出连接到所述电力输入端的外部电源的电力和所述电池组件的存储电力。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的电源装置，其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第六开关状态，在所述第六开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电池组件和所述电力转换器电连接，使得将通过所述电力转换器和所述电力输出端一起输出连接到所述电力输入端的外部电源的电力和所述电池组件的存储电力。
15.根据权利要求8至14中任一项所述的电池装置，其中，所述装置是移动装置，所述移动装置具有移动平台并且包括用于促进所述装置的移动性的车轮和电机驱动单元，所述电机驱动单元被配置为驱动所述车轮，并且其中，所述多个连接状态包括：
开关状态，其是第七开关状态，在所述第七开关状态下，所述开关装置被配置为使得所述电池组件和所述电力转换器电连接，以输出存储的电力来操作所述电机驱动单元。
16.根据任一前述权利要求所述的电池装置，其中，所述电力转换器被配置为接收具有第一电气特性的电力，以输出具有不同于所述第一特性的第二电气特性的电力，所述电气特性是电流、电压和/或频率。
17.根据任一前述权利要求所述的电池装置，包括连接在所述电力转换器和所述电力输入端中间的电压转换器，其中，所述第二电力转换器的输出端连接到所述电力转换器的输入侧。
18.根据任一前述权利要求所述的电池装置，其中，所述电力转换器和所述电池组件通过电力开关互连，并且其中，所述电力转换器的输入侧电连接到所述电力开关的一侧，并且所述电力转换器的输出侧电连接到所述电力开关的另一侧和所述电池组件。
19.一种操作电池装置的方法，所述装置包括电力输入端、具有输入侧和输出侧的电力转换器、电池组件、开关装置、控制器和连接到所述电力转换器的输出侧的电力输出端，其中，所述开关装置被配置为能够操作以将所述电池组件连接到所述电力转换器的输入侧以用于电池充电，或者将所述电池组件连接到所述电力转换器的输出侧以用于电池充电；
其中，所述方法包括所述控制器操作所述开关装置以在多个连接状态中的一个连接状态下操作，所述多个连接状态包括：
连接状态，其是第一连接状态，在所述第一连接状态下，所述电池组件连接到所述电力转换器的输入侧，并且在所述第一连接状态下，所述开关装置被配置为使得所述电池组件、所述电力转换器和所述电力输出端电连接，使得所述电池组件通过所述电力转换器和所述电力输出端来输出存储的电力；以及
另一连接状态，其是第二连接状态，在所述第二连接状态下，所述电池组件连接到所述电力转换器的输出侧，并且所述电力输入端、所述电力转换器和所述电力输出端电连接，使得所述电池组件由连接到所述电力输入端的外部电源的电力充电。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述控制器被配置为操作所述开关装置，以根据来自所述控制器的对电力输出的需求在所述第一连接状态下操作，并且操作所述开关装置，以在不存在来自所述控制器的对电力输出的需求的所述第二连接状态下操作。
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