CN115986888A - 一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡*** - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，具体涉及电池均衡技术领域。所述均衡***中的每个电池包中包括：串联电芯；放电隔离升压DC/DC电源模块，一次侧与该串联电芯电连接，该一次侧与该串联电芯之间还设置有控制开关，二次侧与该直流母线电连接，该直流母线上设置有总正开关和总负开关，该二次侧分别连接在该总正开关与该储能逆变器之间以及该总负开关与该储能逆变器之间；分控制模块，与该主控制模块通信连接，分控制模块，还与该放电隔离升压DC/DC电源模块通信连接。基于上述方案，通过设置控制开关、总正开关与总负开关等多层安全设计，保证了均衡过程中电池簇中各个电池包的安全性。

Description

一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***

技术领域

本申请涉及电池均衡的技术领域，具体涉及一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***。

背景技术

电池均衡就是利用电力电子技术，使电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态，以避免过充、过放的发生。

现有技术中，对串联电池簇中的各个电池包之间进行均衡，可以用的技术包含有从直流母线上取电能或从其它电池包取电能给电池包中串联电芯充电的隔离降压电源。这个充电隔离降压电源一旦失控，会不停地给电池包中串联电芯充电，会有很大的安全隐患。

发明内容

本申请提供了一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，以解决充电隔离降压电源容易失控而不停地给电池包中串联电芯充电的技术问题。

具体技术方案如下。

提供了一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，所述均衡***包括储能逆变器、主控制模块、直流母线以及串联的多个电池包；其中，每个所述电池包中包括：

串联电芯；

放电隔离升压DC/DC电源模块，一次侧与所述串联电芯电连接，二次侧与所述直流母线电连接，其中，所述一次侧与所述串联电芯之间还设置有控制开关，所述直流母线上设置有总正开关和总负开关，所述二次侧分别连接在所述总正开关与所述储能逆变器之间以及所述总负开关与所述储能逆变器之间，所述放电隔离升压DC/DC电源模块用于将电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上；

分控制模块，与所述主控制模块通信连接，并与所述放电隔离升压DC/DC电源模块通信连接，用于向所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启停控制信号，或者控制所述控制开关的断开或闭合。

在一种可能的实现方式中，所述总正开关与所述总负开关分别由主控制模块控制。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块，用于在所述串联电芯的电压达到放电保护阈值时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过所述放电隔离升压DC/DC电源模块将所述电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，将所述一次侧与所述串联电芯之间设置的控制开关断开。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块在检测到所述串联电芯的电压达到过电压阈值时，向所述主控制模块发送告警信号；

所述主控制模块在接收到所述告警信号时，分别向各个电池包中的分控制模块发送所述控制停止信号。

在一种可能的实现方式中，所述主控制模块在接收到告警信号后，控制所述总正开关与所述总负开关断开。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块，用于在接收到所述主控制模块发送的控制启动信号时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过所述放电隔离升压DC/DC电源模块将所述电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上。

在一种可能的实现方式中，所述分控制模块，在检测到所述串联电芯的电压小于欠压报警值时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号或者将所述一次侧与所述串联电芯之间设置的控制开关断开。

在一种可能的实现方式中，所述主控制模块分别与各个电池包中的分控制模块之间隔离通讯；所述主控制模块与所述储能逆变器之间隔离通讯。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，可以通过分控制模块控制放电隔离升压DC/DC电源模块将电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上，也就是说，在放电时将多余的电池包电能直接转移到电池簇的总放电电流中，而不是直接转移到电池中；在充电时将多余的电池包电能直接转移到电池簇的总充电电流中，而不是直接转移到电池中，最终实现电池包的均衡；而在电池包的均衡过程中为了保证均衡过程中电池包的安全，该均衡***首先可以通过停止信号控制放电隔离升压DC/DC电源模块的停止工作，其次还可以通过设置控制开关，断开放电隔离升压DC/DC电源模块与串联电芯的回路，进一步提高了电池包的安全性；并且，在直流母线上通过将总正开关和总负开关设置在合适的位置，使得主控制模块也可以在检测到电池包过充时直接断开充电回路，因此上述***至少通过上述三层安全设计，从而保证了均衡过程中电池包的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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是根据一示例性实施例示出的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***的结构示意图。

图2示出了本申请实施例涉及的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***的具体电路示例图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，术语“对应”可表示两者之间具有直接对应或间接对应的关系，也可以表示两者之间具有关联关系，也可以是指示与被指示、配置与被配置等关系。

图1是根据一示例性实施例示出的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***的结构示意图。该均衡***包括储能逆变器、主控制模块、直流母线以及串联的多个电池包；其中，每个该电池包中包括：

串联电芯；

放电隔离升压DC/DC电源模块，一次侧与该串联电芯电连接，二次侧与该直流母线电连接，其中，该一次侧与该串联电芯之间还设置有控制开关，该直流母线上设置有总正开关和总负开关，该二次侧分别连接在该总正开关与该储能逆变器之间以及该总负开关与该储能逆变器之间，该放电隔离升压DC/DC电源模块用于将电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上；

分控制模块，与该主控制模块通信连接，并与该放电隔离升压DC/DC电源模块通信连接，用于向该放电隔离升压DC/DC电源模块发送启停控制信号，或者控制该控制开关的断开或闭合。

在一种可能的实现方式中，该主控制模块分别与该各个电池包中的分控制模块之间隔离通讯；该主控制模块与该储能逆变器之间隔离通讯。

电池簇是由多个电池包串联组成的电池组。储能逆变器(Power Control System)可控制电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。储能逆变器通过CAN接口与电池管理***BMS(Battery Management System)(在本方案中包括主控制模块和各个电池包中的分控制模块)通讯(通信连接)，获取电池组(电池簇)的状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

现有技术中，通过大功率双向隔离DC/DC电源作为电池包中的功率控制单元，有效解决了电池均衡过程中的木桶短板效应，但是大功率双向隔离DC/DC电源的成本很高，而本申请的放电隔离升压DC/DC电源模块为单向DC/DC电源。而为了避免单向DC/DC电源在电池均衡过程中可能存在的安全隐患，本申请采用了多重安全设计来保证电池包均衡的安全性。

图1示出的串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***的工作原理如下：

在实际应用场景中，由于电池簇中的一个或多个电池包中存在一个或多个电芯漏电速度快，导致该一个或多个电芯所在的电池包的SOC(State of charge剩余容量)减小，与其他电池包的SOC产生差异时，或者当相关技术人员维护更换电池簇中的电池包时，新换上去的电池包与其他电池包的SOC有差异时，或者相关技术人员对电池簇进行扩容，新换上去的电池包与其他电池包的SOC有差异时，或者将不同生产批次的SOC有差异的电池包组装成电池簇时，由于各个电池包之间的SOC差异会使得各个电池包在相同的充电电流下充满电量所需的时间不同，而SOC最大的电池包最先充满电量后，电池簇的充电保护功能起作用使得电池簇充电停止，但此时其他电池包的电量仍未充满，使得电池簇的可用容量减小，因此需要在充电过程中对电池簇中的各个电池包进行SOC均衡，使得各个电池包的SOC更为接近。

电池均衡就是利用电力电子技术，使电池单体电压或电池组电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态，以避免过充、过放的发生。在本实施例中，电池均衡的目的是在电池簇使用过程使得电池簇中各个电池包中的串联电芯的电压尽量保持相同。而如何使得电池簇中的各个电池包进行SOC均衡的过程更为安全，是亟待解决的问题。

为了对电池簇中的各个电池包进行SOC均衡，首先需要获取各个电池包中的串联电芯的电芯状态。当储能逆变器提供充电电流通过直流母线给该各个电池包充电时，通过各个电池包中的分控制模块对各个电池包中的串联电芯的电芯状态进行实时监测，以获取各个电池包中的串联电芯的电芯状态。

当某一电池包中的串联电芯的电压值过高时，可能会损坏该串联电芯，在一种可能的实现方式中，该分控制模块，用于在该串联电芯的电压达到放电保护阈值时，对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过该放电隔离升压DC/DC电源模块将该电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上。

当储能逆变器提供充电电流通过直流母线给该各个电池包充电时，当分控制模块监测到某一电池包中串联电芯的电压达到放电保护阈值时，即该电池包中串联电芯的电压很高，即将影响到该电池包的安全性时，分控制模块能够通过对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，将该电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上。通过将较高电压的串联电芯上的电能进行转移，保证了该串联电芯在充电过程中的安全性。

进一步的，当某一电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上后，转移的电能可以通过直流母线对其他电池包进行充电，从而对各个电池包进行均衡。

主控制模块能够在各个电池包进行充电的过程中，通过分控制模块监测各个电池包中串联电芯的电压状态。在一种可能的实现方式中，分控制模块在检测到串联电芯的电压达到过电压阈值时，向主控制模块发送告警信号。

进一步的，该主控制模块在接收到该告警信号时，分别向各个电池包中的分控制模块发送该控制停止信号。

在一种可能的实现方式中，该分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号。

也就是说，当某一电池包中的分控制模块检测到该串联电芯的电压达到过电压阈值时，通过向主控制模块发送告警信号使得主控制模块向各个电池包中的分控制模块发送控制停止信号，以使得各个分控制模块对相应的放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号，使得各个放电隔离升压DC/DC电源模块停止放电，这样各个电池包中串联电芯的电能就不会通过放电隔离升压DC/DC电源模块转移到直流母线上，也就不会给其他电池包充电，从而保证了各个电池包的安全。也就是说，这一方式保证了当某一电池包中的分控制模块检测到该串联电芯的电压达到过电压阈值时，其他电池包不会再通过直流母线对该电池包进行充电。

在一种可能的实现方式中，该分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，将该一次侧与该串联电芯之间设置的控制开关断开。

也就是说，当某一电池包中的分控制模块检测到该串联电芯的电压达到过电压阈值时，通过向主控制模块发送告警信号使得主控制模块向各个电池包中的分控制模块发送控制停止信号，各个分控制模块还可以通过将对应的放电隔离升压DC/DC电源模块的一次侧与串联电芯之间设置的控制开关断开，使得各个放电隔离升压DC/DC电源模块停止放电，这样各个电池包中串联电芯的电能就不会转移到直流母线上，也就不会给其他电池包充电，保证了各个电池包的安全。

进一步的，还可以通过设置总开关，对整个电池簇的充电过程的启动或停止进行控制。在一种可能的实现方式中，该总正开关与该总负开关分别由主控制模块控制。当主控制模块控制该总正开关或总副开关断开时，则直流母线断开，储能逆变器无法对各个电池包中的串联电芯充电，充电过程停止；当主控制模块控制该总正开关与总副开关闭合时，则各个电池包正常进行上述工作。通过设置总正开关与总负开关，可以对整个电池簇的充电过程进行停止，从而保证了各个电池包的安全。

在一种可能的实现方式中，该主控制模块在接收到告警信号后，控制该总正开关与该总负开关断开。也就是说，当某一电池包中的分控制模块检测到该串联电芯的电压达到过电压阈值时，通过向主控制模块发送告警信号使得主控制模块控制总正开关与总负开关断开，使得充电过程停止，从而保证了各个电池包的安全。

而在串联电池簇的放电场景下，也就是通过对各个电池包中的串联电芯放电至储能逆变器，也可通过上述方式对各个电池包进行均衡，并保证各个电池包的安全。

例如，当主控制模块通过分控制模块监测到各个电池包中串联电芯的电压状态，并判断某一电池包中的串联电芯的电压相对较高，因而该电池包中的放电隔离升压DC/DC电源模块能够对直流母线进行放电时，可以对该电池包下达指令，使得该电池包中的放电隔离升压DC/DC电源模块对直流母线进行放电，从而通过直流母线对所有电池包充电，达到均衡效果。

在一种可能的实现方式中，该分控制模块，用于在接收到该主控制模块发送的控制启动信号时，对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过该放电隔离升压DC/DC电源模块将该电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上。

在该电池包进行放电的过程中，由于过低的电量会损坏电池包中串联电芯的性能，因此需要在串联电芯的电压减小到一定值时停止该放电隔离升压DC/DC电源模块对该串联电芯进行放电。

在一种可能的实现方式中，该分控制模块，在检测到该串联电芯的电压小于欠压报警值时，对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号或者将该一次侧与该串联电芯之间设置的控制开关断开。通过在检测到该串联电芯的电压小于欠压报警值时，可以通过断开控制开关、发送停止信号等方式，停止对该串联电芯进行放电，保证了该电池包的安全。

并且，结合该分控制模块可以在接收到该主控制模块发送的控制启动信号时，对该放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过该放电隔离升压DC/DC电源模块将该电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上的特点，在某一电池包中的串联电芯的电压小于欠压报警值时，通过主控制模块对其他电池包中的分控制模块发送控制启动信号，使得其他电池包中的放电隔离升压DC/DC电源模块将该电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上，转移的电能通过直流母线对所有电池包进行充电，从而可以对该电压小于欠压报警值的串联电芯进行充电，从而保证了电池包的安全。

应说明的是，在本方案中，储能逆变器、主控制模块、各个电池包中的分控制模块以及放电隔离升压DC/DC电源模块的具体电路均可利用现有电路实现。

示意性的，图2示出了本申请实施例涉及的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***的具体电路示例图。如图2所示，PCS对应图1中的储能逆变器，M-BMS对应图1中的主控制模块，S-BMS对应图1中的分控制模块，放电电源对应图1中的放电隔离升压DC/DC电源模块，BT1～BT16对应图1中的串联电芯，DC母线即直流母线，MN-DSG对应图1中的控制开关，MN-CHG为充电开关管，AFE(analog front end模拟前端)在BMS里面专指电池采样芯片，用来采集电芯电压和温度等，MCU为单片机，PFM为放电隔离升压DC/DC电源模块中的同步升压DC-DC转换芯片。

综上所述，本申请提供的一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，可以通过分控制模块控制放电隔离升压DC/DC电源模块将电池包中的串联电芯上的电能放电转移至该直流母线上，也就是说，在放电时将多余的电池包电能直接转移到电池簇的总放电电流中，不是直接转移到电池中；在充电时将多余的电池包电能直接转移到电池簇的总充电电流中，不是直接转移到电池中，以实现电池包的均衡；而在电池包的均衡过程中为了保证均衡过程中电池包的安全，该均衡***首先可以通过停止信号控制放电隔离升压DC/DC电源模块的停止工作，其次还可以通过设置控制开关，断开放电隔离升压DC/DC电源模块与串联电芯的回路，进一步提高了电池包的安全性；并且，在直流母线上通过将总正开关和总负开关设置在合适的位置，使得主控制模块也可以在检测到电池包过充时直接断开充电回路，因此上述***至少通过上述三层安全设计，从而保证了均衡过程中电池包的安全性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种串联电池簇中电池包之间高安全的均衡***，其特征在于，所述均衡***包括储能逆变器、主控制模块、直流母线以及串联的多个电池包；其中，每个所述电池包中包括：

串联电芯；

放电隔离升压DC/DC电源模块，一次侧与所述串联电芯电连接，二次侧与所述直流母线电连接，其中，所述一次侧与所述串联电芯之间还设置有控制开关，所述直流母线上设置有总正开关和总负开关，所述二次侧分别连接在所述总正开关与所述储能逆变器之间以及所述总负开关与所述储能逆变器之间，所述放电隔离升压DC/DC电源模块用于将电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上；

分控制模块，与所述主控制模块通信连接，并与所述放电隔离升压DC/DC电源模块通信连接，用于向所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启停控制信号，或者控制所述控制开关的断开或闭合。

2.根据权利要求1所述的均衡***，其特征在于，所述总正开关与所述总负开关分别由主控制模块控制。

3.根据权利要求2所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块，用于在所述串联电芯的电压达到放电保护阈值时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过所述放电隔离升压DC/DC电源模块将所述电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上。

4.根据权利要求3所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号。

5.根据权利要求4所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块在接收到主控制模块发送的控制停止信号后，将所述一次侧与所述串联电芯之间设置的控制开关断开。

6.根据权利要求5所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块在检测到所述串联电芯的电压达到过电压阈值时，向所述主控制模块发送告警信号；

所述主控制模块在接收到所述告警信号时，分别向各个电池包中的分控制模块发送所述控制停止信号。

7.根据权利要求6所述的均衡***，其特征在于，所述主控制模块在接收到告警信号后，控制所述总正开关与所述总负开关断开。

8.根据权利要求2所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块，用于在接收到所述主控制模块发送的控制启动信号时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送启动信号，以通过所述放电隔离升压DC/DC电源模块将所述电池包中的串联电芯上的电能放电转移至所述直流母线上。

9.根据权利要求8所述的均衡***，其特征在于，所述分控制模块，在检测到所述串联电芯的电压小于欠压报警值时，对所述放电隔离升压DC/DC电源模块发送停止信号或者将所述一次侧与所述串联电芯之间设置的控制开关断开。

10.根据权利要求1至9任一所述的均衡***，其特征在于，所述主控制模块分别与各个电池包中的分控制模块之间隔离通讯；所述主控制模块与所述储能逆变器之间隔离通讯。

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