CN114614115A - 一种储能系统的保护装置及储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及储能设备技术领域，公开了一种储能系统的保护装置及储能系统，用以实现对储能系统的快速保护，避免储能系统由于过应力问题引起二次损坏及安全问题。储能系统的保护装置包括板级保护单元、模组级保护单元、簇级保护单元以及簇级功率单元，板级保护单元用于检测电池模组内的待检测单元的状态，并输出板级保护信号；模组级保护单元用于对板级保护信号进行处理，并输出模组级保护信号；簇级保护单元用于对模组级保护信号进行处理，并输出簇级保护信号；簇级功率单元与各个电池模组的电池包连接并形成功率回路，簇级功率单元用于根据簇级保护信号确定电池簇的工作状态，并在电池簇处于异常状态时调节功率回路，使电池簇进入安全状态。

Description

一种储能系统的保护装置及储能系统

技术领域

本申请涉及储能设备技术领域，尤其涉及到一种储能系统的保护装置及储能系统。

背景技术

在大型储能系统中，储能系统的充放电电流较大，且未来将会向更大电流方向演进，功率电路模块要求达到微秒级保护，电池也要求达到百毫秒级快速保护，异常保护速度已成为储能系统的安全关键指标。现有的储能系统一般是通过通信方式来传递告警、保护及故障等异常信息，在异常信息的传输过程中往往会存在通信时延，并且由于传输总线存在地址优先级问题，异常信息可能因优先级不足无法及时抢占总线而导致更长的延时。此外，随着储能系统向更大规模演进，监控管理的电芯数量增多，数据量也随之变大，在有限的传输带宽下，延时将会进一步增大。因此，通信方案由于传输时延问题已无法满足大型储能系统微秒级保护的安全需求。

发明内容

本申请提供了一种储能系统的保护装置及储能系统，用以实现对储能系统的快速保护，避免储能系统由于过应力问题引起二次损坏及安全问题。

第一方面，本申请提供了一种储能系统的保护装置，储能系统可包括至少一个电池簇，每个电池簇内可包括至少一个电池模组，每个电池模组内设置有电池包和至少一个待检测单元。保护装置可包括板级保护单元、模组级保护单元、簇级保护单元以及簇级功率单元，其中，板级保护单元设置于电池模组内，板级保护单元可用于检测电池模组内的待检测单元的状态，并根据待检测单元的状态输出板级保护信号；模组级保护单元设置于电池簇内，模组级保护单元与板级保护单元电连接，可用于根据板级保护单元输出的板级保护信号输出模组级保护信号；簇级保护单元与模组级保护单元电连接，簇级保护单元可用于根据电池簇内的模组级保护单元输出的模组级保护信号输出簇级保护信号；簇级功率单元可与各个电池模组的电池包连接并形成功率回路，簇级功率单元可与簇级保护单元电连接，用于根据簇级保护单元输出的簇级保护信号确定电池簇的工作状态，并在电池簇处于异常状态时调节功率回路，以使电池簇进入安全状态。

上述方案中，保护装置通过板级保护单元检测待检测单元复位或异常状态，以及通过模组级保护单元及簇级保护单元两个层级完成模组级异常状态及簇级异常状态硬件信号的快速检出，实现对储能系统的快速保护功能。并且，由于板级保护单元与模组级保护单元之间、模组级保护单元与簇级保护单元之间、以及簇级保护单元与簇级功率单元之间的信号传输路径均为纯硬件信号传输，因此可以避免软件通信引入的时延，实现微秒级以内的快速保护，避免储能系统由于过应力问题引起二次损坏及安全问题。

示例性地，板级保护信号、模组级保护信号及簇级保护信号可以为模拟信号或者数字信号，保护信号的实现方式包括但不限于干接点信号、开关信号、高低电平信号、脉冲宽度调制调频信号、脉冲宽度调制调幅信号、脉冲宽度调制调节占空比信号、模拟电压量信号、模拟电流量信号在内的电信号、光信号、磁信号等等。

在一些可能的实施方案中，每个电池模组内可设置有至少一个板级保护单元，且每个电池模组内的板级保护单元与待检测单元可一一对应设置，每个板级保护单元可用于检测对应的待检测单元的状态。

具体地，模组级保护单元可用于对电池模组内的部分或全部板级保护单元输出的板级保护信号进行处理，并在任意一个或多个板级保护信号有效时，输出有效的模组级保护信号。其中，模组级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，或者也可以为连续模拟量。

在另外一些可能的实施方案中，每个板级保护单元也可用于对电池模组内的多个待检测单元进行检测，这时，只要板级保护单元对应的多个待检测单元中的一个出现故障或复位，板级保护单元即可输出有效的板级保护信号，这种设计可以减少电池模组内板级保护单元的设置数量，从而有利于降低储能系统的成本。

具体实施时，模组级保护单元可以为或非门逻辑电路，模组级保护单元的各输入端可分别与各个板级保护单元电连接，模组级保护单元的输出端则与簇级保护单元电连接。

示例性地，模组级保护单元的输出端可以为集电极开路输出或漏极开路输出。

示例性地，有效的模组级保护信号具体可以为模组级保护单元输出的低电平信号。

在一些可能的实施方案中，每个电池簇内可设置有至少一个模组级保护单元，每个电池簇内的模组级保护单元可与电池模组一一对应设置。

具体地，簇级保护单元可用于对电池簇内的部分或全部模组级保护单元输出的模组级保护信号进行处理，并在任意一个或多个模组级保护信号有效时，输出有效的簇级保护信号。簇级功率单元可用于在接收到有效的簇级保护信号时，确定电池簇处于异常状态。其中，簇级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，或者也可以为连续模拟量。

在另外一些可能的实施方案中，每个模组级保护单元也可用于对多个电池模组内的板级保护单元的板级保护信号进行处理，这时，只要其中一个板级保护单元输出的板级保护信号有效时，模组级保护单元即可输出有效的模组级保护信号。这种设计可以减少电池簇内模组级保护单元的设置数量，从而有利于降低储能系统的成本。

具体实施时，簇级保护单元可以为线与逻辑电路，电池簇内各个电池模组的输出端可并联形成簇级保护总线，簇级保护单元的输入端与簇级保护总线连接，输出端与簇级功率单元连接。

示例性地，有效的簇级保护信号具体可以为簇级保护单元输出的低电平信号。

在一些可能的实施方案中，每个电池簇内具体可设置有一个簇级功率单元，也即电池簇与簇级功率单元可以为一一对应设置。

在一些可能的实施方案中，一个簇级保护单元可对应一个或多个电池簇，即簇级保护单元可以与电池簇一一对应设置，或者也可以使一个簇级保护单元对储能系统中的多个电池簇进行保护。

可以理解的，当一个簇级保护单元对应一个或多个电池簇时，一个簇级保护单元可连接对应的一个或多个电池簇内的簇级功率单元。

在一些可能的实施方案中，电池模组还可以包括电池管理单元，电池管理单元可与电池模组内的待检测单元电连接，用于检测待检测单元的状态。电池簇还可以包括电池控制单元，电池控制单元可分别与簇级保护单元和各个电池模组的电池管理单元电连接，电池控制单元可用于根据簇级保护信号确定电池簇的工作状态，并在电池簇处于异常状态时，根据电池管理单元的检测信号，确定异常的待检测单元及其异常信息。在本方案中，保护装置在通过板级保护单元、模组级保护单元及簇级保护单元三个层级完成对储能系统快速保护的前提下，还可以通过通信方式实现异常保护状态复核及异常信息获取，从而在储能系统处于安全状态下进一步的控制处理，实现对储能系统的冗余保护，进一步提高储能系统的工作可靠性。

在一些可能的实施方案中，板级保护单元可包括故障检测模块和信号处理模块，其中，故障监测模块可用于检测待检测单元是否发生故障，并在待检测单元发生故障时输出故障信号；信号处理模块与故障监测模块电连接，信号处理模块可用于在接收到故障信号时，输出有效的板级保护信号。其中，板级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，也可以为连续模拟量。

在另外一些可能的实施方案中，板级保护单元可包括复位检测模块、故障监测模块和信号处理模块，其中，复位检测模块可用于检测待检测单元是否发生复位，并在待检测单元发生复位时输出复位信号；故障监测模块可用于检测待检测单元是否发生故障，并在待检测单元发生故障时输出故障信号；信号处理模块可分别与复位检测模块和故障监测模块电连接，用于在接收到复位信号和/或故障信号时，输出有效的板级保护信号。通过对待检测单元进行复位检测，可以在待检测单元发生复位时也能够即使调整功率回路，从而避免关键电路单元监控功能离线时，储能系统维持原有充放电状态运行带来的安全隐患和部件损伤风险。

示例性地，有效的板级保护信号具体可以为板级保护单元输出的高电平信号。

在一些可能的实施方案中，电池簇还可以包括电源线和通信总线，各个电池模组可通过电源线与储能系统的供电线路电连接。具体设计时，电源线、簇级保护总线及通信总线可集成于同一线束内，配合上下行端口设计，可以实现电器特性上模组级保护信号并联、线缆走线串联级联结构，从而简化储能系统的结构设计。

在一些可能的实施方案中，簇级功率单元可具体用于切断功率回路或者降低功率回路的输出功率，从而避免电池簇在异常或故障状态下因过应力导致健康状况恶化或产生安全问题，使电池簇进入安全状态。

第二方面，本申请还提供了一种储能系统，该储能系统可包括电池簇以及前述第一方面任意可能的实施方案中的保护装置，保护装置可用于检测电池簇的工作状态，并在电池簇处于异常状态时调节电池簇的功率回路，使电池簇进入安全状态，从而实现对储能系统的快速保护，避免储能系统由于过应力问题引起二次损坏及安全问题。

附图说明

图1为一种储能系统的局部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的储能系统的局部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种板级保护单元的结构示意；

图4为本申请实施例提供的另一种板级保护单元的结构示意；

图5为本申请实施例提供的模组级保护单元的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的簇级保护单元的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的储能系统的一种具体的局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

储能系统可通过一定介质存储电能，并在需要时将所存能量释放发电的设备，其可作为负荷平衡装置和备用电源应用于服务器、超级计算机等电子设备中，或者应用于数据中心等场景中。根据其应用场景对用电量的要求的不同，储能系统可具体分为模块级储能系统、机柜级储能系统以及集装箱级储能系统。

参考图1所示，图1为一种储能系统的局部结构示意图。储能系统1可包括一个或多个电池簇100，每个电池簇100可包括簇级功率单元110以及一个或多个电池模组120，每个电池模组120内设置有电池包121。示例性地，每个电池簇100内具体可设置一个簇级功率单元110，簇级功率单元110可设置于供电线路与各个电池模组120的电池包121串联连接形成的功率回路中，以使各个电池模组120的电池包121实现充放电功能。图1中仅示出了储能系统1的其中一个电池簇100以及电池簇100中设置有三个电池模组120的情况，需要说明的是，图1以及以下各附图所示出的电池簇100数量仅用于示例，其并不对储能系统中电池簇100的实际数量构成限定，同理，图1以及以下各附图中所示出的电池模组120的数量也仅用于示例，其并不对电池簇100中电池模组120的实际数量构成限定。

在一些实施例中，电池模组120内还可以设置有电池管理单元(batterymanagement unit，BMU)122，电池管理单元122可用于实现电池模组120内的电芯电压与温度采集、电芯均衡调节、电池荷电状态(state of charge，SOC)计算、寿命状态(state ofhealth，SOH)计算、功率状态(state of power，SOP)计算、温度控制安全监测、消防控制等功能。另外，电池模组120内还可以设置有模组级功率模块123，模组级功率模块123可连接于功率回路中，用于实现电池模组120内的单个电池包121充放电回路切换或直流-直流(DC-DC)能量变换等功能。

在一些实施例中，电池簇100还可以包括电池控制单元(battery control unit，BCU)130，电池控制单元130可与簇级功率单元110电连接，以及还可以通过通信总线140与各个电池模组120内的电池管理单元122电连接。电池控制单元130可用于实现电池簇100的内各个电池模组120的充放电管理、SOX(包括SOC、SOH、SOP)计算等簇级电池管理功能和簇级环境监控功能。

另外，电池簇100内还设置有电源线，各个电池模组120的电池管理单元122可分别通过电源线与储能系统1的供电线路电连接，以通过电池管理单元122为电池模组120内的模组级功率模块123以及其它各种电子元器件进行供电。

应当理解的是，储能系统1中电池管理涉及多级告警、保护、降额控制、故障处理等异常监控策略，异常发生时需要及时调整功率回路，以避免电池包121、电气连接件及电子元器件出现过应力而引发二次损坏及安全问题。目前，一些储能系统1通过通信方式来传递告警、保护及故障等异常信息，当电池模组120内检测出异常时，异常信息首先通过通信传递至电池管理单元122，然后再由电池管理单元122通信传递至簇级单元(如电池控制单元130或者簇级功率单元110)，由簇级单元根据预定策略进行相应调整和安全保护。

正如前文所述，现有的储能系统通常利用通信传输异常信息，而在异常信息的传输过程中往往会存在通信时延，以当前主流CAN(controller area network)通信为例，传输时延为10ms以上，同时传输总线存在地址优先级问题，异常信息可能因优先级不足无法及时抢占总线而导致更大传输延时。

另外，通信传输方案复位检测能力较差，当储能系统1中单板出现复位时，单板需要重新初始化，初始化时间至少为百毫秒量级，初始化完成前，单板无法通过通信有效发出信息。采用通信心跳方案可监测单板是否正常工作，但考虑通信总线负载率，心跳周期通常为百毫秒级以上，通信心跳无法保障复位及时被检出。复位初始化过程中，簇级单元由于未接收到异常信息，会继续维持原有状态运行，但此时电池监控功能已离线，维持原有状态运行就会存在安全风险。

针对上述数据传输时延无法匹配系统微秒级安全保护需求，以及无法及时检出单板复位导致储能系统运行存在安全风险的问题，本申请实施例提供了一种应用于储能系统的保护装置，该保护装置通过分层分级检测运算输出硬件级保护信号，直接作用于簇级功率单元，实现在异常状态下直接调整功率回路，解决通信传输时延以及安全风险问题，下面将结合附图和具体实施例对本申请作进一步地详细描述。

参考图2所示，图2为本申请实施例提供的储能系统的局部结构示意图。在本申请实施例中，储能系统1的保护装置可包括板级保护单元141、模组级保护单元142以及簇级保护单元143。其中，板级保护单元141设置于电池模组120内，可用于检测电池模组120内的待检测单元124的状态，并根据待检测单元124的状态输出板级保护信号。模组级保护单元142设置于电池簇100内，且模组级保护单元142与板级保护单元141电连接，可用于接收板级保护单元141输出的板级保护信号，并根据板级保护信号输出模组级保护信号。簇级保护单元143与电池簇100内的模组级保护单元142电连接，可用于接收模组级保护单元142输出的模组级保护信号，并根据模组级保护信号输出簇级保护信号。簇级保护单元143输出的簇级保护信号可硬件连接至簇级功率单元110的调节输入端，簇级功率单元110可根据簇级保护信号确定电池簇100的工作状态，并在电池簇100处于异常状态时调节功率回路，以使电池簇100进入安全状态。

具体实施时，簇级功率单元110对功率回路的调节措施可包括调节/关停/切断功率回路，所述调节功率回路例如可以是降低功率，所述关停功率回路例如可以是停止功率变换或断开输出电压等，所述切换功率回路例如可以是切换电气回路等，在实际应用中可根据电池簇100的具体异常状态选择合适的调节措施，以避免储能系统1在异常或故障状态下因过应力导致健康状况恶化或产生安全问题。

本实施例中，板级保护信号、模组级保护信号及簇级保护信号可以为模拟信号或者数字信号，该保护信号的实现方式包括但不限于干接点信号、开关信号、高低电平信号、脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)调频信号、PWM调幅信号、PWM调节占空比信号、模拟电压量信号、模拟电流量信号在内的电信号、光信号、磁信号等等。

另外，板级保护单元141与模组级保护单元142之间、模组级保护单元142与簇级保护单元143之间的信号传输过程可以为有线传输，也可以为无线传输。其中，无线传输方式包括但不限于应用无线局域网(wireless local area networks，WLAN)(如无线保真(wireless fidelity，Wi-Fi)网络)，蓝牙(bluetooth，BT)，全球导航卫星系统(globalnavigation satellite system，GNSS)，调频(frequency modulation，FM)，近距离无线通信技术(near field communication，NFC)，红外技术(infrared，IR)等通信技术的无线连接。

在一些实施例中，簇级保护单元143还可与电池控制单元130电连接，这时，簇级保护单元143可将生成的簇级保护信号同步输出至电池控制单元130。电池控制单元130另外可通过通信总线与各个电池模组120内的电池管理单元122电连接，当电池控制单元130接收到簇级保护信号并确定电池簇处于异常状态后，可根据电池管理单元122的检测信号，确定发生异常的待检测单元124的位置及具体的异常信息，同时可将相关异常信息在储能系统1的人机界面做相应显示，以提升储能系统1的交互控制体验和故障定位能力。也就是说，本实施例所提供的保护装置在通过板级保护单元141、模组级保护单元142及簇级保护单元143三个层级完成对储能系统1快速保护的前提下，还可以通过通信方式实现异常保护状态复核及异常信息获取，从而在储能系统1处于安全状态下进一步的控制处理，实现对储能系统1的冗余保护，进一步提高储能系统1的工作可靠性。

值得一提的是，本实施例中的待检测单元124也可以称为安全关键单元，待检测单元124包括但不限于影响储能安全的电路元件、零部件，或者有助于储能安全的电路元件、零部件，或者涉及电气安全的电路元件、零部件，或者本体故障会危及人员健康或生命安全的电路元件、零部件，又或者本体故障会引发系统其它零部件出现损伤故障的电路元件、零部件等。示例性地，待检测单元124具体可以为电路功能单元(如模组级功率模块、电池管理单元122)、电芯、电池包、温控单元、传感器、消防执行器、安全执行器、电气连接及切换件或者结构件、基建设施等。

图3为本申请实施例提供的一种板级保护单元的结构示意图。一并参考图2和图3所示，在本申请的一个具体实施例中，板级保护单元141可包括故障检测模块1411和信号处理模块1412，故障检测模块1411可用于检测待检测单元124是否发生故障或异常，并在待检测单元124发生故障或异常时输出故障信号；信号处理模块1412与故障检测模块1411电连接，可用于在接收到故障检测模块1411输出的故障信号时，输出有效的板级保护信号。其中，板级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，或者也可以为连续模拟量，具体可由板级保护信号的信号类型决定，此处不再过多赘述。

需要说明的是，在本实施例中，信号处理模块1412可以为相对于电池模组120内的其它单元模块独立设置的物理实体零部件，或者也可以与电池模组120内的其它单元共同设计在一个物理实体零部件上，例如可与一些电路单元集成在同一电路板上，以简化电池模组120的结构设计。

故障检测模块1411具体可用于检测电路性能下降、功能丧失，可引起其它关键单元损伤的软硬件异常等。又如，故障检测模块1411还可用于检测电芯电压、电芯温度、电芯内阻、电芯一致性异常、电芯过流。再如，故障检测模块1411也可用于检测电芯热失控、电芯开阀、电芯异常膨胀、电芯承受外部机械力异常(如挤压、穿刺等)、电池包热失控、电池包膨胀力异常、电池寿命及SOC/SOH异常、电池放电能力不足、电池温度异常、电池功率连接金属排/导线/螺钉松动、电池功率连接金属排/导线焊接不良、电池功率连接金属排及金属排螺钉紧固点过温等。再如，故障检测模块1411也可用于检测传感器异常、温控单元异常、消防执行器异常、安全执行器异常、结构件变形、结构松动、线缆损伤，以及用于检测功率模块功能、性能异常等。除此之外，故障检测模块1411还可用于设备安规异常，如爬电距离异常、空气间隙异常，以及环境因素超产品规格，如环境温度过高/过低、湿度过高、海拔过高、水淹、灰尘污染、异常凝露、盐雾过大、温度/湿度变化率过大、人为拆机、认为破坏、机械应力异常、外部火灾、外部导电物体造成的设备短路或损伤等。

需要说明的是，对于电池模组120内的一些待检测单元124，例如电路单元或者电子元器件等，板级保护单元141除对其进行上述故障及异常检测外，还可以实现对这些待检测单元124的复位检测功能。一并参考图2和图4所示，图4为本申请实施例提供的另一种板级保护单元的结构示意图。该实施例中，板级保护单元141还可以包括复位检测模块1413，复位检测模块1413可用于检测待检测单元124是否发生复位，并在待检测单元124发生复位时输出复位信号。需要说明的是，复位检测模块1413既可对待检测单元124的异常复位进行检测，也可对储能系统1正常运行逻辑触发的正常复位进行检测，也就是说，待检测单元124在发生异常复位或正常复位时，复位检测模块1413均能够发出复位信号。此时，信号处理模块1412可分别与复位检测模块1413和故障检测模块1411电连接，当信号处理模块1412接收到复位信号或者故障信号，或者在复位信号及故障信号均接收到时，输出有效的板级保护信号。

图5为本申请实施例提供的模组级保护单元的结构示意图。一并参考图2和图5所示，本申请实施例中，每个电池模组120内可设置有至少一个上述板级保护单元141，且在每个电池模组120内，板级保护单元141可与待检测单元124一一对应设置，每个板级保护单元141用于检测对应的待检测单元124的状态。模组级保护单元142具体可用于对电池模组120内的全部板级保护单元141输出的板级保护信号进行处理，并在任意一个或者多个板级保护信号有效时，输出有效的模组级保护信号。其中，模组级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，或者也可以为连续模拟量，具体可由模组级保护信号的信号类型决定，此处不再过多赘述。

在其它一些实施例中，模组级保护单元142也可用于对电池模组120内的部分板级保护单元输出的板级保护信号进行处理，并根据部分板级保护信号的有效状态输出模组级保护信号。

在其它一些实施例中，每个板级保护单元141也可对电池模组120内的多个待检测单元124进行检测，只要保证电池模组120内的所有待检测单元124能够被全部板级保护单元141覆盖检测即可。这时，只要其中一个待检测单元124出现故障或者复位的情况，板级保护单元141即可输出有效的板级保护信号，这种设计可以减少电池模组120内板级保护单元141的设置数量，从而有利于降低储能系统1的成本。

图6为本申请实施例提供的簇级保护单元的结构示意图。一并参考图2和图6所示，本申请实施例中，每个电池簇100内可设置有至少一个上述模组级保护单元142，且在每个电池簇内100，模组级保护单元142可与电池模组120一一对应设置。簇级保护单元143具体可用于对电池簇100内的全部模组级保护单元输出的模组级保护信号进行处理，并在任意一个或多个模组级保护信号有效时，向簇级功率单元143输出有效的簇级保护信号。簇级功率单元143可在接收到有效的簇级保护信号时，确定电池簇100处于异常状态，进而可以及时调节功率回路，使电池簇100进入安全状态。类似地，上述簇级保护信号的有效状态可以为离散的多个数字量，或者也可以为连续模拟量，具体可由簇级保护信号的信号类型决定，此处不再过多赘述。

另外，模组级保护单元142可以为相对于电池簇100内的其它单元模块独立设置的物理实体零部件，或者也可以与电池簇100内的其它单元共同设计在一个物理实体零部件上，例如可与一些电路单元集成在同一电路板上，以简化电池簇100的结构设计。

在其它一些实施例中，簇级保护单元143也可用于对电池簇100内的部分模组级保护单元142输出的模组级保护信号进行处理，并根据部分模组级保护信号的有效状态输出簇级保护信号。

在其它一些实施例中，每个模组级保护单元142也可用于对多个电池模组120内的板级保护单元141的板级保护信号进行处理，只要保证电池簇100内的所有电池模组能够被全部模组级保护单元142全部覆盖即可。这时，只要其中一个板级保护单元141输出的板级保护信号有效时，模组级保护单元142即可输出有效的模组级保护信号。这种设计可以减少电池簇100内模组级保护单元142的设置数量，从而有利于降低储能系统1的成本。

同理，储能系统1中簇级保护单元143的数量也可以为一个或多个，每个簇级保护单元143可对应一个或多个电池簇100，也即簇级保护单元143与电池簇100可以一一对应设置，或者也可以使每个簇级保护单元143对多个电池簇100内的模组级保护信号进行处理，只要保证储能系统中的电池簇100能够被全部簇级保护单元143全部覆盖即可。这时，只要其中一个模组级保护单元142输出的模组级保护信号有效时，簇级保护单元143即可输出有效的簇级保护信号。

图7为本申请实施例提供的储能系统的一种具体的局部结构示意图。参考图7所示，在本申请实施例中，板级保护单元141可在接收到复位信号或者故障信号时输出高电平信号，也即板级保护信号为高电平有效。模组级保护单元142具体可以为多输入单输出的或非门逻辑电路，或非门逻辑电路可在任一输入端或多端为高电平时输出低电平，以及在所有输入端都是低电平时输出高电平。具体实施时，模组级保护单元142的多个输入端可分别与各个板级保护单元141电连接，输出端则与簇级保护单元143电连接。当任意一个或者多个板级保护单元141输出有效的板级保护信号，也即当模组级保护单元142的任意输入为高电平时，模组级保护单元142的输出端输出低电平信号，模组级保护信号低电平有效。示例性地，模组级保护单元142的输出端可以为集电极开路(open collector，OC)门输出或漏极开路(open drain，OD)门输出。

簇级保护单元143具体可以为线与逻辑电路，此时，电池簇100内的各个模组级保护电路142的输出端可并联在一起形成簇级保护总线，簇级保护单元143的输入端可与簇级保护总线连接，簇级保护单元143的输出端则与簇级功率单元110连接。当任意一个或多个模组级保护单元142输出低电平有效的模组级保护信号，模组级保护单元142的OD/OC门输出导通，将簇级保护总线拉低，簇级保护单元143产生低电平有效的簇级保护信号，从而使簇级功率单元110及时调节功率回路，使电池簇100进入安全状态。

可以理解的，电池簇100在正常工作状态下，板级保护单元141输出低电平的板级保护信号，对于电池簇100内的任一模组级保护单元142，当模组级保护单元142的全部输入均为低电平时，模组级保护单元142的OD/OC门输出未导通，簇级保护总线被上拉至高电平，簇级保护单元143输出高电平的簇级保护信号，此时簇级功率单元110可控制功率回路维持当前的运行状态。

另外，基于簇级保护单元143为电池簇100内所有模组级保护单元142OD/OC门输出的线与逻辑，在本实施例中，当模组级保护单元142与簇级保护单元143之间的信号传输过程为有线传输时，电池簇100内的簇级保护总线、通信总线以及电源线可合成为一个多芯线束，配合上下行端口设计，可以实现电器特性上模组级保护信号并联、线缆走线串联级联结构，从而简化储能系统1的结构设计。

通过以上描述可以看出，本申请实施例提供的保护装置通过板级保护单元141检测待检测单元124复位或异常状态，以及通过模组级保护单元142及簇级保护单元143两个层级完成模组级异常状态及簇级异常状态硬件信号的快速检出，实现对储能系统1的快速保护功能。并且，由于板级保护单元141与模组级保护单元142之间、模组级保护单元142与簇级保护单元143之间、以及簇级保护单元143与簇级功率单元110之间的信号传输路径均为纯硬件信号传输，因此可以避免软件通信引入的时延，实现微秒级以内的快速保护，避免储能系统1由于过应力问题引起二次损坏及安全问题。

另外，板级保护单元141的检测功能可以覆盖电池模组120内的待检测单元124的复位状态检测，实现在任意一个或多个待检测单元124发生复位初始化时，关停或调节电池簇100的功率回路，避免关键电路单元监控功能离线时，储能系统1维持原有充放电状态运行带来的安全隐患和部件损伤风险。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种储能系统的保护装置，所述储能系统包括至少一个电池簇，每个所述电池簇包括至少一个电池模组，每个所述电池模组包括电池包和至少一个待检测单元；其特征在于，所述保护装置包括板级保护单元、模组级保护单元、簇级保护单元以及簇级功率单元，其中：

所述板级保护单元设置于所述电池模组内，用于检测所述电池模组内的所述待检测单元的状态，并根据所述待检测单元的状态输出板级保护信号；

所述模组级保护单元设置于所述电池簇内，所述模组级保护单元与所述板级保护单元电连接，用于根据所述板级保护信号输出模组级保护信号；

所述簇级保护单元与所述模组级保护单元电连接，用于根据所述模组级保护信号输出簇级保护信号；

所述簇级功率单元与各个所述电池模组的所述电池包连接并形成功率回路，所述簇级功率单元用于根据所述簇级保护信号确定所述电池簇的工作状态，并在所述电池簇处于异常状态时调节所述功率回路，使所述电池簇进入安全状态。

2.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，每个所述电池模组内的所述板级保护单元与所述待检测单元一一对应设置，每个所述板级保护单元用于检测对应的所述待检测单元的状态。

3.如权利要求1或2所述的保护装置，其特征在于，所述模组级保护单元用于对所述电池模组内的部分或全部所述板级保护单元输出的板级保护信号进行处理，并在任意一个或多个所述板级保护信号有效时，输出有效的模组级保护信号。

4.如权利要求1～3任一项所述的保护装置，其特征在于，每个所述电池簇内的所述模组级保护单元与所述电池模组一一对应设置。

5.如权利要求4所述的保护装置，其特征在于，所述簇级保护单元用于对所述电池簇内的部分或全部所述模组级保护单元输出的模组级保护信号进行处理，并在任意一个或多个所述模组级保护信号有效时，输出有效的簇级保护信号；

所述簇级功率单元还用于在接收到有效的簇级保护信号时，确定所述电池簇处于异常状态。

6.如权利要求1～5任一项所述的保护装置，其特征在于，每个电池簇内设置有一个所述簇级功率单元。

7.如权利要求1～6任一项所述的保护装置，其特征在于，一个所述簇级保护单元对应一个或多个所述电池簇。

8.如权利要求7所述的保护装置，其特征在于，一个所述簇级保护单元连接一个或多个所述簇级功率单元。

9.如权利要求1～8任一项所述的保护装置，其特征在于，所述电池模组还包括电池管理单元，所述电池管理单元与所述电池模组内的所述待检测单元电连接，用于检测所述待检测单元的状态；

所述电池簇还包括电池控制单元，所述电池控制单元分别与所述簇级保护单元以及各个所述电池模组的所述电池管理单元电连接，所述电池控制单元用于根据所述簇级保护信号确定所述电池簇的工作状态，并在所述电池簇处于异常状态时，根据所述电池管理单元的检测信号，确定异常的所述待检测单元及其异常信息。

10.如权利要求1～9任一项所述的保护装置，其特征在于，所述板级保护单元包括故障检测模块和信号处理模块；

所述故障检测模块用于检测所述待检测单元是否发生故障，并在所述待检测单元发生故障时输出故障信号；

所述信号处理模块与所述故障检测模块电连接，用于在接收到所述故障信号时，输出有效的板级保护信号。

11.如权利要求1～9任一项所述的保护装置，其特征在于，所述板级保护单元包括复位检测模块、故障检测模块以及信号处理模块；

所述复位检测模块用于检测所述待检测单元是否发生复位，并在所述待检测单元发生复位时输出复位信号；

所述故障检测模块用于检测所述待检测单元是否发生故障，并在所述待检测单元发生故障时输出故障信号；

所述信号处理模块分别与所述复位检测模块和所述故障检测模块电连接，用于在接收到复位信号和/或故障信号时，输出有效的板级保护信号。

12.如权利要求10或11所述的保护装置，其特征在于，所述有效的板级保护信号为所述板级保护单元输出的高电平信号。

13.如权利要求1～12任一项所述的保护装置，其特征在于，所述模组级保护单元为或非门逻辑电路，所述模组级保护单元的输入端分别与各个所述板级保护单元电连接，所述模组级保护单元的输出端与所述簇级保护单元电连接。

14.如权利要求13所述的保护装置，其特征在于，所述模组级保护单元的输出端为集电极开路输出或漏极开路输出。

15.如权利要求13或14所述的保护装置，其特征在于，所述有效的模组级保护信号为所述模组级保护单元输出的低电平信号。

16.如权利要求13～15任一项所述的保护装置，其特征在于，所述簇级保护单元为线与逻辑电路，所述电池簇内各个所述模组级保护单元的输出端并联并形成簇级保护总线，所述簇级保护单元的输入端与所述簇级保护总线连接，所述簇级保护电路的输出端与所述簇级功率单元连接。

17.如权利要求16所述的保护装置，其特征在于，所述有效的簇级保护信号为所述簇级保护单元输出的低电平信号。

18.如权利要求16或17所述的保护装置，其特征在于，所述电池簇还包括电源线和通信总线，各个所述电池模组通过所述电源线与所述储能系统的供电线路电连接；

所述电源线、所述簇级保护总线、所述通信总线集成于同一线束内。

19.如权利要求1～18任一项所述的保护装置，其特征在于，所述簇级功率单元具体用于切断所述功率回路或降低所述功率回路的输出功率，使所述电池簇进入安全状态。

20.一种储能系统，其特征在于，包括电池簇以及如权利要求1～19任一项所述的保护装置，所述保护装置用于检测所述电池簇的工作状态，并在所述电池簇处于异常状态时调节所述电池簇的功率回路，使所述电池簇进入安全状态。

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