CN221263393U - 分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组包括多个储能模组，各储能模组相互串联后形成所述分布式储能模组的对外供电电源；所述电压均衡装置包括：备用电源单元，其通过所述供电电源取电；从控单元，其有多个，分别对应各储能模组而获取各储能模组的输出电压；主控单元，其通信连接各从控单元以获取各储能模组的输出电压；其中，所述备用电源单元通过一辅助电源总线提供第一电源，所述从控单元从控单元通过所述辅助电源总线提供第二电源；所述从控单元和所述主控单元通过所述第一电源或者所述第二电源供电。

Description

分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，尤其涉及一种分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组。

背景技术

分布式储能中，多个模组分开制造、运输并在使用终端组装，有时也会不同批次电池应用在同一簇的情况，导致模组与模组之间的电压不一致，进而导致电池簇的充放电容量减少。

当前解决模组电压不一致的方案主要有两种，1：依靠BMS主动均衡或被动均衡，使得模组电压一致。主动均衡价格较高、容易损坏，被动均衡速度慢、能量消耗高。2：使用补电设备，在模组组装前将每个模组充电到电压一致，这种方法需要人工干预，且实际操作难度较大，常用方法是将所有模组耗空后组装到一起，再对整电池簇充电，耗时耗力。

实用新型内容

本实用新型的一目的在于提供了分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组电压均衡装置，其能够自动检测各储能模组的电量，并基于电量的不同情况来自动均衡各储能模组的电量。

本实用新型的另一目的在于提供了分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组电压均衡装置的主控单元与从控单元之间通过通讯总线连接，主控单元收集各个从控单元提供的输出电压信息后，发送指令使得输出电压最高的从控单元使能对应从控辅助电源，从而达到消耗对应模组电量，进而达到簇各个模组电压相近的目的。

本实用新型的另一目的在于提供了分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组电压均衡装置的从控辅助电源可由隔离式DC-DC电源组成；原边由对应储能模组供电，副边与从控防反二极管串联，从控防反二极管另一端与使能开关串联，使能开关与辅助电源总线串联，进而能够在使能开关导通时通过对应的储能模组为从控辅助电源供电，并通过从控辅助电源向辅助电源总线提供第二电源，当使能开关断开后，断开储能模组与辅助电源总线之间的供电回路。

本实用新型的另一目的在于提供了分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组电压均衡装置的所述CAN总线将主控单元与所有从控单元并联在同一通讯总线上，所述主控单元可以通过所述CAN总线获取各从控单元的信息，以获得各储能模组的输出电压，进而根据各输出电压有选择地接通或者断开对应从控单元的使能开关，以达到均衡各储能模组的电量的目的。

本实用新型的另一目的在于提供了分布式储能模组电压均衡装置及分布式储能模组，其中所述分布式储能模组电压均衡装置基于备用电源防反二极管，可以防止所述辅助电源总线由第二电源供电时，所述备用电源单元被倒灌。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种分布式储能模组电压均衡装置，所述分布式储能模组包括多个储能模组，各储能模组相互串联后形成所述分布式储能模组的对外供电电源；所述电压均衡装置包括：

备用电源单元，其通过所述供电电源取电；

从控单元，其有多个，分别对应各储能模组而获取各储能模组的输出电压；

主控单元，其通信连接各从控单元以获取各储能模组的输出电压；

其中，所述备用电源单元通过一辅助电源总线提供第一电源，所述从控单元通过所述辅助电源总线提供第二电源；所述从控单元和所述主控单元通过所述第一电源或者所述第二电源供电。

根据本实用新型的一实施例，所述从控单元包括：

从控辅助电源，其输入端电连接对应储能模组的输出端，输出端电连接所述辅助电源总线；

从控MCU，其通过一从控通讯模块电连接所述主控单元；

使能开关，其电连接于所述从控辅助电源的输出端与所述辅助电源总线之间，且受控地连接于所述从控MCU，以被接通或者关断，其中在接通时，所述从控辅助电源通过所述使能开关向所述辅助电源总线提供第二电源。

根据本实用新型的一实施例，所述第二电源的电电压大于所述第一电源的供电电压。

根据本实用新型的一实施例，所述从控单元还包括：

从控防反二极管，其阳极电连接所述从控辅助电源的输出端，阴极电连接所述使能开关。

根据本实用新型的一实施例，所述从控辅助电源包括隔离式DC-DC电源，其原边由对应储能模组的输出端供电，副边依次通过所述从控防反二极管以及所述使能开关后电连接至所述辅助电源总线。

根据本实用新型的一实施例，所述主控单元包括：

主控MCU，其通过一主控通讯模块通信连接所述从控通讯模块。

根据本实用新型的一实施例，所述主控通讯模块与所述从控通讯模块之间通过CAN总线通讯。

根据本实用新型的一实施例，所述备用电源单元包括：

备用电源隔离电源，其输入端通过所述供电电源取电，输出端电连接所述辅助电源总线，以为所述辅助电源总线提供所述第一电源。

根据本实用新型的一实施例，备用电源隔离电源的输出端通过一备用电源防反二极管电连接所述辅助电源总线，所述备用电源防反二极管阳极电连接所述备用电源隔离电源的输出端，阴极连接所述辅助电源总线。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种分布式储能模组，包括如上述第一方面提供的电压均衡装置。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例中一种分布式储能模组电压均衡装置的电路原理示意图；

图2是本实用新型一实施例中一种分布式储能模组电压均衡装置的进一步细化原理示意图。

具体实施方式

下面将详细地对本实用新型的实施例进行说明，下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。显然，所描述的实施例仅仅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。

需要理解的是，在本实用新型所有实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。“耦接”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连而形成联动关系，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

当前解决模组电压不一致的方案主要有两种，1：依靠BMS主动均衡或被动均衡，使得模组电压一致。主动均衡价格较高、容易损坏，被动均衡速度慢、能量消耗高。2：使用补电设备，在模组组装前将每个模组充电到电压一致，这种方法需要人工干预，且实际操作难度较大，常用方法是将所有模组耗空后组装到一起，再对整电池簇充电，耗时耗力。基于此，本实用新型提供了一种分布式储能模组电压均衡装置，其能够自动检测各储能模组的电量，并基于电量的不同情况来自动均衡各储能模组的电量。

请参阅图1~图2，基于图1~图2，本实用新型提供的一种分布式储能模组电压均衡装置被具体阐释。其中，如图1所示，给出了本实用新型一实施例中所述分布式储能模组电压均衡装置的电路原理示意图；可见，所述分布式储能模组电压均衡装置至少包括备用电源单元20、从控单元30、主控单元40以及辅助电源总线50。其中：

所述分布式储能模组10包括多个储能模组101，各储能模组101相互串联后形成所述分布式储能模组10的对外供电电源；

所述备用电源单元20，其通过所述供电电源取电；

所述从控单元30，其有多个，分别对应各储能模组101而获取各储能模组101的输出电压；

所述主控单元40，其通信连接各从控单元30以获取各储能模组101的输出电压；

其中，所述备用电源单元20通过所述辅助电源总线50提供第一电源，所述从控单元30从控单元30通过所述辅助电源总线50提供第二电源；所述从控单元30和所述主控单元40通过所述第一电源或者所述第二电源供电。

进而，所述第一电源和所述第二电源之间将基于供电电压的高低被择一地选择以通过所述辅助电源总线50为所述主控单元40以及所述从控单元30供电。

一实施例中，所述第二电源的电电压大于所述第一电源的供电电压，进而在所述第二电源作用于所述辅助电源总线50时，所述第一电源将不再对所述辅助电源总线50进行输出。

本实用新型基于上述方案，主控单元40通过监控各从控单元30提供的各储能模组101的输出电压来判断各储能模组101的电量，若各储能模组101的电量均衡（例如各储能模组101的输出电压之间的差距在指定范围内），则通过所述备用电源单元20基于所述辅助电源总线50为主控单元40以及各从控单元30提供第一电源；若识别到某一储能模组101的输出电压偏高（例如与其他储能模组101的输出电压的差距超过了指定范围），则判定为该储能模组101的电量高于其他储能模组101，进而该电量偏高的储能模组101对应的从控单元30将从该储能模组101取电，并为所述辅助电源总线50提供第二电源，以达到消耗该储能模组101的电量来为其他从控单元30以及主控单元40供电，以平衡各储能模组101的电量的目的；若识别到某一储能模组101的输出电压偏低（例如与其他储能模组101的输出电压的差距超过了指定范围），则判定为该储能模组101的电量低于其他储能模组101，进而该电量偏低的储能模组101对应的从控单元30将阻止从该储能模组101取电为所述辅助电源总线50提供第二电源，且其他储能模组101对应的从控单元30将从对应的储能模组101取电来为所述辅助电源总线50提供第二电源，以达到消耗其他储能模组101的电量来为其他从控单元30以及主控单元40供电，以平衡各储能模组101的电量的目的。

进而，主控单元40与从控单元30之间通过通讯总线连接，主控单元40收集各个从控单元30提供的输出电压信息后，发送指令使得输出电压最高的从控单元30使能对应从控辅助电源，从而达到消耗对应模组电量，进而达到簇各个模组电压相近的目的。

在一些实施例中，如图2所示，所述从控单元30包括：

从控辅助电源，其输入端电连接对应储能模组101的输出端，输出端电连接所述辅助电源总线50；

从控MCU，其通过一从控通讯模块电连接所述主控单元40；

使能开关，其电连接于所述从控辅助电源的输出端与所述辅助电源总线之间，且受控地连接于所述从控MCU，以被接通或者关断，其中在接通时，所述从控辅助电源通过所述使能开关向所述辅助电源总线50提供第二电源。

在一些实施例中，如图2所示，所述从控单元30还包括：

从控防反二极管，其阳极电连接所述从控辅助电源的输出端，阴极电连接所述使能开关。

在一些实施例中，如图2所示，所述从控辅助电源包括隔离式DC-DC电源，其原边由对应储能模组101的输出端供电，副边依次通过所述从控防反二极管以及所述使能开关后电连接至所述辅助电源总线50。

具体举例中，所述从控辅助电源可由隔离式DC-DC电源组成；原边由对应储能模组101供电，副边与从控防反二极管串联，从控防反二极管另一端与使能开关串联，使能开关与辅助电源总线50串联，进而能够在使能开关导通时通过对应的储能模组101为从控辅助电源供电，并通过从控辅助电源向辅助电源总线50提供第二电源，当使能开关断开后，断开储能模组101与辅助电源总线50之间的供电回路。

进一步地举例中，所述使能开关可采用但不限于继电器、可控硅、MOS管等电子开关或者各电子开关的组合所形成的具有电路通断功能的元件或者组件。

在一些实施例中，如图2所示，所述主控单元40包括：

主控MCU，其通过一主控通讯模块通信连接所述从控通讯模块。

在一些实施例中，所述主控通讯模块与所述从控通讯模块之间通过CAN总线60通讯。进而，所述CAN总线60将主控单元40与所有从控单元30并联在同一通讯总线上，所述主控单元40可以通过所述CAN总线60获取各从控单元30的信息，以获得各储能模组101的输出电压，进而根据各输出电压有选择地接通或者断开对应从控单元30的使能开关，以达到均衡各储能模组101的电量的目的。

在一些实施例中，如图2所示，所述备用电源单元20包括：

备用电源隔离电源，其输入端通过所述供电电源取电，输出端电连接所述辅助电源总线50，以为所述辅助电源总线50提供所述第一电源。

在一些实施例中，如图2所示，备用电源隔离电源的输出端通过一备用电源防反二极管电连接所述辅助电源总线50，所述备用电源防反二极管阳极电连接所述备用电源隔离电源的输出端，阴极连接所述辅助电源总线50。进而，基于所述备用电源防反二极管，可以防止所述辅助电源总线50由第二电源供电时，所述备用电源单元20被倒灌。

在本实用新型的一未图示的实施例中，还提供了一种分布式储能模组101，其包括如上述实施例中提供的所述电压均衡装置。

进一步地举例中，如图2所示，所述分布式储能模组10共包含3个储能模组101（如图2中的电池模组1、电池模组2和电池模组3），每个电池模组为16串1并组成方式，系统额定电压为153.6V，电压范围144~177.6V。

所述分布式储能模组101电压均衡装置中：

从控辅助电源选择金升阳VCB4812SBO-20WR3，额定输出电压15V/10W；

备用电源隔离电源选择金升阳PV50-25B12，额定输出12V/50W；

通讯总线采用CAN通讯，主控通讯单元及从控通讯单元基于川土微CA-IS3062设计。

则工作原理具体阐明如下：

正常工作时，所有电池模组的使能开关断开。辅助电源总线50由备用电源单元20供电，电压12V。

若电池模组1损坏，用一个新的电池模组替代电池模组1，此时主控MCU通过CAN通讯检测到电池模组1电压过高，发送指令使电池模组1对应的从控单元30动作，从控单元30的从控MCU将对应使能开关闭合，此时电池模组1的从控辅助电源输出电压15V并为辅助电源总线50供电。备用电源单元20防反二极管负极电压15V，正极电压12V，工作在截止状态，整个系统的负载均由电池模组1供电（即由电池模组1为所有从控单元30和主控单元40提供第二电源），电池模组1的耗电大于其他电池模组（电池模组2和电池模组3）。随着持续耗电，主控MCU检测到电池模组1与其他电池模组的输出电压相近，发送指令使电池模组1对应的从控单元30动作，断开对应使能开关，系统进入正常工作状态，由备用电源单元20供电（即第一电源）。

若电池模组1损坏，用一个新的电池模组替代电池模组1，此时主控MCU通过CAN通讯检测到电池模组1电压过低，发送指令使电池模组2和电池模组3对应的从控单元30动作，电池模组2和电池模组3对应的从控MCU将对应的使能开关闭合，此时电池模组2和电池模组3的从控辅助电源输出电压15V并为辅助电源总线50供电（即由电池模组2和电池模组3为所有从控单元30和主控单元40提供第二电源）。备用电源单元20防反二极管负极电压15V，正极电压12V，工作在截止状态，整个系统的负载均由电池模组2和电池模组3供电，电池模组2和电池模组3的耗电大于电池模组1。电池模组2和电池模组3持续耗电，因从控防反二极管的存在，虽然具体电池模组2和电池模组3的耗电量不可计算，但不会互相影响。当主控MCU检测到电池模组2的输出电压和电池模组1电压相近时，发送指令使电池模组2对应的使能开关断开，之后由电池模组3为辅助电源总线50供电，直到整簇所有电池模组电压相近后，断开电池模组3的使能开关，所有使能开关均断开，系统进入正常工作由备用电源单元20供电（即第一电源）。

进而，主控单元40完成BMS工作，包括驱动继电器（使能开关）、对外通讯等。从控单元30完成电芯电压采样（即各电池模组的输出电压采样），同时驱动使能开关，使辅助电源总线50由从控辅助电源供电。主控单元40与从控单元30之间通过通讯总线连接，主控单元40收集各个从控单元30提供的输出电压信息后，发送指令使得输出电压最高的从控单元30使能对应从控辅助电源，从而达到消耗对应模组电量，进而达到簇各个模组电压相近的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“一种具体实施方式”、“具体实施过程”、“一种举例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，上述术语的示意性表述对应描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

另外需要说明的是，上述各实施例之间可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述，即，在后（记载于文本的先后顺序）实施例所公开的技术方案应该包括记载于该实施例的技术方案和记载于该实施例之前的所有实施例中的技术方案。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种分布式储能模组电压均衡装置，所述分布式储能模组包括多个储能模组，各储能模组相互串联后形成所述分布式储能模组的对外供电电源；其特征在于，所述电压均衡装置包括：

备用电源单元，其通过所述供电电源取电；

从控单元，其有多个，分别对应各储能模组而获取各储能模组的输出电压；

主控单元，其通信连接各从控单元以获取各储能模组的输出电压；

其中，所述备用电源单元通过一辅助电源总线提供第一电源，所述从控单元通过所述辅助电源总线提供第二电源；所述从控单元和所述主控单元通过所述第一电源或者所述第二电源供电。

2.根据权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，所述从控单元包括：

从控辅助电源，其输入端电连接对应储能模组的输出端，输出端电连接所述辅助电源总线；

从控MCU，其通过一从控通讯模块电连接所述主控单元；

使能开关，其电连接于所述从控辅助电源的输出端与所述辅助电源总线之间，且受控地连接于所述从控MCU，以被接通或者关断，其中在接通时，所述从控辅助电源通过所述使能开关向所述辅助电源总线提供第二电源。

3.根据权利要求2所述的电压均衡装置，其特征在于，所述第二电源的电电压大于所述第一电源的供电电压。

4.根据权利要求2所述的电压均衡装置，其特征在于，所述从控单元还包括：

从控防反二极管，其阳极电连接所述从控辅助电源的输出端，阴极电连接所述使能开关。

5.根据权利要求4所述的电压均衡装置，其特征在于，所述从控辅助电源包括隔离式DC-DC电源，其原边由对应储能模组的输出端供电，副边依次通过所述从控防反二极管以及所述使能开关后电连接至所述辅助电源总线。

6.根据权利要求2所述的电压均衡装置，其特征在于，所述主控单元包括：

主控MCU，其通过一主控通讯模块通信连接所述从控通讯模块。

7.根据权利要求6所述的电压均衡装置，其特征在于，所述主控通讯模块与所述从控通讯模块之间通过CAN总线通讯。

8.根据权利要求1所述的电压均衡装置，其特征在于，所述备用电源单元包括：

备用电源隔离电源，其输入端通过所述供电电源取电，输出端电连接所述辅助电源总线，以为所述辅助电源总线提供所述第一电源。

9.根据权利要求8所述的电压均衡装置，其特征在于，备用电源隔离电源的输出端通过一备用电源防反二极管电连接所述辅助电源总线，所述备用电源防反二极管阳极电连接所述备用电源隔离电源的输出端，阴极连接所述辅助电源总线。

10.一种分布式储能模组，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电压均衡装置。