大型电池管理系统技术方案

一种具有大型锂离子电池的电池系统，通过对分布在多个电池组之间的电池单元进行放电来为附属设备供电。以有效方式控制所述电池单元的放电，同时保持所述锂离子电池单元的预期寿命。每个电池组在内部支持电池管理系统，并且可以具有相同的部件，从而支持容易扩展到更高功率/能量的体系结构。电池组可在不干涉用户的情况下添加或移除，其中所述电池组中的一个用作主电池组并且剩余的电池组用作从电池组。当移除所述主电池组时，所述从电池组中的一个变成所述主电池组。所述主电池组与所述从电池组通过诸如控制器局域网(CAN)总线的通信信道来协调所述电池单元的充电和放电。信道来协调所述电池单元的充电和放电。信道来协调所述电池单元的充电和放电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】大型电池管理系统


[0001]电池系统包括多个电池组。每个电池组包括电池管理系统，其中一个电池组被灵活地配置为主(例如，初级)电池组，而其他电池组被配置为从(例如，次级)电池组。
[0002]本文描述的电池管理系统和方法可以在诸如越野多用途车辆、混合电动车辆、电池电动车辆、载货汽车/牵引拖拉机、叉车/托盘搬运车、草坪和花园/户外动力设备、大型采矿设备、自动引导车辆、空中作业平台的工业车辆应用和商业车辆应用以及其他这样的应用中实施。另外，本文描述的系统和方法可以在其他应用中实施，包括但不限于无线电动工具(例如，钻、锯、磨床、钉子驱动器、焊接机等)、航空/国防应用、器具和其他这样的应用。此外，本文描述的系统和方法可以在其他应用中实施，包括但不限于电网能量存储、太阳能发电储能系统、可持续发电储能系统、智能电网系统、电信和数据通信备份系统、统一电源(UPS)系统、服务器应用和其他这样的应用。
[0003]例如，在一些工业车辆应用和商业车辆应用中，如本文公开的电池管理系统可能期望输出宽范围的电流，例如，在初始开启车辆的发动机时的电流较高，然而在车辆的正常运行期间的电流较小。在一些实施例中，电池管理系统和方法还可以包括如本文所公开的跛行回家模式特征，以容纳例如在工业车辆应用或商业车辆应用中的大型电池组中的故障电池。包括各种电池组配置和一个或多个总线(例如CAN总线)的电池管理系统可集成到工业车辆应用和商业车辆应用中。
[0004]在另一例子中，在一些电信和/或数据通信备份系统和/或计算机服务器应用中，例如本文中所公开的电池管理系统可提供铅酸电池安装的替代方案，所述铅酸电池安装由于其低成本、直接可缩放性、可存取的回收基础设施和可存取的制造商而先前主导这些应用。在一些实施例中，本文所公开的电池管理系统和方法提供高能量密度、高放电速率能力和低自放电特性，所述高能量密度、高放电速率能力和低自放电特性使得合乎需要地集成到电信和/或数据通信备份系统、统一电源(UPS)系统和/或计算机服务器应用中。例如，上述应用期望更长的运行时间范围，这通过诸如本文公开的电池管理系统而成为可能，其通过实施用于充电、放电和平衡的智能算法——例如智能转换器平衡、开始直接平衡、开始交错平衡等来延长电池组中电池的使用寿命。另外，在一些例子中，本文所公开的电池管理系统和方法可与例如燃料电池、超级电容器、飞轮及其他用于电信/数据通信备份应用中的电化学电池等技术配合使用。
[0005]在又一例子中，在一些电网能量存储系统、太阳能发电储能系统、可持续发电储能系统、智能电网系统和/或统一电源(UPS)系统中，诸如本文所公开的电池管理系统可以优化电网并且使得诸如风和太阳能的可持续能源更加经济。在一个例子中，系统可用于存储从光伏面板接收的太阳能，并且在一些实施例中，可使用本文所公开的电池管理系统来管理双向三相逆变器系统。可再生能源存储系统可以包括集成到机架安装底盘和外壳中的电池组中的多个电池。太阳能集成器可以使用所公开的具有大型电池化学物质的电池管理系统和方法来满足日益增长的可再生能源存储需求的需要。虽然铅
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酸、超级电容器、钠硫、钒氧化还原、飞轮、压缩空气、燃料电池和泵压水已经用于太阳能存储应用中，根据所公开的
电池管理系统和方法，太阳能集成器可以方便地将锂离子用于大型应用。另外，太阳能集成器可能期望用于电力市场的辅助服务，其使用能量的微脉冲来维护电网上的电流的适当频率，例如频率调节，以及诸如微电网运行、需求响应、时移和电力调度的高级智能电网功能性。与先前的电池技术相比，锂的化学物质包括重量减轻、体积/足迹减少、更长的循环寿命、能够使用更大百分比容量的锂电池而不缩短额定循环寿命，更快的充电时间，以及在高放电速率下更低的有效容量损失。在一些例子中，逆变器和网关互操作性可以耦合到所公开的电池管理系统以在智能电网内管理、分配和存储能量。在一些例子中，智能电网系统可以容纳在可扩展的移动运输容器中。
[0006]除了电网能量存储系统之外，本文所公开的电池管理系统和方法可以与适合于消费者、娱乐、汽车、海上和/或工业应用的离网电力产品集成。在汽车领域，辅助动力单元(APU)可以用于运输、建筑和/或维护重要的基础设施。电池APU为商用车辆提供坚固可靠的离网电源。其他离网电力应用包括海上电力、远程位置电力、交通规则、安全监视和应急发电机。此外，电池APU可用于短距离和长距离卡车、建筑设备、越野运输(例如，伐木卡车)和公共汽车。例如，商用卡车可能依靠电池APU来实现过夜舒适(例如，空调/热/附件)负载。对于若干离网应用，可靠性是主要关心的问题，因为故障和/或停机时间的成本非常高。

技术介绍

[0007]电池技术是从早期的自动化时代发展而来的，当时车辆电池通常是使用铅酸技术的大型重型设备。电池技术已经发展为以更小的空间提供更多的电能。例如，锂离子(Li
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ion)电池正在迅速取代常规的锌碳和铅电池，因为它们比传统电池更小且更轻，并且可以保持比又大又重的传统电池长多达三倍的电荷。因此，锂离子电池正在寻找用于对包括叉车、小汽车、卡车等的工具、器具和车辆供电的应用。此外，电池技术并不停滞。例如，新型固态电池使用玻璃电解质和锂或钠金属电极，提供的能量密度大约是锂离子电池的三倍。然而，一般而言，如果电池的敏感化学物质被破坏，则新技术电池可能被损坏或劣化。例如，已知如果以不适当的方式过度充电或充电/过度充电/放电，则锂离子电池会发生故障/劣化。
[0008]电池管理系统(BMS)有时包括在新技术电池(例如镍金属氢化物或锂离子)中，以提供电池保护、提供改进的效率以及提供比先前电池技术更好的用户体验。有时可实施电池管理系统以促进一个或多个目标。例如，BMS可用于保护由电池供电的应用的用户。作为另一例子，BMS可用于保护电池组自身免受损坏和滥用，因为电池通常是昂贵的投资。此外，由于电池可能是昂贵的投资，因此BMS可用于电池系统的性能最大化。更进一步地，BMS可用于使组成性电池单元的寿命最大化。

技术实现思路

[0009]电池系统可以包括多个电池组，这些电池组可具有相同或相似的电气和电子部件和/或化学物质。每个电池组可以支持电池单元(通常是锂离子)。在将电池组安装在电池系统中之前，电池组不需要要求特定的配置。相反，在电池组被插入到系统中并且在没有用户干预的情况下开始通信信道上的活动之后，电池组可以承担主(例如，初级)电池组或从(例如，次级)电池组的角色。
[0010]在另一方面中，电池系统不需要利用外部电池管理系统。相反，每个电池组可以包
括内部电池管理系统，该内部电池管理系统可管理电池组的电池单元且可经由通信信道经由与电池系统中的其他电池组进行消息传送来协调。
[0011]在另一方面中，主电池组可以通过通信信道上的消息传送从一个或多个从电池组收集电池状态信息。基于该状态信息，主电池组可以适当地启动位于从电池组处的电池单元的充电或放电的启用/禁用。
[0012]在另一方面中，配置列表可由主电池组通过通信信道(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池系统，其被配置为对终端设备供电并且包括多个电池组，所述电池系统包括：第一电池组，其包括：第一通信接口电路，其被配置为接口到控制器局域网(CAN)总线；第一控制器，其包括至少一个处理器；以及第一存储器，其存储控制器指令，所述控制器指令在由所述至少一个处理器执行时，使得所述第一控制器：获取所述电池系统中安装的电池组的配置列表，其中第一条目对应于所述第一电池组；当所述配置列表的所述第一条目在所述配置列表中具有最高优先级位置时，将所述第一电池组配置为用作所述电池系统的主电池组，其中所述最高优先级位置指示所述第一电池组在所述电池系统中的任何其他活动电池组之前被安装；当所述第一电池组用作所述主电池组时，在安装第三电池组或将其从所述电池系统移除时，修订所述配置列表；以及经由所述第一通信接口电路通过所述CAN总线向全部安装的电池组重复广播所述配置列表；以及第二电池组，其中所述第二电池组具有与所述第一电池组相同的电气部件和电子部件。2.根据权利要求1所述的电池系统，其中所述第二电池组包括：第二通信接口电路，其被配置为接口到所述控制器局域网(CAN)总线；第二控制器，其包括一个或多个处理器；以及第二存储器，其存储控制器指令，所述控制器指令在由所述一个或多个处理器执行时，使得所述第二控制器：获取所述电池系统中所述安装的电池组的所述配置列表，其中第二条目对应于所述第二电池组；当所述配置列表的所述第二条目在所述配置列表中具有最高优先级位置时，将所述第二电池组配置为用作所述电池系统的所述主电池组，其中所述最高优先级位置指示所述第二电池组在所述电池系统中的所述任何其他活动电池组之前被安装；当安装所述第三电池组或将其从所述电池系统移除时，修订所述配置列表；以及经由所述第二通信接口电路通过所述CAN总线向全部所述安装的电池组重复广播所述配置列表。3.一种电池系统，其被配置为对终端设备供电并且包括多个电池组，所述电池系统包括：电源总线，其被耦合到所述终端设备以向所述终端设备提供电力；通信信道，其被耦合到所述多个电池组；第一电池组，其包括：第一通信接口电路，其被配置为接口到所述通信信道；第一放电阵列；第一处理器；以及
第一存储器，其存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述第一处理器执行时，使得所述第一电池组：禁用所述第一放电阵列以防止从所述第一电池组放电到所述电源总线上；获取所述第一电池组的第一开路电压测量值；以及经由所述通信信道与所述多个电池组共享所述第一开路电压测量值；基于所述第一开路电压测量值和来自所述多个电池组的共享开路电压测量值来维护配置列表的第一副本；以及启用所述第一放电阵列以允许放电到所述电源总线上；以及第二电池组，其包括：第二通信接口电路，其被配置为接口到所述通信信道；第二放电阵列，其电连接到所述电池系统的所述电源总线；第二处理器；以及第二存储器，其存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述第二处理器执行时，使得所述第二电池组：禁用所述第二放电阵列以防止从所述第二电池组放电到所述电源总线上；获取所述第二电池组的第二开路电压测量值；以及经由所述通信信道与所述多个电池组共享所述第二开路电压测量值；基于所述第二开路电压测量值和来自所述多个电池组的所述共享开路电压测量值来维护所述配置列表的第二副本，其中所述配置列表是基于减小的开路电压测量值来排序的，并且其中所述配置列表的顶部成员被指定为所述电池系统的主电池组；以及启用所述第二放电阵列以允许放电到所述电源总线上。4.一种第一电池组，其被配置为安装在电池系统中以对终端设备供电，其中安装在所述电池系统中的全部安装的电池组具有相同的电气部件和电子部件，所述第一电池组包括：通信接口电路，其被配置为接口到通信信道；电源总线接口电路，其被配置为与电源总线接口并且向所述终端设备提供电力；控制器，其包括至少一个处理器；以及存储器，其存储控制器指令，所述控制器指令在由所述至少一个处理器执行时，使得所述控制器：当所述第一电池组被插入到所述电池系统中时，经由所述通信信道生成插入指示，其中所述插入指示包括所述第一电池组的标识(ID)。响应于生成所述插入指示，经由所述通信接口电路通过所述通信信道从所述电池系统的主电池组接收禁用消息；以及响应于接收所述禁用消息，禁用通过所述电源总线的充电和放电。5.根据权利要求4所述的第一电池组，其中所述控制器指令在由所述至少一个处理器执行时，还使得所述控制器：响应于生成所述插入指示，接收配置消息，其中所述配置消息包括指示电池系统配置的配置列表，其中所述配置列表中用于所述第一电池组的条目位于所述配置列表的底部位置处，并且其中所述第一电池组用作所述电池系统中的从电池组。
6.根据权利要求5所述的第一电池组，其中所述控制器指令在由所述至少一个处理器执行时，还使得所述控制器：获取关于位于所述第一电池组处的电池单元的电池状态信息，其中所述电池状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建飞，夏巨杰，陈友武，陈辉志，李文华，严科，关畅达，成梓彬，威廉，
申请(专利权)人：茵范帝能源公司，
类型：发明
国别省市：