電能存儲單元和控制系統(tǒng)以及其應用
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電能存儲單元和控制系統(tǒng)以及其應用。在一實施例中，電能存儲單元包括電池系統(tǒng)控制器和電池組。每個電池組具有：電池單體、監(jiān)測單體的電池組控制器、調整單體中存儲的能量的電池組單體平衡器和電池組充電器。電池組控制器操作電池組單體平衡器和電池組充電器以控制單體的充電狀態(tài)。在一實施例中，單體是鋰離子電池單體。
【專利說明】
電能存儲單元和控制系統(tǒng)以及其應用
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及電能存儲技術領域。更特別地，本發(fā)明涉及電能存儲單元與控制系統(tǒng)及其應用。
【背景技術】
[0002]電能對于現(xiàn)代國家經(jīng)濟至關重要。然而，電能需求的逐漸增加以及日益使用可再生能源資產來發(fā)電正在對老化的電力基礎設施造成壓力，尤其是在需求高峰期間，使其更容易出故障。在一些地區(qū)，需求的増加使得高峰期時的電能需求幾乎超過電力行業(yè)可產生和傳輸?shù)淖罡吖╇婋娖健?br>[0003]目前需要的是能夠通過更具有成本效益和更可靠的方式來發(fā)電和用電的新能量存儲系統(tǒng)、方法和設備。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供一種電能存儲單元與控制系統(tǒng)及其應用。在一實施例中，電能存儲單元包括電池系統(tǒng)控制器和電池組。每個電池組具有電池單體、用于監(jiān)測單體的電池組控制器、用于調整存儲在單體中的能量的量的電池組單體平衡器、以及電池組充電器。電池組控制器操作電池組單體平衡器和電池組充電器，以控制單體的充電狀態(tài)。在一實施例中，單元是鋰離子電池單體。
[0005]在一實施例中，電池組單體平衡器包括電阻器，用于釋放存儲在電池單體中的能量。在另一實施例中，電池組單體平衡器包括電容器、電感器、或二者兼而有之，用于在電池單體之間傳輸能量。
[0006]在一實施例中，安培-小時監(jiān)測器用于計算安培-小時值，且由電池組控制器使用該值來確定電池單體中每一個的充電狀態(tài)。
[0007]在一實施例中，繼電控制器操作用于控制電池單體的充電和放電以及其它功能的繼電器，其它功能例如包括接通和斷開冷卻風扇、控制電源等。
[0008]本發(fā)明的一個特征是能量存儲單元和控制系統(tǒng)可高度擴展，范圍從小的千瓦時數(shù)量級的電能存儲單元到兆瓦時數(shù)量級的電能存儲單元。除單體電壓之外，它還可基于單體的充電狀態(tài)計算來控制和平衡電池單體，這也是本發(fā)明的一個特征。
[0009]在下文中將結合附圖來詳細描述本發(fā)明的更多實施例、特征和優(yōu)點、以及本發(fā)明的各種實施例的結構和操作。
【附圖說明】
[0010]并入到本文中且作為說明書的一部分的附圖用于說明本發(fā)明，且與說明書一同用于進一步說明本發(fā)明的原理，以使相關領域技術人員能夠制造和使用本發(fā)明。
[0011]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0012]圖2A是顯示圖1中的電能存儲單元與風車結合使用的圖；
[0013]圖2B是顯示圖1中的電能存儲單元與太陽能電池板結合使用的圖；
[0014]圖2C是顯示圖1中的電能存儲單元與電網(wǎng)結合使用的圖；
[0015]圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0016]圖4A是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0017]圖4B是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0018]圖4C是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0019]圖4D是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0020]圖4E是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0021]圖4F是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0022]圖4G是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0023]圖4H是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0024]圖41是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0025]圖4J是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0026]圖4K是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0027]圖4L是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0028]圖4M是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0029]圖4N是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0030]圖40是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0031]圖4P是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0032]圖4Q是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0033]圖4R是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0034]圖4S是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0035]圖4T是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0036]圖4U是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0037]圖4V是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0038]圖4W是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；
[0039]圖4X是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0040]圖4Y是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖；
[0041 ]圖4Z-1和圖4Z-2是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；
[0042]圖5A是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組控制器(其也可以被稱作“電池管理單元”或“BMU”)的圖；
[0043]圖5B是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的的電池組控制器(其也可以被稱作“電池管理單元”或“BMU”)的圖；
[0044]圖6A-1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組單體平衡器(其也可以被稱作“電阻器板”)的圖；
[0045]圖6A-2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的電池組單體平衡器(其也可以被稱作“電阻器板”)的圖；
[0046]圖6A-3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的電池組單體平衡器(其也可以被稱作“電阻器板”)的圖；
[0047]圖6B是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組單體平衡器的圖；
[0048]圖6C是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組單體平衡器的圖；
[0049]圖6D是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的的電源(其也可以被稱作“平衡充電器”)的圖；
[0050]圖7是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0051]圖8A-C是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池系統(tǒng)控制器的圖；
[0052]圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0053]圖1OA是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0054]圖1OB是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0055]圖1OC是顯不根據(jù)本發(fā)明的一實施例的另一電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0056]圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0057]圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0058]圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0059]圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0060]圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0061]圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0062]圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0063]圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0064]圖19A-E是顯示示例性用戶界面的圖，該用戶界面用于根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0065]圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的圖；
[0066]圖21是顯示示例性電池組數(shù)據(jù)的圖，這些示例性電池組數(shù)據(jù)用于根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元的一實施例中的圖；
[0067]圖22A-B是顯示示例性電池數(shù)據(jù)的圖，這些示例性電池組數(shù)據(jù)用于根據(jù)本發(fā)明的電能存儲單元的一實施例中的圖；
[0068]圖23A-B是顯示示例性電池周期數(shù)據(jù)的圖，這些示例性電池周期數(shù)據(jù)用于根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元的一實施例中的圖；
[0069]圖24A-B是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的操作的圖；
[0070]圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元的操作的圖；
[0071 ]圖26是顯示計算目標電壓并且將目標電壓廣播到多個電池組的示例方法的流程圖；
[0072]圖27是顯示用于平衡電池組的單體的示例方法的流程圖。
[0073]結合附圖來描述本發(fā)明；含有首次出現(xiàn)元件的附圖通常由在相應附圖標記中最左邊的一位或多位數(shù)字來表示。
具體實施例
[0074]本發(fā)明提供一種電能存儲單元與控制系統(tǒng)及其應用;在本文對本發(fā)明的詳細描述中，“一個實施例”、“一實施例”、“一示例實施例”等表示所描述的實施例可包括特定的特征、結構或特性，但未必每個實施例都包括特定的特征、結構或特性;此外，這類短語未必指同一實施例;再者，當結合一實施例來描述特定的特征、結構或特性時，可結合其它實施例來實現(xiàn)這樣的特征、結構或特性，無論這些實施例是否被明確地描述過，這在本領域技術人員的知識范圍內；
[0075]在本發(fā)明的一實施例中，電能存儲單元包括電池系統(tǒng)控制器和電池組;每個電池組具有電池單體、用于監(jiān)測單體的電池組控制器、用于調整存儲在單體中的能量的量的電池組單體平衡器以及電池組充電器；電池組控制器操作電池組單體平衡器和電池組充電器，以控制單體的充電狀態(tài);在一實施例中，單體是鋰離子電池單體；
[0076]如本文所述，本發(fā)明的一個特征是能量存儲裝置和控制系統(tǒng)可高度擴展，范圍從小的千瓦時數(shù)量級的電能存儲單元到兆瓦時數(shù)量級的電能存儲單元；
[0077]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元100的圖；如圖1所示，電能存儲單元100包括電池單元104a和104b、控制單元106a和106b、以及逆變器108a和108b;在一實施例中，電能存儲單元100容納于與集裝箱類似的容器102內；在這類實施例中，電能存儲單元100可移動，且可由卡車來運輸；
[0078]如圖2A-2C所示，電能存儲單元100適合于存儲大量的電能；
[0079]圖2A是顯示圖1中用作可再生風能系統(tǒng)200的一部分的電能存儲單元100的圖；風能系統(tǒng)200包括風力渦輪機202a和202b;來自風力渦輪機202a的能量存儲在電能存儲單元10a中；來自風力渦輪機202b的能量存儲在電能存儲單元10b中；如相關領域技術人員所理解的那樣，電能存儲單元10a和10b能夠使存儲的由風力渦輪機202a和202b產生的電能得以調度；
[0080]圖2B是顯示圖1中被用作可再生太陽能系統(tǒng)220的一部分的電能存儲單元100的圖；太陽能系統(tǒng)220包括太陽能電池陣列222和電能存儲單元100;來自太陽能電池陣列222的能量存儲在電能存儲單元100中；電能存儲單元100能夠使存儲的由太陽能電池陣列222產生的電能得以調度；
[0081 ]圖2C是顯示圖1中被用作電網(wǎng)能源系統(tǒng)230的一部分的電能存儲單元100的圖；電網(wǎng)能源系統(tǒng)230包括電氣設備232和電能存儲單元100 ；來自電網(wǎng)能源系統(tǒng)230的能量存儲在電能存儲單元100中；由電能存儲單元100存儲的電能可被調度；
[0082]圖3是進一步顯示電能存儲單元100的電池單元104a和104b;如圖3所示，使用根據(jù)本發(fā)明一實施例的多電池組302來形成電池單元104a和104b;在圖3中，示出了三個電池組302a-c;電池組302a和302c形成電池單元104a的一部分；電池組302b形成電池單元104b的一部分；
[0083]圖4A是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組302的圖；電池組302包括機箱402、蓋子404、電源連接器406以及兩個信號連接器408a和408b ；機箱402和蓋子404優(yōu)選由堅固的塑料或金屬制成；電源連接器406包括用于電池組正極和負極端子的接線、用于DC電源的接線、以及用于AC電源的接線;在本發(fā)明的實施例中，只可使用DC電源或AC電源;信號連接器408a和408b是RJ-45連接器，但也可使用其它類型的連接器;信號連接器例如用于電池組302與電能存儲單元100的其它部件之間的CAN(CANBus)通信；
[0084]在一實施例中，如圖4A所示，機箱402容納用于支承兩個電池模塊412a和412b的電池升降板410;電池模塊412a和412b中的每個包括多個串聯(lián)/并聯(lián)的袋型電池;在實施例中，電池模塊412a和412b可包括但不局限于例如布置成1P16S配置、2P16S配置、3P16S配置、或4P16S配置的10-50AH單元;其它配置也是有可能的，且構成本發(fā)明范圍的一部分;在一實施例中，使用印刷電路板來連接電池單體，該印刷電路板包括用于監(jiān)測電池單體的電壓和溫度以及用于平衡電池單體的布線和接線；
[0085]其它容納在機箱402中的元件包括電池組控制器414(其也可以被稱作“電池管理單元”或“BMU”)、AC電源416、DC電源418(諸如416或418的電源，也可以被稱作“平衡充電器”)、電池組單體平衡器420(其也可以被稱作“電阻器板”)以及保險絲和保險絲座422;在本發(fā)明的實施例中，只可使用AC電源416或DC電源418;
[0086]圖4B是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組302的圖；如圖4B所示，電池組302可以實施為可安裝在機架上的設備模塊;在圖4B中，電池組302被描繪為具有前面板，前面板具有電源連接器406和至少一個信號連接器408;在圖4B中，前面板可以具有寬度“X”并且電池組302可以具有深度“L”和高度“Z”；對于本領域技術人員顯然，電池組的尺寸可以被配置成符合其應用的設計規(guī)范和要求;在一實施例中，電池組302被實施為標準19英寸機架;在此實施例中，前面板具有19英寸的寬度(“X”)，并且電池組302可以具有在22與24英寸之間的深度(“L”)和4機架單位或“U”的高度，其中U是等于1.752英寸的標準單位；
[0087]圖4C是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組的圖；具體而言，圖4C顯示了實施為可安裝在機架中的設備模塊的電池組302的分解圖(例如，圖4B的電池組302)；圖4C的電池組302的機箱包括蓋子404(其也可以被稱作“覆蓋物”)、基部或底部452、滑動結構438、背板432和前板448;前板448可以是前面板(諸如在圖4B中所描繪的前面板)的一部分；
[0088]電池組件430可以容納于電池組302的機箱內；圖4C示出了電池組件430的兩種不同配置，但是本領域技術人員將認識到其它配置也在本發(fā)明公開的范圍內；如將在下文中更詳細地討論，電池組件(諸如圖4C的電池組件430)可以包括一個或多個電池模塊，并且每個電池模塊可以包括一個或多個電池單體;例如，電池組件可以包括16個電池模塊，并且16個電池模塊中每一個可以包括16個電池單體;在另一配置中，每個電池模塊可以包括25個電池單體;在又一配置中，每個電池模塊可以包括40個電池單體;顯然，這些示例只是說明性的并且不以任何方式限制本發(fā)明；
[0089]圖4C的電池組302還包括一個或多個風扇434(在圖4C中描繪了四個風扇)，風扇434可以便于空氣流動和電池組件430的溫度調節(jié)；圖4C的板450可以包括一個或多個窗口，窗口允許空氣流過電池組302的前部；電池組302還包括后框架436和前框架446，后框架436和前框架446可以通過支承電池組件430重量的某些或全部而增加電池組302的結構完整性;此外，電池組302包括安裝支架440、442和444，安裝支架440、442和444可以用來安裝印刷電路板(PCB)或集成電路;例如，安裝支架440可以用來安裝電源或平衡充電器(例如，圖4A的電源416和/或418);安裝支架442可以用來安裝電池組單體平衡器或電阻器板(例如，圖4A的電池組單體平衡器420);以及安裝支架444可以用來安裝電池組控制器或電池管理單元(例如，圖4A的電池組控制器414);安裝支架440、442和444的布置也可以被配置成符合電池組的設計需要;例如，所有安裝支架可以安置于電池組302的前部上;替代地，所有安裝支架可以安裝于電池組302的側部上;本領域技術人員已知的任何其它配置在本發(fā)明公開的范圍內；
[0090]圖4D是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組的圖；具體而言，圖4D顯示了實施為可安裝在機架中的設備模塊的電池組302的分解圖(例如，圖4B的電池組302);圖4D示出了安置于電池組302的底板上的電池組件，和在電池組側部鄰近該電池組件布置的電路板(例如，圖4A的414、416/418和420);在此實施例中，電池組302的蓋子404是“U”形并且可以由單件金屬或塑料制成；“U”形蓋子，諸如在圖4D中描繪的蓋子404，可以具有細長側面板，細長側面板可以替換或補充例如圖4C的側面板438;圖4D的電池組302包括與關于圖4C討論的部件相同或相似的結構部件，因此將不重復這些部件的描述；然而，圖4D的電池組302進一步顯示了支架454;
[0091]圖4E、圖4F、圖4G和圖4H是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；具體而言，圖4E顯示了移除了電池組蓋子的電池組302的視圖；圖4F示出了移除了電池組蓋子的電池組302的另一視圖；圖4G顯示了移除了電池組蓋子的電池組302的又一視圖，并且還顯示了用于安裝電路板的安裝支架(例如，圖4C的安裝支架440、442和444);并且4H示出了移除了電池組蓋子的電池組302的另一視圖；
[0092]圖41是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組件的圖像；圖41的圖像示出了電池組件430，電池組件430包括多個電連接的電池模塊；圖4J是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；具體而言，圖4J顯示了電池組件430的側部輪廓，并且示出了四個電池模塊412；
[0093]圖4K和圖4L是進一步顯不了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；具體而目，圖4K顯示了帶有電池組蓋子的諸如圖4B的電池組302的電池組的頂部和側部輪廓；圖4K還描繪了沿著線E-E和B-B所截取的截面圖；沿著線E-E所截取的截面圖(頂部左側圖像)示出了可以包括于電池組件中的各種電路板的示例布置;例如，沿著圖4K的線E-E截取的截面示出了圖4A的電路板414、416、418和420的布置;沿著圖4K的線B-B的截面圖(底部左側圖像)示出了四個電池模塊的示例布置和在四個模塊中每一個內的電池單體的示例布置;類似于圖4K，圖4L示出了諸如圖4B的電池組302的電池組的頂部和側部輪廓;然而，圖4L示出了移除了電池組蓋子的電池組；
[0094]圖4M是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；具體而言，圖4M顯示了電池組件430的頂部和側部輪廓；圖4M描繪了電池組件430的電池模塊的示例布置，此示例包括電池模塊的4X4(總共16個)陣列；圖4M也包括截面圖A-A(底部右側圖像)，其描繪了四個電池模塊的示例布置和在四個模塊中每一個內的電池單體的示例布置的側部輪廓；
[0095]圖4N是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；如所描述的那樣，電池組件，諸如圖4N的電池組件430，可以包括一個或多個電池模塊；圖4N描繪了可以包括于電池組件430中的電池模塊412的三個不同示例實施例；
[0096]圖40是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；如圖40所示，電池模塊430可以包括多個電池模塊，諸如在圖40中示出的4X4電池模塊陣列；圖4P是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；同樣，圖4P的電池模塊430包括4X4電池模塊陣列;對于本領域技術人員顯然，電池模塊可以包括任何數(shù)量的電池模塊，諸如2 X 2陣列或者3 X 3陣列或者3X4陣列，或者5X5陣列；包括于電池組件中的電池模塊的數(shù)量可以根據(jù)設計考慮和規(guī)范來配置；
[0097]圖4Q是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；具體而言，圖4Q描繪了在圖4P中描繪的電池組件430的分解圖；如圖4P所示，電池組件的電池模塊(圖4P的電池模塊412)可以由金屬間隔件456分隔開；圖4P也描繪了電池模塊中每一個包括端子/電接線458和溫度傳感器460，溫度傳感器460用于監(jiān)測電池模塊內電池單體的溫度；
[0098]圖4R和圖4S是進一步顯示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；具體而言，圖4R和圖4S描繪了電池模塊412諸如在圖4Q中所描繪的電池模塊之一的分解圖；在這些描繪中，電池模塊412包括多個電池單體470;示例電池單體包括(但不限于)鋰離子電池單體，諸如18650或26650個電池單體；電池單體可以是圓柱形電池單體、棱柱形電池單體或者袋型電池單體，僅給出幾個例子；圖4R和圖4S顯示了 16個電池單體470的陣列，但本發(fā)明并不限于這樣的陣列；
[0099]圖4R和圖4S還描繪了安置于電池單體470每一端的集流器462;顧名思義，集流器462能從電池單體470收集電流并且將電流遞送到端子458;雖然在圖4R和圖4S中，集流器462被圖示為薄金屬板，每個集流器462可以耦合到額外(例如更厚)金屬板，額外金屬板能收集更大量電流并且將更大量電流遞送到端子458;圖4R和圖4S還描繪了溫度傳感器460，和絕緣外殼，絕緣外殼包括“U”形絕緣體466、側部絕緣體464和絕緣蓋子或覆蓋物468;側部絕緣體464可以包括通孔以便于空氣流動和對電池單體470的溫度調節(jié)；圖4S還顯示了沿著線A-A和B-B的截面圖，示出了在電池模塊412內的單體的示例布置；
[0100]圖4T、圖4U、圖4V和圖4W是進一步顯示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池模塊的圖；具體而言，圖4T顯示了另一示例電池模塊412并且圖4U顯示了圖4T的電池模塊的分解圖；如在上文中關于圖4R和圖4S所解釋，圖4U的集流器462耦合到另一(例如，更厚)金屬板472以便收集電流并且將電流遞送到端子458;圖4U還顯示了在電池單體470每一側上的肋狀物474，其可以支承在電池模塊412內的電池單體470;不同于圖4R和圖4S的電池模塊412，在圖4T和圖4U中所描繪的電池模塊412的絕緣外殼包括窗口以便增加空氣流動并且便于對電池單體470的溫度調節(jié)；圖4V顯示了在圖4T和圖4U中示出的電池模塊412的截面圖；圖4V還描繪了在電池單體的5X5陣列之間延伸的細長溫度傳感器460;并且圖4W提供了在圖4T和圖4U中示出的電池模塊的額外視圖；
[0101]圖4X是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組的圖；圖4X中的部件與圖4C中描繪的部件相同；應當指出的是，圖4x額外地顯示了電路板414、420并且416/418(圖4A)可以分別耦合到支架444、442和440;
[0102]圖4Y是進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的電池組件的圖；具體而言，圖4Y是顯示用于電池組件430的示例電接線的示意圖；相同或類似的電接線可以用于上文所討論的示例電池組件中的任何電池組件；
[0103]在圖4H、圖4J、圖4K、圖4L、圖4M、圖4S和圖4W中顯示的尺寸可以以毫米(mm)為單位來實施;然而，這些尺寸只是示例并且可以改變/修改以便例如符合設計規(guī)范，實現(xiàn)設計目的等，如將由本領域普通技術人員已知的那樣；
[0104]圖4Z-1和圖4Z-2是進一步顯示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組的圖；如在圖4Z-1中所示，電路板414、416、418靠近或鄰近前板448布置，而電路板420靠近或鄰近背板432布置;在圖4Z-1中，電池組控制器414布置在與平衡充電器416/418相對的前板448的側上;在圖4Z-1和圖4Z-2中；
[0105]圖5A進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組控制器414;在一實施例中，電池組控制器414包括電池/DC輸入端502、充電器開關電路504、DIP-開關506、JTAG接線508和RS-232接線510、風扇連接器512、CAN(CANBus)接線514、微處理器單元(MCU)516、存儲器518、平衡板連接器520、電池盒(機箱)溫度監(jiān)測電路522、電池單體溫度測量電路524、電池單體電壓測量電路528、DC-DC電源530、看門狗計時器532、以及重置按鈕534;電池單體溫度測量電路524和電池單體電壓測量電路528分別通過復用器(MUX)526a和526b而被耦合到微處理器單元(MCU)516;
[0106]在一實施例中，電池組控制器414由存儲在電池單體中的能量來供電；電池組控制器414通過電池/DC輸入端502而被連接到電池單體;在其它實施例中，電池組控制器414由連接到電池/DC輸入端502的DC電源來供電；然后，DC-DC電源530將輸入DC功率轉換成一或多個適合于操作電池組控制器414的各種電氣部件的功率電平；
[0107]充電器開關電路504耦合到微處理器單元(MCU)516;充電器開關電路504和微處理器單元(MCU)516用于控制AC電源416和/或DC電源418的操作；如本文所述，AC電源416和/或DC電源418用于將能量添加到電池組302的電池單體中；
[0108]電池組控制器414包括一些用于通信的界面和連接器;這些界面和連接器耦合到微處理器單元(M⑶)516，如圖5所示;在一實施例中，這些界面和連接器包括:DIP-開關506，用來設定用于識別電池組控制器414的軟件位部分;JTAG接線508，用于測試和調試電池組控制器414;RS-232接線510，用于與微處理器單元(MCU)516通信;CAN (CANBus)接線514，用于與微處理器單元(M⑶)516通信；平衡板連接器520，用于在電池組控制器414與電池組單體平衡器420之間傳輸信號；
[0109]風扇連接器512耦合到微處理器單元(M⑶)516;連接器512連同微處理器單元(M⑶)516和電池盒溫度監(jiān)測電路522—起用于操作一或多個可有助于冷卻電池組302的可選風扇；在一實施例中，電池盒溫度監(jiān)測電路522包括多個溫度傳感器，它們可監(jiān)測在電池組302內的電池組單體平衡器420和/或其它熱源的溫度，其它熱源例如包括AC電源416和/或DC電源418;
[0110]微處理器單元(M⑶)516耦合到存儲器518;微處理器單元(M⑶)516用于執(zhí)行用來管理電池組302的應用程序;如本文所述，在一實施例中，應用程序實現(xiàn)下列功能:監(jiān)測電池組302的電池單體的電壓和溫度，平衡電池組302的電池單體，監(jiān)測和控制(如果需要)電池組302的溫度，處理在電池組302與電能存儲系統(tǒng)100的其它部件之間的通信，并發(fā)出警告和/或報警，以及作出其它適當?shù)膭幼?，以避免電池組302的電池單體的過充電或過放電；
[0111]電池單體溫度測量電路524用于監(jiān)測電池組302的電池單體的單體溫度;在一實施例中，各個溫度監(jiān)測通道通過使用復用器(MUX)526a而被耦合到微處理器單元(MCU)516;溫度讀數(shù)用于確保電池單體在其規(guī)定的溫度范圍內運行，并用于調整由在微處理器單元(MCU)516上執(zhí)行的應用程序計算和/或使用的溫度相關值，例如用于計算有多少可釋放能量存儲在電池組302的電池單體中；
[0112]電池單體電壓測量電路528用于監(jiān)測電池組302的電池單體的單體電壓;在一實施例中，各個電壓監(jiān)測通道通過使用復用器(MUX)526b而被耦合到微處理器單元(MCU)516;電壓讀數(shù)例如用于確保電池單體在其規(guī)定的電壓范圍內運行，且用于計算DC功率電平；
[0113]看門狗計時器532用于監(jiān)測和確保電池組控制器414的適當操作；當在電池組控制器414的運行期間出現(xiàn)了不可恢復的錯誤或意外的無限軟件循環(huán)時，看門狗計時器532可重置電池組控制器414，以恢復正常運行；
[0114]重置按鈕534用于手動重置電池組控制器414的運行；如圖5所示，重置按鈕534耦合到微處理器單元(MCU) 516;
[0115]圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的電池組控制器(其也可以被稱作“電池管理單元”或“BMU”)的圖像；
[0116]圖6A-1顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組單體平衡器420a;電池組單體平衡器420a包括通過開關606a-d耦合到電池單體連接器602a的第一組電阻器604a-d、以及通過開關606e-h耦合到電池單體連接器602b的第二組電阻器604e-h;電池單體連接器602a和602b用于將電池組單體平衡器420a連接到電池組302的電池單體；電池組電子控制單元(ECT)連接器608將開關604a-h連接到電池組控制器414;
[0117]在運行中，電池組單體平衡器420a的開關606a_h選擇性地打開和關閉，以改變在電池組302的電池單體中存儲的能量的量;選擇性地打開和關閉開關606a-h可允許存儲在電池組的特定電池單體中的能量通過電阻器604a-h釋放，或允許能量在電池組302的電池單體的充電期間繞過選定的電池單體;電阻器604a-h的尺寸允許選定量的能量在選定的時間范圍內從電池組302的電池單體中釋放，且允許選定量的能量在充電期間繞過電池組302的電池單體;在一實施例中，當充電能量超過選定的旁路能量的量時，電池組控制器414禁止關閉開關604a-h;
[0118]圖6A-2是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池組單體平衡器(其也可以被稱作“電阻器板”)的圖；具體而言，圖6A-2示出了實例電阻器板420和實例電阻器；圖6A-3是根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的電池組單體平衡器(其也可以被稱作“電阻器板”)的圖像;具體而言，圖6A-3示出了另一示例電阻器板420和兩個示例電阻器；
[0119]圖6B是顯示電池組單體平衡器420b的圖；電池組單體平衡器420b包括通過開關622a和622b耦合到兩個復用器(MUX)620a和620b的第一電容器624a、以及通過開關622c和622d耦合到兩個復用器(MUX)620c和620d的第二電容器624b;復用器620a和620b連接到電池單體連接器602a;復用器620c和620d連接到電池單體連接器602b;電池組電子控制單元(ECT)連接器608將開關622a-d連接到電池組控制器414;
[0120]在運行中，復用器620a_b和開關622a_b首先用于將電容器624a連接到電池組302的第一電池單體;一旦連接，電容器624a就由第一電池單體來充電，并且對電容器624充電減少了存儲在第一電池單體中的能量的量;在充電之后，復用器620a_b和開關622a_b隨后用于將電容器624a連接到電池組302的第二電池單體;此時，存儲在電容器624a中的能量被釋放到第二電池單體內，由此增加了存儲在第二電池單體中能量的量;通過該過程的持續(xù)進行，電容器624a在電池組302的各個單元之間來回傳輸能量，由此平衡電池單體;類似地，復用器620c-d、開關622c-d和電容器624b也用于在電池組302的各個單元之間來回傳輸能量以及平衡電池單體；
[0121]圖6C顯示電池組單體平衡器420c;電池組單體平衡器420c包括通過開關622a和622b耦合到兩個復用器(MUX)620a和620b的第一電感器630a、以及通過開關622c和622d耦合到兩個復用器(MUX)620c和620d的第二電感器630b;復用器620a和620b連接到電池單體連接器602a;復用器620c和620d連接到電池單體連接器602b;電池單體連接器602a和602b用于將電池組單體平衡器420a連接到電池組302的電池單體；電感器630a也通過開關632a連接到電池組302的電池單體，且電感器630b通過開關632b連接到電池組302的電池單體；電池組電子控制單元(EOT)連接器608將開關622a-d和開關632a-b連接到電池組控制器414；
[0122]在運行中，開關632a首先關閉，以允許來自電池組302的電池的能量為電感器630a充電；該充電移走了電池組302的電池單體的能量，且將該能量存儲在電感器630a中；在充電之后，復用器620a-b和開關622a-b用于將電感器630a連接到電池組302的選定電池單體；一旦連接，電感器630a就將其存儲的能量釋放到選定的電池單體內，由此增加存儲在選定電池單體中的能量的量;通過該過程的持續(xù)進行，電感器630a由此用于通過開關632a而從與電感器632a連接的電池組302的電池單體中取出能量，并將該能量只傳輸給電池組302的選定電池單體;該過程由此可用于平衡電池組302的電池單體;類似地，復用器620c-d、開關622c-d和632b、以及電感器630b也用于傳輸能量和平衡電池組302的電池單體；
[0123]圖6D是根據(jù)本發(fā)明的一實施例實施為集成電路的電源(其也可以被稱作“平衡充電器”)的圖像；
[0124]如相關領域技術人員對本說明書所理解的那樣，圖6A-D所示的每個電路在其運行中都具有優(yōu)勢，且在本發(fā)明的實施例中，這些電路的部件結合在一起和一同使用，以繞過和/或傳輸能量，由此平衡電池組302的電池單體；
[0125]圖7進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元100;如圖7所示，控制單元106包括多電池系統(tǒng)控制器702a-c;如在下文中所作的更詳細的描述，每個電池系統(tǒng)控制器702都監(jiān)測和控制構成電池單元104的電池組302的子集(參見圖3);在一實施例中，電池系統(tǒng)控制器702通過CAN(CANBus)通信而連接在一起，由此使電池系統(tǒng)控制器702能夠作為電池系統(tǒng)控制器的總網(wǎng)絡的一部分而一起運行；電池系統(tǒng)控制器的這一網(wǎng)絡可管理和操作任何大小的電池系統(tǒng)，例如多兆瓦時集中蓄電池系統(tǒng)；在一實施例中，網(wǎng)絡電池系統(tǒng)控制器702之一可被指定為主電池系統(tǒng)控制器，且通過發(fā)送用于操作一或多個連接到電池系統(tǒng)的逆變器和/或充電器的命令來控制電池的充電和放電操作；
[0126]在一實施例中，如圖7所示，電能存儲單元100包括雙向逆變器108;通過使用例如由計算機經(jīng)由網(wǎng)絡(例如因特網(wǎng)、以太網(wǎng)等)而發(fā)出的命令，雙向逆變器108既能為電池單元104充電，又能使電池單元104放電，如下文結合圖1OB和1C更詳細描述;在本發(fā)明的實施例中，逆變器108的實際功率和無功功率均可被控制;此外，在實施例中，當沒有可利用的電網(wǎng)電力和/或電能存儲單元100從電網(wǎng)上斷開時，可將逆變器108用作備用電源；
[0127]圖8A進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電池系統(tǒng)控制器702的圖；在一實施例中，如圖8A所示，電池系統(tǒng)控制器702包括嵌入式計算機處理單元(嵌入式CPU)802、安培-小時/功率監(jiān)測器806、低壓繼電控制器816、高壓繼電控制器826、保險絲830、分流器832、電流接觸器834、以及電源836;
[0128]在一實施例中，如圖8A所示，嵌入式CPU802通過以下部件來通信:具有安培-小時/功率監(jiān)測器806的CAN(CANBus)通信端口804a，低壓繼電控制器816，以及電池組302;如本文所述，在實施例中，嵌入式CPU 802也可例如通過使用CAN(CANBus)通信而與一或多個逆變器和/或一或多個的充電器進行通信;不過，也可使用諸如RS232通信或RS485通信的其它通信方式；
[0129]在運行中，嵌入式CPU802執(zhí)行許多功能；這些功能包括:監(jiān)測和控制電池組302、安培-小時/功率監(jiān)測器806、低壓繼電控制器816以及高壓繼電控制器826的選定功能;監(jiān)測和控制何時有多少能量以多高速率存儲在電池組302中、以及何時有多少能量以多高速率通過電池組302而釋放;避免電池組302的電池單體的過充電或過放電；配置和控制系統(tǒng)通信;收到和執(zhí)行例如來自授權用戶或另一網(wǎng)絡電池系統(tǒng)控制器702的命令；以及向授權用戶或另一網(wǎng)絡電池系統(tǒng)控制器702提供狀況和配置信息；將在下文中更詳細地描述這些功能以及通過嵌入式CPU 802而執(zhí)行的其它功能；
[0130]如在下文中所作的更詳細的描述，由嵌入式CPU802監(jiān)測和保持的狀況類型和控制信息的示例包括通過結合圖19A-E、圖21、圖22A-B和圖23A-B而確認的狀況類型和控制信息;在實施例中，嵌入式CPU 802監(jiān)測和保持共同的電力系統(tǒng)信息，例如逆變器輸出功率、逆變器輸出電流、逆變器AC電壓、逆變器AC頻率、充電器輸出功率、充電器輸出電流、充電器DC電壓，等等;對于相關領域技術人員而言，通過嵌入式CPU 802的實施例來監(jiān)測和保持附加的狀況和控制信息也將是顯而易見的；
[0131]如圖8A所示，安培-小時/功率監(jiān)測器806包括CAN(CANBus)通信端口 804b、微控制單元(M⑶)808、存儲器810、電流監(jiān)測電路812、以及電壓監(jiān)測電路814;電流監(jiān)測電路812耦合到分流器832，且用于確定電流值以及監(jiān)測電池組302的充電和放電；電壓監(jiān)測電路814耦合到分流器832和電流接觸器834，且用于確定電壓值以及監(jiān)測電池組302的電壓；由電流監(jiān)測電路812和電壓監(jiān)測電路814而獲得的電流和電壓值存儲在存儲器810中，且例如通過CAN(CANBus)通信端口 804b而傳輸給嵌入式CPU 802 ；
[0132]在一實施例中，由安培-小時/功率監(jiān)測器806確定的電流和電壓值存儲在存儲器810中，且被存儲在存儲器810中的程序使用，并在微控制單元(MCU)808上執(zhí)行，以取得功率、安培-小時和瓦時的數(shù)值;這些數(shù)值連同與安培-小時/功率監(jiān)測器806相關的狀況信息通過CAN( CANBus)通信端口 804b而傳輸給嵌入式CPU 802 ；
[0133]如圖8A所示，低壓繼電控制器816包括CAN(CANBus)通信端口 804c、微控制單元(MCU)818、存儲器820、若干繼電器822(即繼電器R0、R1...RN)、以及M0SFETS 824;在實施例中，低壓繼電控制器816也包括溫度傳感電路(未顯示)，例如用于監(jiān)測容納有電池系統(tǒng)控制器702的部件的機箱的溫度、容納有電能存儲單元100的機箱的溫度，等等；
[0134]在運行中，低壓繼電控制器816通過CAN(CANBus)通信端口804c而接收來自嵌入式CPU 802的命令，并相應地操作繼電器822和M0SFETS 824;此外，低壓繼電控制器816通過CAN(CANBus)通信端口804c而向嵌入式CPU 802發(fā)送與繼電器和M0SFETS的狀態(tài)有關的狀況信息;繼電器822例如用于完成下列功能:接通和斷開冷卻風扇、控制諸如電源836等電源的輸出，等等;M0SFETS 824用于控制高壓繼電控制器826的繼電器828，以及例如用于控制狀況指示燈，等等;在實施例中，低壓繼電控制器816執(zhí)行存儲在微控制單元(MCU)818上的存儲器820中的程序;且當嵌入式CPU如預期那樣停止運行和/或通信時，該程序接管對于嵌入式CPU 802的操作控制;然后，該程序例如可對下列事項作出決定:當?shù)却度胧紺PU 802恢復時，使系統(tǒng)繼續(xù)運行是否是安全的，或是否啟動系統(tǒng)關機和重啟；
[0135]如圖8A所示，高壓繼電控制器826包括若干繼電器828;這些繼電器之一用于操作電流接觸器834，該電流接觸器834用于建立或斷開載流電線與電池組302之間的連接;在實施例中，其它繼電器828例如用于控制一或多個逆變器和/或一或多個充電器的運行;繼電器828可直接對裝置進行操作，或在適當情況下基于電壓和電流考慮而通過控制另外的電流接觸器(未顯示)來對裝置進行操作；
[0136]在實施例中，保險絲830包括在電池系統(tǒng)控制器702之中；保險絲830的作用是中斷可能會損壞電池單體或連接電線的高電流；
[0137]分流器832與安培-小時/功率監(jiān)測器806結合，用于監(jiān)測電池組302的充電和放電；在運行中，在分流器832的兩端發(fā)展與流過分流器832的電流成比例的電壓;該電壓由安培-小時/功率監(jiān)測器806的電流監(jiān)測電路812來感測，且用于產生電流值；
[0138]電源836提供DC功率，以操作電池系統(tǒng)控制器702的各種部件；在實施例中，電源836的輸入功率是AC線電壓、DC電池電壓、或二者兼而有之；
[0139]圖SB和SC進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的示例性電池系統(tǒng)控制器702的圖；圖SB是示例性電池系統(tǒng)控制器702的俯視正視圖，且去掉了頂部覆蓋物，以顯示所容納的部件的布局；圖SC是示例性電池系統(tǒng)控制器702的俯視左視圖，且去掉頂部覆蓋物，以顯示部件的布局；
[0140]如圖8B、8C或二者所示，電池系統(tǒng)控制器702包括用于容納嵌入式CPU 802、安培-小時/功率監(jiān)測器806、低壓繼電控制器816、高壓繼電控制器826、保險絲座和保險絲830、分流器832、電流接觸器834、以及電源836的機箱840;在機箱840內還容納有斷路器842、電源開關844、第一組信號連接器846(在機箱840的前側)、第二組信號連接器854(在機箱840的后側)、一組電源連接器856a-d(在機箱840的后側)、以及兩個高壓繼電器858a和858b;在圖SB和SC中已有意地省去布線，以便更清楚地顯示部件的布局;然而，相關領域技術人員會了解如何將部件連接在一起；
[0141]在上文中已結合圖8A描述了下列部件的作用和操作:嵌入式CPU802、安培-小時/功率監(jiān)測器806、低壓繼電控制器816、高壓繼電控制器826、保險絲座和保險絲830、分流器832、電流接觸器834、以及電源836;如相關領域技術人員所知，斷路器842的作用是保障安全;斷路器842與分流器832串聯(lián)，用于中斷可能會損壞電池單體或連接電線的高電流;它例如也可用于在電能存儲單元100的維護或非使用期間手動打開用于將電池組302連接在一起的載流電線;類似地，電源開關844用于接通和斷開通向電池系統(tǒng)控制器702的AC電源輸入；
[0142]第一組信號連接器846(在機箱840的前側)的作用是能夠與嵌入式CPU802連接，而無需從控制單元106中取出電池系統(tǒng)控制器702和/或無需除去機箱840的頂部覆蓋物;在一實施例中，第一組信號連接器846包括USB連接器848、RJ-45連接器850、以及9針連接器852;在使用這些連接器時，有可能例如將鍵盤和顯示器(未顯示)連接到嵌入式CPU 802；
[0143]第二組信號連接器854(在機箱840的后側)的作用例如是能夠與諸如電池組302和逆變器和/或充電器的電能存儲單元100的其它部件連接，且與其通信;在一實施例中，第二組信號連接器854包括RJ-45連接器850和9針連接器852 ;RJ-45連接器850例如用于CAN(CANBus)通信和以太網(wǎng)/因特網(wǎng)通信;9針連接器852例如用于RS-232或RS-485通信；
[0144]電源連接器856a_d(在機箱840的后側)的作用是為了連接電源導體;在一實施例中，每個電源連接器856具有兩個較大的載流連接銷和四個較小的載流連接銷；電源連接器856之一用于將分流器832的一端和電流接觸器834的一端連接到用于將電池組302連接在一起的電源線上(例如使用兩個較大的載流連接銷)，以及用于將輸入功率連接到電池組302的電源416或418中的一或兩個上，以控制在機箱840內的一或多個繼電器(例如使用四個較小載流連接銷中的兩個或四個)；第二電源連接器856例如用于將電網(wǎng)AC電源連接到在外殼840內的控制繼電器上;在實施例中，剩余的兩個電源連接器856例如用于將在機箱840內的諸如繼電器856a和856b的繼電器連接到逆變器和/或充電器的功率承載導體上；
[0145]在一實施例中，高壓繼電器858a和858b的作用是用于建立或斷開充電器和/或逆變器的功率承載導體與電池組302之間的連接;通過斷開充電器和/或逆變器的功率承載導體與電池組302之間的連接，這些繼電器可用于阻止充電器和/或逆變器的運行，從而避免電池組302的過充電或過放電；
[0146]圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單元900的圖；如本文所述，電能存儲單元900可作為一個獨立的電能存儲單元，或可與其它電能存儲單元900結合，例如形成諸如電能存儲單元100的較大電能存儲單元的一部分；
[0147]如圖9所示，電能存儲單元900包括耦合到一或多個電池組302a_n的電池系統(tǒng)控制器702;如在下文中所作的更詳細的描述，在實施例中，電池系統(tǒng)控制器702也可通過逆變器/充電器902而耦合到圖9所示的一或多個充電器和一或多個逆變器上；
[0148]電能存儲單元900的電池系統(tǒng)控制器702包括嵌入式CPU802、安培小時/功率監(jiān)測器806、低壓繼電控制器816、高壓繼電控制器826、保險絲830、分流器832、電流接觸器834、以及電源836;每個電池組302a-n包括電池模塊412、電池組控制器414、AC電源416、以及電池組單體平衡器420;
[0149]在運行中，例如在電池充電進程期間，電能存儲單元900運行如下；嵌入式CPU 802持續(xù)監(jiān)測由電能存儲單元900的各種部件傳輸?shù)臓顩r信息；如果嵌入式CPU 802基于這種監(jiān)測而確定單元運行正常，則當例如被授權用戶或在嵌入式CPU 802上執(zhí)行的程序命令時(例如參見下文中的圖10B)，嵌入式CPU 802向低壓繼電控制器816發(fā)送命令，以關閉與電流接觸器834相關的MOSFET開關;關閉該MOSFET開關可啟動在高壓繼電控制器826上的繼電器，由此又關閉了電流接觸器834;關閉電流接觸器834可將充電器(即逆變器/充電器902)耦合到電池組302a-n;
[0150]一旦充電器與電池組302a_n耦合，嵌入式CPU 802就向充電器發(fā)送命令，以開始為電池組充電；在實施例中，該命令例如可以是充電器輸出電流命令或充電器輸出功率命令；在進行自檢后，充電器將開始充電；該充電使得電流流經(jīng)分流器832，并由安培-小時/功率監(jiān)測器806來測量該電流;安培-小時/功率監(jiān)測器806也用于測量電池組302a-n的總電壓；除了測量電流和電壓之外，安培-小時/功率監(jiān)測器806還用于計算DC功率值、安培-小時值、以及瓦時值;安培-小時值和瓦時值用于更新由安培-小時/功率監(jiān)測器806保持的安培-小時計量器和瓦時計量器；電流值、電壓值、安培-小時計量值、以及瓦時計量值不斷地由安培-小時/功率監(jiān)測器806傳輸給嵌入式CPU 802和電池組302a-n;
[0151 ]在充電進程期間，電池組302a_n持續(xù)地監(jiān)測來自安培-小時/功率監(jiān)測器806的傳輸，且使用安培-小時計量值和瓦時計量值來更新由電池組302a-n保持的值;這些值包括電池組和單體充電狀態(tài)(S0C)值、電池組和單體安培-小時(AH)放電值、以及電池組和單體瓦時(WH)放電值，如在下文中結合圖21更詳細地描述;此外，在充電進程期間，嵌入式CPU 802持續(xù)地監(jiān)測來自安培-小時/功率監(jiān)測器806的傳輸、以及來自電池組302a-n的傳輸，且使用安培-小時計量器的傳輸值和電池組302a-n的傳輸值來更新由嵌入式CPU 802保持的值；由嵌入式CPU 802保持的值包括電池組和單體SOC值、電池組和單體AH放電值、電池組和單體WH放電值、電池和單體的電壓、以及電池和單體的溫度，如在下文中結合圖22a和22b更詳細地描述；只要一切按預期進行，充電進程將會繼續(xù)下去，直到滿足停止標準;在實施例中，停止標準例如包括最大SOC值、最大電壓值、或停止時間值；
[0152]在充電進程期間，當滿足停止標準時，嵌入式CPU802向充電器發(fā)送命令，以停止充電；一旦停止充電，嵌入式CPU 802就向低壓繼電控制器816發(fā)送命令，以打開與電流接觸器834相關的MOSFET開關;打開MOSFET開關改變位于與電流接觸器834相關的高壓繼電控制器826上的繼電器的狀態(tài)，由此又打開了電流接觸器834;打開電流接觸器834可使充電器(即逆變器/充電器902)從電池組302a-n上解耦；
[0153]如在下文中更詳細地描述，電池組302a_n負責維持其各自電池模塊412的適當SOC和電壓平衡；在一實施例中，適當?shù)腟OC和電壓平衡是由電池組通過使用其電池組控制器414和/或其AC電源416而獲得的，從而獲得其電池模塊412，以符合目標值，例如由嵌入式CPU 802傳輸?shù)哪繕薙OC值和目標電壓值;該平衡可發(fā)生在一部分充電進程期間、在充電進程之后、或充電進程期間和充電進程之后都發(fā)生；
[0154]如相關領域技術人員所理解的那樣，除了電池組302a_n被放電而非充電以外，由電能存儲單元900進行的放電進程以與充電進程相似的方式發(fā)生；
[0155]圖1OA進一步顯不根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲單兀100的圖；如圖1OA所不，電能存儲單元100通過將一些電能存儲單元900a-n結合并聯(lián)網(wǎng)而形成；電能存儲單元900a包括電池系統(tǒng)控制器702a和電池組302302a?;電能存儲單元900η包括電池系統(tǒng)控制器702η和電池組302302an-nn;電池系統(tǒng)控制器702a-n的嵌入式CPU 802a_n耦合在一起，且通過使用CAN(CANBus)通信而相互通信;也可使用其它通信協(xié)議;在嵌入式CPU 802a_n之間的信息通信包括在下文中通過參考圖22a和22b而確認的信息；
[0156]在運行中，電能存儲單元100以類似于本文中所描述的電能存儲系統(tǒng)900的方式來運行;例如，每個電池系統(tǒng)控制器702監(jiān)測和控制其自身的諸如電池組302的部件;此外，電池系統(tǒng)控制器702被用作主電池系統(tǒng)控制器，且協(xié)調其它電池系統(tǒng)控制器702的活動；該協(xié)調例如包括用作電能存儲單元100的總監(jiān)測器，且確定和輸送目標值，例如可用于達到適當?shù)碾姵亟M平衡的目標SOC值和目標電壓值;將在下文中例如通過參考圖25而給出更多的關于如何達到此目的的細節(jié)；
[0157]圖1OB時顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1050的圖；在一實施例中，如圖1OB所示，系統(tǒng)1050包括與服務器1056通信的電能存儲單元100;服務器1056與數(shù)據(jù)庫/存儲裝置1058a-n通信;服務器1056由防火墻1054保護，且示出與電能存儲單元100通過互聯(lián)網(wǎng)1052來通信;在其它實施例中，例如使用其它諸如蜂窩通信或先進計量基礎設施通信網(wǎng)絡的通信手段;例如，電能存儲系統(tǒng)1050的用戶，比如電力部門和/或可再生能源資產運營商，通過使用用戶界面1060而與電能存儲系統(tǒng)1050交互作用;在一實施例中，用戶界面例如是圖形化的基于Web的用戶界面，可通過與服務器1056或互聯(lián)網(wǎng)1052直接連接的計算機而對其進行訪問；在實施例中，由用戶界面1060顯示和/或控制的信息例如包括在下文中通過參考圖19A-E、圖21、圖2 2A-B和圖23A-B而確定的信息；也可包括和/或控制在本文中給出的對于相關領域技術人員而言顯而易見的附加信息；
[0158]在實施例中，(一個或多個)用戶界面1060可用于更新和/或改變由電能存儲單元100使用的程序和控制參數(shù);通過改變程序和/或控制參數(shù)，用戶可通過任何所需的方式來控制電能存儲單元100;這例如包括控制電能存儲單元100在何時以多高速率來存儲多少能量，以及電能存儲單元100在何時以多高速率來釋放多少能量;在一實施例中，用戶界面可操作一或多個電能存儲單元100，以便其例如像旋轉備用般作出回應，從而有可能避免功耗掉電或斷電；
[0159]在一實施例中，電能存儲系統(tǒng)1050用于獲悉更多有關電池單體行為的信息；服務器1056例如可用于收集和處理相當大量的有關用來構成電能存儲單元100的電池單體的行為的信息、以及有關電能存儲單元100自身的信息;在一實施例中，所收集的有關電能存儲單元100的電池單體和操作的信息例如可由制造商用于改善未來的電池以及開發(fā)出更有效的未來系統(tǒng);也可分析這條信息，以確定例如如何以特定的方式來操作電池單體，才能影響電能存儲單元100的電池單體和使用壽命；電能存儲系統(tǒng)1050的其它特征和優(yōu)點對于相關領域技術人員而言將是顯而易見的；
[0160]圖1OC是顯示根據(jù)本發(fā)明的一替代實施例的電能存儲系統(tǒng)1050的圖；電能存儲系統(tǒng)1050的用戶可使用計算機1070(其上可提供用戶界面)通過除互聯(lián)網(wǎng)之外的網(wǎng)絡連接1080來訪問電能存儲單元100;圖1OC中的網(wǎng)絡1080可以是本領域中的任何網(wǎng)絡，包括以太網(wǎng)，或者甚至是將計算機1070直接與電能存儲單元100連接的單一電纜；
[0161]圖11-20進一步顯示示例性電能存儲單元以及使用根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元的各種電能存儲系統(tǒng)的圖；
[0162]圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1100的圖；電能存儲系統(tǒng)1100包括電能存儲單元900、發(fā)電機1104、蜂窩電話基站設備1112、以及蜂窩電話塔和設備1114;如圖11所示，電能存儲單元900包括由十個電池組302a-j構成的電池1102、電池系統(tǒng)控制器702、充電器1106、以及逆變器1108;在本發(fā)明的實施例中，電池1102可包括多于十個或十個以下的電池組302;
[0163]在運行中，發(fā)電機1104通過充電器1106而運行，且用于為電池1102充電；當電池1102被充電到所需的狀態(tài)時，發(fā)電機1104關機;然后，電池1102準備向蜂窩電話基站設備1112和/或在蜂窩電話塔上的設備提供電源;電池系統(tǒng)控制器702監(jiān)測和控制本文所描述的電能存儲單元900;
[0164]在本發(fā)明的實施例中，逆變器1108可同時操作充電器1106，從而可使逆變器1108在電池1102的充電期間無干擾地為設備供電；電能存儲系統(tǒng)1100可用于儲備電力(例如當無電網(wǎng)電力時)，或可在無電網(wǎng)電力的情形下連續(xù)使用(例如在離網(wǎng)環(huán)境中)；
[0165]圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1200的圖；除了由電能存儲單元900目前為負荷1202供電外，電能存儲系統(tǒng)1200與電能存儲系統(tǒng)1100類似；只要電池1102和發(fā)電機1104進行相應的尺寸調整，負荷1202可以是任何電負荷；
[0166]電能存儲系統(tǒng)1200例如對于諸如偏遠醫(yī)院、偏遠學校、偏遠政府設施的離網(wǎng)環(huán)境而言是有用的；由于不要求發(fā)電機1104持續(xù)運行來為負荷1202供電，可顯著節(jié)省燃料，且延長發(fā)電機1104的工作壽命;通過使用電能存儲系統(tǒng)1200也可節(jié)省其它方面的開支，例如降低運行發(fā)電機1104所需的燃料的運輸成本；
[0167]圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1300的圖；除了發(fā)電機1104已被太陽能電池板1302代替外，電能存儲系統(tǒng)1300與電能存儲系統(tǒng)1200類似;在電能存儲系統(tǒng)1300中，太陽能電池板1302用于發(fā)電，以用于為電池1102充電和為負荷1202供電；
[0168]電能存儲系統(tǒng)1300例如在類似于電能存儲系統(tǒng)1200的離網(wǎng)環(huán)境中是有用的；電能存儲系統(tǒng)1300優(yōu)于電能存儲系統(tǒng)1200的一點是無需燃料;無發(fā)電機和無燃料需求使得電能存儲系統(tǒng)1300比電能存儲系統(tǒng)1200更易于操作和維護；
[0169]圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1400的圖；除了太陽能電池板1302已被電網(wǎng)連接1402代替外，電能存儲系統(tǒng)1400與電能存儲系統(tǒng)1300類似;在電能存儲系統(tǒng)1400中，電網(wǎng)連接1402用于提供電力，從而為電池1102充電和為負荷1202供電；
[0170]電能存儲系統(tǒng)1400例如對于存在電網(wǎng)電力的環(huán)境而言是有用的；電能存儲系統(tǒng)1400優(yōu)于電能存儲系統(tǒng)1300的一點是其最初的購買價格低于電能存儲系統(tǒng)1300的購買價格;這是因為無需太陽能電池板1302;
[0171]圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1500的圖；電能存儲系統(tǒng)1500包括通過電網(wǎng)連接1402而連接到電網(wǎng)的電能存儲單元900;
[0172]電能存儲系統(tǒng)1500存儲來自電網(wǎng)的能量，且將能量例如供應給電網(wǎng)，以幫助公用設施轉移峰值負荷并使負荷均衡；因此，電能存儲單元900可使用雙向逆變器1502，而非例如單獨的逆變器和單獨的充電器;使用雙向逆變器是有利的，因為它通常比購買單獨的逆變器和單獨的充電器要便宜些；
[0173]在本發(fā)明的實施例中，通過使用用戶界面和與本文中圖1OB所示的類似的計算機系統(tǒng)，對電能存儲系統(tǒng)1500的電能存儲單元900進行遠程操作;這樣的系統(tǒng)使得存儲在電池1102中的能量得以調度，其調度方式類似于公用設施運營商交互作用而調度來自燃氣渦輪機的能量的方式；
[0174]圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電能存儲系統(tǒng)1600的圖；電能存儲系統(tǒng)1600包括耦合到太陽能電池板1606(安裝在房子1640的頂部)和電網(wǎng)連接1608的電能存儲單元900(容納在室外機箱1602中)；
[0175]在運行中，太陽能電池板1606和/或電網(wǎng)連接1608可用于為電能存儲單元900的電池充電；然后，電能存儲單元900的電池可放電而向在房子1604內的負荷供電，以及/或通過電網(wǎng)連接1608而向電網(wǎng)供電；
[0176]圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的容納在室外機箱1602中的電能存儲單元900的圖；如圖17所示，電能存儲單元900包括電池1102、電池系統(tǒng)控制器702、充電器1106和逆變器1108、以及斷路器盒和斷路器1704;電能存儲單元900以本文所述的方式運行；
[0177]在一實施例中，室外機箱1602是EMA3R額定機箱;機箱1602具有兩個安裝在機箱1602前側的門和兩個安裝在機箱1602后側的門，用于接近機箱內的設備;也可除去機箱的頂板和側板而得到另外的通路;在實施例中，使用由電池系統(tǒng)控制器702控制的風扇來冷卻機箱1602;在實施例中，也可通過安裝在上述門之一上的空調單元(未顯示)來進行冷卻；
[0178]如相關領域技術人員所理解的那樣，本發(fā)明不局限于使用室外機箱1602來容納電能存儲單元900;也可使用其它機箱；
[0179]在本發(fā)明的一實施例中，如圖18所示，計算機1802用于與電能存儲單元900交互作用并對其進行控制;計算機1802例如可以是諸如運行Windows或Linux操作系統(tǒng)的個人計算機的任何計算機;在計算機1802與電能存儲系統(tǒng)900之間的連接可以是有線連接或無線連接;用于與電能存儲單元900交互作用的系統(tǒng)例如適合于居住在房子1604內的想要使用該系統(tǒng)的用戶；例如，對于諸如公用設施運營商的其它用戶，可使用與圖1OB所示類似的系統(tǒng)，由此對由電能存儲單元900得到的信息提供附加的控制和更多的訪問；
[0180]在本發(fā)明的實施例中，可通過超過一方的方面，例如房子1604的居民和公用設施運營商，對電能存儲單元900進行監(jiān)測和/或控制;在這類情形下，可確立對于授權用戶的不同優(yōu)先水平，以避免任何潛在的沖突命令；
[0181]圖19A-E是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施例的示例性用戶界面1900的圖，其適合于例如在計算機1802上實施;示例性界面意在說明而非限制本發(fā)明；
[0182]在一實施例中，如圖19A所示，用戶界面1900包括狀況指示器1902、存儲能量指示器1904、電能存儲單元功率值1906、房子負荷值1908、太陽能功率值1910、以及電網(wǎng)功率值1912;狀況指示器1902用于指示電能存儲單元900的運行狀況;存儲能量指示器1904用于指示可由電能存儲單元900釋放出多少能量；四個值1906、1908、1910和1912表示電能存儲系統(tǒng)1600的部件的能量流的速率和方向；
[0183]在圖19A中，值1906表示能量以2.8kw的速率流入到電能存儲單元900內；值1908表示能量流入到房子1604內且以1.2kw的速率為負荷供電；值1910表示太陽能電池板1606以2.8kw的速率來產生能量;值1912表示以1.2kw的速率從電網(wǎng)連接1608取得能量；由這些值可確定系統(tǒng)在運行、太陽能電池板在發(fā)電、電能存儲單元的電池在被充電、以及能量在以
1.2kw的速率從公用設施處購得；
[0184]圖19B顯示當太陽能電池板例如在夜間無能量產生時，電能電力系統(tǒng)1600在一時間點時的狀態(tài);值1906表示能量以2.0kw的速率流入到電能存儲單元900內；值1908表示能量流入到房子1604內且以1.1kw的速率為負荷供電；值1910表示太陽能電池板1606未產生能量;值1912表示由電網(wǎng)連接1608以3.1kw的速率來提供能量；由這些值可確定系統(tǒng)在運行、太陽能電池板未在發(fā)電、電能存儲單元的電池在被充電、以及能量在以3.1kw的速率從公用設施處購得；
[0185]圖19C描繪電能電力系統(tǒng)1600在一時間點時的狀態(tài)，此時電能存儲單元900的電池完全充電，且太陽能電池板在發(fā)電;值1906表示電能存儲單元900既未消耗電力也未產生電力;值1908表示能量流入到房子1604內且以1.5kw的速率為負荷供電；值1910表示由太陽能電池板1606以2.5kw的速率來產生能量;值1912表示以1.0kw的速率向電網(wǎng)連接1608提供能量；
[0186]圖19D描繪當太陽能電池板例如在夜間無能量產生時，以及當電能存儲單元900在產生比為房子1604中的負荷供電更多的電力時，電能電力系統(tǒng)1600在一時間點時的狀態(tài)；值1906表示能量以3.0kw的速率從電能存儲單元900中流出；值1908表示能量流入至房子1604內且以2.2kw的速率為負荷供電；值1910表示太陽能電池板1606未產生能量;值1912表示以0.8kw的速率向電網(wǎng)連接1608提供能量；
[0187]圖19E描繪當太陽能電池板例如在夜間無能量產生時，以及當電力存儲單元900受控而只產生在房子1604中的負荷的電力需求時，電能電力系統(tǒng)1600在一時間點時的狀態(tài)；值1906表示能量以2.2kw的速率從電能存儲單元900中流出；值1908表示能量流入至房子1604內且以2.2kw的速率為負荷供電；值1910表示太陽能電池板1606未產生能量;值1912表示無能量在從電網(wǎng)連接1608取得或向其供應；
[0188]如相關領域技術人員在參閱了圖19A-E和本發(fā)明的描述后所理解的那樣，電能存儲系統(tǒng)1600對于電力消費者和公用設施都具有許多優(yōu)點;這些優(yōu)點包括但不局限于公用設施均衡其負荷的能力、在電力中斷時為客戶提供后備電力的能力、對插入式電動汽車和部署以及可再生能源(例如太陽能電池板)的支持、提供更好電網(wǎng)調節(jié)的能力、以及提高配電線路效率的能力；
[0189]圖20-25是顯示本發(fā)明的各種軟件特征的圖；在實施例中，使用可編程存儲器和不可編程存儲器來實現(xiàn)軟件的特征；
[0190]圖20是顯示在本文中描述的本發(fā)明的各種軟件特征如何在示例性電能存儲單元900的部件間分配的圖；在一實施例中，如圖20所示，電能存儲單元900的電池系統(tǒng)控制器702具有包括軟件的三個部件;軟件是通過使用微控制單元(MCU)而被執(zhí)行的；這些部件是嵌入式CPU 802、安培小時/功率監(jiān)測器806、以及低壓繼電控制器816;
[0191]嵌入式CPU 802包括用于存儲操作系統(tǒng)(0S)2006和應用程序(APP)2008的存儲器2004;使用微控制單元(MCU)2002來執(zhí)行該軟件;在一實施例中，該軟件一同工作，以從使用用戶界面的用戶那里接收輸入命令，且其通過用戶界面而向用戶提供有關電能存儲單元900的狀況信息；只要命令未將電能存儲單元900置于不期望或不安全的狀態(tài)，嵌入式CPU802就會根據(jù)接收到的輸入命令而操作電能存儲單元900;輸入命令例如用于控制電能存儲單元900的電池1102何時被充電和放電；輸入命令例如也用于控制電池1102以多高速率而被充電和放電，以及電池1102在每個充放電周期期間循環(huán)有多深；軟件通過向充電器1106的充電器電子控制單元(ECU)2014發(fā)送命令而控制電池1102的充電；軟件通過向逆變器1108的逆變器電子控制單元(E⑶)2024發(fā)送命令而控制電池1102的放電；
[0192]除了控制充電器1106和逆變器1108的操作之外，嵌入式處理器802與電池組302a-302η和安培-小時/功率監(jiān)測器806 —同工作，以管理電池1102;在嵌入式CPU 802上常駐和執(zhí)行的軟件、電池組302a-n的電池系統(tǒng)控制器414a-n、以及安培-小時/功率監(jiān)測器806始終確保電池1102的安全操作，且在必要時作出適當?shù)膭幼鳎绱_保電池1102既未過充電也未過放電；
[0193]如圖20所示，安培-小時/功率監(jiān)測器806包括存儲有應用程序2010的存儲器810;使用微控制單元(MCU)808來執(zhí)行該應用程序;在實施例中，應用程序2010負責跟蹤在電池充電進程期間有多少電被充入到電池1102內，或在電池放電進程期間有多少電從電池1102中被釋放出來;該信息被傳送給嵌入式CPU 802和電池組302的電池系統(tǒng)控制器414 ；
[0194]低壓繼電控制器816包括用于存儲應用程序2012的存儲器820;使用微控制單元(MCU)818來執(zhí)行應用程序2012;在實施例中，應用程序2012響應來自嵌入式CPU 802的命令而打開和關閉繼電器和MOSFET開關;此外，它也向嵌入式CPU 802發(fā)送有關繼電器和MOSFET開關的狀態(tài)的狀況信息;在實施例中，低壓繼電控制器816也包括通過使用應用程序2012而受到監(jiān)測的溫度傳感器，并且在一些實施例中，應用程序2012包括足夠的功能性，以使低壓繼電控制器816在其未如預期那樣運行時能夠接管嵌入式CPU 802，且確定是否關機和重啟電能存儲單元900;
[0195]充電器1106的充電器電子控制單元(E⑶)2014包括用于存儲應用程序2020的存儲器2018;使用MCU 2016來執(zhí)行應用程序2012;在實施例中，應用程序2020相應地負責接收來自嵌入式CPU 802和操作充電器1106的命令;應用程序2020也向嵌入式CPU 802發(fā)送有關充電器1106的狀況信息；
[0196]逆變器1108的逆變器電子控制單元(E⑶)2024包括用于存儲應用程序2030的存儲器2028;使用MCU 2026來執(zhí)行應用程序2012;在實施例中，應用程序2030相應地負責接收來自嵌入式CPU 802和操作逆變器1108的命令;應用程序2030也向嵌入式CPU 802發(fā)送有關逆變器1108的狀況信息；
[0197]也如圖20所示，每個電池組302包括具有存儲器518的電池系統(tǒng)控制器414;每個存儲器518用于存儲應用程序2034;使用微處理器單元(M⑶)516來執(zhí)行每個應用程序2034;應用程序2034負責監(jiān)測各個電池組302的單體、以及向嵌入式CPU 802發(fā)送有關這些單體的狀況信息;應用程序2034也負責平衡各個電池組302的電池單體的電壓電平和充電狀態(tài)(SOC)電平；
[0198]在一實施例中，每個應用程序2034運行如下；通電后，存儲器518開始執(zhí)行引導加載軟件；引導加載軟件將來自快閃存儲器的應用軟件復制到RAM，且引導加載軟件開始執(zhí)行應用軟件;一旦應用軟件正常運行，嵌入式CPU 802就查詢電池組控制器414，以確定其是否包括對于在嵌入式CPU 802上執(zhí)行的應用程序(APP)2008而言適當?shù)挠布蛙浖姹?如果電池組控制器414包括不相容的硬件版本，則電池組控制器被命令關機;如果電池組控制器414包括不相容的或過時的軟件版本，則嵌入式CPU 802向電池組控制器提供正確的或更新的應用程序，且電池組控制器重啟，以開始執(zhí)行新的軟件；
[0199]一旦嵌入式CPU 802確定電池組控制器414在使用正確的硬件和軟件操作，嵌入式CPU 802就證實電池組414在使用正確的配置數(shù)據(jù)操作；如果配置數(shù)據(jù)不正確，嵌入式CPU802則向電池組控制器414提供正確的配置數(shù)據(jù)，且電池組控制器414保存該數(shù)據(jù)，以用于其下次啟動；一旦嵌入式CPU 802證實電池組控制器414在使用正確的配置數(shù)據(jù)，電池組控制器414就執(zhí)行其應用軟件，直到其關機;在一實施例中，應用軟件包括在一連續(xù)的while環(huán)路中運行幾個過程的主程序;這些過程包括但不局限于下列過程:用于監(jiān)測單體電壓的過程；用于監(jiān)測單體溫度的過程；用于確定每個單體的SOC的過程；用于平衡單體的過程；CAN(CANBus)傳輸過程；以及CAN(CANBus)接收過程;而且在應用軟件中執(zhí)行的其它過程包括報警和錯誤識別過程，以及為獲得和管理在圖21中識別的尚未被上述過程之一所涵蓋的數(shù)據(jù)而所需的過程；
[0200]如相關領域技術人員所理解的那樣，除了所執(zhí)行的過程用于獲得和處理不同的數(shù)據(jù)以外，在本文中通過參考圖20而描述的其它應用程序以類似的方式運行;在本文的上下文中結合其它附圖描述了這些不同的數(shù)據(jù)；
[0201]圖21是顯示由電池組302的電池組控制器414獲得和/或保持的示例性數(shù)據(jù)；如圖21所示，這些數(shù)據(jù)包括:電池組的SOC以及每個單體的S0C;電池組的電壓以及每個單體的電壓；電池組的平均溫度以及每個單體的溫度；電池組以及每個單體的AH放電；電池組以及每個單體的WH放電；電池組以及每個單體的容量;有關電池組的最后校準放電的信息;有關電池組的最后校準充電的信息;有關電池組和每個單體的AH和WH效率的信息；以及自放電信息;
[0202]圖22A-B是顯示在根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元900的一實施例中通過嵌入式CPU 802而獲得和/或保持的示例性數(shù)據(jù)的圖；如圖22A-B所示，這些數(shù)據(jù)包括:有關電池1102和每個電池組302的SOC信息；有關電池1102和每個電池組302的電壓信息；有關電池1102和每個電池組302的溫度信息；有關電池1102和每個電池組302的AH放電信息；有關電池1102和每個電池組302的WH放電信息；有關電池1102和每個電池組302的容量信息；有關電池1102和每個電池組302的最后校準放電的信息;有關電池1102和每個電池組302的最后校準充電的信息;有關電池1102和每個電池組302的AH和WH效率的信息；以及自放電信息；
[0203]除了在圖22A-B中識別的數(shù)據(jù)之外，嵌入式CPU802還獲得和保持與電池1102的正常運行或循環(huán)壽命有關的數(shù)據(jù);該數(shù)據(jù)示于圖23A-B中；
[0204]在一實施例中，圖23A-B所示的數(shù)據(jù)表示若干充電和放電計量值(即計量器的值)，具體如下:例如，假設電池最初使用90 %的容量，且它放電至其容量的10%;該放電表示80 %的容量放電，其中終止放電狀態(tài)為容量的1 % ;因此，對于該放電，由電池SOC表示的放電計量值在由于76-90%電池容量放電(即圖23B所示的計量值，數(shù)值為75)，而放電10-24%后，會遞增;類似地，在電池的每個充電進程或放電進程之后，嵌入式CPU 802確定適當?shù)挠嬃恐祦磉f增和使其遞增;在軟件中實施的過程通過對于不同計量值使用不同的權重而使計量值增加，以確定電池的有效循環(huán)壽命;對于本發(fā)明的目的，圖23A-B所示的示例性計量值旨在用于說明而非限制；
[0205]圖24A-B顯示如何根據(jù)本發(fā)明的一實施例而控制電能存儲單元的校準、充電和放電進程的圖；如本文所述，電能存儲單元的電池是根據(jù)電池單體的電壓電平和電池單體的充電狀態(tài)(SOC)電平而被管理的；
[0206]如圖24A所示和下文所述，四個高壓值2402(即Vh1、Vh2、Vh3和Vh4)和四個高充電狀態(tài)值2406 (即，SOCh1、SOCh2、SOCh3和SOCh4)用于控制充電進程；四個低壓值2404 (即Vl1、Vl2、Vl3和Vl4 )和四個低充電狀態(tài)值2408 (即SOCl1、SOCl2、SOCl3、和SOCl4 )用于控制放電進程;在本發(fā)明的實施例中，如圖24A所示，一特定組的電池單體(由圖24A中的X表示)的電壓2410a可全部低于乂町值，而SOC值2410b對于這些電池中的一些或全部而言等于或高于30&1值;類似地，如圖24B所示，一組電池單體(由圖24B中的X表示)的電壓2410c可全部高于Vli值，而SOC值2410d對于這些電池中的一些或全部而言等于或低于SOCli值；因此，如在下文中所作的更詳細的描述，所有八個電壓值和所有八個SOC值對于管理根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元的電池都是有用的；
[0207]如本文所述，由于單體電壓值和單體SOC值對于根據(jù)本發(fā)明所述的電能存儲單元的適當操作是重要的，因而有必要定期校準該單元，以使其適當?shù)卮_定電池單體的電壓電平和SOC電平;這是通過使用在軟件中實施的校準過程而實現(xiàn)的；
[0208]當新電能存儲單元首次投入使用時，首次執(zhí)行校準過程;理想地，當電池單體首次安裝在電能存儲單元中時，電能存儲單元電池的所有單體都應具有大致相同的SOC(例如50% );這要求盡量縮短完成首次校準過程所需的時間；之后，每當滿足下列再校準觸發(fā)標準之一時，就執(zhí)行校準過程:標準I:可編程再校準時間間隔，例如從上一次校準日期之后已過去六個月；標準2:電池單體已充電和放電(即循環(huán))達可編程數(shù)量的加權充電和放電周期，例如加權充電和放電周期相當于150個完全充電和完全放電周期;標準3:電能存儲單元電池的高SOC單體與低SOC單體之間的差值超過可編程的SOC百分比，例如在試圖平衡電池單體之后的2-5% ;標準4:在電池充電期間，檢測到一種情形，其中一個單元到達Vh4值，而一或多個單體的電壓低于VH1(參見圖24A)，且這種情形不能由單體平衡來校正;標準5:在電池放電期間，檢測到一種情形，其中一個單體到達Vw，而一或多個單體的電壓高于Vu，且這種情形不能由單體平衡來校正；
[0209]當滿足上述再校準觸發(fā)標準之一時，由嵌入式CPU802來設定電池再校準標志;在電池再校準標志設定之后執(zhí)行的首次電池充電是使電池的所有單體都完全充電的充電進程;這種充電的作用是將電池的所有單體都置于一已知的完全充電狀態(tài);在電池單體處于這種已知的完全充電狀態(tài)之后，緊隨的電池放電被稱為校準放電；校準放電的作用是確定有多少可放電的安培-小時充電量存儲在電池的每個單體中，以及當完全充電時有多少可放電的能量存儲在電池的每個單體中；在校準放電之后進行的電池充電被稱為校準充電；校準充電的作用是確定在校準放電之后有多少安培-小時充電量必須供應給每個電池單體，以及有多少瓦時能量必須供應給每個電池單體，以使所有單體在完全充電結束時都恢復到其已知的條件;在該校準過程實施期間確定的值由嵌入式CPU 802存儲，且在電能存儲單元的正常操作期間用于確定電池單體的SOC;
[0210]在一實施例中，在電池再校準標志設定后的首次充電是按照下列步驟進行的；步驟1:以恒定電流率CAL-1來為電池單體充電，直到電池的第一單體達到電壓Vh2 ;步驟2: —旦電池的第一單體達到電壓Vh2，就將電池單體的充電電流降低至END-CHG-1值，且恢復對電池單體的充電；步驟3:繼續(xù)以END-CHG-1電流來為電池單體充電，直到電池的所有單體的電壓值都介于Vh3與Vh4之間；步驟4:如果在步驟3期間所有單體都達到電壓VH4:則(a)停止為單元充電；(b)例如使用平衡電阻器來使所有的電壓高于Vh3的電池單體都放電，直到這些單元的電壓為VH3; (c)—旦所有單體電壓都等于或低于VH3，就開始再次以END-CHG-1電流來為電池單體充電；以及(d)循環(huán)返回到步驟3;該過程的實施可將電池的所有單體都充電到被稱為SOCh3的已知充電狀態(tài)(例如SOC約98% );在實施例中，充電率(CAL-1)應約為0.3C且END-CHG-1電流應約為0.02至0.05C；
[0211]如上所述，在上述充電之后的首次放電是校準放電；在實施例中，校準放電是按照下列步驟進行的；步驟I:以恒定電流率CAL-1來為電池單體放電，直到電池的第一單體達到電壓VL2;步驟2: —旦電池的第一單體達到電壓VL2，就將電池單體的放電電流降低至被稱為END-DISCHG-1的數(shù)值(例如約0.02-0.05C)，且恢復對電池單體的放電；步驟3:繼續(xù)以END-DISCHG-1電流來為電池單體放電，直到電池的所有單體的電壓值都介于Vl3與VL4之間；步驟4:如果在步驟3期間所有單體都達到電壓VL4:則(a)停止為單元放電；以及(b)例如使用平衡電阻器來使所有的電壓高于Vl3的電池單體都放電，直到這些單體的電壓為Vl3;在校準放電結束時，確定由每個單體放電的安培-小時值以及由每個單體放電的瓦時值，且記錄這些數(shù)值，如圖21、22A和22B所示;如本文所述，校準放電的作用是確定有多少可放電的安培-小時充電量存儲在每個電池單體中，以及當完全充電時有多少可放電的能量存儲在每個電池單體中；
[0212]在校準放電之后，接下來的充電被稱為校準充電;校準充電的作用是，在校準放電之后確定有多少安培-小時的充電量必須供應給每個電池單體，以及有多少瓦時的能量必須供應給每個電池單體，以使所有單體都恢復到完全充電時的狀況;該過程的工作步驟如下:步驟1:以恒定電流率CAL-1來為電池單體充電，直到電池的第一單體達到Vh2電壓;步驟2: 一旦電池的第一單體達到Vh2電壓，就將電池單體的充電電流降低至END-CHG-1值，且恢復對電池單體的充電；步驟3:繼續(xù)以END-CHG-1電流來為電池單體充電，直到電池的所有單體的電壓值都介于Vh3與Vh4之間；步驟4:如果在步驟3期間所有單體都達到電壓VH4:則(a)停止為單體充電；(b)例如使用平衡電阻器來使所有的電壓高于Vh3的電池單體都放電，直到這些單元的電壓為Vh3 ;(c)—旦所有單體電壓都等于或低于Vh3，就開始再次以END-CHG-1電流為電池單體充電；以及(d)循環(huán)返回到步驟3;在校準充電結束時，記錄為每個電池單體再充電所需的確定安培-小時值以及為每個電池單體再充電所需的確定瓦時值，如圖21、22A和22B所示;通過將校準充電信息與校準放電信息作比較，可確定電能存儲單元的AH效率與WH效率；
[0213]在本發(fā)明的實施例中，當電能存儲單元的電池在正常運行期間充電時，可使用下列充電步驟對其充電；步驟I:接收規(guī)定有詳細信息的命令，用于由授權用戶或在嵌入式CPU802上運行的應用程序來為電能存儲單元的電池充電；該信息例如可規(guī)定充電電流(CHG-1)、充電功率(CHG-P)或電池應充電達到的SOC值;該命令也可規(guī)定充電開始時間、充電停止時間或充電時段;步驟2:在收到命令之后，驗證命令，且根據(jù)規(guī)定標準來安排充電進程;步驟3:適當時，只要無電池單體的SOC高于SOCh2且無電池單體的電壓達到VH2，就根據(jù)規(guī)定標準來為電能存儲單元的電池充電；步驟4:如果在充電期間電池單體達到充電狀態(tài)SOCh2或電壓Vh2，就將充電率降低至不大于END-CHG-1，且在一實施例中對單元使用平衡電阻器(即關閉平衡電阻器的開關)，以將速率限制在單元充電時的速率;步驟5:在步驟4中降低充電速率之后，繼續(xù)以降低后的充電速率來對電池單體充電，直到電池的所有單體的SOC都至少為SOCh1或其電壓值都介于Vh^Vh3之間；在電池單體獲得SOCho或Vh2值時，使用它們的平衡電阻器來降低其充電速率;步驟6:如果在步驟5期間任何單體達到充電狀態(tài)SOCh3或電壓VH3:貝lj(a)停止對電池單體的充電；(b)在充電停止之后，所有的充電狀態(tài)高于SOCh2或電壓高于Vh2的電池單體都通過平衡電阻器而被放電，直到這些單元具有充電狀態(tài)SOCh2或電壓Vh2;(c) 一旦所有單體電壓都等于或低于SOCh2和Vh2，就開始再次以END-CHG-1電流來為電池單體充電；以及(d)循環(huán)返回到步驟3;
[0214]在實施例中，在上述充電過程結束時，檢查再校準標準，以確定是否應實施校準過程;如果滿足所有校準觸發(fā)標準，則由嵌入式CPU 802來設定再校準標志；
[0215]在本發(fā)明的實施例中，當電能存儲單元的電池在正常運行期間放電時，可使用下列充電步驟對其放電；步驟1:接收規(guī)定有細節(jié)的命令，用于使電能存儲單元的電池放電；該命令例如可規(guī)定放電電流(DISCHG-1)、放電功率(DISCHG-P)或電池應放電達到的SOC值;該命令也可規(guī)定放電開始時間、放電停止時間、或放電時段;步驟2:在收到命令之后，驗證命令，且根據(jù)規(guī)定標準來安排放電進程;步驟3:適當時，只要無電池單體的SOC低于SOCl2且無電池單體的電壓達到Vl2，就根據(jù)規(guī)定標準為電能存儲單元的電池放電；步驟4:如果在放電期間電池單體達到充電狀態(tài)SOCl2或電壓Vl2,就將放電率降低至不大于END-DISCHG-1，且對單體使用平衡電阻器(即關閉平衡電阻器的開關)，以將速率限制在單體放電時的速率;步驟5:在步驟4中降低放電速率之后，電池單體繼續(xù)以降低后的放電速率來放電，直到電池的所有單體的SOC都至少為SOCli或其電壓值都介于Vli與Vl3之間；步驟6:如果在步驟5期間所有單體都達到充電狀態(tài)SOCl3或電壓Vl3:則(a)停止對電池單體的放電；(b)在放電停止之后，所有的充電狀態(tài)高于SOCu或電壓高于Vu的電池單體都通過平衡電阻器而被放電，直到這些單元具有充電狀態(tài)SOCl1或電壓VL1; (C)—旦所有單體電壓都等于或低于SOCl1或VL1Ji打開所有平衡開關，且停止對電池單體的放電；
[0216]在放電過程結束時，檢查電池再校準標準，以確定是否應實施校準過程;如果滿足所有校準觸發(fā)標準，則由嵌入式CPU 802來設定電池再校準標志；
[0217]如本文所述，嵌入式CPU 802和電池組302繼續(xù)監(jiān)測ESU電池的所有單體的電壓電平和SOC電平；只要單體電壓或單體SOC超過或低于規(guī)定的電壓或SOC安全值(例如VH4、S0CH4、VL4或S0CL4)，嵌入式CPU 802就隨即停止當時在執(zhí)行的任何操作，且在適當時開始如下文所述的過充電預防或過放電預防過程；
[0218]例如，只要嵌入式CPU 802檢測到電池單體的電壓高于VH4或充電狀態(tài)高于S0CH4，就執(zhí)行過充電預防過程;在實施例中，當執(zhí)行過充電預防過程時，它接通電網(wǎng)連接逆變器(如果有)，且以被稱為OCP-DISCHG-1的電流率(例如5安培)來使電池單體放電，直到電池的所有單體的充電狀態(tài)電平都等于或低于SOCh3且其電壓電平都等于或低于Vh3;如果無電網(wǎng)連接逆變器來使電池單體放電，則使用平衡電阻器來使所有的充電狀態(tài)電平高于SOCh3或電壓電平高于Vh3的單體放電，直到所有單體的充電狀態(tài)電平都低于或等于SOCh3且電壓電平都低于或等于Vh3;
[0219]如果在操作期間嵌入式CPU802檢測到電池單體的電壓低于Vl4或充電狀態(tài)低于S0CL4，嵌入式CPU 802就將立刻停止當時在執(zhí)行的操作，且開始實施過放電預防過程;過放電預防過程接通充電器(如果有)，且以被稱為ODP-CHG-1的電流率(例如5安培)為電池充電，直到電池的所有單體的充電狀態(tài)電平都等于或高于SOCl3且電壓電平都等于或高于VL3;如果無充電器用于為電池單體充電，則使用各個電池組平衡充電器來為所有的充電狀態(tài)電平低于SOCl3或電壓電平低于Vl3的單體充電，直到所有單體的充電狀態(tài)電平都高于或等于SOCl3且電壓電平都高于或等于Vl3 ;
[0220]如本文所述，電池組302的功能之一是控制其電池單體的電壓平衡和SOC平衡;這是通過在軟件中實施的過程而實現(xiàn)的；在一實施例中，該過程如下；嵌入式CPU 802監(jiān)測和保持由電池組302傳輸?shù)碾妷汉蚐OC信息的副本；由嵌入式CPU 802使用這些信息來計算傳輸?shù)诫姵亟M302的目標SOC值和/或目標電壓值;然后，電池組302嘗試將傳輸?shù)哪繕酥灯ヅ涞揭?guī)定的公差范圍內；如上所述，這是由電池組302例如通過使用平衡電阻器或能量傳輸電路元件和平衡充電器而完成的；
[0221]為了更全面地了解如何根據(jù)本發(fā)明的實施例而達到平衡，考慮由電池單體電壓值表示的情形或由圖25中的上半部所示的單體SOC值2502a;電池組I (BP-1)的單體2504非常接近值V/S0C2;電池組2(BP-2)的單體2506稍微遠離在V/S0C2與V/S0C3之間的值；電池組3(BP-3)的單體2508非常接近值V/S0C1;電池組4(BP-4)的單體2510非常接近在V/S0C2與V/SOC3之間的值;假設通過嵌入式CPU 802而傳輸?shù)诫姵亟M的目標值如圖25中的下半部所示(即介于V/S0C2與V/S0C3之間的值)，則可由電池組作出下列動作來達到該目標值;對于電池組I，電池組的平衡充電器(例如AC平衡充電器416)可被接通，以向單元2504充電，由此將其從圖25中的上半部所示的值增大至圖25中的下半部所示的值;對于電池組2，可接通電池組平衡充電器，以向單元2506充電，同時關閉與某些高值單元相關的平衡電阻器(由此通過使充電電流流經(jīng)其中)，井隨后斷開平衡充電器，且仍使一些平衡電阻器關閉，以釋放來自最高值單體的能量，直到單體2506達到圖25中下半部所示的狀態(tài);對于電池組3，可打開電池組平衡充電器，以向單體2508充電，同時關閉與某些高值單體相關的平衡電阻器(由此通過使充電電流流經(jīng)其中)，直到單體2508達到圖25中的下半部所示的狀態(tài);對于電池組4，由于單體2510已符合目標值而不要求平衡；
[0222]雖然上述平衡示例僅討論了平衡四個電池組，平衡過程可以適用于平衡任何數(shù)量的電池組;而且，由于該過程可以適用于SOC值以及電壓值，該過程可以實施于根據(jù)本發(fā)明的電能存儲單元中的任何事物，并且不應限制為電能存儲單元的電池充電或放電時的時間段；
[0223]圖26是用于計算目標電壓并且將目標電壓廣播到多個電池組的示例方法2600的流程圖；該方法2600可以實施為可由處理器執(zhí)行的軟件或固件；S卩，該方法2600的每個階段可以實施為存儲于計算機可讀存儲裝置上的一個或多個計算機可讀指令，計算機可讀指令當由處理器執(zhí)行時造成處理器實現(xiàn)一個或多個操作；例如，方法2600可以實施為存儲于電池系統(tǒng)控制器(例如，圖7的電池系統(tǒng)控制器702a)中并且由電池系統(tǒng)控制器執(zhí)行以控制電能存儲單元(例如，圖1的電能存儲單元100)的一個或多個電池組(例如，圖3的電池組302a-
c)的一個或多個計算機可讀指令；
[0224]方法2600始于階段2602，其中，控制轉到階段2604；在階段2604，判斷電能存儲單元(例如，圖1的電能存儲單元100)是否處于閑置、放電或充電狀態(tài);如果電能存儲單元處于閑置、放電或充電狀態(tài)，方法2600前進到階段2606，其中，允許平衡一個或多個電池組(例如，圖3的電池組302a-c)，否則，方法2600轉移至階段2616，在階段2616，允許平衡，并且循環(huán)回到階段2604;
[0225]當在階段2606允許平衡時，方法2600轉移至階段2608，并且查詢電池組中一個或多個的其平均單體電壓(Vavg);例如，圖3的電池組302a、302b和302c中每一個可以在階段2608查詢；雖然在此示例中查詢了三個電池組，對于本領域技術人員顯而易見，任何數(shù)量的電池組10s、100s、1000s可以包括于電能存儲單元中，并且每一個可以在階段2608查詢；
[0226]在階段2610，響應于階段2608的查詢，從每個電池組接收平均單體電壓(Vavg);而且，在階段2610，取得響應于查詢從電池組接收的平均電壓的平均值來計算目標電壓Vtgt;不對查詢做出響應的任何電池組將不包括于目標電壓(Vtgt)的計算中；目標電壓(Vtgt)可以對應于系統(tǒng)平均電壓；在計算出目標電壓(Vtgt)后，該方法2600前進至階段2612，在階段2612，目標電壓(Vtgt)傳輸至電池組中的一個或多個;在階段2612，目標電壓(Vtgt)可以傳輸?shù)诫娔艽鎯卧须姵亟M中的每一個;替代地，目標電壓(Vtgt)可以傳輸?shù)诫娔艽鎯卧械碾姵亟M的子集；
[0227]在階段2612傳輸了目標電壓(Vtgt)之后，方法2600前進至階段2614，在階段2614，判斷電能存儲單元是否處于閑置狀態(tài)并且判斷是否經(jīng)過了預定電池松弛時間；如果電能存儲單元處于閑置狀態(tài)并且經(jīng)過了預定電池松弛時間，最后計算的目標電壓(Vtgt)被處理為固定目標電壓直到電能存儲單元改變狀態(tài)，例如開始充電或放電；否則，該方法2600返回至階段2604;
[0228]圖27是用于平衡電池組單體的示例方法2700的流程圖；該方法2700可以實施為能由處理器執(zhí)行的軟件或固件；即，該方法2700的每個階段可以實施為存儲于計算機可讀存儲裝置上的一個或多個計算機可讀指令，當由處理器執(zhí)行計算機可讀指令時造成處理器實現(xiàn)一個或多個操作;例如，該方法2700可以實施為一個或多個計算機可讀指令，一個或多個計算機可讀指令存儲于電池組控制器(例如，圖4A和圖5的電池組控制器414，其也可以被稱作“電池管理單元”或“BMU”)中并且由電池組控制器執(zhí)行以平衡電能存儲單元(例如，圖1的電能存儲單元100)中的電池組(例如，圖3的電池組302a)的單體；
[0229]方法2700始于階段2702，其中，控制轉到階段2704；在階段2704，判斷是否允許平衡;如果在階段2704允許平衡，該方法2700前進到階段2712，否則，該方法2700前進到階段2706;在一實施例中，電池組控制器(例如，圖4A和圖5的電池組控制器414)可以查詢電池系統(tǒng)控制器(例如，圖7的電池系統(tǒng)控制器702a)或者從電池系統(tǒng)控制器接收指令以判斷在階段2704中是否允許平衡；
[0230]在階段2706，測量在電池組中每個單體的單體電壓(Vc^ii);之后，方法2700前進到階段2708，在階段2708，計算單體電壓的平均值(Vavg);在階段2710，將單體電壓的平均值(Vave)存儲在例如計算機可讀存儲裝置中；在某些實施例中，可以由電池系統(tǒng)控制器請求單體電壓的這個平均值(Vavg)并且傳輸?shù)诫姵叵到y(tǒng)控制器，電池系統(tǒng)控制器執(zhí)行圖26的方法2600；
[0231]返回至階段2704，當允許平衡時，方法2700前進至階段2712;在階段2712，接收新目標電壓(Vtgt);在一實施例中，電池組控制器可以從電池系統(tǒng)控制器接收新目標電壓(Vtgt);如果在階段2704并未接收新目標電壓(Vtgt)，使用最近接收的目標電壓Vtgt;
[0232]在階段2712之后，方法2700前進至階段2714，在階段2714，判斷目標電壓(Vtgt)是否有效;如果目標電壓(Vtgt)有效，方法2700前進至階段2716，否則，其返回至階段274;
[0233]在階段2716，計算閾值電壓電平￥11_1、￥1^2、￥1。》1和￥1?！?;替代地，這些閾值電壓電平在先前確定，存儲于計算機可讀存儲裝置中并且在階段2716從存儲裝置接收;Vhighl是高于目標電壓(Vtgt)的aimV并且Vhigh2是大于或等于目標電壓(Vtgt)的a2mV;a2可以大于或等于Ct1;在一實施例中，Vhigh2比目標電壓(Vtgt)高15mV，并且Vhighi比目標電壓(Vtgt)高1mV;在某些實施例中，值^和^是動態(tài)值，其取決于目標電壓(Vtgt)的值;Viciwl比目標電壓(VtgtMSSimV，并且Vi?2比目標電壓(Vtgt)低δ2Π?ν;δ2可以大于或等于δ1;在一實施例中，Vi?2比目標電壓(Vtgt)低15mV并且Viciwl比目標電壓(Vtgt)低1mV;在某些實施例中，值δ4Ρδ2是動態(tài)值，其取決于目標電壓(Vtgt)的值;在某些實施例中，自Vlciw2SVhlgh2的電壓范圍可以被稱作平衡電壓范圍并且自的電壓范圍可以被稱作目標電壓范圍；
[0234]在階段2716獲得閾值電壓電平之后，方法2700前進至階段2718，在階段2718，測量電池組中每個單體的單體電壓(VceIi);之后，在階段2720，判斷每個單體的單體電壓(VceIi)是否在Viciw2和Vhigh2內；例如，當Viciw2比目標電壓(Vtgt)低15mV并且Vhigh2比目標電壓(Vtgt)高15mV時，判斷電池組的每個單體的單體電壓(VceIi)是否在這個30mV范圍內；在每個單體的單體電壓(Vcell)在VlciwWPVhlgh2內的情況下，單體并不需要平衡并且方法2700返回至階段2704;另一方面，如果判斷出一個或多個單體電壓(Vra3Ii)不在Viciw2和Vhigh2內，方法2700轉移至階段2722;
[0235]在階段2722，如果一個或多個單體電壓(Vcell)小于Vlciwl，該方法2700轉移至階段2724并且接通電源(例如，圖4A的交流電源416或者直流電源418)，電源可以增加電池組單體中的單體電壓(VceIi);在一示例中，V1t1比目標電壓(Vtgt)低1mV并且如果判斷出一個或多個單體電壓(HO比目標電壓(Vtgt)低小于10mV，電源在階段2722接通;在沒有單體電壓(Vceii)小于Vi—的情況下，方法2700轉移至階段2726并且如果在先前接通電源，在階段2726斷開電源；
[0236]從階段2724和2726，該方法2700轉移至階段2728;如果一個或多個單體電壓(Vceii)大于Vhighi，方法2700轉移至階段2730并且連接單體電壓(Vceii))大于Vhighi的每個單體兩端的電阻器(例如，自圖4的電池組平衡器420，電池組平衡器420也可以被稱作“電阻器板”)以便降低單體電壓(Vcell);在一示例中，Vhlghl比目標電壓(Vtgt)高10mV，并且判斷出單體之一是否具有比目標電壓(Vtgt)高超過1mV的單體電壓(Vcell)，電阻器連接于該單體兩端；如果在階段2728，并無單體具有大于Vhlghl的單體電壓(Vc^11),該方法2700轉移至階段2732 ；該方法2700也從階段2730轉移至階段2732 ；
[0237]在階段2732，測量電池組中每個單體的單體電壓(VceIi)，并且然后方法2700前進至階段2734;在階段2734，判斷一個或多個單體電壓(Vceii)是否在Vi?dPVhighl內；如果一個或多個單體電壓(Vceii)不在Vim^PVhighi內，該方法2700轉移至階段2704;否貝IJ，方法2700轉移至階段2736，并且斷開可能在任何單體兩端連接的任何電阻器和/或斷開電源;在這點，電池組中的單體可以被認為平衡；
[0238]如相關領域技術人員所理解的那樣，本發(fā)明的各種特征可通過使用處理硬件、固件、軟件和/或其組合來實現(xiàn)，例如專用集成電路(ASIC);使用硬件、固件和/或軟件來實施這些特征對于相關領域技術人員而言是顯而易見的；此外，雖然已在上文中描述了本發(fā)明的各種實施例，但應理解的是，它們是通過實施例而非限制性的方式給出的;對相關領域技術人員顯而易見的是，可在其中作出各種改變而不脫離本發(fā)明的范圍；
[0239]應理解的是，在本文的非“
【發(fā)明內容】
”和“摘要”部分中對本發(fā)明所作的詳細描述旨在用于解釋權利要求；“
【發(fā)明內容】
”和“摘要”部分可闡述本發(fā)明的如本發(fā)明人所設想的一或多個而非所有的示例性實施例。
【主權項】
1.一種具有集成電池管理系統(tǒng)的電池組，所述電池組包括: 電池模塊；以及 充電器，其被配置成向所述電池模塊添加能量； 放電器，其被配置成從所述電池模塊釋放能量；以及 電池組控制器，其被配置成接收目標電壓并且控制所述充電器和放電器以朝向所述目標電壓調整所述電池模塊的電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中，所述放電器是耦合到所述電池模塊的電阻器。3.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中，所述電池模塊包括多個電池單體。4.根據(jù)權利要求3所述的電池組，其中，所述多個電池單體是圓柱形單體、棱柱形單體或者袋型單體。5.根據(jù)權利要求3所述的電池組，其中，所述多個電池單體是18650個鋰離子單體。6.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中，所述電池組控制器還被配置成從外部裝置接收所述目標電壓。7.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中，所述電池組控制器還被配置成計算所述電池組的平均電壓并且向外部裝置報告所述平均電壓。8.根據(jù)權利要求1所述的電池組，還包括: 另一電池模塊，其包括另外多個電池單體；以及 另一放電器，其被配置成從所述另一電池模塊釋放能量， 其中所述充電器還被配置成向所述另一電池模塊添加能量并且所述電池組控制器還被配置成控制所述充電器和所述另一放電器以朝向所述目標電壓調整所述另一電池模塊的電壓。9.一種利用集成電池管理系統(tǒng)來平衡電池組的方法，所述方法包括: 由安置于所述電池組中的電池組控制器來接收目標電壓； 測量所述電池組中的多個電池單體中每一個的電壓； 響應于確定所述多個電池單體中至少一個的電壓不在平衡電壓范圍內，平衡所述電池組，其中所述目標電壓在所述平衡電壓范圍內。10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其還包括: 響應于確定了所述多個電池單體中每一個的電壓在目標電壓范圍內，終止所述平衡，其中所述目標電壓在所述目標電壓范圍內并且所述目標電壓范圍在所述平衡電壓范圍內。11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述平衡包括: 響應于確定了所述電池單體的電壓大于上閾值，從所述多個電池單體的一電池單體釋放能量，其中所述上閾值大于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。12.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述調整包括: 響應于確定了所述多個電池單體中至少一個電池單體的電壓低于下閾值，向所述多個電池單體添加能量，其中所述下閾值小于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中，所述調整還包括: 響應于確定了所述電池單體的電壓大于上閾值，從所述多個電池單體的一電池單體釋放能量，同時向所述電池單體添加能量，其中所述上閾值大于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其還包括: 使用所述目標電壓來計算所述平衡電壓范圍和所述目標電壓范圍。15.—種非暫時計算機可讀存儲裝置，在所述非暫時計算機可讀存儲裝置上存儲計算機可讀指令，由安置于電池組中的電池組控制器來執(zhí)行所述計算機可讀指令，從而使所述電池組控制器實現(xiàn)包括下列的操作，包括: 接收目標電壓； 測量所述電池組中的多個電池單體中每一個的電壓； 響應于確定所述多個電池單體中至少一個的電壓不在平衡電壓范圍內，平衡所述電池組，其中所述目標電壓在所述平衡電壓范圍內。16.根據(jù)權利要求15所述的計算機可讀存儲裝置，所述操作還包括: 響應于確定了所述多個電池單體中每一個的電壓在目標電壓范圍內，終止所述平衡，其中所述目標電壓在所述目標電壓范圍內并且所述目標電壓范圍在所述平衡電壓范圍內。17.根據(jù)權利要求15所述的計算機可讀存儲裝置，其中，所述平衡包括: 響應于確定了所述電池單體的電壓大于上閾值，指導放電器從所述多個電池單體的一電池單體釋放能量，其中所述上閾值大于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。18.根據(jù)權利要求15所述的計算機可讀存儲裝置，其中，所述平衡包括: 響應于確定了所述多個電池單體中至少一個電池單體的電壓低于下閾值，指導充電器向所述多個電池單體添加能量，其中所述下閾值小于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。19.根據(jù)權利要求18所述的計算機可讀存儲裝置，其中，所述平衡還包括: 響應于確定了所述電池單體的電壓大于上閾值，指導放電器從所述多個電池單體的一電池單體釋放能量，同時向所述電池單體添加能量，其中所述上閾值大于所述目標電壓并且在所述平衡電壓范圍內。20.根據(jù)權利要求16所述的計算機可讀存儲裝置，所述操作還包括: 使用所述目標電壓來計算所述平衡電壓范圍和所述目標電壓范圍。
【文檔編號】H02J3/28GK105939035SQ201610208153
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月1日
【發(fā)明人】維杰·李·比斯頓
【申請人】普威能源公司