一种电池模组及其系统、电池模组梯次利用方法与流程

本发明实施例涉及电池模组梯次利用技术，尤其涉及一种电池模组及其系统、电池模组梯次利用方法。

背景技术：

随着新能源汽车产业的快速发展，大量的锂离子电池作为汽车动力系统的组成部分得到了应用。电动汽车的锂离子电池的容量降至初始容量的70％-80％时面临从车上退役的问题。对于退役的锂离子电池，除了拆解回收以外，还可以应用于对电池性能要求较低的场合，如储能领域，实现电池的梯次利用。由于退役锂离子电池的一致性较差，退役锂离子电池梯次利用需要解决的关键问题是电池健康状态的识别与电池的配组。

目前退役的锂离子电池梯次利用主要有两种方式。一是将退役的电池包拆解成一个个电池单体，然后通过电池单体的健康状态识别实现电池的分组，最后重新配组进行电池的梯次利用。另一种梯次利用方法是将退役电池模组不拆解直接进行梯次利用。

但是，电池单体一般通过焊接、胶粘等方式固定，拆解困难，并且拆解后成组的成本较高。而且退役电池模组中的电池一致性会随着梯次利用的时间越长变得越来越差，如果不拆解直接进行梯次利用，可能无法满足梯次利用的需求。

技术实现要素：

本发明提供一种电池模组及其系统、电池模组梯次利用方法，以实现无需拆解电池模组进行梯次利用，并满足梯次利用的需求。

第一方面，本发明实施例提供了一种电池模组，电池模组包括：n个电池单体模块；所述电池单体模块包括电池单体、第一开关和第二开关；

第一个电池单体模块的第一端与电池模组的第一端电连接，第m个电池单体模块的第二端与第m+1个电池单体模块的第一端电连接，所述第n个电池单体模块的第二端与所述电池模组的第二端电连接；其中，n为大于等于2的整数，1≤m＜n；

在每个所述电池单体模块中，所述电池单体的第一端为所述电池单体模块的第一端，所述电池单体的第二端与所述第一开关的第一端电连接，所述第一开关的第二端为所述电池单体模块的第二端，所述电池单体的第一端还与所述第二开关的第一端电连接，所述第一开关的第二端还与所述第二开关的第二端电连接。

可选地，所述电池模组还包括接口开关模块；

所述接口开关模块的第一端与所述第n个电池单体模块的第二端电连接，所述接口开关模块的第二端为电池模组的第二端；

或者，所述接口开关模块的第一端为所述电池模组的第一端，所述接口开关模块的第二端与所述第一个电池单体模块的第一端电连接；

所述接口开关模块的第三端和第四端用于接入外部电池模组，所述接口开关模块用于控制所述接口开关模块的第一端和第三端之间的连接状态、第二端和第四端之间的连接状态及第一端和第二端之间的连接状态。

可选地，所述接口开关模块包括第三开关和第四开关；

所述第三开关的第一端为所述接口开关模块的第一端，所述第三开关的第二端为所述接口开关模块的第三端；

所述第四开关的第一端与所述第三开关的第一端电连接，所述第四开关的第二端为所述接口开关模块的第二端，所述第四开关的第三端为所述接口开关模块的第四端；所述第四开关用于将其第二端与其第一端或其第三端导通。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电池模组系统，该电池模组系统包括第一方面所述的电池模组，还包括控制模块；

所述控制模块的第一端与所述电池模组的控制端电连接，所述控制模块用于根据所述电池模组是初次使用还是梯次使用来控制所述第一开关和第二开关的状态。

可选地，所述电池模组系统还包括存储模块；

所述控制模块的第二端与所述存储模块电连接，所述控制模块用于若所述电池模组为初次使用时闭合第一开关、断开第二开关，所述控制模块还用于采集所述电池单体的状态信息，并将所述状态信息发送至所述存储模块；

所述控制模块还用于若所述电池模组为梯次使用时采集所述存储模块中电池单体的状态信息，并根据所述状态信息控制所述第一开关和第二开关的状态。

可选地，所述电池模组系统还包括外部电池模组；

所述外部电池模组的第一端与所述接口开关模块的第三端电连接，所述外部电池模组的第二端与所述接口开关模块的第四端电连接，所述外部电池模组的控制端与所述控制模块的第三端电连接。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池模组梯次利用方法，所述电池模组梯次利用方法由第二方面所述的电池模组系统实现，所述电池模组梯次利用方法包括：控制模块根据电池模组是初次使用还是梯次使用来控制第一开关和第二开关的状态。

可选地，所述控制模块根据电池模组是初次使用还是梯次使用来控制所述第一开关和第二开关的状态包括：

在电池模组初次使用时，控制模块闭合第一开关、断开第二开关，并获取电池模组中电池单体的状态信息，将所述状态信息发送至存储模块；

在电池模组梯次使用时，控制模块获取存储模块中的电池模组状态信息，并根据所述状态信息控制第一开关和第二开关的状态。

可选地，所述根据所述状态信息控制第一开关和第二开关的状态包括：

所述控制模块根据所述状态信息判断电池模组中电池单体是否异常；

若是，则断开第一开关、闭合第二开关；若否，则闭合第一开关、断开第二开关。

可选地，所述电池模组系统还包括接口开关模块；所述根据所述状态信息控制第一开关和第二开关的状态还包括：

所述控制模块根据所述状态信息判断所述电池模组是否满足梯次利用的需求；

若是，则控制所述接口开关模块的第一端和第二端连接；若否，则控制所述接口开关模块的第一端和第三端连接、第二端和第四端连接。

本发明通过在每个电池单体模块中，将电池单体作为电池单体模块的第一端，将电池单体的第二端与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端作为电池单体模组的第二端，并将电池单体的第一端与第二开关的第一端电连接，电池单体的第二端与第二开关的第二端连接，使得在电池模组初次利用时，闭合所有的第一开关、断开所有的第二开关，所有的电池单体即可正常工作；当电池模组梯次利用时，对于不满足梯次利用需求的电池单体，可以关闭与不满足需求的电池单元连接的第一开关、闭合与不满足需求的电池单体连接的第二开关，使得不满足需求的电池单体处于屏蔽状态，使得满足需求的电池单体正常工作，从而满足梯次利用的需求。本发明解决了在电池模组进行梯次利用时需要将电池模组进行拆解的问题，达到了无需拆解电池模组进行梯次利用，并满足梯次利用的需求的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电池模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电池模组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电池模组系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种电池模组梯次利用方法的流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种电池模组梯次利用方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种电池模组的结构示意图，参见图1，电池模组包括：n个电池单体模块110；电池单体模块110包括电池单体111、第一开关112和第二开关113；第一个电池单体模块110的第一端与电池模组的第一端a1电连接，第m个电池单体模块110的第二端与第m+1个电池单体模块110的第一端电连接，第n个电池单体模块110的第二端与电池模组的第二端a2电连接；其中，n为大于等于2的整数，1≤m＜n；在每个电池单体模块110中，电池单体111的第一端为电池单体模块110的第一端，电池单体111的第二端与第一开关112的第一端电连接，第一开关112的第二端为电池单体模块110的第二端，电池单体111的第一端还与第二开关113的第一端电连接，第一开关112的第二端还第二开关113的第二端电连接。

具体的，一个电池模组包含有n个电池单体模块110，n为大于等于2的整数，n的具体取值可以根据实际使用时的需求确定，这里并不进行限定。电池单体111的第一端可以为电池单体111的正极，电池单体111的第二端为负极；也可以是电池单体111的第一端为负极，电池单体111的第二端为正极，这里不进行限定。在电池模组初次使用时，闭合所有电池单体模块110中的第一开关112，并断开所有电池单体模块110的第二开关113，使得所有的电池单体111处于正常工作状态，所有的电池单体111可以进行放电。当电池模组进行梯次利用时，对于不满足梯次利用需求的电池单体111，可以断开与不满足需求的电池单体111连接的第一开关112，闭合与不满足需求的电池单体111连接的第二开关113，使得不满足需求的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用不满足需求的电池单体111，而不用将电池模组进行拆解，避免对电池模组造成损坏。其中，不满足梯次利用需求例如可以是电池单体的剩余容量不满足梯次利用的需求或电池单体的输出电流不满足需求或电池单体111异常等，具体可根据实际使用情况确定，这里并不进行限定。从而使得电池模组满足梯次使用的需求，便于电池模组进行梯次利用。

需要说明的是，在每个电池单体模块110中，电池单体模块110中的第一开关112和第二开关113同时闭合时，会将电池单体模块110中的电池单体111短接，对电池造成损坏，第一开关112和第二开关113同时断开时，使得电池模组内部无法形成导通回路，电池模组无法正常工作。因此，第一开关112和第二开关113的状态必须互异，从而可以避免电池单体111被短接，避免对电池造成损坏，使得电池模组可以正常工作。

本实施例的技术方案，通过在每个电池单体模块中，将电池单体作为电池单体模块的第一端，将电池单体的第二端与第一开关的第一端电连接，第一开关的第二端作为电池单体模组的第二端，并将电池单体的第一端与第二开关的第一端电连接，电池单体的第二端与第二开关的第二端连接，使得在电池模组初次利用时，闭合所有的第一开关、断开所有的第二开关，所有的电池单体即可正常工作；当电池模组梯次利用时，对于不满足梯次利用需求的电池单体，可以关闭与不满足需求的电池单元连接的第一开关、闭合与不满足需求的电池单体连接的第二开关，使得不满足需求的电池单体处于屏蔽状态，使得满足需求的电池单体正常工作，从而满足梯次利用的需求。本实施例的技术方案解决了在电池模组进行梯次利用时需要将电池模组进行拆解的问题，达到了无需拆解电池模组进行梯次利用，并满足梯次利用的需求的效果。

图2为本发明实施例提供的另一种电池模组的结构示意图，可选地，参见图2，电池模组还包括接口开关模块120；接口开关模块120的第一端与第n个电池单体模块110的第二端电连接，接口开关模块120的第二端为电池模组的第二端a2；或者，接口开关模块120的第一端为电池模组的第一端a1，接口开关模块120的第二端与第一个电池单体模块110的第一端电连接；接口开关模块120的第三端和第四端用于接入外部电池模组，接口开关模块120用于控制接口开关模块120的第一端和第三端之间的连接状态、第二端和第四端之间的连接状态及第一端和第二端之间的连接状态。

具体的，在电池模组进行梯次利用时，如果电池模组满足梯次利用的需求，无需接入外部电池模组，这时，接口开关模块120的第一端与第二端导通、接口开关模块120的第一端与第三端断开连接、接口开关模块120的第二端与第四端断开连接，使得外部电池模组无法与电池单体模块进行连接。如果电池模组不满足梯次利用的需求，比如电池模组的剩余电量不足或者电池模组输出的电压过小时，需要为电池模组连接外部电池模组，这时，接口开关模块120的第一端与第三端导通、并且接口开关模块120的第二端与第三端导通、接口开关模块120的第一端与第二端断开连接，使得外部电池模组的第一端a1通过接口开关模块的第三端或第四端与电池单体模块110连接，使得电池模组的电量增大，从而满足梯次利用的需求。

需要说明的是，接口开关模块120的第一端可以作为电池模组的第一端a1，这时，接口开关模块120的第二端与第一个电池单体模块110的第一端电连接；接口开关模块的第一端也可以与第n个电池单体模块110的第二端电连接，这时，接口开关模块的第二端作为电池模组的第二端a2。图2中只示出了接口开关模块120的第一端与第n个电池单体模块的第二端电连接，接口开关模块120的第二端作为电池模组的第二端的情况，但并不进行限定。

可选地，参见图2，接口开关模块120包括第三开关121和第四开关122；第三开关121的第一端为接口开关模块120的第一端，第三开关121的第二端为接口开关模块120的第三端；第四开关122的第一端与第三开关121的第一端电连接，第四开关122的第二端为接口开关模块的第二端，第四开关122的第三端为接口开关模块120的第四端；第四开关122用于将其第二端与其第一端或其第三端导通。

具体的，在电池模组进行梯次利用时，如果电池模组满足梯次利用的需求，无需接入外部电池模组，这时，第三开关121断开、第四开关122的第二端与第三端断开、第四开关122的第一端与第二端导通，使得外部电池模组无法与电池单体模块进行连接。如果电池模组不满足梯次利用的需求，比如电池模组的剩余电量不足或者电池模组输出的电压过小时，需要为电池模组连接外部电池模组，这时，第三开关121导通、并且第四开关122的第二端与第三端导通、第四开关122的第一端与第二端断开，使得外部电池模组的第一端通过接口开关模块的第三端或第四端与电池单体模块110连接，使得电池模组的电量增大，从而满足梯次利用的需求。

图3为本发明实施例提供的一种电池模组系统的结构示意图，参见图3，电池模组系统包括上述任意实施方式所述的电池模组100，还包括控制模块200；控制模块200的第一端与电池模组100的控制端电连接，控制模块200用于根据电池模组100是初次使用还是梯次使用来控制第一开关112和第二开关113的状态。

具体的，在电池模组100初次使用时，控制模块200控制所有电池单体模块110中的第一开关112闭合，并控制所有电池单体模块110的第二开关113断开，使得所有的电池单体111处于正常工作状态，所有的电池单体111可以进行放电。当电池模组进行梯次利用时，对于不满足梯次利用需求的电池单体111，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第一开关112断开，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第二开关113闭合，使得不满足需求的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用不满足需求的电池单体111，而不用将电池模组进行拆解即可满足梯次使用的需求，避免对电池模组造成损坏。

需要说明的，在电池模组100初次使用时的控制模块200可以是电池模组100初次应用的系统(例如汽车)上的控制模块，在电池模组100梯次利用时的控制模块200可以是电池模组100梯次应用的系统上的控制模块。

可选地，参见图3，电池模组系统还包括存储模块300；控制模块200的第二端与存储模块300电连接，控制模块200用于若电池模组100为初次使用时闭合第一开关112、断开第二开关113，控制模块200还用于采集电池单体111的状态信息，并将状态信息发送至存储模块300；控制模块200还用于若电池模组100为梯次使用时采集存储模块300中电池单体111的状态信息，并根据状态信息控制第一开关112和第二开关113的状态。

具体的，在电池模组100初次使用时，控制模块200控制所有电池单体模块110中的第一开关112闭合，并控制所有电池单体模块110的第二开关113断开，使得所有的电池单体111处于正常工作状态，所有的电池单体111可以进行放电。并且，控制模块200实时采集电池单体111的状态信息，并将状态信息发送至存储模块300，状态信息例如可以包括但不限于电池单体111的积分电流，ocv，脉冲电流，温度，异常值等。当电池模组进行梯次利用时，控制模块200可以读取存储模块300中存储的各个电池单体111的状态信息，控制模块200根据电池单体111的单体信息可以判断电池单体111是否异常，并判断电池单体111是否满足梯次利用的需求，对于状态异常或不满足梯次利用需求的电池单体111，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第一开关112断开，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第二开关113闭合，使得不满足需求的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用不满足需求的电池单体111，而不用将电池模组进行拆解即可满足梯次利用的需求，避免对电池模组造成损坏。

可选地，参见图3，电池模组系统还包括外部电池模组400；外部电池模组400的第一端与接口开关模块120的第三端电连接，外部电池模组400的第二端与接口开关模块120的第四端电连接，外部电池模组400的控制端与控制模块200的第三端电连接。

具体的，当电池模组100梯次使用时，如果电池模组100中所有电池单体111不满足梯次利用的需求时，例如是电池模组100的剩余容量不满足需求，或者是电池模组100的输出电压不满足需求，或者是其他情况，也可以是多种情况的组合，这里不进行限定。控制模块200就会控制接口开关模块120的第一端与第三端导通、并且接口开关模块120的第二端与第三端导通、接口开关模块120的第一端与第二端断开连接，使得外部电池模组的第一端通过接口开关模块的第三端或第四端与电池单体模块110连接，使得电池模组的容量增大，从而满足梯次利用的需求。此外，控制模块200也可以对外部电池模组400进行控制，并可以采集外部电池模组400的状态信息。

图4是本发明实施例提供的一种电池模组梯次利用方法的流程图，电池模组梯次利用方法由上述任意实施方式所述的电池模组系统实现，参见图4，电池模组梯次利用方法包括：

s400、控制模块根据电池模组是初次使用还是梯次使用来控制第一开关和第二开关的状态。

具体的，判断电池模组100是初次使用还是梯次使用可以是控制模块200进行判断，也可以是人为进行判断。在电池模组100初次使用时，控制模块200控制所有电池单体模块110中的第一开关112闭合，并控制所有电池单体模块110的第二开关113断开，使得所有的电池单体111处于正常工作状态，所有的电池单体111可以进行放电。当电池模组进行梯次利用时，对于不满足梯次利用需求的电池单体111，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第一开关112断开，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第二开关113闭合，使得不满足需求的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用不满足需求的电池单体111，而不用将电池模组进行拆解即可满足梯次使用的需求，避免对电池模组造成损坏。

可选地，s400控制模块根据电池模组是初次使用还是梯次使用来控制第一开关和第二开关的状态包括：

s410、在电池模组初次使用时，控制模块闭合第一开关、断开第二开关，并获取电池模组中电池单体的状态信息，将状态信息发送至存储模块。

具体的，在电池模组100初次使用时，控制模块200控制所有电池单体模块110中的第一开关112闭合，并控制所有电池单体模块110的第二开关113断开，使得所有的电池单体111处于正常工作状态，所有的电池单体111可以进行放电。并且，控制模块200实时采集电池单体111的状态信息，并将状态信息发送至存储模块300，状态信息例如可以包括但不限于电池单体111的积分电流，ocv，脉冲电流，温度，异常值等。

s420、在电池模组梯次使用时，控制模块获取存储模块中的电池模组状态信息，并根据状态信息控制第一开关和第二开关的状态。

当电池模组100进行梯次利用时，控制模块200可以读取存储模块300中存储的各个电池单体111的状态信息，控制模块200根据电池单体111的单体信息可以判断电池单体111是否异常，并判断电池单体111是否满足梯次利用的需求，对于状态异常或不满足梯次利用需求的电池单体111，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第一开关112断开，控制模块200控制与不满足需求的电池单体111连接的第二开关113闭合，使得不满足需求的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用不满足需求的电池单体111，而不用将电池模组进行拆解即可满足梯次利用的需求，避免对电池模组造成损坏。

图5是本发明实施例提供的另一种电池模组梯次利用方法的流程图，可选地，继续参见图5，根据状态信息控制第一开关和第二开关的状态包括：

s421、控制模块根据状态信息判断电池模组中电池单体是否异常。

具体的，在电池模组梯次使用时，根据存储模块300中存储的所有电池单体111的状态信息，控制模块200判断电池单体111是否为异常状态，异常状态可以是电池单体111的剩余容量过低，例如低于70％，或者是某个电池单体111的性能与其他电池单体111的性能差距过大，或者是电池单体111输出的电流值过小或波动过大，也可以是其他情况，也可以是多种情况的组合，具体可以根据实际使用情况确定，这里不做具体的限定。

s422、若是，则断开第一开关、闭合第二开关。

具体的，如果电池单体111异常，则控制模块200控制与异常的电池单体111连接的第一开关112断开，控制与异常的电池单体111连接的第二开关113闭合，使得异常的电池单体111处于屏蔽状态，不再使用异常的电池单体111，因此，不用将电池模组拆解，即可实现屏蔽异常的电池单体111，从而使得电池模组可以梯次使用。

s423、若否，则闭合第一开关、断开第二开关。

具体的，如果电池单体111处于正常状态，则控制模块200控制与正常状态的电池单体111连接的第一开关112闭合，控制与正常状态的电池单体111连接的第二开关113断开，从而使得处于正常状态的电池单体111可以正常工作，从而对电池模组进行梯次使用。

可选地，继续参见图5，电池模组系统还包括接口开关模块；根据状态信息控制第一开关和第二开关的状态还包括：

s424、控制模块根据状态信息判断电池模组是否满足梯次利用的需求。

具体的，在电池模组梯次使用时，根据存储模块300中存储的所有电池单体111的状态信息，控制模块200判断电池模组100是否满足梯次使用的需求，例如电池模组的剩余电量是否满足梯次使用的需求，或者电池模组的输出电压是否满足梯次使用的需求，或者电池模组的输出电流是否满足梯次使用的需求，也可以是是其他情况，也可以是多种情况的组合，具体可以根据实际使用情况确定，这里不做具体的限定。

需要说明的是，梯次使用时可以是把初次使用后的电池模组100和存储模块300拆下来更换到梯次使用的系统中，再利用梯次使用的系统中的控制模块200对电池模组100和存储模块300进行控制。

s425、若是，则控制接口开关模块的第一端和第二端连接。

具体的，如果电池模组100满足梯次使用的需求，则控制模块200控制接口开关模块的第一端和第二端连接，使得第一个电池单体模块的第一端直接与电池模组的第一端a1电连接，或者是第n个电池单体模块的第二端直接与电池模组的第二端a2电连接，无需将电池单元模块与外部电池模组电连接，即可满足梯次使用的需求。

s426、若否，则控制接口开关模块的第一端和第三端连接、第二端和第四端连接。

具体的，如果电池模组100不满足梯次使用的需求，控制模块200可以控制接口开关模块120的第一端与第三端导通、并且接口开关模块120的第二端与第三端导通、接口开关模块120的第一端与第二端断开连接，使得外部电池模组的第一端通过接口开关模块的第三端或第四端与电池单体模块110连接，使得电池模组的容量增大，从而满足梯次利用的需求。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。