电池串和电池并联系统的制作方法

1.本公开涉及电池技术领域，具体地，涉及一种电池串和电池并联系统。


背景技术：

2.电池串作为一种便携的提供电能的装置，被广泛应用在供电领域中。但是单个电池串的容量有限，为满足长时间持续供电的需求，可以将多个电池串并联使用。在高压、大电流电池串并联使用场景中，由于每个电池串存在电池容量、电池电压的不一致性，电池串在并联时会产生较大的冲击电流，导致电池串出现短时间过充、过放的现象，大大缩短了电池串的使用寿命。
3.相关技术中，主要是通过在电池串的输出串联电压变换组件，来避免在电池串并联时产生较大的冲击电流。然而，由于电池串的高压、大电流的使用条件，采用这样的方式会使得电压变换组件的体积较大、发热量较高，增大了电压变换组件的成本，同时导致电压变换组件不易于模块化，影响了电池串并联的实用性及可拓展性。


技术实现要素：

4.为了解决相关技术中存在的问题，本公开提供了一种电池串和电池并联系统
5.为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，所述电池串包括第一电池组、第二电池组和至少一个电压变换组件，所述第一电池组与所述第二电池组串联；所述电压变换组件与所述第一电池组连接，和/或所述电压变换组件与所述第二电池组连接。
6.可选地，所述电压变换组件与所述第一电池组的输出端串联，和/或所述电压变换组件与所述第二电池组的输出端串联。
7.可选地，所述电压变换组件为dcdc变换器；所述第一电池组的正极与所述dcdc变换器高压侧的第一端连接，所述第一电池组的负极与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接；所述第二电池组的正极与所述dcdc变换器低压侧的第一端连接，所述dcdc变换器低压侧的第二端与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接。
8.可选地，所述电压变换组件为dcdc变换器；所述第一电池组的负极分别与所述dcdc变换器高压侧的第一端和所述第二电池组的正极连接；所述第二电池组的负极与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接，所述dcdc变换器低压侧的第二端与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接。
9.可选地，所述电压变换组件为dcdc变换器；所述第一电池组的负极与所述dcdc变换器低压侧的第一端连接；所述第二电池组的正极与所述dcdc变换器高压侧的第一端连接，所述第二电池组的负极与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接。
10.可选地，所述电池串还包括第一控制开关和第一预充组件；
11.在所述第一电池组的正极与所述dcdc变换器高压侧的第一端连接的情况下，所述第一电池组的正极与所述第一预充组件的输入端连接，且所述第一预充组件的输出端作为所述电池串的正极；所述第二电池组的负极与所述第一控制开关的第一端连接，且所述第
一控制开关的第二端作为所述电池串的负极；
12.在所述第一电池组的负极分别与所述dcdc变换器高压侧的第一端和所述第二电池组的正极连接的情况下，所述第一电池组的正极与所述第一预充组件的输入端连接，且所述第一预充组件的输出端作为所述电池串的正极；所述dcdc变换器低压侧的第一端作为所述电池串的负极；
13.在所述第一电池组的负极与所述dcdc变换器低压侧的第一端连接的情况下，所述第一电池组的正极与所述第一预充组件的输入端连接，且所述第一预充组件的输出端作为所述电池串的正极；所述dcdc变换器低压侧的第二端作为所述电池串的负极。
14.可选地，所述电池串还包括第二预充组件；
15.在所述第一电池组的正极与所述dcdc变换器高压侧的第一端连接的情况下，所述第一电池组的负极通过所述第二预充组件与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接；
16.在所述第一电池组的负极分别与所述dcdc变换器高压侧的第一端和所述第二电池组的正极连接的情况下，所述第二电池组的负极通过所述第二预充组件与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接；
17.在所述第一电池组的负极与所述dcdc变换器低压侧的第一端连接的情况下，所述第二电池组的负极通过所述第二预充组件与所述dcdc变换器高压侧的第二端连接。
18.可选地，所述第一预充组件包括第二控制开关、第三控制开关和第一电阻；
19.所述第二控制开关的第一端作为所述第一预充组件的输入端，且与所述第三控制开关的第一端连接；所述第三控制开关的第二端通过所述第一电阻与所述第二控制开关的第二端连接；所述第二控制开关的第二端作为所述第一预充组件的输出端。
20.可选地，所述第二预充组件包括第四控制开关、第五控制开关和第二电阻；
21.所述第四控制开关的第一端作为所述第二预充组件的输入端，且与所述第五控制开关的第一端连接；所述第五控制开关的第二端通过所述第二电阻与所述第四控制开关的第二端连接，所述第四控制开关的第二端作为所述第二预充组件的输出端。
22.根据本公开实施例的第二方面，提供一种电池并联系统，所述系统包括多个本公开实施例第二方面提供的任一项所述的电池串、隔离开关组件、逆变器和电网；多个所述电池串并联连接，且每个所述电池串均通过所述隔离开关组件、所述逆变器与所述电网连接。
23.通过上述技术方案，本公开中的电池串包括第一电池组、第二电池组和至少一个电压变换组件，第一电池组与第二电池组串联，电压变换组件与第一电池组连接，和/或电压变换组件与第二电池组连接。本公开通过将电池串分为第一电池组和第二电池组，并将电压变换组件串联在第一电池组的输出和/或第二电池组的输出，这样既可以实现在多个电池串并联时抑制冲击电流，又可以调节电池串电压，同时电压变换组件工作时的电压较低，能够使整个电压变换组件的电流应力降低、电流输出能力不变，并且，可以降低电压变换组件的体积、发热量和成本，使电压变换组件易于模块化，能够确保电池串并联的实用性及可拓展性。
24.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具
field-effect transistor，中文：金属氧化物半导体场效应晶体管)的器件损耗，以及电压变换组件13的发热量。并且，由于电压变换组件13的工作时的输入电压降低，器件选型成本和要求也会随之下降，从而降低了电压变换组件13的成本和体积，使电压变换组件13更易于模块化，进而确保了电池串10并联的实用性及可拓展性。
43.需要说明的是，第一电池组11可以为多个，第二电池组12也可以为多个，即在对电池串10进行电池组划分时，不限于只划分两个电池组，还可以划分多个电池组(这多个电池组依次串联)，本公开对此不做具体限定。
44.综上所述，本公开中的电池串包括第一电池组、第二电池组和至少一个电压变换组件，第一电池组与第二电池组串联，电压变换组件与第一电池组连接，和/或电压变换组件与第二电池组连接。本公开通过将电池串分为第一电池组和第二电池组，并将电压变换组件串联在第一电池组的输出和/或第二电池组的输出，这样既可以实现在多个电池串并联时抑制冲击电流，又可以调节电池串电压，同时电压变换组件工作时的电压较低，能够使整个电压变换组件的电流应力降低、电流输出能力不变，并且，可以降低电压变换组件的体积、发热量和成本，使电压变换组件易于模块化，能够确保电池串并联的实用性及可拓展性。
45.可选地，电压变换组件13与第一电池组11的输出端串联，和/或电压变换组件13与第二电池组12的输出端串联。
46.举例来说，可以将电压变换组件13串联在第一电池组11的输出端，和/或将电压变换组件13串联第二电池组12的输出端。相比于将电压变换组件13直接串联在电池串10，将电压变换组件13串联在第一电池组11的输出端或第二电池组12的输出端，这样能够使电压变换组件13工作时的输入电压降低。例如，在第一电池组11的电压与第二电池组12的电压相同的情况下，电压变换组件13的输入电压为将电压变换组件13直接串联在电池串10时电压变换组件13的输入电压的一半。其中，电压变换组件13可以采用dcdc拓扑，且该dcdc拓扑需为隔离性拓扑，例如移相全桥拓扑、llc拓扑等。
47.根据第一电池组11、第二电池组12和电压变换组件13之间的连接关系，电池串10的拓扑可以分为以下几种：
48.(1)在电压变换组件13串联在第一电池组11的负极的情况下，如图2所示，电压变换组件13为dcdc变换器，第一电池组11的正极与dcdc变换器高压侧的第一端连接，第一电池组11的负极与dcdc变换器高压侧的第二端连接。第二电池组12的正极与dcdc变换器低压侧的第一端连接，dcdc变换器低压侧的第二端与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
49.此时，第一电池组11的正极作为电池串10的正极，第二电池组12的负极作为电池串10的负极。而当电池串10包括多个依次串联的电池组时，多个电池组中的第一个电池组的正极作为电池串10的正极，多个电池组中的最后一个电池组的负极作为电池串10的负极。
50.(2)在电压变换组件13串联在第二电池组12的负极的情况下，如图3所示，电压变换组件13为dcdc变换器，第一电池组11的负极分别与dcdc变换器高压侧的第一端和第二电池组12的正极连接。第二电池组12的负极与dcdc变换器高压侧的第二端连接，dcdc变换器低压侧的第二端与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
51.此时，第一电池组11的正极作为电池串10的正极，dcdc变换器低压侧的第一端作
为电池串10的负极。而当电池串10包括多个依次串联的电池组，且电压变换组件13串联在最后一个电池组的负极时，多个电池组中的第一个电池组的正极作为电池串10的正极，dcdc变换器低压侧的第一端作为电池串10的负极。
52.(3)在电压变换组件13并联在第二电池组12的输出端的情况下，如图4所示，电压变换组件13为dcdc变换器。第一电池组11的负极与dcdc变换器低压侧的第一端连接，第二电池组12的正极与dcdc变换器高压侧的第一端连接，第二电池组12的负极与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
53.此时，第一电池组11的正极作为电池串10的正极，dcdc变换器低压侧的第二端作为电池串10的负极。而当电池串10包括多个依次串联的电池组，且电压变换组件13并联在最后一个电池组的输出端时，多个电池组中的第一个电池组的正极作为电池串10的正极，dcdc变换器低压侧的第二端作为电池串10的负极。
54.在一种场景中，电池串10还可以包括第一控制开关14和第一预充组件15。
55.在第一电池组11的正极与dcdc变换器高压侧的第一端连接的情况下，如图5所示，第一电池组11的正极与第一预充组件15的输入端连接，且第一预充组件15的输出端作为电池串10的正极。第二电池组12的负极与第一控制开关14的第一端连接，且第一控制开关14的第二端作为电池串10的负极。
56.在第一电池组11的负极分别与dcdc变换器高压侧的第一端和第二电池组12的正极连接的情况下，如图6所示，第一电池组11的正极与第一预充组件15的输入端连接，且第一预充组件15的输出端作为电池串10的正极。dcdc变换器低压侧的第一端作为电池串10的负极。
57.在第一电池组11的负极与dcdc变换器低压侧的第一端连接的情况下，如图7所示，第一电池组11的正极与第一预充组件15的输入端连接，且第一预充组件15的输出端作为电池串10的正极。dcdc变换器低压侧的第二端作为电池串10的负极。
58.进一步地，电池串10还可以包括第二预充组件16。
59.在第一电池组11的正极与dcdc变换器高压侧的第一端连接的情况下，如图8所示，第一电池组11的负极通过第二预充组件16与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
60.在第一电池组11的负极分别与dcdc变换器高压侧的第一端和第二电池组12的正极连接的情况下，如图9所示，第二电池组12的负极通过第二预充组件16与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
61.在第一电池组11的负极与dcdc变换器低压侧的第一端连接的情况下，如图10所示，第二电池组12的负极通过第二预充组件16与dcdc变换器高压侧的第二端连接。
62.示例地，在电压变换组件13串联在第一电池组11的负极，且电池串10同时包括第一预充组件15和第二预充组件16的情况下，当电池串10需要与已经启动的预设电池串并联时，如果电池串10的目标电池串电压为1480v(目标电池串电压可以理解为电池串10的设计电压值)，且预设电池串的预设电池串电压为1500v(预设电池串电压可以理解为预设电池串的设计电压值)，那么电池串10在启动时，可以先控制第二预充组件16对dcdc变换器进行预充，并在将dcdc变换器预充到1480v后，控制第二预充组件16停止对dcdc变换器进行预充，并使dcdc变换器开始工作。其中，dcdc变换器采用隔离串联的dcdc变换器。其次，可以控制dcdc变换器输出20v电压，由于dcdc变换器为隔离串联的dcdc变换器，所以此时电池串10
的电压为1500v。然后可以在检测到电池串10的电压与预设电池串的电压的电压差小于或等于预设电压阈值的情况下，控制第一预充组件15对电池串10进行预充，并在将电池串10的电压预充到预设电池串的电压后，控制电池串10与预设电池串进行并机。最后，如果电池串10与预设电池串并机时产生的并机电流小于或等于预设电流阈值，可以控制第一预充组件15停止对电池串10进行预充，以完成电池串10与预设电池串的并机。
63.在电压变换组件13串联在第二电池组12的负极，且电池串10同时包括第一预充组件15和第二预充组件16的情况下，当电池串10需要与已经启动的预设电池串并联时，如果电池串10的目标电池串电压为1480v，且预设电池串的预设电池串电压为1500v，那么电池串10在启动时，可以先控制第二预充组件16对dcdc变换器进行预充，并在将dcdc变换器预充到1480v后，控制第二预充组件16停止对dcdc变换器进行预充，并使dcdc变换器开始工作。其中，dcdc变换器为隔离串联的dcdc变换器。其次，可以控制dcdc变换器输出20v电压，由于dcdc变换器为隔离串联的dcdc变换器，所以此时电池串10的电压为1500v。然后可以在检测到电池串10的电压与预设电池串的电压的电压差小于或等于预设电压阈值的情况下，控制第一预充组件15对电池串10进行预充，并在将电池串10的电压预充到预设电池串的电压后，控制电池串10与预设电池串进行并机。最后，如果电池串10与预设电池串并机时产生的并机电流小于或等于预设电流阈值，可以控制第一预充组件15停止对电池串10进行预充，以完成电池串10与预设电池串的并机。
64.在电压变换组件13并联在第二电池组12的输出端，且电池串10同时包括第一预充组件15和第二预充组件16的情况下，第一预充组件15和第二预充组件16的工作过程与电压变换组件13串联在第二电池组12的负极时相同，此处不再详细赘述。
65.进一步地，当电池串10同时包括第一预充组件15和第二预充组件16时，如图11和图12所示，第一预充组件15包括第二控制开关151、第三控制开关152和第一电阻153。
66.第二控制开关151的第一端作为第一预充组件15的输入端，且与第三控制开关152的第一端连接。第三控制开关152的第二端通过第一电阻153与第二控制开关151的第二端连接。第二控制开关151的第二端作为第一预充组件15的输出端。
67.而第二预充组件16包括第四控制开关161、第五控制开关162和第二电阻163。
68.第四控制开关161的第一端作为第二预充组件16的输入端，且与第五控制开关162的第一端连接。第五控制开关162的第二端通过第二电阻163与第四控制开关161的第二端连接，第四控制开关161的第二端作为第二预充组件16的输出端。
69.举例来说，在电压变换组件13串联在第一电池组11的负极的情况下，如图11所示，当电池串10需要与已经启动的预设电池串并联时，如果电池串10的目标电池串电压为1480v，且预设电池串的预设电池串电压为1500v，那么电池串10在启动时，可以先控制第五控制开关162闭合，以对dcdc变换器进行预充，并在将dcdc变换器预充到1480v后，控制第四控制开关161闭合，第五控制开关162断开，以停止对dcdc变换器进行预充，并使dcdc变换器开始工作。其中，目标电池串电压为第一电池组11的电压和第二电池组12的电压之和。例如，第一电池组11的电压可以为750v，第二电池组12的电压可以为730v。
70.其次，可以将预设电池串电压与目标电池串电压之差作为调整电压(即1500v-1480v＝20v)，并控制dcdc变换器输出调整电压，由于dcdc变换器为隔离串联的dcdc变换器，所以此时电池串10的电压为1500v。然后可以在检测到电池串10的电压与预设电池串的
电压的电压差小于或等于预设电压阈值的情况下(预设电压阈值例如可以是3v)，控制第一控制开关14和第三控制开关152闭合，以对电池串10进行预充，并在将电池串10的电压预充到预设电池串的电压后，控制电池串10与预设电池串进行并机。最后，如果电池串10与预设电池串并机时产生的并机电流小于或等于预设电流阈值(预设电流阈值例如可以是10a)，可以控制第二控制开关151闭合，以停止对电池串10进行预充，从而完成电池串10与预设电池串的并机。
71.在电压变换组件13串联在第二电池组12的负极的情况下，如图12所示，当电池串10需要与已经启动的预设电池串并联时，如果电池串10的目标电池串电压为1480v，且预设电池串的预设电池串电压为1500v，那么电池串10在启动时，可以先控制第五控制开关162闭合，以对dcdc变换器进行预充，并在将dcdc变换器预充到1480v后，控制第四控制开关161闭合，第五控制开关162断开，以停止对dcdc变换器进行预充，并使dcdc变换器开始工作。其中，目标电池串电压为第一电池组11的电压和第二电池组12的电压之和。
72.其次，可以将预设电池串电压与目标电池串电压之差作为调整电压(即20v)，并控制dcdc变换器输出调整电压，由于dcdc变换器为隔离串联的dcdc变换器，所以此时电池串10的电压为1500v。然后可以在检测到电池串10的电压与预设电池串的电压的电压差小于或等于预设电压阈值的情况下，控制第三控制开关152闭合，以对电池串10进行预充，并在将电池串10的电压预充到预设电池串的电压后，控制电池串10与预设电池串进行并机。最后，如果电池串10与预设电池串并机时产生的并机电流小于或等于预设电流阈值，可以控制第二控制开关151闭合，以停止对电池串10进行预充，从而完成电池串10与预设电池串的并机。
73.综上所述，本公开中的电池串包括第一电池组、第二电池组和至少一个电压变换组件，第一电池组与第二电池组串联，电压变换组件与第一电池组连接，和/或电压变换组件与第二电池组连接。本公开通过将电池串分为第一电池组和第二电池组，并将电压变换组件串联在第一电池组的输出和/或第二电池组的输出，这样既可以实现在多个电池串并联时抑制冲击电流，又可以调节电池串电压，同时电压变换组件工作时的电压较低，能够使整个电压变换组件的电流应力降低、电流输出能力不变，并且，可以降低电压变换组件的体积、发热量和成本，使电压变换组件易于模块化，能够确保电池串并联的实用性及可拓展性。
74.图13是根据一示例性实施例示出的一种电池并联系统的框图。如图8所示，该系统20包括多个图1-图12中的任一种的电池串10、隔离开关组件21、逆变器22和电网23。其中，多个电池串10并联连接，且每个电池串10均通过隔离开关组件21、逆变器22与电网23连接。
75.关于上述实施例中的系统20，其中电池串10执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
76.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
77.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
78.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。