[发明专利]用于在耦合到能量存储串的主控制单元和局部控制单元之间传输功率的系统和方法

说明书

一种能量存储系统(100)包括由串联连接的可充电电池单元(2a…f)形成的能量存储串和能量管理设备，该能量管理设备包括主控制单元(4)和与第一可充电电池单元相关联的至少第一局部控制单元(3a…f)。存储串连接电路(SCC)将正串端子与负串端子相耦合，并且电池单元连接电路(CCC)将第一可充电电池单元的正电池单元端子与负电池单元端子相耦合。SCC包括与能量存储串一起形成第一闭环LC电路的第一电容器器件(C1)，并且CCC包括与第一可充电电池单元一起形成第二闭环LC电路的第二电容器器件(C2)。主AC信号发生器和局部信号发生器被配置成用于分别在SCC和CCC中生成第一和第二AC脉冲。

技术领域

本发明一般涉及包括用于存储电能的可充电电池单元的能量存储系统的领域，并且其中能量管理装置控制该可充电电池单元。更具体地，本发明涉及通过经由电连接器串联连接多个可充电电池单元而形成的能量存储串。

背景技术

串联连接以形成能量存储串的可充电电池单元被用于需要能量供应的各种应用。可充电电池的示例是可充电电池单元或超级电容器。超级电容器也被称为超级电容或双电层电容器(EDLC)。通过将若干可充电电池单元串联在一起，获得能以比单个电池单元更高的电压操作的能量存储串。

由串联放置的电池单元形成的电池串被用于例如汽车应用，诸如用于交通工具的启动电池或用于电动交通工具的电池。由串联放置的超级电容器形成的一串超级电容器被用于例如汽车应用以推升例如混合电动交通工具中的电池。

在一些应用中，数个可充电电池单元首先被编群成模块，并且这些模块随后可进一步被编群在一起以形成通常称为电池组的事物。

可充电电池单元应被解读为能够以电荷的形式存储电能的电化学电池单元。电池单元通常具有在2V与5V之间的电压。可充电电池单元的示例是锂离子电池单元。

另一方面，超级电容器的能量存储主要是静电的，而不是像电池单元的情形中的感应电的。最大电压通常被限于3V。

能量存储串通常配备有能量管理装置(EMD)，其包括例如主控制单元和多个局部控制单元，每个局部控制单元与可充电电池单元中的一者相关联。EMD旨在用于安全和反馈目的，并且还用于能量平衡。能量存储串和EMD形成能量存储系统(ESS)。

当电池单元被使用时，能量管理装置一般被称为电池管理系统(BMS)。主要功能性是保卫可充电电池单元的安全操作区(SOA)、平衡可充电电池单元并向用户给予有关电池状态的反馈。

通常，局部控制单元被配置成用于监视数个参数，诸如举例而言，可充电电池单元的电压和/或温度。实际上，电池单元不是同质的，并且电池单元之间总是存在一定偏差，即电池单元在电荷、电压、内阻和容量方面可有所不同。通常，局部控制单元包括数个电路和微控制器以执行监视操作。

对于可充电电池单元中的每一者，局部控制单元可将所监视的电压和/或温度传达至聚集信息的主控制单元。为确保电池单元的安全性和长寿命，应重视安全操作区。这意味着例如电池单元的电压不被允许超过通常由最小和最大电压值定义的某些界限。如果电池单元之一即将超过界限，则主控制单元可生成命令信号以例如中断电池中的电流并断开电池单元或将整个电池从使用中断开。主控制单元与局部控制单元之间的通信多半通过专用协议和通信总线发生。

如上面提到的，除了监视之外，BMS或更一般而言EMD还被配备成用于能量平衡，其是优化不同的可充电电池单元的充电的过程。对于被动能量平衡方法，局部控制单元通常通过生成流过电阻器的电流流动来使可充电电池单元放电。对于主动能量平衡方法，可在不同的可充电电池单元之间或在可充电电池单元与EMD之间交换能量。对于主动能量平衡，还可以为可充电电池单元充电，而不是像被动能量平衡的情形那样使它们放电。

局部控制单元还需要操作功率，并且为此通常使用来自其相关联的可充电电池单元的功率。因此，为了重新平衡可充电电池单元的能量，需要向局部控制单元供应附加功率。