CN116094011A - 储能系统 - Google Patents

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CN116094011A CN202310125047.XA CN202310125047A CN116094011A CN 116094011 A CN116094011 A CN 116094011A CN 202310125047 A CN202310125047 A CN 202310125047A CN 116094011 A CN116094011 A CN 116094011A
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Abstract

本申请提供了一种储能系统，储能系统包括电池簇，电池簇通过直流母线与直流电源和负载耦合，电池簇包括多个电池包，电池包中包括控制器、第一电芯组、第二电芯组和多个开关管，第一电芯组负极通过第一开关管和第二开关管与第二电芯组的正极连接，第一电芯组的正极通过第三开关管和第四开关管与第二电芯组的负极连接，第一开关管和第二开关管的连接端与第三开关管和第四开关管的连接端相连。控制器基于第一电芯组和第二电芯组两端的电压控制各个开关管，以接入或者旁路电池包中任一电芯组。采用本申请，可避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出整个电池包，并主动均衡所有电芯组的电荷状态，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率。

Description

储能系统
技术领域
本申请涉及电子电力领域，尤其涉及一种储能系统。
背景技术
随着新能源供电系统大规模接入电网，以及电力削峰填谷、调压调频、发展微电网等方面的需要，储能系统的重要性愈发凸显。由于单体电芯的标称电压较低，储能系统一般由多个电芯组串联构成电池包，然后电池包串联组成电池簇实现储能系统供电电压和容量的提升。当储能系统长期运行时，会出现电池包故障(或者电压不均衡)影响电池簇的充放电能力，现有的电池储能系统中，一般通过将整个故障电池包切除以避免故障电池包影响电池簇充放电。然而，当电池包是由于电池包中部分电芯组不能正常工作而发生故障时，故障电池包中还有部分正常工作的电芯组，将整个电池包切除的方式会导致电芯组利用率低，电池包控制精度低。
发明内容
本申请提供一种储能系统，可避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出整个电池包，以及主动均衡所有电芯组的电荷状态，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
第一方面，本申请提供了一种储能系统，该储能系统包括电池簇，上述电池簇通过直流母线分别与直流电源和负载耦合，上述电池簇包括串联的多个电池包，上述电池包中包括控制器、第一电芯组、第二电芯组以及多个开关管，上述第一电芯组的负极通过串联的第一开关管和第二开关管与上述第二电芯组的正极连接，上述第一电芯组的正极通过串联的第三开关管和第四开关管与上述第二电芯组的负极连接，上述第一开关管和上述第二开关管的连接端与上述第三开关管和上述第四开关管的连接端相连，上述第一电芯组的正极作为上述电池包的第一输入/输出端，上述第二电芯组的负极作为上述电池包的第二输入/输出端。上述控制器用于基于上述第一电芯组和上述第二电芯组两端的电压控制上述各个开关管导通或者关断，以接入或者旁路上述电池包中任一电芯组。
在本申请中，储能系统中出现电池包故障或者不均衡的时，通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组(可以是电池包中的全部或者部分电芯组)切出故障电池包所在的电池簇，而保留接入故障电池包中正常工作的电芯组。例如，当电池包中的第一电芯组出现故障或者电压不均衡，而第二电芯组正常工作时，控制器可以控制各个开关管将电池包中第一电芯组旁路以切出故障电池包所在的电池簇，并将接入第二电芯组接入电池簇以继续充放电，从而避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，增强了电芯组电荷状态均衡效果，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第一种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电芯组两端的第一电压和上述第二电芯组两端的第二电压大于充电阈值时，控制上述第三开关管和上述第四开关管导通以及上述第一开关管和上述第二开关管关断，以旁路上述第一电芯组和上述第二电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第一电压和第二电压不大于上述充电阈值时，控制各个开关管(比如，控制上述第一开关管、第二开关管导通，控制第三开关管、第四开关管关断)以重新将上述第一电芯组和上述第二电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过高(即电压不均衡)的电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电芯组两端的第一电压和上述第二电芯组两端的第二电压小于放电阈值时，控制上述第三开关管和上述第四开关管导通以及上述第一开关管和上述第二开关管关断，以旁路上述第一电芯组和上述第二电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第一电压和第二电压不小于上述放电阈值时，控制各个开关管以重新将上述第一电芯组和上述第二电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过低(即电压不均衡)的电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第三种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电芯组两端的第一电压和上述第二电芯组两端的第二电压保持不变且保持预设时间后，控制上述第三开关管和上述第四开关管导通以及上述第一开关管和上述第二开关管关断，以旁路上述第一电芯组和上述第二电芯组。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障的电芯组切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第四种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电压大于充电阈值且上述第二电压不大于上述充电阈值时，控制上述第二开关管和上述第三开关管导通以及上述第一开关管和上述第四开关管关断，以旁路上述第一电芯组、接入上述第二电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第一电压不大于上述充电阈值时，控制各个开关管(比如，控制上述第一开关管导通，控制第三开关管关断)以重新将上述第一电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过高的第一电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的第二电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第五种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电压小于放电阈值且上述第二电压不小于上述放电阈值时，控制上述第二开关管和上述第三开关管导通以及上述第一开关管和上述第四开关管关断，以旁路上述第一电芯组、接入上述第二电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第一电压不大于上述充电阈值时，控制各个开关管以重新将上述第一电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过低的第一电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的第二电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第六种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第一电芯组两端的第一电压保持不变且保持预设时间后，控制上述第二开关管和上述第三开关管导通以及上述第一开关管和上述第四开关管关断，以旁路上述第一电芯组、接入上述第二电芯组。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的第一电芯组切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中无故障的第二电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第七种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第二电压大于充电阈值且上述第一电压不大于上述充电阈值时，控制上述第一开关管和上述第四开关管导通以及上述第二开关管和上述第三开关管关断，以旁路上述第二电芯组、接入上述第一电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第二电压不大于上述充电阈值时，控制各个开关管(比如，控制上述第二开关管导通，控制第四开关管关断)以重新将上述第二电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过高的第二电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的第一电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第八种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第二电压小于放电阈值且上述第一电压不小于上述放电阈值时，控制上述第一开关管和上述第四开关管导通以及上述第二开关管和上述第三开关管关断，以旁路上述第二电芯组、接入上述第一电芯组。此外，上述控制器还可以在上述第二电压不大于上述充电阈值时，控制各个开关管以重新将上述第二电芯组接入电池簇。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现电压过低的第二电芯组切出电池包所在的电池簇，而保留电池包中电压正常的第一电芯组接入电池簇。避免在电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第九种可能的实施方式中，上述控制器用于在上述第二电芯组两端的第二电压保持不变且保持预设时间后，控制上述第一开关管和上述第四开关管导通以及上述第二开关管和上述第三开关管关断，以旁路上述第二电芯组、接入上述第一电芯组。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的第二电芯组切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中无故障的第一电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面，在第十种可能的实施方式中，上述控制器用于在各个电芯组充电且上述第一电芯组两端的第一电压和上述第二电芯组两端的第二电压不大于充电阈值时，或者在上述各个电芯组放电且上述第一电压和上述第二电压不小于放电阈值时，控制上述第一开关管和上述第二开关管导通以及上述第三开关管和上述第四开关管关断，以接入上述第一电芯组和上述第二电芯组。电池包中的电芯组均正常工作时，电池包通过控制器将第一电芯组和第二电芯组接入电池簇，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
结合第一方面至第一方面第十种可能的实施方式中任一种，在第十一种可能的实施方式中，上述电池包还包括熔断器，上述电池包中的第一熔断器连接在上述第一电芯组和上述第三开关管之间，上述电池包中的第二熔断器连接在上述第二电芯组和上述第四开关管之间。上述第一熔断器和第二熔断器用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。
结合第一方面至第一方面第十种可能的实施方式中任一种，在第十二种可能的实施方式中，上述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在上述第一电芯组和上述第三开关管之间，第二熔断器连接在上述第一开关管和上述第二开关管的连接端与上述第三开关管和上述第四开关管的连接端之间。上述第一熔断器和第二熔断器用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。
结合第一方面至第一方面第十种可能的实施方式中任一种，在第十三种可能的实施方式中，上述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在上述第一电芯组和上述第三开关管之间，第二熔断器连接在上述第一开关管和上述第三开关管之间。上述第一熔断器和第二熔断器用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。
结合第一方面至第一方面第十种可能的实施方式中任一种，在第十四种可能的实施方式中，上述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在上述第一开关管和上述第二开关管的连接端与上述第三开关管和上述第四开关管的连接端之间，第二熔断器连接在上述第二电芯组和上述第四开关管之间。上述第一熔断器和第二熔断器用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。
结合第一方面至第一方面第十种可能的实施方式中任一种，在第十五种可能的实施方式中，上述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在上述第二开关管和上述第四开关管的连接端之间，第二熔断器连接在上述第二电芯组和上述第四开关管之间。上述第一熔断器和第二熔断器用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。
附图说明
图1是本申请提供的储能系统的应用场景示意图；
图2是本申请提供的储能系统的一结构示意图；
图3是本申请提供的电池包的一结构示意图；
图4a是本申请提供的电池包开关管控制的一结构示意图；
图4b是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图；
图4c是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图；
图4d是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图；
图5a是本申请提供的电池包的另一结构示意图；
图5b是本申请提供的电池包的另一结构示意图；
图5c是本申请提供的电池包的另一结构示意图；
图5d是本申请提供的电池包的另一结构示意图。
具体实施方式
参见图1，图1是本申请提供的储能系统的应用场景示意图。在本申请提供的储能系统中可包括多个电池簇(例如电池簇a和电池簇b)，各个电池簇可以包括多个串联的电池包(例如电池簇a包括串联的电池包11、电池包12、……、电池包1n，电池簇b包括串联的电池包21、电池包22、……、电池包2n)，上述多个串联的电池包接入电池簇母线并与直流DC/DC变换器耦合(电池簇a中的电池包与DC/DC变换器a耦合，电池簇b中的电池包与DC/DC变换器b耦合)。这里，上述DC/DC变换器可以为双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器(包括变换器DC/DC1和DC/DC2等)的电路拓扑可选用升压电路(boost circuit)、飞跨电容升压电路(boost circuit boost circuit)、飞跨电容多电平电路(flying capacitor multilevelcircuit)、正负对称三电平升压电路(three-level boost circuit)，四管升降压电路(four-switch buck-boost circuit)等，具体可根据实际应用场景需求确定，在此不做限制。上述DC/DC变换器可以对储能系统中电池簇输出的直流电(可以是各电池包输出的直流电)进行电压变换(可以是升压、降压等)，并将电压变换后的直流电输出至直流负载以对直流负载供电，上述直流负载可以为工厂园区、包含充电桩的充电场站等。
在一些可行的实施方式中，请再次参见图1，上述储能系统还可以包括DC/交流AC变换器，上述DC/DC变换器与DC/AC变换器的直流端耦合，DC/AC变换器的交流端与交流负载耦合。上述DC/DC变换器可以对储能系统中电池簇输出的直流电进行电压变换，DC/AC变换器可以对DC/DC变换器输出的直流电进行逆变转换，并将逆变转换后得到的交流电输出至交流负载以对直流负载供电，这里，交流负载可以为通信基站或者家用设备等用电设备。
在一些可行的实施方式中，请再次参见图1，上述储能系统还包括直流电源，该直流电源可由光伏阵列组成，光伏阵列的输出端可以连接上述DC/DC变换器(可以包括DC/DC变换器a和DC/DC变换器b)的一端。在图1所示的储能系统中，光伏阵列可以由一个或者多个光伏组串并联组成，一个光伏组串可以由一个或者多个光伏组件串联得到。可选的，上述直流电源还可以包括交流电网和整流器(图1中未示出)，整流器可以对交流电网输出的交流电进行整流变换以得到直流电。上述DC/DC变换器可以对光伏阵列或者交流电网和整流器提供的直流电进行电压变换(可以是升压、降压等)，并将电压变换后的直流电提供给电池簇中的电池包以对各个电池包供电(DC/DC变换器a基于光伏阵列的直流电对电池簇a中的电池包充电，DC/DC变换器b基于光伏阵列的直流电对电池簇b中的电池包充电)。
在一些可行的实施方式中，上述储能系统中，各个电池簇中的各电池包可以包括多个串联的电芯组(图1未示出)，这里，上述电芯组可以由多个单体电池单元串并联组成，通常为10到20个单体电芯直接串联组成，上述单体电芯可以为锂离子电池、铅酸电池等，可根据具体器件类型确定，在此不做限制。上述储能系统工作过程中(充电或者放电过程中)，电池簇中的电池包会出现电池包故障或者电压不均衡，这里，可以是由于电池包中部分电芯组不能正常工作而引起电池包故障或者电压不均衡，比如，电池簇充放电过程中电池包中部分电芯组的电压保持不变导致电池包故障，电池簇充放电过程中电池包中部分电芯组的电压过高或者过低导致电池包电压不均衡。目前的电池储能系统中，当电池包发生故障时，一般通过将整个电池包切除以避免影响电池簇充放电，此外，当电芯组不均衡时没有有效的解决方式。然而，当电池包是由于电池包中部分电芯组不能正常工作而发生故障时，故障电池包中还有部分正常工作的电芯组，将整个电池包切除的方式会导致电芯组利用率低，电池包控制精度低，且电芯组不均衡也会降低储能系统的充放电效率。
本申请提供的储能系统中，储能系统中可以包括多个电池簇，上述电池簇通过直流母线分别与直流电源和负载耦合，电池簇可以包括串联的多个电池包，其中，上述电池包中可以包括控制器、两个电芯组(为方便描述，可以称作第一电芯组和第二电芯组)以及多个开关管。这里，上述第一电芯组的负极可以通过串联的第一开关管和第二开关管与上述第二电芯组的正极连接，上述第一电芯组的正极可以通过串联的第三开关管和第四开关管与上述第二电芯组的负极连接，上述第一开关管和上述第二开关管的连接端可以与上述第三开关管和上述第四开关管的连接端相连。在上述储能系统工作过程中，上述第一电芯组和第二电芯组可以基于直流电源的供电进行充电或者通过直流母线向负载供电，上述控制器可以基于上述第一电芯组和上述第二电芯组两端的电压检测各个电芯组是否出现故障(比如，电芯组充放电过程中电压不变)或者出现电压不均衡(比如，电芯组充电过程中电压过高、电芯组放电过程中电压过低等)，并在检测到电芯组故障或者电压不均衡时控制电池包中各个开关管(包括上述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管)导通或者关断，以接入或者旁路电池包中任一电芯组。通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组(可以是电池包中的全部或者部分电芯组)切出电池包所在的电池簇，而保留接入电池包中正常工作的电芯组。例如，当电池包中的第一电芯组出现故障或者电压不均衡，而第二电芯组正常工作时，控制器可以控制各个开关管将电池包中第一电芯组旁路以切出故障电池包所在的电池簇，并将接入第二电芯组接入电池簇以继续充放电，从而避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
参见图2，图2是本申请提供的储能系统的一结构示意图。在图2所示的储能系统中包括多个电池簇(例如电池簇a和电池簇b)，各个电池簇可以包括多个串联的电池包(例如电池簇a包括串联的电池包11、电池包12、……、电池包1n，电池簇b包括串联的电池包21、电池包22、……、电池包2n)，上述多个串联的电池包接入电池簇母线并与DC/DC变换器耦合(电池簇a中的电池包与DC/DC变换器a耦合，电池簇b中的电池包与DC/DC变换器b耦合)。上述DC/DC变换器可以对储能系统中电池簇输出的直流电(可以是各电池包输出的直流电)进行电压变换(可以是升压、降压等)，并将电压变换后的直流电输出至直流负载以对直流负载(可以为工厂园区、包含充电桩的充电场站等)供电。上述图2中的储能系统还可以包括DC/AC变换器，上述DC/DC变换器与DC/AC变换器的直流端耦合，DC/AC变换器的交流端与交流负载耦合。上述DC/DC变换器可以对储能系统中电池簇输出的直流电进行电压变换，DC/AC变换器可以对DC/DC变换器输出的直流电进行逆变转换，并将逆变转换后得到的交流电输出至交流负载以对直流负载供电，这里，交流负载可以为通信基站或者家用设备等用电设备。
在一些可行的实施方式中，上述图2中的储能系统还包括直流电源，电池簇a可以通过DC/DC变换器a与直流电源的输出端耦合，电池簇b可以通过DC/DC变换器b与直流电源的输出端耦合，上述DC/DC变换器可以对直流电源提供的直流电进行电压变换(可以是升压、降压等)，并将电压变换后的直流电提供给电池簇中的电池包以对各个电池包供电。
在一些可行的实施方式中，在图2所示的储能系统中，上述电池簇中各电池包中可以包括控制器、两个电芯组(为方便描述，可以称作第一电芯组和第二电芯组)以及多个开关管。以电池簇a中的电池包11为例，电池包11中可以包括第一电芯组(为方便描述，可以表示为电芯组1)、第二电芯组(为方便描述，可以表示为电芯组2)、第一开关管(为方便描述，可以表示为开关管S1)、第二开关管(为方便描述，可以表示为开关管S2)、第三开关管(为方便描述，可以表示为开关管S3)以及第四开关管(为方便描述，可以表示为开关管S4)。其中，上述电芯组1的负极可以通过串联的开关管S1和开关管S2与上述电芯组2的正极连接，上述电芯组1的正极可以通过串联的开关管S3和开关管S4与上述电芯组2的负极连接，上述开关管S1和上述开关管S2的连接端可以与上述开关管S3和开关管S4的连接端相连。电池包11中还可以包括控制器(图2未示出)，上述控制器可以基于上述电芯组1和上述电芯组2两端的电压检测各个电芯组是否出现故障(比如，电芯组充放电过程中电压不变)或者出现电压不均衡(比如，电芯组充电过程中电压过高、电芯组放电过程中电压过低等)，并在检测到电芯组故障或者电压不均衡时控制电池包中各个开关管(包括上述开关管S1、开关管S2、开关管S3以及开关管S4)导通或者关断，以接入或者旁路电池包11中任一电芯组。例如，在电池包11中各个电芯组充电过程中，控制器检测到电芯组1两端的电压过高(可以是大于充电阈值)，则控制开关管S2和开关管S3导通，控制开关管S1和开关管S4关断，以旁路电芯组1、接入电芯组2(将电芯组1从电池簇a切出，将电芯组2接入电池簇a)。可以理解的，图2中其他电池包的组成以及控制开关管以旁路接入各个电芯组的过程可以参照上述对电池包11的描述，此处不再赘述。储能系统中出现电池包故障时，通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组(可以是电池包中的全部或者部分电芯组)切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
下面将结合图3至图5d对本申请实施例提供的储能系统进行示例说明。在一些可行的实施方式中，请参见图3，图3是本申请提供的电池包的一结构示意图，图3所示的电池包可以是储能系统中任一电池簇中的任一电池包，比如电池包11至电池包1n、电池包21至电池包2n中任意一个。为方便描述，下面将直接以电池包进行示例说明。图3中的电池包包括第一电芯组(为方便描述，可以表示为电芯组1)、第二电芯组(为方便描述，可以表示为电芯组2)、第一开关管(为方便描述，可以表示为开关管S1)、第二开关管(为方便描述，可以表示为开关管S2)、第三开关管(为方便描述，可以表示为开关管S3)以及第四开关管(为方便描述，可以表示为开关管S4)。这里，各个开关管可以为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，简称为MOS管，还可以为绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。图3中的电池包以各个开关管为MOS管为例进行说明，其中，开关管S1的漏极与电芯组1的负极连接，开关管S1的源极与开关管S2的漏极连接，开关管S2的源极与电芯组2的正极连接。电芯组1的正极作为该电池包的第一输入/输出端与开关管S3的源极连接，电芯组2的负极作为该电池包的第二输入/输出端与开关管S4的漏极连接，开关管S3的漏极与开关管S4的源极连接。其中，储能系统对图3中的电池包进行充电时，电池包的第一输入/输出端为电池包的输入端，电池包的第二输入/输出端为电池包的输出端。上述电池包放电时，电池包的第一输入/输出端为电池包的输出端，电池包的第二输入/输出端为电池包的输入端。其中，电池包的输入/输出端是作为输入端还是输出端，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。上述电池包还可以包括控制器，这里，该控制器可以是电池管理单元(Battery Management Unit，BMU)，BMU可以向电池包中的开关管发送驱动信号(比如脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号)，该驱动信号可以是来自电池包所在电池簇中的集中监控系统，各个开关管可以基于接收到的驱动信号进行导通或者关断。电池包故障时，通过BMU将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组(可以是电池包中的全部或者部分电芯组)切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
在一些可行的实施方式中，上述储能系统中各电池包还包括熔断器，请再次参见图3，图3中的电池包包括第一熔断器(为方便描述，可以表示为熔断器Fuse1)和第二熔断器(为方便描述，可以表示熔断器为Fuse2)，上述熔断器Fuse1可以连接在电芯组1和开关管S3之间(具体的，熔断器Fuse1的一端连接电芯组1的正极，熔断器Fuse1的另一端连接开关管S3的源极)，上述熔断器Fuse2可以连接在电芯组2和开关管S4之间(具体的，熔断器Fuse2的一端连接电芯组2的负极，熔断器Fuse2的另一端连接开关管S4的漏极)。上述熔断器Fuse1和熔断器Fuse2用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。进一步地，电池包中的控制器(可以是BMU)可以基于上述电芯组1和上述电芯组2两端的电压检测各个电芯组是否出现故障(比如，电芯组充放电过程中电压不变)或者出现电压不均衡(比如，电芯组充电过程中电压过高、电芯组放电过程中电压过低等)，并在检测到电芯组故障或者电压不均衡时控制电池包中各个开关管(包括上述开关管S1、开关管S2、开关管S3以及开关管S4)导通或者关断，以接入或者旁路电池包中任一电芯组。具体的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电过程中(可以是基于DC/DC变换器a或者DC/DC变换器b提供的直流电进行充电)，在上述电芯组1两端的电压(为方便描述，可以称作第一电压)和上述电芯组2两端的电压(为方便描述，可以称作第二电压)大于充电阈值时，控制上述开关管S3和上述开关管S4导通以及上述开关管S1和开关管S2关断，从而旁路上述电芯组1和电芯组2。请一并参见图4a，图4a是本申请提供的电池包开关管控制的一结构示意图，如图4a所示，控制器控制开关管S3和开关管S4导通，并控制开关管S1和开关管S2关断，使得电芯组1和电芯组2被旁路，电池包中的充电电流从熔断器Fuse1流向熔断器Fuse2，避免电芯组1和电芯组2两端过高的电压触发储能系统的过压保护(比如将整个电池簇切出)，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2放电过程中，在上述第一电压和上述第二电压大于放电阈值时，控制上述开关管S3和上述开关管S4导通以及上述开关管S1和开关管S2关断，从而旁路上述电芯组1和电芯组2，避免电芯组1和电芯组2两端过低的电压触发储能系统的欠压保护，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电或者放电过程中，在上述第一电压和上述第二电压保持不变且保持预设时间后，即电芯组1和电芯组2不能正常充放电时，控制上述开关管S3和上述开关管S4导通以及上述开关管S1和开关管S2关断。上述充电阈值可以是基于储能系统充电过程中储能系统中的电池包的平均电压(可以是电池包中电芯组的平均电压)与附加电压(比如0.5v)相加得到，上述放电阈值可以是基于储能系统放电过程中储能系统中的电池包的平均电压(可以是电池包中电芯组的平均电压)与附加电压(比如0.5v)相减得到。这里，上述充电阈值大于上述放电阈值。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
在一些可行的实施方式中，电池包中的控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电过程中(可以是基于DC/DC变换器a或者DC/DC变换器b提供的直流电进行充电)，在上述第一电压大于充电阈值且上述第二电压不大于上述充电阈值时，控制上述开关管S2和上述开关管S3导通以及上述开关管S1和开关管S4关断，从而旁路上述电芯组1并接入上述电芯组2。请一并参见图4b，图4b是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图，如图4b所示，控制器控制开关管S2和开关管S3导通，并控制开关管S1和开关管S4关断，使得电芯组1被旁路以及接入电芯组2，电池包中的充电电流从熔断器Fuse1流向电芯组2，避免电芯组1两端过高的电压触发储能系统的过压保护，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2放电过程中，上述第一电压小于放电阈值且上述第二电压不小于上述放电阈值时，控制上述开关管S2和上述开关管S3导通以及上述开关管S1和开关管S4关断，从而旁路上述电芯组1并接入上述电芯组2，避免电芯组1两端过低的电压触发储能系统的欠压保护，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电或者放电过程中，在上述第一电压保持不变且保持预设时间后，即电芯组1不能正常充放电时，控制上述开关管S2和上述开关管S3导通以及上述开关管S1和开关管S4关断。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组1切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组2接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
在一些可行的实施方式中，电池包中的控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电过程中(可以是基于DC/DC变换器a或者DC/DC变换器b提供的直流电进行充电)，在上述第二电压大于充电阈值且上述第一电压不大于上述充电阈值时，控制上述开关管S1和上述开关管S4导通以及上述开关管S2和开关管S3关断，从而旁路上述电芯组2并接入上述电芯组1。请一并参见图4c，图4c是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图，如图4c所示，控制器控制开关管S1和开关管S4导通，并控制开关管S2和开关管S3关断，使得电芯组2被旁路以及接入电芯组1，电池包中的充电电流从电芯组1流向熔断器Fuse2，避免电芯组2两端过高的电压触发储能系统的过压保护，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2放电过程中，上述第二电压小于放电阈值且上述第一电压不小于上述放电阈值时，控制上述开关管S1和上述开关管S4导通以及上述开关管S2和开关管S3关断，从而旁路上述电芯组2并接入上述电芯组1，避免电芯组2两端过低的电压触发储能系统的欠压保护，影响储能系统的充电效率。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电或者放电过程中，在上述第二电压保持不变且保持预设时间后，即电芯组2不能正常充放电时，控制上述开关管S1和上述开关管S4导通以及上述开关管S2和开关管S3关断。储能系统中的电池包通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组2切出故障电池包所在的电池簇，而保留故障电池包中正常工作的电芯组1接入电池簇。避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
在一些可行的实施方式中，电池包中的控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2充电过程中(可以是基于DC/DC变换器a或者DC/DC变换器b提供的直流电进行充电)，且上述第一电压和第二电压不大于充电阈值时，控制上述开关管S1和上述开关管S2导通以及上述开关管S3和开关管S4关断，从而接入上述电芯组1和上述电芯组2。请一并参见图4d，图4d是本申请提供的电池包开关管控制的另一结构示意图，如图4d所示，控制器控制开关管S1和开关管S2导通，并控制开关管S3和开关管S4关断，以接入电芯组1和电芯组2，电池包中的充电电流从电芯组1流向电芯组2。可选的，上述控制器可以在上述电芯组1和上述电芯组2放电过程中，且上述第一电压和第二电压不小于放电阈值时，控制开关管S1和开关管S2导通以及开关管S3和开关管S4关断，从而接入电芯组1和电芯组2。电池包中的电芯组均正常工作时，电池包通过控制器将电芯组1和电芯组2接入电池簇，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。
在一些可行的实施方式中，电池包(比如，上述图3中所示的电池包)中的第一熔断器可以连接在第一电芯组和第三开关管之间，第二熔断器可以连接在第一开关管和第二开关管的连接端与第三开关管和第四开关管的连接端之间。请一并参见图5a，图5a是本申请提供的电池包的另一结构示意图，如图5a所示，熔断器Fuse1的一端连接电芯组1的正极，熔断器Fuse1的另一端连接开关管S3的源极。熔断器Fuse2的一端连接开关管S1和开关管S2的连接端，熔断器Fuse2的另一端连接开关管S3和开关管S4的连接端。上述熔断器Fuse1和熔断器Fuse2用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。例如，当电芯组1被旁路时，熔断器Fuse1和熔断器Fuse2可以对开关管S3进行过流保护，当电芯组2被旁路时，熔断器Fuse2可以对开关管S4进行过流保护，当电芯组1和电芯组2均被旁路时，熔断器Fuse1可以对开关管S3和开关管S4进行过流保护。
在一些可行的实施方式中，电池包(比如，上述图3中所示的电池包)中的第一熔断器可以连接在上述第一电芯组和上述第三开关管之间，第二熔断器可以连接在上述第一开关管和上述第三开关管之间。请一并参见图5b，图5b是本申请提供的电池包的另一结构示意图，如图5b所示，熔断器Fuse1的一端连接电芯组1的正极，熔断器Fuse1的另一端连接开关管S3的源极。熔断器Fuse2的一端连接开关管S1的源极,熔断器Fuse2的另一端连接开关管S2的漏极、开关管S3的漏极以及开关管S4的源极。上述熔断器Fuse1和熔断器Fuse2用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。例如，当电芯组1被旁路时，熔断器Fuse1可以对开关管S3进行过流保护，当电芯组2被旁路时，熔断器Fuse2可以对开关管S4进行过流保护，当电芯组1和电芯组2均被旁路时，熔断器Fuse1可以对开关管S3和开关管S4进行过流保护。
在一些可行的实施方式中，电池包(比如，上述图3中所示的电池包)中的第一熔断器可以连接在上述第一开关管和上述第二开关管的连接端与上述第三开关管和上述第四开关管的连接端之间，第二熔断器可以连接在上述第二电芯组和上述第四开关管之间。请一并参见图5c，图5c是本申请提供的电池包的另一结构示意图，如图5c所示，熔断器Fuse1的一端连接开关管S1和开关管S2的连接端，熔断器Fuse1的另一端连接开关管S3和开关管S4的连接端。熔断器Fuse2的一端连接电芯组2的负极，熔断器Fuse2的另一端连接开关管S4的漏极。上述熔断器Fuse1和熔断器Fuse2用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。例如，当电芯组1被旁路时，熔断器Fuse1可以对开关管S3进行过流保护，当电芯组2被旁路时，熔断器Fuse1和熔断器Fuse2可以对开关管S4进行过流保护，当电芯组1和电芯组2均被旁路时，熔断器Fuse2可以对开关管S3和开关管S4进行过流保护。
在一些可行的实施方式中，电池包(比如，上述图3中所示的电池包)中的第一熔断器可以连接在上述第二开关管和上述第四开关管的连接端之间，第二熔断器可以连接在上述第二电芯组和上述第四开关管之间。请一并参见图5d，图5d是本申请提供的电池包的另一结构示意图，如图5d所示，熔断器Fuse1的一端连接开关管S2的漏极，熔断器Fuse1的另一端连接开关管S1的源极、开关管S3的漏极以及开关管S4的源极。上述熔断器Fuse1和熔断器Fuse2用于在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。例如，当电芯组1被旁路时，熔断器Fuse1可以对开关管S3进行过流保护，当电芯组2被旁路时，熔断器Fuse2可以对开关管S4进行过流保护，当电芯组1和电芯组2均被旁路时，熔断器Fuse2可以对开关管S3和开关管S4进行过流保护。
在本申请中，在上述储能系统工作过程中，储能系统中各个电池包的第一电芯组和第二电芯组可以基于直流电源的供电进行充电或者通过直流母线向负载供电，各个电池包可以通过控制器基于上述第一电芯组和上述第二电芯组两端的电压检测各个电芯组是否出现故障(比如，电芯组充放电过程中电压不变)或者出现电压不均衡(比如，电芯组充电过程中电压过高、电芯组放电过程中电压过低等)，并在检测到电芯组故障或者电压不均衡时控制电池包中各个开关管(包括上述第一开关管、第二开关管、第三开关管以及第四开关管)导通或者关断，以接入或者旁路电池包中任一电芯组。储能系统通过控制器将电池包中出现故障或者电压不均衡的电芯组(可以是电池包中的全部或者部分电芯组)切出故障电池包所在的电池簇，而保留接入故障电池包中正常工作的电芯组，避免在故障电池包中还有正常工作的电芯组的情况下切出正常工作的电芯组，电池包控制精度更高，提高了电芯组利用率，储能系统的充放电效率更高。此外，储能系统中各电池包还包括熔断器，上述熔断器可以在电池包中至少一个电芯组被旁路时，对电池包中电路进行过流保护，以防止由于过高的电流损坏电池包中的开关管。

Claims (16)

1.一种储能系统，其特征在于，所述储能系统包括电池簇，所述电池簇通过直流母线分别与直流电源和负载耦合，所述电池簇包括串联的多个电池包，所述电池包中包括控制器、第一电芯组、第二电芯组以及多个开关管，所述第一电芯组的负极通过串联的第一开关管和第二开关管与所述第二电芯组的正极连接，所述第一电芯组的正极通过串联的第三开关管和第四开关管与所述第二电芯组的负极连接，所述第一开关管和所述第二开关管的连接端与所述第三开关管和所述第四开关管的连接端相连，所述第一电芯组的正极作为所述电池包的第一输入/输出端，所述第二电芯组的负极作为所述电池包的第二输入/输出端；
所述控制器用于基于所述第一电芯组和所述第二电芯组两端的电压控制所述各个开关管导通或者关断，以接入或者旁路所述电池包中任一电芯组。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电芯组两端的第一电压和所述第二电芯组两端的第二电压大于充电阈值时，控制所述第三开关管和所述第四开关管导通以及所述第一开关管和所述第二开关管关断，以旁路所述第一电芯组和所述第二电芯组。
3.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电芯组两端的第一电压和所述第二电芯组两端的第二电压小于放电阈值时，控制所述第三开关管和所述第四开关管导通以及所述第一开关管和所述第二开关管关断，以旁路所述第一电芯组和所述第二电芯组。
4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电芯组两端的第一电压和所述第二电芯组两端的第二电压保持不变且保持预设时间后，控制所述第三开关管和所述第四开关管导通以及所述第一开关管和所述第二开关管关断，以旁路所述第一电芯组和所述第二电芯组。
5.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电压大于充电阈值且所述第二电压不大于所述充电阈值时，控制所述第二开关管和所述第三开关管导通以及所述第一开关管和所述第四开关管关断，以旁路所述第一电芯组、接入所述第二电芯组。
6.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电压小于放电阈值且所述第二电压不小于所述放电阈值时，控制所述第二开关管和所述第三开关管导通以及所述第一开关管和所述第四开关管关断，以旁路所述第一电芯组、接入所述第二电芯组。
7.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第一电芯组两端的第一电压保持不变且保持预设时间后，控制所述第二开关管和所述第三开关管导通以及所述第一开关管和所述第四开关管关断，以旁路所述第一电芯组、接入所述第二电芯组。
8.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第二电压大于充电阈值且所述第一电压不大于所述充电阈值时，控制所述第一开关管和所述第四开关管导通以及所述第二开关管和所述第三开关管关断，以旁路所述第二电芯组、接入所述第一电芯组。
9.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第二电压小于放电阈值且所述第一电压不小于所述放电阈值时，控制所述第一开关管和所述第四开关管导通以及所述第二开关管和所述第三开关管关断，以旁路所述第二电芯组、接入所述第一电芯组。
10.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在所述第二电芯组两端的第二电压保持不变且保持预设时间后，控制所述第一开关管和所述第四开关管导通以及所述第二开关管和所述第三开关管关断，以旁路所述第二电芯组、接入所述第一电芯组。
11.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器用于在各个电芯组充电且所述第一电芯组两端的第一电压和所述第二电芯组两端的第二电压不大于充电阈值时，或者在所述各个电芯组放电且所述第一电压和所述第二电压不小于放电阈值时，控制所述第一开关管和所述第二开关管导通以及所述第三开关管和所述第四开关管关断，以接入所述第一电芯组和所述第二电芯组。
12.根据权利要求1-11任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池包还包括熔断器，所述电池包中的第一熔断器连接在所述第一电芯组和所述第三开关管之间，所述电池包中的第二熔断器连接在所述第二电芯组和所述第四开关管之间。
13.根据权利要求1-11任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在所述第一电芯组和所述第三开关管之间，第二熔断器连接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接端与所述第三开关管和所述第四开关管的连接端之间。
14.根据权利要求1-11任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在所述第一电芯组和所述第三开关管之间，第二熔断器连接在所述第一开关管和所述第三开关管之间。
15.根据权利要求1-11任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在所述第一开关管和所述第二开关管的连接端与所述第三开关管和所述第四开关管的连接端之间，第二熔断器连接在所述第二电芯组和所述第四开关管之间。
16.根据权利要求1-11任一项所述的储能系统，其特征在于，所述电池包还包括熔断器，第一熔断器连接在所述第二开关管和所述第四开关管的连接端之间，第二熔断器连接在所述第二电芯组和所述第四开关管之间。
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