混合电池组系统技术方案

固定混合电池组备用系统结合两种不同的电池组单元，这两种电池组单元在再充电效率、循环寿命、电力容量、放电深度阈值、温度阈值、内阻抗阈值、充电器速率效率和备用效率上有区别。本发明专利技术的电池组备用系统包括可以用于给第一电池组和第二电池组充电并且为负载供电的辅助电力供给。当系统的工作电压由于电源的电力故障而下降时，控制系统可以将第一和/或第二电池组单元耦合至负载。控制系统可以具有电压阈值限制，其中，控制系统接合第一和第二电池组单元以支持负载需求。当工作电压高于阈值水平时，可以通过辅助电力供给对第一和第二电池组单元充电。

Hybrid battery pack system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合电池组系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月15日提交的美国临时申请第62/395,112的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。
本专利技术涉及包括多种不同电池组单元的混合电池组系统。
技术介绍
电池组(battery)备用系统被配置为在有限的时间内处理来自主电源的断电(包括掉电但未完全断电的情况下出现的突降或下降)。在断电期间，电池组备用系统的电池组或多个电池组被放电，备用系统的电荷状态降低。如果断电时间过长，电池组备用系统可能会下降到低于为负载提供充足电力的电荷状态。在许多应用中，电池组备用系统使用相对较短时间，或者在电池组系统的电荷状态只下降到满电荷状态的一小部分的时间内使用。这些应用可能偶尔会遇到较长时间的断电，然而针对在日常/频繁循环条件下优化的性能和优化的待机/临时备用电力需求要求的特点，依比例定制备用系统可能会太昂贵。较低效率的电池组系统最初可能会比较便宜，但其在充电/放电周期效率方面会比较低，因此运行成本会比较高。例如，锂离子电池组比铅酸电池组更有效率，但也更贵。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种用于电网中能量储存的混合电池组系统，所述电网包括电源和负载。该系统包括电池组系统，包括：具有第一电池组化学成分的第一可再充电电池组单元；以及具有第二电池组化学成分的第二可再充电电池组单元，第一电池组化学成分与所述第二电池组化学成分不同。例如，该差异可以在不同的电池组单元间提供不同的能量效率(即，在放电过程中，为第二电池组充电的能量输入与能量输出的比率可比第一电池组高)和/或者电力效率(即，在放电过程中，为第一电池组充电的电力输入与电力输出的比率可能比第二电池组高)。控制器选择性地将电池组系统的电池组单元与电网耦合，以用于(a)在放电期间将电能从电池组系统传送给负载、以及(b)在充电期间从电源中接收电能为电池组系统充电。电力供给电压传感器检测电力供给的工作电压。控制器包括逻辑，用于基于工作电压处于充电范围或放电范围而分别在电池组系统的充电与放电之间切换控制器。控制器还包括充电模式选择逻辑，用于基于工作电压在充电范围内在充电模式之间进行选择，该模式包括(a)同时给两个所述电池组单元充电、(b)只给第一电池组单元充电、以及(c)只给第二电池组单元充电。本专利技术可涉及固定混合电池组备用系统。两种不同电池组单元可以包括在再充电效率、循环周期、电力容量、放电深度阈值、温度阈值、内阻抗阈值、充电速率效率以及/或者待机效率方面与第二电池组单元不同的第一电池组单元。本专利技术中的电池组备用系统可以包括控制系统，该控制系统根据电池组特性以及向控制系统的输入将第一电池组单元和/或第二电池组单元耦合至负载和/或充电器。控制系统可以被编程或者嵌入有逻辑来实现从第一电池组到第二电池组的切换，从而最大化整体系统效率。在示例性实施例中，本专利技术涉及包括固定混合电池组备用系统，包括两个不同电池组单元、具有高充电/再充电效率的第一电池组单元以及具有比第一电池组单元更低的充电/放电效率的第二电池组单元。在示例性实施例中，第一电池组单元包括非金属空气电池组且第二电池组单元包括金属空气电池组。固定混合电池组备用系统被配置为：位于固定的位置并且被耦合至负载，诸如住宅、商业或者工业建筑或者操作等。非金属空气电池组单元可具有比金属空气电池组单元更高的充电/放电效率，并且当主电源(诸如电网或者发电机)断电发生时，非金属空气电池组可与负载耦合。从混合电池组备用系统得到的电力最初可能仅来自于第一电池组单元，并且在断电很短的情况下，仅第一电池组单元可以被用来提供备用电力。由于第一电池组单元可能包含比第二电池组单元效率更高的电池组，因此通过混合电池组备用系统可以有效地覆盖短时间的断电，其中，第一电池组单元的充电/放电效率较高且高于第二电池组单元的充电/放电效率。可以在更短断电时间的情况下或当要求高电力需求时使二次电池组单元放电。可以针对第一电池组单元和第二电池组单元类型的特定组合对控制器系统进行编程，以便在预期频率和断电时间内最大化效率。第一电池组单元可以具有比第二电池组单元更高的效率，诸如，至少比第二电池组单元高出约10％、至少比第二电池组单元高出约50％、至少比第二电池组单元高出约100％以及在所提供的值之间的任何范围(包括所提供的值)。在示例性实施例中，混合电池组备用系统的控制系统可以根据电力要求和两个电池组单元的电力容量，从第一电池组单元切换到第二电池组单元。混合电池组备用系统可以被耦合至具有可变电力需求要求的负载并且根据需要的电力水平，控制系统可以将第一电池组单元和/或第二电池组单元耦合起来以最大化整体系统效率。例如，第一电池组单元可以具有比第二电池组单元更低的最大电力容量，并且在负载的电力需求超过阈值电力需求水平的情况下，可以将第二电池组耦合至负载，单独地或者与第一电池组单元并行地耦合至负载。同样，控制系统可以基于所使用的电池组单元的类型被编程，以便最大化系统的整体效率和寿命。在示例性实施例中，混合电池组备用系统包括具有高电力容量的第一电池组单元和具有较低电力容量的第二电池组单元。第一电池组单元可以具有比第二电池组单元更大的电力容量，诸如至少高出约10％、至少高出约20％、至少高出约50％、至少高出约两倍、至少高出约三倍、至少高出约四倍、至少高出约十倍以及在所提供的值之间的任何范围(包括所提供的值)。在示例性实施例中，第一电池组单元包括具有电力容量的锂离子电池组，该电力容量约为铅酸电池组的两倍及更高。本专利技术中使用的电力容量是指电池组或者电池组单元的最大电力输出且可以根据电荷状态而改变。在示例性实施例中，混合电池组备用系统的控制系统可以根据电池组单元的循环寿命，从第一电池组单元切换到第二电池组单元。例如，第一电池组元可以具有比第二电池组单元更高的循环寿命，并且控制系统可以将第一电池组单元用于大多数备用电力需求，以延长电池组备用系统的寿命。第二电池组单元只有在长时间的断电并且第一电池组单元下降到低于电荷状态的阈值，或者有高电力需求时使用。这样，整体系统的寿命可以被延长，因为具有较低循环寿命的第二电池组单元就不会像第一电池组单元那样被经常用于电池组备用电力。在示例性实施例中，混合电池组备用系统包括具有比第二电池组单元更高的循环寿命的第一电池组单元，诸如至少高出约10％、至少高出约20％、至少高出约50％、至少高出约100％、至少高出约200％、至少高出约300％、至少高出约400％、至少高出约500％以及在所提供的值之间的任何范围(包括所提供的值)。在示例性实施例中，混合电池组备用系统的控制系统可以根据放电深度，从第一电池组单元切换到第二电池组单元。例如，即使当电池组在高放电深度下循环时，第一电池组单元也可具有高循环寿命，比第二电池组单元更高。备选地，当电池组从100％充电状态在浅放电深度下循环时，第一电池组单元可能具有更高的效率。第二电池组单元可具有比第一电池组单元更低的充电效率或低于放电深度水平的更低充电效率，或当电荷状态低于阈值时。第二电池组在高放电深度下也可能具有较低的循环寿命。为了最大化整体系统效率和/或寿命，控制系统可使用第一电池组单元和第二电池组单元，以避免使第二电池组单元放电到低于或高于某个阈值。例如，断电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电网中能量储存的混合电池组系统，所述电网包括电源和负载，所述混合电池组系统包括：电池组系统，包括：第一可再充电电池组单元，具有第一电池组化学成分；和第二可再充电电池组单元，具有第二电池组化学成分，所述第一电池组化学成分与所述第二电池组化学成分彼此不同，控制器，用于选择性地将所述电池组系统的所述电池组单元与所述电网耦合，(a)用于在放电期间将电能从所述电池组系统传送给所述负载、以及(b)在充电期间从所述电源中接收电能为所述电池组系统充电；电力供给电压传感器，用于检测所述电力供给的工作电压，所述控制器包括逻辑，用于基于所述工作电压处于充电范围或而分别在所述电池组系统的充电与放电之间切换所述控制器；其中，所述控制器还包括充电模式选择逻辑，用于基于所述工作电压在所述充电范围内而在充电模式之间进行选择，所述模式包括(a)同时给两个所述电池组单元充电、(b)只给所述第一电池组单元充电、以及(c)只给所述第二电池组单元充电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.15 US 62/395,1121.一种用于电网中能量储存的混合电池组系统，所述电网包括电源和负载，所述混合电池组系统包括：电池组系统，包括：第一可再充电电池组单元，具有第一电池组化学成分；和第二可再充电电池组单元，具有第二电池组化学成分，所述第一电池组化学成分与所述第二电池组化学成分彼此不同，控制器，用于选择性地将所述电池组系统的所述电池组单元与所述电网耦合，(a)用于在放电期间将电能从所述电池组系统传送给所述负载、以及(b)在充电期间从所述电源中接收电能为所述电池组系统充电；电力供给电压传感器，用于检测所述电力供给的工作电压，所述控制器包括逻辑，用于基于所述工作电压处于充电范围或而分别在所述电池组系统的充电与放电之间切换所述控制器；其中，所述控制器还包括充电模式选择逻辑，用于基于所述工作电压在所述充电范围内而在充电模式之间进行选择，所述模式包括(a)同时给两个所述电池组单元充电、(b)只给所述第一电池组单元充电、以及(c)只给所述第二电池组单元充电。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一电池组单元具有的电力效率比所述第二电池组单元高，并且所述第二电池组单元具有的能量效率比所述第一电池组单元高。3.根据权利要求1所述的系统，其中，阈值电压将所述充电范围与所述放电范围分开。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述电力供给具有工作电压范围，并且所述阈值充电电压是所述工作电压范围的约50％。5.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述工作电压在所述充电范围内高于第一充电阈值时，所述第一电池组单元和所述第二电池组单元两者以相应最大充电速率被充电。6.根据权利要求5所述的系统，其中，当所述工作电压在所述充电范围内高于第二充电阈值且低于所述第一充电阈值时，所述第一电池组单元以其最大充电速率被充电并且所述第二电池组单元以减小的充电速率被充电。7.根据权利要求6所述的系统，其中，当所述工作电压在所述充电范围内高于所述阈值充电电压且低于所述第二充电阈值时，所述第一电池组单元充电以减小的充电速率被充电并且所述第二电池组单元不被充电。8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第一充电阈值高于所述工作电压范围的约90％。9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第二充电阈值高于所述工作电压范围的约70％。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器还包括放电模式选择逻辑，用于基于在所述放电范围内的所述工作电压而在充电模式之间进行选择，所述模式包括(a)同时给两个所述电池组单元放电、(b)只给所述第一电池组单元放电、以及(c)只给所述第二电池组单元放电。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器包括阈值事件逻辑，所述阈值事件逻辑被配置为：在检测到第一电池组单元阈值事件时，无论所选择的所述放电模式选择逻辑选择的模式如何，从使所述第一电池组单元放电切换到使所述第二电池组单元放电。12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器监测所述第一电池组单元的电荷状态，并且所述电荷状态下降到低于某一水平是所述第一电池组单元阈值事件。13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述电荷状态由所述第一电池组单元的阻抗确定。14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·克里施南，S·芬克，
申请(专利权)人：南特能源公司，
类型：发明
国别省市：美国,US