多通道儲能單元組配置電路及儲能單元管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多通道儲能單元組配置電路，包括多個通道，多條主干通路和多條儲能單元支路，每個通道包含輸出端以及通道選擇開關(guān)，從而可以將某些主干通路接入該通道；每條所述主干通路都包括多個串聯(lián)的主干通路受控開關(guān)，所述主干通路兩側(cè)最外側(cè)的受控開關(guān)分別連接該主干通路對應(yīng)的通道選擇開關(guān)；每條儲能單元支路均包括儲能單元和支路受控開關(guān)，每條所述儲能單元支路中的儲能單元的正極和負(fù)極分別通過該條儲能單元支路中的支路受控開關(guān)與至少一條主干通路中的所述主干通路受控開關(guān)中的一個開關(guān)的兩端分別連接。通過本發(fā)明可以任意地改變儲能單元的連接結(jié)構(gòu)，將預(yù)定的儲能單元連接到各個通道中，而且不需要額外的電路。
【專利說明】
多通道儲能單元組配置電路及儲能單元管理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及儲能單元領(lǐng)域，具體來說涉及多通道儲能單元組配置電路及儲能單元管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著儲能元件如電池技術(shù)的不斷發(fā)展，儲能元件組如電池組得到了廣泛應(yīng)用。電池組由多個電池單元(電池單芯或者電池模塊)通過串并聯(lián)組成。常見的結(jié)構(gòu)為XSyP結(jié)構(gòu)(xSyP，電池組的配置為y個電池單元串互相并聯(lián)，每個電池單元串由X個電壓相似的電池單元串聯(lián)而成，電池組的總電池單元數(shù)為xy)。雖然在出廠之初，電池單元之間的個體差異不大，但是在使用過程中差異會逐漸變大，能充滿的電量以及放電的時間都有差別，使用中電壓下降的速度也不同，這種差異會影響電池組的整體性能和使用壽命。
[0003]為了解決這種差異，傳統(tǒng)電池管理系統(tǒng)BMS(battery management system)中電池均衡主要采用兩種策略，被動均衡和主動均衡。如圖1所示，被動均衡就是通過對較高電壓的電池增加旁路電阻進(jìn)行放電，從而使得較高電壓的電池電壓降低而達(dá)到與低電壓電池基本一致。主要的優(yōu)點是設(shè)計簡單，缺點是將電池能量轉(zhuǎn)換為電阻的熱能，浪費了電能，降低了電池整體效率。主動均衡的原理是當(dāng)電池組中的各個電池單體之間出現(xiàn)不一致時，用儲能器件將能量從電壓較高的電池單體轉(zhuǎn)移到較低的電池單體中，從而實現(xiàn)延長電池組使用時間的目的。主動均衡的優(yōu)點是效率較被動均衡有所提高，能量被轉(zhuǎn)移，損耗相對被動均衡小。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性相對較低。圖2顯示了使用變壓器來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移的一種方案示意圖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]綜上所述，傳統(tǒng)BMS中的主動均衡和被動均衡技術(shù)的本質(zhì)都是電量轉(zhuǎn)移，被動均衡是將電量轉(zhuǎn)移到電池組外部耗散掉，而主動均衡是將電量從健康度高的電池轉(zhuǎn)移到健康度低的電池，在這個電池互充的過程中，能量需要經(jīng)過化學(xué)能到電能再到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變，損耗在20%左右。
[0005]本發(fā)明的目的是通過動態(tài)重配置(本質(zhì)上是儲能元件轉(zhuǎn)移)來解決儲能元件不均衡等問題，可以盡量解決互充問題和能量損耗。通過對儲能元件外部指標(biāo)或內(nèi)部指標(biāo)的監(jiān)測，將某一指標(biāo)或某些指標(biāo)相同或類似的儲能元件動態(tài)連接到一個串里，解決儲能元件的不均衡等問題?，F(xiàn)有方案中，以儲能單元為電池、電池健康度作為衡量指標(biāo)的情況為例，如果一串電池里面健康度出現(xiàn)差異，一個健康度為100%，另外一個為80%，那么傳統(tǒng)BMS只能通過前述的均衡技術(shù)來解決問題。而本發(fā)明可以改變儲能元件的連接結(jié)構(gòu)，將預(yù)定的儲能單元如健康度相似的儲能元件放在一個串里面去，從而不需要額外的電路去解決均衡問題。相比于傳統(tǒng)的主動和被動均衡技術(shù)，本發(fā)明的方案無能量損耗，而且本產(chǎn)品的均衡方案的實現(xiàn)也比傳統(tǒng)主動均衡方案簡單。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)以及管理系統(tǒng)除了電池以外，同樣可以應(yīng)用于儲能元件如電感、電容等的管理場合。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]一種多通道儲能單元組配置電路，包括多個通道，所述通道包括多條主干通路和多條儲能單元支路，其中:
[0008]每個通道包括兩個輸出端；
[0009]每條所述主干通路都包括多個串聯(lián)的主干通路受控開關(guān)，所述主干通路兩端的受控開關(guān)分別連接至少一個所述通道的兩個輸出端之一；
[0010]每條儲能單元支路都包括儲能單元和支路受控開關(guān)，每條所述儲能單元支路中的儲能單元的兩端分別通過該條儲能單元支路中的支路受控開關(guān)與至少一條主干通路中的所述主干通路受控開關(guān)中的一個開關(guān)的兩端分別連接。
[0011]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:該配置電路還包括通道選擇受控開關(guān);
[0012]至少一條主干通路的正極端和負(fù)極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與一個通道的兩個輸出端之一連接;或者，
[0013]至少兩條主干通路的正極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與同一個通道的一個輸出端連接，以及所述至少兩條主干通路的負(fù)極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與上述通道的另一個輸出端連接。
[0014]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:
[0015]所述主干通路全部并聯(lián)連接接入某一通道;或者:
[0016]部分主干通路并聯(lián)連接接入某一通道;或者:
[0017]至少一條主干通路通過可選的方式與其他至少一條主干通路并聯(lián)連接接入某一通道;或者:
[0018]至少兩條主干通路不互相連接。
[0019]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:
[0020]每條儲能單元支路中的儲能單元數(shù)量均為一個，每條所述儲能單元支路中的儲能單元的兩端分別通過該條儲能單元支路中的多個支路受控開關(guān)分別與多條主干通路中的所述主干通路受控開關(guān)中的一個開關(guān)的兩端分別連接。
[0021]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:
[0022]每條儲能單元支路中的儲能單元數(shù)量均為一個，每條所述儲能單元支路中的儲能單元的兩端分別通過該條儲能單元支路中的支路受控開關(guān)與每條主干通路中的所述主干通路受控開關(guān)中的一個開關(guān)的兩端分別連接。
[0023]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:
[0024]所述儲能單元包括電芯、電池模塊、電感、電容。
[0025]所述的多通道儲能單元組配置電路，優(yōu)選的:
[0026]每個受控開關(guān)都由控制信號單獨控制導(dǎo)通或者切斷。
[0027]一種儲能單元管理系統(tǒng)，包括:處理裝置、控制單元、如上之一所述多通道儲能單元組配置電路以及儲能單元狀態(tài)監(jiān)測單元;其中:
[0028]所述儲能單元狀態(tài)監(jiān)測單元用于對多通道儲能單元組配置電路中的儲能單元指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，并將儲能單元指標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給處理裝置；
[0029]所述處理裝置用于根據(jù)接收的所述指標(biāo)數(shù)據(jù)判斷是否有儲能單元需要被改變連接，如果有儲能單元需要被改變連接，處理裝置就將控制指令發(fā)送給控制單元；
[0030]所述控制單元用于根據(jù)該控制指令控制多通路儲能單元組配置電路中的受控開關(guān)的通斷來實現(xiàn)儲能單元的連接的改變。
[0031]所述的儲能單元管理系統(tǒng)，優(yōu)選的:所述儲能單元指標(biāo)包括內(nèi)部指標(biāo)和外部指標(biāo)，其中內(nèi)部指標(biāo)包括儲能單元的電壓、電流、溫度、健康度、剩余容量;外部指標(biāo)包括用戶需求、終端負(fù)載要求、環(huán)境溫度、濕度。
[0032]所述的儲能單元管理系統(tǒng)，優(yōu)選的:所述控制指令包括:
[0033]移動哪個或哪些儲能單元以及將該儲能單元移動到哪個主干通路中；
[0034]將哪一個或哪些主干通路與其他主干通路斷開連接或者將哪些主干通路并聯(lián)連接；
[0035]將某條主干通路接入到某個指定通道中；
[0036]將哪個儲能單元與哪條主干通路斷開連接。
【附圖說明】
[0037]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中電池被動均衡電路示意圖；
[0038]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中電池主動均衡電路示意圖；
[0039]圖3為電池單元符號示意圖；
[0040]圖4為初始電池組不意圖；
[0041 ]圖5為電芯移動連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一示意圖；
[0042]圖6為電芯移動連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二示意圖；
[0043]圖7為本發(fā)明第一實施方式多通路電池組配置電路示意圖；
[0044]圖8為受控開關(guān)不意圖；
[0045]圖9為本發(fā)明第二實施方式多通路電池組配置電路示意圖；
[0046]圖10為本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0047]本發(fā)明以電池組為例提供了基于電芯移動的智能均衡方案所需要的電池組的動態(tài)重組的硬件實現(xiàn)，該方案同樣適用于電容、電感等儲能元件的場合。電池組由多個電池單元構(gòu)成。一個電池單元可以是一個電池芯，也可以是包含多個電池芯的電池模塊，在下文中，我們將使用如圖3所示的符號來標(biāo)識一個電池單元，每個電池單元有兩個引線端，一個正極(positive，+ )，一個負(fù)極(negative，-)。
[0048]設(shè)給定電池組是xSyP結(jié)構(gòu)。對于其中的電池單元，如果它是在第i串中的第j個，就稱它的坐標(biāo)為(i，j)。要解決的問題是:給定一個xSyP的電池組，給定一個初始連接狀態(tài)，將指定的一個電芯(i，j)移動到(i’，*)，即將第i串的第j個電芯移動到第i’行。
[0049]基于上述操作，可以實現(xiàn)基于電芯轉(zhuǎn)移的智能均衡方案。如果有多個電芯需要移動，只需要重復(fù)上述操作即可。
[0050]通過下例更清楚的說明這個問題:初始電池組如圖4所示，有9個電芯組成3S3P的結(jié)構(gòu)。假設(shè)使用一段時間后電芯B和F的指標(biāo)如健康度、電壓等發(fā)生了一些變化，需要將電芯B(1，2)移動到第2串，電芯F(2，3)移動到第I串。圖5和圖6展示了兩種連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，都滿足要求。也就是說，將電芯移動到目標(biāo)串之后，在目標(biāo)串內(nèi)的相對位置是不重要的。值得指出的是，這里的電芯“移動”實質(zhì)上是電芯拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu)的改變，也就是電芯連接到的電池串發(fā)生了改變，而電芯本身的物理位置并不一定發(fā)生改變。
[0051]為敘述方便起見，以解決前述的問題為例來解釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明第一實施方式如圖7所示，圖7示出了為了解決9個電芯A-1的3S3P電池組的電池單元組之間的移動問題而提出的多通道電池組配置電路。因為有三個串，所以該電池組配置電路的主干有三條通路，三條主干通路并聯(lián)連接，即三條主干通路的正極端互相連接、負(fù)極端也互相連接，構(gòu)成并聯(lián)通道。每條主干通路有9個主干通路受控開關(guān):第I串(第一主干通路I)有SI 1-S19共9個開關(guān)；第2串(第二主干通路2)有S21-S29共9個開關(guān);第3串(第三主干通路3)有S31-S39共9個開關(guān)，每條主干通路最外側(cè)的兩個受控開關(guān)分別連接該主干通路的正極端和負(fù)極端。每個電池單元的正極和負(fù)極分別通過一個支路受控開關(guān)和對應(yīng)的主干通路的一個受控開關(guān)并聯(lián)，例如電芯B通過支路受控開關(guān)SlB+和支路受控開關(guān)SlB-和第一主干通路開關(guān)S12并聯(lián)。也即電芯B正極端連接開關(guān)SlB+的一端，負(fù)極端連接開關(guān)SlB-的一端，SlB+的另一端連接第一主干通路中開關(guān)S12的一端，SlB-的另一端連接第一主干通路中開關(guān)S12的另一端；電芯B通過支路受控開關(guān)S2B+和支路受控開關(guān)S2B-和第二主干通路開關(guān)S22并聯(lián)。也即電芯B正極端連接開關(guān)S2B+的一端，負(fù)極端連接開關(guān)S2B-的一端，S2B+的另一端連接第二主干通路中開關(guān)S22的一端，S2B-的另一端連接第二主干通路中開關(guān)S22的另一端；電芯B通過支路受控開關(guān)S3B+和支路受控開關(guān)S3B-和第三主干通路開關(guān)S32并聯(lián)。也即電芯B正極端連接開關(guān)S3B+的一端，負(fù)極端連接開關(guān)S3B-的一端，S3B+的另一端連接第三主干通路中開關(guān)S32的一端，S3B-的另一端連接第二主干通路中開關(guān)S32的另一端。該電池單元(電芯B)和與其兩端相連的所有支路受控開關(guān)構(gòu)成一個電池單元支路。其他電池單元(電芯A、電芯C等)與各主干通路中的開關(guān)的連接方式與電芯B類似，且電芯A、電芯C等分別和與其兩端相連的所有支路受控開關(guān)構(gòu)成另外的電池單元支路。
[0052]通過這樣的設(shè)計，任意一個電池單元都可以任意移動到任何一個串(主干通路)中去。如上述實施方式中，電芯B原先在第一主干通路1(第I串)，此時:主干通路受控開關(guān)S12斷開，S22和S32閉合，SlB+和SlB-閉合，S2B+和S2B-斷開，S3B+和S3B-斷開，也就是說電芯B位于第一個主干通路中?，F(xiàn)在需要將電芯B移動到第2串(第二主干通路2)，那么可依序控制下述開關(guān)集合:SlB+和SlB-斷開，S12閉合，S22斷開，S32保持閉合，S2B+和S2B-閉合，S3B+和S3B-保持?jǐn)嚅_，此時電芯B被從第一主干通路I移動到第二主干通路2中，對于電芯F的移動，也可以采用類似的方案。另外任意一個電芯也可以選擇不接入任何一個主干通路，以電芯B為例，將與其兩端連接的全部支路受控開關(guān)都斷開，且閉合S12、S22、S32，即可實現(xiàn)將電芯B不接入任何一個主干通路。
[0053]所述的受控開關(guān)是任何能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)功能的電開關(guān)器件，例如可以是繼電器，或者是開關(guān)晶體管等。每個受控開關(guān)都由開關(guān)信號單獨控制，可以單獨導(dǎo)通或者切斷。開關(guān)信號可以由用戶通過計算機(jī)輸入，或者根據(jù)要連接的電路的結(jié)構(gòu)由控制裝置計算得到。圖8展示了一個受控開關(guān)的示意圖，當(dāng)信號E為設(shè)定的閉合電位時，u和V之間的開關(guān)閉合，線路連通，否則當(dāng)信號E為設(shè)定的斷開電位時，u和V之間的開關(guān)打開，線路斷開。當(dāng)然上述信號E也可以是設(shè)定的閉合電流，或任意的電信號，只要通過該信號E的變化能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)的打開和閉合即可。
[0054]以上圖7示出的三條主干通路之間為并聯(lián)連接，實際上主干通路的數(shù)量可以是多條，主干通路之間可以全部并聯(lián)、部分并聯(lián)連接、或者不連接。
[0055]如圖9所示，為本發(fā)明第二實施方式的多通道電池組配置電路。第二實施方式的引入主要是基于以下考慮。在實際電路中，經(jīng)常有多個負(fù)載，它們對輸出電壓以及功率的要求都不盡相同，所以，一個電路中存在多個電源輸出端(包含一個正極輸出端和負(fù)極輸出端)，它們輸出不同的電壓和功率來滿足不同負(fù)載的需要。我們把每一個電源輸出端以及連接在該電源輸出端之間的電池單元稱為一個通道。例如，圖9中包含兩個通道，通道I的輸出端為(PI，N1)，通道2的輸出端為(P2，N2)。在我們的電路中，每個通道可以由一個或者多個主干通路組成，而每個主干通路連接到哪一個通道由通道選擇開關(guān)決定。
[0056]圖9所示電路，除了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與第一實施方式不同之外，其他電路部件與第一實施方式相同，圖9以9個電芯A-1的3S3P電池組的電池單元組為例進(jìn)行描述。圖9所示電池組配置電路的主干有三條通路，每條主干通路都具有正極端和負(fù)極端。每條主干通路有9個主干通路受控開關(guān):第I串(第一主干通路I)有SI 1-S19共9個開關(guān);第2串(第二主干通路2)有S21-S29共9個開關(guān);第3串(第三主干通路3)有S31-S39共9個開關(guān)。
[0057]該多通路電池組配置電路中:部分電池單元的正極和負(fù)極分別通過支路受控開關(guān)和所有的主干通路的一個開關(guān)并聯(lián)，例如電芯A通過支路受控開關(guān)SlA+和受控開關(guān)SlA-和第一個主干通路開關(guān)S11并聯(lián)。也即電芯A正極端連接開關(guān)SIA+的一端，負(fù)極端連接開關(guān)SlA-的一端，SlA+的另一端連接第一主干通路I中受控開關(guān)Sll的一端，SlA-的另一端連接第一主干通路I中受控開關(guān)Sll的另一端，該電芯與其他主干通路中的開關(guān)的連接與上面所描述的第一主干通路I類似，該電池單元和其兩端的所有受控開關(guān)構(gòu)成一個電池單元支路。其他電芯，如電芯I與主干通路中的開關(guān)的連接與電芯A類似。這種情況下，電芯A、I可以連接到與其有連接關(guān)系的任意一個主干通路中，也即電芯A，I可通過與第一實施方式中與電芯B類似的方式在三個主干通路中任意移動。
[0058]該多通路電池組配置電路中:部分電池單元的正極和負(fù)極分別通過支路受控開關(guān)和部分主干通路的一個開關(guān)并聯(lián)，例如電芯B通過支路受控開關(guān)SlB+和受控開關(guān)SlB-和第一主干通路I中的受控開關(guān)S12并聯(lián)。也即電芯B正極端連接開關(guān)SlB+的一端，負(fù)極端連接開關(guān)SlB-的一端，SlB+的另一端連接第一主干通路I中受控開關(guān)SI 2的一端，SlB-的另一端連接第一主干通路I中受控開關(guān)S12的另一端；電芯B與第三主干通路3中的開關(guān)的連接與上面所描述的第一主干通路I類似，而電芯B不與第二主干通路2連接。這種情況下，電芯B可以連接到與其有連接關(guān)系的任意一個主干通路中，也即電芯B可通過與第一實施方式中電芯B類似的方式在第一主干通路I和第三主干通路3中任意移動，而無法接入第二主干通路2。
[0059]例如:電芯B原先在第一主干通路I (第I串)中，此時:主干通路受控開關(guān)S12斷開，S22和S32閉合，SlB+和SlB-閉合，S3B+和S3B-斷開，也就是說電芯B位于第一個主干通路I中?，F(xiàn)在需要將電芯B移動到第3串(第三主干通路3)，那么可依序控制下述開關(guān)集合:SlB+和SlB-斷開，S12閉合，S32斷開，S22保持閉合，S3B+和S3B-閉合，此時電芯B被從第一主干通路I移動到第三主干通路3中。另外電芯B也可以選擇不接入任何一個主干通路，只需將與其兩端連接的全部支路受控開關(guān)都斷開，且閉合S12、S22、S32，即可實現(xiàn)將電芯B不接入任何一個主干通路。其他電芯也可通過類似方式實現(xiàn)不與任何一個主干通路連接。
[0060]通過這樣的設(shè)計，任意一個通過支路受控開關(guān)與某一主干通路受控開關(guān)連接的電池單元都可以任意移動到該主干通路中去。
[0061]對電芯移動方式可以作如下歸納:先將電芯連接原來所在的主干通路的支路受控開關(guān)斷開，將該主干通路中支路受控開關(guān)所連接的相應(yīng)的主干通路受控開關(guān)閉合;將目的主干通路中與該電芯連接的主干通路受控開關(guān)斷開，將電芯與所要移動到的目的主干通路連接的支路受控開關(guān)全部閉合;將電芯與其他主干通路連接的支路受控開關(guān)保持?jǐn)嚅_。
[0062]多通道電池組配置電路還包括通道選擇受控開關(guān)<21工31工22工32、021、022、D31、D32;第二主干通路2和第三主干通路3的正極端分別通過通道選擇受控開關(guān)C21、C31與第一主干通路I的正極端連接于Pl點；第二主干通路2的正極端連接C22的一端，第三主干通路3的正極端連接C32的一端，C22的另一端與C32的另一端連接在P2點;第二主干通路2和第三主干通路3的負(fù)極端分別通過通道選擇受控開關(guān)D21、D31與第一主干通路I的負(fù)極端連接在NI點；第二主干通路2的負(fù)極端連接D22的一端，第三主干通路3的負(fù)極端連接D32的一端，022的另一端與032的另一端連接于吧點?？梢酝ㄟ^控制021、031、022、032、021、022、031、D32的打開與閉合，實現(xiàn)第一主干通路1、第二主干通路2、第三主干通路3之間的連接關(guān)系的選擇，從而實現(xiàn)將主干通路接入不同的通道，如關(guān)閉021和021，而打開031、022、032、022、D31、D32，則可實現(xiàn)第一主干通路I和第二主干通路2之間的并聯(lián)連接，接入通道I;而將所有并聯(lián)選擇受控開關(guān)C21、C31、C22、C32、D21、D22、D31、D32都打開，則第一主干通路1、第二主干通路2、第三主干通路3之間互不相連，此時，主干通路I接入通道I，通道2處于斷開狀態(tài)，而主干通路2和主干通路3處于閑置狀態(tài)；如關(guān)閉022、032、022、032，而打開021、031、021、D31，則可實現(xiàn)將第二主干通路2和第三主干通路3并聯(lián)接入通道2，將第一主干通路I接入通道I。這樣的電路結(jié)構(gòu)可以通過控制通道選擇受控開關(guān)而實現(xiàn)將主干通路接入不同的通道。歸納一下，該電路結(jié)構(gòu)有如下特點:
[0063]至少一條主干通路的正極端連接一個通道選擇受控開關(guān)的一端，該通道選擇受控開關(guān)的另一端連接到某一目標(biāo)通道(也就是該主干通路可以被選擇性接入的通道)的正極輸出端，以及所述主干通路的負(fù)極端連接另一個通道選擇受控開關(guān)的一端，該通道選擇選擇受控開關(guān)的另一端連接到對應(yīng)目標(biāo)通道的負(fù)極輸出端。如果一個主干通路的目標(biāo)通道有多個，那么就重復(fù)剛才的結(jié)構(gòu)，在主干通路的正極端、負(fù)極端和目標(biāo)通道的正極輸出端、負(fù)極輸出端分別增加一個通道選擇受控開關(guān)，就可以實現(xiàn)該主干通路可以選擇性的接入多個目標(biāo)通道。作為特例，如果某一主干通路固定的接入一個目標(biāo)通道(如圖9中的主干通路I)，那么，該主干通路的正極端和負(fù)極端就不需要通過通道選擇受控開關(guān)而可以直接和通道的輸出端相連。
[0064]以上所描述的多通道儲能單元組配置電路結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)更加靈活的多通道結(jié)構(gòu)，例如通過對接入主干通路的電池數(shù)量、電池電壓的選擇，可以實現(xiàn)每個通道的電壓相同、或不同。例如將4.利，5.1￥，5￥的三個電池串聯(lián)接入第一主干通路1中，將5￥，5￥，5￥的三個電池接入第二主干通路2中，而將4.9V，5V的兩個電池串聯(lián)接入第三主干通路中，使第3個5V的電池處于斷開狀態(tài)，此時三個主干通路的電池數(shù)量相同、或不同，表現(xiàn)出的正極端和負(fù)極端之間的電壓也相同或不同，分別是15￥，15￥，9.狀，電壓相同或近似的主干通路可以通過并聯(lián)的方式連接入相同的通道。例如，通過控制通道選擇受控開關(guān)可以將主干通路I和主干通路2接入通道1，而將主干通路3接入通道2。這樣就實現(xiàn)了不同通道輸出不同的電壓和功率，而且其中的電池數(shù)目和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也不同。
[0065]本發(fā)明基于上述的多通道電池組配置電路提出了一種電池組配置裝置，參見圖10，示出了本發(fā)明基于設(shè)計的電路實現(xiàn)智能均衡方案的電池管理系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)。該電池管理系統(tǒng)包括:微處理器、控制單元、多通路電池組配置電路、電池狀態(tài)監(jiān)測單元。其中電池狀態(tài)監(jiān)測單元用于對多通路電池組配置電路中的電池單元進(jìn)行監(jiān)測，可以獲得電池單元的內(nèi)部指標(biāo)數(shù)據(jù)如電壓、電流、溫度、健康度、電池剩余容量等，外部指標(biāo)數(shù)據(jù)如戶需求、終端負(fù)載要求、環(huán)境溫度、濕度等，將該數(shù)據(jù)發(fā)送給處理裝置如微處理器，然后經(jīng)過微處理器分析，判斷是否有電池單元需要被移動。如果電池單元需要移動，微處理器就將控制指令發(fā)送給控制單元，或者處理裝置根據(jù)需要將改變儲能單元連接的控制指令發(fā)送給控制單元，該控制指令包括移動哪個或哪些電池單元以及將該電池單元移動到哪個主干通路中、將哪一個或哪些主干通路與某一通道斷開連接或者將哪些主干通路接入哪個通道、將哪個電池單元與哪條主干通路斷開連接，控制單元根據(jù)該控制指令控制多通道電池組配置電路中的開關(guān)陣列的通斷來實現(xiàn)電池單元的轉(zhuǎn)移，從而實現(xiàn)智能均衡。所述開關(guān)陣列包括多通道電池組配置電路中主干通路中的受控開關(guān)、支路受控開關(guān)以及通道選擇受控開關(guān)。
[0066]以上實施例中以電池單元為例說明了多通道電池組配置電路的結(jié)構(gòu)以及電池單元在通路中移動的原理，該電路結(jié)構(gòu)不但適用于電池單元，還適用于任何儲能元件，如電容、電感等。因此本發(fā)明所公開的電池組配置電路以及電池管理系統(tǒng)可適用于儲能元件組配置電路以及儲能元件管理系統(tǒng)。值得指出的是，本專利圖中所示的結(jié)構(gòu)只是為了說明實現(xiàn)方法而給出的例子，具體實施過程中，根據(jù)需要，開關(guān)數(shù)量可以有所增減。比如，圖9中第一主干通路固定連接到第一通道(Pl和NI)，所以沒有通道選擇開關(guān)。如果實際中需要第一主干通路可以選擇性的接入第二通道(P2和N2)，那么，可以通過增加通道選擇開關(guān)實現(xiàn)。
[0067]通過本發(fā)明，儲能元件配置電路中的儲能元件能夠在電路中的主通路中實現(xiàn)任意的移動，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。
【主權(quán)項】
1.一種多通道儲能單元組配置電路，包括多個通道，所述通道包括多條主干通路和多條儲能單元支路，其特征在于: 每個通道包括兩個輸出端； 每條所述主干通路都包括多個串聯(lián)的主干通路受控開關(guān)，所述主干通路兩端的受控開關(guān)分別連接至少一個所述通道的兩個輸出端之一； 每條儲能單元支路都包括儲能單元和支路受控開關(guān)，每條所述儲能單元支路中的儲能單元的兩端分別通過該條儲能單元支路中的支路受控開關(guān)與至少一條主干通路中的所述主干通路受控開關(guān)中的一個開關(guān)的兩端分別連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道儲能單元組配置電路，其特征在于:該配置電路還包括通道選擇受控開關(guān)； 至少一條主干通路的正極端和負(fù)極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與一個通道的兩個輸出端之一連接;或者， 至少兩條主干通路的正極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與同一個通道的一個輸出端連接，以及所述至少兩條主干通路的負(fù)極端分別通過各自的通道選擇受控開關(guān)與上述通道的另一個輸出端連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多通道儲能單元組配置電路，其特征在于: 所述主干通路全部并聯(lián)連接接入某一通道;或者: 部分主干通路并聯(lián)連接接入某一通道;或者: 至少一條主干通路通過可選的方式與其他至少一條主干通路并聯(lián)連接接入某一通道；或者: 至少兩條主干通路不互相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的多通道儲能單元組配置電路，其特征在于: 所述儲能單元包括電芯、電池模塊、電感、電容。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多通道儲能單元組配置電路，其特征在于: 每個受控開關(guān)都由控制信號單獨控制導(dǎo)通或者切斷。6.—種儲能單元管理系統(tǒng)，包括:處理裝置、控制單元、如權(quán)利要求1-5之一所述多通道儲能單元組配置電路以及儲能單元狀態(tài)監(jiān)測單元;其特征在于: 所述儲能單元狀態(tài)監(jiān)測單元用于對多通道儲能單元組配置電路中的儲能單元指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，并將儲能單元指標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送給處理裝置； 所述處理裝置用于根據(jù)接收的所述指標(biāo)數(shù)據(jù)判斷是否有儲能單元需要被改變連接，如果有儲能單元需要被改變連接，處理裝置就將控制指令發(fā)送給控制單元； 所述控制單元用于根據(jù)該控制指令控制多通路儲能單元組配置電路中的受控開關(guān)的通斷來實現(xiàn)儲能單元的連接的改變。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能單元管理系統(tǒng)，其特征在于:所述儲能單元指標(biāo)包括內(nèi)部指標(biāo)和外部指標(biāo)，其中內(nèi)部指標(biāo)包括儲能單元的電壓、電流、溫度、健康度、剩余容量;外部指標(biāo)包括用戶需求、終端負(fù)載要求、環(huán)境溫度、濕度。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能單元管理系統(tǒng)，其特征在于:所述控制指令包括: 移動哪個或哪些儲能單元以及將該儲能單元移動到哪個主干通路中； 將哪一個或哪些主干通路與其他主干通路斷開連接或者將哪些主干通路并聯(lián)連接；將某條主干通路接入到某個指定通道中；將哪個儲能單元與哪條主干通路斷開連接。
【文檔編號】H02J7/00GK106026243SQ201610404053
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】谷里鵬, 魏耀蕊, 胡浩
【申請人】胡浩