CN108110850B - 一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法 - Google Patents

一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法；解决储能型电池模块大倍率充放电的问题；***包括至少一个储能能量模块和至少一个动力能量模块，所有的所述储能能量模块和动力能量模块都串联在一起后连接负载或充电装置；所有的所述储能能量模块和动力能量模块都通过通讯线路与主控制器通讯，所述主控制器控制所述储能能量模块和动力能量模块中开关的开断；所述储能能量模块的能量密度大于所述动力能量模块的能量密度；所述储能能量模块的功率密度小于所述动力能量模块的功率密度。本发明中储能电池将在一定的小的功率输出范围内工作，其避免了传统电池成组方案中电池输出功率随工况剧烈变化的情况。

Description

一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法
技术领域
本发明涉及储能放电技术领域，尤其涉及一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法。
背景技术
某些电池可以以高倍率充放电但能量密度比较低，而某些电池有较高的能量密度但充放电分倍率较低。在电池需要较大功率输出的情况下储能型电池将承受较大的充放电电流，这将给储能型电池带来温度上升、寿命减少等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种串联负载隔离式的电池成组***及控制方法，采用两种或两种以上电池，超出的充放电功率将由冲放电倍率较高的动力电池来承担。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种串联负载隔离式的电池成组***，包括至少一个储能能量模块和至少一个动力能量模块，所有的所述储能能量模块和动力能量模块都串联在一起后连接负载或充电装置；
所有的所述储能能量模块和动力能量模块都通过通讯线路与主控制器通讯，所述主控制器控制所述储能能量模块和动力能量模块中开关的开断；
所述储能能量模块的能量密度大于所述动力能量模块的能量密度；所述储能能量模块的功率密度小于所述动力能量模块的功率密度。
所述储能能量模块包括储能型电池模块和储能DC/DC电路，所述储能型电池模块的输出连接所述储能DC/DC电路，所有的所述储能DC/DC电路的输出串联在一起。
所述动力能量模块包括动力型电池模块和动力DC/DC电路，所述动力型电池模块的输出连接所述动力DC/DC电路，所有的所述动力DC/DC电路的输出串联在一起。
所述储能型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
所述动力型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
所述动力DC/DC电路包括，所述动力型电池模块的负极连接开关管S1的一端，开关管S1的另一端同时连接电感L的一端和开关管S2的一端，开关管S2的另一端连接反向开关K11的一端和正向开关K21的一端，正向开关K21的另一端同时连接输出电容的一端和反向开关K12的一端，反向开关K11的另一端同时连接输出电容的另一端和正向开关K22的一端，反向开关K12的另一端和正向开关K22的另一端同时连接动力型电池模块的正极；开关管S1和开关管S2都与所述主控制器连接。
当***放电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现放电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现充电或退出***两种模式。
当***充电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现充电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现放电或退出***两种模式。
采用所述一种串联负载隔离式的电池成组***的控制方法，包括：当***需要小功率输出时，输出功率全部由储能能量模块输出；
当***需要大功率输出时，储能能量模块以最大功率输出，动力能量模块则输出剩余的功率；
当***需要小功率输入的时候，储能能量模块吸收全部功率；
当***需要大功率输入的时候，储能能量模块以最大功率吸收能量，动力能量模块吸收剩余的功率。
本发明的有益效果：
本发明中储能电池将在一定的小的功率输出范围内工作，其避免了传统电池成组方案中电池输出功率随工况剧烈变化的情况。
本发明中相同质量的动力电池能释放出比储能电池高数倍的功率，即在相同的电池质量的情况下相对于传统的电池成组方案可以明显提高峰值输出和输入功率。
由于储能电池工作功率在合理的范围内，故其寿命将明显延长。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明放电工作原理示意图；
图3为本发明充电工作原理示意图；
图4为本实施例的放电工作原理示意图；
图5为本实施例的充电工作原理示意图。
其中，1.储能能量模块，2.动力能量模块，3.动力型电池模块，4.主控制器，5.动力DC/DC电路，6.通讯线路，7.储能DC/DC电路，8.储能型电池模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图3，一种串联负载隔离式的电池成组***，包括多个储能能量模块1和多个动力能量模块2，所有的所述储能能量模块1和动力能量模块2都串联在一起后连接负载或充电装置；
所有的所述储能能量模块1和动力能量模块2都通过通讯线路6与主控制器4通讯，所述主控制器4控制所述储能能量模块1和动力能量模块2中开关的开断；
所述储能能量模块1的能量密度大于所述动力能量模块2的能量密度；所述储能能量模块1的功率密度小于所述动力能量模块2的功率密度。
所述储能能量模块1包括储能型电池模块8和储能DC/DC电路7，所述储能型电池模块8的输出连接所述储能DC/DC电路7，所有的所述储能DC/DC电路7的输出串联在一起。
所述动力能量模块包括动力型电池模块3和动力DC/DC电路5，所述动力型电池模块3的输出连接所述动力DC/DC电路5，所有的所述动力DC/DC电路5的输出串联在一起。
所述储能型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
所述动力型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
电池模块中的单体电池全部采用并联模式，可降低对电池一致性的要求。
储能型电池模块和动力型电池模块之间的区别为，前者具有大的能量密度，后者具有较大的功率密度。
本发明结构为电池并联成电池模块，电池模块输入DC/DC组成能量模块，将DC/DC输出端串联成一个高压***。其中DC/DC可以被控制输出功率和是否短路。由储能型电池模块和DC/DC组成的能量模块叫做储能能量模块1，由动力性电池模块和DC/DC组成的能量模块叫做动力能量模块2，这两类模块都被串联的整个***中。
储能DC/DC电路可以采用专利《一种锂电池充放电控制电路》中介绍的电路结构；动力DC/DC电路可以在串联***中***电流方向不变的情况下，反向给动力电池充电。
如图2-图3所示，所述动力DC/DC电路包括，所述动力型电池模块的负极连接开关管S1(图中的Sn1)的一端，开关管S1的另一端同时连接电感L的一端和开关管S2(图中的Sn2)的一端，开关管S2的另一端连接反向开关K11的一端和正向开关K21的一端，正向开关K21的另一端同时连接输出电容的一端和反向开关K12的一端，反向开关K11的另一端同时连接输出电容的另一端和正向开关K22的一端，反向开关K12的另一端和正向开关K22的另一端同时连接动力型电池模块的正极；开关管S1和开关管S2都与所述主控制器连接。所述开关管S1和开关管S2可采用MOS管、IGBT、三极管或可控硅，但不限于这几种。
如图4-图5所示，为本实施例的放电和充电原理示意图，其中开关管S1和S2采用MOS管，所述动力DC/DC电路，所述动力型电池模块的负极连接MOS管S1的源极，MOS管S1的漏极同时连接电感L的一端和MOS管S2的源极，MOS管S2的漏极同时连接反向开关K11的一端和正向开关K21的一端，正向开关K21的另一端同时连接输出电容C2的一端和反向开关K12的一端，反向开关K11的另一端同时连接输出电容C2的另一端和正向开关K22的一端，电感L的另一端都连接动力型电池模块的正极，反向开关K12的另一端和正向开关K22的另一端同时连接动力型电池模块的正极；MOS管S1的门极和MOS管S2的栅极都与所述主控制器连接。
正向开关与反向开关不可同时开启。
如图2所示，当***放电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现放电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现充电或退出***两种模式；
如图3所示，当***充电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现充电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现放电或退出***两种模式。
储能能量模块和动力能量模块串联的数量皆可根据实际需求确定。即储能能量模块可根据所需储能能量大小增减数量；动力能量模块可根据峰值输出及吸收功率的大小增减数量，同时也要根据输出及吸收功率的时间长短来确定动力模块的储能大小。
储能DC/DC和动力DC/DC为一种可由主控控制的一种直流到直流转换器，其可以实现本身的电池模块的退出及自己的输出功率大小。其中储能DC/DC和动力DC/DC区别在于动力DC/DC可以实现较大功率的转换能力。
负载如果应用于汽车一般为电机，但一般需要经过电机控制器控制。如果应用在其他场合(如发电厂)负载则有可能是其他(如电网)。
通讯线路通常为CAN总线，但其他通讯协议(如RS232、RS485等)也适用于本发明。
主控制器4为本发明的控制中心，其控制储能能量模块和动力能量模块的输出与能量回收，控制储能能量模块和动力能量模块的退出与加入工作，控制储能能量模块和动力能量模块输出与输入功率等功能。
一种串联负载隔离式的电池成组***的控制方法，包括：
当***需要小功率输出时，输出功率全部由储能能量模块输出；
当***需要大功率输出时，储能能量模块以最大功率输出，动力能量模块则输出剩余的功率；
当***需要小功率输入的时候，储能能量模块吸收全部功率；
当***需要大功率输入的时候，储能能量模块以最大功率吸收能量，动力能量模块吸收剩余的功率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种串联负载隔离式的电池成组***，其特征是，包括至少一个储能能量模块和至少一个动力能量模块，所有的所述储能能量模块和动力能量模块都串联在一起后连接负载或充电装置；
所有的所述储能能量模块和动力能量模块都通过通讯线路与主控制器通讯，所述主控制器控制所述储能能量模块和动力能量模块中开关的开断；
所述储能能量模块的能量密度大于所述动力能量模块的能量密度；所述储能能量模块的功率密度小于所述动力能量模块的功率密度；
所述储能能量模块包括储能型电池模块和储能DC/DC电路，所述储能型电池模块的输出连接所述储能DC/DC电路，所有的所述储能DC/DC电路的输出串联在一起；
所述动力能量模块包括动力型电池模块和动力DC/DC电路，所述动力型电池模块的输出连接所述动力DC/DC电路，所有的所述动力DC/DC电路的输出串联在一起；
电池模块输入DC/DC组成能量模块，将DC/DC输出端串联成一个高压***；
储能能量模块将在一定的小的功率输出范围内工作，动力能量模块输出剩余的功率；
所述动力DC/DC电路包括，所述动力型电池模块的负极连接开关管S1的一端，开关管S1的另一端同时连接电感L的一端和开关管S2的一端，开关管S2的另一端连接反向开关K11的一端和正向开关K21的一端，正向开关K21的另一端同时连接输出电容的一端和反向开关K12的一端，反向开关K11的另一端同时连接输出电容的另一端和正向开关K22的一端，反向开关K12的另一端和正向开关K22的另一端同时连接动力型电池模块的正极；开关管S1和开关管S2都与所述主控制器连接；
当***放电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现放电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现充电或退出***两种模式；
当***充电时，正向开关K21和K22闭合，反向开关K11和K12关断，动力能量模块实现充电或退出***两种模式；正向开关K21和K22关断，反向开关K11和K12闭合，动力能量模块实现放电或退出***两种模式。
2.如权利要求1所述一种串联负载隔离式的电池成组***，其特征是，所述储能型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
3.如权利要求1所述一种串联负载隔离式的电池成组***，其特征是，所述动力型电池模块包括多个并联和/或串联的单体电池。
4.采用权利要求1所述一种串联负载隔离式的电池成组***的控制方法，其特征是，包括：当***需要小功率输出时，输出功率全部由储能能量模块输出；
当***需要大功率输出时，储能能量模块以最大功率输出，动力能量模块则输出剩余的功率；
当***需要小功率输入的时候，储能能量模块吸收全部功率；
当***需要大功率输入的时候，储能能量模块以最大功率吸收能量，动力能量模块吸收剩余的功率。
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