[发明专利]电能存储和供应系统以及包括该系统的电动车辆

说明书

技术领域

本发明涉及用于存储电能的电能存储和供应系统，以及更具体地涉及用于存储电池单元的电池箱，每个电池单元存储电功率。

本发明具体可与适于电动车辆的智能电源(或功率供应)系统结合使用，而且也可在移动电器、能源管理、能源交易、路由和通信领域内使用，仅仅提及一些实例。

背景技术

电动车辆(EV)出于下述原因得以普及，诸如不同的驾驶经验、更高的性能、更好的可靠性和更少的维护、更低的操作成本以及减少运输环境影响的可能性。电力专门用于推进车辆，或可用来协助其它方法，诸如内燃机(ICE)。

电动车辆的主要类型是电池供电的电动车辆(或纯电动车辆)(BEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)和混合动力电动车辆(HEV)。电动车辆使用用于推进的电动马达。电能例如使用锂离子技术或任何其它形式的电池化学存储于电池中。其它形式的能量贮存器也是适用的，诸如超级电容器或燃料电池。所述混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)将常规的内燃机与电驱动系统结合。所述混合动力电动车辆(HEV)使用通常的再生制动以便给电池充电。PHEV包含可通过将插头连接到外部电功率源而充满电的可再充电电池。BEV是没有内燃机的所有电动车辆。BEV和PHEV还使得用户能够通过选择例如使用太阳能或风能来产生电力的外部功率源来选择用于给电池充电的替代能源。

使用可再充电电池的当前PHEV和BEV的一个常见问题是充电时间长。在通常情况下充电需要若干小时，也有很多城市中心的公寓住宅没有适于车辆的任何插电功能。存在一些快速充电站，但是在这些快速充电站，与使用可在加油站快速“充油”的内燃机的汽车相比充电时间要长得多。快速充电也意味着电池往往损耗得更快。此外能量密度不那么高，这意味着电池更大和更重。功率损耗也通过快速充电而更高。例如在30分钟内给80千瓦时的电池充电也设定通常在住宅房屋不可能的这样的功率要求。

另一个问题是，快速充电设置对于电力基础设施提出额外要求，而电力基础设施在许多国家中已经到达极限。在许多工业化国家中，为50％或更多量级的备用容量是可用的和可预测到的。然而，这些都是人类和经济活动的最低时期，同时也是快速充电没有用的时期。虽然通常用户将在夜间在家充电，但是用户仍然会偏好可能与住宅用户可用的相比提供更低价格的商业充电站来充电。其它选项包括可再生能源的积极区别待遇。对于这些情况而言，当前的充电时间不是用户期待的。

存在用于改变适于BEV的电池以克服上述问题的几种不同的建议。典型地，可再充电电池单元被分组为模块，并且每个模块由多个电池单元构成。这些模块作为一个实体进行监测和控制。如果需要的话，模块可在服务站中被改变成包含充电的电池单元的另一模块以便给BEV快速供应能量。一个问题是，电池的可用尺寸取决于使用情况而显著变化，并且它可能不是矩形的：一个模块不能良好地适配于所有的使用情况。可能的是取决于使用情况模块具有不同的尺寸和形式，这意味着服务站将必须储备不同的模块，而这对于成本方面没有任何意义。

上述类型的模块化能量存储系统的实例在US 7948207和US 2012/094162中公开。还存在可用的许多多电池单元的电池设计，其具有开启和关闭电池的各个电池单元连接的可能性。这些类型的设计的实例在CN 202535104，CN 102832646，US 8330420和US 7075194中公开。

还存在关于如何监测单个电池单元和基于单个电池单元的特性动态地配置系统的几种建议。例如US 2010/0261043提出了一种适于大型电池系统的动态可重新配置的电池框架的系统。这解决了可如何监测和控制单个电池单元的问题，但是如果要求在服务站快速地替换数百个耗尽的电池以便给BEV供应电能，则该系统是不适合的，因为电池单元以特定的方式位于电池组内。例如在US 2005/242776，US 2006/192529，EP2582009和US 8084994中公开了适于电池的其它控制、故障检测、重新配置、旁路和生命周期管理系统。这些系统至少部分地具有相同的缺陷。

因此，对于用于将电能快速供应给电动车辆和其它动力密集型电池操作设备的改进的解决方案存在需求。

发明内容

本发明的目的是解决至少一些上述问题，并提供一种电箱，一旦被消耗掉则其电能容量可快速恢复。