[发明专利]智能单元与控制方法和系统

说明书

本申请公开一种智能单元，包括：正极端子；负极端子；开关电路，该开关电路被布置成在第一开关状态和第二开关状态之间进行选择，在第一开关状态中，储能设备连接在正极端子和负极端子之间，在第二开关状态中，绕过所述储能设备；以及电感器，该电感器提供在正极端子和负极端子之间。电感器提供装置，通过该装置监测电路的剩余部分中的电流改变。电感器可因此用于检测如由智能单元所见的电流改变，并且该感测的信息可用于控制智能单元，例如，以控制形成智能单元的部分的能量源(储能设备)。由于电感器为智能单元的部分，所以电感器形成分散控制器策略的部分，以调节更大系统内单元的充电状态。例如，电感器可形成分散控制器策略的部分以调节变化的容量的串联连接单元的充电状态。

技术领域

本发明涉及智能单元与用于此类单元的控制方法和系统。

背景技术

电力电子器件在通过将绿色能量技术与电网整合以减少温室气体排放中起关键作用。增加的电力电子器件渗透的一个领域是市场非常迅速地增长的电能储存系统，诸如锂离子电池组。这种电网连接的能量储存的迅速采用需要最先进的电力电子转换器和能量管理系统。还有，由于储能设备(例如，电池)是最昂贵的部件，所以电力电子器件应设计成使性能和寿命最大化同时确保安全。在最坏的情况下，电池的非管理串联串将受最弱单元限制，因此单一故障单元可使整个串无用。

在使用电化学单元的储能系统中，长期组性能可通过在单个单元级别处的主动能量管理、通过将单个功率转换器和电池管理系统置于每个单元上，大大改善。预期成本随时间推移减小的宽带隙开关设备中的最新进展将增加转换效率(并且减少功率损耗)，并且通过更高的功率密度和减小的冷却需求，减少总体系统成本。

对于某些单元化学反应，单个单元监测是必须的，并且主动单元平衡增强性能。作为示例，如果过度充电，则锂离子电池技术是不安全的，其中单元可爆炸或破裂。因而，为了使串联和/或并联连接的若干单元的储能潜力最大化，必须测量且平衡电池组中单个单元的充电状态(SOC)。

结合储能设备的充电和/或放电的控制或管理的元件的电池(或其它储能设备)可称为智能单元。储能设备可包括电池(特别是可再充电电池)、电容器、超级电容器等中的任一个。单元可包括储存设备的小组或子组。粒度水平是由设计师可调整的。

电池管理系统(BMS)(智能单元控制的通常形式)用于每个现代电池组中以确保构成组的单元在它们的安全限制内被操作。随着电池组老化，每个单元的容量以不均匀的方式随时间推移改变，并且单个单元的充电状态开始彼此漂离。为避免该漂移，BMS将通常通过耗散装置平衡每个单个单元的充电状态。例如，在充电阶段期间，在其它单元之前达到它们的最大电压的单元将被连接到放电电阻器，直到组中所有单元完全充电。平衡单元的该方法对于良好匹配的电池组良好地工作，然而当变化容量的单元连接在一起时，该方法效率极低且缓慢。

模块化多电平转换器拓扑结构实质上为储能设备的串联串，储能设备的串联串中的每个可成直线连接(即，以供应能量或接收能量)或被绕过(即，不供应或接收能量)。此类布置通常用于DC到AC直流转换，其中每个模块包括电容器。通过控制串中的多少(和哪些)电容器串联连接，串上节点的输出电压可改变，以便产生期望的波形(例如，正弦AC波形)。

发明内容

根据第一方面，本发明提供一种智能单元，包括：正极端子；负极端子；开关电路，该开关电路被布置成在第一开关状态和第二开关状态之间进行选择，在第一开关状态中，储能设备连接在正极端子和负极端子之间，在第二开关状态中，绕过所述储能设备；以及电感器，该电感器提供在正极端子和负极端子之间。

电感器提供一种装置，通过该装置监测电路的剩余部分中的电流改变。电感器可因此用于检测如由智能单元所见的电流改变，并且该感测的信息可用于控制智能单元，例如，控制形成智能单元的部分的能量源(储能设备)。因为电感器为智能单元的部分，所以电感器形成分散控制器策略的部分，以调节更大系统内单元的充电状态。例如，电感器可形成分散控制器策略的部分，以调节变化容量的串联连接单元的充电状态。