CN219717931U - 多电池并联充放电的储能***和充放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多电池并联充放电的储能***和充放电装置，涉及可充电电池的储能***及充放电装置领域。本实用新型中，电池模块均以电连接件的方式接插到主控模块中，而由设置在主控模块的充放电端口统一进行充放电，并且主控模块内设置有能将接入的各电池模块联合充放电的并联母线，从而实现用户可以自行平衡充电效率需求和携带重量考量自行配置电池模块的数量；同时，每个电池模块中设置了开关单元和本地控制器，而主控模块也设置了主控制器，主控制器根据电池单元的电压信息发送通断指令，本地控制器根据通断指令控制开关单元通断，从而实现多个电池单元能以相接近的电压进行并联充放电，并确保充放电过程的安全。

Description

多电池并联充放电的储能***和充放电装置

技术领域

本实用新型涉及可充电电池的储能***及充放电装置领域，尤其涉及一种多电池并联充放电的储能***，以及一种应用于该储能***的充放电装置。

背景技术

目前，市场上电池储能产品的应用场景繁多，如移动电源、应急电源和户外电源等。

现有技术中，一方面，绝大多数的电池储能产品都是整体式的。也就是说，蓄能电池部分和功率转换部分被配置在同一外壳内。部分电池储能产品也有外挂电池的，但其结构基本上是配置一个主电池在产品内部，而外挂的是副电池。

另一方面，为了提升电池储能产品的放电效率，不可避免地需要将多个电池单体进行并联放电。然而，由于电池单体在厂家、批次、当前运行状态、当前寿命等的差异，因此这些电池单元直接进行并联充放电时，轻则导致部分单体电池不能正常运行，严重则会造成电池起火甚至***。例如，对于外挂式的储能产品，主电池因长期使用而寿命下降，若直接与外挂的副电池并联充放电，将引起安全问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种多电池并联充放电的储能***，可实现多个电池单体以并联方式进行充电或放电，以便于用户按需要数量的电池单元组合成储能***，同时确保不同电池能安全地进行并联充放电。

本申请的主要目的在于提供一种充放电装置，可用于将多个电池模块经并联后充放电，并确保并联充放电的安全。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

在第一方面，本实用新型提供了一种多电池并联充放电的储能***，包括电池模块、主控模块和充放电端口；

所述电池模块包括电池单元、开关单元、本地控制器和电连接件；所述开关单元设置在电池单元和电连接件之间，以断开或导通电池与电连接件；所述本地控制器连接于开关单元的控制端，以控制开关单元的通断；所述电池单元连接于本地控制器的电压端，以使本地控制器获取电压信息；

所述主控模块包括并联母线和主控制器；所述并联母线设置有至少两个输入端，所述电池模块经电连接件与并联母线的输入端连接，所述并联母线设置有输出端，所述并联母线的输出端用于连接至充放电端口；所述主控制器与各电池模块的本地控制器建立有通信连接，所述主控制器用于根据各电池单元的电压信息向本地控制器发送开关单元的通断指令。

上述储能***可选地，主控制器包括存储单元，比较单元，判断单元和通信单元，

所述通信单元被配置为获取接入的本地控制器的电压信息和给接入的本地控制器发送通断指令；

所述存储单元用于存储电压差阈值；

所述比较单元用于比较接入的本地控制器的电压信息之间的电压差值，并将电压差值比较于电压差阈值；

所述判断单元用于根据电压信息比较的排序和根据电压差值与电压差阈值的比较生成通断指令。

上述储能***可选地，所述判断单元还用于判断并联母线是运行在充电模式还是放电模式，并在充电模式下根据由低到高的电压信息生成导通指令给对应本地控制器并导通对应开关单元，在放电模式下根据电压信息高到底生成导通指令给对应本地控制器并导通对应的开关单元。

上述储能***可选地，在充电模式下，所述判断单元用于给电压最低的本地控制器发送导通指令，并在其余本地控制器与电压最低的本地控制器的电压差值小于电压差阈值时对应生成导通指令；以及，在放电模式下，所述判断单元用于给电压最高的本地控制器发送导通指令，并在其余本地控制器与电压最高的本地控制器的电压差值小于电压差阈值时对应生成导通指令。

上述储能***可选地，所述本地控制器通过通信线路与主控模块进行通信连接，所述通信线路一体设置于本地控制器电连接件。

上述储能***可选地，所述主控模块还包括功率变换电路，所述功率变换电路用于将从并联母线接入的电池单元经功率转换后放电和将接入的电力经功率转换后对接入并联母线的电池单元进行充电。

上述储能***可选地，所述功率变换电路包括DC-AC逆变电路，所述DC-AC逆变电路的一端连接于并联母线输出端，所述DC-AC逆变电路另一端作为充放电端口，所述主控制器连接于DC-AC逆变电路的控制端。

上述储能***可选地，所述功率变换电路包括DC-DC变换电路，所述DC-DC变换电路的一端连接于并联母线输出端，所述DC-DC变换电路另一端作为充放电端口，所述主控制器连接于DC-DC变换电路的控制端。

上述储能***可选地，所述开关单元由至少两个的相互串联的开关件组成，所述开关件为场效应管，或者晶体管，或者继电器。

在第二方面，本实用新型提供了一种充放电装置，应用于上述的一种多电池并联充放电的储能***，其中，该充放电装置包括主控模块，所述主控模块包括并联母线和主控制器；所述并联母线设置有至少两个输入端，所述并联母线的输入端用于连接到电池模块的电连接件，所述并联母线设置有输出端，所述并联母线的输出端用于连接至充放电端口；所述主控模块设置有通信端，主控模块的通信端用于连接到本地控制器，以根据各电池单元的电压信息向本地控制器发送开关单元的通断指令。

与现有技术相比，本实用新型有益效果如下：

（1）本实用新型的储能***中，电池模块均以电连接件的方式接插到主控模块中，而由设置在主控模块的充放电端口统一进行充放电，并且主控模块内设置有能将接入的各电池模块联合充放电的并联母线，从而实现用户可以自行平衡充电效率需求和携带重量考量自行配置电池模块的数量；同时，每个电池模块中设置了开关单元和本地控制器，而主控模块也设置了主控制器，主控制器根据电池单元的电压信息发送通断指令，本地控制器根据通断指令控制开关单元通断，从而实现多个电池单元能以相接近的电压进行并联充放电，并确保充放电过程的安全。

（2）本实用新型的充放电装置设置了并联母线，并联母线具有可接入不同电池模块的输入端，并将多个电池模块并联后由并联母线输出端进行充放电，并且充放电装置还设置了主控制器，主控制器能根据各接入的电池模块的电压信息来控制各电池模块是否导通到并联母线，从而实现多个电池模块以相接近的电压进行并联充放电，确保充放电过程的安全；充放电装置本身不包含电池模块，而各接入的电池模块无主从之分，任何一；用户使用时可以自行平衡充电效率需求和携带重量考量自行配置电池模块的数量，使充放电装置具有结构简单、提及小、成本低等特点。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1根据本实用新型的第一实施例的储能***的电路结构示意图；

图2根据本实用新型的第一实施例的电池模块的电路结构示意图；

图3根据本实用新型的第一实施例的主控模块的电路结构示意图；

图4根据本实用新型的第二实施例的储能***的电路结构示意图。

附图标记：10、电池模块；11、电池单元；12、开关单元；13、本地控制器；14、电连接件；20、主控模块；21、并联母线；211、并联母线的输入端；212、并联母线的输出端；22、主控制器；221、存储单元；222、比较单元；223、判断单元；224、通信单元；23、DC-AC逆变电路；24、DC-DC变换电路；30、充放电端口。

具体实施方式

为更好的说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1至3所示，根据本实用新型的第一实施例是一种多电池并联充放电的储能***。该储能***配置有标记为A、B、...、N的至少两个电池模块10和一个主控模块20。其中，主控模块20中配置有并联母线21和主控制器22。并联母线21设置有至少两个输入端211和一个输出端212。并联母线21的输出端212作为储能***对外进行充电或放电的端口。每个电池模块10设置有电连接件14。每个电池模块10的电连接件14均可匹配地电连接到并联母线21的任一输入端211。每个电池模块10中的电池单元11具有正负极，电池单元11的正负极与电连接件14的正负极连接，并可通过电连接件14电连接到并联母线21。其中，电池单元11与电连接件14的正极连接线路或负极连接线路上设置有开关件，作为电池模块10中的开关单元12。电池模块10还设置有本地控制器13，本地控制器13由电池单元11供电运行。本地控制器13的电压端对应电连接于电池单元11的正极，并获取电池单元11的电压信息。主控模块20中的主控制器22能够与已连接到并联母线21的电池模块10进行通信。具体是，主控制器22与各本地控制器13建立有线或无线的通信。各本地控制器13向主控制器22发送各自检测到的电压信息，如VA、VB、...、VN。主控制器22根据所获取的电压信息，以允许导通电池单元11的电压差异不超出电压差阈值为原则，向各本地控制器13发送用于控制开关单元12的通断指令。

示例性地，本第一实施例的储能***在使用时，将标记为A、B两个电池模块10分别通过其电连接件14接插到主控模块20中两个并联母线21输入端211。储能***的充放电端口30连接到负载时，储能***将对负载进行放电。在一开始时，A、B两个电池模块10中的本地控制器13将控制开关单元12断开。同时，本地控制器13将对应检测电池单元11的电压信息，即VA和VB，并将VA和VB发送给主控制器22。主控制器22判断VA和VB之间的电压差值。同时，主控制器22向电压较高的本地控制器13发送导通指令，储能***至少由其中一电池单元11向负载供电。若VA和VB之间的电压差异未超出预设的电压差阈值△Vref，则主控制器22也向另一本地控制器13发送导通指令，即储能***由已接入的所有两个电池单元11向负载供电。若VA和VB之间的电压差异超出预设的电压差阈值△Vref，则主控制器22向另一本地控制器13发送断开指令，即储能***暂时由单个电池单元11向负载供电。电压较高的单个电池单元11向负载供电，将使得该电池单元11容量下降，且电压也同步下降，而使得VA和VB之间的电压差异未超出预设的电压差阈值△Vref。此时，主控制器22将也向另一本地控制器13发送导通指令，使所有两个电池单元11向负载供电。

原理相同地有，储能***的充放电端口30连接到充电电源时，充电电源将对储能***进行充电。此时，主控制器22将向电压最低的本地控制器13发送导通指令，同时仅当其余的本地控制器13的电压与电压最低的本地控制器13之间的电压差异小于电压差阈值△Vref时，才发送导通指令。

由此可见，本第一实施例的特点有，储能***可根据用户选择而将若干数量的电池模块10进行。同时，主控制器22会根据电压信息情况控制电池模块10是否导通，以此确保接入并联母线21的电池模块10之间的电压差异始终不超出预设的电压差阈值△Vref，从而确保并联充放电的安全。

图2可见，为实现开关单元12的功能，本实施例具体地，开关单元12采用场效应管作为开关件，即开关单元12由两个的相互串联的场效应管组成。两个串联的场效应管的控制端可分别对应连接到本地控制器13的两个输出端，或者两个串联的场效应管的控制端连接到本地控制器13的同一输出端。在其他实施例中，所述开关件还可以是晶体管，或者继电器。两个场效应管方向相反地设置，其内部寄生二极管，可以确保开关件关断时，充放电过程电池单元11均不与并联母线21导通。

图3可见，为实现主控制器22的功能，本实施例具体地，主控制器22包括存储单元221，比较单元222，判断单元223和通信单元224。主控制器22的通信单元224用于与各个已接入的电池模块10的本地控制器13进行通信连接。基于通信连接，通信单元224可获取电压信息VA、VB、...、VN，以及对应向各本地控制器13发送导通或断开的指令。存储单元221用于存储电压差阈值△Vref。比较单元222用于比较接入的本地控制器13的电压信息之间的电压差值，并用于获取存储单元221的电压差阈值△Vref，将△Vref比较于电压差阈值。判断单元223用于判断并联母线21是运行在充电模式还是放电模式，根据电压信息比较排序，在放电模式下以最高电压为比较参考，而在充电模式下以最低电压为比较参考。同时，判断单元223还用于根据在放电模式下将其他电压信息与最低电压进行比较得到电压差值，并将该电压差值与电压差阈值△Vref的比较生成通断指令；根据在充电模式下将其他电压信息与最高电压进行比较得到电压差值，并将该电压差值与电压差阈值△Vref进行比较生成通断指令。由此可见，本实施例通过简单的主控制器22结构实现确保接入并联母线21的电池模块10之间的电压差异始终不超出预设的电压差阈值△Vref。

如图4所示，根据本实用新型的第二实施例是一种多电池并联充放电的储能***。与第一实施例相同地，该储能***配置有标记为A、B、...、N的至少两个电池模块10和一个主控模块20。其中，主控模块20中配置有并联母线21和主控制器22。并联母线21设置有至少两个输入端211和一个输出端212，而每个电池模块10设置有电连接件14。每个电池模块10的电连接件14均可匹配地电连接到并联母线21的任一输入端211。特别地，第二实施例中，电连接件14还设置有通信端口，本地控制器13电连接于通信端口。并联母线21的输入端211也设置有对应的通信端口，该通信端口统一连接到主控制器22。由此，形成本地控制器13与主控模块20进行通信连接的通信线路，而该通信线路一体设置于本地控制器13电连接件14。使用时，电池单元11随着电连接件14接插到主控模块20，并电连接到并联母线21；同时，本地控制器13也将随着电连接件14接插到主控模块20，并电连接到主控制器22，从而实现电池模块10和主控模块20的方便电连接。

本第二实施例，所述主控模块20设置有功率变换电路。功率变换电路用于将从并联母线21接入的电池单元11经功率转换后放电和将接入的电力经功率转换后对接入并联母线21的电池单元11进行充电。可选的，功率变换电路可以是DC-AC逆变电路，也可以是DC-DC变换电路。

本第二实施例具体地，主控模块20设置有作为功率变换电路的DC-AC逆变电路23。其中，DC-AC逆变电路23的一端连接于并联母线21输出端212，DC-AC逆变电路23另一端作为充放电端口30。主控制器22连接于DC-AC逆变电路23的控制端。使用时，当电源为220V交流电，该电源可直接从DC-AC逆变电路23的充放电端口30接入，以进行充电。由DC-AC逆变电路23将电力转换为合适电池单元11充电的直流电进行充电。当负载需要输出220V交流电，该负载可直接从DC-AC逆变电路23充放电端口30接入，以进行供电。

本第二实施例具体地，主控模块20设置有作为功率变换电路的DC-DC变换电路24。其中，DC-DC变换电路24的一端连接于并联母线21输出端212，DC-DC变换电路24另一端作为充放电端口30。主控制器22连接于DC-DC变换电路24的控制端。使用时，当电源为24V直流电，该电源可直接从DC-DC变换电路24的充放电端口30。由DC-DC变换电路24将电力转换为合适电池单元11充电的直流电进行充电。当负载需要输出24V直流电，该负载可直接从DC-DC变换电路24的充放电端口30，从而实现多功能充放电。可见，本实施例的储能***可实现多功能充放电。

以上实施例主要描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。

Claims (10)

1.一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，包括电池模块(10)、主控模块(20)和充放电端口(30)；

所述电池模块(10)包括电池单元(11)、开关单元(12)、本地控制器(13)和电连接件(14)；所述开关单元(12)设置在电池单元(11)和电连接件(14)之间，以断开或导通电池与电连接件(14)；所述本地控制器(13)连接于开关单元(12)的控制端，以控制开关单元(12)的通断；所述电池单元(11)连接于本地控制器(13)的电压端，以使本地控制器(13)获取电压信息；

所述主控模块(20)包括并联母线(21)和主控制器(22)；所述并联母线(21)设置有至少两个输入端(211)，所述电池模块(10)经电连接件(14)与并联母线(21)的输入端(211)连接，所述并联母线(21)设置有输出端(212)，所述并联母线(21)的输出端(212)用于连接至充放电端口(30)；所述主控制器(22)与各电池模块(10)的本地控制器(13)建立有通信连接，所述主控制器(22)用于根据各电池单元(11)的电压信息向本地控制器(13)发送开关单元(12)的通断指令。

2.如权利要求1所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述主控制器(22)包括存储单元(221)，比较单元(222)，判断单元(223)和通信单元(224)，

所述通信单元(224)被配置为获取接入的本地控制器(13)的电压信息和给接入的本地控制器(13)发送通断指令；

所述存储单元(221)用于存储电压差阈值；

所述比较单元(222)用于比较接入的本地控制器(13)的电压信息之间的电压差值，并将电压差值比较于电压差阈值；

所述判断单元(223)用于根据电压信息比较的排序和根据电压差值与电压差阈值的比较生成通断指令。

3.如权利要求2所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述判断单元(223)还用于判断并联母线(21)是运行在充电模式还是放电模式，并在充电模式下根据由低到高的电压信息生成导通指令给对应本地控制器(13)并导通对应开关单元(12)，在放电模式下根据电压信息高到底生成导通指令给对应本地控制器(13)并导通对应的开关单元(12)。

4.如权利要求3所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，在充电模式下，所述判断单元(223)用于给电压最低的本地控制器(13)发送导通指令，并在其余本地控制器(13)与电压最低的本地控制器(13)的电压差值小于电压差阈值时对应生成导通指令；以及，在放电模式下，所述判断单元(223)用于给电压最高的本地控制器(13)发送导通指令，并在其余本地控制器(13)与电压最高的本地控制器(13)的电压差值小于电压差阈值时对应生成导通指令。

5.如权利要求1所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述本地控制器(13)通过通信线路与主控模块(20)进行通信连接，所述通信线路一体设置于本地控制器(13)电连接件(14)。

6.如权利要求1所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述主控模块(20)还包括功率变换电路，所述功率变换电路用于将从并联母线(21)接入的电池单元(11)经功率转换后放电和将接入的电力经功率转换后对接入并联母线(21)的电池单元(11)进行充电。

7.如权利要求6所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述功率变换电路包括DC-AC逆变电路(23)，所述DC-AC逆变电路(23)的一端连接于并联母线(21)输出端(212)，所述DC-AC逆变电路(23)另一端作为充放电端口(30)，所述主控制器(22)连接于DC-AC逆变电路(23)的控制端。

8.如权利要求6所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述功率变换电路包括DC-DC变换电路(24)，所述DC-DC变换电路(24)的一端连接于并联母线(21)输出端(212)，所述DC-DC变换电路(24)另一端作为充放电端口(30)，所述主控制器(22)连接于DC-DC变换电路(24)的控制端。

9.如权利要求1所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，所述开关单元(12)由至少两个的相互串联的开关件组成，所述开关件为场效应管，或者晶体管，或者继电器。

10.一种充放电装置，应用于权利要求1至9任一项所述的一种多电池并联充放电的储能***，其特征在于，包括主控模块(20)，所述主控模块(20)包括并联母线(21)和主控制器(22)；所述并联母线(21)设置有至少两个输入端(211)，所述并联母线(21)的输入端(211)用于连接到电池模块(10)的电连接件(14)，所述并联母线(21)设置有输出端(212)，所述并联母线(21)的输出端(212)用于连接至充放电端口(30)；所述主控模块(20)设置有通信端，主控模块(20)的通信端用于连接到本地控制器(13)，以根据各电池单元(11)的电压信息向本地控制器(13)发送开关单元(12)的通断指令。