一种均衡模块、电池管理系统与串联模组储能系统

摘要

本申请实施例公开了一种均衡模块、电池管理系统与串联模组储能系统，均衡模块应用于串联模组储能系统，串联模组储能系统包括M个串联的电芯模组，且每个电芯模组与一个电池管理单元连接，均衡模块包开关模块、耗电模块与控制模块，控制模块与开关模块以及电池管理单元连接，控制模块用于获取电池管理单元所输出的电池状态信息，并根据电池状态信息输出控制信号至开关模块，开关模块与耗电模块以及各电芯模组连接，开关模块用于基于控制信号切换开关状态，以控制耗电模块与电芯模组之间的连接状态。通过上述方式，能够采用一种较为简单的结构实现电池模组间电量的均衡，成本较低。

说明书

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种均衡模块与串联模组储能系统。

背景技术

随着国家对智能电网大力提倡以及新能源的发展，储能系统在微网储能、风光电场电能平滑、电网调节等方面的配置占比越来越大，应用效果比较符合应用预期。储能系统一般由大量的锂电池或者超级电容等储能单体串并联组成，其中就包括有电池模组串联所组成的储能系统。

在该电池模组串联储能系统中，通常会由于制造工艺差异或使用过程中的衰减差异等原因，导致储能系统中模组间电量不均衡。现有技术中常用解决方案为被动均衡与主动均衡，其中，被动均衡即设置板载均衡电阻。然而，板载均衡电阻均衡能力小，使被动均衡则均衡时间较长，而主动均衡的电路则较为复杂且成本较高。

发明内容

本申请实施例旨在提供一种均衡模块与串联模组储能系统，能够采用一种较为简单的结构实现电池模组间电量的均衡，成本较低。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种均衡模块，与串联模组储能系统相连，所述串联模组储能系统包括M个串联的电芯模组，且每个电芯模组与一个电池管理单元连接，其中，M为大于1的正整数，所述均衡模块包括：开关模块、耗电模块与控制模块；所述控制模块与所述开关模块以及所述电池管理单元连接，所述控制模块用于获取所述电池管理单元所输出的电池状态信息，并根据所述电池状态信息输出控制信号至所述开关模块；所述开关模块与所述耗电模块以及各所述电芯模组连接，所述开关模块用于基于所述控制信号切换开关状态，以控制所述耗电模块与所述电芯模组之间的连接状态。

在一种可选的方式中，所述均衡模块还包括通信模块，所述通信模块与所述控制模块以及所述电池管理单元连接；所述通信模块，用于获取所述电池管理单元所输出的电池状态信息，并将所述电池状态信息传输至所述控制模块。

在一种可选的方式中，所述开关模块包括M组开关，一组开关连接一个所述电芯模组；每组开关包括第一开关与第二开关，所述第一开关的一端连接所述电芯模组的正极，所述第一开关的另一端与所述耗电模块的正极连接，所述第二开关的一端与所述电芯模组的负极连接，所述第二开关的另一端与所述耗电模块的负极连接。

在一种可选的方式中，所述开关模块包括第三开关、M-2个第四开关和第五开关；所述第三开关的两端分别与所述串联模组储能系统的正极以及所述耗电模块的正极连接，所述第五开关的两端分别与所述串联模组储能系统的负极以及所述耗电模块的负极连接；

每两个所述电芯模组之间具有连接点，一个所述第四开关连接一个所述连接点，所述第四开关包括第一子开关与第二子开关，所述第一子开关的第一端和所述第二子开关的第一端均连接于所述连接点，所述第一子开关的第二端连接所述耗电模块的正极，所述第二子开关的第二端连接所述耗电模块的负极。

在一种可选的方式中，所述耗电模块包括功率变换单元或负载中的至少一个。

在一种可选的方式中，所述负载包括阻性负载；

所述阻性负载与所述开关模块连接。

在一种可选的方式中，所述电池状态信息包括电压、电流、温度、内阻等中的至少一个。

在一种可选的方式中，所述控制模块具体用于：

根据所述电池状态信息，确定所需均衡的电芯模组；

根据所需均衡的电芯模组输出控制信号至所述开关模块。

在一种可选的方式中，所述根据所述电池状态信息，确定所需均衡的电芯模组，包括：

每个所述电池管理单元所输出的电池状态信息为对应的所述电芯模组的电压，则所述电池管理单元所输出的电池状态信息为各所述电芯模组的总电压；

计算所述总电压与所述电芯模组的总个数的比值，记为电压平均值；

计算各所述电芯模组的电压与所述电压平均值的差值；

确定是否存在至少一个所述差值大于第一预设阈值，

若是，则将大于所述第一预设阈值的所述差值所对应的电芯模组确定为所需均衡的电芯模组。

第二方面，本申请提供一种电池管理系统，包括如上所述的均衡模块。

第三方面，本申请提供一种串联模组储能系统，包括M个串联的电芯模组以及如上所述的均衡模块；

所述均衡模块与M个串联的所述电芯模组连接，所述均衡模块用于均衡各个所述电芯模组的电压,其中，M为大于1的正整数。

在一种可选的方式中，所述串联模组储能系统还包括K个电池管理单元，各所述电池管理单元与至少一个所述电芯模组连接，其中，K为大于0的正整数；

所述电池管理单元，用于将对应的所述电芯模组的电池状态信息传输至所述均衡模块。

本申请实施例的有益效果是：本申请提供的均衡模块，与串联模组储能系统相连，串联模组储能系统包括M个串联的电芯模组，且每个电芯模组与一个电池管理单元连接，其中，M为大于1的正整数，均衡模块包括开关模块、耗电模块与控制模块，控制模块与开关模块以及电池管理单元连接，控制模块用于获取电池管理单元所输出的电池状态信息，并根据电池状态信息输出控制信号至开关模块，开关模块与耗电模块以及电芯模组连接，开关模块用于基于控制信号切换开关状态，以控制耗电模块与电芯模组之间的连接状态，因此，当电池模组间电量不均衡时，控制模块则能够通过电池管理单元所输出的电池状态信息输出控制信号控制需要均衡的电池模组对应的开关模块切换为导通状态，以将需要均衡的电池模组与耗电模块连接，实现了对需要均衡的电池模组的电量进行均衡，即采用一种较为简单的结构实现电池模组间电量的均衡，成本较低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图；

图3为本申请又一实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图；

图4为本申请又一实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图；

图5为本申请又一实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的控制开关模块的方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的串联模组储能系统的结构示意图。如图1所示，串联模组储能系统包括串联连接的电芯模组A1、电芯模组A2…电芯模组AM，即包括M个串联连接的电芯模组与均衡模块100，其中，M为大于1的正整数。

应理解，均衡模块100可以为设置于串联模组储能系统中的模块，也可以为一独立的模块，且该均衡模块100与串联模组储能系统连接。

具体地，均衡模块100与电芯模组A1、电芯模组A2…电芯模组AM连接，均衡模块100用于对各个电芯模组的电压进行均衡。当储能系统中串联连接的各个电芯模组之间的电量不均衡(即电池的容量大小不同)时，例如，在串联模组储能系统中，出现电芯模组损坏而更换新的电芯模组，此时，新旧电芯模组的容量不同，即电量不均衡，那么可能会导致储能系统组成产品后的可用容量低于各电芯模组的容量的总和，即产品容量较低。因此，通过设置均衡模块100，其能够将需要不同容量大小的电芯模组均衡处理，从而使各个电芯模组之间的电量维持在一个较为均衡的水平。

在一实施例中，串联模组储能系统还包括K个电池管理单元，各电池管理单元与至少一个电芯模组连接，其中，K为大于0的正整数。具体地，电池管理单元用于将对应的电芯模组的电池状态信息传输至均衡模块，即电池管理单元可将与其连接的电芯模组的电池状态信息传输至均衡模块。

其中，电池状态信息包括电压、电流、温度、内阻等中的至少一个。即电池管理单元可检测到与其连接的电芯模组的电压、电流、温度与内阻，并将其中的至少一个传输至均衡模块。

具体地，请再次参照图1，串联模组储能系统包括电池管理单元B1、电池管理单元B2…电池管理单元BK。

其中，电池管理单元B1与电芯模组A1连接，电池管理单元B2与电芯模组A2连接…电池管理单元BK与电芯模组AM连接，即电池管理单元B1对应的电芯模组为电芯模组A1，电池管理单元B2对应的电芯模组为电芯模组A2…电池管理单元BK对应的电芯模组为电芯模组AM。可见，在图1中，电池管理单元与电芯模组是一一对应关系，即M＝K，且每一个电池管理单元与一个电芯模组连接。此时，电池管理单元B1将电芯模组A1的电池状态信息传输至均衡模块100，电池管理单元B2将电芯模组A2的电池状态信息传输至均衡模块100…电池管理单元BK将电芯模组AM的电池状态信息传输至均衡模块100。

需要说明的是，在其他实施例中，电池管理单元可以与多个电芯模组连接，即电池管理单元与电芯模组不是一一对应关系。例如，如图2所示，电池管理单元B1与电芯模组A1以及电芯模组A2连接，此时，电池管理单元B1可检测到电芯模组A1与电芯模组A2的电池状态信息，并将电芯模组A1与电芯模组A2的电池状态信息传输至均衡模块100。应理解，在图2中K小于M，即电池管理单元的数量少于电芯模组的数量。

但需要注意的是，每个电芯模组均会与一个电池管理单元连接，以将每个电芯模组的电池状态信息均传输至均衡模块。其中，当任意两个电芯模组均未连接到同一个电池管理单元时，此时即为如图1所示的连接方式，电池管理单元与电芯模组一一对应；当有两个或两个以上的电芯模组连接到同一电池管理单元时，此时可为如图2所示的连接方式，电池管理单元与电芯模组未一一对应。

请结合图1参照图3，此时，电池管理单元与电芯模组一一对应。均衡模块100包括开关模块10、耗电模块20与控制模块30。其中，控制模块30与开关模块10以及各电池管理单元连接，即控制模块30与开关模块10以及电池管理单元B1、电池管理单元B2…电池管理单元BK连接；开关模块10与耗电模块20以及各电芯模组连接，即开关模块10与耗电模块20、电芯模组A1、电芯模组A2…电芯模组AM连接。

具体地，电池管理单元B1、电池管理单元B2…电池管理单元BK分别获取到电芯模组A1、电芯模组A2…电芯模组AM的电池状态信息，并传输至控制模块30。控制模块30在获取到各电芯模组的电池状态信息后，根据该电池状态信息输出控制信号至开关模块10。开关模块10根据所接收到的控制信号切换开关状态，以控制耗电模块20与各电芯模组之间的连接状态。其中，开关模块10的开关状态包括导通状态与断开状态，当开关模块10的开关状态为导通状态时，各电芯模组与耗电模块20为连接状态，此时各电芯模组能够通过耗电模块20消耗其电量；当开关模块10的开关状态为断开状态时，各电芯模组与耗电模块20之间为断开状态。

其中，在一实施方式中，开关模块10包括M组开关,且一组开关连接一个电芯模组。如图4所示，每个电芯模组分别与两个开关连接，这两个开关即为一组开关，即每组开关均包括第一开关S1与第二开关S2。其中，每个电芯模组的正极与第一开关S1的一端连接，而第一开关S1的另一端则连接至耗电模块20的正极，以及，每个电芯模组的负极与第二开关S2的一端连接，且第二开关S2的另一端连接至耗电模块20的负极，那么，与同一电芯模组连接的两个开关即为一组开关。

例如，电芯模组A1的正极与第一开关S1的一端连接，第一开关S1的另一端则连接至耗电模块20的正极，同时，电芯模组A1的负极与第二开关S2的一端连接，第二开关S2的另一端则连接至耗电模块20的负极。

实际应用中，当各串联连接的电芯模组中存在电量较大的电芯模组时，那么，控制模块30通过电池管理单元获取到各电芯模组的电池状态信息，即获取到各电芯模组的电压、电流、温度、内阻等中的至少一个，控制模块30能够确定电量较大的电芯模组。继而，控制模块30可输出控制信号控制开关模块10中与电量较大的电芯模组对应的一组开关闭合(即为导通状态)，以将电量较大的电芯模组与耗电模块20连接，通过耗电模块20消耗其电量，从而实现所有电池模组之间电量的均衡。

例如，假设电芯模组A1的电量较大，而其他的电芯模组的电量相同且均小于电芯模组A1的电量。此时，控制模块30通过获取到的电池状态信息，假设为电压，那么，控制模块30能够确定电芯模组A1的电量过大(例如，控制模块30通过对比所获取到的电压大小，可确定电芯模组A1的电量过大)，此时，需要对电芯模组A1进行均衡。控制模块30随即输出控制信号控制开关模组10中与电芯模组A1对应的开关切换为导通状态，即控制第一开关S1与第二开关S2闭合，电芯模组A1与耗电模块20连接并形成供电回路，电芯模组A1通过耗电模块20进行耗电，从而完成电芯模组A1的均衡过程。

在另一实施方式中，如图5所示，开关模块10包括第三开关S3、M-2个第四开关S4和第五开关S5。

其中，第三开关S3的两端分别与串联模组储能系统的正极(即电芯模组串联后的整体的正极)以及耗电模块20的正极连接；第五开关S5的两端分别与串联模组储能系统的负极(即电芯模组串联后的整体的负极)以及耗电模块20的负极连接。即第三开关S3的一端与电芯模组AM的正极连接，第三开关S3的另一端与耗电模块20的正极连接；第五开关S5的一端与电芯模组A1的负极连接，第五开关S5的另一端与耗电模块20的负极连接。

同时，由于各电芯模组为依次串联连接，所以每两个电芯模组之间具有连接点，一个第四开关S4即连接一个连接点，其中，每一个第四开关S4还包括第一子开关S41与第二子开关S42，第一子开关S41的第一端和第二子开关S42的第一端均连接于连接点，第一子开关S41的第二端连接耗电模块20的正极，第二子开关的第二端连接耗电模块20的负极。

例如，电芯模组A1与电芯模组A2之间的连接点P1与第四开关S4连接。其中，第一子开关S41的第一端和第二子开关S42的第一端均连接于连接点P1，第一子开关S41的第二端连接耗电模块20的正极，第二子开关的第二端连接耗电模块20的负极。

实际应用中，当各串联连接的电芯模组中存在电量较大的电芯模组时，若该电芯模组的正极与负极各连接一个第四开关S4，那么，在控制模块30确定电量较大的电芯模组后，控制模块30可输出控制信号控制开关模块10中与电量较大的电芯模组对应的两个第四开关S4中的各一个子开关闭合(并且这两个子开关一个为第一子开关S41，而另一个为第二子开关S42)，以将电量较大的电芯模组与耗电模块20连接，通过耗电模块20消耗其电量，从而实现所有电池模组之间电量的均衡。

例如，假设电芯模组A2的电量较大，而其他的电芯模组的电量相同且均小于电芯模组A2的电量，且电芯模组A2的正极与负极各连接一个第四开关S4。当需要对电芯模组A2进行均衡时，控制模块30输出控制信号控制开关模组10中与电芯模组A2正极连接的第四开关S4的第一子开关S41以及与电芯模组A2负极连接的第四开关S4的第二子开关S42切换为导通状态，即控制与电芯模组A2正极连接的第四开关S4的第一子开关S41以及与电芯模组A2负极连接的第四开关S4的第二子开关S42闭合，电芯模组A2与耗电模块20连接并形成供电回路，电芯模组A2通过耗电模块20进行耗电，从而完成电芯模组A2的均衡过程。

若电量较大的电芯模组的正极连接一个第四开关S4，且负极连接第五开关S5，例如电芯模组A1，当需要对电芯模组A1进行均衡时，控制模块30输出控制信号控制第五开关S5以及该第四开关S4的第一子开关S41闭合，电芯模组A1与耗电模块20连接并形成供电回路，电芯模组A1通过耗电模块20进行耗电，从而完成电芯模组A1的均衡过程。

若电量较大的电芯模组的负极连接一个第四开关S4，且正极连接第三开关S3，例如电芯模组AM，当需要对电芯模组AM进行均衡时，控制模块30输出控制信号控制第三开关S3以及该第四开关S4的第二子开关S42闭合，电芯模组AM与耗电模块20连接并形成供电回路，电芯模组AM通过耗电模块20进行耗电，从而完成电芯模组AM的均衡过程。

可选地，请再次参阅图4，耗电模块20包括功率变换单元21或负载22中的至少一个。

当耗电模块20为功率变换单元21时，耗电模块20的正极与负极即为功率变换单元21的正极与负极，即功率变换单元21的正极与负极分别为功率变换单元21的第2引脚与第1引脚。

具体地，功率变换单元21还需要与系统的用电负载(例如，散热风扇)进行连接。当开关模块10中至少一个开关闭合时，功率变换单元21能够获取输入电压，则功率变换单元21用于对输入电压进行转换为系统的用电负载所需的供电电压，以将输入电压在系统的用电负载上进行消耗，从而实现将需要均衡的电芯模组的电量降低。

当耗电模块20为负载22时，在一实施例中，该负载22包括阻性负载(例如，白炽灯等)，当开关模块10中至少一个开关闭合时，阻性负载能够对输入电压进行消耗，从而实现将需要均衡的电芯模组的电量降低。

当耗电模块20包括功率变换单元21与负载22，其具体实现过程由上述的实施例集合即可，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。

可选地，均衡模块100还包括通信模块40，其中，通信模块40分别与控制模块30以及各电池管理单元连接，即通信模块40与控制模块30、电池管理单元B1、电池管理单元B2…电池管理单元BK连接。

具体地，通信模块40用于获取各电池管理单元所输出的电池状态信息，并将所获取到的电池状态信息传输至控制模块30。

进一步地，在本申请的实施例中，控制模块30可通过如图6所示的方法控制开关模块，该方法包括：

601：根据电池状态信息，确定所需均衡的电芯模组。

其中，电池状态信息包括电压、电流、温度、内阻等中的至少一个。换言之，控制模块30通过获取各电芯模组的电压、电流、温度或内阻后，即可知道各个电芯模组实际工作状态。例如，假设控制模块30通过获取各电芯模组的电压，通过各电芯模组的电压的大小对比，则可确定其中电压较大的电芯模组，从而控制模块30将该电芯模组确定为需均衡的电芯模组。

在一实施例中，每个电池管理单元所输出的电池状态信息为对应的电芯模组的电压，则各电池管理单元所输出的电池状态信息为各电芯模组的总电压。

具体地，控制模块30在获取到总电压后，首先，计算该总电压与电芯模组的总个数的比值，记为电压平均值，接着，计算各电芯模组的电压与电压平均值的差值，最后，确定是否存在至少一个差值大于第一预设阈值，若存在，则将大于第一预设阈值的差值所对应的电芯模组确定为所需均衡的电芯模组。

因此，通过上述方式，可将电压大于平均电压的电芯模组筛选出来，以进行均衡处理，从而能够实现，在均衡处理过后每个电芯模组的电压均能够与电压平均值的差值小于第一预设阈值。其中，第一预设阈值可根据实际应用情况设置，这里不做限制。

602：根据所需均衡的电芯模组输出控制信号至开关模块。

在控制模块30筛选出需要均衡的电芯模组后，输出控制信号至开关模块10，以使开关模块10中对应的开关闭合，从而将需均衡的电芯模组连接至耗电模块20，以使需均衡的电芯模组对耗电模块进行供电，从而降低需均衡的电芯模组的电压，并在需均衡的电芯模组的电压降低至与电压平均值的差值小于第一预设阈值时断开对应的开关，则完成了对所需均衡的电芯模组进行均衡的过程。

可以理解的是，还可以采用其他的方式确定所需均衡的电芯模组，这里不做限制。例如，在另一实施方式中，控制模块30可直接根据电压大小进行排序，将大于预设电压值的电压所对应的电芯模组确定为所需均衡的电芯模组。

本申请实施例还提供一种电池管理系统，电池管理系统包括上述任一实施例中的均衡模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；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；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。