自动化机器人电池牵引车的制作方法

题目为“模块化能量存储方法和系统”、代理人案号为0080451-000065的相关申请以及题目为“用于电气设备的自注册和自组装的方法和系统”、代理人案号为0080451-000080的相关申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，且特别涉及一种自动化机器人电池牵引车。

背景技术：

本发明涉及一种用于电气设备的移动和/或连接的方法和系统。该电气设备可以是位于能量存储设施中的能量存储设备。

技术实现要素：

一种选择和连接电力子系统的方法，所述方法包括：通过包括处理器和马达的移动机器人对第一存储子系统、第一电力子系统或第一控制子系统中的至少一个进行定位；通过所述移动机器人附接到所述第一存储子系统、第一电力子系统或第一控制子系统中的至少一个上；通过移动机器人将所述第一存储子系统、第一电力子系统或第一控制子系统中的至少一个移动到另一位置处；以及通过移动机器人将所述第一存储子系统、第一电力子系统或第一控制子系统中的至少一个连接到位于另一位置处的第二存储子系统、第二电力子系统或第二控制子系统中的至少一个上。

一种电力系统，包括：存储子系统，所述存储子系统包括一个或更多个电池，以及处理器，所述处理器构造成用以控制所述一个或多个电池中的至少一个电池的充电和放电；以及移动机器人，所述移动机器人包括第二处理器、马达以及电池，并且所述移动机器人构造成连接、移除、替换或安装所述存储子系统中的一个或更多个电池中的至少一个。

一种电力存储机架分配系统，包括：多个可移动电力存储机架，每个可移动电力存储机架包括：存储子系统，其包括可移动且可充电的一个或更多个电池，以及处理器，所述处理器构造成控制所述一个或更多个电池中的至少一个电池的充电和放电；以及移动机器人，其包括第二处理器、马达以及电池，其中所述移动机器人构造成：从所述多个可移动电力存储机架中定位出具有特定电力存储特征的第一可移动电力存储机架，附接到位于第一位置处的第一可移动电力存储机架上，以及将所述第一可移动电力存储机架从第一位置移动到第二位置处。

一种电力存储机架分配系统，包括：多个可移动电力存储机架，每个可移动电力存储机架包括可移动且可充电的一个或更多个电池；移动机器人，其包括处理器、马达以及电池，其中所述移动机器人构造成：从所述多个可移动电力存储机架中定位出具有特定电力存储特征的第一可移动电力存储机架，附接到位于第一位置处的第一可移动电力存储机架上，以及将所述第一可移动电力存储机架从第一位置移动到第二位置处。

基于机架的单元能量存储方法和系统的特定实施方案的这些和其他的特征和优点将通过示例性的实施方案来进行描述，但并不限定于这些示例性实施方案。

附图说明

参照附图，本发明的范围将从下面对示例性实施方案的详细描述中得到最佳的理解。附图包括：

图1显示了根据一个示例性实施方案的控制子系统的硬件架构；

图2显示了根据一个示例性实施方案的控制子系统的硬件架构；

图3显示了根据一个示例性实施方案的控制子系统的前面板；

图4显示了根据一个示例性实施方案的电力系统架构；

图5显示了根据一个示例性实施方案的节点中的元件的相互连接；

图6显示了根据一个示例性实施方案的移动机器人和电力存储容器；

图7显示了根据一个示例性实施方案的移动机器人和电力存储容器；

图8显示了根据一个示例性实施方案的移动机器人和电力存储容器；

图9显示了根据一个示例性实施方案的移动机器人和电力存储容器；以及

图10根据一个示例性实施方案执行的方法。

本发明的其他适用的领域将通过下文中所提供的详细说明而变得显而易见。应当理解的是，对示例性实施方案的详细描述仅是出于解释说明的目的，因此不意在对本发明的范围进行限制。

具体实施方式

本说明书仅提供示例性的实施方案，并不意在对用于使用移动机器人来移动和/或连接电气设备的方法和系统的范围、适应性或构造进行限制。实际上，随后对实施方案的说明将会为本领域的技术人员提供能够实施用于使用移动机器人来移动和/或连接电气设备的实施方案的描述。在不脱离在随附的权利要求书中限定出的系统和方法的精神和范围的情况下，可对要素的功能和布置进行各种改变。因此，不同实施方案可适当地省略、代替或增加不同的程序或元件。例如，应当理解的是，在备选的实施方案中，所述方案可以不同于所述描述的顺序来执行，并且可增加、省略或组合不同的步骤。并且，针对某些实施方案所描述的特征可与不同的其他实施方案进行组合。实施方案的不同方面和要素可以类似的方式进行组合。

本发明涉及一种用于电气设备的移动和/或连接的方法和系统。该电气设备可以是任何类型的电气设备，例如能量存储设备。自动化机器人可移动、更换、安装和/或连接一个或更多个电气设备(例如一个或更多个电池)。

例如，自动化机器人可移动和/或连接一个或更多个电气设备以形成运行的电气系统。例如，该自动化机器人可移动和/或连接一个或更多个能量存储设备，以产生可用于能量存储设施中的可动态扩展的能量存储系统。存储在组合到存储系统中的能量存储设施中的能量可用于很多不同的情况中，包括例如为调峰、应急电源以及通过从几秒到几小时的工作周期进行的系统稳定性控制。

图8显示了一种示例性的自动化移动机器人602，其可用于将一个或更多个电气设备从一个位置移动到另一个位置，和/或将两个或更多个电气设备彼此连接，使得它们可彼此通信/合作。如上所描述的那样，所述电气设备可以是任何类型的设备。例如，所述的电气设备可以是用于存储能量、传递能量、转换能量等的设备。移动机器人602可以是自动化机器人牵引车或任何其他能够将电气元件或设备从一个位置移动到另一个位置的机器人。

移动机器人602可移动单个的电气元件或可移动容纳一个或更多个电气元件的容器。移动机器人602还可重新排列/移动/连接电气元件，该电气元件位于特定位置处，或位于特定的容器内和/或固定到特定的容器上。例如，所述容器可以是可移动的存储机架或是电气元件可安装在其上的其他器皿，并且移动机器人602可重新排列机架中的电气元件、和/或从机架上移除电气元件、或以来自其他位置处的电气元件交换机架上的电气元件。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可将机架上的一个或更多个电气元件连接在一起。例如，通过在元件之间连上电线(例如电源线、信号线等)。可移动的储存机架可包括轮子、脚轮或者允许机架被移动机器人602在地板上推动或拉动的其他装置。

图8显示了一个示例性的电力系统，包括容器410c，例如存储机架，其容纳电气元件100、408和434。存储机架410c可容纳很多元件。在一个非限定性的实施方案中，容器410构造成用于保持存储子系统434、电源子系统408和控制子系统100中的至少一个。如在图4和图5中的细节所示出的那样，存储子系统434可包括一个或更多个电池406和处理器432(例如CPU)，处理器432构造成控制一个或更多个电池406中的至少一个电池406的充电和放电。后面将对存储子系统434的硬件架构进行更为详细的解释。

电源子系统408构造成用于与电源线相连，并且电源子系统408包括电源转换器416，其构造成在所述的至少一个电池406充电时将交流(AC)电转换成直流(DC)电，并且构造成在所述的至少一个电池406放电时将直流电转换为交流电。后面将对电源子系统408的硬件架构进行更为详细的描述。代理人案号0080451-000065、名称为“模块化能量存储方法和系统”的申请还描述了基于电力系统的机架，并且其全部内容通过引用并入本文。

控制子系统100构造成用于与存储子系统434相连，并且构造成与电源子系统408和/或存储子系统434相连。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可将存储子系统434与电源子系统408和/或存储子系统434相连。控制子系统100包括处理器102(例如CPU)，并且处理器102构造成用于控制存储子系统434和电源子系统408之间的电力传递。

移动机器人的硬件架构

图8中的示例性系统显示了移动机器人602的细节图，其例如包括处理器802(例如CPU)、马达806和电池804。处理器802控制移动机器人602的功能/移动。马达806为机器人602提供动力，并且驱动移动机器人602的轮子814、导轨等。马达602可以是电动机，其与电池804相连，电池804可重新充电，或该马达可以是依靠燃料(例如汽油、柴油或乙醇)运行的内燃机。移动机器人602还可以是混合动力车辆，并且使用电动机和内燃机。

在一个示例性实施方案中，移动机器人602可包括碰撞传感器812.碰撞传感器812可用于检测靠近移动机器人602或位于移动式起机器602的路径上的障碍物。移动机器人602还可包括视觉传感设备808，其可检测和读取信息，该信息输出在位于容器410c中的电气设备的前面板上。例如，视觉传感设备808可读取来自控制子系统100的信息，例如图3中所显示的LED222。后面将对控制子系统100的前面板进行更为详细的解释。移动机器人602还可包括红外(IR)传感器810。红外传感器810检测障碍物并且测量与各种物体的距离并且帮助机器人从一个位置航行到另一个位置处。在一个示例性实施方案中，移动机器人602包括连接器816，连机器816是允许移动机器人602附接到移动式容器上并且推动或拉动移动式容器到不同的位置的装置。而且，该移动机器人可包括用于接收无线命令或其他数据的接收器，例如天线。该命令和数据可被移动机器人602所使用，以自动地将容器内的电气元件移动和/或连接到该容器内的其他元件或其他容器中的其他元件上，以形成具有特定的预期特征的系统。该命令和数据还可被移动机器人602所使用，以定位出具有某些期望的特征的元件或容器。

用于移动/输送元件的示例性方法

在图9所示出的示例性实施方案中，移动机器人602构造成将存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个定位在于容器410不同的位置处。移动机器人602可附接到位于不同的位置处的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个上，并且进而将所述的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个放置到容器410中。

在一个示例性的实施方案中，容器410包括存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个，并且移动机器人602构造成对于容置在容器410中的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个进行定位。之后，移动机器人602移动到所定位的物品处(存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个)，例如在图9中定位在位置C处，并且附接到所述的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个上。该移动机器人例如可具有机械手臂、钳子、钩子等作为附接到容器410中的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100中的至少一个上的工具。之后，如图9所示，移动机器人602可将存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100从容器中移除。例如，通过拉动该元件通过容器410前面的开口。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602还构造成将所移除的存储子系统434、电源子系统408或控制子系统100移动到与接收该元件的容器不同的位置处。例如，在图9中，移动机器人602已经将电源子系统408从位于位置C处的存储机架上移除、携带所移除的电源子系统408移动到位置D处，并且将所移除的电源子系统放置到位于位置D处的存储机架上。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602在朝位置D前进之前可移动到中间的位置处或执行其他的功能(例如对移动机器人的电池进行充电)。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可同时移动一个以上的元件、装置、容器等。

图10显示了上面所描述的示例性方法的示例性顺序。在步骤1002中，移动机器人602对第一存储子系统434、第一电源子系统408和第一控制子系统中的至少一个进行定位。例如，如上面所描述的那样，机器人602对位于位置C处的电源子系统408进行定位，如图9所示。在步骤1004中，移动机器人602附接到所述的第一存储子系统434、第一电源子系统408或第一控制子系统100中的至少一个上。例如，如上面所描述的那样，机器人602附接到位于位置C处的电源子系统408上。在步骤1006中，移动机器人602将所述的第一存储子系统434、第一电源子系统408或第一控制子系统100中的至少一个移动到另一个位置处(例如显示在图9中的位置D)。在步骤1008中，移动机器人602使所述的第一存储子系统434、第一电源子系统408或第一控制子系统100中的至少一个与位于另一位置处(在这个例子中为位置D)的第二存储子系统434、第二电源子系统408或第二控制子系统100中的至少一个相连。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可通过位于两个元件之间的连接线而将第一存储子系统434、第一电源子系统408或第一控制子系统100中的至少一个与第二存储子系统434、第二电源子系统408或第二控制子系统100中的至少一个相连。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602选择第一存储子系统434与位于其他位置处的第二存储子系统434相连，以便获得第一存储子系统434中的一个或更多个电池以及第一存储子系统434中的一个或更多个电池的集体电池特征。

在一个示例性的实施方案中，第一电源子系统408构造成与电源线相连(显示在图5中)，并且第一电源子系统408包括电源转换器416，其构造成在第一存储子系统434的至少一个电池406充电时将交流电转换为直流电，并且构造成在第一存储子系统434的至少一个电池406放电时将直流电转换为交流电。

在一个示例性的实施方案中，第一控制子系统100构造成与第一存储子系统434相连，并且构造成与第一电源子系统408相连，第一控制子系统100包括处理器102(例如CPU)，并且处理器102构造成控制在第一存储子系统434和第一电源子系统408之间的电力传输。

用于移动存储容器和产生可扩展的电力系统的示例性方法

如上面所描述的那样，在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可将整个容器或多个容器移动到不同的位置处，以便产生可扩展的电力系统。这个特征在图6和图7中进行了描述并且将会在后面进行讨论。移动机器人602还可通过使元件和机架彼此相连或在机架内移动元件、或增加或减少机架内的元件来在机架内产生可扩展的电力系统。

在图6和图7中，该示例性的容器是可移动的存储机架。图6和图7显示了存储电能的电力存储机架分配系统600。电力存储机架分配系统600可位于例如为发电厂的存储设施中。在一个示例性的实施方案中，电力存储机架分配系统600包括多个可移动电力存储机架410d-410m。电力存储机架分配系统600可包括任何数量的电力存储机架410，并且因此该系统具有可扩展的有益特征，并且元件/机架基于性能需求、缺点、故障等可易于被替换。在一个示例性的实施方案中，显示在图6中的每个可移动电力存储机架410均包括存储子系统434，存储子系统434包括能够被移除并且可充电的一个或更多个电池406(显示在图4中)。存储系统434(显示在图4中)还包括处理器432，其构造成控制包含在存储子系统434中的一个或更多个电池406中的至少一个电池406的充电和放电。备选地，所述的一个或更多个电池406可位于存储子系统434的外部。

显示在图6和图7中的电力存储机架分配系统600还包括移动机器人602，其包括处理器802、马达806以及电池804(显示在图8中)。在一个示例性的实施方案中，移动机器人构造成从多个可移动电力存储机架410d-410m中定位出具有特定的电力存储特征的第一移动式电力存储机架(例如机架410g)。移动机器人602可通过从存储关于存在于特定的设施中或在其他的设施中可获得的每个电力存储机架和元件的存储信息(例如特定的电力存储特征)的中央命令中心604或其他来源(例如移动机器人中的存储器)接收信息来得知关于其他可访问的电力存储机架的情况。移动机器人602可经由无线通信606来连续地或间歇地从中央命令中心604处接收信息。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602从中央命令中心604处接收指令，中央命令中心604要求移动机器人602对具有特定的存储特征(例如一定量的存储容量)的可移动电力存储机架进行定位，并且基于所接收的指令，移动机器人602从多个可移动电力存储机架410d-410m中识别出第一可移动电力存储机架410g。

特定的电力存储特征例如可以是机架中的所有元件的电力存储能力(电量、给定的电量可输出的时长等)；机架上的每个元件的存储容量(电量、给定的电量可输出的时长等)；机架的峰值电力输出；电源子系统408温度(例如最小温度、最大温度、平均最小温度、平均最大温度等)；电源子系统408温度曝光度(例如Y量时长中X度的次数等)；电池温度(例如最小温度、最大温度、平均最小温度、平均最大温度等)；电池温度曝光度(例如Y量时间内X度的次数等)；电池的类型；电池的年龄(例如电池的平均年龄等)；电池的最高效的分派范围、电池可能的分派氛围、电池的当前分派范围等；电池的电荷(SoC)状态(例如平均SoC)；生产量(例如平均生产量)；容量(例如充电/放电)；距离上一次分派的时间；电池电压(例如在机架的高度处的最小和/值或最大值等)；充电率(C-rate)；全周期等同物数量；电池的保修信息；电池的效率曲线；逆变器的最大效率；以及元件的寿命等。

在图6和图7中所描述的特定的电力存储特征是电力存储容量，并且这是示例性的。然而，电力存储机架可根据任意的电力存储特征而连接和分组。除了电力存储特征，电力存储机架还可基于特征(例如机架的模块数量、机架的序列号等)来连接和分组。

在图6和图7中所描述的示例性实施方案中，移动机器人602构造成通过控制附接到移动机器人602上的连接器816连接到第一可移动电力存储机架(机架410g)上和通过借助多个滚子814而使第一可移动电力存储机架410g滚动到第二位置B处来将第一可移动电力存储机架(机架410g)从第一位置A移动到第二位置B。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602构造成通过读取位于地板上的不同位置处的条形码610来移动到不同的位置处，如图6和图7所示。可放置条形码以便在地板上形成路径/轨道608。条形码610允许移动机器人602确定其当前的位置，以便其可计算出怎样才能航行到它的目的地。移动机器人602可通过任何其他的方式而从一个位置移动到另一个位置，例如通过跟踪地标、通过对地标或指向标进行三角测量(by triangulating from landmarks or beacons)、使用视觉传感器、存储地图/坐标、GPS等。

在图6的示例性实施方案中，当位置B处期望具有四个小时存储容量的电力存储系统时，移动机器人602会自动地定位出具有一个小时存储容量的机架(机架410g)，以加入到位置B已有的现存的三个小时存储容量中(机架410i的两小时存储容量与机架410j的一小时存储容量相连)。在移动机器人602已基于从中央命令中心604处接收到的信息(其表明具有预期的特征的可获得的机架)对第一可移动的存储机架(机架410g)进行定位之后，移动机器人602附接到位于第一位置A处(如图6所示)的第一可移动电力存储机架(机架410g)上。

之后，如图7所示，移动机器人602可将第一可移动电力存储机架(机架410g)从第一位置(位置A)移动到第二位置(位置B)，可扩展的系统在第二位置处通过已经存在的两个机架(机架410i和410j)来产生。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602所接收到的无线通信可包括用于控制移动机器人602的命令。例如，该命令可指示移动机器人602关于接下来将去哪个位置、到达下一个位置将采用什么路线、移动机器人602应当定位哪个电气元件、一旦电气元件已定位移动机器人602应当执行什么任务、通知移动机器人602对它的电池进行再充电、通知移动机器人关闭电源、进入节电模式等。

在一个示例性的实施方案中，如图7所示，至少一个第二可移动电力存储机架位于第二位置(位置B)，并且移动机器人602构造成使第一可移动电力存储机架与至少一个第二可移动电力存储机架相连。通过使第一可移动电力存储机架与至少一个第二可移动电力存储机架相连，移动机器人602产生具有特定的电力存储容量的电力存储系统，该电力存储容量超过了所需的电力存储预定量。例如，在图6和图7中，其他的可移动的存储机架(至少一个第二可移动电力存储机架)410i和410j位于邻近第二位置B的位置处，并且移动机器人602构造成使第一可移动电力存储机架410g与至少一个第二可移动电力存储机架(机架410i和410j)相连。因此，如上面所描述的那样，通过使存储机架410g和存储机架410i和410j相连，产生了具有4个小时存储容量的电力系统。在一个示例性的实施方案中，通过使第一可移动电力存储机架410g与至少一个第二可移动电力存储机架(具有三个小时的组合存储容量的机架410i和410j)相连，移动机器人602产生了具有超过所需的电力存储预定量(例如三个半小时的容量)的特定电力存储容量(例如四个小时的容量)。

这些例子显示了移动机器人602是如何能够自动地根据机器人602所接收到的命令或移动机器人602能够获得的其他信息来动态地产生可扩展的电力系统的。这具有很多有益的特点。例如，不需要昂贵的人力工人来移动机架并使元件彼此连接。移动机器人602可比人力工人工作更长时间、工作更高效、产生更少的错误等。另外，可避免由于受伤的工人而造成的劳工索赔，并且机器人在出现机械或电气故障的情况下可容易地替换。

在一个示例性的实施方案中，多个接收器可放置在墙壁或其他的表面上，并且可通过共用线或线(信号线、电源线等)而彼此相连，并且每个电力存储机架可包括固定的连机器，其位于与多个接收器相同高度并且与接收器中的一个互补式配合/连接。移动机器人602然后可通过移动存储机架直到固定式连机器插入到接收器中而将存储机架与接收器相连。如果其他的存储机架已经连接到共享同一共用线的接收器上(共用线作为存储机架所连接的线)，那么存储机架进而会彼此相连并且可在彼此之间发出信号、在彼此之间传递电能等。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602构造成使第一可移动电力存储机架410g与接收连接器的固定式接收器相连，并且该固定式接收器与至少一个第二可移动电力存储机架410i、410j相连。在这个例子中，通过移动机器人602使第一可移动电力存储机架410g的连接器与固定式接收器相连，第一可移动电力存储机架410g和至少一个第二可移动电力存储机架410i、410j可仅通过必须形成的一个连接而容易地彼此相连。然而，还能形成额外的连接，以使两个存储机架彼此相连。

在图6和图7中所示出的示例性实施方案中，多个可移动电力存储机架410d-410m中的每个或几个例如可包括电力子系统408，其构造成连接到电源线上。电力子系统408例如可包括电源转换器416，其在至少一个电池406充电时将交流电转换为直流电，并且在至少一个电池406放电时将直流电转换为交流电。在图6和图7中所示出的示例性实施方案中，多个可移动电力存储机架410d-410m中的每个或几个可包括控制子系统100，其可与存储子系统434相连，并且可与电力子系统408相连。控制子系统100可包括存储器102，其构造成控制存储子系统434和电源子系统408之间传递的电力。处理器102可构造成发出控制对一个或更多个电池406中的至少一个电池406的充电和放电的信号。而且，处理器102可构造成监控一个或更多个电池406的运行状态。

在一个示例性的实施方案中，移动机器人602构造成通过接收显示在控制子系统100的前面板上的信息222来检查可移动电力存储机架410的运行状态。在图8所示的示例性实施方案中，现实在前面板上的信息通过多个发光二极管222来显示，并且移动机器人602通过视觉传感设备808读取多个发光二极管222来收集信息。信息可通过任何能够显示/输送信息的器件而显示在前面板上。下面将参照图3对前面板进行更为详细地讨论。视觉传感设备808例如可以是扫描装置、光脉冲接收器等。在一个示例性实施方案中，代替通过视觉传感设备808接收关于电力存储机架的信息，移动机器人602可从电力存储机架无线地接收数据。例如，通过近场通信(NFC)、蓝牙、Wi-Fi等。

在一个示例性的实施方案中，当可移动电力存储机架410g的运行状态表明运行错误时，移动机器人602构造成自动地以另一个可移动电力存储机架410j代替可移动电力存储机架410g。代替具有错误的的电力存储机架的可移动电力存储机架可具有相同的或不同的特征。在这个例子中，具有一个小时存储容量的出故障的电力存储机架410g被同样具有一个小时存储容量的电力存储机架410j所代替。

电力节点系统

图4显示了一个电力节点系统，该电力节点系统是由移动机器人602创建的示例性可扩展的电力系统。电力节点系统例如包括三个节点410a、410b、410c。每个节点410a、410b、410c形成一个单元或一个整体，其在后文中将指代为电力节点。在图4的电力节点系统中可使用任何数量的节点，这是因为该系统可从一个节点扩展到成百上千个平行的节点410a、410b、410c等。每个节点410a可包括：存储机架或构造成牢固地保持控制子系统100、电源子系统408和存储子系统434的其他容器，存储子系统434包括一个或更多个可移除的和可充电的电池406。在一个示例性实施方案中，在图6和图7中显示的每个容器410可以是显示在图4中的电力节点410。

因此，由于节点中的元件的模块化，元件具有物理和逻辑分离，以及独立性。由于电力系统的可扩展性，可对电源和持续时间的特征进行独立的缩放。而且，可基于项目需要和业务变化来容易地改变电力系统的大小。模块化消除了单点故障，并且使场地建筑物减小到最小，这是因为元件可具有牵引车并且发挥作用。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可基于所需要的电量需求通过根据需求(例如电力需求、成本需求等)将各个节点410连接到期望的构造中而自动地衡量并建造电力系统。

在图4中所示出的示例性实施方案中，每个节点410(例如节点410a)包括电源子系统408、控制子系统100和存储子系统434。在图4中所示出的示例性实施方案中，存储子系统434包括可移除且可充电的一个或更多个电池406，以及构造成监控一个或更多个电池406中的至少一个电池的处理器432。

存储子系统434中的电池406可包括来自不同的制造商的电池，或它们可以来自同一个制造商。并且，电池可全部为相同类型(例如NiCd)或可以是不同的类型。存储子系统434包括电池管理单元404，其包括计算机处理器432，计算机处理器432构造成监控存储子系统434中的一个或更多个电池406的至少一个电池，并且电池管理单元404构造成与控制子系统100通信。在一个示例性的实施方案中，电池管理单元404包括负责所有电池的安全充电/放电和与控制子系统100进行通信的基于计算机的电子产品和固件。

显示在图4中的电力存储和分配系统400还包括单元控制子系统420，其连接到三个节点410a、410b和410c中的每个上。换言之，每个节点410a、410b和410c控制子系统100连接到单元控制子系统420上。电源控制子系统420为任意数量的节点服务。例如，单元控制子系统420构造成监控显示在图4中的电力存储和分配系统400中的多个节点410a、410b和410c的当前状态。单元控制子系统420控制/维持例如它所指定覆盖的节点组的当前状态和充电/放电容量。在图4中所显示的电力存储和分配系统400中可使用任意数量的节点。节点的控制子系统100和单元控制子系统420之间的通信，例如可通过Modbus或DNP3来进行。Modbus是用于连接工业电子设备的串行通信协议。Modbus允许连接到同一网络上的多个设备之间的通信。

在图4中的电力存储和分配系统400中，单元控制子系统420构造成监控多个节点410a、410b和410c的充电/放电容量。单元控制子系统420还构造成利用例如为上面所描述的状态/健康/性能参数来优化多个节点410a、410b和410c中的存储子系统434、电源子系统408和/或控制子系统100的健康和性能。并且，每个节点的控制子系统100可向单元控制子系统420发送成本曲线(例如千瓦vs.美元)，并且单元控制子系统420可确定哪个节点是可使用的最便宜的资源，并且使用存储在作为电力的最便宜的资源的节点中的电力。换言之，单元控制子系统420可在节点之间投标，以便确定哪个节点是所存储的电力的最便宜的资源。在一个示例性的实施方案中，单元控制子系统420可结合它们的成本曲线对多个节点进行排名(例如从最便宜到最贵或从最贵到最便宜)。在一个示例性的实施方案中，移动机器人602可利用电力的最便宜资源的节点来创建电力系统或基于其他的需求来建立电力系统。

如上面所描述的那样，在每个节点410a、410b、410c中，电池管理单元404包括处理器432，其构造成监控至少一个电池406，并且构造成与控制子系统100通信。另外，在每个节点中，电力子系统408构造成与电源线相连，并且电源子系统408包括电源转换器416(例如逆变器)，其在至少一个电池406充电时将交流电转换为直流电，并且在至少一个电池放电时将直流电转换为交流电。

在各个节点410a、410b、410c中，机架的控制子系统100连接到节点的存储子系统434上，并且连接到节点的电力子系统408上。节点的控制子系统100包括处理器102，并且处理器102构造成控制在存储子系统434和电力子系统408之间的电力传递。在一个示例性的实施方案中，节点的处理器102构造成发送控制节点中的至少一个电池406的充电和放电的信号，并且处理器102构造成监控节点中的一个或更多个电池406的运行状态。

图4中的电力存储和分配系统400例如包括频率传感器605、RTU422和监控与数据采集(SCADA)模块424，其连接到控制系统420上。频率传感器605可以是电压传感器等。SCADA模块424是控制系统，其进行数据采集，并且是节点控制子系统410d、410e等的主要的使用者界面。如图4中所示，SCADA模块424可从节点410c的电源子系统408、控制子系统100和存储子系统434发送和/或接收数据。SCADA模块424还可从节点410a和410b中的全部子系统100、408、434发送和/或接收数据。也就是说，SCADA模块424可与每个子系统单独地对话。市场分派单元包括市场信息(例如电力成本等)，并且可基于关于能源产业的市场信息而进行智能决策。例如可通过Modbus或DNP3来进行单元控制子系统420和RTU422和SCADA模块424之间的通信。节点410a、410b、410c连接到例如为480V的开关装置436上。具体地，开关装置436可连接到节点410a、410b、410c的电力子系统408上。在图4中，开光装置436连接到隔离变压器426上。隔离变压器426连接到例如为13.8V的开关装置428上。开关装置428还可连接到发电机升压(GSU)变压器430上。GSU变压器430可例如为13.8/138kV GUS变压器。

在图4中，电力子系统408还构造成连接到电源线上。例如，图8显示了电力子系统408连接到例如400V AC线对线电气系统408上。该线对线电气系统可具有任何其他的电压值。电力子系统408包括电源转换器(例如逆变器416)，其在至少一个电池406充电时将交流电转变为直流电，并且在该至少一个电池放电时将直流电转换为交流电。

在图4和图5中，控制子系统100连接到存储子系统434上，并且连接到电力子系统408上。如图7所示，控制子系统100包括处理器102，并且处理器102构造成控制在存储子系统434和电力子系统408之间传递的电力。图5显示了电池管理单元404电性地连接在电力子系统408和电池模块406之间。

在一个示例性实施方案中，控制子系统100的处理器102构造成发送控制位于储存子系统434中的至少一个电池406的充电和放电的信号。而且，处理器构造成监控位于存储子系统434中的一个或更多个电池406的运行状态。

如图1和图2所示，控制子系统100的一个示例性实施方案包括下列元件中的一些或全部：AC/DC电源104；不间断的电源106；处理器102；以太网交换机108；构造成从存储子系统434发送和/或接收数据的第一通信接口216；构造成传递电力到存储子系统434的第一传输接口112；构造成从电力子系统408发送和/或接收数据的第二通信接口218；以及构造成传输电力到电力子系统408的第二传输接口112。

在一个示例性实施方案中，处理器102从存储子系统434处接收电池数据，并且基于所接收到的电池数据中的信息，处理器102指示电力子系统408对至少一个电池406进行充电或放电。电池数据例如可以是电力状态、充电/放电状态、电池充电状态(例如充电百分比)、AC接触器状态、DC接触器状态、故障/错误状态等。

在一个示例性实施方案中，控制系统100的处理器102构造成通过利用在后面描述的状态/健康/性能参数，优化被存储子系统434监控/管理的一个或更多个电池406的健康和性能。

图1和图2显示了控制子系统100的示例性硬件架构，并且在下面将会更为详细的描述。而且，图5显示了电源子系统408、存储子系统404和控制子系统的示例性硬件架构，以及这些子系统是怎样相互连接的，下文中将会进行更为详细的描述。

每个节点的控制子系统100可存储优选值，其包括下面关于节点的参数中的一些或全部，优选的值存储为：

节点中的电池的最佳充电/放电率；

节点中电池的最高效的分派范围、电池的可能的分派范围、电池的当前的分派范围等；

节点中的电池的效率曲线；

节点的当前情况/状态(例如是在线还是离线、当前的模式、已经发生和/或出现的错误等)；

电力子系统优选的运行温度(例如最小的温度、最大的温度等)；

优选的电池温度(例如最小的温度、最大的温度等)；

电力子系统中的逆变器的最大效率；

节点中的电池的历史(例如最近一段时间内电池干了什么等)；

输出值(例如平均输出值)；

电池的保修信息；以及

元件的寿命等。

在一个示例性的实施方案中，节点的元件(控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434)构造成安装在上面所描述的机架上。然而，节点的元件可位于容器、器皿等中，并且不需要安装在机架上。而且，节点可由元件的一个机架或者元件的多个机架组成。

图4显示了包括一个存储子系统434、一个控制子系统100和一个电力子系统408的节点；然而，节点可包括任意数量的子系统。例如，节点可包括多个存储子系统、多个电力子系统408和多个控制子系统100。并且，在一个示例性实施方案中，节点可包括除了控制子系统100、存储子系统434和电力子系统408之外的其他子系统，例如无功功率子系统或发电子系统。在另一个示例性实施方案中，节点可不包括具有电池的电力子系统408，这是因为节点不必须包括电力子系统。

控制子系统硬件架构

图1和图2是控制子系统100的硬件架构的示例性实施方案。控制子系统100是控制单元，其与包括电池管理单元404和至少一个电池406的电力子系统408和存储子系统434相交流。控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434包括成为节点410的电力单元，如上所述的那样。控制子系统100可发送信号给电力子系统408和电池管理单元404，该信号引起通过电力子系统408中的元件对电池406进行充电或放电。电池管理单元404可与存储子系统434中的电池406连接或不连接。控制子系统100可监控/管理电力存储系统中的电池和/或元件的当前状态、健康(例如长期和短期)和/或性能(例如长期和短期)。当前状态和健康参数将在后文中进行详细的讨论。

图1显示了控制子系统100以及位于控制子系统100内的各个元件的电气连接。如图1中的图例所示的那样，虚线表示交流电(AC)线，例如为120V。AC电压可以是除了120V外的任何其他的电压。而且，在图1中，实线表示直流(DC)线。AC线可代替DC线，并且DC线可代替AC线。图6中的全部的线可以全部是AC线或全部是DC线，或是AC线和DC线的任意组合。

控制子系统100构造成用于控制电力的传递。控制子系统100包括：AC/DC电源104(例如图1中的DC电源)；不间断电源(UPS)106；处理器102；以太网交换机108；电源开关116；以及电源接入模块120(EMI滤波器、保险丝等)。处理器102可以是任何类型的计算机处理器，包括单板计算机等。例如，处理器102可以是单处理器、多处理器或者它们的组合。处理器102可具有一个或更多个处理器“核”。该单板计算机可例如为Raspberry Pi单板计算机。该单板计算机例如可包括具有ARM或x86核心架构202的32位处理器。在一个示例性实施方案中，该单板计算机可以使用MathWorks有限公司的嵌入代码支持的处理器。在一个示例性实施方案中，该单板计算机可包括具有512MB或更多容量的存储器。备选地，该单板计算机的存储器的储存容量可以是任何大小的。存储器可以是RAM、ROM等。在一个示例性实施方案中，控制子系统100的软件可存储在控制子系统100的外部。

以太网交换机108例如可以是10/100Mbps或更快的以太网控制器。以太网交换机108可具有任何数量的端口，例如至少五个端口。第一个端口用于单板计算机102，第二个端口用于不间断电源106，第三个端口用于位于存储子系统434中的电池管理单元404，第四个端口用于电源子系统408，以及第五个端口用于上游网络连接。

控制子系统100还包括第一通信接口216，其构造成发送数据和/或从存储子系统434处接收数据，控制子系统434监控可移除且可充电的一个或更多个电池406。

所述的电池可以是任何类型的电池，包括可充电电池(例如流体电池、燃料电池、铅酸电池、锂空气电池、锂离子电池、熔盐电池、镍镉电池(NiCd)、镍氢电池、镍铁电池、镍氢电池、锌镍电池、有机电池、聚合物基电池、多硫化钠溴化物电池、钾离子电池、可充电的碱性电池、硅元素空气电池、钠离子电池、钠硫电池、超铁电池、锌-溴电池、锌基电池等)和/或非充电电池(例如碱性电池、铝空气电池、原子电池、本生电池、铬酸电池、克拉克电池、丹聂耳电池、干电池、土电池、蛙式电池、原电池、革若夫电池、勒克朗谢电池、柠檬电池、锂电池、锂空气电池、水银电池、熔盐电池、羟基氧化镍电池、有机电池、纸电池、土豆电池、普尔弗马克链电池、备用电池、氧化银电池、固态电池、伏打电池、水激活电池、韦斯顿电池、锌空气电池、锌碳电池、氯化锌等)。储存子系统434可仅包括一种类型的电池或包括不同类型的电池的组合。

第一通信接口216例如可以是如图2中所示的RJ-45连接器。该第一通信接口还可以是任何类型的数据连接器，并且可由一个或更多个连接器组成。

控制子系统100还包括第一传输接口112，其构造成传输电力到电池管理单元404。第一传输接口112例如可以是如图1中所示的AC连接器IEC320C13。第一传输接口112还可以是任何类型的数据连接器，并且可包括一个或更多个连接器。

控制子系统100还可包括第二通信接口218，其构造成发送数据数据和/或接收来自电力子系统408的数据。第二通信接口218例如可以是如图2中所示的RJ-45连接器。第二通信接口218还可以是任何类型的数据连接器，并且可包括一个或更多个连接器。控制子系统100还包括备用的AC输出连机器110，其例如可以是AC连接器IEC320C13。显示在图5中的电力子系统408包括电源转换器416，并且电力子系统408构造成与电线相连。电源转换器416可以是AC或DC逆变器，该逆变器具有自身连接或断开的能力。电力子系统408的一个示例性实施方案显示在图5中。

图1中的控制子系统100还包括第二传输接口114，其构造成传输电力给电力子系统408。第二传输接口114例如可以是如图1中所示的AC连接器IEC320C13。第二传输接口114还可以是任何类型的数据连机器，并且可包括一个或更多个连接器。在一个示例性实施方案中，一个或更多个第一传输接口112、第二传输接口114和备用的AC输出连接器110可以不由不间断电源106来供电。

处理器102构造成发送信号，该信号控制存储子系统434中的至少一个电池406的充电和放电。控制子系统100用于协调存储子系统434和电力子系统408之间的电力传输。电力子系统408负责从电网引出电力，并且将其传输给电池406。电力系统408还可从电池中引出电力并将其传输给电网。

图1中所示的不间断电源106在控制子系统100与设施电线断开连接时提供临时的120V AC电力。不间断电源106在正常状态(即可获得外部的120V AC)和电力损失状态(即不能获得外部120V AC，从电池供电)二者下均可在120V AC下供应250W。不间断电源106可在任何电压或功率水平下供应临时电力。如图5中所示，不间断电源106向电力子系统408模块提供电力，并且向电力子系统434的电池管理单元(BMU)404(即计算机处理器)提供电力。电池管理单元404告知电力子系统408什么时候它可对电池406充电或放电。不间断电源106例如可具有足够大的容量，以在电力损失状态下提供至少五分钟的120V AC、250W输出运行。不间断电源106还可包括用于不间断电源106的每个120V AC输出终端的保护装置(保险丝、断路器等)。

AC/DC电源104向控制子系统100的元件供电，并且大小设置成提供元件的连续运行。控制子系统100用于协调存储子系统434和电力子系统408之间的相互作用，并且用于控制节点410a、410b、410c等的整体运作功能，包括充电、放电、DC闲置、安全停机以及紧急模式。

在一个示例性实施方案中，控制器102构造成优化存储子系统434中的一个或更多个电池406的健康和性能。一个或更多个电池406的健康和性能可以是长期健康和性能或短期健康和性能。表示电池的当前状态、性能，或短期/长期健康的参数可包括下列参数中的全部或一些：

节点410的当前情况/状态(例如是在线还是离线、当前的模式、已经发生和/或出现的错误等)；电力子系统408的温度(例如最小的温度、最大的温度、平均最小温度、平均最大温度等)；

电子子系统408的温度曝光度(例如如Y量时长中X度的次数等)；

电池温度(例如最小温度、最大温度、平均最小温度、平均最大温度等)；

电池温度曝光度(例如Y量时间内X度的次数等)；

电池的年龄(例如电池的平均年龄等)；

电池最高效的分派范围、电池可能的分派氛围、电池的当前分派范围等；

电池的电荷(SoC)状态(例如平均SoC)；

生产量(例如平均生产量)；

容量(例如充电/放电)；

距离上一次分派的时间；

电池电压(例如在机架的高度处的最小值和/或最大值等)；

充电率(C-rate)；

全周期等同物数量；

电池的保修信息；

电池的效率曲线；

逆变器的最大效率；以及

元件的寿命等。

上述状态/健康参数中的一些或者全部可用于优化电池的性能和/或健康。在一个示例性实施方案中，处理器102构造成监控一个或更多个电池406的运行状态。运行状态可表征出故障、存储子系统434的充电、存储子系统434的放电、可用电量的百分比等。

图2显示了控制子系统100以及位于控制子系统100内的各个元件的数据连接。在图2中，USB连机器220通过USB连接而连接到单板计算机102的USB主机210上。单板计算机102还包括数字I/O模块208，其通过数字I/O连接而连接到LED驱动板118上。LED驱动板118控制输出关于控制子系统100和/或节点410a的状态信息的LED指示器222。在一个示例性实施方案中，控制子系统100在正常运行期间和在通电期间所需的总功率小于80W。在另一个示例性实施方案中，控制子系统100能够执行不间断电源106输出的电力循环。

图2还显示了通过USB连接而连接到不间断电源106上的USB模块204。单板计算机102还包括以太网控制器206，其连接到位于单板计算机或处理器102外部的以太网交换机108上。以太网交换机108通过单独的以太网线路二连接到每个连接器214、216和218上。

在一个示例性实施方案中，控制子系统1200包括允许处理器102被编程或被重新编程的端口。例如，该端口可以是图2中所示的USB端口220(USB 2.0、USB 3.0等)。该端口可以接收和/或传输数据的任何其他的数据端口，例如RS-232、以太网端口等。代替物理端口220或除物理端口220以外，处理器102可通过Wi-Fi、NFC等进行远程编程或重新编程。

在一个示例性实施方案中，控制子系统100包括构造成接收SD卡的SD卡接口212。接口212转而可接收SDHC或微型SD卡等。SD卡优选地存储4GB或更多的数据。除了SD卡接口212和SD卡之外，单板计算机102可包括任何其他类型的存储设备(RAM、ROM、硬盘驱动器、光盘驱动器等)。

图2中的示例性控制子系统100还可包括USB集线器224，其通过USB连接而连接到USB-A连机器220、UPS106、LED驱动板118和USB模块204上。显示在图2中的数字I/O和USB连接是可互换的。

节点中的子系统的相互连接

图5显示了构成节点的各个元件(控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434)是怎样彼此连接的。如上面所描述的那样，移动机器人602可自动地将控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434彼此进行连接。在图5中，图例中所显示的协议是示例性的。在图5中，控制子系统100例如通过三个连接而连接到电力子系统408上。连接中的两个是120V AC连接，并且连接中的一个是以太网连接，其将控制子系统100的以太网交换机108连接到电力子系统408的逆变器控制器416上。120V AC连接中的一个是在不间断电源106和容置在电力子系统408中的400V/120V变压器之间的连接。除了变压器，电力子系统408包括AC接触器，以及IGBT桥和逆变器控制器416。在一个示例性实施方案中，到达不间断电源106的电力不必须来自于电力子系统408。

电力子系统408通过两个DC连接而连接到存储子系统434上。存储子系统434还包括DC接触器、预充电继电器、电池管理单元404(例如计算机处理器)以及可外部访问的保险丝/断路器。电力子系统408通过DC连接而连接到电池406上。电力子系统408还可连接到用于冷却元件的一个或更多个机架风扇上(如果它们存储在机架上的话)。

图5还显示了控制子系统100通过以太网连接而连接到存储子系统434上。具体地，以太网交换机108连接到存储子系统434的电池管理单元404上。图5还显示了紧急停止输入线，紧急停止按钮开关与该紧急停止输入线相连。该紧急停止按钮开关可安装在易于访问的位置处，并且当其被按下时，造成电源被断开。例如，电力子系统408可与存储子系统434和能量存储设施AC总线断开。

节点控制子系统的前面板

图3显示了例如用于控制节点的控制子系统100的前面板的一个示例性实施方案。前面板包括电源通/断开关302。电源通/断开关302可以是机械式开关或薄膜开关。电源通/断开关302允许将来自不间断电源106的全部120V AC输出电力中断。因此，电源通/断开关302可允许切断全部的120V AC电力，以为了维修/安装而对控制子系统100、电力子系统408和存储子系统434进行重置。

图3显示了多个LED222，它们是视觉状态指示器，例如指示电力状态、充电/放电状态、电池充电状态、AC接触器状态、DC接触器状态、故障/错误状态等。如上面所述的那样，移动机器人602可读取这些视觉状态指示器，并且基于控制子系统或其他子系统执行适当的行动(例如置换出元件、移除元件、增加元件、替换整个节点等)。电力状态指示器可指示出在不间断电源106输出中存在AC电。充电/放电指示器可以是双色LED，其中一种颜色表示充电，并且另一种颜色表示放电。同样，AC接触器状态指示器可以是双色LED，其中一种颜色表示AC接触器是断开的，并且另一种颜色表示AC接触器是闭合的。类似地，DC接触器状态指示器可以是双色LED，其中一种颜色表示DC接触器是断开的，并且另一种颜色表示DC接触器是闭合的。

图3还显示了LCD屏幕304，其显示额外的状态信息。例如，在图3中，LCD屏幕304表示控制子系统100运行为电力节点控制器，即其监控节点的元件，例如容纳在一个存储机架中的元件。LCD屏幕304还显示电池在充电以及可使用的电池电量的当前百分比是什么。最后，LCD屏幕304指示出通电。图3还包括多个键306，可按压键306以便浏览显示在LCD屏幕304上的菜单或信息。图3还显示了位于控制子系统100的前面板上的端口308(例如USB-A端口)。这个端口308可与显示在图2中的端口220是相同的或是不同的。图3还显示了位于控制子系统100的前面板上的HDMI端口310。在一个示例性实施方案中，HDMI端口310可用于输出包括各种运行参数的视频数据给显示设备，例如LCD屏幕等。在另一个实施例实施方案中，HDMI端口310可用于对处理器102进行编程或重新编程。

虽然上文中已对所公开的系统和方法的各种示例性实施方案进行了描述，但是应当理解的是，这些实施例仅是为了举例而提出的，并非是限定性的。这并非是穷举的并且不会将本发明严格限制到所公开的内容上。在不脱离广度或范围的前提下，可对上面的教导进行修改和改变，或者可从本发明的实践中获得修改和改变。