电池的温度控制系统及方法
【专利摘要】提供了一种用于电池的温度控制系统，其包括转换器、DC链接器、和逆变器。所述转换器包括多个转换器开关以及电感器。该转换器被配置为耦合至电池以便升高或者降低电池的电压输出。该DC链接器包括电容器并且被配置为稳定转换器的输出电压。该逆变器包括多个逆变器开关、至少一个电感器、以及耦合至所述至少一个电感器的电感器开关。该逆变器被配置为对该转换器的输出电压进行逆变换，其中电感器开关和至少一个逆变器开关被配置为形成用于经过所述至少一个电感器流向电池的电流的电流路径。
【专利说明】电池的温度控制系统及方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年9月24日提交到美国专利商标局的美国临时申请第61/704，964号以及于2013年3月14日提交到美国专利商标局的美国非临时申请第13/831，114号的优先权和权益，其整体内容通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003]本发明涉及电池的温度控制系统，更具体地，涉及能量存储系统中提供的电池的温度控制系统及方法。
【背景技术】
[0004]由于环境破坏、资源枯竭等成为严重的问题，对于能够存储能量并且有效使用所存储的能量的系统的兴趣已经提高。此外，对于使用诸如太阳能、风能、和潮汐能的自然资源并且开发过程中不产生污染或产生极少的污染的可再生能源的兴趣已经提高。
[0005]能量存储系统是连接可再生能源、能量存储电池、和来自电网的现有能量的系统。响应于近来的环境变化已经开展了许多关于能量存储系统的研究。
[0006]能量存储系统中提供的电池被实施为可充电的二次电池。该电池在正常温度下能够正常操作，但是在低温(例如，-20°C或者更低)下电池的输出具有非常低的值，诸如与正常温度下的电池输出相比大约为其16%。
[0007]在相关技术中，提出了使用加热器提高电池温度的方法、使用电阻器或者电子负载产生的热量的方法等等。
[0008]然而，在根据相关技术中的方法提高电池温度的情况下，电池的电力被消耗。因此，电池使用时间缩短,并且火灾风险增加。
【发明内容】
[0009]本发明实施例提供电池的温度控制系统，其中开关被额外地提供在能量存储系统中以便控制通向电池的充电/放电电流路径，从而控制电池的温度。
[0010]本发明的实施例也提供电池的温度控制方法，该方法通过当在能量存储系统的操作中感测到电池的低温状态时，切断与电网的耦合并使用位于能量存储系统的输出级的逆变器的电感器产生流向电池的充电/放电电流来提高电池温度。
[0011 ] 在根据本发明的一个实施例中，提供了 一种用于电池的温度控制系统。该温度控制系统包括:转换器，其包括多个转换器开关以及电感器，转换器被配置为耦合至电池以便升高或者降低电池的电压输出；DC链接器，其包括电容器并且被配置为稳定转换器的输出电压；和逆变器，其包括多个逆变器开关、至少一个电感器、和耦合至所述至少一个电感器的电感器开关，逆变器被配置为对转换器的输出电压进行逆变换，其中电感器开关和至少一个逆变器开关被配置为形成用于经过所述至少一个电感器流向电池的电流的电流路径。
[0012]电感器开关可以连接在通向电池的第一端子的第一电流路径与通向电池的第二端子的第二电流路径之间。
[0013]转换器的电感器可以被配置为耦合至电池的第一端子，并且所述多个转换器开关可以包括:第一开关，其耦合在电容器的第一端子与电感器的第二端子之间；和第二开关，其被配置为耦合在电感器的第二端子与电池的第二端子之间。
[0014]所述多个转换器开关可以进一步包括并联耦合至所述电感器、或者被配置为耦合在电池的第一端子与所述电容器的第一端子之间的第三开关。
[0015]DC链接器可以进一步包括位于电容器的第一端子与转换器的第一开关的第一端子之间的链接器开关。
[0016]所述多个逆变器开关可以以全桥配置来布置以便转换输入电压。
[0017]逆变器的至少一个电感器可以包括第一电感器和第二电感器，并且所述多个逆变器开关可以包括:第一开关，其稱合在电容器的第一端子与第一电感器的第一端子之间；第二开关，其被配置为耦合在第一电感器的第一端子与电池的第二端子之间；第三开关，其耦合在电容器的第一端子与第二电感器的第一端子之间；以及第四开关，其被配置为耦合在第二电感器的第一端子与电池的第二端子之间。
[0018]第一电感器可以被配置为耦合在第一开关和第二开关之间的节点与被配置为控制温度控制系统和负载之间的联接的负载链接器的第一负载链接器开关之间。
[0019]第二电感器可以被配置为耦合在第三开关和第四开关之间的节点与负载链接器的第二负载链接器开关之间。
[0020]所述多个逆变器开关可以进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
[0021]所述多个逆变器开关可以进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第一端子或者将第一电感器的第一端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
[0022]在根据本发明的另一个实施例中，能量存储系统被配置为耦合至发电系统、外部负载、或者电网中的至少一个。能量存储系统包括:电池，其包括第一电池端子和第二电池端子；和温度控制系统，其耦合至电池并且包括:转换器，其包括多个转换器开关以及电感器，转换器耦合至电池并且被配置为升高或者降低电池的电压输出；DC链接器，其包括电容器并且被配置为稳定转换器的输出电压；和逆变器，其包括多个逆变器开关、至少一个电感器、和耦合至所述至少一个电感器的电感器开关，逆变器被配置为对转换器的输出电压进行逆变换，其中电感器开关和至少一个逆变器开关被配置为形成用于经过所述至少一个电感器流向电池的电流的电流路径。
[0023]由电感器开关和至少一个逆变器开关所形成的电流路径可以不经过外部负载。
[0024]转换器的电感器可以耦合至第一电池端子，并且所述多个转换器开关可以包括:第一开关，其耦合在电容器的第一端子与电感器的第二端子之间；和第二开关，其耦合在电感器的第二端子与第二电池端子之间。
[0025]所述多个转换器开关可以进一步包括并联耦合至电感器、或者耦合在第一电池端子与电容器的第一端子之间的第三开关。
[0026]DC链接器可以进一步包括位于电容器的第一端子与转换器的第一开关的第一端子之间的链接器开关。
[0027]所述多个逆变器开关可以以全桥配置来布置以便转换输入电压。[0028]所述逆变器的至少一个电感器可以包括第一电感器和第二电感器，并且所述多个逆变器开关可以包括:第一开关，其稱合在电容器的第一端子与第一电感器的第一端子之间；第二开关，其耦合在第一电感器的第一端子与第二电池端子之间；第三开关，其耦合在电容器的第一端子与第二电感器的第一端子之间；以及第四开关，其耦合在第二电感器的第一端子与第二电池端子之间。
[0029]能量存储系统可以进一步包括被配置为控制温度控制系统与负载之间的联接的负载链接器，其中第一电感器可以被配置为耦合在第一开关和第二开关之间的节点与负载链接器的第一负载链接器开关之间。
[0030]第二电感器可以被配置为耦合在第三开关和第四开关之间的节点与负载链接器的第二负载链接器开关之间。
[0031]所述多个逆变器开关可以进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
[0032]所述多个逆变器开关可以进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第一端子或者将第一电感器的第一端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
[0033]在根据本发明的又一个实施例中，提供了 一种能量存储系统的电池的温度控制方法。该方法包括:感测电池的低温状态是否维持了参考时段；当电池的低温状态维持了参考时段时，将电网和负载从能量存储系统去耦；形成充电/放电电流路径，经过能量存储系统中的逆变器的至少一个电感器的电流沿着所述充电/放电电流路径被传送到电池；以及通过交替地操作逆变器中的多个开关，经由所述充电/放电电流路径重复地执行电池的充电/放电操作。
[0034]所述温度控制方法可以进一步包括将能量存储系统耦合至负载和电网以及在电池温度达到正常温度范围之后将所形成的充电/放电电流路径去耦。
[0035]如上所述，根据本发明的实施例，电池的充电/放电电流路径是通过在能量存储系统中额外地提供开关来控制的，从而有可能无需实施用于升高电池温度的复杂电路就能防止能量存储系统中提供的电池被遗留在低温状态。
[0036]另外，能量存储系统的基本驱动操作与用于控制电池温度的操作之间的转换能够被容易地实施。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]附图与说明书一起示出了本发明的示范性实施例，并且与描述一起用于说明本发明的原理。
[0038]图1是示出根据本发明的实施例的包括电池的温度控制系统的能量存储系统的框图。
[0039]图2是根据本发明的第一实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0040]图3A到图3C是示出图2中示出的温度控制系统的操作的电路图。
[0041]图4是根据本发明的第二实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0042]图5是根据本发明的第三实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0043]图6是根据本发明的第四实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。【具体实施方式】
[0044]以下，将参考附图描述根据本发明的某些示范性实施例。这里，当第一元件被描述为耦合至第二元件时，第一元件可以直接耦合到第二元件或者可以经由第三元件间接地耦合至第二元件。另外，为了清晰，对于本发明的完整理解而言并非必不可少的一些元件被省略。此外，相似的参考数字始终指代相似的元件。
[0045]图1是示出根据本发明的实施例的包括电池(battery)的温度控制系统的能量存储系统的框图。
[0046]如图1中所示，根据本实施例的温度控制系统被配置为包括在能量存储系统中。该温度控制系统通过提高低温状态下的电池的温度来执行防止能量存储系统中提供的电池保持在低温状态中的操作。
[0047]参考图1，根据本实施例的能量存储系统100连同发电系统3和电网I向负载(例如，外部负载)2提供电力。
[0048]发电系统3是，例如，使用可再生能源产生电力的系统。发电系统3向能量存储系统100供应所产生的电力。发电系统3可以是太阳能发电系统、风能发电系统、潮汐能发电系统、和/或类似的发电系统。此外，发电系统3可以包括使用诸如太阳能热量或者地热的可再生能量来产生电力的任何适合的发电系统。
[0049]例如，使用太阳能产生电能的太阳能电池(solar cell)可以被容易地安装在每个家庭、工厂、等等中，因而太阳能电池适于应用在耦合至能量存储系统100的发电系统3中。
[0050]电网I可以具有发电厂、变电站、电力传输线、和/或类似的部分。在电网I处于正常状态的情况下，电网I向能量存储系统100和/或负载2供应电力，和/或从能量存储系统100接收所供应的电力。在电网I处于异常状态的情况下，从电网I到能量存储系统100和/或负载2的电力供应停止，并且从能量存储系统100到电网I的电力供应也停止。
[0051]负载2被用来消耗从发电系统3产生的电力、能量存储系统100中的电池60中存储的电力、和/或从电网I供应的电力。例如，负载2可以是家庭、工厂、和/或类似的负载。
[0052]能量存储系统100可以存储发电系统3中产生的电力，并且将所产生的电力传送到电网I。能量存储系统100可以将电池60中存储的电力传送到电网I或者可以将从电网I供应的电力存储在电池60中。在异常情况下，例如，当电流被从电网I切断时，能量存储系统100可以通过执行不间断电源(uninterruptible power supply, UPS)操作来向负载2供应电力，并且即使当电网I处于正常状态时，能量存储系统100也可以向负载2供应发电系统3中产生的电力或者电池60中存储的电力。
[0053]能量存储系统100包括电力转换器10、DC链接器20、逆变器30、转换器50、电池/电池管理系统(BMS) 60、电网链接器40、负载链接器70、和控制器80。逆变器30和转换器50可以分别实施为双向逆变器30和双向转换器50。
[0054]电力转换器10耦合在发电系统3与第一节点NI之间，并且将发电系统3中产生的电力转换为第一节点NI的DC电压。电力转换器10的操作取决于发电系统3中产生的电力而改变。例如，在发电系统3产生AC电压的情况下，电力转换器10将所述AC电压转换为第一节点NI的DC电压。在发电系统3产生DC电压的情况下，电力转换器10将所述DC电压提高或者降低到第一节点NI的DC电压。
[0055]例如,在发电系统3是太阳能发电系统的情况下，电力转换器10可以是最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)转换器,其根据由太阳光引起的太阳福射或者温度的改变检测最大功率点并且产生电力。此外，各种种类的转换器或者整流器可以用作电力转换器10，如本领域技术人员将理解的。
[0056]DC链接器20耦合在第一节点NI与双向逆变器30之间，并且允许第一节点的DC链路电压Vlink维持恒定(或者基本恒定)。由于发电系统3或者电网I的瞬时电压降低、负载2中出现的峰值负载、和/或类似的现象，导致第一节点NI处的电压电平可能不稳定。然而，第一节点NI的电压维持恒定，以便执行双向逆变器30和双向转换器50的稳定操作。为此，DC链接器20可以包括，例如，电容器，比如铝电解电容器、用于高电压的聚合物电容器、或者用于高电压和高电流的多层陶瓷电容器。
[0057]电池60存储从发电系统3或者电网I供应的电力，并且向负载2或者电网I供应所存储的电力。电池60可以由至少一个电池单元(battery cell)组成,并且每个电池单元可以包括多个裸电池单元(bare cell)。电池60可以实施为各种种类的电池单元。例如，电池60可以是镍镉电池、铅蓄电池、镍氢(nickel metal hybrid,NiMH)电池、锂电池(例如，锂聚合物电池或者锂离子电池)、和/或其它等等。
[0058]BMS耦合至电池60，并且在控制器80的控制下控制电池60的充电和放电操作。为了保护电池60，BMS可以执行过度充电保护功能、过度放电保护功能、过电流保护功能、过电压保护功能、过热保护功能、电池单元(cell)平衡功能、和/或其它适合的功能。为此，BMS可以监控电池60的电压、电流、温度、剩余电力、寿命、和充电状态，并且将相关的信息传送到控制器80。在图1的实施例中，已经作为示例描述了 BMS被配置为与电池60形成一体的电池组。然而，本领域技术人员将理解，BMS可以与电池60分开提供。
[0059]转换器50将从电池60输出的电力的电压DC-DC转换为适合于逆变器30的电压电平，即，DC链路电压Vlink。转换器50将通过第一节点NI流入其中的充电电力DC-DC转换为电池60中所需的电压电平。这里，充电电力是，例如，发电系统3中产生的电力或者通过逆变器30从电网I供应的电力。
[0060]逆变器30是提供在第一节点NI与第二节点N2之间提供的电力转换器，其中负载2和/或电网链接器40耦合至第二节点N2。逆变器30将从发电系统3或者电池60输出的DC链路电压Vlink转换为电网I的AC电压，并且输出转换的AC电压。为了将来自电网I的电力存储在电池60中，逆变器30对电网I的AC电压进行整流，将经整流的AC电压转换为DC链路电压Vlink，然后输出转换的DC链路电压Vlink。逆变器30可以包括用于将谐波从输出自电网I的AC电压中移除的滤波器。逆变器30可以包括用于将从逆变器30输出的AC电压的相位与电网I的AC电压的相位同步的锁相环(PLL)电路，以便防止或者减少无功功率的出现。此外，逆变器30可以执行限制电压变化范围的功能、提高功率因数的功能、移除DC元素的功能、保护瞬变现象的功能、和/或其它适合的功能。
[0061]电网链接器40耦合在电网I与逆变器30之间。在电网I中出现异常情形的情况下，电网链接器40在控制器80的控制下切断能量存储系统100与电网I之间的连接。例如，电网链接器40可以实施为诸如双极结型晶体管(BJT)或者场效应晶体管(FET)的开关元件。
[0062]负载链接器70耦合在逆变器30与负载2之间。负载链接器70串联耦合至电网链接器40，并且在控制器80的控制下切断流入负载2的电力。例如，负载链接器70也可以实施为例如诸如BJT或者FET的开关元件。
[0063]在本实施例中，温度控制系统200被配置为其中能量存储系统100的组件中的电池60、转换器50、DC链接器20和逆变器30执行控制电池60的温度的操作。
[0064]也就是说，在本实施例中，可以通过为逆变器30添加开关来控制通向电池60的充电/放电电流路径，从而有可能控制电池60的温度。
[0065]因此，当控制器80感测到在能量存储系统100的操作中电池的低温状态维持了某个时段时，控制器80通过切断电网I与负载2之间的连接并且使用位于能量存储系统100的输出级的逆变器30的电感器(未示出)在电池60中产生充电/放电电流来执行提高电池60的温度的操作。
[0066]在本实施例中，为了执行电池的温度控制操作，可以将开关添加到转换器50和/或DC链接器20，也可以将开关添加到逆变器30。所添加的开关的操作由控制器80控制。
[0067]将参考图2到图6详细描述根据本实施例的温度控制系统200的详细配置和操作。
[0068]图2是根据本发明的第一实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0069]参考图2，根据本发明的第一实施例的温度控制系统210包括图1中示出的能量存储系统的组件中的电池60、转换器50、DC链接器20、和逆变器30。耦合至温度控制系统210的负载链接器70和负载(例如，外部负载)2、电网链接器40、和电网I被示出在图2中。
[0070]虽然图2中仅仅示出了电池60，但这是为了例示方便，并且BMS可以被包括在电池60中或者可以被分开提供。
[0071]如图2中所不,转换器50包括第一开关52、第二开关53、和一个电感器L151,以便执行双向转换操作。此外，转换器50还包括并联耦合至电感器51的第三开关54，以便形成直接(例如，立即)耦合至电池60而不经过电感器51的充电/放电电流路径。
[0072]电感器51可以实施为如图2中所示的线圈。电感器51包括耦合至电池60的第一端子(+ )的第一端子和耦合至第一开关52与第二开关53之间的节点nl的第二端子。
[0073]第一开关52稱合构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子和电感器51的第二端子。也就是说，第一开关52的第一端子耦合至电容器Cl的第一端子，而第一开关52的第二端子耦合至电感器51的第二端子。
[0074]第二开关53将电感器51的第二端子耦合至构成DC链接器20的电容器Cl的第二端子以及电池60的第二端子(_)。也就是说，第二开关53的第一端子耦合至电感器51的第二端子，而第二开关53的第二端子耦合至电容器Cl的第二端子和电池60的第二端子(_)。
[0075]第一开关52和第二开关53可以实施为，例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或者MOSFET开关。可替换地，第一开关52和第二开关53可以包括如本领域技术人员将理解的、执行开关功能的任何其它适合的开关元件。在第一开关52和第二开关53被实施为MOSFET开关的情况下，第一开关52和第二开关53的第一端子可以是源极端子，而第一开关52和第二开关53的第二端子可以是漏极端子。
[0076]如上所述配置的转换器50可以执行双向转换操作，充当能够升高输入其中的电力的电压的升压转换器或者能够降低输入其中的电力的电压的降压转换器。
[0077]根据本实施例的转换器50执行现有转换器的一般双向转换操作。此外，转换器50还包括并联耦合至电感器51的第三开关54，以便形成直接(例如，立即)耦合至电池60而不经过电感器51的充电/放电电流路径。
[0078]也就是说，如图2中所示，转换器50还包括第三开关54，第三开关54耦合电池的第一端子(+ )和第一开关52与第二开关53之间的节点nl。
[0079]因此，当第三开关54被接通时，形成直接(例如，立即)通向电池60而不经过电感器51的充电/放电电流路径。
[0080]在这种情况下，第一开关到第三开关52、53、和54的接通/断开由图1中示出的控制器80控制。
[0081]接下来，将作为示例描述逆变器30被实施为:配置为具有如图2中所示的四个开关31到34的全桥结构(即，全桥配置)。
[0082]然而，根据本实施例的逆变器30不限于此，并且可以以半桥结构或者推挽结构来实施或者可以被配置为具有四个或更多个开关元件。
[0083]更具体地，如图2中所示，逆变器30包括第一开关到第四开关31到34以及两个电感器L235和L336，以便执行双向逆变操作。此外，逆变器30还包括将电感器35和电感器36彼此串联耦合的第五开关37，以便使用电感器35和36产生传送到电池60的充电/放电电流。
[0084]第一电感器35和第二电感器36可以实施为如图2中所示的线圈。第一电感器L235包括:第一端子，其耦合至以全桥结构(S卩，全桥配置)实施的开关中的第一开关31与第二开关32之间的节点n2 ;和第二端子，其耦合至负载链接器70的第一开关71的第一端子。第二电感器L336包括:第一端子，其耦合至以全桥结构(S卩，全桥配置)实施的开关中的第三开关33与第四开关34之间的节点n3 ;和第二端子，其耦合至负载链接器70的第二开关72的第一端子。
[0085]在以全桥结构实施的开关中，第一开关31将构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子耦合至第一电感器L235的第一端子。也就是说，第一开关31的第一端子耦合至电容器Cl的第一端子，而第一开关31的第二端子耦合至第一电感器L235的第一端子。
[0086]第二开关32将电感器L235的第一端子耦合至构成DC链接器20的电容器Cl的第二端子以及电池60的第二端子(_)。也就是说，第二开关32的第一端子耦合至第一电感器L235的第一端子，而第二开关32的第二端子耦合至电容器Cl的第二端子和电池60的第二端子(_)。
[0087]在以全桥结构实施的开关中，第三开关33将构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子耦合至第二电感器L336的第一端子。也就是说，第三开关33的第一端子耦合至电容器Cl的第一端子，而第三开关33的第二端子耦合至第二电感器L336的第一端子。
[0088]第四开关34将第二电感器L336的第一端子耦合至构成DC链接器20的电容器Cl的第二端子以及电池60的第二端子(_)。也就是说，第四开关34的第一端子耦合至第二电感器L336的第一端子，而第四开关34的第二端子耦合至电容器Cl的第二端子和电池60的第二端子(_)。
[0089]第一开关31至第四开关34可以实施为，例如，IGBT开关或者MOSFET开关。可替换地，第一开关31至第四开关34可以包括执行开关功能的任何适合的开关元件。在第一开关31至第四开关34被实施为MOSFET开关的情况下，所述开关的第一端子可以是源极端子，而所述开关的第二端子可以是漏极端子。
[0090]如上所述配置的逆变器30可以将DC电压转换为AC电压，或者可以执行对AC电压进行整流并且将经整流的AC电压转换为DC电压的双向逆变操作。
[0091]根据本实施例的逆变器30执行如本领域技术人员所熟知的逆变器的一般双向逆变操作。此外，逆变器30还包括将第一电感器35与第二电感器36彼此串联稱合的第五开关37,以便使用第一电感器35和第二电感器36产生传送到电池的充电/放电电流。
[0092]也就是说，在图2中示出的实施例中，第五开关37被配置为将第一电感器35的第二端子与第二电感器36的第二端子彼此耦合。
[0093]因此，当第五开关37被接通时，流经(或者产生于)第一电感器35和第二电感器36的电流不被传送到负载2或者电网1，而是被传送到电池60。
[0094]为此，负载链接器70中提供的开关71和72以及电网链接器40中提供的开关41和42首先被控制为全部断开，从而由逆变器30所转换的电压不被传送到负载2或者电网
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[0095]在这种情况下，逆变器30的第一到第五开关31、32、33、34、和37以及负载链接器70和电网链接器40中提供的开关的接通/断开由图1中示出的控制器80控制。
[0096]图3A到图3C是示出图2中示出的温度控制系统的操作的电路图。
[0097]参考图2和图3描述的温度控制系统的操作是与控制器80感测到在能量存储系统100的操作期间电池的低温状态已经维持了某个时段的情况相对应的操作。
[0098]也就是说，控制器80可以通过耦合至电池60的BMS周期性地接收电池60的信息，来感测电池60的低温状态维持了某个时段(例如，预定时段)。
[0099]当通过控制器80感测到电池80的低温状态时，控制器80控制图2中示出的温度控制系统200的操作，以便提高电池60的温度。在这种情况下，能量存储系统100的基本操作被推迟(reserved)或者暂停(suspended),直到电池60恢复正常温度。
[0100]当控制电池60的温度时，控制器80通过切断与电网I和负载2的耦合并且使用位于能量存储系统100的输出级的逆变器30的电感器35和电感器36产生流向电池60的充电/放电电流来执行提高电池60的温度的操作。以下，将参考图3A到图3C对其进行详细描述。
[0101]参考图1和图3A，当控制器80通过耦合至电池60的BMS感测到电池60的低温状态时，控制器80通过断开负载链接器70的开关71和72以及电网链接器40的开关41和42来切断能量存储系统100与负载2和电网I之间的联接。
[0102]通过接通包括在逆变器30中的第五开关37，逆变器30的第一电感器35与第二电感器36串联耦合。
[0103]通过接通包括在转换器50中的第三开关54以及耦合至构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子的第一开关52，形成电流路径，从而电池60直接(或者立即)耦合至逆变器30而不经过转换器50的电感器51。
[0104]然后，通过交替地操作逆变器30中提供的、以全桥结构实施的四个开关中的两个来重复执行电池60的充电/放电操作。
[0105]参考图3B，示出了控制器80接通逆变器30中包括的开关中的第一开关31和第四开关34并且断开逆变器30中包括的开关中的第二开关32和第三开关33的状态。[0106]在这种情况下，如图3B中所示，形成从电池60的第一端子( + )，经过转换器50的第三开关54和第一开关52、构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子、以及逆变器30的第一开关31、第四开关34、第一电感器35、第五开关37和第二电感器36,通向电池60的第二端子(_)的放电路径。
[0107]也就是说，根据图3B，放电电流从电池60流出通过所述放电路径。
[0108]参考图3C，示出了其中控制器80接通逆变器30中包括的开关中的第二开关32和第三开关33并且断开逆变器30中包括的开关中的第一开关31和第四开关34的状态。
[0109]在这种情况下，形成具有与图3B的放电路径相反方向的充电路径，因此，存储在逆变器30的第一电感器35和第二电感器36中的电力被传送到电池60,从而对电池60充电。
[0110]也就是说，根据图3C，充电电流通过所述充电路径流向电池60。
[0111]如图3C中所示，充电路径变成从电池60的第二端子(_)，经过构成DC链接器20的电容器Cl的第二端子、逆变器30的第二开关32、第一电感器35、第五开关37、第二电感器36和第三开关33、构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子、以及转换器50的第一开关52和第三开关54，通向电池60的第一端子(+ )的路径。
[0112]通过重复执行图3B和图3C的操作，充电电流和放电电流在电池60中重复流动(即，流向电池60和从电池60流出)。因此，电池60的温度因为所述电流而提高。
[0113]然后，当电池60的温度处于正常温度范围内时，控制器80结束根据这个实施例的温度控制系统的操作，并且执行能量存储系统100的基本操作。
[0114]也就是说，控制器80通过接通负载链接器70的开关71和72以及电网链接器40的开关41和42将能量存储系统100耦合至负载2和电网I。
[0115]逆变器30通过断开逆变器30中包括的第五开关37来执行基本的双向逆变操作。类似地，转换器50通过断开转换器50中包括的第三开关54来执行基本的双向转换操作(例如，仅仅是基本的双向转换操作)。也就是说，温度控制系统的操作中形成的充电/放电路径被切断。
[0116]图4是根据本发明的第二实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0117]图4中示出的实施例的配置和操作与图2中示出的实施例的配置和操作基本相同，除了转换器50中额外包括的第三开关54’的耦合关系之外。因此，相同的组件由相同的参考数字指定，并且其详细描述将被省略。
[0118]参考图4，根据本发明的第二实施例的温度控制系统220与根据本发明的第一实施例的温度控制系统的不同之处在于:转换器50中额外包括的第三开关54’的第二端子不是耦合至第一开关52与第二开关53之间的节点nl，而是耦合至构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子。
[0119]也就是说，形成直接(例如，立即)耦合至电池60而不经过电感器51的充电/放电电流路径的第三开关54’的功能与图2的实施例中的第三开关的功能基本相同。
[0120]在图2的实施例中，转换器50的第一开关52包括在充电/放电电流路径中。然而，在图4的实施例中，第三开关54’的第二端子直接耦合至电容器Cl第一端子，从而第一开关52可以从充电/放电电流路径中移除。
[0121]因此，转换器50的第一开关52从充电/放电电流路径中被移除，从而有可能减少能量损耗以及减轻控制第一开关52的控制器80的负担。因此，电池的能量损耗能够进一步减少。
[0122]图5是根据本发明的第三实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0123]图5中示出的实施例的配置和操作与图2中示出的实施例和/或图4中示出的实施例的配置和操作基本相同，除了进一步在构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子与转换器50的第一开关52的第一端子之间提供的开关21之外。因此，相同的组件由相同的参考数字指定，并且其详细描述将被省略。
[0124]参考图5，在根据本发明的第三实施例的温度控制系统230中，开关21被进一步提供在构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子与转换器50的第一开关52的第一端子之间。
[0125]在参考图2和图4描述的实施例中，所述充电/放电电流甚至在DC链接器20的电容器Cl中产生纹波电流，因此，电容器Cl的寿命和该系统的整体寿命可能缩短。然而，在图5的实施例中，开关21被进一步提供在构成DC链接器20的电容器Cl的第一端子与转换器50的第一开关52的第一端子之间。当执行电池的温度控制操作时，开关21被断开，从而有可能解决由构成DC链接器20的电容器Cl的电容影响所引起的问题。
[0126]图6是根据本发明的第四实施例的、图1中示出的温度控制系统的电路图。
[0127]图6中示出的实施例的配置和操作与图2到图5中示出的第一到第三实施例的配置和操作基本相同，除了逆变器30中额外包括的第五开关37’的耦合关系之外。因此，相同的组件由相同的参考数字指定，并且其详细描述将被省略。
[0128]参考图6，在根据本发明的第四实施例的温度控制系统240中，逆变器30中额外包括的第五开关37’的第二端子不是耦合至第二电感器36的第二端子，而是耦合至第二电感器36的第一端子。换句话说，第五开关37’被配置为耦合第一电感器35的第二端子与第二电感器36的第一端子。
[0129]在第五开关37’被配置为稱合第二电感器36的第二端子与第一电感器35的第一端子的情况下，能够获得相同或者基本相同的效果。
[0130]在上述的第一到第三实施例中，当第五开关37被接通时，第一电感器L235与第二电感器L336彼此串联耦合以便提高电感量。另一方面，在图6中示出的第四实施例中，第一电感器35和第二电感器36中的仅仅一个被耦合至充电/放电电流路径，因此电感量与其它实施例中的电感量相比会减少。当电感量减少时，有可能根据电池的充电/放电电流的增大进一步增加电池的温度上升量(或者程度)。
[0131]虽然已经结合某些示范性实施例描述了本发明，将理解，本发明不限于所公开的实施例，而是，相反地，意图涵盖包括在所附权利要求及其等效物的精神和范围内的各种修改和等效布置。
【权利要求】
1.一种用于电池的温度控制系统，该温度控制系统包括: 转换器，包括多个转换器开关以及电感器，所述转换器被配置为耦合至电池以便升高或降低电池的电压输出； DC链接器，包括电容器并且被配置为稳定转换器的输出电压；以及 逆变器，包括多个逆变器开关、至少一个电感器、和耦合至所述至少一个电感器的电感器开关，所述逆变器被配置为对转换器的输出电压进行逆变换，其中电感器开关和至少一个逆变器开关被配置为形成用于经过所述至少一个电感器流向电池的电流的电流路径。
2.如权利要求1所述的温度控制系统，其中所述电感器开关连接在通向电池的第一端子的第一电流路径与通向电池的第二端子的第二电流路径之间。
3.如权利要求1所述的温度控制系统，其中所述转换器的电感器被配置为耦合至电池的第一端子，以及 其中所述多个转换器开关包括: 第一开关，其耦合在所述电容器的第一端子与所述电感器的第二端子之间；和 第二开关，其被配置为耦合在电感器的第二端子与电池的第二端子之间。
4.如权利要求3所述的温度控制系统，其中所述多个转换器开关进一步包括并联耦合至所述电感器、或者被配置为耦合在电池的第一端子与所述电容器的第一端子之间第三开关。
5.如权利要求3所述的温度控制系统，其中所述DC链接器进一步包括位于所述电容器的第一端子与所述转换器的第一开关的第一端子之间的链接器开关。
6.如权利要求1所述的温度控制系统，其中所述多个逆变器开关以全桥配置来布置，以便转换输入电压。
7.如权利要求6所述的温度控制系统，其中所述逆变器的至少一个电感器包括第一电感器和第二电感器，并且所述多个逆变器开关包括: 第一开关，其稱合在所述电容器的第一端子与第一电感器的第一端子之间； 第二开关，其被配置为耦合在第一电感器的第一端子与电池的第二端子之间； 第三开关，其耦合在所述电容器的第一端子与第二电感器的第一端子之间；以及 第四开关，其被配置为耦合在第二电感器的第一端子与电池的第二端子之间。
8.如权利要求7所述的温度控制系统，其中第一电感器被配置为耦合在第一开关和第二开关之间的节点与被配置为控制温度控制系统与负载之间的联接的负载链接器的第一负载链接器开关之间。
9.如权利要求8所述的温度控制系统，其中第二电感器被配置为耦合在第三开关和第四开关之间的节点与负载链接器的第二负载链接器开关之间。
10.如权利要求7所述的温度控制系统，其中所述多个逆变器开关进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
11.如权利要求7所述的温度控制系统，其中所述多个逆变器开关进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第一端子、或者将第一电感器的第一端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
12.一种能量存储系统，被配置为耦合至发电系统、外部负载、或者电网中的至少一个，该能量存储系统包括:电池，其包括第一电池端子和第二电池端子；和 温度控制系统，其耦合至电池并且包括: 转换器，包括多个转换器开关以及电感器，所述转换器耦合至电池并且被配置为升高或降低电池的电压输出； DC链接器，包括电容器并且被配置为稳定转换器的输出电压；以及逆变器，包括多个逆变器开关、至少一个电感器、和耦合至所述至少一个电感器的电感器开关，所述逆变器被配置为对转换器的输出电压进行逆变换，其中所述电感器开关和至少一个逆变器开关被配置为形成用于经过所述至少一个电感器流向电池的电流的电流路径。
13.如权利要求12所述的能量存储系统，其中由所述电感器开关和至少一个逆变器开关形成的电流路径不经过外部负载。
14.如权利要求12所述的能量存储系统，其中所述转换器的电感器耦合至第一电池端子，并且 其中所述多个转换器开关包括: 第一开关，其耦合在所述电容器的第一端子与所述电感器的第二端子之间；和 第二开关，其耦合在所述电感器的第二端子与第二电池端子之间。
15.如权利要求14所述的能量存储系统，所述多个转换器开关进一步包括并联耦合至所述电感器、或者耦合在第一电池端子与所述电容器的第一端子之间的第三开关。
16.如权利要求14所述的能量存储系统，其中所述DC链接器进一步包括位于所述电容器的第一端子与所述转换器的第一开关的第一端子之间的链接器开关。`
17.如权利要求12所述的能量存储系统，其中所述多个逆变器开关以全桥配置来布置，以便转换输入电压。
18.如权利要求17所述的能量存储系统，其中所述逆变器的至少一个电感器包括第一电感器和第二电感器，并且所述多个逆变器开关包括: 第一开关，其稱合在所述电容器的第一端子与第一电感器的第一端子之间； 第二开关，其耦合在第一电感器的第一端子与第二电池端子之间； 第三开关，其耦合在所述电容器的第一端子与第二电感器的第一端子之间；以及 第四开关，其耦合在第二电感器的第一端子与第二电池端子之间。
19.如权利要求18所述的能量存储系统，进一步包括被配置为控制温度控制系统与负载之间的联接的负载链接器，其中第一电感器被配置为耦合在第一开关和第二开关之间的节点与负载链接器的第一负载链接器开关之间。
20.如权利要求19所述的能量存储系统，其中第二电感器被配置为耦合在第三开关和第四开关之间的节点与负载链接器的第二负载链接器开关之间。
21.如权利要求18所述的能量存储系统，其中所述多个逆变器开关进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
22.如权利要求18所述的能量存储系统，其中所述多个逆变器开关进一步包括将第一电感器的第二端子耦合至第二电感器的第一端子、或者将第一电感器的第一端子耦合至第二电感器的第二端子的第五开关。
23.一种能量存储系统的电池的温度控制方法，该方法包括:感测电池的低温状态是否维持了参考时段； 当电池的低温状态维持了参考时段时，将电网和负载从能量存储系统去耦； 形成充电/放电电流路径，经过能量存储系统中的逆变器的至少一个电感器的电流沿着该充电/放电电流路径被传送到电池；以及 通过交替地操作所述逆变器中的多个开关，经由该充电/放电电流路径重复地执行电池的充电/放电操作。
24.如权利要求23所述的温度控制方法，进一步包括将所述能量存储系统耦合至负载和电网以及在电池温度达到 正 常温度范围之后将所形成的充电/放电电流路径去耦。
【文档编号】H01M10/635GK103682524SQ201310409291
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】金起善 申请人:三星Sdi株式会社