CN115995874A - 一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法 - Google Patents

一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115995874A
CN115995874A CN202210226291.0A CN202210226291A CN115995874A CN 115995874 A CN115995874 A CN 115995874A CN 202210226291 A CN202210226291 A CN 202210226291A CN 115995874 A CN115995874 A CN 115995874A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
battery pack
battery packs
power
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210226291.0A
Other languages
English (en)
Inventor
R·夏尔马
S·辛格
布兰登·奥哈拉
古川元子
R·凯斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Energy Investment Corp Ltd
National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Original Assignee
China Energy Investment Corp Ltd
National Institute of Clean and Low Carbon Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Energy Investment Corp Ltd, National Institute of Clean and Low Carbon Energy filed Critical China Energy Investment Corp Ltd
Publication of CN115995874A publication Critical patent/CN115995874A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/003—Load forecast, e.g. methods or systems for forecasting future load demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00036—Charger exchanging data with battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0025—Sequential battery discharge in systems with a plurality of batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

提供了一种控制器、包括这种控制器的系统、以及用于控制或管理多个电池组的放电或充电的方法。该控制器包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质，所述一个或多个程序被配置为执行以下步骤：基于每个电池组的最大电压、其最小放电电压和当前电压来确定每个电池组的电压分布参数，基于该电压分布参数来向所述多个电池组指派排名，以及基于每个电池组的排名和总功率需求来确定相应放电或充电功率。所述控制器向所述多个电池组和/或所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以便从所述多个电池组放电或向所述多个电池组充电。

Description

一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年10月20日递交的美国专利申请No.17/506,137的权益，其内容通过引用而被结合于此。
技术领域
本公开总体上涉及用于控制或管理电池组的系统和方法。更具体地，所公开的主题涉及用于例如在能量存储应用中管理电池组充电或放电的控制器、系统和方法。
背景技术
由于对诸如全球变暖的环境问题的关注增加，清洁和可再生能源变得更加重要。这些能源包括太阳能和风能以及可充电电池。可再生能源是间歇性的，因为它们不能总是在需要时被调度(dispatch)以满足能量消费者的变化的需求。能量存储系统预期解决这种灵活性挑战。固定能量存储系统可以存储能量并且当需要时以电的形式释放能量。
发明内容
本公开提供了一种用于控制或管理异构(heterogeneous)电池组的充电或放电的控制器、一种包括这种控制器的诸如电能存储系统的系统、以及使用该控制器的方法。
根据一些实施例，所述控制器、所述系统和所述方法利用基于每个电池组的电压分布参数对多个电池组进行排名的技术。所述多个电池组的排名顺序被用作从所述系统放电或向所述系统充电的顺序。
根据一些实施例，一种系统包括多个电池组、一个或多个功率转换器和一个或多个控制器。每个功率转换器与所述多个电池组中的至少一个耦合，并且被配置为将来自一个电池组的直流(DC)转换为交流(AC)或反之亦然。所述控制器耦合到所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器。在一些实施例中，该系统还可以包括多于一个的控制器，并且每个控制器耦合到多个电池组。
在此限定和描述了多个电池组。在一些实施例中，所述多个电池组是异构电池组，其可以选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合。所述多个电池组并联、串联或以其组合(即，混合组合)连接。在一些实施例中，所述多个电池组并联连接。
所述控制器包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质，所述一个或多个程序被配置为执行用于控制或管理具有多个电池组的系统的放电过程或充电过程的步骤。在一些实施方案中，这些步骤包括：接收需要从所述系统调度或向所述系统充电的总功率需求(D)(或称总调度功率)，采集各电池组的特性数据。每个电池组的特性数据包括最大电压(Vi max)、最小放电电压(Vi min)和当前电压(Vi)。所述特性数据还可包括每个电池的最大总额定功率(di max)、健康状态(SOH)和/或充电状态(SOC)。
所述步骤还包括基于Vi max、Vi min和Vi来确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)。所述步骤还包括通过基于每个电池组的电压分布参数(Vi*)向每个电池组指派排名作为放电或充电的顺序来对所述多个电池组进行排名，并且基于每个电池组的所述排名和所述总功率需求(D)，确定每个电池组的相应放电或充电功率。
所述步骤还进一步包括：向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以基于每个电池组的所述相应放电功率从所述多个电池组放电或向所述多个电池组充电和/或保持特定电池组空闲。
在一些实施例中，所述控制器被配置为以每个电池组的电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序对所述多个电池组进行排名。所述功率分别以电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序而被放电或充电。所述控制器被配置为通过以下来确定每个电池的所述相应放电或充电功率：基于每个电池组的相应最大总额定功率(di max)按照用于放电或充电的所述顺序指派所述相应放电或充电功率，直到达到总功率需求(D)。在满足总功率需求之后，可以不指派具有较低排名的其它电池组进行放电或充电，并且所述相应放电或充电功率为零。当某一电池组的相应放电或充电功率为零时，该特定电池组保持空闲而不放电或充电。
在一些实施例中，所述控制器被配置为在预定时间间隔内提供具有指令的信号，并且通过重复上述步骤，在时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时，重新确定每个电池组的相应放电或充电功率。所述控制器可以被配置为通过随时间瞬时更新每个电池组的相应放电或充电功率来动态地控制所述多个电池组的放电或充电。
所述系统可以可选地进一步包括一个或多个电池功率管理单元(BPMU)。每个BPMU可与一个或多个电池组连接，并被配置成监视所述一个或多个电池组并将所述一个或多个电池组的特性数据提供给所述控制器。
在一些实施例中，所述系统是电能储存系统。所述总功率需求由上级能量管理系统(EMS)提供。在一些实施例中，所述控制器被配置成将功率从多个电池组放电到电网或负载，或者将功率从电网或负载充电到多个电池组。在一些实施例中，所述电网是可选的。所述功率可以被放电到需要功率的其它部件。
在另一方面，本公开提供了一种如本文所述的控制器，用于控制或管理包括多个电池组的系统的放电或充电。如本文所述，这种控制器包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质，所述程序被配置为执行本文所述的步骤。
所述控制器被配置为向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以基于每个电池组的相应放电功率从多个电池组放电(或向多个电池组充电)和/或保持特定电池组空闲。
所述控制器被配置为与其耦合的所述多个电池组是选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合的异构电池组。所述多个电池组并联、串联或以其组合连接。所述控制器被配置为以每个电池组的电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序对多个电池组进行排名。所述功率分别以电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序而被放电或充电。
所述控制器被配置成在预定时间间隔内为信号提供指令，并且通过重复步骤，在时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时，重新确定每个电池组的相应放电或充电功率。所述控制器还被配置为通过随时间瞬时更新每个电池组的相应放电或充电功率来动态地控制所述多个电池组的放电或充电。
所述控制器被配置用于控制例如电能存储系统中的异构电池组的放电或充电。在一些实施例中，所述控制器被配置成将功率从所述多个电池组放电到电网或负载，或者将功率从所述电网或负载充电到所述多个电池组。
在另一方面，本公开提供了一种用于控制或管理包括多个电池组的系统的放电或充电的方法，其通过如本文所述的系统内的控制器来进行。该方法包括以下步骤：接收需要从系统调度或向系统充电的总功率需求D，采集各电池组的特性数据。每个电池组的特性数据包括最大电压(Vi max)、最小放电电压(Vi min)和当前电压(Vi)。其它数据可包括每个电池组的SOH、SOC和最大总额定功率(di max)。
该方法还包括：基于Vi max、Vi min和Vi，确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)，通过基于每个电池组的电压分布参数(Vi*)向每个电池组指派作为放电或充电顺序的排名来对多个电池组进行排名，以及基于每个电池组的排名和所述总功率需求(D)来确定每个电池组的相应放电或充电功率。
在这种方法中，所述控制器还向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以基于每个电池组的相应放电或充电功率来对多个电池组放电或充电和/或如本文所述保持特定电池组空闲。在一些实施例中，指令从所述控制器被发送到每个电池组和/或与所述多个电池组连接的一个或多个转换器，用于基于每个电池组的相应的放电或充电功率来放电或充电。
所述多个电池组是选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合的异构电池组。所述多个电池组并联、串联或以其组合连接。
根据一些实施例，使用等式(1)来确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)：
Vi*＝(Vi-Vi min)/(Vi max-Vi min)     (1)
在一些实施例中，所述多个电池组按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的递增顺序来排名。在一些其他实施例中，所述多个电池组按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的降序来排名。或者，所述多个电池组按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的随机顺序来排名。在每种情形中，通过以下来确定每个电池的相应放电或充电功率：基于每个电池组的相应最大总额定功率(di max)按照放电或充电的顺序指派所述相应放电或充电功率，直到达到总功率需求(D)。其它电池组的相应放电或充电功率为零。当相应的放电或充电功率被指派为零时，某个电池组保持空闲。
在一些实施例中，重复上述一些或所有所述步骤以在预定时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时重新确定每一电池组的相应放电或充电功率。所述多个电池组的放电过程也可以通过随时间瞬时更新每个电池组的各自的放电或充电功率来动态地控制。
本公开中提供的系统、控制器和方法提供了许多优点。例如，可以使用具有不同质量的各种新的和使用过的电池组。不需要预先选择或拆除电池组。多个异构电池组共同地供应功率负载以满足功率需求，同时每个电池组可以以不同的份额放电。如本文所述，该系统、控制器和方法选择性地延长具有较高或较低V*的电池组的寿命或所有电池组的寿命，并且它们还提供维护和升级系统的灵活性。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的特征。
图1是示出根据一些实施例的包括异构电池组和控制器的示例性系统的框图。
图2是示出根据一些实施例的用于控制或管理多个异构电池组的充电或放电的示例性控制器的框图，该示例性控制器包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质。
图3示出了一些实施例中的示例性电池组的电压(V)和电荷流(Ah)之间的关系。
图4是示出根据一些实施例的用于控制多个电池组的放电的示例性方法的流程图。
图5示出了当每个电池组被同等地排名从而被同等地放电时，在不同的时间间隔(每个具有15分钟)从包括四个电池组(电池组1、2、3和4)的示例性系统所需的总功率需求或调度。
图6-9示出了来自每个电池组(分别为电池组1、2、3和4)的相应放电功率，以满足如图5所示的总功率需求。
图10示出了在不同的时间间隔(15分钟)从包括四个电池组(电池组1、2、3和4)的示例性系统所需的总功率需求或调度，其中电池组按照电压分布参数(V*)递增的顺序被排名以作为放电顺序，且具有最低V*的电池组首先放电。
图11-14示出了来自每个电池组(分别为电池组1、2、3和4)的相应放电功率，以满足如图10所示的总功率需求。
具体实施方式
对示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。在说明书中，诸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”以及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的相对术语应被解释为指代如随后描述的或如在所讨论的附图中示出的取向。这些相对术语是为了便于描述，而不要求设备以特定的取向构造或操作。关于附着、耦合等的术语(例如“连接”和“互连”)指的是一种关系(其中结构直接或通过中间结构间接地彼此固定或附着)以及活动或刚性附着或关系，除非另外明确地描述。
为了下文描述的目的，应当理解，下文描述的实施例可以采取替代的变型和实施例。还应当理解，本文所述的具体制品、组合物和/或方法是示例性的，并且不应当被认为是限制性的。
在本公开中，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括复数引用，并且对特定数值的引用至少包括该特定值，除非上下文另有明确指示。当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，该特定值形成另一个实施方案。如本文所用，“约X”(其中X是数值)优选是指所引用值的±10％，这其中包括端值在内。例如，短语“约8”优选地指7.2至8.8的值，这其中包括端值。当存在时，所有范围都是包括性的和可组合的。例如，当列举“1至5”的范围时，所列举的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2和4-5”、“1-3和5”、“2-5”等。另外，当肯定地提供了备选的列表时，这种列表可以解释为意味着可以排除任何备选，这可例如通过权利要求中的否定限制而进行。例如，当列举“1至5”的范围时，所列举的范围可以解释为包括其中1、2、3、4或5中的任一个被否定地排除的情况；因此，对“1至5”的叙述可以被解释为“1和3-5，但不是2”，或简单地“其中不包括2”。“意指在此明确引用的任何组件、元件、属性或步骤可以明确地排除在权利要求之外，无论这些组件、元件、属性或步骤是否作为替代物列出或者无论它们是否单独引用。
本文所提及的“异构电池组”是指具有不同容量、充电状态(SOC)、健康状态(SOH)和/或电压的电池组或模块，并且可选自新电池(例如，来自不同制造商)、二次使用的电动车辆(EV)电池、或它们的组合。二次使用EV电池用于说明目的。对多个电池组的“放电”或“充电”的引用被理解为该多个电池组共同放电或被充电，同时一些电池组可能保持空闲(没有充电或放电)。
除非另外明确指出，否则本文所提及的“健康状态(SOH)”将被理解为是指电池、电池单元或电池组的状况与其理想状况相比的品质因数。SOH以百分比(％)表征。与理想状况下的规格匹配的状况是100％。SOH可以随着时间和使用而减少。
除非另外明确指出，否则本文所述的“充电状态”(SOC)被定义为电池相对于其容量的电荷水平。SOC的单位是百分点，0％表示空，100％表示满。
这里使用的术语“人机接口(HMI)”被理解为指用户接口(UI)，是人和机器之间发生交互的空间。人机接口(HMI)可以涉及具有物理输入硬件的人机之间的接口，所述物理输入硬件诸如键盘、鼠标或基于触觉、视觉或听觉的任何其它人机交互。这样的用户接口可以包括其他层，例如输出硬件，例如计算机监视器、扬声器和打印机。
本文所使用的术语“能量管理系统(EMS)”是指由公用电网的操作者用来监视、控制和优化发电或输电系统的性能的计算机辅助工具的系统。
在本公开中，术语“功率需求”、“功率调度”和“功率要求”可互换使用，并且可以指放电或充电过程所需的功率。术语“转换器”和“逆变器”可以互换使用。每个电池组包括逆变器和其中的电池管理单元(BMU)。为了便于描述，术语“功率逆变器”或“AC/DC功率转换器”用于描述电池组中的内部组件，术语“功率转换器”或“功率转换系统(PCS)”用于描述与一个或多个电池组连接的转换器。术语“电池管理单元(BMU)”或“电池管理系统(BMS)”用于描述电池组中的内部组件，术语“电池功率管理单元(BPMU)”用于描述与一个或多个电池组连接的电池管理单元。
在本公开中，术语“功率”和“能量”可互换使用，并且能量以时间单位描述。能量和功率可以随时间转换。
除非另外明确指出，否则本文所使用的术语“连接”或“耦合”被理解为涵盖组件之间的不同连接或耦合，以便传导电能或传输用于通信的信号。这种连接或耦合可以通过有线、无线或基于云的模式而进行。
功率调度(放电)是电荷流和电压的函数。调度能量被定义为在用户指定的时间段上的调度功率。对于相同量的电荷流，与低电压放电相比，较高电压放电提供较高功率。早期的方法没有考虑电压对功率或能量调度的决定的影响。此外，还没有考虑到电池组的电压和放电期间的电压轨迹的不均匀性。
在使用之前，可以预先分类异构电池组。例如，具有类似性能的电池或电池组可以被分组以制造新的电池组或系统。充电状态(SOC)可以用作挑选电池或电池组的标准。然而，在使用之前进行的这种分类不是动态的。需要一种使用异构电池组的更有效的方法。
本公开提供了一种用于控制异构电池组的放电或充电的控制器、一种包括这种控制器的诸如电能存储系统的系统、以及使用该控制器的方法。本公开提供了这样的控制器、这样的系统和这样的方法，以在能量存储应用中有效地利用异构电池，诸如来自不同制造商的新电池或第二次使用的电动车辆(EV)电池组。每个电池组根据其特性(例如，电压分布参数)而被单独地操作。不需要预先选择或拆卸电池组。根据一些实施例，所述控制器、所述系统和所述方法利用基于每个电池组的除SOC之外的电压分布参数(V*)对多个电池组进行排名的技术。多个电池组的排名顺序被用作从所述系统放电或向所述系统充电的顺序。对所述多个电池组放电或充电的优先级由如本文所述的电压分布参数确定。
本公开中提供的控制器、系统和方法适用于不同的电池组。该电池组可具有相同或不同的化学性质、相同或不同的性能或退化、相同或不同的物理和/或电性能。在一些实施例中，所述电池组是异构电池组。
在图1-2中，相同的项目由相同的附图标记表示，并且为了简洁，不再重复以上参照前面的附图提供的结构的描述。参考图1-2中描述的示例性结构和图3中描述的数据草图来描述图4中描述的方法。
参考图1，示例性系统100包括一个或多个功率变换器10、多个电池组20和控制器60。图1中的每个组件的数量和配置仅用于说明。该系统可以具有任何合适数量的任何合适组合或配置的每个组件。
每个功率转换器10与多个电池组20中的至少一个耦合，并且被配置为将来自电池组的直流(DC)转换为交流(AC)或反之亦然。功率转换器10也可以称为功率转换系统(PCS)或逆变器。
控制器60连接到多个电池组20和一个或多个功率变换器10.在一些实施例中，系统还可以包括多于一个的控制器60，并且每个控制器60耦合到多个电池组20。
控制器60可以直接或间接地耦合到多个电池组20。例如，在一些实施例中，示例性系统100可以可选地进一步包括一个或多个电池功率管理单元(BPMU)，其也可以被称为电池管理单元(BMU)。每个BPMU 30可与一个或多个电池组20连接，并被配置成监视所述一个或多个电池组20并将所述一个或多个电池组20的特性数据提供给控制器60。在一些实施例中，所述控制器60被配置成从每个电池组20读取数据。这可通过与每个电池组连接的每个相应BPMU 30来完成。
所述多个电池组20是异构电池组，其可以选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合。所述多个电池组20并联连接、串联连接或以其组合连接。在一些实施例中，所述多个电池组20并联连接。电池组之间没有串联连接消除了循环电流和损耗。
如图1所示，所述多个电池组20以并联配置50连接。在一些实施例中，所述多个电池组20是二次使用(即，使用过的)电动车辆(EV)电池。所用的EV电池可直接用于所述系统中，而无需预先选择或拆卸。每个电池组20包括一个或多个电池。每个电池组20可以包括内部电池管理单元(BMU)和内部逆变器。EV电池组20从车辆移除并且不被拆卸成模块。可以对这些EV电池组20进行简单的测试以验证它们的SOH。
在一些实施例中，示例性系统100是电能存储系统。所述控制器60被配置成在接收从上级能量管理系统(EMS)110提供的总功率需求。在一些实施例中，所述控制器60被配置为将功率从直流的多个电池组20放电到交流的电网或负载85。示例性系统100可用于将功率从电池组20放电到电网85，或用于从电网85充电到电池组20。可使用电线连接12。图1中的虚线13示出了替代的电力电缆。在转换器10和电池组20之间可以存在多个电力电缆拓扑。系统100直接使用具有尺寸扩展灵活性的并网AC/DC转换器10。并网应用不需要额外的功率转换系统。
在一些实施例中，所述电网85是可选的。所述功率可以被释放到需要电功率的其它组件。
所述控制器60可以以有线或无线模式与其它组件连接。在图1所示的示例性系统100中，所述控制器60可经由数据电缆或无线连接22与诸如转换器10、BPMU 30和EMS 110的其它组件连接。BPMU 30还可经由数据电缆或无线连接22与电池组20连接。所述控制器60可在基于云的模式下工作。
每个电池组20可通过一组自动DC断路器(未示出)连接到功率转换器10(或转换器10上的独立DC端口)，该组自动DC断路器激活和控制电池组20和转换器10之间的连接。转换器10通过遵循来自控制器60的指令来控制是否对单个EV电池组20充电或放电。
参考图2，所述控制器60包括一个或多个处理器62和编码有一个或多个程序的至少一个有形的、非暂时性机器可读介质，所述程序被配置为执行用于控制具有多个电池组的系统的放电过程的步骤。所述控制器60、处理器62和/或程序74可以是所述转换器10的外部设备，或者是所述转换器10内部的内部设备。
所述处理器(一个或多个)62可包括中央控制器64，其包括参数输入模块66、模型模块68、参数控制模块70以及信息和指令模块72。所述参数输入模块66与电池组20(可选地BPMU 30和HMI或EMS 110)协调，以从电池组20读取数据并从HMI或EMS 110读取功率需求。所述参数输入模块66还与每个功率转换器10协调。所述参数控制模块70与每个功率转换器10和每个电池组20协调，并且可选地与BPMU 30和HMI或EMS 110协调以控制放电过程。与一个或多个程序74一起，所述模型模块68被配置成基于输入参数执行模拟，以向所述参数控制模块70和所述信息和指令模块72提供信息和指令。所述处理器62可以可选地与一个或多个显示器76连接，以用于显示来自模块72的信息和指令并显示给操作者。
具有程序74的控制器60和处理器62被配置成执行如本文所述的放电或充电步骤。如图4-6中所述，在一些实施例中，所述控制器60被配置成执行本文所述的步骤。这些步骤包括：接收需要从系统调度或向系统100充电的总功率需求D，并采集各电池组20的特性数据。所述总功率需求D为单位时间内所需的总能量。每个电池组20的特性数据至少包括最大电压(Vi max)和最小放电电压(Vi min)，其可以从每个电池组20的电压对电荷的曲线(例如，图3)导出。所述特性数据还可以包括最大总额定功率(di max，单位为千瓦)和当前电压(Vi)。所述特性数据还可包括每个电池组的容量、健康状态(SOH)和/或充电状态(SOC)以及其它参数。
所述步骤还包括基于Vi max、Vi min和Vi来确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)。所述步骤还包括通过基于每个电池组20的电压分布参数(Vi*)向每个电池组20指派排名作为放电或充电的顺序，来对所述多个电池组20进行排名，并且基于每个电池组的所述排名和所述总功率需求(D)确定每个电池组的相应放电或充电功率。电池组的数量被表示为“n”。下标“i”表示从1到n的电池组。
在一些实施例中，所述控制器60被配置成以每个电池组的电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序对多个电池组20进行排名。排名被指派为从“1”到“n”，其中n是总电池组的数量。作为最高排名的排名“1”具有最高的放电或充电优先级。功率的放电或充电分别以电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序进行。控制器60被配置为通过以下来确定每个电池20的相应放电或充电功率：基于每个电池组的相应最大总额定功率(di max)按照放电或充电的顺序指派相应的放电或充电功率，直到达到总功率需求(D)。在满足总功率需求之后，可以不指派具有较低排名的其它电池组进行放电或充电，并且相应的放电或充电功率为零。当某一电池组的相应放电或充电功率为零时，该特定电池组保持空闲而不放电或充电。有时电池组不能用于放电，因为其电压等于或低于其最小放电电压(即，具有电压崩溃)，该特定电池组20保持空闲而不放电。这种电池组20可能需要首先被充电或更换。
在一些实施例中，所述控制器60被配置成在预定时间间隔内提供具有指令的信号，并且通过重复上述步骤，在时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时，重新确定每个电池组20的相应放电或充电功率。所述控制器60可被配置为通过随时间瞬时更新每个电池组的相应的放电或充电功率来动态地控制所述多个电池组20的放电或充电。
本公开提供了一种如本文所述的控制器60，用于控制包括多个电池组20的系统100的放电。所述控制器60被配置为控制例如电能存储系统中的异构电池组20的放电或充电。所述控制器60被配置成将功率从多个电池组20放电到电网或负载85，或者将功率充电到多个电池组20。
本公开还提供了一种用于控制包括多个电池组20的系统100的放电或充电的方法200，其通过如本文所述的所述系统中的控制器60进行。
不同的电池组，尤其是第二寿命或用过的电池或具有不同容量和额定值的电池，具有变化的电压-充电特性。本公开中的控制器60和方法200对具有较低或较高电压分布参数(V*)的电池组的放电进行偏置。
参考图3，示出了在放电过程期间示例性电池组20的电压与电荷流的示例性曲线。输入参数可以包括电压、电流和时间。从电流和经过的时间来计算电荷或电荷流(Q)。所述电压以伏特(v)为单位，并且电荷流以安培*小时(Ah)或库仑为单位。如图3所示，Vmax是当这样的电池组被完全充电或处于其最大允许电荷水平时它的电压。Vmin是当这样的电池组耗尽电荷或达到其最小允许电荷水平时该电池组的电压。
电压对电荷的曲线可以在恒定放电水平下凭经验产生，同时在放电周期内监视电流，直到电压下降超过用户定义的最小限制(Vmin)，如图3中的垂直虚线所示。电流和电压随着充电时间的增加而遵循相同或类似的趋势。在一些实施例中，电压对电荷的曲线是在恒定放电水平下经验性地生成的，同时监视放电时段内的电流，直到电压下降超过用户定义的最小限制，其如由虚线垂直线与来自y轴的水平线的交点所示。
不同的放电率可产生用于相同电池组的不同电压放电曲线。可以为每个相应电池组20提供不同放电率的曲线族，并且可将该曲线族用于跟踪给定调度事件的电池组的电压轨迹。在一些实施例中，使用诸如外插、内插或平均之类的技术来获得代表性曲线。在一条曲线中，当电压在放电期间降低超过Vmin时，这种电池组显示出明显更高的电压梯度并且更快地耗尽。所述下限点也可以被称为电压崩溃。在一些实施例中，Vmax和Vmin是由制造商指定或从预定电压-电荷曲线导出的开路电压。从Vmin到Vmax的范围可在从400伏到1,000伏的范围内。
将具有当前电压(V)的电池组20的电压分布参数V*定义为(V-Vmin)/(Vmax-Vmin)。该参数越高，该电池组能够进一步放电的程度越高。例如，在一些实施例中，所使用的示例性电池组具有在从50％至95％的范围内的V*。
图4示出了根据一些实施例的用于控制或管理系统100中的多个电池组20的充电或放电的示例性方法200。所述多个电池组20是选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合的异构电池组。所述多个电池组20并联连接、串联连接或以其组合连接。所述多个电池组20优选并联连接。
参照图4，在步骤202，控制器60接收需要从系统100调度或向其充电的总功率需求。如这里所述，可从EMS 110接收总功率需求。
在步骤204，收集每个电池组20的特性数据。可以建立每个电池组20的电压对电荷的曲线。该曲线中的电压和电荷可以被称为第一组或初始值。如上所述，图3中示出了示例性曲线。每个电池组的电压对电荷(Amp-hr)特性可以根据经验获得或针对一组频繁遇到的放电率导出。这提供了一族曲线，其可以用于跟踪给定调度时期的电池组的电压轨迹。每个电池组的特性数据包括最大电压(Vi max)、最小放电电压(Vi min)和当前电压(Vi)。所述数据可包括每个电池组20的最大总额定功率(di max)、SOH和SOC。
可以根据各个电池组中的电池单元的数量和该电池单元所布置的配置来计算每个电池组的最小和最大电压。例如，如果每个电池单元的最大和最小电压分别为4.2V和3.5V，并且电池组包括144个电池单元，则该电池组的Vmax为4.2×144V，并且这种电池组的Vmin为3.5×144V。
在步骤206中，基于Vi max、Vi min以及Vi来决定各电池组的电压分布参数(Vi*)。在一些实施例中，通过使用每个电池组的电压分布参数(Vi*)来确定V*，通过使用等式(1)确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)：
Vi*＝(Vi-Vi min)/(Vi max-Vi min)                (1)
在步骤210中，根据各电池组的电压分布参数(Vi*)，对各电池组指派各自的排名作为放电或充电的顺序，从而对多个电池组20进行排名。
在步骤212，基于每个电池组的排名和所述总功率需求(D)，确定每个电池组的相应放电或充电功率。放电或充电的优先级或顺序的排名被指派为从1、2、3到n，n是系统中电池组20的数量。被认为是最高等级的“1”的排名意味着首先使用该相应的电池组来满足所述总功率需求(D)。
在一些实施例中，所述多个电池组20以每个电池组的电压分布参数(Vi*)的递增顺序排名。另外，将V*最小的电池组指派为“1”。在其他的实施方式中，将多个电池组20按照各电池组20的电压分布参数(Vi*)的降序排名。将V*最高的电池组指派为“1”。或者，将多个电池组20按照各电池组20的电压分布参数(Vi*)的随机顺序排名。在各情况下，通过以下来确定各电池的相应放电或充电功率：根据各电池组的容量(例如最大总额定功率(di max))和/或充电状态，按照放电或充电的顺序(从排名1开始)对各电池组指派各自的放电或充电功率，直到达到总功率需求(D)。如果所述总功率需求被一些但不是所有电池组满足，则其它电池组的相应放电或充电功率可能为零。当相应的放电或充电功率被指派为零时，该某个电池组保持空闲。
在一些实施例中，所有电池组E的容量(以kWh为单位)和系统的设计充电功率Pd(以kW为单位)是已知的。系统的持续时间Td(小时)可以通过方程Td＝E/Pd计算。最大总额定功率(di max，kW)可以通过将单个电池组的容量除以所述持续时间来计算。也可以对放电或充电进行这样的计算。
仅出于说明的目的，以下针对步骤210和212描述三个实施例。
第一实施例：
所述多个电池组20按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的升序排列。将具有最低V*的电池组被指派为“1”(即，用于放电或充电的最高优先级)，而将具有最高V*的电池组被指派为“n”(电池组的总数)。EMS所需的功率需求(D)或称为总调度功率(Dd)以例如15分钟的增量的时间间隔提供给系统。每个电池组的相应功率放电(ddi)根据所述排名来确定，从排名“1”开始，ddi＝ddimax，直到Sum(ddi)＝Dd。最大总额定功率以“ddimax”表示。相应的放电功率(ddi)可由最大放电(或充电)能力限制，并且还可基于相应的放电功率(ddi)和充电状态(SOC)来确定。如果一些电池组可以放电以满足总功率需求(DD)，则剩下的其它电池组具有相应的为零的放电功率(即，ddi＝0)。
在本公开中，在可以互换使用的参数“D”、“Dd”和“Dc”中，字母“d”和“c”分别用于表示“放电”和“充电”。类似地，参数“ddi”和“dci”可与“di”互换。放电功率可以具有以诸如kWh为单位的高于零的绝对值，但是放电功率以负值表示，而充电功率以正值表示。
当EMS提供功率可用于对Dc充电的信号时，如果需要，可以执行排名处理。排名可以与上述相同。相应充电功率(dci)可根据以下而被确定：首先选择具有Vi<Vimax的电池组，然后按照V*进行排名，其中排名“1”被指派给具有最低V*的电池组，如上所述。根据所述排名来确定相应的功率充电(dci)，dci＝dcimax，直到Sum(dci)＝Dc。具有最低V*的电池组将首先被指派100％的充电，然后移动到下一个最低V*，直到Sum(dci)＝Dc。如果需要，其它电池组可以被指派为具有零充电(即，dci＝零)。
第一实施例中的方法提供了除本文所述的优点之外的优点。例如，具有较低V*的电池组(其是较弱的电池组)可以首先被使用和耗尽，以延长较强的电池组的寿命。在重复使用之后，这些弱的电池组可能不能工作，并且被更换。可以建立更健康的系统。
第二实施例：
多个电池组20按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的降序排名。将具有最高V*的电池组指派为“1”，而将具有最低V*的电池组指派为“n”。EMS所需的功率需求(D)或称为总调度功率(Dd)以例如15分钟的增量的时间间隔提供给系统。每个电池组的相应放电功率(ddi)根据所述排名而被确定，从排名“1”开始，ddi＝ddimax，直到Sum(ddi)＝Dd。最大总额定功率以“ddimax”表示。所述相应的放电功率(ddi)可由最大放电(或充电)能力限制，并且还可基于相应的放电功率(ddi)和/或充电状态(SOC)来确定。如果一些电池组可以放电以满足总功率需求(Dd)，则其他电池组具有相应的零的放电功率(即，ddi＝0)。
当EMS提供功率可用于对Dc充电的信号时，如果需要，可以执行所述排名处理。所述排名可以与如上所述的放电过程之前的排名相同。相应充电功率(dci)可根据以下而被确定：首先选择具有Vi<Vimax的电池组，然后按照V*进行排名，其中排名“1”被指派给具有最高V*的电池组，如上所述。所述相应充电功率(dci)根据所述排名而被确定，dci＝dcimax，直到Sum(dci)＝Dc。具有最高V*的电池组将首先被指派100％充电，然后移动到下一最高V*，直到Sum(dci)＝Dc。如果需要，其它电池组可以被指派为具有零充电(即，dci＝零)。
第二实施例中的方法提供了除本文所述的优点之外的优点。例如，具有最高V*的电池组(其是较强的电池组)可以首先用于延长较弱的电池组和整个系统的寿命，尤其是当较弱的电池组的更换可能不可用时。
第三实施例：
多个电池组20按照每个电池组的电压分布参数(Vi*)的随机顺序排名。随机程序可用于从数据集随机选择V*的值并选择相应的电池组。类似地，所有电池组被随机地指派从“1”到“n”的排名。EMS所需的功率需求(D)或称为总调度功率(Dd)以例如15分钟的增量的时间间隔提供给系统。每个电池组的相应放电功率(ddi)根据所述排名而被确定，从排名“1”开始，ddi＝ddimax，直到Sum(ddi)＝Dd。最大总额定功率以“ddimax”表示。相应的放电功率(ddi)可由最大放电(或充电)能力限制，并且还可基于相应的放电功率(ddi)和充电状态(SOC)来确定。如果一些电池组可以放电以满足总功率需求(Dd)，则其他电池组具有相应的零放电功率(即，ddi＝0)。
当EMS提供功率可用于对Dc充电的信号时，电池组可以再次随机排名。相应充电功率(dci)可根据以下而被确定：首先选择具有Vi<Vimax的电池组，然后按照V*进行排名，其中排名“1”被指派给所述电池组。所述相应充电功率(dci)根据所述排名而被确定，dci＝dcimax，直到Sum(dci)＝Dc。具有排名1的电池组将首先被指派100％充电，然后移动到下一排名(例如，2，3到n)直到Sum(dci)＝Dc。如果需要，其它电池组可以被指派为具有零充电(即，dci＝零)。
第三实施例中的方法提供了除本文所述的优点之外的优点。例如，随机地使用具有不同V*的电池组。排名中的随机化确保了即使在特定时刻使用电池组的子集来满足来自EMS的调度要求，也在一段时间内均匀地使用电池组。这种方法延长了所有电池组和整个系统的寿命。当系统中的电池组相对良好和均匀时，该方法是有用的。
总之，本发明所提供的方法利用一系列异构电池组，根据基于V*的排名处理来提供一致且持久的调度分布，以满足EMS放电或充电的调度需求。所管理的吞吐量导致能量存储系统的改进的寿命和性能。
返回参考图4，在步骤214，从控制器60向多个电池组20和一个或多个功率转换器10提供具有指令的信号，以基于每个电池组的相应放电或充电功率来从多个电池组20放电或向其充电。如果相应的功率为零，则该某个电池组保持空闲。
根据所述指令，来自多个电池组20的功率被放电或者功率将被充电到电池组20。在每个过程之后，对于每个电池组，可以生成电压对电荷的交替曲线，并且在步骤206处使用该交替曲线来生成所述电压分布参数。有时，所述曲线可以相同。
放电能量被假定为在单位时间内被递送。因此，能量与用于调度目的功率同义。
参考图4，在一些实施例中，所述方法200还包括重新指派(或重新确定)步骤或循环220。在步骤214，控制器60在预定时间间隔提供具有的指令的信号。该间隔可以由用户定义。例如，所述时间间隔可以是从10秒到2小时的任何时间长度，例如，1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟或一小时。在步骤220之后，控制器通过重复包括步骤202、204、206、210、212和214的一些或所有步骤，在所述时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时，重新指派所述多个电池组的放电或充电功率。在一些实施例中，所述重新指派过程返回到步骤202并从其开始。在一些实施例中，所述重新指派过程返回到步骤204并从其开始。所述多个电池组的放电过程也可以通过随时间瞬时更新每个电池组的各自的放电或充电功率来动态地控制。所述时间间隔可以非常短或最小。
在一些实施例中，所述系统100包括与连接到电网或微电网85的双向转换器(或逆变器)10集成的异构电池组20，其可以使用在本地或基于云的控制器60中运行的该智能算法来远程或本地调度。在一些实施例中，该算法需要关于电压-电压曲线的先验知识，其可以在调试期间被获取并且随后随着电池组由于使用/不使用而老化或磨损而更新。
本公开中提供的系统、控制器和方法提供了许多优点。例如，可以使用具有不同质量的各种电池组，例如使用过的EV电池组。不需要预先选择或拆除电池组。该系统、控制器和方法延长了一些或所有电池组的寿命，并且它们还在维护和升级系统方面提供了灵活性。
示例
仅为了说明，使用具有四个电池组的示例性能量存储系统。该四个电池组并联连接，并且它们中的每一个与单个转换器连接。图5-9示出了来自对比例的数据，而图10-14示出了来自遵循如上所述的第一实施例的方法的实验例的数据。
电池组在0.5C时最大放电，在0.5C时被充电。0.5C的C额定值表示在两小时内使用(充电或放电)电池组的电池可用容量。这些容量和电压特性是不同的，因此它们的推荐/允许最大充电和放电率是不同的。假设电池组1、2、3和4的最大总额定功率分别为3.16kW、6.66kW、6.95kW、7.71kW。最大总功率基于C额定值。例如，如果根据说明书，C额定值是0.5C，则10kWh电池具有5kW的最大功率。从电池组充电或放电的实际功率不同于其最大功率，并且根据本文所述的方法来确定。
还假设当电池组处于100％SOC时，每个电池组的电压分布参数(V*)也从最低到最高与每个电池组的最大功率从最低到最高处于相同的顺序。在图10-图14中，电池组的V*的顺序为从电池组1、电池组2、电池组3到电池组4(具有最高的V*)的递增顺序。电池组1、电池组2、电池组3到电池组4的容量(Dimax)分别为6.32、13.32、13.90和15.42kWh。
在表1中示出了并且在图5中示出了在不同时间间隔(每个具有15分钟)从示例性系统需要的总功率需求或调度(D)的示例性简档。每个电池组被同等地排名，从而被同等地放电或充电。
表1：40个15分钟时间间隔内系统的总功率需求(D)
Figure BDA0003539283070000221
如表1所示，所述总功率需求(D)对于放电为负，对于充电为正，并且由控制器60在四个电池组之间分配。在比较例中，所述总功率需求在四个电池组之间均等分配。
表2和图6-9示出了来自每个电池组(分别为电池组1、2、3和4)的相应放电功率，以满足如表1和图5所示的总功率需求。
表2：比较例中各电池组的相应放电或充电功率
Figure BDA0003539283070000231
Figure BDA0003539283070000241
如表2和图6-9所示，所述四个电池组通常以相等的功率单独调度。在一个或多个电池组已经达到它们的0或100％的SOC的情况下，它们重新平衡以调整彼此之间的功率。在每个时刻，从所有电池组调度的功率是相等的，除了某些电池组已经达到零功率状态。例如，在第12和第32时间间隔的每一个中，两个电池组具有达到零的SOC或容量。
图10示出了对于实验例，在不同时间间隔(每个具有15分钟)包括四个电池组(电池组1、2、3和4)的示例性系统所需的总功率需求或调度。将电池组按照电压分布参数(V*)递增的顺序进行排名以作为放电顺序，具有最低V*的电池组首先放电。图10中的数据与图5和表1中的数据相同。
如上所述，还假设当电池组处于100％SOC时，每个电池组的电压也从最低到最高V与从最低到最高的每个电池组的最大功率处于相同的顺序。为了简单起见，还假设当建立新的排名顺序时，在每15分钟的增量之后，从最低到最高的电压顺序保持相同。
表3和图11-14示出了从每个电池组(分别为电池组1、2、3和4)的相应放电功率，以满足如图10所示的总功率需求。
表3：实验例中的每个电池组的各自的放电或充电功率
Figure BDA0003539283070000251
如表3和图11-14所示，电池组以不同的功率被分别调度。在一个或多个电池组已经达到它们的0或100％的SOC的情况下，它们重新平衡以在电池组之间调整功率。
当比较图9和图14时，图6-9和图11-14之间的差异是最明显的。电池组4是最强的电池组。如图5所示，电池组4被显著地用于同等的排名。但是如图14所示，电池组4使用频率较低。因此延长了其寿命。弱电池组被更频繁地使用，并且当其不可工作时将被更换。两组图和表显示了在实验例和对比例之间，电池组的功率曲线显著不同。这种排名顺序导致更频繁地使用“较低质量”电池组，因此它们将被替换。这将导致随着能量存储系统老化，电池组的更均匀的频谱。
这里描述的方法和系统可以至少部分地以计算机实现的过程和用于实践这些过程的装置的形式来体现。所公开的方法还可以至少部分地以用计算机程序代码编码的有形非瞬态机器可读存储介质的形式来体现。所述介质可以包括例如RAM、ROM、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM、硬盘驱动器、闪存或任何其它非瞬态机器可读存储介质或这些介质的任何组合，其中，当计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，该计算机成为用于实践该方法的装置。所述方法还可以至少部分地以计算机的形式来体现，计算机程序代码被加载到所述计算机中和/或在所述计算机中被执行，使得所述计算机成为用于实践所述方法的装置。当在通用处理器上实现时，所述计算机程序代码段配置处理器以创建特定的逻辑电路。所述方法可以可选地至少部分地在由用于执行所述方法的专用集成电路形成的数字信号处理器中实现。所述计算机或控制单元可以使用基于云的系统远程地操作。
尽管已经根据示例性实施例描述了本主题，但是本主题不限于此。相反，所附权利要求应当被宽泛地解释为包括本领域技术人员可以做出的其他变型和实施例。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
多个电池组；
一个或多个功率转换器，每个功率转换器与所述多个电池组中的至少一个耦合并且被配置为将来自一个电池组的直流(DC)转换为交流(AC)或反之亦然；以及
控制器，所述控制器耦合到所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器，所述控制器包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质，所述一个或多个程序被配置为执行以下步骤：
接收需要从所述系统调度或向所述系统充电的总功率需求(D)；
收集每个电池组的特性数据，该特性数据包括最大电压(Vimax)、最小放电电压(Vimin)和当前电压(Vi)；
基于Vimax、Vimin和Vi，确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)；
基于每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)通过向每个电池组指派排名作为放电或充电的顺序来对所述多个电池组进行排名；
基于每个电池组的所述排名和所述总功率需求(D)，确定每个电池组的相应放电或充电功率；以及
基于每个电池组的所述相应放电或充电功率，向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以从所述多个电池组放电或向所述多个电池组充电，和/或保持特定电池组空闲。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个电池组是选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合的异构电池组。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个电池功率管理单元(BPMU)，每个BPMU与一个或多个电池组连接并且被配置为监视所述一个或多个电池组并且将所述一个或多个电池组的特性数据提供给所述控制器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置成以每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序对所述多个电池组进行排名，并且所述功率分别以所述电压分布参数(Vi*)的所述升序、所述降序或所述随机顺序而被放电或充电。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被配置成通过以下来确定每个电池的所述相应放电或充电功率：基于每个电池组的相应最大总额定功率(dimax)按照用于放电或充电的所述顺序指派所述相应放电或充电功率，直到达到所述总功率需求(D)。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是电能存储系统，并且所述总功率需求是从上级能量管理系统提供的。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器被配置为在预定时间间隔内提供具有指令的所述信号，并且通过重复步骤，在所述时间间隔结束之后或者当电池组发生电压崩溃时，重新确定每个电池组的所述相应放电或充电功率。
8.一种用于控制包括多个电池组的系统的放电或充电的控制器，包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质，所述一个或多个程序被配置为执行以下步骤：
接收需要从所述系统调度或向所述系统充电的总功率需求(D)；
收集每个电池组的特性数据，该特性数据包括最大电压(Vimax)、最小放电电压(Vimin)和当前电压(Vi)；
基于Vimax、Vimin和Vi，确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)；
基于每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)通过向每个电池组指派排名作为放电或充电的顺序来对所述多个电池组进行排名；
基于每个电池组的所述排名和所述总功率需求(D)，确定每个电池组的相应放电或充电功率；以及
基于每个电池组的所述相应放电或充电功率，向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以从所述多个电池组放电或向所述多个电池组充电，和/或保持特定电池组空闲。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器被配置成以每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)的升序、降序或随机顺序对所述多个电池组进行排名，并且所述功率分别以所述电压分布参数(Vi*)的所述升序、所述降序或所述随机顺序而被放电或充电。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述控制器被配置为在预定时间间隔内提供具有指令的所述信号，并且通过重复步骤，在所述时间间隔结束之后或者当电池组发生电压崩溃时，重新确定每个电池组的所述相应放电或充电功率。
11.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述控制器被配置为将功率从所述多个电池组放电到电网或负载，或者将功率从所述电网或负载充电到所述多个电池组。
12.一种用于控制包括多个电池组的系统的放电或充电的方法，该控制通过所述系统中控制器来进行，包括：
接收需要从所述系统调度或向所述系统充电的总功率需求(D)；
收集每个电池组的特性数据，该特性数据包括最大电压(Vimax)、最小放电电压(Vimin)和当前电压(Vi)；
基于Vimax、Vimin和Vi，确定每个电池组的电压分布参数(Vi*)；
基于每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)通过向每个电池组指派排名作为放电或充电的顺序来对所述多个电池组进行排名；
基于每个电池组的所述排名和所述总功率需求(D)，确定每个电池组的相应放电或充电功率；以及
基于每个电池组的所述相应放电或充电功率，向所述多个电池组和所述一个或多个功率转换器提供具有指令的信号，以从所述多个电池组放电或向所述多个电池组充电，和/或保持特定电池组空闲。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个电池组是选自新电池、二次使用的电动车辆(EV)电池或其组合的异构电池组。
14.根据权利要求12所述的方法，其中
使用等式(1)确定每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)：
Vi*＝(Vi-Vimin)/(Vimax-Vimin)    (1)。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个电池组按照每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)的递增顺序进行排名。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个电池组按照每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)的降序顺序进行排名。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个电池组按照每个电池组的所述电压分布参数(Vi*)的随机顺序进行排名。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，每个电池的所述相应放电或充电功率通过以下而被确定：基于每个电池组的相应最大总额定功率(dimax)按照用于放电或充电的所述顺序指派所述相应放电或充电功率，直到达到所述总功率需求(D)。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述相应放电或充电功率被指派为零时，特定电池组保持空闲。
20.根据权利要求12所述的方法，还包括：重复一些或所有所述步骤以在预定时间间隔结束之后或当电池组发生电压崩溃时重新确定每个电池组的所述相应放电或充电功率。
CN202210226291.0A 2021-10-20 2022-03-09 一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法 Pending CN115995874A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/506,137 US20230119821A1 (en) 2021-10-20 2021-10-20 Controller, system, and method for managing discharge or charge of heterogeneous battery packs
US17/506,137 2021-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115995874A true CN115995874A (zh) 2023-04-21

Family

ID=85981947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210226291.0A Pending CN115995874A (zh) 2021-10-20 2022-03-09 一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230119821A1 (zh)
CN (1) CN115995874A (zh)
WO (1) WO2023065587A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220302724A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-22 China Energy Investment Corporation Limited Battery management unit, energy storage system comprising the same, and methods of using the same
US20230305064A1 (en) * 2022-03-28 2023-09-28 Ratnesh Kumar Sharma Systems and methods for managing diverse batteries

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012111234A1 (ja) * 2011-02-18 2012-08-23 三洋電機株式会社 電力供給システム
JP6157880B2 (ja) * 2013-03-04 2017-07-05 株式会社東芝 複数電池を有する二次電池システム及び充放電電力等の配分方法
JP6989620B2 (ja) * 2017-02-08 2022-01-05 リレクトリファイ ホールディングス プロプライエタリー リミテッド 電池システム
CN111605425B (zh) * 2020-04-22 2022-02-01 西安捷迈智能科技有限公司 一种计算电动车辆充电优先权系数实现合理有序充电的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230119821A1 (en) 2023-04-20
WO2023065587A1 (zh) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101084216B1 (ko) 에너지 저장 시스템 및 이의 제어 방법
JP6840525B2 (ja) バッテリ制御方法、バッテリ制御装置、及びバッテリパック
WO2023065588A1 (zh) 用于平衡储能系统中电池组放电或充电的控制器和方法
KR101725701B1 (ko) 복수 전지를 갖는 이차 전지 시스템 및 충방전 전력 또는 전류의 배분 방법
EP2566007B1 (en) Cell balancing device and method
Moo et al. Parallel operation of battery power modules
WO2023065587A1 (zh) 一种管理异构电池组的充电或放电的控制器、系统及方法
US20140197686A1 (en) Battery system
Diaz et al. Fuzzy-logic-based gain-scheduling control for state-of-charge balance of distributed energy storage systems for DC microgrids
WO2013128985A1 (ja) 蓄電池制御装置、蓄電池制御方法、プログラム、蓄電システム、および電源システム
WO2019239640A1 (ja) 蓄電池システムの制御装置および制御方法
US20220285950A1 (en) Energy storage system and battery management method
JP6102746B2 (ja) 蓄電池装置および充電制御方法
CN106300407A (zh) 发电系统
CN115250001A (zh) 用于控制电池组放电的系统、方法、控制器及介质
US20220149630A1 (en) Method and system for using second life batteries as energy storage in a renewable energy system
CN115250000A (zh) 用于控制电池组放电的系统、方法、控制器及介质
Nemati et al. Optimization of microgrids short term operation based on an enhanced genetic algorithm
US11652357B1 (en) Controller, system and method for controlling discharge of heterogeneous battery packs
JP5303024B2 (ja) 電池システム
Lim et al. Battery lifetime and life cycle cost analysis of battery-supercapacitor hybrid energy storage system for standalone power system
KR20150135843A (ko) 하이브리드 에너지 저장 시스템 및 그 제어 방법
JP2013094033A (ja) 蓄電装置及び電力供給システム
JP2017139834A (ja) 電力変換装置、およびパワーコンディショナシステム
KR101729273B1 (ko) 복수의 무정전 전원 공급 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템의 최대 수요 전력을 제어하는 에너지 관리 시스템 및 이의 동작 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination