BMU、包括该BMU的能量存储系统及其使用方法与流程

bmu、包括该bmu的能量存储系统及其使用方法
技术领域
1.本公开主要涉及用于能量存储的系统和方法。更具体地，所公开的主题涉及电池管理单元、包括这种电池管理单元的系统以及用于监视和控制固定能量存储的方法。


背景技术：

2.由于对环境问题(如全球变暖)的关注增加，清洁和可再生能源变得更加重要。这些能源包括太阳能和风能以及可充电电池。可再生能源是不灵活的，因为它们不能在需要时被调度以满足能量消费者的不断变化的需求。能量存储系统预期解决这种灵活性挑战。固定能量存储系统可以存储能量并且当需要时以电的形式释放能量。


技术实现要素：

3.本公开提供了一种用于电能存储系统的电池功率管理单元(bpmu)、一种包括这种电池功率管理单元(bpmu)的电能存储系统、以及使用该电池功率管理单元的方法。
4.根据一些实施例，这样的电能存储系统包括多个电池组、一个或多个电池功率管理单元(bpmu)、一个或多个功率转换器和系统控制器。每个电池组包括内部电池管理单元(bmu)。每个bpmu与至少一个电池组连接。bpmu包括微控制器和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器具有编码有一个或多个程序的至少一个有形非暂态机器可读介质。所述bpmu被配置成执行以下步骤：从相应电池组的内部bmu读取数据，以建立该相应电池组的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值，以一时间间隔检查所述相应电池组的电压和电流，计算所述相应电池组的功率，以将该功率结合到所述相应电池组的能量读数中，以及基于soc的所述初始值、所述电流和所述时间间隔，确定和更新所述相应电池组的充电状态(soc)。每个功率转换器与至少一个电池组耦合，并且被配置为将来自相应电池组的直流(dc)转换为交流(ac)或反之亦然。所述系统控制器用于基于包括每个相应电池的soc和能量读数的更新数据来控制从所述相应电池组的放电功率或向所述相应电池组的充电功率。
5.所述多个电池组可以是选自新电池、二次使用的电动车辆(ev)电池或其组合的并联连接的异构电池组。在一些实施例中，所述多个电池组是并联连接的二次使用的电动车辆(ev)电池。所用的ev电池可直接用于所述系统中，而无需预先选择或拆卸。每个电池组包括逆变器和在该电池组中的内部电池管理单元(bmu)。
6.在一些实施例中，每个bpmu还被配置为基于每个相应电池组的容量来确定该相应电池组的健康状态(soh)。包括但不限于库仑计数、电化学阻抗测量、任何其它soc估计技术或其组合的合适技术可用于确定每个相应电池组的soh和soc。系统控制器被配置为基于每个相应电池组的soh和soc以及来自上级能量管理系统(ems)的功率命令来控制每个相应电池的放电或充电。
7.在一些实施例中，每个bpmu还被配置为将每个相应电池组的更新数据(例如，soh、soc和功率或能量读数)发送到所述系统控制器。
8.在一些实施例中，每个bpmu还被配置为限定每个相应电池组的空闲时间，以刷新
该相应电池组的内部bmu。
9.在一些实施例中，每个bpmu还包括所述微控制器中的至少一个can读取器、继电器芯片和电源。该电源具有与相应电池的内部bmu和一个或多个can读取器的功率输出相匹配的功率输出。
10.在另一方面，本公开提供了一种用于电能存储系统的电池功率管理单元(bpmu)。该bpmu包括被配置为与至少一个电池组连接的微控制器，以及与该微控制器连接的一个或多个处理器(诸如计算机)。所述一个或多个处理器具有编码有一个或多个程序的至少一个有形的、非暂时性机器可读介质。所述bpmu被配置成执行以下步骤：从相应电池组的内部bmu读取数据，以建立该相应电池组的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值，以一时间间隔检查或测量所述相应电池组的电压和电流，计算所述相应电池组的功率，以将该功率结合到所述相应电池组的能量读数中，以及基于soc的所述初始值、所述电流和所述时间间隔，确定和更新所述相应电池组的充电状态(soc)。所述bpmu还被配置为将包括所述soc和所述能量读数的所述相应电池组的所述更新数据发送到系统控制器，以基于所述相应电池组的所述更新数据来控制从所述相应电池组的放电功率或向所述相应电池组的充电功率。
11.在一些实施例中，在包括一个或多个bpmu的所述系统中，所述电池组是如本文所述的新电池组或二次使用的电动车辆(ev)电池组。
12.在一些实施例中，所述bpmu还被配置为基于每一相应电池组的容量，确定该相应电池组的健康状态(soh)。可以使用诸如库仑计数、电化学阻抗测量或其组合的合适技术来确定每个相应电池组的soh和soc。所述系统控制器被配置为基于每个相应电池组的soh和soc以及来自上级能量管理系统(ems)的功率命令来控制每个相应电池的放电或充电。
13.在一些实施例中，所述bpmu还被配置为定义每个相应电池组的空闲时间，以刷新该相应电池组的所述内部bmu。
14.在一些实施例中，每个bpmu还包括所述微控制器中的至少一个can读取器、继电器芯片和电源，该电源具有与所述相应电池的所述内部bmu和所述至少一个can读取器的功率输出相匹配的功率输出。
15.在另一方面，本公开提供了一种用于在电能存储系统中使用电池功率管理单元(bpmu)的方法，或者一种操作所述电能存储系统的方法。这种方法包括使用所述bpmu执行的以下步骤：从多个电池组中的相应电池组的内部bmu读取数据，以建立该相应电池组的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值，以一时间间隔检查所述相应电池组的电压和电流，计算所述相应电池组的功率，以将所述功率集成到所述相应电池组的能量读数中，以及基于soc的所述初始值、所述电流和所述时间间隔，确定和更新所述相应电池组的充电状态(soc)。该方法还可包括将包括所述soc和所述能量读数的所述相应电池组的所述更新数据传输到系统控制器，以基于所述相应电池组的所述更新数据控制从所述相应电池组的放电功率或向所述相应电池组的充电功率。
16.如本文所述，所述多个电池组是选自并联连接的新电池、二次使用的电动车辆(ev)电池组或其组合的异质电池组。
17.在一些实施例中，该方法还包括基于每个相应电池组的容量，确定该相应电池组的健康状态(soh)。每个相应电池组的soh和soc以及来自上级能量管理系统(ems)的功率命令被系统控制器用于控制每个相应电池的放电或充电。使用诸如库仑计数、电化学阻抗测
量或任何其它合适的技术或其组合的合适的技术来确定每个相应电池组的soh和soc。
18.在一些实施例中，该方法还包括为每个相应电池组定义空闲时间，以便刷新该相应电池组的内部bmu。
19.本公开中提供的bpmu、包括该bpmu的系统以及方法具有许多优点。例如，所述bpmu确定并提供电池组的实时和可靠数据，所述电池组是直接用于所述系统中而不拆卸的二次使用的ev电池。这种实时和准确的电池组数据被提供给所述系统控制器，以进行决策，例如，以更好的控制来控制所述电池组的放电或充电。所述电池组的寿命也可以通过更好的控制而延长。
附图说明
20.当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本公开。要强调的是，根据惯例，附图的各种特征不一定按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意地扩大或缩小。在整个说明书和附图中，相同的附图标记表示相同的特征。
21.图1是示出了根据一些实施例的示例性系统的框图，该系统是包括电池功率管理单元(bpmu)的功率能量存储系统。
22.图2是示出了根据图1的设计的示例性系统的框图。
23.图3是示出了根据一些实施例的包括电池功率管理单元(bpmu)的示例性系统的一部分的框图。
24.图4示出了根据一些实施例的示例性电池组管理单元(bpmu)。
25.图5是示出了根据一些实施例的包括与多个电池组连接的电池功率管理单元(bpmu)的示例性系统的一部分的框图。
26.图6是示出了根据一些实施例的用于管理一个或多个电池组的示例性bpmu或计算机实现的单元的框图，该单元包括一个或多个处理器和编码有一个或多个程序的至少一个有形的非暂时性机器可读介质。
27.图7是示出了根据一些实施例的用于管理能量存储系统中的一个或多个电池组的示例性方法的流程图。
28.图8是示出了根据一些实施例的用于管理一个或多个电池组的示例性程序的流程图。
29.图9示出了在对照实验中的充电和放电测试期间直接从电池组的内部bms读取的能量和相应电压随时间的变化。
30.图10示出了在对照实验中的充电和放电测试期间直接从电池组的内部bms读取的soc和相应电压随时间的变化。
31.图11示出了在实验中的充电和放电测试期间在相应电压下电池组的计算能量随时间的变化。
32.图12示出了在实验中的充电和放电测试期间在相应电压下电池组的soc随时间的变化。
具体实施方式
33.对示例性实施例的描述旨在结合附图来阅读，附图被认为是整个书面描述的一部
分。在说明书中，诸如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“底部”以及其派生词(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)的相对术语应被解释为指代如随后描述的或如在所讨论的附图中示出的取向。这些相对术语是为了便于描述，而不要求设备以特定的取向构造或操作。关于附着、耦合等的术语(例如“连接”和“互连”)指的是一种关系，其中结构直接或通过中间结构间接地彼此固定或附着，以及活动或刚性连接或关系，除非另外明确地描述。
34.为了下文描述的目的，应当理解，下文描述的实施例可以采取替代的变型和实施例。还应当理解，本文所述的具体制品、组合物和/或方法是示例性的，并且不应当被认为是限制性的。
35.在本公开中，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数引用，并且对特定数值的引用至少包括该特定值，除非上下文另有明确指示。当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应理解，该特定值形成另一个实施方案。如本文所用，“约x”(其中x是数值)优选是指所引用值的
±
10％，包括端值在内。例如，短语“约8”优选地指7.2至8.8的值，包括端值。当存在时，所有范围都是包括性的和可组合的。例如，当列举“1至5”的范围时，所列举的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2和4-5”、“1-3和5”、“2-5”等。另外，当肯定地提供了备选的列表时，这种列表可以解释为意味着可以排除任何备选，例如，通过权利要求中的否定限制进行排除。例如，当列举“1至5”的范围时，所列举的范围可以解释为包括其中1、2、3、4或5中的任意者被否定地排除的情况；因此，对“1至5”的叙述可以被解释为“1和3-5，但不是2”，或简单地“其中不包括2”。在此明确引用的任何组件、元件、属性或步骤可以被明确地排除在权利要求之外，无论这些组件、元件、属性或步骤是否作为替代物列出或者无论它们是否单独引用。
36.本公开提供了一种用于电能存储系统的电池功率管理单元(bpmu)、一种包括这种电池功率管理单元(bpmu)的电能存储系统、以及使用该电池功率管理单元的方法。
37.除非另外明确说明，否则本文使用缩略词来表示缩写。例如，“bess”指电池能量存储系统，“bpmu”指电池组管理单元，“soh”指健康状态，而“soc”指充电状态。
38.本公开中提供的控制器、系统和方法适用于不同的电池组，其是异构电池组。本文中提到的”异质电池组“是指具有不同容量、soc和/或soh的电池组或模块，并且可以选自新电池(例如，来自不同制造商)、二次使用的电动车辆(ev)电池或其组合。二次使用的ev电池用于说明目的。对多个电池组的“放电”或“充电”的引用被理解为该多个电池组共同放电或被充电，同时一些电池组可能保持空闲(没有充电或放电)。
39.除非另外明确指出，否则本文所提及的“健康状态(soh)”将被理解为是指电池、电池单元或电池组的状况与其理想状况相比的品质因数。soh以百分比(％)表征。与理想条件下的规格相匹配的状况是100％。soh可以随着时间和使用而减少。
40.除非另外明确指出，否则本文所述的”充电状态“(soc)被定义为电池相对于其容量的充电水平。soc的单位是百分点，0％表示空，100％表示满。
41.这里使用的术语“人机接口(hmi)”被理解为指用户接口(ui)，是人和机器之间发生交互的空间。人机接口(hmi)可以涉及人与具有物理输入硬件的机器之间的接口，所述物理输入硬件诸如键盘、鼠标或基于触觉、视觉或听觉的任何其它人机交互。这样的用户接口可以包括其他层，例如输出硬件，例如计算机监视器、扬声器和打印机。
42.本文所用的术语“控制器区域网络”或“中央区域网络”(can)是指设计成允许微控制器设备在没有主机计算机且没有将每个单独的组件接线在一起的情况下与彼此的应用程序通信的车辆总线标准。
43.这里使用的术语“传输控制协议/因特网协议(tcp/ip)”被理解为允许计算机在诸如因特网的网络上通信的一组标准化规则。
44.本文所使用的术语“能量管理系统(ems)”是指由公用电网的操作者用来监视、控制和优化发电或输电系统的性能的计算机辅助工具的系统。
45.在本公开中，术语“功率需求”和“功率要求”可互换使用，并且术语“转换器”和“逆变器”可互换使用。每个电池组包括逆变器和其中的电池管理单元(bmu)。为了便于描述，术语“功率逆变器”用于描述电池组中的内部组件，术语“功率转换器”或“功率转换系统(pcs)”用于描述与一个或多个电池组连接的转换器。术语“电池管理单元(bmu)”或“电池管理系统(bms)”用于描述电池组中的内部组件，术语“电池电源管理单元(bpmu)”用于描述与一个或多个电池组连接的电池管理单元。本文提供的bpmu也可称为电池管理单元(bmu)。术语bpmu主要用于与电池组中的内部bmu区分。
46.除非另外明确指出，否则本文所使用的术语“连接”或“耦合”被理解为涵盖组件之间的不同连接或耦合，以便传导电力或传输用于通信的信号。这种连接或耦合可以通过有线、无线或基于云的模式。
47.除非明确地另外指出，否则本文对“系统控制器”的引用被理解为涵盖有线或经由无线或基于云的技术连接的控制器，并且这样的控制器被用于控制所述能量存储系统。例如，在一些实施例中，这样的控制器使用基于云和因特网的计算技术，并且可以在本地执行计算。这种技术翻译不同来源的语言，例如逆变器和bms语言(例如，can、modbus、dnp3或任何其它合适的语言)。使用这种技术，所述控制器和在此描述的系统中的不同设备或单元可以彼此通信。modbus是一种数据通信协议和通信协议标准或连接工业电气设备的手段。
48.在图1-6中，相同的项目由相同的附图标记表示，并且为了简洁，不再重复以上参照前面的附图提供的结构的描述。参考图1-6中描述的示例性结构来描述图7和8中描述的方法。
49.参考图1，示出了作为能量存储系统的示例性系统100的框架。图2是在一些实施例中作为系统100的示例性系统102。根据一些实施例，这种系统100(或102)包括电池功率管理单元(bpmu)30。
50.参照图1-2，根据一些实施例，能量存储系统100包括多个电池组20、一个或多个电池功率管理单元(bpmu)30和系统控制器60。系统100还包括功率转换器10，其也被称为功率转换系统(pcs)。系统控制器60可以以有线或无线模式与其它组件连接。图1中的虚线22示出了控制器60可以在基于云的模式下工作，并且可以作为实时本地云工作。系统100可用于将电力从电池组20释放到电网85，或用于从电网85充电到电池组20。可使用电线连接12。母线80可存在于系统100和电网85之间。
51.所述多个电池组20以并联结构50连接，在一些实施例中，所述多个电池组20是二次使用(即，使用过的)电动车辆(ev)电池。所用的不同容量的ev电池可直接用于系统中，而无需预先选择或拆卸。如图1所示，每个电池组20包括一个或多个电池21、内部电池管理单元(bmu)25和逆变器40。ev电池组20从车辆移除并且不被拆卸成模块。
52.参照图1-2，在一些实施例中，系统100可直接连接到电网85，其可具有从300伏到480伏范围内的电压(例如，400～480伏)。在一些实施例中，电网是480v 3相电网。系统100中的所有组件(包括hmi、转换器、bpmu和保护继电器)通过tcp/ip网络链接或耦合到系统控制器60。控制器60通过tcp/ip 22与所有组件联网。用户55可以访问所述网络。
53.参考图2，示例性系统102是仅用于说明目的系统100的示例。系统102(或100)可以包括一个或多个bpmu 30。每个bpmu 30与至少一个电池组20连接，并且被配置为监视和控制相应的(一个或多个)电池组20。在图2中仅为了说明而示出一个bpmu 30和一个电池组20。每个功率变换器10例如通过导线12与至少一个电池组20耦合。功率转换器10被配置为将来自相应电池组20的直流(dc)转换为交流(ac)，反之亦然。
54.系统控制器60例如通过通信线路22与功率转换器10和bpmu 30连接。具有内部电池管理单元(bmu)25的电池组20也与bpmu 30连接，其包括具有微控制器32和一个或多个处理器34的控制盒。系统控制器60可以通过有线或无线或基于云的模式连接。在图1中，控制器60和其它组件之间的所有连接可以是无线的并且基于云。在一些实施例中，其它组件之间的连接可以是通过导线。功率转换器10控制是否对电池组20充电或放电。控制器60被配置为根据电池组20的状况(例如soc和soh)来调整充电/放电速率。
55.参考图2，系统102还可包括多个自动断路器14。一个或两个断路器14可设置在电池组20和相应的功率转换器10之间，并且被配置成连接或断开相应的电池组20和相应的功率转换器10。断路器14可用于功率转换器10和电网85之间。控制器60还通过控制功率转换器10和电池组20之间的断路器14来控制系统的安全性。断路器14将保护相应的ev电池组20免受涌入电流和电弧的影响，同时还启动系统。控制器60收集电池组20的数据并给转换器10上的dc端口预充电，然后通过功能继电器和断路器上的开关电机来闭合断路器14。
56.参照图3，bpmu 30包括至少两个部分，其中包括控制盒(或称为继电器盒)中的微控制器32以及具有程序的一个或多个处理器34，它们与线路12连接。每个电池组包括电池集27、内部bmu 25(或称为bms)和逆变器40。电池集27可包括与隔离开关15连接的一个或多个电池21，该隔离开关可包括在转移期间被拉出的柱塞。逆变器40可以包括至少两个继电器，该至少两个继电器包括主继电器17和辅助继电器19。所述微控制器32例如以无线模式与内部bms 25以及继电器17和19连接。
57.如这里所述，所述微控制器32用于激活内部bmu 25，通过继电器17和19接通/断开主电池触点，并从bpmu 30和电池组20之间传输can信号。所述控制盒中的微控制器32可以是诸如raspberry pi的控制器。所述控制盒还可以包括继电器芯片和/或开关、在5-24伏(例如12v)范围内的dc电源以及一个或多个can读取器。处理器34(例如计算机)可以包括一个或多个如这里所述的程序，以读取can、分类数据、计算实时数据、将该数据转换到modbus、并将该数据发送到系统控制器60。所述程序还可具有暂停上述工作并刷新内部bms的功能。这被认为是电池休眠期，其发生在任何合适的时间段中，例如，在工作日中一次。
58.bpmu 30首先激活电池组的内部bms 25并闭合电池的主触点。详细的过程可取决于ev电池组的品牌。控制盒中的can读取器从电池组的内部bms读取can数据，并将该数据发送到处理器34(例如，计算机)。can读取器分别与电池组的通讯端口连接，依次读取can数据。计算机中的程序从can读取器收集can数据，并分离用于固定能量存储应用的有用信息。
59.参考图4，示出了示例性电池组管理单元(bpmu)30。示例性bpmu 30包括微控制器
32和处理器34，例如外壳36内的个人计算机。所述微控制器32通过数字i/o接口与相应的电池组20连接并通信。通过微控制器32，bpmu 30被配置成通过与控制器60协调来监视和控制相应的电池组20。微控制器32和处理器34彼此连接和通信。处理器34与控制器60的网络连接。
60.参考图5，示出了示例性系统100或102的一部分。在这样的系统中，根据一些实施例，电池功率管理单元(bpmu)30与多个电池组20连接。图5中示出五个电池组20仅用于说明。每个电池组包括各自的内部bmu。电池组20通过有线连接12连接到一个或多个功率转换器10。bpmu 30包括微控制器32，该微控制器具有多个端口和例如通过can 22a无线地与电池组的bmu连接的can读取器。bpmu还包括一个或多个装载有程序的处理器34。微控制器32可以通过以太网22b和usb适配器23与处理器34连接和通信，如图5所示。处理器34可以无线地(例如，通过以太网22b)与系统控制器60连接。在图5中，可以使用更多的can读取器来从多个电池组读取can数据。微控制器32中的这些can读取器通过usb端口连接到处理器34。可以为连接的电池组创建适当的序列。在一些实施例中，微控制器32和一个或多个处理器34可以是系统或电路板。
61.参照图1-5，这种电能存储系统100(102)包括多个电池组20、一个或多个电池功率管理单元(bpmu)30、一个或多个功率转换器10和系统控制器60。每个电池组20包括内部bmu 25(或称为bms)。在一些实施例中，所述多个电池组20是并联连接的二次使用的电动车辆(ev)电池。所用的ev电池可直接用于系统中，而无需预先选择或拆卸。每个电池组包括逆变器和在该电池组中的内部电池管理单元(bmu)。
62.每个bpmu 30与至少一个电池组20连接。所述bpmu 30包括控制盒(或称为继电器盒)中的微控制器32和具有编码有一个或多个程序的至少一个有形非暂态机器可读介质的一个或多个处理器34(例如，计算机)。
63.参考图6，示例性bpmu 30包括一个或多个处理器62和至少一个有形的、非暂时性机器可读介质，该机器可读介质编码有一个或多个程序74，该程序将由一个或多个处理器62和/或微控制器32执行，用于根据一些实施例管理一个或多个电池组。所述(一个或多个)处理器62可以包括中央电池管理单元控制64，其包括参数输入模块66、模型模块68、信号控制模块70以及信息和指令输出模块72。所述参数输入模块66与电池组20协调并从电池组20读取数据。与所述一个或多个程序74一起，模型模块68被配置成基于所述输入参数执行模拟以向bpmu控制模块70以及信息和指令输出模块72提供信息和指令。所述处理器62可以可选地与一个或多个显示器76连接以用于显示来自模块72和操作者的信息和指令。
64.所述bpmu 30被配置成执行如本文所述的步骤。这些步骤包括：从相应电池组20的内部bmu 30读取数据，以建立该相应电池组的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值，以一定时间间隔检查所述相应电池组20的电压和电流，计算所述相应电池组20的功率，以将该功率结合到所述相应电池组20的能量读数中，并且基于soc的所述初始值、所述电流和所述时间间隔，确定和更新所述相应电池组的充电状态(soc)。每个功率转换器10与至少一个电池组耦合，并且被配置为将来自相应电池组20的直流(dc)转换为交流(ac)，或者反之亦然。系统控制器60用于基于包括每个相应电池的soc和能量读数的更新数据来控制从所述相应电池组20的放电功率或向其的充电功率。
65.在一些实施例中，每个bpmu 30还被配置成基于所述相应电池组20的容量来确定
25的信息。
71.在一些实施例中，本公开中提供的系统和方法不依赖于诸如电化学阻抗谱(eis)的测试方法来确定soh，而是可以依赖于来自电池组20的内部bmu 25的soc和soh值。一个目标是准确地计算在系统中使用的二次使用的ev电池组20的实时soc和soh值。
72.由原始设备制造商(oem)最初为车辆设计的内部bmu(或bms)25可以用作计算实时信息的数据源。bpmu 30还用于通过将实时计算结果传送到系统控制器60来作出关于电池组操作的决定。所述内部bmu 25不是为固定能量存储应用而设计的，并且它们的功能在从ev移除之后受到限制。在此提供的bpmu和方法检查所述限制并改进关于电池组的能量水平和充电状态(soc)的魔力(demonic)值的实时计算。bpmu 30可增强电池组20的内部bmu 25的功能，并为系统应用提供更好的参考值。在一些实施例中，bpmu 30从内部bmu 25收集数据并验证准确性，计算电池状态的实时值，更新数据并通过tcp/ip以modbus的形式发送数据。进行工程假设以接近地表示实时电池状态。bpmu 30还在规定的时间帧刷新来自内部bms的数据，以便调整精度。
73.参考图7，示出了根据一些实施例的用于使用电池功率管理单元(bpmu)30来管理能量存储系统100或102中的一个或多个电池组20或者用于操作这种系统100或102的示例性方法200。根据一些实施例，这种方法200包括这里描述的使用bpmu 30的步骤。
74.在步骤202，从多个电池组中的相应电池组20的内部bmu 25读取数据。建立相应电池组20的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值。如本文所述，所述多个电池组20选自并联连接的新电池、二次使用的电动车辆(ev)电池组或其组合。在一些实施例中，还基于每个相应电池组20的容量，确定其健康状态(soh)。基于该规范，soh百分比(％)可以通过将容量除以全新电池组的最大容量来确定。soh可以随着时间和使用而减少。初始soc百分比(％)可通过将电池的当前充电水平除以其容量来确定。
75.在一些实施例中，由于ev或其它不同应用中的电池组首次寿命使用上的差异，电池组20的内部bms 25可能不能给出关于soh的适当读数。基于电池组的历史进行工程假设以估计所述soh。在该步骤中使用恒定的基本容量(原始电池组的额定能量)。
76.在步骤204，其可以是可选的，为每个相应的电池组20定义空闲时间(即，休眠周期)，以便刷新相应电池组20的内部bmu 25。
77.固定应用要求电池组总是活动的。计算值的变化(尤其是能量和soc的变化)可能变大。24小时内必须重新估计能量基线一次。bmu模拟电池组的汽车关闭状况，并让内部bms工作以更新电池参数。当电池组休眠时，一个休眠指示信号将被触发并被发送到上层控制器以暂停系统操作。在管理多组电池的bmu中，对所有电池组依次执行休眠动作。
78.在步骤206，以一定时间间隔检查或测量相应电池组20的电压和电流。
79.在步骤208，计算各个电池组20的功率，以将该功率结合到相应电池组20的能量读数中。可以基于电压和电流，计算功率，并且可以基于电压、电流和时间，计算能量。在计算中可以忽略浮动电流。
80.在步骤210，基于soc的初始值、电流和时间间隔，确定和更新相应电池组20的充电状态(soc)。在一些实施例中，使用诸如库仑计数、电化学阻抗测量或任何其它合适的技术或其组合的合适的技术来确定每个相应电池组的soh和soc。
81.库仑计数是一种用于跟踪电池组的充电状态的技术。它通过在时间上对有功流动
电流(以安培为单位)进行积分以导出进入或离开电池组的能量的总和来工作。例如，在任何给定时间的电池组20的soc可以用下面的等式计算：soc(t)＝soc(t-δt)+i(t)*δt/qn
ꢀꢀꢀ
(1),或
82.其中soc(t)和soc(t-δt)分别是电池组在时间(t)和(t-δt)的充电状态，soc(t0)是初始soc，δt是时间间隔，i(t)是电池组的电流，qn是电池组的容量。i(t)在放电期间可表示为负，而在充电期间可表示为正。
83.如果电流被记录为正值，则放电过程的等式(1)和(2)表示为以下等式：soc(t)＝soc(t-δt)
–
i(t)*δt/qn
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(3),以及
84.举一个例子，在一些实施例中，假设新的ev电池组具有30kwh额定容量的最大容量。在汽车中使用7～8年后，电池组在80％soh(或更低)下被停止使用。则电池组具有以24kwh的容量qn开始的第二寿命，该容量为30kwh
×
80％。soc可以通过库仑计数或类似方法来估计。在开始和/或从休眠恢复时，获取每日基础能量e0。能量值被计算为e＝e0+σv*i，实时soc＝e/qn。
85.可以针对每个电池组20，重复从步骤202到步骤210的步骤。
86.在步骤212，包括soc和能量读数的相应电池组20的更新数据被传输到系统控制器60，其用于基于相应电池组的更新数据，控制从相应电池组20的放电功率或向其的充电功率。所述系统控制器60使用每个相应的电池20的soh和soc以及来自上级能量管理系统(ems)的功率命令来控制每个相应电池的放电或充电。例如，针对并联连接的多个电池组20中的每一个电池组，计算功率分配率。具有较高容量和高soh和/或soc的电池组20可优选地用于放电以满足来自ems的功率需求。在发明人的共同未决的美国申请17/201,529中描述了使用系统控制器控制放电或充电的示例性方法。
87.参考图8，示例性流程图300用于示出根据一些实施例的用于管理一个或多个电池组的示例性程序和方法200。
88.在框82，启动所述系统。在框84处，bpmu 30激活电池组的内部bms 25并闭合主触点。详细的过程可取决于ev电池组的品牌。在框86，控制盒中的can读取器从每个电池组20的内部bms 25读取can数据，并将该数据发送到处理器34。can读取器分别连接到每个电池组20的通信端口，并顺序读取can数据。计算机中的程序从can读取器收集can数据，并分离用于固定应用的有用信息。如图7的步骤202所述，所述数据用于建立相应电池组20的容量、能量基线和充电状态(soc)的初始值。在程序中，选择由电池制造商提供的能量容量基线(即，新电池组的总可操作容量qn)和电压边界(根据oem规范的vlow和vhigh)信息。根据来自内部bms 25的信息，确定基线，例如能量、soc值。使用这些基线，实时计算和更新能量和soc。电池组电压、平均组温度、故障码和soh也从bms收集。
89.在框88中，定义每一单一电池组的一休眠时间以刷新内部bms 25，当设定并经过该休眠时间时，bpmu 30返回以再次读取所述数据。如果没有设置休眠时间，则在框90处，检查并记录每个相应电池的电压和电流。在放电(在图8中由“i《-1”表示)或充电(由“i》1”表示)期间，任何时候的电压和电流将通过循环回到框90而保持更新。当相应的电池没有被充
电或放电时，在框94，计算相应的电池组20的功率以将该功率结合到相应的电池组20的能量读数中，如图7的步骤208所述。在框96，基于soc的初始值、电流和时间间隔，确定和更新相应的电池组20的充电状态(soc)，如图7的步骤210所述。如果在框98处，重复的次数小于预定的最大重复次数(“n_max”)，则可以重复从框86到框96的步骤。当重复的次数达到预定的最大次数时，则在框103处，包括soc和能量读数的相应的电池组20的更新数据被发送到系统控制器60，例如通过modbus进行发送，如图7的步骤212中所述。程序可以在在框104和106处终止。否则，如果需要，可以重复这些步骤。
90.由于可能存在的循环电流，即使在空闲模式下，也可能发生误计算并影响估计能量和soc。在一些实施例中，总电流小于1安培(即，i的绝对值小于1)被忽略，并且相应的限制被设置并提供给上系统控制器。使用电压和电流计算所述能量和soc以更好地表示电池组的状况。
91.实施例
92.在图2的示例性系统102中，进行充电/放电测试，并且结果在图9-12中示出。
93.图9-10示出了在对照实验中的充电和放电测试期间，直接从电池组的内部bms读取的能量和soc以及相应的电压随时间的变化。直接从内部bms获得所述能量和soc读数。这些值没有准确地表示电池的状态。在电池放电和充电之后的时间点，执行休眠/唤醒动作。
94.图11-12示出了在实验中的充电和放电测试期间，在相应电压下，电池组的计算能量和soc随时间的变化。获得了准确的实时的电池组能量、soc等数值。
95.本公开中提供的bpmu、包括该bpmu的系统以及方法具有许多优点。例如，bpmu确定并提供电池组的实时和可靠数据，所述电池组是直接用于系统中而不拆卸的二次使用的ev电池。这种实时和准确的电池组数据被提供给系统控制器，以进行决策，例如，以更好的控制来控制电池组的放电或充电。所述电池组的寿命也可以通过更好的控制而得到延长。
96.这里描述的方法和系统可以至少部分地以计算机实现的过程和用于实践这些过程的装置的形式来体现。所公开的方法还可以至少部分地以用计算机程序代码编码的有形非瞬态机器可读存储媒体的形式来体现。媒体可以包括例如ram、rom、cd-rom、dvd-rom、bd-rom、硬盘驱动器、闪存或任何其它非瞬态机器可读存储介质或这些介质的任何组合，其中，当所述计算机程序代码被加载到计算机中并由计算机执行时，该计算机成为用于实践该方法的装置。所述方法还可以至少部分地以计算机的形式来体现，计算机程序代码被加载到所述计算机中和/或在所述计算机中被执行，使得所述计算机成为用于实践所述方法的装置。当在通用处理器上实现时，计算机程序代码段配置所述处理器以创建特定的逻辑电路。所述方法可以可选地至少部分地在由用于执行所述方法的专用集成电路形成的数字信号处理器中实现。所述计算机或控制单元可以使用基于云的系统远程地操作。
97.尽管已经根据示例性实施例描述了本主题，但是本主题不限于此。相反，所附权利要求应当被宽泛地解释为包括本领域技术人员可以做出的其他变型和实施例。