CN103178597B - 一种电源模组系统及失效模块电能补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源模组系统及失效模块电能补偿方法，所述系统包括：电源模组、补偿模块和控制器；所述电源模组包括至少两个串联连接的供电模块，每个供电模块中的第一电子开关的第一端与电源模块的第一端连接，除第一个供电模块中电源模块的第二端、以及最后一个供电模块中第一电子开关的第二端外，其余每个第一电子开关的第二端分别与相邻供电模块中电源模块的第二端连接；所述控制器，用于在控制接通所有第一电子开关后，检测各个电源模块的工作状态，以判断各个电源模块是否失效；如果出现至少一个失效电源模块，则控制断开失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关；利用补偿模块输出的电能替换失效电源模块输出的电能。

Description

一种电源模组系统及失效模块电能补偿方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，具体涉及一种电源模组系统及失效模块电能补偿方法。

背景技术

现有电能存储元件主要有电池和电容器，而单个电池或电容器的工作电压和功率都很小，无法满足高电压、大功率负载的运行要求，因此需要将这些储能元件串并联组合起来进行工作。目前，电源在结构上可分为三种形式：单个储能元件或多个储能元件串并联而成的模块(统称为电源模块)，以及由多个电源模块串并联而成的模组。

由于电源的原材料、工艺及使用环境存在差异，多个电源模块同时工作时，各电源模块之间的内阻存在一定差异且单体本身内阻也处于不固定状态，进而造成模组中的各电源模块在同样的充放电条件下实际放电量和供电能力的不一致，如果整个模组的不一致性很大，特别是电源老化严重时，将不能维持负载的稳定工作。此外，由于整个模组可以利用的能量往往取决于其中能量最少的电源模块，因此整个模组的可用能量会大量减小，其它电源模块中的能量将不能被利用。

现有技术中，当各电源模块出现供电能力不一致时，是通过专门的均衡电路进行电量均衡，但所述均衡电路只能在电源装置处于停机状态或充电状态下工作，无法在动态放电情况下进行工作，特别是当有电源模块发生彻底失效无法放电时，电源装置无法补偿电能缺失，会造成输出能力不稳定，造成负载工作状态变化，严重时会出现安全事故，因此只能使电源装置停止运行并利用有效的电源模块替换失效电源模块，然后再控制电源装置继续工作。但是，当某些负载需要被连续供电时，强制停机以暂停电能的供给将影响负载的正常运行，会因停机造成安全事故或出现经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种电源模组系统及失效模块电能补偿方法，以实现在不停机的前提下补偿失效电源模块输出电能的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种电源模组系统，包括：电源模组、补偿模块和控制器，所述电源模组与所述补偿模块连接，所述控制器分别与所述电源模组和所述补偿模块连接；

所述电源模组包括至少两个串联连接的供电模块，所述供电模块包括第一电子开关和电源模块，所述第一电子开关的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块的第一端连接，除第一个供电模块中电源模块的第二端、以及最后一个供电模块中第一电子开关的第二端外，其余每个第一电子开关的第二端分别与相邻供电模块中电源模块的第二端连接；

所述控制器，用于在控制接通所有第一电子开关后，检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；如果出现至少一个失效电源模块，则控制断开所述失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；并控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能，所述补偿模块输出的电能为所述失效电源模块在有效状态下输出的电能。

本发明还公开了一种失效模块电能补偿方法，应用于一种电源模组系统，所述装置包括：电源模组、补偿模块和控制器，所述电源模组与所述补偿模块连接，所述控制器分别与所述电源模组和所述补偿模块连接；

所述电源模组包括至少两个串联连接的供电模块，所述供电模块包括第一电子开关和电源模块，所述第一电子开关的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块的第一端连接，除第一个供电模块中电源模块的第二端、以及最后一个供电模块中第一电子开关的第二端外，其余每个第一电子开关的第二端分别与相邻供电模块中电源模块的第二端连接；

利用所述控制器实现所述方法，所述方法包括：

控制接通所有第一电子开关；

检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；

如果出现至少一个失效电源模块，则控制断开所述失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；

控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能，所述补偿模块输出的电能为所述失效电源模块在有效状态下输出的电能。

本发明电源模组系统及失效模块电能补偿方法，对电源模块进行实时检测，当根据预置的失效判定条件发现存在失效的电源模块时，便利用能量变换器将系统内部或外部的能量变换为失效电源模块在有效状态下输出的能量，以对失效电源模块进行电能补偿，可见，本发明通过采用能量变换和转移的方式进行能量补偿，避免了在出现失效电源模块时必须立即停机的情况，从而可保证系统能够按照原来的负载工况持续进行工作。

附图说明

图1为本发明电源模组系统的总结构示意图；

图2a为本发明电源模组系统的实施例1的结构示意图；

图2b为本发明电源模组系统的实施例2的结构示意图；

图3为本发明控制器的第一结构示意图；

图4a为本发明电源模组系统的实施例3的结构示意图；

图4b为本发明电源模组系统的实施例4的结构示意图；

图5为本发明控制器的第二结构示意图；

图6为本发明电源模组组合系统的结构示意图；

图7为本发明失效模块电能补偿方法的总流程示意图；

图8为本发明实现能量补偿的第一流程示意图；

图9为本发明实现能量补偿的第二流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

参见图1所示，图1为本发明提供的一种电源模组系统的总结构示意图，该装置包括：电源模组100、补偿模块200和控制器300，所述电源模组100与所述补偿模200块连接，所述控制器300分别与所述电源模组100和所述补偿模块200连接；

所述电源模组100包括至少两个串联连接的供电模块10，所述供电模块10包括第一电子开关1和电源模块2，所述第一电子开关1的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块2的第一端连接，除第一个供电模块10中电源模块2的第二端、以及最后一个供电模块10中第一电子开关1的第二端外，其余每个第一电子开关1的第二端分别与相邻供电模块10中电源模块2的第二端连接；其中，第一个供电模块10中电源模块2的第二端为所述电源模组100的负端，与负载负端连接，且最后一个供电模块10中第一电子开关1的第二端为所述电源模组100的正端，与负载正端连接；

所述控制器300，用于在控制接通所有第一电子开关1后，检测各个电源模块2的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块2是否失效；如果出现至少一个失效电源模块2，则控制断开所述失效电源模块2所属供电模块10的第一电子开关1，以隔离所述失效电源模块2；并控制所述补偿模块200输出电能以替换所述失效电源模块2输出的电能，所述补偿模块200输出的电能为所述失效电源模块2在有效状态下输出的电能。

在系统工作过程中，所有电源模块2均为有效电源模块或所有失效电源模块均被替代时，利用所述电源模组100为所述负载提供电能。

其中，所述电源模块2为单个电池、或单个电容器、或串联连接的多个电池、或串联连接的多个电容器。利用包含电源模块2的多个供电模块10串联连接而成的电源模组100，可输出高电压和大电流，带动大功率负载进行工作。

第一电子开关1可以是功率型电子开关(如继电器、IGBT)或保险器，当电源模块2被判断为是失效电源模块时，将第一电子开关1断开后可将对应的电源模块2从装置中断开和隔离。

参见图2a所示，图2a为本发明提供的一种电源模组系统的实施例1的结构示意图，该实施例1包括上述图1所示的电源模组100、补偿模块200和控制器300，并具有同样的连接方式。该实施例1是一种自身供能独立补偿式结构，即第一能量变换器3的输入能量来自于装置本身(电源模组100)。

其中，所述补偿模块200包括与所述供电模块10同样数量且一一对应的第一能量变换器3；

每个第一能量变换器3的负输出端与对应的电源模块2的第二端连接，每个第一能量变换器3的正输出端与对应的第一电子开关1的第二端连接；每个第一能量变换器3的负输入端共同连接到第一公共导线上，以通过所述第一公共导线使每个第一能量变换器3的负输入端连接到所述电源模组100的总负端，且每个第一能量变换器3的正输入端共同连接到第二公共导线上，以通过所述第二公共导线使每个第一能量变换器的正输入端连接到所述电源模组100的总正端；

所述第一能量变换器3，用于将接收的所述电源模组100供给的电能转换为对应失效电源模块2在有效状态下输出的电能。

参见图2b所示，图2b为本发明提供的一种电源模组系统的实施例2的结构示意图，该实施例2包括上述图1所示的电源模组100、补偿模块200和控制器300，并具有同样的连接方式。该实施例2是一种外部供能独立补偿式结构，即第一能量变换器3的输入能量来自于装置外部(备用电池或电网)。

其中，所述补偿模块200包括与所述供电模块10同样数量且一一对应的第一能量变换器3；

每个第一能量变换器3的负输出端与对应的电源模块2的第二端连接，每个第一能量变换器3的正输出端与对应的第一电子开关1的第二端连接；每个第一能量变换器3的正输入端和负输入端共同连接到所述外部供电电源4；其中，所述外部供电电源4为备用电池或电网。

所述第一能量变换器3，用于将接收的所述外部供电电源4供给的电能转换为对应失效电源模块2在有效状态下应当输出的电能。

针对上述图2a和图2b所示的两种供电模式，利用所述控制器300实现电能的补偿，参见图3所示，所述控制器300包括：

第一接通单元31，用于控制接通所有第一电子开关1；

判断单元32，用于在控制接通所有第一电子开关1后，检测各个电源模块2的工作状态，并根据所述工作状态判断所述各个电源模块2是否失效；

断开单元33，用于当所述判断单元32判断得到的出现至少一个失效电源模块2时，控制断开所述失效电源模块2所属供电模块10中的第一电子开关1，以隔离所述失效电源模块2；

第一补偿单元34，用于控制开启所述失效电源模块2对应的第一能量变换器3，以利用所述第一能量变换器3输出的电能替换对应的失效电源模块2在有效状态下应当输出的电能。

针对图2a与图2b所示的装置，第一能量变换器3需满足以下补偿条件：

当出现失效的电源模块2时，该失效电源模块2对应的第一电子开关1在控制器300的作用下断开，且将该电源模块2对应的第一能量变换器3开启并替代失效的电源模块2进行工作，在装置中起到补偿失效电源模块2的作用。为了使该装置仍然能够在理想电压和功率下运行并且第一能量变换器3能够完全替换失效的电源模块2，第一能量变换器3需要满足以下补偿条件：

(1)、各第一能量变换器3的输出电压应与对应的各电源模块2的输出电压相等，正负极一致。

(2)、各第一能量变换器3的输出电流应与通过电源模组100或电源模块2的电流相等、方向相同。

(3)、各第一能量变换器3的输出功率应与对应的各电源模块2的输出功率相等。

下面根据上述补偿条件，介绍图2a与图2b所示装置的工作原理和设计原则：

设该装置中有N_cm(N_cm为整数，N_cm＞1)个串联连接的供电模块10，即包括N_cm个串联连接的电源模块2。理想工作条件下，如果每个电源模块2输出电压为V_cm，流过电源模组100或每个电源模块2的电流为I_cm，则装置总输出电压(等于负载两端电压)为N_cm·V_cm，装置总输出功率(等于负载功率)为N_cm·V_cm·I_cm，其中，电源模块2输出功率为V_cm·I_cm。

在图2a中，当第一能量变换器3的输入能量来源于装置本身时，装置的工作原理如下：

当装置中有K(1≤K≤N_cm)个电源模块2失效时，设流过电源模组100或电源模块2的电流为I₀，流过负载的电流为I_d，流过第一能量变换器3的电流为I_b。

要求在稳定状态下，负载电压：N_cm·V_cm；负载电流为：I_cm，负载功率为：N_cm·V_cm·I_cm＝N_cm·V_cm·I_d。

根据上述补偿条件，各个电源模块2的工作电压、工作电流、输出功率与未失效状态时相同。每个第一能量变换器3的输出电压(等于电源模块2的输出电压)为V_cm，每个第一能量变换器3的输出功率(等于电源模块2的输出功率)为V_cm·I₀＝V_cm·(I_d+I_b)＝V_cm·(I_cm+I_b)；每个第一能量变换器3的输入电压(等于装置总输出电压)为：N_cm·V_cm，每个第一能量变换器3的输入功率为：N_cm·V_cm·I_b。设每个第一能量变换器3的效率为f_i，根据功率守恒定律得：

$N_{\mathrm{cm}}\·V_{\mathrm{cm}}\·I_b=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{V_{\mathrm{cm}}\·I_0}{f_i}\right)=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left[\frac{V_{\mathrm{cm}}\·(I_d+I_b)}{f_i}\right]---\left(1\right)$

将公式(1)变形可得，所有第一能量变换器3的输入电流总和I_b与规定负载电流I_cm之间的关系为：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{I_b}{I_d}=\frac{\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{f_i}\right)}{N_{\mathrm{cm}}-\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{1}{f_i}\right)}---\left(2\right)$

如果各个第一能量变换器3的效率相同，则f_i＝f，则式(2)变形为：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{I_b}{I_d}=\frac{k}{N_{\mathrm{cm}}\·f-k}---\left(3\right)$

可见，通过选择合适的电源模块2和第一能量变换器3来满足公式(2)或(3)的要求，便可实现利用第一能量变换器3补偿失效电源模块2的目的，以保证装置工作在理想条件下。

在图2b中，当第一能量变换器3的输入能量来源于装置外部时，装置的工作原理如下：

当装置中有K(1≤K≤N_cm)个电源模块2失效时，设流过电源模组100或电源模块2或流过负载的电流为I_d，流过第一能量变换器3的电流为I_b。

要求在稳定状态下，负载电压：N_cm·V_cm；负载电流为：I_cm，负载功率为：N_cm·V_cm·I_cm＝N_cm·V_cm·I_d。

根据上述补偿条件，各个电源模块2的工作电压、工作电流、输出功率与未失效状态时相同。每个第一能量变换器3的输出电压(等于电源模块2的输出电压)为V_cm，每个第一能量变换器3的输出电流为I_d＝I_cm，每个第一能量变换器3的输出功率(等于电源模块2的输出功率)为V_cm·I_cm；设每个第一能量变换器3的效率为f_i，则所有失效电源模块2对应的第一能量变换器3的输入功率总和为设外部供电电源4提供的工作电压为U_w，则所有第一能量变换器3的输入电流I_b为：

$I_b=\frac{V_{\mathrm{cm}}\·I_{\mathrm{cm}}\·\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{f_i}}{U_w}---\left(4\right)$

将公式(4)变形可得，所有第一能量变换器3的输入电流总和I_b与规定负载电流I_cm之间的关系为：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{V_{\mathrm{cm}}}{U_w}\·\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{f_i}---\left(5\right)$

如果各个第一能量变换器3的效率相同，则f_i＝f，则式(5)变形为：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{V_{\mathrm{cm}}\·k}{U_w\·f}---\left(6\right)$

通过选择合适的电源模块2和第一能量变换器3来满足公式(5)或(6)的要求，便可实现利用第一能量变换器3补偿失效电源模块2的目的，以保证装置工作在理想条件下。

参见图4a所示，图4a为本发明提供的一种电源模组系统的实施例3的结构示意图，该实施例3包括上述图1所示的电源模组100、补偿模块200和控制器300，并具有同样的连接方式。该实施例3是一种自身供能集中补偿式结构，即第二能量变换器7的输入能量来自于装置本身(电源模组100)。

其中，所述补偿模块200包括分别为每个供电模块10配置的第二电子开关5和第三电子开关6，以及一个第二能量变换器7；

所述第二电子开关5的第一端分别与对应的电源模块2的第二端连接，所述第三电子开关6的第一端分别与对应的第一电子开关1的第二端连接，所有第二电子开关5的第二端均与所述第二能量变换器7的负输出端连接，所有第三电子开关6的第二端均与所述第二能量变换器7的正输出端连接；所述第二能量变换器7的负输入端与所述电源模组100的负端连接，所述第二能量变换器7的正输入端与所述电源模组100的正端连接；

所述第二能量变换器7，用于将接收的所述电源模组100供给的电能转换为所有失效电源模块2在有效状态下输出的总电能。

参见图4b所示，图4b为本发明提供的一种电源模组系统的实施例4的结构示意图，该实施例4包括上述图1所示的电源模组100、补偿模块200和控制器300，并具有同样的连接方式。该实施例4是一种外部供能集中补偿式结构，即第二能量变换器7的输入能量来自于装置外部(备用电池或电网)。

其中，所述补偿模块200包括分别为每个供电模块10配置的第二电子开关5和第三电子开关6，以及一个第二能量变换器7；

所述第二电子开关5的第一端分别与对应的电源模块2的第二端连接，所述第三电子开关6的第一端分别与对应的第一电子开关1的第二端连接，所有第二电子开关5的第二端均与所述第二能量变换器7的负输出端连接，所有第三电子开关6的第二端均与所述第二能量变换器7的正输出端连接；所述第二能量变换器7的正输入端和负输入端与所述外部供电电源8连接，其中，所述外部电源8为备用电池或电网；

所述第二能量变换器7，用于将接收的所述外部供电电源8供给的电能转换为所有失效电源模块2在有效状态下输出的总电能。

针对上述图4a和图4b所示的两种供电模式，利用所述控制器300实现电能的补偿，参见图5所示，所述控制器300包括：

第一接通单元51，用于控制接通所有第一电子开关1；

判断单元52，用于在控制接通所有第一电子开关1后，检测各个电源模块2的工作状态，并根据所述工作状态判断所述各个电源模块2是否失效；

断开单元53，用于当所述判断单元52判断得到的出现至少一个失效电源模块时，控制断开所述失效电源模块2所属供电模块10的第一电子开关1，以隔离所述失效电源模块2；

第二接通单元54，用于控制接通所述失效电源模2块对应的第二电子开关5和第三电子开关6；

第二补偿单元55，用于控制开启所述第二能量变换器7，以利用所述第二能量变换器7输出的电能替换各个失效电源模块2在有效状态下应当输出的电能。

针对图4a与图4b所示的装置，第二能量变换器7需满足以下补偿条件：当出现失效的电源模块2时，该失效电源模块2对应的第一电子开关1在控制器300的作用下断开，且将该电源模块2对应的第二能量变换器7开启并替代失效的电源模块2进行工作，在装置中起到补偿失效电源模块2的作用。为了使该装置仍然能够在理想电压和功率下运行并且第二能量变换器7能够完全替换失效的电源模块2，第二能量变换器7需要满足以下补偿条件：

(1)、第二能量变换器7的输出电压应与各失效电源模块2的输出电压之和相等，正负极一致。

(2)、第二能量变换器7的输出电流应与通过电源模组100或电源模块2的电流相等、方向相同。

(3)、第二能量变换器7的输出功率应与各失效电源模块2的输出功率之和相等。

下面根据上述补偿条件，介绍图4a与图4b所示装置的工作原理和设计原则：

设该装置中有N_cm(N_cm为整数，N_cm＞1)个串联连接的供电模块10，即包括N_cm个串联连接的电源模块2。理想工作条件下，如果每个电源模块2输出电压为V_cm，流过电源模组100或每个电源模块2的电流为I_cm，则装置总输出电压(等于负载两端电压)为N_cm·V_cm，装置总输出功率(等于负载功率)为N_cm·V_cm·I_cm，其中，电源模块2输出功率为V_cm·I_cm。

在图4a中，当第二能量变换器7的输入能量来源于装置本身时，装置的工作原理如下：

正常工作状态下，即当所有电源模块2均有效时，控制器300控制所有第二电子开关5和第三电子开关6均断开，此时第二能量变换器7不工作。

当装置中有K(1≤K≤N_cm)个电源模块2失效时，在控制器300的作用下，将与K个失效电源模块2对应的K个第一电子开关1断开，并将与K个失效电源模块2对应连接的K个第二电子开关5和K个第三电子开关6均接通，此时开启第二能量变换器7并控制其开始工作。

设流过电源模组100或电源模块2的电流为I_o，流入负载的电流为I_d，流入第二能量变换器7的电流为I_b。

要求在稳定状态下，负载电压为：N_cm·V_cm；负载电流为：I_cm，负载功率为：N_cm·V_cm·I_cm＝N_cm·V_cm·I_d。

根据上述补偿条件，第二能量变换器7的输出电压应为K·V_cm，第二能量变换器7的输出电流应为I₀＝I_cm；第二能量变换器7的输入电压为N_cm·V_cm，则第二能量变换器7的输入功率为N_cm·V_cm·I_b；当第二能量变换器7的输出功率为K·V_cm·I_o时，设第二能量变换器7的效率为f_k，根据功率守恒定律得：

N_cm·V_cm·I_b＝K·V_cm·I_o/f_k    (7)

由于I_o＝I_d+I_d，将其带入公式(7)得：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{I_b}{I_d}=\frac{k}{N_{\mathrm{cm}}\·f_k-k}---\left(8\right)$

可见，通过选择合适的电源模块2和第二能量变换器7来满足公式(8)的要求，便可实现利用第二能量变换器7补偿失效电源模块2的目的，以保证装置工作在理想条件下。

在图4b中，当第二能量变换器7输入能量来源于装置外部时，装置的工作原理如下：

正常工作状态下，即当所有电源模块2均有效时，控制器300控制所有第二电子开关5和第三电子开关6均断开，此时第二能量变换器7不工作。

当装置中有K(1≤K≤N_cm)个电源模块2失效时，在控制器300的作用下，将与K个失效电源模块2对应的K个第一电子开关1断开，并将与K个失效电源模块2对应连接的K个第二电子开关5和K个第三电子开关6均接通，此时开启第二能量变换器7并控制其开始工作。

设流过电源模组100或电源模块2或负载的电流为I_d，流入第二能量变换器7的电流为I_b。

要求在稳定状态下，负载电压为：N_cm·V_cm；负载电流为：I_cm，负载功率为：N_cm·V_cm·I_cm＝N_cm·V_cm·I_d。

根据上述补偿条件，第二能量变换器7的输出的电压为K·V_cm，第二能量变换器7的输出电流应为I_d＝I_cm；第二能量变换器7的输入电压(等于外部电源电压)为U_w，第二能量变换器7的输入功率为U_w·I_b，则当第二能量变换器7的输出功率为K·V_cm·I_d时，设第二能量变换器7的效率为f_k，根据功率守恒定律得：

U_w·I_b＝K·V_cm·I_d/f_k    (9)

将公式(9)变形得：

$\frac{I_b}{I_{\mathrm{cm}}}=\frac{I_b}{I_d}=\frac{k\·V_{\mathrm{cm}}}{U_w\·f_k}---\left(10\right)$

通过选择合适的电源模块2和第二能量变换器7来满足公式(10)的要求，便可实现利用第二能量变换器7补偿失效电源模块2的目的，以保证装置工作在理想条件下。

此外，下面介绍如何判断电源模块2是否为失效状态：

所谓“失效”是指电源模块2由于自身特征及使用条件的影响，出现不能在整个电源装置中正常工作的状态，在电源模块工作过程中，如何判定电源模块2为失效状态，包括但不限于以下8中情况，参见表1所示：

表1

其中，SOC(state of charge)指在一定条件下电源模块2中所剩余的电量与满电状态下所含的电量的比值。

基于上述8种情况，下面给出判断电源模块2处于失效状态的方法，其中，利用第一判断单元可选择以下其一或多个条件作为判定电源模块2失效的方式：

1、检测各个电源模块的SOC值，并计算SOC均值及各个电源模块的SOC值与所述SOC均值之间的S OC差值，将所述SOC差值大于第一设定值的电源模块判定为失效电源模块；

2、检测各个电源模块的电压，并计算电压均值及各个电源模块的电压值与所述电压均值之间的电压差值，将所述电压差值大于第二设定值的电源模块判定为失效电源模块；

3、检测各个电源模块的温度，并计算温度均值及各个电源模块的温度值与所述温度均值之间的温度差值，将所述温度差值大于第三设定值的电源模块判定为失效电源模块；

4、检测各个电源模块的电流，并将电流值大于电流上限值的电源模块判定为失效电源模块；

5、检测各个电源模块的SOC值，并将SOC值大于SOC上限值或小于SOC下限值的电源模块判定为失效电源模块；

6、检测各个电源模块的电压，并将电压大于电压上限值或小于电压下限值的电源模块判定为失效电源模块；

7、检测各个电源模块的温度，并将温度大于温度上限值或小于温度下限值的电源模块判定为失效电源模块；

8、检测各个电源模块的内阻，并将内阻大于内阻上限值或小于内阻下限值的电源模块判定为失效电源模块。

此外，第一能量变换器3或第二能量变换器7可以是逆变器(根据输入电源的类型可以是DC-DC或AC-DC或变压器)用于电压、电流及功率的变换。能量变换器还应具有一定的储能能力，以保证断开电子开关1的短暂时间内能量变换器能够继续工作，所以：

所述第一能量变换器3可内置第一储能模块；所述第一储能模块，用于在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用所述释放的电能工作。

所述第二能量变换器7可内置第二储能模块；所述第二储能模块，用于在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用所述释放的电能工作。

其中，所述第一储能模块和第二储能模块可以是电容器。

另外，可根据需要将上述提供的图2a、图2b、图4a和图4b四种装置进行组合，例如将图2a和图4b所示的装置进行组合，参见图6所示，图6为本发明提供的一种电源模组组合系统的结构示意图。

其中，电源模组装置由模块1和模块2组成，在模块1和模块2内部，各电源模块采用自身供能独立补偿结构(图2a)；模块1和模块2之间采用外部供能集中补偿结构(图4b)，可根据具体需求对这种混合式补偿装置结构进行控制。此外，需要说明的是，基于本发明4种补偿装置的任何基础变形和任意组合均为本发明的保护内容。

本发明电源模组系统，对电源模块进行实时检测，当根据预置的失效判定条件发现存在失效的电源模块时，便利用能量变换器将系统内部或外部的能量变换为失效电源模块在有效状态下输出的能量，以对失效电源模块进行电能补偿，可见，本发明通过采用能量变换和转移的方式进行能量补偿，避免了在出现失效电源模块时必须立即停机的情况，从而可保证系统能够按照原来的负载工况持续进行工作。

参见图7所示，图7为本发明提供的一种失效模块电能补偿方法的总流程示意图，主要应用于上述电源模组系统(参见图1)，该补偿装置包括：电源模组100、补偿模块200和控制器300，所述电源模组100与所述补偿模200块连接，所述控制器300分别与所述电源模组100和所述补偿模块200连接；

所述电源模组100包括至少两个串联连接的供电模块10，所述供电模块10包括第一电子开关1和电源模块2，所述第一电子开关1的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块2的第一端连接，除第一个供电模块10中电源模块2的第二端、以及最后一个供电模块10中第一电子开关1的第二端外，其余每个第一电子开关1的第二端分别与相邻供电模块10中电源模块2的第二端连接；其中，第一个供电模块10中电源模块2的第二端为所述电源模组100的负端，与负载负端连接，且最后一个供电模块10中第一电子开关1的第二端为所述电源模组100的正端，与负载正端连接；

利用所述控制器300实现所述方法，实现该方法的步骤包括：

S701：控制接通所有第一电子开关；

S702：检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；

选择下面8种方式中的一种或多种作为判定电源模块失效的方法：

1、检测各个电源模块的SOC值，并计算SOC均值及各个电源模块的SOC值与所述SOC均值之间的SOC差值，将所述SOC差值大于第一设定值的电源模块判定为失效电源模块；

2、检测各个电源模块的电压，并计算电压均值及各个电源模块的电压值与所述电压均值之间的电压差值，将所述电压差值大于第二设定值的电源模块判定为失效电源模块；

3、检测各个电源模块的温度，并计算温度均值及各个电源模块的温度值与所述温度均值之间的温度差值，将所述温度差值大于第三设定值的电源模块判定为失效电源模块；

4、检测各个电源模块的电流，并将电流值大于电流上限值的电源模块判定为失效电源模块；

5、检测各个电源模块的SOC值，并将SOC值大于SOC上限值或小于SOC下限值的电源模块判定为失效电源模块；

6、检测各个电源模块的电压值，并将电压值大于电压上限值或小于电压下限值的电源模块判定为失效电源模块；

7、检测各个电源模块的温度值，并将温度值大于温度上限值或小于温度下限值的电源模块判定为失效电源模块；

8、检测各个电源模块的内阻，并将内阻大于内阻上限值或小于内阻下限值的电源模块判定为失效电源模块。

S703：如果判断得到出现至少一个失效电源模块，则控制断开所述失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；

S704：控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能，所述补偿模块输出的电能为所述失效电源模块在有效状态下输出的电能。

其中，所述补偿模块包括以下两类连接方式：

第一类(参见图2a和图2b)：

所述补偿模块200包括与所述供电模块10同样数量且一一对应的第一能量变换器3；每个第一能量变换器3的负输出端与对应的电源模块2的第二端连接，每个第一能量变换器3的正输出端与对应的第一电子开关1的第二端连接；

每个第一能量变换器3的负输入端共同连接到第一公共导线上，以通过所述第一公共导线使每个第一能量变换器3的负输入端连接到所述电源模组100的总负端，且每个第一能量变换器3的正输入端共同连接到第二公共导线上，以通过所述第二公共导线使每个第一能量变换器的正输入端连接到所述电源模组100的总正端；或，每个第一能量变换器3的正输入端和负输入端共同连接到所述外部供电电源4；

参见图8所示，实现上述步骤S704的方法包括：

S801：控制开启所述失效电源模块对应的第一能量变换器，以利用所述第一能量变换器将所述电源模组或外部供电电源供给的电能转换为对应失效电源模块在有效状态下应当输出的电能；

S803：利用所述第一能量变换器转换的电能替换对应的失效电源模块在有效状态下应当输出的电能。

第二类(参见图3a和图3b)：

所述补偿模块200包括分别为每个供电模块配置的第二电子开关5和第三电子开关6，以及一个第二能量变换器7；

所述第二电子开关5的第一端分别与对应的电源模块2的第二端连接，所述第三电子开关6的第一端分别与对应的第一电子开关1的第二端连接，所有第二电子开关5的第二端均与所述第二能量变换器7的负输出端连接，所有第三电子开关6的第二端均与所述第二能量变换器7的正输出端连接；

所述第二能量变换器7的负输入端与所述电源模组100的负端连接，所述第二能量变换器7的正输入端与所述电源模组100的正端连接；或，所述第二能量变换器7的输入端与所述外部供电电源8连接；

参见图9所示，实现上述步骤S704的方法包括：

S901：控制接通所述失效电源模块对应的第二电子开关和第三电子开关；

S902：控制开启所述第二能量变换器，以利用所述第二能量变换器将所述电源模组或外部供电电源供给的电能转换为所有失效电源模块在有效状态下输出的总电能；

S903：利用所述第二能量变换器转换的总电能替换各个失效电源模块输出的电能。

此外，能量变换器还应具有一定的储能能力，以保证断开电子开关1的短暂时间内能量变换器能够继续工作，所以：

所述第一能量变换器可内置第一储能模块；在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内，利用所述第一储能模块释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用所述释放的电能工作。所述第二能量变换器可内置第二储能模块；在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内，利用所述第二储能模块释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用所述释放的电能工作。

本发明失效模块电能补偿方法，对电源模块进行实时检测，当根据预置的失效判定条件发现存在失效的电源模块时，便利用能量变换器将系统内部或外部的能量变换为失效电源模块在有效状态下输出的能量，以对失效电源模块进行电能补偿，可见，本发明通过采用能量变换和转移的方式进行能量补偿，避免了在出现失效电源模块时必须立即停机的情况，从而可保证系统能够按照原来的负载工况持续进行工作。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种电源模组系统，其特征在于，包括：电源模组、补偿模块和控制器，所述电源模组与所述补偿模块连接，所述控制器分别与所述电源模组和所述补偿模块连接；

所述电源模组包括至少两个串联连接的供电模块，所述供电模块包括第一电子开关和电源模块，所述第一电子开关的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块的第一端连接，除第一个供电模块中电源模块的第二端、以及最后一个供电模块中第一电子开关的第二端外，其余每个第一电子开关的第二端分别与相邻供电模块中电源模块的第二端连接；

所述控制器，用于在控制接通所有第一电子开关后，检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；如果出现至少一个失效电源模块，则控制断开所述失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；并控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能，所述补偿模块输出的电能为所述失效电源模块在有效状态下输出的电能；

其中，

所述补偿模块包括与所述供电模块同样数量且一一对应的第一能量变换器；每个第一能量变换器的负输出端与对应的电源模块的第二端连接，每个第一能量变换器的正输出端与对应的第一电子开关的第二端连接；每个第一能量变换器的负输入端共同连接到第一公共导线上，以通过所述第一公共导线使每个第一能量变换器的负输入端连接到所述电源模组的总负端，且每个第一能量变换器的正输入端共同连接到第二公共导线上，以通过所述第二公共导线使每个第一能量变换器的正输入端连接到所述电源模组的总正端；所述第一能量变换器，用于将所述电源模组供给的电能转换为对应失效电源模块在有效状态下输出的电能；

或者，所述补偿模块包括与所述供电模块同样数量且一一对应的第一能量变换器；每个第一能量变换器的负输出端与对应的电源模块的第二端连接，每个第一能量变换器的正输出端与对应的第一电子开关的第二端连接；每个第一能量变换器的输入端共同连接到外部供电电源；所述第一能量变换器，用于将外部供电电源供给的电能转换为对应失效电源模块在有效状态下应当输出的电能；

或者，所述补偿模块包括分别为每个供电模块配置的第二电子开关和第三电子开关，以及一个第二能量变换器；所述第二电子开关的第一端分别与对应的电源模块的第二端连接，所述第三电子开关的第一端分别与对应的第一电子开关的第二端连接，所有第二电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的负输出端连接，所有第三电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的正输出端连接；所述第二能量变换器的负输入端与所述电源模组的负端连接，所述第二能量变换器的正输入端与所述电源模组的正端连接；所述第二能量变换器，用于将所述电源模组供给的电能转换为所有失效电源模块在有效状态下输出的总电能；

或者，所述补偿模块包括分别为每个供电模块配置的第二电子开关和第三电子开关，以及一个第二能量变换器；所述第二电子开关的第一端分别与对应的电源模块的第二端连接，所述第三电子开关的第一端分别与对应的第一电子开关的第二端连接，所有第二电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的负输出端连接，所有第三电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的正输出端连接；所述第二能量变换器的输入端与外部供电电源连接；所述第二能量变换器，用于将外部供电电源供给的电能转换为所有失效电源模块在有效状态下应当输出的总电能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述补偿模块包括与所述供电模块同样数量且一一对应的第一能量变换器时，所述控制器包括：

第一接通单元，用于控制接通所有第一电子开关；

判断单元，用于在控制接通所有第一电子开关后，检测各个电源模块的工作状态，并根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；

断开单元，用于当所述判断单元判断得到的出现至少一个失效电源模块时，断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；

第一补偿单元，用于控制开启所述失效电源模块对应的第一能量变换器，以利用所述第一能量变换器输出的电能替换对应的失效电源模块在有效状态下应当输出的电能。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述补偿模块包括分别为每个供电模块配置的第二电子开关和第三电子开关，以及一个第二能量变换器时，所述控制器包括：

第一接通单元，用于控制接通所有第一电子开关；

判断单元，用于在控制接通所有第一电子开关后，检测各个电源模块的工作状态，并根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；

断开单元，用于当所述判断单元判断得到的出现至少一个失效电源模块时，断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；

第二接通单元，用于控制接通所述失效电源模块对应的第二电子开关和第三电子开关；

第二补偿单元，用于控制开启所述第二能量变换器，以利用所述第二能量变换器输出的电能替换各个失效电源模块在有效状态下应当输出的电能。

4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述判断单元，

具体用于检测各个电源模块的SOC值，并计算SOC均值及各个电源模块的SOC值与所述SOC均值之间的SOC差值，将所述SOC差值大于第一设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的电压，并计算电压均值及各个电源模块的电压值与所述电压均值之间的电压差值，将所述电压差值大于第二设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的温度，并计算温度均值及各个电源模块的温度值与所述温度均值之间的温度差值，将所述温度差值大于第三设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的电流，并将电流值大于电流上限值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的SOC值，并将SOC值大于SOC上限值或小于SOC下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的电压，并将电压大于电压上限值或小于电压下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的温度，并将温度大于温度上限值或小于温度下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或具体用于检测各个电源模块的内阻，并将内阻大于内阻上限值或小于内阻下限值的电源模块判定为失效电源模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一能量变换器内置第一储能模块；

所述第一储能模块，用于在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用释放的电能工作。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二能量变换器内置第二储能模块；

所述第二储能模块，用于在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用释放的电能工作。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源模块为单个电池、或单个电容器、或串联连接的多个电池、或串联连接的多个电容器。

8.一种失效模块电能补偿方法，应用于一种电源模组系统，其特征在于，所述系统包括：电源模组、补偿模块和控制器，所述电源模组与所述补偿模块连接，所述控制器分别与所述电源模组和所述补偿模块连接；

所述电源模组包括至少两个串联连接的供电模块，所述供电模块包括第一电子开关和电源模块，所述第一电子开关的第一端与隶属于同一供电模块的电源模块的第一端连接，除第一个供电模块中电源模块的第二端、以及最后一个供电模块中第一电子开关的第二端外，其余每个第一电子开关的第二端分别与相邻供电模块中电源模块的第二端连接；

利用所述控制器实现所述方法，所述方法包括：

控制接通所有第一电子开关；

检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效；

如果出现至少一个失效电源模块，则控制断开所述失效电源模块所属供电模块中的第一电子开关，以隔离所述失效电源模块；

控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能，所述补偿模块输出的电能为所述失效电源模块在有效状态下输出的电能；

其中，

所述补偿模块包括与所述供电模块同样数量且一一对应的第一能量变换器；每个第一能量变换器的负输出端与对应的电源模块的第二端连接，每个第一能量变换器的正输出端与对应的第一电子开关的第二端连接；每个第一能量变换器的负输入端共同连接到第一公共导线上，以通过所述第一公共导线使每个第一能量变换器的负输入端连接到所述电源模组的总负端，且每个第一能量变换器的正输入端共同连接到第二公共导线上，以通过所述第二公共导线使每个第一能量变换器的正输入端连接到所述电源模组的总正端；或，每个第一能量变换器的输入端共同连接到外部供电电源；所述控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能包括：

控制开启所述失效电源模块对应的第一能量变换器，以利用所述第一能量变换器将所述电源模组或外部供电电源供给的电能转换为对应失效电源模块在有效状态下应当输出的电能；利用所述第一能量变换器转换的电能替换对应的失效电源模块输出的电能；

或者，所述补偿模块包括分别为每个供电模块配置的第二电子开关和第三电子开关，以及一个第二能量变换器；所述第二电子开关的第一端分别与对应的电源模块的第二端连接，所述第三电子开关的第一端分别与对应的第一电子开关的第二端连接，所有第二电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的负输出端连接，所有第三电子开关的第二端均与所述第二能量变换器的正输出端连接；所述第二能量变换器的负输入端与所述电源模组的负端连接，所述第二能量变换器的正输入端与所述电源模组的正端连接；或，所述第二能量变换器的输入端与外部供电电源连接；所述控制所述补偿模块输出电能以替换所述失效电源模块输出的电能包括：

控制接通所述失效电源模块对应的第二电子开关和第三电子开关；控制开启所述第二能量变换器，以利用所述第二能量变换器将所述电源模组或外部供电电源供给的电能转换为所有失效电源模块在有效状态下输出的总电能；利用所述第二能量变换器转换的总电能替换各个失效电源模块输出的电能。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测各个电源模块的工作状态，根据所述工作状态判断所述各个电源模块是否失效包括：

检测各个电源模块的SOC值，并计算SOC均值及各个电源模块的SOC值与所述SOC均值之间的SOC差值，将所述SOC差值大于第一设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的电压，并计算电压均值及各个电源模块的电压值与所述电压均值之间的电压差值，将所述电压差值大于第二设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的温度，并计算温度均值及各个电源模块的温度值与所述温度均值之间的温度差值，将所述温度差值大于第三设定值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的电流，并将电流值值大于电流上限值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的SOC值，并将SOC值大于SOC上限值或小于SOC下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的电压，并将电压值大于电压上限值或小于电压下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的温度，并将温度值大于温度上限值或小于温度下限值的电源模块判定为失效电源模块；

或，检测各个电源模块的内阻，并将内阻大于内阻上限值或小于内阻下限值的电源模块判定为失效电源模块。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一能量变换器内置第一储能模块，所述方法还包括：

在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内，利用所述第一储能模块释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用释放的电能工作。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二能量变换器内置第二储能模块，所述方法还包括：

在断开所述失效电源模块所属供电模块的第一电子开关的短暂时间内，利用所述第二储能模块释放电能，以使所述失效电源模块所属供电模块利用释放的电能工作。