CN112542865B - 一种电源系统、电力电子电路及电池模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电源系统、电力电子电路及电池模块，系统包括：多个电力电子电路；电力电子电路的数量与电源系统的相数相等，且多个电力电子电路的输入端与电源系统的多个相一一对应连接；电力电子电路包括：串联在一起的多个功率变换电路；多个功率变换电路在空间上分为至少两层排列，至少两层包括：第一层和第二层；第一层和第二层均包括多个功率变换电路；第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联，第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联具体包括：第一层的至少两个功率变换电路与第二层的功率变换电路直接串联。有效降低相邻两层之间的功率变换电路之间的电压差，防止起火。从而保证电源系统的安全供电。

Description

一种电源系统、电力电子电路及电池模块

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电源系统、电力电子电路及电池模块。

背景技术

随着电力电子的发展，电力电子电路的输入电压越来越高，例如kV等级的输入电压，而用电设备可能需要的是几百伏的电压，因此需要电力电子电路将kV等级的电压转为几百伏的低压为用电设备供电。例如电力电子电路的输入电压可能是10kV，由于电气元件可以承受的电压应力有限，因此电力电子电路中包括多个功率变换电路串联在一起，进而降低每个功率变换电路承受的电压，保护功率变换电路内的电气元件不被高压击穿。

参见图1，该图为现有技术提供的一种电力电子电路的示意图。

电力电子电路一般放置在机柜壳体内，例如电源机柜，由于机柜宽度有限，因此，电力电子电路不能太宽，当电力电子电路内的功率变换电路数量较多时，将功率变换电路分层设置。

如图1所示，整体为一个电力电子电路1000，电力电子电路1000包括两层功率变换电路，分别为第一层100和第二层200。为了方便描述，将功率变换电路简称为模组，其中第一层100包括模组1、模组2、模组3和模组4，第二层200包括模组5、模组6、模组7和模组8。

其中模组1至模组8依次串联在一起，模组1的第一端子连接一相电压，模组8的第一端子连接另一相电压，即模组1和模组8之间承受的电压差是两相之间的线电压U。由于8个模组串联在一起，因此，每个模组承受的电压为U/8，模组2和模组7之间的电压差为3U/4，模组3和模组6之间的电压差为U/2。

由于第一层100和第二层200模组之间的电压差太大时，不同模组之间容易被击穿导致打火。现有技术一是通过增加相邻层之间的电气间隙来避免打火，即加大相邻两层之间的物理距离，这种方式会导致整个电力电子电路的体积增大。

如图2所示，为现有技术提供的另一种方式，在相邻的两层之间增加固体绝缘材料300，防止相邻的两层模组之间被较高电压击穿而打火，但是这种方式将会增加成本。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本申请提供一种电源系统、电力电子电路及电池模块，能够降低相邻两层模组之间的电压差，避免因为较大电压差而被击穿起火。

本申请实施例提供一种电源系统，包括：多个电力电子电路；电力电子电路的数量与所述电源系统的相数相等，且多个电力电子电路的输入端与电源系统的多个相一一对应连接；例如三相电源系统，则对应三个电力电子电路，且两者一一对应。为了承受更高的电源电压，电力电子电路包括：串联在一起的多个功率变换电路；由于功率变换电路中包括开关器件，而开关器件具有耐压要求，开关器件两端的电压不能超过自身耐压大小，因此为了开关器件可靠工作，需要将多个功率变换电路串联起来承受电源电压。一般电力电子电路作为电源模块，放置在电源机柜中，而电源机柜的空间有限，因此，多个功率变换电路在空间上分为至少两层排列，但是电源机柜的高度也有限，因此，层与层之间的空间需要尽量小。至少两层包括：第一层和第二层；第一层和第二层均包括多个功率变换电路；第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联，第一层的功率变换电路和所述第二层的功率变换电路交错串联具体包括：第一层的至少两个所述功率变换电路与所述第二层的所述功率变换电路直接串联。即第一层中不是只有一个功率变换电路与第二层的功率变换电路直接串联。

由于相邻两层之间的功率变换电路交错串联，即一层中至少两个功率变换电路与相邻层的功率变换电路直接串联，而不是一层中的所有功率变换电路串联在一起以后再与另一层中的功率变换电路串联，因此，可以有效降低相邻两层之间的功率变换电路之间的电压差，从而防止因为电压差太大而击穿功率变换电路，造成起火。该方案可以有效保护功率变换电路，从而保证电源系统的安全供电。本实施例提供的电源系统，通过相邻两层之间的功率变换电路的交错串联，来降低两层之间的功率变换电路的电压差，从而避免击穿。而不必为了避免击穿而设置隔离层，一方面可以降低成本，另一方面可以缩小两层之间的高度，减小电源系统的体积。

在一种可能的实施方式中，本申请实施例不具体限定电源系统为三相电源系统还是单相电源系统，也不限定为交流电源系统还是直流电源系统。例如当电源系统为交流电源系统时，每个功率变换电路可以包括交流/直流AC/DC电路和直流/直流DC/DC电路；在每个功率变换电路中，所述AC/DC电路的输出端连接DC/DC电路的输入端，即AC/DC电路实现交流到直流的转换，DC/DC电路实现进一步变压的转换，例如降压转换；在每个所述电力电子电路中，所有所述功率变换电路中的所述AC/DC电路的输入端串联在一起用于连接所述交流电源；所有所述功率模块中的所述DC/DC电路的输出端并联。

当所述电源为直流电源时，每个功率变换电路包括DC/DC电路；在每个所述电力电子电路中，所有所述功率变换电路中的所述DC/DC电路的输入端串联在一起用于连接所述直流电源；所有所述功率模块中的所述DC/DC电路的输出端并联。本申请实施例不限定DC/DC电路的具体实现形式，例如为降压电路，也可以为降压电路和稳压电路的结合，可以为隔离式的降压电路，也可以为非隔离式的降压电路。

下面具体介绍层与层之间的功率变换电路在交错串联时的各种实现形式。需要说明的是，每层的功率变换电路的数量可以相等，也可以不相等。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的每个功率变换电路分别与所述第二层中的功率变换电路直接串联。即第一层中所有的功率变换电路均与第二层中的功率变换电路直接串联，在第一层的层内不存在两个串联的功率变换电路。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联。即在第一层的层内存在至少两个串联的功率变换电路。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的第一部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联，所述第一层中的第二部分功率变换电路中的每个功率变换电路分别与所述第一层中相邻的一个或多个功率变换电路串联。

在一种可能的实现方式中，所述第二层中的部分功率变换电路与所述第二层中相邻的一个或多个功率变换电路串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；所述第1个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，以此类推，直至所述第n个功率变换电路与所述第2n个功率变换电路直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，所述n+2个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，以此类推，直至第n个功率变换电路与第2n个功率变换电路直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；所述第1个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与第n+2个功率变换电路直接串联，所述第n+2个功率变换电路与第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第3个功率变换电路直接串联，所述第3个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，以此类推。

在一种可能的实现方式中，第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路依次与所述第n+2个功率变换电路和第n+3个功率变换电路直接串联，第n+3个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第4个功率变换电路直接串联，所述第4个功率变换电路与第n+4个功率变换电路直接串联，所述第n+4个功率变换电路依次与所述第n+5个功率变换电路和第n+6个功率变换电路直接串联，以此类推。

在一种可能的实现方式中，第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，第n+2个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第4个功率变换电路直接串联，所述第4个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，所述第n+3个功率变换电路与所述第n+4个功率变换电路直接串联，以此类推。

以上电源系统的技术方案对应的各种优点和效果，同样适用于以下的电力电子电路和电池模块。

本申请实施例提供一种电力电子电路，包括：输入端、输出端和串联在一起的多个功率变换电路；所述输入端用于连接电源的一相，所述输出端用于将所述功率变换电路变压后的电压输出；所述多个功率变换电路在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；所述第一层和所述第二层均包括多个所述功率变换电路；所述第一层的功率变换电路和所述第二层的功率变换电路交错串联；其中，所述第一层的功率变换电路和所述第二层的功率变换电路交错串联具体包括：所述第一层的至少两个功率变换电路与所述第二层的功率变换电路直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的每个功率变换电路分别与所述第二层中的功率变换电路直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的第一部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联，所述第一层中的第二部分功率变换电路中的每个功率模块分别与所述第一层中相邻的一个或多个功率变换电路串联。

在一种可能的实现方式中，所述第二层中的部分功率变换电路与所述第二层中相邻的一个或多个功率变换电路串联。

本申请实施例还提供一种电池模块，包括：串联在一起的多个电芯；所述多个电芯在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；所述第一层和所述第二层均包括多个所述电芯；所述第一层的电芯和所述第二层的电芯交错串联，以降低所述第一层的电芯和所述第二层的电芯之间的电压差；其中，所述第一层的电芯和所述第二层的电芯交错串联具体包括：所述第一层的至少两个电芯与所述第二层的电芯直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的每个电芯分别与所述第二层中的电芯直接串联。

在一种可能的实现方式中，所述第一层中的部分电芯与所述第二层中的电芯直接串联，所述第一层中的其余电芯与所述第一层中相邻的一个或多个电芯串联。

由于电力电子电路连接电源后，每个功率变换电路带电，因此，需要交错串联来降低两层之间的电压差。同理，电芯本身作为电源是带电的，因此，采用以上方式的交错串联可以有效降低两层相邻的电芯之间的电压差，防止因为电压差太大而击穿，引起起火。本申请实施例不具体限定电池模块的应用场景，例如可以为电动汽车的动力电池组中的电池模块。以上的电芯可以为一节电池，也可以为多个电池串并联形成的电芯，均不作具体限定。

与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案具有以下优点：

该电源系统包括多个电力电子电路，电力电子电路的数量与电源系统的相数相等，且多个电力电子电路的输入端与电源系统的多个相一一对应连接。为了承受更高的电压，电力电子电路中包括多个串联在一起的多个功率变换电路，电力电子电路用于将电源系统的电压进行变压后输出；多个功率变换电路在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；第一层和第二层均包括多个功率变换电路；第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路之间交错串联。第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联具体包括：第一层的至少两个功率变换电路与第二层的功率变换电路直接串联。

由于相邻两层之间的功率变换电路交错串联，即一层中至少两个功率变换电路与相邻层的功率变换电路直接串联，而不是一层中的所有功率变换电路串联在一起以后再与另一层中的功率变换电路串联，因此，可以有效降低相邻两层之间的功率变换电路之间的电压差，从而防止因为电压差太大而击穿功率变换电路，造成起火。该方案可以有效保护功率变换电路，从而保证电源系统的安全供电。

附图说明

图1为现有技术提供的一种电力电子电路的示意图；

图2为现有技术提供的另一种电力电子电路的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种三相电源系统的示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种三相电源系统的示意图；

图5为本申请实施例提供的一相电力电子电路的具体结构图；

图6为本申请实施例提供的一种电力电子电路的示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种电力电子电路的示意图；

图8为本申请实施例提供的又一种电力电子电路的示意图；

图9为本申请实施例提供的再一种电力电子电路的示意图；

图10为本申请实施例提供的另一种电力电子电路的示意图；

图11为本申请实施例提供的又一种电力电子电路的示意图；

图12为本申请实施例提供的再一种电力电子电路的示意图；

图13为本申请实施例提供的电池模块的示意图。

具体实施方式

以下说明中的“第一”、“第二”等用词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，本申请中，“上”、“下”等方位术语可以包括但不限于相对附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语可以是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件附图所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。此外，术语“耦接”可以是实现信号传输的电性连接的方式。“耦接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接电性连接。

为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，可以应用于任何需要在空间上分布为至少两层，相邻两层之间需要串联在一起的模组，模组串联在一起形成一定的电压差，或者连接具有一定电压差的电源。本申请实施例不具体限定模组的具体实现形式，例如可以为功率变换电路，也可以为电芯。当模组为功率变换电路时，功率变换电路对外呈现两个端子，两个端子可以不区分正负，只要两个端子与其他功率变换电路的端子串联即可。当模组为电芯时，本申请实施例均不作具体限定。每个电芯作为一个小电源，具有正负极，多个电芯串联在一起时，需要注意每个电芯的正负极的连接关系，例如第一电芯的正极作为电池模块的正极，第一电芯的负极连接第二电芯的正极，第二电芯的负极连接第三电芯的正极，以此类推，直至最后一个电芯的负极作为电池模块的负极。

无论是该模块是电力电子电路，还是电池模块，均存在两层之间按照图1所示的串联关系时，有的模组之间的电压差较大，容易造成击穿起火。本申请实施例提供的串联方式，采用相邻两层之间的模组进行交错串联，从而减少上下两层的模组之间的电压差，防止因为压差太大而击穿起火。

下面先结合附图介绍本申请提供的电力电子电路的应用场景，即本申请实施例提供的一种电源系统为例进行介绍。下面以三相电源系统为例进行介绍，当然本申请实施例提供的电源系统也可以为单相电源系统，而且不限定该电源系统是交流电源系统，还是直流电源系统。

电源系统实施例：

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种三相电源系统的示意图。

三相交流电源系统由于对应三相电源，因此，对应包括三个电力电子电路，分别为电力电子电路1000a、电力电子电路1000b和电力电子电路1000c。其中，电力电子电路1000a的第一输入端连接A相，电力电子电路1000b的第一输入端连接B相，电力电子电路1000c的第一输入端连接C相。

从图3中可以看出，每个电力电子电路的第二输入端均连接至中性点N点。

电力电子电路1000a、电力电子电路1000b和电力电子电路1000c的第一输出端均连接至连接L1，电力电子电路1000a、电力电子电路1000b和电力电子电路1000c的第二输出端均连接至L2。其中，L1为电力电子电路的输出电压的正极，L2为电力电子电路的输出电压的负极。

参见图4，该图为本申请实施例提供的另一种三相电源系统的示意图。

例如在中压转低压的应用场景，输入电压可能是10kV。由于每个功率变换电路中的电气元件例如功率开关器件可以承受的电压应力有限，因此电力电子电路中包括多个功率变换电路串联在一起来分压，电力电子电路的数量与电源系统的相数相等，且多个电力电子电路的输入端与电源系统的多个相一一对应连接，对于三相交流电，则包括三个电力电子电路，其中，一个电力电子电路连接三相交流电中的一相交流电。

从图4可以看出，每个电力电子电路包括多个功率变换电路，下面为了方便描述，以A相对应的电力电子电路为例进行介绍。

A相对应的电力电子电路包括m个功率变换电路串联在一起，m为大于1的整数，即m个功率变换电路串联在一起承受10kV的电压，每个功率变换电路承受的电压为10kV/m。如图4所示，功率变换电路1的第一输入端通过滤波电感L1连接A相交流电，功率变换电路1的第二输入端连接功率变换电路2的第一输入端，功率变换电路2的第二输入端连接功率变换电路3的第一输入端，以此类推，直至功率变换电路m的第二输入端连接N点，需要说明的是，三相电力电子电路的第一输入端连接交流电，第二输入端均连接至N点。B相的电力电子电路通过L2连接B相交流电，C相的电力电子电路通过L3连接C相交流电。

每相的电力电子电路包括m个功率模块，m个功率模块在电源机柜中分为至少两层排布，本申请实施例提供的技术方案便是为了解决相邻两层之间的电压差问题。

参见图5，该图为本申请实施例提供的一相电力电子电路的具体结构图。

图5所示的是图3和图4对应的电力电子电路的具体结构，当电源为交流电源时，每个所述功率变换电路100包括AC/DC电路101和DC/DC电路102；在一个所述功率变换电路中，所述AC/DC电路101的输出端连接所述DC/DC电路的输入端102；

所有所述功率变换电路中的所述AC/DC电路101的输入端串联在一起用于连接所述交流电源，例如A相对应的电力电子电路为例，所有的AC/DC电路101的输入端串联在一起连接在交流电源的A相和N之间；所有功率模块中的所述DC/DC电路的输出端并联在一起。

以上仅是以交流电源为例进行介绍，当电源系统为直流电源系统时，功率变换电路中可以不包括AC/DC电路，直接包括DC/DC电路即可，所有所述功率变换电路中的所述DC/DC电路的输入端串联在一起用于连接所述直流电源；所有所述功率模块中的所述DC/DC电路的输出端并联在一起。具体的工作原理在此不再赘述。本申请实施例不限定电源系统为交流电源系统还是直流电源系统。

本申请实施例中不具体限定一个电力电子电路中包括的功率变换电路的具体数量，具体可以根据实际的应用场景来选择设置。

下面结合附图详细介绍电源系统的电力电子电路中功率变换电路的具体实现方式。

下面将电力电子电路的实施例融合入电源系统的实施例一起进行介绍。

电力电子电路实施例一

参见图6，图为本申请实施例提供的一种电力电子电路的示意图。

本实施例提供的电力电子电路，包括：输入端、输出端和串联在一起的多个功率变换电路；输入端用于连接电源的其中一相，输出端用于将功率变换电路变压后的电压输出；

所述多个功率变换电路在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；

所述第一层和所述第二层均包括多个功率变换电路；多个功率变换电路可以为两个功率变换电路，也可以为更多数目的功率变换电路，不具体限定每层的功率变换电路的具体数量，本申请实施例中以每层包括8个功率变换电路为例进行介绍。

所述第一层的功率变换电路和所述第二层的功率变换电路之间交错串联在一起，其中，第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联具体包括：第一层的至少两个功率变换电路与第二层的功率变换电路直接串联。但是，在图1中一层中仅有一个模组与相邻层的模组直接串联。

第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路交错串联可以降低所述第一层的部分功率变换电路和第二层的部分功率变换电路之间的电压差。

例如，图6对应的应用场景为10kV高压时，一个电力电子电路包括8个功率变换电路，为了描述方便，以下实施例中和图中均将功率变换电路简称为模组，图6中的8个模组分别为模组1-模组8。每个功率变换电路承受的电压为10kV/8。

为了方便理解，下面以电力电子电路包括的功率变换电路排列为两层为例进行介绍。如果电压等级更高，或者每个功率变换电路承受的电压应力较小，也可以增大功率变换电路的数量，本申请实施例中不作具体限定，而且每层布置的功率变换电路的数量本实施例中仅是以4个为例进行介绍，也可以设置更多或更少的功率变换电路，具体看电源机柜的尺寸要求。

产品实现时，为了有效利用电力电子电路的空间分布，各层的功率变换电路的数量可以相等，而且对称均布排列，这样可以节省空间，在有限的空间内放置更多数量的功率变换电路。

具体地，第一层中的所有模组可以与第二层中的所有模组直接串联，也可以第一层中的部分模组与第二层中的部分模组直接串联。当第一层中的部分模组与第二层中的部分模组直接串联时，第一层中剩余的模组有的在本层内串联。

图6中，第一层中的每个功率变换电路分别与第二层中的功率变换电路直接串联。即，为了两层中的功率变换电路之间的电压差较均匀，可以采取第一层的功率变换电路和第二层的功率变换电路依次直接串联，以第一层包括模组1-模组4，第二层包括模组5-模组8。需要说明的是，第一层和第二层均是为了描述方便，两者位置可以互换，不具有特殊的代表意义。

第一层的第一侧至第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；即m＝2n。

第1个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，第n+1个功率变换电路与第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，以此类推，直至第n个功率变换电路与第2n个功率变换电路直接串联。

如图6所示，为了方便描述，功率变换电路检测为模组，以第一层包括4个模组，从左至右即从第一侧至第二侧分别为模组1-模组4，第二层包括4个模组，从左至右即从第一侧至第二侧分别为模组5-模组8。以上仅是为了方便描述进行的编号，该编号不代表任何意义，也可以按照其他顺序进行编号。

从图6可以看出，每个模组包括两个端口，该端口可以不分输入和输出，模组1的第一端口连接电源，模组1的第二端口连接模组5的第一端口，模组5的第二端口连接模组2的第一端口，模组2的第二端口连接模组6的第一端口，模组6的第二端口连接模组3的第一端口，模组3的第二端口连接模组7的第一端口，模组7的第二端口连接模组4的第一端口，模组4的第二端口连接模组8的第一端口，模组8的第二端口作为输出端。

由于本实施例提供的电力电子电路中的功率变换电路相邻两层之间的模组交错依次直接串联，即在每一层的内部不存在与本层串联的模组，从而实现了上下两层之间的有效均压，即上下两层相邻的模组之间的电压差几乎平均相等，从而可以更有效保护每个模组不被较高的电压差而击穿。例如，模组1与模组5之间的电压差在忽略误差的情况下，等于模组5与模组2之间的电压差，也等于模组2与模组6之间的电压差，以此类推，图6所示的每层中的模组均与相邻层的模组依次交错直接串联，可以较好地实现均压效果。

需要说明的是，本申请实施例中第一层和第二层相邻的模组，不仅是指上下两层位置对称的模组，例如模组1与模组5为相邻的两个模组，模组2与模组5也为相邻的模组。再如，第二层的模组6在第一层的相邻模组包括模组1和模组3。

电力电子电路实施例二

参见图7，图为本申请实施例提供的另一种电力电子电路的示意图。

图6对应的实施例是每层中不存在本层内部串联的模组，下面介绍本层内部具有两个相邻的模组串联的实现方式。即第一层中的部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联。

第一种情况，每层中仅存在两个模组串联，其余模组均与相邻层直接串联。

第一层中的第一部分功率变换电路与所述第二层中的功率变换电路直接串联，第一层中的第二部分功率变换电路中的每个功率模块分别与所述第一层中相邻的一个或多个功率变换电路串联。

第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；

所述第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，所述n+2个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，以此类推，直至第n个功率变换电路与第2n个功率变换电路直接串联。

下面结合图7以第一层中有2个相邻的模组串联，第二层中有2个相邻的模组串联，其余模组均与相邻层的其他模组直接串联的情况。即以n＝4为例进行介绍。

模组1的第一端连接电源，模组1的第二端连接模组2的第一端，模组2的第二端连接模组5的第一端，模组5的第二端连接模组6的第一端，模组6的第二端连接模组3的第一端，模组3的第一端连接模组7的第一端，模组7的第二端连接模组4的第一端，模组4的第一端连接模组8的第一端，模组8的第一端作为输出端，或者连接其他相邻层的模组。

以上是以模组1连接电源，可以理解的是，也可以是模组8连接电源，模组1作为输出端，本申请不做具体限定。

虽然本实施例提供的电力电子电路中的一层内存在串联的两个模组，但是与现有技术的图1相比，可以大大降低两层之间的电压差，例如模组1和模组5之间的电压差才是8个模组串联承受的电压的3/8，模组2和模组6之间的电压差才是8个模组串联承受的电压的3/8，从而可以有效避免两层之间由于电压差太大而击穿。另外，模组3与模组6，模组3与模组7、模组4与模组8之间的电压差均为8个模组串联承受的电压的2/8。

电力电子电路实施例三

参见图8，图为本申请实施例提供的又一种电力电子电路的示意图。

本实施例提供的继续是在同一层内部包括两个模组串联的情况，但是包括串联的个数大于2。

第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；

所述第1个功率变换电路与所述第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与第n+2个功率变换电路直接串联，所述第n+2个功率变换电路与第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与所述第3个功率变换电路直接串联，所述第3个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，以此类推。

如图8所示，以n＝4为例进行介绍。

模组1的第一端连接电源，模组1的第二端连接模组5的第一端，模组5的第二端连接模组6的第一端，模组6的第二端连接模组2的第一端，模组2的第二端连接模组3的第一端，模组3的第二端连接模组7的第一端，模组7的第二端连接模组8的第一端，模组8的第二端连接模组4的第一端，模组4的第二端作为输出端或者连接其他相邻层的模组。

需要说明的是，以上是以模组1连接电源，模组4为输出端为例进行介绍。另外，也可以模组4连接电源，模组1作为输出端，本申请实施例均不作具体限定。

采用上下两层交错串联的连接方式，实现多模组之间的串联，可以降低上下两层的模组之间的电压差，模组1和模组5电压差为U/4，模组2和模组6电压差为U/4，模组3和模组7电压差为U/4。U为8个串联模组承受的总电压。

相对图1所示的连接方式，模组1和模组5之间的电压差降低3U/4，模组2和模组6之间的电压差降低U/2，模组3和模组7之间的电压差降低U/4。

电力电子电路实施例四

参见图9，图为本申请实施例提供的再一种电力电子电路的示意图。

以上介绍的是一层的内部包括两个模组串联的情况，可以理解的是，一层的内部可以包括更多个模组串联的情况，例如3个模组串联，这种情况相对于现有技术的连接方式也可以降低相邻两层模组之间的电压差。

下面结合图9介绍第一层中包括2个模组串联的情况，第二层中包括3个模组串联的情况，其余模组与相邻层的模组直接串联。

第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；

所述第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路依次与所述第n+2个功率变换电路和第n+3个功率变换电路直接串联，第n+3个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第4个功率变换电路直接串联，所述第4个功率变换电路与第n+4个功率变换电路直接串联，所述第n+4个功率变换电路依次与所述第n+5个功率变换电路和第n+6个功率变换电路直接串联，以此类推。

继续以n＝4为例进行介绍。

模组1的第一端连接电源，模组1的第二端连接模组2的第一端，模组2的第二端连接模组5的第一端，模组5的第二端连接模组6的第一端，模组6的第二端连接模组7的第一端，模组7的第二端连接模组3的第一端，模组3的第二端连接模组4的第一端，模组4的第二端连接模组8的第一端，模组8的第二端作为输出端或者连接其他相邻层的模组。即第一层中模组1与模组2串联，模组3与模组4串联，第二层中模组5与模组6和模组7均串联在一起。

需要说明的是，以上是以模组1连接电源，模组8为输出端为例进行介绍。另外，也可以模组8连接电源，模组1作为输出端，本申请实施例均不作具体限定。

本实施例提供的电力电子电路中的模组采用上下两层交错连接方式，实现多模组串联，如图9所示，降低上下两层的模组之间的电压差，模组1和模组5电压差为3U/8，模组2和模组6电压差为3U/8，模组3和模组7电压差为U/4。相对图1所示的传统连接方式，模组1和模组5之间的电压差降低5U/8，模组2和模组6之间的电压差降低3U/8，模组3和模组7之间的电压差降低U/4。

电力电子电路实施例五

参见图10，图为本申请实施例提供的另一种电力电子电路的示意图。

本实施例提供的电力电子电路每层中的每个模组均存在与本层中的相邻模组串联的情况。

所述第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路；

所述第1个功率变换电路与所述第2个功率变换电路直接串联，所述第2个功率变换电路与第n+1个功率变换电路直接串联，所述第n+1个功率变换电路与所述第n+2个功率变换电路直接串联，第n+2个功率变换电路与第3个功率变换电路直接串联，第3个功率变换电路与第4个功率变换电路直接串联，所述第4个功率变换电路与第n+3个功率变换电路直接串联，所述第n+3个功率变换电路与所述第n+4个功率变换电路直接串联，以此类推。

继续以n＝4为例进行介绍。

模组1的第一端连接模组2的第一端，模组2的第二端连接模组5的第一端，模组5的第二端连接模组6的第一端，模组6的第二端连接模组3的第一端，模组3的第二端连接模组4的第一端，模组4的第一端连接模组7的第一端，模组7的第二端连接模组8的第一端，模组8的第二端作为输出端或者连接其他相邻层的功率变换电路。

需要说明的是，以上是以模组1连接电源，模组8为输出端为例进行介绍。另外，也可以模组8连接电源，模组1作为输出端，本申请实施例均不作具体限定。

本实施例提供的上下两层交错串联的连接方式，实现多模组之间的串联，可以降低上下相邻两层模组之间的电压差，模组1和模组5电压差为3U/8，模组2和模组6电压差为3U/8，模组3和模组7电压差为3U/8。相对图1所示的传统连接方式，模组1和模组5之间的电压差降低5U/8，模组2和模组6之间的电压差降低3U/8，模组3和模组7之间的电压差降低U/8。

电力电子电路实施例六：

以上实施例介绍的均是以n＝4为例进行的介绍，即每层包括4个功率变换电路，可以理解的是，每层的功率变换电路的数量可以根据实际需要来设置，可以大于4，也可以小于4，下面结合附图介绍大于4的情况。

参见图11，该图为本申请实施例提供的又一种电力电子电路的示意图。

图11中是以每次包括5个功率变换电路为例进行介绍。图11中两层中的功率变换电路交错串联的情况与图6相同，仅是功率变换电路的个数不同而已。

模组1的第一端连接电源，模组1的第二端连接模组6的第一端，模组6的第二端连接模组2的第一端，模组2的第二端连接模组7的第一端，模组7的第二端连接模组3的第一端，模组3的第一端连接模组8的第一端，模组8的第二端连接模组4的第一端，模组4的第二端连接模组9的第一端，模组9的第二端连接模组5的第一端，模组5的第二端连接模组10的第一端，模组10的第二端作为输出端或者连接其他相邻层的功率变换电路。

需要说明的是，以上是以模组1连接电源，模组10为输出端为例进行介绍。另外，也可以模组10连接电源，模组1作为输出端，本申请实施例均不作具体限定。

本实施例提供的电力电子电路的优点与图6相同，在此不再赘述。

电力电子电路实施例七：

以上介绍的实施例为了方便，均是以两层功率变换电路为例进行的介绍，本申请实施例中不具体限定功率变换电路的层数，具体层数可以根据实际需要来选择设置，下面结合附图介绍功率变换电路分布三层设置的情况。

参见图12，该图为本申请实施例提供的再一种电力电子电路的示意图。

本实施例以一个电力电子电路包括三层功率变换电路为例进行介绍。

继续以每层包括4个功率变换电路为例，以第一层包括模组1-模组4为例，第二层包括模组5-模组8为例，第三层包括模组9-模组12为例。

为了描述方便，下面仅描述交错串联的关系，模组1与模组5串联，模组5与模组9串联，模组9与本层的模组10串联，模组10与模组6串联，模组6与模组2串联，模组2与本层的模组3串联，模组3与模组7串联，模组7与模组11串联，模组11与本层的模组12串联，模组12与模组8串联，模组8与模组4串联，模组4作为输出端或者连接其他层的功率变换电路。

以上介绍的是三层功率变换电路的交错串联情况，其他更多层的功率变换电路类似，在此不再赘述。

可以理解的是，以上实施例中均是以两层中包括的功率变换电路的数量相同为例进行的描述，例如均包括4个，或均包括5个。另外，相邻两层中的功率变换电路的数量可以不同，例如第一层包括4个功率变换电路，第二层包括5个功率变换电路，但是两层之间交错串联的方式可以采取以上任意一个实施例介绍的方式，在此不再赘述。

需要说明的是，以上介绍的电力电子电路的实施例的任意一个均作为电源系统实施例中电力电子电路的具体实现方式，均在电源系统的实施例的范围内。

电池模块实施例：

以上介绍的电力电子电路中的是功率变换电路，下面介绍本申请实施例提供的方案也可以适用于电芯，区别仅是功率变换电路的两个端口可以不分正负，也可以分正负。而在电芯的应用场景，由于电池存在正负极，因此，在交错串联时，需要注意极性不能接反，需要电芯的正极连接另一个电芯的负极实现串联。

本申请实施例提供的电池模块，包括：串联在一起的多个电芯；

所述多个电芯在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；

所述第一层和所述第二层均包括多个电芯；其中多个电芯可以为2个电芯，也可以为更多个电芯，本申请实施例中不对电芯的数量进行限定。

所述第一层的电芯和所述第二层的电芯之间交错串联在一起，其中，第一层的电芯和第二层的电芯交错串联具体包括：所述第一层的至少两个电芯与所述第二层的电芯直接串联，以降低所述第一层的电芯和所述第二层的电芯之间的电压差。

参见图13，该图为本申请实施例提供的电池模块的示意图。

参考图6的描述，区别仅是将图6中的功率变换电路改为了电芯。

即电芯1的第一端口连接电源，电芯1的第二端口连接电芯5的第一端口，电芯5的第二端口连接电芯2的第一端口，电芯2的第二端口连接电芯6的第一端口，电芯6的第二端口连接电芯3的第一端口，电芯3的第二端口连接电芯7的第一端口，电芯7的第二端口连接电芯4的第一端口，电芯4的第二端口连接电芯8的第一端口，电芯8的第二端口作为输出端。

需要说明的是，两层电芯之间的交错连接方式可以参见以上电力电子电路实施例一至实施例七任一个的描述，以上的连接方式均适用于电池模块，在此不再一一赘述。

例如，所述第一层中的每个电芯分别与所述第二层中的电芯直接串联。

例如，所述第一层中的部分电芯与所述第二层中的电芯直接串联，所述第一层中的其余电芯与所述第一层中相邻的一个或多个电芯串联。

例如，所述第二层中的部分电芯与所述第二层中的一个或多个电芯直接串联。

由于电力电子电路连接电源后，每个功率变换电路带电，因此，需要交错串联来降低两层之间的电压差。同理，电芯本身作为电源是带电的，因此，采用以上方式的交错串联可以有效降低两层相邻的电芯之间的电压差，防止因为电压差太大而击穿，引起起火。本申请实施例不具体限定电池模块的应用场景，例如可以为电动汽车的动力电池组中的电池模块。

需要说明的是，以上的电芯可以为一节电池，可以为多个电池串联形成的电芯，也可以为多个电池串并联形成的电芯，均不作具体限定。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种电源系统，其特征在于，包括：多个电力电子电路；所述电力电子电路的数量与所述电源系统的相数相等，且多个所述电力电子电路的输入端与所述电源系统的多个相一一对应连接；

所述电力电子电路包括：串联在一起的多个功率变换电路；

所述多个功率变换电路在空间上分为至少两层排列，所述至少两层包括：第一层和第二层；

所述第一层和所述第二层均包括多个所述功率变换电路；

所述第一层中的每个功率变换电路分别与所述第二层中的功率变换电路直接串联；

所述第一层的第一侧至所述第一层的第二侧依次排列第1个至第n个功率变换电路；所述第二层的第一侧至所述第二层的第二侧依次排列第n+1个至第2n个功率变换电路。

2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统为交流电源系统，每个所述功率变换电路包括交流/直流AC/DC电路和直流/直流DC/DC电路；在每个所述功率变换电路中，所述AC/DC电路的输出端连接所述DC/DC电路的输入端；

在每个所述电力电子电路中，所有所述功率变换电路中的所述AC/DC电路的输入端串联在一起用于连接所述交流电源；所有所述功率变换电路中的所述DC/DC电路的输出端并联。

3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，当所述电源为直流电源时，每个所述功率变换电路包括DC/DC电路；

在每个所述电力电子电路中，所有所述功率变换电路中的所述DC/DC电路的输入端串联在一起用于连接所述直流电源；所有所述功率变换电路中的所述DC/DC电路的输出端并联。

4.一种电力电子电路，其特征在于，包括：输入端、输出端和串联在一起的多个功率变换电路；所述输入端用于连接电源的一相，所述输出端用于将所述功率变换电路变压后的电压输出；

所述多个功率变换电路在空间上分为以下至少两层排列：第一层和第二层；

所述第一层和所述第二层均包括多个所述功率变换电路；

所述第一层中的每个功率变换电路分别与所述第二层中的功率变换电路直接串联。