电池架和电池架管理方法与流程

本发明涉及能量存储系统（ess）机架系统，并且更具体地，涉及一种用于平衡ess机架系统中的新更换电池组的电池架以及用于管理电池架以平衡构成电池架的电池组的方法。

背景技术：

1、目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。这些电池当中，锂二次电池由于其优点而引起关注，例如允许灵活的充放电操作，表现出非常低的自放电速率，以及由于与镍基二次电池相比基本上没有记忆效应而提供高能量密度。

2、这些锂二次电池主要使用锂氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂二次电池包括电极组件和外部材料，在电极组件中，设置有分别涂覆有正电极活性材料和负电极活性材料的正电极板和负电极板，并且在正电极板和负电极板之间插置有隔膜，外部材料即电池袋外部材料与电解质一起气密地容纳电极组件。

3、近年来，二次电池不仅广泛用于诸如便携式电子装置等的小型装置中，而且广泛用于诸如车辆和电力存储装置等的中型装置和大型装置中。当在这些中型装置和大型装置中使用时，大量二次电池电连接以增加容量和输出。具体地，袋型二次电池由于其易于堆叠的优点而广泛用于这些中型装置和大型装置中。

4、同时，随着最近对大容量结构（包括作为能量存储源的应用）的日益增长的需求，对配备有串联和/或并联电连接的多个二次电池以及在其中容纳二次电池的电池模块和电池管理系统（bms）的电池架的需求日益增长。

5、能量存储系统（ess）机架系统包括多个电池组。此外，当ess机架系统中的一个电池组存在问题时，不是修理整个机架，而是仅用新的电池组替换有缺陷的电池组。

6、在这种情况下，与现有电池组相比，新更换的电池组可以具有低健康状态（soh）。也就是说，由于现有电池组没有经历soh退化，因此现有电池组在荷电状态（soc）方面可能无法与新更换的电池组平衡。因此，为了实现soc平衡，需要执行用于通过放电减少新更换的电池组的电荷量的电芯平衡操作。

7、在现有技术中，电芯平衡操作利用包括平衡电阻器和平衡开关的电芯平衡元件，通过连接到电池组内的每个电芯的平衡电阻器对每个电芯执行全电芯平衡操作，以释放电池能量，从而实现与现有电池组的soc平衡。

8、然而，现有技术的电芯平衡操作由于电芯平衡电流以ma为单位，从而具有平衡速度相当慢的问题。具体地，存在以下问题：由于电芯平衡而释放的电池能量通过平衡电阻器简单地作为热能耗散。

9、相关技术文献包括韩国专利公开no.10-2024-0001366（2024年1月3日公开）（专利文献1）和韩国专利公开no.10-2022-0075024（2022年6月7日公开）（专利文献2）。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明提供了用于提高ess机架系统中的新更换的电池组的平衡速度的电池架和电池架管理方法。

3、本发明提供了电池架和电池架管理方法，其能够执行平衡电池组所需的电池组放电，同时在电池组的eis测量中发生电池组放电。

4、技术方案

5、根据本发明的实施方式，一种电池架包括：多个电池组，每个电池组包括电化学阻抗谱（eis）测量单元；荷电状态（soc）监测单元，其被配置为监测每个电池组的soc；以及机架控制单元，其被配置为当从所述多个电池组当中选择的第一电池组的soc与其它电池组的平均soc值或任何其它电池组的soc相差达预定参考值或更大时，控制所述第一电池组的eis测量单元执行eis测量操作。

6、每个电池组还可以包括：电池模块，其包括一个或更多个电池电芯；电芯平衡单元，其连接到构成电池模块的电池电芯中的每一个的正极（+）端子和负极（-）端子以形成电芯平衡路径，电芯平衡电流流过电芯平衡路径，并且电芯平衡单元被配置为选择性地使每个电芯放电；以及电池组控制单元，其被配置为在机架控制单元的控制下控制电池组中的电芯平衡单元和eis测量单元的操作。

7、机架控制单元可以被配置为当第一电池组的soc与所有其它电池组的平均soc或任何其它电池组的soc相差预定参考值或更大时，控制第一电池组的eis测量单元执行eis测量操作，并且当第一电池组的soc与所有其它电池组的平均soc或任何其它电池组的soc之间的差下降到或低于预定参考值时，停止第一电池组的eis测量单元的eis测量操作，并且执行控制，使得第一电池组的电芯通过第一电池组的电芯平衡单元与其它电池组的电芯平衡。

8、电芯平衡单元可以包括：平衡电阻器，其形成在电芯平衡路径上，电芯电流通过连接每个电芯的正极（+）端子和负极（-）端子而流过电芯平衡路径，并且平衡电阻器被配置为由于电芯电流在电芯平衡路径中流动而产生电芯电势差；以及平衡开关（b_sw），其形成在电芯平衡路径上，并且被配置为通过接通/断开电芯平衡路径来执行电芯平衡操作，并且平衡开关（b_sw）可以通过机架控制单元的控制信号而被控制为接通/断开。

9、eis测量单元可以包括eis测量电阻器和eis电流开关（eis_sw），eis测量电阻器形成eis测量路径，eis电流（用于eis测量的ac电流）通过连接包括一个或更多个电池电芯的电池模块110的正极（+）端子和负极（-）端子而流过该eis测量路径，并且eis测量电阻器被配置为由于在eis测量路径中流动的eis电流而生成eis电势差，eis电流开关（eis_sw）形成在eis测量路径上，并且被配置为通过在预定周期接通/断开eis测量路径，在电池模块110的eis测量操作的同时使电池模块进行放电，并且eis电流开关（eis_sw）可以通过机架控制单元的控制信号选择性地控制为接通/断开。

10、机架控制单元可以执行控制，使得当需要电池组平衡操作时，选择性地操作电芯平衡单元和eis测量单元中的一者。

11、机架控制单元可以是用于基于从电池管理系统（bms）的微控制器单元（mcu）或电池监测ic（bmic）传输的控制信号来控制电芯平衡单元120的平衡开关（b_sw）和eis测量单元130的eis开关（eis_sw）的接通/断开的装置，或者mcu/bmic可以被配置成机架控制单元，或者可以是设置在bms外部以用于控制平衡开关（b_sw）和eis开关（eis_sw）的接通/断开的装置。

12、根据本发明的实施方式，一种用于平衡构成电池架的多个电池组的方法包括：soc监测步骤，在soc监测单元中监测每个电池组的soc；eis测量步骤，当作为监测的结果，从多个电池组中选择的第一电池组的soc与所有其它电池组的平均soc或任何其它电池组的soc之间的差等于或大于预定参考值时，在机架控制单元中执行控制使得在第一电池组中执行eis测量操作；以及电芯平衡步骤，当作为监测的结果，第一电池组的soc与所有其它电池组的平均soc或任何其它电池组的soc之间的差下降到或低于预定参考值时，在机架控制单元中停止第一电池组的eis测量操作，并且执行控制以通过电芯平衡单元经由放电而与其它电池组的电芯平衡。

13、在电芯平衡步骤中，可以通过经由第一电池组的电芯平衡单元使第一电池组的每个电芯放电来执行与任何其它电池组的任何电芯的平衡。

14、在eis测量步骤中，可以从第一电池组提取用于eis测量的ac电流，以测量第一电池组的eis并使第一电池组放电。

15、在电芯平衡步骤中，使针对每个电芯平衡路径设置的每个电芯放电，每个电芯平衡路径通过连接构成包括在第一电池组中的电池模块的每个电芯的正极（+）端子和负极（-）端子而形成，并且电芯电流流过每个电芯平衡路径。

16、在eis测量步骤中，当第一电池组的soc与其它电池组的soc相差预定参考值或更大时，可以不执行通过电芯平衡单元的电芯平衡操作，并且可以仅执行eis测量，并且在电芯平衡步骤中，当第一电池组的soc与其它电池组的soc之间的差下降到或低于预定参考值时，可以停止eis测量操作并且可以执行控制，使得执行通过电芯平衡单元的电芯平衡操作。

17、有益效果

18、根据本发明的实施方式，可以提高电化学阻抗谱（ess）机架系统中的新更换的电池组的平衡速度，从而补偿在电池组的平衡过程期间发生的经济损失。

19、此外，本发明可以利用在电池组的eis测量期间发生的电池组的放电来对平衡电池组所需的电池组进行放电，从而允许电池组的放电能量（在相关技术中在电芯平衡期间将被浪费）被用来提取eis测量数据，这具有提高能量效率的效果。