CN116131472B - 家用储能电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能产品技术领域，公开家用储能电源，家用储能电源包括机壳以及内置于机壳的：电池组，包括至少两个可拆卸的单体电池，单体电池之间电连接；电池更换系统，用于卸除电池组中损耗超过预设值的单体电池并于卸除位置装入备用电池；以及BMS电池管理系统，与电池组和电池更换系统通讯连接，BMS电池管理系统用于检测单体电池的损耗值以及控制电池更换系统动作。本发明提供的家用储能电源能够自动拆除电池组内的问题电池并换上备用电池，保障家用储能电源的充放电功能正常，延长使用寿命，延长报废周期，降低使用成本。

Description

家用储能电源

技术领域

本发明涉及储能产品技术领域，尤其涉及家用储能电源。

背景技术

当前家庭用储能产品大多采用锂电池供电，储能产品由多组电池并联组成，而每组电池由多个单体锂电池串联组成。在使用的过程中，单体锂电池由于个体性能存在差异，经过多次充放电后，会导致个别单体锂电池的内阻增大，性能降低，从而影响了整组电池的充放电，进而使得储能产品的使用寿命降低。再者储能产品采用密封结构，用户无法更换电池，导致只能报废产品，由此导致提高使用成本。

因此亟需家用储能电源，以解决上述的技术问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供家用储能电源，自动拆除电池组内的问题电池并换上备用电池，保障家用储能电源的充放电功能正常，延长使用寿命，延长报废周期，降低使用成本。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：提供家用储能电源，包括机壳以及内置于所述机壳的：电池组，包括至少两个可拆卸的单体电池，所述单体电池之间电连接；电池更换系统，用于卸除所述电池组中损耗超过预设值的所述单体电池并于卸除位置装入备用电池；以及BMS电池管理系统，与所述电池组和所述电池更换系统通讯连接，所述BMS电池管理系统用于检测所述单体电池的损耗值以及控制所述电池更换系统动作。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述电池更换系统包括：备用组件，装载所述备用电池；回收组件，用于容纳被卸除的所述单体电池；拆装组件，能够将所述电池组中的所述单体电池卸至所述回收组件，并能够将所述备用电池装入所述电池组。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述电池组内的所述单体电池沿水平方向并排设置。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述备用组件包括备用导轨、备用座和备用驱动件，所述备用导轨并排设置于所述单体电池的一侧，所述备用座沿所述备用导轨滑动设置，所述备用座用于装载所述备用电池，所述备用驱动件安装于所述备用导轨，且所述备用驱动件的输出端与所述备用座传动连接，以驱动所述备用座沿所述备用导轨移动；所述回收组件包括回收导轨、回收座和回收驱动件，所述回收导轨并排设置于所述单体电池的另一侧，所述回收座沿所述回收导轨滑动设置，所述回收座用于装载被卸除的所述单体电池，所述回收驱动件安装于所述回收导轨，且所述回收驱动件的输出端与所述回收座传动连接，以驱动所述回收座沿所述回收导轨移动。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述机壳上设有备用入口，所述备用导轨延伸至所述备用入口，所述备用座能够移动至所述备用入口以供所述备用电池上料；和/或所述机壳上设有回收出口，所述回收导轨延伸至所述回收出口，所述回收座能够移动至所述回收出口以供被卸除的所述单体电池下料。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述备用座设置为一侧开口的槽状结构，所述备用座的开口侧朝向所述电池组设置；和/或所述回收座设置为一侧开口的槽状结构，所述回收座的开口侧朝向所述电池组设置。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述拆装组件包括拆装导轨、水平伸缩件和拆装驱动件，所述拆装导轨并排设置于所述备用组件背离所述单体电池的一侧，所述水平伸缩件沿所述拆装导轨滑动设置，所述水平伸缩件能够沿垂直于所述拆装导轨的水平方向伸缩，以将所述单体电池从所述电池组推出或者将所述备用电池推入所述电池组，所述拆装驱动件安装于所述拆装导轨，且所述拆装驱动件的输出端与所述水平伸缩件传动连接，以驱动所述水平伸缩件沿所述拆装导轨移动。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述备用导轨、所述回收导轨和所述拆装导轨的长度均大于所述单体电池的排列长度。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，相邻所述单体电池的正负极交错设置，所述电池组还包括电池支架、上母排和下母排，所述电池支架用于支撑所述单体电池，所述上母排和所述下母排分别设置于所述单体电池的顶端和底端，所述上母排和所述下母排内均设有若干电连接片，所述电连接片电连接相邻所述单体电池的端部以串联所述电池组内的所述单体电池。

作为家用储能电源的一个可选的技术方案，所述电池组还包括：升降驱动件，所述升降驱动件的输出端与所述上母排连接，所述升降驱动件能够驱动所述上母排升降，所述升降驱动件与所述BMS电池管理系统通讯连接。

本发明的有益效果为：本发明提供的家用储能电源通过BMS电池管理系统时刻监测电池组的性能状况，当BMS电池管理系统检测到电池组中存在损耗超过预设值的单体电池时，将对应的控制信号传递至电池更换系统，电池更换系统从电池组上卸除该损耗超过预设值的单体电池，然后将备用电池安装至电池组中，以实现自动替换问题电池的功能。本发明提供的家用储能电源能够自动拆除电池组内的问题电池并换上备用电池，保障家用储能电源的充放电功能正常，延长使用寿命，延长报废周期，降低使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的家用储能电源的模块连接示意图。

图2是本发明提供的电池组的结构示意图。

图3是本发明提供的电池组的分解结构示意图。

图4是本发明提供的电池组及电池更换系统在卸除单体电池时的状态示意图。

图5是本发明提供的电池组及电池更换系统在卸除单体电池后的状态示意图。

图6是本发明提供的电池组及电池更换系统在装入备用电池时的状态示意图。

图7是本发明提供的电池组及电池更换系统在装入备用电池后的状态示意图。

图中：100、电池组；11、单体电池；12、电池支架；121、凸板；122、安装槽；13、上母排；14、下母排；15、电连接片；200、备用组件；21、备用导轨；22、备用座；23、备用驱动件；24、备用电池；300、回收组件；31、回收导轨；32、回收座；33、回收驱动件；400、拆装组件；41、拆装导轨；42、水平伸缩件；43、拆装驱动件；44、滑座。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有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。

本实施例提供家用储能电源，如图1所示，家用储能电源包括机壳（图中未示出）、电池组100、电池更换系统、BMS电池管理系统、逆变整流系统、通信系统和交互系统。其中，电池组100储蓄电能，逆变整流系统与电池组100电连接，用于实现输出电压的变换，以适配用电设备；通信系统具体为无线通信系统，用于实现家用储能电源与云端平台和用户移动端之间的信息传递；交互系统具体为触控屏交互系统，用于显示状态信息和输入控制信号。

进一步的，电池组100、电池更换系统和BMS电池管理系统均设置于机壳内，电池组100包括至少两个可拆卸的单体电池11，单体电池11之间电连接，在本实施例中，电池组100中的单体电池11数量为5个；电池更换系统用于卸除电池组100中损耗超过预设值的单体电池11并于卸除位置装入备用电池24；BMS电池管理系统与电池组100和电池更换系统通过信号线通讯连接，BMS电池管理系统用于检测单体电池11的损耗值以及控制电池更换系统动作。

具体而言，本实施例提供的家用储能电源通过BMS电池管理系统时刻监测电池组100的性能状况，当BMS电池管理系统检测到电池组100中存在损耗超过预设值的单体电池11时，将对应的控制信号传递至电池更换系统，电池更换系统从电池组100上卸除该损耗超过预设值的单体电池11，然后将备用电池24安装至电池组100中，以实现自动替换问题电池的功能。本实施例提供的家用储能电源能够自动拆除电池组100内的问题电池并换上备用电池24，保障家用储能电源的充放电功能正常，延长使用寿命，延长报废周期，降低使用成本。

需要说明的是，本实施例所采用的BMS电池管理系统、逆变整流系统、通信系统和交互系统均为储能领域内常规的现有技术，其具体的组成结构及连接方式在此不再赘述。

示例性的，如图2和图3所示，电池组100内的单体电池11沿水平方向并排设置，进一步的，相邻单体电池11的正负极交错设置，电池组100还包括电池支架12、上母排13和下母排14，电池支架12支撑单体电池11，电池支架12具体设置为长条状结构，其上设有多个以凸板121间隔的安装槽122，单体电池11一一对应安装于安装槽122中，上母排13和下母排14分别设置于单体电池11的顶端和底端，上母排13和下母排14内均设有若干电连接片15，电连接片15电连接相邻单体电池11的端部以串联电池组100内的单体电池11。

示例性的，各个电连接片15之间相互绝缘设置。

示例性的，如图3所示，每个单体电池11的正负两极分别与不同的电连接片15连接。

在本实施例中，如图3所示，上母排13设有三个电连接片15，其中，第一个电连接片15连接第一个单体电池11的正极和第二个单体电池11的负极，第二个电连接片15连接第三个单体电池11的正极和第四个单体电池11的负极，第三个电连接片15的一端连接第五个单体电池11的正极，另一端连接充放电电路。

相类似的，如图3所示，下母排14也设有三个电连接片15，其中，第一个电连接片15的一端连接第一个单体电池11的负极，另一端连接充放电电路，第二个电连接片15连接第二个单体电池11的正极和第三个单体电池11的负极，第三个电连接片15连接第四个单体电池11的正极和第五个单体电池11的负极。

示例性的，电池组100还包括升降驱动件（图中未示出），升降驱动件的输出端与上母排13连接，升降驱动件能够驱动上母排13升降，升降驱动件与BMS电池管理系统通讯连接。正常使用状态下，上母排13压抵于各个单体电池11，以保持单体电池11的位置；当BMS电池管理系统检测到有单体电池11需要更换时，向升降驱动件发出信号，升降驱动件驱动上母排13上升以脱离单体电池11，以便电池更换系统更换出现问题的单体电池11。

优选的，升降驱动件采用步进电机，步进电机通过齿轮齿条结构或者滚珠丝杠结构与上母排13传动连接。当然，升降驱动件也可以直接采用电推杆、气缸等直线驱动件。

示例性的，电池支架12的底部设有多个让位孔（图中未示出），下母排14安装于电池支架12的下方，下母排14中的电连接片15透过让位孔与单体电池11电连接。

示例性的，如图4-图7所示，电池更换系统包括备用组件200、回收组件300和拆装组件400，其中，备用组件200装载有备用电池24，并且能够带动备用电池24移动至卸除位置；回收组件300用于容纳被卸除的单体电池11；拆装组件400能够将电池组100中的单体电池11卸至回收组件300，并能够将备用电池24装入电池组100。

示例性的，如图4-图7所示，备用组件200包括备用导轨21、备用座22和备用驱动件23，备用导轨21沿单体电池11的排列方向延伸设置，备用导轨21并排设置于单体电池11的一侧，备用座22沿备用导轨21滑动设置，备用座22用于装载备用电池24，备用驱动件23安装于备用导轨21，且备用驱动件23的输出端与备用座22传动连接，以驱动备用座22沿备用导轨21移动。

具体地，备用驱动件23与BMS电池管理系统通讯连接，当BMS电池管理系统发出电池更换指令时，备用驱动件23带动备用座22沿备用导轨21移动至相应的更换位置，等待拆装组件400将备用座22上的备用电池24装入电池组100。

示例性的，备用驱动件23采用步进电机，备用导轨21内设有与其同向延伸的丝杠螺母结构，其中螺杆与步进电机的输出轴连接，螺母与备用座22连接。当然，备用驱动件23也可以采用电动推杆，其输出轴与备用座22直接相连，电动推杆的输出轴能够沿备用导轨21伸缩。

进一步的，机壳上设有备用入口（图中未示出），备用导轨21延伸至备用入口，备用座22能够移动至备用入口以供备用电池24上料。当需要更替单体电池11时，用户可直接从备用入口将备用电池24放置于备用座22，以供更替使用，无需用户拆开机壳补充备用电池24，降低电池更换的难度和时间成本。

示例性的，如图4-图7所示，回收组件300包括回收导轨31、回收座32和回收驱动件33，备用导轨21沿单体电池11的排列方向延伸设置，回收导轨31并排设置于单体电池11的另一侧，回收座32沿回收导轨31滑动设置，回收座32用于装载被卸除的单体电池11，回收驱动件33安装于回收导轨31，且回收驱动件33的输出端与回收座32传动连接，以驱动回收座32沿回收导轨31移动。

具体地，回收驱动件33与BMS电池管理系统通讯连接，当BMS电池管理系统发出电池更换指令时，回收驱动件33带动回收座32沿回收导轨31移动至相应的更换位置，等待拆装组件400将电池组100上的目标单体电池11卸至回收座32上。

示例性的，回收驱动件33采用步进电机，回收导轨31内设有与其同向延伸的丝杠螺母结构，其中螺杆与步进电机的输出轴连接，螺母与回收座32连接。当然，回收驱动件33也可以采用电动推杆，其输出轴与回收座32直接相连，电动推杆的输出轴能够沿回收导轨31伸缩。

进一步的，机壳上设有回收出口（图中未示出），回收导轨31延伸至回收出口，回收座32能够移动至回收出口以供被卸除的单体电池11下料。当卸下单体电池11后，用户可直接从备用入口将备用电池24放置于备用座22，以供更替使用，无需用户拆开机壳补充备用电池24，降低电池更换的难度和时间成本。

示例性的，拆装组件400包括拆装导轨41、水平伸缩件42和拆装驱动件43，拆装导轨41沿单体电池11的排列方向延伸设置，拆装导轨41并排设置于备用组件200背离单体电池11的一侧，水平伸缩件42通过滑座44沿拆装导轨41滑动设置，水平伸缩件42能够沿垂直于拆装导轨41的水平方向伸缩，以将单体电池11从电池组100推出或者将备用电池24推入电池组100，拆装驱动件43安装于拆装导轨41，且拆装驱动件43的输出端与滑座44传动连接，以驱动水平伸缩件42沿拆装导轨41移动。

具体地，水平伸缩件42和拆装驱动件43均与BMS电池管理系统通讯连接，当BMS电池管理系统发出电池更换指令时，拆装驱动件43带动水平伸缩件42沿拆装导轨41移动至相应的更换位置，然后水平伸缩件42两次伸出，以实现先卸除损耗过度的单体电池11，后装入备用电池24的功能。

示例性的，如图4-图7所示，备用座22设置一侧开口的槽状结构，备用座22的开口侧朝向电池组100设置。相对应的，回收座32也设置为一侧开口的槽状结构，回收座32的开口侧朝向电池组100设置。备用座22和回收座32的开口均朝向电池组100设置，使得水平伸缩件42能够将损耗过度的单体电池11水平推出以及将备用电池24水平推入电池组100。

示例性的，如图4-图7所示，备用导轨21、回收导轨31和拆装导轨41的长度均大于单体电池11的排列长度，以保证备用座22、回收座32和水平伸缩件42的可达范围覆盖单体电池11的排列长度。

示例性的，拆装驱动件43采用步进电机，拆装导轨41内设有与其同向延伸的丝杠螺母结构，其中螺杆与步进电机的输出轴连接，螺母与滑座44连接。当然，拆装驱动件43也可以采用电动推杆，其输出轴与回收座32直接相连，电动推杆的输出轴能够沿回收导轨31伸缩。

示例性的，拆装驱动件43采用电动伸缩杆，电动伸缩杆的输出端朝向电池组100的一侧设置。

本实施例提供的家用储能电源的自动更换单体电池11的步骤如下：BMS电池管理系统检测到电池组100中的某个单体电池11损耗超过预设值，判定该单体电池11需要更换，并标记其为问题电池；BMS电池管理系统控制升降驱动件运动，从而带动上母排13抬起，上母排13与单体电池11分离，单体电池11处于可拆卸状态；BMS电池管理系统控制回收驱动件33运动，从而带动回收座32沿回收导轨31移动至问题电池对应的位置，以准备接收问题电池；BMS电池管理系统控制拆装驱动件43运动，从而带动水平伸缩件42沿拆装导轨41移动至问题电池对应的位置；如图4所示，BMS电池管理系统控制水平伸缩件42伸出，以将问题电池推送到回收座32上，然后水平伸缩件42缩回，完成拆卸动作；如图6所示，BMS电池管理系统控制备用驱动件23运动，从而带动备用座22沿备用导轨21移动至问题电池对应的位置，以将备用电池24搬送至对应问题电池的位置；如图7所示，BMS电池管理系统控制水平伸缩件42伸出，以将备用电池24推送到电池组100上的卸除位置，然后水平伸缩件42缩回，完成备用电池24的安装动作；BMS电池管理系统控制拆装驱动件43带动水平伸缩件42归位；BMS电池管理系统控制备用驱动件23带动备用座22归位至备用入口处；BMS电池管理系统控制回收驱动件33带动回收座32及问题电池一并移动至回收出口处，以便用户回收问题电池。

BMS电池管理系统控制升降驱动件反向运动，从而带动上母排13下降，上母排13压抵于单体电池11，电池组100切换至工作状态，至此完成问题电池更换的整个流程。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.家用储能电源，其特征在于，包括机壳以及内置于所述机壳的：

电池组（100），包括至少两个可拆卸的单体电池（11），所述单体电池（11）之间电连接；

电池更换系统，用于卸除所述电池组（100）中损耗超过预设值的所述单体电池（11）并于卸除位置装入备用电池（24）；以及

BMS电池管理系统，与所述电池组（100）和所述电池更换系统通讯连接，所述BMS电池管理系统用于检测所述单体电池（11）的损耗值以及控制所述电池更换系统动作；

所述电池更换系统包括：

备用组件（200），装载所述备用电池（24），所述备用组件（200）包括备用导轨（21）、备用座（22）和备用驱动件（23），所述备用导轨（21）并排设置于所述单体电池（11）的一侧，所述备用座（22）沿所述备用导轨（21）滑动设置，所述备用座（22）用于装载所述备用电池（24），所述备用驱动件（23）安装于所述备用导轨（21），且所述备用驱动件（23）的输出端与所述备用座（22）传动连接，以驱动所述备用座（22）沿所述备用导轨（21）移动；

回收组件（300），用于容纳被卸除的所述单体电池（11）；

拆装组件（400），能够将所述电池组（100）中的所述单体电池（11）卸至所述回收组件（300），并能够将所述备用电池（24）装入所述电池组（100）。

2.根据权利要求1所述的家用储能电源，其特征在于，所述电池组（100）内的所述单体电池（11）沿水平方向并排设置。

3.根据权利要求2所述的家用储能电源，其特征在于，所述回收组件（300）包括回收导轨（31）、回收座（32）和回收驱动件（33），所述回收导轨（31）并排设置于所述单体电池（11）的另一侧，所述回收座（32）沿所述回收导轨（31）滑动设置，所述回收座（32）用于装载被卸除的所述单体电池（11），所述回收驱动件（33）安装于所述回收导轨（31），且所述回收驱动件（33）的输出端与所述回收座（32）传动连接，以驱动所述回收座（32）沿所述回收导轨（31）移动。

4.根据权利要求3所述的家用储能电源，其特征在于，所述机壳上设有备用入口，所述备用导轨（21）延伸至所述备用入口，所述备用座（22）能够移动至所述备用入口以供所述备用电池（24）上料；和/或

所述机壳上设有回收出口，所述回收导轨（31）延伸至所述回收出口，所述回收座（32）能够移动至所述回收出口以供被卸除的所述单体电池（11）下料。

5.根据权利要求3所述的家用储能电源，其特征在于，所述备用座（22）设置为一侧开口的槽状结构，所述备用座（22）的开口侧朝向所述电池组（100）设置；和/或

所述回收座（32）设置为一侧开口的槽状结构，所述回收座（32）的开口侧朝向所述电池组（100）设置。

6.根据权利要求3所述的家用储能电源，其特征在于，所述拆装组件（400）包括拆装导轨（41）、水平伸缩件（42）和拆装驱动件（43），所述拆装导轨（41）并排设置于所述备用组件（200）背离所述单体电池（11）的一侧，所述水平伸缩件（42）沿所述拆装导轨（41）滑动设置，所述水平伸缩件（42）能够沿垂直于所述拆装导轨（41）的水平方向伸缩，以将所述单体电池（11）从所述电池组（100）推出或者将所述备用电池（24）推入所述电池组（100），所述拆装驱动件（43）安装于所述拆装导轨（41），且所述拆装驱动件（43）的输出端与所述水平伸缩件（42）传动连接，以驱动所述水平伸缩件（42）沿所述拆装导轨（41）移动。

7.根据权利要求6所述的家用储能电源，其特征在于，所述备用导轨（21）、所述回收导轨（31）和所述拆装导轨（41）的长度均大于所述单体电池（11）的排列长度。

8.根据权利要求2所述的家用储能电源，其特征在于，相邻所述单体电池（11）的正负极交错设置，所述电池组（100）还包括电池支架（12）、上母排（13）和下母排（14），所述电池支架（12）用于支撑所述单体电池（11），所述上母排（13）和所述下母排（14）分别设置于所述单体电池（11）的顶端和底端，所述上母排（13）和所述下母排（14）内均设有若干电连接片（15），所述电连接片（15）电连接相邻所述单体电池（11）的端部以串联所述电池组（100）内的所述单体电池（11）。

9.根据权利要求8所述的家用储能电源，其特征在于，所述电池组（100）还包括：

升降驱动件，所述升降驱动件的输出端与所述上母排（13）连接，所述升降驱动件能够驱动所述上母排（13）升降，所述升降驱动件与所述BMS电池管理系统通讯连接。