基于电池组的能量储存系统的制作方法

本发明涉及能量储存领域，特别涉及一种由电池组构成的能量储存系统。

背景技术：

电动车辆(ev)，作为降低车辆温室气体排放的解决方案之一，由于它们的提高的能效而越来越受欢迎，电动车辆的电源是可再充电的化学电源，包括电池组。因此，越来越多的、在电动车辆中用过的电池组被引入电动车辆市场。电池组在ev上使用之后被替换掉。典型地，当前的解决方案是ev零售商/服务中心将这些用过的电池组丢弃在翻新设施处，在这里，对用过的、即废旧电池组中的各电池单元进行筛选、分类、测试、最后进行重新配置，以在固定的应用中进行二次使用。之后，废旧电池组中的各电池单元被安装在一壳体中，由电池管理系统(bms)管理。

然而，筛选、分类、测试和重新配置二次电池组的过程不但成本高而且耗时。而且从技术上来讲，只有具有近似相同特性(例如化学特性、容量、甚至形状)的电池组才能在同一系统中再使用，这使得重新配置和再使用不同类型的废旧电池组比较困难而且费用较高。

需要解决此问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种再利用不同类型的废旧电池组的开放式结构。在此新式结构中，废旧电池组可以在电池组水平上使用，并且因此能够省去筛选、分类、测试和重新配置的麻烦。来自不同制造商以及具有不同特性参数(例如化学的特性、电能容量等)的电池可以被集成在一起进行再利用。

根据本发明的第一方面，提供了一种能量储存系统，包括主bms，分别包括对应的从属bms的至少两个电池组，与每一个电池组连接以充电每一个电池组的dc总线，和用于使每一个电池组与主bms的对应内部通信端口连接从而将每一个电池组的信息传递至主bms的通信总线，其中，主bms经由电池组的对应从属bms控制每一个电池组的电流和电压输出。

根据可行实施例，功率电子模块被配置为dc-dc转换器的阵列，其能够控制对应电池组的电流并且适应不同电池组的电压差异/不同。

根据可行实施例，功率电子模块被配置为继电器的阵列，其能够使对应电池组与充电站或负载连接或从充电站或负载脱开。

根据可行实施例，主bms接通/断开继电器，以分别控制每一个电池组的充电/放电。

根据可行实施例，所有电池组的充电/放电操作顺次或同时进行。

根据可行实施例，电池变量包括下述中的一个或多个：电压，电流，充电/放电时间，温度，soc，和soh。

根据可行实施例，所述至少两个电池组具有不同的功率连接器，并且能量储存系统包括用于功率连接器的适配器，所述至少两个电池组具有不同通信协议，并且能量储存系统包括连接所有电池组的通信总线的网关。

根据可行实施例，适配器被配置为适合于不同功率连接器的插座。

根据可行实施例，电池组是作为一个单元用在电动自行车、电动摩托车、hev或ev中的二次电池组。

根据本发明的第二方面，提供了一种上述能量储存系统的操作方法，包括：

在第一步骤s1中，使每一个电池组经由dc总线和通信总线与主bms连接以与主bms建立物理连接；

在第二步骤s2中，为能量储存系统供电，以在电池组和主bms之间建立通信，同时断开电力连接；

在第三步骤s3中，主bms与每一个电池组的从属bms通信并且获得有关每一个电池组的状态的信息；

在第四步骤s4中，主bms计算每一个电池组的状态并且确定每一个电池组的行为；以及

在第五步骤s5中，主bms基于其上述确定而接通或断开继电器，以分别控制每一个电池组的充电/放电。

根据可行实施例，该操作方法还包括步骤：主bms产生用于所选电池组的控制命令并且将所述控制命令发送至与所选电池组对应的从属bms，以及从属bms控制对应的电池组进行充电或放电。

利用根据本发明的能量存储系统，废弃的电池组可在电池组的级别上加以使用，因此可以省去筛选、分类、测试和重新配置废弃电池组的努力。来自不同制造商的具有不同特征参数(例如，化学特征、能量容量等)的电池组可以集成在一起进行再利用。

附图说明

下面将结合附图关于本发明的实施例详细描述其它的特征、方面和优势，图中：

图1示出了根据本发明的基于电池组的能量储存系统的框图；

图2和3示出了根据本发明的能量储存系统的第一和第二实施例；和

图4是根据本发明的能量储存系统的操作方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例详细描述本发明的特殊实施方式。这里的实施例仅用于说明本发明的原理，不限制本发明的范围。

根据本发明的能量储存系统旨在电池组在丢弃之前的再利用，特别是在电动自行车、电动摩托车、混合式电动车辆或电动车辆中用过的二次电池组，本系统旨在简化再利用二次电池组的过程以及降低再利用二次电池组的成本。二次电池组可能由不同的制造商制造或包括不同的化学成分或具有不同的特征参数，包括、但不限制于标准电压，充电终止电压，能量容量，最大容许充电电流，最大容许放电电流，最大连续充电电流，最大连续放电电流，以及最大温度等。

例如，本发明中的电池组可以是磷酸铁锂电池组，钴基锂离子电池组，或任何其它类型的电池组。

根据本发明的能量存储系统主要包括主电池管理系统(在下文中也称为主bms)和通过主bms控制的一个或多个电池组。每一个电池组包括电池和对应于该电池组并且控制该电池组的从电池管理系统(在下文中也称为从bms)。对于每一个电池组来说，在该电池组被拆除并且作为二次电池组集成到根据本发明的能量存储系统内之前，其从bms用作单个电池组的独立主bms。

因此，当能量存储系统包括不同类型的电池组时，这些电池组可以包括由不同制造商制造或包括不同化学成分或具有不同特征参数的二次电池组。

图1示出了根据本发明的基于电池组的能量存储系统1000的框图，下面将进行详细描述。

应注意在能量存储系统1000中示出了三个电池组200，300和400，但能量存储系统1000中电池组的数量不限于三。相反，可在能量存储系统1000中提供一个、两个、四个或更多个电池组。如从图1中可以看到的，三个电池组s200，300和400分别包括e电池210，310和410和对应从bmss220，320和420。

在图1示出的根据本发明的能量存储系统1000中示出了主bms100，dc总线600(用粗实线表示)和通信总线700(用细实线表示)。

主bms100被配置用于控制所有电池组200，300和400。dc总线600与所有电池组200，300和400的端子连接。dc总线600被配置用于连接到充电站以建立电池组200，300和400与充电站的电力连接，从而充电所述电池组，或被配置用于连接到目标车辆以建立电池组200，300和400与安装着本能量存储系统1000的目标车辆的电力连接，来为目标车辆充电。

通信总线700被配置为使主bms100的通信端口(在图2中)与电池组200，300和400的通信端口相连接，这样主bms100可以获得电池组200，300和400的电池变量并且能够发送控制命令至电池组200，300和400的从bms。

一般来说，不同的电池组可能由不同的制造商制造并且具有不同的功率连接器和不同的通信端口通信连接器。

在电池组200，300和400具有不同的功率连接器的情况下，可以提供适配器800，用于使电池组200，300和400的每一个功率连接器与dc总线600连接。在一实施例中，适配器800可被配置为适合于电池组200，300和400的不同功率连接器的插座。在电池组200，300和400具有不同通信协议的情况下，它们彼此之间不能直接通信，可以在通信总线700中提供通信网关900，用于将不同的通信协议转换为所有电池组都能接受的通信协议。在这种情况下，主bms100被借助于适配器800和网关900与所有电池组200，300和400连接。

然而，应理解适配器800和通信网关900不总是必须的，所以它们是可选的。理想地，如果功率连接器和通信连接器两者都相同并且通信协议也相同，则可以取消适配器和网关。例如，所有电池组都由同一制造商制造。

图2和3分别示出了主bms100的详细结构的第一和第二实施例。

主bms100主要包括主控制器110，功率电子模块(适配器800和网关900)，内部通信端口122，123和124，和外部通信端口130。

主控制器110被配置用于存储各种算法并且在接收到电池组的电池变量之后执行计算操作。

功率电子模块被配置用于控制所有电池组200，300和400的行为，例如，用于连接/断开每一个电池组与/从dc总线600。在图2中示出的能量存储系统1000的第一实施例中，功率电子模块主要被配置为用于电池组200，300和400的dc-dc转换器142，143和144的阵列，其能够控制每一个电池组的电流并且适应不同电池组的电压的差异/不同，以满足充电和放电的要求。在图3中示出的能量存储系统1000的第二实施例中，功率电子模块主要被配置为用于电池组200，300和400的继电器152，153和154的阵列，其能够连接每一个电池组与dc总线600或使每一个电池组从dc总线600断开，继电器主要适于适应不同电池组的电压的差异/不同。从图2和3中还可以看到，dc-dc转换器142，143和144或继电器152，153和154可以独立于彼此控制它们自己的电池组200，300和400，从而电池组200，300和400的电池210，310和410可以，根据第一实施例中的dc-dc转换器142，143和144或根据第二实施例中的继电器152，153和154，来独立于彼此顺序地或同时地充电或放电。

内部通信端口122，123和124被配置用于分别与电池组200，300和400的对应通信端口通信，而外部通信端口130被配置用于与整个能量存储系统1000的高级别控制器通信。

对于本能量存储系统来说，各电池组用作一大电池组。主bms将单个电池组的状态报告至能量存储系统并且从能量存储系统接收命令来控制单个电池组的行为。

如上所述，包括其自身的从bms的每一个电池组可可选地进一步包括用于与主bms100的接口模块连接的接口模块，开口，和热管理系统，并且每一个从bms可进一步包括用于监控和测量对应电池组的电池变量的监控模块，用于充电/放电电池组的充电/放电模块，用于从主bms100接收控制命令并且在建立电力连接的情况下根据所述控制命令来充电或放电该电池组的从控制器，以及用于存储所测量的电池变量的数据存储装置。

每一个从bms具有用于不同制造商制造的其自身电池组的特殊控制策略，并且被研发用来适应不同的化学特征和不同的能量水平，每一个从bms自身也可以通过不同的制造商研发。

在根据本发明的能量存储系统1000中，主bms100从bms220，320和420收集包括由从bms的监控模块测量的、诸如soc、soh、电压、和电流等电池变量的信息，利用主控制器110基于存储在主控制器110中的合适算法来计算电池210，310和410的状态，做出关于电池组200，300和400的行为的决定，并且利用dc-dc转换器142，143和144或利用继电器152，153和154接通或断开电池组200，300和400来充电或放电所选的电池组。

现在参考图4描述能量存储系统100的操作方法。

在本操作方法的第一步骤s1中，使电池组200，300和400与dc总线600和通信总线700连接，因而建立物理连接。

特别地，在本第一步骤s1中，使每一个电池组的端子与dc总线600连接，使电池组200，300和400的通信端口分别与主bms100的对应通信端口122，123和124连接。

在第二步骤s2中，供电本能量存储系统，然后在没有建立电力连接的情况下建立通信。

在第三步骤s3中，主bms100与电池组200，300和400的从bms220，320和420通信并且从bms220，320和420获得与电池组的状态有关的信息。

特别地，在本第三步骤s3中，从bms的监控模块以实时方式、以周期性方式、或者根据来自控制器的命令来监控电池组的电池变量，所监控的电池变量包括，但不仅限于，电压、电流、充电/放电时间、和温度。

所监控的电池变量可存储在其自己的数据存储装置中，然后在主bms的命令下经由通信总线700传输至主bms。可选地，所监控的电池变可被主动传输到主bms。

在第四步骤s4中，主bms100利用主控制器110基于电池组的电池变量来计算每一个电池组的状态，以及做出关于每一个电池组的行为的决定。

在本步骤中，电池变量被用于计算电池组的状态。例如，电压和电流可用于代表该时刻电池组的输出功率，充电/放电时间、温度和电池组的特征参数可用于基于特殊算法来计算电池组的soc和soh。优选地，在不同的温度下可选择不同的算法。

基于所产生的状态和所监控的电池变量，主bms做出关于每一个电池组的行为的决定，例如，来充电该电池组或放电该电池组。

在第五步骤s5中，基于上述所做出的决定，主bms接通或断开继电器以分别控制电池组的充电/放电。

接通继电器时，建立电力连接，从bms的从控制器可以从主bms接收命令并且在电池组上执行放电/放电操作。

上面公开的能量存储系统是开放式结构，其中所有的从bms通过dc总线和通信总线与主bms连接，从主bms接收命令并且相应地进行动作。可很容易添加另外的从bms或从主bms拆除。

利用根据本发明的能量存储系统，废弃的电池组可在电池组的级别上使用，因此可以省去筛选、分类、测试和重新配置废弃电池组的努力。从不同制造商供应的电池组和具有不同特征参数(例如，化学特征、能量容量等)的电池组可被集成在一起，进行再利用。

本系统用于控制同一系统中的待充电和待放电的不同电池组，本发明的目的是不同的电池组能够在所述同一系统中良好地工作。本发明不仅限于管理第二电池组，也可以结合新电池组一起使用。

上面描述的内容仅仅是本发明的优选实施例。应注意，在不偏离本发明的技术原理的情况下本领域内的技术人员可以进行各种开发和替代，而这些开发和替代应被认为落在本发明的保护范围内。

参考标记列表

1000能量存储系统

100主bms

110主控制器

122，123，124内部通信端口

130外部通信端口

142，143，144dc-dc转换器

152，153，154继电器

200，300，400电池组

210，310，410电池

220，320，420从bms

600dc总线

700通信总线