CN110323801A - 一种储能***电池模块均衡结构及控制方法 - Google Patents

一种储能***电池模块均衡结构及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种储能***电池模块均衡结构及控制方法，可以改善电池储能***内的电池模块一致性；正激均衡变换器用于将电能从能量转移电池组向电池模块内任意单体传递；电池电压采集电路采集电池端电压，从而估计电池状态来控制电池均衡；控制方法根据电池模块内电压状态确定需要补充和试放电能的单体，然后利用主动与被动均衡相结合的方式，对电池模块内需要均衡的单体进行充电或者放电，从而实现电池模块的均衡。本发明采用的较均衡方法可以是高能量电池放电，也可以是低能量电池补充电能，因此均衡方式较为灵活，简便实用，基于电池的电压为均衡参考，相对于SOC均衡，更加简便和有效。

Description

一种储能***电池模块均衡结构及控制方法
技术领域
本发明涉及储能电池***均衡管理控制技术领域。
背景技术
电池储能***已经广泛应用于电力***的输电、发电、配电和用电等环节，并发挥重要作用。由于单体电池电压较低，经常需要串联使用，而由于电池制造工艺和使用环境的不同，单体之间在长期使用后容易出现电池电量的不均衡，直接应电池组整体容量和功率特性，针对电池组的电量不均衡问题，需要对电池组进行均衡操作，使电池组整体使用寿命延长。
目前的电池组均衡电路主要分为能量消耗型和能量转移型两类。能量消耗型均衡利用电阻放电实现对能量较高单体的放电均衡。能量转移型均衡是通过能量转移实现电能较低单体能量的补充。这两种方式单独使用均无法使储能电池***内部模块内电池达到均衡。
发明内容
发明目的：提供一种储能***电池模块均衡结构及控制方法，以解决上述问题。
技术方案：一种储能***电池模块均衡结构，包括被动放电均衡电路、电压采集与选通电路、主动充电均衡变换器、能量转移电池组、AC/DC充电电路以及控制电路；
被动放电均衡电路，用于将高电量单体进行放电；
电压采集与选通电路，通过选通开关实现对电池模块内单体的选择，使其与所述主动充电均衡变换器的输出端相连，同时电压采集电路实现对模块内电池单体电压的实时采集；
主动充电均衡变换器，用于将电能从所述能量转移电池组向选通开关选择的低电量单体的能量转移；
能量转移电池组，由4节电池串联构成，用于所述主动充电均衡变换器的输入，提供电能来源，同时与所述AC/DC充电电路的输出端相连；
AC/DC充电电路，输入端为220V，输出直流为所述能量转移电池组充电；
控制电路，根据电池单体电压采集结果确定需要放电和需要充电的单体，如果需要放电就直接通过电阻对相应单体放电；如果需要充电，就通过所述能量转移电池组利用所述主动充电均衡变换器实现给选通的单体充电；当所述能量转移电池组电压低于12V时启动AC/DC变换器给能量转移电池组充电，如充电达到15V时停止充电。
根据本发明的一个方面，所述被动放电均衡电路的每个电池都与一个可控开关和放电电阻并联，通过所述控制电路实现有选择的打开开关实现电阻放电均衡。
根据本发明的一个方面，所述电压采集与选通电路，电压采集采用集成电压采集芯片实现对模块内各单体电压的采集，选通电路通过所述控制电路实现对需要进行充电均衡的单体的选通。
根据本发明的一个方面，所述主动充电均衡变换器可以是正激电路、反激电路，也可以是半桥、全桥等隔离DC-DC电路。
根据本发明的一个方面，所述能量转移电池组由4节电池串联构成，可以作为主动充电均衡变换器的输入，同时也是AC/DC变换器电路的输出端，既可以作为能量来源实现对电量不足单体的能量补充，同时当这组电池电量不足时还可以通过AC/DC变换器为它补充能量。
一种储能***电池模块均衡控制方法，可以实现放电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时，设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之上，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制相应单体放电电阻控制开关，对高于均值电压的单体进行电阻放电，同时电压采集电路实时监控电池电压，并计算均值和最大-最小电压差；
步骤4、当最大-最小电压差低于20mV时停止放电均衡。
一种储能***电池模块均衡控制方法，也可以实现充电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之下，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制逐一通过选通电路选择相应的单体，利用主动充电均衡变换器从能量转移电池组向需要补充电能的单体转移能量；
步骤4、当被均衡单体电压落在误差带内时停止均衡；
步骤5、对其他在误差带外电池进行均衡，直到所有需要充电均衡的电池都结束均衡视为结束。
一种储能***电池模块均衡控制方法，还可以实现对能量转移电池组的充电控制，具体步骤分成：
步骤1、检测能量转移电池组的电压；
步骤2、当电压低于12V时AC/DC变换器启动充电功能，输入侧220V，输出侧恒流控制，保证2A恒流充电；
步骤3、当电压达到15V时停止充电；
步骤4、当电池电压在12V-15V内时不对这组电池充电。
有益效果：本发明能够解决现有的技术中电池模块内不均衡的问题，通过采集电池电压并进行简单计算就可以实现有效均衡，而利用两种方式对电能较高和较低单体进行均衡，均衡方式较为灵活，简便实用，有助于提升均衡效率；基于电池的电压为均衡参考的，相对于SOC均衡，更加简便和有效。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，在该实施例中，一种储能***电池模块均衡结构，包括被动放电均衡电路、电压采集与选通电路、主动充电均衡变换器、能量转移电池组、AC/DC充电电路以及控制电路；
被动放电均衡电路，每个电池都与一个可控开关和放电电阻并联；
电压采集与选通电路，与所述主动充电均衡变换器的输出端相连，包括集成电压采集芯片；
主动充电均衡变换器，可以是正激电路、反激电路，也可以是半桥、全桥等隔离DC-DC电路；
能量转移电池组，由4节电池串联构成，同时与所述AC/DC充电电路的输出端相连；
AC/DC充电电路，输入端为220V。
在进一步的实施例中，所述被动放电均衡电路用于将高电量单体进行放电，通过所述控制电路实现有选择的打开开关实现电阻放电均衡。
在更进一步的实施例中，所述被动放电均衡电路通过控制电路实现有选择的打开开关实现电阻放电均衡。
在进一步的实施例中，所述电压采集与选通电路通过选通开关实现对电池模块内单体的选择，同时所述电压采集电路实现对模块内电池单体电压的实时采集。
在更进一步的实施例中，电压采集采用集成电压采集芯片实现对模块内各单体电压的采集，选通电路通过控制电路实现对需要进行充电均衡的单体的选通。
在进一步的实施例中，所述主动充电均衡变换器用于将电能从能量转移电池组向选通开关选择的低电量单体的能量转移。
在进一步的实施例中，所述能量转移电池组用于所述主动充电均衡变换器的输入，提供电能来源。
在更进一步的实施例中，所述能量转移电池组既可以作为能量来源实现对电量不足单体的能量补充，同时当这组电池电量不足时还可以通过AC/DC变换器为其补充能量。
在进一步的实施例中，所述AC/DC充电电路输出直流为所述能量转移电池组充电。
在进一步的实施例中，所述控制电路，根据电池单体电压采集结果确定需要放电和需要充电的单体，如果需要放电就直接通过电阻对相应单体放电；如果需要充电，就通过所述能量转移电池组利用所述主动充电均衡变换器实现给选通的单体充电；当所述能量转移电池组电压低于12V时启动AC/DC变换器给所述能量转移电池组充电，如充电达到15V时停止充电。
一种储能***电池模块均衡控制方法，可以实现放电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时，设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之上，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制相应单体放电电阻控制开关，对高于均值电压的单体进行电阻放电，同时电压采集电路实时监控电池电压，并计算均值和最大-最小电压差；
步骤4、当最大-最小电压差低于20mV时停止放电均衡。
一种储能***电池模块均衡控制方法，也可以实现充电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之下，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制逐一通过选通电路选择相应的单体，利用主动充电均衡变换器从能量转移电池组向需要补充电能的单体转移能量；
步骤4、当被均衡单体电压落在误差带内时停止均衡；
步骤5、对其他在误差带外电池进行均衡，直到所有需要充电均衡的电池都结束均衡视为结束。
一种储能***电池模块均衡控制方法，还可以实现对能量转移电池组的充电控制，具体步骤分成：
步骤1、检测能量转移电池组的电压；
步骤2、当电压低于12V时AC/DC变换器启动充电功能，输入侧220V，输出侧恒流控制，保证2A恒流充电；
步骤3、当电压达到15V时停止充电；
步骤4、当电池电压在12V-15V内时不对这组电池充电。
总之，本发明具有以下优点：既有对能量高单体的放电均衡，也有能量较低单体的充电均衡，结构灵活；给出了一种基于电池单体电压的均衡控制方法，针对于电池模块内不均衡的不确定性，通过采集电池电压并进行简单计算就可以实现有效均衡。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，包括被动放电均衡电路、电压采集与选通电路、主动充电均衡变换器、能量转移电池组、AC/DC充电电路以及控制电路；
被动放电均衡电路，每个电池都与一个可控开关和放电电阻并联；
电压采集与选通电路，与所述主动充电均衡变换器的输出端相连，包括集成电压采集芯片；
主动充电均衡变换器，可以是正激电路、反激电路，也可以是半桥、全桥等隔离DC-DC电路；
能量转移电池组，由4节电池串联构成，同时与所述AC/DC充电电路的输出端相连；
AC/DC充电电路，输入端为220V。
2.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述被动放电均衡电路用于将高电量单体进行放电。
3.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述电压采集与选通电路通过选通开关实现对电池模块内单体的选择，同时所述电压采集电路实现对模块内电池单体电压的实时采集。
4.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述主动充电均衡变换器用于将电能从所述能量转移电池组向选通开关选择的低电量单体的能量转移。
5.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述能量转移电池组用于所述主动充电均衡变换器的输入，提供电能来源。
6.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述AC/DC充电电路输出直流为所述能量转移电池组充电。
7.根据权利要求1所述的一种储能***电池模块均衡结构，其特征在于，所述控制电路，根据电池单体电压采集结果确定需要放电和需要充电的单体，如果需要放电就直接通过电阻对相应单体放电；如果需要充电，就通过所述能量转移电池组利用所述主动充电均衡变换器实现给选通的单体充电；当所述能量转移电池组电压低于12V时启动AC/DC变换器给所述能量转移电池组充电，如充电达到15V时停止充电。
8.基于权利要求1至7任一项所述的一种储能***电池模块均衡结构的控制方法，其特征在于，可以实现放电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时，设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之上，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制相应单体放电电阻控制开关，对高于均值电压的单体进行电阻放电，同时电压采集电路实时监控电池电压，并计算均值和最大-最小电压差；
步骤4、当最大-最小电压差低于20mV时停止放电均衡。
9.基于权利要求1至7任一项所述的一种储能***电池模块均衡结构的控制方法，其特征在于，也可以实现充电的均衡，具体步骤为：
步骤1、电压采集电路采集模块内电池单体电压，计算电压均值和最大-最小电压差；
步骤2、当最大-最小电压差高于100mV时设定一个20mV的误差带；
步骤3、当个别单体电压都在误差带之下，其他单体都在误差带之内，通过控制电路控制逐一通过选通电路选择相应的单体，利用主动充电均衡变换器从能量转移电池组向需要补充电能的单体转移能量；
步骤4、当被均衡单体电压落在误差带内时停止均衡；
步骤5、对其他在误差带外电池进行均衡，直到所有需要充电均衡的电池都结束均衡视为结束。
10.基于权利要求1至7任一项所述的一种储能***电池模块均衡结构的控制方法，其特征在于，还可以实现对能量转移电池组的充电控制，具体步骤为：
步骤1、检测能量转移电池组的电压；
步骤2、当电压低于12V时AC/DC变换器启动充电功能，输入侧220V，输出侧恒流控制，保证2A恒流充电；
步骤3、当电压达到15V时停止充电；
步骤4、当电池电压在12V-15V内时不对这组电池充电。
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