CN107946528A - 电池组和电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池组和电池组系统，其中，该电池组包括：多个级联的充电电池，上一级充电电池的正极串联至本级充电电池的负极，首级充电电池的负极用于连接至负载负极接口，尾级充电电池的正极用于连接至负载正极接口；充电控制器，分别并联至各个充电电池的正负极；各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线；充电控制器用于为与充电控制器对应的充电电池提供独立的充电回路；充电控制器用于控制与充电控制器对应的充电电池的工作状态。本发明解决了现有技术中一致性差所带来的电池性能低的问题。

Description

电池组和电池组系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池组和电池组系统。
背景技术
锂离子电池由于其具有高能量密度、高电压、长寿命、低自放电等的优点，在3C领域、电动汽车领域和储能领域均得到了广泛的应用。
锂离子电池在电动汽车和储能领域的应用均是以电池组的形式进行，而不是以单个电池工作。以电池组的形式工作，涉及到一个关键影响因素是电池的一致性。单个电池的循环寿命好，电池组的寿命不一定高，甚至会影响到电池组的安全，这均是由电池的一致性引起。电池高的一致性，对电池组的正常工作至关重要。目前，在一致性方面，主要有两种方法改善，第一种是提高电池本身的性能，使电池的一致性提高。这主要涉及到工艺制成参数的一致性。采用全自动化设备，控制环境参数，电池的一致性可得到很大的改善。第二种方法是，电池组外部电气系统对电池组的一致性进行监控并调整，如目前广泛应用的电池管理系统(BMS)，可达到均衡的目标。BMS达到均衡的目的主要有两种方法，主动均衡和被动均衡。主动均衡会消耗掉一部分能量(供均衡用)，被动均衡与电池的一致性关系很大。一致性差的电池组，在被动均衡下，电池的容量利用率低。此外，如果电池组内有一个电芯功能发生破坏，则整个电池组处于停止工作状态，对整个电器的使用非常的不利。
BMS任务众多，包括均衡管理、保护功能、数据储存、电压温度检测、实时通信、内置充电管理、电量计量、健康状态等，系统复杂，成本高，且在一致性上的管理效果并不是最优的，主要表现在不能充分发挥每个电池的性能。
因此，如何减少一致性差所带来的电池性能低成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种电池组和电池组系统，以至少解决现有技术中一致性差所带来的电池性能低的问题。
为解决上述技术问题，根据本公开实施例的一个方面，本发明提供了一种电池组，包括：
多个级联的充电电池，上一级充电电池的正极串联至本级充电电池的负极，首级充电电池的负极用于连接至负载负极接口，尾级充电电池的正极用于连接至负载正极接口；充电控制器，分别并联至各个充电电池的正负极；各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线；充电控制器用于为与充电控制器对应的充电电池提供独立的充电回路；充电控制器用于控制与充电控制器对应的充电电池的工作状态。
可选地，控制器包括：监听模块，用于检测与控制器对应的充电电池的状态；切换开关，与监听模块信号连接，切换开关在监听模块监听到与控制器对应的充电电池为充电状态后导通，以为与控制器对应的充电电池提供独立的充电回路为该充电电池充电。
可选地，切换开关在监听模块监听到与控制器对应的充电电池为充满电状态后断开，以断开与控制器对应的充电电池的充电回路。
可选地，切换开关在监听模块监听到与控制器对应的充电电池为放电状态后断开，以使与控制器对应的充电电池和其它充电电池级联为负载提供级联后的电源。
可选地，切换开关在监听模块监听到与控制器对应的充电电池存在故障后导通，以将与控制器对应的充电电池从级联的电池组中旁路。
根据本公开实施例的另一方面，提供了一种电池组系统，包括：
上述第一方面任意公开的电池组；第一逆变器，用于连接至市电与正极充电母线和负极充电母线之间，第一逆变器用于将市电提供的交流电转换为直流电后传输给充电母线和负极充电母线。
可选地，还包括：新能源接口，连接在正极充电母线和负极充电母线之间，新能源接口用于接收新能源装置提供的直流电并传输给充电母线和负极充电母线。
可选地，还包括：第二逆变器，串联在尾级充电电池的正极和首级充电电池的负极之间；第二逆变器用于将电池组提供的直流电转换为交流电后输出给交流负载。
可选地，第二逆变器还连接在充电母线和负极充电母线之间，用于将充电母线和负极充电母线提供的电源转换为符合负载工作要求的电压。
在本发明中，充电控制器分别并联至各个充电电池的正负极，各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线。由于充电控制器为与充电控制器对应的充电电池提供独立的充电回路，控制与充电控制器对应的充电电池的工作状态，使得级联的充电电池具有独立的充电回路，因此，能够减小各个充电电池的充电被其它充电电池的影响，继而改善了级联电池组的电池性能。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种电池组结构示意图；
图2是本发明实施例公开的一种电池组充电回路示意图；
图3是本发明实施例公开的一种充电控制器结构原理图；
图4是本发明实施例公开的一种电池组放电回路示意图；
图5是本发明实施例公开的一种电池组故障放电回路示意图；
图6是本发明实施例公开的一种电池组系统结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
为了改善级联电池组的电池性能，本实施例公开了一种电池组，请参考图1，为本实施例公开的一种电池组结构示意图，该电池组包括：多个级联的充电电池1和充电控制器2，其中：
上一级充电电池1的正极串联至本级充电电池的负极，首级充电电池1的负极用于连接至负载负极接口(图1中未示出标记)，尾级充电电池的正极用于连接至负载正极接口(图1中未示出标记)。由此实现了级联的电池组对负载供电，需要说明的是，当负载为直流负载时，级联的电池组可以直接向负载供电；当负载为交流负载时，级联的电池组可以通过逆变器连接到交流负载，在具体实施例中，逆变器可以外置，也可以配置在级联的电池组中。在具体实施例中，充电电池1可以是各种锂离子电池(如磷酸铁锂锂离子电池、三元锂离子电池、钴酸锂锂离子电池、钛酸锂电池、锰酸锂电池)、铅酸电池、镍氢电池。
充电控制器2分别并联至各个充电电池1的正负极。各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线31，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线32。本实施例中，正极充电母线31和负极充电母线32分别向各个充电电池1提供充电电源。在具体实施例中，充电母线提供的充电电源可以是交流电，也可以是直流电。
本实施例中，充电控制器2用于为与充电控制器2对应的充电电池1提供独立的充电回路，充电控制器2用于控制与充电控制器2对应的充电电池的工作状态。请参考图2，示意了各个充电电池1的充电回路，图2中箭头所示为充电回路的电流走向。即，各个充电电池1通过与之对应的充电控制器2连接至正极充电母线31和负极充电母线32，通过与之对应的充电控制器2来实现充电控制。亦即，各个充电电池的充电状态不受其它充电电池状态的影响。
在具体实施例中，请参考图3，控制器包括：监听模块21和切换开关22，其中：监听模块21用于检测与控制器对应的充电电池的状态；切换开关22与监听模块21信号连接，切换开关22在监听模块21监听到与控制器对应的充电电池为充电状态后导通，以为与控制器对应的充电电池提供独立的充电回路为该充电电池充电。
在可选的实施例中，切换开关22在监听模块21监听到与控制器对应的充电电池为充满电状态后断开，以断开与控制器对应的充电电池的充电回路。具体地，当级联的电池组中某一个或者若干个充电电池充满电后，充电控制器中的切换开关断开，从而，断开了该某一个或者若干个充电电池的充电回路，而其它未充满电的充电电池则通过各自对应的充电回路继续充电，由此，使得各个充电电池能够依次充满电，消减了不同电池电量带来的一致性影响。
在可选的实施例中，切换开关22在监听模块21监听到与控制器对应的充电电池为放电状态后断开，以使与控制器对应的充电电池和其它充电电池级联为负载提供级联后的电源。请参考图4，在具体实施例中，当检测到级联的电池组为放电状态时，各个切换开关22断开，使得各个充电电池1处于串联状态，如图4所示，为级联的电池组对外供电时的示意图，其中，图4中的箭头指向为级联电池组放电时的电流走向。
在可选的实施例中，切换开关22在监听模块21监听到与控制器对应的充电电池存在故障后导通，以将与控制器对应的充电电池从级联的电池组中旁路。请参考图5，检测到某个充电电池故障后，与该某个充电电池对应的监听模块21将故障检测结果传输给切换开关22，切换开关22在故障检测结果的触发下导通，由于充电电池的电阻远大于充电控制器导通时的电阻，因此，该某个充电电池被充电控制器短路，此时，放电的电源绕过故障充电电池，从充电控制器流过，如图5箭头所示为存在故障电池时电流的流向。
为便于本领域技术人员理解，以下以具体示例进行说明。作为具有独立充电回路的充电电池的具体工作实例，5个10Ah的磷酸铁锂电池串联成组，单体电池的充放电电压范围为2.00-3.65V，充电电池的充放电电压为10.00-18.25V。每个电池配备独立的充电回路，电池的初始状态为3.52V，3.43V，3.21V，3.45V，3.38V，对该电池组进行1C(10A)充电，截止电流0.1C(1A)，各自的充电时间分别为62min，70min，84min，68min，74min。组成该充电电池的单体电池无需初始状态的一致性。之后对充电电池进行1C放电，放电时间为58min，相应容量9.67Ah，电池电压分别为2.92V，2.95V，2.00V，2.78V，2.75V。独立充电回路工作，旁路已完成放电的电池，其它电池继续放电，放电时间分别为3.2min，3.4min，2.5min和2.8min。最终，全部电池放电电压均达到2.0V。
本实施例公开的电池组，充电控制器分别并联至各个充电电池的正负极，各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线。由于充电控制器为与充电控制器对应的充电电池提供独立的充电回路，控制与充电控制器对应的充电电池的工作状态，使得级联的充电电池具有独立的充电回路，因此，能够减小各个充电电池的充电被其它充电电池的影响，继而改善了级联电池组的电池性能。
这种具有独立充电模块的电池模块，改善电池的充放电效果，防止过放和过充，提高安全性，延长电池的寿命。无需进行复杂的均衡处理，且每个电池可获得充分的充放电，因此，电池一致性问题淡化，电池管理系统简化，电池的使用效率更高。具有独立充电模式的电池模块，对电池的一致性无需严格要求，有利于电池的成组，提高生产效率，降低成本，提高良率。
本实施例还公开了一种电池组系统，请参考图6，为本实施例公开的一种电池组系统结构示意图，该电池组系统包括：上述实施例公开的电池组和第一逆变器100。本实施例中，第一逆变器100用于连接至市电与正极充电母线和负极充电母线之间，第一逆变器100用于将市电提供的交流电转换为直流电后传输给充电母线和负极充电母线。
在可选的实施例中，该电池组系统还包括：新能源接口，新能源接口连接在正极充电母线和负极充电母线之间，新能源接口用于接收新能源装置提供的直流电并传输给充电母线和负极充电母线。需要说明的是，在其它实施例中，也可以通过第一逆变器100将新能源装置输出的电源转换为电压匹配的直流电。
在可选的实施例中，该电池组系统还包括：第二逆变器200，第二逆变器200串联在尾级充电电池的正极和首级充电电池的负极之间；第二逆变器200用于将电池组提供的直流电转换为交流电后输出给交流负载。
在可选的实施例中，第二逆变器200还连接在充电母线和负极充电母线之间，用于将充电母线和负极充电母线提供的电源转换为符合负载工作要求的电压。具体地，也可以通过正极充电母线和负极充电母线对负载直接提供电源；还可可以通过第二逆变器200将正极充电母线和负极充电母线提供的电源转换为供负载工作的直流电；反之，当正极充电母线和负极充电母线提供的为直流电，而负载为交流负载时，可以通过第二逆变器200将正极充电母线和负极充电母线提供的直流电转换为交流电。
本实施例公开的电池组系统，具有独立充电回路的电池组，接入到新能源发电、变电、市电和用电网络，电池模块的高稳定性、安全性和长寿命，实现发电、用电的最大效益化。这种能源系统的工作模式和具有独立充电回路的电池回路的有益效果介绍如下：
(1)当负载处于工作状态时，市电处于峰谷状态，光伏和风能等新能源基本不发电。此时，主要由级联的电池组进行供电，当任一个电池发生故障时，独立充电电路导通，对该电池进行旁路处理，提高电池模块系统的稳定性。当电池模块给负载供电不足时，市电接通。
(2)当负载处于空闲状态，光伏、风能等新能源对储能电池模块系统充电。此时，具有独立充电回路的电池组，可保证每个充电电池充分充电，而不会担心发生过充问题。
(3)当市网供电处于谷底状态时，市电对储能电池模块充电，实现对市电的充分利用，可保证每个电池充分充电，而不会担心发生过充问题。
(4)光伏、风能等新能源发电充足，除了给负载供电外，还可以对储能电池组进行充电。
(5)当市电处于使用峰态时，储存在级联电池组的电能，向市电反馈能量，当任一个充电电池发生故障时，独立充电回路对该电池进行旁路处理，提高了电池组系统的稳定性和安全性。
本实施例公开的电池组系统，光伏、风能等新能源装置通过第一逆变器，连接到电池模块系统，再通过第二逆变器，给负载供电。电池组也可连接到市网，实现新能源与市电的并网，增强给负载供电的稳定性。同时，新能源发电余量可通过逆变器，向电网反馈电能，实现新能源电能上网，达到能源的高效利用。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种电池组，其特征在于，包括：
多个级联的充电电池，上一级充电电池的正极串联至本级充电电池的负极，首级充电电池的负极用于连接至负载负极接口，尾级充电电池的正极用于连接至负载正极接口；
充电控制器，分别并联至各个充电电池的正负极；各个充电控制器连接至充电电池正极的一端连接至正极充电母线，各个充电控制器连接至充电电池负极的一端连接至负极充电母线；
所述充电控制器用于为与所述充电控制器对应的充电电池提供独立的充电回路；所述充电控制器用于控制与所述充电控制器对应的充电电池的工作状态。
2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述控制器包括：
监听模块，用于检测与所述控制器对应的充电电池的状态；
切换开关，与所述监听模块信号连接，所述切换开关在所述监听模块监听到与所述控制器对应的充电电池为充电状态后导通，以为与所述控制器对应的充电电池提供独立的充电回路为该充电电池充电。
3.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述切换开关在所述监听模块监听到与所述控制器对应的充电电池为充满电状态后断开，以断开与所述控制器对应的充电电池的充电回路。
4.如权利要求2或3所述的电池组，其特征在于，所述切换开关在所述监听模块监听到与所述控制器对应的充电电池为放电状态后断开，以使与所述控制器对应的充电电池和其它充电电池级联为负载提供级联后的电源。
5.如权利要求4所述的电池组，其特征在于，所述切换开关在所述监听模块监听到与所述控制器对应的充电电池存在故障后导通，以将与所述控制器对应的充电电池从级联的电池组中旁路。
6.一种电池组系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-5任意一项所述的电池组；
第一逆变器，用于连接至市电与所述正极充电母线和所述负极充电母线之间，所述第一逆变器用于将市电提供的交流电转换为直流电后传输给所述充电母线和所述负极充电母线。
7.如权利要求6所述的电池组系统，其特征在于，还包括：
新能源接口，连接在所述正极充电母线和所述负极充电母线之间，所述新能源接口用于接收新能源装置提供的直流电并传输给所述充电母线和所述负极充电母线。
8.如权利要求6或7所述的电池组系统，其特征在于，还包括：
第二逆变器，串联在所述尾级充电电池的正极和所述首级充电电池的负极之间；所述第二逆变器用于将所述电池组提供的直流电转换为交流电后输出给交流负载。
9.如权利要求8所述的电池组系统，其特征在于，所述第二逆变器还连接在所述充电母线和所述负极充电母线之间，用于将所述充电母线和所述负极充电母线提供的电源转换为符合负载工作要求的电压。
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