专利名称：电池系统和包括其的能量存储系统的制作方法
技术领域：
本公开的技术涉及一种电池系统以及包括电池系统的能量存储系统。
背景技术：
最近，电池已经变为广泛地在各种领域中使用，包括便携设备(诸如移动电话机和笔记本型计算机)和大型产品(诸如电动汽车和能量存储系统)。电池和用于控制电池的充电和放电的控制电路一般被包括在单个系统中，并且该系统的有效的且高效的电力控制和管理变得重要。具体地，较大的电池系统尤其成问题，因为这些系统会要求控制电路承受较大的电压。
发明内容
一个发明方面是一种电池系统，包括具有多个电池模块的电池组,其中每个电池模块包括至少一个电池单元。电池系统也包括多个测量单元，其中每个测量单元连接到至少两个电池模块，并且每个测量单元包括被配置来监视至少两个电池模块的至少一个特性的至少两个第一模拟前端(AFE)。每个第一 AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送与所监视的特性有关的信息，该处理器被配置为基于所发送的信息来控制该电池组。隔绝器被配置来从没有连接到电池模块中具有最小电势的电池模块且没有连接到电池模块中具有最大电势的电池模块的AFE接收所发送的信息。另一个发明方面是一种能量存储系统，包括电力转换系统，被配置来连接到电源和负载；电池管理系统，连接到电力转换系统；和电池系统，连接到电池管理系统。该电池系统包括具有多个电池模块的电池组，其中每个电池模块包括至少一个电池单元。电池系统也包括多个测量单元，其中每个测量单元连接到至少两个电池模块，并且每个测量单元包括被配置来监视至少两个电池模块的至少一个特性的至少两个第一模拟前端(AFE)。 每个第一 AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送与所监视的特性有关的信息，该处理器被配置为基于所发送的信息控制该电池组。隔绝器被配置来从电池模块中、没有连接到电池模块中具有最小电势的电池模块且没有连接到电池模块中具有最大电势的电池模块的AFE 接收所发送的信息。
图I是图示根据实施例的电池系统的图；图2是图示根据另一实施例的电池系统的图；图3是图示根据再一实施例的电池系统的图；图4是图示根据实施例的控制电池系统的方法的流程图；图5是图示根据另一实施例的电池系统的6是图示根据另一实施例的电池系统的7是图示根据另一实施例的电池系统的图
图8是图示根据另一实施例的控制电池系统的方法的流程图；以及图9是图示根据实施例的能量存储系统的图。
具体实施例方式参照其中示出示范实施例的附图更充分地描述各种发明方面、特征和概念。然而， 各方面、特征和概念可以由本领域的普通技术人员按许多不同的形式实施。将理解该发明特征不被局限于在本说明书阐述的实施例。在说明书中，可以省去公知的功能和结构的具体说明从而不妨碍该理解。在各图中相似参考数字通常表示相似部件，并且在一些情况下， 将省去某些方面的重复说明。图I是图示根据实施例的电池系统101的图。参考图1，电池系统101包括电池 10、多个测量单元20、第一隔绝器30和处理器40。电池10存储经由外部源传递的电力。充电操作存储电力，并且在放电过程中所存储的电力被传递到负载。在电池10中，正电极连接到正端子50，负电极连接到负端子51， 并经过正端子50和负端子51执行充电和放电。电池10可以包括多个电池模块11，多个电池模块11彼此串联、并联或具有串联和并联的组合。电池模块11的每个可以包括至少一个电池单元12。当在电池模块11中包括多个电池单元12时，电池单元12可以彼此串联和/或并联。每个电池单元12是可重充电的蓄电池。如这里讨论的，电池模块11和电池单元12彼此串联，但是本发明不局限于此。每个测量单元20监视在电池模块11中包括的电池单元12的一个或多个特性以获得电池单元12的数据。测量单元20测量例如电池单元12的电压、充电状态和温度。测量单元20包括多个第一模拟前端(analog front end)(下文，称为AFE) 21和第二 AFE 22。 测量单元20可以在单个电路板上包括多个第一 AFE 21和第二 AFE 22。第一 AFE 21连接到一个或多个电池模块11并且监视电池模块11中的电池单元 12的各种状态。第一AFE 21可以例如在电池单元12的监视期间定期或不定期获得所测量的值。然而，获得数据的方法不受限制。例如，第一 AFE21可以获得根据自第二 AFE 22或处理器40施加的控制信号而测量的值。每个特定的第一 AFE 21向与它串联连接的相邻的第一 AFE 21传达监视的结果， 也即，所获得的数据。同样，一旦下一个第一 AFE 21从该特定的第一 AFE 21接收到数据， 则该下一个第一AFE 21向随后的第一AFE 21发送所接收的数据和由该下一个第一AFE 21 获得的数据。处于这一串第一 AFE 21的最后的第一 AFE 21、也即主第一 AFE 23接收由测量单元中的任何一个第一 AFE 21获得的、全部数据。在图I的实施例中，电池单元12彼此串联连接，因此从被设置为参考电平或地的标准电池单元12起电势差随着距离增加。布置在电池模块11的下侧的电池单元12可以是标准电池单元12。在该实施例中，第一AFE 21按照从高电势到低电势的方向发送所获得的数据，并且充当主第一 AFE 23并连接到低电势电池单元12的第一 AFE 21收集全部的所获得的数据。主第一 AFE23向第二 AFE 22发送全部所接收的数据和由主第一 AFE 23获得的数据。换句话说，在主第一 AFE 23中收集从单个测量单元20获得的全部数据并随后发送到第二 AFE 22。每个第二 AFE 22从主第一 AFE 23的一个中接收由多个第一 AFE 21获得的数据。同样，第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的数据，并向另一第二 AFE 22或其他第二 AFE 22发送从另一第二 AFE 22接收的数据和从第一 AFE 21的一个中收集的数据。在一些实施例中，多个测量单元20彼此串联连接以便测量电池单元12的状态。在最低电势的测量单元20、也即最下边的测量单元20中包括的第二 AFE 22向在下一个测量单元20中包括的第二 AFE 22发送所收集的数据。对此，下一个测量单元20指比前一测量单元20的电势高的测量单元20。主第二 AFE 25也即收集在电池10中包括的全部电池单元12的数据的第二 AFE22。主第二 AFE 25向第一隔绝器30发送所收集的数据。在一些实施例中，在连接到于第一测量单元20中包括的最后的第一 AFE21的电池单元12中最下边的电池单元12的负电极的电势可以是标准电势(例如，地电势)。布置在与标准电池单元12连接的第一 AFE 21上面的第一 AFE21测量关于正电压的数据，且布置在与标准电池单元12连接的第一 AFE 21下面的第一 AFE 21测量关于负电压的数据。第一隔绝器30包括在主第二 AFE 25和处理器40之间的数据传输路径。第一隔绝器30将测量单元20和处理器40的地彼此分离和隔绝。第一隔绝器30可以是任何的各种电路，例如，电平移位电路或光学隔绝器。处理器40通过使用经由第一隔绝器30接收的电池单元12的数据来控制电池10 的充电和放电操作。根据电池系统101的配置确定第一隔绝器30的最大容忍(tolerance)电压。在当前实施例中，如上探讨的，第二 AFE 22按照从低电势到高电势的方向顺序发送所收集的数据。电连接标准电池单元12的主第二 AFE 25向第一隔绝器30发送数据并从其接收数据。在该实施例中，对应于与三个测量单元20相应的电池模块11的电势差的电压被施加到第一隔绝器30，因此第一隔绝器30容忍具有作为电池系统的总电压的电平的电压。例如,如果单个电池单元12具有大约4V的电压并且十个电池单元12串联连接到单个电池模块11，则每个电池模块具有40V的电压。因为对于在第一测量单元20下面的三个测量单元 20的每个存在三个电池模块，故当前实施例的第一隔绝器30容忍大约360V的电压。如上所述，主第二 AFE 25或第一隔绝器30的地电势是在连接到第一测量单元20 的主第一 AFE 23的电池模块11中包括的多个电池单元12中最下边的电池单元12的负电极的电势。施加到主第二 AFE 25和第一隔绝器30的电压分别具有120V(40VX3)的幅度和-360V(-120VX3)的幅度，120V的幅度是第一测量单元20的电池模块11的电压的总和，-360V的幅度是在第一测量单元20下面布置的测量单元20的电池模块11的电压的总和。因此，主第二 AFE 25和第一隔绝器30容忍大约360V的电压。下文中，在探讨的实施例中，每个电池单元12的输出电压是大约4V而每个电池模块11的输出电压是大约40V。然而，本发明不局限于此，并且电池模块11和电池单元12的输出电压可以改变。在一些实施例中，所获得的数据被发送到在最低电势处布置的测量单元20中包括的第二 AFE 22，也即，最下边的测量单元20包括主第二 AFE 25。第一隔绝器30的地电势是最下边的电池单元12的负电极的电势。因此，如果第一隔绝器30从最低电势的第二 AFE 22接收数据，则第一隔绝器30需要容忍对应于与四个测量单元20相应的电池模块11 的电势差的电压。也即，第一隔绝器30需要容忍多于大约480V的电压。然而，随着在特定组件或电路中要求的容忍电压的增加，要制造该组件或电路变得更困难和昂贵。同样，组件或电路的制造成本的增加并不与在组件或电路中要求的容忍电压的增加成比例，并且当容忍电压增加时，制造成本显著增加。如上所述，根据当前实施例的电池系统101，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器40时，可以通过将主第二 AFE 25连接到既不与最高电压的电池模块11连接也不与最低电压的电池模块11连接的第一 AFE 21来减少隔绝器的最大电压。图2是图示根据另一实施例的电池系统102的图。参考图2，电池系统102包括电池10、多个测量单元20、第一隔绝器30和处理器40。当前实施例的电池系统102具有和图 I的电池系统101类似的配置和功能。每个第二 AFE 22从主第一 AFE 23接收由多个第一 AFE 21获得的数据。同样，每个第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的数据并且可以将从其他第二 AFE 22 接收的数据发送到另一第二 AFE 22。在根据当前实施例的电池系统102中，多个测量单元20彼此串联连接，主第二AFE 25是在从高电势侧起的第二测量单元20中包括的第二 AFE 22。因此，电连接到在第二测量单元20中包括的最后的第一 AFE 21的电池单元12的负电极是标准(地)电平。因此， 在最高电势的测量单元20中的第二 AFE 22发送所收集的数据到主第二 AFE 25。同样，在比主第二 AFE 25的电势低的测量单元中的第二 AFE 22按照从低电势到高电势的方向发送所收集的数据。如上所述，根据电池系统102的配置确定第一隔绝器30的所需最大容忍电压。在当前实施例中，主第二AFE 25、即在从高电势侧起的第二测量单元20中包括的第二AFE 22 连接到第一隔绝器30，并且向其发送数据并从其接收数据。因为用于发送数据的主第二 AFE 25的位置的缘故，所以对应于与两个测量单元20相应的电池模块11的电势差的电压被施加到第一隔绝器30，因此第一隔绝器30具有如下所需最大容忍电压该所需最大容忍电压具有和两个测量单元20的电压的电平相同的电平。例如，当前实施例的第一隔绝器30 可以具有电平大约为240V的所需最大容忍电压。如上所述，根据当前实施例的电池系统102，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器40时，布置在中间电势的第二 AFE 22被用作用于向第一隔绝器30发送数据的主第二 AFE 25，由此减少第一隔绝器30的所需最大容忍电压。图3是图示根据另一实施例的电池系统103的图。参考图3，电池系统103包括电池10、多个测量单元20、第一隔绝器30和处理器40。当前实施例的电池系统103具有和图 I的电池系统101类似的配置和功能。每个第二 AFE 22从主第一 AFE 23接收由多个第一 AFE 21获得的数据。同样，每个第二 AFE 22可以接收在另一第二 AFE 22中收集的数据并且可以将从其他第二 AFE 22 接收的数据发送到另一第二 AFE 22。在根据当前实施例的电池系统103中，多个测量单元20彼此串联连接，主第二AFE 25是在从低电势侧起的第二测量单元20中包括的第二 AFE 22。因此，最低电势的第二 AFE 22发送所收集的数据到主第二 AFE 25。同样，其电势比主第二 AFE 25的电势高的第二 AFE 22按照从高电势到低电势的方向发送所收集的数据。主第二 AFE 25变为标准(地)电平。如上所述，根据当前实施例的电池系统103，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器40时，布置在中间电势的第二 AFE 22被用作用于向第一隔绝器30发送数据的主第二 AFE 25，由此减少第一隔绝器30的所需最大容忍电压。如上所述，根据电池系统103的配置确定第一隔绝器30的所需最大容忍电压。在当前实施例中，主第二AFE 25、即在从低电势侧起的第二测量单元20中包括的第二AFE 22 连接到第一隔绝器30，并且向其发送数据并从其接收数据。因为用于发送数据的主第二 AFE 25的位置的缘故，所以对应于与最多三个测量单元20相应的电池模块11的电势差的电压被施加到第一隔绝器30，因此第一隔绝器30具有如下所需最大容忍电压该所需最大容忍电压具有和三个测量单元20的电压的电平相同的电平。例如，当前实施例的第一隔绝器30可以具有与大约360V相同的电平的承受电压(withstand voltage)。如上所述，根据当前实施例的电池系统103，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器40时，布置在中间电势的第二 AFE 22被用作用于向第一隔绝器30发送数据的主第二 AFE 25，由此减少第一隔绝器30的所需最大容忍电压。图4是图示根据实施例的控制电池系统101到103的方法的流程图。参考图4，获得在连接到多个第一 AFE 21中的每个的电池模块11中包括的电池单元12的数据(SlO)。 每个第一 AFE 21将获得的数据发送到在同一测量单元20中包括的主第一 AFE 23 (Sll)。已经接收到数据并且已经收集了所获得的数据的主第一 AFE 23向对应的第二 AFE 22发送所收集的数据(S12)。具有所接收的数据的每个第二 AFE22向主第二 AFE 25 发送所接收的数据(S13)。主第二 AFE 25可以是除在最低电势的测量单元20中包括的第二 AFE 22之外的第二 AFE 22。主第二 AFE25向第一隔绝器30发送所接收的信息(S14)， 并且隔绝器30向处理器40发送信息(S15)。在一些实施例中，以预定的频率或处理器40 确定的次数来重复该方法。如上所述，根据电池系统101到103，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器 40时，通过适当选择用于向第一隔绝器30发送数据的主第二 AFE 25的位置来减少第一隔绝器30的所需最大容忍电压。在图I到图4的实施例中，在每个测量单元20中包括的第二 AFE 22从多个第一 AFE 21中处于最低电势的主第一 AFE 23接收数据，但是本发明不局限于此。也即，在每个测量单元20中包括的第二 AFE 22可以从例如布置在最高电势的第一 AFE 21或另外电势的第一 AFE 21中接收数据。同样，连接到第二 AFE 22的第一 AFE 21的位置可以在测量单元20中改变。例如，最下边的第一AFE 21可以是最上边的测量单元20中的主第一AFE 23，而最上边的第一 AFE 21可以是其他测量单元20中的主第一 AFE 23。在图I所示的实施例中，当最上边的第一 AFE 21是最上边的测量单元20中的主第一 AFE 23时，第一隔绝器30的所需最大容忍电压没有减少。因此，在图I所示的实施例中，除最上边的第一 AFE 21之外的第一 AFE 21被用作最上边的测量单元20中的主第一 AFE 23。此外，虽然未示出，但是当除了最下边的第一AFE 21之外的任意第一AFE 21被设置为最下边的测量单元20中的主第一 AFE 23时，第一隔绝器30可以从在最下边的测量单元20中包括的第二 AFE 22接收数据。图5是图示根据另一实施例的电池系统104的图。参考图5，电池系统104包括电池10、多个测量单元20、第一隔绝器30、处理器40以及多个第二隔绝器60。当前实施例的电池系统104具有和图I的电池系统101基本相同的配置和功能。第二 AFE 22从主第一 AFE 23接收由多个第一 AFE 21获得的数据。同样，第二 AFE 22接收在另一第二 AFE 22中收集的数据，或者将从另一第二 AFE 22接收的数据或从包括该第二 AFE 22的测量单元20的第一 AFE 21中收集的数据发送到另一第二 AFE 22。另外，在当前实施例的电池系统104中，经过第二隔绝器60执行在多个第二 AFE 22之间的数据发送和接收。也即，第二隔绝器60提供第二 AFE 22之间的数据传输路径。 第二隔绝器60分离和隔绝在各测量单元20之间的地。第二隔绝器60可以是任何的各种电路，例如，电平移位电路或光学隔绝器。根据电池系统104的配置确定第一隔绝器30和第二隔绝器60的所需最大容忍电压。在当前实施例中，经过第二隔绝器60在第二 AFE 22之间发送数据，因此每个第二隔绝器60可以具有大约120V的所需最大容忍电压。同样，主第二 AFE 25经过第二隔绝器60 从多个其他第二 AFE 22接收数据，因此第一隔绝器30也可以具有大约120V的所需最大容忍电压。根据当前实施例的电池系统104，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器40 时，电池系统104被配置为经过第二隔绝器60在第二 AFE 22之间发送所获得的数据，由此减少第一隔绝器30和第二隔绝器60的所需最大容忍电压。同样，如上所述，组件或电路的制造成本不与在组件或电路中要求的所需最大容忍电压的增加成比例，并且当所需最大容忍电压的量增加时，制造成本显著增加。因此，根据当前实施例的电池系统104，虽然增加了隔绝器的数量，但是可以减少制造成本。图6和图7是分别图示根据另一实施例的电池系统105和106的图。参考图6和图7，电池系统105和106与图5的电池系统104的不同在于，连接第一隔绝器30的主第二 AFE 25处于不同的位置。除此之外，系统105和106具有与图5的电池系统104类似的配置和功能。图8是图示控制电池系统104到106的方法的流程图。参考图8，获得在连接到多个第一 AFE 21中的每个的电池模块11中包括的电池单元12的数据(S20)。每个第一 AFE 21将所获得的数据发送到在测量单元20中包括的主第一 AFE 23 (S21)。已经接收到数据并且已经收集了数据的主第一 AFE 23向对应的第二 AFE 22发送所接收和收集的数据(S22)。具有所接收的数据的每个第二 AFE22经过第二隔绝器60向主第二 AFE 25发送所接收的数据(S23)。主第二 AFE 25可以是除最低或最高电势的测量单元20之外的测量单元20的第二 AFE 22。主第二 AFE 25经由第一隔绝器30向处理器40发送所接收的信息(S24)。如上所述，根据当前实施例的电池系统104到106，当从电池单元12获得的数据被发送到处理器 40时，可以通过将电池系统104到106配置为经过第二隔绝器60在第二 AFE 22之间发送数据来减少第一隔绝器30和第二隔绝器60的所需最大容忍电压。同样，如上所述，组件或电路的制造成本的增加不与组件或电路的所需最大容忍电压的增加成比例，并且当所需最大容忍电压的量增加时，制造成本显著增加。因此，根据电池系统104到106，虽然增加了隔绝器的数量，但是可以减少制造成本。同时，在图5到图8中，在每个测量单元20中包括的第二 AFE 22从多个第一 AFE 21中处于最低电势的主第一 AFE 23接收数据，但是本发明不局限于此。也即，在每个测量单元20中包括的第二 AFE 22可以从例如布置在最高电势的第一 AFE 21或另外电势的第一 AFE 21中接收数据。同样，连接到第二 AFE 22的第一 AFE 21的位置可以在每个测量单元20中改变。 也即，例如，最下边的第一 AFE 21可以用作最上边的测量单元20中的主第一 AFE 23，而最上边的第一 AFE 21可以用作其他测量单元20中的主第一 AFE 23。此外，虽然未示出，但是在图5到图8示出的实施例中，第二隔绝器60被布置在测量单元20之间，因此第二隔绝器60可以从在最下边测量单元20中包括的第二 AFE 22接收数据。图9是图示根据实施例的能量存储系统I的图。参考图9，当前实施例的能量存储系统I从发电系统2和电网(grid) 3向负载4提供电力。发电系统2是用于通过使用能量源产生电力的系统。发电系统2向能量存储系统 I提供产生的电力。发电系统2可以是例如光伏系统、风力发电系统、潮汐发电系统等，但是本发明不局限于此。发电系统2可以是用于通过使用诸如太阳能热或地热的可再生能量来发电的任何发电系统。电网3包括电厂、变电站、电力线等。当电网3处于正常状态时，电网3对能量存储系统I供电，从而向负载4和/或电池10供电。电网3也从能量存储系统I接收电力。 当电网3处于异常状态时，停止从电网3向能量存储系统I提供电力，并且也停止从能量存储系统I向电网3提供电力。负载4消耗由发电系统2产生的电力，存储在电池10中的电力和从电网3提供的电力。负载4可以是例如家庭、工厂等。能量存储系统I可以将发电系统2产生的电力存储在电池10中并且提供电力到电网3。能量存储系统I可以将存储在电池10中的电力提供给电网3或在电池10中存储从电网3提供的电力。当电网3处于异常状态时，例如，当在电网3中发生电力故障时，能量存储系统I也可以执行不间断电源(uninterruptible power supply, UPS)操作以便向负载4供电。当电网3处于正常状态时，能量存储系统I也可以向负载4提供由发电系统 2产生的电力或存储在电池10中的电力。能量存储系统I包括电力转换系统(下文称为PCS) 200、电池管理系统(下文称为 BMS) 70和电池10。PCS 200将发电系统2、电网3和电池10的电力转换为合适的电力并且将转换后的电力提供给所需的地方。该实施例中的PCS 200包括电力转换单元210、直流(DC)链路单元220、逆变器230、转换器240、第一开关250、第二开关260和集成控制器270。可以使用其他PCS。电力转换单元210连接在发电系统2和DC链路单元220之间。电力转换单元210 将由发电系统2产生的电力传递给DC链路单元220，并且电力转换单元210将输出电压转换为DC链路电压。具体地，当发电系统2通过使用太阳光发电时，电力转换单元210可以包括最大功率点跟踪(MPPT)转换器，用于执行MPPT控制，以便根据太阳光或温度的量的变化来最大化由发电系统2产生的电力的量。DC链路电压可能由于在发电系统2或电网3中的突然电压降或在负载4中峰值负载的产生而不稳定。然而，可能需要DC链路电压是稳定的以用于转换器240和逆变器230的正常操作。DC链路单元220可以包括例如用于稳定DC链路电压的大值电容器，并且被连接在电力转换单元210和逆变器230之间以便维持DC链路电压。逆变器230是连接在DC链路单元220和第一开关250之间的电力转换器。逆变器230可以包括逆变器，其将从发电系统2和/或电池10输出的DC链路电压转换为电网 3的交流(AC)电压并且在放电模式中输出AC电压。同样，逆变器230可以包括整流电路， 其将由电网3提供的AC电压整流为DC链路电压并且输出DC链路电压以便在充电模式中在电池10中存储从电网3提供的电力。逆变器230可以是双向逆变器或可以包括多个逆变电路。逆变器230可以包括滤波器，用于从要输出到电网3的AC电压中去除更高的谐波；以及锁相环(PLL)电路，用于将从逆变器230输出的AC电压的相与电网3的AC电压的相进行同步。同样，逆变器230可以执行以下的功能诸如电压改变范围限制、功率因子提高、DC分量的消减、对瞬变现象的保护等。转换器240是连接在DC链路单元220和电池10之间的电力转换器。转换器240 包括用于DC-DC转换的转换器，用于将存储在电池10中的电力转换为具有逆变器230所要求的电压电平的电力，也即DC链路电压，并且在放电模式中输出DC链路电压。转换器 240包括用于DC-DC转换的转换器，用于在充电模式中将从电力转换单元210输出的电力或从逆变器230输出的电力转换为具有电池10所要求的电压电平的电力，也即充电电压。 转换器240可以是双向转换器或可以包括多个转换电路。第一开关250和第二开关260在逆变器230和电网3之间彼此串联连接，并且通过在集成控制器270的控制下执行闭合/断开操作来控制在发电系统2和电网3之间的电流流动。可以根据发电系统2、电网3和电池10的状态来执行第一开关250和第二开关260 的闭合/断开操作。例如，当在负载4中要求大量电力时，第一开关250和第二开关260被导通从而将发电系统2、电网3和电池10的电力提供给负载4。另一方面，当在电网3发生电力故障时，第二开关260被截止而第一开关250被导通。因此,从发电系统2或电池10 输出的电力可以提供给负载4，并且可以通过防止提供给负载4的电力流进电网3来防止诸如工人被电网3的电力线电击的事故。集成控制器270监视发电系统2、电网3、电池10和负载4的状态，并且根据监视的结果控制电力转换单元210、逆变器230、转换器240、第一开关250、第二开关260和BMS 70。集成控制器270可以监视在电网3中是否发生电力故障以及是否电力是由发电系统2 产生的。此外，集成控制器270可以监视由发电系统2产生的电力的量、电池10的充电状态、在负载4中消耗的电力量、时间等。BMS 70连接到电池10并在集成控制器270的控制下控制电池10的充电和放电操作。BMS 70可以执行过充电保护功能、过放电保护功能、过流保护功能、过压保护功能、过热保护功能、单元平衡功能等以便保护电池10。为此，BMS 70可以监视电池10的电压、电流、温度、剩余电量、寿命、充电状态等，并且可以向集成控制器270发送监视的结果。电池10存储由发电系统2产生的电力和电网3的电力，并且向负载4或电网3提供所存储的电力。可以根据在能量存储系统I中要求的电力量、设计条件等来确定电池10 的数目。例如，当负载4消耗大量的电力时，可以包括多个电池10，而当负载4消耗少量的电力时，可以仅包括单个电池10。
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同时，包括电池10和BMS 70的电池系统100可以是在图I到图3和图5到图7 中描述的电池系统101到106。BMS 70可以包括多个测量单元20、第一隔绝器30、第二隔绝器60、处理器40等。如上所述，在根据当前实施例的能量存储系统I中，可以减少在电池系统100中包括的第一隔绝器30和/或第二隔绝器60的所需最大容忍电压，由此减少能量存储系统1 的安装成本。应理解这里描述的示范实施例应仅被认为是说明性的用意而非限制的目的。每个实施例中的特征或方面的描述应被一般考虑为可用于其他实施例的相似特征或方面。
权利要求
1.一种电池系统,包括包括多个电池模块的电池组，每个电池模块包括至少一个电池单元；和多个测量单元，其中每个测量单元连接到至少两个电池模块，其中每个测量单元包括被配置来监视至少两个电池模块的至少一个特性的至少两个第一模拟前端(AFE)，其中每个第一 AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送与所监视的特性有关的信息，该处理器被配置为基于所发送的信息控制该电池组，以及其中隔绝器被配置来从没有连接到电池模块中具有最小电势的电池模块且没有连接到电池模块中具有最大电势的电池模块的AFE接收所发送的信息。
2.—种电池系统,包括处理器；与处理器数据通信的隔绝器；包括多个电池模块的电池组，每个电池模块包括至少一个电池单元；和多个测量单元，其中每个测量单元连接到多于一个的电池模块，其中每个测量单元包括被配置来监视所连接的电池模块的至少一个特性的多个第一模拟前端(AFE)，其中每个第一 AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送指示所监视的特性的信息，其中该处理器被配置为基于电池特性信息控制该电池组，以及其中隔绝器被配置来从没有连接到具有最小和最大电势的电池模块的任何一个的第一 AFE中的一个接收电池特性信息。
3.如权利要求2所述的电池系统，其中，每个测量单元中的多个第一AFE包括所选择的第一 AFE，被配置来监视连接到该测量单元的电池模块中的第一电池模块的特性，和其余第一 AFE，被配置来分别监视连接到该测量单元的电池模块中、除第一电池模块之外的其余电池模块的特性，其中，其余第一 AFE还被配置来向所选择的第一 AFE发送与其余电池模块的所监视的特性有关的信息。
4.如权利要求3所述的电池系统，其中，每个测量单元的所选择的第一AFE被配置来经由第一隔绝器向处理器发送信息。
5.如权利要求3所述的电池系统，其中，每个测量单元还包括第二AFE，连接到所选择的第一 AFE并连接到另一测量单元的第二 AFE，其中，每个测量单元的第二 AFE被配置来向处理器发送指示第一和其余电池模块的所监视的特性的信息。
6.如权利要求5所述的电池系统，其中，每个测量单元的所选择的第一AFE被配置来向第二 AFE发送指示第一和其余电池模块的所监视的特性的信息。
7.如权利要求6所述的电池系统，其中，每个测量单元的第二AFE被配置来经由第一隔绝器向处理器发送信息。
8.如权利要求5所述的电池系统，其中，测量单元的第二AFE被连接为使得被配置来从第一测量单元的所选择的第一 AFE接收信息的第二 AFE被配置来向第二测量单元的第二 AFE发送第一测量单元的信息。
9.如权利要求8所述的电池系统，其中，第二测量单元的第二AFE被配置来向处理器发送第一测量单元和第二测量单元的信息。
10.如权利要求8所述的电池系统，其中，测量单元的第二AFE被配置来经由第二隔绝器彼此发送信息。
11.如权利要求8所述的电池系统，其中，测量单元的第二AFE被连接为使得第二测量单元的第二 AFE被配置来另外从第三测量单元的第二 AFE中接收信息。
12.如权利要求11所述的电池系统，其中，第二测量单元的第二AFE被配置来经由与用于从第一测量单元的第二 AFE接收信息的数据路径不同的数据路径从第三测量单元的第二 AFE中接收信息。
13.如权利要求2所述的电池系统，其中，每个电池模块包括串联连接的多个电池单元。
14.如权利要求3所述的电池系统，其中所选择的第一AFE被连接到电池模块中最低电压的电池模块。
15.一种能量存储系统，包括电力转换系统，被配置来连接到电源和负载；电池管理系统，连接到电力转换系统；和电池系统，连接到电池管理系统，该电池系统包括处理器；与处理器数据通信的隔绝器；包括多个电池模块的电池组，每个电池模块包括至少一个电池单元；知多个测量单元，其中每个测量单元连接到多于一个的电池模块，其中每个测量单元包括被配置来监视所连接的电池模块的至少一个特性的多个第一模拟前端(AFE)，其中每个第一 AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送指示所监视的特性的信息，其中该处理器被配置为基于电池特性信息控制该电池组，以及其中隔绝器被配置来从没有连接具有最小和最大电势的电池模块中的任何一个的第一 AFE中的一个接收电池特性信息。
16.如权利要求15所述的能量存储系统，其中，每个测量单元中的多个第一AFE包括 所选择的第一 AFE，被配置来监视连接到测量单元的电池模块中的第一电池模块的特性，和其余第一 AFE，被配置来分别监视连接到测量单元的电池模块中、除第一电池模块之外的其余电池模块的特性，其中，其余第一 AFE还被配置来向所选择的第一 AFE发送与其余电池模块的所监视的特性有关的信息。
17.如权利要求16所述的能量存储系统，其中，每个测量单元的所选择的第一AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送信息。
18.如权利要求16所述的能量存储系统，其中，每个测量单元还包括第二AFE，连接到所选择的第一 AFE并连接到另一测量单元的第二 AFE，其中每个测量单元的第二 AFE被配置来向处理器发送指示第一和其余电池模块的所监视的特性的信息。
19.如权利要求18所述的能量存储系统，其中，每个测量单元的所选择的第一AFE被配置来向第二 AFE发送指示第一和其余电池模块的所监视的特性的信息。
全文摘要
公开了一种包括具有减少的最大电压容忍要求的组件的电池系统和包括其的能量存储系统。该电池系统包括具有电池模块的电池组和测量单元，其中测量单元连接到电池模块。测量单元具有用于监视至少两个电池模块的第一模拟前端(AFE)。每个第一AFE被配置来经由隔绝器向处理器发送与所监视的特性有关的信息，该处理器被配置为基于所发送的信息控制该电池组。隔绝器从没有连接到具有最小电势的电池模块且没有连接到具有最大电势的电池模块的AFE中接收所发送的信息。
文档编号H02J7/00GK102593884SQ201210003068
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者冈田哲也, 尹韩硕, 梁钟云, 黄义晶 申请人:三星Sdi株式会社