CN113422402A - 电池装置及其供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电池装置及其供电系统。电池装置包括若干电池模组和第一DC/DC变换器；电池模组若干彼此串接的电芯单元，至少一个电池模组的SOH不同于其他电池模组；每一第一DC/DC变换器的第一侧均连接对应的电池模组，各第一DC/DC变换器的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成电池装置的外连接端；各第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与所述外连接端间的电压变换。供电系统应用了上述的电池装置，适于扩容且具有较好的人员安全性。此外，电池装置对每一电池模组均配置了DC/DC变换器，从而可以混用SOH不同的电池模组且不会出现环流现象，还适于对各SOH不同的电池模组进行不同的充放电管理以满足电池装置的多样化管理需求。

Description

电池装置及其供电系统
技术领域
本发明涉及电池及应用电池供电的技术领域，尤其涉及电池装置及其供电系统。
背景技术
目前，UPS被广泛采用。在市电异常时，UPS通常切换到电池供电状态来保证对负载的不间断电能供应。而随着负载水平的提升，UPS的输出功率也需要随之提升，这就要求在电池供电状态下电池组件的输出功率也能对应匹配。
现有UPS中，电池组件通常由多个电池包构成，在需要扩容时一般也是通过串联更多的电池包或采用具有更多单体电池的电池包来实现。但由于UPS内部的DC/DC变换器的电压增益不大，使得在扩容时需要串入较多的电池导致电池组件的输出电压较高，这对操作和维护电池组件的人员安全造成了一定影响。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中存在的至少一种缺陷或问题，提供电池装置及其供电系统，该供电系统采用了电池装置后适于扩容，且具有较好的人员安全性。
为实现上述目的，本发明第一方面提供电池装置，包括：若干电池模组，所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；其中，至少一个电池模组的SOH不同于其他电池模组；若干第一DC/DC变换器，各第一DC/DC变换器与各电池模组一一对应且每一第一DC/DC变换器的第一侧均连接对应的电池模组，各第一DC/DC变换器的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置的外连接端；各所述第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与所述外连接端间的电压变换。
进一步的，所述电池模组的SOH由该电池模组的当前容量与额定容量的比值界定。
进一步的，还包括第二BMS管理单元和若干第三BMS管理单元；各所述第三BMS管理单元与各电池模组一一对应且分别用于获取对应电池模组的电芯单元的外特性参数；所述第二BMS管理单元信号连接各第三BMS管理单元，以根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOH；所述第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器输出相同电压并适于控制各第一DC/DC变换器的输出电流。
进一步的，所述第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器输出相同电流。
进一步的，所述第二BMS管理单元根据各电池模组的SOH控制各第一DC/DC变换器输出不同电流；其中，各第一DC/DC变换器的输出电流与对应电池模组的SOH呈正相关关系。
进一步的，所述第二BMS管理单元根据各电池模组的SOH控制各第一DC/DC变换器输出不同电流；其中，各第一DC/DC变换器的输出电流与对应电池模组的SOH呈负相关关系。
进一步的，每一所述电池模组的最大输出电压均低于65V；各电池模组内的电芯单元数量相同，每一电芯单元均由两个彼此并联的单体锂电池构成。
为实现上述目的，本发明第二方面提供供电系统，包括：电池簇，其为前述技术方案中所述的电池装置；所述外连接端构成所述电池簇的簇连接端；各所述第一DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器且其第一侧和第二侧分别为低压侧和高压侧；变流装置，所述变流装置具有电池端并包括直流母线和第二DC/DC变换器；所述电池端连接所述电池簇的簇连接端以接入所述电池簇；所述第二DC/DC变换器为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端并用以实现二者间的电压变换。
进一步的，所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；所述AC/DC变换器和DC/AC变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器的交流侧输出交流电；所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。
进一步的，所述电池簇的数量为多个，每一所述电池簇具体均为前述技术方案中所述的电池装置；所述电池模组的SOH由该电池模组的当前容量与额定容量的比值界定；所述电池装置还包括第二BMS管理单元和若干第三BMS管理单元；各所述第三BMS管理单元与各电池模组一一对应且分别用于获取对应电芯单元的外特性参数；所述第二BMS管理单元信号连接各第三BMS管理单元，以根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOH；所述第二BMS管理单元还控制各第一DC/DC变换器的输出电流；每一对应的所述电池模组、第一DC/DC变换器和第三BMS管理单元构成一电池包；所述第二BMS管理单元还根据各电池包的电芯单元的外特性参数并判断各电池包是否异常；所述第二BMS管理单元还接收一簇输出目标以控制各电池包的输出电压和输出电流；所述供电系统还包括接入单元和第一BMS管理单元；所述接入单元用以将各电池簇接入所述变流装置的电池端，并包括与各电池簇的簇连接端对应连接的若干簇接入开关；所述第一BMS管理单元信号连接各电池簇的第二BMS管理单元以获取各电池簇内的各电池包的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇的第二BMS管理单元发送对应的簇输出目标，该簇输出目标为簇输出功率给定值；所述第二BMS管理单元在簇输出目标为零时切断对应电池簇内的所有电池包；所述第二BMS管理单元在簇输出目标不为零时切断对应电池簇内的异常电池包，且根据该簇输出目标对其他电池包内的第一DC/DC变换器进行PWM调制，以通过调节相应电池包的输出电压和输出电流来调节对应电池簇的输出功率；所述第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，并结合该异常程度以及当前的系统输出目标对各电池簇分配并发送对应的簇输出目标；所述第一BMS管理单元在所述电池簇内的所有电池包均异常时关闭与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值为零的所述簇输出目标；所述第一BMS管理单元在所述电池簇内存在非异常电池包时保持开启与该电池簇对应的簇接入开关，并根据加权原则向对应的第二BMS管理单元分配并发送值不为零的所述簇输出目标。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
(1)电池装置包括若干第一DC/DC变换器，每一第一DC/DC变换器均与对应的电池模组耦合以将电池模组的输出电压变换后并联输出，从而无需通过大幅提高电池模组的输出电压来对应用该电池装置的供电系统实现扩容。换言之，在电池模组本身输出较低电压的情况下，上述电池装置在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电系统的需求；而在需要维护时，由于电池模组的输出电压不高，则可以较为安全地对电池模组进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池装置在维护和操作时的人员安全性，使得应用该电池装置的供电系统适于扩容。
此外，上述配置使得在电池装置中混用新旧程度不同的电池模组变得可能，换言之，由于每一电池模组均连接了DC/DC变换器，从而可以混用SOH不同的多个电池模组，也即至少一个电池模组的SOH不同于其他电池模组。如此一来，无论是新电池模组还是旧电池模组均连接有DC/DC变换器，且可以通过对应的DC/DC变换器实现变换至同一电压后再并联输出，从而可以充分利用健康程度不同的新老电池模组且不会出现环流现象而导致新电池模组的输出能力受到旧电池模组输出能力的限制，实现各种电池模组的最大化利用，使得供电系统在扩容具有更多的选择。进一步而言，由于新老电池模组均配置有对应的DC/DC变换器，可以利用对应的DC/DC变换器调整各电池模组的输出电流，使得对各SOH不同的电池模组配置不同的充放电管理策略变得可能，从而满足了电池装置的多样化管理需求。
(2)电池模组的SOH可以由容量、电量、循环次数或内阻等几方面的参数来界定。本发明选用由容量界定，具体来说是当前容量与额定容量的比值界定，符合业界当前对SOH的主流界定方式。
(3)第三BMS管理单元获取对应电池模组的电芯单元的外特性参数，使得第二BMS管理单元可以根据这些外特性参数计算各电池包的SOH，为电池包的充放电控制、评估电池寿命等方面提供了数据支持。
此外，第二BMS管理单元除控制各第一DC/DC变换器的输出电压保持一致外，还适于控制各第一DC/DC变换器的输出电流，因而可以在各第一DC/DC变换器的输出电压一致的情况下控制各第一DC/DC变换器(电池模组)的输出功率，使得对各SOH不同的电池模组配置不同的输出功率变得可能，从而在新老电池模组混用的情况下可以提供更多样化的电池管理需求。
(4)第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器的输出电流可以采用多种控制方式，从而满足电池装置的多样化管理需求。例如，第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器输出相同电流，使得各电池模组的输出功率相同，各电池模组以相同速率老化，但最终旧电池模组会由于最早老化而先被淘汰。或是，第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器输出不同电流，使得各电池模组的输出功率不同，各电池模组以不同速率老化，在这之中，输出电流可以与电池模组的SOH呈正相关或负相关关系。在呈正相关时，旧电池模组以较慢速率老化，新电池模组以较快速率老化，最终各电池模组基本会在相同时刻被淘汰。在呈负相关时，旧电池模组以较快速率老化，新电池模组以较慢速率老化，从而可以最快地淘汰旧电池模组。
(5)电池模组的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，寿命长且放电稳定，从而提升了电池模组的放电性能。各电池模组内的电芯单元数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。
(6)供电系统包括电池簇和变流装置，电池簇为前述的电池装置，变流装置接入电池簇的簇连接端以使电池模组通过两级DC/DC连接到直流母线，在电池模组本身输出较低电压的情况下仍能保证电池装置在工作时具有一定的输出电压以满足供电系统的需求，人员可以较为安全地对电池模组进行维护操作，因而供电系统以电池装置作为物质基础，继承并实现了其全部优势，适于扩容。此外，各电池簇连接到变流装置的电池端而非直流母线，无需对现有变流装置进行改造，通用性较好。
(7)变流装置内具有AC/DC变换器和DC/AC变换器，使得供电系统实质上构成了适于扩容的UPS供电系统，在电池供电状态下能够稳定地为负载供电。
(8)供电系统进一步采用了三级BMS管理架构，三级BMS管理单元分别处于电池包层级、电池簇层级和供电系统层级，并面向电芯单元、电池包和电池簇以进行对应的BMS管理，使得该供电系统还由于具有其他优势从而进一步地便于扩容。
具体而言，由于电池包内具有用于获取各电芯单元的外特性参数的第三BMS管理单元，使得第二BMS管理单元仅需与各第三BMS管理单元通信即可获得各电芯单元的外特性参数以判断各电池包是否异常，因而第二BMS管理单元无需通过大量线束连接到每一电芯单元，电池簇内信号线的连线关系较为简洁、不易出错，且由于信号线较短，因而可以有效改善信号干扰和延时的情况，方便了电池簇的管理，从而便于扩容。
不仅如此，本发明的供电系统采用了彼此通信的三级BMS管理架构，各级BMS管理单元分别根据子级电池层级的BMS管理单元所上报的信息管理该子级电池层级，例如第三BMS管理单元位于电池包层级且可用于管理各电芯单元，第二BMS管理单元位于电池簇层级且用于管理各电池包，第一BMS管理单元位于供电系统层级且用于管理各电池簇，也就不会发生某一电池层级在检测到自身存在一定程度的故障后便自行切断输出，进而对同一电池层级的其他部分造成较大输出压力的情况。例如，以电池簇层级为例，若某一电池簇内存在异常或故障的电池包，且该电池簇内的BMS管理单元便控制该电池簇直接退出供电输出，这样便会造成其他同级的其他电池簇存在较大的输出压力。而此时可能存在的情况是，该电池簇内仅有部分电池包是异常的而仍存有部分电池包是适于供电输出的，这样便大幅浪费了这一部分仍适于供电输出的电池包。在实际配置时，考虑到要实现各电池簇与其他任一电池簇的通讯是较为困难的，这会导致各电池簇无法获知其他电池簇的运行情况并利用仍能供电的电池包对自身输出进行对应调整，进而无法应对上述的浪费的现象并予以解决。
而在本发明中，第二BMS管理单元将对应电池簇内的电池包异常信息上传第一BMS管理单元，使得第一BMS管理单元可以准确获取各电池簇内的各电池包的异常信息并根据这些异常信息对各电池簇进行全局控制，其中包括每一电池簇是否接入并供电输出，以及接入并供电输出的每一电池簇需要达成的簇输出目标；接下来，接收到簇输出目标的第二BMS管理单元便可以对电池簇中仍适于供电输出的电池包的输出电压和输出电流进行控制，以使各电池包共同配合并使该电池簇达成上述的簇输出目标，从而对供电系统中所有可用的电池包均进行了充分的利用，并有效达成整个系统的运行目的，提高了供电系统的稳定性。换言之，供电系统的三级BMS管理架构分别在通信层面和控制层面分别采用了向上汇报机制和向下管理机制并将二者有效结合，解决了供电系统在扩容后中可能存在的电池包未充分利用的缺陷，从而使得该供电系统适于扩容。
也可以看出，由于供电系统内的电池部分层级分明，由电池包、电池簇到整个供电系统均具有对应层级的BMS管理单元，从而便于对各部分分别进行模块化配置，并对整个供电系统的电池部分进行良好管理。
进一步的，簇输出目标为簇输出功率给定值，各第二BMS管理单元根据簇输出目标对应地切断异常电池包并根据该簇输出目标对各第一DC/DC变换器进行PWM调制，以调节各电池包的输出电压和电流从而调节对应电池簇的输出功率。换言之，第二BMS控制单元可利用第一DC/DC变换器的开关来控制电池包是否供电输出，无需设置专用的充、放电控制开关，减少了电池包所需设置的开关数量，提高了开关利用率，降低了电池包的成本，进一步适于供电系统的扩容。
而第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，从而可以根据该该异常程度为个电池簇分配与其异常程度对应的合理簇输出目标，实现对各电池包的充分利用。第一BMS管理单元对接入的各电池簇依照加权原则分配相应的簇输出目标，换言之，异常电池包存量高的电池簇的簇输出目标低，非异常电池包存量高的电池簇的簇输出目标高，可防止在均一化原则下部分电池簇内电池包不合预期地快速老化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例电池装置(电池簇)的拓扑图；
图2为本发明实施例电池包的拓扑图；
图3为本发明实施例供电系统的一拓扑图；
图4为本发明实施例供电系统的另一拓扑图。
附图标记说明：
电池装置(电池簇)100；外连接端(簇连接端)101；电池包110；电池模组111；电芯单元111A；第一DC/DC变换器112；均衡电路113；均衡电阻113A；均衡开关113B；第三BMS管理单元114；第二BMS管理单元120；接入单元200；第一BMS管理单元300；变流装置400；电池端401；AC/DC变换器410；DC/AC变换器420；第二DC/DC变换器430。
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，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不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。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“连接”，可以包含直接连接也可以包含间接连接；如使用术语“耦合”，指的是两电气模块在连接后具有特定的电路功能。
参照图1，本发明实施例先提供电池装置100，其包括若干彼此并联输出的电池包110和第二BMS管理单元120。
结合图2，所述电池包110括电池模组111、第一DC/DC变换器112、若干均衡电路113和第三BMS管理单元114。换言之，所述电池装置100包括彼此一一对应的若干电池模组111、若干第一DC/DC变换器112和若干第三BMS管理单元114。
所述电池模组111包括若干彼此串接的电芯单元111A，其中至少一个电池模组111的SOH不同于其他电池模组111。本实施例中，所述电池模组111的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。各电池模组111内的电芯单元111A数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。每一电芯单元111A均由两个彼此并联的单体锂电池构成，如图2所示，这提高了电芯单元111A所能负荷的电流水平，寿命长且放电稳定，从而提升了电池包110的放电性能。此外，所述电池模组111的SOH可以由容量、电量、循环次数或内阻等几方面的参数来界定。本实施例选用由容量界定的方式，具体来说是由当前容量与额定容量的比值界定，符合业界当前对SOH的主流界定方式。
所述第一DC/DC变换器112的第一侧均连接对应的电池模组111，各第一DC/DC变换器112的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置100的外连接端101。各所述第一DC/DC变换器112分别用于实现对应电池模组111与所述外连接端101间的电压变换。本实施例中，所述第一DC/DC变换器112为双向DC/DC变换器，所述第一侧和第二侧分别是低压侧和高压侧，且其可采用现有的变换器且不局限于某一具体的DC/DC电路拓扑。不言而喻的，在电池模组111放电时，其电能经第一DC/DC变换器112升压输出；在电池模组111充电时，输入到外连接端101的直流电能经第一DC/DC变换器112降压，来对电池模组111充电。
所述若干均衡电路113分别串接于两相邻的电芯单元111A间，且均包括彼此串联的均衡电阻113A和均衡开关113B。
所述第三BMS管理单元114以获取各电芯单元111A的外特性参数并对各电芯单元111A进行电压均衡管理，所述外特性参数包含电池包110的电压、电流和温度，因而第三BMS管理单元114还包括相应的传感器，这里不再详述。具体来说，所述第三BMS管理单元114根据各电芯单元111A的电压启闭相应均衡电路113的均衡开关113B以对相应电芯单元111A进行电压均衡，可有效延长各电芯单元111A的寿命。
回到图1，所述第二BMS管理单元120根据各电池包110的电芯单元111A的外特性参数计算各电池包110的SOC和SOH，为电池包110的充放电控制、评估电池寿命等方面提供了数据支持。此外，所述第二BMS管理单元120还控制各第一DC/DC变换器112输出相同电压并适于控制各第一DC/DC变换器112的输出电流，因而可以在各第一DC/DC变换器112的输出电压一致的情况下控制各第一DC/DC变换器112(电池模组111)的输出功率，使得对各SOH不同的电池模组111配置不同的输出功率变得可能，从而在新老电池模组111混用的情况下可以提供更多样化的电池管理需求。
具体来说，第二BMS管理单元120控制各第一DC/DC变换器112的输出电流可以采用多种控制方式，从而满足电池装置100的多样化管理需求。例如，第二BMS管理单元120控制各第一DC/DC变换器112输出相同电流，使得各电池模组111的输出功率相同，各电池模组111以相同速率老化，但最终旧电池模组会由于最早老化而先被淘汰。或是，第二BMS管理单元120控制各第一DC/DC变换器112输出不同电流，使得各电池模组111的输出功率不同，各电池模组111以不同速率老化，在这之中，输出电流可以与电池模组111的SOH呈正相关或负相关关系。在呈正相关时，旧电池模组以较慢速率老化，新电池模组以较快速率老化，最终各电池模组111基本会在相同时刻被淘汰。在呈负相关时，旧电池模组以较快速率老化，新电池模组以较慢速率老化，从而可以最快地淘汰旧电池模组。
由以上介绍可以看出，电池装置100包括若干第一DC/DC变换器112，每一第一DC/DC变换器112均与对应的电池模组111耦合以将电池模组111的输出电压变换后并联输出，从而无需通过大幅提高电池模组111的输出电压来对应用该电池装置100的供电系统实现扩容。换言之，在电池模组111本身输出较低电压的情况下，上述电池装置100在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电系统的需求；而在需要维护时，由于电池模组111的输出电压不高，则可以较为安全地对电池模组111进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池装置100在维护和操作时的人员安全性，使得应用该电池装置100的供电系统适于扩容。
此外，上述配置使得在电池装置100中混用新旧程度不同的电池模组111变得可能，换言之，由于每一电池模组111均连接了DC/DC变换器，从而可以混用SOH不同的多个电池模组111，也即至少一个电池模组111的SOH不同于其他电池模组111。如此一来，无论是新电池模组还是旧电池模组均连接有DC/DC变换器，且可以通过对应的DC/DC变换器实现变换至同一电压后再并联输出，从而可以充分利用健康程度不同的新老电池模组111且不会出现环流现象而导致新电池模组的输出能力受到旧电池模组输出能力的限制，实现各种电池模组111的最大化利用，使得供电系统在扩容具有更多的选择。进一步而言，由于新老电池模组111均配置有对应的DC/DC变换器，可以利用对应的DC/DC变换器调整各电池模组111的输出电流，使得对各SOH不同的电池模组111配置不同的充放电管理策略变得可能，从而满足了电池装置100的多样化管理需求。
接下来参照图3，本发明实施例还提供供电系统，其包括电池簇和变流装置400。值得说明的是，图3中未示出所述第二BMS管理单元120。
所述电池簇为前述的电池装置100，所述外连接端101构成所述电池簇100的簇连接端。
所述变流装置400具有电池端401并包括直流母线和第二DC/DC变换器430。所述电池端401连接所述接入单元200的第二端以连接各所述电池簇100，从而可以引入所述电池簇100的直流电能并通过相应变换形成更广泛的应用。所述第二DC/DC变换器430为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端401并用以实现二者间的电压变换，因而所述电池簇100连接到变流装置400的电池端401而非直流母线，无需对现有变流装置400进行改造，通用性较好。
因而，供电系统包括电池簇100和变流装置400，电池簇100为前述的电池装置100，变流装置400接入电池簇100的簇连接端101以使电池模组111通过两级DC/DC连接到直流母线，在电池模组111本身输出较低电压的情况下仍能保证电池装置100在工作时具有一定的输出电压以满足供电系统的需求，人员可以较为安全地对电池模组111进行维护操作，因而供电系统以电池装置100作为物质基础，继承并实现了其全部优势，适于扩容。此外，各电池簇100连接到变流装置400的电池端401而非直流母线，无需对现有变流装置400进行改造，通用性较好。
具体的，本实施例的变流装置400为UPS系统中除去传统蓄电池的其他部分，即该变流装置400还包括AC/DC变换器410和DC/AC变换器420。所述AC/DC变换器410和DC/AC变换器420的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器410的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器420的交流侧输出交流电。所述第二DC/DC变换器430的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端401。本实施例中，所述交流电源为市电。由于UPS系统中的整流、逆变等变换过程已为现有技术，故本发明不再对其进行详述。
进一步的，参照图4，所述电池簇100的数量为多个，每一所述电池簇100均为前述的电池装置100。值得说明的是，图4中未示出所述变流装置400。
所述第二BMS管理单元120信号连接各电池包110的第三BMS管理单元114，以根据各电池包110的电芯单元111A的外特性参数并判断各电池包110是否异常，可以理解的，第二BMS管理单元120在电池包110处于过压、过流或过温时即判断相应的电池包110处于异常或故障。此外，所述第二BMS管理单元120还接收一簇输出目标以控制各电池包110(对应的第一DC/DC变换器112)的输出电压和输出电流，所述簇输出目标由下文即将介绍的第一BMS管理单元300发出，这将在下文详述。
具体的，所述簇输出目标为簇输出功率给定值，从而第二BMS管理单元120可以通过调节各电池包110的输出电流、输出电压来调节各电池包110的输出功率，具体控制环路可为电压-电流双闭环控制等方式，本实施例不作具体限定，但不言而喻的，第二BMS管理单元120在控制过程中应保持各电池包110的输出电压一致，以满足各电池包110在并联时不会产生环流现象。
进一步而言，所述第二BMS管理单元120在簇输出目标为零时切断对应电池簇100内的所有电池包110，从而从电池簇100这一侧将该电池簇100退出供电输出。所述第二BMS管理单元120在簇输出目标不为零时切断对应电池簇100内的异常电池包110，且根据该簇输出目标对其他电池包110内的第一DC/DC变换器112进行PWM调制，以通过调节相应电池包110的输出电压和输出电流来调节对应电池簇100的输出功率。因而，第二BMS控制单元可利用第一DC/DC变换器112的开关来控制电池包110是否供电输出，无需设置专用的充、放电控制开关，减少了电池包110所需设置的开关数量，提高了开关利用率，降低了电池包110的成本，进一步适于供电系统的扩容。
优选的，所述供电系统还包括接入单元200和所述的第一BMS管理单元300。
所述接入单元200用以将各电池簇100接入所述变流装置400的电池端401，其包括与各电池簇100的簇连接端101对应连接的若干簇接入开关(图中未示出)，各所述簇接入开关可为相应的继电器或接触器。可以理解的，接入单元200可以为一实体的配电装置，如汇流式的配电接线柜，这样，各电池簇100输出的直流电能可通过该接入单元200进行配电并与其他变流装置400连接，从而可将各电池簇100的直流电能变换为其他形式的电能后再进行输出，扩展各电池簇100的应用场景。如前文介绍的，可以将接入单元200接入所述变流装置400，使得各电池簇100与该变流装置400耦合电气耦合。应当说明的是，不应局限性地将所述接入单元200理解为必须为一实体的配电装置，实际上，接入单元200所包括的各簇接入开关可以位于各电池簇100的内部，也可以位于所述变流装置400的内部。
所述第一BMS管理单元300信号连接各电池簇100的第二BMS管理单元120以获取各电池簇100内的各电池包110的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇100的第二BMS管理单元120发送对应的所述簇输出目标。
具体来说，本实施例中，所述第一BMS管理单元300根据各电池簇100内的异常电池包110数量确定该电池簇100的异常程度，例如，所述电池簇100内包括10个电池包110，那么当10个电池包110均异常时，异常程度即为10；当个3电池包110均异常时，异常程度即为3；所有电池包110均正常时，异常程度即为0。如此一来，第一BMS管理单元300便可以结合该异常程度以及当前的系统输出目标对各电池簇100分配并发送与各电池簇100异常程度对应的合理簇输出目标，实现对各电池包110的充分利用。其中，当前的系统输出目标由上位机根据系统实际运行情况发送至第一BMS管理单元300。在本实施例中，所述第一BMS管理单元300在所述电池簇100内的所有电池包110均异常时关闭与该电池簇100对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元120分配并发送值为零的所述簇输出目标。所述第一BMS管理单元300在所述电池簇100内存在非异常电池包110时保持开启与该电池簇100对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元120分配并发送值不为零的所述簇输出目标。
优选的，第一BMS管理单元300根据加权原则对保持接入所述接入单元200的各电池簇100分配并发送值不为零的所述簇输出目标。换言之，异常电池包110存量高的电池簇100的簇输出目标低，非异常电池包110存量高的电池簇100的簇输出目标高，可防止在均一化原则下部分电池簇100内电池包110不合预期地快速老化。
由此可见，本实施例的供电系统进一步采用了三级BMS管理架构，三级BMS管理单元分别处于电池包110层级、电池簇100层级和供电系统层级，并面向电芯单元111A、电池包110和电池簇100以进行对应的BMS管理，使得该供电系统还由于具有其他优势从而进一步地便于扩容。
具体而言，由于电池包110内具有用于获取各电芯单元111A的外特性参数的第三BMS管理单元114，使得第二BMS管理单元120仅需与各第三BMS管理单元114通信即可获得各电芯单元111A的外特性参数以判断各电池包110是否异常，因而第二BMS管理单元120无需通过大量线束连接到每一电芯单元111A，电池簇100内信号线的连线关系较为简洁、不易出错，且由于信号线较短，因而可以有效改善信号干扰和延时的情况，方便了电池簇100的管理，从而便于扩容。
不仅如此，本发明的供电系统采用了彼此通信的三级BMS管理架构，各级BMS管理单元(114、120、300)分别根据子级电池层级的BMS管理单元所上报的信息管理该子级电池层级，例如第三BMS管理单元114位于电池包110层级且可用于管理各电芯单元111A，第二BMS管理单元120位于电池簇100层级且用于管理各电池包110，第一BMS管理单元300位于供电系统层级且用于管理各电池簇100，也就不会发生某一电池层级在检测到自身存在一定程度的故障后便自行切断输出，进而对同一电池层级的其他部分造成较大输出压力的情况。例如，以电池簇100层级为例，若某一电池簇100内存在异常或故障的电池包110，且该电池簇100内的BMS管理单元便控制该电池簇100直接退出供电输出，这样便会造成其他同级的其他电池簇100存在较大的输出压力。而此时可能存在的情况是，该电池簇100内仅有部分电池包110是异常的而仍存有部分电池包110是适于供电输出的，这样便大幅浪费了这一部分仍适于供电输出的电池包110。在实际配置时，考虑到要实现各电池簇100与其他任一电池簇100的通讯是较为困难的，这会导致各电池簇100无法获知其他电池簇100的运行情况并利用仍能供电的电池包110对自身输出进行对应调整，进而无法应对上述的浪费的现象并予以解决。
而在本发明中，第二BMS管理单元120将对应电池簇100内的电池包110异常信息上传第一BMS管理单元300，使得第一BMS管理单元300可以准确获取各电池簇100内的各电池包110的异常信息并根据这些异常信息对各电池簇100进行全局控制，其中包括每一电池簇100是否接入并供电输出，以及接入并供电输出的每一电池簇100需要达成的簇输出目标；接下来，接收到簇输出目标的第二BMS管理单元120便可以对电池簇100中仍适于供电输出的电池包110的输出电压和输出电流进行控制，以使各电池包110共同配合并使该电池簇100达成上述的簇输出目标，从而对供电系统中所有可用的电池包110均进行了充分的利用，并有效达成整个系统的运行目的，提高了供电系统的稳定性。换言之，供电系统的三级BMS管理架构分别在通信层面和控制层面分别采用了向上汇报机制和向下管理机制并将二者有效结合，解决了供电系统在扩容后中可能存在的电池包110未充分利用的缺陷，从而使得该供电系统适于扩容。
也可以看出，由于供电系统内的电池部分层级分明，由电池包110、电池簇100到整个供电系统均具有对应层级的BMS管理单元，从而便于对各部分分别进行模块化配置，并对整个供电系统的电池部分进行良好管理。
上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电池装置，其特征在于，包括：
若干电池模组，所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；其中，至少一个电池模组的SOH不同于其他电池模组；
若干第一DC/DC变换器，各第一DC/DC变换器与各电池模组一一对应且每一第一DC/DC变换器的第一侧均连接对应的电池模组，各第一DC/DC变换器的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置的外连接端；各所述第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与所述外连接端间的电压变换。
2.如权利要求1所述的电池装置，其特征在于：所述电池模组的SOH由该电池模组的当前容量与额定容量的比值界定。
3.如权利要求2所述的电池装置，其特征在于：还包括第二BMS管理单元和若干第三BMS管理单元；
各所述第三BMS管理单元与各电池模组一一对应且分别用于获取对应电池模组的电芯单元的外特性参数；
所述第二BMS管理单元信号连接各第三BMS管理单元，以根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOH；所述第二BMS管理单元还控制各第一DC/DC变换器输出相同电压并适于控制各第一DC/DC变换器的输出电流。
4.如权利要求3所述的电池装置，其特征在于：所述第二BMS管理单元控制各第一DC/DC变换器输出相同电流。
5.如权利要求3所述的电池装置，其特征在于：所述第二BMS管理单元根据各电池模组的SOH控制各第一DC/DC变换器输出不同电流；
其中，各第一DC/DC变换器的输出电流与对应电池模组的SOH呈正相关关系。
6.如权利要求3所述的电池装置，其特征在于：所述第二BMS管理单元根据各电池模组的SOH控制各第一DC/DC变换器输出不同电流；
其中，各第一DC/DC变换器的输出电流与对应电池模组的SOH呈负相关关系。
7.如权利要求3-6中任一项所述的电池装置，其特征在于：每一所述电池模组的最大输出电压均低于65V；各电池模组内的电芯单元数量相同，每一电芯单元均由两个彼此并联的单体锂电池构成。
8.供电系统，其特征在于，包括：
电池簇，其为权利要求1-7中任一项所述的电池装置；所述外连接端构成所述电池簇的簇连接端；各所述第一DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器且其第一侧和第二侧分别为低压侧和高压侧；
变流装置，所述变流装置具有电池端并包括直流母线和第二DC/DC变换器；所述电池端连接所述电池簇的簇连接端以接入所述电池簇；所述第二DC/DC变换器为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端并用以实现二者间的电压变换。
9.如权利要求8所述的供电系统，其特征在于：所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；所述AC/DC变换器和DC/AC变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器的交流侧输出交流电；所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。
10.如权利要求8或9所述的供电系统，其特征在于：
所述电池簇的数量为多个，每一所述电池簇具体均为权利要求3-7中任一项所述的电池装置；每一对应的所述电池模组、第一DC/DC变换器和第三BMS管理单元构成一电池包；所述第二BMS管理单元还根据各电池包的电芯单元的外特性参数并判断各电池包是否异常；所述第二BMS管理单元还接收一簇输出目标以控制各电池包的输出电压和输出电流；
所述供电系统还包括接入单元和第一BMS管理单元；
所述接入单元用以将各电池簇接入所述变流装置的电池端，并包括与各电池簇的簇连接端对应连接的若干簇接入开关；
所述第一BMS管理单元信号连接各电池簇的第二BMS管理单元以获取各电池簇内的各电池包的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇的第二BMS管理单元发送对应的簇输出目标，该簇输出目标为簇输出功率给定值；
所述第二BMS管理单元在簇输出目标为零时切断对应电池簇内的所有电池包；所述第二BMS管理单元在簇输出目标不为零时切断对应电池簇内的异常电池包，且根据该簇输出目标对其他电池包内的第一DC/DC变换器进行PWM调制，以通过调节相应电池包的输出电压和输出电流来调节对应电池簇的输出功率；
所述第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，并结合该异常程度以及当前的系统输出目标对各电池簇分配并发送对应的簇输出目标；所述第一BMS管理单元在所述电池簇内的所有电池包均异常时关闭与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值为零的所述簇输出目标；所述第一BMS管理单元在所述电池簇内存在非异常电池包时保持开启与该电池簇对应的簇接入开关，并根据加权原则向对应的第二BMS管理单元分配并发送值不为零的所述簇输出目标。
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