[发明专利]电池组系统

说明书

本发明涉及一种用于联接多个电池组电池单元的电路模块。电路模块包括：第一组端子，第一组端子具有用于联接到第一电池组电池单元的正极端子和负极端子；和第二组端子，第二组端子具有用于联接到第二电池组电池单元的正极端子和负极端子。第一组端子中的正极端子直接或经由一个或更多个无源部件联接到第二组端子中的负极端子，并且第一组端子中的负极端子和第二组端子中的正极端子中的每一个均联接到开关组件。开关组件被可操作地配置为选择性地连接或绕开电池组电池单元中的每一个。本发明还涉及一种包括电路模块和多个电池组电池单元的电池组系统。

技术领域

这里所描述的本发明总体上涉及诸如电池组(battery)系统的储能系统。

背景技术

用于诸如全电动车辆、混合动力电动车辆以及并网或离网应用中的固定能量存储的应用的储能系统通常包括多个储能电池(cell)单元的结构。每个电池单元都受其功能机制和设计的限制，以根据其充电状态和运行条件提供一定范围内的输出电压。每个电池单元也受其功能机制和设计的限制，以根据工作条件提供一定的最大电荷存储能力。串联地电连接电池单元增大了最大可实现输出电压，因此减小供应给定功率输出所需的电流的大小。这提高了系统效率，因为欧姆损耗随着电流大小而增大。并联地电连接电池单元增大了用于给定电池单元容量的最大可实现存储容量。

各个电池单元不可避免地在电荷存储容量、内阻以及其他与性能有关的因素方面显示出一些差异。即使在进入它们的工作寿命之前，电池单元也不可避免地具有由制造公差引起的差异，所述制造公差允许在使用即使是最先进的现有技术制造工艺进行的制造期间电池单元的某些变化。在整个工作寿命期间，电池单元性能劣化条件或分布的变化进一步促成这些差异。在废旧电池单元被循环再利用的应用中，电池单元可以与显著的性能差异相关联，特别是如果电池单元已经暴露于不同的使用情况。使用具有不同规格的电池单元也可能导致电池单元差异。

在包括多个储能单元的储能系统中，电池单元之间的这种差异可能影响如何管理整个储能系统并且如何执行该整个储能系统。在并联电连接的电池单元中，较低性能的电池单元分别在放电或充电过程期间贡献或接受较低的电流。这导致更高性能的电池单元分别在放电或充电过程期间贡献或接受更高的电流。这种速率增大可能降低系统效率，增大电池单元劣化，并且潜在地存在安全风险。因此，通常必须将整个系统限制在较低的功率输入或输出水平。在串联电连接的电池单元中，较低电荷容量电池单元可以分别在放电过程或充电过程期间贡献或接受较少的电荷。由于串联结构，较高电荷容量电池单元被限制为仅贡献与最低电荷容量电池单元等量的电荷。这意味着具有最低电荷容量的电池单元限制完全储能系统的电荷存储容量。

传统的电池组管理系统通常使用开关电阻器来耗散来自较高充电电池单元的剩余能量，或者使用开关电容器或开关电感器来从较高充电电池单元向较低充电电池单元传输能量。这些系统的主要作用是在充电放电循环中的特定点(例如，在充电结束时)处使串联连接的电池单元的充电状态差异均衡。在循环中的一个特定点处使充电状态均衡确保串联结构中的最低容量电池单元能够被充分使用。然而，它不允许更高容量电池单元向输出贡献更多能量。

例如，假定在串联结构中连接的两个完全充电电池组电池单元分别具有1Ah和10Ah的容量。如果该系统然后以1A的速率放电，假定在放电期间没有均衡，则整个系统具有一个小时的放电时间，在此期间系统它将提供由来自较低容量电池单元的1Ah和来自较高容量电池单元的1Ah构成的2Ah。

为了克服由包括串联连接的多个电池单元的储能系统中的最低容量电池单元造成的限制，需要更先进的方法。开关电容器或开关电感器平衡系统可以被操作以连续地传输能量，例如贯穿放电过程的一部分或全部过程从较高电荷容量电池单元向较高电荷容量电池单元传输能量。然而，用于使电池单元均衡的电气路径和部件通常被额定设为仅是完全储能系统的额定值的一部分的能量生产量(throughput)。这样，系统通常只能解决电池单元之间的差异的一部分。