CN102969754A

CN102969754A - 蓄电池组连接电路及智能蓄电池组

Info

Publication number: CN102969754A
Application number: CN2012104381906A
Authority: CN
Inventors: 何磊
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Jiangsu original Amperex Technology Limited
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: CN102969754B

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组连接电路及智能蓄电池组。该连接电路包括多个电池单元，其中每一电池单元的一极经一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端电连接，另一极经一第二开关与降压稳压电路的另一个输出端电连接，降压稳压电路的输入端与充电输入电路电连接。进一步的，至少前述第一开关、第二开关均采用可控开关，并由一控制单元控制。以及，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与所述降压稳压电路的一个输出端电连接。该智能蓄电池组包括前述连接电路。本发明可以改变蓄电池组的额定充电电压，防止蓄电池组对发电设备的反充，并可使蓄电池组在浮充状态下工作。

Description

蓄电池组连接电路及智能蓄电池组

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组，特别涉及一种新型的蓄电池组连接电路及智能蓄电池组。

背景技术

化石能源的潜在危机使得可再生能源的使用越来越受到全人类的重视。可再生能源***与设施如风电站、光伏发电站的构建往往都包括蓄电池组。对于风电站和光伏发电站而言，实现有功功率最重要的调节手段便是储能，大功率、大容量的储能***能够平抑风电和光伏电的波动性和间歇性。蓄电池组的安全性和正常运行效率对于风电站和光伏电站的运行至关重要。

当前风力和光伏发电***中蓄电池组的储能绝大多数采用如下工作原理，即：

1）***监测发电设备的输出电压，若输出电压达到或高于蓄电池组的额定充电电压，发电设备对蓄电池组的输入通过降压、稳压供给蓄电池组用于储能；

2）***监测发电设备的输出电压，若输出电压低于蓄电池组的额定充电电压，则发电设备与蓄电池组的电气连接被断开保护发电设备，其原因在于：

现有蓄电池组正常蓄能时的额定充电电压在设计时就是固定不变的，而风力发电机、太阳能电池板提供的充电电压是波动的，当发电设备的输出电压低于蓄电池组充电所需要的电压时，发电设备不仅不能蓄能，更严重的是还可能反向对发电设备供能，如果处理不当甚至会造成对发电设备的损害。所以，当发电设备的输出电压低于电池组充电所需的额定电压时，***需要断开蓄电池组与发电设备的电气连接，保护设备，但是这样带来的问题是对发电设备所产生的电能没有充分利用，降低了发电***的运行效率。

近来人们发展出了一种新的电池管理技术，其利用如图1所示的蓄电池组连接结构可以实现对蓄电池组充电额定电压的调整，充分利用发电设备产生的电能，提高了能源的利用效率。具体而言，参阅图1，假设电池组有N个电池组成，每个电池额定充电电压为ε。当所有开关S_i，1打开同时S_i，2闭合时，i=1,2,…N，N为大于1的正整数，该蓄电池组与普通蓄电池组无区别，充电额定电压为Nε。

若对第i个电池进行考察，则：当开关S_i，1闭合同时S_i，2打开时，电池i接入电路回路；当开关S_i，1打开同时S_i，2闭合时，电池i旁出电路回路。所以通过调整开关S_i，1和S_i，2的通断状态，就可以控制第i个电池接入或者旁出充电回路。如果K＜N个电池被接入充电电路，那么此时蓄电池组的额定充电电压就降低为Kε。

更为具体的讲，该电池管理技术的工作方式为：当充电输入电压V_input<Nε时，

1）通过降压稳压电路，充电输出电压V_output= Mε，M为小于N的正整数；

2）调整开关S_i，1和S_i，2的通断状态使得蓄电池组内只有M个电池接入充电回路，其余电池旁出充电回路；

3）充满的电池旁出，接入未充满的电池，直至所有电池充满。

但该电池管理技术依然有如下不足：当V_input＜Nε时，蓄电池组不能工作在浮充状态，即一边以约Nε的电压对负载供电，一边对蓄电池组中的电池充电。

发明内容

本发明的一个目的旨在提供一种新型的蓄电池组连接电路，藉由该蓄电池组连接电路能够改变蓄电池组充电所需的额定电压，使蓄电池组可以在浮充状态正常工作，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种蓄电池组连接电路，包括串联设置的两个以上电池单元，其中，每一电池单元的一极经一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端电连接，另一极经一第二开关与所述降压稳压电路的另一个输出端电连接，所述降压稳压电路的输入端与充电输入电路电连接。

进一步的，该两个以上电池单元中的第一个电池单元的一极与负载的一端电连接，最后一个电池单元的另一极与所述负载的另一端电连接。

作为一种优选的方案，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端电连接。

作为一种优选的方案，该两个以上电池单元中的第一个电池单元的一极经一第三开关与负载的一端电连接，最后一个电池单元的另一极与所述负载的另一端电连接，而除该第一个电池单元的一极及最后一个电池单元的另一极之外，每一电池单元的一极均经一第三开关与位于该电池单元之前的另一个电池单元的另一极电连接。

进一步的，所述第一开关、第二开关和第三开关均采用可控开关，所述可控开关至少选自场效应晶体管和继电器中的任意一种，并且，

所述场效应晶体管包括MOSFET场效应晶体管；

所述继电器至少选自固态继电器、接触式继电器和光耦继电器中的任意一种。

作为较佳实施方案之一，所述第一开关、第二开关和第三开关均由一控制单元控制，并且，设蓄电池组中所含电池单元为N个，而每一电池单元的额定充电电压为ε，蓄电池组的额定充电电压为Nε，则：

当由充电输入电路输入降压稳压电路的电压大于或等于蓄电池组的额定充电电压时，降压稳压电路输出的充电电压等于Nε，且在所述控制单元的控制下，除了与第一个电池单元的一极连接的第一开关和与最后一个电池单元的另一极连接的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均断开；

当由充电输入电路输入降压稳压电路的电压小于蓄电池组的额定充电电压时，降压稳压电路输出的充电电压等于Mε，且在所述控制单元的控制下，除了与第j个电池单元的一极连接的第一开关和与第k个电池单元的另一极连接的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均断开，其中M、k、j均为正整数，M小于N，k-j=M-1。

作为较佳实施方案之一，无论由充电输入电路输入降压稳压电路的电压大于、等于或小于蓄电池组的额定充电电压，在控制单元的控制下，所有第三开关均闭合。显然，前述第三开关亦可用导线连接代替，从而省去第三开关。

作为较佳实施方案之一，所述控制单元包括与蓄电池组连接电路连接的一开关驱动电路，所述开关驱动电路与一控制模块连接。

本发明的另一个目的旨在提供一种智能蓄电池组，其包括如上所述的蓄电池组连接电路。

作为优选方案之一，该智能蓄电池组还可包括：

用于采集与蓄电池组中每一个电池单元的工作状态相关数据的监测与检测单元；

控制单元，包括：

至少用于调整蓄电池组连接电路中所有第一开关和第二开关的工作状态的开关驱动电路，以及，

与开关驱动电路及监测与检测单元连接的控制模块。

进一步的，所述控制模块可包括计算与控制处理单元。

作为优选方案之一，所述智能蓄电池组还可包括通信与存储单元，所述通信与存储单元与控制模块连接。

作为优选方案之一，所述通信与存储单元通信、告警设备连接。

与现有技术相比，本发明优点至少在于：可以根据充电输入电路输出的电压智能调整蓄电池组内部的电气连接方式，改变蓄电池组充电所需的额定电压，防止蓄电池组对与充电输入电路相接的发电设备的反充，保护发电设备的安全；与此同时蓄电池组一方面可以保持正常蓄电状态，提高能源的有效利用率，另一方面还可继续为负载正常供电，即，实现了在浮充状态下正常工作。

附图说明

图1是现有的一种蓄电池组连接结构示意图；

图2是本发明一较佳实施例中蓄电池组连接电路的结构示意图；

图3是本发明一较佳实施例中可再生能源智能蓄电池组的结构框图。

具体实施方式

以下结合一较佳实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

有鉴于现有电池管理技术的不足，本案发明人提供了一种新型的蓄电池组连接电路，参阅图2所示，作为该蓄电池组连接电路的一个典型实施例，其包括编号为1至i的多个电池单元（可以为单体电池或者多个单体电池的组合，以下均简称为“电池”），i=1，2，…N，N为大于或等于2的正整数，其中每一电池的规格型号均相同，且其额定充电电压为ε，则蓄电池组的额定充电电压为Nε。

而同时，该实施例中还包括一系列的开关S_i，n，在本实施例中，n选自1、2或3。

进一步的参阅图2，该实施例的工作原理如下：

1. 当由充电输入电路输入降压稳压电路的电压V_input达到或高于Nε时：

（1）降压稳压电路输出的充电电压V_output= Nε_；

（2）开关S_i，1和S_i，2,i=1，2…N, 所有开关中除S_1，1和S_N，2闭合外余全部打开；S_i，3,i=1，2…N,全部闭合；此时蓄电池组和传统蓄电池组一样在Nε额定电压下充电；同时蓄电池组可以外接负载工作；

2. 当充电输入电压V_input<Nε时：

（1）V_output= Mε，M为正整数，且1≤ M < N；

（2）开关S_i，3,i=1，2…N,仍然全部闭合； S_i，1和S_i，2,i=1，2…N, 所有开关中除S_j，1和S_k，2闭合外余全部打开，其中k、j均为正整数，且k-j=M-1，此时蓄电池组中所有满足j≤ i ≤ K条件的第i个电池都处于充电状态；

（3）改变j的值和M的值，对不同的电池充电；由于M最小可以为1，所以总可以将蓄电池组中的所有电池都充满；

（4）在充电过程当中，蓄电池组仍然可以外接负载，以额定电压对外供电。

概言之，藉由该实施例，无论V_input大于、等于或小于Nε，蓄电池组中的电池均可以正常充电和供电，尤其是当V_input<Nε时，蓄电池组可以工作在浮充状态，即一边以大约Nε的电压对蓄电池负载正常供电，同时对蓄电池组中的电池正常充电。

进一步的，为便于对蓄电池组连接电路的各开关S_i，n进行控制，各开关S_i，n优选采用可控开关，包括但不仅限于MOSFET场效应晶体管，固态继电器，接触式继电器、光耦继电器等各种继电器，并藉由一控制单元实现对这些可控开关的工作状态进行自动控制。该控制单元可包括一开关驱动电路及一控制模块，开关驱动电路系与各可控开关配合，并由控制模块控制。显然的，该控制模块可采用业界惯用的计算机***、单片机、PLC等设备，但不限于此。

参阅图3所示是基于前述蓄电池组连接电路构建的一可再生能源智能蓄电池组，其可应用于风电站和光伏发电站等可再生能源发电***中，其包括蓄电池组连接电路、开关驱动电路、计算与控制处理单元以及监测与检测单元。

显然的，前述蓄电池组连接电路是实现蓄电池组中单电池隔离检测和实时修复的基础，其中采用了一系列的可控开关，这些开关的通断可由计算与控制处理单元决策和指令，并经由开关驱动电路实现。而对于蓄电池组中每个电池的工作状态相关信息（例如电压、电流、温度等，），其可以通过监测与检测单元进行采集，并上报计算与控制处理单元处理，得出电池的状态数据（如每个电池的容量和剩余电量等），进而由计算与控制处理单元进行决策及发出指令。

进一步的，该可再生能源智能蓄电池组中还可设置通信与存储单元，藉以实现历史数据的存储和远程的信息上报、告警，远程控制交互等，其功能可以根据实际使用需要取舍。

需要指出的是，以上说明及在图纸上所示的实施例，不可解析为限定本发明的设计思想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种蓄电池组连接电路，包括串联设置的两个以上电池单元，其特征在于，每一电池单元的一极经一第一开关与一降压稳压电路的一个输出端电连接，另一极经一第二开关与所述降压稳压电路的另一个输出端电连接，所述降压稳压电路的输入端与充电输入电路电连接。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，该两个以上电池单元中的第一个电池单元的一极与负载的一端电连接，最后一个电池单元的另一极与所述负载的另一端电连接。

3.根据权利要求1所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，每一电池单元的一极依次经串联设置的一第三开关和一第一开关与所述降压稳压电路的一个输出端电连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，该两个以上电池单元中的第一个电池单元的一极经一第三开关与负载的一端电连接，最后一个电池单元的另一极与所述负载的另一端电连接，而除该第一个电池单元的一极及最后一个电池单元的另一极之外，每一电池单元的一极均经一第三开关与位于该电池单元之前的另一个电池单元的另一极电连接。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关均采用可控开关，所述可控开关至少选自场效应晶体管和继电器中的任意一种，并且，

所述场效应晶体管包括MOSFET场效应晶体管；

6.根据权利要求5所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，所述第一开关、第二开关均由一控制单元控制，并且，设蓄电池组中所含电池单元为N个，而每一电池单元的额定充电电压为ε，蓄电池组的额定充电电压为Nε，则：

当由充电输入电路输入降压稳压电路的电压（V_input）大于或等于蓄电池组的额定充电电压时，降压稳压电路输出的充电电压（V_output）等于Nε，且在所述控制单元的控制下，除了与第一个电池单元的一极连接的第一开关和与最后一个电池单元的另一极连接的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均断开；

当由充电输入电路输入降压稳压电路的电压（V_input）小于蓄电池组的额定充电电压时，降压稳压电路输出的充电电压（V_output）等于Mε，且在所述控制单元的控制下，除了与第j个电池单元的一极连接的第一开关和与第k个电池单元的另一极连接的第二开关之外的所有第一开关和第二开关均断开，其中M、k、j均为正整数，M小于N，k-j=M-1。

7.根据权利要求4所述的蓄电池组连接电路，其特征在于，无论由充电输入电路输入降压稳压电路的电压（V_input）大于、等于或小于蓄电池组的额定充电电压，在一控制单元的控制下，所有第三开关均闭合，并且，所述第三开关均采用可控开关，所述可控开关至少选自场效应晶体管和继电器中的任意一种。

8.一种智能蓄电池组，其特征在于，它包括如权利要求1-6中任一项所述的蓄电池组连接电路。

9.根据权利要求8所述的智能蓄电池组，其特征在于，它还包括：

控制单元，包括：

与开关驱动电路及监测与检测单元连接的控制模块。

10.根据权利要求9所述的智能蓄电池组，其特征在于，所述控制模块包括计算与控制处理单元，所述计算与控制处理单元还经通信与存储单元与通信、告警设备连接。