一种高压并联器、储能矩阵、系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种高压并联器、储能矩阵、系统及其使用方法。


背景技术：

2.锂电池是迄今为止能量密度最高的二次电源，使用锂电池时，最大的隐患就是电池的安全性管理，图1是现有技术中经常采用的电池管理系统，如图1所示，现有的动力锂电池的成组技术绝大多数均采用“单通道集中式(bms)”管理模式。以现行的电动汽车、电力储能站为例，其电池管理方式都是先将单体电池并联，形成并联电池组，再把所有的并联电池组进行串联，达到一定的目标电压，最后通过单个通道输出形成系统应用需要的电池系统。在电池管理的过程中，bms对每个并联电池组进行集中的数据采集，采集内容包括电压、电流、温度等，上传到一个集中的bms管理系统控制单元中，通过bms对终端的保护开关进行实时控制。这种传统的电池管理模式虽然表面上看结构简单，智能，但也存在一定问题。目前的上述管理系统存在的几大问题如下：
3.①
由于每个并联电池组电量过大，无法实施均衡。
4.②
单通道设计模式，在大功率工作的条件下，必然引发通道的负荷压力。
5.③
监而不控的模式无法解决电池热失控的根本问题。


技术实现要素：

6.由于本技术的电池簇中采用的是机械保护开关，本身耐压能力很高，在电路中设有灭弧装置，针对一些高压应用，即大于144v的应用，为了解决上述问题，简化管理，专门设计这种并联器。本技术将多个单体电池和一个并联器串联，用显示单元显示是否存在回流。
7.本技术提供了一种高压并联器，动力接线正极端，主通道开关，动力接线负极端、限流单元以及显示单元，其中，
8.所述显示单元包括显示组件和与所述显示组件串联的调节电阻；所述主通道开关包括至少三个接点，所述第一接点与所述动力接线负极端连接；所述第二接点与所述限流单元的一端连接；限流单元的另一端连接动力接线正极端；所述显示单元一端与所述动力接线正极端连接，另一端与所述主通道开关的第三接点连接，即通过主通道开关选择连接限流单元或显示单元。
9.根据本技术一个具体的实施例，所述限流组件包括至少一个ntc以及与所述至少一个ntc串联的至少一个ptc。
10.根据本技术一个具体的实施例，所述限流组件包括至少两个ptc，所述至少两个ptc并联。
11.根据本技术一个具体的实施例，所述主通道开关包括单刀双掷开关。
12.根据本技术一个具体的实施例，所述显示组件包括led灯、报警器以及显示屏中的一个或多个。
13.本技术提供了一种储能矩阵，包括：至少一个单体电池和至少一个个权利要求1-5任一权利要求所述的高压并联器；
14.至少一个所述单体电池串联形成电池串，并与至少一个所述并联器串联连接形成电池簇；
15.至少两个所述电池簇并联形成储能矩阵。
16.本技术提供了一种一种储能系统，包括：如权利要求6所述的储能矩阵，以及多通道管理单元，所述多通道管理单元与所述储能矩阵的所有高压并联器连接，用于控制高压并联器的通断。
17.根据本技术一个具体的实施例，上述储能系统还包括：信息采集单元、运算单元，中心管理单元，其中，所述信息采集单元、所述运算单元，所述多通道管理单元，以及所述中心管理单元依次连接；
18.所述信息采集单元用于采集电池簇所在通路的电压、电流以及温度中的一个或多个信号；
19.所述运算单元用于判断上述一个或多个信号是否在预设范围内；
20.所述多通道管理单元用于接收来自所述中心管理单元的指令，根据指令控制高压并联器的通断；
21.所述中心管理单元用于发出指令，以控制高压并联器的通断。
22.本技术提供了一种使用高压并联器的方法，包括如上所述的储能矩阵，上述方法包括：
23.在预设电压下，将并联电池簇中的所述主通道开关第三接点闭合，将电阻设定为限流状态；
24.当所有所述电池簇电压一致的时候，显示单元通过预设方式提示回流消失，而后将所述开主通道开关的第二接点闭合。
25.本技术提供了一种使用高压并联器的方法，其中，所述预设电压大于144伏，所述预设方式包括灯光，提示音以及显示信息中的一个或多个。
26.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
27.1、解决大回流难题。
28.2、提升安全性2～3个数量级，提升电池寿命2～3倍。
附图说明
29.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同或相似的部件。
30.图1所示的为现有技术中的电池管理系统；
31.图2根据本发明一实施例的高压并联器结构示意图；
32.图3所示的为根据本发明一实施例的储能矩阵结构示意图；
33.图4所示的为根据本发明一实施例的储能系统的结构示意图。
具体实施方式
34.为了使本领域技术人员更加清楚地理解本发明的概念和思想，以下结合具体实施例详细描述本发明。应理解，本文给出的实施例都只是本发明可能具有的所有实施例的一部分。本领域技术人员在阅读本技术的说明书以后，有能力对下述实施例的部分或整体作出改进、改造、或替换，这些改进、改造、或替换也都包含在本发明要求保护的范围内。
35.在本文中，术语“实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，所述替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。
36.图1所示的现有技术中，单体电池先并联形成电池组，然后串联形成串联电池组，这种单通道设计模式，在大功率工作的条件下，必然引发通道的负荷压力。以电动汽车为例，由于电动汽车的电池组设计电压普遍在300伏以上，对所有的管控开关器件提出了更高的要求，耐压等级的提高代表成本提高和可靠性的下降。另外通道上不仅有上百个焊接点，而汽车所有的驱动功率全部由该通道来实现。这个过程中，通道的工作电流普遍在200～300安培以上，峰值电流甚至上千导致通道过热，进一步的电池过热。这也是引发热失控的原因之一。
37.在现有技术中，由于每个并联电池组电量过大，无法实施均衡，由此会引发电池长期使用和反复充放电过程中的严重的一致性衰减问题。这不仅是现电动汽车及储能站的一大痛点，甚至对于电动自行车、摩托车、三轮车等也或多或少存在此类问题。
38.一致性衰减问题出现的原因是由于电池本身存在“虚压”，在实际安装的过程中电压会发生变化。正因为这个原因，“表面一致的电池”在实际组合的时候实际不一定一致，这钟“一致性衰减”现象已经困惑行业多年。
39.本技术所涉及的储能矩阵具有“串联动态均衡”的特性，与高压并联器结合，在进行并联时候，实现多通道电压动态均衡。
40.图1中，通过电池管理模块11对所有串联的电池组进行监控，这种监而不控的模式无法解决电池热失控的根本问题，监控仅仅是告知，即使采取措施，将外部继电器12开关断开同样无法解决内部过热的连锁效应。热失控的反应时间一般在5秒以内，由于威力巨大，一旦热失控是无法进行抑制的，迄今为止没有有效的控制手段。
41.为了解决上述问题，本技术采用了单体电池先串联形成电池簇，后并联形成储能矩阵的并联汇流的方式，解决了是解决大功率热管理的问题。
42.现有的单通道系统，集中化的管理方式所采集的信号主要来自于每一个串联电池组电压信号、温度信号、及电流信号进行单通道管理。随着电池需求的容量增加，离不开并联增容，这个过程非常复杂。
43.本技术在电池簇通过分布区块模式完成电池的串联安全保护、自均衡解决一致性问题的前提下，需要进一步解决电池系统的扩容问题。所选择的方法为大串联后的并联，为了简化这个过程，采用并联器这一最简单的方法。
44.本发明所公开的高压并联器是矩阵式电池系统对并联体系的重要器件之一，其在解决了串联体系的问题前提下，增加并联的实际可操作性。
45.本技术通过每个电池簇的动态均衡功能来保证电池的一致性，电池簇的开关组件来保证电池的安全防护。在异常热式控发生的过程中，首先电池簇自断电，与通道隔离，通道通过防反并联器再次断电和系统隔离。该系统架构可以保证电池整体一致性良好，热失控的阻断能力比传统锂电池系统的提高两个数量级。
46.实施例1：结合图1，根据本实施例的一种高压并联器，包括：动力接线正极端1，主通道开关5，动力接线负极端6、限流单元2以及显示单元，其中，所述显示单元包括显示组件3和与所述显示组件3串联的调节电阻4；
47.所述主通道开关包括至少三个接点，所述第一接点c与所述动力接线负极端连接；所述第二接点b与所述限流单元2的一端连接；
48.限流单元2的另一端连接动力接线正极端1；
49.所述显示单元一端与所述动力接线正极端1连接，另一端与所述主通道开关5的第三接点a连接，即通过主通道开关5选择连接限流单元2或显示单元。
50.根据本技术的一些实施例，显示组件除了上述调节电阻4和led灯外，还可包括报警器以及显示屏中的一个或多个。
51.根据本技术的一些实施例，主通道开关除了是上述的单刀双掷开关外，还可以两个单独的开关来分别控制每个节点的开合。
52.根据本发明的一个具体实施例，所述限流组件2为高阻电阻，具体可以为由负温度系数热敏电阻器(ntc)与正温度系数热敏电阻器(ptc)串联结构。
53.根据本发明的一个具体实施例，所述限流组件2为多个ptc并联结构。
54.实施例2：一种储能矩阵，包括：多个单体电池61和多个高压并联器62，多个所述单体电池61串联形成电池串，并与一个所述高压并联器62串联连接形成电池簇；多个所述电池簇并联形成储能矩阵。
55.实施例3：一种储能系统，包括如上所述的储能矩阵，以及多通道管理单元43，所述多通道管理单元43与所述储能矩阵的所有高压并联器45连接，用于控制高压并联器的通断。
56.根据本技术一个具体的实施例，上述储能系统还包括：信息采集单元41、运算单元42，中心管理单元44，其中，所述信息采集单元41、所述运算单元42，所述多通道管理单元43，以及所述中心管理单元44依次连接。
57.所述信息采集单元41用于采集电池簇所在通路的电压、电流以及温度中的一个或多个信号；
58.所述运算单元42用于判断上述一个或多个信号是否在预设范围内；
59.所述多通道管理单元43用于接收来自所述中心管理单元的指令，根据指令控制高压并联器的通断；
60.所述中心管理单元44用于发出指令，以控制高压并联器的通断。
61.根据本技术一个具体的实施例，运算单元42还可以将判断结果发送给中线管理单元44，中心管理单元44根据判断结果决定是否发送指令。
62.实施例4：一种使用高压并联器的方法，在预设电压下，将所述单刀双掷开关接点a闭合，调节电阻设定为限流状态；当所有所述电池簇电压一致的时候，回流消失，led灯在设定的范围内熄灭，而后将所述单刀双掷开关接点b闭合。
63.根据本技术一些具体的实施例，所述预设电压大于144伏，所述预设方式包括灯光，提示音以及显示信息中的一个或多个。
64.以上结合具体实施方式(包括实施例和实例)详细描述了本发明的概念、原理和思想。本领域技术人员应理解，本发明的实施方式不止上文给出的这几种形式，本领域技术人员在阅读本技术文件以后，可以对上述实施方式中的步骤、方法、装置、部件做出任何可能的改进、替换和等同形式，这些改进、替换和等同形式应视为落入本发明的范围内。本发明的保护范围仅以权利要求书为准。