CN202616809U

CN202616809U - 一种电池模块、一种电池系统及一种直流屏电源系统

Info

Publication number: CN202616809U
Application number: CN 201120568732
Authority: CN
Inventors: 赵元勋; 皮帆; 林雪
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2021-12-30

Abstract

本实用新型公开了一种电池模块(10)、一种电池系统(100)及一种直流屏电源系统。该电池模块(10)包括电池组模块(1)、与该电池组模块(1)中的每个电池串连接的多条充电支路、以及与该电池组模块(1)中的每个电池串连接的多条放电支路，该电池模块(10)还包括充电接触器(KM1)，该充电接触器(KM1)与每条所述充电支路连接，每条所述放电支路上还分别串联有一个第二二极管，所述第二二极管的导通方向与所述电池组模块(1)的放电方向相同。该电池模块(10)、电池系统(100)以及直流屏电源系统既能满足新型储能电池正常的充放电，又能保证直流屏对外不间断供电功能。

Description

一种电池模块、一种电池系统及一种直流屏电源系统

技术领域

本实用新型涉及电网电源，特别涉及一种电池模块、一种电池系统及一种直流屏电源系统。

背景技术

现有的直流屏电源系统一般采用铅酸电池，当电网正常工作时，来自电网的交流电经整流后，通过直流屏电源系统输出直流电为负载供电，在此过程中，铅酸电池处于浮充状态，当电网掉电时，铅酸电池可以立即对外放电，实现不间断供电的要求。但是，铅酸电池存在使用寿命短，能量密度低，污染高等缺点，不满足经济、环保要求，且不适用于对空间要求较高的场所。

近几年，新型电池技术得到高速发展，如锂电池、铁电池，其特点为体积小、能量高，寿命长、环保无污染、安全性高。但是新型电池存在不能浮充的特点，即电池充电完成后需与电网断开，否则将造成电池损坏。直接用新型电池替换铅酸电池，不能实现不间断供电的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对新型电池不能浮充，因而无法替代铅酸电池满足电网不间断供电的需求的问题，提供一种采用新型电池仍能够满足电网不间断供电的需求的一种电池模块、一种电池系统、以及一种直流屏电源系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电池模块，该电池模块包括电池组模块、与该电池组模块中的每个电池串连接的多条充电支路、以及与该电池组模块中的每个电池串连接的多条放电支路，该电池模块还包括充电接触器，该充电接触器与每条所述充电支路连接，每条所述放电支路上还分别串联有一个第二二极管，所述第二二极管的导通方向与所述电池组模块的放电方向相同。

优选地，所述电池串中的每个单体电池为不可预充电池。

优选地，所述电池模块还包括多个第一二极管，每条所述充电支路上分别串联有一个所述第一二极管，且所述第一二极管的导通方向与所述电池组模块的充电方向相同。

本实用新型还提供了一种电池系统，该电池系统包括电池模块、用于对该电池模块充电的充电回路、以及用于对该电池模块放电的放电回路，所述充电回路和所述放电回路上分别连接有充电开关模块和放电开关模块，所述电池模块为本实用新型提供的电池模块，所述充电回路与所述电池模块中的所述多条充电支路连接，所述放电回路与所述电池模块中的所述多条放电支路连接。

优选地，所述充电开关模块包括多个充电开关，每条所述充电支路分别与一个充电开关连接，所述放电开关模块包括多个放电开关，每条所述放电支路分别与一个放电开关连接。

优选地，所述放电回路上还连接有放电接触器。

本实用新型还提供了一种直流屏电源系统，该电源系统包括用于为直流母线供电的直流电源模块、用于通过放电为直流母线供电的电池系统、用于为所述电池系统充电的充电模块、以及用于对电池系统的充电和放电进行控制的监控模块，所述监控模块与所述电池系统连接，所述电池系统为本实用新型提供的电池系统，所述充电模块通过所述电池系统的充电回路与所述电池系统连接，所述电池系统通过所述放电回路与直流母线连接。

优选地，在市电正常时，所述直流电源模块的输出端电压略大于所述电池系统的电池模块中的电池组模块的输出端电压。

优选地，在所述电池系统的电池模块中的电池组模块充电过程中，所述直流电源模块的输出端电压略大于所述充电模块的直流输出端电压，且所述充电模块的直流输出端电压略大于所述电池系统的电池模块中的电池组模块的输出端电压。

优选地，该电源系统还包括报警模块，该报警模块与所述监控模块连接。

采用本实用新型提供的电池模块，在每条放电支路上分别串联一个第二二极管，并使得所述第二二极管的导通方向与电池组模块的放电方向相同，在操作时，将用于为直流母线供电的直流电源模块的输出端电压设置为略大于电池组模块的输出端电压，由此，当市电正常时，由直流电源模块为直流母线供电，根据二极管的单向导通特性，电池模块中的电池组模块不会对外放电，并且直流母线也不会对电池组模块充电（充电接触器要断开），避免了对电池的浮充；当市电异常或停电时，由于直流电源模块的输出端电压或过低或波动或为零，使得直流电源模块的输出端电压低于电池组模块的输出端电压，满足第二二极管的导通条件，由此通过电池组模块放电来为直流母线供电，此过程无开关器件动作，转换时间为零，可以实现不间断供电，并且避免了对电池的浮充。并且由于电池模块还包括与每条充电支路连接的充电接触器，可以在电池组模块需要充电时，通过控制充电接触器闭合来使电池组模块处于充电状态，当电池组模块充电完毕，可以控制充电接触器断开，避免对电池的浮充。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型提供的电池模块的结构示意图；

图2是本实用新型提供的电池系统的电气连接示意图；

图3是本实用新型提供的直流屏电源系统的结构示意图。

附图标记说明

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

直流屏电源系统的主要作用是为二次负载设备提供高质量的直流不间断电源，广泛应用于发电厂、变电站、工矿企业、石油化工以及新能源领域，直流屏电源系统主要包括用于为直流母线供电的直流电源模块、用于通过放电为直流母线供电的电池系统、用于为所述电池系统中的电池模块充电的充电模块、以及用于对电池系统的充电和放电进行控制的监控模块。直流屏电源系统的工作原理为，在市电正常情况下，由直流电源模块为直流母线供电，在市电异常或停电情况下，由电池系统中的电池模块为直流母线供电，从而实现直流屏电源系统对外不间断供电的功能。

如图1所示，本实用新型提供的电池模块10包括电池组模块1、与该电池组模块1中的每个电池串连接的多条充电支路、以及与该电池组模块1中的每个电池串连接的多条放电支路，该电池模块10还包括充电接触器KM1，该充电接触器KM1与每条所述充电支路连接，每条所述放电支路上还分别串联有一个第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m，所述第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m的导通方向与所述电池组模块1的放电方向相同。

优选地，所述电池串中的每个单体电池为不可预充电池。

所述电池模块10包括电池组模块1，用于在市电异常或停电情况下为直流母线供电。根据本实用新型的技术方案，在电池模块10的每条放电支路上分别串联一个第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m，并使得所述第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m的导通方向与电池组模块1的放电方向相同，在市电正常时，将用于为直流母线供电的直流电源模块的输出端电压设置为略大于电池组模块1的输出端电压，由于直流电源模块正常工作，为直流母线供电，此时直流电源模块的输出端电压略大于电池组模块1的输出端电压，即不满足第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m的单向导通条件，根据二极管的单向导通特性，电池模块10中的电池组模块1不会对外放电，并且直流母线也不会对电池组模块1充电，避免了对电池的浮充；当市电异常或停电时，由于直流电源模块的输出端电压或过低或波动或为零，使得直流电源模块的输出端电压低于电池组模块1的输出端电压，满足第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m的导通条件，由此通过电池组模块1放电来为直流母线供电。由于上述供电过程的切换无开关器件动作，转换时间为零，可以实现直流母线的不间断供电，并且避免了对电池的浮充。将所述直流电源模块的输出端电压设置为略大于电池组模块1的输出端电压是为了避免第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m满足导通条件，所述直流电源模块的输出端电压的大小只要满足使得电池组模块1不会对外放电即可。

根据本实用新型的技术方案，电池模块10还包括与每条充电支路连接的充电接触器KM1，所述充电接触器KM1为可控开关，可以通过直流屏电源系统中的监控模块来控制充电接触器KM1的闭合和断开，由此，在电池组模块1需要充电时，可以通过控制充电接触器KM1闭合来使电池组模块1处于充电状态，当电池组模块1充电完毕，可以控制充电接触器KM1断开，由此可以避免对电池的浮充，克服新型电池不能浮充的特点。

优选情况下，如图1所示，所述电池模块10还包括多个第一二极管D1₁D1₂,…,D1_m，每条所述充电支路上分别串联有一个所述第一二极管D1₁,D1₂,…,D1_m，且所述第一二极管D1₁,D1₂,…,D1_m的导通方向与所述电池组模块1的充电方向相同。

根据本实用新型的技术方案，当市电正常且判断电池组模块1需要充电时，需要将用于为电池模块10充电的充电模块102的直流输出端电压设置为略大于电池组模块1的输出端电压，同时将所述直流电源模块101的输出端电压设置为略大于所述充电模块102的直流输出端电压，由此，可以通过直流屏电源系统中的监控模块下发充电指令，控制充电接触器KM1闭合，此时满足第一二极管D1₁,D1₂,…,D1_m的导通条件，因此充电模块对电池组模块1进行充电。所述第一二极管D1₁,D1₂,…,D1_m的主要作用是对电池组模块1起到瞬时过压保护作用，由于第一二极管D1₁,D1₂,…,D1_m具有一定的导通时间，因此避免了充电模块对电池组模块1造成的瞬时过压的伤害。

将所述直流电源模块的输出端电压设置为略大于电池组模块1的输出端电压是为了避免第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m满足导通条件，所述直流电源模块的输出端电压的大小只要满足使得电池组模块1不会对外放电即可。将所述直流电源模块101的输出端电压设置为略大于所述充电模块102的直流输出端电压是为了避免第二二极管D2₁,D2₂,…,D2_m满足导通条件，保证在充电时充电模块102仅对电池模块10充电而不对直流母线放电，只要将所述直流电源模块的输出端电压设置为使得充电模块102不会对直流母线放电即可。

当电池组模块1的输出端电压达到充电截止电压时，可以通过监控模块控制充电接触器KM1断开以防止电池组模块1处于过充状态。这样可以保证电池的使用寿命，并且可以实现电池的最大能量存储。

本实用新型还提供了一种电池系统100，如图2所示，该电池系统100包括电池模块、用于对该电池模块充电的充电回路、以及用于对该电池模块放电的放电回路，所述充电回路和所述放电回路上分别连接有充电开关模块21和放电开关模块22，所述电池模块为本实用新型提供的电池模块10，所述充电回路与所述电池模块10中的多条充电支路连接，所述放电回路与所述电池模块10中的多条放电支路连接。

所述充电开关模块21包括多个充电开关K1₁，K1₂，…,K1_m，每条所述充电支路分别与一个充电开关K1₁，K1₂，…,K1_m连接，所述放电开关模块22包括多个放电开关K2₁，K2₂，…,K2_m，每条所述放电支路分别与一个放电开关K2₁，K2₂，…,K2_m连接。

所述电池组模块1包括多个电池串，每个电池串由多个单节电池串联组成，每个电池串与每条所述充电支路和放电支路串联。当电池组模块1处于充电状态时，可以通过直流屏电源系统中的监控模块实时监测每个电池串中的单节电池的电压，当连接在某一条充电支路上的某一个单节电池的电压高于充电截止电压时，监控模块会控制充电开关K1₁，K1₂，…,K1_m中与该充电支路串联的开关断开，而与其他充电支路串联的充电开关不动作，这样即可保证电池的使用寿命，又可实现电池的最大能量存储；当电池组模块1处于放电状态时，可以通过监控模块实时监测每个电池串中的单节电池的电压，当连接在某一条放电支路上的某一个单节电池的电压低于放电截止电压时，监控模块103会控制放电开关K2₁，K2₂，…,K2_m中与该放电支路串联的放电开关断开，而与其他放电支路串联的放电开关不动作，这样既可保证电池的使用寿命，又可实现电池电能的最大化利用。

优选情况下，如图2所示，所述放电回路上还连接有放电接触器KM2。所述放电接触器KM2为可控开关，当电池组模块1处于过放电状态时，可以通过监控模块及时控制放电接触器KM2断开，保证电池的使用安全和使用寿命，可以通过所述放电接触器KM2和所述放电开关K2₁，K2₂，…，K2_m来对所述电池组模块1进行双重保护。

本实用新型还提供了一种直流屏电源系统，如图3所示，该电源系统包括用于为直流母线供电的直流电源模块101、用于通过放电为直流母线供电的电池系统、用于为所述电池系统充电的充电模块102、以及用于对电池系统的充电和放电进行控制的监控模块103，所述监控模块103与所述电池系统连接，所述电池系统为本实用新型提供的电池系统100，所述充电模块102通过所述电池系统100的充电回路与所述电池系统100连接，所述电池系统100通过所述放电回路与直流母线连接。

所述监控模块103为用于对外接设备进行信息采集、分析、并输出相应的控制指令的控制装置，例如可以为PLC或单片机，所述监控模块103用于：实时监测母线电压、电流信息及设备内部主要开关器件的状态信息；控制电池系统100的充放电状态；实时监测电池组模块1的状态信息，在检测到电池故障信息时控制充电开关模块21或放电开关模块22中与该节电池串联的开关断开，将故障处理最小化，并且保证供电的可靠性；将采集到的信息上传给上位机系统。

为了实现电池故障报警，优选情况下，本实用新型提供的直流屏电源系统还包括报警模块104，该报警模块104与所述监控模块103连接。该报警模块104可以为单独的报警装置，可以通过来自监控模块103的故障状态信息进行实时报警，也可以与监控模块103集成为一体，通过将故障状态信息上传给上位机系统以使上位机系统及时发出报警信号。本实用新型不对报警模块104的实现方式进行限定。

采用本实用新型提供的电池模块10、电池系统100及直流屏电源系统，可以实现直流母线的不间断供电，并且避免了对电池的浮充。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种电池模块（10），该电池模块（10）包括电池组模块（1）、与该电池组模块（1）中的每个电池串连接的多条充电支路、以及与该电池组模块（1）中的每个电池串连接的多条放电支路，其特征在于，该电池模块（10）还包括充电接触器（KM1），该充电接触器（KM1）与每条所述充电支路连接，每条所述放电支路上还分别串联有一个第二二极管，所述第二二极管的导通方向与所述电池组模块（1）的放电方向相同。

2.根据权利要求1所述的电池模块（10），其特征在于，所述电池串中的每个单体电池为不可预充电池。

3.根据权利要求1所述的电池模块（10），其特征在于，所述电池模块（10）还包括多个第一二极管，每条所述充电支路上分别串联有一个所述第一二极管，且所述第一二极管的导通方向与所述电池组模块（1）的充电方向相同。

4.一种电池系统（100），该电池系统（100）包括电池模块、用于对该电池模块充电的充电回路、以及用于对该电池模块放电的放电回路，所述充电回路和所述放电回路上分别连接有充电开关模块（21）和放电开关模块（22），其特征在于，所述电池模块为权利要求1-3中任一项权利要求所述的电池模块（10），所述充电回路与所述电池模块（10）中的所述多条充电支路连接，所述放电回路与所述电池模块（10）中的所述多条放电支路连接。

5.根据权利要求4所述的电池系统（100），其特征在于，所述充电开关模块（21）包括多个充电开关，每条所述充电支路分别与一个充电开关连接，所述放电开关模块（22）包括多个放电开关，每条所述放电支路分别与一个放电开关连接。

6.根据权利要求4所述的电池系统（100），其特征在于，所述放电回路上还连接有放电接触器（KM2）。

7.一种直流屏电源系统，该电源系统包括用于为直流母线供电的直流电源模块（101）、用于通过放电为直流母线供电的电池系统、用于为所述电池系统充电的充电模块（102）、以及用于对电池系统的充电和放电进行控制的监控模块（103），所述监控模块（103）与所述电池系统连接，其特征在于，所述电池系统为权利要求4所述的电池系统（100），所述充电模块（102）通过所述电池系统（100）的充电回路与所述电池系统（100）连接，所述电池系统（100）通过所述放电回路与直流母线连接。

8.根据权利要求7所述的直流屏电源系统，其特征在于，在市电正常时，所述直流电源模块（101）的输出端电压略大于所述电池系统（100）的电池模块中的电池组模块（1）的输出端电压。

9.根据权利要求7所述的直流屏电源系统，其特征在于，在所述电池系统（100）的电池模块中的电池组模块（1）充电过程中，所述直流电源模块（101）的输出端电压略大于所述充电模块（102）的直流输出端电压，且所述充电模块（102）的直流输出端电压略大于所述电池系统（100）的电池模块中的电池组模块（1）的输出端电压。

10.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，该电源系统还包括报警模块（104），该报警模块（104）与所述监控模块（103）连接。