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电池控制系统和方法技术方案

技术编号:40431130 阅读:20 留言:0更新日期:2024-02-20 22:53
一种电池控制系统包括多个电池单体,这些电池单体作为单个单体或单体组的单元单独可控制。每个可控单元可以在整个电池电路中被可切换地激活或停用,并且可以单独测量每个可控单元的一个或更多个状况。公开了用于操作电池控制系统以优化或改进系统性能和寿命的各种技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本公开总体上涉及能量以及从存储系统提供能量,并且更具体地涉及一种电池控制系统(bcs),包括其架构、操作原理和控制器。


技术介绍

1、传统的固定配置电池架构在电池管理方面受到相当大的限制,这是由于设计限制和储能系统缺乏灵活性造成的。由于电池组反复充电和放电,各个电池单体(batterycell)可能表现出不同的特性-例如,某些电池单体的充电或放电速度可能比其他电池单体快。表现出异常特征的单体(cell)可能过度充电或充电不足,并且比健康单体继续更快地退化(degrade)。这些不健康单体的异常性能会降低整个系统的容量和效率,并可能对这些单体造成损害。例如,不健康的单体可能会限制整个电池组的操作周期,并可能导致更严重的问题,例如由于较弱电池内热失控事件的影响而导致极度发热甚至爆炸。

2、由于在负极中形成固体电解质中间相(sei)层,磷酸铁锂(lfp)电池往往在普通循环中退化。sei是由电解质的电化学分解产生的,它与电极表面所需的法拉第半电池反应竞争,从而干扰可逆的锂嵌入。因此,sei层增加了电池的内阻,导致充/放电效率降低、功率损耗、工作温度升高本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种电池控制系统,其包括:

2.根据权利要求1所述的电池控制系统,其中,所述开关电路中的每一个的所述相应的高侧开关和所述相应的低侧开关以半桥式布置电耦合,并且与每次处于相应的接通设置中的相应的高侧开关和相应的低侧开关之一以死区时间以互补的方式操作,其中在死区时间中,在切换到所述相应的高侧开关或所述相应的低侧开关的相应的接通设置之前,所述相应的高侧开关和所述相应的低侧开关两者都处于相应的断开设置。

3.根据权利要求1所述的电池控制系统,其中,第一多个m个电池单体布置在第一机架中;并且还包括:

4.根据权利要求3所述的电池控制系统,其中,所述附加多个开...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.一种电池控制系统,其包括:

2.根据权利要求1所述的电池控制系统,其中,所述开关电路中的每一个的所述相应的高侧开关和所述相应的低侧开关以半桥式布置电耦合,并且与每次处于相应的接通设置中的相应的高侧开关和相应的低侧开关之一以死区时间以互补的方式操作,其中在死区时间中,在切换到所述相应的高侧开关或所述相应的低侧开关的相应的接通设置之前,所述相应的高侧开关和所述相应的低侧开关两者都处于相应的断开设置。

3.根据权利要求1所述的电池控制系统,其中,第一多个m个电池单体布置在第一机架中;并且还包括:

4.根据权利要求3所述的电池控制系统,其中,所述附加多个开关电路中的每一个的电池单体布置在除第一机架之外的多个附加机架中的相应机架上。

5.根据权利要求4所述的电池控制系统,还包括:

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池控制系统,还包括:

7.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,所述电源经由电网提供电力的多个相,所述第一逆变器是耦合到经由所述电网提供的电力的第一相的第一电网逆变器,并且还包括:

8.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路控制所述第一逆变器将电源的负电压整流为正电压,以与所述开关电路的电池单体连接,其中,所述第一逆变器以至少是电源提供的波形频率的两倍的开关频率操作。

9.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路控制所述第一逆变器以按照设定点调整所述电源提供的电流,以对所述电池单体充电或放电,并且所述电池控制系统控制电路向所述开关电路发送一组开关命令。

10.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路根据优化算法控制所述第一逆变器以选择哪一个或更多个电池单体应该以某电流电平充电或放电,以便最大化所述电池单体的每一个的相应的寿命。

11.根据权利要求10所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路基于由优化算法输出定义的串行串中的电池单体的虚拟位置来实现电池单体电压的排序次序。

12.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,每个开关电路包括相应的电压传感器和相应的温度传感器,并且将包括所述相应的电池单体的感测电压和感测温度的电池信息传输到所述电池控制系统控制电路或中央控制器。

13.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路基于充电/放电功率设定点和所述电源提供的电压来执行电网电流控制算法,以向至少所述第一开关控制电路提供一个或更多个控制信号。

14.根据权利要求13所述的电池控制系统,其中,所述电池控制系统控制电路将所述控制信号与所有电池单体的电压进行比较,以生成针对所述相应的电池单体的高侧开关和低侧开关的相应设置,并将所生成的设置传输到所述相应的开关电路。

15.根据权利要求6所述的电池控制系统,其中,基于所述相应的电池单体的充电状态和健康状态来控制所述电池单体中的每一个单独电池单体的充电和放电电流。

16.根据权利要求4所述的电池控制系统,还包括:

17.根据权利要求1、2或6中任一项所述的电池控制系统,其中,所述第一开关控制电路控制所述第一多个开关电路的开关电路中的每一个的所述相应的高侧开关和所述相应的低侧开关的相应设置的定时,以产生类似于正弦波形的正部分的阶梯式多路复用输出电压。

18.一种操作电池控制系统的方法,其包括:

19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述电池信息是电压和温度中的至少一项。

20.根据权利要求19所述的方法,其中,所述电池信息由一个或更多个传感器提供。

21.根据权利要求18所述的方法,其中,所述排序次序至少部分地基于优化算法输出。

22.一种电池控制系统,其包括:

23.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,由所述感测电路测量的与每个可控单元相关联的状况包括该可控单元的至少一个单体的电压、通过该可控单元的至少一个单体的电流,以及该可控单元的至少一个单体的温度。

24.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,由所述控制器电路估计的状态包括充电状态(soc)值,其指示可控单元的至少一个单体相对于它的容量的充电程度。

25.根据权利要求24所述的电池控制系统,其中,由所述控制器电路估计的状态还包括健康状态(soh)值,其指示可控单元的至少一个单体的退化程度。

26.根据权利要求25所述的电池控制系统,其中,基于所述至少一个单体的至少一个状况来确定soh值,所述至少一个状况选自由以下组成的组:内阻、容量、充满电时的标称电压、负载下的电压、自放电速率、接受充电的能力、充电-放电循环次数、寿命、所述至少一个单体在上次使用期间的温度、充电和放电的总能量、或其任意组合。

27.根据权利要求25所述的电池控制系统,其中,所述层级包括表示可控单元的相应标识符的有序集合。

28.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,所述层级的至少第一部分是按照所述可控单元的相应估计的状态的值的次序排序的。

29.根据权利要求28所述的电池控制系统,其中,所述电池管理指令在被执行时使控制器电路确定所述层级,使得具有指示相对较高性能能力的估计的状态的可控单元被分配到所述层级的第一部分中的相对较高的位置,具有指示相对较低性能能力的估计的状态的可控单元被分配到所述层级的第一部分中的相对较低的位置。

30.根据权利要求29所述的电池控制系统,其中,基于每个可控单元的当前温度进一步确定所述层级。

31.根据权利要求30所述的电池控制系统,其中,基于每个可控单元的估计充电状态(soc)值、估计健康状态(soh)值和当前温度的组合来进一步确定所述层级,其中,所述soc值指示可控单元的至少一个单体相对于其容量的充电程度,并且其中,所述soh值指示所述可控单元的至少一个单体的退化程度。

32.根据权利要求30所述的电池控制系统,其中,在所述个体化控制中,当所述电池单体在放电状态下操作时,被分配到所述层级中相对较高的位置的可控单元比被分配到所述层级中相对较低的位置的可控单元被激活的持续时间更长。

33.根据权利要求30所述的电池控制系统,其中,在所述个体化控制中,当所述电池单体在充电状态下操作时,被分配到所述层级中相对较高的位置的可控单元比被分配到所述层级中相对较低的位置的可控单元被激活的持续时间更短。

34.根据权利要求28所述的电池控制系统,其中,基于所述可控单元中的某些可控单元的性能历史对所述层级的第二部分进行排序。

35.根据权利要求34所述的电池控制系统,其中,有序集合的第二部分包括根据单体休眠标准已经经历了激活持续时间的某些可控单元的标识符。

36.根据权利要求34所述的电池控制系统,其中,在所述个体化控制中,被分配到所述层级的所述第二部分的可控单元未被激活。

37.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,所述开关电路包括串联布置的可控单元,并且其中,在个体化控制中,当所述电池单体在放电状态下操作时,串联布置的可控单元被顺序地激活和停用以产生变化的电压波形。

38.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,在所述个体化控制中,当所述电池单体在放电状态下操作时,响应于从与负载相关联的控制器接收的电力需求信息来激活和停用所述可控单元。

39.根据权利要求22所述的电池控制系统,其中,所述电池管理指令在被执行时使所述控制器电路执行适用于部署新的可控单元的调试过程,其中:

40.根据权利要求39所述的电池控制系统,其中,所述限定的操作周期包括在足以实现所述发现状态的改变的持续时间内改变操作状况。

41.根据权利要求39所述的电池控制系统,其中,所述内部模型表示包括内阻和开路电压的参数。

42.一种储能系统,其包括:

43.根据权利要求42所述的储能系统,其中,所述系统控制器可操作以调节所述相对充电速率和相对放电速率,使得该组的具有相对较低储能水平的第一bcs被控制以相对较低的速率充电和放电,并且该组的具有相对较高储能水平的第二bcs被控制以相对较高的速率充电和放电。

44.根据权利要求42所述的储能系统,其中,所述系统控制器可操作以调节所述相对充电速率和相对放电速率,使得该组的具有相对较低储能水平的第一bcs被控制以相对较低的速率放电和以相对较高的速率充电,并且该组的具有相对较高的储能水平的第二bcs被控制以相对较高的速率放电。

45.根据权利要求42所述的储能系统,其中,所述系统控制器可操作以基于该bcs内的每个可控单元的估计充电状态(soc)值、估计健康状态(soh)值和标称容量的组合的集合来估计每个bcs的储能水平,其中,所述soc值指示该可控单元的至少一个单体相对于其容量的充电程度,并且其中,所述soh值指示该可控单元的至少一个单体的退化程度。

46.根据权利要求42所述的储能系统,其中,所述系统控制器可操作以使该组bcs在充电状态或放电状态下操作,并且还使该组的至少一个bcs与该组的其他bcs的操作同时,有时以与该组的其他bcs不同的状态进行操作。

47.一种用于操作电池控制系统的方法,该电池控制系统具有布置为多个可控单元的多个电池单体,每个可控单元包括所述多个电池单体中的至少一个,所述方法包括:

48.根据权利要求47所述的方法,其中,测量每个可控单元的至少一个电池单体的状况包括测量所述至少一个单体的电压、通过所述至少一个单体的电流,以及所述至少一个单体的温度。

49.根据权利要求47所述的方法,其中,估计每个可控单元的状态包括估计充电状态(soc)值,其指示每个可控单元的至少一个单体相对于它的容量的充电程度。

50.根据权利要求49所述的方法,其中,估计每个可控单元的状态...

【专利技术属性】
技术研发人员:阮东埃里克·胡斯泰特
申请(专利权)人:EXRO技术公司
类型:发明
国别省市:

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