[发明专利]用于电池组的增强的切换型平衡网络

说明书

本实施方式中的一个或更多个实施方式提供了一种电池单池平衡系统和策略，其可以根据不同用例的需要而更有效地利用电池容量。例如，提供了一种平衡电路以根据用例的平衡策略来支持目标电池单池被动平衡和主动平衡。此外，该平衡电路允许在共同将电池单池进行充电或放电的同时执行单池平衡。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月10日提交的美国临时专利申请号16/101,032的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及用于对电池单池(cell)进行平衡的增强的切换型平衡网络。

背景技术

已经开发出高性能电池系统并将其部署用于不同的用例应用，诸如用于电网和微电网能量的存储和管理，以及用于可再生能源集成(例如，太阳能、风能、水力等)。例如，可以收集太阳能能源并将其存储在电池系统中以在高能耗时间使用，诸如在夏季当空调的能量需求远高于平均水平时。为了最大化电池系统的容量并安全地利用电池系统，已经部署了电池平衡技术和策略。例如，当电池单池电压跌落到下限以下时，电池单池将成为火灾隐患，且必须被丢弃。同样，如果电池单池过度充电并且电池单池电压升高到上限以上，电池单池也将成为火灾隐患。

已经开发了各种主动平衡和被动平衡技术，以允许在充电和放电时使用电池的更多部分，并增加安全性。但是，主动平衡和被动平衡会产生成本。例如，被动平衡通过将高于相对于平均单池电压而言的阈值的电池单池进行放电而浪费能量，从而导致寄生和效率损失。主动平衡通常使用低效率的组件进行充电，从而导致更大的效率损失。尽管已经开发了各种平衡策略，但是该平衡策略被部署为用于大多数电池系统的静态决策，诸如部署简单的平衡技术以将所有电池的单池电压平衡至对于所有单池而言的平均单池电压或平衡至目标电压。但是，可以通过采用更有效和更稳健的平衡策略来改进不同的用例。

发明内容

提供本发明内容以简化形式介绍所选择的概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本实施方式中的一个或更多个实施方式提供了一种电池单池平衡系统和策略，其可以根据不同用例的需要而更有效地利用电池容量。例如，提供了一种根据用例的平衡策略来支持目标电池单池被动平衡和主动平衡的平衡电路。此外，该平衡电路允许在共同将电池单池进行充电或放电的同时执行电池单池平衡。

此外，代替具有静态的、单一的平衡策略，本实施方式中的一个或更多个实施方式提供了预设的且可定制的平衡应用的套件，其可以被配置、选择和实现为匹配当前用例的要求。所述预设的且可定制的平衡应用的套件可以呈现给用户并由用户选择，以使平衡系统适应于特定用例。可替代地，该平衡系统可以诸如基于一个或更多个输入来自动选择平衡应用，以使该平衡系统适应于当前用例。

在一个实施方式中，提供了一种平衡电路。该平衡电路包括经由充电平衡继电器耦接至平衡电路的电压源和经由放电平衡继电器耦接至平衡电路的负载。该平衡电路还包括多个单池组控制器，其中多个单池组控制器中的每个单池组控制器被配置成经由多个单池组平衡继电器中的一个单池组平衡继电器将多个单池组中的一个单池组耦接至平衡电路。平衡控制器还被配置成通过控制充电平衡继电器、放电平衡继电器和多个单池控制器来对多个单池组进行平衡。

在又一实施方式中，提供了另一种平衡电路。该平衡电路包括多个单池组叠置件和多个叠置件控制器。每个单池组叠置件包括多个单池组和多个平衡控制器。此外，每个平衡控制器被配置成控制不同的电路以对多个单池组中的不同子集的单池组进行平衡，并且每个叠置件控制器被配置成控制多个平衡控制器中的不同子集的平衡控制器。平衡电路还可以包括：电源，其被配置成向多个叠置件输送电力；电池管理系统(BMS)，其被配置成通过控制多个叠置件控制器来控制向多个单池组的电力分配；以及能量管理系统(EMS)，其被配置成对通过电源进行的电力输送进行控制。