CN104701943B - 电池***、电池单元组、电池控制***及方法 - Google Patents

电池***、电池单元组、电池控制***及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了电池***、电池单元组、电池控制***及方法。电池***包括：电池单元组和电池控制***；电池单元组包括串联的多个电池单元；电池单元包括输出控制单元和电芯组；输出控制单元连接电池单元的正负极与电芯组的正负极，以根据接收的电池控制***的指令调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；电芯组中的电芯之间串联；电池控制***连接电芯和电池单元以监测其电气参数，以及连接输出控制单元，以控制电芯电气参数或电池单元电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且调节其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。实现了在电芯或电池单元发生故障时保持电池***的原输出电压，降低了实现电池***冗余的成本。

Description

电池***、电池单元组、电池控制***及方法
技术领域
本申请涉及供电电源领域，具体涉及不间断供电电源领域，尤其涉及电池***、电池单元组、电池控制***及方法。
背景技术
随着云计算业务的高速发展，云数据中心基础设施建设也在向着标准化、模块化的方向发展。近年来随着锂电芯性能的不断提升、生产工艺的不断完善，采用锂电池***作为后备的机架分布式不间断电源(UPS)/高压直流(HVDC)***已经在数据中心有了小规模的应用。
目前的锂电池***，通常采用多个锂电芯串联以形成电池单元，再将多个锂电池单元串联成电池***。然而，这种锂电池***在电芯出现故障时，需要对整个电池***进行更换。为了防止更换电池***对机架分布式不间断电源(UPS)/高压直流(HVDC)***的电源备份造成影响，需要两个锂电池***并联以实现冗余，因此实现电池***冗余的成本较高。
发明内容
本申请提供了电池***、电池单元组、电池控制***及方法。
一方面，本申请提供了一种电池***，包括：电池单元组，包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的指令调节所述电池单元的输出电压或控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；所述电池控制***，连接所述电芯和所述电池单元以监测其电气参数，以及连接所述输出控制单元，以控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且调节其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。
在某些实施方式中，所述输出控制单元包括：直通子单元，连接于所述电池单元的正负极之间，用于根据接收的所述电池控制***的指令控制所述电池单元直通；调压子单元，连接于所述电芯组的正负极与所述电池单元的正负极之间，用于根据接收的所述电池控制***的指令调节所述电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。
在某些实施方式中，所述直通子单元包括：继电器、接触器或MOS管。
在某些实施方式中，所述调压子单元包括：DC/DC功率变换器、稳压管或低压差线性稳压器LDO。
在某些实施方式中，所述电池控制***包括：监测单元，连接所述电芯以监测电芯的电气参数，以及连接所述电池单元以监测电池单元的电气参数；直通指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；调压指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
在某些实施方式中，所述电芯组通过开关连接所述输出控制单元。
第二方面，本申请提供了一种电池单元组，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的指令调节所述电池单元的输出电压或控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联。
第三方面，本申请提供了用于电池单元组的电池控制***，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，以调节所述电池单元的输出电压或控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；所述电池控制***包括：监测单元，连接所述电芯以监测电芯的电气参数，以及连接所述电池单元以监测电池单元的电气参数；直通指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；调压指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节所述除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
第四方面，本申请提供了一种用于电池单元组的电池控制方法，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，以调节所述电池单元的输出电压或控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；所述方法包括：获取所述电芯电气参数和所述电池单元的电气参数；根据所述电芯的电气参数和所述电池单元的电气参数，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；以及根据所述电芯的电气参数和所述电池单元的电气参数，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节所述除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压从而保持电池***的输出电压。
本申请提供的电池***、电池单元组、电池控制***及方法，通过设置电池***包括电池单元组和电池控制***；电池单元组包括串联的多个电池单元，并设置电池单元包括：输出控制单元和电芯组；设置输出控制单元连接所述电池单元的正负极与电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的指令调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；设置电芯组中的电芯之间串联；以及设置电池***还包括电池控制***，连接每一个电芯以监测电芯的电气参数，连接每一个电池单元以监测电池单元的电气参数，以及连接每一个输出控制单元，以控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且调节除直通的电池单元之外的其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。实现了在电芯或电池单元发生故障时，保持电池***的原输出电压，降低了实现电池***冗余的成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1a示出了根据本申请实施例的电池***的一种示意性结构图；
图1b示出了根据本申请实施例的电池***的另一种示意性结构图；
图2示出了根据本申请实施例的电池控制方法的一种示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
首先，本申请实施例提供了一种电池***。
图1a示出了根据本申请实施例的电池***的一种示意性结构图。
如图1a所示，电池***100可以包括但不限于：电池单元组101和电池控制***102。
电池单元组101可以包括但不限于：串联的多个电池单元103。
电池单元103可以包括但不限于：输出控制单元104和电芯组105。
输出控制单元104，连接电池单元103的正负极与电芯组105的正负极，用于根据接收的电池控制***102的指令调节电池单元103的输出电压或控制电池单元103直通。
电芯组105中的电芯之间串联。其中的电芯，可以为现有技术中的任一种电芯，例如铅酸蓄电芯、锂电芯等，也可以为未来技术中的任一种电芯，例如锌电芯等。
电池控制***102，连接电芯和电池单元以监测其电气参数，以及连接输出控制单元104，以控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且调节其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。
电池控制***102监测的电气参数，可以包括但不限于：电压、电流、功率和绝缘电阻等。
以下以电芯的电气参数为例，说明电池控制***102对其是否超出其预设工作范围进行判定的方式：若电芯的电气参数包含多种参数，可以对所有参数同时进行监测，若其中任一参数超出其预设工作范围，则判定电芯的电气参数超出其预设工作范围；也可以设定多种参数的判定优先级，依次按照优先级由高到低的顺序进行判定，若本级别的参数超出其预设工作范围，则判定电芯的电气参数超出其预设工作范围，若未超出，判定下一级别的参数是否超出其预设工作范围，若下一级别的参数超出其预设工作范围，则判定电芯的电气参数超出其预设工作范围，若所有级别的参数均未超出预设范围，则判定电芯的电气参数未超出其预设工作范围。
以电芯的电气参数包括电压和电流为例，电池控制***102可以对电芯的电压和电流同时进行监测，当电压或电流之一超出其预设的工作范围时，判定电芯的电气参数超出其预设工作范围；也可以分步对电压和电流两种参数进行监测，首先可以设定电芯的电压参数的优先级别高于电流参数的优先级别，也即以电压为主、电流为辅判定电芯的电气参数是否超出其预设工作范围：若电压超出其预设工作范围，则判定电气参数超出其预设工作范围；若电压未超出其预设工作范围时，进一步判定电流是否超出其预设工作范围，若电流超出其预设工作范围，则判定电气参数超出其预设工作范围；若电流未超出其预设工作范围，则判定电芯的电气参数未超出其预设工作范围。
本领域技术人员应当理解，电池控制***102判定电池单元103的电气参数是否超出其预设工作范围的方式，与电池控制***102判定电芯的电气参数是否超出其预设工作范围的方式相同，在此不再赘述。
对于一个确定的电池单元，电池控制***102若监测到电芯的电气参数和电池单元的电气参数中，有一个电气参数超出其预设工作范围，则通过该电池单元的输出控制单元将该电池单元直通。
电池控制***102在判断电芯的电气参数或电池单元的电气参数是否超出其预设工作范围之后，可以通过输出控制单元控制电池单元：若电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围，则电池控制***通过输出控制单元控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通；同时，电池控制***102通过输出控制单元控制除直通的电池单元之外的其它电池单元的输出电压升高以保持电池***的原输出电压。
图1b示出了根据本申请实施例的电池***的另一种示意性结构图。
如图1b所示，与图1a不同的是，输出控制单元104可以包括但不限于：直通子单元106和调压子单元107。
直通子单元106，连接于电池单元103的正负极之间，用于根据接收的电池控制***的指令控制电池单元103直通。可以包括但不限于继电器、接触器或MOS管等。
调压子单元107，连接于电芯组105的正负极与电池单元103的正负极之间，用于根据接收的电池控制***102的指令调节电池单元103的输出电压以保持电池***100的原输出电压。可以包括但不限于DC/DC功率变换器、稳压管或低压差线性稳压器(LDO)等。
可选地，上述电池控制***102可以包括但不限于：监测单元(未示出)、直通指令单元(未示出)和调压指令单元(未示出)。
监测单元，连接电芯监测电芯的电气参数，以及连接电池单元103以监测电池单元103的电气参数。
直通指令单元，连接输出控制单元104，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元，以控制电池单元直通。
调压指令单元，连接每一个输出控制单元104，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
可选地，电芯组通过开关连接所述输出控制单元。当电芯组中有电芯的电气参数超出其预设工作范围且其所在的电池单元直通时，电芯组可以通过开关断开与输出控制单元的连接，以便进行电芯组的更换。
其次，本申请实施例还提供了一种电池单元组。
电池单元组可以包括串联的多个电池单元。
电池单元可以包括但不限于：输出控制单元和电芯组；输出控制单元连接电池单元的正负极与电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的指令调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；电芯组中的电芯之间串联。
再次，本申请实施例还提供了一种用于电池单元组的电池控制***。
其中，电池单元组包括串联的多个电池单元；电池单元可以包括但不限于：输出控制单元和电芯组；输出控制单元连接电池单元的正负极与电芯组的正负极，以调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；电芯组中的电芯之间串联；电池控制***可以包括但不限于：
监测单元，连接电芯，以监测电芯的电气参数，以及连接电池单元以监测电池单元的电气参数。
直通指令单元，连接输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元，以控制电池单元直通。
调压指令单元，连接输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
最后，本申请实施例还提供了用于电池单元组的电池控制方法。
其中，电池单元组包括串联的多个电池单元；电池单元可以包括但不限于：输出控制单元和电芯组；输出控制单元连接电池单元的正负极与电芯组的正负极，以调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；电芯组中的电芯之间串联。
图2示出了根据本申请实施例的电池控制方法的一种示意性流程图。
如图2所示，电池控制方法200包括：
步骤S201：获取电芯的电气参数和电池单元的电气参数。
步骤S202：根据电芯的电气参数和电池单元的电气参数，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元，以控制电池单元直通；以及根据电芯的电气参数和电池单元的电气参数，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
本申请上述实施例提供的电池***、电池单元组、电池控制***及方法，通过设置电池***包括电池单元组和电池控制***；电池单元组包括串联的多个电池单元，并设置电池单元包括：输出控制单元和电芯组；设置输出控制单元连接所述电池单元的正负极与电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的指令调节电池单元的输出电压或控制电池单元直通；设置电芯组中的电芯之间串联；以及设置电池***还包括电池控制***，连接每一个电芯以监测电芯的电气参数，连接每一个电池单元以监测电池单元的电气参数，以及连接每一个输出控制单元，以控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且调节其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。实现了在电芯或电池单元发生故障时，保持电池***的原输出电压，降低了实现电池***冗余的成本。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中所述装置中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入终端中的计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本申请的电池控制方法。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种用于数据中心的电池***，其特征在于，包括：
电池单元组，包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的电压调节指令调节所述电池单元的输出电压或根据接收的电池控制***的直通指令控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；
所述电池控制***，连接所述电芯和所述电池单元以监测其电气参数，以及连接所述输出控制单元，以经由所述直通指令控制电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元直通，并且经由所述电压调节指令调节其它电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压；
所述输出控制单元包括：调压子单元，连接于所述电芯组的正负极与所述电池单元的正负极之间，用于根据接收的所述电池控制***的所述电压调节指令调节所述电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述输出控制单元还包括：直通子单元，连接于所述电池单元的正负极之间，用于根据接收的所述电池控制***的指令控制所述电池单元直通。
3.根据权利要求2的***，其特征在于，所述直通子单元包括：继电器、接触器或MOS管。
4.根据权利要求2-3之一的***，其特征在于，所述调压子单元包括：DC/DC功率变换器、稳压管或低压差线性稳压器LDO。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电池控制***包括：
监测单元，连接所述电芯以监测电芯的电气参数，以及连接所述电池单元以监测电池单元的电气参数；
直通指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；
调压指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电芯组通过开关连接所述输出控制单元。
7.一种用于数据中心的电池单元组，其特征在于，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；
所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，用于根据接收的电池控制***的电压调节指令调节所述电池单元的输出电压或根据接收的电池控制***的直通指令控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；
所述输出控制单元包括：调压子单元，连接于所述电芯组的正负极与所述电池单元的正负极之间，用于根据接收的所述电池控制***的所述电压调节指令调节所述电池单元的输出电压以保持电池***的原输出电压。
8.一种用于数据中心的用于电池单元组的电池控制***，其特征在于，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，以根据接收的电池控制***的电压调节指令调节所述电池单元的输出电压或根据接收的电池控制***的直通指令控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；所述电池控制***包括：
监测单元，连接所述电芯以监测电芯的电气参数，以及连接所述电池单元以监测电池单元的电气参数；
直通指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；
调压指令单元，连接所述输出控制单元，用于当监测到的电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围时，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节所述除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
9.一种用于数据中心的用于电池单元组的电池控制方法，其特征在于，所述电池单元组包括串联的多个电池单元；所述电池单元包括：输出控制单元和电芯组；所述输出控制单元连接所述电池单元的正负极与所述电芯组的正负极，以根据接收的电池控制***的电压调节指令调节所述电池单元的输出电压或根据接收的电池控制***的直通指令控制所述电池单元直通；所述电芯组中的电芯之间串联；所述方法包括：
获取所述电芯的电气参数和所述电池单元的电气参数；
根据所述电芯的电气参数和所述电池单元的电气参数，发送直通指令给电芯的电气参数或电池单元的电气参数超出其预设工作范围的电池单元的输出控制单元以控制电池单元直通；以及根据所述电芯的电气参数和所述电池单元的电气参数，发送调压指令给除直通的电池单元之外的电池单元的输出控制单元，以调节所述除直通的电池单元之外的电池单元的输出电压，从而保持电池***的输出电压。
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