CN217087559U - 一种储能装置及电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种储能装置及电源系统，涉及储能技术领域，该储能装置包括检测模块、均衡控制器、串联的N个退役电池包以及与N个退役电池包对应连接的N个泄能模块，各退役电池包均包括BMS控制器，检测模块与各退役电池包连接，均衡控制器与检测模块、各泄能模块及各BMS控制器连接，以控制待均衡的退役电池包通过对应的泄能模块泄能，使待均衡的退役电池包的电池参数达到均衡截止参数，实现N个退役电池包之间的被动均衡，本申请无需将各退役电池包进行拆解、排筛及重新组合，也无需重新设计BMS控制器，降低了开发成本，通过检测模块、泄能模块及均衡控制器的设置实现各退役电池包之间的能量均衡，并将其再次应用，节省了人力资源。

Description

一种储能装置及电源系统

技术领域

本实用新型涉及储能领域，特别是涉及一种储能装置及电源系统。

背景技术

电池包作为一种常见的供电电源，目前广泛应用于各种用电设备中。通常情况下，用电设备中包括多个电池包，每个电池包中包括BMS控制器及多个单体电池，各个单体电池在使用过程中很可能出现容量衰减、内阻变大等问题，最终导致各个电池包之间的容量、SOC(State of charge，电池荷电状态)等参数均出现较大差异，各个电池包之间的能量不均衡，从而不能再满足对于该用电设备的供电。

现有技术中为了将上述退役的电池包再次应用，通常将各个电池包依次拆解，并对每个电池包中的单体电池进行排筛，将排筛后的各个单体电池重新组合成新的电池包，同时针对每个新的电池包重新设计与之对应的BMS控制器以实现对新的电池包中的单体电池的管控。但是，拆解、排筛及组合的过程需要大量的资源投入，需要专业性很强的技术人员操作，而且设计研发BMS控制器也使得成本增大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种储能装置及电源系统，降低了开发成本，通过检测模块、泄能模块及均衡控制器的设置实现各退役电池包之间的能量均衡，并将其再次应用，节省了人力资源。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种储能装置，包括：

电池包模块，包括串联的N个退役电池包，各所述退役电池包均包括BMS控制器，其中，N为不小于1的整数；

与N个所述退役电池包一一对应连接的N个泄能模块；

均衡控制模块，包括检测模块和均衡控制器，其中，所述检测模块分别与各所述退役电池包及所述均衡控制器连接，用于检测各所述退役电池包的功能参数并输出至所述均衡控制器；

所述均衡控制器还与各所述泄能模块及各所述BMS控制器连接，用于根据所述功能参数确定所述电池包模块处于待均衡状态时，根据各所述BMS控制器传输的电池参数控制待均衡的退役电池包通过对应的所述泄能模块泄能，以使待均衡的退役电池包的电池参数达到均衡截止参数。

优选的，所述检测模块包括电量计量模块，所述电量计量模块用于确定所述电池包模块本次从充电开始至充电结束的总充电电量，且所述电量计量模块还用于将所述总充电电量输出至所述均衡控制器。

优选的，还包括双向电压转换模块、主回路开关及主控制模块；

所述主回路开关的第一端与所述电池包模块连接，所述主回路开关的第二端与所述双向电压转换模块的第一端连接，所述主回路开关的控制端与所述主控制模块连接，用于基于所述主控制模块的开关信号，在所述电池包模块处于充电状态或放电状态时导通，在所述电池包模块处于非充电状态且非放电状态时关断；

所述检测模块通过所述双向电压转换模块及所述主回路开关与各所述退役电池包连接且所述检测模块的第一端与所述双向电压转换模块的第二端连接；

所述双向电压转换模块的控制端与所述主控制模块连接，用于基于所述主控制模块的转换信号，在所述电池包模块处于所述充电状态时将与所述检测模块的第二端连接的电网输入的交流电转换成直流电后输出至所述电池包模块，在所述电池包模块处于所述放电状态时将所述电池包模块输出的直流电转换成交流电后输出至与所述检测模块的第二端连接的用电设备。

优选的，各所述泄能模块均包括泄能电阻及可控开关；

所述可控开关的控制端与所述均衡控制器连接，用于在对应的所述退役电池包为待均衡的退役电池包时导通；在对应的所述退役电池包为非待均衡的退役电池包时断开；

所述泄能电阻与所述可控开关串联，所述串联后的电路的一端与对应的退役电池包的正极连接，所述串联后的电路的另一端与对应的所述退役电池包的负极连接。

优选的，所述可控开关为继电器。

优选的，各所述泄能模块均还包括保护模块；

所述保护模块与所述泄能电阻及所述可控开关串联，用于限流。

优选的，所述保护模块为熔断器。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种电源系统，包括如上述所述的储能装置。

本实用新型提供了一种储能装置及电源系统，该储能模块包括电池包模块、N个泄能模块及均衡控制模块，且均衡控制模块包括检测模块及均衡控制器，具体的，该电池包模块中的N个退役电池包串联，检测模块与各退役电池包连接，均衡控制器与检测模块、各泄能模块及各BMS控制器连接，均衡控制器根据功能参数确定电池包模块处于待均衡状态时，根据各BMS控制器传输的电池参数控制待均衡的退役电池包通过对应的泄能模块泄能，以使待均衡的退役电池包的电池参数达到均衡截止参数，最终实现N个退役电池包之间的被动均衡，均衡后的储能装置可以直接进行后续应用。可见，本申请无需将各退役电池包进行拆解、排筛及重新组合，也无需重新设计BMS控制器，降低了开发成本，通过检测模块、泄能模块及均衡控制器的设置实现各退役电池包之间的能量均衡，并将其再次应用，节省了人力资源。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种储能装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种储能装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种储能装置及电源系统，降低了开发成本，通过检测模块、泄能模块及均衡控制器的设置实现各退役电池包之间的能量均衡，并将其再次应用，节省了人力资源。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型提供的一种储能装置的结构示意图。

该储能装置，包括电池包模块、N个泄能模块2和均衡控制模块3，其中，电池包模块包括串联的N个退役电池包1，各退役电池包1均包括BMS控制器，其中，N为不小于1的整数；N个泄能模块2与N个退役电池包1一一对应连接；均衡控制模块3包括检测模块31和均衡控制器32，其中，检测模块31分别与各退役电池包1及均衡控制器32连接，用于检测各退役电池包1的功能参数并输出至均衡控制器32；均衡控制器32还与各泄能模块2及各BMS控制器连接，用于根据功能参数确定电池包模块处于待均衡状态时，根据各BMS控制器传输的对应的退役电池包1的电池参数控制待均衡的退役电池包1通过对应的泄能模块2泄能，以使待均衡的退役电池包1的电池参数达到均衡截止参数。

本实施例中，考虑到现有技术中为了实现对各个退役电池包1的再次应用，需要拆解电池包、排筛单体电池及设计对应的BMS控制器，因此耗费大量的资源、成本及人力。为解决上述技术问题，本申请提供了一种储能装置，可以直接实现对各个退役电池包1的能量均衡及再次应用。

如图1所示，首先需要说明的是，图1中受限于图片展示篇幅，这里以N＝2为例对该储能装置的具体连接结构进行了说明。该储能装置包括电池包模块、N个泄能模块2及均衡控制模块3，且均衡控制模块3包括检测模块31和均衡控制器32，各个部分的连接方式已在上述说明，此处不再赘述。

具体的，首先需要说明的是，为了尽量保证该储能装置的使用性能，这里串联的N个退役电池包1具体可以为性能相近，即具有较好的一致性的N个退役电池包1。每个退役电池包1中均包括BMS控制器，该BMS控制器可以实现相对应的退役电池包1中各个单体电池的管控，在此不作限定。

均衡控制模块3中的均衡控制器32可以根据检测模块31传输的功能参数确定电池包模块是否处于待均衡状态，并在该电池包模块处于待均衡状态时根据获取到的各退役电池包1中的BMS控制器传输的该退役电池包1的电池参数，来控制待均衡的退役电池包1通过与之对应的泄能模块2泄能，当各个待均衡的退役电池包1的电池参数均达到所述均衡截止参数时，本次均衡结束。需要说明的是，这里的均衡截止参数为所有的退役电池包1对应的电池参数中的最小值，于是，通过上述均衡控制模块3的设置可以保证以最小的电池参数为基准，直到将各个退役电池包1的电池参数均调至该基准，从而实现对多个退役电池包1的能量被动均衡，便于后续应用；其他实施例中，这里的电池参数可以为各退役电池包1的实时输出电压，也可以为各退役电池包1的实时输出电流，在此不作特别的限定。

还需要说明的是，这里是以各个待均衡的退役电池包1的电池参数均达到均衡截止参数作为所述均衡结束的条件，在其他实施例中，也可以使用大功率的稳压二极管或电压比较电路来判定是否结束对各退役电池包1的均衡，在此不作特别的限定，根据实际需求对应的设置即可。

综上，本申请提供了一种储能装置，通过该储能装置的设置，将N个退役电池包1串联，均衡控制器32在电池包模块处于待均衡状态时根据各BMS控制器传输的对应的退役电池包1的电池参数控制待均衡的退役电池包1通过对应的泄能模块2泄能，最终实现N个退役电池包1之间的能量均衡，均衡后的储能装置可以直接进行后续应用。可见，本申请无需将各退役电池包1进行拆解、排筛及重新组合，也无需重新设计BMS控制器，降低了开发成本，通过检测模块31、泄能模块2及均衡控制器32的设置实现各退役电池包1之间的能量均衡，并将其再次应用，节省了人力资源。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施例，检测模块31包括电量计量模块，电量计量模块用于确定电池包模块本次从充电开始至充电结束的总充电电量，且电量计量模块还用于将总充电电量输出至所述均衡控制器。

本实施例中，该检测模块31可以包括电量计量模块，电量计量模块的具体连接方式在上述已经阐述，此处不再赘述。本实施例给出了一种通过电量计量模块计算电池包模块的总充电电量的变化值来实现各个退役电池包1之间的能量均衡的方式。首先，电池包模块中的各退役电池包1可以充电也可以放电，考虑到各退役电池包1处于放电状态时其内部的各单体电池本身的差异性就会较大，各对应的BMS控制器很可能本身就不会对该放电过程中的单体电池进行均衡控制，于是本实施例中以各退役电池包1在充电结束时进行被动均衡为例进行说明，当然，电量计量模块用于以电池包模块从放电开始至放电结束的总放电电量，以便均衡控制模块3基于该总放电电量确定电池包模块处于待均衡状态时获取各退役电池包1的电池参数的方案，也落在本申请的保护范围之中。

具体的，电量计量模块的通讯接口与均衡控制器32的通讯接口连接，该电量计量模块可以确定本次电池包模块从充电开始至充电结束的整个过程的总充电电量，并将该总充电电量传输至均衡控制器32，此时，均衡控制器32可以首先判断是否为第一次均衡；若是第一次均衡，则继续判断本次的总充电电量/预设总充电电量是否不大于预设均衡阈值，需要说明的是，考虑到该储能装置中的电池包模块在装配完成后首次进行充电时并不一定能达到满载状态，于是这里的预设总充电电量可以为该电池包模块在装配完成后的第二次充电时的总充电电量；且这里之所以要设置预设均衡阈值的原因在于，各退役电池包1很可能在一定次数的充放电过程内，并不会呈现出很明显的差异性，也即不需要在每次充电过程后均执行本申请中的均衡控制逻辑。因此，若不大于所述预设均衡阈值，说明此次并不需要进行均衡；若大于所述预设均衡阈值，说明此次需要进行均衡，则确定电池包模块处于待均衡状态，以便均衡控制器32执行其自身的均衡控制逻辑。需要说明的是，具体的，各BMS控制器也可以通过通讯将对应的退役电池包1的电池参数实时传输至均衡控制器32，于是此处均衡控制器32的执行逻辑具体可以为在确定电池包模块处于待均衡状态将此时各BMS控制器传输的电池参数作为均衡依据，执行自身的均衡控制逻辑；当然也可以为各BMS控制器只有在接收到均衡控制器32的读取信息信号时才将对应的退役电池包1的电池参数传输至均衡控制器32，而均衡控制器32只有在确定电池包模块处于待均衡状态时才会发送上述读取信息信号，在此不作特别的限定。

若不是第一次均衡，则继续判断本次的总充电电量/存储数据是否不大于所述预设均衡阈值，其中，这里的存储数据为该均衡控制模块3存储的在上一次均衡后电池包模块第一次充电的总充电电量；若不大于所述预设均衡阈值，则说明此次并不需要进行均衡；若大于所述预设均衡阈值，说明此次需要进行均衡，则确定电池包模块处于待均衡状态，以便均衡模块执行其自身的均衡控制逻辑。还需要说明的是，在各退役电池包1均衡控制结束之后，还需要记录本次为第几次均衡，以及在该次均衡之后电池包模块第一次充电的总充电电量，以将上述两部分内容作为存储数据存储。

此外，本实施例中以电池包模块的总充电电量作为判定电池包模块是否需要均衡的条件，其他实施例中，还可以统计本次充电量和上次充电量的比值，当该比值小于设定值时启动均衡，也可以比较每次充电完成后的各退役电池包1的电压的差异(则对应的电量计量模块可以为电压检测模块)或者各退役电池包1的SOC值的差异(则对应的电量计量模块可以为SOC检测模块)作为是否需要对各退役电池包1进行均衡的判定条件，在此不作特别的限定。

可见，依据上述电量计量模块的设置以及均衡控制器32的设置，相较于采用主动均衡方式(即在各退役电池包1的电量存在差异时将电量高的退役电池包1的电量均衡给电量低的退役电池包1的电量，需要耐压能力很强的多个开关的方式)，均衡成本更低，简化了电路结构。

作为一种优选的实施例，还包括双向电压转换模块4、主回路开关5及主控制模块6；主回路开关5的第一端与电池包模块连接，主回路开关5的第二端与双向电压转换模块4的第一端连接，主回路开关5的控制端与主控制模块6连接，用于基于主控制模块6的开关信号，在电池包模块处于充电状态或放电状态时导通，在电池包模块处于非充电状态且非放电状态时关断；检测模块31通过双向电压转换模块4及主回路开关5与各退役电池包1连接且检测模块31的第一端与双向电压转换模块4的第二端连接；双向电压转换模块4的控制端与主控制模块6连接，用于基于主控制模块6的转换信号，在电池包模块处于充电状态时将与检测模块31的第二端连接的电网输入的交流电转换成直流电后输出至电池包模块，在电池包模块处于放电状态时将电池包模块输出的直流电转换成交流电后输出至与检测模块31的第二端连接的用电设备。

优选地，本实施例中，该储能模块还可以包括双向电压转换模块4、主回路开关5及主控制模块6，主回路开关5可以基于主控制模块6的开关信号，在电池包模块处于充电状态或放电状态时导通，在电池包模块处于非充电状态且非放电状态时关断，需要说明的是，本申请中的均衡控制器32进行均衡控制时，各退役电池包1此时所处的状态为泄能状态，即为这里所述的非充电状态且非放电状态，因此在均衡控制时，主回路开关5处于关断状态。

此外，主回路开关5包括但不限于为接触器，在此不作特别的限定，满足相应的耐压标准即可。

当电池包模块处于放电状态时，检测模块31的第二端连接的为用电设备，于是可以将电池包模块输出的直流电转换成交流电后输出至该用电设备；当电池包模块处于充电状态时，检测模块31的第二端连接的为电网，当然也可以连接其他的供电电源，于是可以将电网输入的交流电转换成直流电后输出至电池包模块。

具体的，请参照图2，图2以N＝2为例进行连接方式阐述，其中图2中受限于图片展示篇幅，将均衡控制器32以圆圈加附图标记的形式给出，由于电池包模块为由2个串联的退役电池包1组成，于是该电池包模块的正极和负极可以与主回路开关5的对应的第一端连接，主回路开关5对应的第二端可以与双向电压转换模块4的对应的第一端连接，进一步的，上述实施例中的电量计量模块具体可以设置于电网(或用电设备)与该双向电压转换模块4之间，以实现其自身的功能。

可见，通过双向电压转换模块4、主回路开关5及主控制模块6的设置可以可靠保证该储能装置的充电及放电。

作为一种优选的实施例，各泄能模块2均包括泄能电阻21及可控开关22；

可控开关22的控制端与均衡控制器32连接，用于在对应的退役电池包1为待均衡的退役电池包1时导通；在对应的退役电池包1为非待均衡的退役电池包1时断开；

泄能电阻21与可控开关22串联，串联后的电路的一端与对应的退役电池包1的正极连接，串联后的电路的另一端与对应的退役电池包1的负极连接。

本实施例中，每个泄能模块2均可以包括泄能电阻21及可控开关22，每个泄能模块2与每个退役电池包1存在一一对应的关系，以一个退役电池包1为例，当该退役电池包1为待均衡的退役电池包1时，均衡控制模块3控制待均衡的退役电池包1通过对应的所述泄能模块2泄能，即为控制对应的泄能模块2中的可控开关22导通，以使待均衡的退役电池包1中多余的电能通过对应的泄能电阻21转换为热能泄放掉，这里对于泄能电阻21的具体阻值不作限定，根据实际需求选取即可；当该退役电池包1为非待均衡的退役电池包1时，均衡控制器32控制对应的泄能模块2中的可控开关22关断，以使对应的该泄能模块2不工作。

具体的，可以采取图2所示的结构示意图进行电路连接。

此外，由于本申请在进行均衡时采用的是泄放电能的被动均衡控制，因此，通过对泄能电阻21阻值的合理选取可以保证该放电过程中的电流很小，进而使得对于各泄能电阻21及各可控开关22的耐压等级要求并不是特别严苛；而上述所述的主动均衡方式中对各个开关的耐压等级要求则很高。可见，相较于此，本申请提供的泄能模块2的设置方式，均衡成本更低，实用性更高。

作为一种优选的实施例，可控开关22为继电器。

本实施例中，各泄能模块2中的可控开关22可以为继电器，继电器具有控制可靠、体积小、使用寿命长等优点，且在本申请的设计下可以选用常见的小成本继电器即可，以简单可靠地实现本申请中各可控开关22的功能。

当然，该可控开关22也可以为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，在此不作特别的限定，根据实际需求设置即可。

作为一种优选的实施例，各泄能模块2均还包括保护模块23；保护模块23与泄能电阻21及可控开关22串联，用于限流。

本实施例中，进一步考虑到为了防止包括泄能电阻21及可控开关22的泄能模块2短路，该泄能模块2还可以包括保护模块23，用于限流，以保证各泄能模块2的可靠工作。

具体的，可以采取图2所示的结构示意图进行电路连接，且进一步的，作为拓展，以图2中左边的退役电池包1为例，这里的保护模块23也可以设置于该退役电池包1正极与主回路开关5连接的那条连接线路上，以实现对各退役电池包1的充放电保护，在此不作特别的限定。

作为一种优选的实施例，保护模块23为熔断器。

本实施例中，该保护模块23可以为熔断器，熔断器具有分断能力好、体积小、价格低等优点，可以简单可靠地实现本申请中各保护模块23的功能。

本实用新型还提供了一种电源系统，包括如上述所述的储能装置。

对于本实用新型中提供的电源系统的介绍请参照上述储能装置的实施例，此处不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种储能装置，其特征在于，包括：

电池包模块，包括串联的N个退役电池包，各所述退役电池包均包括BMS控制器，其中，N为不小于1的整数；

与N个所述退役电池包一一对应连接的N个泄能模块；

均衡控制模块，包括检测模块和均衡控制器，其中，所述检测模块分别与各所述退役电池包及所述均衡控制器连接，用于检测各所述退役电池包的功能参数并输出至所述均衡控制器；

所述均衡控制器还与各所述泄能模块及各所述BMS控制器连接，用于根据所述功能参数确定所述电池包模块处于待均衡状态时，根据各所述BMS控制器传输的电池参数控制待均衡的退役电池包通过对应的所述泄能模块泄能，以使待均衡的退役电池包的电池参数达到均衡截止参数。

2.如权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述检测模块包括电量计量模块，所述电量计量模块用于确定所述电池包模块本次从充电开始至充电结束的总充电电量，且所述电量计量模块还用于将所述总充电电量输出至所述均衡控制器。

3.如权利要求1所述的储能装置，其特征在于，还包括双向电压转换模块、主回路开关及主控制模块；

所述主回路开关的第一端与所述电池包模块连接，所述主回路开关的第二端与所述双向电压转换模块的第一端连接，所述主回路开关的控制端与所述主控制模块连接，用于基于所述主控制模块的开关信号，在所述电池包模块处于充电状态或放电状态时导通，在所述电池包模块处于非充电状态且非放电状态时关断；

所述检测模块通过所述双向电压转换模块及所述主回路开关与各所述退役电池包连接且所述检测模块的第一端与所述双向电压转换模块的第二端连接；

所述双向电压转换模块的控制端与所述主控制模块连接，用于基于所述主控制模块的转换信号，在所述电池包模块处于所述充电状态时将与所述检测模块的第二端连接的电网输入的交流电转换成直流电后输出至所述电池包模块，在所述电池包模块处于所述放电状态时将所述电池包模块输出的直流电转换成交流电后输出至与所述检测模块的第二端连接的用电设备。

4.如权利要求1至3任一项所述的储能装置，其特征在于，各所述泄能模块均包括泄能电阻及可控开关；

所述可控开关的控制端与所述均衡控制器连接，用于在对应的所述退役电池包为待均衡的退役电池包时导通；在对应的所述退役电池包为非待均衡的退役电池包时断开；

所述泄能电阻与所述可控开关串联，所述串联后的电路的一端与对应的退役电池包的正极连接，所述串联后的电路的另一端与对应的所述退役电池包的负极连接。

5.如权利要求4所述的储能装置，其特征在于，所述可控开关为继电器。

6.如权利要求4所述的储能装置，其特征在于，各所述泄能模块均还包括保护模块；

所述保护模块与所述泄能电阻及所述可控开关串联，用于限流。

7.如权利要求6所述的储能装置，其特征在于，所述保护模块为熔断器。

8.一种电源系统，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的储能装置。

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