CN108365659B - 一种电池模块并联工装和一种电池模块并联系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池模块并联工装和一种电池模块并联系统，并联工装包括两个检测接头，这两个检测接头之间连接预充线路，在并联接入时，两个检测接头分别连接电池模块的一端和并联端，接通预充支路，开始进行预充电，当预充电完毕后，接通主支路，然后通过连接线路连通该电池模块与并联端，完成该电池模块的并联接入。通过这种并联接入方式，只需一个预充线路即可实现所有的电池模块的并联，无需增加多余的继电器、预充电阻或二极管等设备，大大降低系统复杂度，并且节省了系统成本，而且，系统不需要复杂的并联控制策略，提高系统可靠性。另外，电池模块越多，越能够降低系统复杂度及系统成本，完全解决了大型电源系统并联时所存在的环流问题。

Description

一种电池模块并联工装和一种电池模块并联系统
技术领域
本发明涉及一种电池模块并联工装和一种电池模块并联系统。
背景技术
随着电动车的推广和应用，电池的成本逐年下降，已逐步被市场接受，同时伴随传统能源的耗尽，以锂电池为首的新型电化学储能电站应用越来越普遍，而储能系统不像电动车系统采用一个电池组既可以完成，其需要多个高压电池组并联使用，组成大型储能电站系统，才能满足应用需要。电池组并联是指由2个及以上相同或不同容量规格的电池组通过正、负极母排汇流连接。
多个电池组并联由于存在电池组之间的一致性差异，且电池内阻较小，因此导致电池组之间有环流的存在，如果环流过大，在并联的瞬间会产生较大的电流，或者造成熔断器熔断或者造成直流接触器粘连等。
目前常见的高压电池组并联方案大致有两种，一种采用是采用电池组预充的方案，每个电池组中并联入“预充电电阻+接触器”的组合，在电池组并联前先接入预充回路，主控采集预充电电阻两端电压，待电压下降至0V左右时(或者计算回路电流下降至主回路接触器的预充曲线以内)，接通主回路接触器，完成电池组并联。比如申请公布号为CN107681758A的中国专利申请文件中公开了一种能源系统，包括若干个电池分组模块，每个电池分组模块均配套设置有预充回路模块。这种并联方案不仅存在要完成三级管理系统架构设计，同时每个电池模块均设置有预充回路，每个预充回路至少包括一个预充电电阻和两个接触器，不但极大地增加了系统结构复杂和投入成本，同时系统的可靠性大大降低。
另外一种电池组并联方案是在每个电池组的主回路中增加单向二极管或者双向DC/DC实现，无论增加二极管和双向DC/DC都增加较多的成本，同时二极管和DC/DC需要考虑发热的问题，因此系统的可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池模块并联工装，用以解决电池模块在并联时，每个电池模块均设置预充回路，增加系统结构复杂的问题。本发明同时提供一种电池模块并联系统。
为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。
一种电池模块并联工装，各电池模块的正极端和负极端中一个设定为第一端，另一个设定为第二端，各电池模块在并联时，将各电池模块的第一端连接，第一个电池模块的第一端构成电池组的第一并联端，第一个电池模块的第二端构成电池组的第二并联端，所述并联工装包括两个检测接头，这两个检测接头之间连接预充线路，所述预充线路包括预充支路和主支路，所述预充支路上串设有预充电电阻和第一开关，所述主支路上串设有第二开关；对于除第一个电池模块之外的任意一个电池模块，所述两个检测接头分别连接该电池模块的第二端和所述第二并联端，接通所述第一开关，开始进行预充电，当预充电完毕后，断开第一开关，接通第二开关，接着通过连接线路连通该电池模块的第二端与所述第二并联端，完成该电池模块的并联接入。
利用电池模块并联工装进行电池模块的并联，该并联工装中设置有预充线路，将各电池模块的一端连接，从第二个电池模块开始，对于各电池模块，将该预充线路接入该电池模块的另一端以及第一个电池模块的另一端，利用预充线路进行预充电操作，当预充完成后，通过连接线路连通该电池模块的另一端以及第一个电池模块的另一端，即利用该连接线路替换预充线路，实现该电池模块的并联接入，而其他的电池模块也采用这种接入方式进行并联接入。因此，通过将预充线路做成一个外接独立设备，利用该外接的设备实现各电池模块的预充电操作以及并联接入操作。通过这种并联接入方式，只需一个预充线路即可实现所有的电池模块的并联，而形成的电池组并联结构中不再涉及到预充电路，任何一个电池模块均无需设置预充电路，即无需增加多余的继电器、预充电阻或二极管等设备，大大降低系统复杂度，并且节省了系统成本，而且，系统不需要复杂的并联控制策略，提高系统的可靠性。另外，不管需要并接多少个电池模块，利用该并联工装就可以实现并联接入，因此，电池模块的个数越多，越能够体现系统复杂度以及系统成本的降低程度，完全解决了大型电源系统并联时所存在的环流问题。能够满足任意多个相同电压等级的电池模块的并联，实现电源系统的扩容。
进一步地，所述并联工装还包括电压检测模块和数据处理模块，所述电压检测模块输出连接所述数据处理模块，所述电压检测模块用于检测所述预充电电阻两端电压，数据处理模块用于对预充电电阻两端电压进行分析处理，判断预充是否完成。
进一步地，所述数据处理模块还控制连接所述第一开关和第二开关。
进一步地，所述数据处理模块还控制连接第一指示灯和第二指示灯，当并联工装处于预充电状态时，控制第一指示灯亮，当预充电完成后，控制第一指示灯灭，第二指示灯亮。
进一步地，所述并联工装还包括一个绝缘盒体，所述检测接头设置在所述绝缘盒体外部，所述预充电电阻、第一开关、第二开关、电压检测模块和数据处理模块布置在所述绝缘盒体内。
进一步地，所述检测接头为电夹子。
进一步地，所述并联工装还包括用于为相关组成机构供电的供电电源，所述供电电源与所述数据处理模块之间设置有供电开关。
进一步地，所述第一端为负极端，所述第二端为正极端。
一种电池模块并联系统，包括电池组和电池模块并联工装，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池模块并联工装包括两个检测接头，这两个检测接头之间连接预充线路，所述预充线路包括预充支路和主支路，所述预充支路上串设有预充电电阻和第一开关，所述主支路上串设有第二开关；各电池模块的正极端和负极端中一个设定为第一端，另一个设定为第二端，各电池模块在并联时，将各电池模块的第一端连接，第一个电池模块的第一端构成电池组的第一并联端，第一个电池模块的第二端构成电池组的第二并联端，对于除第一个电池模块之外的任意一个电池模块，所述两个检测接头分别连接该电池模块的第二端和所述第二并联端，接通所述第一开关，开始进行预充电，当预充电完毕后，断开第一开关，接通第二开关，接着通过连接线路连通该电池模块的第二端与所述第二并联端，完成该电池模块的并联接入。
进一步地，所述并联工装还包括电压检测模块和数据处理模块，所述电压检测模块输出连接所述数据处理模块，所述电压检测模块用于检测所述预充电电阻两端电压，数据处理模块用于对预充电电阻两端电压进行分析处理，判断预充是否完成。
进一步地，所述数据处理模块还控制连接所述第一开关和第二开关。
进一步地，所述数据处理模块还控制连接第一指示灯和第二指示灯，当并联工装处于预充电状态时，控制第一指示灯亮，当预充电完成后，控制第一指示灯灭，第二指示灯亮。
进一步地，所述并联工装还包括一个绝缘盒体，所述检测接头设置在所述绝缘盒体外部，所述预充电电阻、第一开关、第二开关、电压检测模块和数据处理模块布置在所述绝缘盒体内。
进一步地，所述检测接头为电夹子。
进一步地，所述并联工装还包括用于为相关组成机构供电的供电电源，所述供电电源与所述数据处理模块之间设置有供电开关。
进一步地，所述电池组还包括第一汇流铜排和第二汇流铜排，所述第一汇流铜排构成所述第一并联端，所述第二汇流铜排构成所述第二并联端。
进一步地，所述第一端为负极端，所述第二端为正极端。
附图说明
图1是电池模块的电路组成示意图；
图2是电池模块并联系统的原理示意图；
图3是电池模块并联工装的结构组成示意图；
图4是电池模块并联工装的外观示意图；
图5是并联工装的工作原理示意图。
具体实施方式
电池模块并联系统实施例
本实施例中，电池模块为锂电池模块，将电池模块定义为由多个单体锂电池以及其他相关组成部分构成的锂电池组。
每个锂电池组的电池串联数量相同，电池为同一类型的锂电池，但容量可以不同。如图1所示，为锂电池组的一种具体的实现方式。锂电池组包括m×m串锂电池，m个电池管理单元，1个电池组管理单元以及1个或者2个熔断器(也可以采用其他高压保护器件)，以上通过线缆连接组成。电池管理单元负责对相应的m串单体电池进行监测并且将监测内容传至电池组管理单元，监测内容包括状态信息和故障信息，其中状态信息包括电池组的电压、电流、SOC和SOH，以及单体电池的电压、温度和内阻等；故障信息包括电池组的过压和欠压告警与保护、高温和低温报警与保护、过流告警与保护、SOC容量过高和过低告警等。电池组管理单元包含有电流检测、绝缘监测功能和若干开关量检测与控制功能，同时包含有RS232、RS485或CAN等通讯接口，用于和后台或其它设备通信。锂电池组适用电压范围满足0V-10KV。
电池模块并联系统(以下简称为并联系统)包括两大部分，一部分是待并联的n个锂电池组，另一部分是电池模块并联工装(以下简称为并联工装)。其中，n≥2。该并联工装可以和电池组配套生产、销售和保护。通过并联工装实现锂电池组的并联连接，最终构成的并联结构称为并联供电系统，如图2所示。那么，权利要求书中的电池模块为本实施例中的锂电池组，权利要求书中的电池组为本实施例中的并联供电系统。
电池模块并联工装包括两个检测接头，为了便于与其他线路或者机构连接，这两个检测接头为电夹子，连接操作方便快捷。这两个电夹子之间连接预充线路，该预充线路就是常见的预充电路。该预充线路包括预充支路和主支路，预充支路上串设有预充电电阻和第一开关，主支路上串设有第二开关。预充线路中的两个开关可以采用人工控制的方式，在预充电时闭合第一开关，在预充电结束后断开第一开关，闭合第二开关。当然，也可以采用自动控制的方式，即根据检测到的相关数据信息进行自动预充电控制。
那么，如图3所示，功率电阻为预充电电阻，第一开关为接触器1(KM1)，第二开关为接触器2(KM2)，功率电阻起到一定的限流作用。为了实现自动控制，并联工装还包括电压检测模块和数据处理模块，其中，数据处理模块为图3中的控制板，电压检测模块输出连接控制板，电压检测模块用于检测功率电阻两端的电压，并将检测到的电压信号输出给控制板，控制板对该电压信号进行分析处理，判断预充电是否完成。然后控制板根据预充电是否完成控制接触器1和接触器2动作。该控制板可以是控制芯片，由内部加载的软件程序实现控制，也可以是硬件控制电路，通过电路中的元器件以及电路连接关系实现控制功能，本实施例中，控制板以PCB板为例。
为了直观显示预充电状态以及预充电是否完成，该并联工装还包括两个指示灯，其中，第一指示灯以红色指示灯为例，第二指示灯以绿色指示灯为例，控制板控制连接这两个指示灯，当并联工装处于预充电状态时，控制红色指示灯亮，当预充电完成后，控制红色指示灯灭，绿色指示灯亮。
为了携带方便，该并联工装还包括一个绝缘盒体，因此，该并联工装整体上是一个耐压等级满足并联电池组电压等级要求(可做到10KV以上)的便携式绝缘盒子。功率电阻、接触器1、接触器2、电压检测模块和控制板等均布置在绝缘盒体内。如图4所示，两个检测接头，即正极电夹子和负极电夹子设置在绝缘盒体外部，便于与外界设备连接；红色指示灯和绿色指示灯这两个指示灯嵌在绝缘盒体上。
并联工装还包括供电电源，如图3所示，该供电电源通过供电开关连接控制板的供电端，这样的话，通过闭合该供电开关就可以实现启动并联工装，该供电电源可以采用一次电池或二次电池，而且，该供电电源还可以是干电池。在控制闭合该供电开关时，控制板可以自动控制闭合预充回路，即闭合接触器1，并开始监测功率电阻两端的电压，判断是否预充完毕。如图4所示，该供电开关也嵌在绝缘盒体上。
因此，从外部可以看出，该并联工装设置有1个供电开关，2个指示灯和2个电夹子。
锂电池组在并联连接时，首先将各锂电池组的一个电极端连接在一起，可以先将各锂电池组的正极端连接在一起，也可以先将各锂电池组的负极端连接在一起。本实施例中，先将各锂电池组的负极端连接在一起，除了第一个锂电池组之外的其他各锂电池组通过并联工装依次与第一个锂电池组并联接入，实现所有的锂电池组的并联连接，那么，第一个锂电池组的负极端就构成整个并联供电系统的负极端，第一个锂电池组的正极端就构成整个并联供电系统的正极端。
为了便于连接，系统设置有两个汇流铜排，其中，第一汇流铜排为负极汇流铜排，即汇流排负；第二汇流铜排为正极汇流铜排，即汇流排正。那么，各锂电池组的负极端均连接汇流排负，该汇流排负就是整个并联供电系统的负极端，最终形成的并联供电系统的正极端就是汇流排正。
那么，锂电池组在并联连接时，先将各锂电池组的负极端连接汇流排负，对于第二个锂电池组，如图5所示，使用并联工装的电夹子分别连接该锂电池组的正极端(即测试端)和汇流排正，然后，闭合并联工装的供电开关，并联工装启动，控制板向接触器1的控制线圈发出控制信号，接触器1闭合，同时，控制板控制点亮红色指示灯，说明该锂电池组正在进行预充电，控制板实时监测功率电阻的电压，当电压满足要求时，表示预充电完成，当预充电完成后，控制板控制接触器1断开，控制接触器2闭合，同时，控制红色指示灯灭，并点亮绿色指示灯，表示此时可以将该锂电池组接入到系统中，那么，使用一条连接线路，比如线缆或者铜排，将该锂电池组的正极端与汇流排正连通，然后卸下电夹子，断开供电开关，完成该锂电池组的并联接入。其他各锂电池组的并联接入过程与上述方法过程相同，根据以上方法过程依次接入所有待并联接入的锂电池组。
将所有的锂电池组通过线缆或导电铜排分别连接至汇流排正和汇流排负后，汇流排可以接入总断路器，然后接入充电机进行充电或者负载进行放电。
因此，每个电池组的并联采用并联工装完成，自动识别，安全可靠，系统无需增加多余的继电器、预充电阻或二极管等，不需要复杂的并联控制策略，大大节省了系统成本，提高系统的可靠性，同时可适用于更多电池组并联，完全解决了大型电源系统并联时所存在的环流问题。另外，方案设计结构简单，维护方便，具有较高的充放电效率，安全可靠，实用性强。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于并联工装的结构组成以及并联工装所实现的电池组并联接入过程。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
电池模块并联工装实施例
本实施例提供一种电池模块并联工装，该并联工装可以独立生产、销售和保护。由于该并联工装的结构组成以及所实现的电池组并联接入过程在上述系统实施例中已进行了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (17)

1.一种电池模块并联工装，各电池模块的正极端和负极端中一个设定为第一端，另一个设定为第二端，各电池模块在并联时，将各电池模块的第一端连接，第一个电池模块的第一端构成电池组的第一并联端，第一个电池模块的第二端构成电池组的第二并联端，其特征在于，所述并联工装包括两个检测接头，这两个检测接头之间连接预充线路，所述预充线路包括预充支路和主支路，所述预充支路上串设有预充电电阻和第一开关，所述主支路上串设有第二开关；对于除第一个电池模块之外的任意一个电池模块，所述两个检测接头分别连接该电池模块的第二端和所述第二并联端，接通所述第一开关，开始进行预充电，当预充电完毕后，断开第一开关，接通第二开关，接着通过连接线路连通该电池模块的第二端与所述第二并联端，完成该电池模块的并联接入。
2.根据权利要求1所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述并联工装还包括电压检测模块和数据处理模块，所述电压检测模块输出连接所述数据处理模块，所述电压检测模块用于检测所述预充电电阻两端电压，数据处理模块用于对预充电电阻两端电压进行分析处理，判断预充是否完成。
3.根据权利要求2所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述数据处理模块还控制连接所述第一开关和第二开关。
4.根据权利要求2或3所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述数据处理模块还控制连接第一指示灯和第二指示灯，当并联工装处于预充电状态时，控制第一指示灯亮，当预充电完成后，控制第一指示灯灭，第二指示灯亮。
5.根据权利要求2或3所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述并联工装还包括一个绝缘盒体，所述检测接头设置在所述绝缘盒体外部，所述预充电电阻、第一开关、第二开关、电压检测模块和数据处理模块布置在所述绝缘盒体内。
6.根据权利要求1或2或3所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述检测接头为电夹子。
7.根据权利要求2或3所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述并联工装还包括用于为相关组成机构供电的供电电源，所述供电电源与所述数据处理模块之间设置有供电开关。
8.根据权利要求1或2或3所述的电池模块并联工装，其特征在于，所述第一端为负极端，所述第二端为正极端。
9.一种电池模块并联系统，其特征在于，包括电池组和电池模块并联工装，所述电池组包括至少两个电池模块，所述电池模块并联工装包括两个检测接头，这两个检测接头之间连接预充线路，所述预充线路包括预充支路和主支路，所述预充支路上串设有预充电电阻和第一开关，所述主支路上串设有第二开关；各电池模块的正极端和负极端中一个设定为第一端，另一个设定为第二端，各电池模块在并联时，将各电池模块的第一端连接，第一个电池模块的第一端构成电池组的第一并联端，第一个电池模块的第二端构成电池组的第二并联端，对于除第一个电池模块之外的任意一个电池模块，所述两个检测接头分别连接该电池模块的第二端和所述第二并联端，接通所述第一开关，开始进行预充电，当预充电完毕后，断开第一开关，接通第二开关，接着通过连接线路连通该电池模块的第二端与所述第二并联端，完成该电池模块的并联接入。
10.根据权利要求9所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述并联工装还包括电压检测模块和数据处理模块，所述电压检测模块输出连接所述数据处理模块，所述电压检测模块用于检测所述预充电电阻两端电压，数据处理模块用于对预充电电阻两端电压进行分析处理，判断预充是否完成。
11.根据权利要求10所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述数据处理模块还控制连接所述第一开关和第二开关。
12.根据权利要求10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述数据处理模块还控制连接第一指示灯和第二指示灯，当并联工装处于预充电状态时，控制第一指示灯亮，当预充电完成后，控制第一指示灯灭，第二指示灯亮。
13.根据权利要求10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述并联工装还包括一个绝缘盒体，所述检测接头设置在所述绝缘盒体外部，所述预充电电阻、第一开关、第二开关、电压检测模块和数据处理模块布置在所述绝缘盒体内。
14.根据权利要求9或10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述检测接头为电夹子。
15.根据权利要求10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述并联工装还包括用于为相关组成机构供电的供电电源，所述供电电源与所述数据处理模块之间设置有供电开关。
16.根据权利要求9或10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述电池组还包括第一汇流铜排和第二汇流铜排，所述第一汇流铜排构成所述第一并联端，所述第二汇流铜排构成所述第二并联端。
17.根据权利要求9或10或11所述的电池模块并联系统，其特征在于，所述第一端为负极端，所述第二端为正极端。
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