在此通過引用將2015年8月20日遞交的標(biāo)題為“電池系統(tǒng)”的韓國(guó)專利申請(qǐng)10-2015-0117344號(hào)全部并入。

技術(shù)領(lǐng)域

本文描述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電池系統(tǒng)被用在許多領(lǐng)域中并且具有各種各樣的容量。相對(duì)大容量的電池系統(tǒng)可通過將多個(gè)電池模塊彼此并聯(lián)連接來形成。當(dāng)電池模塊彼此并聯(lián)連接時(shí)，由于電池模塊之間的電壓差，可生成浪涌電流(in-rush current)。浪涌電流可引起電池模塊或能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)損壞或故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，一種電池系統(tǒng)包括：第一電池，其經(jīng)由處于短路狀態(tài)中的第一模塊開關(guān)電連接在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間；第二電池，其被處于開路狀態(tài)中的第二模塊開關(guān)與第一電池電隔離；以及電池管理器，其檢測(cè)第一電池的第一電池電壓、第二電池的第二電池電壓以及在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間流動(dòng)的系統(tǒng)電流，基于第一電池電壓和系統(tǒng)電流確定第一電池的開路電壓，并且在開路電壓與第二電池電壓基本相等時(shí)使第二模塊開關(guān)短路以使得至少一個(gè)第二電池與至少一個(gè)第一電池并聯(lián)連接。電池管理器可在第一電池正被充電或放電的同時(shí)將第二電池與第一電池并聯(lián)連接。

當(dāng)?shù)谝浑姵卣环烹姇r(shí)，電池管理器可在第一電池電壓比第二電池電壓低估計(jì)值時(shí)控制第二模塊開關(guān)短路。當(dāng)?shù)谝浑姵卣怀潆姇r(shí)，電池管理器可在第一電池電壓比第二電池電壓高出估計(jì)值時(shí)控制第二模塊開關(guān)短路。

電池管理器可存儲(chǔ)與第一電池的內(nèi)部電阻值相對(duì)應(yīng)的信息，并且確定估計(jì)值是系統(tǒng)電流與第一電池的內(nèi)部電阻值的乘積。電池管理器可基于第一電池電壓的變化相對(duì)于系統(tǒng)電流的變化的傾斜度來估計(jì)第一電池的開路電壓。

電池系統(tǒng)可包括連接在第一節(jié)點(diǎn)和外部端子之間的系統(tǒng)開關(guān)，其中電池管理器在從第一電池釋放的放電電流大于放電參考值時(shí)打開系統(tǒng)開關(guān)并且在被引入到第一電池中的充電電流大于充電參考值時(shí)打開第一模塊開關(guān)。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例，一種電池系統(tǒng)包括：選擇性地彼此并聯(lián)連接的多個(gè)電池模塊；以及系統(tǒng)管理器，其管理電池模塊，其中每個(gè)電池模塊包括：在一對(duì)模塊端子之間與電池串聯(lián)連接的模塊開關(guān)，以及模塊管理器，其檢測(cè)電池的電池電壓和電池電流，向系統(tǒng)管理器發(fā)送與電池電壓和電池電流相對(duì)應(yīng)的信息，并且在系統(tǒng)管理器的控制下切換模塊開關(guān)，并且其中，在電池模塊之中的至少一個(gè)第一電池模塊正被充電或放電的同時(shí)，系統(tǒng)管理器基于每個(gè)電池模塊的電池電壓和電池電流確定使電池模塊之中的至少一個(gè)剩余第二電池模塊的模塊開關(guān)短路的時(shí)機(jī)。

系統(tǒng)管理器可基于第一電池模塊的電池電壓和電池電流確定第一電池模塊的開路電壓，并且當(dāng)開路電壓與第二電池模塊的電池電壓基本相等時(shí)向第二電池模塊的模塊管理單元發(fā)送開關(guān)短路命令。

系統(tǒng)管理器可基于第一電池模塊的電池電壓的變化與第一電池模塊的電池電流的變化的比率來確定第一電池模塊的內(nèi)部電阻值，并且基于第一電池模塊的電池電壓、電池電流和內(nèi)部電阻值來確定第一電池模塊的開路電壓。

在第一電池模塊正被放電的同時(shí)，系統(tǒng)管理器可通過將第一電池模塊的電池電流和內(nèi)部電阻值的乘積與第一電池模塊的電池電壓相加來確定開路電壓，并且在第一電池模塊正被充電的同時(shí)，系統(tǒng)管理器可通過從第一電池模塊的電池電壓中減去第一電池模塊的電池電流和內(nèi)部電阻值的乘積來確定開路電壓。

系統(tǒng)管理器可存儲(chǔ)與第一電池模塊的荷電狀態(tài)(SOC)和第一電池模塊的開路電壓之間的關(guān)系相對(duì)應(yīng)的信息，通過累加第一電池模塊的電池電流來計(jì)算第一電池模塊的SOC，并且基于第一電池模塊的SOC來估計(jì)第一電池模塊的開路電壓。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)其他實(shí)施例，一種裝置包括：檢測(cè)器，其檢測(cè)第一電池的第一電池電壓、第二電池的第二電池電壓和在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間流動(dòng)的電流，其中當(dāng)?shù)谝荒K開關(guān)處于短路狀態(tài)中時(shí)第一電池連接在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間，當(dāng)?shù)诙K開關(guān)處于開路狀態(tài)中時(shí)第二電池與第一電池電隔離；以及電池管理器，其基于第一電池電壓和電流確定第一電池的開路電壓并且在開路電壓與第二電池電壓基本相等時(shí)使第二模塊開關(guān)短路來將第二電池與第一電池并聯(lián)連接。

電池管理器可在第一電池正被充電或放電的同時(shí)將第二電池與第一電池并聯(lián)連接。電池管理器可在第一電池正被放電的時(shí)間期間在第一電池電壓比第二電池電壓低估計(jì)值時(shí)控制第二模塊開關(guān)短路。

電池管理器可在第一電池正被充電的時(shí)間期間在第一電池電壓比第二電池電壓高出估計(jì)值時(shí)控制第二模塊開關(guān)短路。

電池管理器可存儲(chǔ)與第一電池的內(nèi)部電阻值相對(duì)應(yīng)的信息，并且確定估計(jì)值是系統(tǒng)電流與第一電池的內(nèi)部電阻值的乘積。

附圖說明

通過參考附圖詳細(xì)描述示范性實(shí)施例，特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得清楚，附圖中：

圖1圖示了電池系統(tǒng)的一實(shí)施例；

圖2圖示了電池系統(tǒng)的另一實(shí)施例；

圖3圖示了能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的一實(shí)施例；以及

圖4圖示了能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的更詳細(xì)實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在在下文中將參考附圖更充分描述示例實(shí)施例；然而，這些實(shí)施例可以以不同形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為限于本文記載的實(shí)施例。更確切地說，提供這些實(shí)施例是為了使得本公開將會(huì)透徹且完整，并且將會(huì)把示范性實(shí)現(xiàn)方式充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。實(shí)施例可被組合以形成額外的實(shí)施例。

在附圖中，為了圖示的清晰起見，可能夸大層和區(qū)域的尺寸。還要理解，當(dāng)一層或元件被稱為在另一層或基板“上”時(shí)，其可直接在另一層或基板上，或者也可存在居間的層。另外，還要理解，當(dāng)一層被稱為在另一層“下”時(shí)，其可直接在下，并且也可存在一個(gè)或多個(gè)居間的層。此外，還要理解，當(dāng)一層被稱為在兩層“之間”時(shí)，其可以是這兩層之間的唯一層，或者也可能存在一個(gè)或多個(gè)居間層。相似的標(biāo)號(hào)始終指代相似的元素。

當(dāng)一元件被稱為“連接”或“耦合”到另一元件時(shí)，其可直接連接或耦合到另一元件，或者其可間接連接或耦合到另一元件，并且有一個(gè)或多個(gè)居間的元件介于其間。此外，當(dāng)一元件被稱為“包括”一組件時(shí)，這表明該元件還可包括另外的組件，而不是排除另外的組件，除非有不同的公開。

圖1圖示了電池系統(tǒng)100的實(shí)施例，該電池系統(tǒng)100包括電池110、模塊開關(guān)120和電池管理單元130。電池110包括選擇性地彼此并聯(lián)連接的電池110_1至110_n。模塊開關(guān)120包括分別與電池110串聯(lián)連接的模塊開關(guān)120_1至120_n。電池110經(jīng)由模塊開關(guān)120選擇性地連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。

電池110包括經(jīng)由處于短路狀態(tài)中的至少一個(gè)第一模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_1和120_2)連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的至少一個(gè)第一電池(例如，電池110_1和110_2)，和被處于開路狀態(tài)中的至少一個(gè)第二模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_3至120_n)與至少一個(gè)第一電池(例如，電池110_1和110_2)電隔離的至少一個(gè)第二電池(例如，電池110_3至110_n)。

圖1圖示了模塊開關(guān)120_1和120_2處于短路狀態(tài)中并且模塊開關(guān)120_3至120_n處于開路狀態(tài)中的示例。處于短路狀態(tài)中的模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_1和120_2)被稱為第一模塊開關(guān)，并且處于開路狀態(tài)中的模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_3至120_n)可被稱為第二模塊開關(guān)。被處于短路狀態(tài)中的第一模塊開關(guān)連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的電池(例如，電池110_1和110_2)可被稱為第一電池。被處于開路狀態(tài)中的第二模塊開關(guān)與第一電池電隔離的電池(例如，電池110_3至110_n)可被稱為第二電池。

第一電池(例如，電池110_1和110_2)彼此并聯(lián)連接，并且可朝著連接到外部端子101和102的電負(fù)載釋放電流或者可被連接到外部端子101和102的充電設(shè)備充電。根據(jù)模塊開關(guān)120的狀態(tài)，可以從概念上定義第一電池和第二電池以及第一模塊開關(guān)和第二模塊開關(guān)。

在圖1的說明性示例中，兩個(gè)模塊開關(guān)120_1和120_2處于短路狀態(tài)中。另外，所有的模塊開關(guān)120在電池系統(tǒng)100操作之前可處于開路狀態(tài)中，并且所有的模塊開關(guān)120在最終可處于短路狀態(tài)中。處于短路狀態(tài)中的模塊開關(guān)的數(shù)目可不多于n。處于短路狀態(tài)中的模塊開關(guān)的數(shù)目在另一實(shí)施例中可以是至少1到小于n。

電池管理單元130檢測(cè)第一電池(例如，電池110_1和110_2)的第一電池電壓(例如，電池電壓V1和V2)，第二電池(例如，電池110_3至110_n)的第二電池電壓(例如，電池電壓V3-Vn)，和在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間流動(dòng)的系統(tǒng)電流I。電池管理單元130可包括檢測(cè)器135來檢測(cè)這些電壓。

電池管理單元130基于第一電池電壓(例如，電池電壓V1和V2)和系統(tǒng)電流I確定第一電池(例如，電池110_1和110_2)的開路電壓。當(dāng)開路電壓變得基本上等于第二電池電壓(例如，電池電壓V3-Vn)時(shí)，電池管理單元130將第二模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_3至120_n)短路并且將第二電池(例如，電池110_3至110_n)與第一電池(例如，電池110_1和110_2)并聯(lián)連接。

每個(gè)電池110包括至少一個(gè)電池單元111。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)電池110包括多個(gè)電池單元111。電池單元111可彼此串聯(lián)連接，可彼此并聯(lián)連接，或者可按串聯(lián)和并聯(lián)布置的組合彼此連接。每個(gè)電池110中的電池單元111的數(shù)目可例如根據(jù)要求的輸出電壓來確定。

電池110可選擇性地彼此并聯(lián)連接，并且可經(jīng)由兩個(gè)外部端子101和102連接到負(fù)載和/或充電設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，外部端子101和102可連接到雙向轉(zhuǎn)換器。電池系統(tǒng)100可經(jīng)由雙向轉(zhuǎn)換器向負(fù)載供應(yīng)電力或者可從充電設(shè)備接收電力。

每個(gè)電池單元111可包括可充電二次電池。例如，電池單元111例如可包括鎳鎘電池、鉛蓄電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰離子電池和鋰聚合物電池。

電池110可經(jīng)由模塊開關(guān)120選擇性地彼此并聯(lián)連接。電池110可經(jīng)由模塊開關(guān)120選擇性地連接在第一和第二節(jié)點(diǎn)N1和N2之間?？衫绺鶕?jù)外部控制信號(hào)來控制選擇性連接。模塊開關(guān)120可由電池管理單元130直接控制。根據(jù)另一示例，電池管理單元130可發(fā)送用于控制模塊開關(guān)120的短路和開路的控制命令。控制設(shè)備(例如，模擬前端電路)可接收該控制命令并且可使模塊開關(guān)120短路或開路。模塊開關(guān)120可包括例如繼電器或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field effect transistor，F(xiàn)ET)開關(guān)。

電池管理單元130檢測(cè)電池110各自的電池電壓V1-Vn。電池管理單元130可連接到電池110的陽極和第二節(jié)點(diǎn)N2以便檢測(cè)電池110的電池電壓V1-Vn。在圖1所示的示例中，由于第一電池110_1和110_2彼此并聯(lián)連接，所以第一電池110_1的電池電壓V1可與第二電池110_2的電池電壓V2基本相同。電池管理單元130可以為第一電池110_1和110_2之中的一個(gè)電池(例如，110_1)檢測(cè)電池電壓(例如，V1)。

由于第二電池110_3至110_n彼此電隔離，所以其各自的電池電壓V3-Vn可彼此不同。電池管理單元130檢測(cè)第二電池110_3至110_n各自的電池電壓V3-Vn。

電池管理單元130可包括用于檢測(cè)電池110各自的電池電壓V1-Vn的電池電壓檢測(cè)器。電池電壓檢測(cè)器可包括用于經(jīng)由連接在電池110的陽極和陰極之間的分壓器把電池110的電池電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter，ADC)。

電池管理單元130可檢測(cè)電池110各自的電池電流I1-In。電池管理單元130可連接到電流傳感器以檢測(cè)電池110的電池電流I1-In。

連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的第一電池(例如，電池110_1和110_2)可被充電或放電，并且電池電流I1和I2可不為0。在一個(gè)實(shí)施例中，電池電流I1和I2在放電期間具有正值并且電池電流I1和I2在充電期間具有負(fù)值，或者相反。

如圖1中所示，當(dāng)多個(gè)第一電池110_1和110_2彼此并聯(lián)連接時(shí)，電池電流I1可與電池電流I2相同。當(dāng)電池110_1和電池110_2未能確立均衡狀態(tài)時(shí)，電池電流I1可不同于電池電流I2。電池電流I1和電池電流I2之間的差異可由于電池110_1和電池110_2之間的不平衡而生成。

由于第二電池(例如，電池110_3至110_n)由于開路的第二模塊開關(guān)(例如，模塊開關(guān)120_3至120_n)而與外部端子101和102隔離，所以電池電流I3-In基本為0。電池管理單元130可將電池電流I3-In認(rèn)為是0，而不測(cè)量電池電流I3-In。

電池管理單元130可通過累加電池電流I1-In來計(jì)算經(jīng)由外部端子101和102發(fā)射或引入的系統(tǒng)電流I。在圖1所示的示例中，電池管理單元130可通過只累加連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的第一電池110_1和110_2的電池電流I1和I2來計(jì)算系統(tǒng)電流I。系統(tǒng)電流I可以是在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間流動(dòng)的電流。根據(jù)另一示例，電池管理單元130可包括用于直接感測(cè)經(jīng)由外部端子101和102流動(dòng)的系統(tǒng)電流I的電流傳感器。電池管理單元130可經(jīng)由該電流傳感器直接測(cè)量系統(tǒng)電流I。

電池管理單元130可周期性地——例如按預(yù)定周期(例如，100ms)的間隔——檢測(cè)電池110的電池電壓V1-Vn和電池電流I1-In。

電池管理單元130可基于電池110的電池電壓V1-Vn和系統(tǒng)電流I來確定通過將第二模塊開關(guān)切換到短路狀態(tài)來將第二電池(例如，電池110_3至110_n)并聯(lián)連接到第一電池(例如，電池110_1和110_2)的時(shí)機(jī)。

電池管理單元130可基于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2和系統(tǒng)電流I來確定第一電池110_1和110_2的開路電壓。第一電池110_1和110_2可被充電或放電。當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2正被充電時(shí)，第一電池110_1和110_2的荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)增大并且第一電池110_1和110_2的開路電壓增大。另一方面，當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2正被放電時(shí)，第一電池110_1和110_2的SOC減小并且第一電池110_1和110_2的開路電壓也減小。

例如，電池管理單元130可確定第一電池110_1和110_2的開路電壓是與系統(tǒng)電流I成比例的值和電池電壓V1和V2的和。例如，當(dāng)電池電壓V1和V2各自是48V并且系統(tǒng)電流I是10A時(shí)，電池管理單元130可確定第一電池110_1和110_2的開路電壓各自是49V。

當(dāng)電池電壓V1和V2各自是48V并且系統(tǒng)電流I是20A時(shí)，電池管理單元130可確定第一電池110_1和110_2的開路電壓各自是50V。

當(dāng)電池電壓V1和V2各自是48V并且系統(tǒng)電流I是-10A時(shí)，電池管理單元130可確定第一電池110_1和110_2的開路電壓各自是47V。

當(dāng)電池電壓V1和V2各自是48V并且系統(tǒng)電流I是-20A時(shí)，電池管理單元130可確定第一電池110_1和110_2的開路電壓各自是46V。

當(dāng)?shù)诙姵?例如，電池110_3至110_n)的電池電壓(例如，電池電壓V3-Vn)之一(例如，V3)變得與第一電池110_1和110_2的開路電壓基本相同時(shí)，電池管理單元130可將與電池110_3相對(duì)應(yīng)的模塊開關(guān)120_3切換到短路狀態(tài)。電池110_3可與第一電池110_1和110_2并聯(lián)連接，并且電池110_3可與第一電池110_1和110_2一起被充電或放電(電壓可在其完全相等或者其間的差異小于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)被認(rèn)為基本相同)。

由于第二電池110_3至110_n處于正被開路狀態(tài)中的第二模塊開關(guān)120_3至120_n充電或放電的狀態(tài)中(例如，處于開路狀態(tài)中)，所以第二電池110_3至110_n的電池電壓V3-Vn是第二電池110_3至110_n的開路電壓。當(dāng)電池110_3的開路電壓(例如，電池電壓V3)與第一電池110_1和110_2的開路電壓基本相同時(shí)，電池110_3與第一電池110_1和110_2處于基本均衡狀態(tài)中。從而，即使在與電池110_3相對(duì)應(yīng)的模塊開關(guān)120_3被切換到短路狀態(tài)的時(shí)刻，在電池110_3與第一電池110_1和110_2之間也不生成浪涌電流。因此，即使當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2正被充電或放電時(shí)，電池110_3也可被穩(wěn)定地并聯(lián)連接到第一電池110_1和110_2。

以上是對(duì)第二電池110_3至110_n之中的電池110_3被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的方法的描述。第二電池110_3至110_n之中的剩余電池110_4至110_n可通過與電池110_3被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的方式相同的方式被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。

電池管理單元130可被配置成使得在連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的至少一個(gè)第一電池(例如，電池110_1和110_2)正被充電或放電的同時(shí)，第二電池(例如，電池110_3)不被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。以這種方式，所有的電池110_1至110_n可被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。

將第二電池110_3至110_n連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間的時(shí)機(jī)是基于電池電壓V1-Vn和系統(tǒng)電流I來確定的。結(jié)果，不生成浪涌電流。從而，為了將不平衡的電池置于均衡狀態(tài)中，不需要對(duì)具有高開路電壓的電池放電的時(shí)間并且不會(huì)不必要地消耗電池中儲(chǔ)存的電能量。

在電池系統(tǒng)100將至少一個(gè)電池連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間之后，電池系統(tǒng)100的操作可只利用該至少一個(gè)電池立即開始。其他電池根據(jù)上述方法在電池系統(tǒng)100的操作期間被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間，而不生成浪涌電流。

根據(jù)一實(shí)施例，在第一電池110_1和110_2正被放電的同時(shí)，第一電池110_1和110_2的開路電壓高于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2。由于因第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻和放電電流而發(fā)生的電壓降，電池電壓V1和V2變得低于第一電池110_1和110_2的開路電壓。

例如，即使當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2的開路電壓的每一者是50V時(shí)，如果第一電池110_1和110_2正被放電到10A，例如如果系統(tǒng)電流I是10A，那么第一電池電壓V1和V2的每一者也可能是49V。如果第一電池110_1和110_2正被放電到20A，例如如果系統(tǒng)電流I是20A，則第一電池電壓V1和V2的每一者可為48V。電池管理單元130可基于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2和系統(tǒng)電流I來估計(jì)第一電池110_1和110_2的開路電壓。

當(dāng)在第一電池110_1和110_2正被放電的同時(shí)第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2的每一者比第二電池110_3的電池電壓V3低估計(jì)值時(shí)，電池管理單元130可控制第二模塊開關(guān)120_3短路。該估計(jì)值可例如基于第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值和系統(tǒng)電流I來確定。

在第一電池110_1和110_2正被充電的同時(shí)，第一電池110_1和110_2的開路電壓低于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2。由于因第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻和充電電流而發(fā)生的電壓降，電池電壓V1和V2變得高于第一電池110_1和110_2的開路電壓。

例如，即使當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2的開路電壓的每一者是50V時(shí)，如果第一電池110_1和110_2正被以10A充電，例如如果系統(tǒng)電流I是-10A，那么第一電池電壓V1和V2也可能各自為51V。如果第一電池110_1和110_2正被以20A充電，例如如果系統(tǒng)電流I是-20A，則第一電池電壓V1和V2可各自為52V。電池管理單元130可基于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2和系統(tǒng)電流I來估計(jì)第一電池110_1和110_2的開路電壓。

當(dāng)在第一電池110_1和110_2正被充電的同時(shí)第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2比第二電池110_3的電池電壓V3高出估計(jì)值時(shí)，電池管理單元130可控制第二模塊開關(guān)120_3短路。該估計(jì)值可例如基于第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值和系統(tǒng)電流I來確定。

例如，該估計(jì)值可被確定為第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值和系統(tǒng)電流I的乘積。第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值對(duì)應(yīng)于彼此并聯(lián)連接的第一電池110_1和110_2兩者的內(nèi)部電阻值。電池管理單元130可存儲(chǔ)關(guān)于第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值的信息。

如圖1的示例中那樣，當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2彼此并聯(lián)連接時(shí)，第一電池110_1和110_2兩者的內(nèi)部電阻值可被確定為當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1的內(nèi)部電阻與第一電池110_2的內(nèi)部電阻并聯(lián)連接時(shí)的電阻值。電池管理單元130可存儲(chǔ)關(guān)于電池110_1至110_n各自的內(nèi)部電阻值的信息。

電池110_1至110_n各自的內(nèi)部電阻值可取決于電池110_1至110_n的老化的不同程度而變化。隨著電池110_1至110_n老化，電池110_1至110_n的內(nèi)部電阻值增大。

電池管理單元130可基于第一電池110_1和110_2的電池電壓V1和V2和系統(tǒng)電流I來確定第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值。根據(jù)一示例，電池管理單元130可基于電池電壓V1和V2的變化相對(duì)于系統(tǒng)電流I的變化的斜率來確定第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值。例如，當(dāng)系統(tǒng)電流I是10A時(shí)，電池電壓V1和V2的每一者是49V。當(dāng)系統(tǒng)電流I是20A時(shí)，電池電壓V1和V2的每一者是48V。第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值的每一者可被確定為0.1Ω。電池管理單元130可利用第一電池110_1和110_2的內(nèi)部電阻值來估計(jì)第一電池110_1和110_2的開路電壓的每一者為50V。

電池系統(tǒng)100還可包括連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和外部端子101之間的系統(tǒng)開關(guān)140。系統(tǒng)開關(guān)140可由電池管理單元130控制。電池管理單元130可使系統(tǒng)開關(guān)140短路以對(duì)電池110的任何一者充電或放電。

電池管理單元130可在從第一電池110_1和110_2分別發(fā)出的電池電流I1和I2大于放電參考值時(shí)打開系統(tǒng)開關(guān)140。放電參考值可取決于電池110_1和110_2各自的電容而變化。電池電流I1和I2的放電參考值可例如是300A。

電池管理單元130可在分別引入到與第一模塊開關(guān)120_1和120_2相對(duì)應(yīng)的第一電池110_1和110_2中的電池電流I1和I2大于充電參考值時(shí)打開第一模塊開關(guān)120_1和120_2。充電參考值可取決于電池110_1和110_2各自的電容而變化。電池電流I1和I2的充電參考值可例如是20A。當(dāng)?shù)谝浑姵?10_1和110_2變得不平衡并且在第一電池110_1和110_2之間流動(dòng)的電流增大時(shí)，電池電流I1和I2可超過充電參考值。當(dāng)在并聯(lián)連接的第一電池110_1和110_2之間發(fā)生重大不平衡時(shí)(例如，大于預(yù)定值)，不平衡的電池被與其他電池隔離，從而保護(hù)電池系統(tǒng)100。

當(dāng)電池系統(tǒng)100最初被驅(qū)動(dòng)時(shí)，電池110_1至110_n之一可被連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。電池管理單元130可首先使與具有最高或最低電池電壓的電池連接的模塊開關(guān)短路。

根據(jù)一實(shí)施例，電池管理單元130可基于電池系統(tǒng)100的操作模式和電池110_1至110_n的電池電壓V1-Vn來確定電池110_1至110_n的連接順序。電池系統(tǒng)100的操作模式可以是充電模式和放電模式之一。在充電模式中，電流被從充電設(shè)備引入到電池系統(tǒng)100。在放電模式中，電流被從電池系統(tǒng)100朝負(fù)載輸出。根據(jù)一實(shí)施例，電池管理單元130可基于電池110_1至110_n的電池電壓V1-Vn或SOC來確定是對(duì)電池系統(tǒng)100充電還是放電。

根據(jù)另一示例，電池管理單元130可基于由連接到電池系統(tǒng)100的充電設(shè)備發(fā)送的控制信號(hào)來確定操作模式。例如，充電設(shè)備可以是連接到電池系統(tǒng)100的雙向轉(zhuǎn)換器?？蓮碾p向轉(zhuǎn)換器或與雙向轉(zhuǎn)換器連接的總控制器接收用于控制操作模式的控制信號(hào)。

當(dāng)電池系統(tǒng)100的操作模式是放電模式時(shí)，電池管理單元130可首先使與具有最高電池電壓的電池連接的模塊開關(guān)短路。由于電池系統(tǒng)100當(dāng)在放電模式中操作時(shí)向連接到外部端子101和102的負(fù)載供應(yīng)電能量，所以電池110可按照從具有最高電池電壓的電池110到具有最低電池電壓的電池110的電池電壓的順序被并聯(lián)連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。

當(dāng)電池系統(tǒng)100的操作模式是充電模式時(shí)，電池管理單元130可首先使與具有最低電池電壓的電池連接的模塊開關(guān)短路。由于電池系統(tǒng)100當(dāng)在充電模式中操作時(shí)從連接到外部端子101和102的充電設(shè)備接收電能量，所以電池110可按照從具有最低電池電壓的電池110到具有最高電池電壓的電池110的電池電壓的順序被并聯(lián)連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間。

圖2圖示了電池系統(tǒng)200的另一實(shí)施例，該電池系統(tǒng)200包括選擇性地彼此并聯(lián)連接的電池模塊210，和用于管理電池模塊210的系統(tǒng)管理單元220。電池模塊210包括電池模塊210_1至210_n。

每個(gè)電池模塊210包括分別與第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2連接的一對(duì)模塊端子。每個(gè)電池模塊210包括在第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2之間彼此串聯(lián)連接的模塊開關(guān)213和電池211，和模塊管理單元215。模塊管理單元215檢測(cè)電池211的電池電壓和電池電流，向系統(tǒng)管理單元220發(fā)送關(guān)于電池電壓和電池電流的信息，并且在系統(tǒng)管理單元220的控制下切換模塊開關(guān)213。

圖2圖示了電池模塊210_1的模塊開關(guān)213處于短路狀態(tài)中并且電池模塊210_2至210_n的模塊開關(guān)213處于開路狀態(tài)中的示例。像電池模塊210_1那樣的包括短路的模塊開關(guān)213的電池模塊可被稱為第一電池模塊，并且像電池模塊210_2至210_n那樣的包括開路的模塊開關(guān)213的電池模塊可被稱為第二電池模塊。本實(shí)施例涉及一種在第一電池模塊正被充電或放電的同時(shí)將第二電池模塊并聯(lián)連接到第一電池模塊的方法。根據(jù)第一電池模塊的狀態(tài)，第二電池模塊按照根據(jù)第二電池模塊的狀態(tài)確定的順序被并聯(lián)連接到第一電池模塊。

下面將描述第二電池模塊(例如，210_2)被并聯(lián)連接到第一電池模塊(例如，210_1)的操作。以這種方式，所有的第二電池模塊可被并聯(lián)連接到第一電池模塊。

在電池模塊210(例如，電池模塊210中的一些)之中的至少一個(gè)第一電池模塊(例如，210_1)正被充電或放電的同時(shí)，系統(tǒng)管理單元220基于電池模塊210各自的電池電壓和各自的電池電流確定使電池模塊210之中的至少一個(gè)剩余第二電池模塊(例如，210_2至210_n)的模塊開關(guān)213短路的時(shí)機(jī)。系統(tǒng)管理單元220向模塊管理單元215發(fā)送控制命令以在所確定的時(shí)機(jī)使模塊開關(guān)213短路。模塊管理單元215根據(jù)該控制命令使模塊開關(guān)213短路。

當(dāng)不平衡的電池211彼此并聯(lián)連接時(shí)，浪涌電流在不平衡的電池211彼此連接時(shí)生成。根據(jù)本實(shí)施例，系統(tǒng)管理單元220確定電池211基本處于均衡狀態(tài)的時(shí)機(jī)。電池211在所確定的時(shí)機(jī)彼此并聯(lián)連接。從而，可防止或減小浪涌電流。

電池系統(tǒng)200包括一對(duì)外部端子201和202，負(fù)載或充電設(shè)備可連接到該對(duì)外部端子201和202。電池系統(tǒng)200還可包括連接在第一節(jié)點(diǎn)N1和外部端子201之間的系統(tǒng)開關(guān)140。系統(tǒng)開關(guān)140可連接在第二節(jié)點(diǎn)N2和外部端子202之間。

電池211和模塊開關(guān)213分別對(duì)應(yīng)于上文參考圖1描述的電池110和模塊開關(guān)120。系統(tǒng)管理單元220和模塊管理單元215可對(duì)應(yīng)于上文參考圖1描述的電池管理單元130。換言之，上文參考圖1描述的電池管理單元130可包括連接以彼此通信的系統(tǒng)管理單元220和模塊管理單元215。

系統(tǒng)管理單元220可經(jīng)由通信總線連接到模塊管理單元215。例如，系統(tǒng)管理單元220和模塊管理單元215之間的通信協(xié)議可以是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(controller area network，CAN)通信協(xié)議。在另一實(shí)施例中，可使用不同的通信協(xié)議。系統(tǒng)管理單元220可被稱為機(jī)架電池管理系統(tǒng)(battery management system，BMS)或主BMS，并且模塊管理單元215可被稱為模塊BMS、托盤BMS或從BMS。

模塊管理單元215可測(cè)量電池211的電池電壓和電池電流并且向系統(tǒng)管理單元220發(fā)送指示測(cè)量到的電池電壓和測(cè)量到的電池電流的信息。系統(tǒng)管理單元220可從模塊管理單元215接收指示電池電壓和電池電流的信息。

系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊的電池電壓和/或電池電流的信息確定第一電池模塊的開路電壓。當(dāng)?shù)谝浑姵啬K正被放電時(shí)，第一電池模塊的開路電壓減小。當(dāng)?shù)谝浑姵啬K正被充電時(shí)，第一電池模塊的開路電壓增大。換言之，由于第一電池模塊正被充電或放電，第一電池模塊的開路電壓可變化。

系統(tǒng)管理單元220周期性地確定第一電池模塊的開路電壓。當(dāng)?shù)谝浑姵啬K的開路電壓與第二電池模塊的電池電壓基本相同時(shí)，系統(tǒng)管理單元220向第二電池模塊的模塊管理單元發(fā)送控制命令來使第二電池模塊的模塊開關(guān)短路。結(jié)果，第二電池模塊被并聯(lián)連接到第一電池模塊。第二電池模塊的模塊管理單元接收該控制命令并且使模塊開關(guān)短路。結(jié)果，第二電池模塊被并聯(lián)連接到第一電池模塊。

根據(jù)一示例，系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊的電池電壓的變化與第一電池模塊的電池電流的變化的比率來確定第一電池模塊的內(nèi)部電阻值。系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊的電池電壓、電池電流和/或內(nèi)部電阻值來確定第一電池模塊的開路電壓。例如，當(dāng)?shù)谝浑姵啬K正被放電時(shí)，系統(tǒng)管理單元220可確定開路電壓為第一電池模塊的電池電流和內(nèi)部電阻值的乘積與第一電池模塊的電池電壓的和。當(dāng)?shù)谝浑姵啬K正被充電時(shí)，系統(tǒng)管理單元220可確定開路電壓為第一電池模塊的電池電流和內(nèi)部電阻值的乘積與第一電池模塊的電池電壓之間的差。

根據(jù)另一示例，系統(tǒng)管理單元220可存儲(chǔ)表示第一電池模塊的SOC與其開路電壓之間的關(guān)系的信息。在第一電池模塊的充電和放電停止后經(jīng)過了穩(wěn)定時(shí)間之后，系統(tǒng)管理單元220可確定第一電池模塊的電池電壓為第一電池模塊的開路電壓。系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊的開路電壓確定第一電池模塊的SOC。然后，當(dāng)?shù)谝浑姵啬K被充電或放電時(shí)，系統(tǒng)管理單元220加上第一電池模塊的電池電流，從而計(jì)算第一電池模塊的SOC。系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊的SOC估計(jì)正被充電或放電的第一電池模塊的開路電壓。

除了電池211的電池電壓和電池電流以外，模塊管理單元215也測(cè)量電池211中的電池單元的單元電壓。模塊管理單元214將測(cè)量到的單元電壓發(fā)送給系統(tǒng)管理單元220。模塊管理單元215測(cè)量電池211的溫度并且將測(cè)量到的溫度發(fā)送給系統(tǒng)管理單元220。系統(tǒng)管理單元220收集電池211的參數(shù)(例如，單元電壓、充電和放電電流以及溫度)并且確定電池211的SOC和/或健康狀態(tài)(state of health，SOH)。

模塊管理單元215可控制模塊開關(guān)213。例如，模塊管理單元215使模塊開關(guān)213短路或開路。模塊開關(guān)213可包括例如繼電器或FET。模塊管理單元215可根據(jù)由系統(tǒng)管理單元220發(fā)送的控制命令來控制模塊開關(guān)213。

一種操作電池系統(tǒng)200的方法的實(shí)施例。假定在電池系統(tǒng)200開始操作之前，電池模塊210的模塊開關(guān)213開路。

模塊管理單元215可測(cè)量電池模塊210的電池電壓和電池電流并且向系統(tǒng)管理單元220發(fā)送測(cè)量到的電池電壓和測(cè)量到的電池電流。電池模塊210_1的電池電壓可以是最高的，電池模塊210_2的電池電壓可以是第二高的，電池模塊210_3的電池電壓可以是第三高的，并且相應(yīng)地電池模塊210_n的電池電壓可以是最低的。電池模塊的電池電壓在另一實(shí)施例中可以不同。

系統(tǒng)管理單元220可基于電池模塊210的SOC和/或外部環(huán)境或參數(shù)來確定是對(duì)電池模塊210充電還是放電。以下可對(duì)應(yīng)于當(dāng)系統(tǒng)管理單元220確定系統(tǒng)管理單元220要被放電時(shí)。系統(tǒng)管理單元220可向電池模塊210_1的模塊管理單元215發(fā)送開關(guān)短路命令。電池模塊210_1的模塊管理單元215可使其模塊開關(guān)213短路。電池系統(tǒng)200的當(dāng)前狀態(tài)如圖2中所示。

系統(tǒng)管理單元220可利用電池模塊210_1向連接到外部端子201和202的電負(fù)載供應(yīng)電能量。由于電池模塊210_1正被放電，所以電池模塊210_1的開路電壓緩慢減小。電池模塊210_1的模塊管理單元215可周期性地測(cè)量電池模塊210_1的電池電壓和電池電流并且向系統(tǒng)管理單元220發(fā)送周期性測(cè)量的電池電壓和電池電流。

系統(tǒng)管理單元220可基于周期性測(cè)量到的電池模塊210_1的電池電壓和電池電流來周期性地確定電池模塊210_1的開路電壓。

由于電池模塊210_1正被放電，所以可出現(xiàn)電池模塊210_1的開路電壓與電池模塊210_2的電池電壓基本相同的時(shí)刻。此時(shí)刻可不同于電池模塊210_1的電池電壓與電池模塊210_2的電池電壓基本相同的時(shí)刻。根據(jù)本實(shí)施例，系統(tǒng)管理單元220在電池模塊210_1的開路電壓與電池模塊210_2的電池電壓基本相同的時(shí)刻，而不是在電池模塊210_2的電池電壓與電池模塊210_1的電池電壓相同的時(shí)刻，發(fā)送控制命令。由于電池模塊210_2未被充電或放電，所以電池模塊210_2的電池電壓可被認(rèn)為是電池模塊210_2的開路電壓。

系統(tǒng)管理單元220可感測(cè)電池模塊210_1的開路電壓與電池模塊210_2的電池電壓基本相同的時(shí)刻，并且可在這個(gè)感測(cè)到的時(shí)刻向電池模塊210_2的模塊管理單元215發(fā)送開關(guān)短路命令。電池模塊210_2的模塊管理單元215可接收開關(guān)短路命令并且使其模塊開關(guān)213短路。從而，電池模塊210_2并聯(lián)連接到電池模塊210_1。電池模塊210_1的電池電壓可與電池模塊210_2的電池電壓相同。電池模塊210_2向電池模塊210_1供應(yīng)電能量并且也向負(fù)載供應(yīng)電能量(電池模塊210_1和210_2可被稱為第一電池模塊210_1和210_2)。

系統(tǒng)管理單元220可基于第一電池模塊210_1和210_2的電池電壓和電池電流確定第一電池模塊210_1和210_2的開路電壓。第一電池模塊210_1和210_2的電池電流可由系統(tǒng)管理單元220例如經(jīng)由安裝在電池系統(tǒng)200內(nèi)的高電流路徑上的電流傳感器來測(cè)量。

由于第一電池模塊210_1和210_2正被放電，所以第一電池模塊210_1和210_2的開路電壓逐漸減小，可出現(xiàn)第一電池模塊210_1和210_2的開路電壓與電池模塊210_3的電池電壓基本相同的時(shí)刻。系統(tǒng)管理單元220可感測(cè)第一電池模塊210_1和210_2的開路電壓與電池模塊210_3的電池電壓基本相同的時(shí)刻，并且可在這個(gè)感測(cè)到的時(shí)刻向電池模塊210_3的模塊管理單元215發(fā)送開關(guān)短路命令。

電池模塊210_3的模塊管理單元215可接收開關(guān)短路命令并且使其模塊開關(guān)213短路。從而，電池模塊210_3被并聯(lián)連接到第一電池模塊210_1和210_2，并且向第一電池模塊210_1和210_2以及向負(fù)載供應(yīng)電能量(電池模塊210_1至210_3可被稱為第一電池模塊210_1至210_3)。以這種方式，電池模塊210_n也被并聯(lián)連接到第一電池模塊。

根據(jù)本實(shí)施例，不會(huì)為了使電池模塊210處于均衡狀態(tài)而不必要地輸出儲(chǔ)存在電池模塊210中的電能量。此外，由于使電池模塊210處于均衡狀態(tài)中的過程是在電池系統(tǒng)200的操作期間實(shí)現(xiàn)的，所以電池系統(tǒng)200可立即開始操作。

圖3圖示了能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1及其周邊的示例。

參考圖3，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1與發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3鏈接并且向負(fù)載4提供電力。能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1包括儲(chǔ)存電力的電池系統(tǒng)20和電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(power conversion system，PCS)10)。PCS 10把從發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和/或電池系統(tǒng)20供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換成適當(dāng)類型的電力。轉(zhuǎn)換后的電力被供應(yīng)給負(fù)載4、電池系統(tǒng)20和/或電網(wǎng)3。

發(fā)電系統(tǒng)2從能量源生成電力。發(fā)電系統(tǒng)2將生成的電力供應(yīng)給能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1。發(fā)電系統(tǒng)2可包括日光發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和潮汐發(fā)電系統(tǒng)中的至少一者。例如，發(fā)電系統(tǒng)2可包括所有利用例如太陽熱或地?zé)嶂惖男碌那铱稍偕哪芰可呻娏Φ陌l(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)2可包括并聯(lián)連接的多個(gè)發(fā)電模塊以例如作為大容量能量系統(tǒng)工作。

電網(wǎng)3可包括發(fā)電廠、變電所、傳輸線，等等。當(dāng)電網(wǎng)3處于正常狀態(tài)中時(shí)，電網(wǎng)3可向負(fù)載4和/或電池系統(tǒng)20供應(yīng)電力或者可從電池系統(tǒng)20和/或發(fā)電系統(tǒng)2接收電力。當(dāng)電網(wǎng)3處于異常狀態(tài)中時(shí)，在電網(wǎng)3和能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1之間可不傳輸電力。

負(fù)載4消耗由發(fā)電系統(tǒng)2生成、儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中和/或從電網(wǎng)3供應(yīng)的電力。例如，負(fù)載4可對(duì)應(yīng)于例如包括能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1的家庭或工廠中的電氣設(shè)備。

由發(fā)電系統(tǒng)2生成的電力可被儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中和/或由能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1供應(yīng)到電網(wǎng)3。能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1可以把儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中的電力供應(yīng)給電網(wǎng)3或者可以把來自電網(wǎng)3的電力儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中。此外，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1可以把由發(fā)電系統(tǒng)2生成和/或在電池系統(tǒng)20中儲(chǔ)存的電力供應(yīng)給負(fù)載4。當(dāng)電網(wǎng)3處于異常狀態(tài)(例如，停電狀態(tài))中時(shí)，能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1可作為把由發(fā)電系統(tǒng)2生成或儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中的電力供應(yīng)給負(fù)載4的不間斷電源(uninterruptible power supply，UPS)工作。

圖4圖示了包括用于轉(zhuǎn)換電力的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)10、電池系統(tǒng)20、第一開關(guān)30和第二開關(guān)40的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1的示例。電池系統(tǒng)20可包括電池21和電池管理單元22。

PCS 10把從發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和電池系統(tǒng)20供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換成適當(dāng)類型的電力。轉(zhuǎn)換后的電力被供應(yīng)給負(fù)載4、電池系統(tǒng)20和/或電網(wǎng)3。PCS 10包括電力轉(zhuǎn)換單元11、直流(DC)環(huán)節(jié)單元12、逆變器13、轉(zhuǎn)換器14和總控制器15。

電力轉(zhuǎn)換單元11連接在發(fā)電系統(tǒng)2和DC鏈路單元12之間。電力轉(zhuǎn)換單元11把發(fā)電系統(tǒng)2生成的電力轉(zhuǎn)換成DC環(huán)節(jié)電壓。DC環(huán)節(jié)電壓被施加到DC環(huán)節(jié)單元12。根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2的類型，電力轉(zhuǎn)換單元11可包括諸如轉(zhuǎn)換器電路或整流器電路之類的電力轉(zhuǎn)換電路。例如，如果發(fā)電系統(tǒng)2生成DC電力，則電力轉(zhuǎn)換單元11可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器以將發(fā)電系統(tǒng)2生成的DC電力轉(zhuǎn)換成不同類型的DC電力。如果發(fā)電系統(tǒng)2生成交流(AC)電力，則電力轉(zhuǎn)換單元11可包括整流器電路來將AC電力轉(zhuǎn)換成DC電力。

在一個(gè)示范性實(shí)施例中，發(fā)電系統(tǒng)2可以是太陽能發(fā)電系統(tǒng)。在此情況下，電力轉(zhuǎn)換單元11可包括最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)轉(zhuǎn)換器以根據(jù)例如太陽能輻射量或溫度之類的各種因素最大程度地接收來自發(fā)電系統(tǒng)2的電力。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)2不生成電力時(shí)，電力轉(zhuǎn)換單元11可不被操作以便使諸如轉(zhuǎn)換器電路或整流器電路之類的電力轉(zhuǎn)換電路的功率消耗達(dá)到最低限度。

當(dāng)發(fā)生問題時(shí)(例如發(fā)電系統(tǒng)2或電網(wǎng)3中的瞬時(shí)電壓降或負(fù)載4中的峰值負(fù)載的生成)，DC環(huán)節(jié)電壓的水平會(huì)變得不穩(wěn)定。然而，可以使DC環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定化以便實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器14和逆變器13的正常操作。DC環(huán)節(jié)單元12可連接在電力轉(zhuǎn)換單元11、逆變器13和轉(zhuǎn)換器14之間，并且可維持恒定的DC環(huán)節(jié)電壓或基本恒定的DC環(huán)節(jié)電壓。DC環(huán)節(jié)單元12可包括例如大容量電容器。

逆變器13可以是連接在DC環(huán)節(jié)單元12和第一開關(guān)30之間的電力轉(zhuǎn)換器。逆變器13可包括把由發(fā)電系統(tǒng)2和電池系統(tǒng)20的至少一者提供的DC環(huán)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)3的AC電壓并輸出該AC電壓的逆變器。為了在充電模式中把電網(wǎng)3的電力儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中，逆變器13可包括把由電網(wǎng)3提供的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC環(huán)節(jié)電壓并輸出該DC環(huán)節(jié)電壓的整流器電流。逆變器13可以是改變輸入和輸出的方向的雙向逆變器。

逆變器13可包括用于從輸出到電網(wǎng)3的AC電壓中去除諧波的濾波器。為了抑制或限制無功功率的生成，逆變器13可包括用于使逆變器13輸出的AC電壓的相位與電網(wǎng)3的AC電壓的相位同步的鎖相環(huán)(phase locked loop，PLL)電路。逆變器13可執(zhí)行各種功能，例如對(duì)電壓變化范圍的限制、功率因數(shù)改善、對(duì)DC成分的去除和對(duì)瞬變現(xiàn)象的保護(hù)或減少。

轉(zhuǎn)換器14可以是連接DC環(huán)節(jié)單元12和電池系統(tǒng)20之間的電力轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器14可包括DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器把放電模式中的電池系統(tǒng)20中儲(chǔ)存的電力轉(zhuǎn)換成DC環(huán)節(jié)電壓并將DC環(huán)節(jié)電壓輸出到逆變器13。轉(zhuǎn)換器14也可包括這樣的DC-DC轉(zhuǎn)換器：該DC-DC轉(zhuǎn)換器把由電力轉(zhuǎn)換單元11輸出的DC環(huán)節(jié)電壓和/或由逆變器13輸出的DC環(huán)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換成具有適當(dāng)電壓水平(例如，電池系統(tǒng)20要求的充電電壓水平)的DC電壓并將該DV電壓輸出到電池系統(tǒng)20。轉(zhuǎn)換器14可以是改變輸入和輸出的方向的雙向轉(zhuǎn)換器。當(dāng)電池系統(tǒng)20的充電或放電都沒有被執(zhí)行時(shí)，轉(zhuǎn)換器14的操作可被中斷，從而可減小或最小化功率消耗。

總控制器15監(jiān)視發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3、電池系統(tǒng)20和負(fù)載4的狀態(tài)。例如，總控制器15可監(jiān)視電網(wǎng)3是否處于停電狀態(tài)，發(fā)電系統(tǒng)2是否生成電力，發(fā)電系統(tǒng)2生成的電力的量，電池系統(tǒng)20的荷電狀態(tài)(SOC)，和/或負(fù)載4的功率消耗量或操作時(shí)間。

總控制器15根據(jù)監(jiān)視的結(jié)果和預(yù)設(shè)的算法控制電力轉(zhuǎn)換單元11、逆變器13、轉(zhuǎn)換器14、電池系統(tǒng)20、第一開關(guān)30和第二開關(guān)40。例如，如果電網(wǎng)3處于停電狀態(tài)中，則儲(chǔ)存在電池系統(tǒng)20中或由發(fā)電系統(tǒng)2生成的電力可在總控制器15的控制下被供應(yīng)給負(fù)載4。如果沒有向負(fù)載4供應(yīng)充分的電力，則總控制器15可確定負(fù)載4的電子設(shè)備的優(yōu)先級(jí)并且可控制負(fù)載4以使得電力首先被供應(yīng)給更高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備?？偪刂破?5可控制電池系統(tǒng)20的充電和放電操作。

第一開關(guān)30和第二開關(guān)40串聯(lián)連接在逆變器13和電網(wǎng)3之間，并且通過在總控制器15的控制下短路或開路來控制發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3之間的電流流動(dòng)。第一開關(guān)30和第二開關(guān)40的短路和開路狀態(tài)可根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和/或電池系統(tǒng)20的狀態(tài)來確定。

例如，當(dāng)來自發(fā)電系統(tǒng)2或電池系統(tǒng)20的至少一者的電力被供應(yīng)給負(fù)載4或者來自電網(wǎng)3的電力被供應(yīng)給電池系統(tǒng)20時(shí)，第一開關(guān)30可被短路。當(dāng)來自發(fā)電系統(tǒng)2或電池系統(tǒng)20的至少一者的電力被供應(yīng)給電網(wǎng)3或者來自電網(wǎng)3的電力被供應(yīng)給負(fù)載4和電池系統(tǒng)20的至少一者時(shí)，第二開關(guān)40可被短路。

當(dāng)電網(wǎng)3處于停電狀態(tài)中時(shí)，第二開關(guān)40處于開路狀態(tài)中并且第一開關(guān)30處于短路狀態(tài)中，例如，來自發(fā)電系統(tǒng)2和電池系統(tǒng)20的至少一者的電力被供應(yīng)給負(fù)載4。同時(shí)，防止供應(yīng)給負(fù)載4的電力流向電網(wǎng)3。這樣，通過將能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)1作為一獨(dú)立系統(tǒng)來操作，可防止在例如電網(wǎng)3的電力線處工作的工人被從發(fā)電系統(tǒng)2或電池系統(tǒng)20接收的電力所傷害。

第一開關(guān)30和第二開關(guān)40可例如是繼電器或其他類型的能夠耐受并應(yīng)對(duì)大電流的開關(guān)。

電池系統(tǒng)20可從發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3的至少一者接收電力，儲(chǔ)存接收到的電力，并且將儲(chǔ)存的電力供應(yīng)給負(fù)載4或電網(wǎng)3的至少一者。電池系統(tǒng)20可例如對(duì)應(yīng)于上文參考圖1和圖2描述的電池系統(tǒng)100和200。

電池系統(tǒng)20可包括包含至少一個(gè)電池單元來儲(chǔ)存電力的電池21和用于控制并保護(hù)電池21的電池管理單元22。電池21可包括被選擇性地并聯(lián)連接的子電池。電池21可包括被選擇性地并聯(lián)連接的多個(gè)電池架(battery rack)。在此情況下，電池架可對(duì)應(yīng)于子電池。電池21可以是包括被選擇性地并聯(lián)連接的多個(gè)電池托盤(battery tray)或模塊的電池架。電池架或模塊可對(duì)應(yīng)于子電池。電池21可以是包括被選擇性地并聯(lián)連接的多個(gè)電池架的電池托盤或模塊。在此情況下，電池單元可對(duì)應(yīng)于子電池。

在一個(gè)實(shí)施例中，(被選擇性地并聯(lián)連接的多個(gè)子電池之中的)連接到外部端子并且被充電或放電的子電池可被稱為活躍子電池。與外部端子分離的子電池可被稱為非活躍子電池。

子電池可對(duì)應(yīng)于參考圖1描述的電池110或參考圖2描述的電池211。電池管理單元22可對(duì)應(yīng)于參考圖1描述的電池管理單元130或者參考圖2描述的模塊管理單元215和系統(tǒng)管理單元220的組合。

電池管理單元22可連接到電池21并且可根據(jù)來自總控制器15的控制命令或內(nèi)部算法來控制電池系統(tǒng)20的整體操作。例如，電池管理單元22可執(zhí)行過充電防止功能、過放電防止功能、過電流防止功能、過電壓防止功能、過熱防止功能和單元平衡功能。

電池管理單元22可獲得例如電池21的電壓、電流、溫度、剩余電量、壽命和/或SOC。例如，電池管理單元22可利用傳感器測(cè)量電池21的單元電壓、電流和/或溫度。電池管理單元22可基于測(cè)量到的電壓、測(cè)量到的電流和/或測(cè)量到的溫度來計(jì)算例如電池21的剩余電量、壽命和/或SOC。

電池管理單元22可基于測(cè)量的結(jié)果、計(jì)算的結(jié)果等等來管理電池21并且可將測(cè)量的結(jié)果、計(jì)算的結(jié)果等等發(fā)送給總控制器15。電池管理單元22可根據(jù)來自總控制器15的充電和放電控制命令來控制電池21的充電和放電操作。

電池管理單元22可檢測(cè)活躍子電池的電池電壓、非活躍子電池的電池電壓和作為活躍子電池的電池電流的累加的系統(tǒng)電流，并且可基于活躍子電池的電池電壓和系統(tǒng)電流來確定活躍子電池的開路電壓。當(dāng)該開路電壓變得與非活躍子電池的電池電壓基本相同時(shí)，電池管理單元22可將非活躍子電池連接在外部端子之間以使得非活躍子電池與活躍子電池并聯(lián)連接。

電池管理單元22可在活躍子電池正被充電或放電的同時(shí)基于子電池各自的電池電壓和各自的電池電流來確定將非活躍子電池與活躍子電池并聯(lián)連接的時(shí)機(jī)。

本文描述的方法、過程和/或操作可由要被計(jì)算機(jī)、處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備執(zhí)行的代碼或指令來執(zhí)行。計(jì)算機(jī)、處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備可以是本文描述的那些或者除了本文描述的元素以外的那些。因?yàn)樵敿?xì)描述了形成方法(或者計(jì)算機(jī)、處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備的操作)的基礎(chǔ)的算法，所以用于實(shí)現(xiàn)方法實(shí)施例的操作的代碼或指令可將計(jì)算機(jī)、處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備變換成用于執(zhí)行本文描述的方法的專用處理器。

本文描述的實(shí)施例的電池管理單元、模塊管理單元、控制器、轉(zhuǎn)換器和其他處理特征可實(shí)現(xiàn)在例如可包括硬件、軟件或這兩者的邏輯中。當(dāng)至少部分以硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，電池管理單元、模塊管理單元、控制器、轉(zhuǎn)換器和其他處理特征可例如是各種集成電路中的任何一種，包括但不限于專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、邏輯門的組合、片上系統(tǒng)、微處理器或者另外類型的處理或控制電路。

當(dāng)至少部分以軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，電池管理單元、模塊管理單元、控制器、轉(zhuǎn)換器和其他處理特征可包括例如存儲(chǔ)器或其他存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)要被例如計(jì)算機(jī)、處理器、微處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備執(zhí)行的代碼或指令。計(jì)算機(jī)、處理器、微處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備可以是本文描述的那些或者除了本文描述的元素以外的那些。因?yàn)樵敿?xì)描述了形成方法(或者計(jì)算機(jī)、處理器、微處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備的操作)的基礎(chǔ)的算法，所以用于實(shí)現(xiàn)方法實(shí)施例的操作的代碼或指令可將計(jì)算機(jī)、處理器、控制器或其他信號(hào)處理設(shè)備變換成用于執(zhí)行本文描述的方法的專用處理器。

作為總結(jié)和回顧，相對(duì)大容量的電池系統(tǒng)可通過將多個(gè)電池模塊彼此并聯(lián)連接來形成。當(dāng)電池模塊彼此并聯(lián)連接時(shí)，由于電池模塊之間的電壓差，可生成浪涌電流。浪涌電流可引起電池模塊或能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)損壞或故障。

根據(jù)上述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)，包括并聯(lián)連接的電池模塊的大容量電池系統(tǒng)確定將第二電池模塊額外連接到已經(jīng)被并聯(lián)連接并且正被充電或放電的第一電池模塊的時(shí)機(jī)。此確定可不僅基于第一電池模塊的電壓和第二電池模塊的電壓，而且基于第一電池模塊的充電或放電電流來做出。結(jié)果，可減少或防止在第一電池模塊和第二電池模塊之間生成浪涌電流。

另外，在所有電池模塊被并聯(lián)連接的同時(shí)，電能量可被負(fù)載使用或被儲(chǔ)存在電池模塊中。從而，不存在不必要消耗的電能量，并從而提高了能量效率。

本文已公開了示例實(shí)施例，并且雖然采用了具體術(shù)語，但它們只是在寬泛且描述意義上來使用和解釋的，而不是用于進(jìn)行限定的。在一些場(chǎng)合中，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日會(huì)清楚的，聯(lián)系特定實(shí)施例描述的特征、特性和/或元素可單獨(dú)使用或與聯(lián)系其他實(shí)施例描述的特征、特性和/或元素結(jié)合使用，除非另有指示。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不脫離如所附權(quán)利要求記載的當(dāng)前實(shí)施例的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。