用于改进电池平衡以及电池故障检测的系统和方法技术方案

公开的是用于改进电池平衡电路、备用故障检测电路以及用于能量存储系统的电池和模块的警报扩展的系统和方法。本发明专利技术的一个方面包括能量存储设备电池平衡装置。该装置包括串联连接的第一耗散部件与第二耗散部件。第一耗散部件和第二耗散部件耦接至能量存储电池。第二耗散部件监测能量存储电池的电压，并且如果电压在参考电压或参考电压以上，则第二耗散部件通过第一耗散部件和第二耗散部件进行放电电流。第一耗散部件与能量存储电池的电压成比例地维持第一耗散部件两端的电压降。当传导放电电流时，第二耗散部件维持第二耗散部件两端的恒定电压降。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进电池平衡以及电池故障检测的系统和方法相关申请的引证本申请要求于2015年3月4日提交的题为“用于改进电池平衡以及电池故障检测的系统和方法(SYSTEMSANDMETHODSFORIMPROVINGCELLBALANCINGANDCELLFAILUREDETECTION)”且被转让给本申请的受让人的美国临时申请第62/128,315号的优先权。该在先申请的公开内容被视为本申请的一部分，并且由此通过引证将其全部内容结合于此。
本公开总体涉及电池和电容器，诸如超级电容器(ultracapacitor)和特级电容器(super-capacitor)，并且具体地，涉及部署在模块中的电容器或电池，每个模块包含一些固定数量的电池和/或电容器单元。
技术介绍
对于通过使过量电池电压放电来平衡能量存储系统中的单个电池，存在各种系统和技术。先前方法不能完全且有效地耗散过量电池电压并且需要昂贵部件。此外，存在用于检测能量存储系统中的故障并发出警报的系统和技术，但是由于来自能量存储系统的过量电压，它们通常失效。
技术实现思路
本文公开的实施方式解决现有技术的上述问题。本公开的系统、方法和设备均具有若干创新方面，其中的单个不单独承担本文所公开的期望属性。在附图和以下描述中阐述了本公开所描述的主题的一个或个多个实现方式的细节。尽管在本公开中提供的实例有时以电容器或电容器单元的措辞来描述，但是本文提供的概念可应用至其他类型的能量存储系统。在描述、附图以及权利要求中，其他特性、方面以及优点将变得显而易见。应注意，下列图中的相对尺寸可能没有按比例绘制。本文描述的主题的一个创新方面包括能量存储设备电池平衡装置。所述装置包括：第一耗散部件；以及第二耗散部件，与所述第一耗散部件串联。所述第一耗散部件和所述第二耗散部件被配置为耦接至能量存储电池。述第二耗散部件被配置为监测所述能量存储电池的电压，并且如果所述电压处于参考电压或所述参考电压以上，则通过所述第一耗散部件和所述第二耗散部件传导放电电流。所述第一耗散部件与所述能量存储电池的电压成比例地维持所述第一耗散部件两端的电压降。当传导所述放电电流时，所述第二耗散部件维持在所述第二耗散部件两端的恒定电压降。在某些方面中，第一耗散部件包括无源耗散部件。在某些方面中，第一耗散部件是电阻器。在某些方面中，第二耗散部件包括有源耗散部件。在某些方面中，第二耗散部件包括被配置为以比较器模式操作的分流稳压器。在某些方面中，该装置进一步包括电阻式分压器，该电阻式分压器被配置为偏置参考电压，第二耗散部件以该参考电压或该参考电压以上通过第一耗散部件和第二耗散部件使电流放电。本文描述的主题的另一创新方面包括用于能量存储设备的警报监测装置。该装置包括包含阳极和阴极的整流器，其中，整流器的阴极被配置为连接至能量存储模块的正极端子。该装置还包括电流源，该电流源连接至整流器的阳极并且被配置为响应于阳极电压处于最小电压与最大电压以外而生成恒定电流。在某些方面中，该装置进一步包括隔离设备，该隔离设备被配置为基于恒定电流生成与外部电路电隔离的隔离电信号。在某些方面中，该装置进一步包括整流桥，该整流桥被配置为使电流源能够响应于能量存储模块处的正电压或负电压而生成恒定电流。在某些方面中，该装置进一步包括晶体管和电容器。该晶体管可响应于恒定电流而导通，并且电容器可响应于恒定电流而产生警报，其中，晶体管可使电容器充电，并且其中，当恒定电流不再存在时，电容器可继续生成警报。在本文描述的主题的另一创新方面中，警报扩展装置包括第一晶体管和第二晶体管以及第一电容器。第一晶体管可响应于能量存储系统的电池的过压警报电路的第一警报信号而导通。第一电容器可响应于第一警报而产生第二警报。第一晶体管可响应于第一警报而导通第二晶体管。第二晶体管可使第一电容器充电。当第一警报不再存在时，第一电容器可继续生成第二警报。本文描述的主题的额外创新方面包括用于平衡能量存储电池的方法。该方法包括：经由第一耗散部件监测能量存储电池的电压；当电压在参考电压或该参考电压以上时，通过第一耗散部件传导放电电流；以及当电压在参考电压或该参考电压以上时，通过第二耗散部件传导放电电流。第二耗散部件与第一耗散部件串联，并且第二耗散部件可与所述能量存储电池的所述电压成比例地维持所述第二耗散部件两端的电压降。当传导放电电流时，第一耗散部件可维持第一耗散部件两端的恒定电压降。在某些方面中，通过第一耗散部件传导放电电流包括：通过无源耗散部件传导放电电流。在某些方面中，通过第一耗散部件传导放电电流包括通过电阻器传导放电电流。在某些方面中，通过第二耗散部件传导放电电流包括：通过有源耗散部件传导放电电流。在某些方面中，通过第二耗散部件传导放电电流包括：通过以比较器模式操作的分流稳压器传导放电电流。在某些方面中，该方法进一步包括：偏置参考电压，第二耗散部件在该参考电压或该参考电压以上通过第一耗散部件和第二耗散部件使电流放电。本文描述的主题的另一额外创新方面包括用于产生开路能量存储电池警报的方法。该方法包括识别整流器的阳极处的在最小电压与最大电压以外的电压。该方法还包括：基于识别的阳极电压经由连接至整流器的阳极的电流源而生成恒定电流，其中，恒定电流在小于最小电压且大于最大电压的电压下维持。在某些方面中，该方法进一步包括：基于恒定电流生成与外部电路电隔离的电隔离信号。在某些方面中，该方法进一步包括：响应于恒定电流而激活晶体管，响应于恒定电流经由电容器生成警报，以及经由晶体管使电容器充电，其中，当恒定电流不再存在时，警报继续由电容器生成。附图说明图1示出使用恒定电流放电的平衡电路的实施方式。图2示出图1的实施方式的放电电流与电池电压的曲线图。图3示出使用电阻式放电电路的平衡电路的实施方式。图4示出图3的实施方式的放电电流相对于电池电压的曲线图。图5A示出共享耗散平衡电路的实施方式。图5B示出共享耗散平衡电路的实施方式。图6A示出图5A的实施方式的放电电流相对于电池电压的曲线图。图6B是图5B的实施方式的可替换配置的放电电流相对于电池电压的曲线图。图7示出共享耗散平衡电路的另一个实施方式。图8示出模块开路电池检测器的电路图的实施方式。图9示出由图8的实施方式生成的警报电流相对于电池电压的曲线图。图10示出根据实施方式的警报扩展电路的示图。图11示出用于经由共享耗散平衡电路来平衡电池的方法的实施方式。图12示出经由开路电池检测器电路来生成警报的方法的实施方式。在各个附图中，相同参考标号和指代表示相同元件。具体实施方式能量存储系统可包括串联布置的多个单个电池或超级电容器单元以形成能量存储模块或库(bank)，该能量存储模块或库的电压输出比单个电池的电压输出更高。反过来，模块可与其他模块串联连接以输出更高的组合电压。模块的单个电容器或电池有时被分别称为电容器单元或电池单元，或更常见地，单元。过量电池电压可损坏单个电池、电池所位于的模块或这两者。电池平衡电路可用于使电池或超级电容器单元放电以均衡电池电压并且防止或最小化由过量电池电压条件所造成的损坏。这种过量电池电压可仅在平衡电路中的无源部件(例如，一个或多个电阻器)中放电。通过这些电阻器流动的电流可由平衡电路中的有源部件控制，但是有源部件本身不使任合过量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量存储设备电池平衡装置，包括：第一耗散部件；以及第二耗散部件，与所述第一耗散部件串联，其中，所述第一耗散部件和所述第二耗散部件被配置为耦接至能量存储电池；其中，所述第二耗散部件被配置为监测所述能量存储电池的电压，并且如果所述电压处于参考电压或所述参考电压以上，则通过所述第一耗散部件和所述第二耗散部件传导放电电流；其中，所述第一耗散部件与所述能量存储电池的电压成比例地维持所述第一耗散部件两端的电压降；并且其中，当传导所述放电电流时，所述第二耗散部件维持在所述第二耗散部件两端的恒定电压降。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.04 US 62/128,3151.一种能量存储设备电池平衡装置，包括：第一耗散部件；以及第二耗散部件，与所述第一耗散部件串联，其中，所述第一耗散部件和所述第二耗散部件被配置为耦接至能量存储电池；其中，所述第二耗散部件被配置为监测所述能量存储电池的电压，并且如果所述电压处于参考电压或所述参考电压以上，则通过所述第一耗散部件和所述第二耗散部件传导放电电流；其中，所述第一耗散部件与所述能量存储电池的电压成比例地维持所述第一耗散部件两端的电压降；并且其中，当传导所述放电电流时，所述第二耗散部件维持在所述第二耗散部件两端的恒定电压降。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一耗散部件包括无源耗散部件。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一耗散部件是电阻器。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二耗散部件包括有源耗散部件。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二耗散部件包括分流稳压器，所述分流稳压器被配置为以比较器模式操作。6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括电阻式分压器，所述电阻式分压器被配置为偏置所述参考电压，其中所述第二耗散部件在所述参考电压或所述参考电压以上通过所述第一耗散部件和所述第二耗散部件使电流放电。7.一种用于能量存储设备的警报检测装置，包括：整流器，所述整流器包括阳极和阴极，其中，所述整流器的所述阴极被配置为连接至能量存储模块的正极端子；以及电流源，所述电流源连接至所述整流器的所述阳极并且被配置为响应于阳极电压处于最小电压与最大电压以外而生成恒定电流。8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：隔离设备，所述隔离设备被配置为基于所述恒定电流生成与外部电路电隔离的电隔离信号。9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述整流器包括整流桥，所述整流桥被配置为使所述电流源能够响应于所述能量存储模块处的正电压或负电压而生成所述恒定电流。10.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：晶体管；以及电容器；其中，所述晶体管被配置为响应于所述恒定电流而导通；其中，所述电容器被配置为响应于所述恒定电流而产生警报，其中，所述晶体管被配置为使所述电容器充电，并且其中，所述电容器被配置为当所述恒定电流不再存在时继续产生所述警报。11.一种警报扩展装置，包括：第一晶体管和第二晶体管；以及第一电容器，其中，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚·卡明斯基，
申请(专利权)人：麦斯韦尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US