CN215772577U - 供电*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了供电***，其包括若干电池簇、接入单元和第一BMS管理单元；电池簇包括若干电池包和第二BMS管理单元；电池包包括电池模组、第一DC/DC变换器和第三BMS管理单元；第三BMS管理单元获取各电芯单元的外特性参数；第二BMS管理单元信号连接各第三BMS管理单元并判断各电池包是否异常，其还接收一簇输出目标以控制各电池包的电输出参数；第一BMS管理单元信号连接各第二BMS管理单元以获取各电池簇内各电池包的异常信息，并启闭对应的簇接入开关且向各电池簇的第二BMS管理单元发送簇输出目标。上述供电***适于扩容且具有较好的人员安全性，且接线方便并适于应对电池故障情况。

Description

供电***

技术领域

本实用新型涉及电池及应用电池供电的技术领域，尤其涉及供电***。

背景技术

目前，UPS被广泛采用。在市电异常时，UPS通常切换到电池供电状态来保证对负载的不间断电能供应。而随着负载水平的提升，UPS的输出功率也需要随之提升，这就要求在电池供电状态下电池组件的输出功率也能对应匹配。

现有UPS中，电池组件通常由多个电池包构成，在需要扩容时一般也是通过串联更多的电池包或采用具有更多单体电池的电池包来实现。但由于UPS内部的DC/DC变换器的电压增益不大，使得在扩容时需要串入较多的电池导致电池组件的输出电压较高，这对操作和维护电池组件的人员安全造成了一定影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的至少一种缺陷或问题，提供一种适于扩容的供电***，且具有较好的人员安全性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：供电***，包括：若干电池簇，以及接入单元和第一BMS管理单元；所述电池簇具有簇连接端并包括若干彼此连接的电池包，以及第二BMS管理单元；所述电池包包括电池模组、第一DC/DC变换器和第三BMS管理单元；所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；所述第一DC/DC变换器的低压侧连接所述电池模组，其高压侧形成所述电池包的包连接端，并用以实现所述电池模组与所述包连接端间的电压变换；所述第三BMS管理单元用于获取各电芯单元的外特性参数；其中，各电池包通过所述包连接端建立电连接关系并界定出所述簇连接端；所述第二BMS管理单元信号连接其所在电池簇的各电池包的第三BMS管理单元，以根据各电池包的电芯单元的外特性参数并判断各电池包是否异常；所述第二BMS管理单元还接收一簇输出目标以控制各电池包的电输出参数；所述接入单元用以接入各电池簇，其包括与各电池簇的簇连接端对应连接的若干簇接入开关；所述第一BMS管理单元信号连接各电池簇的第二BMS管理单元以获取各电池簇内的各电池包的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇的第二BMS管理单元发送对应的所述簇输出目标。

进一步的，各所述电池包的包连接端彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池簇的簇连接端。

进一步的，所述簇输出目标为簇输出功率给定值；所述第二BMS管理单元在簇输出目标为零时切断对应电池簇内的所有电池包；所述第二BMS管理单元在簇输出目标不为零时切断对应电池簇内的异常电池包，且根据该簇输出目标对其他电池包内的第一DC/DC变换器进行 PWM调制，以通过调节相应电池包的输出电压和输出电流来调节对应电池簇的输出功率。

进一步的，所述第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，并结合该异常程度以及当前的***输出目标对各电池簇分配并发送对应的簇输出目标；所述第一BMS管理单元在所述电池簇内的所有电池包均异常时关闭与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值为零的所述簇输出目标；所述第一BMS 管理单元在所述电池簇内存在非异常电池包时保持开启与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值不为零的所述簇输出目标。

进一步的，所述第一BMS管理单元根据加权原则对保持接入所述接入单元的各电池簇分配并发送值不为零的所述簇输出目标。

进一步的，所述电池包还包括若干均衡电路，每一均衡电路均串接于两相邻的电芯单元间，且包括彼此串联的均衡电阻和均衡开关；所述外特性参数包括电芯单元的电压，所述第三BMS管理单元还根据各电芯单元的电压启闭相应的均衡开关以对相应电芯单元进行电压均衡。

进一步的，所述外特性参数包括电压、电流和温度；所述第二BMS管理单元还根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOC和/或SOH。

进一步的，每一所述电池模组的最大输出电压均低于65V；各电池模组内的电芯单元数量相同，每一电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成。

进一步的，所述接入单元具有第一端和第二端，其第一端与各电池簇均连接，其第二端通过对应的簇接入开关连接所述第一端；各电池包内的所述第一DC/DC变换器均为双向DC/DC 变换器；所述供电***还包括变流装置，所述变流装置具有电池端并包括直流母线、第二DC/DC 变换器和第二DC/DC控制单元；所述电池端连接所述接入单元的第二端以连接各所述电池簇；所述第二DC/DC变换器为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端并用以实现二者间的电压变换；所述第二DC/DC控制单元用于控制所述第二DC/DC变换器保持开启；所述电池簇还包括第一电压采集器，用于采集其簇连接端的电压；各所述电池包均包括用于控制对应第一DC/DC变换器的工作方向的第一DC/DC控制单元；各第一DC/DC控制单元信号连接所述第一电压采集器并在所述簇连接端的电压低于一第一阈值时，控制对应的第一 DC/DC变换器工作于放电方向，以使对应的电池模组向变流装置放电；各所述第一DC/DC控制单元在所述簇连接端的电压高于一第二阈值时，控制对应的第一DC/DC变换器工作于充电方向，以使对应的电池模组受变流装置充电；其中，所述第一阈值小于等于第二阈值；所述变流装置还包括第二电压采集器，用于采集所述直流母线的电压；所述第二DC/DC控制单元连接所述第二电压采集器以获取直流母线电压；所述第二DC/DC控制单元在直流母线电压低于一第三阈值时，控制所述第二DC/DC变换器工作于放电方向；所述第二DC/DC控制单元在直流母线电压高于一第四阈值时，控制所述第二DC/DC变换器工作于充电方向；其中，所述第三阈值小于等于第四阈值。

进一步的，所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；所述AC/DC变换器和DC/AC 变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC 变换器的交流侧输出交流电；所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。

相较于现有技术，本实用新型的有益效果是：

(1)供电***包括若干电池簇，电池簇包括若干电池包，电池包包括第一DC/DC变换器，该第一DC/DC变换器与电池模组耦合以将电池模组的输出电压变换后输出，从而无需通过大幅提高电池模组的输出电压来对应用该电池包、电池簇的供电***实现扩容。换言之，在电池模组本身输出较低电压的情况下，上述电池包在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电***的需求；而在需要维护时，由于电池模组的输出电压不高，则可以较为安全地对电池包进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池包在维护和操作时的人员安全性，从而使得相应的供电***适于扩容而无需担心人员安全的问题。

此外，本实用新型的供电***在上述基础上进一步采用了三级BMS管理架构，三级BMS 管理单元分别处于电池包层级、电池簇层级和供电***层级，并面向电芯单元、电池包和电池簇以进行对应的BMS管理，使得该供电***还由于具有其他优势从而进一步地便于扩容。

具体而言，由于电池包内具有用于获取各电芯单元的外特性参数的第三BMS管理单元，使得第二BMS管理单元仅需与各第三BMS管理单元通信即可获得各电芯单元的外特性参数以判断各电池包是否异常，因而第二BMS管理单元无需通过大量线束连接到每一电芯单元，电池簇内信号线的连线关系较为简洁、不易出错，且由于信号线较短，因而可以有效改善信号干扰和延时的情况，方便了电池簇的管理，从而便于扩容。

不仅如此，本实用新型的供电***采用了彼此通信的三级BMS管理架构，各级BMS管理单元分别根据子级电池层级的BMS管理单元所上报的信息管理该子级电池层级，例如第三BMS 管理单元位于电池包层级且可用于管理各电芯单元，第二BMS管理单元位于电池簇层级且用于管理各电池包，第一BMS管理单元位于供电***层级且用于管理各电池簇，也就不会发生某一电池层级在检测到自身存在一定程度的故障后便自行切断输出，进而对同一电池层级的其他部分造成较大输出压力的情况。例如，以电池簇层级为例，若某一电池簇内存在异常或故障的电池包，且该电池簇内的BMS管理单元便控制该电池簇直接退出供电输出，这样便会造成其他同级的其他电池簇存在较大的输出压力。而此时可能存在的情况是，该电池簇内仅有部分电池包是异常的而仍存有部分电池包是适于供电输出的，这样便大幅浪费了这一部分仍适于供电输出的电池包。在实际配置时，考虑到要实现各电池簇与其他任一电池簇的通讯是较为困难的，这会导致各电池簇无法获知其他电池簇的运行情况并利用仍能供电的电池包对自身输出进行对应调整，进而无法应对上述的浪费的现象并予以解决。

而在本实用新型中，第二BMS管理单元将对应电池簇内的电池包异常信息上传第一BMS 管理单元，使得第一BMS管理单元可以准确获取各电池簇内的各电池包的异常信息并根据这些异常信息对各电池簇进行全局控制，其中包括每一电池簇是否接入并供电输出，以及接入并供电输出的每一电池簇需要达成的簇输出目标；接下来，接收到簇输出目标的第二BMS管理单元便可以对电池簇中仍适于供电输出的电池包的电输出参数进行控制，以使各电池包共同配合并使该电池簇达成上述的簇输出目标，从而对供电***中所有可用的电池包均进行了充分的利用，并有效达成整个***的运行目的，提高了供电***的稳定性。换言之，供电***的三级BMS管理架构分别在通信层面和控制层面分别采用了向上汇报机制和向下管理机制并将二者有效结合，解决了供电***在扩容后中可能存在的电池包未充分利用的缺陷，从而使得该供电***适于扩容。

也可以看出，由于供电***内的电池部分层级分明，由电池包、电池簇到整个供电***均具有对应层级的BMS管理单元，从而便于对各部分分别进行模块化配置，并对整个供电***的电池部分进行良好管理。

(2)电池包的包连接端彼此并接以界定出电池簇的簇连接端，使得各电池包通过并联形成了电池簇，即便电池包的电池模组内所包含的电芯单元数量较少、电池包输出电压较低，也可以有效提高电池簇的放电性能，尤其有利于供电***的不间断电源应用。

(3)簇输出目标为簇输出功率给定值，各第二BMS管理单元根据簇输出目标对应地切断异常电池包并根据该簇输出目标对各第一DC/DC变换器进行PWM调制，以调节各电池包的输出电压和电流从而调节对应电池簇的输出功率。换言之，第二BMS控制单元可利用第一DC/DC 变换器的开关来控制电池包是否供电输出，无需设置专用的充、放电控制开关，减少了电池包所需设置的开关数量，提高了开关利用率，降低了电池包的成本，进一步适于供电***的扩容。

(4)第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，从而可以根据该该异常程度为个电池簇分配与其异常程度对应的合理簇输出目标，实现对各电池包的充分利用。

(5)第一BMS管理单元对接入的各电池簇依照加权原则分配相应的簇输出目标，换言之，异常电池包存量高的电池簇的簇输出目标低，非异常电池包存量高的电池簇的簇输出目标高，可防止在均一化原则下部分电池包的快速老化，适于保持各电池包具有基本相同的寿命。

(6)电池包设有均衡电路，第三BMS管理单元根据各电芯单元的电压启闭相应的均衡开关以对相应电芯单元进行电压均衡，可有效延长各电芯单元的寿命。

(7)第二BMS管理单元根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOC和 SOH，为电池包的充放电控制、评估电池寿命等方面提供了数据支持。

(8)电池包的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。电芯单元由两个彼此并联的单体锂电池构成，提高了电芯单元所能负荷的电流水平，寿命长且放电稳定，从而提升了电池包的放电性能。各电池模组内的电芯单元数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。

(9)供电***包括变流装置，变流装置电池端通过接入单元接入各电池簇，从而可以引入各电池簇的直流电能并通过相应变换形成更广泛的应用。此外，各电池簇连接到变流装置的电池端而非直流母线，无需对现有变流装置进行改造，通用性较好。

由于电池包对应地增设了双向DC/DC变换器，在此基础上，本实用新型还进一步设置了第一DC/DC控制单元，该第一DC/DC控制单元仅根据簇连接端的电压与预设阈值的简单对比就能控制各第一DC/DC变换器的工作方向并匹配变流装置的运行需求。具体而言，其中缘由在于，由于各电池簇均与变流装置电气耦合以向其放电或受其充电，且各电池簇均通过簇连接端连接了该变流装置，使得变流装置的运行需求可映射至该簇连接端的电压，从而使得控制单元仅根据簇连接端电压便可以获取变流装置的运行需求并对应的控制动作以匹配该运行需求。

换言之，各电池包内的第一DC/DC变换器的控制可独立于变流装置的控制，不需要与变流装置通过工业控制总线建立直接通讯连接且赋之予复杂的控制算法，就能使得各电池包得以匹配供电***的运行需求，这在电池包数量较为庞大时，尤其适于降低电池簇实际应用时在通讯层面和控制层面的复杂度，并降低现场接线的困难度，使得供电***易于扩容。

不仅如此，供电***还对变流装置进行了关键配置，即通过第二DC/DC控制单元在变流器工作时控制第二DC/DC变换器保持开启，使得适于反映变流装置运行需求的直流母线电压可通过第二DC/DC变换器传递至各电池簇的簇连接端，保证了各电池簇在任何时候都可以获取到能映射变流装置运行需求的有效簇连接端电压，并通过第一DC/DC控制单元对第一DC/DC 变换器进行有效控制来匹配变流装置的运行需求，进而保障了供电***的平稳运行。

此外，第二DC/DC控制单元通过采集直流母线电压来控制第二DC/DC变换器的工作方向，稳定性高。

(10)变流装置内具有AC/DC变换器和DC/AC变换器，使得供电***实质上构成了适于扩容的UPS供电***，在电池供电状态下能够稳定地为负载供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，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为本实用新型实施例供电***的拓扑图；

图2为本实用新型实施例电池簇的结构示意图；

图3为本实用新型实施例电池簇的一拓扑图；

图4为本实用新型实施例电池包的一拓扑图；

图5为本实用新型实施例电池包的另一拓扑图；

图6为本实用新型实施例供电***的另一拓扑图。

附图标记说明：

电池簇100；簇连接端101；电池包110；包连接端110A；电池模组111；电芯单元111A；第一DC/DC变换器112；第一DC/DC控制器112A；均衡电路113；均衡电阻113A；均衡开关113B；第三BMS管理单元114；第二BMS管理单元120；第一电压采集器130；接入单元200；第一BMS管理单元300；变流装置400；电池端401；AC/DC变换器410；DC/AC变换器420；第二DC/DC变换器430；第二DC/DC控制器440；第二电压采集器450。

具体实施方式

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的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作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。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“连接”，可以包含直接连接也可以包含间接连接；如使用术语“耦合”，指的是两电气模块在连接后具有特定的电路功能。

参照图1，本实用新型实施例提供一种供电***，其包括若干电池簇100、接入单元200 和第一BMS管理单元300。

如图2-3所示，所述电池簇100具有簇连接端101并包括若干彼此连接的电池包110和第二BMS管理单元120。

如图3-5所示，所述电池包110包括电池模组111、第一DC/DC变换器112、若干均衡电路113和第三BMS管理单元114。

参照图3和图5，所述电池模组111包括若干彼此串接的电芯单元111A。本实施例中，所述电池模组111的最大输出电压均低于65V，保证了人员维护的安全性。各电池模组111 内的电芯单元111A数量相同，可一定程度防止并联环流情况的发生。每一电芯单元111A均由两个彼此并联的单体锂电池构成，如图5所示，这提高了电芯单元111A所能负荷的电流水平，寿命长且放电稳定，从而提升了电池包110的放电性能。

参照图3和图4，所述第一DC/DC变换器112的低压侧连接所述电池模组111，其高压侧形成所述电池包110的包连接端110A，并用以实现所述电池模组111与所述包连接端110A间的电压变换。本实施例中，所述第一DC/DC变换器112为双向DC/DC变换器，其可采用现有的变换器且不局限于某一具体的DC/DC电路拓扑。不言而喻的，在电池模组111放电时，其电能经第一DC/DC变换器112升压输出；在电池模组111充电时，输入到包连接端110A的直流电能经第一DC/DC变换器112降压，来对电池模组111充电。此外，在所述电池簇100 中，各电池包110通过所述包连接端110A建立电连接关系并界定出所述簇连接端101，具体形式由各电池包110的具体串并联结构确定。本实施例中，各电池包110的包连接端110A彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池簇100的簇连接端101，使得本实施例中的各电池包110形成了典型的并联输出构造，即便电池包110的电池模组111内所包含的电芯单元 111A数量较少、电池包110输出电压较低，也可以有效提高电池簇100的放电性能，尤其有利于供电***的不间断电源应用。

参照图5，所述若干均衡电路113分别串接于两相邻的电芯单元111A间，且均包括彼此串联的均衡电阻113A和均衡开关113B。

参照图3和图5，所述第三BMS管理单元114以获取各电芯单元111A的外特性参数并对各电芯单元111A进行电压均衡管理，所述外特性参数包含电池包110的电压、电流和温度，因而第三BMS管理单元114还包括相应的传感器，这里不再详述。具体来说，所述第三BMS管理单元114根据各电芯单元111A的电压启闭相应均衡电路113的均衡开关113B以对相应电芯单元111A进行电压均衡，可有效延长各电芯单元111A的寿命。

参照图2-3，所述第二BMS管理单元120信号连接其所在电池簇100的各电池包110的第三BMS管理单元114，以根据各电池包110的电芯单元111A的外特性参数并判断各电池包 110是否异常，可以理解的，第二BMS管理单元120在电池包110处于过压、过流或过温时即判断相应的电池包110处于异常或故障。此外，所述第二BMS管理单元120还根据各电池包110的电芯单元111A的外特性参数计算各电池包110的SOC和/或SOH，为电池包110的充放电控制、评估电池寿命等方面提供了数据支持。

进一步的，所述第二BMS管理单元120还接收一簇输出目标以控制各电池包110的电输出参数，所述簇输出目标由所述第一BMS管理单元300发出，这将在下文介绍。本实施例中，所述簇输出目标为簇输出功率给定值，从而第二BMS管理单元120可以通过调节各电池包110 的输出电流、输出电压来调节各电池包110的输出功率，具体控制环路可为电压-电流双闭环控制等方式，本实施例不作具体限定。具体而言，所述第二BMS管理单元120在簇输出目标为零时切断对应电池簇100内的所有电池包110，从而从电池簇100这一侧将该电池簇100 退出供电输出。所述第二BMS管理单元120在簇输出目标不为零时切断对应电池簇100内的异常电池包110，且根据该簇输出目标对其他电池包110内的第一DC/DC变换器112进行PWM 调制，以通过调节相应电池包110的输出电压和输出电流来调节对应电池簇100的输出功率。换言之，第二BMS控制单元可利用第一DC/DC变换器112的开关来控制电池包110是否供电输出，无需设置专用的充、放电控制开关，减少了电池包110所需设置的开关数量，提高了开关利用率，降低了电池包110的成本，进一步适于供电***的扩容。

参照图1，所述接入单元200用以接入各电池簇100，其包括与各电池簇100的簇连接端 101对应连接的若干簇接入开关(图中未示出)，各所述簇接入开关可为相应的继电器或接触器。可以理解的，接入单元200可以为一实体的配电装置，如汇流式的配电接线柜，这样，各电池簇100输出的直流电能可通过该接入单元200进行配电并与其他变流装置连接，从而可将各电池簇100的直流电能变换为其他形式的电能后再进行输出，扩展各电池簇100的应用场景。如前文介绍的，可以将接入单元200接入一变流装置400(在图6中示出)，使得各电池簇100与该变流装置400耦合电气耦合以至少向其放电。特别的，所述变流装置400可以为UPS电源***中除去传统蓄电池的其他部分，即包括整流、逆变和升压等部分，其具体结构将在下文详述，因而当各电池簇100通过接入单元200接入该变流装置400后，供电***便实质上构成了UPS供电***以为负载提供不间断的电能供应。应当说明的是，不应局限性地将所述接入单元200理解为必须为一实体的配电装置，实际上，接入单元200所包括的各簇接入开关可以位于各电池簇100的内部，也可以位于相应变流装置的内部。

参照图1，所述第一BMS管理单元300信号连接各电池簇100的第二BMS管理单元120以获取各电池簇100内的各电池包110的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇100的第二BMS管理单元120发送对应的所述簇输出目标。具体来说，本实施例中，所述第一BMS管理单元300根据各电池簇100内的异常电池包110数量确定该电池簇100的异常程度，例如，所述电池簇100内包括10个电池包110，那么当10个电池包110 均异常时，异常程度即为10；当3个电池包110均异常时，异常程度即为3；所有电池包110 均正常时，异常程度即为0。如此一来，第一BMS管理单元300便可以结合该异常程度以及当前的***输出目标对各电池簇100分配并发送与各电池簇100异常程度对应的合理簇输出目标，实现对各电池包110的充分利用。其中，当前的***输出目标由上位机根据***实际运行情况发送至第一BMS管理单元300。

在本实施例中，所述第一BMS管理单元300在所述电池簇100内的所有电池包110均异常时关闭与该电池簇100对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元120分配并发送值为零的所述簇输出目标。所述第一BMS管理单元300在所述电池簇100内存在非异常电池包110时保持开启与该电池簇100对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元120分配并发送值不为零的所述簇输出目标。

优选的，第一BMS管理单元300根据加权原则对保持接入所述接入单元200的各电池簇 100分配并发送值不为零的所述簇输出目标。换言之，异常电池包110存量高的电池簇100 的簇输出目标低，非异常电池包110存量高的电池簇100的簇输出目标高，可防止在均一化原则下部分电池包110的快速老化，适于保持各电池包110具有基本相同的寿命。

通过上述对供电***的介绍可以看出，供电***包括若干电池簇100，电池簇100包括若干电池包110，电池包110包括第一DC/DC变换器112，该第一DC/DC变换器112与电池模组111耦合以将电池模组111的输出电压变换后输出，从而无需通过大幅提高电池模组111 的输出电压来对应用该电池包110、电池簇100的供电***实现扩容。换言之，在电池模组 111本身输出较低电压的情况下，上述电池包110在工作时仍能保持一定的输出电压以满足供电***的需求；而在需要维护时，由于电池模组111的输出电压不高，则可以较为安全地对电池包110进行维护操作。因而，上述结构有效提高了电池包110在维护和操作时的人员安全性，从而使得相应的供电***适于扩容而无需担心人员安全的问题。

此外，本实用新型实施例的供电***在上述基础上进一步采用了三级BMS管理架构，三级BMS管理单元(114、120、300)分别处于电池包层级、电池簇层级和供电***层级，并面向电芯单元111A、电池包110和电池簇100以进行对应的BMS管理，使得该供电***还由于具有其他优势从而进一步地便于扩容。

具体而言，由于电池包110内具有用于获取各电芯单元111A的外特性参数的第三BMS管理单元114，使得第二BMS管理单元120仅需与各第三BMS管理单元114通信即可获得各电芯单元111A的外特性参数以判断各电池包110是否异常，因而第二BMS管理单元120无需通过大量线束连接到每一电芯单元111A，电池簇100内信号线的连线关系较为简洁、不易出错，且由于信号线较短，因而可以有效改善信号干扰和延时的情况，方便了电池簇100的管理，从而便于扩容。

不仅如此，本实用新型实施例的供电***采用了彼此通信的三级BMS管理架构，各级BMS 管理单元分别根据子级电池层级的BMS管理单元所上报的信息管理该子级电池层级，例如第三BMS管理单元114位于电池包层级且可用于管理各电芯单元111A，第二BMS管理单元120 位于电池簇层级且用于管理各电池包110，第一BMS管理单元300位于供电***层级且用于管理各电池簇100，也就不会发生某一电池层级在检测到自身存在一定程度的故障后便自行切断输出，进而对同一电池层级的其他部分造成较大输出压力的情况。

在本实用新型实施例中，第二BMS管理单元120将对应电池簇100内的电池包110异常信息上传第一BMS管理单元300，使得第一BMS管理单元300可以准确获取各电池簇100内的各电池包110的异常信息并根据这些异常信息对各电池簇100进行全局控制，其中包括每一电池簇100是否接入并供电输出，以及接入并供电输出的每一电池簇100需要达成的簇输出目标；接下来，接收到簇输出目标的第二BMS管理单元120便可以对电池簇100中仍适于供电输出的电池包110的电输出参数进行控制，以使各电池包110共同配合并使该电池簇100达成上述的簇输出目标，从而对供电***中所有可用的电池包110均进行了充分的利用，并有效达成整个***的运行目的，提高了供电***的稳定性。换言之，供电***的三级BMS管理架构分别在通信层面和控制层面分别采用了向上汇报机制和向下管理机制并将二者有效结合，解决了供电***在扩容后中可能存在的电池包110未充分利用的缺陷，从而使得该供电***适于扩容。

也可以看出，由于供电***内的电池部分层级分明，由电池包110、电池簇100到整个供电***均具有对应层级的BMS管理单元，从而便于对各部分分别进行模块化配置，并对整个供电***的电池部分进行良好管理。

继续参照图6，本实施例在上述基础上还具有如下优选配置。但需要说明的是，在图6 中仅示出了一个电池簇100，且各级BMS管理单元和接入单元200均未在图6中示出。

所述接入单元200具有第一端和第二端，其第一端与各电池簇100均连接，其第二端通过对应的簇接入开关连接所述第一端。

所述供电***还包括前述的变流装置400，所述变流装置400具有电池端401并包括直流母线、第二DC/DC变换器430和第二DC/DC控制单元。所述电池端401连接所述接入单元 200的第二端以连接各所述电池簇100，从而可以引入各电池簇100的直流电能并通过相应变换形成更广泛的应用。所述第二DC/DC变换器430为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端401并用以实现二者间的电压变换，因而各电池簇100连接到变流装置400的电池端401而非直流母线，无需对现有变流装置400进行改造，通用性较好。本实施例中，所述第二DC/DC控制单元用于控制所述第二DC/DC变换器430保持开启。

所述电池簇100还包括第一电压采集器130，用于采集其簇连接端101的电压。各所述电池包110均包括用于控制对应第一DC/DC变换器112的工作方向的第一DC/DC控制单元。各第一DC/DC控制单元信号连接所述第一电压采集器130并在所述簇连接端101的电压低于一第一阈值时，控制对应的第一DC/DC变换器112工作于放电方向(即工作于升压模式)，以使对应的电池模组111向变流装置400放电；各所述第一DC/DC控制单元在所述簇连接端101的电压高于一第二阈值时，控制对应的第一DC/DC变换器112工作于充电方向(即工作于降压模式)，以使对应的电池模组111受变流装置400充电。其中，所述第一阈值小于等于第二阈值。

本实施例中，所述第一阈值与第二阈值具有一定差值，以提供一定的缓冲空间。此外，第一DC/DC控制单元包括若干与各第一DC/DC变换器112对应的第一DC/DC控制器112A，每一第一DC/DC控制器112A均连接所述第一电压采集器130以获取所述簇连接端101的电压，并用以控制对应第一DC/DC变换器112的工作方向。具体的，各所述第一DC/DC控制器112A 通过调制PWM信号的占空比控制对应的第一DC/DC变换器112的工作方向，可适用于大多数 DC/DC变换器，应用广泛且技术也较为成熟。由于采用PWM调制来控制DC/DC变换器已为现有技术手段，故本实用新型不再具体阐述其具体过程和原理。

由于电池包110对应地增设了双向DC/DC变换器，在此基础上，本实用新型实施例还进一步设置了第一DC/DC控制单元，该第一DC/DC控制单元仅根据簇连接端101的电压与预设阈值的简单对比就能控制各第一DC/DC变换器112的工作方向并匹配变流装置400的运行需求。具体而言，其中缘由在于，由于各电池簇100均与变流装置400电气耦合以向其放电或受其充电，且各电池簇100均通过簇连接端101连接了该变流装置400，使得变流装置400的运行需求可映射至该簇连接端101的电压，从而使得控制单元仅根据簇连接端101电压便可以获取变流装置400的运行需求并对应的控制动作以匹配该运行需求。在本实施例中，所述的“变流装置400的运行需求”具体包含两种情况：其一是变流装置400供给不足，需要各电池簇100配合共同供电；其二是变流装置400供给过剩，无需各电池簇100配合共同供电。

换言之，各电池包110内的第一DC/DC变换器112的控制可独立于变流装置400的控制，不需要与变流装置400通过工业控制总线建立直接通讯连接且赋之予复杂的控制算法，就能使得各电池包110得以匹配供电***的运行需求，这在电池包110数量较为庞大时，尤其适于降低电池簇100实际应用时在通讯层面和控制层面的复杂度，并降低现场接线的困难度，使得供电***易于扩容。

不仅如此，本实用新型实施例的供电***还对变流装置400进行了关键配置，即通过第二DC/DC控制单元在变流器工作时控制第二DC/DC变换器430保持开启，使得适于反映变流装置400运行需求的直流母线电压可通过第二DC/DC变换器430传递至各电池簇100的簇连接端101，保证了各电池簇100在任何时候都可以获取到能映射变流装置400运行需求的有效簇连接端101电压，并通过第一DC/DC控制单元对第一DC/DC变换器112进行有效控制来匹配变流装置400的运行需求，进而保障了供电***的平稳运行。

对应的，所述变流装置400还包括第二电压采集器450，用于采集所述直流母线的电压。所述第二DC/DC控制单元为第二DC/DC控制器440，其连接所述第二电压采集器450以获取直流母线电压。所述第二DC/DC控制器440在直流母线电压低于一第三阈值时，控制所述第二DC/DC变换器430工作于放电方向；所述第二DC/DC控制器440在直流母线电压高于一第四阈值时，控制所述第二DC/DC变换器430工作于充电方向。其中，所述第三阈值小于等于第四阈值。本实施例中，第三阈值与第四阈值具有一定差值。因而，本实施例通过采集直流母线电压来控制第二DC/DC变换器430的工作方向，稳定性高。

值得说明的是，在本实用新型的术语体系中，“充电方向”和“放电方向”均针对的是电池模组111，即对于任何DC/DC变换器，“充电方向”均指的是电能由变流装置400流向电池簇100的方向，反之，“放电方向”均指的是电能由电池簇100流向变流装置400的方向。

具体的，如前所述，本实施例的变流装置400为UPS***中除去传统蓄电池的其他部分，即该变流装置400还包括AC/DC变换器410和DC/AC变换器420。所述AC/DC变换器410和DC/AC变换器420的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器410的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器420的交流侧输出交流电。所述第二DC/DC变换器430的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端401。本实施例中，所述交流电源为市电。由于 UPS***中的整流、逆变等变换过程已为现有技术，故本实用新型不再对其进行详述。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.供电***，其特征在于，包括：若干电池簇，以及接入单元和第一BMS管理单元；

所述电池簇具有簇连接端并包括若干彼此连接的电池包，以及第二BMS管理单元；

所述电池包包括电池模组、第一DC/DC变换器和第三BMS管理单元；所述电池模组包括若干彼此串接的电芯单元；所述第一DC/DC变换器的低压侧连接所述电池模组，其高压侧形成所述电池包的包连接端，并用以实现所述电池模组与所述包连接端间的电压变换；所述第三BMS管理单元用于获取各电芯单元的外特性参数；其中，各电池包通过所述包连接端建立电连接关系并界定出所述簇连接端；

所述第二BMS管理单元信号连接其所在电池簇的各电池包的第三BMS管理单元，以根据各电池包的电芯单元的外特性参数并判断各电池包是否异常；所述第二BMS管理单元还接收一簇输出目标以控制各电池包的电输出参数；

所述接入单元用以接入各电池簇，其包括与各电池簇的簇连接端对应连接的若干簇接入开关；

所述第一BMS管理单元信号连接各电池簇的第二BMS管理单元以获取各电池簇内的各电池包的异常信息，并根据该异常信息启闭对应的簇接入开关且向各电池簇的第二BMS管理单元发送对应的所述簇输出目标。

2.如权利要求1所述的供电***，其特征在于：各所述电池包的包连接端彼此并接于一公共端，该公共端构成所述电池簇的簇连接端。

3.如权利要求2所述的供电***，其特征在于：所述簇输出目标为簇输出功率给定值；

所述第二BMS管理单元在簇输出目标为零时切断对应电池簇内的所有电池包；

所述第二BMS管理单元在簇输出目标不为零时切断对应电池簇内的异常电池包，且根据该簇输出目标对其他电池包内的第一DC/DC变换器进行PWM调制，以通过调节相应电池包的输出电压和输出电流来调节对应电池簇的输出功率。

4.如权利要求3所述的供电***，其特征在于：

所述第一BMS管理单元根据各电池簇内的异常电池包数量确定该电池簇的异常程度，并结合该异常程度以及当前的***输出目标对各电池簇分配并发送对应的簇输出目标；

所述第一BMS管理单元在所述电池簇内的所有电池包均异常时关闭与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值为零的所述簇输出目标；

所述第一BMS管理单元在所述电池簇内存在非异常电池包时保持开启与该电池簇对应的簇接入开关，并向对应的第二BMS管理单元分配并发送值不为零的所述簇输出目标。

5.如权利要求4所述的供电***，其特征在于：所述第一BMS管理单元根据加权原则对保持接入所述接入单元的各电池簇分配并发送值不为零的所述簇输出目标。

6.如权利要求2所述的供电***，其特征在于：所述电池包还包括若干均衡电路，每一均衡电路均串接于两相邻的电芯单元间，且包括彼此串联的均衡电阻和均衡开关；

所述外特性参数包括电芯单元的电压，所述第三BMS管理单元还根据各电芯单元的电压启闭相应的均衡开关以对相应电芯单元进行电压均衡。

7.如权利要求2所述的供电***，其特征在于：所述外特性参数包括电压、电流和温度；

所述第二BMS管理单元还根据各电池包的电芯单元的外特性参数计算各电池包的SOC和/或SOH。

8.如权利要求2-7中任一项所述的供电***，其特征在于：每一所述电池模组的最大输出电压均低于65V；各电池模组内的电芯单元数量相同，每一电芯单元均由两个彼此并联的单体锂电池构成。

9.如权利要求2-7中任一项所述的供电***，其特征在于：

所述接入单元具有第一端和第二端，其第一端与各电池簇均连接，其第二端通过对应的簇接入开关连接所述第一端；

各电池包内的所述第一DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器；

所述供电***还包括变流装置，所述变流装置具有电池端并包括直流母线、第二DC/DC变换器和第二DC/DC控制单元；所述电池端连接所述接入单元的第二端以连接各所述电池簇；所述第二DC/DC变换器为双向DC/DC变换器且两侧分别连接所述直流母线和所述电池端并用以实现二者间的电压变换；所述第二DC/DC控制单元用于控制所述第二DC/DC变换器保持开启；

所述电池簇还包括第一电压采集器，用于采集其簇连接端的电压；各所述电池包均包括用于控制对应第一DC/DC变换器的工作方向的第一DC/DC控制单元；各第一DC/DC控制单元信号连接所述第一电压采集器并在所述簇连接端的电压低于一第一阈值时，控制对应的第一DC/DC变换器工作于放电方向，以使对应的电池模组向变流装置放电；各所述第一DC/DC控制单元在所述簇连接端的电压高于一第二阈值时，控制对应的第一DC/DC变换器工作于充电方向，以使对应的电池模组受变流装置充电；其中，所述第一阈值小于等于第二阈值；

所述变流装置还包括第二电压采集器，用于采集所述直流母线的电压；所述第二DC/DC控制单元连接所述第二电压采集器以获取直流母线电压；所述第二DC/DC控制单元在直流母线电压低于一第三阈值时，控制所述第二DC/DC变换器工作于放电方向；所述第二DC/DC控制单元在直流母线电压高于一第四阈值时，控制所述第二DC/DC变换器工作于充电方向；其中，所述第三阈值小于等于第四阈值。

10.如权利要求9所述的供电***，其特征在于：所述变流装置还包括AC/DC变换器和DC/AC变换器；

所述AC/DC变换器和DC/AC变换器的直流侧均连接所述直流母线，所述AC/DC变换器的交流侧接入交流电源，所述DC/AC变换器的交流侧输出交流电；

所述第二DC/DC变换器的高压侧连接所述直流母线，其低压侧连接所述电池端。

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