CN112952939B - 一种串联电池组及其容量均衡方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种串联电池组及其容量均衡方法，该串联电池组中，各个串联连接的储能单元均至少包括电池模块，且至少一个储能单元包括电池模块及与其通过第一可控开关并联连接的预备电池模块；其采样模块，用于采集各个电池模块的第一电池参数；控制模块，用于依据各个第一电池参数，控制相应可控开关的通断，以在检测到相应电池模块的容量下降时，将其并联连接的预备电池模块切入电池组，为相应电池模块提供补充容量；从而用预备电池模块的容量来补充相应电池模块下降的容量，增加串联电池组的容量上限，实现最大利用率、提高收益。

Description

一种串联电池组及其容量均衡方法

技术领域

本发明属于储能系统技术领域，更具体的说，尤其涉及一种串联电池组及其容量均衡方法。

背景技术

近年来，随着新能源与电池技术的发展，二次电池已从便携式电子产品到光伏、储能等各领域得到广泛运用。由于单体电池的电压较低，其电压为几V左右，实际使用中，为提高输出电压，需要以多个电池进行串联，形成电池组。电池组的容量取决于电池组中容量最低的单体电池，当电池组中某一单体电池的容量下降，将带来整体的容量下降，电池组中各电池性能也将出现较大差异；目前一般采用均衡技术控制各单体电池处于相同状态，但均衡技术只能避免电池发生不平衡，一旦电池组内个别单体容量下降，均衡技术难以发挥作用。

现有技术中出现电池均衡技术失效后，电池组容量下降问题时，采用的方式是将下降的单体电池直接旁路并隔离；但该方法降低了电池组整体的能量，如较多的电池单体的容量下降，并均将其旁路并隔离，则电池组整体的能量将变得非常小，进而严重损失收益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种串联电池组及其容量均衡方法，用于在电池模块容量下降时，用预备电池模块补充电池模块下降的容量，增加串联电池组的容量上限，提高收益。

本发明第一方面公开了一种串联电池组，包括：采样模块、控制模块和N个串联连接的储能单元；其中，N为大于1的整数；

所述储能单元至少包括电池模块；且至少一个所述储能单元包括所述电池模块及与其通过第一可控开关并联连接的预备电池模块；

所述采样模块，用于采集各个所述电池模块的第一电池参数；

所述控制模块，用于依据各个所述第一电池参数，控制相应的第一可控开关的通断，以在检测到相应所述电池模块的容量下降时，将其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量。

可选的，所述预备电池模块包括：M个预备电池子模块；其中，M为正整数；

当M大于1时，同一所述预备电池模块内的各个所述预备电池子模块并联连接。

可选的，所述预备电池模块中各个所述预备电池子模块的容量，均小于相应所述电池模块的容量。

可选的，所述预备电池模块中各个所述预备电池子模块的容量，按预备梯度配置或等量配置。

可选的，所述预备电池子模块包括：串联连接的子电池和第二可控开关。

可选的，所述预备电池子模块还包括：均衡电阻和均衡开关；

所述均衡电阻和所述均衡开关串联连接后，与所述子电池并联连接。

可选的，所述采样模块，还用于采集各个所述子电池的第二电池参数。

可选的，所述电池模块包括：电池单体。

可选的，所述电池模块还包括：与所述电池单体串联连接的第三可控开关；

所述控制模块，还用于在检测到相应所述电池模块的容量下降时，将容量下降的电池模块切出、直至所述串联电池组切换充放电状态。

可选的，仅容量低于预设阈值的至少一个所述储能单元中，设置有通过所述第一可控开关与相应所述电池模块并联连接的所述预备电池模块；

各个所述储能单元中，均设置有通过所述第一可控开关与相应所述电池模块并联连接的所述预备电池模块。

可选的，各所述预备电池模块的容量，均与相应所述电池模块的容量相关；或者，

各所述预备电池模块的容量均相同。

可选的，所述采样模块，还用于采集所述串联电池组的第三电池参数。

可选的，各电池参数均包括：电压、电流和温度中的至少一种。

可选的，还包括：通讯模块；

所述控制模块与所述通讯模块进行通信；

所述通讯模块，用于实现与上位机进行数据传输、告警上传，以及向所述控制模块下发指令中的至少一种。

本发明第二方面公开了一种串联电池组的容量均衡方法，应用于本发明第一方面任一所述的串联电池组的控制模块，所述容量均衡方法包括：

实时获取各个电池模块的第一电池参数；

依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在至少一个所述电池模块的容量下降；

若存在至少一个所述电池模块的容量下降，则控制与其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量。

可选的，判断是否存在相应电池模块的容量下降之前，还包括：

确定所述串联电池组当前工作状态。

可选的，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应电池模块的容量下降，包括：

在所述当前工作状态为放电状态时，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应所述电池模块已放空而其他电池模块未放空；若是，则判定已放空的所述电池模块的容量下降；

在所述当前工作状态为充电状态时，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应所述电池模块已充满而其他电池模块未达到预设的额定容量；若是，则判定已充满的所述电池模块的容量下降。

可选的，判定已放空的所述电池模块的容量下降之后，还包括：控制已放空的所述电池模块切出、直至所述串联电池组切换为充电状态；

判定已充满的所述电池模块的容量下降之后，还包括：控制已充满的所述电池模块切出、直至所述串联电池组切换为放电状态。

可选的，若所述预备电池模块中预备电池子模块的数量为多个，则控制与其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量，包括：

控制任一个所述预备电池子模块切入所述串联电池组；

在所述当前工作状态为充电状态时，检测当前切入的所述预备电池子模块是否存在过充；若是，则控制同一所述电池模块中未充满的预备电池子模块切入，以及，存在过充的所述预备电池子模块切出；

在所述当前工作状态为放电状态时，检测当前切入的所述预备电池子模块是否存在过放；若是，则控制同一所述电池模块中未放空的预备电池子模块切入，以及，存在过放的所述预备电池子模块切出。

可选的，在所述预备电池子模块包括均衡电阻和均衡开关时，在检测到所述预备电池子模块存在过充之后，还包括：

控制过充的所述预备电池子模块中的均衡开关闭合，以对过充的所述预备电池子模块进行电流泄放。

从上述技术方案可知，本发明提供的一种串联电池组，各个串联连接的储能单元均至少包括电池模块；且至少一个储能单元包括电池模块及与其通过第一可控开关并联连接的预备电池模块；其采样模块，用于采集各个电池模块的第一电池参数；控制模块，用于依据各个第一电池参数，控制相应可控开关的通断，以在检测到相应电池模块的容量下降时，将其并联连接的预备电池模块切入电池组，为相应所述电池模块提供补充容量，从而用预备电池模块的容量来补充相应电池模块下降的容量，增加串联电池组的容量上限，实现最大利用率、提高收益。

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种串联电池组的示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种串联电池组的示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种串联电池组的容量均衡方法的流程图；

图4a和图4b是本发明实施例提供的串联电池组的容量均衡方法的两部分流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

在本申请中，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。

本发明实施例提供了一种串联电池组，用于解决现有技术中将容量下降的电池单体直接旁路并隔离、降低了电池组整体的能量，如较多的电池单体的容量下降，并均将其旁路并隔离，则电池组整体的能量将变得非常小，进而严重损失收益的问题。

参见图1，该串联电池组，包括：采样模块20、控制模块30和N个串联连接的储能单元10；其中，N为大于1的整数。

N个储能单元10串联连接后的两端分别作为直流正负极，即串联电池组的正负极。对于储能单元10的个数，实际应用中，可以根据串联电池组所在系统的电压进行多个串联设计，也即N的取值可以依据系统的电压得到。图1中，P+为串联电池组的正级、P-串联电池组的负极。

储能单元10至少包括电池模块11；且至少一个储能单元10包括电池模块11及与其通过第一可控开关K1并联连接的预备电池模块12。每个储能单元10分别单独采样和控制。

具体的，电池模块11的一端与第一可控开关K1的一端相连，第一可控开关K1的另一端与预备电池模块12的一端相连，预备电池模块12的另一端与电池模块11的另一端相连。需要说明的是，在该第一可控开关K1闭合时，该预备电池模块12切入该串联电池组，也即，该预备电池模块12跟随串联电池组进行充电或放电；在该第一可控开关K1断开，该预备电池模块12切出该串联电池组，也即，该预备电池模块12不跟随串联电池组进行充电或放电。该第一可控开关K1可以为继电器，当然，也不排除为其他类型开关，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

采样模块20，用于采集各个电池模块11的第一电池参数。

具体的，采样模块20可以包括N个采样单元，N个采样单元与N个电池模块11一一对应，N个采样单元分别采集各自对应的电池模块11的第一电池参数；当然不排除存在至少两个电池模块11共用一个采样单元。此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

控制模块30，用于依据各个第一电池参数，控制相应的第一可控开关K1的通断，以在检测到相应电池模块11的容量下降时，将其并联连接的预备电池模块12切入串联电池组，为相应电池模块11提供补充容量。

需要说明的是，各个储能单元10中的第一可控开关K1是常断的，直到在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制模块30控制相应的第一可控开关K1闭合，以使容量下降的电池模块11并联连接的预备电池模块12切入串联电池组；此时，该切入的预备电池模块12的容量用来补充其并联连接的电池模块11下降的容量。

串联电池组中单个储能单元10的容量大小决定整个串联电池容量的多少；也即，因为木桶效应，串联电池组中容量最低的储能单元10将拉低整个串联电池容量的容量。

而本实施例中，采用预备电池模块12的容量用来补充其并联连接的电池模块11下降的容量，提高短板的储能单元10的容量；同时，可以保持串联电池组的整体能量，解决了现有技术中直接将下降的单体电池直接旁路并隔离，如较多的电池单体的容量下降，并均将其旁路并隔离，则电池组整体的能量将变得非常小的问题；并且，增加电池组的容量上限，提高收益。

实际应用中，可以在生产阶段对全部电池模块11，均通过相应第一可控开关K1设置一个与其并联连接的预备电池模块12；图1只是对其中一个储能单元10进行展开，其他电池储能单元10设计保持一样，此处不再一一赘述。或者，也可以对已经运行过的传统串联电池组进行改进，即仅为其中容量低于预设阈值的至少一个电池模块11，通过相应第一可控开关K1设置一个与其并联连接的预备电池模块12。并且，各个预备电池模块12的容量可以相同，比如生产阶段的设置；也可以不同，比如对已经运行过的传统串联电池组或者均设置有预备电池模块12的新型串联电池组，均可以在检修维护阶段，为其容量较低的电池模块11增设新的预备电池模块12，即设置各预备电池模块12的容量分别与相应电池模块11的容量相关，能够为相应电池模块11提供补充容量即可。此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内，可视其具体应用环境而定。

在实际应用中，上述电池模块11可以仅包括一个电池单体，该电池单体可以是电芯或更小的储能设备，只是为了表示其对于整个串联电池组而言，属于一个最小单位的储能设备。但是这样，在切入其并联的预备电池模块12时，其自身的充放电状态可能会产生波动，不利于串联电池组的稳定运行。

因此，优选的，如图2所示，该电池模块11包括：串联连接的电池单体U和第三可控开关K。

该第三可控开关K可以为继电器，当然，也不排除为其他类型开关，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

电池单体U和第三可控开关K之间的串联位置可以有两种，具体的可以是：电池单体U的正极与第三可控开关K的一端相连，第三可控开关K的另一端连接电池模块11的输入端，电池单体U的负极连接电池模块11的输出端；也即，电池模块11的输入端到输出端之间依次设置有第三可控开关K和电池单体U。还可以是：电池单体U的正极连接电池模块11的输入端，电池单体U的负极与第三可控开关K的一端相连，第三可控开关K的另一端与电池模块11的输出端相连；也即，电池模块11的输入端到输出端之间依次设置有电池单体U和第三可控开关K。

需要说明的是，也可以在电池单体U的正极或负极设置多个第三可控开关K；还可以是在电池单体U的正负极与电池模块11的输入输出端之间，均设置有至少一个第三可控开关K；此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

该第三可控开关K是常通的；也即，在一般情况下，电池单体U跟随串联电池组进行充放电。

在电池模块11中设置有第三可控开关K时，控制模块30，还用于在检测到相应电池模块11的容量下降时，将容量下降的电池模块11切出、直至串联电池组切换充放电状态。具体的，在电池模块11中仅有一个第三可控开关K时，在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制该第三可控开关K断开，以使该电池单体U切出。电池模块11中有至少两个第三可控开关K时，在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制其中至少一个第三可控开关K断开，以使该电池单体U切出。

需要说明的是，检测任一电池模块11是否存在容量下降的具体过程可以是：检测是否出现相应电池模块11已完成充放电动作而其他电池模块11未完成充放动作；若是，则表明该已完成充放电的电池模块11存在容量下降，控制该已完成充放电的电池模块11切出。值得说明的是，控制该已完成充放电的电池模块11切出，只是暂时的，目的是为了便于其预备电池模块12进行相应的充放电操作；当串联电池组切换充放电状态时，会将其再次切入，而非现有技术中的永久隔离，不会造成串联电池组整体能量的下降。

此外，该串联电池组，还可以包括：通讯模块。控制模块30与通讯模块进行通信，以使控制模块30和通讯模块之间可以进行信息交互。

通讯模块，用于实现与上位机进行数据传输、告警上传，以及向控制模块30下发指令中的至少一种；以实现和上位机进行信息交互，实现良好的人机交互。

在上述任一实施例中，预备电池模块12包括：M个预备电池子模块121；其中，M为正整数。

当M＝1时，该预备电池子模块121直接作为该预备电池模块12、通过第一可控开关K1与相应的电池模块11并联连接。

当M大于1时，同一预备电池模块12内的各个预备电池子模块121并联连接后，通过第一可控开关K1与相应的电池模块11并联连接。

在实际应用中，预备电池子模块121的容量及功率等级按照设计需求配置，一般不超过串联电池组中相应电池模块11的设计；也即，预备电池模块12中各个预备电池子模块121的容量，均小于相应电池模块11的容量。

在实际应用中，预备电池模块12中各个预备电池子模块121的容量可以进行选配。具体的，预备电池模块12中各个预备电池子模块121的容量可以按预备梯度配置，即各个预备电池子模块121的容量分别为相应电池模块11容量的一部分，比如1％U、5％U、10％U、20％U等；进而可以根据需要选择开启不同容量的预备电池子模块121。或者，预备电池模块12中各个预备电池子模块121的容量可以等量配置，如均为5％U等；各个预备电池子模块121可以交替使用。U为电池模块11的额定容量。预备电池模块12中各个预备电池子模块121的容量的设置方式，并不仅限于上述两种，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。具体设置多少个预设电池模块11及其容量，根据需要设计即可，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，预备电池子模块121包括：串联连接的子电池(如图2所示的U2、U3……Un中的一个)和第二可控开关(如图2所示的K2、K4……k2n中对应的一个)；n为正整数。

该第二可控开关为继电器，当然，也不排除为其他类型开关，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。单个子电池的容量可以远低于单个电池单体U的容量。

子电池和第二可控开关之间的串联位置可以有两种，具体的可以是：子电池的正极与第二可控开关的一端相连，第二可控开关的另一端连接预备电池子模块121的输入端，子电池的负极连接预备电池子模块121的输出端；也即，预备电池子模块121的输入端到输出端之间依次设置有第二可控开关和子电池。还可以是：子电池的正极连接预备电池子模块121的输入端，子电池的负极与第二可控开关的一端相连，第二可控开关的另一端与预备电池子模块121的输出端相连；也即，预备电池子模块121的输入端到输出端之间依次设置有子电池和第二可控开关。

需要说明的是，也可以在子电池的正极或负极设置有至少两个第二开关开关，还可以在子电池的正负极与预备电池子模块121的输入输出端之间，均设置有至少一个第二可控开关。当M＝1时，可以将第二可控开关省去，也即，子电池的正负极直接与预备电池子模块121的输入输出端相连；此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

该第二可控开关是常断的；也即，在一般情况下，子电池不跟随串联电池组进行充放电；也不同其他子电池进行能量传递。

在预备电池子模块121中设置有第二可控开关时，控制模块30，还用于在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制各个预备电池子模块121逐一切入。以控制第一个预备电池子模块121切入为例，具体的，在预备电池子模块121中仅有一个第二可控开关时，在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制该电池模块11对应的第一可控开关K1和第二可控开关均闭合，以使该子电池切出入。预备电池子模块121中有两个第二可控开关时，在检测到相应电池模块11的容量下降时，控制该电池模块11对应的第一可控开关K1和预备电池子模块121中的两个第二可控开关均闭合，以使该子电池切入。

下面以充电状态为例，假设电池单体U容量下降，对图2所示结构的工作原理进行说明：

充电状态时，优先将电池单体U充满，但因为其电池容量低于预设的额定容量，其他电池模块11内的电池单体还未达到预设的额定容量，此时断开电池单体U的连接，将子电池U2投入，串联电池组继续充电。一般情况下，子电池U2未充满前，该储能单元10已经达到正常的额定容量，但随之使用时间延长，电池单体U的容量下降比例较大，会出现子电池U2已充满，但该储能单元10的总容量仍然低于额定容量的可能，此时就需要断开子电池U2，控制子电池U3进入，继续充电；以此类推，可以按照设计选择性增加子电池的数量。

放电状态下的原理与此类似，不再一一赘述。

值得说明的是，现有技术还提出采用MOS和电感与多个电池单体并联连接，而当电池单体容量下降幅度过高，均衡技术难以发挥作用；而且该方案使用MOS作为开关器件、电感作为储能器件，具有一定的损耗。

而本实施例中，串联电池组中，当检测到电池单体U容量下降之后，才将预备电池模块12切入，来补充下降的容量，其无需反复开关启动，并且，其可以并联多个预备电池子模块121，其能量耗损低，可靠性高，提高了系统使用的年限。

在实际应用中，该预备电池子模块121还包括：均衡电阻(如图2所示的R1、R2……Rn)和均衡开关(如图2所示的K3、K5……K2n+1)。

该均衡开关可以为继电器，当然，也不排除为其他类型开关，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

均衡电阻和均衡开关串联连接后，与子电池并联连接。具体的，均衡电阻的一端与子电池的一端相连；均衡电阻的另一端与均衡开关的一端相连；子电池的另一端和均衡开关的另一端相连；均衡开关和均衡电阻的顺序可以调换；此处不再一一赘述其他结构，视实际情况而定即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，该均衡电阻用于在该子电池存在过充时，对子电池进行电流泄放，进行必要的放电平衡，也即通过自我消耗能量，来控制电池压差。

在上述任一实施例中，上述采样模块20，还用于采集串联电池组的第三电池参数。

同时，该采样模块20，还可以用于采集预备电池模块12中各个子电池的第二电池参数。

各电池参数均包括：电压、电流和温度中的至少一种。第一电池参数、第二电池参数和第三电池参数所包括的参数可以相同也可以不同。电压、电流和温度的各种组合此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

在此，以各电池参数为电流以及采样模块20分别采集第三电池参数、各个第一电池参数和各个第二电池参数为例进行说明：

该采样模块20中的电流采样部分包括：一个第一电流传感器(如图2所示的CT1)、N个第二电流传感器(如图2所示的CT2)和N*M个第三电流传感器(如图2所示的CT3、CT4……CTn)。第一电流传感器用于采集串联电池组的电流；N个第二电流传感器分别用于采集各自对应的预备电池模块12的电流；N*M个第三电流传感器分别用于采集各自对应的子电池的电流。

该采样模块20还可以包括电压传感器和温度传感器等器件，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

本发明实施例还提供了一种串联电池组的容量均衡方法，应用于上述任一实施例提供的串联电池组的控制模块；该串联电池组的具体结构和工作原理此处不再一一赘述，均在申请的保护范围内。

参见图3，容量均衡方法包括：

S101、实时获取各个电池模块的第一电池参数。

具体的，该控制模块通过采样模块实时获取各个电池模块的第一电池参数。

S102、依据各个第一电池参数，实时判断是否存在相应电池模块的容量下降。

该第一电池参数包括：电压、电流和温度中的至少一种。

需要说明的是，在电池的容量下降时，其电压、电流和温度这些参数存在变化；也即，这些参数能够体现电池模块的容量。

若存在相应电池模块的容量下降，则执行在步骤S103。

S103、控制容量下降的电容模块所并联连接的预备电池模块切入串联电池组，为相应电池模块提供补充容量。

正常情况下，各个预备电池模块是切出状态的，直到在检测到相应电池模块的容量下降时，才控制容量下降的电池模块所并联连接的预备电池模块切入串联电池组；此时，该切入的预备电池模块的容量用来补充其并联连接的电池模块所下降的容量。

在本实施例中，在串联电池组内已发生个别电池模块的容量下降，均衡技术失效后，检测出失效电池模块的状态信息，且控制相应预备电池模块切入串联电池组中，提高了电池组的整体容量及系统利用率，提高收益。

在步骤S102之前，还包括：

S104、确定串联电池组当前工作状态。

需要说明的是，组串电池的当前的工作状态包括放电状态、充电状态和待机状态等。

由于容量下降的电池模块相较于其他电池模块，其容量较小；因此，在放电状态下，容量下降的电池模块会率先放空；在充电状态下，容量下降的电池模块会率先充满。

在串联电池组的工作状态不相同时，上述步骤S102的具体工作过程不同，在此分别对当前工作状态为放电状态和充电状态时步骤S102的具体工作过程进行说明：

(1)在当前工作状态为放电状态时，依据各个第一电池参数，实时判断是否存在相应电池模块已放空而其他电池模块未放空；若是，则判定已放空的电池模块的容量下降。

在实际应用中，在判定已放空的电池模块的容量下降之后，还可以包括：控制已放空的电池模块切出、直至串联电池组切换为充电状态。

(2)在当前工作状态为充电状态时，依据各个第一电池参数，实时判断是否存在相应电池模块已充满而其他电池模块未达到预设的额定容量；若是，则判定已充满的电池模块的容量下降。

在实际应用中，在判定已充满的电池模块的容量下降之后，还可以包括：控制已充满的电池模块切出、直至串联电池组切换为放电状态。

在本实施例中，优先使用容量下降的电池模块进行充放电动作，容量下降的电池模块不能继续执行充放电动作之后，也即，在必要的时候再使预备电池模块切入充分利用各个电池模块。

在实际应用中，若预备电池模块中预备电池子模块的数量为多个，则步骤S103，包括：

1、控制任一个预备电池子模块切入串联电池组。

需要说明的是，在各个预备电池子模块的容量不同时，可以控制容量最小的预备电池子模块切入串联电池组，也可以控制容量最大的预备电池子模块切入电池组，也可以是依据容量差控制与该容量差相匹配的预备电池子模块切入电池组；控制任一个预备电池子模块切入串联电池组的其他具体过程，此处不再一一赘述，均在本申请的保护范围内。

该容量差为容量下降的电池模块的实际容量与额定容量之间的差值。

2、在当前工作状态为充电状态时，检测当前切入的预备电池子模块是否存在过充；若是，则控制同一电池模块中未充满的预备电池子模块切入，以及，存在过充的预备电池子模块切出。

需要说明的是，存在过充说明该预备电池子模块不合适再进行充电，若其再进行充电则可能导致其损坏严重时，甚至会爆炸，其无法再参与串联电池组的充电动作；因此，控制同一电池模块中未充满的预备电池子模块切入，以及，存在过充的预备电池子模块切出，以实现串联电池组继续充电以及延长预备电池模块的使用寿命。

在实际应用中，在预备电池子模块包括均衡电阻和均衡开关时，在检测到预备电池子模块存在过充之后，还包括：控制过充的预备电池子模块中的均衡开关闭合，以对过充的预备电池子模块进行电流泄放。

在本实施例中，对过充的预备电池子模块进行电流泄放，能够避免预备电池子模块持续过充而导致的损坏、甚至爆炸的问题，对预备电池子模块进行保护，提高预备电池子模块的使用寿命，提高可靠性。

3、在当前工作状态为放电状态时，检测当前切入的预备电池子模块是否存在过放；若是，则控制同一电池模块中未放空的预备电池子模块切入，以及，存在过放的预备电池子模块切出。

需要说明的是，存在过放说明该预备电池子模块不合适再进行放电，若其再进行放电则可能会导致其损坏，以及，无法再参与串联电池组的放电动作；因此，控制同一电池模块中未放空的预备电池子模块切入，以及，存在过放的预备电池子模块切出，以实现串联电池组继续放电以及延长预备电池模块的使用寿命。

下面分别结合图2、图4a和图4b，假设一个储能单元存在容量下降，来对串联电池组的容量均衡过程进行说明：

(1)充电过程：开始充电时，闭合K，断开K1，优先给电池单体U充电。因为检测出电池单体U的电池健康度远低于额定限值，也即，其存在容量下降；当电池单体U快充满时，预备电池模块12开始启动，子电池U2开始充电，实时监测子电池U2是否过充。若过充，则断开K2，闭合K3进行泄放，同时打开闭合K4，投入子电池U3，系统继续充电。依次类推，打开后续的子电池，直到整体串联电池组充电完毕，达到额定容量，再断开所有开关。具体可参见图4a。

(2)放电过程：开始放电时，闭合K，断开K1，优先给电池单体U放电。因为检测出电池单体U电池剩余电量远低于额定限值，当电池快放完时，子电池U2开始启动放电，实时监测U2是否过放。若过放，则闭合K4，断开K2，投入子电池U3，系统继续放电。依次类推，打开后续子电池，直到整体串联电池组放电完毕，再断开所有开关。具体可参见图4b。

也即，容量低的电池单体U在充满或放空时，其他电池单体U还未达到预设的额定容量或未放完，此时断开容量低的电池单体U连接，启动相应预备电池模块12，继续给系统充放电。预备电池模块12存在一个或多个子电池；一个接着一个的使用，充满/放完一个才会去打开另一个。控制子电池切入切出的条件可以是电池充放截至电压、容量等，并与额定设计值进行比较。

本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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 (16)

1.一种串联电池组，其特征在于，包括：采样模块、控制模块和N个串联连接的储能单元；其中，N为大于1的整数；

所述储能单元至少包括电池模块；且至少一个所述储能单元包括所述电池模块及与其通过第一可控开关并联连接的预备电池模块；

所述采样模块，用于采集各个所述电池模块的第一电池参数；

所述控制模块，用于依据各个所述第一电池参数，控制相应的第一可控开关的通断，以在检测到相应所述电池模块的容量下降时，将其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量；

其中，所述预备电池模块包括：M个预备电池子模块；其中，M为正整数；

当M大于1时，同一所述预备电池模块内的各个所述预备电池子模块并联连接；

所述预备电池模块中各个所述预备电池子模块的容量，均小于相应所述电池模块的容量；

所述电池模块包括：电池单体；所述电池模块还包括：与所述电池单体串联连接的第三可控开关；

所述控制模块，还用于在检测到相应所述电池模块的容量下降时，将容量下降的电池模块切出、直至所述串联电池组切换充放电状态。

2.根据权利要求1所述的串联电池组，其特征在于，所述预备电池模块中各个所述预备电池子模块的容量，按预备梯度配置或等量配置。

3.根据权利要求1所述的串联电池组，其特征在于，所述预备电池子模块包括：串联连接的子电池和第二可控开关。

4.根据权利要求3所述的串联电池组，其特征在于，所述预备电池子模块还包括：均衡电阻和均衡开关；

所述均衡电阻和所述均衡开关串联连接后，与所述子电池并联连接。

5.根据权利要求4所述的串联电池组，其特征在于，所述采样模块，还用于采集各个所述子电池的第二电池参数。

6.根据权利要求1-5任一项所述的串联电池组，其特征在于，仅容量低于预设阈值的至少一个所述储能单元中，设置有通过所述第一可控开关与相应所述电池模块并联连接的所述预备电池模块；

各个所述储能单元中，均设置有通过所述第一可控开关与相应所述电池模块并联连接的所述预备电池模块。

7.根据权利要求6所述的串联电池组，其特征在于，各所述预备电池模块的容量，均与相应所述电池模块的容量相关；或者，

各所述预备电池模块的容量均相同。

8.根据权利要求1-5任一项所述的串联电池组，其特征在于，所述采样模块，还用于采集所述串联电池组的第三电池参数。

9.根据权利要求1-5任一项所述的串联电池组，其特征在于，各电池参数均包括：电压、电流和温度中的至少一种。

10.根据权利要求1-5任一项所述的串联电池组，其特征在于，还包括：通讯模块；

所述控制模块与所述通讯模块进行通信；

所述通讯模块，用于实现与上位机进行数据传输、告警上传，以及向所述控制模块下发指令中的至少一种。

11.一种串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，应用于如权利要求1-10任一所述的串联电池组的控制模块，所述容量均衡方法包括：

实时获取各个电池模块的第一电池参数；

依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应所述电池模块的容量下降；

若存在相应所述电池模块的容量下降，则控制与其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量。

12.根据权利要求11所述的串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，判断是否存在相应电池模块的容量下降之前，还包括：

确定所述串联电池组当前工作状态。

13.根据权利要求12所述的串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应电池模块的容量下降，包括：

在所述当前工作状态为放电状态时，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应所述电池模块已放空而其他电池模块未放空；若是，则判定已放空的所述电池模块的容量下降；

在所述当前工作状态为充电状态时，依据各个所述第一电池参数，实时判断是否存在相应所述电池模块已充满而其他电池模块未达到预设的额定容量；若是，则判定已充满的所述电池模块的容量下降。

14.根据权利要求13所述的串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，判定已放空的所述电池模块的容量下降之后，还包括：控制已放空的所述电池模块切出、直至所述串联电池组切换为充电状态；

判定已充满的所述电池模块的容量下降之后，还包括：控制已充满的所述电池模块切出、直至所述串联电池组切换为放电状态。

15.根据权利要求12-14任一项所述的串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，若所述预备电池模块中预备电池子模块的数量为多个，则控制与其并联连接的预备电池模块切入所述串联电池组，为相应所述电池模块提供补充容量，包括：

控制任一个所述预备电池子模块切入所述串联电池组；

在所述当前工作状态为充电状态时，检测当前切入的所述预备电池子模块是否存在过充；若是，则控制同一所述电池模块中未充满的预备电池子模块切入，以及，存在过充的所述预备电池子模块切出；

在所述当前工作状态为放电状态时，检测当前切入的所述预备电池子模块是否存在过放；若是，则控制同一所述电池模块中未放空的预备电池子模块切入，以及，存在过放的所述预备电池子模块切出。

16.根据权利要求15所述的串联电池组的容量均衡方法，其特征在于，在所述预备电池子模块包括均衡电阻和均衡开关时，在检测到所述预备电池子模块存在过充之后，还包括：

控制过充的所述预备电池子模块中的均衡开关闭合，以对过充的所述预备电池子模块进行电流泄放。