具有隔離、分布式、菊花鏈式電池模塊控制器的電池管理系統（BMS）技術方案

本發明專利技術所公開的實施例涉及一種可以用于電池能量儲存系統中的電池組。在一實施例中，電池組可以包括集成電池管理系統(BMS)，集成電池管理系統具有隔離的、分布式、菊花鏈式電池模塊控制器。菊花鏈式電池模塊控制器可以聯接到電池組控制器，電池組控制器可以使用電池模塊控制器和平衡充電器來對電池組進行充電和/或放電。

【技術實現步驟摘要】
具有隔離、分布式、菊花鏈式電池模塊控制器的電池管理系統(BMS)
本文所公開的實施例涉及一種可以用于電池能量儲存系統中的電池組的電池管理系統。電池管理系統可以包括隔離、分布式、菊花鏈式電池模塊控制器。
技術介紹
電能對于現代國家經濟至關重要。然而，增加的電能需求和增加可再生能量資產用來發電的趨勢給老化的電力基礎設施帶來壓力，這使得老化電力基礎設施更易于出現故障，特別是在峰值需求期間。在某些區域中，需求增加使得峰值需求時段危險地接近超過電力工業能產生和傳輸的最大供應水平。在本文中描述了允許以更具有成本效益和可靠方式產生和使用電力的新能量存儲系統、方法和設備。附圖說明附圖并入于本文中并且構成本說明書的部分，附圖示出了本專利技術并且與描述一起進一步用來解釋本專利技術的原理并且使得相關領域技術人員做出和使用本專利技術。圖1A、圖1B和圖1C是示出示例電池組的圖。圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是進一步示出示例電池組的圖。圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖3F、圖3G和圖3H是進一步示出示例電池組的圖，圖4是示出集成到電池組內的示例電池組控制器的圖。圖5A是示出由電池組控制器和多個電池模塊控制器形成的示例通信網絡的圖。圖5B是示出用于在電池模塊控制器接收指令的示例方法的流程圖。圖6是示例電池組控制器的圖。圖7A和圖7B是示出示例電池模塊控制器的圖。圖8是進一步示出示例電池模塊控制器的圖。圖9是示出示例電池能量儲存系統的圖。圖10是示出用來平衡電池組的示例方法的流程圖。在附圖中，相似附圖標記可以指示相同或功能相似的元件。具體實施方式雖然在本文中利用特定應用的說明性實施例描述了本專利技術，應了解本專利技術并不限于這些。能取得本文所提供的教導內容的本領域技術人員將認識在本專利技術的范圍內的額外修改、應用和實施例和本專利技術將具有重要應用的額外的領域。術語“實施例”或“示例實施例”并不需要所有實施例包括所討論的特征、優點或操作模式。在不偏離本專利技術的范圍或精神的情況下，可以設計出替代的實施例，并且熟知的元件可能并未詳細描述或者可以省略以便不混淆相關細節。此外，本文所用的術語僅僅是出于描述特定示例性實施例的目的且并不意圖是限制性的。除非上下文清楚地指示為其它情況，如本文所用的單數形式“一”和“該”預期也包括復數形式。還應了解術語“包括”、“具有”和“包含”當在本專利技術中使用時，規定所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件和部件的存在，但并不排除一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、構件或其群組的存在。圖1A、圖1B和圖1C是示出根據本專利技術的實施例的示例電池組100的圖。具體而言，圖1A和圖1B描繪了電池組100的正視圖，并且圖1C描繪了電池組100的分解圖。如圖1A至圖1C所示，電池組100的外殼可以包括前面板102、蓋子或覆蓋物112、后面板116和底部118。蓋子112包括左側部分和右側部分，蓋子112可以包括多個通氣孔以便于空氣通過電池組100并且輔助冷卻電池組100的內部部件。在一非限制性實施例中，蓋子112為“U”形并且可以由單件金屬、塑料制成或者本領域普通技術人員已知的任何其它材料制成。可以使用圖1C所示的緊固件128來組裝電池組100的外殼，緊固件可以是螺釘和螺栓或者本領域普通技術人員已知的任何其它緊固件。電池組100的外殼還可以包括前手柄110和后手柄114。如圖1C所示，前板102可以經由前面板安裝件120聯接到蓋子112和底部118。在一實施例中，電池組100實施為可安裝到機架上的器材模塊。例如，電池組100可以實施為標準19英寸機架(例如，寬度為19英寸的前面板102，和深度為22與24英寸之間并且高度為4個機架單位或“U”的電池組100，其中U為等于1.752英寸的標準單位)。如圖1C所示，電池組100可以包括附連到底部118上的一個或多個安裝件122。安裝件122可以用來將電池組100固定于機架中以便將多個電池組布置成堆疊配置(在圖9中示出)。在圖1A至圖1C中，電池組100包括可連接到電池組的負端子的電連接器104和可連接到電池組的正端子的電連接器106。在其它實施例中，電連接器104可以用來連接電池組的正端子，并且電連接器106可以用來連接到電池組的負端子(諸如在下文關于圖2A至圖2D所討論的實施例中)。如圖1A和圖1B所示，電連接器104和106可以設置于電池組100的前板或前面板102上。電纜(未圖示)可以附連到電連接器104和106并且用來向電池組100添加能量和從電池組100去除能量。電池組100的前板102也可以包括狀況燈和重置按鈕108。在一實施例中，狀況按鈕108是能按壓以重置或重新啟動電池組100的按鈕。在一實施例中，繞按鈕108中心的外環可以被點亮以指示電池組100的操作狀況。這種點亮可以由光源諸如一個或多個發光二極管生成，光源聯接到狀況按鈕108或者為狀況按鈕108的部分。在此實施例中，不同顏色點亮可以指示電池組的不同操作狀態。例如，恒定或穩態綠光可以指示電池組100處于正常操作狀態；閃爍或選通綠光可以指示電池組100處于正常操作狀態并且電池組100目前使電池平衡；恒定或穩態黃光可以指示警告或者電池組100處于錯誤狀態；閃爍或選通黃光可以指示警告或電池組100處于錯誤狀態并且電池組100目前使電池平衡；恒定或穩態紅光可以指示電池組100處于警示狀態；閃爍或選通紅光可以指示電池組100需要被替換；以及無光從狀況燈發出可以指示電池組100沒有電力和/或需要替換。在某些實施例中，當狀況燈發出紅光(穩態或閃爍)或者無光時，在電池組100或外部控制器中的連接器自動打開以防止電池充電或放電。如對于本領域技術人員顯然，點亮以指示電池組100的操作狀況的任何顏色、選通技術等在本專利技術的范圍內。轉至圖1C，示出了安置于電池組100的外殼內側的示例部件，包括(但不限于)平衡充電器132、電池組控制器(BPC)134和電池模塊控制器(BMC)138。平衡充電器132可以是電源，諸如直流電源，并且可以向在電池組中的所有電池單體提供能量。在一實施例中，平衡充電器132可以同時向電池組中的所有電池單體提供能量。BMC138聯接到電池模塊136并且可以從包括于電池模塊136中的電池單體選擇性地放能，以及對電池模塊136進行測量(例如，電壓和溫度)。BPC134可以控制平衡充電器132和BMC138以平衡或調整電池模塊的電壓和/或充電狀態到目標電壓和/或充電值狀態。如圖所示，電池組100包括多個電池模塊并且BMC(例如，電池模塊控制器138)聯接到每個電池模塊(例如，電池模塊136)。在下文更詳細地描述的一實施例中，n個BMC(其中n大于或等于2)可以以菊花鏈方式連接在一起并且聯接到BPC以形成單線通信網絡。在此示例布置中，每個BMC可以具有唯一地址并且BPC可以通過將一個或多個消息定址到任何所希望的BMC的唯一地址而與BMC中每一個通信。一個或多個消息(其包括BMC的唯一地址)可以包括以下指令：例如從電池模塊去除能量、停止從電池模塊去除能量、測量并且報告電池模塊的溫度和測量并且報告電池模塊的電壓。在一實施例中，BPC134可以使用輪詢技術從BMC中每一個獲得測量(例如，溫度、電壓)。BPC134可以計算或(從本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池管理系統，包括：電池組控制器，其聯接到多個菊花鏈式電池模塊控制器以形成通信網絡，其中多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個被配置成安裝于電池模塊上并且包括：分流電阻器，其被配置為從所述分流電阻器被配置安裝的所述電池模塊排放能量；處理器，其被配置成指導所述分流電阻器從其被配置安裝的所述電池模塊排放能量；以及通信終端，其被配置成從所述電池組控制器接收消息，所述消息包括從所述電池組控制器被配置安裝的所述電池模塊去除能量的指令。

【技術特征摘要】
2015.09.11 US 14/851,4601.一種電池管理系統，包括：電池組控制器，其聯接到多個菊花鏈式電池模塊控制器以形成通信網絡，其中多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個被配置成安裝于電池模塊上并且包括：分流電阻器，其被配置為從所述分流電阻器被配置安裝的所述電池模塊排放能量；處理器，其被配置成指導所述分流電阻器從其被配置安裝的所述電池模塊排放能量；以及通信終端，其被配置成從所述電池組控制器接收消息，所述消息包括從所述電池組控制器被配置安裝的所述電池模塊去除能量的指令。2.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個包括在通信網絡中的唯一地址。3.根據權利要求2所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個被配置成從所述電池組控制器接收消息并且判斷所述消息是否包括其唯一地址。4.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述電池組控制器被配置成向所述多個菊花鏈式電池模塊控制器輪詢所述電池模塊控制器被配置安裝的所述電池模塊的電壓測量和溫度測量。5.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述多個電池模塊控制器中每一個被配置成測量所述電池模塊控制器被配置安裝的所述電池模塊的電壓和溫度并且向所述電池組控制器報告所述測量的電壓和所述測量的溫度。6.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個包括：隔離電路，其被配置成使所述電池模塊控制器與聯接到所述電池模塊控制器的其它部件隔離。7.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個包括：分流開關，其被配置成向所述分流開關被配置成安裝的所述電池模塊的端子施加所述分流電阻器；以及故障安全電路，其安置于所述處理器與所述分流開關之間并且被配置成防止所述分流電阻器使安裝了所述分流電阻器的所述電池模塊放電低于閾值水平。8.根據權利要求1所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個包括：第一端子，其被配置成聯接到所述電池模塊的正端子；以及第二端子，其被配置成聯接到所述電池模塊的負端子。9.根據權利要求8所述的電池管理系統，其中，所述多個菊花鏈式電池模塊控制器中每一個包括：極性保護電路，其被配置成響應于所述第一端子和第二端子分別聯接到所述電池模塊的所述負端子和正端子而保護所述電池模塊控制器。10.一種電池模塊控制器，其被配置成安裝到電池模塊上并且以菊花鏈的方式連接到其它電池模塊控制器，所述電池模塊控制器包括...

【專利技術屬性】
技術研發人員：維杰·李·比斯頓，帕特里克·約瑟夫·奈斯特龍，帕頓·阿特伍德·埃蒙斯，
申請(專利權)人：普威能源公司，
類型：發明
國別省市：美國,US