CN109860741A - 一种可兼容容错的大型电池串联与pcs并联系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，提出了一种可兼容容错的大型电池与PCS并联系统，包括高压箱PDU和N组串联的电池模组；每个电池模组包括锂电电池组、电池串联系统从控BMU、工作回路、预充回路以及继电器Kn‑3组成的屏蔽回路；工作回路、预充回路和屏蔽回路相互并联；高压箱PDU与N组串联的电池模组相连，包括电池串联系统的主控BCU、开关电源、主正充放电回路、主负充放电回路，和预充单元。本发明还提出了一种可兼容容错的大型电池PCS并联系统，由上述的多簇电池串联系统并联输出。本电池串联系统通过电池模组中的屏蔽回路可以将出问题的电池模组用旁路方式进行屏蔽，让系统继续运行，增加系统抗风险能力，同时电池PCS并联系统提高了容量和输出功率。

Description

一种可兼容容错的大型电池串联与PCS并联系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种可兼容容错的大型电池串联与PCS并联系统。
背景技术
电池管理系统在高压直流供电系统领域被越来越多的应用。为实现高压输出，电池系统采用的是多个电池模组串联使用，每个电池模组一般由多串铁锂电芯组成。所以当其中一个模组的电芯出现故障时，只能停止电池系统来拆卸维修或更换故障的模组电芯。这样十分不利于电池系统的维护和持续性的工作。另外，为了延长电池组的备电时间，串联的电池组系统的容量可能不足，电池系统的输出功率有限。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种可兼容容错的大型电池与PCS并联系统，解决了现有技术中电池系统不便维护的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种可兼容容错的大型电池串联系统，包括高压箱PDU和N组串联的电池模组，其中N为大于或等于2的整数；
每个电池模组包括锂电电池组、电池串联系统从控单元BMU、预充电阻Rn、继电器Kn-1、继电器Kn-2、继电器Kn-3和熔断器Fn，所述熔断器和继电器Kn-1组成的工作回路，所述预充电阻Rn和继电器Kn-3组成的预充回路，所述继电器Kn-3组成的屏蔽回路；所述工作回路、预充回路和屏蔽回路相互并联，其中n为变量，取1-N之间的整数；
所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连，包括电池串联系统的主控单元BCU、开关电源、总正继电器、分流器、预充电阻R、预充继电器、总负继电器和熔断器F，所述总正继电器和分流器组成的主正充放电回路，所述总负继电器和熔断器F组成的主负充放电回路，所述预充电阻R和预充继电器组成预充单元，并联与总正继电器两端。
进一步的，所述电池串联系统还包括储能变流器PCS，所述PCS通过所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连。
进一步的，所述电池串联系统从控单元BMU与锂电电池组配套。
进一步的，所述每个电池模组的BMU均与电池串联系统的主控BCU相连。
进一步的，所述电池串联系统的主控单元BCU与储能变流器PCS相连。
进一步的，所述电池串联系统总电压在600-900V之间。
一种可兼容容错的大型电池PCS并联系统，其特征在于，包括K簇前述的可兼容容错的大型电池串联系统，所述K簇电池串联系统并联输出。
进一步的，所述K簇电池串联系统的通过各自PCS-k连接至总输出，其中k为变量，取1-N之间的整数。
本发明的有益效果：
(1)提出的电池串联系统通过电池模组中的的屏蔽回路可以将出问题的电池模组用旁路方式进行屏蔽，多电池模组串联的方式，即使屏蔽一两组电池模组，仍然可以适应PCS工作电压，让系统继续运行，增加系统抗风险能力。
(2)提出的电池PCS并联系统：通过多组电池模组串联后，再将电池串联系统并联，实现当电池出现异常时，只将出问题的模组用旁路方式进行屏蔽，或者只将出问题的电池簇停止使用，让系统继续运行，增加系统抗风险能力。同时将已串联的电池子系统并联起来以提升了电池总系统的容量，延长电池组的备电时间，从而提高了电池总系统的输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种可兼容容错的大型电池串联系统一个实施例的原理示意图。
图2为本发明一种可兼容容错的大型电池与PCS并联系统一个实施例的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参见图1，一种可兼容容错的大型电池串联系统，包括高压箱PDU和N组串联的电池模组，其中N为大于或等于2的整数。
每个电池模组包括锂电电池组、电池串联系统从控单元BMU、预充电阻Rn、继电器Kn-1、继电器Kn-2、继电器Kn-3和熔断器Fn，所述熔断器和继电器Kn-1组成的工作回路，所述预充电阻Rn和继电器Kn-3组成的预充回路，所述继电器Kn-3组成的屏蔽回路；所述工作回路、预充回路和屏蔽回路相互并联，其中n为变量，取1-N之间的整数。锂电电池组由M串锂电芯(BT1……BTM)组成，其中M为正整数。当M＝16，一个锂电电池组输出48V，本领域技术人员可根据具体场景需要，去设置合适的N和M。
所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连，包括电池串联系统的主控单元BCU、开关电源、总正继电器、分流器、预充电阻R、预充继电器、总负继电器和熔断器F，所述总正继电器和分流器组成的主正充放电回路，所述总负继电器和熔断器F组成的主负充放电回路，所述预充电阻R和预充继电器组成预充单元，并联于总正继电器两端，用以限制上电初期的电流大小。
在本实施例中，所有继电器均为常开继电器，继电器的开启和关闭由主控单元BCU控制，即所有继电器的控制线圈静触点与主控单元BCU连接(图中未标出)。
进一步的，所述电池串联系统还包括储能变流器PCS，所述PCS通过所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连。
进一步的，所述电池串联系统的从控单元BMU与锂电电池组配套，从控单元BMU用于检测对应锂电电池组的电芯电压和或温度等参数。
进一步的，每个电池模组的从控单元BMU均与电池串联系统的主控单元BCU相连，可通过电池串联系统中的通讯口将检测的参数传输给主控单元BCU。
进一步的，所述电池串联系统的主控BCU与储能变流器PCS相连，主控单元BCU可检测电池串联系统的总压、主回路电流和绝缘等信息。
进一步的，开关电源用于给BCU和BMU供电。
进一步的，所述电池串联系统总电压在600-900V之间。
在本实施例中，每个电池模组的电路连接如下，锂电电池组的正极与预充电阻Rn的一端和继电器Kn-3的动触点连接，此连接点为电池模组的正极。预充电阻Rn的另一端和继电器Kn-2的动触点连接。锂电电池组的负极与通过熔断器Fn与继电器Kn-1的动触点连接，继电器Kn-1的常开静触点与继电器Kn-2的常开静触点和继电器Kn-3的常开静触点连接，此连接点为电池模组的负极。
进一步的，N组电池模组通过正负极连接相串联，如图所示N组电池模组的总正极为B+，B-为N组电池模组的总负极。N组电池模组的总负极B-通过高压箱PDU的主负充放电回路连接至储能变流器PCS的输入输出负极P-，N组电池模组的总正极B+通过高压箱PDU的主正负充放电回路连接至储能变流器PCS的输入输出正极P+。其中熔断器F和F1-FN用于保护主回路。
本电池串联系统首次充上电的过程如下：
第一步，闭合继电器Kn-1，将所有电池模组串联，闭合总负继电器，将N组电池模组的总负极B-与PCS连接，并闭合预充继电器，N组电池模组给PCS内部电容充电；
第二步，完成预充后，闭合总正继电器，将N组电池模组总正级B+与PCS连接，断开预充继电器，系统运行。
当本电池串联系统的BCU检测到电池模组a的电芯电压异常时，过程如下：
第一步，闭合继电器Ka-2，将电池模组a的预充电阻Ra接入回路，并断开继电器Ka-2，使得电池模组a的电池组断开回路；
第二步，当BCU检测到总电压减少一个模组的总压时，闭合继电器Ka-3，并断开继电器Ka-2，将电池模组a的电池组旁路，系统继续运行。
实施例2
参见图2，一种可兼容容错的大型电池PCS并联系统，包括K簇前述的可兼容容错的大型电池串联系统，所述K簇电池串联系统并联输出。
进一步的，所述K簇电池串联系统的通过各自PCS-k连接至总输出，其中k为变量，取1-N之间的整数。
本电池PCS并联系统启动操作的过程如下：
第一步，闭合各电池串联系统中各模组的继电器Kn-1，将所有电池模组串联，闭合总负继电器，将N组电池模组的总负极B-与PCS连接，并闭合预充继电器，N组电池模组给PCS内部电容充电；
第二步，完成预充后，闭合总正继电器，将N组电池模组总正级B+与PCS连接，断开预充继电器，系统运行。
当电池PCS并联系统的b簇电池串联系统的BCU检测到电池模组a的电芯电压异常时，操作过程如下：
第一步，闭合b簇电池串联系统的继电器Ka-2，将电池模组a的预充电阻Ra接入回路，并断开继电器Ka-1，使得该簇电池模组a的电池组断开回路；
第二步，当BCU检测到总电压减少一个模组的总压时，闭合该簇的继电器Ka-3，并断开继电器Ka-2，将b簇电池串联系统的电池模组a的电池组旁路，系统继续运行。
当电池PCS并联系统b簇电池串联系统的BCU检测到多个模组的电芯电压异常时，操作过程如下：
第一步，断开该簇高压箱PDU的总正、总负继电器，将该簇电池与其他簇电池断开连接，系统继续运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可兼容容错的大型电池串联系统，其特征在于，包括高压箱PDU和N组串联的电池模组，其中N为大于或等于2的整数；
每个电池模组包括锂电电池组、电池串联系统从控单元BMU、预充电阻Rn、继电器Kn-1、继电器Kn-2、继电器Kn-3和熔断器Fn，所述熔断器和继电器Kn-1组成的工作回路，所述预充电阻Rn和继电器Kn-3组成的预充回路，所述继电器Kn-3组成的屏蔽回路；所述工作回路、预充回路和屏蔽回路相互并联，其中n为变量，取1-N之间的整数；
所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连，包括电池串联系统的主控单元BCU、开关电源、总正继电器、分流器、预充电阻R、预充继电器、总负继电器和熔断器F，所述总正继电器和分流器组成的主正充放电回路，所述总负继电器和熔断器F组成的主负充放电回路，所述预充电阻R和预充继电器组成预充单元，并联与总正继电器两端。
2.如权利要求1所述电池串联系统，其特征在于，所述电池串联系统还包括储能变流器PCS，所述PCS通过所述高压箱PDU与所述N组串联的电池模组相连。
3.如权利要求2所述电池串联系统，其特征在于，所述电池串联系统从控单元BMU与锂电电池组配套。
4.如权利要求3所述电池串联系统，其特征在于，所述每个电池模组的BMU均与电池串联系统的主控BCU相连。
5.如权利要求4所述电池串联系统，其特征在于，所述电池串联系统的主控单元BCU与储能变流器PCS相连。
6.如权利要求5所述电池串联系统，其特征在于，所述电池串联系统总电压在600-900V之间。
7.一种可兼容容错的大型电池PCS并联系统，其特征在于，包括K簇权利要求2-6所述的可兼容容错的大型电池串联系统，所述K簇电池串联系统并联输出。
8.如权利要求7所述大型电池PCS并联系统，其特征在于，所述K簇电池串联系统的通过各自PCS-k连接至总输出，其中k为变量，取1-N之间的整数。
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