本发明专利技术公开了一种产生可动态重配置能源的方法和设备，其由各个隔离的可控能源模块组成，通过软件支持以测量和管理能源模块并有助于重配置，其中该平台由基于倒相H桥电路的硬件结合软件组成，软件使能实时管理、控制和配置模块并使用软件算法和局部电子开关的组合实现本发明专利技术的性能和功能，其匹配或超过用于充电、储能管理、功率换向、及电动机或负载控制的传统大、重和成本高的基于功率电子学的产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于产生可动态重配置的储能装置的方法和设备 专利技术背景 本专利技术涉及结合电池单体使用的电力管理系统，其使电池和电池组能变为可变储 能源，这些可变储能源可用在例如电动汽车或电网储存器的装置中。更具体地，本专利技术为一 种平台，其使用具有2n+2个开关的开关模块，其中η为1或以上并基于能源模块的数量，包 括基于倒相H桥电路的开关模块及具有交替极性的开关模块，这将在后面进一步描述，结 合使能实时监测、管理、控制和配置能源模块的软件。 电池供电的应用包括将AC电源如120V、60Hz壁装插座电源转换为适当的DC水平 以对电池进行充电的AC-DC转换器，或者将DC电源如太阳电池板转换为适当的水平以对电 池进行充电的DC-DC转换器。电池供电的应用还包括向负载应用提供电力的转换器/逆变 器，其中负载可以是任一 DC，如电动汽车中的DC电动机，或者AC如风扇的AC电动机。DC-AC 逆变器必须适于补偿在DC电源电压中出现的电压变化。前述电压变化可由于电池单体在 运行期间放电而出现。通常，DC-DC转换器连接在电池装置和DC-AC逆变器之间。DC-DC转 换器适于向DC-AC逆变器提供恒定的DC电源电压，因此补偿由电池装置提供的电压中的电 压变化。遗憾的是，提供DC-DC转换器增加了系统的复杂性。DC-DC转换器还可能提供不必 要的功率损耗和/或在系统平衡中提供另外的开销需求。 电池装置包括多个电池单体，其为可再充电电池如锂离子电池。这些电池连接成 使得它们共享共同接地。多个电池单体串联或并联连接，其中DC充电电压由该串联装置提 供。高电压电池还可包括用于其它目的的许多电池或电池模块的连接。例如，高电压电池 的使用包括用于航空/航天器应用、电信电源、计算机电源、不间断电源、电业储能、商业应 用、太阳能储能、风能储能等的电池单体阵列。高电压电池可以是不同类型，包括锂离子电 池、燃料电池、其它电化学电池等。 同样，大多数类型的蓄电池如锂离子电池不应被放电到低于电压低限或者充电到 高于电压高限，以防止降级或损坏。为防止各个蓄电池不适当的放电或充电，应用电池均衡 方案。前述均衡方案包括将更高带电电池放电到较低带电电池的水平，或者在充电情形下， 将更低带电电池充电到高带电电池的水平。除DC-AC逆变器和充电器之外，还需要用于执 行电池均衡方案的电路布置。 非常希望尽可能地简化电池管理系统和降低老化及延长电池单体的寿命以降低 更换电池的成本。此外，本领域需要一种精细控制和优化电池单体和任何其它电存储装置 的再充电的系统以减轻充电期间的损害及延长存储装置的寿命。类似地，这些要求也应用 于放电及充电和放电之间的交互作用。与电池寿命和电池管理系统相关联的另一问题是寄 生损失、内部放电及服务于某些应用所需要的不必要的功率水平开销。 在现有技术系统中，电池监测和均衡通过在每一电池中包括复杂的电子电路实 现，或者通过具有许多接头以使外部电路能监测和均衡电池的电连接器实现。每一电池处 的复杂电路固有地不太可靠。如果需要许多连接，连接器存在电击安全问题。如果连接器 较重，则它们不适合航空、航天器及其它便携应用。 对于一些应用，可能希望提供分开的电池系统元件如外部充电器和外部电池电荷 测量子系统。为提供监测各个电池单体的能力，在电池上需要多插脚连接器及另外的布线 或读出线。在大的高电压电池中，这样的连接器具有几个缺点。连接器需要每电池至少一 插脚。由于电池可产生高电压，读出线需要安全断开连接或电绝缘以避免在使用连接器时 将地面员工或工作人员暴露于高电压。由于电池可产生高电流，读出线还需要某类保险丝 或其它导线保护。 解决安全问题、法定符合性和紧急情况管理程序还可能需要另外的监测、控制和 安全开关，其引入另外的元件、破坏点和成本。 已努力通过管理电池充电和系统解决这些问题的专利包括2006年12月12日授 予Burany等的美国专利7, 148, 654,其公开了用于监测形成电池堆的多个串联连接的电化 学电池的电池电压的系统和方法。该方法包括将电池分为至少两个电池组，跨每一电池组 测量电压并基于平均电池堆电压和每组中估计的有缺陷电池的数量估计每组的最小电池 电压。之后确定整个电池堆的最低的最小电池电压。 2006年7月25日授予Liu等的美国专利7, 081，737公开了一种监测电路，用于监 测电池组的多个电池单体中的每一个的电压水平，其包括模数转换器（ADC)和处理器。ADC 配置成接受来自多个电池单体中的每一个的模拟电压信号并将每一模拟电压信号转换为 表示每一电池单体的精确电压水平的数字信号。处理器接收前述信号并基于这些信号中的 至少一个提供安全警报信号。ADC分辨率可调节。如果至少两个数字信号表明两个电池之 间的电压差大于电池单体均衡阈值，均衡电路提供均衡信号。还提供了包括前述监测和均 衡电路的电子装置。 2006年1月3日授予Burns的美国专利6, 983,212公开了用于控制电池串中的各 个电池的电池管理系统。该电池管理系统包括充电器、伏特计、选择电路和微处理器。在微 处理器的控制下，选择电路将电池串的每一电池连接到充电器和伏特计。记录和分析与电 池性能有关的信息。分析取决于电池在其之下进行工作的条件。通过监测不同条件下的电 池性能，可确定和校正各个电池的问题。 2005年1月18日授予Canter的美国专利6, 844, 703公开了用于具有多个电池单 体的电池组的电池单体均衡系统。该系统包括电源和电连接到电池的多个变压器/整流器 电路。对具有最低充电状态的电池优先充电。至少一限流装置电连接到变压器/整流器电 路和电源。限流装置缓冲来自多个电池中的至少一个的反射电压的源电压。 2004年10月12日授予Gottlieb等的美国专利6, 803, 678公开了用于向负载提 供备用电源的UPS系统，其包括：功率输入；多个电池；多个电池壳体，每一壳体包括电池之 一，电池并联连接；多个电池监测器处理器，每一监测器位于相应电池壳体中并连接到对应 的电池；连接并配置成从多个电池监测器处理器接收监测器数据的UPS处理器；包含UPS 处理器并与电池壳体错开的UPS处理器壳体；及连接和配置成从功率输入和电池之一有选 择地提供功率的功率输出。 2003年12月16日授予Kutkut的美国专利6, 664, 762公开了用于对高电压电池 串充电的电池充电器，包括DC-AC转换器，其驱动具有多个次级线圈的变压器的初级线圈。 每一次级绕组具有对应的由整流电路、输出电感器和输出电容器形成的输出级。输出级的 输出端子可并联或串联连接。在任一配置中，电感器电流和电容器电压在输出级电路之间 自动均衡。控制器通常通过在电压模式工作而调节输出端子电压，但在电感器电流的平均 值超出指定极限值时通过在电流模式工作限制电流。从并联到串联的重配置通过输出级端 子的物理重接及调整单电压反馈换算因子而获得，反之亦然。串联连接输出级以产生高电 压输出降低了整流电路上的电压应力并使能使用肖特基（Schottky)二极管避免反向恢复 问题。 2003年6月24日授予Baldwin的美国专利6, 583,603公开了用于在用作备用电 源的电池串中对各个电池单体或电池组进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可重配置的储能系统，包括：一个或多个能源模块，其包括：多个彼此互相连接的电路，每一电路具有至少两个输入/输出端子，其可用作输入或输出端子；具有正端子和负端子的储能单元，任何一个储能单元可插入在输入/输出端子之间；具有2n+2个开关的开关模块，其中n为1或以上并基于两个输入/输出端子之间连接的储能单元的数量，其中所述开关模块提供串联和/或旁路连通性并使能颠倒所述储能装置中的极性的能力；及控制单元，其监测所述能源模块中的所述储能单元的运行状态并控制开关以在根据所述运行状态与多个电路连接时绕过、串联连接储能单元、和/或改变所述储能单元的极性，其中所述控制单元从所述储能单元确定可用在所述多个电路中的多个储能单元。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·V·沃，C·A·格拉斯，K·克里斯滕森，S·迈莫迪奇拉提，
申请(专利权)人：设计通量技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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