CN114937823A - 集成式电池***单元和电池*** - Google Patents

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许东阳
钟源
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Abstract

本发明提供一种集成式电池***单元和电池***，集成式电池***单元包括：至少一个包括多个串并联连接的电芯的电池箱；与电池箱连接的电池管理***，用于采集电池箱的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；高压配电箱，与电池箱以及电池管理***连接，用于根据电池管理***传输的控制指令控制电池箱与主电路的通断，控制集成式电池***单元的投入与切除；热管理***，与电池管理***以及电池箱连接，用于与电池管理***通信实时获取电池箱中各电芯的温度，并根据温度对电池箱中的电芯进行温度调节。本发明能够通过集成化减小***占用空间，可灵活接入或从电池***切除，不影响其他集成式电池***单元使用。

Description

集成式电池***单元和电池***
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体涉及到一种集成式电池***单元和电池***。
背景技术
电池储能作为发展最迅速的储能模式，它具有能量密度高、能量转换效率高、响应速度快、调节精度高等优点。现有大电量电池***装机电池体积大且另需配备热管理***与消防***，因此占用空间大，集成度低，且需根据实际需求单独定制各子***，成本高、设计工作量大。现有电池***通常仅在主回路配备单个接触器，接收主控控制信号来执行通断操作，若主控出现故障或接触器粘连导致主回路无法及时切断，易导致安全事故。此外，现有电池***通常仅在主回路配备单个熔断器，若出现主回路电流过大而单一熔断器因故障无法及时断开回路，同样易引发安全事故。现有电池***中一旦某处出现故障并切换至断路状态，电池***将无法维持运行。此外，一旦电池***某处热失控触发电池***消防措施，整个电池***存在报废风险，其后期维修成本高。
发明内容
本发明提供一种集成式电池***单元和电池***，以解决现有的电池***装机另需配备热管理***，占用空间大，集成度低，主控出现故障时主回路无法及时切断的问题。
基于上述目的，本发明实施例提供了一种集成式电池***单元，包括：至少一个电池箱，所述电池箱中包括多个串并联连接的电芯；电池管理***，与所述电池箱连接，用于采集所述电池箱的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；高压配电箱，与所述电池箱以及所述电池管理***连接，用于接收所述电池管理***传输的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述电池箱与主电路的通断，控制所述集成式电池***单元的投入与切除；热管理***，与所述电池管理***以及所述电池箱连接，用于与所述电池管理***通信实时获取所述电池箱中各电芯的温度，并根据所述温度对所述电池箱中的电芯进行温度调节。
可选的，所述集成式电池***单元还包括：消防***，与所述电池箱以及所述电池管理***连接，用于实时监测所述电池箱中消防参数，以及通过所述电池管理***获取所述电池箱中各电芯的所述温度，根据所述所述消防参数以及所述温度进行消防控制。
可选的，所述消防***包括：消防控制器、消防传感器、驱动阀以及灭火剂罐，所述消防传感器设置在所述电池箱上，用于实时监测所述电池箱中的所述消防参数，所述消防控制器与所述消防传感器、所述电池管理***以及所述驱动阀连接，所述驱动阀还与所述灭火剂罐连接，所述消防控制器接收所述电池管理***传输的所述电池箱中各电芯的所述温度，并根据所述温度和所述消防参数判断所述电池箱热失控时输出驱动指令控制所述驱动阀打开，所述灭火剂罐中的灭火剂通过所述驱动阀通入所述电池箱内以进行灭火。
可选的，所述电池箱还包括：加热膜、第一手动开关、第二手动开关、第一熔断器以及水冷板；所述加热膜的两端分别与所述高压配电箱的正极与负极连接，多个串并联连接的所述电芯串联在所述第一手动开关与所述第二手动开关之间，所述第一熔断器与所述第一手动开关串联，所述水冷板的两端与所述热管理***连接。
可选的，所述高压配电箱包括：分别与所述主电路的正极和负极连接的第一接触器和第二接触器，所述高压配电箱根据所述控制指令控制所述第一接触器和所述第二接触器的通断，完成所述集成式电池***单元的投入与切除。
可选的，所述高压配电箱还包括：第三手动开关、第四手动开关、第二熔断器以及第三熔断器；所述第三手动开关和所述第二熔断器串联在所述电池箱与所述第一接触器之间，所述第四手动开关与所述第三熔断器串联在所述电池箱与所述第二接触器之间。
可选的，所述高压配电箱还包括：第三接触器和第四接触器；所述第三接触器连接在所述加热膜与的一端与所述第一接触器之间，所述第四接触器连接在所述加热膜的另一端与所述第二接触器之间，用于在所述电芯温度偏低时控制所述加热膜启动自加热。
可选的，所述高压配电箱还包括：电流传感器、电压传感器以及绝缘检测仪；所述电流传感器与所述第一接触器串联，用于检测所述集成式电池***单元主电路的电流，所述电压传感器与所述绝缘检测仪并联在所述主电路的正极回路与负极回路之间，所述电压传感器用于检测所述集成式电池***单元主电路的电压，所述绝缘检测仪用于检测所述集成式电池***单元的正负母线对地绝缘电阻值以及正负母线电压。
基于同一发明构思，本发明实施例还提出了一种电池***，包括：中央管理***、相互并联的多个前述的集成式电池***单元，每个所述集成式电池***单元通过电气连接接入***母线，所述中央管理***与每个所述集成式电池***单元连接。
可选的，所述中央管理***与所述集成式电池***单元中的电池管理***连接，通过所述电池管理***对所述集成式电池***单元进行运行监控，并控制所述集成式电池***单元投入所述***母线或从所述***母线切除。
本发明的有益效果是：从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种集成式电池***单元和电池***，集成式电池***单元包括：至少一个包括多个串并联连接的电芯的电池箱；与所述电池箱连接的电池管理***，与所述电池箱以及所述电池管理***连接的高压配电箱和热管理***，电池管理***采集所述电池箱的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；高压配电箱接收所述电池管理***传输的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述电池箱与主电路的通断，控制所述集成式电池***单元的投入与切除；热管理***与所述电池管理***通信实时获取所述电池箱中各电芯的温度，并根据所述温度对所述电池箱中的电芯进行温度调节，能够将热管理***集成在集成式电池***单元中，通过集成化减小***占用空间，通过电池管理***和高压配电箱将控制电池箱与主电路的通断，可控制集成式电池***单元灵活接入或从电池***切除，不影响其他集成式电池***单元使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例，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为本发明实施例中的集成式电池***单元的结构示意图；
图2为本发明实施例中的集成式电池***单元中的电池箱的结构示意图；
图3为本发明实施例中的集成式电池***单元中的高压配电箱的结构示意图；
图4为本发明实施例中的集成式电池***单元中的消防***的结构示意图；
图5为本发明实施例中的电池***的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明实施例提供了一种集成式电池***单元。如附图1所示，集成式电池***单元包括：至少一个电池箱1、高压配电箱2、电池管理***3以及热管理***4。电池管理***3与所述电池箱1连接，用于采集所述电池箱1的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；高压配电箱2与所述电池箱1以及所述电池管理***3连接，用于接收所述电池管理***3传输的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述电池箱1与主电路的通断，控制所述集成式电池***单元的投入与切除；热管理***4与所述电池管理***3以及所述电池箱1连接，用于与所述电池管理***3通信实时获取所述电池箱1中各电芯的温度，并根据所述温度对所述电池箱1中的电芯进行温度调节。本发明实施例将热管理***4集成在集成式电池***单元中，通过集成化减小***占用空间；通过电池管理***3和高压配电箱2将控制电池箱1与主电路的通断，可控制集成式电池***单元灵活接入或从电池***切除，不影响其他集成式电池***单元使用。
集成式电池***单元还包括：消防***5，与所述电池箱1以及所述电池管理***3连接，用于实时监测所述电池箱1中消防参数，以及通过所述电池管理***3获取所述电池箱1中各电芯的所述温度，根据所述所述消防参数以及所述温度进行消防控制。本发明实施例中的集成式电池***单元集电池箱1、高压配电箱2、电池管理***3、热管理***4以及消防***5于一体，通过集成化以减小电池***占用空间，提高空间利用率。
电池箱1的结构如图2所示，电池箱1中包括多个串并联连接的电芯11。电池箱1还包括：加热膜12、第一手动开关13、第二手动开关14、第一熔断器15以及水冷板16。所述加热膜12的两端分别与所述高压配电箱2的正极与负极连接，多个串并联连接的所述电芯11串联在所述第一手动开关13与所述第二手动开关14之间，所述第一熔断器15与所述第一手动开关13串联，所述水冷板16的两端与所述热管理***4连接。电池箱1运行过程中的温度控制通过电芯11与水冷板16中的冷却液间的换热来实现。可根据需求配备电池箱1的第一手动开关13、第二手动开关14以及第一熔断器15，以提高维护与运行安全性。而启动电池箱1中的加热膜12可实现电池低温加热功能。
高压配电箱2的结构如图3所示，高压配电箱2包括：分别与所述主电路6的正极和负极连接的第一接触器201和第二接触器202，所述高压配电箱2根据所述控制指令控制所述第一接触器201和所述第二接触器202的通断，完成所述集成式电池***单元的投入与切除。通过控制与主电路6的正极连接的第一接触器201和与主电路6的负极连接的第二接触器202的合分状态实现集成式电池***单元与电池***主电路6的通断控制，从而实现集成式电池***单元的投入与切除。这种接触器冗余设计相较于单接触器设计，具备单个接触器发生粘连故障而保证线路可正常切断的功能，从而提高电池***安全性。
高压配电箱2还包括：第三手动开关203、第四手动开关204、第二熔断器205以及第三熔断器206；所述第三手动开关203和所述第二熔断器205串联在所述电池箱1与所述第一接触器201之间，所述第四手动开关204与所述第三熔断器206串联在所述电池箱1与所述第二接触器202之间。在进行高压配电箱2内作业前，需拔出连接在主电路6的正极主回路中的第三手动开关203和与主电路6的负极主回路中的第四手动开关204，从而切断高压配电箱2与电池箱1间的主回路，保证维护过程中的安全性。高压配电箱2与电池箱1间的主回路过流时，切断分别连接在正极主回路和负极主回路中的第二熔断器205以及第三熔断器206。主回路熔断器同样采用冗余设计，分别在主回路正负极设置第二熔断器205和第三熔断器206，防止电路过流风险，保证集成式电池***单元运行过程中的安全性。
高压配电箱2还包括：第三接触器207和第四接触器208。所述第三接触器207连接在所述加热膜12与的一端与所述第一接触器201之间，所述第四接触器208连接在所述加热膜12的另一端与所述第二接触器202之间，用于在所述电芯11温度偏低时控制所述加热膜12启动自加热。第三接触器207和第四接触器208为加热回路通断控制接触器，当电池管理***3检测到电芯11的温度低于温度阈值时闭合第三接触器207和第四接触器208，电池箱1中的电芯11为加热膜12提供电能，从而启动自加热。这种接触器冗余设计相较于单接触器设计，同样具备单个接触器发生粘连故障而保证线路可正常切断的功能，从而提高电池***安全性。
高压配电箱2还包括：电流传感器209、电压传感器210以及绝缘检测仪211。所述电流传感器209与所述第一接触器201串联，用于检测所述集成式电池***单元主电路6的电流，所述电压传感器210与所述绝缘检测仪211并联在所述主电路6的正极回路与负极回路之间，所述电压传感器210用于检测所述集成式电池***单元主电路6的电压，所述绝缘检测仪211用于检测所述集成式电池***单元的正负母线对地绝缘电阻值以及正负母线电压。电流传感器209与电压传感器210检测集成式电池***单元的电压与电流，为电池管理***3提供实时电压与电流信息，用于核电状态计算及相关保护等功能。
高压配电箱2内侧放置电池主电路中的主要器件，如熔断器、接触器等，具备主电路短路保护、执行集成式电池***单元与负载端见通断切换的功能。
电池管理***3负责各电芯11的运行参数采集、状态参数估计、逻辑控制、故障诊断、***保护、数据处理及存储、与热管理***及消防***间的通讯、与上级***的通讯等。电池管理***通过采集电压、电流、温度等运行参数，根据运行参数进行核电状态、峰值功率以及健康状态等状态参数估计，以状态参数作为控制逻辑参数输入，并将控制指令下发使各接触器等执行元件执行控制任务。
热管理***4与电池管理***3进行通讯实时获取各电芯11的温度，通过控制压缩机与水泵转速、电磁阀通断状态等，调整流过水冷板16的冷媒流量与温度，改变冷媒与电芯11间的换热量，确保在充放电过程中各电芯11之间的温差始终保持在允许范围。热管理***4可根据电芯11的温度与控温需求切换制冷、制热等模式。
如图4所示，消防***5包括：消防控制器51、消防传感器52、驱动阀53以及灭火剂罐54，所述消防传感器52设置在所述电池箱1上，用于实时监测所述电池箱1中的所述消防参数，所述消防控制器51与所述消防传感器52、所述电池管理***3以及所述驱动阀53连接，所述驱动阀53还与所述灭火剂罐54连接，所述消防控制器51接收所述电池管理***3传输的所述电池箱1中各电芯11的所述温度，并根据所述温度和所述消防参数判断所述电池箱1热失控时输出驱动指令控制所述驱动阀53打开，所述灭火剂罐54中的灭火剂通过所述驱动阀53通入所述电池箱1内以进行灭火。安装在各电池箱1上的消防传感器52实时监测各电池箱1内燃烧综合气体与烟雾浓度、气体温度等消防参数，并将消防参数传输至消防控制器51，同时电池管理***3将实时获取的各电芯11的温度传输至消防控制器51。当消防控制器51根据接收消防参数和温度判断某个电池箱1发生热失控时，消防控制器51则发送驱动指令至对应的驱动阀53，灭火剂罐54中的灭火剂通过消防管路通入热失控电池箱1内，达到灭火目的。
本发明实施例的集成式电池***单元可以包括多个串联的电池箱，该多个串联的电池箱构成电池柜，集成式电池***单元实现了高集成化，集电池柜、电池管理***、高压配电箱、热管理***与消防***于一体，提高空间利用率；集成式电池***单元具备熔断器冗余保护、接触器冗余保护功能，安全性高。通过在高压配电箱内设置如熔断器、接触器等器件，具备主电路短路保护、执行集成式电池***单元与负载端见通断切换的功能，从而实现单元冗余功能。
本发明实施例的集成式电池***单元包括：至少一个包括多个串并联连接的电芯的电池箱；与所述电池箱连接的电池管理***，与所述电池箱以及所述电池管理***连接的高压配电箱和热管理***，电池管理***采集所述电池箱的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；高压配电箱接收所述电池管理***传输的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述电池箱与主电路的通断，控制所述集成式电池***单元的投入与切除；热管理***与所述电池管理***通信实时获取所述电池箱中各电芯的温度，并根据所述温度对所述电池箱中的电芯进行温度调节，能够将热管理***集成在集成式电池***单元中，通过集成化减小***占用空间，通过电池管理***和高压配电箱将控制电池箱与主电路的通断，可控制集成式电池***单元灵活接入或从电池***切除，不影响其他集成式电池***单元使用。
基于同一个构思，本发明实施例还提供了一种电池***。如附图5所示，电池***包括：中央管理***、相互并联的多个前述的集成式电池***单元，每个所述集成式电池***单元通过电气连接接入***母线，所述中央管理***与每个所述集成式电池***单元连接。中央管理***根据实际功率与容量需求，可灵活配置集成式电池***单元的个数及集成式电池***单元串并联方式组成电池***。从各个集成式电池***单元的高压配电箱中引出主电路正负极，通过电气连接件并入***母线。图5中N为正整数。
所述中央管理***与所述集成式电池***单元中的电池管理***连接，通过所述电池管理***对所述集成式电池***单元进行运行监控，并控制所述集成式电池***单元投入所述***母线或从所述***母线切除。中央控制单元作为***最上层控制中心，负责整个***的运行过程监控、***逻辑控制和保护以及与外部***的通讯，此为单元冗余设计。电池***在投入使用过程中，各集成式电池***单元可相互独立，任一集成式电池***单元故障导致该集成式电池***单元与负载断开，并不影响其他集成式电池***单元使用，可维持电池***运行；若任一集成式电池***单元损坏或因热失控而触发消防措施，其他集成式电池***单元因与该集成式电池***单元独立，仅需更换受损的集成式电池***单元即可，大幅降低维修成本。此外，集成式电池***单元的量产化可大幅降低设计工作量与制造成本。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本申请旨在涵盖落入本发明实施例的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成式电池***单元，其特征是，所述集成式电池***单元包括：
至少一个电池箱，所述电池箱中包括多个串并联连接的电芯；
电池管理***，与所述电池箱连接，用于采集所述电池箱的运行参数以及进行状态参数估计，并下发控制指令；
高压配电箱，与所述电池箱以及所述电池管理***连接，用于接收所述电池管理***传输的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述电池箱与主电路的通断，控制所述集成式电池***单元的投入与切除；
热管理***，与所述电池管理***以及所述电池箱连接，用于与所述电池管理***通信实时获取所述电池箱中各电芯的温度，并根据所述温度对所述电池箱中的电芯进行温度调节。
2.如权利要求1所述的集成式电池***单元，其特征是，所述集成式电池***单元还包括：消防***，与所述电池箱以及所述电池管理***连接，用于实时监测所述电池箱中消防参数，以及通过所述电池管理***获取所述电池箱中各电芯的所述温度，根据所述消防参数以及所述温度进行消防控制。
3.如权利要求2所述的集成式电池***单元，其特征是，所述消防***包括：消防控制器、消防传感器、驱动阀以及灭火剂罐，所述消防传感器设置在所述电池箱上，用于实时监测所述电池箱中的所述消防参数，所述消防控制器与所述消防传感器、所述电池管理***以及所述驱动阀连接，所述驱动阀还与所述灭火剂罐连接，所述消防控制器接收所述电池管理***传输的所述电池箱中各电芯的所述温度，并根据所述温度和所述消防参数判断所述电池箱热失控时输出驱动指令控制所述驱动阀打开，所述灭火剂罐中的灭火剂通过所述驱动阀通入所述电池箱内以进行灭火。
4.如权利要求1所述的集成式电池***单元，其特征是，所述电池箱还包括：加热膜、第一手动开关、第二手动开关、第一熔断器以及水冷板；所述加热膜的两端分别与所述高压配电箱的正极与负极连接，多个串并联连接的所述电芯串联在所述第一手动开关与所述第二手动开关之间，所述第一熔断器与所述第一手动开关串联，所述水冷板的两端与所述热管理***连接。
5.如权利要求4所述的集成式电池***单元，其特征是，所述高压配电箱包括：分别与所述主电路的正极和负极连接的第一接触器和第二接触器，所述高压配电箱根据所述控制指令控制所述第一接触器和所述第二接触器的通断，完成所述集成式电池***单元的投入与切除。
6.如权利要求5所述的集成式电池***单元，其特征是，所述高压配电箱还包括：第三手动开关、第四手动开关、第二熔断器以及第三熔断器；所述第三手动开关和所述第二熔断器串联在所述电池箱与所述第一接触器之间，所述第四手动开关与所述第三熔断器串联在所述电池箱与所述第二接触器之间。
7.如权利要求5所述的集成式电池***单元，其特征是，所述高压配电箱还包括：第三接触器和第四接触器；所述第三接触器连接在所述加热膜的一端与所述第一接触器之间，所述第四接触器连接在所述加热膜的另一端与所述第二接触器之间，用于在所述电芯温度偏低时控制所述加热膜启动自加热。
8.如权利要求5所述的集成式电池***单元，其特征是，所述高压配电箱还包括：电流传感器、电压传感器以及绝缘检测仪；所述电流传感器与所述第一接触器串联，用于检测所述集成式电池***单元主电路的电流，所述电压传感器与所述绝缘检测仪并联在所述主电路的正极回路与负极回路之间，所述电压传感器用于检测所述集成式电池***单元主电路的电压，所述绝缘检测仪用于检测所述集成式电池***单元的正负母线对地绝缘电阻值以及正负母线电压。
9.一种电池***，其特征是，所述电池***包括：中央管理***、相互并联的多个如权利要求1-8中任一项所述的集成式电池***单元，每个所述集成式电池***单元通过电气连接接入***母线，所述中央管理***与每个所述集成式电池***单元连接。
10.如权利要求9所述的电池***，其特征是，所述中央管理***与所述集成式电池***单元中的电池管理***连接，通过所述电池管理***对所述集成式电池***单元进行运行监控，并控制所述集成式电池***单元投入所述***母线或从所述***母线切除。
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