用于控制蓄電池組的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)、方法以及蓄電池組的制作方法
【專利摘要】在具有多個(gè)蓄電池組的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，在將要充電的對(duì)象從第一蓄電池組切換到端電壓低于第一蓄電池組的端電壓的第二蓄電池組時(shí)，通過使第二蓄電池組的限流電路操作來形成用于給在第二蓄電池組中提供的蓄電池充電的充電電流流過的路徑，并且在通過限流電路將充電電流限制為小于或等于固定值的同時(shí)開始給第二蓄電池組充電。
【專利說明】用于控制蓄電池組的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)、方法以及蓄電池組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有多個(gè)蓄電池組的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)、蓄電池組的控制方法以及蓄電池組。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來對(duì)環(huán)境問題的日益關(guān)注，存儲(chǔ)通過使用自然能源(例如，太陽能發(fā)電(PV:光電)和風(fēng)力發(fā)電)產(chǎn)生的電力的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)得到了越來越多的關(guān)注。正在研究使用不包含諸如鉛等對(duì)人類或環(huán)境有害的物質(zhì)的鋰離子蓄電池以在這些電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用。
[0003]當(dāng)要使用鋰離子蓄電池(在下文中一般地稱作“蓄電池”)生產(chǎn)電力存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，通常通過串聯(lián)連接多個(gè)蓄電池以獲得形成蓄電池組所需的輸出電壓、然后并聯(lián)連接多個(gè)蓄電池組以獲得所需的存儲(chǔ)容量，來配置電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0004]然而，在多個(gè)蓄電池組(或蓄電池)被并聯(lián)連接的配置中，出現(xiàn)了在操作期間每一個(gè)蓄電池組的端電壓的不平衡將引起渦流(電流在蓄電池組之間以渦流的方式流動(dòng))的問題，這使得電力存儲(chǔ)系統(tǒng)不能正常操作。例如，制造時(shí)間或環(huán)境溫度引起了蓄電池的退化狀態(tài)的差異，并且如果即使在相同類型(標(biāo)準(zhǔn))的蓄電池之間產(chǎn)生退化狀態(tài)差異，則在充電和放電之后，每一個(gè)蓄電池的端電壓將出現(xiàn)不平衡，并且該不平衡將導(dǎo)致蓄電池之間發(fā)生渦流。隨著并聯(lián)連接的蓄電池組(或蓄電池)的數(shù)量的增加，這個(gè)問題變得更加明顯。
[0005]蓄電池組或蓄電池之間的渦流對(duì)電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的不利影響通常是已知的，因此在使用多個(gè)并聯(lián)連接的蓄電池的大多數(shù)裝置中，禁止混合舊蓄電池和新蓄電池。
[0006]然而，實(shí)際上，即使當(dāng)僅使用新蓄電池時(shí)，在操作期間在蓄電池之間也將出現(xiàn)退化過程的差異。還存在將期望具有不同退化狀態(tài)的蓄電池的組合使用的很多情形，例如，當(dāng)首先僅使用幾個(gè)蓄電池配置電力存儲(chǔ)系統(tǒng)但是接下來要添加蓄電池時(shí)，或者當(dāng)采用已使用的蓄電池使得可以便宜地配置電力存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)。
[0007]基于該背景，現(xiàn)在正在尋找使具有不同退化狀態(tài)的蓄電池能夠在電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中安全且自由地使用從而為用戶減小風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)。
[0008]專利文檔I作為這種技術(shù)公開了提供多個(gè)蓄電池組的技術(shù)，所述蓄電池組可以通過開關(guān)并聯(lián)連接從而在充電和放電時(shí)通過控制為每一個(gè)蓄電池組提供的開關(guān)來消除每一個(gè)蓄電池組的端電壓不平衡。當(dāng)在專利文檔I中公開的技術(shù)中要給每一個(gè)蓄電池組放電時(shí)，測(cè)量每一個(gè)蓄電池組的端電壓，從具有最高的端電壓的蓄電池組開始給端電壓放電，由此端電壓由于放電而減小，并且當(dāng)端電壓實(shí)質(zhì)上等于到目前為止還未被放電的其他蓄電池組的端電壓時(shí)，開始給其他蓄電池組放電。在專利文檔I中公開的技術(shù)中，當(dāng)要給每一個(gè)蓄電池組充電時(shí)，從具有最低的端電壓的蓄電池組開始充電，由此端電壓由于充電而增加，并且當(dāng)端電壓實(shí)質(zhì)上等于到目前為止還未被充電的其他蓄電池組的端電壓時(shí)，開始給其他蓄電池組充電。通過這種控制,可以減小當(dāng)開始充電和放電時(shí)每一個(gè)蓄電池組的端電壓之差，從而防止渦流的發(fā)生。
[0009]在上述專利文檔I中所述的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，除非正在放電或充電的蓄電池組與接下來添加并且要開始充電或放電的另一蓄電池組之間的端電壓之差處于預(yù)定值內(nèi)，否則在另一蓄電池組中不能開始放電或充電。因此，將出現(xiàn)不能靈活地操作電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的情況，這是因?yàn)椴荒芨鶕?jù)例如負(fù)載所需的電力、例如PV系統(tǒng)的發(fā)電能力或者每一個(gè)蓄電池組的殘余容量來單獨(dú)地控制被放電或充電的每一個(gè)蓄電池組。
[0010]通常，在電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中提供的每一個(gè)蓄電池組配備有用于放電的開關(guān)(在下文中稱作“放電開關(guān)”)和用于充電的開關(guān)(在下文中稱作“充電開關(guān)”)，從而可以在蓄電池組單元中單獨(dú)地執(zhí)行放電和充電。然而，在未采用專利文檔I中所述的技術(shù)的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，必須控制每一個(gè)蓄電池組的放電開關(guān)和充電開關(guān)，使得上述渦流不會(huì)發(fā)生。
[0011]例如，在配備有兩個(gè)蓄電池組的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，可以考慮作為充電對(duì)象的蓄電池組從具有較高的端電壓的蓄電池組切換到具有較低的端電壓的另一蓄電池組以給另一蓄電池組進(jìn)行充電的情況。為了防止該情況中蓄電池組之間的渦流，必須分別斷開一個(gè)蓄電池組的放電開關(guān)和充電開關(guān)以在開始給另一蓄電池組充電之前短暫地停止電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電操作。
[0012]在這里，當(dāng)在一個(gè)蓄電池組鏈接到另一蓄電池組的情況下期望使用由例如PV系統(tǒng)或風(fēng)力產(chǎn)生的電力進(jìn)行連續(xù)充電時(shí)，由PV系統(tǒng)或風(fēng)力產(chǎn)生的電力不能在切換要充電的蓄電池組時(shí)用于充電，因此發(fā)電能力不能充分發(fā)揮其潛力。
[0013]相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)
[0014]專利文檔
[0015]專利文檔1:日本專利公開N0.2009-033936


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供了電力存儲(chǔ)系統(tǒng)、控制蓄電池組的方法、以及在無需停止充電操作的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)要充電的蓄電池組的安全切換的蓄電池組。
[0017]本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)上述目的的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的示例性方面包括:
[0018]多個(gè)蓄電池組，每一個(gè)蓄電池組配備有蓄電池、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流的充電開關(guān)、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流的放電開關(guān)、以及并聯(lián)連接到所述充電開關(guān)并且將所述充電電流限制為小于或等于固定值的限流電路；以及
[0019]主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備在將作為充電目標(biāo)的蓄電池組從第一蓄電池組切換到端電壓低于所述第一蓄電池組的端電壓的第二蓄電池組時(shí)，使所述第二蓄電池組的所述限流電路操作從而形成用于給在所述第二蓄電池組中提供的蓄電池充電的充電電流流過的路徑，在通過所述限流電路將所述充電電流限制為不大于所述固定值的同時(shí)開始給所述第二蓄電池組充電，并且斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)。
[0020]本發(fā)明的用于控制蓄電池組的方法的示例性方面是一種用于控制多個(gè)蓄電池組的充電操作的蓄電池組控制方法，每一個(gè)蓄電池組配備有蓄電池、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流的充電開關(guān)、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流的放電開關(guān)、以及并聯(lián)連接到所述充電開關(guān)并且將所述充電電流限制為小于或等于固定值的限流電路；其中，信息處理設(shè)備:
[0021]在將要充電的蓄電池組從第一蓄電池組切換到端電壓低于所述第一蓄電池組的端電壓的第二蓄電池組時(shí)，使所述第二蓄電池組的所述限流電路操作從而形成用于給在所述第二蓄電池組中提供的蓄電池充電的充電電流流過的路徑，在通過所述限流電路將所述充電電流限制為小于或等于所述固定值的同時(shí)開始給所述第二蓄電池組充電，并且斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)。
[0022]最后，本發(fā)明的蓄電池組的示例性方面包括:
[0023]蓄電池；
[0024]充電開關(guān)，所述充電開關(guān)導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流；
[0025]放電開關(guān)，所述放電開關(guān)導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流；
[0026]限流電路，所述限流電路與所述充電開關(guān)并聯(lián)連接并且將所述充電電流限制為小于或等于固定值；以及
[0027]控制單元，所述控制單元根據(jù)來自外部的指令來控制所述充電開關(guān)、所述放電開關(guān)和所述限流電路。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是示出了本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置的示例的框圖。
[0029]圖2是示出了圖1中所示的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作的示例的電路圖。
[0030]圖3是示出了圖1中所示的主機(jī)設(shè)備的處理過程的示例的流程圖。
[0031]圖4是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的示例的電路圖。
[0032]圖5是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。
[0033]圖6是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。
[0034]圖7是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]接下來參照附圖描述本發(fā)明。
[0036]圖1是示出了本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的配置的示例的框圖。
[0037]如圖1中所示，本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)包括并聯(lián)連接的兩個(gè)蓄電池組15和控制這些蓄電池組15的主機(jī)設(shè)備14。在給電力存儲(chǔ)系統(tǒng)放電時(shí)，例如電氣裝置的消耗從蓄電池組15釋放的電力的負(fù)載(未示出)連接到每一個(gè)蓄電池組15的正端子(0UT(+))和負(fù)端子(0UT(-))。在給電力存儲(chǔ)系統(tǒng)充電時(shí)，提供給蓄電池組15充電所需的電力的電源(未示出)連接到每一個(gè)蓄電池組15的正端子(0UT(+))和負(fù)端子(0UT(-))。電源包括PV或風(fēng)力發(fā)電或商用電源。包括例如將從蓄電池組15釋放的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的DC/AC逆變器或?qū)碾娫刺峁┑慕涣麟娹D(zhuǎn)換為可以存儲(chǔ)在蓄電池組15中的直流電的AC/DC轉(zhuǎn)換器的已知PCS(電力調(diào)節(jié)系統(tǒng))可以設(shè)置在蓄電池組15與負(fù)載或電源之間。由例如主機(jī)設(shè)備14來控制負(fù)載或電源與電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的連接的切換。
[0038]蓄電池組15各配備有兩個(gè)蓄電池塊11和控制塊12。蓄電池塊11是均配備有例如串聯(lián)連接的多個(gè)蓄電池10的結(jié)構(gòu)?？刂茐K12各配備有控制單元19、電池檢測(cè)單元16、電流檢測(cè)單元20、放電開關(guān)17、充電開關(guān)18、絕緣通信單元13和限流電路21。
[0039]放電開關(guān)17是導(dǎo)通和切斷流過蓄電池塊11的放電路徑的電流(放電電流)的開關(guān)，充電開關(guān)18是導(dǎo)通和切斷流過蓄電池塊11的充電路徑的電流(充電電流)的開關(guān)。舉一個(gè)例子，在放電開關(guān)17和充電開關(guān)18中使用MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)?？刂茊卧?9根據(jù)來自主機(jī)設(shè)備的指令來控制放電開關(guān)17和充電開關(guān)18的接通和斷開。
[0040]絕緣通信單元13是連接控制單元19和主機(jī)設(shè)備14以實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收的接口電路。只要絕緣通信單元13能夠在使控制單元19和主機(jī)設(shè)備14電絕緣的同時(shí)連接控制單元19和主機(jī)設(shè)備14以允許發(fā)送和接收信息，絕緣通信單元13就可以是使用任何類型的已知絕緣元件的配置(例如，光學(xué)耦合、磁耦合、和電容耦合)。
[0041]電池檢測(cè)單元16測(cè)量在蓄電池塊11中提供的每一個(gè)蓄電池10的端電壓。
[0042]電流檢測(cè)單元20測(cè)量蓄電池組15的放電電流和充電電流，并且向控制單元19報(bào)告測(cè)量結(jié)果。
[0043]限流電路21是將流向蓄電池塊11的充電電流限制為小于或等于固定值的電路或元件。限流電路21具有配備有開關(guān)(未示出)并且通過由控制單元19根據(jù)來自主機(jī)設(shè)備14的指令接通和斷開開關(guān)能夠使限流操作在充電期間開始/中止的配置。限流電路21至少與充電開關(guān)18并聯(lián)連接。圖1示出了限流電路21并聯(lián)連接到串聯(lián)連接的放電開關(guān)17和充電開關(guān)18的配置的示例。
[0044]控制單元19根據(jù)主機(jī)設(shè)備14的指令來控制電池檢測(cè)單元16、電流檢測(cè)單元20、放電開關(guān)17、充電開關(guān)18和限流電路21的操作?？刂茊卧?9在例如蓄電池塊11要放電時(shí)接通放電開關(guān)17，并且在蓄電池塊11要充電時(shí)接通充電開關(guān)18。此外，控制單元19根據(jù)主機(jī)設(shè)備14的指令向主機(jī)設(shè)備14報(bào)告在電池檢測(cè)單元16中測(cè)量的每一個(gè)蓄電池10的端電壓和蓄電池組15的端電壓?？梢酝ㄟ^將每一個(gè)蓄電池10的端電壓相加來得到蓄電池組15的端電壓。此外，控制單元19根據(jù)來自主機(jī)設(shè)備14的指令向主機(jī)設(shè)備14報(bào)告在電流檢測(cè)單元20中測(cè)量的放電電流或充電電流?？梢酝ㄟ^已知的IC(集成電路)來實(shí)現(xiàn)電池檢測(cè)單元16、電流檢測(cè)單元20和控制單元19以監(jiān)控(保護(hù))具有上述功能的蓄電池。
[0045]主機(jī)設(shè)備14通過與在蓄電池組15中提供的控制單元19進(jìn)行通信來控制電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體操作?？梢酝ㄟ^已知的信息處理設(shè)備(計(jì)算機(jī)或用于信息處理的IC)來實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)備14的功能，其中，已知的信息處理設(shè)備配備有例如CPU、存儲(chǔ)器和各種類型的邏輯電路，在該情況下，主機(jī)設(shè)備14的功能可以實(shí)現(xiàn)為要通過根據(jù)已經(jīng)記錄在記錄介質(zhì)(未示出)上的程序執(zhí)行處理所述的本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。記錄介質(zhì)可以是諸如磁盤、光盤或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的已知介質(zhì)。
[0046]圖1示出了電力存儲(chǔ)系統(tǒng)配備有兩個(gè)蓄電池組15的配置的示例，其中每一個(gè)電池組15配備有兩個(gè)蓄電池塊11，但是電力存儲(chǔ)系統(tǒng)也可以配備有三個(gè)或更多個(gè)蓄電池組15，并且每一個(gè)蓄電池組15可以配備有一個(gè)或多個(gè)三個(gè)或更多個(gè)蓄電池塊11。每一個(gè)蓄電池組15和蓄電池塊11可以具有相同的配置，或者可以具有不同的配置。
[0047]圖2是示出了圖1中所示的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的操作的示例的電路圖。
[0048]圖2示出了當(dāng)要充電的蓄電池組15從端電壓較高的蓄電池組15 (高壓組15b)切換到端電壓較低的另一蓄電池組15 (低壓組15a)時(shí)流向低壓組15a和高壓組15b的充電電流的狀態(tài)。圖2僅示出了兩個(gè)蓄電池組(低壓組15a和高壓組15b)的放電開關(guān)17、充電開關(guān)18和限流電路21。在這里假設(shè)在切換正在充電的蓄電池組15之前低壓組15a的放電開關(guān)17和充電開關(guān)18均斷開。
[0049]在本示例性實(shí)施例的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，當(dāng)例如要充電的蓄電池組15從高壓組15b切換到低壓組15a并且給該低壓組15a充電時(shí)，主機(jī)設(shè)備14首先接通低壓組15a的限流電路21。此時(shí)，通過與放電開關(guān)17和充電開關(guān)18并聯(lián)連接的限流電路21形成用于給低壓組15a中的蓄電池塊11充電的路徑(圖2中充電電流(I1)流過的路徑)。因?yàn)槿缜八龅母邏航M15b中的端電壓高于低壓組15a中的端電壓，因此當(dāng)端電壓之差處于特定電平時(shí)，不僅從電流源而且從高壓組15b向低壓組15a提供充電電流。然而，限流電路21將流向低壓組15a的充電電流控制為小于或等于固定值。
[0050]主機(jī)設(shè)備14接下來斷開高壓組15b的放電開關(guān)17。此時(shí)，高壓組15b中的充電電流(圖2中的I2)流經(jīng)在高壓組15b的放電開關(guān)(MOSFET) 17中提供的寄生二極管。此外，由于充電電流(圖2中的I1)也正在流向低壓組15a，因此正在從電源提供的充電電流分散到低壓組15a和高壓組15b。因此，大充電電流不會(huì)流向在高壓組15b的放電開關(guān)(MOSFET) 17中提供的寄生二極管。因此，高壓組15b的放電開關(guān)(MOSFET) 17不會(huì)引起異常發(fā)熱。
[0051]接下來，主機(jī)設(shè)備14接通低壓組15a的充電開關(guān)18并且斷開高壓組15b的充電開關(guān)18。此時(shí)，也可以在低壓組15a中接通放電開關(guān)17。在圖2中所示的配置中，從防止放電開關(guān)17的異常發(fā)熱的角度來看，優(yōu)選另外接通低壓組15a的放電開關(guān)17。主機(jī)設(shè)備14接下來斷開低壓組15a的限流電路21以停止限流電路21的限流操作。在該階段，要充電的蓄電池組15從高壓組15b切換到低壓組15a，然后，充電電流(圖2中的I3)流經(jīng)低壓組15a的充電開關(guān)18(圖2中所示的配置中的充電開關(guān)18和放電開關(guān)17)。
[0052]根據(jù)本示例性實(shí)施例，在將流向具有較低的端電壓的蓄電池組15(低壓組15a)的充電電流限制為小于或等于固定值的同時(shí)開始充電，相繼斷開具有較高的端電壓的蓄電池組15 (高壓組15b)的放電開關(guān)17和充電開關(guān)18，并且接通低壓組15a的充電開關(guān)18，然后停止低壓組15a的限流電路21的限流操作，由此無需在切換作為充電對(duì)象的蓄電池組15時(shí)停止電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電操作。因此，不存在對(duì)由PV系統(tǒng)或風(fēng)力產(chǎn)生的電力的浪費(fèi)。此夕卜，在切換作為充電對(duì)象的蓄電池組15時(shí)將低壓組15a的充電電流限制為不大于固定值防止了過多的充電電流從高壓組15b流向低壓組15a或者用作放電開關(guān)17的MOSFET的異常發(fā)熱。因此，可以在無需停止充電操作的情況下安全地切換要充電的蓄電池組15。
[0053]圖3是示出了圖1中所示的主機(jī)設(shè)備的處理過程的示例的流程圖。
[0054]圖1和圖2示出了電力存儲(chǔ)系統(tǒng)配備有兩個(gè)蓄電池組15的配置的示例，圖3示出了當(dāng)電力存儲(chǔ)系統(tǒng)配備有三個(gè)或更多個(gè)蓄電池組15時(shí)的操作的示例。此外，圖3示出了通過增加要充電的蓄電池組15的數(shù)量引起當(dāng)蓄電池組15的充電電流低于可以從諸如PV系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)等的電源提供的電流時(shí)不浪費(fèi)在電源處產(chǎn)生的電力的操作的處理的示例。
[0055]如圖3中所示，在未正在給蓄電池組15充電或放電的狀態(tài)下，主機(jī)設(shè)備14使得控制單元19使例如電池檢測(cè)單元16測(cè)量蓄電池組15的端電壓(組電壓)并且報(bào)告組電壓(步驟101)。
[0056]接下來，主機(jī)設(shè)備14基于由每一個(gè)蓄電池組15報(bào)告的端電壓(組電壓)，找到每一個(gè)蓄電池組15的殘余容量(組容量)(步驟102)，并且檢測(cè)具有最低殘余容量的蓄電池組15，S卩，端電壓最低的蓄電池組(最低電壓組)15(步驟103)。例如，可以通過提前準(zhǔn)備示出了蓄電池組15的端電壓與殘余容量之間的關(guān)系的表格然后通過參照該表格基于端電壓的測(cè)量值找到殘余容量來找到蓄電池組15的殘余容量。
[0057]接下來，主機(jī)設(shè)備14開始給在步驟S103中檢測(cè)的最低電壓組充電(步驟105)。
[0058]然后，主機(jī)設(shè)備14通過控制單元19使用電流檢測(cè)單元20測(cè)量正在充電的蓄電池組15的充電電流(步驟106)并且報(bào)告電流值。
[0059]主機(jī)設(shè)備14將正在充電的蓄電池組15報(bào)告的充電電流的值與可以從電源提供的可供應(yīng)電流的值進(jìn)行比較(步驟107)。應(yīng)當(dāng)例如由在PV系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)中提供的PCS(電力調(diào)節(jié)系統(tǒng))報(bào)告電源的可供應(yīng)電流的值。
[0060]當(dāng)充電電流的值低于可供應(yīng)電流的值時(shí)，主機(jī)設(shè)備14檢測(cè)具有次低的端電壓的蓄電池組(最低電壓組)15 (步驟108)，并且開始給蓄電池組15充電(步驟109)。
[0061]主機(jī)設(shè)備14再次將由正在充電的每一個(gè)蓄電池組15報(bào)告的充電電流的值(總值)與可供應(yīng)電流的值進(jìn)行比較(步驟110)，并且如果充電電流的值(總值)低于可供應(yīng)電流的值，則返回步驟108以進(jìn)一步添加具有次低的端電壓的蓄電池組15并且給該蓄電池組15充電。
[0062]如果在步驟107和步驟110中充電電流的值(總值)等于或大于可供應(yīng)電流的值，則主機(jī)設(shè)備14在監(jiān)控正在充電的蓄電池組15的端電壓的測(cè)量值(步驟111)同時(shí)給蓄電池組15充電，直到端電壓的值等于提前設(shè)置的規(guī)定電壓為止(步驟112)。規(guī)定電壓是使給蓄電池組15充電的操作停止的端電壓，并且可以被設(shè)置為任意值，只要該任意值小于或等于蓄電池組15被充滿電的端電壓。
[0063]當(dāng)正在充電的蓄電池組15的端電壓達(dá)到規(guī)定電壓時(shí)，主機(jī)設(shè)備14檢測(cè)端電壓最低的蓄電池組15(步驟113)并且開始切換作為充電對(duì)象的蓄電池組15的過程。
[0064]在切換蓄電池組15時(shí)，主機(jī)設(shè)備14使用限流電路21以在將充電電流限制為小于或等于固定值的同時(shí)開始給端電壓最低的蓄電池組15(在下文中稱作“新電池組”)充電(步驟115)。主機(jī)設(shè)備14接下來斷開正在充電且到目前為止正在充電的蓄電池組15 (在下文中稱作“舊電池組”)的放電開關(guān)17(步驟116)。主機(jī)設(shè)備14還接通新電池組的充電開關(guān)18 (步驟117)然后斷開新電池組的限流電路21以停止限流操作(步驟118)。主機(jī)設(shè)備14接下來返回步驟105并且重復(fù)步驟105至步驟118的過程。
[0065]如果充電電流的值(總值)等于或大于可供應(yīng)電流的值，則主機(jī)設(shè)備14在并行地給多個(gè)蓄電池組15充電的同時(shí)過渡到步驟111之后的過程。
[0066]在上面的解釋中，示出了正在充電的蓄電池組15的充電持續(xù)到這些蓄電池組15的端電壓等于提前設(shè)置的規(guī)定電壓的情況，但是也可以在端電壓達(dá)到規(guī)定電壓之前停止蓄電池組15的充電操作。
[0067]例如，當(dāng)正在以已經(jīng)提前設(shè)置的固定充電電壓給蓄電池組15充電時(shí)，蓄電池組15的充電狀態(tài)可以被劃分為CC(恒流)區(qū)域和CV(恒壓)區(qū)域，其中，在CC區(qū)域中，端電壓充分低于上述充電電壓并且端電壓實(shí)質(zhì)上與經(jīng)過的時(shí)間成正比的上升，并且在CV區(qū)域中，端電壓接近上述充電電壓并且端電壓緩慢地上升并且緩慢地達(dá)到上述充電電壓。
[0068]主機(jī)設(shè)備14監(jiān)控正在充電的蓄電池組15的端電壓，并且可以基于端電壓的值在判斷正在充電的蓄電池組15達(dá)到上述CV區(qū)域時(shí)將要充電的蓄電池組15切換到新電池組。當(dāng)然，即使當(dāng)正在充電的蓄電池組15還未達(dá)到上述CV區(qū)域時(shí)，也可以將要充電的蓄電池組15切換到新電池組。通過以此方式在正在充電的蓄電池組15達(dá)到CV區(qū)域時(shí)將要充電的蓄電池組15切換到新電池組，可以縮短蓄電池組15的充電時(shí)間?？梢匀缟纤龅耐ㄟ^端電壓來確定正在充電的蓄電池組15處于CC區(qū)域還是CV區(qū)域，并且應(yīng)當(dāng)基于由蓄電池組15的制造商或供應(yīng)商設(shè)置的值(端電壓)來判斷是否已經(jīng)達(dá)到CV區(qū)域。
[0069]圖4是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的示例的電路圖。
[0070]圖4中所示的電路是MOSFET用作放電開關(guān)17和充電開關(guān)18并且這些開關(guān)串聯(lián)連接的示例。在限流電路21中使用恒流電路。恒流電路具有包括例如插入到電流流過的路徑中的第一雙極型晶體管和檢測(cè)在第一雙極型晶體管中流動(dòng)的電流并且將該電流控制為不大于固定值的第二雙極型晶體管的配置。在圖4中所示的電路中，可以通過恒流電路將蓄電池塊11的充電電流限制為小于或等于固定值。
[0071]圖5是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。
[0072]圖5中所示的電路是使用MOSFET作為充電開關(guān)18并且使用繼電器作為放電開關(guān)17的示例。與圖4中所示的電路類似，限流電路21由配備有兩個(gè)雙極型晶體管的恒流電路構(gòu)成。圖5中所示的電路也能夠通過恒流電路將蓄電池塊11的充電電流限制為小于或等于固定值。
[0073]圖6是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。
[0074]圖6中所示的電路是放電開關(guān)17和充電開關(guān)18由雙極型晶體管構(gòu)成并且這些晶體管并聯(lián)連接的示例。在圖6中所示的電路中，PNP晶體管用作放電開關(guān)17和充電開關(guān)18，用作放電開關(guān)17的晶體管的發(fā)射極連接到蓄電池的負(fù)電極，并且用作充電開關(guān)18的晶體管的集電極連接到蓄電池的負(fù)電極，以確定放電電流或充電電流的方向。NPN晶體管也可以用于放電開關(guān)17和充電開關(guān)18。在該情況下，用作放電開關(guān)17的晶體管的集電極應(yīng)當(dāng)連接到蓄電池的負(fù)電極，并且用作充電開關(guān)18的晶體管的發(fā)射極應(yīng)當(dāng)連接到蓄電池的負(fù)電極。與圖4中所示的電路類似，限流電路21由配備有兩個(gè)雙極型晶體管的恒流電路構(gòu)成。在圖6中所示的電路中，同樣可以通過恒流電路將蓄電池塊11的充電電流限制為小于或等于固定值。
[0075]圖7是示出了圖1中所示的放電開關(guān)、充電開關(guān)和限流電路的配置的另一示例的電路圖。
[0076]與圖4中所示的電路類似，在圖7中所示的電路中，放電開關(guān)17和充電開關(guān)18由MOSFET構(gòu)成。限流電路21是配備有IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)的配置，該IGBT是高擊穿電壓元件和恒流檢測(cè)電路并且通過恒流電路將流過IGBT的電流限制為不大于固定值。圖7中所示的限流電路21可以應(yīng)用于充電/放電電壓較高的蓄電池組15，并且可以將蓄電池塊11的充電電流限制為小于或等于固定值。
[0077]根據(jù)本示例性實(shí)施例，在通過限流電路21將流向具有較低的端電壓的蓄電池組15的充電電流限制為不大于固定值的同時(shí)切換要充電的蓄電池組15，由此無需在切換時(shí)停止電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的充電操作。因此，不存在對(duì)由例如PV系統(tǒng)或風(fēng)力產(chǎn)生的電力的浪費(fèi)。此外，將充電電流限制為不大于固定值防止了過多充電電流從端電壓較高的蓄電池組15流向端電壓較低的蓄電池組15以及用作放電開關(guān)17的MOSFET的異常發(fā)熱。因此，可以安全地切換要充電的蓄電池組15。
[0078]下面描述本發(fā)明的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的工作示例。
[0079]假設(shè)例如圖1中所示的兩個(gè)蓄電池組15的殘余容量之差是30%并且此時(shí)蓄電池組15中的每一個(gè)的端電壓是4.2V和3.7V。進(jìn)一步假設(shè)蓄電池塊11具有50個(gè)蓄電池10串聯(lián)連接的配置并且使用配備有總共100個(gè)串聯(lián)連接的蓄電池10的蓄電池組15。
[0080]當(dāng)殘余容量之差是30%時(shí)的蓄電池10的電壓差是(4.2V-3.7V) = 0.5V。100個(gè)蓄電池10串聯(lián)連接，因此蓄電池組15的電壓差是0.5X100 = 50V。如果蓄電池組15的規(guī)定阻抗是40m Ω，則兩個(gè)蓄電池組15的直接連接導(dǎo)致在蓄電池組15之間流動(dòng)的1250A的電流。
[0081]另一方面，如果蓄電池組15的容量是30Ah并且最大充電電流是90A(3C)，則必須將在切換要充電的對(duì)象時(shí)在蓄電池組15之間流動(dòng)的充電電流限制為不大于90A。在該情況下，限流電路21應(yīng)當(dāng)采用將電流限制為不大于例如80A的電路。
[0082]進(jìn)一步考慮通過并聯(lián)連接多個(gè)蓄電池組15來實(shí)現(xiàn)操作10KWh的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的情況。假設(shè)每一個(gè)蓄電池組15的端電壓處于400V-600V的量級(jí)。如果在這里假設(shè)每一個(gè)蓄電池組15的端電壓的平均值為370V，則電力存儲(chǔ)系統(tǒng)所需的容量是100KWh/370V =270Ah。因此，假設(shè)每一個(gè)蓄電池組15的容量是30Ah，則電力存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由并聯(lián)連接的九個(gè)(270Ah/30Ah = 9)蓄電池組15構(gòu)成。
[0083]在配備有多個(gè)這種類型的蓄電池組15的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，可以單獨(dú)地拆卸和調(diào)換蓄電池組15，并且可以另外安裝蓄電池組15。
[0084]雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本申請(qǐng)的發(fā)明，但是本申請(qǐng)的發(fā)明不限于上述示例性實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，可以本申請(qǐng)的發(fā)明的范圍內(nèi)對(duì)本申請(qǐng)的發(fā)明的配置和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種修改。
[0085]本申請(qǐng)要求于2012年I月30日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2012-016352的優(yōu)先權(quán)，并且通過引用的方式并入了該申請(qǐng)的所有公開內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括: 多個(gè)蓄電池組，每一個(gè)蓄電池組配備有蓄電池、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流的充電開關(guān)、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流的放電開關(guān)、以及并聯(lián)連接到所述充電開關(guān)并將所述充電電流限制為小于或等于固定值的限流電路；以及 主機(jī)設(shè)備，所述主機(jī)設(shè)備在將要充電的蓄電池組從第一蓄電池組切換到端電壓低于所述第一蓄電池組的端電壓的第二蓄電池組時(shí)，通過使所述第二蓄電池組的所述限流電路進(jìn)行操作來形成用于給在所述第二蓄電池組中設(shè)置的蓄電池充電的充電電流流過的路徑，在通過所述限流電路將所述充電電流限制為小于或等于所述固定值的同時(shí)開始給所述第二蓄電池組充電，并斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備: 在斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)之后，接通所述第二蓄電池組的所述充電開關(guān)，斷開所述第一蓄電池組的所述充電開關(guān)，然后停止所述第二蓄電池組的所述限流電路的限流操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中，所述主機(jī)設(shè)備: 在所述第一蓄電池組的充電狀態(tài)達(dá)到CV區(qū)域時(shí)，將要充電的所述蓄電池組從所述第一蓄電池組切換到 所述第二蓄電池組。
4.一種控制蓄電池組以控制多個(gè)蓄電池組的充電操作的方法，每一個(gè)蓄電池組配備有蓄電池、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流的充電開關(guān)、導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流的放電開關(guān)、以及并聯(lián)連接到所述充電開關(guān)并將所述充電電流限制為小于或等于固定值的限流電路；其中，信息處理設(shè)備: 在將要充電的蓄電池組從第一蓄電池組切換到端電壓低于所述第一蓄電池組的端電壓的第二蓄電池組時(shí)，通過使所述第二蓄電池組的所述限流電路進(jìn)行操作來形成用于給在所述第二蓄電池組中設(shè)置的蓄電池充電的充電電流流過的路徑，在通過所述限流電路將所述充電電流限制為小于或等于所述固定值的同時(shí)開始給所述第二蓄電池組充電，并斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蓄電池組控制方法，其中，所述信息處理設(shè)備: 在斷開所述第一蓄電池組的所述放電開關(guān)之后，接通所述第二蓄電池組的所述充電開關(guān)，斷開所述第一蓄電池組的所述充電開關(guān)，然后停止所述第二蓄電池組的所述限流電路的限流操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的蓄電池組控制方法，其中，所述信息處理設(shè)備: 在所述第一蓄電池組的充電狀態(tài)達(dá)到CV區(qū)域時(shí)，將要充電的所述蓄電池組從所述第一蓄電池組切換到所述第二蓄電池組。
7.一種蓄電池組，包括: 蓄電池； 充電開關(guān)，所述充電開關(guān)導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的充電路徑的充電電流； 放電開關(guān)，所述放電開關(guān)導(dǎo)通和切斷流過所述蓄電池的放電路徑的放電電流； 限流電路，所述限流電路與所述充電開關(guān)并聯(lián)連接并將所述充電電流限制為小于或等于固定值；以及控制單元，所述控制單元根據(jù)來自外部的指令來控制所述充電開關(guān)、所述放電開關(guān)和所述限流電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄電池組，其中，所述限流電路是恒流電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蓄電池組，其中，所述恒流電路包含IGBT。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所述的蓄電池組，其中，所述充電開關(guān)和所述放電開關(guān)是MOS晶體管，并且所述晶體管串聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所述的蓄電池組，其中，所述充電開關(guān)和所述放電開關(guān)是雙極型晶體管，并且所述雙極型晶體管并聯(lián)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要 求7至9中任意一項(xiàng)所述的蓄電池組，其中，所述放電開關(guān)是繼電器。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK104054232SQ201280066930
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月30日
【發(fā)明者】鈴木伸 申請(qǐng)人:Nec能源元器件株式會(huì)社