一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法

技术领域

本发明涉及储能技术领域，更具体地说，涉及一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法。

背景技术

将一个单体电池或多个单体电池的组合视为一个电池单元，再将多个电池单元串联在一起，以满足储能扩压扩容需求。在电池单元串联电路充放电过程中，若个别电池单元出现故障，需及时进行故障保护，以避免事态进一步扩大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电池单元、储能系统及电池单元故障保护方法，以实现电池单元级别的故障保护。

一种电池单元，包括电芯部分、电池监控单元、第一可控开关和第二可控开关；所述第一可控开关为单次不可逆开关；

所述电池单元内的电池监控单元，用于在检测到本电池单元出现故障时：触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

可选的，所述电池单元内的电池监控单元，用于在检测到本电池单元出现故障时，先触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路，再在保持本电池单元内的第一可控开关断开的情况下触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

可选的，所述故障包括过温、过压、欠压和过流中的任意一项或任意多项的组合。

可选的，所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，据此判断本电池单元故障与否。

或者，所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，上传给用于对所述电路中所有电池单元进行集中控制的电池管理单元，由所述电池管理单元判断本电池单元故障与否，并将判断结果下发给本电池单元中的电池监控单元。

可选的，所述电池单元内的第一可控开关串联在本电池单元的正极一侧或负极一侧，本电池单元的电芯部分与本电池单元内的第一可控开关串联后再与本电池单元内的第二可控开关并联。

可选的，所述单次不可逆开关为主动熔丝。

可选的，所述第二可控开关为重复可逆开关。

可选的，所述重复可逆开关为直流接触器、直流继电器、直流断路器、IGBT或MOSFET。

可选的，所述电芯部分为一个单体电池，或者为多个单体电池的串联组合，或者为多个单体电池的并联组合，或者为多个单体电池的串并联组合。

一种储能系统，包括：由多个如上述公开的任一种电池单元相串联构成的电路。

可选的，所述储能系统还包括：所述电路后级接入的电力转换设备；所述电力转换设备在所述电路中串联的电池单元数量减少的情况下，仍具备对电池单元进行充放电操作的能力。

一种电池单元故障保护方法，所述电池单元包括电芯部分、电池监控单元、第一可控开关和第二可控开关；所述第一可控开关为单次不可逆开关；

所述方法包括：

所述电池单元内的电池监控单元检测本电池单元是否出现故障；

若是，触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

可选的，所述触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作，具体包括：先触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路，再在保持本电池单元内的第一可控开关断开的情况下触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

可选的，所述电池单元内的电池监控单元检测本电池单元是否出现故障，包括：所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，据此判断本电池单元故障与否。

或者，所述电池单元内的电池监控单元检测本电池单元是否出现故障，包括：

所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，上传给用于对所述电路中所有电池单元进行集中控制的电池管理单元；

所述电池管理单元判断本电池单元故障与否，并将判断结果下发给本电池单元中的电池监控单元。

从上述的技术方案可以看出，本发明在电池单元串联电路中的任一电池单元出现故障时，将电池单元串联电路开路，并将故障的电池单元旁路，从而就可以在不影响未发生故障的电池单元正常工作的前提下，完成电池单元级别的故障保护、故障电池单元的维修和更换，避免事态进一步扩大。而且，单次不可逆开关的选用，避免了第一可控开关断开后出现误黏连，实现了可靠断开。

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的一些实施例，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为本发明实施例公开的一种电池单元结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种第一可控开关安装位置示意图；

图3为本发明实施例公开的又一种第一可控开关安装位置示意图；

图4为本发明实施例公开的又一种第一可控开关安装位置示意图；

图5为本发明实施例公开的一种主动熔丝断开过程示意图；

图6为本发明实施例公开的一种电池单元故障保护方法流程图；

图7为图6所示方法的具体实现方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例公开了一种电池单元，包括电芯部分、电池监控单元、第一可控开关K1和第二可控开关K2；

所述第一可控开关为单次不可逆开关；

所述电池单元内的电池监控单元，用于在检测到本电池单元出现故障时：触发本电池单元内的第一可控开关K1断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路(即本电池单元所在的电池单元串联电路)开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关K2闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电池单元串联电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

图1仅以“所述电池单元串联电路中的每个电池单元结构相同，电池单元的电芯部分由多个单体电池串联而成，第一可控开关K1串联在电池单元的正极一侧”作为示例。下面，基于该示例来详述本发明实施例的工作原理：

初始情况下，每个电池单元内的第一可控开关K1均处于闭合状态，每个电池单元内的第二可控开关K2均处于断开状态，此时整个电池单元串联电路中所有电池单元均处于工作状态，每个电池单元内的电池监控单元实时采集本电池单元的运行参数，所述运行参数包括但不限于本电池单元的电芯温度、电芯电压和电芯电流等参数；然后，每个电池单元内的电池监控单元根据所述运行参数独立判断本电池单元故障与否，或者发给用于对所有电池单元进行集中控制的电池管理单元后再由电池管理单元判断本电池单元故障与否；若个别电池单元发生故障，则电池监控单元触发该故障电池单元内的第一可控开关K1断开，此时整个电池单元串联电路开路，整个电池单元串联电路停止工作，避免了事态进一步扩大，电池监控单元还触发该故障电池单元内的第二可控开关K2闭合，此时该故障电池单元被旁路，整个电池单元串联电路中未发生故障的电池单元重新建立电气回路，继续充放电工作。这样，就可以在不影响未发生故障的电池单元正常工作的前提下，完成电池单元级别的故障保护、故障电池单元的维修和更换。故障电池单元被更换后，新电池单元内的第二可控开关K2处于默认的断开状态。

可选的，从最大程度避免故障电池单元造成事态进一步扩大，提高电路安全性的角度出发，本发明实施例优选第一可控开关K1和第二可控开关K2的触发顺序为：先断开第一可控开关K1，再闭合第二可控开关K2闭合。也即是说：所述电池单元内的电池监控单元，用于在检测到本电池单元出现故障时，先触发本电池单元内的第一可控开关K1断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路(即本电池单元所在的电池单元串联电路)开路，再在保持本电池单元内的第一可控开关K1断开的情况下触发本电池单元内的第二可控开关K2闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电池单元串联电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

另外需要说明的是，在其他示例下，对于任一电池单元内的第一可控开关K1来说，也可以将第一可控开关K1串联在本电池单元的负极一侧(如图2所示)，或者也可以将第一可控开关K1串联在本电池单元的中间任意两个单体电池之间(如图3所示)；当电池单元由多个单体电池先串联再并联组成时，也可以在每个单体电池串联支路中间任意两个单体电池之间各设置一个第一可控开关K1(如图4所示)。总之，第一可控开关K1的个数和安装位置根据实际需要进行合理设置，只要能够实现将整个电池单元串联电路开路即可。出于安装方便、节约开关使用个数等原因考虑，本发明实施例推荐将第一可控开关K1串联在电池单元的正极一侧或负极一侧，本电池单元的电芯部分与本电池单元内的第一可控开关K1串联后再与本电池单元内的第二可控开关K2并联。

所述电池管理单元可以集成在电池单元串联电路后级接入的电力转换设备内，也可以独立设置，并不局限。

所述电池单元的电芯部分并不仅限于多个单体电池的串联组合，也可以只包含一个单体电池，或者也可以是多个单体电池的并联组合或串并联组合。

本发明实施例中的电池单元可以是业内俗称的电池pack，电池单元串联电路可以是业内俗称的电池簇。

所谓单次不可逆开关，就是指断开后形成机械断点，不可再重新建立连接的开关。本发明实施例将第一可控开关设置为单次不可逆开关，避免了第一可控开关断开后出现误黏连，实现了可靠断开。

所述单次不可逆开关例如为主动熔丝，正常运行过程中，主动熔丝相当于铜排、铝排等载流体，其内阻远小于传统的被动熔丝，且比传统的被动熔丝动作更快。可选的，所述主动熔丝包括点火具、活塞和载流体(例如铜片)等，单次不可逆开关接收到关断触发信号时，将点火具点燃，点火具燃烧产生气体，在气体压力作用下，活塞下压冲断载流体，形成机械断点，切断电气回路，如图5所示。

由以上描述可知，本发明实施例在电池单元串联电路中的任一电池单元出现故障时，将电池单元串联电路开路，并将故障的电池单元旁路，从而就可以在不影响未发生故障的电池单元正常工作的前提下，完成电池单元级别的故障保护、故障电池单元的维修和更换，避免事态进一步扩大。而且，单次不可逆开关的选用，避免了第一可控开关断开后出现误黏连，实现了可靠断开。

可选的，为避免反复频繁更换第二可控开关K2，所述第二可控开关K2优选重复可逆开关。所谓重复可逆开关是指可重复进行接通和分断的开关。

所述重复可逆开关可以是直流接触器、直流继电器、直流断路器、IGBT或MOSFET等，其断开后将通过形成电气断点切断电气回路，且可恢复。

此外，本发明实施例还公开了一种储能系统，包括：由多个如上述公开的任一种电池单元相串联构成的电路。

可选的，所述储能系统还包括所述电路后级接入的电力转换设备。

其中，该电力转换设备允许宽电压接入，即在串联电池单元数量减少的情况下，仍具备对电池单元进行充放电操作的能力，故障电池单元的维修不影响该电力转换设备正常运行。所述电力转换设备例如可以是两级式储能变流器，其前级为DC/DC单元，后级为DC/AC单元。

与上述电池单元实施例相对应的，本发明实施例还公开了一种电池单元故障保护方法，所述电池单元包括电芯部分、电池监控单元、第一可控开关和第二可控开关；所述第一可控开关为单次不可逆开关；如图6所示，所述方法包括：

步骤S01：所述电池单元内的电池监控单元检测本电池单元是否出现故障；若是，进入步骤S02；若否，返回步骤S01；

其中，所述步骤S01具体可以是：所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，据此判断本电池单元故障与否。或者，所述S01也可以是：所述电池单元内的电池监控单元获取本电池单元的运行参数，上传给用于对所述电路中所有电池单元进行集中控制的电池管理单元，所述电池管理单元判断本电池单元故障与否，并将判断结果下发给本电池单元中的电池监控单元。

其中，所述运行参数包括但不限于本电池单元的电芯温度、电芯电压和电芯电流等参数。所述故障包括过温、过压、欠压和过流中的任意一项或任意多项的组合。

步骤S02：触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；以及触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

可选的，参见图7，所述步骤S02具体可细化为如下步骤S021～S022：

步骤S021：触发本电池单元内的第一可控开关断开，从而将本电池单元与其他电池单元相串联构成的电路开路；之后进入步骤S03；

步骤S022：在保持本电池单元内的第一可控开关断开的情况下触发本电池单元内的第二可控开关闭合，从而将本电池单元旁路，保证所述电路中未出现故障的电池单元能够继续工作。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的电池单元相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电池单元部分说明即可。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。