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CN106469931A - 电池系统 - Google Patents

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CN106469931A
CN106469931A CN201610702237.3A CN201610702237A CN106469931A CN 106469931 A CN106469931 A CN 106469931A CN 201610702237 A CN201610702237 A CN 201610702237A CN 106469931 A CN106469931 A CN 106469931A
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CN
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current
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battery
soc
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崔钟鹿
朴程建
金埈煐
孙铁基
金和洙
朴守浚
金东珞
愈光敏
都铉俊
宋仁燮
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Samsung SDI Co Ltd
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Samsung SDI Co Ltd
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Abstract

一种电池系统包括第一电池组、第二电池组、双向电力转换器和电流控制器。第一电池组包括至少一个第一电池单元。第二电池组与第一电池组并联连接并且包括至少一个第二电池单元。双向电力转换器连接在第一电池组和第二电池组之间。电流控制器基于第一电池组的荷电状态来设置第一电池组的放电电流极限并且控制双向电力转换器以使得第一电池组输出小于或等于放电电流极限的放电电流。

Description

电池系统
相关申请的交叉引用
在此通过引用将2015年8月20日递交的标题为“电池系统”的韩国专利申请10-2015-0117343号全部并入。
技术领域
本文描述的一个或多个实施例涉及电池系统。
背景技术
已开发了各种各样的电池系统。混合型电池系统可对动态负载供电，动态负载例如是其中功率消耗大幅变化的负载。一类混合型电池系统包括高容量电池和高输出电池。当高容量电池向动态负载输出高电流时，高容量电池可不完全使用所有可用容量
发明内容
根据一个或多个实施例，一种电池系统包括：第一电池组，其包括至少一个第一电池单元；第二电池组，其与第一电池组并联连接并且包括至少一个第二电池单元；连接在第一电池组和第二电池组之间的双向电力转换器；以及电流控制器，其基于第一电池组的荷电状态来设置第一电池组的放电电流极限并且控制双向电力转换器以使得第一电池组输出小于或等于放电电流极限的放电电流。至少一个第一电池单元可具有比至少一个第二电池单元大的容量，并且至少一个第二电池单元可具有比至少一个第一电池单元大的最大放电率。
电池系统可包括与负载连接的外部端子，其中，双向电力转换器包括与第二电池组连接的第一端子和与外部端子和第一电池组连接的第二端子，并且将第二电池组中储存的电力输出给负载或者将第一电池组中储存的电力输出给第二电池组。
电池系统可包括与负载连接的外部端子，其中，双向电力转换器包括与第一电池组连接的第一端子和与外部端子和第二电池组连接的第二端子，并且将第一电池组中储存的电力输出给负载和第二电池组的至少一者。
第一电池组可包括第一电池管理器来感测第一电池组的组电压和组电流，并且可基于第一电池组的组电压和组电流来确定第一电池组的SOC，并且可将第一电池组的SOC发送给电流控制器。
第二电池组可包括第二电池管理器来感测第二电池组的组电压和组电流，基于第二电池组的组电压和组电流来确定第二电池组的SOC，并且将第二电池组的SOC发送给电流控制器。
电流控制器可通过控制双向电力转换器的输出电压的电平来调整第一电池组的放电电流。当第一电池组的SOC等于或大于第一参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为与第一电池组的最大放电率相对应的第一电流值，并且第一电池组可向负载或第二电池组的至少一者输出小于或等于第一电流值的电流。
第二电池组可供应负载消耗的电力之中的超出与第一电池组的最大放电率相对应的电力的一部分电力。当第一电池组的SOC小于第二参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为小于第一电流值的第二电流值，负载消耗的电力可从第二电池组供应，并且第一电池组可通过向第二电池组输出小于或等于第二电流值的电流来对第二电池组充电。
当第一电池组的SOC等于或大于第二电流值并且小于第一参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为大于第二电流值并且小于第一电流值的第三电流值。第三电流值可取决于第一电池组的SOC而变化。
当第一电池组的SOC等于或大于第二电流值并且小于第一参考值时，第一电池组和第二电池组可供应负载消耗的电力之中的超出第一电力的一部分电力，并且第一电力可由输出第二电流值的电流的第一电池组供应。
根据一个或多个其他实施例，一种电池系统包括：与负载连接的外部端子；第一电池组，其与外部端子连接并且包括至少一个第一电池单元；第二电池组，其包括至少一个第二电池单元；双向电力转换器，其包括与第二电池组连接的第一端子和与外部端子和第一电池组连接的第二端子，双向电力转换器把第二电池组中储存的电力输出给负载或者把第一电池组中储存的电力输出给第二电池组；以及电流控制器，其基于第一电池组的荷电状态(SOC)设置第一电池组的放电电流极限并且控制双向电力转换器以使得第一电池组输出小于或等于放电电流极限的放电电流。
至少一个第一电池单元可具有比至少一个第二电池单元大的容量，并且至少一个第二电池单元可具有比至少一个第一电池单元大的最大放电率。
当第一电池组的SOC等于或大于第一参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为与第一电池组的最大放电率相对应的第一电流值，并且第二电池组可供应负载消耗的电流之中的超出第一电池组的放电电流极限的一部分电流。
当第一电池组的SOC小于第一参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为小于第一电流值的第二电流值，并且第二电流值可取决于第一电池组的SOC而变化。
当第一电池组的SOC小于比第一参考值小的第二参考值时，电流控制器可将第一电池组的放电电流极限设置为小于第二电流值的第三电流值，负载消耗的电流可从第二电池组供应，并且第一电池组可通过向第二电池组输出小于或等于第一电池组的放电电流极限的放电电流来对第二电池组充电。
附图说明
通过参考附图详细描述示范性实施例，特征对于本领域技术人员将变得清楚，附图中：
图1图示了电池系统的一实施例；
图2图示了电池系统的另一实施例；
图3图示了电池组的一实施例；
图4图示了电池放电特性的示例；
图5图示了用于控制电池系统的方法的一实施例；以及
图6A-图6D图示了根据一个或多个实施例供应的电力的示例。
具体实施方式
现在在下文中将参考附图更充分描述示例实施例；然而，这些实施例可以以不同形式实现，而不应当被解释为限于本文记载的实施例。更确切地说，提供这些实施例是为了使得本公开将会透彻且完整，并且将会把示范性实现方式充分地传达给本领域技术人员。实施例可被组合以形成额外的实施例。
在附图中，为了图示的清晰起见，可能夸大层和区域的尺寸。还要理解，当一层或元件被称为在另一层或基板“上”时，其可直接在另一层或基板上，或者也可存在居间的层。另外，还要理解，当一层被称为在另一层“下”时，其可直接在下，并且也可存在一个或多个居间的层。此外，还要理解，当一层被称为在两层“之间”时，其可以是这两层之间的唯一层，或者也可能存在一个或多个居间层。相似的参考标号始终指代相似的元素。
当一元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可直接连接或耦合到另一元件，或者其可间接连接或耦合到另一元件，并且有一个或多个居间的元件介于其间。此外，当一元件被称为“包括”一组件时，这表明该元件还可包括另外的组件，而不是排除另外的组件，除非有不同的公开。
图1图示了电池系统100的一实施例，该电池系统100包括高容量电池组110、高输出电池组120、双向电力转换单元130、电流控制单元140和外部端子101和102。
高容量电池组110储存电力并且包括至少一个第一电池单元。高容量电池组110可包括与彼此串联连接、与彼此并联连接或者按串联和并联布置与彼此连接的多个第一电池单元。高容量电池组110中的第一电池单元的数目和连接方式可例如根据高容量电池组110的输出电压和电力储存容量来确定。
高输出电池组120与高容量电池组110并联连接并且包括至少一个第二电池单元。高输出电池组120可包括与彼此串联连接、与彼此并联连接或者按串联和并联布置与彼此连接的多个第二电池单元。高输出电池组120中的第二电池单元的数目和连接方式可例如根据高输出电池组120的输出电压和电力储存容量来确定。
高容量电池组110可具有比高输出电池组120更高的容量。高容量电池组110的第一电池单元可具有比高输出电池组120的第二电池单元更高的容量。高容量电池组110和高输出电池组120的容量可例如以Wh或Ah为单位来表达。
高输出电池组120可具有比高容量电池组110更高的最大放电率。高输出电池组120的第二电池单元可具有比高容量电池组110的第一电池单元更高的最大放电率。高容量电池组110和高输出电池组120的最大放电率可例如以C或A为单位来表达。在一个实施例中，高输出电池组120的最大放电率可以是高容量电池组110的最大放电率的10倍或更多倍。例如，高容量电池组110的最大放电率可以是3C并且高输出电池组120的最大放电率可以是50C。
高容量电池组110的第一电池单元和高输出电池组120的第二电池单元可包括二次电池，例如镍镉电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池或锂聚合物电池。在一个实施例中，高容量电池组110的第一电池单元和高输出电池组120的第二电池单元可以是具有不同电极的相同类型的二次电池。例如，高容量电池组110的第一电池单元和高输出电池组120的第二电池单元可以都是具有不同最大放电率的锂离子电池。在另一实施例中，高容量电池组110的第一电池单元可包括二次电池，并且高输出电池组120的第二电池单元可包括超级电容器。(高容量电池组110和高输出电池组120可分别被称为第一电池组和第二电池组)。
负载10可连接到外部端子101和102。来自高容量电池组110和高输出电池组120的电力可被输出到负载10。充电设备可连接到外部端子101和102。来自充电设备的电力可被输出到高容量电池组110和高输出电池组120。
双向电力转换单元130连接在高容量电池组110和高输出电池组120之间以转换电力。如图1中所示，双向电力转换单元130可连接在高容量电池组110和外部端子101之间。双向电力转换单元130可具有连接到高输出电池组120的第一端子P1和连接到外部端子101和高容量电池组110的第二端子P2。双向电力转换单元130可以把高输出电池组120中储存的电力输出到负载10，或者可以把高容量电池组110中储存的电力输出到高输出电池组120。当充电设备被连接到外部端子101和102时，双向电力转换单元130可以把来自充电设备的电力输出到高输出电池组120。双向电力转换单元130也可以把高输出电池组120中储存的电力输出到高容量电池组110。
高输出电池组120可经由双向电力转换单元130被充电或放电。当高输出电池组120正被放电时，双向电力转换单元130的第一端子P1充当输入端子并且其第二端子P2充当输出端子。另一方面，当高输出电池组120正被充电时，双向电力转换单元130的第二端子P2充当输入端子并且其第一端子P1充当输出端子。
双向电力转换单元130可调整高输出电池组120的放电电流或充电电流。随着高输出电池组120的放电电流或充电电流被调整，高容量电池组110的放电电流或充电电流也可被调整。例如，调整双向电力转换单元130的输出电压的电平或者双向电力转换单元130的输出电压与输入电压的比率可使得高容量电池组110的放电或充电电流和高输出电池组120的放电或充电电流被调整。
根据一个示例，高容量电池组110的组电压可与高输出电池组120的组电压(package voltage)基本相同。双向电力转换单元130可通过调整双向电力转换单元130的输出电压的电平来调整高输出电池组120的放电电流或充电电流。例如，当高输出电池组120正被放电并且双向电力转换单元130的输出电压被增大时，高输出电池组120的放电电流增大。增大高输出电池组120的放电电流可导致高容量电池组110的放电电流的减小。
根据另一示例，高容量电池组110的组电压可与高输出电池组120的组电压不同。例如，高容量电池组110的组电压可高于高输出电池组120的组电压。双向电力转换单元130可以是一DC-DC转换器，该DC-DC转换器在高输出电池组120正被放电的同时把高输出电池组120的组电压增大到外部端子101和102之间的放电电压，并且在高输出电池组120正被充电的同时把高输出电池组120的组电压减小到外部端子101和102之间的充电电压。在此情况下，双向电力转换单元130可通过调整双向电力转换单元130的输出电压的电平来调整高输出电池组120的放电电流或充电电流。
例如，高输出电池组120的组电压可高于高容量电池组110的组电压。双向电力转换单元130可以是一DC-DC转换器，该DC-DC转换器在高输出电池组120正被放电的同时把高输出电池组120的组电压减小到外部端子101和102之间的放电电压，并且在高输出电池组120正被充电的同时把高输出电池组120的组电压增大到外部端子101和102之间的充电电压。在此情况下，双向电力转换单元130可通过调整双向电力转换单元130的输出电压的电平来调整高输出电池组120的放电电流或充电电流。
电流控制单元140基于高容量电池组110的荷电状态(state of charge，SOC)设置高容量电池组110的放电电流极限，并且控制双向电力转换单元130以使得高容量电池组110输出小于或等于放电电流极限的放电电流。电流控制单元140控制双向电力转换单元130的电压转换率，例如双向电力转换单元130的输出电压与其输出电压的比率，从而调整高容量电池组110的放电或充电电流和高输出电池组120的放电或充电电流。
在一个实施例中，电流控制单元140可向双向电力转换单元130输出脉冲宽度调制信号。双向电力转换单元130可接收该脉冲宽度调制信号并且基于该脉冲宽度调制信号的占空比增大或减小其输出电压。
例如，当高输出电池组120正被放电时，双向电力转换单元130的电流从第一端子P1流到第二端子P2。双向电力转换单元130的第一端子P1充当输入端子。双向电力转换单元130的第二端子P2充当输出端子。当双向电力转换单元130的输出电压增大时，从高输出电池组120输出的放电电流增大。结果，高容量电池组110的放电电流减小。另一方面，当双向电力转换单元130的输出电压减小时，从高输出电池组120发出的放电电流减小。结果，高容量电池组110的放电电流增大。
以这种方式，可通过调整双向电力转换单元130的输出电压来调整高容量电池组110的放电电流。如果高容量电池组110的放电电流超过放电电流极限，则电流控制单元140可增大双向电力转换单元130的输出电压以减小高容量电池组110的放电电流。
作为另一示例，当高输出电池组120正被充电时，双向电力转换单元130的电流从第二端子P2流到第一端子P1，例如，双向电力转换单元130的第一端子P1充当输出端子。当双向电力转换单元130的输出电压增大时，供应给高输出电池组120的充电电流增大。结果，高容量电池组110的充电电流减小。另一方面，当双向电力转换单元130的输出电压减小时，供应给高输出电池组120的充电电流减小。结果，高容量电池组110的充电电流增大。以这种方式，可通过调整双向电力转换单元130的输出电压来调整高容量电池组110的充电电流。
电流控制单元140可基于高容量电池组110的SOC来设置高容量电池组110的放电电流极限。例如，当高容量电池组110的SOC等于或大于第一参考值时，电流控制单元140可将高容量电池组110的放电电流极限设置为第一电流值。第一参考值可例如是60％。第一参考值可取决于例如高容量电池组110的容量和电气特性而变化。第一电流值可对应于高容量电池组110的最大放电率。例如，当高容量电池组110的容量是100Ah并且其最大放电率是3C时，第一电流值根据最大放电率可以是300A。
在一个实施例中，当高容量电池组110的SOC小于第一参考值并且等于或大于第二参考值时，电流控制单元140可将高容量电池组110的放电电流极限设置为第二电流值。第二参考值可例如是30％。第二电流值可取决于例如高容量电池组110的SOC而变化。例如，当高容量电池组110的SOC是50％时，第二电流值可被设置为与2C的放电率相对应的值。当高容量电池组110的SOC是40％时，第二电流值可被设置为与1.5C的放电率相对应的值，例如设置为150A。当高容量电池组110的SOC是30％时，第二电流值可被设置为与1C的放电率相对应的值，例如设置为100A。
在一个实施例中，当高容量电池组110的SOC小于第二参考值时，电流控制单元140可将高容量电池组110的放电电流极限设置为第三电流值。第三电流值可被设置为与1C的放电率相对应的值，例如设置为100A。在此情况下，负载10消耗的全部电流可从高输出电池组120供应。高容量电池组110可通过向高输出电池组120输出小于或等于第三电流值的电流来对高输出电池组120充电。
电流控制单元140可控制双向电力转换单元130以使得高输出电池组120维持预设的参考SOC，例如50％。当高输出电池组120的SOC小于预设的参考SOC，例如50％时，电流控制单元140可利用高容量电池组110对高输出电池组120充电。此时，高容量电池组110的放电电流可被电流控制单元140限制为小于第三电流值。
图2图示了电池系统100a的另一实施例，该电池系统100a包括高容量电池组110、高输出电池组120、双向电力转换单元130a、电流控制单元140和外部端子101和102。除了双向电力转换单元130a以外，电池系统100a与图1的电池系统100基本相同。
双向电力转换单元130a可连接在高容量电池组110和外部端子101之间。双向电力转换单元130a可具有连接到高容量电池组110的第一端子P1和连接到外部端子101和高输出电池组120的第二端子P2。双向电力转换单元130a可以把高容量电池组110中储存的电力输出到高输出电池组120和负载10的至少一者。当充电设备被连接到了外部端子101和102时，双向电力转换单元130a可以把来自充电设备的电力输出到高容量电池组110。双向电力转换单元130a可以把高输出电池组120中储存的电力输出到高容量电池组110。
高容量电池组110可经由双向电力转换单元130a被充电或放电。当高容量电池组110正被放电时，双向电力转换单元130a的第一端子P1充当输入端子并且双向电力转换单元130a的第二端子P2充当输出端子。另一方面，当高容量电池组110正被充电时，双向电力转换单元130a的第二端子P2充当输入端子并且双向电力转换单元130a的第一端子P1充当输出端子。
双向电力转换单元130a可调整高容量电池组110的放电电流或充电电流。例如，通过调整双向电力转换单元130a的输出电压的电平或者双向电力转换单元130a的输出电压与输入电压的比率，可调整高容量电池组110的放电或充电电流。
当高容量电池组110正被放电时，双向电力转换单元130a的第二端子P2充当输出端子。当第二端子P2的输出电压被增大时，高容量电池组110的放电电流增大，并且高输出电池组120的放电电流减小。
当高容量电池组110的放电电流超过放电电流极限时，电流控制单元140可通过减小双向电力转换单元130a的输出电压来将高容量电池组110的放电电流减小到不大于放电电流极限。
根据另一实施例，一种电池系统可包括连接在高容量电池组110和外部端子101之间的第一双向电力转换单元和连接在高输出电池组120和外部端子101之间的第二双向电力转换单元。电流控制单元140可控制第一和第二双向电力转换单元两者。
图3图示了包括电池210和控制单元220的电池组(battery pack)200的一实施例，该电池210包括至少一个电池单元211。电池组200还可包括充电开关261、放电开关262和在控制单元220的控制下驱动充电开关261和放电开关262的开关驱动单元260。电池组200还可包括感测电池210的电压的电压传感器231、感测电池210的电流的电流传感器232和感测电池210的温度的温度传感器233。
电池组200还可包括SOC计算单元240，该SOC计算单元240基于电池210的一个或多个参数(例如，电压、电流和/或温度)计算电池210的SOC。电池组200还可包括通信单元250，该通信单元250向电流控制单元140发送信息(例如，电池210的SOC和电流)。电池组200可包括组正端子P+和组负端子P-。组正端子P+和组负端子P-可连接到电池系统100和100a的外部端子101和102或者电池系统100和100a的双向电力转换单元130和130a。电池组200的除了电池210以外的所有组件可被称为电池管理单元。
电池单元211可以是可充电二次电池，例如锂离子电池或锂离子聚合物电池。在另一实施例中，电池单元211可以是液态金属电池。可根据电池组200的特性(例如，高容量特性或高输出特性)从各种类型的二次电池中选择电池单元211。在图3中作为示例示出了六个电池单元211。在另一实施例中，电池组200例如根据电池组200的特性可包括多于或少于六个电池单元。电池单元211可与彼此串联连接、与彼此并联连接或者按串联和并联布置与彼此连接。
充电开关261可连接在电池210和组正端子P+之间。当电池210被过充电时，充电开关261可根据控制单元220的控制信号被关断以防止电池210的过充电。放电开关262可连接在电池210和组正端子P+之间。当电池210被过放电时，放电开关262可根据控制单元220的控制信号被关断以防止电池210的过放电。充电开关261和放电开关262可以是MOSFET或继电器。开关驱动单元260根据控制单元220的控制信号接通或关断充电开关261和/或放电开关262。
电压传感器231可与电池单元211并联连接并且进行操作来感测电池单元211的单元电压。电压传感器231可以把感测到的单元电压转换成数字信号，并且这些数字信号可被发送到控制单元220。当电池单元211与彼此串联连接时，控制单元220可通过将电池单元211的单元电压相加来计算组电压。根据另一示例，电压传感器231可直接感测组电压并且将感测到的组电压发送给控制单元220。
电流传感器232可连接在电池210和组负端子P-之间并且进行操作来感测电池210的充电电流和放电电流。电流传感器232可以把感测到的充电电流和感测到的放电电流转换成数字信号，并且这些数字信号可被发送到控制单元220。电流传感器232可以是电流感测电阻器。
温度传感器233可直接附着到电池单元211或者可设在电池单元211附近。温度传感器233感测电池单元211中的一个或多个的温度或者环境温度。温度传感器233可将感测到的温度转换成数字信号并且可将数字信号发送到控制单元220。温度传感器233可以例如是热敏电阻。
SOC计算单元240可基于来自控制单元220的电池210的电压、电流或温度信息中的一个或多个来计算电池210的SOC。根据一示例，SOC计算单元240可基于电压和电流信息确定电池210的开路电压并且可基于开路电压计算电池210的SOC。存储单元可存储与电池210的开路电压和SOC之间的关系相对应的信息。存储单元可被包括在SOC计算单元240中或者连接到SOC计算单元240。根据另一示例，SOC计算单元240可利用预定的方法，例如电流积分方法，来基于电池210的电压和电流信息计算电池210的SOC。
控制单元220可基于来自例如电压传感器231、电流传感器232和/或温度传感器233的信息来控制开关驱动单元162。在一个实施例中，当控制单元220基于来自电压传感器231的电压信息确定电池单元211已被过充电或过放电时，控制单元220可向开关驱动单元260发送控制信号以关断充电开关261或放电开关262。
当控制单元220基于来自电流传感器232的电流信息确定过电流在电池210中流动时，控制单元220可向开关驱动单元260发送控制信号以关断充电开关261或放电开关262。
当控制单元220基于来自温度传感器233的温度信息确定电池210处于高温度时，控制单元220可向开关驱动单元260发送控制信号以关断充电开关261或放电开关262。
当控制单元220确定由SOC计算单元240计算出的电池210的SOC达到了完全充电状态(例如，100％或高于另一预定百分比)时，控制单元220可向开关驱动单元260发送控制信号以关断充电开关261。当控制单元220确定由SOC计算单元240计算出的电池210的SOC已经达到了完全放电状态(例如，0％或低于另一预定百分比)时，控制单元220可向开关驱动单元260发送控制信号以关断放电开关262。
控制单元220可利用通信单元250向电流控制单元220发送关于电池210的信息。例如，通信单元250可将电池210的电压信息、电流信息、温度信息和/或SOC信息发送给电流控制单元220。
电池组200可对应于图1和图2的高容量电池组110或高输出电池组120。高容量电池组110和高输出电池组120的每一者可具有与电池组200相同的结构。
当图1和图2的高容量电池组110具有与电池组200相同的结构时，高容量电池组110的电池管理单元可感测高容量电池组110的组电压和组电流，基于高容量电池组110的组电压和组电流确定高容量电池组110的SOC，并且将高容量电池组110的SOC发送给电流控制单元140。高容量电池组110的电池管理单元可将高容量电池组110的组电压和组电流发送给电流控制单元140。高容量电池组110的电池管理单元可被称为第一电池管理单元。
当图1和图2的高输出电池组120具有与电池组200相同的结构时，高输出电池组120的电池管理单元可感测高输出电池组120的组电压和组电流，基于高输出电池组120的组电压和组电流确定高输出电池组120的SOC，并且将高输出电池组120的SOC发送给电流控制单元140。高输出电池组120的电池管理单元可将高输出电池组120的组电压和组电流发送给电流控制单元140。高输出电池组120的电池管理单元可被称为第二电池管理单元。
图4图示了图1和图2中的高容量电池组110的放电特性的示例。参考图4，示出了当高容量电池组110被以一定的放电率放电时高容量电池组110的电压相对于时间的情况。在此示例中，假定高容量电池组110的最大放电率是3C并且高容量电池组110在时间为0时处于完全充电状态。处于完全充电状态中的高容量电池组110的组电压可与过充电电压Vmax基本相同。
当放电开始时，由于高容量电池组110的电池的内部电阻而发生电压降。高容量电池组110的放电率越高，电压降越大。
当高容量电池组110被以1C的放电率放电时，高容量电池组110的组电压在经过一小时之后达到过放电电压Vmin。
当高容量电池组110被以2C的放电率放电时，高容量电池组110的组电压在经过30分钟之前，例如在经过27分钟之后达到过放电电压Vmin。换言之，高容量电池组110无法使用其全部容量的约10％。
当高容量电池组110被以3C的放电率放电时，高容量电池组110的组电压在经过20分钟之前，例如在经过15分钟之后达到过放电电压Vmin。换言之，高容量电池组110的全部容量的约25％可不被使用。
当高容量电池组110被以高放电率放电时，因为高容量电池组110的组电压由于高容量电池组110的内部电阻引起的电压降而在高容量电池组110的SOC达到过放电状态之前达到过放电电压Vmin，所以可能不会使用高容量电池组110的全部容量。热损耗可能由于高容量电池组110的内部电阻而发生。当高容量电池组110被以高放电率放电时，高容量电池组110的化学反应的效率可降低。
根据各种实施例，当根据高容量电池组110的SOC控制放电率时，可减少高容量电池组110的全部容量中无法被使用的部分。
图5图示了用于控制电池系统的方法的一实施例，该电池系统可以是上述实施例中的任何一者。将论述电池系统100和100a的电流控制单元140的操作。
参考图5，在操作S10中，电流控制单元140从高容量电池组110的电池管理单元接收高容量电池组110的SOC SOC1。
在操作S20中，电流控制单元140将高容量电池组110的SOC SOC1与第一参考值SOCref1相比较。当高容量电池组110的SOC SOC1小于第一参考值SOCref1时，在操作S30中，电流控制单元140将高容量电池组110的SOC SOC1与第二参考值SOCref2相比较。第二参考值SOCref2可被预先设置为小于第一参考值SOCref1。例如，第一参考值SOCref1可以是60％，并且第二参考值SOCref2可以是30％。
当高容量电池组110的SOC SOC1等于或大于第一参考值SOCref1时，在操作S40中，高容量电池组110的放电电流极限DCL可被设置为第一电流值DC1。第一电流值DC1可对应于高容量电池组110的最大放电率。例如，当高容量电池组110的容量是100Ah并且其最大放电率是3C时，第一电流值DC1根据最大放电率可以是300A。高容量电池组110可只输出小于或等于第一电流值DC1的电流。电流可被提供给负载10或者可被提供给高输出电池组120以便对高输出电池组120充电。
负载10可消耗比从高容量电池组110供应的第一电流值DC1的电流更大的电流。在此情况下，高输出电池组120可供应负载10消耗的电流之中的超出第一电流值DC1的一部分电流。例如，高输出电池组120可供应负载10消耗的电力之中的超出与高容量电池组110的最大放电率相对应的电力的部分。由于高输出电池组120的最大放电率较高，所以即使当负载10消耗大电流时，高输出电池组120也能够向负载10供应大量的电流。
当高容量电池组110的SOC SOC1小于第一参考值SOCref1并且等于或大于第二参考值SOCref2时，在操作S50中高容量电池组110的放电电流极限DCL可被设置为第二电流值DC2。第二电流值DC2小于第一电流值DC1并且可被设置为取决于例如高容量电池组110的SOC而变化。例如，当高容量电池组110的SOC是50％时，第二电流值DC2可被设置为200A。当高容量电池组110的SOC是40％时，第二电流值DC2可被设置为150A。
第二电流值DC2可预先根据高容量电池组110的SOC来设置。高容量电池组110可只输出小于或等于第二电流值DC2的电流。电流可被提供给负载10或者可被提供给高输出电池组120以便对高输出电池组120充电。
负载10可消耗比能够从高容量电池组110供应的第二电流值DC2的电流更大的电流。在此情况下，高输出电池组120可供应负载10消耗的电流之中的超出第二电流值DC2的一部分电流。例如，高输出电池组120可供应负载10消耗的电力之中的超出高容量电池组110经由第二电流值DC2的电流能够供应的电力的部分。由于高输出电池组120的最大放电率较高，所以即使当负载10消耗大电流时，高输出电池组120也能够向负载10供应大量的电流。
当高容量电池组110的SOC SOC1小于第二参考值SOCref2时，在操作S60中高容量电池组110的放电电流极限DCL可被设置为第三电流值DC3。第三电流值DC3小于第二电流值DC2。例如，当高容量电池组110的容量是100Ah时，第三电流值DC3根据1C的放电率可为100A。负载10消耗的电力可从高输出电池组120供应。高容量电池组110可向高输出电池组120输出小于或等于第三电流值DC3的电流。可利用该电流对高输出电池组120充电。
根据另一示例，当高容量电池组110的SOC SOC1小于第一参考值SOCref1并且等于或大于第二参考值SOCref2时，高容量电池组110和高输出电池组120可供应负载10消耗的电力之中的超出高容量电池组110经由第三电流值DC3的电流能够供应的电力的部分。在此情况下，高容量电池组110供应的电力与高输出电池组120供应的电力之间的比率可根据高容量电池组110的SOC SOC1来确定。例如，高容量电池组110的SOC SOC1越高，高容量电池组110供应电力的速率就可越高。
根据另一示例，第一参考值SOCref1和第二参考值SOCref2可彼此相等。在此情况下，可省略操作S30和S50。
在操作S70中，电流控制单元140可控制双向电力转换单元130以便根据高容量电池组110的放电电流极限DCL来控制高容量电池组110的放电电流。电流控制单元140可通过调整双向电力转换单元130和130a的输出电压的电平来控制高容量电池组110的放电电流。例如，在图1的电池系统100的情况下，电流控制单元140可通过增大双向电力转换单元130的输出电压的电平来减小高容量电池组110的放电电流。换言之，电流控制单元140可增大双向电力转换单元130的输出电压的电平以便将高容量电池组110的放电电流减小到不大于放电电流极限DCL。
在图2的电池系统100a的情况下，电流控制单元140可通过减小双向电力转换单元130a的输出电压的电平来减小高容量电池组110的放电电流。换言之，电流控制单元140可减小双向电力转换单元130的输出电压的电平以便将高容量电池组110的放电电流减小到不大于放电电流极限DCL。
图6A-6D是图示出根据一实施例的电池系统的高容量电池组和高输出电池组供应的电力的示例的曲线图。
图6A是示出负载10消耗的电流相对于时间的情况的示例的曲线图。负载10可例如是举提产品或者自行移动的设备，例如由电机操作的铲车。当该设备开始移动或举提产品时，会消耗大量的电流。当该设备由惯性移动时，可消耗中等水平的电流。当该设备不移动或者在保持举提的产品时，可消耗少量的电流。根据另一示例，当负载10停止移动时，可通过将动能转换成电能来对电池系统100充电。当负载10将举提的产品放下时，也可通过将势能转换为电能来对电池系统100充电。
图6B-6D示出了与图6A中的负载10的消耗电流相对应地，由高容量电池组110和高输出电池组120供应的电流的示例。图6B是当高容量电池组110的SOC SOC1等于或大于第一参考值SOCref1时的电流曲线图。图6C是当高容量电池组110的SOC SOC1小于第一参考值SOCref1并且等于或大于第二参考值SOCref2时的电流曲线图。图6D是当高容量电池组110的SOC SOC1小于第二参考值SOCref2时的电流曲线图。
图6B-6D中所示的阴影部分指示由高容量电池组110供应的放电电流。超过图6B和图6C的虚线指示的放电电流极限的负载电流由高输出电池组120供应。图6D中的负载电流由高输出电池组120供应。为了易于理解，可假定高容量电池组110和高输出电池组120具有基本相同的组电压。还可假定高输出电池组120的SOC是初始预定的参考SOC，例如50％。
参考图6B，当高容量电池组110的SOC SOC1等于或大于第一参考值SOCref1时，高容量电池组110的放电电流极限DCL被设置为第一电流值DC1。高容量电池组110可输出小于或等于第一电流值DC1的放电电流。
图6B中的参考标号a对应于由高容量电池组110供应给负载10的放电电流。图6B中的参考标号b对应于由高输出电池组120供应给负载10的放电电流。高输出电池组120供应负载电流之中的超出第一电流值DC1的部分(放电电流b)。图6B中的参考标号c对应于由高容量电池组110供应给高输出电池组120的放电电流。高输出电池组120可被设置为维持参考SOC。高容量电池组110可向高输出电池组120供应小于或等于第一电流值DC1的电流以使得高输出电池组120可维持参考SOC。
参考图6C，当高容量电池组110的SOC SOC1小于第一参考值SOCref1并且等于或大于第二参考值SOCref2时，高容量电池组110的放电电流极限DCL被设置为第二电流值DC2。第二电流值DC2小于第一电流值DC1并且可取决于高容量电池组110的SOC而变化。高容量电池组110可输出小于或等于第二电流值DC2的放电电流。
图6C中的参考标号a对应于由高容量电池组110供应给负载10的放电电流。图6C中的参考标号b对应于由高输出电池组120供应给负载10的放电电流。高输出电池组120供应负载电流之中的超出第二电流值DC2的部分(放电电流b)。图6C中的参考标号c对应于由高容量电池组110供应给高输出电池组120的放电电流。高输出电池组120可被设置为维持参考SOC，并且高容量电池组110可向高输出电池组120供应小于或等于第二电流值DC2的电流以使得高输出电池组120可维持参考SOC。
参考图6D，当高容量电池组110的SOC SOC1小于第二参考值SOCref2时，高容量电池组110的放电电流极限DCL被设置为第三电流值DC3。第三电流值DC3可小于第二电流值DC2或者第二电流值DC2的最小值。高容量电池组110可输出小于或等于第三电流值DC3的放电电流。
负载10消耗的电流由高输出电池组120供应。换言之，负载10消耗的全部电流是从高输出电池组120供应的。如图6D的阴影部分中所示，高容量电池组110可利用小于或等于第三电流值DC3的电流对高输出电池组120充电。
根据各种实施例，高容量电池组110在其SOC较高(例如，高于预定值)时被以高放电率放电，而高容量电池组110的放电电流极限在其SOC较低(例如低于该预定值)时被设置。从而，高容量电池组110在其SOC较低时可仅被以低放电率(例如，低于预定值)放电。由于由高容量电池组110的内部电阻引起的电压降相对较小，所以可解决因为高容量电池组110在达到完全放电状态之前达到过放电电压而引起的高容量电池组110的标准容量未能被完全使用的问题。
当高容量电池组110被以高放电率放电时，反应效率减小。然而，当高容量电池组110在高容量电池组110的SOC较低时被以低放电率放电期间，反应效率增大。从而，能够使用在高放电率下没有使用的化学能量。因此，可减少曾无法使用的容量的量。
本文描述的方法、过程和/或操作可由要被计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备执行的代码或指令来执行。计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的那些或者除了本文描述的元素以外的那些。因为详细描述了形成方法(或者计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施例的操作的代码或指令可将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备变换成用于执行本文描述的方法的专用处理器。
本文描述的实施例的控制器、管理电路和其他处理特征可实现在例如可包括硬件、软件或这两者的逻辑中。当至少部分以硬件实现时，控制器、管理电路和其他处理特征可例如是各种集成电路中的任何一种，包括但不限于专用集成电路、现场可编程门阵列、逻辑门的组合、片上系统、微处理器或者另外类型的处理或控制电路。
当至少部分以软件实现时，控制器、管理电路和其他处理特征可包括例如存储器或其他存储设备，用于存储要被例如计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备执行的代码或指令。计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备可以是本文描述的那些或者除了本文描述的元素以外的那些。因为详细描述了形成方法(或者计算机、处理器、微处理器、控制器或其他信号处理设备的操作)的基础的算法，所以用于实现方法实施例的操作的代码或指令可将计算机、处理器、控制器或其他信号处理设备变换成用于执行本文描述的方法的专用处理器。
本文已公开了示例实施例，并且虽然采用了具体术语，但它们只是在宽泛且描述意义上来使用和解释的，而不是用于进行限定的。在一些场合中，正如本领域技术人员在本申请的申请日会清楚的，联系特定实施例描述的特征、特性和/或元素可单独使用或与联系其他实施例描述的特征、特性和/或元素结合使用，除非另有指示。因此，本领域技术人员将会理解，在不脱离如所附权利要求记载的当前实施例的精神和范围的情况下，可进行形式和细节上的各种改变。

Claims (18)

1.一种电池系统，包括：
第一电池组，其包括至少一个第一电池单元；
第二电池组，其与所述第一电池组并联连接并且包括至少一个第二电池单元；
连接在所述第一电池组和所述第二电池组之间的双向电力转换器；以及
电流控制器，其基于所述第一电池组的荷电状态来设置所述第一电池组的放电电流极限并且控制所述双向电力转换器以使得所述第一电池组输出小于或等于所述放电电流极限的放电电流。
2.如权利要求1中所述的电池系统，其中
所述至少一个第一电池单元具有比所述至少一个第二电池单元大的容量，并且
所述至少一个第二电池单元具有比所述至少一个第一电池单元大的最大放电率。
3.如权利要求1中所述的电池系统，还包括：
与负载连接的外部端子，
其中，所述双向电力转换器包括与所述第二电池组连接的第一端子和与所述外部端子和所述第一电池组连接的第二端子，并且将所述第二电池组中储存的电力输出给所述负载或者将所述第一电池组中储存的电力输出给所述第二电池组。
4.如权利要求1中所述的电池系统，还包括：
与负载连接的外部端子，
其中，所述双向电力转换器包括与所述第一电池组连接的第一端子和与所述外部端子和所述第二电池组连接的第二端子，并且将所述第一电池组中储存的电力输出给所述负载和所述第二电池组的至少一者。
5.如权利要求1中所述的电池系统，其中，所述第一电池组包括第一电池管理器，该第一电池管理器用于感测所述第一电池组的组电压和组电流，用于基于所述第一电池组的组电压和组电流确定所述第一电池组的荷电状态(SOC)，以及用于将所述第一电池组的SOC发送给所述电流控制器。
6.如权利要求1中所述的电池系统，其中，所述第二电池组包括第二电池管理器，该第二电池管理器用于感测所述第二电池组的组电压和组电流，用于基于所述第二电池组的组电压和组电流确定所述第二电池组的SOC，以及用于将所述第二电池组的SOC发送给所述电流控制器。
7.如权利要求1中所述的电池系统，其中，所述电流控制器通过控制所述双向电力转换器的输出电压的电平来调整所述第一电池组的放电电流。
8.如权利要求1中所述的电池系统，其中
当所述第一电池组的荷电状态(SOC)等于或大于第一参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为与所述第一电池组的最大放电率相对应的第一电流值，以及
所述第一电池组向负载或所述第二电池组的至少一者输出小于或等于所述第一电流值的电流。
9.如权利要求8中所述的电池系统，其中，所述第二电池组供应所述负载消耗的电力之中的超出与所述第一电池组的最大放电率相对应的电力的一部分电力。
10.如权利要求8中所述的电池系统，其中
当所述第一电池组的SOC小于第二参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为小于所述第一电流值的第二电流值，
所述负载消耗的电力从所述第二电池组供应，以及
所述第一电池组通过向所述第二电池组输出小于或等于所述第二电流值的电流来对所述第二电池组充电。
11.如权利要求10中所述的电池系统，其中：
当所述第一电池组的SOC等于或大于所述第二电流值并且小于所述第一参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为大于所述第二电流值并且小于所述第一电流值的第三电流值。
12.如权利要求11中所述的电池系统，其中，所述第三电流值取决于所述第一电池组的SOC而变化。
13.如权利要求10中所述的电池系统，其中：
当所述第一电池组的SOC等于或大于所述第二电流值并且小于所述第一参考值时，所述第一电池组和所述第二电池组供应所述负载消耗的电力之中的超出第一电力的一部分电力，以及
所述第一电力由输出所述第二电流值的电流的所述第一电池组供应。
14.一种电池系统，包括：
与负载连接的外部端子；
第一电池组，其与所述外部端子连接并且包括至少一个第一电池单元；
第二电池组，其包括至少一个第二电池单元；
双向电力转换器，其包括与所述第二电池组连接的第一端子和与所述外部端子和所述第一电池组连接的第二端子，所述双向电力转换器把所述第二电池组中储存的电力输出给所述负载或者把所述第一电池组中储存的电力输出给所述第二电池组；以及
电流控制器，其基于所述第一电池组的荷电状态(SOC)设置所述第一电池组的放电电流极限并且控制所述双向电力转换器以使得所述第一电池组输出小于或等于所述放电电流极限的放电电流。
15.如权利要求14中所述的电池系统，其中：
所述至少一个第一电池单元具有比所述至少一个第二电池单元大的容量，以及
所述至少一个第二电池单元具有比所述至少一个第一电池单元大的最大放电率。
16.如权利要求14中所述的电池系统，其中：
当所述第一电池组的SOC等于或大于第一参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为与所述第一电池组的最大放电率相对应的第一电流值，以及
所述第二电池组供应所述负载消耗的电流之中的超出所述第一电池组的放电电流极限的一部分电流。
17.如权利要求16中所述的电池系统，其中：
当所述第一电池组的SOC小于所述第一参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为小于所述第一电流值的第二电流值，以及
所述第二电流值取决于所述第一电池组的SOC而变化。
18.如权利要求17中所述的电池系统，其中：
当所述第一电池组的SOC小于比所述第一参考值小的第二参考值时，所述电流控制器将所述第一电池组的放电电流极限设置为小于所述第二电流值的第三电流值，
所述负载消耗的电流从所述第二电池组供应，以及
所述第一电池组通过向所述第二电池组输出小于或等于所述第一电池组的放电电流极限的放电电流来对所述第二电池组充电。
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