CN215772576U - 一种电池装置和供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池装置和供电系统，所述电池装置包括若干电池模组和若干第一DC/DC变换器；电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；各第一DC/DC变换器均为隔离型DC/DC变换器且与各电池模组一一对应，其第一侧分别连接一电池模组，其第二侧彼此并接于一公共端；各第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与公共端间的电压变换。所述供电系统包括上述电池装置和变流装置，变流装置接入该电池装置以使电池模组通过两级DC/DC连接到直流母线，适于降低电池模组的输出电压进而提高人员安全性，使得供电系统适于通过使用该电池装置实现扩容，且由于采用了隔离型DC/DC变换器，使得电池模组自身具有较好的安全性、寿命得到保障。

Description

一种电池装置和供电系统

技术领域

本实用新型涉及电池及应用电池供电的技术领域，尤其涉及一种电池装置和供电系统。

背景技术

目前，UPS被广泛采用。在市电异常时，UPS通常切换到电池供电状态来保证对负载的不间断电能供应。而随着负载水平的提升，UPS的输出功率也需要随之提升，这就要求在电池供电状态下电池组件的输出功率也能对应匹配。

现有UPS中，电池组件通常由多个电池包构成，在需要扩容时一般也是通过串联更多的电池包或采用具有更多单体电池的电池包来实现。但由于UPS内部的DC/DC变换器的电压增益不大，使得在扩容时需要串入较多的电池导致电池组件的输出电压较高，这对操作和维护电池组件的人员安全造成了一定影响。

此外，由于市电电网常常发生浪涌现象，导致电池组件常常遭受电网的浪涌冲击，对电池包自身寿命造成了一定影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的至少一种缺陷或问题，提供一种电池装置和供电系统，供电系统适于通过使用该电池装置实现扩容，不仅具有较好的人员安全性，电池组件自身的寿命和稳定性也能得到保障。

本实用新型的第一方面提供一种电池装置，包括：若干电池模组，所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；若干与各电池模组一一对应的第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器；各所述第一DC/DC变换器的第一侧分别连接一电池模组，各第一DC/DC变换器的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置的外连接端；各所述第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与所述外连接端间的电压变换。

进一步的，各所述电池模组内的电芯单元数量相同，且每一电池模组的最大输出电压均低于65V。

进一步的，所述电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成。

进一步的，所述第一DC/DC变换器为双向DC/DC变换器，其第一侧和第二侧分别为低压侧和高压侧。

进一步的，各所述第一DC/DC变换器为正激型DC/DC变换器、反激型DC/DC变换器、推挽型DC/DC变换器、全桥型DC/DC变换器或半桥型DC/DC变换器中的一种。

进一步的，各所述第一DC/DC变换器均为全桥型双向DC/DC变换器，其包括：第一开关网络，其被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关与第三开关、第二开关与第四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第一开关网络具有第一DC侧和第一AC侧；第二开关网络，其被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第五开关与第七开关、第六开关与第八开关分别串联并构成开关桥臂；所述第二开关网络具有第二DC侧和第二AC侧；变压器，其第一侧绕组连接所述第一开关网络的第一AC侧，其第二侧绕组连接所述第二开关网络的第二AC侧；其中，所述第一开关网络的第一DC侧和所述第二开关网络的第二DC侧分别构成所述第一DC/DC变换器的第一侧和第二侧。

进一步的，所述第一DC/DC变换器还包括谐振槽网络，其包括彼此耦合且设于所述变压器的第二侧绕组与所述第二开关网络的第二AC侧之间的电感器和电容器。

本实用新型的第二方面提供一种供电系统，包括：电池装置，其如前述技术方案中任一项所述；变流装置，其包括电池端、直流母线和第二DC/DC变换器；所述电池端连接所述外连接端；所述第二DC/DC变换器两侧分别连接所述电池端和直流母线，并用以实现所述电池端与直流母线间的电压变换。

进一步的，所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；所述AC/DC变换器和DC/AC变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器的交流侧输出交流电；所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：

(1)电池装置包括若干第一DC/DC变换器，每一第一DC/DC变换器均与对应的电池模组耦合以将电池模组的输出电压变换后并联输出，从而无需通过大幅提高电池模组的输出电压来对应用该电池装置的供电系统实现扩容。换言之，在电池模组本身输出较低电压的情况下，上述电池装置在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电系统的需求；而在需要维护时，由于电池模组的输出电压不高，则可以较为安全地对电池模组进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池装置在维护和操作时的人员安全性。

不仅如此，由于第一DC/DC变换器采用了隔离型DC/DC变换器，尤其适用于将电池装置应用于不间断电源场景，无需在电池装置和电网之间设置专用的隔离开关，就可以有效隔离电网对电池装置内的电池模组产生的浪涌冲击，从而在降低了成本的情况下提高了电池模组自身的安全性、稳定性和寿命。

(2)各所述电池模组内的电芯单元数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生；而每一电池模组的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。

(3)电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，寿命长且放电稳定，从而提升了电池装置的放电性能。

(4)第一DC/DC变换器为双向DC/DC变换器，使得电池装置可用于储能供电场景。

(5)第一DC/DC变换器具体可采用各种常用的隔离型DC/DC拓扑，应用范围广。

(6)第一DC/DC变换器具体采用全桥型双向DC/DC拓扑，并具有谐振槽网络，增益比调节范围大，可实现软开关，稳定性好。

(7)供电系统包括前述的电池装置和变流装置，变流装置接入该电池装置以使电池模组通过两级DC/DC连接到直流母线，在电池模组本身输出较低电压的情况下仍能保证电池装置在工作时具有一定的输出电压以满足供电系统的需求，人员可以较为安全地对电池模组进行维护操作，因而供电系统以电池装置作为物质基础，继承并实现了其全部优势，适于扩容。

此外，电池装置通过第一连接器与第二连接器连接直接接入变流装置的电池端，而非直流母线，无需对现有变流装置进行改造，通用性较好。

(8)变流装置内具有AC/DC变换器和DC/AC变换器，使得供电系统实质上构成了适于扩容的UPS电源，在电池供电状态下能够稳定地为负载供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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为本实用新型实施例电池装置的拓扑图；

图2为本实用新型实施例第一DC/DC变换器的电路拓扑图；

图3为本实用新型实施例供电系统的拓扑图。

附图标记说明：电池装置10；电池模组11；第一DC/DC变换器12；外连接端13；变流装置20；电池端21；AC/DC变换器22；DC/AC变换器23；第二DC/DC变换器24；电子旁路开关25。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“连接”，可以包含直接连接也可以包含间接连接；如使用术语“耦合”，指的是两电气部分在连接后具有特定的电路功能。

参照图1-2，本实用新型实施例提供一种电池装置10，其包括若干电池模组11和若干第一DC/DC变换器12。

所述电池模组11包括若干彼此串接的电芯单元，各电池模组11所包含的电芯单元的数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。本实施例中，各所述电芯单元均由两个彼此并联的单体锂电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，从而提升了电池装置的放电性能。此外，每一单体电池均为锂电池，寿命长且放电稳定。在其他实施例中，所述电芯单元也可以直接由一个单体电池构成。本实施例中，所述电池模组11的最大输出电压均低于65V，优选为51.2V，保证了人员维护的安全性。

各所述第一DC/DC变换器12与各电池模组11一一对应，且其第一侧分别连接一电池模组11，其第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置的外连接端13。各第一DC/DC变换器12分别用于实现对应电池模组11与所述外连接端13间的电压变换。本实施例中，各所述第一DC/DC变换器12为隔离型DC/DC，具体可采用正激型DC/DC变换器、反激型DC/DC变换器、推挽型DC/DC变换器、全桥型DC/DC变换器或半桥型DC/DC变换器中的一种。进一步的，各第一DC/DC变换器12为双向DC/DC变换器，其第一侧和第二侧分别为低压侧和高压侧，使得电池装置10可用于储能供电场景。

作为一种示例，图2中示出了本实施例的第一DC/DC变换器12，其为全桥型双向DC/DC变换器，并包括第一开关网络、第二开关网络、变压器和谐振槽网络。

所述第一开关网络被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4。所述第一开关S1与第三开关S3、第二开关S2与第四开关S4分别串联并构成开关桥臂。所述第一开关网络具有第一DC侧和第一AC侧。其中，第一开关网络的两开关桥臂的端点构成所述第一DC侧，第一开关网络的两桥臂的中点构成所述第一AC侧。所述第一开关网络的第一DC侧还构成所述第一DC/DC变换器12的第一侧。

所述第二开关网络被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第五开关S5、第六开关S6、第七开关S7和第八开关S8。所述第五开关S5与第七开关S7、第六开关S6与第八开关S8分别串联并构成开关桥臂。所述第二开关网络具有第二DC侧和第二AC侧。其中，第二开关网络的两桥臂的端点构成所述第二DC侧，第二开关网络的两开关桥臂的中点构成所述第二AC侧。所述第二开关网络的第二DC侧还构成所述第一DC/DC变换器12的第二侧。

所述变压器的第一侧绕组连接所述第一开关网络的第一AC侧，其第二侧绕组连接所述第二开关网络的第二AC侧。

所述谐振槽网络包括彼此耦合且设于所述变压器的第二侧绕组与所述第二开关网络的第二AC侧之间的电感器L1和电容器C1。

本实施例中，上述各可控开关可采用IGBT管，且第一DC/DC变换器12采用了全桥型双向DC/DC拓扑，并具有谐振槽网络，增益比调节范围大，可实现软开关，稳定性好。此外，可以理解的，且由于全桥型双向DC/DC拓扑的工作原理已为本领域所知，故不再赘述。

由此可见，电池装置10包括若干第一DC/DC变换器12，每一第一DC/DC变换器12均与对应的电池模组11耦合以将电池模组11的输出电压变换后并联输出，从而无需通过大幅提高电池模组11的输出电压来对应用该电池装置10的供电系统实现扩容。换言之，在电池模组11本身输出较低电压的情况下，上述电池装置10在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电系统的需求；而在需要维护时，由于电池模组11的输出电压不高，则可以较为安全地对电池模组11进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池装置10在维护和操作时的人员安全性。不仅如此，由于第一DC/DC变换器12采用了隔离型DC/DC变换器，尤其适用于将电池装置10应用于不间断电源场景，无需在电池装置10和电网之间设置专用的隔离开关，就可以有效隔离电网对电池装置10内的电池模组11产生的浪涌冲击，从而在降低了成本的情况下提高了电池模组11自身的安全性、稳定性和寿命。

进一步参照图3，本实用新型实施例还提供一种供电系统，其包括变流装置20和前述的电池装置10。

所述变流装置包括电池端21、直流母线和第二DC/DC变换器24。所述电池端21连接所述外连接端13，具体可通过一组彼此耦合的大功率快接插头实现电连接。所述第二DC/DC变换器24的低压侧和高压侧分别连接所述电池端21和直流母线，并用以实现所述电池端21与直流母线间的电压变换。

本实施例中，所述变流装置20具有UPS功能，其还包括AC/DC变换器22、DC/AC变换器23和电子旁路开关25。所述AC/DC变换器22和DC/AC变换器23的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器22的交流侧接入交流电源(如市电或柴油发电机)，所述DC/AC变换器23的交流侧输出交流电并连接交流负载。所述电子旁路开关25的两端分别连接所述AC/DC变换器22的交流侧和DC/AC变换器23的交流侧，以在需要时将DC/AC变换器23旁路处理。

示例性的，本实施例的供电系统在工作时，直流母线的电压大致稳定在400V，当处于电池供电状态时，电池装置10的电池模组12的输出电压为51.2V，经各第一DC/DC变换器13进行电压变换后以200V的电压输出，第二DC/DC变换器24将电池端21接入的200V电压进行变换后以400V的电压输出至直流母线并实现电压匹配。

可以看出，本实施例的供电系统包括电池装置10和变流装置20。电池装置10包括电池模组11和第一DC/DC变换器12，该第一DC/DC变换器12与电池模组11耦合以将电池模组的输出电压变换后输出。而变流装置20具有第二DC/DC变换器24和直流母线，其通过接入该电池装置10以使电池模组11通过两级DC/DC变换器连接到直流母线，在电池模组11本身输出较低电压的情况下仍能保证电池装置10在工作时具有一定的输出电压以满足供电系统的需求。而在需要维护时，由于电池模组11的输出电压不高，操作人员可以较为安全地对电池模组11进行维护操作。因而，在采用了上述电池装置10后，供电系统无需通过大幅提高电池模组11的输出电压来进行扩容，这有效提高了电池装置11在维护和操作时的人员安全性，并使得供电系统适于扩容。此外，电池装置10直接接入变流装置20的电池端，而非直流母线，从而无需对现有变流装置20进行改造，通用性较好。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电池装置，其特征在于，包括：

若干电池模组，所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；

若干与各电池模组一一对应的第一DC/DC变换器，所述第一DC/DC变换器为隔离型DC/DC变换器；各所述第一DC/DC变换器的第一侧分别连接一电池模组，各第一DC/DC变换器的第二侧彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池装置的外连接端；各所述第一DC/DC变换器分别用于实现对应电池模组与所述外连接端间的电压变换。

2.如权利要求1所述的电池装置，其特征在于：各所述电池模组内的电芯单元数量相同，且每一电池模组的最大输出电压均低于65V。

3.如权利要求1所述的电池装置，其特征在于：所述电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成。

4.如权利要求1所述的电池装置，其特征在于：所述第一DC/DC变换器为双向DC/DC变换器，其第一侧和第二侧分别为低压侧和高压侧。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电池装置，其特征在于：各所述第一DC/DC变换器为正激型DC/DC变换器、反激型DC/DC变换器、推挽型DC/DC变换器、全桥型DC/DC变换器或半桥型DC/DC变换器中的一种。

6.如权利要求5所述的电池装置，其特征在于，各所述第一DC/DC变换器均为全桥型双向DC/DC变换器，其包括：

第一开关网络，其被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；所述第一开关与第三开关、第二开关与第四开关分别串联并构成开关桥臂；所述第一开关网络具有第一DC侧和第一AC侧；

第二开关网络，其被配置为全桥开关网络，并包括均被配置为可控开关的第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第五开关与第七开关、第六开关与第八开关分别串联并构成开关桥臂；所述第二开关网络具有第二DC侧和第二AC侧；

变压器，其第一侧绕组连接所述第一开关网络的第一AC侧，其第二侧绕组连接所述第二开关网络的第二AC侧；

其中，所述第一开关网络的第一DC侧和所述第二开关网络的第二DC侧分别构成所述第一DC/DC变换器的第一侧和第二侧。

7.如权利要求6所述的电池装置，其特征在于：所述第一DC/DC变换器还包括谐振槽网络，其包括彼此耦合且设于所述变压器的第二侧绕组与所述第二开关网络的第二AC侧之间的电感器和电容器。

8.一种供电系统，其特征在于，包括：

电池装置，其如权利要求1-7中任一项所述；

变流装置，其包括电池端、直流母线和第二DC/DC变换器；所述电池端连接所述外连接端；所述第二DC/DC变换器两侧分别连接所述电池端和直流母线，并用以实现所述电池端与直流母线间的电压变换。

9.如权利要求8所述的供电系统，其特征在于：所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述AC/DC变换器和DC/AC变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器的交流侧输出交流电；

所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。

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