[发明专利]阻抗平衡器

说明书

技术领域

本发明的实施方式总体上涉及多单元能量系统，并且更具体地，涉及用于蓄能系统或者产能系统内的单元的平衡和监测设备及方法。

背景技术

随着消费者对于既方便又环保的能量解决方案的需求的增加，功率存储和生成技术快速发展。能量系统(例如可以是蓄能系统和产能系统)常常包括电连接在一起的多个较小的单元，诸如可充电电池单元。由于多种原因，能量系统内的个体单元和/或并联单元组可能以不同的速度吸纳或者产生电流(在电池的情况下是充电或者放电)，这造成了单元之间的失衡。

发明内容

本发明的示例实施方式包括用于对例如蓄能系统或产能系统等能量系统中的多个功率单元或者并联功率单元组之间的阻抗进行平衡的方法和装置。在一些示例实施方式中，可以使用电容器在能量系统的功率单元之间传递能量，以平衡存储在功率单元或者并联功率单元组中的能量。与每个功率单元或者并联功率单元组相关联的电容器可被配置为作为飞跨电容器(flying capacitor)进行操作，以传递去往和来自轨道电容器(rail capacitor)的电荷。轨道电容器可被实现为在飞跨电容器之间并且最终在功率单元之间传递电荷以进行平衡。根据一些示例实施方式，阻抗平衡器可以是无传感器设备，因为为了通过电容器传递电荷而执行的切换不受单元电压或者电阻扩展、单元的欧姆下降或者提高等影响。不论能量系统的负载条件如何(例如，在重负载下，在轻负载下，或者无负载下)，阻抗平衡器均可进行操作。另外，还可以监测轨道电容器的电压，以确定能量系统的功率单元的总体状态。

附图说明

由此已经概括地描述了本发明，现在将参考附图，附图不一定是按比例绘制的，并且其中：

图1是根据各种示例实施方式的功率单元的示例电配置的示意图；

图2示出了根据各种示例实施方式的连接至两个功率单元的示例阻抗平衡器；

图3示出了根据各种示例实施方式的用于执行功率单元平衡的示例方法；

图4示出了根据各种示例实施方式的另一示例阻抗平衡器；

图5是根据各种示例实施方式的控制信号波形图；

图6是根据各种示例实施方式的对飞跨电容器和轨道电容器进行充电的图；

图7a是根据各种示例实施方式的备选控制信号波形图；

图7b示出了根据各种示例实施方式的包括用于生成图7a的波形的控制信号波形生成器的电路的示意图；

图8示出了根据各种示例实施方式的作为阻抗平衡器的组件而连接的示例能量管理系统监测器；以及

图9示出了根据各种示例实施方式的具有示例能量管理系统监测器的另一示例阻抗平衡器。

具体实施方式

以下将参考附图对本发明的示例实施方式进行更加全面的描述，其中示出了本发明的一些但非全部的实施方式。实际上，本发明可以在多种不同的形式中实现，并且不应当解释为限制于此处描述的实施方式。在全文中，相同的参考数字表示相同的元件。

图1示出了可以在能量系统内使用以便为各种设置的负载供电的功率单元105的示例电配置100。例如，包括汽车、卡车、自行车等的车辆可以由此类能量系统功率单元配置来供电。蓄能系统还可以与智能电网技术配合使用，以执行例如高峰调节、备用电源等等。能量系统的电压和载流量可以通过将系统的功率单元电连接在一起的方式来确定。在此方面，功率单元可以连接为一系列并联组。功率单元可以是输出或者吸纳功率的任意类型的装置。根据各种示例实施方式，任何共同电压或者化学性质的功率单元可以通过在此描述的示例阻抗平衡器来进行平衡。功率单元例如可以包括：电化学或者静电单元，其可以包括诸如锂离子、铅酸和金属空气电池的电池；电容器(例如超电容器和超级电容器)；燃料电池；光电池；Peltier结设备；压电单元，热电器件，固态转换单元，其他电化学和静电单元的混合，等及其组合。用于包括多个功率单元的能量系统的不同应用可能需要不同的电压和载流量，从而需要功率单元的不同电配置。示例的电配置100是4s10p配置，其表示4个串联连接的10个并联功率单元组组成该配置。