故障保险电池存储系统技术方案

一种故障保险电池存储系统，包括电池模块的多个串

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】故障保险电池存储系统


[0001]本专利技术涉及一种用于例如航空航天技术中的关键应用的故障保险
(failsafe)
电池存储系统
。
即使在一个或多个电池模块发生故障时，所述故障保险电池存储系统也将维持电力递送
。

技术介绍

[0002]装备的功能安全例如由适用于所有行业的国际标准
IEC 61508
定义
。
此标准定义了4个安全完整性等级
(SIL)
，其为每个安全功能提供了要达到的目标
。
[0003][0004]存在类似的标准，例如用于汽车装备的
(ISO 26262(ASIL))
和用于航空航天装备的
(DO178B)。
[0005]具体地，对于航空航天应用，电池存储装备可能需要满足最高等级
(SIL 4、ASIL A、DAL A)
的要求
。
在大多数情况下，电池存储系统可以包括多个电池单元，所述多个电池单元可以串联连接
。
如果在串联连接的系统中单个电池单元发生故障，则整个系统发生故障
。
因此，与单个电池单元相比，这样的系统具有显著更高的故障率
。
[0006]US 2013/0234667 A1
公开了一种电池管理系统，其中每个电池管理单元包括电池单元
、
隔离元件和旁路元件
。
这允许激活或隔离单独的电池单元
。
[0007]US 2014/0049230 A1
公开了一种多电平转换器拓扑，用于通过切换多个电池来生成交流
(AC)
信号
。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的问题是提供具有高可靠性和低故障率的电池和电池存储系统
。
这样的电池和电池存储系统可用于航空航天应用
。
[0009]在独立权利要求中描述了该问题的解决方案
。
从属权利要求涉及对本专利技术的进一步改进
。
[0010]在一个实施方案中，一种电池存储系统包括多个电池模块，其中每个模块包括开关，该开关被配置为在闭合时将一个模块的电池与其他电池和
/
或模块串联连接，被称为连接状态
。
该开关
——
其可以是串联开关
——
也可以被配置为在断开时将该电池与其他电池和
/
或模块隔离
。
在电池模块处可以存在并联开关以用于在闭合时旁路电池模块
。
此状态被称为旁路状态
。
如果两个开关是断开的，则电池模块处于断开状态
。
可以存在更大数目的开关，这可以提供另外的切换状态
。
一个电池可以包括一个或多个电池单元
。
对于高功率应用，成组的电池单元可以串联连接
(
例如，硬连线
)
以具有更高的电压
。
[0011]整数
N(
其中
N>
＝
2)
个模块连接到一个串，并且整数
M(
其中
M>
＝
2)
个串连接在一起
。
单独的串可以具有单独的数目
N1、N2、N3、
……
的模块
。
串可以通过并联电路连接在一起
。
一个串可以包括一个电感器和
/
或一个二极管以改进电流分布和
/
或以避免不希望的电流在串之间流动
。
电感器可以改进对串的电流控制，因为可以通过在串的连接状态和断开状态之间的脉冲宽度调制
(PWM)
切换来控制电流
。
电感器还可以包括足够长度的连接电缆
。
所述电池存储系统可以被配置用于向负载递送直流
(DC)
电压
。
它还可以被配置用于通过经由切换处于连接状态的不同数目的电池模块近似正弦波形或任何其他波形来递送
AC
电压
。
[0012]一个串可以被配置为提供其电池模块的平衡
。
通常，一个串内的数目
N
的电池模块被选择，使得该串可以提供比其标称输出电压更高的输出电压
。
因此，通常，不是所有电池模块都被要求各自提供标称输出电压，并且不是所有电池模块都处于连接状态
。
剩余的电池模块处于旁路状态并且不递送电力，使得仅连接的电池模块的电池将被放电，而处于旁路状态的模块的电池保持其电荷
。
为了平衡电池模块，随着时间的推移，一个串中的电池模块可以被配置为不同的状态，例如，从连接状态到旁路状态或从旁路状态到连接状态，使得所有电池被放电到共同的功率状态，例如，电荷状态
(state of charge)。
所述电池存储系统可以被配置为在多个时间段和
/
或时间间隔上在一个串内选择电池模块的不同组合用于连接状态，而剩余的电池模块处于旁路状态
。
在所述电池存储系统放电期间，具有较高功率状态的电池模块中的至少一个可以比具有较低功率状态的电池模块中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间
。
[0013]基本上，如果一个串的电池模块被充电，则同样适用
。
在此，电池模块的状态可以不时地被交换，使得所有电池模块具有类似的或相同的功率状态
。
在电池存储系统充电期间，具有较低功率状态的电池模块中的至少一个可以比具有较高功率状态的电池模块中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间
。
[0014]功率状态可以是电池或电池模块的可递送电力的指示，其可以包括以下中的至少一个：电荷状态
、
最大电流容量
、
电压
、
温度
、
健康状态或其组合
。
[0015]如果电池模块被认为有故障的
、
有缺陷的或不可用的，则可以通过旁路该电池模块来将其从用于充电或递送电力的模块排除
。
可以使用固定的或自适应的频率来进行切换
。
[0016]此外，可以提供串之间的平衡
。
这类似于一个串内的电池模块之间但是在串的更高级别上的平衡
。
串可以被配置为处于连接状态或处于断开状态
。
断开状态可以是如下状态：其中，电池模块中的至少一个处于断开状态，使得没有电流可以流过串
。
可以控制串之
间的断开状态和连接状态的分布，使得所有串具有其电池模块的类似的或相同的功率状态
。
与具有较低功率状态的串相比，具有较高功率状态的串可以具有更长的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种故障保险电池存储系统
(100)
，包括电池模块
(200)
的多个串
(110、120、130)
，其中每个串
(110、120、130)
包括串联连接的多个电池模块
(200)
，并且每个串
(110、120、130)
与其他串
(110、120、130)
在第一电池系统连接器
(141)
和第二电池系统连接器
(142)
之间并联连接，每个电池模块
(200)
至少包括：
‑
电池
(210)
，
‑
串联开关
(220)
，所述串联开关被配置为在所述第一电池系统连接器
(141)
和所述第二电池系统连接器
(142)
之间连接或断开所述电池
(200)
，以及
‑
并联开关
(230)
，所述并联开关在所述第一电池系统连接器
(141)
和所述第二电池系统连接器
(142)
之间，所述并联开关被配置为在闭合时旁路所述电池模块
(200)
，其中每个电池模块
(200)
能够被配置用于：
‑
连接状态，其中所述串联开关
(220)
是断开的并且所述并联开关
(230)
是闭合的，
‑
旁路状态，其中所述串联开关
(220)
是断开的并且所述并联开关
(230)
是闭合的，以及
‑
断开状态，其中所述串联开关
(220)
和所述并联开关
(230)
是断开的，并且其中每个串
(110、120、130)
能够被配置用于：
‑
连接状态，其中至少一个电池模块
(200)
处于连接状态，并且所述串的剩余的电池模块
(200)
处于旁路状态，
‑
断开状态，其中至少一个电池模块处于断开状态，其特征在于，所述电池存储系统
(100)
被配置为在多个时间段上在至少一个串
(110、120、130)
内选择电池模块
(200)
的不同组合用于连接状态，而剩余的电池模块
(200)
处于旁路状态，使得在所述电池存储系统
(100)
放电期间，具有较高功率状态的所述电池模块
(200)
中的至少一个比具有较低功率状态的所述电池模块
(200)
中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间，和
/
或在所述电池存储系统
(100)
充电期间，具有较低功率状态的所述电池模块
(200)
中的至少一个比具有较高功率状态的所述电池模块
(200)
中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间，以及所述电池存储系统
(100)
被配置为在多个时间段上选择串
(110、120、130)
的不同组合用于连接状态，而剩余的串
(110、120、130)
处于断开状态，使得在所述电池存储系统
(100)
放电期间，具有其电池模块
(200)
的较高功率状态的所述串
(110、120、130)
中的至少一个比具有其电池模块
(200)
的较低功率状态的所述串
(110、120、130)
中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间，和
/
或在所述电池存储系统
(100)
放电期间，具有其电池模块
(200)
的较低功率状态的所述串
(110、120、130)
中的至少一个比具有其电池模块
(200)
的较高功率状态的所述串
(110、120、130)
中的至少一个具有更长的处于连接状态的时间，以及所述电池存储系统
(100)
被配置为将有故障的电池模块
(200)
置于旁路状态和
/
或将有故障的串
(110、120、130)
置于断开状态
。2.
一种故障保险电池存储系统
(100)
，包括电池模块
(200)
的至少一个串
(110)
，其中所述至少一个串
(110)
包括串联连接的多个电池模块
(200)
，并且被连接在第一电池系统连接器
(141)
和第二电池系统连接器
(142)
之间，
每个电池模块
(200)
至少包括：
‑
电池
(210)
，
‑
串联开关
(220)
，所述串联开关被配置为在所述第一电池系统连接器
(141)
和所述第二电池系统连接器
(142)
之间连接或断开所述电池
(200)
，以及
‑
并联开关
(230)
，所述并联开关在所述第一电池系统连接器
(141)
和所述第二电池系统连接器
(142)
之间，所述并联开关被配置为在闭合时旁路所述电池模块
(200)
，其中每个电池模块
(200)
能够被配置为：
‑
连接状态，其中所述串联开关
(220)
是断开的并且所述并联开关
(230)
是闭合的，
‑
旁路状态，其中所述串联开关
(220)
是断开的并且所述并联开关
(230)
是闭合的，以及
‑
断开状态，其中所述串联开关
(220)
和所述并联开关
(230)
是断开的，其特征在于，所述电池存储系统
(100)
被配置为在多个时间段上在所述至少一个串
(110)
内选择电池模块
(200)
的不同组合用于连接状态，而剩余的电池模块
(200)
处于旁路状态，使得在所述电池存储系统
(100)
放电期间，具有较高功率状态的所述电池模块
(200)

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：斯塔布尔能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：