專利名稱：電池系統(tǒng)及其控制方法和包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的一個或多個實施例涉及一種電池系統(tǒng)、一種控制該電池系統(tǒng)的方法以及一種包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)，更具體地講，涉及一種能夠有效地執(zhí)行電池單體平衡的電池系統(tǒng)、一種控制該電池系統(tǒng)的方法以及一種包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為了解決諸如環(huán)境污染和資源枯竭的問題，對開發(fā)可存儲能量并有效使用存儲的能量的系統(tǒng)的興趣增加。對開發(fā)在發(fā)電期間不導致環(huán)境污染的可再生能量的興趣也增加。因此，為了最小化環(huán)境污染，已經(jīng)積極地進行了關(guān)于可以使用可再生能量的能量存儲系統(tǒng)的研究、關(guān)于電力存儲電池系統(tǒng)的研究以及關(guān)于現(xiàn)有電網(wǎng)電力的研究。在能量存儲系統(tǒng)中使用的電池的有效管理是用于提高能量存儲系統(tǒng)的效率的最重要的方面之一。在能量存儲系統(tǒng)中，可就例如充電、放電或電池單體平衡的各種特征來控制電池。通過有效地控制和管理電池，可增加電池的壽命并且可穩(wěn)定地將電力供應給外部負載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個或多個實施例包括一種能夠有效地執(zhí)行電池單體平衡的電池系統(tǒng)、一種控制該電池系統(tǒng)的方法以及一種包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，一種控制包括多個電池的電池系統(tǒng)的方法包括下述步驟:從所述多個電池對將進行電池單體平衡的電池進行歸類；通過使用復用器從所述多個電池選擇電池；以及當由復用器選擇的電池將進行電池單體平衡時，對選擇的電池執(zhí)行電池單體平衡。

根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，一種控制具有多個電池的電池系統(tǒng)的方法包括如下步驟:通過使用復用器從多個電池選擇電池；測量選擇的電池的電壓；基于測量的電壓來計算電池的充電容量。為了測量選擇的電池的電壓，將電容器電連接到復用器。在電池單體平衡的步驟中，通過使用單個電阻器使將進行電池單體平衡的電池放電。在電池單體平衡的步驟期間，復用器可僅選擇將進行電池單體平衡的電池?？赏ㄟ^使用開關(guān)來控制電池單體平衡的步驟的執(zhí)行。將進行電池單體平衡的電池可具有等于或大于參考值的充電容量。電池單體平衡的步驟可包括:使將進行電池單體平衡的電池放電，使得將進行電池單體平衡的電池的充電容量達到與參考值相應的充電容量。參考值可以為所述多個電池的充電容量的平均值的90%。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，一種電池系統(tǒng)包括:多個電池；選擇電路單兀，包括從所述多個電池選擇電池的復用器；感測電路單元，感測選擇的電池的電壓；平衡電路單元，如果選擇的電池是將進行電池單體平衡的電池，則對選擇的電池執(zhí)行電池單體平衡；控制單元，通過基于所述多個電池的感測的電壓來計算充電容量并對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，來控制電池單體平衡?？刂茊卧砂?電池選擇單元，通過控制復用器來選擇電池；容量測量單元，基于由復用器選擇的電池的電壓來計算該電池的充電容量；參考值設置單元，基于計算的充電容量來設置電池單體平衡的參考值；平衡控制單元，基于計算的充電容量和設置的參考值來對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，并控制電池單體平衡。電池單體平衡步驟可包括:通過使用單個電阻器使將進行電池單體平衡的電池放電。當執(zhí)行電池單體平衡時，復用器可僅選擇將進行電池單體平衡的電池?？赏ㄟ^使用開關(guān)來控制電池單體平衡。將進行電池單體平衡的電池可具有等于或大于參考值的充電容量。電池單體平衡步驟可包括:使將進行電池單體平衡的電池放電，使得將進行電池單體平衡的電池的充電容量達到與參考值相應的充電容量。所述參考值可以為所述多個電池的充電容量的平均值的90%。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例，一種具有包括多個電池的電池系統(tǒng)并將電池系統(tǒng)連接到外部電源以向負載供電的能量存儲系統(tǒng)包括:電池選擇單元，通過控制復用器來選擇電池；容量測量單元，測量通過使用復用器選擇的電池的電壓，并基于測量的電壓來計算該電池的充電容量；參考值設置單元，基于充電容量來設置電池單體平衡的參考值；平衡控制單元，基于計算的充電容量和參考值來對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，并對歸類的電池執(zhí)行電池單體平衡。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過減少電池放電電阻器的數(shù)量和感測電容器的數(shù)量，可有效地測量電池的充電容量，并且電池可有效地執(zhí)行電池單體平衡。


當結(jié)合附圖進行考慮時，本發(fā)明的更全面的理解以及本發(fā)明的許多伴隨的優(yōu)點將容易變得明顯，并且因參照下面的詳細描述而被更好地理解，在附圖中，相同的標號表示相同或相似的組件，其中:圖1是示出以本發(fā)明的實施例的原理構(gòu)建的能量存儲系統(tǒng)的框圖；圖2是示出以本發(fā)明的實施例的原理構(gòu)建的電池和控制單元的示例性電路圖；圖3是示出以本發(fā)明的實施例的原理構(gòu)建的控制單元的一部分的框圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用控制單元執(zhí)行的控制方法的流程圖；圖5是示出以本發(fā)明的另一實施例的原理構(gòu)建的控制單元的一部分的框圖；圖6 是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用控制單元執(zhí)行的控制方法的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在，將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，其中，本發(fā)明的示例性實施例在附圖中示出。將詳細描述實施例，從而本領域的普通技術(shù)人員可容易地實現(xiàn)本發(fā)明。應該理解，本發(fā)明的實施例可以改變，但不是必須互相排斥。例如，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在其他實施例中修改根據(jù)在本說明書中描述的預定實施例的特定形狀、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。此外，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可修改每個實施例的獨立的組件的位置或布置。因此，下面的詳細描述不應被解釋為具有限制意義，而是應解釋為包含權(quán)利要求的范圍及其任何等同范圍。在附圖中，相同的標號在多個方面上表示相同的元件?，F(xiàn)在，將在下面參照附圖更充分地描述本發(fā)明，本發(fā)明的實施例示出在附圖中，從而本領域的普通技術(shù)人員可容易地實現(xiàn)本發(fā)明。圖1是以本發(fā)明的實施例構(gòu)建的能量存儲系統(tǒng)I的框圖。參照圖1，能量存儲系統(tǒng)I可與發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3 —起使用，以將電力提供給負載4。發(fā)電系統(tǒng)2通過使用能量源來產(chǎn)生電力，并將電力提供給能量存儲系統(tǒng)I。發(fā)電系統(tǒng)2的示例可包括使用可再生能量來產(chǎn)生電力的任何電力系統(tǒng)(例如，太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)或潮汐發(fā)電系統(tǒng))。電網(wǎng)3包括發(fā)電站、變電站和電力線等。電網(wǎng)3將電力提供給能量存儲系統(tǒng)1，從而將電力提供給負載4和/或電池30?？蛇x地，電網(wǎng)3可從能量存儲系統(tǒng)I接收電力。負載4消耗由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電力、存儲在電池30中的電力或從電網(wǎng)3提供的電力。房屋或工廠可以是負載4的示例。能量存儲系統(tǒng)I可將由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電力存儲在電池30中，并且可將產(chǎn)生的電力提供給電網(wǎng)3?！つ芰看鎯ο到y(tǒng)I可將電池30中存儲的電力提供給電網(wǎng)3，或者可將從電網(wǎng)3提供的電力存儲在電池30中。如果在電網(wǎng)3中存在電力故障，則能量存儲系統(tǒng)I可執(zhí)行不間斷電源(UPS)操作。能量存儲系統(tǒng)I包括控制電力轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS) 10、電池管理系統(tǒng)(BMS) 20、電池30、第一開關(guān)50、第二開關(guān)60等。PCS 10將從發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和電池30發(fā)送的電力轉(zhuǎn)換為適當?shù)钠谕碾娏?，并將轉(zhuǎn)換的電力提供給消費者。PCS 10包括電力轉(zhuǎn)換單元11、直流(DC)鏈接單元12、逆變器13、轉(zhuǎn)換器14和集成控制器15。電力轉(zhuǎn)換單元11連接在發(fā)電系統(tǒng)2和DC鏈接單元12之間。電力轉(zhuǎn)換單元11將由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電力傳送到DC鏈接單元12。此時，從電力轉(zhuǎn)換單元11輸出的電力的輸出電壓被轉(zhuǎn)換為DC鏈接電壓。根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2的類型，電力轉(zhuǎn)換單元11可包括轉(zhuǎn)換器或整流器電路等。如果發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生DC電力，則電力轉(zhuǎn)換單元11可包括用于將DC電力轉(zhuǎn)換為DC電力的轉(zhuǎn)換器。如果發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生交流(AC)電力，則電力轉(zhuǎn)換單元11可包括用于將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力的整流器電路。具體地，如果發(fā)電系統(tǒng)2是太陽能發(fā)電系統(tǒng)，則電力轉(zhuǎn)換單元11可包括最大功率點跟蹤(MPPT)轉(zhuǎn)換器，從而根據(jù)太陽輻射或溫度等的變化來獲得從發(fā)電系統(tǒng)2輸出的最大功率。DC鏈接單元12連接在電力轉(zhuǎn)換單元11和逆變器13之間。DC鏈接單元12防止發(fā)電系統(tǒng)2或電網(wǎng)3的瞬時電壓降以及負載40中的峰值負載的產(chǎn)生，從而保持穩(wěn)定的DC鏈接電壓。逆變器13是連接在DC鏈接單元12和第一開關(guān)50之間的電力轉(zhuǎn)換器。逆變器13可包括這樣的逆變器，該逆變器在放電模式下將從發(fā)電系統(tǒng)2和/或電池30輸出的DC鏈接電壓轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)3的AC電壓并輸出AC電壓。逆變器13可在充電模式下將從電網(wǎng)3輸出的AC電壓整流為DC鏈接電壓，并可輸出該DC鏈接電壓以將其存儲在電池30中。逆變器13可以是輸入和輸出的方向可以改變的雙向逆變器。可選地，逆變器13可包括多個逆變器。逆變器13可包括:濾波器，用于從輸出到電網(wǎng)3的AC電壓去除諧波；以及鎖相環(huán)(PLL)電路，用于將從逆變器13輸出的AC電壓的相位與電網(wǎng)3的AC電壓的相位匹配。此夕卜，逆變器13可執(zhí)行其他功能，例如，電壓變化范圍的限制、功率因數(shù)校正、DC分量的去除以及瞬變現(xiàn)象的保護。在放電模式下，轉(zhuǎn)換器14通過將從電池30輸出的電力的電壓轉(zhuǎn)換為逆變器13所需的電壓電平(即，DC鏈接電壓)來執(zhí)行DC-DC轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換的電壓。此外，在充電模式下，轉(zhuǎn)換器14通過將從電力轉(zhuǎn)換單元11或逆變器13輸出的電力的電壓轉(zhuǎn)換為電池30所需的電壓電平(即，充電電壓)來執(zhí)行DC-DC轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器14可以是輸入和輸出的方向可以改變的雙向轉(zhuǎn)換器?？蛇x地，轉(zhuǎn)換器14可包括多個轉(zhuǎn)換器。集成控制器15監(jiān)視發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3、電池30和負載4的狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)視的結(jié)果來控制電力轉(zhuǎn)換單元11、逆變器13、轉(zhuǎn)換器14、第一開關(guān)50、第二開關(guān)60和BMS 20。例如，集成控制器15可監(jiān)視電網(wǎng)3中是否出現(xiàn)電力故障、發(fā)電系統(tǒng)2是否產(chǎn)生電力、由發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電力的量、電池30的充電狀態(tài)、負載4消耗的電力的量以及時間等。第一開關(guān)50和第二開關(guān)60串聯(lián)連接在逆變器13和電網(wǎng)3之間，通過在集成控制器15的控制下閉合或斷開來控制在發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3之間的電流的流動。第一開關(guān)50和第二開關(guān)60可根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)2、電網(wǎng)3和電池30的狀態(tài)而閉合或斷開。例如，如果負載40需要大量的電力，貝U第一開關(guān)50和第二開關(guān)60都閉合,從而可使用發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3的全部電力。然而，如果發(fā)電系統(tǒng)2和電網(wǎng)3的電力不足以滿足負載4所需的電力的量，則電池30中存儲的電力可被提供給負載。如果在電網(wǎng)3中存在電力故障，則第二開關(guān)60斷開，并且第一開關(guān)50閉合。因此,來自發(fā)電系統(tǒng)2和/或電池30的電力可被提供給負載4,而不會流動到電網(wǎng)3中，從而防止能量`存儲系統(tǒng)I獨自操作，并防止在電網(wǎng)3的配電線路處工作的工人等遭受電擊。BMS 20連接到電池30，并根據(jù)集成控制器15的控制來控制電池30的充電和放電。BMS 20可防止過充電、過放電、過電流、過電壓或過熱等。為此，BMS 20可監(jiān)視電壓、電流、溫度、剩余電量、壽命或充電狀態(tài)等，并可將監(jiān)視結(jié)果發(fā)送到集成控制器15。此外，根據(jù)本發(fā)明的當前實施例，BMS 20可執(zhí)行電池單體平衡，將在下面參照圖2至圖6對此進行詳細描述。電池30接收發(fā)電系統(tǒng)2產(chǎn)生的電力或電網(wǎng)3的電力，并存儲接收的電力，并且將存儲的電力提供給負載4或電網(wǎng)3。電池30可包括至少一個電池架(battery rack)或者串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個電池架。電池架是指電池30的子組件。此外，每個電池架可包括至少一個電池座盤(battery tray)或者串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的多個電池座盤。電池座盤是指電池架的子組件。此外，每個電池座盤可包括多個電池單體。電池30可由諸如鎳鎘電池、鉛蓄電池、NiMH(鎳金屬氫化物(NoMH))電池、鋰離子電池或鋰聚合物電池的各種類型的電池單體形成。
圖2是示出以本發(fā)明的實施例的構(gòu)建的電池30和BMS 20的示例性電路圖。下面，電池30和BMS 20將被共同稱為電池系統(tǒng)。電池30可包括電池單體或電池座盤31-1、......、31_n中的至少一個。電池30可
連接到BMS 20并將電力提供到外部或接收外部電力。當電池30用于能量存儲系統(tǒng)I中時，
可包括電池單體或電池座盤31-1、......、31-n。在圖2中，為了便于描述，能量儲存系統(tǒng)I
的電池30被示出為包括電池單體31-1、......、31-n，電池單體31-1、......、31_n將被定義
為多個電池單體。電池單體31-1、......、31-n可被擴展為多個電池座盤或多個電池架。BMS 20控制電池30的充電或放電，并控制電池系統(tǒng)的每個部分，從而電池系統(tǒng)可穩(wěn)定地操作。BMS 20可包括控制單元40、端子單元41、充電控制開關(guān)42、放電控制開關(guān)43、選擇電路單元44、平衡電路單元45和感測電路單元46。端子單元41至少包括正電極端子41a和負電極端子41b。存儲在電池30中的電力可通過端子單元41提供到外部?？蛇x地，外部電力可通過端子單元41被提供到電池30以對電池30充電。當電池30用于移動裝置中時，端子單元41可連接到移動裝置或充電器。當電池30用于能量存儲系統(tǒng)I中時，端子單元41可連接到用于電力轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器14或可以連接到其他的電池座盤。控制單元40通過感測電池30的充電狀態(tài)或放電狀態(tài)或者在電池系統(tǒng)中的電流流動，來控制電池30的充電或放電。控制單元40可包括電源端子VDD、接地端子Vss、充電控制端子CHG、放電控制端子DCG、復用器(MUX)控制端子MC、電壓測量端子Vn、電壓測量基礎端子Vg以及平衡控制端子BC。電源電壓和地電壓分·別被施加到電源端子Vdd和接地端子Vss。充電控制端子CHG和放電控制端子DCG輸出控制充電控制開關(guān)42的操作的充電控制信號或控制放電控制開關(guān)43的操作的放電控制信號。MUX控制端子MC可輸出用于測量電池系統(tǒng)中的電壓或者用于選擇將被執(zhí)行電池單體平衡的電池單體的信號。從MUX控制端子MC輸出的信號可被施加到第一 MUX Ml和第二 MUX M2這二者。雖然為了示出的清楚在圖2中將MUX控制端子MC示出為一個元件，但是MUX控制端子MC的數(shù)量不限于此，而是可根據(jù)電池單體的數(shù)量來確定。S卩，如果存在η個電池單體，則可包括2η個MUX控制端子MC。電壓測量端子Vn和電壓測量基礎端子Vg測量包括在電池30中的電池單體31-1、……、31-η中的每個電池單體的電壓。即，電壓測量端子Vn和電壓測量基礎端子Vg通過使用包括在感測電路單元46中的電容器C，來測量由第一 MUX Ml和第二 MUX M2選擇
的電池單體31-1、......、31-η中的每個電池單體的電壓。測量的電壓與電壓測量端子Vn
與電壓測量基礎端子Vg的電壓之間的差異對應。電池單體31-1、……、31-η的測量的電壓被轉(zhuǎn)換為電信號，并可作為電壓數(shù)據(jù)Dv被發(fā)送到容量測量單元22，將在下面描述容量測量單元22 (見圖3或圖5)。平衡控制端子BC輸出平衡控制信號Sb，以閉合或斷開包括在平衡電路單元45中的開關(guān)SW。平衡控制端子BC閉合或斷開開關(guān)SW，使得將進行電池單體平衡的電池單體釋放與參考值相應的量的電，這將在下面進行描述。此外，當由于平衡控制端子BC閉合或斷開開關(guān)SW從而第一 MUX Ml和第二 MUX M2選擇電池單體31_1、……、31_η時，平衡控制端子BC可進行控制，使得僅對將進行電池單體平衡的那些電池單體31-1、……、31-η執(zhí)行電池單體平衡。充電控制開關(guān)42和放電控制開關(guān)43分別可由場效應晶體管(FET)和寄生二極管形成。即，充電控制開關(guān)42包括FET FETl和寄生二極管D1，放電控制開關(guān)43包括FETFET2和寄生二極管D2。充電控制開關(guān)42的FETFET1的源極和漏極之間的接觸方向被設置為與放電控制開關(guān)43的FET FET2的源極和漏極之間的接觸方向相反的方向。充電控制開關(guān)42和放電控制開關(guān)43的FET FETl和FET FET2是開關(guān)器件，但是本發(fā)明的實施例不限于此?？蛇x地，執(zhí)行不同類型的切換的電子器件可用作FET。例如，當電池30用于能量存儲系統(tǒng)I中時，大的電流可流過高電流路徑；因此，可在此情況下使用繼電器。選擇電路單元44是將平衡電路單元45或感測電路單元46電連接到電池單體31-1、……、31-n之一從而形成回路的電路。選擇電路單元40可包括第一 MUX Ml和第二MUX M2。對于第一 MUX Ml和第二 MUX M2的電氣構(gòu)造和功能，可參考本領域已知的典型復用器的細節(jié)。選擇電路單元40可允許平衡電路單元45或感測電路單元46被選擇性地連接到電池單體。因此， 平衡電路單元45或感測電路單元46可測量所有電池單體31-1、……、
31-n的電壓或者執(zhí)行電池單體平衡，而非包括針對電池單體31-1、......、31-n中的每個電
池單體的平衡電路單元45或感測電路單元46。因此，可減小電路的體積，并可增加電池單體平衡處理的效率。選擇電路單元40的第一 MUX Ml和第二 MUX M2可包括從控制單元40接收電池選擇信號的選擇端子S。雖然為了示出的清楚在圖2中將MUX控制端子MC示出為一個元件，但是MUX控制端子MC的數(shù)量不限于此，而是可根據(jù)電池單體的數(shù)量來確定。即，如果存在η個電池單體，則可包括2η個MUX控制端子MC。為了平衡電池單體31-1、......、31_η的充電量，平衡電路單元45對電池單體
31-1、......、31-η中的至少一個電池單體進行強制放電。平衡電路單元45可包括開關(guān)SW
和電阻器R。當選擇電路單元44根據(jù)來自控制單元40的平衡控制信號Sb選擇將進行電池單體平衡的電池單體時，平衡電路單元45閉合開關(guān)SW，以針對預定電池單體形成回路。因此，將進行電池單體平衡的電池單體自身放電，從而執(zhí)行電池單體平衡。感測電路單元46可測量電池單體31-1、......、31_η的電壓。感測電路單元46可
包括電容器C。在一個實施例中，感測電路單元46可包括單個電容器C。感測電路單元46
形成回路，從而電池單體31-1、......、31-η中的由選擇電路單元44選擇的預定電池單體連
接到感測電路單元46中的電容器C。已經(jīng)與電容器C形成回路的預定電池單體的測量電壓被發(fā)送到控制單元40。以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的控制單元40的電池單體電壓感測和電池單體平衡。圖3是示出以本發(fā)明的實施例構(gòu)建的控制單元40的一部分的框圖。參照圖3,控制單元40可包括電池選擇單元21、容量測量單元22、參考值設置單元23以及平衡控制單元24。電池選擇單元21從所有的電池單體31-1、......、31_η中選擇將與平衡電路單元
45或感測電路單元46形成回路的電池單體。電池選擇單元21產(chǎn)生MUX控制信號Sm，從而第一 MUX Ml和第二 MUX M2可選擇電池單體，產(chǎn)生的MUX控制信號Sm經(jīng)由MUX控制端子MC被發(fā)送到選擇電路單元44?？蓮碾姵?0的一端順序地選擇電池單體，或者可根據(jù)特定算法來選擇電池單體。可通過使用第一 MUX Ml和第二 MUX M2將由電池選擇單元21選擇的電池單體電連接到平衡電路單元45或感測電路單元46,電池選擇單元21將表示選擇的電池單體的數(shù)據(jù)Db發(fā)送到容量測量單元22和平衡控制單元24。容量測量單元22接收表示由電池選擇單元21選擇的電池單體的數(shù)據(jù)Db,并經(jīng)由電壓測量端子Vn和電壓測量基礎端子Vg接收表示選擇的電池單體的電壓的數(shù)據(jù)Dv。容量測量單元22基于選擇的電池單體的信息和接收的電壓數(shù)據(jù)Dv來計算電池單體31-1、……、31-n中的每個電池單體的充電容量。容量測量單元22將計算的充電容量數(shù)據(jù)Dc發(fā)送到參考值設置單元23。參考值設置單元23根據(jù)多個電池單體的充電容量計算電池單體平衡所需的充電容量參考值。電池單體平衡所需的充電容量參考值是指針對多個電池單體的充電容量之間存在差異的情況被設置為參考值的預定充電容量值，具有比預定充電容量參考值大的充電容量的電池單體被放電，以防止充電容量差異影響所有電池單體的容量和壽命。即，具有比所述參考高的充電容量的電池單體將進行電池單體平衡。可將各種方法用于設置充電容量參考值。例如，充電容量參考值可以是包括在電池30中的電池單體31-1、……、31-n的充電容量的平均值的90%。在此情況下，可對具有比該平均值的90%高的充電容量的所有電池單體執(zhí)行電池單體平衡。在此情況下，在執(zhí)行電池單體平衡之后，電池的充電容量可以不同?？蛇x地，所述參考值可以是包括在電池30中的電池單體31-1、......、31_n之中的
具有最小充電容量的電池單體的充電容量。在此情況下，可對剩余的η-1個電池單體執(zhí)行電池單體平衡，在執(zhí)行電池單體平衡之后，所有的電池單體可具有相同的充電容量?？蛇x地，包括在電池30中的電池單體31-1、......、31_n之中的正常的電池單體
(例如,從電池單體31-1、......、31-n排除故障電池單體)的充電容量的平均值的90%可
被設置為參考值。該實施例適于異常電池單體可被替換的情況。參考值設置單元23可將表示設置的充電容量參考值的信號Ds發(fā)送到平衡控制單元24。平衡控制單元24將具有比充電容量參考值高的充電容量的那些電池單體歸類為將進行電池單體平衡的電池單體。平衡控制單元24產(chǎn)生用于使歸類的將進行電池單體平衡的電池單體放電的平衡控制信號Sb。當平衡電路單元45的開關(guān)SW因平衡控制信號Sb而閉合時，對歸類的電池單體執(zhí)行電池單體平衡。在一個實施例中，電池單體平衡是指使具有比預定的充電容量參考值高的充電容量的電池單體放電直到所述電池單體的充電容量達到充電容量參考值的處理。在另一實施例中，電池單體平衡是指使具有等于或高于預定的充電容量參考值的充電容量的電池單體放電直到所述電池單體的充電容量達到充電容量參考值的處理。下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的通過使用控制單元40執(zhí)行的控制方法。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用控制單元40執(zhí)行的控制方法的流程圖。參照圖4，在第一操作步驟SI I，控制單元40將I設置為第一 MUX Ml和第二 MUXM2的索引值。第一 MUX Ml或第二 MUX M2的索引值是指為了在內(nèi)部電連接電池30與平衡電路單元45或感測電路單元46而在內(nèi)部由第一 MUX Ml或第二 MUX M2選擇的電池單體的編號。即，根據(jù)本發(fā)明的當前實施例，如果第一MUX Ml或第二MUX M2的索引值為1，則會選擇第一電池單體31-1，如果第一 MUX Ml或第二 MUX M2的索引值為2，則會選擇第二電池單體31-2，如果索引值為n，則會選擇第η電池單體31_η。在第二操作步驟S12，控制單元40的容量測量單元22測量與第一 MUXMl或第二MUX M2的索引值相應的選擇的電池單體的電壓，并計算該電池單體的充電容量。容量測量單元22將選擇的電池單體的充電容量數(shù)據(jù)Dc發(fā)送到參考值設置單元23。在第三操作步驟S13，確定第一 MUX Ml或第二 MUX M2的索引值i是否等于η。如果第一MUX Ml或第二MUX M2的索引值i等于η，則方法進行到下一操作。如果第一MUX Ml或第二 MUX M2的索引值i不同于n，S卩，如果沒有完成所有電池單體的順序電壓測量，則將i值增加I,重復操作S12，并且測量下一電池單體的電壓。在第四操作步驟S14，參考值設置單元23基于測量的電池單體31_1、……、31_n的充電容量來確定充電容量參考值。在第五操作步驟S15，對參考值和測量的電池單體31-1、……、31_n的充電容量進行比較，將具有等于或高于參考值的充電容量的電池單體歸類為將進行電池單體平衡的電池單體。在操作S15，為了方便，所述歸類的電池單體的編號的集合可被表示為集合A ={al, a2,..., ak}。在第六操作步驟S16，為了從第一電池單體31-1順序地執(zhí)行電池單體平衡，再次將I設置為第一 MUX Ml和第二 MUX M2的索引值i。

在第七操作步驟S17，確定第一MUX Ml或第二MUX M2的索引值i是否在將進行電池單體平衡的電池單體的集合A中。如果索引值i屬于集合A，則平衡電路單元45的開關(guān)SW閉合，在步驟S18，對第i電池單體執(zhí)行電池單體平衡。相反，如果索引值i不屬于集合A，則開關(guān)SW斷開，從而防止第i電池單體的放電。在第九操作步驟S19，確定i是否對應于η。如果i不等于n，則將i的值增加1，并重復操作S17。如果i等于n，即，如果針對所有將進行電池單體平衡的電池單體完成了電池單體平衡，則在操作S20斷開開關(guān)SW，從而結(jié)束電池單體平衡。參考圖3和圖4，控制單元40通過使用第一 MUX Ml和第二 MUX M2順序地選擇電池單體以測量每個電池單體的電壓，然后將順序選擇的電池單體連接到放電電阻器R，并針對具有比參考值高的充電容量的那些電池單體閉合開關(guān)SW，從而對具有比參考值高的充電容量的那些電池單體執(zhí)行電池單體平衡。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的控制單元40的一部分的框圖。參照圖5,控制單元40可包括電池選擇單元21、容量測量單元22、參考值設置單元23和平衡控制單元24。將參照圖5和圖6描述的本發(fā)明的當前實施例是修改后的參照圖3和圖4描述的實施例。因此，將省略重復的元件的描述。參照圖5，電池選擇單元21將用于選擇將被連接到平衡電路單元45或感測電路單元46的電池單體的MUX控制信號Sm發(fā)送到選擇電路單元44,并將包括表示選擇的電池單體的數(shù)據(jù)的信號Db發(fā)送到容量測量單元22。容量測量單元22接收表示選擇的電池單體的數(shù)據(jù)Db和表示選擇的電池單體的電壓的電壓數(shù)據(jù)Dv，并將選擇的電池單體的充電容量數(shù)據(jù)Dc發(fā)送到參考值設置單元23。參考值設置單元23獲得并收集每個電池單體的充電容量數(shù)據(jù)Dc，以設置用于歸類將進行電池單體平衡的電池單體的參考值。容量測量單元22基于從參考值設置單元23發(fā)送的參考值數(shù)據(jù)Ds來確定并發(fā)送表示需要電池單體平衡的電池單體的選擇數(shù)據(jù)Db'。由于在電池單體平衡處理期間電池選擇單元21已經(jīng)接收到表示需要電池單體平衡的電池單體的選擇數(shù)據(jù)Db'，因此第一 MUX Ml和第二 MUX M2不必像在本發(fā)明的前面的實施例中那樣選擇所有的電池單體，并且平衡控制單元24不必像在本發(fā)明的前面的實施例那樣選擇性地閉合和斷開開關(guān)。在當前的實施例中，在電池單體平衡處理期間，開關(guān)可保持在閉合狀態(tài)，僅包括在選擇數(shù)據(jù)DY中的將執(zhí)行電池單體平衡的那些電池單體被第一MUX Ml和第二 MUX M2選擇。當完成電池單體平衡時，開關(guān)隨后斷開。S卩，電池選擇單元21可僅允許需要電池單體平衡的那些電池單體被選擇性地連接到第一 MUX Ml和第二 MUX M2，并且平衡控制單元24可以產(chǎn)生用于對選擇的電池單體以基于參考值確定的量執(zhí)行電池單體平衡的信號Sb，而不必另外地確定電池單體是否將進行電池單體平衡并且不必控制開關(guān)SW。以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的當前實施例的使用控制單元40執(zhí)行的控制方法。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的使用控制單元40執(zhí)行的控制方法的流程圖。參照圖6，在第一操作步驟S21，控制單元40將I設置為第一 MUX Ml和第二 MUXM2的索引值。如果索引值為1，則第一電池單體31-1經(jīng)由第一 MUX Ml和第二 MUX M2連接到平衡電路單元45或感測電路單元46。在第二操作步驟S22，控制單元40經(jīng)由電壓測量端子Vn和電壓測量基礎端子Vg
測量由第一 MUX Ml和 第二 MUX M2選擇的電池單體31_1、......、31_n中的每個電池單體的
電壓，并基于通過使用容量測量單元22測量的電壓值計算電池單體31-1、……、31-n中的每個電池單體的充電容量。在第三操作步驟S23，如果索引值i等于η并且從所有η個電池單體感測電壓，則方法進行到下一操作以執(zhí)行電池單體平衡；如果索引值i小于η，則將索引值i增加1，并在操作S22測量剩余的電池單體的電壓。在第四操作步驟S24，參考值設置單元23基于測量的電池單體的充電容量，計算并設置參考值，具有等于或高于參考值的充電容量的電池單體被歸類為將進行電池單體平衡的電池單體。在第五操作步驟S25，為了方便，所述歸類的電池單體的編號的集合可被表示為集合A= {al, a2,…，ap，“.，ak}。在第六操作步驟S26，將第一 MUX Ml和第二 MUX M2的索引值i設置為ap。ap的初始值為al，即，將進行電池單體平衡的第一個電池單體的編號。在第七操作步驟S27，如果第一 MUX Ml和第二 MUX M2選擇第ap電池單體，則平衡控制單元24閉合開關(guān)SW，并對第ap電池單體執(zhí)行電池單體平衡。在第八操作步驟S28，a(p+1)被應用為第一 MUX Ml和第二 MUX M2的索引值i，從而第一 MUX Ml和第二 MUX M2可順序地選擇包括在集合A中的將進行電池單體平衡的電池單體。
在第九操作步驟S29，當索引值等于表示最后的將進行電池單體平衡的電池單體ak時，電池單體平衡結(jié)束，并且斷開開關(guān)SW以結(jié)束電池單體平衡。S卩，與圖3和圖4的實施例不同，根據(jù)本發(fā)明的圖5和圖6的當前實施例，當執(zhí)行電池單體平衡時，第一 MUX Ml和第二 MUX M2僅選擇將進行電池單體平衡的電池單體。因此，開關(guān)SW僅用于調(diào)整放電量。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池系統(tǒng)、控制該電池系統(tǒng)的方法以及包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)，可減小電路的體積，但是可有效地執(zhí)行電池單體平衡。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體顯示和描述了本發(fā)明，但是本領域的普通技術(shù)人員將理解，在不脫離下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)上的各種改變。實施例應被認為僅是描述性的而非為了限制的目的。因此，本發(fā)明的范圍不是由本發(fā)明的詳細描述所限定，而是由所附權(quán)利要求所限定，該范圍內(nèi)的所 有不同將被認為包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種控制電池系統(tǒng)的方法，該電池系統(tǒng)包括多個電池，所述方法包括下述步驟: 從所述多個電池對將進行電池單體平衡的電池進行歸類； 通過使用復用器從所述多個電池選擇電池；以及 當由復用器選擇的電池將進行電池單體平衡時，對選擇的電池執(zhí)行電池單體平衡。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括下述步驟: 測量選擇的電池的電壓； 基于測量的電壓來計算電池的充電容量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在測量選擇的電池的電壓的步驟，將電容器電連接到復用器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，電池單體平衡步驟包括:通過使用單個電阻器使將進行電池單體平衡的電池放電。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，復用器僅選擇將進行電池單體平衡的電池。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過使用開關(guān)來控制電池單體平衡步驟的執(zhí)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，將進行電池單體平衡的電池具有等于或大于參考值的充電容量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，電池單體平衡步驟包括:使將進行電池平單體衡的電池放電，使得將進行電池單體平衡的電池的充電容量達到與參考值相應的充電容量。`
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，參考值為所述多個電池的充電容量的平均值的90%。
10.一種電池系統(tǒng),包括: 多個電池； 選擇電路單元，包括從所述多個電池選擇電池的復用器； 感測電路單元,測量選擇的電池的電壓； 平衡電路單元，在選擇的電池被確定為將進行電池單體平衡的情況下對選擇的電池執(zhí)行電池單體平衡； 控制單元，通過基于所述多個電池的測量的電壓來計算電池的充電容量并對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，來控制電池單體平衡。
11.如權(quán)利要求10所述的電池系統(tǒng)，其中，控制單元包括: 電池選擇單元，通過控制復用器來選擇電池； 容量測量單元，基于由復用器選擇的電池的電壓來計算該電池的充電容量； 參考值設置單元，基于由容量測量單元計算的充電容量來確定充電容量參考值；平衡控制單元，通過基于計算的充電容量和確定的充電容量參考值對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，來控制電池單體平衡。
12.如權(quán)利要求11所述的電池系統(tǒng)，其中，電池單體平衡步驟包括:通過將單個電阻器電連接到將進行電池單體平衡的電池，來使將進行電池單體平衡的電池放電。
13.如權(quán)利要求11所述的電池系統(tǒng)，其中，當執(zhí)行電池單體平衡時，復用器僅選擇將進行電池單體平衡的電池。
14.如權(quán)利要求11所述的電池系統(tǒng)，其中，通過使用開關(guān)來控制電池單體平衡。
15.如權(quán)利要求11所述的電池系統(tǒng)，其中，將進行電池單體平衡的電池具有等于或大于充電容量參考值的充電容量。
16.如權(quán)利要求15所述的電池系統(tǒng)，其中，電池單體平衡步驟包括:使將進行電池單體平衡的電池放電，使得將進行電池單體平衡的電池的充電容量達到與充電容量參考值相應的充電容量。
17.如權(quán)利要求15所述的電池系統(tǒng)，其中，充電容量參考值為所述多個電池的充電容量的平均值的90%。
18.一種能量存儲系統(tǒng)，該能量存儲系統(tǒng)包括電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)包括多個電池，該能量存儲系統(tǒng)將電池系統(tǒng)連接到外部電源以向負載供電，該能量存儲系統(tǒng)包括: 電池選擇單元，通過使用復用器來選擇電池； 容量測量單元，測量通過使用復用器選擇的電池的電壓，并基于測量的電壓來計算該電池的充電容量； 參考值設置單元，基于計算的充電容量來確定充電容量參考值； 平衡控制單元，基于計算的充電容量和確定的充電容量參考值來對將進行電池單體平衡的電池進行歸類，并對歸類 的電池執(zhí)行電池單體平衡。
全文摘要
公開了一種電池系統(tǒng)、一種控制該電池系統(tǒng)的方法和一種包括該電池系統(tǒng)的能量存儲系統(tǒng)?？刂齐姵叵到y(tǒng)的方法包括如下步驟通過使用復用器選擇多個電池之一；測量選擇的電池的電壓；基于測量的電壓來計算電池的充電容量。因此，可有效地執(zhí)行電池單體平衡。
文檔編號H02J15/00GK103248084SQ20121057009
公開日2013年8月14日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者沈慶燮 申請人:三星Sdi株式會社