一种高压电池簇及其过流保护电路和开关盒的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种高压电池簇及其过流保护电路和开关盒。

背景技术：

目前，电化学储能在电力系统中也相应得到大规模发展。当前典型应用的容量逐渐达到单台集装箱mwh级，单个电池组端口电压达到1000v，甚至1500v，单个电池组充放电流达到几百安培。因此，在高电压、大电流的工作环境下，当电路回路出现短路或过载等过流故障时，会造成更加严重的电路安全事故。

为了避免在电路回路出现过流故障时，引起严重的电路安全事故，现有技术通常为高压电池簇正负极回路各串联一个熔断器，以便在电路回路发生过流故障时，确保高压电池簇与电路回路断开。

但是，采用上述方法，当电路回路发生过流故障时，两个熔断器均熔断，产生的拉弧会引起电流变化率较大变化。并且，在电路回路寄生电感的作用下，导致电压变化率较大，进而会在高压电池簇的两端产生较大的反向电压，其峰值可达到高压电池簇额定电压的2-5倍，直接对高压电池簇的电气安全造成威胁。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高压电池簇及其过流保护电路和开关盒，以降低现有技术中在熔断器熔断时电路回路中产生的电流冲击和电压冲击。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请第一方面提供一种高压电池簇的过流保护电路，包括：第一熔断模块和第二熔断模块；其中：

所述第一熔断模块设置于所述高压电池簇的开关盒的正极支路上；

所述第二熔断模块设置于所述高压电池簇的开关盒的负极支路上；

所述第一熔断模块的承受电流-时间曲线与所述第二熔断模块的承受电流-时间曲线不同。

可选的，所述第一熔断模块设置于所述正极支路上的直流开关和所述正极支路的输出端之间；并且，所述第二熔断模块设置于所述负极支路上的直流开关和所述负极支路的输入端之间；

或者，

所述第一熔断模块设置于所述正极支路上的直流开关和所述正极支路的输入端之间；并且，所述第二熔断模块设置于所述负极支路上的直流开关和所述负极支路的输出端之间。

可选的，所述第一熔断模块设置于所述正极支路上的直流开关和所述正极支路的输出端之间；并且，所述第二熔断模块设置于所述负极支路上的直流开关和所述负极支路的输出端之间；

或者，

所述第一熔断模块设置于所述正极支路上的直流开关和所述正极支路的输入端之间；并且，所述第二熔断模块设置于所述负极支路上的直流开关和所述负极支路的输入端之间。

可选的，所述第一熔断模块和所述第二熔断模块中的任意一个为高灵敏动作的熔断器。

可选的，所述第一熔断模块和所述第二熔断模块中的另外一个为兼具过载分断与短路分断能力的熔断器。

可选的，在相同承受电流下，所述第一熔断模块和所述第二熔断模块的熔断时间，均小于所述高压电池簇开关盒中直流开关的熔断时间。

可选的，所述第一熔断模块的承受电流-时间曲线和所述第二熔断模块的承受电流-时间曲线存在交点。

可选的，还包括：rcd吸收电路；其中，所述rcd吸收电路的输入端与所述开关盒的正输入端相连，所述rcd吸收电路的输出端与所述开关盒的负输入端或正输出端相连。

可选的，所述rcd吸收电路包括：电阻、电容以及二极管；其中：

所述电阻的一端与所述二极管的正极相连，连接点作为所述rcd吸收电路的输入端；

所述电阻的另一端和所述二极管的负极均与所述电容的一端相连；

所述电容的另一端作为所述rcd吸收电路的输出端。

本申请第二方面提供一种高压电池簇的开关盒，包括：正极支路，负极支路以及如上述任一项所述的高压电池簇的过流保护电路；其中：

所述正极支路和所述负极支路中均设置有相应的设置有直流开关；

所述正极支路的输入端为所述开关盒的正输入端，所述正极支路的输出端作为所述开关盒的正输出端；

所述负极支路的输入端作为所述开关盒的负输入端，所述负极支路的输出端作为所述开关盒的负输出端。

本申请第三方面提供一种高压电池簇，包括：n个电池模块以及上述中所述的开关盒；其中：

n个电池模块依次串联，形成串联支路，所述串联支路的正极与所述开关盒的正输入端相连，所述串联支路的负极与所述开关盒的负输入端相连；

所述开关盒的正输出端作为所述高压电池簇的正极；

所述开关盒的负输出端作为所述高压电池簇的负极。

本申请提供一种高压电池簇的过流保护电路，包括第一熔断模块和第二熔断模块；由于第一熔断模块和第二熔断模块的承受电流-时间曲线不同，所以，当高压电池簇发生过流故障时，其中一个熔断模块会先于另外一个熔断模块使高压电池簇断路，确保高压电池簇在其发生过流故障时，不会被大电流破坏，保证其电力安全；另外，与现有技术相比，本申请在高压电池簇发生过流故障时，仅由一个熔断模块将高压电池簇与电路回路的连接断开，不会出现现有技术中，因两个熔断器同时熔断而引起电流变化率叠加的问题，进而使得在该连接断开过程中，电路回路中的电流变化率均低于现有技术中两个熔断器同时熔断的情况，从而降低了电流回路中产生的电流冲击和电压冲击，解决了现有技术中的问题。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种高压电池簇的示意图；

图2为现有技术和本申请实施例提供的高压电池簇短路时，两个熔断器或两个熔断模块均没有动作前的高压电池簇电路的简化示意图；

图3为现有技术中，高压电池簇短路时两个熔断器均动作后的高压电池簇电路的简化示意图；

图4为本申请实施例中，高压电池簇短路时两个熔断器中任意一个熔断器动作后的高压电池簇电路的简化示意图；

图5为高压电池簇两端的反向电压和短路电流的示意图；

图6为高压电池簇使用时的连接示意图；

图7和图8为第一熔断模块110、第二熔断模块120以及直流开关的承受电流-时间曲线图；

图9a、图9b以及图9c为本申请另一实施例提供的三种高压电池簇的示意图；

图10为本申请另一实施例提供的一种带rcd吸收电路的高压电池簇电路的简化示意图；

图11为本申请另一实施例提供的一种带rcd吸收电路的高压电池簇电路的简化示意图。

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。

在本申请中，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

采用现有技术中的方法，当高压电池簇发生短路或过载的过流故障时，由于两个熔断器几乎同时熔断，所以两者产生的拉弧引起的电路回路中的电流变化率叠加，使得电路回路中的电流变化率较大，进而电路回路中的电压变化率较大，从而使电路回路中产生的对高压电池簇的正极和负极的电流冲击以及电压冲击较大，对高压电池簇的电力安全造成威胁。

为了解决现有技术中在熔断器熔断时电路回路中产生较大的电流冲击和电压冲击的问题，本申请实施例提供一种高压电池簇的过流保护电路，如图1，具体包括：第一熔断模块110和第二熔断模块120。

第一熔断模块110设置于高压电池簇的开关盒150的正极支路130上，第二熔断模块120设置于高压电池簇的开关盒150的负极支路140上。

其中，由于第一熔断模块110的承受电流-时间曲线与第二熔断模块120的承受电流-时间曲线不同，即在相同承受电流时，第一熔断模块110和第二熔断模块120所能够承受的时间不同，因此当高压电池簇发生过流故障时，第一熔断模块110和第二熔断模块120中的一个先于另一个将高压电池簇断路，保护高压电池簇不被大电流破坏。

与现有技术相比，本申请在高压电池簇发生短路故障时，仅由一个熔断模块将高压电池簇与电路回路的连接断开，不会出现现有技术中，因两个熔断器同时熔断而引起电流变化率叠加的问题，进而使得在该连接断开过程中，电路回路中的电流变化率均低于现有技术中两个熔断器同时熔断的情况，从而降低了电流回路中产生的电流冲击和电压冲击，解决了现有技术中的问题。

若高压电池簇发生短路故障时，在现有技术和本申请中，当两个熔断器或两个熔断模块均未动作前，将电路结构简化，如图2，图中f1和f2在现有技术中分别代表两个熔断器，在本申请中分别代表两个熔断模块。

在现有技术中，当高压电池簇发生短路故障，且两个熔断器均动作后，将电路结构简化，如图3，此时形成的回路电感l现＝l1+l2+l3；而在本实施例中，当高压电池簇发生短路故障，且两个熔断模块中的任意一个动作后，将电路结构简化，如图4，此时形成的回路电感l本＝l1+l2+l3+l4+l5，大于现有技术中形成的回路电感l现，阻碍电路回路中电流变化的能力更强，使电流变化的更缓慢，使熔断时间延长，因此，进一步使得电流变化率di/dt降低，从而进一步降低电路回路中产生的电流冲击和电压冲击。

其中，l1为高压电池簇中各电池模块间的串联线的寄生电感，l2为高压电池簇中电池模块支路的正极与开关盒150的正输入端b+之间的连接线的寄生电感，l3为高压电池簇中电池模块支路的负极与开关盒150的负输入端b-之间的连接线的寄生电感；l4和l5为高压电池簇与bcp(batterycollectionpanel，电池汇流柜)以及pcs(powerconversionsystem，储能逆变器)相连的正负引线的寄生电感。

若高压电池簇发生过载故障时，与上述过程相同，此处不再一一赘述。

还有，在本实施例中，若高压电池簇发生短路故障，则从高压电池簇开始发生短路故障，到两个熔断模块中任意一个将要动作时的过程中，由于电路回路电阻r降低，所以高压电池簇的端电压降低，短路电流is快速上升，此过程中的短路电流is和反向电压u的变化曲线，如图5中的过程a；另外，虽然本实施例提供的高压电池簇的过流保护电路使得电路回路中产生的电流冲击和电压冲击降低，但是，从两个熔断模块中任意一个动作，到该熔断模块熔断的过程中，由于高压电池簇通过较长的正负极引线与电池汇流柜bcp以及储能逆变器pcs相连(如图6)，并且，高压电池簇内部各电池模块之间的串联通过串联线实现，因此电路回路中的电感l较大，使得该熔断模块在弧前和弧后的时间内产生较大的电流变化率di/dt，一般持续几十微秒到几百微秒，进而会产生较大的反向电压u＝l*di/dt，该过程中的短路电流is和反向电压u的变化曲线如图5中的过程b。

其中，弧前和弧后的时间主要取决于所选熔断器自身材料特性与熔断机制。

具体的，电流汇流柜bcp包括：第一熔断器310、第二熔断器320、第一直流开关s3以及第二直流开关s4；第一熔断器310与第一直流开关s3串联，串联的一端作为电池汇流柜bcp的正输入端，串联的另一端作为电池汇流柜bcp的正输出端；第二熔断器320与第二直流开关s4串联，串联的一端作为电流汇流柜bcp的负输入端，串联的另一端作为电流汇流柜bcp的负输出端。

具体的，储能逆变器pcs包括：第三熔断器330、第四熔断器340、第三直流开关s5、第四直流开关s6以及逆变器350；第三熔断器330与第三直流开关s5串联，串联的一端作为储能逆变器pcs的正输入端，串联的另一端与逆变器350的正输入端相连；第四熔断器340与第四直流开关s6串联，串联的一端作为储能逆变器pcs的负输入端，串联的另一端与逆变器350的负输入端相连；逆变器350的第一输出端作为储能逆变器pcs的第一输出端，与电网的第一输入端相连；逆变器350的第二输出端作为储能逆变器pcs的第二输出端，与电网的第二输入端相连；逆变器350的第三输出端作为储能逆变器pcs的第三输出端，与电网的第三输入端相连。

可选的，因为当高压电池簇发生短路故障时，最大短路电流imax对电池的安全及寿命有很大的影响，严重时，可能会引起电池热失控等电力危害，所以，可以通过将第一熔断模块110和第二熔断模块120中的任意一个选择为高灵敏动作的熔断器，把最大短路电流imax控制在较小范围内；并且，为了将电流变化率di/dt控制在较小范围，以及降低反向电压u的峰值umax，还需要选择弧前和弧后时间适中的高灵敏动作的熔断器。

需要说明的是，当高压电池簇发生短路故障时，高灵敏动作的熔断器会先于另一熔断器熔断，将高压电池簇断路。

可选的，为了在高压电池簇发生过载故障时，可以保证高压电池簇的电力安全，以及兼顾电路回路的过流能力与动作灵敏度的要求，可以将第一熔断模块110和第二熔断模块120中的另一个选择为兼具过载分断与短路分断能力的熔断器。

需要说明的是，当高压电池簇发生过载故障时，兼具过载分断与短路分断能力的熔断器会先于另一熔断器熔断，将高压电池簇断路。

可选的，高灵敏动作的熔断器可以为ar类快融型熔断器；兼具过载分断与短路分断能力的熔断器可以为gpv类慢融型熔断器。

还有，在实际应用中，第一熔断模块110的承受电流-时间曲线与第二熔断模块120的承受电流-时间曲线存在交点，如图7或图8所示。

当第一熔断模块110为高灵敏动作的熔断器，第二熔断模块120为兼具过载分断与短路分断能力的熔断器时，第一熔断模块110的承受电流-时间曲线与第二熔断模块120的承受电流-时间曲线如图7所示：在高压电池簇发生短路故障时，使得第一熔断模块110先于第二熔断模块120熔断，将高压电池簇断路；在高压电池簇发生过载故障时，使得第二熔断模块120先于第一熔断模块110熔断，将高压电池簇断路。

当第一熔断模块110为兼具过载分断与短路分断能力的熔断器，第二熔断模块120为高灵敏动作的熔断器时，第一熔断模块110的承受电流-时间曲线与第二熔断模块120的承受电流-时间曲线如图8所示：在高压电池簇发生短路故障时，使得第二熔断模块120先于第一熔断模块110熔断，将高压电池簇断路；在高压电池簇发生过载故障时，使得第一熔断模块110先于第二熔断模块120熔断，将高压电池簇断路。

最后，第一熔断模块110和第二熔断模块120的熔断曲线均应该在直流开关的承受电流-时间曲线以下，即在相同承受电流下，第一熔断模块110和第二熔断模块120的熔断时间，均小于高压电池簇开关盒150中直流开关的熔断时间，如图7或图8，在直流开关被破坏之前，第一熔断模块110或第二熔断模块120会先于直流开关熔断，将高压电池簇与电路回路的连接断开，保证高压电池簇的开关盒150中的直流开关的运行安全。

在本申请另一实施例中，提供第一熔断模块110和第二熔断模块120之间相对位置的四种设置方式，第一种设置方式，如图1，具体为：

第一熔断模块110设置于正极支路130上的直流开关s1和正极支路130的输出端之间，而第二熔断模块120设置于负极支路140上的直流开关s2和负极支路140的输出端之间。

第二种设置方式，如图9a，具体为：

第一熔断模块110设置于正极支路130上的直流开关s1和正极支路130的输入端之间，而第二熔断模块120设置于负极支路140上的直流开关s2和负极支路140的输入端之间。

第三种设置方式，如图9b，具体为：

第一熔断模块110设置于正极支路130上的直流开关s1和正极支路130的输出端之间，而第二熔断模块120设置于负极支路140上的直流开关s2和负极支路140的输入端之间。

第四种设置方式，如图9c，具体为：

第一熔断模块110设置于正极支路130上的直流开关s1和正极支路130的输入端之间，而第二熔断模块120设置于负极支路140上的直流开关s2和负极支路140的输出端之间。

需要说明的是，四种设置方式可视具体情况进行选取，此处不做具体限定。

值得说明的是，本实施例提供的第一熔断器110和第二熔断器120之间相对位置的四种设置方式均可以在高压电池簇外部发生短路故障，即在短路点b1处发生短路故障时，对高压电池簇的电力安全起保护作用，保护高压电池簇不会因短路电流is过大以及在熔断器熔断过程中承受过大的电流冲击和电压冲击，而被损坏；但是，第二种设置方式、第三种设置方式以及第四种设置方式还可以在高压电池簇内部发生短路故障，即在短路点b2发生短路故障时，对高压电池簇的电力安全起保护作用，保护高压电池簇不会因短路电流is过大以及在熔断器熔断过程中承受过大的电流冲击和电压冲击，而被损坏；另外，本实施例提供的第一熔断器110和第二熔断器120之间相对位置的四种设置方式均可以在高压电池簇发生过载故障时，对高压电池簇的电力安全起保护作用，保护高压电池簇不会因大电流以及在熔断器熔断过程中承受过大的电流冲击和电压冲击，而被损坏。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

在本申请另一实施例中，提供一种高压电池簇的过流保护电路，该过流保护电路在上述任一实施例的基础上，还包括：rcd吸收电路210，如图10或图11(图10或图11中均未画出开关盒150)。

rcd吸收电路210的输入端与高压电池簇中的开关盒150的正输入端b+相连，rcd吸收电路210的输出端与高压电池簇中的开关盒150的负输入端b-(如图10所示)或者正输出端p+(如图11所示)相连。

需要说明的是，rcd吸收电路210可以进一步吸收在熔断器熔断过程中产生的反向电压u，降低反向电压u的峰值umax，降低电路回路中产生的电流冲击和电压冲击。

具体的，rcd吸收电路210包括电阻r、电容c以及二极管d；其中，电容c的一端作为rcd吸收电路210的输出端，电容c的另一端与电阻r的一端以及二极管d的负极均相连，电阻r的另一端与二极管d的正极相连，连接点作为rcd吸收电路210的输入端。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

在本申请另一实施例中，提供一种高压电池簇的开关盒，如图1、图9a、图9b或图9c，具体结构包括：正极支路130，负极支路140以及上述任一实施例提供的高压电池簇的过流保护电路。

正极支路130中设置有直流开关s1，负极支路140中设置有直流开关s2。

正极支路130的输入端作为开关盒150的正输入端b+，正极支路130的输出端作为开关盒150的正输出端p+。

负极支路140的输入端作为开关盒150的负输入端b-，负极支路140的输出端作为开关盒150的负输出端p-。

需要说明的是，高压电池簇的过流保护电路中的rcd吸收电路210可以设置于开关盒150里，方便高压电池簇的安装；另外，rcd吸收电路210也可以设置于开关盒150外，可以根据实际情况，决定是否设置rcd吸收电路210，便于拆卸；rcd吸收电路210的两种设置方式可视具体情况而定，此处不做具体限定。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

在本申请另一实施例中，提供一种高压电池簇，如图1、图9a、图9b或图9c，具体结构包括：n个电池模块(第一串电池模块、第二串电池模块…第m串电池模块)以及上述实施例提供的高压电池簇的开关盒150。

n个电池模块依次串联，形成电池模块支路，电池模块支路的正极与开关盒150的正输入端口b+相连，电池模块支路的负极与开关盒150的负输入端口b-相连。

开关盒150的正输出端p+作为高压电池簇的正极，与电路回路的正极相连；

开关盒150的负输出端p-作为高压电池簇的负极，与电路回路的负极相连。

其余结构和工作原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。