CN116885819A - 一种高压电池簇的混合均衡系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池均衡技术领域，公开了一种高压电池簇的混合均衡系统，该均衡系统包括：电池组；放电模块，一次侧与电池组电连接，二次侧用于输出电池组的放电电能；均衡母线，均衡母线的第一端与二次侧并联，均衡母线用于传输放电电能，并通过均衡母线的第二端输出；转换模块，转换模块的第一端与均衡母线的第二端电连接，转换模块用于将均衡母线的第二端输出的电压转换为用电模块所需电压，和/或转换模块用于将均衡母线的第二端输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至高压直流母线上；用电模块，至少包括主控制单元。本发明不仅实现了电池组与电池组之间的均衡，而且还提高了电能的利用率以及均衡效率，提高了系统的均衡电流。

Description

一种高压电池簇的混合均衡系统
技术领域
本发明涉及电池均衡技术领域，具体涉及一种高压电池簇的混合均衡系统。
背景技术
高压电池簇往往由多个电池包组成，电池包中往往包括多个电池组，而电池组可以由多个电芯串联而成。电池组中的电芯在充放电过程中，会由于某些电芯的充放电速度快于其他电芯，导致电芯之间的电量存在差异，造成电芯之间的不均衡，从而影响电池组之间的一致性。与此同时，还可能会导致电芯电压过高或过低，引发电池组内部的过充或过放现象，增加了电池簇的安全风险。
目前大多数的均衡方案是完全依靠旁路电阻的被动均衡方法，也即是，当其中有一个电芯需要帮助的时候，其它的电芯需要同时打开旁路电阻，将电能以热能的形式消耗掉，以此来降低其他电芯的充电速度，等待需要帮助的电芯将电量充上来，从而实现电芯之间的电压均衡。这种完全依靠被动均衡的方案会产生很多的热量，同时也限制了均衡电流不能过大，严重限制了均衡能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高压电池簇的混合均衡系统，以解决现有技术中采用旁路电阻的被动均衡方案会带来能量消耗且均衡电流受限的问题。
第一方面，本发明提供了一种高压电池簇的混合均衡系统，该均衡系统包括：
电池组；
放电模块，包括一次侧与二次侧，一次侧与电池组电连接，二次侧用于输出电池组的放电电能；
均衡母线，包括第一端与第二端，均衡母线的第一端与二次侧并联，均衡母线用于传输放电电能，并通过均衡母线的第二端输出；
转换模块，包括第一端与第二端，转换模块的第一端与均衡母线的第二端电连接，转换模块用于将均衡母线的第二端输出的电压转换为用电模块所需电压，和/或转换模块用于将均衡母线的第二端输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至高压直流母线上；其中，高压直流母线的一端与电池组串联，另一端与负载电连接；
用电模块，至少包括主控制单元，主控制单元用于控制电池组进行放电。
通过能量转移的方式来进行均衡，并不是完全依靠热量消耗。不仅实现了电池组与电池组之间的均衡，而且还提高了电能的利用率以及均衡效率，减小了能源消耗，提高了系统的均衡电流。并且还可以减小系统的发热量，降低系统发热的风险，提高系统安全性。
在一种可选的实施方式中，转换模块包括：
降压DC/DC电源模块，包括第一端与第二端，用于将均衡母线的第二端输出的电压降压至用电模块所需电压；
其中，降压DC/DC电源模块的第一端作为转换模块的第一端，与均衡母线的第二端电连接；降压DC/DC电源模块的第二端作为转换模块的第二端，与用电模块电连接。
可以通过降压DC/DC电源模块将均衡母线的输出电压降压至用电模块所需电压，例如24V，并为用电模块提供工作电压。有效的提高了电池组放电电能的利用率，节约电能，而且还可以保护用电模块不受过高电压的影响而损坏，提高系统的可靠性。
在一种可选的实施方式中，转换模块包括：升压DC/DC电源模块，包括第一端与第二端，用于将均衡母线的第二端输出的电压升压为高压直流母线所需电压；
其中，升压DC/DC电源模块的第一端作为转换模块的第一端，与均衡母线的第二端电连接；升压DC/DC电源模块的第二端作为转换模块的第二端，与高压直流母线电连接。
可以通过升压DC/DC电源模块将均衡母线的输出电压升压至高压直流母线所需电压，不仅可以在负载工作时，供负载使用，还可以通过高压直流母线导入电池簇中，减少电能损耗，有效的提高了电池组放电电能的利用率，且提高了充电效率和系统整体能源利用率。
在一种可选的实施方式中，高压电池簇包括多个串联的电池包，多个串联的电池组组成一个电池包，每个电池组包括串联的多个电芯，且一个电池组对应一个放电模块。
每个电池组对应设置一个放电模块，可以在对应电池组中出现多余电压时，通过对应的放电模块进行放电，并转移至均衡母线上，从而实现电池组与电池组之间的均衡。
在一种可选的实施方式中，高压电池簇包括8个或5个电池包，每个电池包包括4个电池组，每个电池组包括13个电芯。
提供了具体的电池包、电池组以及电芯的数量，符合产品的实际使用标准，从而确保整个高压电池簇的稳定性和可靠性。
在一种可选的实施方式中，放电模块还用于将电池组的电压转换为第一预设电压，均衡母线上的电压为第一预设电压。
在一种可选的实施方式中，第一预设电压为130V。
通过放电模块将电池组的电压转换为第一预设电压，可以稳定一些对电压波动敏感的元器件或开关电源等，确保元器件或开关电源等能够在合适的电压范围内正常工作，以提高系统的可靠性。
在一种可选的实施方式中，均衡系统还包括：
分控制单元，与主控制单元通信连接，用于根据主控制单元发送的控制指令，控制电池组进行放电。
可以通过分控制单元实现对电池组的精确控制，确保充放电过程的安全性和稳定性。
在一种可选的实施方式中，电池组与放电模块之间还设置有控制开关，控制开关的控制端与分控制单元通信连接；当控制开关处于导通状态时，电池组开始放电，当控制开关处于截止状态时，电池组停止放电。
控制开关可以起到安全保护的作用，当需要紧急停止放电时，可以通过控制开关迅速截断电池组的输出，提高系统的安全性。
在一种可选的实施方式中，用电模块还包括：储能消防系统，储能消防系统与转换模块的第二端电连接。
可以利用转换模块转换后的电压为储能消防系统提供工作电源，从而提高电池组放电电能的利用率，减小能源消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种高压电池簇的混合均衡系统的结构示意图。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
目前，大多数的均衡方案是完全依靠旁路电阻的被动均衡方法，例如，在标称1.5KV的电池簇中，有13*4*8＝416个电芯，当其中有一个电芯需要帮助的时候，其它的416-1＝415颗电芯需要同时打开旁路电阻，将电能以热能的形式消耗掉，以此来降低其它电芯的充电速度，等待需要帮助的电芯将电量充上来。这种完全依靠被动均衡的方案，不仅会产生很多的热量，同时也限制了均衡电流不能过大，严重限制了均衡能力。
而本发明实施例中，在均衡时无需同时打开其它所有的旁路电阻来消耗电能，只需要开启相同电池组内13S中的其余12颗电芯的旁路电阻即可，极大的减小了系统的发热量；而其它电池组则可以通过“放电模块”将电能转移到均衡母线上，供其它用电模块及负载使用。
具体地，本实施例中提供了一种高压电池簇的混合均衡系统，参照图1所示，为根据本发明实施例的高压电池簇的混合均衡系统的结构示意图，包括电池组1、放电模块2、均衡母线3、转换模块4、用电模块5，具体如下。
放电模块2，包括一次侧与二次侧，放电模块2的一次侧与电池组1电连接，放电模块2的二次侧用于输出电池组1的放电电能；
均衡母线3，包括第一端与第二端，均衡母线3的第一端与放电模块2的二次侧并联，均衡母线3用于传输放电电能，并通过均衡母线3的第二端输出；
转换模块4，包括第一端与第二端，转换模块4的第一端与均衡母线3的第二端电连接，转换模块4用于将均衡母线3的第二端输出的电压转换为用电模块5所需电压，和/或转换模块4用于将均衡母线3的第二端输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至高压直流母线上；其中，高压直流母线的一端与电池组1串联，另一端与负载电连接；负载可以为储能逆变器。
用电模块5，至少包括主控制单元51，主控制单元51用于控制电池组1进行放电。
本实施例中，电池组1中包括多个串联的电芯，用于存储电能，电池组1的两端与放电模块2的一次侧电连接，通过放电模块2可以将电池组1中存储的电能进行释放。其中，放电模块2可以采用隔离升压放电DC/DC模块。
电池簇中往往由多个电池包组成，而电池包可以由多个电池组1串联而成。当电池包中电池组与电池组之间的电压出现电压差时，则可以通过放电的方式，将电池组中多余的电能通过放电模块2，将电池组1输出的放电电能转移至均衡母线3上。而被帮助的电池组，则通过旁路电阻，将电池组内部电芯的电能以热能的形式消耗掉，极大的减小了系统的发热量，并且实现了电池组与电池组之间的均衡。
进一步地，转移至均衡母线3上的电能，可以通过转换模块4将均衡母线3输出的电压转换为用电模块5所需电压，并给用电模块5提供工作电源。并且，还可以通过转换模块4将均衡母线3输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至高压直流母线上，以用于为负载供电或导入电池簇中。
在本实施例中，可以仅通过转换模块4将均衡母线3输出的电压转换为用电模块5所需电压，也可以仅通过转换模块4将均衡母线3输出的电压转换为高压直流母线所需电压，也可以同时通过转换模块4将均衡母线3输出的电压转换为用电模块5所需电压，以及转换为高压直流母线所需电压。具体可以根据电池组的放电电能的大小进行决定。
本实施例中，将电池组的放电电能通过放电模块转移至均衡母线上，并通过转换模块将均衡母线输出的电压转换为了用电模块所需电压，供用电模块使用，还可以通过转换模块将均衡母线输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至高压直流母线。通过能量转移的方式来进行均衡，并不是完全依靠热量消耗。不仅实现了电池组与电池组之间的均衡，而且还提高了电能的利用率以及均衡效率，减小了能源消耗，提高了系统的均衡电流。并且还可以减小系统的发热量，降低系统发热的风险，提高系统安全性。
在一些可选的实施方式中，转换模块4包括：
降压DC/DC电源模块41，包括第一端与第二端，降压DC/DC电源模块41用于将均衡母线3的第二端输出的电压降压至用电模块5所需电压；
其中，降压DC/DC电源模块41的第一端作为转换模块4的第一端，与均衡母线3的第二端电连接；降压DC/DC电源模块41的第二端作为转换模块4的第二端，与用电模块5电连接。
本实施例中，可以通过降压DC/DC电源模块将均衡母线的输出电压降压至用电模块所需电压，例如24V，并为用电模块提供工作电压。有效的提高了电池组放电电能的利用率，节约电能，而且还可以保护用电模块不受过高电压的影响而损坏，提高系统的可靠性。
在一些可选的实施方式中，转换模块4包括：升压DC/DC电源模块42，包括第一端与第二端，升压DC/DC电源模块42用于将均衡母线3的第二端输出的电压升压为高压直流母线所需电压；
其中，升压DC/DC电源模块42的第一端作为转换模块4的第一端，与均衡母线3的第二端电连接；升压DC/DC电源模块42的第二端作为转换模块4的第二端，与高压直流母线电连接。
本实施例中，可以通过升压DC/DC电源模块将均衡母线的输出电压升压至高压直流母线所需电压，不仅可以在负载工作时，供负载使用，还可以通过高压直流母线导入电池簇中，减少电能损耗，有效的提高了电池组放电电能的利用率，且提高了充电效率和系统整体能源利用率。
在一些可选的实施方式中，高压电池簇包括多个串联的电池包，多个串联的电池组1组成一个电池包，每个电池组1包括串联的多个电芯，且一个电池组1对应一个放电模块2。
本实施例中，高压电池簇中往往包括多个串联的电池包，而每个电池包由多个电池组组成，电池组与电池组之间出现不均衡现象时，往往是由于电池组中的电芯出现了电容差异、内阻差异或电芯老化等问题，导致电芯在充放电过程中出现电压上升或下降不一致，从而导致电池组与电池组之间出现不均衡的现象。
每个电池组对应设置一个放电模块，可以在对应电池组中出现多余电压时，通过对应的放电模块进行放电，并转移至均衡母线上，从而实现电池组与电池组之间的均衡。
在一些可选的实施方式中，高压电池簇包括8个或5个电池包，每个电池包包括4个电池组1，每个电池组1包括13个电芯。
当高压电池簇包括8个电池包，每个电池包包括4个电池组1，每个电池组1包括13个电芯时，此时，高压电池簇可以高达1500V。当高压电池簇包括5个电池包，每个电池包包括4个电池组1，每个电池组1包括13个电芯时，此时，高压电池簇可以高达1000V。
高压电池簇包的电流输出能力取决于每个电芯的电流输出能力以及电池包和电池组的数量。本实施例中，提供了具体的电池包、电池组以及电芯的数量，符合产品的实际使用标准，从而确保整个高压电池簇的稳定性和可靠性。
在一些可选的实施方式中，放电模块2还用于将电池组1的电压转换为第一预设电压，均衡母线3上的电压为第一预设电压。
本实施例中，可以通过放电模块2将电池组1的电压转换为元器件、开关电源等通用电压。在一些可选的实施方式中，第一预设电压为310V，也可以为166V、200V、220V等。
本实施例中，通过放电模块将电池组的电压转换为第一预设电压，可以稳定一些对电压波动敏感的元器件或开关电源等，确保元器件或开关电源等能够在合适的电压范围内正常工作，以提高系统的可靠性。
在一些可选的实施方式中，均衡系统还包括：
分控制单元6，与主控制单元51通信连接，用于根据主控制单元51发送的控制指令，控制电池组1进行放电。
本实施例中，每个电池组可以对应一个分控制单元6，可以通过分控制单元6，控制电池组进行充电或放电，包括充电电流、放电电流和充放电时间等。可以通过分控制单元6实现对电池组的精确控制，确保充放电过程的安全性和稳定性。
在一些可选的实施方式中，电池组1与放电模块2之间还设置有控制开关7，控制开关7的控制端与分控制单元6通信连接；
当控制开关7处于导通状态时，电池组1开始放电，当控制开关7处于截止状态时，电池组1停止放电。
本实施例中，通过控制开关7可以实现对电池组的放电控制，通过分控制单元6与控制开关7的通信，可以灵活地控制电池组1的放电操作。当不需要进行放电时，及时截止控制开关可以减少能源的消耗。此外，控制开关7也起到安全保护的作用，当需要紧急停止放电时，可以通过控制开关7迅速截断电池组的输出，提高系统的安全性。
进一步地，主控制单元51还能够在各个电池组进行充电的过程中，通过分控制单元6监测各个电池组中串联电芯的电压状态。当分控制单元6在检测到电池组中的串联电芯的电压超过最高电压阈值时，向主控制单元51发送过充告警信号，使得主控制单元51向对应电池包中的分控制单元6发送控制启动信号，控制控制开关7导通。这样电压过高的电池组中的电能就可以通过放电模块2，将多余电能转移到均衡母线3上，可以避免出现过充的现象，从而保证各个电池组的安全。
当分控制单元6在检测到串联电芯的电压低于最低电压阈值时，向主控制单元51发送过放告警信号，使得主控制单元51向各个电池包中的分控制单元6发送控制停止信号，控制控制开关7截止，从而放电模块2停止放电，这样可以避免出现过放的现象，从而保证各个电池组的安全。
在一些可选的实施方式中，用电模块5还包括：储能消防系统52，储能消防系统52与转换模块4的第二端电连接。
本实施例中，还可以利用转换模块4转换后的电压为储能消防系统52提供工作电源，从而提高电池组放电电能的利用率，减小能源消耗。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种高压电池簇的混合均衡系统，其特征在于，所述均衡系统包括：
电池组(1)；
放电模块(2)，包括一次侧与二次侧，所述一次侧与所述电池组(1)电连接，所述二次侧用于输出所述电池组(1)的放电电能；
均衡母线(3)，包括第一端与第二端，所述均衡母线(3)的第一端与所述二次侧并联，所述均衡母线(3)用于传输所述放电电能，并通过所述均衡母线(3)的第二端输出；
转换模块(4)，包括第一端与第二端，所述转换模块(4)的第一端与所述均衡母线(3)的第二端电连接，所述转换模块(4)用于将所述均衡母线(3)的第二端输出的电压转换为用电模块(5)所需电压，和/或所述转换模块(4)用于将所述均衡母线(3)的第二端输出的电压转换为高压直流母线所需电压，并转移至所述高压直流母线上；其中，所述高压直流母线的一端与所述电池组(1)串联，另一端与负载电连接；
所述用电模块(5)，至少包括主控制单元(51)，所述主控制单元(51)用于控制所述电池组(1)进行放电。
2.根据权利要求1所述的均衡系统，其特征在于，所述转换模块(4)包括：
降压DC/DC电源模块(41)，包括第一端与第二端，用于将所述均衡母线(3)的第二端输出的电压降压至所述用电模块(5)所需电压；
其中，所述降压DC/DC电源模块(41)的第一端作为所述转换模块(4)的第一端，与所述均衡母线(3)的第二端电连接；所述降压DC/DC电源模块(41)的第二端作为所述转换模块(4)的第二端，与所述用电模块(5)电连接。
3.根据权利要求1所述的均衡系统，其特征在于，所述转换模块(4)包括：升压DC/DC电源模块(42)，包括第一端与第二端，用于将所述均衡母线(3)的第二端输出的电压升压为所述高压直流母线所需电压；
其中，所述升压DC/DC电源模块(42)的第一端作为所述转换模块(4)的第一端，与所述均衡母线(3)的第二端电连接；所述升压DC/DC电源模块(42)的第二端作为所述转换模块(4)的第二端，与所述高压直流母线电连接。
4.根据权利要求1至3任一所述的均衡系统，其特征在于，所述高压电池簇包括多个串联的电池包，多个串联的所述电池组(1)组成一个所述电池包，每个所述电池组(1)包括串联的多个电芯，且一个所述电池组(1)对应一个所述放电模块(2)。
5.根据权利要求4所述的均衡系统，其特征在于，所述高压电池簇包括8个或5个所述电池包，每个所述电池包包括4个所述电池组(1)，每个所述电池组(1)包括13个电芯。
6.根据权利要求1至3任一所述的均衡系统，其特征在于，所述放电模块(2)还用于将所述电池组(1)的电压转换为第一预设电压，所述均衡母线(3)上的电压为所述第一预设电压。
7.根据权利要求6所述的均衡系统，其特征在于，所述第一预设电压为310V。
8.根据权利要求1至3任一所述的均衡系统，其特征在于，还包括：
分控制单元(6)，与所述主控制单元(51)通信连接，用于根据所述主控制单元(51)发送的控制指令，控制所述电池组(1)进行放电。
9.根据权利要求8所述的均衡系统，其特征在于，所述电池组(1)与所述放电模块(2)之间还设置有控制开关(7)，所述控制开关(7)的控制端与所述分控制单元(6)通信连接；
当所述控制开关(7)处于导通状态时，所述电池组(1)开始放电，当所述控制开关(7)处于截止状态时，所述电池组(1)停止放电。
10.根据权利要求1至3任一所述的均衡系统，其特征在于，所述用电模块(5)还包括：储能消防系统(52)，所述储能消防系统(52)与所述转换模块(4)的第二端电连接。
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