JP2024511382A

JP2024511382A - エネルギ貯蔵システム及びバッテリ管理システムの電力供給方法

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Publication number: JP2024511382A
Application number: JP2023557113A
Authority: JP
Inventors: ジャーン，チュンレイ; ユイ，シージアーン; ウー，ジープオン
Original assignee: ファーウェイデジタルパワーテクノロジーズカンパニーリミテッド
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2021-03-17
Publication date: 2024-03-13
Also published as: US20230420948A1; EP4287454A4; CN114424419A; EP4287454A1; WO2022193165A1

Abstract

本出願は、エネルギ貯蔵システム及びバッテリ管理システムの電力供給方法を提供する。エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムを含む。第１電源モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と直流バスのバス電圧との間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュールに出力するよう構成され得る。第１電力変換モジュールは、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力するよう構成され得る。この場合、第２電源モジュールは、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、目標電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給するよう構成され得る。本出願では、バッテリ管理システムに対する電力供給の信頼性が改善され、エネルギ貯蔵システムのコストが低減され、適用範囲が拡大される。

Description

本出願は、パワーエレクトロニクス技術の分野に関し、特に、エネルギ貯蔵システム及びバッテリ管理システムの電力供給方法に関する。

エネルギ貯蔵システムは、電力グリッドの電力品質を改善し、再生可能エネルギを有効に利用することができ、電力システムの発電及び配電分野において広く利用され得る。エネルギ貯蔵システムでは、独立の交流主電源（alternating current mains）又は電力変換システム（power conversion system、ＰＣＳ）が、バッテリ管理システム（battery management system、ＢＭＳ）へ電力を供給するための交流電源として使用され得る。バッテリ管理システムは、バッテリ及びエネルギ貯蔵システムの動作状態をモニタする。

本出願の発明者は、研究及び実施プロセスにおいて、図１に示されるように、従来技術では、エネルギ貯蔵システムは、通常、交流（direct current、ＡＣ）／直流（direct current、ＤＣ）変換モジュールを使用することによって、交流主電源及び／又は電力変換システムによって提供される交流（すなわち、交流バスのバス電圧）を整流し、エネルギ貯蔵システムにおけるバッテリ管理システムに電力を供給することを発見した。バッテリ管理システムは、バッテリの電圧、電流、電気化学セル温度等をリアルタイムでモニタし、エネルギ貯蔵システムの環境をモニタして、バッテリの安全性を確保し、エネルギ貯蔵システムのサービス寿命を延ばすことができる。しかしながら、交流故障が起こると、バッテリ管理システムは動作を停止することがあり、バッテリ及びエネルギ貯蔵システムの動作状態を検出することができない。そのため、従来技術では、図１に示されるように、無停電電源（uninterruptible power supply、ＵＰＳ）がエネルギ貯蔵システム内に構成され、この無停電電源がバックアップ電源として使用され、交流故障が起こったときにバッテリ管理システムに電力を供給する。しかしながら、無停電電源のコストは非常に高く、適用範囲も狭い。

本発明は、バッテリ管理システムの電力供給の信頼性を向上させ、エネルギ貯蔵システムのコストを低減し、適用範囲を拡大するために、エネルギ貯蔵システム及びバッテリ管理システムの電力供給方法を提供する。

第１の側面によると、本出願は、エネルギ貯蔵システムを提供する。エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源（power supply）モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムとを含み得る。本明細書において、エネルギ貯蔵モジュールは、少なくとも１つのバッテリクラスタ（すなわち、１つ以上のバッテリクラスタ）を含み得る。第１電源モジュールの第１入力端はエネルギ貯蔵モジュールの出力端に接続され、第１電源モジュールの第２入力端は直流バスに接続され、第１電源モジュールの出力端は第２電源モジュールの第１入力端に接続され、第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することにより交流主電源（alternating current mains）又は電力変換モジュールに接続され、第２電源モジュールの出力端はバッテリ管理システムに接続される。第１電源モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュールに出力するよう構成され得る。本明細書において、入力電圧は、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧又は直流バスのバス電圧であり得る。言い換えると、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧又は直流バスのバス電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流バックアップ電源として理解されてよい。第１電力変換モジュールは、ＡＣ／ＤＣ変換機能を有するので、第１電力変換モジュールは、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力するよう構成され得る。この場合、第２電源モジュールは、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、目標電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するよう構成され得る。本明細書において、目標電圧は、第１直流電圧又は第２直流電圧であり得る。言い換えると、第１直流電圧又は第２直流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流補助電源（略して直流補助電源と呼ばれることがある）として理解されてよい。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムにおいて、電力変換モジュールの交流主電源又は出力交流電圧、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧、あるいは直流バスのバス電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給するための複数のバックアップ電源として使用されてもよく、それにより、バッテリ管理システムの電力供給の信頼性を向上させることができる。加えて、エネルギ貯蔵システムからバッテリ管理システムに電力が供給されてよく、これにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高め、適用範囲を拡大することができる。

第１の側面に関連して、第１の可能な実装では、第１電源モジュールは、第１ダイオードと、第２ダイオードと、第２電力変換モジュールを含む。第１ダイオードの正極は、第１電源モジュールの第１入力端として使用され、エネルギ貯蔵モジュールに接続され、第２ダイオードの正極は、第１電源モジュールの第２入力端として使用され、直流バスに接続され、第１ダイオードの負極と第２ダイオードの負極は、第２電力変換モジュールの入力端に接続され、第２電力変換モジュールの出力端は、第１電源モジュールの出力端として使用される。

第１の側面の第１の可能な実装に関連して、第２の可能な実装では、直流バスが故障しているか又は正常に動作することができないとき、直流バスのバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧よりも小さい。この場合、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流バックアップ電源として理解され得る。この場合、第２電力変換モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧より大きいとき、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換するよう構成され得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力を供給するためにエネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧から電力を取得して、電力供給の信頼性を向上させることができ、また、無停電電源を構成する必要がなく、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高めることができる。

第１の側面の第１の可能な実装に関連して、第３の可能な実装では、直流バスが正常に動作するとき、直流バスのバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧よりも大きい。この場合、直流バスのバス電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流バックアップ電源として理解され得る。この場合、第２電力変換モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧より小さいとき、直流バスのバス電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換するよう構成され得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力を供給するために直流バスのバス電圧から電力を取得してよく、それにより、電力供給の信頼性を向上させることができ、バッテリ電力を節約することができる。加えて、無停電電源を構成する必要がなく、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高めることができる。

第１の側面の第３の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第４の可能な実装では、第２電源モジュールは、第３ダイオードと、第４ダイオードと、第３電力変換モジュールとを含み、第３ダイオードの正極は、第２電源モジュールの第１入力端として使用され、第１電源モジュールの出力端に接続され、第３ダイオードの負極と第４ダイオードの負極は、第３電力変換モジュールの入力端に接続され、第４ダイオードの正極は、第２電源モジュールの第２入力端として使用され、第１電力変換モジュールに接続され、第３電力変換モジュールの出力端は、第２電源モジュールの出力端として使用される。

第１の側面の第４の可能な実装に関連して、第５の可能な実装では、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧がパワーダウン又はパワーオフされるとき、第２直流電圧は第１直流電圧よりも小さい。この場合、第１直流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流補助電源として理解されてよい。本明細書において、第１直流電圧は、直流バスのバス電圧又はエネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧によって決定される。この場合、第３電力変換モジュールは、第１直流電圧が第２直流電圧より大きいとき、第１直流電圧を目標電圧として使用して、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給するよう構成され得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力を供給するために直流バスのバス電圧又はエネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧から電力を取得してよく、それにより、電力供給の信頼性を向上させることができる。加えて、無停電電源を構成する必要がなく、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高めることができる。

第１の側面の第４の可能な実装に関連して、第６の可能な実装では、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧が正常に電力を供給しているとき、第２直流電圧は第１直流電圧よりも大きい。この場合、第２直流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流補助電源として理解されてよい。言い換えると、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する交流バックアップ電源として使用されてよい。この場合、第３電力変換モジュールは、第１直流電圧が第２直流電圧より小さいとき、第２直流電圧を目標電圧として使用して、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給するよう構成され得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力を供給するために交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧から電力を取得してよく、それにより、電力供給の信頼性を向上させ、直流を節約し、エネルギ貯蔵システムの利点を向上させる。加えて、無停電電源を構成する必要がなく、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高めることができる。

第１の側面の第６の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第７の可能な実装では、第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニットを備え、電力変換ユニットの数量は、エネルギ貯蔵システムの供給電力によって必要とされる目標量よりも多い（すなわち、第１電力変換モジュールに対して冗長設計が行われる）。第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換するよう構成される。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、第１電力変換モジュールに対して冗長設計が行われてよく、目標電力変換ユニットが故障したときは、別の電力変換ユニットが正常に動作して、バッテリ管理システムに電力を供給し得る。これにより、電力供給の信頼性を向上させ、適用範囲が拡大される。

第１の側面の第７の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第８の可能な実装では、バッテリ管理システムは、コンテナモニタリングユニットを含み、コンテナモニタリングユニットは、エネルギ貯蔵システムのシステムパラメータを収集するか又はエネルギ貯蔵システムのシステムコントローラとのデータ伝送を実行して、エネルギ貯蔵システムの動作状態をモニタするよう構成される。本明細書において、システムパラメータは、エネルギ貯蔵システムの温度及び湿度又は別のパラメータを含み得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、電力がバッテリ管理システムに正常に供給された後、エネルギ貯蔵システムのサービス寿命を保証するために、エネルギ貯蔵システムは、コンテナモニタリングユニットを使用することにより、リアルタイムでモニタリングされ得る。

第１の側面の第８の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第９の可能な実装では、バッテリ管理システムは、バッテリ制御ユニットを更に含み、エネルギ貯蔵モジュールは、少なくとも１つのバッテリクラスタを含む。バッテリ制御ユニットは、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータを検出し、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータに基づいて各バッテリクラスタ内のバッテリパックの充電又は放電を制御して、各バッテリクラスタの電流と電圧をバランスさせるよう構成され得る。本明細書において、バッテリクラスタパラメータは、充電状態値、ヘルス状態値、電力状態値及び別のパラメータを含み得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力が正常に供給された後、バッテリ制御ユニットを使用することにより各バッテリクラスタの電流と電圧をバランスさせることができ、その結果、適用範囲が拡大される。

第１の側面の第９の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第１０の可能な実装では、バッテリ管理システムは、複数のバッテリ管理ユニットを更に備え、エネルギ貯蔵モジュールは、少なくとも１つのバッテリクラスタを含み、１つのバッテリクラスタは複数のバッテリパックを含み、１つのバッテリパックは１つのバッテリ管理ユニットに対応し、複数のバッテリ管理ユニットの各々は、各バッテリクラスタにおける各バッテリパックのバッテリパラメータをバランスさせるよう構成される。本明細書において、バッテリパラメータは、充電状態値、ヘルス状態値、電力状態値、最大動作電流（maximum working current）及び別のパラメータを含み得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力が正常に供給された後、バッテリ管理ユニットを使用することにより各バッテリクラスタの各バッテリパックのバッテリパラメータをバランスさせることができ、その結果、適用範囲が広くなる。

第１の側面の第１０の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第１１の可能な実装では、エネルギ貯蔵システムは、第４電力変換モジュールを更に含み、エネルギ貯蔵モジュールは、第４電力変換モジュールを使用することにより直流バスに接続されてよく、第４電力変換モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧を、直流バスによって必要とされるバス電圧に変換するように構成され得る。言い換えると、第４電力変換モジュールの出力直流電圧は、直流バスのバス電圧と同じであり、第４電力変換モジュールの出力直流電圧は、バッテリ管理システムに電力を供給する直流バックアップ電源と理解されてよい。第４電力変換モジュールが正常に動作するとき、直流バスのバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧よりも大きい。反対に、第４電力変換モジュールが故障しているか又は正常に動作できないとき、直流バスのバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧よりも小さい。本出願のエネルギ貯蔵システムでは、バッテリ管理システムに電力を供給するために、第４電力変換モジュールの出力直流電圧から電力が取得されてよく（すなわち、直流バスのバス電圧から電力が取得されてよい）、それにより、電力供給の信頼性を向上させ、バッテリ電力を節約することができる。加えて、無停電電源を構成する必要がなく、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高めることができる。

第１の側面の第１１の可能な実装までの第１の側面のいずれか１つに関連して、第１２の可能な実装では、バッテリ管理システム内のバッテリ制御ユニットは、第４電力変換モジュールに統合される。任意に、バッテリ管理システム内のバッテリ制御ユニットは、代替的に、第４電力変換モジュールの外部に統合されてもよい。これは、実際の適用シナリオに従って具体的に決定されてよく、本明細書において限定されない。

第２の側面によると、本出願は、バッテリ管理システムの電力供給方法を提供する。本方法は、エネルギ貯蔵システムに適用可能である。エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムを含む。第１電源モジュールの第１入力端はエネルギ貯蔵モジュールに接続され、第１電源モジュールの第２入力端は直流バスに接続され、第１電源モジュールの出力端は第２電源モジュールの第１入力端に接続され、第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することにより交流主電源又は電力変換モジュールに接続され、第２電源モジュールの出力端はバッテリ管理システムに接続される。本方法では、第１電源モジュールが、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュールに出力する。第１電力変換モジュールが、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力する。第２電源モジュールが、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、目標電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給する。

第２の側面に関連して、第１の可能な実装では、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧より大きいとき、第１電源モジュールが、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。

第２の側面に関連して、第２の可能な実装では、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧より小さいとき、第１電源モジュールが、直流バスのバス電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。

第２の側面の第２の可能な実装までの第２の側面のいずれか１つに関連して、第３の可能な実装では、第１直流電圧が第２直流電圧より大きいとき、第２電源モジュールが、第１直流電圧を目標電圧として使用して、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。

第２の側面の第２の可能な実装までの第２の側面のいずれか１つに関連して、第４の可能な実装では、第１直流電圧が第２直流電圧より小さいとき、第２電源モジュールが、第２直流電圧を目標電圧として使用して、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。

第２の側面の第４の可能な実装までの第２の側面のいずれか１つに関連して、第５の可能な実装では、第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニットを備え、電力変換ユニットの数量は、エネルギ貯蔵システムの供給電力によって必要とされる目標量よりも多い。複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、第１電力変換モジュールが、目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し得る。

本出願では、複数のバックアップ電源が、バッテリ管理システムに電力を供給するために使用されてよく、それにより、バッテリ管理システムの電力供給の信頼性を向上させることができる。加えて、エネルギ貯蔵システムからバッテリ管理システムに電力が供給され、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高め、適用範囲を拡大することができる。

バッテリ管理システムの電源システムの構成を示す概略図である。

本出願によるエネルギ貯蔵システムの適用シナリオの概略図である。

本出願によるエネルギ貯蔵システムの構造の概略図である。

本出願によるエネルギ貯蔵システムの別の構造の概略図である。

本出願によるエネルギ貯蔵システムの更に別の構造の概略図である。

本出願によるバッテリ管理システムの電力供給方法の概略フローチャートである。

本出願で提供されるエネルギ貯蔵システムは、太陽光発電装置又は風力発電装置のような複数のタイプの発電装置及び異なるタイプの電気機器（電力グリッド、家庭用デバイス、産業及び商業用電気機器のような）に適用可能であり、自動車分野又はマイクログリッド分野等に適用され得る。本出願で提供されるエネルギ貯蔵システムは、異なるタイプのエネルギ貯蔵ユニットのエネルギ貯蔵に適用可能である。異なるタイプのエネルギ貯蔵ユニットにおける構成要素は、リチウムイオン電池、鉛電池（又は鉛蓄電池とも呼ばれる）、スーパーキャパシタ（電気化学キャパシタとも呼ばれる）等を含み得る。エネルギ貯蔵ユニットにおける構成要素の具体的なタイプは、本出願において特に限定されない。説明を容易にするために、本出願で提供されるエネルギ貯蔵システムは、電池を例として使用することにより説明される。

本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムとを含み得る。第１電源モジュールの第１入力端はエネルギ貯蔵モジュールの出力端に接続され、第１電源モジュールの第２入力端は直流バスに接続され、第１電源モジュールの出力端は第２電源モジュールの第１入力端に接続され、第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することにより交流主電源又は電力変換モジュールに接続されてよく、第２電源モジュールの出力端はバッテリ管理システムに接続される。第１電源モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。第１電力変換モジュールは、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。この場合、第２電源モジュールは、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、目標電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムにおいて、バッテリ管理システムに電力を供給するために複数のバックアップ電源が使用されてもよく、それにより、バッテリ管理システムの電力供給の信頼性を向上させることができる。加えて、エネルギ貯蔵システムからバッテリ管理システムに電力が供給されてよく、これにより、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し、エネルギ貯蔵システムの経済的価値を高め、適用範囲を拡大することができる。本出願において提供されるエネルギ貯蔵システムは、例えば太陽光発電シナリオ、風力発電シナリオ又は電気デバイス電力供給のような様々な適用シナリオに適用可能であり得る。以下では、電気デバイス電力供給シナリオを説明の例として使用する。詳細は以下では再度説明しない。

図２は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの適用シナリオの概略図である。図２に示されるように、エネルギ貯蔵システム（例えばエネルギ貯蔵システム１）は、電源構成要素、ＤＣ／ＡＣ変換器及びバッテリ管理システムを含み得る。電源構成要素は、ここでは、少なくとも１つのバッテリクラスタとＤＣ／ＤＣ変換器を含んでよく、バッテリクラスタは並列に接続され、１つのバッテリクラスタは、直列に接続された複数のバッテリセルを含み得る。バッテリセルはバッテリパックであってよく、１つのバッテリパックは、最小エネルギ貯蔵及び管理ユニットを形成するために、直列及び並列に接続された１つ以上のバッテリユニット（バッテリユニットの電圧は通常２．５Ｖと４．２Ｖの間である）を含み得る。エネルギ貯蔵システム１が電力グリッド（例えば電力グリッド２）又は負荷（例えば家庭用デバイス３）に電力を供給するプロセスにおいて、バッテリ管理システムは、正常に動作するように交流主電源又はＤＣ／ＡＣ変換器の出力電圧によって電力が供給され得る。電源構成要素内の少なくとも１つのバッテリクラスタは、ＤＣ／ＤＣ変換器に直流電圧を提供し得る。ＤＣ／ＤＣ変換器は、直流電圧に対して電力変換を実行してＤＣ／ＡＣ変換器に出力する、すなわち、電源構成要素は、直流電圧をＤＣ／ＡＣ変換器に出力し得る。このとき、ＤＣ／ＡＣ変換器は、電源構成要素により入力された直流電圧に対して電力変換を実行して交流電圧を取得し、その交流電圧を電力グリッド２又は家庭用デバイス３に出力して、電力グリッド２及び家庭用デバイス３に電力を供給し得る。交流主電源又はＤＣ／ＡＣ変換器の出力電圧がバッテリ管理システムに電力を供給することができないとき、エネルギ貯蔵システム１によってバッテリ管理システムに電力供給され、バッテリ管理システムが正常に動作することを可能にする。例えばバッテリ管理システムは、少なくとも１つのバッテリクラスタの出力電圧又はＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧によって電力供給される。この場合、バッテリ管理システムは、バッテリの電圧、電流及び電気化学セル温度のような情報をリアルタイムでモニタしてよく、バッテリの安全性を確保し、エネルギ貯蔵システム１のサービス寿命を延ばすためにエネルギ貯蔵システム１の動作環境を更にモニタしてもよく、それにより、エネルギ貯蔵システム１は、負荷又は電力グリッドにより良好に電力供給することができる。

以下では、図３～図７を参照して、本出願で提供されるエネルギ貯蔵システムと、エネルギ貯蔵システムの動作原理を説明する。

図３は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの構造の概略図である。図３に示されるように、エネルギ貯蔵システム１は、エネルギ貯蔵モジュール１０と、第４電力変換モジュール２０と、直流バス３０と、電力変換モジュール４０と、交流主電源５０と、第１電源モジュール６０と、第１電力変換モジュール７０と、第２電源モジュール８０と、バッテリ管理システム９０を含み得る。本明細書におけるエネルギ貯蔵システム１は、コンテナ内に一体化されてもよく、交流主電源５０は、正弦波を有する交流、例えば交流グリッドによって提供される交流を指してもよい。第１電源モジュール６０の第１入力端はエネルギ貯蔵モジュール１０の出力端と、第４電力変換モジュール２０の入力端とに接続され、第１電源モジュール６０の第２入力端は直流バス３０と、第４電力変換モジュール２０の出力端とに接続され、第１電源モジュール６０の出力端は第２電源モジュール８０の第１入力端に接続され、第２電源モジュール８０の第２入力端は、第１電力変換モジュール７０を使用することにより、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力端に接続され、第２電源モジュール８０の出力端はバッテリ管理システム９０に接続される。第２電源モジュール８０の第２入力端は第１電力変換モジュール７０の出力端に接続されてよく、第１電力変換モジュール７０の入力端は交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力端に接続されることが理解され得る。本出願では、エネルギ貯蔵システム内の交流ＡＣ／直流ＤＣ変換機能を有する１つ以上の機能モジュールがまとめて、第１電力変換モジュールと呼ばれることがある。本出願では、エネルギ貯蔵モジュールに並列に接続され、直流ＤＣ／直流ＤＣ変換機能を有する１つ以上の機能モジュールが、第４電力変換モジュールと呼ばれることがある。

いくつかの実現可能な実装において、第１電源モジュール６０は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧と直流バス３０のバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。本明細書において、直流バス３０のバス電圧は、第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧として理解されてもよい。第１電力変換モジュール７０は、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧を第２直流電圧に変換（すなわち、整流）し、第２直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。この場合、第２電源モジュール８０は、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、その目標電圧に基づいてバッテリ管理システム９０に電力を供給し得る。バッテリ管理システム９０に電力を供給した後、バッテリ管理システム９０は、エネルギ貯蔵モジュール１０内のバッテリの電圧、電流及び電気化学セル温度のような情報をリアルタイムでモニタしてよく、バッテリの安全性を確保して、エネルギ貯蔵システム１のサービス寿命を延ばすために、エネルギ貯蔵システム１の動作環境を更にモニタし、その結果、エネルギ貯蔵システム１は、より良好に負荷に電力を供給することができ、それにより、エネルギ貯蔵システム１の電力供給効率を向上させることができる。

いくつかの実現可能な実装において、図４は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの別の構造の概略図である。図４に示されるように、図３に示されるエネルギ貯蔵モジュール１０は、回路遮断器Ｓ１を介して第４電力変換モジュール２０に接続され、第４電力変換モジュール２０は、直流バス３０及び回路遮断器Ｓ２を介して電力変換モジュール４０の入力端に接続されてよく、電力変換モジュール４０の出力端及び交流主電源４０は、回路遮断器Ｓ３を介して第１電力変換モジュール７０の入力端に接続されてよい。第４電力変換モジュール２０はＤＣ／ＤＣ変換モジュールであってよく、電力変換モジュール４０はＤＣ／ＡＣ変換モジュールであってよく、第１電力変換モジュール７０はＡＣ／ＤＣ変換モジュールであってよい。第４電力変換モジュール４０は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を、直流バス３０によって必要とされるバス電圧に変換し得る。言い換えると、第４電力変換モジュール４０の出力直流電圧は、直流バス３０のバス電圧と同じである。本明細書において、回路遮断器とは、通常ループ状態（normal loop condition）では電流を遮断（close）し、通電し、ターンオフすることができ、かつ異常ループ状態（abnormal loop condition）では所定時間内に電流を遮断し、通電し、ターンオフすることができるスイッチ装置を指すことがある。バッテリ管理システム９０に正常に電力を供給するプロセスでは、エネルギ貯蔵モジュール１０と、第４電力変換モジュール２０と、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０はすべて正常に動作し、回路遮断器Ｓ１、回路遮断器Ｓ２及び回路遮断器Ｓ３はすべて遮断状態となる。反対に、エネルギ貯蔵モジュール１０が故障しているときは、回路遮断器Ｓ１が自動的にターンオフされ、第４電力変換モジュール２０が故障しているときは、回路遮断器Ｓ２が自動的にターンオフされ、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０が故障しているか又はパワーオフされているとき、回路遮断器Ｓ３が自動的にターンオフされてエネルギ貯蔵システムを保護する。

いくつかの実現可能な実装では、図４に示されるように、図３に示される第１電源モジュール６０は、第１ダイオードＤ１、第２ダイオードＤ２及び第２電力変換モジュール６００を含み得る。第１ダイオードＤ１の正極は、第１電源モジュール６０の第１入力端として使用され、エネルギ貯蔵モジュール１０及び第４電力変換モジュール２０の入力端に接続され、第２ダイオードＤ２の正極は、第１電源モジュール６０の第２入力端として使用され、直流バス３０及び第４電力変換モジュール２０の出力端に接続され、第１ダイオードＤ１の負極及び第２ダイオードＤ２の負極は、第２電力変換モジュール６００の入力端に接続され、第２電力変換モジュール６００の出力端は、第１電源モジュール６０の出力端として使用される。本出願では、第１電源モジュールにおいて直流ＤＣ／直流ＤＣ変換機能（すなわち、整流機能）又は直流昇圧機能を有する１つ以上の機能モジュールを、まとめて第２電力変換モジュールと呼ぶことがある。例えば第２電力変換モジュール６００は、ＤＣ／ＤＣ変換モジュールであり得る。

いくつかの実現可能な実装では、第４電力変換モジュール４０は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を、直流バス３０によって要求されるバス電圧に変換し得る。言い換えると、第４電力変換モジュール４０の出力直流電圧は、直流バス３０のバス電圧と同じである。第４電力変換モジュール２０が故障しているか又は正常に動作することができないとき、直流バス３０のバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧よりも低い。この場合、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流バックアップ電源として理解されてよい。直流バス３０のバス電圧がエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧よりも低いとき、第１ダイオードＤ１が導通され、第２ダイオードＤ２が遮断（cut off）され、その結果、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２は二者択一（either-or selection）を実行して、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を第２電力変換モジュール６００に出力する。この場合、第２電力変換モジュール６００は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。

いくつかの実現可能な実装では、第４電力変換モジュール２０が正常に動作するとき、直流バス３０のバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧よりも大きい。この場合、直流バス３０のバス電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流バックアップ電源として理解されてよい。言い換えると、第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流バックアップ電源として理解される。直流バス３０のバス電圧がエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧より大きいとき、第１ダイオードＤ１が遮断され、第２ダイオードＤ２が導通され、その結果、第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との二者択一を実行して、直流バス３０のバス電圧を第２電力変換モジュール６００に出力する。この場合、第２電力変換モジュール６００は、直流バス３０のバス電圧を入力電圧として使用し、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。

いくつかの実現可能な実装において、図５は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの別の構造の概略図である。図５に示されるように、図４に示される第１電力変換モジュール７０は、複数の電力変換ユニット（例えば電力変換ユニット７００ａ～電力変換ユニット７００ｎ）を含み、電力変換ユニットの数量は、エネルギ貯蔵システム１の供給電力によって必要とされる目標量よりも多く、電力変換ユニットはＡＣ／ＤＣ変換ユニットであってよい。目標量は、エネルギ貯蔵システム１の負荷によって必要とされる供給電力と単一の電力変換ユニットの供給電力との比に基づいて決定され得る。例えば目標量は、比率を丸めることによって得られる値であり得る。第１電力変換モジュール７０における電力変換ユニットの数量は、目標量よりも少なくとも１つ多いことが理解され得る。言い換えると、第１電力変換モジュール７０は、第１電力変換モジュール７０の冗長設計を実装するために、目標量よりも少なくとも１つ多い電力変換ユニットで構成される。複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、第１電力変換モジュール７０は、目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧を第２直流電圧に変換し得る。本出願では、第１電力変換モジュール内の故障電力変換ユニットを、まとめて目標電力変換ユニット（target power conversion unit）と呼ぶことがある。

以下では、説明の便宜上、以下では、電力変換ユニット７００ａ～電力変換ユニット７００ｎを説明のために例として使用する。目標量よりも多い１つ又は複数の電力変換ユニット（例えば電力変換ユニット７００ｎ）が、第１電力変換モジュール７０について構成されると想定する。電力変換ユニット７００ａ～電力変換ユニット７００ｎ内の目標電力変換ユニット（例えば電力変換ユニット７００ａ）が故障しているとき、第１電力変換モジュール７０は、電力変換ユニット７００ｂ～電力変換ユニット７００ｎに基づいて、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。第１電力変換モジュールに対して冗長設計を行ってよく、その結果、目標電力変換ユニットが故障したとき、別の電力変換ユニットが正常に動作してバッテリ管理システムに電力を供給することができ、それにより、電力供給の信頼性を向上させ、適用範囲を拡大することができることがわかる。

いくつかの実現可能な実装では、図６は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの別の構造の概略図である。図６に示されるように、図５に示される第２電源モジュール８０は、第３ダイオードＤ３と、第４ダイオードＤ４と、第３電力変換モジュール８００を含む。第３ダイオードＤ３の正極は、第２電源モジュール８０の第１入力端として使用され、第１電源モジュール６０の出力端に接続され、第３ダイオードＤ３の負極と第４ダイオードＤ４の負極は、第３電力変換モジュール８００の入力端に接続され、第４ダイオードＤ４の正極は、第２電源モジュール８０の第２入力端として使用され、第１電力変換モジュール７０の出力端に接続され、第３電力変換モジュール８００の出力端は、第２電源モジュール８０の出力端として使用される。本出願では、第２電源モジュールにおける直流ＤＣ／直流ＤＣ変換機能（すなわち、整流機能）又は直流昇圧機能を有する１つ以上の機能モジュールを、まとめて第３電力変換モジュールと呼ぶことがある。例えば第３電力変換モジュール８００は、ＤＣ／ＤＣ変換モジュールであってよく、第３電力変換モジュール８００は、少なくとも１つのＤＣ／ＤＣ変換ユニット（すなわち、１つ以上のＤＣ／ＤＣ変換ユニット）を含み得る。

いくつかの実現可能な実装では、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧がパワーダウン又はパワーオフされるとき、第１電力変換モジュール７０によって出力される第２直流電圧は、第１電源モジュール６０によって出力される第１直流電圧よりも小さい。この場合、第１直流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流補助電源（すなわち、バッテリ管理システム９０に利用可能な直流補助電源）として理解され得る。第２直流電圧が第１直流電圧より小さいとき、第３ダイオードＤ３が導通され、第４ダイオードＤ４が遮断され、その結果、第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４は二者択一を実行して、第１直流電圧を第３電力変換モジュール８００に出力する。この場合、第３電力変換モジュール８００は、第１直流電圧を目標電圧として使用し、目標電圧を目標直流電圧に変換し、この目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システム９０に電力を供給し得る。

いくつかの実現可能な実装では、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧が正常に電力を供給するとき、第１電力変換モジュール７０によって出力される第２直流電圧は、第１電源モジュール６０によって出力される第１直流電圧より大きい。この場合、第２直流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流補助電源（すなわち、バッテリ管理システム９０に利用可能な直流補助電源）として理解されてよい。言い換えると、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する交流バックアップ電源として使用されてもよい。第２直流電圧が第１直流電圧よりも大きいとき、第３ダイオードＤ３が遮断され、第４ダイオードＤ４が導通され、その結果、第３ダイオードＤ３と第４ダイオードＤ４は二者択一を実行して、第２直流電圧を第３電力変換モジュール８００に出力する。この場合、第３電力変換モジュール８００は、第２直流電圧を目標電圧として使用し、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。

いくつかの実現可能な実装では、エネルギ貯蔵モジュール１０、第４電力変換モジュール２０、交流主電源５０及び電力変換モジュール４０がすべて正常に動作しているとき、バッテリ管理システム９０に電力を供給するための交流バックアップ電源としての交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧の優先度は、バッテリ管理システム９０に電力を供給するための直流バックアップ電源としての第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧（すなわち、直流バス３０のバス電圧）の優先度よりも高く、バッテリ管理システム９０に電力を供給するための直流バックアップ電源としての第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧の優先度は、バッテリ管理システム９０に電力を供給するための直流バックアップ電源としてのエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧の優先度よりも高い。バッテリ管理システムに電力を供給するために複数のバックアップ電源を使用することにより、電力供給の信頼性を向上させることができ、エネルギ貯蔵システムのコストを削減し得ることがわかる。任意に、エネルギ貯蔵モジュール１０、第４電力変換モジュール２０、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０のいずれもバッテリ管理システム９０に電力を供給することができないとき、バッテリ管理システム９０に電力を供給するために、無停電電源がエネルギ貯蔵システム１において代替的に構成され得る。

いくつかの実現可能な実装では、バッテリ管理システム９０は、コンテナモニタリングユニット（container monitoring unit、ＣＭＵ）、バッテリ制御ユニット（battery control unit、ＢＣＵ）及び複数のバッテリ管理ユニット（battery management unit、ＢＭＵ）の複数の組合せを含む。これは、実際の適用シナリオに従って具体的に決定されてよく、本明細書において限定されない。図７は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの更に別の構造の概略図である。図７に示されるように、図６に示されるバッテリ管理システム９０は、３層構造の分散型バッテリ管理システムであってよく、構造レベルに従ってコンテナモニタリングユニット９０１、バッテリ制御ユニット９０２及び複数のバッテリ管理ユニット（例えばバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍ）に分類され得る。バッテリ制御ユニット９０２は、第４電力変換モジュール２０に統合されてもよく、あるいはバッテリ制御ユニット９０２は、第４電力変換モジュール２０の外部に統合されてもよい。これは、実際の適用に従って具体的に決定されてよく、本明細書において限定されない。バッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍ内の１つのバッテリ管理ユニットは、エネルギ貯蔵モジュール１０内の１つのバッテリパックに接続されてよい、すなわち、１つのバッテリパックが１つのバッテリ管理ユニットに対応する。図７に示されるように、コンテナモニタリングユニット９０１、バッテリ制御ユニット９０２及びバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍの異なる電力要件を満たすために、第３電力変換モジュール８００は、３つのＤＣ／ＤＣ変換ユニット（例えばＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００１～ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００３）を含んでよく、本明細書において、３つのＤＣ／ＤＣ変換ユニットは、それぞれコンテナモニタリングユニット９０１、バッテリ制御ユニット９０２及びバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍに接続することにより、電力を供給するために使用され得る。例えばＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００１は、コンテナモニタリングユニット９０１の電力要件に従ってコンテナモニタリングユニット９０１に電力を供給してよく、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００２は、バッテリ制御ユニット９０２の電力要件に従ってバッテリ制御ユニット９０２に電力を供給してよく、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００３は、バッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍへの電力要件に従ってバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍへ電力を供給してもよい。

いくつかの実現可能な実装では、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００１がコンテナモニタリングユニット９０１に電力を供給した後、コンテナモニタリングユニット９０１は、エネルギ貯蔵システム１のシステムパラメータをリアルタイムで収集するか、又はエネルギ貯蔵システム１のシステムコントローラとのデータ伝送を実行し（例えばエネルギ貯蔵システム１のシステムコントローラの異なるスケジューリング指示を受信する）、エネルギ貯蔵システム１の動作状態をリアルタイムでモニタリングし得る。本明細書において、システムパラメータは、エネルギ貯蔵システム１の温度と湿度又は別のパラメータを含み得る。エネルギ貯蔵システム１の動作状態が異常であることを検出した後、コンテナモニタリングユニット９０１は、エネルギ貯蔵システム１のシステムコントローラにアラーム情報を送信して、時間内にエネルギ貯蔵システム１を整備するようユーザに促し得る。

いくつかの実現可能な実装では、エネルギ貯蔵システム１０が複数のバッテリクラスタを含むとき、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００２がバッテリ制御ユニット９０２に電力を供給した後、バッテリ制御ユニット９０２は、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータを検出し、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータに基づいて、各バッテリクラスタのバッテリパックの充電又は放電を制御して、各バッテリクラスタの電流と電圧をバランスさせ得る。本明細書において、バッテリクラスタパラメータは、充電状態（state of charge、ＳＯＣ）値、ヘルス状態（state of health、ＳＯＨ）値、電力状態（state of power、ＳＯＰ）値及び別のパラメータを含んでよい。ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００３がバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍに電力を供給した後、バッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍ内のバッテリ管理ユニットは各々、各バッテリクラスタ内の各バッテリパックのバッテリパラメータをバランスさせ得る。本明細書において、バッテリパラメータは、充電状態値、ヘルス状態値、電力状態値、最大動作電流及び別のパラメータを含み得る。バッテリ管理システム９０が、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧、あるいは第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧（すなわち、直流バス３０のバス電圧）又はエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を使用することによって電力供給された後、バッテリ管理システム９０は、エネルギ貯蔵モジュール１０内のバッテリの電圧、電流及び電気化学セル温度のような情報をリアルタイムでモニタしてよく、バッテリの安全性を確保し、エネルギ貯蔵システム１のサービス寿命を延ばすためにエネルギ貯蔵システム１の動作状態を更にモニタし、その結果、エネルギ貯蔵システム１がより良好に負荷に電力を供給することができ、それにより、エネルギ貯蔵システム１の電力供給効率を向上させ、適用範囲を拡大することができる。

図８は、本出願によるバッテリ管理システムの電力供給方法の概略フローチャートである。本方法は、エネルギ貯蔵システム（例えば図３～図７に示されるエネルギ貯蔵システム）に適用可能である。エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムを含む。第１電源モジュールの第１入力端はエネルギ貯蔵モジュールに接続され、第１電源モジュールの第２入力端は直流バスに接続され、第１電源モジュールの出力端は第２電源モジュールの第１入力端に接続され、第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することによって交流主電源又は電力変換モジュールに接続され、第２電源モジュールの出力端はバッテリ管理システムに接続される。図８に示されるように、本方法は、以下のステップＳ１０１～ステップＳ１０３を含む。

ステップＳ１０１：第１電源モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、入力電圧に基づいて第１直流電圧を第２電源モジュールに出力する。

いくつかの実現可能な実装では、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧より大きいとき、第１電源モジュールは、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧を入力電圧として使用し、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。反対に、エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧が直流バスのバス電圧よりも小さいとき、第１電源モジュールは、直流バスのバス電圧を入力電圧として使用し、入力電圧を第１直流電圧に変換して、第１直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。

ステップＳ１０２：第１電力変換モジュールは、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力する。

いくつかの実現可能な実装では、第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニットを含み、電力変換ユニットの数量は、エネルギ貯蔵システムの供給電力によって要求される目標量より多い。複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、第１電力変換モジュールは、目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、交流主電源又は電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、第２直流電圧を第２電源モジュールに出力し得る。

ステップＳ１０３：第２電源モジュールは、第１直流電圧と第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、目標電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給する。

いくつかの実現可能な実装では、第１直流電圧が第２直流電圧より大きいとき、第２電源モジュールは、第１直流電圧を目標電圧として使用し、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。反対に、第１直流電圧が第２直流電圧よりも小さいとき、第２電源モジュールは、第２直流電圧を目標電圧として使用し、目標電圧を目標直流電圧に変換し、目標直流電圧に基づいてバッテリ管理システムに電力を供給し得る。

具体的な実装では、本出願で提供されるバッテリ管理システムのための電力供給方法における更なる動作については、図３～図７に示されるエネルギ貯蔵システムにおける第１電力供給モジュール、第１電力変換モジュール及び第２電力供給モジュールによって実行される実装及びその動作原理を参照されたい。詳細はここでは再度説明しない。

本出願では、複数のバックアップ電源を使用してバッテリ管理システムに電力を供給し、それによりバッテリ管理システムの電力供給の信頼性を向上させることができる。加えて、エネルギ貯蔵システムからバッテリ管理システムに電力が供給され、それにより、エネルギ貯蔵システムのコストが低減され、エネルギ貯蔵システムの経済性が向上され、適用範囲が拡大される。

上記の説明は、本発明の具体的な実装にすぎず、本発明の保護範囲を限定するように意図されない。本発明において開示される技術的範囲内で当業者によって容易に理解されるいかなる変更又は置換も、本発明の保護範囲内に入るものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

本出願の発明者は、研究及び実施プロセスにおいて、図１に示されるように、従来技術では、エネルギ貯蔵システムは、通常、交流（alternating current、ＡＣ）／直流（direct current、ＤＣ）変換モジュールを使用することによって、交流主電源及び／又は電力変換システムによって提供される交流（すなわち、交流バスのバス電圧）を整流し、エネルギ貯蔵システムにおけるバッテリ管理システムに電力を供給することを発見した。バッテリ管理システムは、バッテリの電圧、電流、電気化学セル温度等をリアルタイムでモニタし、エネルギ貯蔵システムの環境をモニタして、バッテリの安全性を確保し、エネルギ貯蔵システムのサービス寿命を延ばすことができる。しかしながら、交流故障が起こると、バッテリ管理システムは動作を停止することがあり、バッテリ及びエネルギ貯蔵システムの動作状態を検出することができない。そのため、従来技術では、図１に示されるように、無停電電源（uninterruptible power supply、ＵＰＳ）がエネルギ貯蔵システム内に構成され、この無停電電源がバックアップ電源として使用され、交流故障が起こったときにバッテリ管理システムに電力を供給する。しかしながら、無停電電源のコストは非常に高く、適用範囲も狭い。

いくつかの実現可能な実装において、図４は、本出願によるエネルギ貯蔵システムの別の構造の概略図である。図４に示されるように、図３に示されるエネルギ貯蔵モジュール１０は、回路遮断器Ｓ１を介して第４電力変換モジュール２０に接続され、第４電力変換モジュール２０は、直流バス３０及び回路遮断器Ｓ２を介して電力変換モジュール４０の入力端に接続されてよく、電力変換モジュール４０の出力端及び交流主電源４０は、回路遮断器Ｓ３を介して第１電力変換モジュール７０の入力端に接続されてよい。第４電力変換モジュール２０はＤＣ／ＤＣ変換モジュールであってよく、電力変換モジュール４０はＤＣ／ＡＣ変換モジュールであってよく、第１電力変換モジュール７０はＡＣ／ＤＣ変換モジュールであってよい。第４電力変換モジュール２０は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を、直流バス３０によって必要とされるバス電圧に変換し得る。言い換えると、第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧は、直流バス３０のバス電圧と同じである。本明細書において、回路遮断器とは、通常ループ状態（normal loop condition）では電流を遮断（close）し、通電し、ターンオフすることができ、かつ異常ループ状態（abnormal loop condition）では所定時間内に電流を遮断し、通電し、ターンオフすることができるスイッチ装置を指すことがある。バッテリ管理システム９０に正常に電力を供給するプロセスでは、エネルギ貯蔵モジュール１０と、第４電力変換モジュール２０と、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０はすべて正常に動作し、回路遮断器Ｓ１、回路遮断器Ｓ２及び回路遮断器Ｓ３はすべて遮断状態となる。反対に、エネルギ貯蔵モジュール１０が故障しているときは、回路遮断器Ｓ１が自動的にターンオフされ、第４電力変換モジュール２０が故障しているときは、回路遮断器Ｓ２が自動的にターンオフされ、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０が故障しているか又はパワーオフされているとき、回路遮断器Ｓ３が自動的にターンオフされてエネルギ貯蔵システムを保護する。

いくつかの実現可能な実装では、第４電力変換モジュール２０は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を、直流バス３０によって要求されるバス電圧に変換し得る。言い換えると、第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧は、直流バス３０のバス電圧と同じである。第４電力変換モジュール２０が故障しているか又は正常に動作することができないとき、直流バス３０のバス電圧は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧よりも低い。この場合、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧は、バッテリ管理システム９０に電力を供給する直流バックアップ電源として理解されてよい。直流バス３０のバス電圧がエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧よりも低いとき、第１ダイオードＤ１が導通され、第２ダイオードＤ２が遮断（cut off）され、その結果、第１ダイオードＤ１及び第２ダイオードＤ２は二者択一（either-or selection）を実行して、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を第２電力変換モジュール６００に出力する。この場合、第２電力変換モジュール６００は、エネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を入力電圧として使用して、入力電圧を第１直流電圧に変換し、第１直流電圧を第２電源モジュール８０に出力し得る。

いくつかの実現可能な実装では、エネルギ貯蔵モジュール１０が複数のバッテリクラスタを含むとき、ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００２がバッテリ制御ユニット９０２に電力を供給した後、バッテリ制御ユニット９０２は、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータを検出し、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータに基づいて、各バッテリクラスタのバッテリパックの充電又は放電を制御して、各バッテリクラスタの電流と電圧をバランスさせ得る。本明細書において、バッテリクラスタパラメータは、充電状態（state of charge、ＳＯＣ）値、ヘルス状態（state of health、ＳＯＨ）値、電力状態（state of power、ＳＯＰ）値及び別のパラメータを含んでよい。ＤＣ／ＤＣ変換ユニット８００３がバッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍに電力を供給した後、バッテリ管理ユニット９０３ａ～バッテリ管理ユニット９０３ｍ内のバッテリ管理ユニットは各々、各バッテリクラスタ内の各バッテリパックのバッテリパラメータをバランスさせ得る。本明細書において、バッテリパラメータは、充電状態値、ヘルス状態値、電力状態値、最大動作電流及び別のパラメータを含み得る。バッテリ管理システム９０が、交流主電源５０又は電力変換モジュール４０の出力交流電圧、あるいは第４電力変換モジュール２０の出力直流電圧（すなわち、直流バス３０のバス電圧）又はエネルギ貯蔵モジュール１０の出力直流電圧を使用することによって電力供給された後、バッテリ管理システム９０は、エネルギ貯蔵モジュール１０内のバッテリの電圧、電流及び電気化学セル温度のような情報をリアルタイムでモニタしてよく、バッテリの安全性を確保し、エネルギ貯蔵システム１のサービス寿命を延ばすためにエネルギ貯蔵システム１の動作状態を更にモニタし、その結果、エネルギ貯蔵システム１がより良好に負荷に電力を供給することができ、それにより、エネルギ貯蔵システム１の電力供給効率を向上させ、適用範囲を拡大することができる。

Claims

エネルギ貯蔵システムであって、当該エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムとを備え、前記第１電源モジュールの第１入力端は前記エネルギ貯蔵モジュールに接続され、前記第１電源モジュールの第２入力端は前記直流バスに接続され、前記第１電源モジュールの出力端は前記第２電源モジュールの第１入力端に接続され、前記第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することにより交流主電源又は前記電力変換モジュールに接続され、前記第２電源モジュールの出力端は前記バッテリ管理システムに接続され、
前記第１電源モジュールは、前記エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と前記直流バスのバス電圧との間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、前記入力電圧に基づいて第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するよう構成され、
前記第１電力変換モジュールは、前記交流主電源又は前記電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、前記第２直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するよう構成され、
前記第２電源モジュールは、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、前記目標電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するよう構成される、
エネルギ貯蔵システム。
前記第１電源モジュールは、第１ダイオードと、第２ダイオードと、第２電力変換モジュールとを備え、前記第１ダイオードの正極は、前記第１電源モジュールの前記第１入力端として使用され、前記エネルギ貯蔵モジュールに接続され、前記第２ダイオードの正極は、前記第１電源モジュールの前記第２入力端として使用され、前記直流バスに接続され、前記第１ダイオードの負極と前記第２ダイオードの負極は、前記第２電力変換モジュールの入力端に接続され、前記第２電力変換モジュールの出力端は、前記第１電源モジュールの前記出力端として使用される、
請求項１に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第２電力変換モジュールは、前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧が前記直流バスの前記バス電圧より大きいとき、前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧を前記入力電圧として使用して、前記入力電圧を前記第１直流電圧に変換するよう構成される、
請求項２に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第２電力変換モジュールは、前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧が前記直流バスの前記バス電圧より小さいとき、前記直流バスの前記バス電圧を前記入力電圧として使用して、前記入力電圧を前記第１直流電圧に変換するよう構成される、
請求項２に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第２電源モジュールは、第３ダイオードと、第４ダイオードと、第３電力変換モジュールとを備え、前記第３ダイオードの正極は、前記第２電源モジュールの前記第１入力端として使用され、前記第１電源モジュールの前記出力端に接続され、前記第３ダイオードの負極と前記第４ダイオードの負極は、前記第３電力変換モジュールの入力端に接続され、前記第４ダイオードの正極は、前記第２電源モジュールの前記第２入力端として使用され、前記第１電力変換モジュールに接続され、前記第３電力変換モジュールの出力端は、前記第２電源モジュールの前記出力端として使用される、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第３電力変換モジュールは、前記第１直流電圧が前記第２直流電圧より大きいとき、前記第１直流電圧を前記目標電圧として使用して、前記目標電圧を目標直流電圧に変換し、前記目標直流電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するよう構成される、
請求項５に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第３電力変換モジュールは、前記第１直流電圧が前記第２直流電圧より小さいとき、前記第２直流電圧を前記目標電圧として使用して、前記目標電圧を目標直流電圧に変換し、前記目標直流電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するよう構成される、
請求項５に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニットを備え、前記電力変換ユニットの数量は、当該エネルギ貯蔵システムの供給電力によって必要とされる目標量よりも多く、
前記第１電力変換モジュールは、前記複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、前記目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、前記交流主電源又は前記電力変換モジュールの前記出力交流電圧を前記第２直流電圧に変換するよう構成される、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記バッテリ管理システムは、コンテナモニタリングユニットを備え、
前記コンテナモニタリングユニットは、当該エネルギ貯蔵システムのシステムパラメータを収集するか又はと当該エネルギ貯蔵システムのシステムコントローラとのデータ伝送を実行して、当該エネルギ貯蔵システムの動作状態をモニタするよう構成され、
前記システムパラメータは、当該エネルギ貯蔵システムの温度及び湿度を含む、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記バッテリ管理システムは、バッテリ制御ユニットを更に備え、前記エネルギ貯蔵モジュールは、少なくとも１つのバッテリクラスタを備え、
前記バッテリ制御ユニットは、各バッテリクラスタのバッテリクラスタパラメータを検出し、各バッテリクラスタの前記バッテリクラスタパラメータに基づいて各バッテリクラスタ内のバッテリパックの充電又は放電を制御して、各バッテリクラスタの電流と電圧をバランスさせるよう構成され、
前記バッテリクラスタパラメータは、充電状態値、ヘルス状態値及び電力状態値を含む、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記バッテリ管理システムは、複数のバッテリ管理ユニットを更に備え、前記エネルギ貯蔵モジュールは、少なくとも１つのバッテリクラスタを備え、１つのバッテリクラスタは複数のバッテリパックを備え、１つのバッテリパックは１つのバッテリ管理ユニットに対応し、
前記複数のバッテリ管理ユニットの各々は、各バッテリクラスタにおける各バッテリパックのバッテリパラメータをバランスさせるよう構成される、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
当該エネルギ貯蔵システムは、第４電力変換モジュールを更に備え、前記エネルギ貯蔵モジュールは、前記第４電力変換モジュールを使用することにより前記直流バスに接続され、
前記第４電力変換モジュールは、前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧を、前記直流バスによって必要とされる前記バス電圧に変換するように構成される、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵システム。
前記バッテリ管理システム内のバッテリ制御ユニットは、前記第４電力変換モジュールに統合される、
請求項１２に記載のエネルギ貯蔵システム。
バッテリ管理システムの電力供給方法であって、当該方法は、エネルギ貯蔵システムに適用可能であり、前記エネルギ貯蔵システムは、エネルギ貯蔵モジュールと、直流バスと、電力変換モジュールと、第１電源モジュールと、第２電源モジュールと、バッテリ管理システムとを備え、前記第１電源モジュールの第１入力端は前記エネルギ貯蔵モジュールに接続され、前記第１電源モジュールの第２入力端は前記直流バスに接続され、前記第１電源モジュールの出力端は前記第２電源モジュールの第１入力端に接続され、前記第２電源モジュールの第２入力端は、第１電力変換モジュールを使用することにより交流主電源又は前記電力変換モジュールに接続され、前記第２電源モジュールの出力端は前記バッテリ管理システムに接続され、
当該方法は、
前記第１電源モジュールによって、前記エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と前記直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、前記入力電圧に基づいて第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップと、
前記第１電力変換モジュールによって、前記交流主電源又は前記電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換し、前記第２直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップと、
前記第２電源モジュールによって、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、前記目標電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するステップと、
を含む、方法。
前記第１電源モジュールによって、前記エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と前記直流バスのバス電圧の間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、前記入力電圧に基づいて第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップは、
前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧が前記直流バスの前記バス電圧より大きいとき、前記第１電源モジュールによって、前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧を前記入力電圧として使用して、前記入力電圧を前記第１直流電圧に変換し、前記第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップ、
を含む、請求項１４に記載の方法。
前記第１電源モジュールによって、前記エネルギ貯蔵モジュールの出力直流電圧と前記直流バスのバス電圧との間で大きい方の電圧を入力電圧として選択し、前記入力電圧に基づいて第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップは、
前記エネルギ貯蔵モジュールの前記出力直流電圧が前記直流バスの前記バス電圧より小さいとき、前記第１電源モジュールによって、前記直流バスの前記バス電圧を前記入力電圧として使用して、前記入力電圧を前記第１直流電圧に変換し、前記第１直流電圧を前記第２電源モジュールに出力するステップ、
を含む、請求項１４に記載の方法。
前記第２電源モジュールによって、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、前記目標電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するステップは、
前記第１直流電圧が前記第２直流電圧より大きいとき、前記第２電源モジュールによって、前記第１直流電圧を前記目標電圧として使用して、前記目標電圧を目標直流電圧に変換し、前記目標直流電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するステップ、
を含む、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
前記第２電源モジュールによって、前記第１直流電圧と前記第２直流電圧の間で大きい方の電圧を目標電圧として選択し、前記目標電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するステップは、
前記第１直流電圧が前記第２直流電圧より小さいとき、前記第２電源モジュールによって、前記第２直流電圧を目標電圧として使用して、前記目標電圧を目標直流電圧に変換し、前記目標直流電圧に基づいて前記バッテリ管理システムに電力を供給するステップ、
を含む、請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
前記第１電力変換モジュールは、複数の電力変換ユニットを備え、前記電力変換ユニットの数量は、前記エネルギ貯蔵システムの供給電力によって必要とされる目標量よりも多く、
前記第１電力変換モジュールによって、前記交流主電源又は前記電力変換モジュールの出力交流電圧を第２直流電圧に変換することは、
前記複数の電力変換ユニット内の目標電力変換ユニットが故障しているとき、前記第１電力変換モジュールによって、前記目標電力変換ユニット以外の各電力変換ユニットに基づいて、前記交流主電源又は前記電力変換モジュールの前記出力交流電圧を前記第２直流電圧に変換すること、
を含む、請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載の方法。