CN111490571A - 一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 - Google Patents
一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111490571A CN111490571A CN202010279760.6A CN202010279760A CN111490571A CN 111490571 A CN111490571 A CN 111490571A CN 202010279760 A CN202010279760 A CN 202010279760A CN 111490571 A CN111490571 A CN 111490571A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- module
- balancing
- battery pack
- main control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 101150109676 Rgs1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101150067744 Rgs2 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0019—Circuits for equalisation of charge between batteries using switched or multiplexed charge circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33584—Bidirectional converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
- H02M3/33592—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer having a synchronous rectifier circuit or a synchronous freewheeling circuit at the secondary side of an isolation transformer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供一种储能电池主动均衡管理***，包括第一单板和上位机；所述第一单板包括电池组、采集模块、主控模块和均衡模块；所述电池组中每一个单电池配备一个均衡模块，所述均衡模块一端与单个电池相连，另一端与电池组相连，用于电流和能量在电池组与单个电池之间的双向流通；所述采集模块采用多通道电池检测芯片，用于采集电池组中各个电池单体的电压，并将电压数据发送至主控模块；所述主控模块，用于接收采集模块传送的电压数据并向上位机上传电压数据，同时接收上位机对均衡模块的控制指令，控制均衡模块进行相应操作。本发明有效的实现串联电池组的容量均衡，提高电池组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于电池均衡技术领域，具体涉及一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法。
背景技术
环境问题已成为全球日益关注的一个问题，可再生能源的利用也因此得到了更大的普及。但由于可再生能源的不稳定性，以及很大程度上受到地域因素的限制，使得可再生能源尚不足以有效替代化石能源。大规模储能技术不仅在解决新能源的不稳定性、地理限制等问题上起到了至关重要的作用，而且能有效调节电网峰谷，提高电网的稳定性，因此得到了迅速地发展。电池储能作为大规模储能技术中非常重要的一项，也得到了长足的进步，但仍然有一些问题限制了电池储能技术的使用，电池组的均衡问题便是其中之一。
实际情况下，由于单个电池电压与容量较低，往往需将数量较多的单电池串并联成组使用才能提供所需的高电压、高容量。但往往由于电池组中各个单电池之间在生产过程、内部化学成分以及使用环境中存在的差异，造成了单电池之间的不一致性。不一致性会导致电池组在充放电过程中，造成某些单电池的过充或过放，使得电池组容量受到此类电池的“短板效应”影响，更严重的是，这样的不一致性若不加以处理，电池组的使用寿命甚至整个***的安全均不能得到有效保障。
电池均衡管理***便是为解决均衡问题而设计的，随着大规模电池储能***容量、电压的增加，同时也对电池均衡管理***提出了更高的要求。目前均衡管理***中存在的不足有以下几点：
1)目前的均衡管理***中普遍采用电池组中单电池电压作为均衡依据，此方案虽然直接简便，但不适用于充放电曲线平缓的电池，如锂电池、液态金属电池等，在很小的电压差异范围内却会存在极大的SoC差异；其次，以电压为均衡依据会由于电池内阻的差异带来较大的均衡误差；
2)目前均衡管理***中普遍采用的电池组单体电池电压测量方案是将电池组各个电池经过调理电路选通后输入至模数转换芯片转换后得到电压值，然而此方案会受制于调理电路中元器件的精度，以及调理电路工作过程中存在的干扰，采集结果不仅造成较大浮动，更会有较大的误差；
3)常用的均衡方案分为被动均衡与主动均衡两大类，被动均衡是在电池组的各个单体电池两端并联合适阻值的电阻或是二极管，通过电阻消耗电池能量或二极管分流来达到均衡的目的，此种方法效率低、发热严重而且浪费能源，一般不宜采用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法。
本发明提供了如下的技术方案：
一种储能电池主动均衡管理***，包括第一单板和上位机；
所述第一单板包括电池组、采集模块、主控模块和均衡模块；所述电池组中每一个单电池配备一个均衡模块，所述均衡模块一端与单个电池相连，另一端与电池组相连，用于电流和能量在电池组与单个电池之间的双向流通；所述采集模块采用多通道电池检测芯片，用于采集电池组中各个电池单体的电压，并将电压数据发送至主控模块；所述主控模块，用于接收采集模块传送的电压数据并向上位机上传电压数据，同时接收上位机对均衡模块的控制指令，控制均衡模块进行相应操作；
所述上位机，用于根据采集的电压数据，对各电池SoC进行实时估算，根据SoC的估算结果，结合均衡算法确定如何控制均衡模块的运行，将控制指令传送至主控模块。
优选的，所述均衡模块包括双向反激电路和MOSFET驱动电路，所述双向反激电路中的变压器原副边均采用MOSFET，变压器的副边连接单个电池，原边连接电池组，MOSFET连接所述MOSFET驱动电路；所述MOSFET驱动电路用于接收主控模块发送的控制信号控制MOSFET的通断。
优选的，所述MOSFET驱动电路包括相互连接的三态缓冲门芯片和隔离式双通道MOSFET驱动芯片，所述三态缓冲门芯片用于接收所述主控模块控制信号传至隔离式双通道MOSFET驱动芯片，所述隔离式双通道MOSFET驱动芯片根据控制信号驱动控制MOSFET的通断。
优选的，所述采集模块通过SPI隔离和电平转换芯片与所述主控模块通信，采用隔离电源模块为其供电。
优选的，所述主控模块采用STM32为核心，由上位机控制产生多路具有一定频率、每路占空比独立可调的PWM信号，并且对于原边副边的两个MOSFET实现同步控制，采用RS485接口与所述第二单板通信。
优选的，所述第一单板和所述上位机之间通过第二单板通信，所述第二单板包括依次连接的RS485电平转换芯片、单片机、以太网PHY芯片，所述第二单板通过RS485与主控模块通信，并通过太网RMII接口与上位机通信。
一种储能电池主动均衡管理***的均衡方法，包括以下步骤：
上位机接收采集模块采集的各电池电压数据，根据电压数据对各电池SoC进行实时估算，基于各电池SoC实时数值，计算电池组的SoC平均值，根据各电池SoC估算结果与SoC平均值之间的差异决定如何控制均衡模块的运行，再将运行控制指令传送至主控模块；
主控模块根据控制指令控制各个均衡模块实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。
优选的，所述主控模块控制均衡模块的控制方法，包括以下步骤：
通过控制各个均衡模块中MOSFET的开关频率与占空比控制转移能量的快慢，同时通过控制变压器原副边MOSFET在一个周期中的导通顺序控制能量流向；
若某一单体电池SoC过低，需要向其补充能量，控制均衡模块通过电池组向其充电；若某一单体电池SoC过高，需使其释放能量，控制均衡模块使其向电池组放电，上述两种情况在不同均衡模块当中可同时进行，实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。
本发明的有益效果是：本发明采用了专用的多通道电池监测芯片，避免了使用电压采集调理电路，可极大减小测量误差并很大程度地屏蔽干扰，准确测量电池组中各个单电池电压，为后续电池SoC估算提供更可靠的数据；本发明以采集的电压数据对SoC进行实时估算，使用SoC作为均衡依据能获得更加安全可靠的均衡结果，避免了以电压为均衡依据时由于电池种类、电池内阻等因素造成的均衡误差；本发明通过为电池组中每一个单电池配备一个均衡模块，可实现能量在电池组与任一单电池，或任一单电池与电池之间的转移，主动均衡克服被动均衡的不足，提升效率并且可减少能量的浪费。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的***结构原理图；
图2是本发明的单路双向反激电路连接示意图；
图3是本发明的多路双向反激电路连接示意图；
图4是本发明的MOSFET驱动电路图；
图5是本发明的采集模块电路图；
图6是本发明的第二单板结构原理示意图；
图7是本发明均衡管理流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种储能电池主动均衡管理***，包括单板1、单板2、上位机，其中单板1包括主控模块、多路电压采集模块以及均衡模块。主控模块可由上位机控制产生多路具有一定频率、每路占空比独立可调的PWM信号，并且对于原边副边的两个MOSFET能实现同步控制(即反激电路的同步整流控制)以提高效率；采集模块采集电池组中各个电池单体的电压，并将电压数据通过标准SPI接口发送至主控模块，主控模块通过RS485接口与单板2通信，单板2再通过以太网RMII接口上传至上位机进行处理，为后续均衡提供数据参考；均衡模块围绕双向反激电路，结合MOSFET驱动电路，通过为每个电池单体配置一个此均衡模块，可实现接收来自主控模块的信号控制相应的MOSFET的通断，实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。
如图2所示，针对电池3的一路均衡模块电路，均衡模块采用反激式电路(图2中变压器左边侧为原边，右边侧为副边)，但是将传统单向反激电路中高频变压器副边的二极管替换为了MOSFET，目的是为了实现同步控制提升效率并且可实现对电池组的双向控制。通过主控模块的PWM信号经过驱动器件后控制MOSFET的开关，并且可通过调整控制信号控制传递的电流、能量的大小和方向。
当检测到电池3的剩余容量较低，欲对其充电时，可控制如下：一个周期中，当Qp接收信号导通时，电池组、高频变压器原边与Qp形成回路，高频变压器原边电感电流上升，上升至一定值之时，Qp接收信号关断，同时其控制信号的下降沿触发Qs控制信号，Qs接收到控制信号后导通，同时高频变压器的原边能量通过磁耦合传递至副边，此时副边、Qs和BT3形成回路续流放电给单体电池充电。同理，当电池3的剩余容量较高，欲对其放电时，可仅控制Qs，开通Qs，则BT3，Qs与副边电感形成回路，副边电感电流上升。关闭Qs时，副边电感能量通过磁耦合传递至原边，原边电感通过Qp的寄生二极管续流给电池组放电。
如图3所示，为单板1中所有均衡模块的连接示意图，N个均衡模块均与图2所示电路相同，副边一侧分别与N个单电池正负极相连，原边一侧均与电池组正负极相连，可通过主控模块发送的PWM控制信号独立控制任意均衡模块，此连接方式能独立控制各个均衡模块，提供大部分电池所需的均衡电流。
如图4所示，MOSFET驱动电路中包括三态缓冲门74HC245(U1)，电阻R1、R2、Rg1、Rg2、Rgs1、Rgs2和隔离式的双通道MOSFET驱动芯片UCC2122a(U2)，以及隔离式的电源模块B0512S(P1、P2)，以上器件用于接收主控模块发送的控制信号并增强驱动能力后控制MOSFET的通断。其中，P1，P2的1引脚接地，P1，P2的2引脚与5V输入电源相连，U1的1引脚和20引脚接5V输入电源，U1的2、3引脚接收来自PWM产生模块产生的控制信号，U1的10引脚和19引脚接地，U1的18引脚经过电阻R1与U2的1引脚相连，U1的17引脚经过电阻R2与U2的2引脚相连(串联R1，R2的目的是减小U2产生的控制信号的畸变)，U2的4、5引脚接地，U2的3、8引脚接5V输入电源，且U2的地与输入电源之间并联电容，U2的15(outA)引脚经过电阻Rg1与Qp的栅极相连，U2的10(outB)引脚经过电阻Rg2与Qs的栅极相连接，U2的9引脚与P2的3脚相连再与Qs的源极相连，U2的11引脚与P2的4脚相连，U2的14引脚与电池组的总负极和P1的3脚相连再与Qp的源极相连，U2的16脚与P1的4脚相连，Qp和Qs的栅极和源极之间并接大阻值电阻Rgs1，Rgs2，目的是防止静电干扰导致的MOSFET误导通。
PWM1，PWM2信号分别为第一路均衡模块的高频变压器原副边MOSFET的控制信号，当其为高电平时MOSFET导通，低电平时关断。此控制信号通过三态缓冲门74HC245的缓冲后输出，经过一限流电阻连接至隔离式双通道MOSFET驱动芯片UCC21220a的信号输入INA，INB引脚，分别对应的输出驱动信号OUTA，OUTB连接至Qp，Qs的栅极，VSSA，VSSB分别连接至Qp，Qs的源极，从而使得MOSFET的栅源极之间形成变化的高低电平控制其通断。同时，驱动芯片UCC21220a的两输出通道需要分别供电，并且供电电压值决定输出高电平时的电压值，为了有效开启MOSFET，以及两通道不共地的目的，使用了两个隔离型的电源模块B0512S对此驱动芯片的两个通道分别提供电压。
控制方法是通过控制各个均衡模块中MOSFET的开关频率与占空比控制转移能量的快慢。其次，可通过控制原副边MOSFET在一个周期中的导通顺序控制能量流向，若某一单体电池SoC过低，需要向其补充能量，可控制均衡模块通过电池组向其充电，若某一单体电池SoC过高，需使其释放能量，可控制均衡模块使其向电池组放电，而且上述两种操作可在不同均衡模块当中同时进行，充分利用电池组的短暂充放电时间，加快对电池组的均衡速率。
如图5所示为采集模块原理图，使用ADI公司生产的多路电池电压监测芯片LTC6806，该芯片提供标准SPI通信接口，以及36个测量通道，每个通道的测量电压范围可配置为-2.5～2.5V或0～5V，此测量范围能很好地适应目前大部分的电池电压，采集模块中LTC6806属于模数混合芯片，为减小干扰造成的测量误差，通过SPI隔离、电平转换芯片ADuM1401与主控模块STM32通信，隔离电源模块B0505S为其供电。芯片内部通过算法减小了测量噪声的影响，其中BT1为电池组正极，即第一个电池正极，BT1-为第一个电池负极，以此类推，BT18-为电池组负极，即第18个电池负极，因此此方案中单板1最多可测量并均衡由18个单电池组成的电池组，此连接方式可直接测量各单电池电压，排除电池组各单电池之间导线压降对电压测量的影响，使得测量结果更精确，能为后续数据分析提供更准确的数据。
如图6所示为单板2的原理框图，单板2是作为单板1与上位机间通信的“桥梁”，此单板集成了单片机STM32，RS485电平转换芯片MAX3485与以太网PHY芯片DM9161CEP。单板2与单板1通过RS485通信，接收电压数据并将其通过RMII通信方式传至上位机；同时接收上位机对均衡电路的控制命令，将其下发至主控模块控制控制信号的产生，进而控制均衡电路工作；其次，可通过上位机对主控模块下发配置指令，完成对采集芯片的配置。
如图7所示为上位机工作流程图，首先进行***初始化，之后接收由电压采集模块转换的各电池电压数据，将其用于计算各电池的SoC，并计算出电池组各电池SoC平均值SoCavg；通过上位机用户界面设置均衡开启、停止阈值ron、roff(均为正值)，以及均衡时间。
随后将电池组中每个单电池的SoC与SoCavg进行比较，若电池i的SoCi满足SoCiSoCavg＞ron，则控制均衡电路使电池i对电池组放电；若电池i的SoCi满足SoCav–SoCi＞ron，则控制均衡电路使电池组对电池i充电。均衡电路运行达到设置的均衡时间后，再次将电池组中每个单电池的SoC与SoCavg进行比较，若电池i的SoCi满足|SoCi-SoCavg|＜roff，则停止电池i对应均衡电路的运行；若电池i的SoCi满足|SoCi-SoCavg|＞roff，则继续控制电池i对应的均衡电路实现能量转移。
其次，本***中均衡电路的最佳工作频率应设定为100kHz，电池开启均衡后，为增大均衡电路的利用效率，当电池i的SoCi与SoCavg的差值在不同的范围内时，控制相应均衡电路以不同模式进行能量转移。当|SoCi-SoCavg|＞0.2时，进行“大步均衡”；当0.1＜|SoCi-SoCavg|＜0.2时，进行“中步均衡”；当0.05＜|SoCi-SoCavg|＜0.1时，进行“小步均衡”；当roff＜|SoCi-SoCavg|＜0.05时，进行“微步均衡”。各均衡模式占空比如下表所示：
| 电池组至单电池 | 单电池至电池组 | |
| 大步均衡 | Q<sub>p</sub> 40％，Qs 50％ | Q<sub>p</sub> 0，Qs 70％ |
| 中步均衡 | Q<sub>p</sub> 30％，Qs 50％ | Q<sub>p</sub>0，Qs 60％ |
| 小步均衡 | Q<sub>p</sub> 20％，Qs 40％ | Q<sub>p</sub> 0，Qs 50％ |
| 微步均衡 | Q<sub>p</sub> 10％，Qs 30％ | Q<sub>p</sub> 0，Qs 40％ |
综上所述，本发明可以准确测量电池组中各单电池电压，并以此电压在上位机中对电池SoC进行估算，以SoC为均衡依据能实现更可靠有效的均衡；且单板1、单板2的RS485通信方式使得一块单板2能与多块单板1通信，便于后续增大电池组容量的扩展；均衡模块中，能量在任意电池与电池组之间的快速高效转移，可以便捷地切换转移方向，实现能量的均衡。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，包括第一单板和上位机；
所述第一单板包括电池组、采集模块、主控模块和均衡模块；所述电池组中每一个单电池配备一个均衡模块，所述均衡模块一端与单个电池相连，另一端与电池组相连，用于电流和能量在电池组与单个电池之间的双向流通；所述采集模块采用多通道电池检测芯片，用于采集电池组中各个电池单体的电压，并将电压数据发送至主控模块；所述主控模块，用于接收采集模块传送的电压数据并向上位机上传电压数据，同时接收上位机对均衡模块的控制指令，控制均衡模块进行相应操作；
所述上位机，用于根据采集的电压数据，对各电池SoC进行实时估算，根据SoC的估算结果，结合均衡算法确定如何控制均衡模块的运行，将控制指令传送至主控模块。
2.根据权利要求1所述的一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，所述均衡模块包括双向反激电路和MOSFET驱动电路，所述双向反激电路中的变压器原副边均采用MOSFET，变压器的副边连接单个电池，原边连接电池组，MOSFET连接所述MOSFET驱动电路；所述MOSFET驱动电路用于接收主控模块发送的控制信号控制MOSFET的通断。
3.根据权利要求2所述的一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，所述MOSFET驱动电路包括相互连接的三态缓冲门芯片和隔离式双通道MOSFET驱动芯片，所述三态缓冲门芯片用于接收所述主控模块控制信号传至隔离式双通道MOSFET驱动芯片，所述隔离式双通道MOSFET驱动芯片根据控制信号驱动控制MOSFET的通断。
4.根据权利要求1所述的一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，所述采集模块通过SPI隔离和电平转换芯片与所述主控模块通信，采用隔离电源模块为其供电。
5.根据权利要求2所述的一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，所述主控模块采用STM32为核心，由上位机控制产生多路具有一定频率、每路占空比独立可调的PWM信号，并且对于原边副边的两个MOSFET实现同步控制。
6.根据权利要求1所述的一种储能电池主动均衡管理***，其特征在于，所述第一单板和所述上位机之间通过第二单板通信，所述第二单板包括依次连接的RS485电平转换芯片、单片机、以太网PHY芯片，所述第二单板通过RS485与主控模块通信，并通过太网RMII接口与上位机通信。
7.根据权利要求1所述的一种储能电池主动均衡管理***的均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
上位机接收采集模块采集的各电池电压数据，根据电压数据对各电池SoC进行实时估算，基于各电池SoC实时数值，计算电池组的SoC平均值，根据各电池SoC估算结果与SoC平均值之间的差异决定如何控制均衡模块的运行，再将运行控制指令传送至主控模块；
主控模块根据控制指令控制各个均衡模块实现电流与能量在单体与电池组间的相互转移，实现组内各个电池单体荷电状态的一致。
8.根据权利要求7所述的一种储能电池主动均衡管理***的均衡方法，其特征在于，所述主控模块控制均衡模块的控制方法，包括以下步骤：
通过控制各个均衡模块中MOSFET的开关频率与占空比控制转移能量的快慢，同时通过控制变压器原副边MOSFET在一个周期中的导通顺序控制能量流向；
若某一单体电池SoC过低，需要向其补充能量，控制均衡模块通过电池组向其充电；若某一单体电池SoC过高，需使其释放能量，控制均衡模块使其向电池组放电，上述两种情况在不同均衡模块当中可同时进行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010279760.6A CN111490571A (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010279760.6A CN111490571A (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111490571A true CN111490571A (zh) | 2020-08-04 |
Family
ID=71812706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010279760.6A Pending CN111490571A (zh) | 2020-04-10 | 2020-04-10 | 一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111490571A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112072735A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-11 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种基于卷积神经网络的液态金属电池组的均衡管理*** |
| CN113451668A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-09-28 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种液态金属电池组均衡控制***及方法 |
| CN113783247A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-10 | 西安交通大学 | 一种液态金属电池组两级双向均衡***及控制方法 |
| CN116799903A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-22 | 长沙联合电动科技有限公司 | 一种基于主动均衡式充电管理的电池包及换电柜 |
| CN117239883A (zh) * | 2023-11-13 | 2023-12-15 | 深圳市立泰能源科技有限公司 | 一种船用电池状态采集、均衡***及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108275017A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-13 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种动力电池组主动均衡***及控制方法 |
| CN209119861U (zh) * | 2018-12-21 | 2019-07-16 | 华南理工大学广州学院 | 一种基于锂离子电池的主动均衡控制*** |
| CN209786851U (zh) * | 2019-06-21 | 2019-12-13 | 西安交通大学 | 一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路 |
-
2020
- 2020-04-10 CN CN202010279760.6A patent/CN111490571A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108275017A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-13 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种动力电池组主动均衡***及控制方法 |
| CN209119861U (zh) * | 2018-12-21 | 2019-07-16 | 华南理工大学广州学院 | 一种基于锂离子电池的主动均衡控制*** |
| CN209786851U (zh) * | 2019-06-21 | 2019-12-13 | 西安交通大学 | 一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112072735A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-11 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种基于卷积神经网络的液态金属电池组的均衡管理*** |
| CN113451668A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-09-28 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种液态金属电池组均衡控制***及方法 |
| CN113783247A (zh) * | 2021-08-12 | 2021-12-10 | 西安交通大学 | 一种液态金属电池组两级双向均衡***及控制方法 |
| CN113783247B (zh) * | 2021-08-12 | 2024-05-24 | 西安交通大学 | 一种液态金属电池组两级双向均衡***及控制方法 |
| CN116799903A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-22 | 长沙联合电动科技有限公司 | 一种基于主动均衡式充电管理的电池包及换电柜 |
| CN116799903B (zh) * | 2023-06-16 | 2024-03-08 | 长沙联合电动科技有限公司 | 一种基于主动均衡式充电管理的电池包及换电柜 |
| CN117239883A (zh) * | 2023-11-13 | 2023-12-15 | 深圳市立泰能源科技有限公司 | 一种船用电池状态采集、均衡***及方法 |
| CN117239883B (zh) * | 2023-11-13 | 2024-03-15 | 深圳市立泰能源科技有限公司 | 一种船用电池状态采集、均衡***及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111490571A (zh) | 一种储能电池主动均衡管理***及其均衡方法 | |
| WO2021104190A1 (zh) | 多个电池的并联充放电管理*** | |
| CN103532197B (zh) | 基于升压变换和软开关的动力电池组均衡电路及实现方法 | |
| WO2016119608A1 (zh) | 一种基于共用设备供电电源的隔离双向恒流维护*** | |
| CN103956799B (zh) | 一种基于多副边变压器的电池组均衡电路及其实现方法 | |
| WO2016008253A1 (zh) | 串联蓄电池组的主动被动协同混合均衡电路及均衡方法 | |
| CN108199445A (zh) | 一种串联蓄电池组的主动均衡电路和方法 | |
| CN103501025A (zh) | 一种电池组主动均衡*** | |
| CN109216804B (zh) | 一种串联电池模块的双向均衡电路及均衡方法 | |
| CN101976876A (zh) | 实现在充电过程中对电池均衡的装置及方法 | |
| CN111029666B (zh) | 一种模块化主动均衡电池管理***及其管理方法 | |
| Guo et al. | A high efficiency isolated bidirectional equalizer for Lithium-ion battery string | |
| CN109742459B (zh) | 一种无人机快速充电的锂电池管理*** | |
| CN105576751A (zh) | 一种主被动复合均衡的电池充电电路 | |
| CN101867210A (zh) | 串联动力蓄电池能量非耗散型均衡充电电路 | |
| CN109428361A (zh) | 一种具有双向同步整流功能的转移式实时电池均衡器 | |
| CN102376979B (zh) | 充放电自动均衡的锂离子动力电池串联电池组 | |
| CN110911765B (zh) | 一种电池均衡策略验证平台 | |
| CN108879833A (zh) | 一种电池组主动均衡电路及均衡方法 | |
| CN206195384U (zh) | 一种可通信的锂电池组智能均衡充放电电路装置 | |
| US20220255327A1 (en) | Decentralized active equalization method for cascaded lithium-ion battery pack | |
| CN110190638B (zh) | 一种锂电池快速均衡电感式拓扑电路 | |
| CN208046259U (zh) | 一种串联蓄电池组的主动均衡电路 | |
| CN109866655A (zh) | 一种分布式电池组均衡控制***及其控制方法 | |
| CN209786851U (zh) | 一种可适用于多种储能电池的反激式双向均衡电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231116 Address after: 710000, 11th Floor, Block C, Boyuan Science and Technology Plaza, Xi'an Jiaotong University Science and Technology Park, No. 99 Yanxiang Road, Yanta District, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant after: XI'AN NEW BATTERY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Room 602, Angying Building, No. 91 Shengli Road, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210000 Applicant before: Nanjing naibaite Intelligent Electric Co.,Ltd. |