專利名稱：二次電池組連接控制方法、電力存儲系統(tǒng)和二次電池組的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及ー種具有多個二次電池組的電カ存儲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)境問題在近年來越來越重要，正在調(diào)查研究用于在存儲由PV (光伏)發(fā)電獲得的過剩電力的電カ存儲系統(tǒng)中的電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)中使用的鋰離子二次電池的使用。此外，鋰離子二次電池還作為對抗由鉛蓄電池引起的類型的環(huán)境問題的有效對策而受:到關注。這種類型的電カ存儲系統(tǒng)包括以下配置其中，并行布置由二次電池組成的多個二次電池組。然而，當并行布置該多個二次電池組時，存在將流動以對二次電池充電的高電流的可能，從而導致事故。由此，通過將每個二次電池組與負載相連接或者通過將每個二次電池組從負載斷開來采取措施，以便處理由二次電池組之間的電壓差生成的電流以及由于該二次電池組配置中電流的流動而生成的熱量(參見專利文獻I)。專利文獻I中描述的電カ存儲系統(tǒng)被提供有并行布置的多個存儲元件行，并在存儲元件行的電壓差處于值的預定范圍內(nèi)的條件下執(zhí)行將存儲元件行連接至負載的操作，從而可以防止由電壓差引起的過電流或異常熱量?，F(xiàn)有技術(shù)的文獻資料 專利文獻
專利文獻1:日本待審專利申請公開No. 2009-033936。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
然而，在專利文獻I中描述的電カ存儲系統(tǒng)中，由于存儲元件行無法連接至負載，除非存儲元件行的電壓差處于值的預定范圍內(nèi)，因此用于控制二次電池組之間的電連接的操作被限制，并且因此該系統(tǒng)的靈活操作是不可能的。例如，如果與負載相連接且被引起放電的存儲元件行的容量將減少，則將變得難以執(zhí)行切換至其容量更大的另一存儲元件行的操作。本發(fā)明的目的是提供一種技術(shù)，其提高與在具有并行連接多個二次電池組的配置的電カ存儲系統(tǒng)中將二次電池組相連接有關的操作的自由度。解決問題的手段
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的二次電池組連接控制方法是ー種用于控制二次電池組電連接以便控制被提供有多個二次電池組的電カ存儲系統(tǒng)中的二次電池的輸入端子和輸出端子的方法，所述方法包括以下步驟
在控制來自要被新連接的第一二次電池組的電流的同時開始放電；以及
關斷要被斷開的具有比所述第一二次電池組更低的電壓的第二二次電池組的充電路徑。
本發(fā)明的電カ存儲系統(tǒng)包括多個二次電池組，所述多個二次電池組中的每ー個都具有二次電池；充電開關裝置，其接通和關斷去往所述二次電池的充電路徑；放電開關裝置，其接通和關斷來自所述二次電池的放電路徑；以及電流限制裝置，其在將電流限制至固定值或更低的同時使所述二次電池放電；主機設備，在將與系統(tǒng)的輸入/輸出端子相連接的二次電池組從第二二次電池組切換至電壓比在所述第二二次電池組中更高的第一ニ次電池組時，所述主機設備在以下狀態(tài)下使所述第二二次電池組的充電開關裝置關斷充電路徑，在所述狀態(tài)中，所述第一二次電池組的電流限制裝置將在限制電流的流動的同時使放電操作開始。本發(fā)明的二次電池組包括 二次電池；
充電開關裝置，其接通和關斷去往所述二次電池的充電路徑；
放電開關裝置，其接通和關斷來自所述二次電池的放電路徑；
電流限制裝置，其在將電流限制至固定值或更低的同時使所述二次電池放電；以及控制單元，其根據(jù)所給出的指令，控制所述充電開關裝置、所述放電開關裝置和所述電流限制裝置。
圖1是示出了根據(jù)本示例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的配置的框圖。圖2是用于描述在將與負載相連接的二次電池組從電壓為低的二次電池組15切換至電壓為高的二次電池組15時本示例性實施例中的電カ存儲系統(tǒng)的操作的視圖。圖3是示出了根據(jù)本示例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的操作的流程圖。圖4是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的示例的電路圖。圖5是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的另ー示例的電路圖。圖6是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的另ー示例的電路圖。圖7是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的示例的電路圖。
具體實施例方式接下來參照附圖來描述執(zhí)行本發(fā)明的實施例。圖1是示出了根據(jù)本示例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的配置的框圖。參照圖1，該電カ存儲系統(tǒng)具有兩個二次電池組15以及對這些二次電池組15進行控制的主機系統(tǒng)14。這兩個二次電池組15是相同的。此外，盡管示出了在其中存在兩個二次電池組15的示例，但是還可以存在三個或更多個二次電池組。兩個二次電池組15是并行布置的，并連接至負載(未示出)?？梢栽诙坞姵亟M15與負載之間提供電カ調(diào)節(jié)器。二次電池組15具有兩個二次電池塊11和控制塊12。該二次電池塊11具有多個二次電池串行連接的配置?？刂茐K12具有兩個電池檢測器16、控制單元19、絕緣通信單元13、放電開關17、充電開關18、電流檢測器20和恒定電流電路21?？刂茊卧?9基于從主機系統(tǒng)14給出的指令來控制電池檢測器16、充電開關18、放電開關17和恒定電流電路21。兩個電池檢測器16檢測兩個二次電池塊11的每個二次電池10的兩端電壓。絕緣通信単元13是用于通過控制単元19與主機系統(tǒng)14通信的通信電路。放電開關17是通過來自控制單元19的控制接通和關斷放電路徑的開關。充電開關18是通過來自控制單元19的控制接通和關斷充電路徑的開關。電流檢測器20測量二次電池組15的放電電流或充電電流。恒定電流電路21是在通過來自控制單元19的控制將放電電流限制至固定值或更小的同時使二次電池組15放電的電路。主機系統(tǒng)14控制二次電池組15到負載的連接。例如，當主機系統(tǒng)14從容量已下降且電壓為低的其他二次電池組15切換至與負載相連接且電壓較高的二次電池組15吋，主機系統(tǒng)14在將電流限制至不大于固定值的同時使要新連接的二次電池組15開始放電。此時，接通新二次電池組15中的恒定電流電路21。接下來，主機系統(tǒng)14使要從負載斷開的二次電池組15關斷充電路徑。在要從負載斷開的二次電池組15中，充電開關18關斷充電路徑。此時，與關斷電壓為低的二次電池組15的充電路徑同時,主機系統(tǒng)14還接通電壓為高的二次電池組15的放電路徑，并且然后,主機系統(tǒng)14關斷電壓為低的二次電池組15的放電路徑。圖2是用于描述在將與負載相連接的二次電池組從電壓為低的二次電池組15切換至電壓為高的二次電池組15時本示例性實施例中的電カ存儲系統(tǒng)的操作的視圖。圖2示出了兩個二次電池組15 (低電壓組15a和高電壓組15b)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的部分。當從低電壓組15a切換至高電壓組15b時，高電壓組15b的恒定電流電路21在限制電流的流動的同時首先開始放電。此時，將來自低電壓組15a的放電電流(I2)和來自高電壓組15b的電流受限的放電電流(I1)進行組合的電流(I3)流向負載。如果低電壓組15a和高電壓組15b的電壓差很大，則來自高電壓組15b的放電電流I1流向低電壓組15a，作為充電電流14。然而，來自高電壓組15b的放電電流I1是在安全區(qū)中被控制的，并且比預定值更大的充電電流I4將不會從高電壓組15b流向低電壓組15a。在該狀態(tài)下在低電壓組15a的充電開關18關斷充電路徑的同時，高電壓組15b的放電開關17接通放電路徑。接下來，低電壓組15a的放電開關17關斷放電路徑，并使高電壓組15b的恒定電流電路21停止放電。根據(jù)如上所述的本示例性實施例，放電從電壓為高且在控制電流的同時新連接至負載的二次電池組15開始，并且關斷電壓為低且要從負載斷開的二次電池組15的充電路徑，從而甚至當在二次電池組15之間存在電壓差時，也可以防止過載電流或異常熱量，并且與二次電池組15的連接相關的操作的自由度得以改迸。圖3是示出了根據(jù)本示例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的操作的流程圖。盡管圖1和圖2示出了存在兩個二次電池組15的示例，但是圖3示出了存在三個或更多個二次電池組15的電池操作的示例。更具體地，當正在放電的二次電池組15的放電電流超過對正在放電的二次電池組15來說允許的最大放電電流時，添加正在放電的ニ次電池組15并執(zhí)行將每個二次電池組15的放電電流限制至最大放電電流或更小的過程。參照圖3，在沒有ー個二次電池組15正在放電的狀態(tài)中，控制單元19使用電池檢測器16來測量每個二次電池組15的兩端處的電壓并將電壓報告給主機系統(tǒng)14，并且主機系統(tǒng)14基于所報告的電壓來得到每個二次電池組15的容量，并選擇電壓最大(即，容量最大)的二次電池組15 (步驟101-104)。例如，預先準備示出二次電池組15的電壓和容量之間的關系的表，并且通過查閱該表，從兩端處的電壓可以獲得二次電池組的容量。然后，電壓最大的二次電池組15的放電開始(步驟105)?？刂茊卧?9使用電流檢測器20來測量正在執(zhí)行放電的二次電池組15放電時的電流(步驟106)，并報告給主機系統(tǒng)14。主機系統(tǒng)14將所報告的電流的值與二次電池組15的最大放電電流進行比較(步驟107)?！と绻鶊蟾娴碾娏髦荡笥谧畲蠓烹婋娏?，則主機系統(tǒng)14選擇電壓次最大的二次電池組15 (步驟108)，并使放電開始(步驟109)。主機系統(tǒng)14再次將正在放電的二次電池組15的電流的值與最大放電電流進行比較(步驟110)，并且，如果電流的值大于最大放電電流，則主機系統(tǒng)14返回至步驟108，并使具有次最高電壓的二次電池組15也放電。在步驟107中，如果電流值等于或小于最大放電電流，則主機系統(tǒng)14在測量放電時的電壓(步驟111)的同時，使二次電池組15放電直到電壓值減小至所規(guī)定的電壓為止(步驟112)。所規(guī)定的電壓是確定在容量減小的什么水平時切換二次電池組的值，并且，可以自由地設置該值。當正在放電的二次電池組15的電壓減小直到所規(guī)定的電壓時，主機系統(tǒng)14選擇電壓最大(即，容量最大)的二次電池組15，并開始切換要開始放電的二次電池組15的過程(步驟 113-114)。主機系統(tǒng)14使電壓最大的二次電池組15 (以下稱為“新電池組”)開始通過恒定電流電路21放電(步驟115)。接下來，主機系統(tǒng)14關斷正在放電且已放電至該點的二次電池組15 (以下稱為“舊電池組”)的充電開關18 (步驟116)。主機系統(tǒng)14還使新電池組的放電開關17接通并開始正常放電(步驟117)，并使通過恒定電流電路21的放電停止(步驟118)。然后，主機系統(tǒng)14返回至步驟105，并繼續(xù)該過程。如果在步驟110中電流的值降至最大放電電流或以下，則主機系統(tǒng)14在使多個ニ次電池組15并行放電的同時執(zhí)行步驟111之后的過程。圖4是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的示例的電路圖。參照圖4，放電開關17和充電開關18由MOS晶體管組成，并且恒定電流電路21由雙極性電流鏡像電路組成。該電路配置允許通過電流鏡像電路將放電電流限制至不大于固定值。圖5是示出了根據(jù)本示例性實施例的電カ存儲器的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的另一不例的電路圖。參照圖5,充電開關18由MOS晶體管組成，放電開關17由繼電器電路組成，并且恒定電流電路21由雙極性電流鏡像電路組成。該電路配置允許通過電流鏡像電路將放電電流限制至不大于固定值。圖6是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的另一不例的電路圖。參照圖6,放電開關17和充電開關18由雙極性晶體管組成，并且恒定電流電路21由雙極性電流鏡像電路組成。該電路配置允許通過電流鏡像電路將放電電流限制至不大于固定值。圖7是不出了根據(jù)本不例性實施例的電カ存儲系統(tǒng)的放電開關17、充電開關18和恒定電流電路21的實際電路的示例的電路圖。參照圖7，放電開關17和充電開關18由MOS晶體管組成，并且恒定電流電路21由作為高耐受元件的IGBT (絕緣柵雙極晶體管)組成。甚至當使用高電壓二次電池組吋，該電路配置也實現(xiàn)根據(jù)本示例性實施例的二次電池組的切換。如上所述，通過利用恒定電流電路限制切換時的電流，本示例性實施例實現(xiàn)了ニ次電池組的安全切換，并允許交替使用兩個二次電池組或者按順序使用三個或更多個二次電池組。本示例性實施例還實現(xiàn)了高容量、高輸出且便宜的二次電池(例如，用在例如EV 中的鋰離子二次電池)的安全切換和使用。接下來描述由本示例性實施例實現(xiàn)的實際工作示例。作為示例，將假定本示例性實施例的兩個二次電池組15的容量的差別是30%，并且ー個二次電池10的電壓是4. 2 V，并且此時另一二次電池10是3. 7 V。還將假定串行連接地使用100個二次電池10。在這種情況下，容量的差別為30%時的二次電池10的電壓差是(4. 2 V - 3. 7 V) =0. 5V。ー百個二次電池10串行連接，并且因此，二次電池組15的電壓差是0.5 V X 100 = 50 V。當二次電池組15的所規(guī)定的電阻值是40 mQ時，在二次電池組15之間流動的電流是1250 A0另ー方面，如果假定利用30-Ah容量對二次電池組15進行充電時的最大電流為90A 3C，那么必須將在切換時在二次電池組15之間流動的充電電流限制至90 A或更小。由此，恒定電流電路21應當被配置為將電流限制至例如80 A或更小?？商鎿Q地，考慮以下情況其中，通過并行連接二次電池組15來實現(xiàn)30-Ah二次電池組15的IOO-KWh電カ存儲系統(tǒng)。將400-V — 600-V系統(tǒng)假定為典型電壓。如果將平均電壓假定為370 V，則電カ存儲系統(tǒng)的容量將為100 KWh/370 V = 270 Ah。假定30 Ah容量的二次電池組15，那么電力存儲系統(tǒng)可以由270 Ah/30 Ah = 8行來實現(xiàn)。如果電カ存儲系統(tǒng)由二次電池組15以這種方式并行配置，則可以分別斷開和交換二次電池組15，并且可以增加二次電池組15的數(shù)目。此外，可以通過使計算機執(zhí)行已在記錄介質(zhì)上記錄的軟件程序來實現(xiàn)本示例性實施例中的主機系統(tǒng)14及其操作以及控制単元19及其操作。盡管已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于該示例性實施例。在將對本領域普通技術(shù)人員來說清楚的本發(fā)明的范圍內(nèi)，權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的配置和細節(jié)對各種修改來說是開放的。本申請要求保護基于日本專利申請No. 2010-173463的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，該日本專利申請是在2010年8月2日提交的，并以引用的方式并入了這些申請的全部公開。
權(quán)利要求
1.一種二次電池組連接控制方法，其用于控制被提供有多個二次電池組的電力存儲系統(tǒng)中的二次電池組系統(tǒng)的輸入端子和輸出端子的連接，所述方法包括以下步驟 在控制來自要新連接的第一二次電池組的電流的同時開始放電；以及 關斷要被斷開且電壓比在所述第一二次電池組中更低的第二二次電池組的充電路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池組連接控制方法，其中 在關斷所述第二二次電池組的充電路徑的同時，接通所述第一二次電池組的放電路徑；以及 關斷所述第二二次電池組的放電路徑。
3.一種電力存儲系統(tǒng)，包括 多個二次電池組，所述多個二次電池組中的每一個具有二次電池；充電開關裝置，其接通和關斷去往所述二次電池的充電路徑；放電開關裝置，其接通和關斷來自所述二次電池的放電路徑；以及電流限制裝置，其在將電流限制至固定值或更低的同時，使所述二次電池放電； 主機設備，在從與系統(tǒng)的輸入/輸出端子相連接的二次電池組切換至電壓比在所述第二二次電池組中更高的第一二次電池組時，所述主機設備在以下狀態(tài)下使所述第二二次電池組的充電開關裝置關斷充電路徑，在所述狀態(tài)中，所述第一二次電池組的電流限制裝置將在限制電流的流動的同時使放電操作開始。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電力存儲系統(tǒng)，其中，與使所述第二二次電池組的充電開關裝置關斷充電路徑的同時，所述主機設備使所述第一二次電池組的放電開關裝置接通放電路徑，并且接下來，所述主機設備使所述第二二次電池組的放電裝置關斷放電路徑，并使所述第一二次電池組的所述電流限制裝置停止放電。
5.一種二次電池組，包括 二次電池； 充電開關裝置，其接通和關斷去往所述二次電池的充電路徑； 放電開關裝置，其接通和關斷來自所述二次電池的放電路徑； 電流限制裝置，其在將電流限制至固定值或更低的同時，使所述二次電池放電；以及 控制單元，其根據(jù)所給出的指令，控制所述充電開關裝置、所述放電開關裝置和所述電流限制裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池組，其中，所述電流限制裝置是通過所述放電開關裝置與放電路徑并行連接的恒定電流電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次電池組，其中，所述恒定電流電路是由雙極性晶體管實現(xiàn)的電流鏡像電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次電池組，其中，所述恒定電流電路由IGBT電路組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的二次電池組，其中，所述充電開關裝置和所述放電開關裝置二者均由MOS晶體管組成并且串行連接在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的二次電池組，其中，所述充電開關裝置和所述放電開關裝置二者均由雙極性晶體管組成并且并行連接在一起。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的二次電池組，其中，所述放電開關裝置由繼電器電路組成。
全文摘要
提供了一種具有多個二次電池組以及主機設備的電力存儲系統(tǒng)。所述二次電池組中的每一個具有二次電池；充電開關裝置，其接通和關斷去往所述二次電池的充電路徑；放電開關裝置，其接通和關斷來自所述二次電池的放電路徑；以及電流限制裝置，其在將電流限制至固定值或固定值以下的同時使所述二次電池放電。在將與系統(tǒng)I/O相連接的二次電池組從第二二次電池組切換到具有比所述第二二次電池組更高的電壓的第一二次電池組時，主機設備使所述第二二次電池組中的充電開關裝置關斷充電路徑，與此同時使所述第一二次電池組中的電流限制裝置在限制電流的同時放電。
文檔編號H02J7/00GK103026579SQ201180037989
公開日2013年4月3日 申請日期2011年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者鈴木伸 申請人:Nec 能源元器件株式會社