电力储存装置、利用其的电力储存系统、以及用于构成电力储存系统的方法

摘要

本发明涉及一种电力储存装置。本发明的电力储存装置包括：壳体，由具有耐久性的材质制成，且形成多个二次电池的安装空间；多个二次电池，容纳于所述壳体，且以串联或者并联的方式相连接；BMS，用于控制所述多个二次电池的充放电和监视它们的电特性值；以及状态设定开关，用于设定所述BMS的状态。根据本发明，通过简单的BMS的设定来容易地构成电力储存系统。此外，当在其中一个电力储存装置中发生故障时，管理人员可以用肉眼容易地识别发生故障的电力储存装置，由此容易地进行维护和维修。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力储存装置、利用该电力储存装置的电力储存 系统、以及利用该电力储存装置的构成电力储存系统的方法，更具体 地，涉及一种可以容易设定主或从状态的电力储存装置、利用该电力 储存装置的电力储存系统、以及构成电力储存系统的方法。

本申请是基于2011年5月31日提交的第10-2011-0051803号韩 国专利申请和2012年5月30日提交的第10-2012-0057215号韩国专 利申请主张优先权，将所述申请的说明书和附图记载的所有内容以引 用的方式全部纳入本申请。

背景技术

作为具有高的产品易用性，且具有高能量密度等电特性的二次电 池，不仅应用在便携式设备中，也普遍应用在通过电驱动源来驱动的 电动汽车（EV，Electric Vehicle）或者混合动力汽车（HEV，Hybrid  Electric Vehicle）等中。这种二次电池具有能够显著地减少矿物燃料 的使用量的一个优点，而且几乎不产生由使用能量而产生的副产品， 因此，二次电池作为亲环境和提高能量效率的替代能源而受到瞩目。

二次电池包括阴极集电体、阳极集电体、隔膜、活性物质、电解 质溶液等，并可以具有通过这些组成成分之间的电化学反应进行充放 电的结构。另一方面，近年来二次电池常常用作能量储存源，对于具 有大容量的电池结构的需求也正在增长，并且普遍使用具有多个二次 电池以串联或者并联等的方式相连接的多模块结构的二次电池组。

所述二次电池组包括组合有多个二次电池单元的二次电池模块、 和组壳（pack case）。除了这种基本结构之外，在二次电池组中进一 步包括BMS（电池管理系统，Battery Management System），该BMS 通过应用一个算法来监视并控制二次电池单元或者二次电池模块的 状态，该算法用于控制到负荷的电力供给、测量诸如电流或者电压等 的电特性值、控制充放电、控制电压均衡性（equalization）、估计 SOC（充电状态，State Of Charge）等。

另一方面，为了满足各种各样的电压和容量的需求条件，将包括 多个如上所述的二次电池组的小容量电力储存单元架以串联或者并 联的方式进行组合，由此构成电力储存系统。

为了操作这种电力储存系统，需要持续地对各个电力储存单元架 的电压、电流、温度、充电状态（SOC）等进行监视。为了对各个电 力储存单元架的状态进行监视并有效地进行控制，设定包括在所述电 力储存单元架的BMS的相互关系，使得包括在所述电力储存单元架 中的BMS中的一个被设定为主BMS，并且将包括在电力储存单元架 中的剩余BMS设定为从BMS。而且，所述主BMS控制所述从BMS， 由此一体地操作和控制电力储存系统。

近年来，随着对智能电网（smart grid）的关注度逐渐增加，为 了构筑智能型电网，对储存闲置电力的大容量电力储存系统的需求也 在增加。为了构筑这种大容量电力储存系统，需要使用多个电力储存 单元架，并且需要与其容量成比例的用于安装和管理的时间和成本。 因此，需要对能够在诸如所述电力储存单元架之类的电力储存装置中 容易设定主BMS和从BMS的技术进行研发。

发明内容

技术问题

本发明为解决所述现有技术中的问题而提出的，其目的在于提供一 种容易进行主或者从的设定的电力储存装置、及利用该电力储存装置的 电力储存系统和构成电力储存系统的方法。

技术方案

为实现所述目的，本发明提供了一种电力储存装置，包括：壳体， 该壳体由具有耐久性的材质制成，并且形成多个二次电池的安装空 间；多个二次电池，所述多个二次电池容纳于所述壳体中，并且以串 联或者并联的方式相连接；电池管理系统（BMS），用于控制所述多 个二次电池的充放电和监视它们的电特性值；以及状态设定开关，用 于设定所述BMS的状态。

在本发明中，所述状态设定开关是用于将所述BMS的状态设定 为主或者从的开关。此时，所述状态设定开关可以是将所述BMS的 状态设定为主或者第n个从的开关。

根据本发明的一个实施方案，所述BMS可以将设定于所述状态 设定开关中的值分配为自身的通信标识符（communication  identifier）。

根据本发明的一个实施方案，所述状态设定开关可以是跳线开关 （jumper switch）或者双列直插式（DIP）开关。

本发明的电力储存装置可以进一步包括：用于设定所述BMS的 组群（group）的组群设定开关。在该情况下，所述BMS将设定于所 述状态设定开关和所述组群设定开关中的值分配为自身的通信标识 符。

根据本发明的实施方案，所述组群设定开关可以是跳线开关或者 DIP开关。

本发明的电力储存装置可以进一步包括电力线（power line）连 接端子和通信线路（communication line）连接端子。

本发明的电力储存装置可以是包括多个电力储存装置的电力储 存系统的组成成分的一部分。

本发明的电力储存系统可进一步包括与连接多个电力储存装置 的电力线的一端相连接的电力反向变流器（power inverter）。

本发明的电力储存系统可进一步包括外部通信线路：该外部通信 线路将在所述电力储存系统中包括将状态设定为主的电力储存装置 连接至外部监视装置。

为实现本发明的目标，提供一种构成电力储存系统的方法，所述方 法为利用包括BMS和设定所述BMS的状态的状态设定开关的电力储存 装置来构成电力储存系统的方法，该方法包括：（a）布置至少两个电力 储存装置的步骤；（b）通过包括在各个电力储存装置中的状态设定开关 来设定包括在相应的各个电力储存装置中的BMS的状态的步骤；以及 （c）连接所述电力储存装置的电力线和通信线路的步骤。

技术效果

根据本发明的一个方面，可以通过简单的BMS的设定来容易地 构成电力储存系统。此外，当在其中一个电力储存装置中发生故障时， 管理人员可以用肉眼容易地识别发生故障的电力储存装置，由此容易 地进行维护和维修。

根据本发明的另一个方面，当将设定于各个BMS的状态信息或 者组群信息用作相应的各个BMS的BMS通信标识符时，无需事先 存储其他的通信标识符或另外执行标志符分配算法，因此电力储存装 置的制作变得简单。

根据本发明的其他另一个方面，无需区分主BMS和从BMS而另 行构成电力储存装置。由此，可以降低电力储存装置的制造成本，并 且可以不用区分主电力储存装置和从电力储存装置而进行电力储存 装置的安装和维护。进而，当电力储存装置发生故障时，容易地进行 装置更换，由此容易地进行电力储存系统的维护和维修。

附图说明

根据下述实施方案的描述并参考附图，本发明的其他目的和方面 将变得更加清楚，本发明并不限于这些附图所记载的内容。

图1是本发明的实施例的二次电池架的立体分解图。

图2是表示同时包括状态设定开关140和组群设定开关150的二 次电池架100的其他实施例的立体图。

图3是可用于状态设定开关或者组群设定开关的一个实施例的 双列直插式（DIP）开关的例示图。

图4是本发明的其中电力储存装置以串联的方式相连接的电力 储存系统的例示图。

图5是本发明的其中电力储存装置以并联的方式相连接的电力 储存系统的例示图。

图6是本发明实施例的构成电力储存系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。在描述本发明 的优选实施方式之前，应理解，在本说明书和权利要求中所使用的术 语或单词不应被解释为限定于通常含义或词典中的含义，发明人可以 基于将其发明以最佳方法进行说明而适当地定义术语的概念的原则， 应该解释为符合本发明的技术构思的宗旨和概念的含义。由此，本说 明书所记载的实施例和附图的结构仅仅是本发明的最优选的一个实 施例，不能代替本发明的所有技术构思，应理解在本发明申请的时候， 可以存在能够代替这些的各种各样的等效方案和变形例。

图1是本发明实施例的二次电池架100的立体分解图。

本发明的电力储存装置可以具有各种各样的容量或者大小。当将 包括多个二次电池模块的二次电池组选作电力储存系统的单元装置 时，所述二次电池组可以是本发明的电力储存装置。此外，当将包括 多个二次电池组的二次电池架选作电力储存系统的单元装置时，所述 二次电池架可以是本发明的电力储存装置。图1所示的二次电池架 100用作相当于电力储存系统的单元装置的电力储存装置，应理解为 仅仅是本发明的一个实施例。

如图1所示，本发明的实施例的二次电池架100包括 二次电池组110、架壳体120、BMS（电池管理系统，Battery  Management System）130、以及状态设定开关140。

所述多个二次电池组110容纳于所述架壳体120，并以串联或者 并联的方式相连接。所述二次电池组110的连接可以根据所要求的输 出电压或者电力容量而进行各种各样的设定。所述二次电池组110包 括一个或多个二次电池单元，对二次电池单元的类型无特别限定。所 述二次电池单元可以由能够进行重复充电的锂离子电池、锂聚合物电 池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等构成。

所述架壳体120由具有耐久性的材质制成，并且形成所述多个二 次电池组110的安装空间。作为一个例子，所述架壳体120由金属制 成。所述架壳体120包括架组121，该架组121由可以限定以多层形 式容纳多个二次电池组110的整个容纳区域的形式构成。并且，所述 架壳体120包括多个框架导轨122，该框架导轨122在所述架组121 以每层一对的方式配置多层而与之结合，使得能够支撑所述二次电池 组110下部的底面。此外，所述架壳体120可以进一步包括壳体罩 123。所述架壳体120仅仅是本发明的二次电池架100的一个实施例， 对所述架壳体120的结构、材质等可以进行各种各样的变更。

所述BMS 130选择性地包括：测量诸如二次电池组110的电流 或者电压等的电特性值、控制充放电、控制电压均衡性（equalization）、 估计SOC（充电状态，State Of Charge）、以及控制对二次电池架 100的负荷的电力供给、监视、显示错误、或控制开/关等，由此可以 执行本领域技术人员可适用的各种各样的控制逻辑。此外，当将所述 二次电池架100用作单元装置而构成电力储存系统时，所述BMS 130 可以通过通信线路与相邻的二次电池架的BMS进行数据的接收及发 送。特别是，如果对包括在电力储存系统内的各个二次电池架所包括 的每个BMS设定了作为主的状态和作为从的状态中的任意一个，则 各BMS可以根据其设定的状态执行控制逻辑。

所述状态设定开关140用于设定所述BMS 130的状态。BMS的 状态设定是指，在由多个二次电池架100构成的电力储存系统中，将 包括在任意一个二次电池架中的BMS设定为主BMS，将包括在剩余 的二次电池架中的BMS设定为从BMS。

在图1所示的实施例中，所述状态设定开关140为跳线开关。跳 线开关是电气性地识别耦合构件141的结合和未结合的组合模式的 开关。跳线开关包括多个跳线插头142。跳线开关对在多个跳线插头 142中结合有耦合构件141的跳线插头142提供相应的识别信息。跳 线开关是本领域的公知技术，故省略更详细的说明。

图1中所示的跳线开关包括共计八个跳线插头142。所述跳线开 关包括四对跳线插头，所述跳线插头在竖直方向上彼此成对对应。每 一对跳线插头通过一对主跳线插头M、一对第一从跳线插头S1、一 对第二从跳线插头S2、以及一对第三从跳线插头S3来分别地显示 BMS的状态信息。在每一对跳线插头中如果耦合构件141结合到其 中一对跳线插头，则设定与结合的该一对跳线插头相应的BMS的状 态。

在图1所示的实施例中，所述耦合构件141结合到主跳线插头M。 由此，可以确认所述二次电池架的BMS 130设定为主BMS。如果所 述耦合构件141结合到从插头S1-S3中的任意一对跳线插头，则与如 上所述不同，所述二次电池架的BMS 130可设定为从BMS。

当所述状态设定开关140由跳线开关构成时，所述BMS 13可电 气耦合至所述跳线开关，由此可以识别设定在跳线开关中的BMS的 状态信息。为此，所述BMS 130可以包括与跳线开关电气耦合的连 接器（connector）。另一方面，当所述BMS 130电气耦合至跳线开 关时，所述跳线开关可以根据情况主动地将BMS的状态信息向所述 BMS 130输出。

根据本发明的实施例，所述状态设定开关140包括多个从跳线插 头142，因此当将所述BMS 130设定为从BMS时，也可以根据从跳 线插头的位置一并设定从BMS的顺序。

根据本发明的另一方案，所述BMS 130可以将设定于状态设定 开关140中的值分配为自身的通信标识符。在电力储存系统内，各个 BMS可以与通过通信线路来连接的其他BMS进行数据的接收及发 送。此时，各个BMS在通信线路上具有可以识别自身的标志符。并 且，所述标志符不能被相互复制。设定于所述状态设定开关140的值， 以主或者第n个从设定使得不会重复。由此，各个BMS 130将设定 于所述状态设定开关140中的值分配为自身的通信标识符，并且可以 将该值用作通信线路上的标志符。在该情况下，所述BMS 130无需 事先分配通信标识符，并且不需要另外执行用于分配通信标识符的算 法。由此，容易地进行所述BMS 130的制造、维护以及维修。

另一方面，随着所要求的电力储存系统的容量或者输出增加，需 要更多个电力储存装置。但是，当以一个主BMS控制电力储存系统 内的所有从BMS的方式操作电力储存系统时，电力储存装置的数量 越多，主BMS需要处理的数据量就越大，大到难以有效地进行控制。 因此，更有效的是：将多个电力储存装置划分为两个或更多个组群， 并且在各个组群内重新设定主BMS和从BMS，由此在该各个组群内 控制多个电力储存装置。由此，所述二次电池架100可以进一步包括： 可以可选地进行所述BMS 130的组群设定的组群设定开关。

图2是表示根据本发明的其他实施方案的同时包括状态设定开 关140和组群设定开关150的二次电池架100的立体图。

如图2所示，本发明的其他实施例的二次电池架100同时包括状 态设定开关140和组群设定开关150。作为一个实施例，所述状态设 定开关140和组群设定开关150可以由跳线开关构成，并且分别安装 在二次电池架100的正面壳体罩的左侧和右侧。对所述组群设定开关 150而言，与先前说明的状态设定开关140一样，根据与耦合构件151 结合的跳线插头152的位置来设定BMS 130的组群。

如图2所示，在组群设定开关150中，耦合构件151结合至第二 组群插头G2；在状态设定开关140中，耦合构件141结合至第二从 插头S2。由此，可以确认：二次电池架100所包括的BMS 130的状 态被设定为第二组群中的第二从BMS。

当所述组群设定开关150由跳线开关构成时，所述BMS 130可 以与所述跳线开关电气耦合，由此可以识别设定在跳线开关中的 BMS的组群信息。为此，所述BMS 130可以包括：与由跳线开关构 成的组群设定开关150电气耦合的连接器。另一方面，当所述BMS  130与所述组群设定开关150电气耦合时，所述组群设定开关150也 可以根据情况主动地将BMS的组群信息向所述BMS 130输出。

类似于以上方式，所述BMS 130可以将设定在状态设定开关140 和组群设定开关150中的值分配为自身固有的通信标识符，并且进行 与其他BMS的通信，由此可以进行数据的接收及发送。

根据本发明的其他实施例，所述状态设定开关140或者所述组群 设定开关150可以用双列直插式（DIP）开关来实现。

图3是可用于状态设定开关140或者组群设定开关150的一个实 施例的双列直插式（DIP）开关的例示图。

图3所示的DIP开关（Dual In-line Package switch）可以输入 2⁸个信息。因此，以不重叠的方式最多可以设定256个组群或者状态。 所述DIP开关可以根据电力储存系统的容量等采用各种各样的大小 和数量。

当所述状态设定开关140或者组群设定开关150由DIP开关构成 时，所述BMS 130可与所述DIP开关电气耦合，由此可以识别设定 在DIP开关中的BMS的状态信息或者BMS组群信息。为此，所述 BMS 130可以包括与DIP开关电气耦合的连接器。另一方面，当所 述BMS 130与DIP开关电气耦合时，所述DIP开关也可以根据情况 主动地将BMS状态信息或者组群信息向所述BMS 130输出。

本发明的电力储存装置可以进一步包括，可以连接电力线的电力 线连接端子和可以连接通信线路的通信线路连接端子。

作为一个实施例，图1和图2所示的二次电池架100可以包括例 如安装在正面壳体罩的下端的电力线连接端子160和通信线路连接 端子170。

所述电力线连接端子160，可以用来将所述二次电池架100与相 邻的其他二次电池架以串联和/或并联的方式相连接。作为一个实施 例，所述电力线连接端子160具有高电位端子和低电位端子结合到一 个插头的结构，但本发明并不限于此。

所述BMS 130可以与通过所述通信线路连接端子170来连接的、 相邻的二次电池架进行通信。通信方式可以是CAN通信、菊花链通 信等本领域中公知的各种各样的通信方式。所述通信线路连接端子 170的形状和数量，可以根据本发明的电力储存装置的通信方式而进 行各种各样的变更。由此，本发明并不限定于通信线路连接端子170 的结构。

为了执行如上所述的各种各样的控制逻辑，所述BMS 130可以 包括在本发明所属技术领域中公知的处理器（processor）、ASIC （application-specific integrated circuit）、其他芯片组、逻辑电路、 寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等。此外，当上述控制逻辑 采用软件实施时，所述BMS 130可以被实施为程序模块的集合。此 时，程序模块可以存储在存储器中，且可以通过处理器来执行。此处， 存储器可以设置在处理器的内部或者外部，并可以通过公知的各种各 样的手段与处理器相连接。

本发明的电力储存装置，可以作为包括多个电力储存装置的电力 储存系统的组成成分。

图4是表示本发明的其中电力储存装置以串联的方式相连接的 电力储存系统的例示图。

如图4所示，电力储存系统200将如上所述的二次电池架100作 为单元装置来包括。多个二次电池架100可以利用状态设定开关140 分别设定为主（MASTER）、和第一从（SLAVE1）至第三从（SLAVE3）。 并且，各个二次电池架100通过电力线210以串联的方式连接。所述 各个二次电池架100通过通信线路220相连接，使得可以在相互之间 进行通信。图4所示的通信线路作为串联通信网络，可以是菊花链 （daisy chain）。在本发明所属的技术领域中，菊花链为公知的技术， 因此省略其详细说明。

本发明的电力储存系统200可以进一步包括：用于连接包含主 BMS的电力储存装置和外部监视装置的外部通信线路230。所述外部 监视装置可以是如下装置：向用户或者管理人员显示电力储存系统 200的状态，并且向所述主BMS传送用户或者管理人员输入的控制 信号。

本发明的电力储存系统200可以进一步包括：与连接多个电力储 存装置的电力线的一端相连接的电力反向变流器240。所述电力反向 变流器240可以将商业电网系统的交流电流转换为具有规定电压水 平的直流电流而施加于电力储存装置。相反，所述电力反向变流器 240也可以将从电力储存装置输出的直流电流转换为具有规定电压水 平的交流电流而施加于电网系统。图4表示其中设定有主状态的二次 电池架（MASTER）和所述电力反向变流器240相连接的实施例，但 本发明并不限于此。

图5是本发明的其中电力储存装置以并联的方式相连接的电力 储存系统的例示图。

图5所示的电力储存系统200与图4所示的电力储存系统相比， 除二次电池架100以并联的方式相连接以及通信线路220为并联通信 线路之外，其余的各组成成分均相同。所述通信线路可以是CAN通 信网。在本发明所属的技术领域中，CAN通信网为公知技术，因此 省略其详细说明。

图4和图5所示的本发明的电力储存系统200仅仅是一个实施 例。电力储存装置可以为不是二次电池架100的二次电池组。此外， 所述电力线210的连接方式可以根据所要求的电力储存系统的容量 或者输出电力而采用串联、并联、或串联/并联等的方式，这是显而 易见的。此外，所述通信线路的连接、通讯方式等也可以是多种多样 的，这也是显而易见的。由此，所述图4和图5所示的电力储存系统 200仅仅是本发明的电力储存系统的一个实施例，并不限制本发明的 范围。

接下来，将说明利用所述电力储存装置来构成电力储存系统200 的方法。不过，省略对上面所述的电力储存装置的构成等的重复说明。

图6是表示本发明实施例的构成电力储存系统方法的流程图。

首先，在步骤S300，布置电力储存装置。在上面已说明，根据 所述电力储存系统200的单元装置的形式，所述电力储存装置可以具 有各种类型，诸如二次电池组、二次电池架或类似物。此外，对电力 储存装置的布置而言，根据电力储存系统200所需的容量或者输出电 力来确定电力储存装置的规格或者数量。不过，为了便于说明，下文 将对已在图1至图5中说明的二次电池架100作为电力储存系统200 的单元装置进行说明。

其次，在步骤S310中，通过各个电力储存装置的状态设定开关 140来设定各个BMS 130的状态。本步骤是通过所述状态设定开关 140将各个BMS的状态设定为主或者从的步骤。此处，所述从BMS 的设定可以包括从BMS的顺序设定。

本发明的构成电力储存系统的方法可以进一步包括：所述BMS 130将设定于所述状态设定开关140中的值分配为自身的通信标识符 的步骤。

当所述电力储存装置包括组群设定开关150时，本发明的构成电 力储存系统的方法可以进一步包括：通过所述组群设定开关150来设 定各个BMS的组群的步骤。在该情况下，本发明的构成电力储存系 统的方法进一步包括：所述BMS 130将设定于所述状态设定开关140 和所述组群设定开关150中的值分配为自身的通信标识符的步骤。

已对各个BMS的状态设定和组群设定、将设定于所述状态设定 开关140和所述组群设定开关150中的值分配为自身的通信标识符的 内容详细说明，因此省略其具体说明。

最后，在步骤S320中，连接所述电力储存装置的电力线210和 通信线路220。在本步骤中，可以根据所述电力储存系统200所需的 容量或者输出电力，所述电力储存装置通过所述电力线210以串联、 并联、或者串联/并联的方式相连接。

当所述电力储存系统200包括电力反向变流器240时，本发明的 构成电力储存系统的方法可以进一步包括：将电力反向变流器240与 连接多个电力储存装置的电力线的一端相连接的步骤。

本发明的构成电力储存系统的方法可以进一步包括：在所述电力 储存系统中通过外部通信线路将包含主BMS的电力储存装置连接至 外部监视装置的步骤。

在上面已经对各个电力储存装置的电力线或者通信线路的连接 详细地进行了说明，因此省略其具体说明。

根据本发明，通过简单的BMS的设定来容易地构成电力储存系 统。此外，当在其中一个电力储存装置中发生故障时，管理人员可以 用肉眼容易地识别出发生故障的电力储存装置，由此容易地进行维护 和维修。此外，当将设定于各个BMS中的状态信息或者组群信息用 作相应的各个BMS的通信标识符时，无需事先储存其他通信标识符 或另外执行标识符分配算法，因此电力储存装置的制作变得简单。而 且，无需区分主BMS和从BMS而另行构成电力储存装置。因此， 可以降低电力储存装置的制造成本，可以不用区分主电力储存装置和 从电力储存装置而进行电力储存装置的安装和维护。进而，当电力储 存装置发生故障时，可以容易地进行更换，由此容易地进行电力储存 系统的维护和维修。

另一方面，在本发明的描述中，图3和4所示的本发明电力储存 系统的各个组成成分应理解为在理论上可区分的组成成分，而不是在 物理上可区分的组成成分。

即，该各个组成成分相当于用于实现本发明的技术构思的逻辑性 组成成分，因此即使各个组成成分组合或者独立，只要实现本发明的 逻辑功能，就应解释为落入本发明的范围内，并且只要是用于执行相 同或者相似的功能的组成成分，便不需考虑其名称是否一致，都应解 释为落入本发明的范围内。

以上，本发明通过限定的实施例和附图进行了说明，但本发明并 不限于此，并且显然的是，本领域技术人员可以在本发明的技术构思 和权利要求的均等范围内进行各种各样的修改和变更。