电池管理系统以及能量存储系统的制作方法
【专利摘要】一种用于监视多个电池的电池管理系统以及包括电池管理系统的能量存储系统。该电池管理系统包括：电连接到电池的多个隔离电路单元。电池管理系统包括测量单元，其被电连接到隔离电路单元，以导通或者关断隔离电路单元，并且当通过测量单元导通隔离电路单元时，同时测量电池的电压。
【专利说明】电池管理系统以及能量存储系统
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及电池管理系统以及能量存储系统。
【背景技术】
[0002]随着诸如环境污染和资源耗尽的问题的增加，对于用于存储能量和有效地使用存储的能量的系统的关注也随之增加。同样还存在着对于在发电期间不会导致污染的可再生能源的增加的关注。因此，随着环境变化的发生，对于可以使用可再生能源的能量存储系统、电能存储电池系统、以及现有的网络电站(grid power)的研究已经被积极地进行。
[0003]在相关技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对于本发明的背景的理解，并且因此其可以包含没有形成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0004]本发明的一个或者多个实施例包括:包括多个电池的多个电池系统，其中，电池系统的每个总电压可以同时被测量；用于控制电池系统的方法；以及包括电池系统的能量存储系统。
[0005]根据本发明的方面，电池管理系统被提供来监视多个电池。该电池管理系统包括电连接到多个电池的多个隔离电路单元。测量单元被电连接到多个隔离电路单元，以导通或者关断多个隔离电路单元，并且当通过测量单元导通多个隔离电路单元时同时测量多个电池的电压。
[0006]多个隔离电路单元在同步的时间来同步，使得多个电池的电压被同时测量。
[0007]电池管理系统可以进一步包括多个电阻分割(division)单元，其每个都电连接在多个隔离单元中的一个和测量单元之间。
[0008]此外，当多个隔离电路单元被关断时，多个电池和多个电阻分割单元被彼此隔离，并且没有电压被施加到所述多个电阻分割单元上，并且测量单元可以不测量所述电压。
[0009]此外，当多个隔离电路单元被导通时，多个电池和多个电阻分割单元可以彼此电连接，并且电压可以被施加到多个电阻分割单元上，并且测量单元可以测量电压。
[0010]多个电阻分割单元可以包括多个电阻器，其可以为测量单元分割多个电池的每一个的电压，以对所分割的电压进行测量。
[0011]电池管理系统可以进一步包括多个电容器单元，其每个都电连接在多个电阻分割单元中的相应单元和测量单元之间。
[0012]多个电容器单元的每个可以分别测量测量单元用于确定多个电池的容量电荷的多个电池的每个的电压。
[0013]多个隔离电路单元的每一个可以进一步包括:至少一个开关，在其中，该开关可以是在开关器件中的电平偏移电路；光学隔离器(optical isolator);固态继电器；光MOS继电器、或者光电稱合器。
[0014]本发明的另一方面包括如下的测量单元，其进一步具有或者可以包括:多个隔离电路控制端子；多个电压测量参考端子；以及多个电压测量端子。测量单元可以基于在多个电压测量参考端子和多个电压测量端子之间的电势来获取多个电池的电压。
[0015]此外，测量单元还可以包括:监视单元；控制单元；时间同步单元；隔离电路控制单元，其用于控制多个隔离电路单元的操作；以及电压测量单元，其在多个隔离电路单元通过隔离电路控制单元被导通时，测量多个电池的电压。
[0016]监视单元可以测量多个电池的温度、电压、以及电流，并且计算对于传输到负载可用的存储能量的量。
[0017]更进一步地，时间同步单元可以经由实时时钟来生成准确的时间信息，并且在测量单元被导通或者关断时都进行操作。
[0018]时间同步单元可以使用准确的时间信息来确定多个电池的所述电压何时被测量
单元测量。
[0019]本发明的另一方面涉及作为能量存储系统的一部分的电池管理系统和多个电池。该能量存储系统可以包括:电能转换系统(PCS)，其电连接到多个电池和电池管理系统；发电系统，其电连接到能量存储系统，以向能量存储系统提供电力；电网，其接收来自能量存储系统的电力，以及将电力提供给能量存储系统；以及负载，其电连接到能量存储系统，以从能量存储系统接收电力。
[0020]PCS可以进一步包括:电能转换单元，其电连接到发电系统，以将从发电系统接收的电力从交流电(AC)转换成直流电(DC);直流电(DC)链路单元，其电连接到电能转换单元和逆变器；转换器，其电连接到多个电池、电能转换单元、和DC链路单元，以用于通过将从电能转换单元或者逆变器输出的电能的电压转换为多个电池所需的电压电平，来执行DC-DC转换；以及集成控制器，其电连接到电能转换单元、转换器、DC链路单元、逆变器、负载、和电网，以监视发电系统、电网、多个电池、以及负载的状态。
[0021]能量存储系统还可以具有第一和第二开关，其串联地电连接在逆变器和电网之间，并且所述第一和第二开关电连接到集成控制器。集成控制器可以导通或关断第一和第二开关，以控制在发电系统和电网之间的电流流动。
[0022]能量存储系统还可以包括保护电路，其电连接在PCS和多个电池的至少一个之间，以防止多个电池的过充电或者过放电。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]当结合所附附图来进行考虑，通过参考以下的详细描述，对于本发明的更全面的理解，以及对伴随其的许多优点将变得显而易见并且更好被理解，在附图中，相似的参考符号表示相同或者相似的组件，其中:
[0024]图1是示出根据本发明实施例的能量存储系统的框图；
[0025]图2示出了包含有根据本发明实施例的图1中所示的能量存储系统的电能转换系统(PCS)；
[0026]图3是示出根据本发明实施例的图2中所示的电池系统的示意性框图；
[0027]图4示出了用于控制根据本发明实施例的单独的BMS单元的系统BMS ；
[0028]图5是示出了根据本发明的实施例的测量单元的内部结构的框图；
[0029]图6是显示以比参考速率更高的充电/放电速率来对电池进行充电或者放电时的电压的变化的曲线图；以及
[0030]图7是用于操作根据本发明实施例的电池系统的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0031]将参考附图来对本发明进行更加详细的描述，在附图中，示出了本发明的示例性实施例。将详细描述实施例，以使得本领域的普通技术人员可以容易地操作本发明。应该理解的是，本发明的实施例可以发生变化，而不必须是彼此相斥的。例如，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，根据在该说明书中描述的预定实施例的特定形状、结构、以及特性可以在其他实施例中进行修改。此外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，每个实施例的单独的组件的位置和排列也可以进行修改。因此，以下的详细描述不应该被理解为是限制性的，而是应该理解为包括权利要求的范围以及其等价范围。在附图中，在各个方面中，相似的参考标号表示相似的元件。
[0032]在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大。在整个说明书中，相似的参考标号表示相似的元件。应该理解，在诸如层、膜、区域、或者基板的元件被称为在另一个元件上时，其可以直接在其他元件上，或者也可以存在插入的元件。或者，当一个元件被称为直接在另一元件上时，不存在插入的元件。
[0033]为了说明本发明，将与说明无关的元件从该详细说明中省略，并且在整个说明书中，相似的参考标号将表示相似的元件。
[0034]在若干例性实施例中，通过使用相同的参考标号，在第一不例性实施例中典型地描述具有相同配置的组成元件，并且在其他实施例中将仅仅描述除了在第一示例性实施例中描述的组成元件之外的组成元件。
[0035]在下文中，将参考所附附图来更加全面地描述本发明，在其中，本发明的示例性实施例被示出，以使得本领域的普通技术人员将容易地操作本发明。
[0036]对于能量存储系统而言，电池的有效管理是一个关键问题。与诸如充电、放电、或者电池单元平衡的多个特征相关地控制电池。通过有效地控制电池，电池的寿命将得到增力口，并且可以将电能稳定地提供给负载。
[0037]图1是根据本发明实施例的能量存储系统I的框图。
[0038]参考图1，能量存储系统I用于与发电系统2和电网3 —起将电能提供给负载4。
[0039]发电系统2通过使用能量源来生成电能，并且将电能提供给能量存储系统I。发电系统2的示例可以包括使用诸如太阳能发电系统、风力发电系统、或者潮汐发电系统的可再生能源来生成电能的任何电能系统。
[0040]电网3可以包括电站、变电站、电力线等。电网3可以将电能提供给能量存储系统1，以便将电能提供给负载4和/或电池30。或者，电网3可以从能量存储系统I接收电能。
[0041]负载4消耗通过发电系统2生成的电能，在电池30中存储的电能，或者从电网3中提供的电能。家庭或者工厂可以作为负载4的示例。
[0042]能量存储系统I可以将通过发电系统2生成的电能存储在电池30中，并且将所生成的电能提供给电网3。能量存储系统I可以将在电池30中存储的电能提供给电网3，或者将从电网3中提供的电能存储在电池30中。如果在电网3中发生电力故障，则能量存储系统I可以执行不间断电能提供(UPS)操作。[0043]能量存储系统I可以包括:电能转换系统(PCS) 10，其控制电能转换、电池管理系统(BMS) 20、电池30、第一开关55、第二开关60等。
[0044]PCSlO可以将发电系统2、电网3、以及电池30中的电能转换成适当的电能，并且将转换的电能提供给需要的地方。PCSlO包括电能转换单元11、直流电(DC)链路单元12、逆变器13、转换器14、以及集成控制器15。
[0045]电能转换单元11被连接在发电系统2和DC链路单元12之间。电能转换单元11将通过发电系统2生成的电能传递到DC链路单元12。此时，从电能转换单元11输出的电能的输出电压可以被转换为DC链路电压。
[0046]根据发电系统2的类型，电能转换单元11可以包括转换器(converter )、整流器电路等。如果发电系统2生成DC电能，则电能转换单元11可以包括用于将DC电能转换成DC电能的转换器。如果发电系统2生成交流电(AC)电能，则电能转换单元11可以包括用于将AC电能转换成DC电能的整流器电路。具体地，如果发电系统2是太阳能发电系统，则电能转换单元11可以包括最大功率点跟踪(MPPT)转换器，以根据太阳辐射、温度等的变化而获取从发电系统2输出的最大功率。
[0047]DC链路单元12被连接在电能转换单元11和逆变器13之间。DC链路单元12防止发电系统2或者电网3的瞬时电压降，以及防止在负载4中生成峰值负荷，以获得稳定的DC链路电压。
[0048]逆变器13是连接在DC链路单元12和第一开关55之间的电能转换器。逆变器13可以包括逆变器，其将从发电系统2和/或电池39输出的DC链路电压转换成电网3的AC电压，并且在放电模式中将AC电压输出。逆变器13可以将从电网3中输出的AC电压整流为DC链路电压，并且在充电模式中，将其输出以存储在电池30中。逆变器13可以是双向逆变器，在其中，输入和输出的方向可以变化。或者，逆变器13可以包括多个逆变器。
[0049]逆变器13可以包括:滤波器，其用于将谐波从输出到电网的AC电压中移除；以及锁相环(PLL)电路，其用于将从逆变器13中输出的AC电压的相位与电网3的AC电压的相位匹配。同样，逆变器13可以执行诸如电压变化范围的限制、功率因子校正、移除DC分量、以及瞬时现象保护的其他功能。
[0050]转换器14通过将从电池30输出的电能的电压转换为逆变器13所需的电压电平，即，DC链路电压来执行DC-DC转换，并且在放电模式中将其输出。同样地，转换器14通过将从电能转换单元11或者逆变器13输出的电能的电压转换为电池30所需的电压电平，即，在充电模式中的充电电压来执行DC-DC转换。转换器14可以是双向转换器，在其中，输入和输出的方向可以变化。或者，转换器14可以包括多个转换器。
[0051]集成控制器15监视发电系统2、电网3、电池30、以及负载4的状态，并且根据监视的结果来控制电能转换单元11、逆变器13、转换器14、第一开关55、第二开关60、以及BMS20。集成控制器15可以监视在电网3中是否发生电力故障，发电系统2是否生成电能，通过发电系统2生成的电能量，电池30的电荷状态，由负载4消耗的电能量，时间等。
[0052]第一开关55和第二开关60串联连接在逆变器13和电网3之间，并且通过在集成控制器15的控制下导通或者关断，来控制在发电系统2和电网3之间的电流流动。第一开关55和第二开关60可以根据发电系统2、电网3、以及电池30的状态而导通或者关断。例如，如果负载4要求较大量的电能，则第一开关55和第二开关60都导通，使得发电系统2和电网3的所有的电能都可以被使用。然而，如果发电系统2和电网3的电能不足以满足负载4所需的电能量，则可以将在电池30中存储的电能提供给负载。如果在电网3中存在电力故障，则第二开关60关断，并且第一开关55导通。因此，来自发电系统2和/或电池30的电能可以被提供到负载4，但是其可以不流入到电网3，其使能能量存储系统I单独地操作，因此防止在电网3的电力分配(distribution)线等处操作的操作者被电击。
[0053]BMS20被连接到电池30，并且根据集成控制器15的控制来控制电池30的充电和放电。BMS20可以防止过充电、过放电、过电流、过电压、或者过热等。为此，BMS20可以监视电压、电流、温度、剩余电能量、寿命、充电状态等，并且可以将监视结果传输到集成控制器
15。此外，根据本发明的当前实施例，BMS20可以同时测量分别连接到多个PCSlO的电池30的电压。BMS20可以将电压测量时间同步，以同时测量电池30的电压，其将在随后详细描述。
[0054]电池30接收通过发电系统2生成的电能，或者电网3的电能，并且将其存储，以及提供存储的电能给负载4或者电网3。
[0055]电池30可以包括一个电池架(battery rack),或者被串联和/或并联连接的多个电池架。电池架是指电池30的子组件。此外，每个电池架可以包括被串联和/或并联连接的至少一个电池托盘(battery tray)或者多个电池托盘。电池托盘是指电池架的子组件。同样，每个电池托盘可以包括多个电池单元。电池30可以由诸如镍镉电池、铅蓄电池、镍金属氢化物(NiMH、)电池、锂离子电池、或者锂聚合物电池的各种类型电池单元来形成。
[0056]图2示出了在根据本发明的实施例的能量存储系统I中包括的多个电能转换系统(PCS)0
[0057]根据本发明的当前实施例，多个PCSlO可以被包括在能量存储系统I中。S卩，参考图1和图2，多个PCSlO可以被包括在一个能量存储系统I中。
[0058]例如，根据图2，当包括η个PCSlO时，电池30可以被连接到PCSlO中的每一个，即，第一 PCS10-1、第二 PCS10-2、…、第η PCSlO-η。保护电路50可以被包括在PCSlO的每一对和电池30的每一对之间。保护电路50可以包括保险丝(未示出)，其可以在电池30和PCSlO之间阻挡充电或者放电路径。在保护电路50中包括的保险丝通过在BMS20感应到每个电池30中的过充电或者过放电时，熔断连接在从PCSlO到电池30的充电或者放电路径，来保护电池单元。即，保护电路50可以防止电池30的过充电或者过放电。
[0059]电池30的数量对应于PCSlO的数量。电池30，S卩，第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk可以将电能提供给相应的PCS10。例如，如在图2中所示，根据本发明的当前实施例，第一PCS10-1可以连接到第一电池VI1、V12、…、以及Vlk。
[0060]此外，参考图2，当包括多个PCSlO和多个电池30时，BMS20可以控制多个电池30。因为BMS20可以控制多个电池30，所以多个PCSlO的电压可以同时被测量，或者电池30可以被同时充电或者放电。
[0061]图3是示出了根据本发明的实施例的图2的示意性框图。
[0062]首先，图3的BMS20可以如上参考图2所述地控制连接到多个PCSlO的多个电池30。S卩，如在图3中所示，分别对应于η个PCSlO的第一电池V11、V12、...、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的两端连接到BMS20。尽管图3中未示出，保护电路50可以连接在多个PCSlO和多个电池30之间，以防止多个电池30的过充电或者过放电。
[0063]此外，虽然分别连接到PCSlO的第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的数量在图2中都相同，SP，为k个，这是为了描述的方便，并且电池的数量不限于如图2中所示。此外，电池30可以不仅仅是电池单元，而且可以是电池模块，并且构成每个电池模块的子电池单元V11、V12、…、Vnk-1以及Vnk的数量不受限制。
[0064]同样，参考图2，BMS20可以包括隔离电路单元22、电阻分割单元23、电容器(condenser)单元24、以及测量单元40。
[0065]隔离电路单元22是在电池30和电阻分割单元23之间的电流传输路径，其将在随后描述。当使用测量单元40的控制信号测量电池30的电压时，隔离电路单元22允许电流在电池30和电阻分割单元23之间流动；如果没有测量电压，则隔离电路单元22将电池30和电阻分割单元23彼此隔离，以使得即使在能量存储系统I中流动大电流时，噪声信号也没有被传输到BMS20。
[0066]如果没有使用隔离电路单元22的情况下，电阻分割单元23被直接连接到电池30以测量电池30的电压，则电压测量结果可能会由于高电流值导致的在电池30中生成的噪声信号而发生变化。
[0067]详细地，隔离电路单元22的单独的隔离电路可以分别电连接到电池30。S卩，第一隔离电路22-1可以连接到第一电池VI1、V12、…、Vlk，并且第η隔离电路22-n可以被连接到第η电池Vnl、Vn2、…、Vnk，并且相应的隔离电路将电池30和电阻分割单元23彼此隔离。此外当测量分别连接到PCS10-1U0-2、…、10-n的第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压时，隔离电路单元22可以根据同步的时间来将电池30和电阻分割单元23隔离，使得电池30的电压可以同时被测量。
[0068]一般地，在根据现有技术的电阻分割电路中，施加到PCS10-1、10-2、…、以及10_n的瞬时总电压被测量。然而，为了瞬时测量施加到PCS10-1、10-2、…、以及10-n的电池30的总电压，隔离电路单元22被控制，以同时测量PCS10-1U0-2、…、以及10_n的每个的总电压。
[0069]作为隔离电路单元22，起开关作用的隔离器件被使用。诸如在开关器件中的电平偏移电路和光学隔离器的各种电路可以被使用来作为隔离器件。详细地，诸如光MOS继电器或者光电耦合器的固态继电器可以被用在隔离电路中，以将电池30和电阻分割单元23隔离。隔离器件可以被导通或者关断。
[0070]电阻分割单元23是用于以预定的比例来分割每个PCS10-1、10-2、-UO-η的总电压、并且对其进行测量的电路。根据本发明的当前实施例，对于用于控制高电压电池系统的BMS20，将测量总的电池电压。将在能量存储系统I的电池系统中测量的电池架的总电压或者电池系统的总电压是高电压。因此，具有高上限的测量设备将被包括，以测量电池30的总电压。然而，根据本发明的当前实施例，相反地，每个PCS10-l、10-2、…、以及10-n的总电压被以预定的比例来分割，并且测量分割的值，并且然后，将所测量的电压与预定的比例再次相乘，以计算每个PCS10-1U0-2、…、以及10-n的总电压。[0071]电阻分割单元23可以是电阻器件R11、R12、…、以及Rip、电阻器件R21、R22、…、以及R2p、……电阻器件Rnl、Rn2、…、以及Rnp，或者是晶体管。虽然图2的电阻分割单元23仅仅包括电阻，但是电阻分割单元23的类型和元件的数量不限于如上所述的电阻。
[0072]电阻分割单元23可以包括第一电阻R11、R12、...、以及Rip、第二电阻R21、R22、…、以及R2p、以及第η电阻Rnl、Rn2、...、以及Rnp，以将连接到多个PCSlO的电池30的电压进行分割，并且测量所分割的电压。第一电阻R11、R12、…、以及Rip、第二电阻R21、R22、…、以及R2p、以及第η电阻Rnl、Rn2、…、以及Rnp分别被并联连接到第一隔离电路22_1、第二隔离电路22-2、…、以及第η隔离电路22-n。例如，当测量连接到第一 PCS10-1的第一电池VI1、V12、…、以及Vlk的电压时，则当第一隔离电路22-1被导通时，第一电池VI1、V12、…、以及Vlk被连接到第一电阻R11、R12、…、以及Rip。测量单元40测量施加到在第一电阻R11、R12、…、以及Rlp当中的第一分割电阻Rll上的电压，以计算所有的第一电池V11、V12、…、以及Vlk的电压。
[0073]使用测量单元40测量的分割电压不需要是如图2所示的被施加到电阻上的电压，而是可以是分割的电压，其被施加到以BMS20所需的预定比例来分割第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压的多个电阻或者晶体管上。
[0074]接下来，电容器单元24可以被用于测量被施加到分割电路单元23的每个分割电路的电阻上的电压。 电容器单元24可以包括多个电容器C12、C22、一、Cn2。多个电容器可以分别被用于测量第一电池V11、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。例如，用于测量第一电池V11、V12、…、以及Vlk的电压的电容器C12被利用施加到电阻Rll上的电压来充电，并且测量单元40测量在电容器C12中充电的充电量，以计算整个第一电池VI1、V12、…、以及Vlk的电压。
[0075]接下来，测量单元40获取在电容器单元24中包括的电容器C12、C22、...、Cn2中充电的充电量，由此测量连接到多个PCSio的第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。
[0076]测量单元40可以包括:隔离电路控制端子Scl、Sc2、…、以及Scn ;电压测量参考端子Vgl、Vg2、…、以及Vgn ;以及电压测量端子Vsl、Vs2、…、以及Vsn。
[0077]电压测量参考端子Vgl、Vg2、…、以及Vgn以及电压测量端子Vsl、Vs2、…、以及Vsn被用于测量电池30的电压。测量单元40可以通过使用在电压测量参考端子Vgl、Vg2、…、以及Vgn与电压测量端子Vsl、Vs2、…、以及Vsn之间的电势来获取电池30的电压。
[0078]详细地，测量单元40可以测量施加到分割电阻Rll的电压，以计算第一电池VI1、V12、...、以及Vlk的电压。如上所述，在电容器C12中，以施加到电阻Rll上的电压来充电，并且测量单元40获取在电容器C12中充电的充电量，以计算施加到Rll上的电压。根据在图3中所示的实施例，其中，施加到电阻Rll上的电压为VI，第一电池V11、V12、…、Vlk的总电压可以表示为 V1*(R11+R12+...+Rip)/RlI。
[0079]同样，通过使用隔离电路控制端子Scl、Sc2、…、Sen，测量单元40可以将电池30和电阻分割单元23彼此隔离或者彼此连接。隔离电路控制端子Scl、Sc2、…、Scn可以生成将相应的隔离电路导通或关断的信号。例如，当隔离电路控制端子Scl传输用于导通第一隔离电路22-1的信号时,第一电池VI1、V12、…、以及Vlk的分割电压被施加到Rll,以测量在Vnl和Vgl之间的电势差，以测量第一电池VI1、V12、…、以及Vlk的总电压。
[0080]详细地，测量单元40可以将信号传输给隔离电路控制端子Scl、Sc2、…、Sen,以同时测量第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。即，通过导通/关断第一隔离电路22_1、第二隔离电路22-2、…、以及第η隔离电路22-n，第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压可以在同步的时间处被测量。为了在测量单元40中同步测量时间，可以使用实时时钟(RTC)或者触发信号。
[0081]图4示出了用于控制根据本发明的实施例的单独的电池系统的集成电池管理系统(BMS)。
[0082]虽然在图3的实施例中，连接到和集成到单独的PCSlO的BMS20可包括测量单元40，然而可选地，根据图4的实施例，PCSlO可以分别连接到单独的BMS20-l、20-2、…、以及20-n，并且集成BMS20可以控制单独的BMS20_1、20_2、…、以及20_n。在该种情况下，测量单元40可以被包括在集成BMS20中，并且集成BMS20可以将单独的BMS20-l、20-2、…、以及20-n的时间同步，并 且测量电压。相比于图2和图3而在图4中省略的对于结构的描述可以参考图2和图3中的描述。
[0083]图5是示出了根据本发明实施例的测量单元40的内部结构的框图。
[0084]参考图5，测量单元40可以包括监视单元41、控制单元42、时间同步单元43、隔离电路控制单元44、以及电压测量单元45。
[0085]首先，监视单元41监视电池30的状态。监视单元41测量电池30的温度、电压、电流等，并且通过使用所测量的值，监视单元41可以计算(估计)可以被传输到电机的存储能量或者能量的量。所测量的值被传输到控制单元42来作为充电状态(S0C)、健康状态(S0H)、可用放电电能、可充电电能等。因为当受到比参考值更高的充电/放电速率的影响时，在电池30的电压中的变化度较高，所以电压应该在适当的时序处被测量。因此，监视单元41可以监视电池30的状态，并且将监视的状态传输到控制单元42。
[0086]接下来，控制单元42生成信号，以控制测量单元40的整体操作。控制单元42通过与监视单元41的通信而确定电池30的当前状态，并且时间同步单元43、隔离电路控制单元44、以及电压测量单元45执行相应的功能，以传输命令信号。
[0087]时间同步单元43将时间信号同步，使得当测量单元40测量电池30的电压时，测量单元40可以同时测量第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。如果在能量存储系统I中，以高于参考值的充电/放电速率(c速率)来对电池30进行充电或者放电，则电池30的根据时间的电压变化将较高。因此，为了使得准确和瞬时地测量电压，当多个电池30被包括在本发明的当前实施例中时，时间同步单元43将时间信号同步，以使得多个电池30的电压被同时测量。
[0088]即使当测量单元40没有根据实时时钟(RTC)而导通，时间同步单元43也可以进行操作，由此生成准确的时间信息。或者，通过使用触发信号，时间同步单元43可以生成准确的时间信息，利用该时间信息，电池30的电压可以被感测。
[0089]接下来，隔离电路控制单元44确定是否根据控制单元42的信号来导通或者关断隔离电路单元22。如上所述，当导通隔离电路单元22时，电池30和分割电路单元23被连接，并且因此测量单元40可以测量分割电压。相反，当隔离电路单元22被关断时，电池30和分割电路单元23被相互隔离，并且因此没有电压被施加到分割电路单元23，并且测量单元40可能不能用于测量电压。
[0090]此外，隔离电路控制单元44可以产生用于控制隔离器件的信号，使得根据本发明的当前实施例在电池30中生成高电流的情况下生成的噪声信号不影响测量单元40的电压测量。此外，隔离电路控制单元44可以生成命令以仅仅在短的时间周期内导通或者关断隔离器件，使得在本发明的当前实施例的电池系统的充电/放电速率高于参考值时，也可以进行准确的测量。
[0091]图6是示出了当以高于参考速率的充电/放电速率来对电池充电或者放电时，在电压中的变化的曲线图。
[0092]如图6中所示，如果在电压测量端子Vsl、Vs2、…、Vsn中观察到电压中的快速变化，并且没有包括隔离电路单元22，则由于电压的变化而难于准确地测量图6的感测点的电压。然而，当如本发明的当前实施例一样，包括隔离电路单元22以测量电池30的电压时，可以通过采用隔离器件来瞬 时测量电池30的电压。因此，使用隔离电路单元22而感测的电压是高度可靠和准确的。
[0093]如果第一电池V11、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk显示如图6中的曲线所示的电压变化，则隔离电路控制单元44仅仅在感测点处瞬时导通隔离电路单元22,由此,允许测量第一电池V11、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的每一个。
[0094]接下来，在通过隔离电路控制单元44来导通隔离电路单元22的隔离电路22_1至22-n的同时，电压测量单元45测量第一电池V11、V12、...、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。S卩，可以通过使用由第一电池V11、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk感测的电势差来测量电池30的分割电压。
[0095]此外，电压测量单元45基于测量的分割电压来测量第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的总电压。即，电压测量单元45可以考虑器件特性，例如，基于测量的分割电压的电阻特性来计算电池30的总电压。
[0096]图7是用于操作根据本发明实施例的电池系统的方法的流程图。
[0097]参考图7，首先，在操作SI中，测量单元40的监视单元41监视电池30的状态。即，监视单元41可以监视电池30的状态，监视隔离电路单元22是导通或者关断，或者监视是否存在来自PCSlO的 噪声信号。
[0098]接下来，在操作S2中，隔离电路单元22的时间被同步，以测量分别连接到多个PCSlO的第一电池VI1、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的电压。测量单元40的时间同步单元43可以使用实时时钟(RTC)或者触发信号来同步隔离电路单元22的信号。
[0099]接下来，在操作S3中，通过基于同步时钟信号来控制隔离电路单元22，来测量分别连接到PCSio的电池30的分割电压。测量单元40在同步时间处，将所有的第一隔离电路22-1、第二隔离电路22-2、…、以及第η隔离电路22_η导通，以进行测量，由此，测量第一电池V11、V12、…、以及Vlk、第二电池V21、V22、…、以及V2k、…、以及第η电池Vnl、Vn2、…、以及Vnk的分割电压。
[0100]最后，在操作S4中，电压测量单元45通过参考在操作S3中测量的分割电压以及连接到电池30的电阻分割单元23的电路的状态来计算连接到PCS10-1、10-2、…、10_n的每一个电池的总电压。
[0101]因此，即使当存在多个PCSlO时，在根据本发明的实施例的电池系统中，可以同时测量连接到PCSio的电池30的电压。
[0102]应该理解，在此描述的示例性实施例应该仅仅认为是描述性的，而不是出于限制的目的。在每个实施例中对于特 征和方面的描述应该典型地认为是也可以用于在其他实施例中的其他相似特征和方面。
【权利要求】
1.一种电池管理系统，用于监视多个电池，所述电池管理系统包括: 多个隔离电路单元，所述多个隔离电路单元电连接到所述多个电池；以及 测量单元，所述测量单元被电连接到多个隔离电路单元，以导通或者关断多个隔离电路单元，并且当通过所述测量单元导通所述多个隔离电路单元时同时测量所述多个电池的电压。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述多个隔离电路单元以同步的时间来同步，使得所述多个电池的电压被同时测量。
3.根据权利要求2所述的电池管理系统，进一步包括: 多个电阻分割单元，所述多个电阻分割单元的每个都电连接在所述多个隔离电路单元中的一个和测量单元之间。
4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其中，当所述多个隔离电路单元被关断时，所述多个电池和所述多个电阻分割单元被彼此隔离，并且没有电压被施加到所述多个电阻分割单元上，并且所述测量单元不能测量所述电压。
5.根据权利要求3所述的电池管理系统，其中，当所述多个隔离电路单元被导通时，所述多个电池和所述多个电阻分割单元被彼此电连接，并且电压被施加到所述多个电阻分割单元上，并且所述测量单元测量所述电压。
6.根据权利要求3所述的电池管理系统，其中，所述多个电阻分割单元包括多个电阻器，所述多个电阻器为所述测量单元分割所述多个电池的每一个的电压，以对所分割的电压进行测量。
7.根据权利要求3所述的电池管理系统，进一步包括: 多个电容器单元，所述多个电容器单元的每个都电连接在所述多个电阻分割单元中的相应单元和所述测量单元之间。
8.根据权利要求7所述的电池管理系统，其中，所述多个电容器单元的每个分别测量所述测量单元用于确定所述多个电池的容量电荷的所述多个电池的每个的电压。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述多个隔离电路单元的每一个包括:至少一个开关，所述开关是在开关器件中的电压偏移电路、光学隔离器、固态继电器。
10.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述测量单元进一步包括: 多个隔离电路控制端子； 多个电压测量参考端子；以及 多个电压测量端子， 其中，所述测量单元基于在所述多个电压测量参考端子和所述多个电压测量端子之间的电势来获取所述多个电池的电压。
11.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述测量单元进一步包括: 监视单元； 控制单元； 时间同步单元； 隔离电路控制单元，所述隔离电路控制单元用于控制所述多个隔离电路单元的操作；以及 电压测量单元，所述电压测量单元在所述多个隔离电路单元通过所述隔离电路控制单元被导通时，测量所述多个电池的电压。
12.根据权利要求11所述的电池管理系统，其中，所述监视单元测量所述多个电池的温度、电压、以及电流，并且计算对于传输到负载可用的存储能量的量。
13.根据权利要求11所述的电池管理系统，其中，所述时间同步单元经由实时时钟来生成准确的时间信息，并且在所述测量单元被导通或者关断时都进行操作。
14.根据权利要求13所述的电池管理系统，其中，所述时间同步单元使用所述准确的时间信息来确定所述多个电池的所述电压何时被所述测量单元测量。
15.一种能量存储系统，包括根据权利要求1所述的电池管理系统和所述多个电池，所述能量存储系统还包括: 电能转换系统(PCS)，所述电能转换系统电连接到所述多个电池和所述电池管理系统； 发电系统，所述发电系统电连接到所述能量存储系统，以向所述能量存储系统提供电力； 电网，所述电网接收来自所述能量存储系统的电力，以及将电力提供给所述能量存储系统；以及 负载，所述负载电连接到所述能量存储系统，以从所述能量存储系统接收电力。
16.根据权利要求15所`述的能量存储系统，其中，所述PCS包括: 电能转换单元，所述电能转换单元电连接到所述发电系统，以将从所述发电系统接收的电力从交流电(AC)转换成直流电(DC)； 直流电(DC)链路单元，所述DC链路单元电连接到所述电能转换单元和逆变器；转换器，所述转换器电连接到所述多个电池、所述电能转换单元、和所述DC链路单元，以用于通过将从所述电能转换单元或者所述逆变器输出的电能的电压转换为所述多个电池所需的电压电平，来执行DC-DC转换；以及 集成控制器，所述集成控制器电连接到所述电能转换单元、所述转换器、所述DC链路单元、所述逆变器、所述负载、和所述电网，以监视所述发电系统、所述电网、所述多个电池、以及所述负载的状态。
17.根据权利要求16所述的能量存储系统，其中，所述能量存储系统进一步包括: 第一和第二开关，所述第一和第二开关串联地电连接在所述逆变器和所述电网之间，并且所述第一和第二开关电连接到所述集成控制器， 其中，所述集成控制器导通或关断所述第一和第二开关，以控制在所述发电系统和所述电网之间的电流流动。
18.根据权利要求17所述的能量存储系统，所述能量存储系统进一步包括: 保护电路，所述保护电路电连接在所述PCS和所述多个电池的至少一个之间，以防止所述多个电池的过充电或者过放电。
【文档编号】H02J15/00GK103427452SQ201310163792
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2012年5月7日
【发明者】沈庆燮 申请人:三星Sdi株式会社