電池系統和包括其的能量存儲系統的制作方法

專利名稱：電池系統和包括其的能量存儲系統的制作方法
技術領域：
本公開的技術涉及一種電池系統以及包括電池系統的能量存儲系統。
背景技術：
最近，電池已經變為廣泛地在各種領域中使用，包括便攜設備(諸如移動電話機和筆記本型計算機)和大型產品(諸如電動汽車和能量存儲系統)。電池和用于控制電池的充電和放電的控制電路一般被包括在單個系統中，并且該系統的有效的且高效的電力控制和管理變得重要。具體地，較大的電池系統尤其成問題，因為這些系統會要求控制電路承受較大的電壓。

發明內容
一個發明方面是一種電池系統，包括具有多個電池模塊的電池組,其中每個電池模塊包括至少一個電池單元。電池系統也包括多個測量單元，其中每個測量單元連接到至少兩個電池模塊，并且每個測量單元包括被配置來監視至少兩個電池模塊的至少一個特性的至少兩個第一模擬前端(AFE)。每個第一 AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送與所監視的特性有關的信息，該處理器被配置為基于所發送的信息來控制該電池組。隔絕器被配置來從沒有連接到電池模塊中具有最小電勢的電池模塊且沒有連接到電池模塊中具有最大電勢的電池模塊的AFE接收所發送的信息。另一個發明方面是一種能量存儲系統，包括電力轉換系統，被配置來連接到電源和負載；電池管理系統，連接到電力轉換系統；和電池系統，連接到電池管理系統。該電池系統包括具有多個電池模塊的電池組，其中每個電池模塊包括至少一個電池單元。電池系統也包括多個測量單元，其中每個測量單元連接到至少兩個電池模塊，并且每個測量單元包括被配置來監視至少兩個電池模塊的至少一個特性的至少兩個第一模擬前端(AFE)。 每個第一 AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送與所監視的特性有關的信息，該處理器被配置為基于所發送的信息控制該電池組。隔絕器被配置來從電池模塊中、沒有連接到電池模塊中具有最小電勢的電池模塊且沒有連接到電池模塊中具有最大電勢的電池模塊的AFE 接收所發送的信息。


圖I是圖示根據實施例的電池系統的圖；圖2是圖示根據另一實施例的電池系統的圖；圖3是圖示根據再一實施例的電池系統的圖；圖4是圖示根據實施例的控制電池系統的方法的流程圖；圖5是圖示根據另一實施例的電池系統的6是圖示根據另一實施例的電池系統的7是圖示根據另一實施例的電池系統的圖
圖8是圖示根據另一實施例的控制電池系統的方法的流程圖；以及圖9是圖示根據實施例的能量存儲系統的圖。
具體實施例方式參照其中示出示范實施例的附圖更充分地描述各種發明方面、特征和概念。然而， 各方面、特征和概念可以由本領域的普通技術人員按許多不同的形式實施。將理解該發明特征不被局限于在本說明書闡述的實施例。在說明書中，可以省去公知的功能和結構的具體說明從而不妨礙該理解。在各圖中相似參考數字通常表示相似部件，并且在一些情況下， 將省去某些方面的重復說明。圖I是圖示根據實施例的電池系統101的圖。參考圖1，電池系統101包括電池 10、多個測量單元20、第一隔絕器30和處理器40。電池10存儲經由外部源傳遞的電力。充電操作存儲電力，并且在放電過程中所存儲的電力被傳遞到負載。在電池10中，正電極連接到正端子50，負電極連接到負端子51， 并經過正端子50和負端子51執行充電和放電。電池10可以包括多個電池模塊11，多個電池模塊11彼此串聯、并聯或具有串聯和并聯的組合。電池模塊11的每個可以包括至少一個電池單元12。當在電池模塊11中包括多個電池單元12時，電池單元12可以彼此串聯和/或并聯。每個電池單元12是可重充電的蓄電池。如這里討論的，電池模塊11和電池單元12彼此串聯，但是本發明不局限于此。每個測量單元20監視在電池模塊11中包括的電池單元12的一個或多個特性以獲得電池單元12的數據。測量單元20測量例如電池單元12的電壓、充電狀態和溫度。測量單元20包括多個第一模擬前端(analog front end)(下文，稱為AFE) 21和第二 AFE 22。 測量單元20可以在單個電路板上包括多個第一 AFE 21和第二 AFE 22。第一 AFE 21連接到一個或多個電池模塊11并且監視電池模塊11中的電池單元 12的各種狀態。第一AFE 21可以例如在電池單元12的監視期間定期或不定期獲得所測量的值。然而，獲得數據的方法不受限制。例如，第一 AFE21可以獲得根據自第二 AFE 22或處理器40施加的控制信號而測量的值。每個特定的第一 AFE 21向與它串聯連接的相鄰的第一 AFE 21傳達監視的結果， 也即，所獲得的數據。同樣，一旦下一個第一 AFE 21從該特定的第一 AFE 21接收到數據， 則該下一個第一AFE 21向隨后的第一AFE 21發送所接收的數據和由該下一個第一AFE 21 獲得的數據。處于這一串第一 AFE 21的最后的第一 AFE 21、也即主第一 AFE 23接收由測量單元中的任何一個第一 AFE 21獲得的、全部數據。在圖I的實施例中，電池單元12彼此串聯連接，因此從被設置為參考電平或地的標準電池單元12起電勢差隨著距離增加。布置在電池模塊11的下側的電池單元12可以是標準電池單元12。在該實施例中，第一AFE 21按照從高電勢到低電勢的方向發送所獲得的數據，并且充當主第一 AFE 23并連接到低電勢電池單元12的第一 AFE 21收集全部的所獲得的數據。主第一 AFE23向第二 AFE 22發送全部所接收的數據和由主第一 AFE 23獲得的數據。換句話說，在主第一 AFE 23中收集從單個測量單元20獲得的全部數據并隨后發送到第二 AFE 22。每個第二 AFE 22從主第一 AFE 23的一個中接收由多個第一 AFE 21獲得的數據。同樣，第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的數據，并向另一第二 AFE 22或其他第二 AFE 22發送從另一第二 AFE 22接收的數據和從第一 AFE 21的一個中收集的數據。在一些實施例中，多個測量單元20彼此串聯連接以便測量電池單元12的狀態。在最低電勢的測量單元20、也即最下邊的測量單元20中包括的第二 AFE 22向在下一個測量單元20中包括的第二 AFE 22發送所收集的數據。對此，下一個測量單元20指比前一測量單元20的電勢高的測量單元20。主第二 AFE 25也即收集在電池10中包括的全部電池單元12的數據的第二 AFE22。主第二 AFE 25向第一隔絕器30發送所收集的數據。在一些實施例中，在連接到于第一測量單元20中包括的最后的第一 AFE21的電池單元12中最下邊的電池單元12的負電極的電勢可以是標準電勢(例如，地電勢)。布置在與標準電池單元12連接的第一 AFE 21上面的第一 AFE21測量關于正電壓的數據，且布置在與標準電池單元12連接的第一 AFE 21下面的第一 AFE 21測量關于負電壓的數據。第一隔絕器30包括在主第二 AFE 25和處理器40之間的數據傳輸路徑。第一隔絕器30將測量單元20和處理器40的地彼此分離和隔絕。第一隔絕器30可以是任何的各種電路，例如，電平移位電路或光學隔絕器。處理器40通過使用經由第一隔絕器30接收的電池單元12的數據來控制電池10 的充電和放電操作。根據電池系統101的配置確定第一隔絕器30的最大容忍(tolerance)電壓。在當前實施例中，如上探討的，第二 AFE 22按照從低電勢到高電勢的方向順序發送所收集的數據。電連接標準電池單元12的主第二 AFE 25向第一隔絕器30發送數據并從其接收數據。在該實施例中，對應于與三個測量單元20相應的電池模塊11的電勢差的電壓被施加到第一隔絕器30，因此第一隔絕器30容忍具有作為電池系統的總電壓的電平的電壓。例如,如果單個電池單元12具有大約4V的電壓并且十個電池單元12串聯連接到單個電池模塊11，則每個電池模塊具有40V的電壓。因為對于在第一測量單元20下面的三個測量單元 20的每個存在三個電池模塊，故當前實施例的第一隔絕器30容忍大約360V的電壓。如上所述，主第二 AFE 25或第一隔絕器30的地電勢是在連接到第一測量單元20 的主第一 AFE 23的電池模塊11中包括的多個電池單元12中最下邊的電池單元12的負電極的電勢。施加到主第二 AFE 25和第一隔絕器30的電壓分別具有120V(40VX3)的幅度和-360V(-120VX3)的幅度，120V的幅度是第一測量單元20的電池模塊11的電壓的總和，-360V的幅度是在第一測量單元20下面布置的測量單元20的電池模塊11的電壓的總和。因此，主第二 AFE 25和第一隔絕器30容忍大約360V的電壓。下文中，在探討的實施例中，每個電池單元12的輸出電壓是大約4V而每個電池模塊11的輸出電壓是大約40V。然而，本發明不局限于此，并且電池模塊11和電池單元12的輸出電壓可以改變。在一些實施例中，所獲得的數據被發送到在最低電勢處布置的測量單元20中包括的第二 AFE 22，也即，最下邊的測量單元20包括主第二 AFE 25。第一隔絕器30的地電勢是最下邊的電池單元12的負電極的電勢。因此，如果第一隔絕器30從最低電勢的第二 AFE 22接收數據，則第一隔絕器30需要容忍對應于與四個測量單元20相應的電池模塊11 的電勢差的電壓。也即，第一隔絕器30需要容忍多于大約480V的電壓。然而，隨著在特定組件或電路中要求的容忍電壓的增加，要制造該組件或電路變得更困難和昂貴。同樣，組件或電路的制造成本的增加并不與在組件或電路中要求的容忍電壓的增加成比例，并且當容忍電壓增加時，制造成本顯著增加。如上所述，根據當前實施例的電池系統101，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器40時，可以通過將主第二 AFE 25連接到既不與最高電壓的電池模塊11連接也不與最低電壓的電池模塊11連接的第一 AFE 21來減少隔絕器的最大電壓。圖2是圖示根據另一實施例的電池系統102的圖。參考圖2，電池系統102包括電池10、多個測量單元20、第一隔絕器30和處理器40。當前實施例的電池系統102具有和圖 I的電池系統101類似的配置和功能。每個第二 AFE 22從主第一 AFE 23接收由多個第一 AFE 21獲得的數據。同樣，每個第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的數據并且可以將從其他第二 AFE 22 接收的數據發送到另一第二 AFE 22。在根據當前實施例的電池系統102中，多個測量單元20彼此串聯連接，主第二AFE 25是在從高電勢側起的第二測量單元20中包括的第二 AFE 22。因此，電連接到在第二測量單元20中包括的最后的第一 AFE 21的電池單元12的負電極是標準(地)電平。因此， 在最高電勢的測量單元20中的第二 AFE 22發送所收集的數據到主第二 AFE 25。同樣，在比主第二 AFE 25的電勢低的測量單元中的第二 AFE 22按照從低電勢到高電勢的方向發送所收集的數據。如上所述，根據電池系統102的配置確定第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。在當前實施例中，主第二AFE 25、即在從高電勢側起的第二測量單元20中包括的第二AFE 22 連接到第一隔絕器30，并且向其發送數據并從其接收數據。因為用于發送數據的主第二 AFE 25的位置的緣故，所以對應于與兩個測量單元20相應的電池模塊11的電勢差的電壓被施加到第一隔絕器30，因此第一隔絕器30具有如下所需最大容忍電壓該所需最大容忍電壓具有和兩個測量單元20的電壓的電平相同的電平。例如，當前實施例的第一隔絕器30 可以具有電平大約為240V的所需最大容忍電壓。如上所述，根據當前實施例的電池系統102，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器40時，布置在中間電勢的第二 AFE 22被用作用于向第一隔絕器30發送數據的主第二 AFE 25，由此減少第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。圖3是圖示根據另一實施例的電池系統103的圖。參考圖3，電池系統103包括電池10、多個測量單元20、第一隔絕器30和處理器40。當前實施例的電池系統103具有和圖 I的電池系統101類似的配置和功能。每個第二 AFE 22從主第一 AFE 23接收由多個第一 AFE 21獲得的數據。同樣，每個第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的數據并且可以將從其他第二 AFE 22 接收的數據發送到另一第二 AFE 22。在根據當前實施例的電池系統103中，多個測量單元20彼此串聯連接，主第二AFE 25是在從低電勢側起的第二測量單元20中包括的第二 AFE 22。因此，最低電勢的第二 AFE 22發送所收集的數據到主第二 AFE 25。同樣，其電勢比主第二 AFE 25的電勢高的第二 AFE 22按照從高電勢到低電勢的方向發送所收集的數據。主第二 AFE 25變為標準(地)電平。如上所述，根據當前實施例的電池系統103，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器40時，布置在中間電勢的第二 AFE 22被用作用于向第一隔絕器30發送數據的主第二 AFE 25，由此減少第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。如上所述，根據電池系統103的配置確定第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。在當前實施例中，主第二AFE 25、即在從低電勢側起的第二測量單元20中包括的第二AFE 22 連接到第一隔絕器30，并且向其發送數據并從其接收數據。因為用于發送數據的主第二 AFE 25的位置的緣故，所以對應于與最多三個測量單元20相應的電池模塊11的電勢差的電壓被施加到第一隔絕器30，因此第一隔絕器30具有如下所需最大容忍電壓該所需最大容忍電壓具有和三個測量單元20的電壓的電平相同的電平。例如，當前實施例的第一隔絕器30可以具有與大約360V相同的電平的承受電壓(withstand voltage)。如上所述，根據當前實施例的電池系統103，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器40時，布置在中間電勢的第二 AFE 22被用作用于向第一隔絕器30發送數據的主第二 AFE 25，由此減少第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。圖4是圖示根據實施例的控制電池系統101到103的方法的流程圖。參考圖4，獲得在連接到多個第一 AFE 21中的每個的電池模塊11中包括的電池單元12的數據(SlO)。 每個第一 AFE 21將獲得的數據發送到在同一測量單元20中包括的主第一 AFE 23 (Sll)。已經接收到數據并且已經收集了所獲得的數據的主第一 AFE 23向對應的第二 AFE 22發送所收集的數據(S12)。具有所接收的數據的每個第二 AFE22向主第二 AFE 25 發送所接收的數據(S13)。主第二 AFE 25可以是除在最低電勢的測量單元20中包括的第二 AFE 22之外的第二 AFE 22。主第二 AFE25向第一隔絕器30發送所接收的信息(S14)， 并且隔絕器30向處理器40發送信息(S15)。在一些實施例中，以預定的頻率或處理器40 確定的次數來重復該方法。如上所述，根據電池系統101到103，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器 40時，通過適當選擇用于向第一隔絕器30發送數據的主第二 AFE 25的位置來減少第一隔絕器30的所需最大容忍電壓。在圖I到圖4的實施例中，在每個測量單元20中包括的第二 AFE 22從多個第一 AFE 21中處于最低電勢的主第一 AFE 23接收數據，但是本發明不局限于此。也即，在每個測量單元20中包括的第二 AFE 22可以從例如布置在最高電勢的第一 AFE 21或另外電勢的第一 AFE 21中接收數據。同樣，連接到第二 AFE 22的第一 AFE 21的位置可以在測量單元20中改變。例如，最下邊的第一AFE 21可以是最上邊的測量單元20中的主第一AFE 23，而最上邊的第一 AFE 21可以是其他測量單元20中的主第一 AFE 23。在圖I所示的實施例中，當最上邊的第一 AFE 21是最上邊的測量單元20中的主第一 AFE 23時，第一隔絕器30的所需最大容忍電壓沒有減少。因此，在圖I所示的實施例中，除最上邊的第一 AFE 21之外的第一 AFE 21被用作最上邊的測量單元20中的主第一 AFE 23。此外，雖然未示出，但是當除了最下邊的第一AFE 21之外的任意第一AFE 21被設置為最下邊的測量單元20中的主第一 AFE 23時，第一隔絕器30可以從在最下邊的測量單元20中包括的第二 AFE 22接收數據。圖5是圖示根據另一實施例的電池系統104的圖。參考圖5，電池系統104包括電池10、多個測量單元20、第一隔絕器30、處理器40以及多個第二隔絕器60。當前實施例的電池系統104具有和圖I的電池系統101基本相同的配置和功能。第二 AFE 22從主第一 AFE 23接收由多個第一 AFE 21獲得的數據。同樣，第二 AFE 22接收在另一第二 AFE 22中收集的數據，或者將從另一第二 AFE 22接收的數據或從包括該第二 AFE 22的測量單元20的第一 AFE 21中收集的數據發送到另一第二 AFE 22。另外，在當前實施例的電池系統104中，經過第二隔絕器60執行在多個第二 AFE 22之間的數據發送和接收。也即，第二隔絕器60提供第二 AFE 22之間的數據傳輸路徑。 第二隔絕器60分離和隔絕在各測量單元20之間的地。第二隔絕器60可以是任何的各種電路，例如，電平移位電路或光學隔絕器。根據電池系統104的配置確定第一隔絕器30和第二隔絕器60的所需最大容忍電壓。在當前實施例中，經過第二隔絕器60在第二 AFE 22之間發送數據，因此每個第二隔絕器60可以具有大約120V的所需最大容忍電壓。同樣，主第二 AFE 25經過第二隔絕器60 從多個其他第二 AFE 22接收數據，因此第一隔絕器30也可以具有大約120V的所需最大容忍電壓。根據當前實施例的電池系統104，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器40 時，電池系統104被配置為經過第二隔絕器60在第二 AFE 22之間發送所獲得的數據，由此減少第一隔絕器30和第二隔絕器60的所需最大容忍電壓。同樣，如上所述，組件或電路的制造成本不與在組件或電路中要求的所需最大容忍電壓的增加成比例，并且當所需最大容忍電壓的量增加時，制造成本顯著增加。因此，根據當前實施例的電池系統104，雖然增加了隔絕器的數量，但是可以減少制造成本。圖6和圖7是分別圖示根據另一實施例的電池系統105和106的圖。參考圖6和圖7，電池系統105和106與圖5的電池系統104的不同在于，連接第一隔絕器30的主第二 AFE 25處于不同的位置。除此之外，系統105和106具有與圖5的電池系統104類似的配置和功能。圖8是圖示控制電池系統104到106的方法的流程圖。參考圖8，獲得在連接到多個第一 AFE 21中的每個的電池模塊11中包括的電池單元12的數據(S20)。每個第一 AFE 21將所獲得的數據發送到在測量單元20中包括的主第一 AFE 23 (S21)。已經接收到數據并且已經收集了數據的主第一 AFE 23向對應的第二 AFE 22發送所接收和收集的數據(S22)。具有所接收的數據的每個第二 AFE22經過第二隔絕器60向主第二 AFE 25發送所接收的數據(S23)。主第二 AFE 25可以是除最低或最高電勢的測量單元20之外的測量單元20的第二 AFE 22。主第二 AFE 25經由第一隔絕器30向處理器40發送所接收的信息(S24)。如上所述，根據當前實施例的電池系統104到106，當從電池單元12獲得的數據被發送到處理器 40時，可以通過將電池系統104到106配置為經過第二隔絕器60在第二 AFE 22之間發送數據來減少第一隔絕器30和第二隔絕器60的所需最大容忍電壓。同樣，如上所述，組件或電路的制造成本的增加不與組件或電路的所需最大容忍電壓的增加成比例，并且當所需最大容忍電壓的量增加時，制造成本顯著增加。因此，根據電池系統104到106，雖然增加了隔絕器的數量，但是可以減少制造成本。同時，在圖5到圖8中，在每個測量單元20中包括的第二 AFE 22從多個第一 AFE 21中處于最低電勢的主第一 AFE 23接收數據，但是本發明不局限于此。也即，在每個測量單元20中包括的第二 AFE 22可以從例如布置在最高電勢的第一 AFE 21或另外電勢的第一 AFE 21中接收數據。同樣，連接到第二 AFE 22的第一 AFE 21的位置可以在每個測量單元20中改變。 也即，例如，最下邊的第一 AFE 21可以用作最上邊的測量單元20中的主第一 AFE 23，而最上邊的第一 AFE 21可以用作其他測量單元20中的主第一 AFE 23。此外，雖然未示出，但是在圖5到圖8示出的實施例中，第二隔絕器60被布置在測量單元20之間，因此第二隔絕器60可以從在最下邊測量單元20中包括的第二 AFE 22接收數據。圖9是圖示根據實施例的能量存儲系統I的圖。參考圖9，當前實施例的能量存儲系統I從發電系統2和電網(grid) 3向負載4提供電力。發電系統2是用于通過使用能量源產生電力的系統。發電系統2向能量存儲系統 I提供產生的電力。發電系統2可以是例如光伏系統、風力發電系統、潮汐發電系統等，但是本發明不局限于此。發電系統2可以是用于通過使用諸如太陽能熱或地熱的可再生能量來發電的任何發電系統。電網3包括電廠、變電站、電力線等。當電網3處于正常狀態時，電網3對能量存儲系統I供電，從而向負載4和/或電池10供電。電網3也從能量存儲系統I接收電力。 當電網3處于異常狀態時，停止從電網3向能量存儲系統I提供電力，并且也停止從能量存儲系統I向電網3提供電力。負載4消耗由發電系統2產生的電力，存儲在電池10中的電力和從電網3提供的電力。負載4可以是例如家庭、工廠等。能量存儲系統I可以將發電系統2產生的電力存儲在電池10中并且提供電力到電網3。能量存儲系統I可以將存儲在電池10中的電力提供給電網3或在電池10中存儲從電網3提供的電力。當電網3處于異常狀態時，例如，當在電網3中發生電力故障時，能量存儲系統I也可以執行不間斷電源(uninterruptible power supply, UPS)操作以便向負載4供電。當電網3處于正常狀態時，能量存儲系統I也可以向負載4提供由發電系統 2產生的電力或存儲在電池10中的電力。能量存儲系統I包括電力轉換系統(下文稱為PCS) 200、電池管理系統(下文稱為 BMS) 70和電池10。PCS 200將發電系統2、電網3和電池10的電力轉換為合適的電力并且將轉換后的電力提供給所需的地方。該實施例中的PCS 200包括電力轉換單元210、直流(DC)鏈路單元220、逆變器230、轉換器240、第一開關250、第二開關260和集成控制器270。可以使用其他PCS。電力轉換單元210連接在發電系統2和DC鏈路單元220之間。電力轉換單元210 將由發電系統2產生的電力傳遞給DC鏈路單元220，并且電力轉換單元210將輸出電壓轉換為DC鏈路電壓。具體地，當發電系統2通過使用太陽光發電時，電力轉換單元210可以包括最大功率點跟蹤(MPPT)轉換器，用于執行MPPT控制，以便根據太陽光或溫度的量的變化來最大化由發電系統2產生的電力的量。DC鏈路電壓可能由于在發電系統2或電網3中的突然電壓降或在負載4中峰值負載的產生而不穩定。然而，可能需要DC鏈路電壓是穩定的以用于轉換器240和逆變器230的正常操作。DC鏈路單元220可以包括例如用于穩定DC鏈路電壓的大值電容器，并且被連接在電力轉換單元210和逆變器230之間以便維持DC鏈路電壓。逆變器230是連接在DC鏈路單元220和第一開關250之間的電力轉換器。逆變器230可以包括逆變器，其將從發電系統2和/或電池10輸出的DC鏈路電壓轉換為電網 3的交流(AC)電壓并且在放電模式中輸出AC電壓。同樣，逆變器230可以包括整流電路， 其將由電網3提供的AC電壓整流為DC鏈路電壓并且輸出DC鏈路電壓以便在充電模式中在電池10中存儲從電網3提供的電力。逆變器230可以是雙向逆變器或可以包括多個逆變電路。逆變器230可以包括濾波器，用于從要輸出到電網3的AC電壓中去除更高的諧波；以及鎖相環(PLL)電路，用于將從逆變器230輸出的AC電壓的相與電網3的AC電壓的相進行同步。同樣，逆變器230可以執行以下的功能諸如電壓改變范圍限制、功率因子提高、DC分量的消減、對瞬變現象的保護等。轉換器240是連接在DC鏈路單元220和電池10之間的電力轉換器。轉換器240 包括用于DC-DC轉換的轉換器，用于將存儲在電池10中的電力轉換為具有逆變器230所要求的電壓電平的電力，也即DC鏈路電壓，并且在放電模式中輸出DC鏈路電壓。轉換器 240包括用于DC-DC轉換的轉換器，用于在充電模式中將從電力轉換單元210輸出的電力或從逆變器230輸出的電力轉換為具有電池10所要求的電壓電平的電力，也即充電電壓。 轉換器240可以是雙向轉換器或可以包括多個轉換電路。第一開關250和第二開關260在逆變器230和電網3之間彼此串聯連接，并且通過在集成控制器270的控制下執行閉合/斷開操作來控制在發電系統2和電網3之間的電流流動。可以根據發電系統2、電網3和電池10的狀態來執行第一開關250和第二開關260 的閉合/斷開操作。例如，當在負載4中要求大量電力時，第一開關250和第二開關260被導通從而將發電系統2、電網3和電池10的電力提供給負載4。另一方面，當在電網3發生電力故障時，第二開關260被截止而第一開關250被導通。因此,從發電系統2或電池10 輸出的電力可以提供給負載4，并且可以通過防止提供給負載4的電力流進電網3來防止諸如工人被電網3的電力線電擊的事故。集成控制器270監視發電系統2、電網3、電池10和負載4的狀態，并且根據監視的結果控制電力轉換單元210、逆變器230、轉換器240、第一開關250、第二開關260和BMS 70。集成控制器270可以監視在電網3中是否發生電力故障以及是否電力是由發電系統2 產生的。此外，集成控制器270可以監視由發電系統2產生的電力的量、電池10的充電狀態、在負載4中消耗的電力量、時間等。BMS 70連接到電池10并在集成控制器270的控制下控制電池10的充電和放電操作。BMS 70可以執行過充電保護功能、過放電保護功能、過流保護功能、過壓保護功能、過熱保護功能、單元平衡功能等以便保護電池10。為此，BMS 70可以監視電池10的電壓、電流、溫度、剩余電量、壽命、充電狀態等，并且可以向集成控制器270發送監視的結果。電池10存儲由發電系統2產生的電力和電網3的電力，并且向負載4或電網3提供所存儲的電力。可以根據在能量存儲系統I中要求的電力量、設計條件等來確定電池10 的數目。例如，當負載4消耗大量的電力時，可以包括多個電池10，而當負載4消耗少量的電力時，可以僅包括單個電池10。
11
同時，包括電池10和BMS 70的電池系統100可以是在圖I到圖3和圖5到圖7 中描述的電池系統101到106。BMS 70可以包括多個測量單元20、第一隔絕器30、第二隔絕器60、處理器40等。如上所述，在根據當前實施例的能量存儲系統I中，可以減少在電池系統100中包括的第一隔絕器30和/或第二隔絕器60的所需最大容忍電壓，由此減少能量存儲系統1 的安裝成本。應理解這里描述的示范實施例應僅被認為是說明性的用意而非限制的目的。每個實施例中的特征或方面的描述應被一般考慮為可用于其他實施例的相似特征或方面。
權利要求
1.一種電池系統,包括包括多個電池模塊的電池組，每個電池模塊包括至少一個電池單元；和多個測量單元，其中每個測量單元連接到至少兩個電池模塊，其中每個測量單元包括被配置來監視至少兩個電池模塊的至少一個特性的至少兩個第一模擬前端(AFE)，其中每個第一 AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送與所監視的特性有關的信息，該處理器被配置為基于所發送的信息控制該電池組，以及其中隔絕器被配置來從沒有連接到電池模塊中具有最小電勢的電池模塊且沒有連接到電池模塊中具有最大電勢的電池模塊的AFE接收所發送的信息。
2.—種電池系統,包括處理器；與處理器數據通信的隔絕器；包括多個電池模塊的電池組，每個電池模塊包括至少一個電池單元；和多個測量單元，其中每個測量單元連接到多于一個的電池模塊，其中每個測量單元包括被配置來監視所連接的電池模塊的至少一個特性的多個第一模擬前端(AFE)，其中每個第一 AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送指示所監視的特性的信息，其中該處理器被配置為基于電池特性信息控制該電池組，以及其中隔絕器被配置來從沒有連接到具有最小和最大電勢的電池模塊的任何一個的第一 AFE中的一個接收電池特性信息。
3.如權利要求2所述的電池系統，其中，每個測量單元中的多個第一AFE包括所選擇的第一 AFE，被配置來監視連接到該測量單元的電池模塊中的第一電池模塊的特性，和其余第一 AFE，被配置來分別監視連接到該測量單元的電池模塊中、除第一電池模塊之外的其余電池模塊的特性，其中，其余第一 AFE還被配置來向所選擇的第一 AFE發送與其余電池模塊的所監視的特性有關的信息。
4.如權利要求3所述的電池系統，其中，每個測量單元的所選擇的第一AFE被配置來經由第一隔絕器向處理器發送信息。
5.如權利要求3所述的電池系統，其中，每個測量單元還包括第二AFE，連接到所選擇的第一 AFE并連接到另一測量單元的第二 AFE，其中，每個測量單元的第二 AFE被配置來向處理器發送指示第一和其余電池模塊的所監視的特性的信息。
6.如權利要求5所述的電池系統，其中，每個測量單元的所選擇的第一AFE被配置來向第二 AFE發送指示第一和其余電池模塊的所監視的特性的信息。
7.如權利要求6所述的電池系統，其中，每個測量單元的第二AFE被配置來經由第一隔絕器向處理器發送信息。
8.如權利要求5所述的電池系統，其中，測量單元的第二AFE被連接為使得被配置來從第一測量單元的所選擇的第一 AFE接收信息的第二 AFE被配置來向第二測量單元的第二 AFE發送第一測量單元的信息。
9.如權利要求8所述的電池系統，其中，第二測量單元的第二AFE被配置來向處理器發送第一測量單元和第二測量單元的信息。
10.如權利要求8所述的電池系統，其中，測量單元的第二AFE被配置來經由第二隔絕器彼此發送信息。
11.如權利要求8所述的電池系統，其中，測量單元的第二AFE被連接為使得第二測量單元的第二 AFE被配置來另外從第三測量單元的第二 AFE中接收信息。
12.如權利要求11所述的電池系統，其中，第二測量單元的第二AFE被配置來經由與用于從第一測量單元的第二 AFE接收信息的數據路徑不同的數據路徑從第三測量單元的第二 AFE中接收信息。
13.如權利要求2所述的電池系統，其中，每個電池模塊包括串聯連接的多個電池單元。
14.如權利要求3所述的電池系統，其中所選擇的第一AFE被連接到電池模塊中最低電壓的電池模塊。
15.一種能量存儲系統，包括電力轉換系統，被配置來連接到電源和負載；電池管理系統，連接到電力轉換系統；和電池系統，連接到電池管理系統，該電池系統包括處理器；與處理器數據通信的隔絕器；包括多個電池模塊的電池組，每個電池模塊包括至少一個電池單元；知多個測量單元，其中每個測量單元連接到多于一個的電池模塊，其中每個測量單元包括被配置來監視所連接的電池模塊的至少一個特性的多個第一模擬前端(AFE)，其中每個第一 AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送指示所監視的特性的信息，其中該處理器被配置為基于電池特性信息控制該電池組，以及其中隔絕器被配置來從沒有連接具有最小和最大電勢的電池模塊中的任何一個的第一 AFE中的一個接收電池特性信息。
16.如權利要求15所述的能量存儲系統，其中，每個測量單元中的多個第一AFE包括 所選擇的第一 AFE，被配置來監視連接到測量單元的電池模塊中的第一電池模塊的特性，和其余第一 AFE，被配置來分別監視連接到測量單元的電池模塊中、除第一電池模塊之外的其余電池模塊的特性，其中，其余第一 AFE還被配置來向所選擇的第一 AFE發送與其余電池模塊的所監視的特性有關的信息。
17.如權利要求16所述的能量存儲系統，其中，每個測量單元的所選擇的第一AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送信息。
18.如權利要求16所述的能量存儲系統，其中，每個測量單元還包括第二AFE，連接到所選擇的第一 AFE并連接到另一測量單元的第二 AFE，其中每個測量單元的第二 AFE被配置來向處理器發送指示第一和其余電池模塊的所監視的特性的信息。
19.如權利要求18所述的能量存儲系統，其中，每個測量單元的所選擇的第一AFE被配置來向第二 AFE發送指示第一和其余電池模塊的所監視的特性的信息。
全文摘要
公開了一種包括具有減少的最大電壓容忍要求的組件的電池系統和包括其的能量存儲系統。該電池系統包括具有電池模塊的電池組和測量單元，其中測量單元連接到電池模塊。測量單元具有用于監視至少兩個電池模塊的第一模擬前端(AFE)。每個第一AFE被配置來經由隔絕器向處理器發送與所監視的特性有關的信息，該處理器被配置為基于所發送的信息控制該電池組。隔絕器從沒有連接到具有最小電勢的電池模塊且沒有連接到具有最大電勢的電池模塊的AFE中接收所發送的信息。
文檔編號H02J7/00GK102593884SQ201210003068
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者岡田哲也, 尹韓碩, 梁鐘云, 黃義晶 申請人:三星Sdi株式會社