CN112636417B - 一种蓄电池组并联充电均流电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组并联充电均流电路结构，所述充电均流电路结构用于采用单个充电装置对多个电池组进行并行充电，所述充电均流电路结构包括多个均流单元，每个均流单元包括第一接口J+和第二接口J‑，所有均流单元的第一接口J+并联在一起组成并联充电均衡电路第一对外接口JCH+，每个均流单元的第二接口J‑分别作为并联充电均衡电路第二对外接口，每个均流单元对应一个电池组，所述充电装置的第一极连接至所述并联充电均衡电路对外接口JCH+。该电路结构可解决多个电池组并联充电时的均流问题，控制多组电池组的充电电流基本相等，结构简单，方便控制，相比每组电池独立配置DC/DC装置充电，更经济、更高效。

Description

一种蓄电池组并联充电均流电路结构

技术领域

本发明涉及储能领域，具体涉及一种蓄电池组并联充电均流电路结构，其适用于大型储能应用，可以解决多组蓄电池并联充电时的均流问题，使多组蓄电池可以共用一个充电装置进行充电。

背景技术

大型储能***通常由数十甚至数百个电池组组成，由于电池组存在差异性，多个电池组直接并联充电可能造成电流不均衡，导致个别电池组过流故障，通常情况下，每个电池组需单独配置一个充电装置，该方案造成充电***复杂、控制难度高、效率低、成本昂贵，采用本发明的并联充电均衡电路，可以使多个电池组共有一个大型充电装置，从而简化充电电路、提高效率、降低成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种蓄电池组并联充电均流电路结构。

具体而言，本发明提供一种蓄电池组并联充电均流电路结构，其特征在于，所述充电均流电路结构用于采用单个充电装置对多个电池组进行并行充电，所述充电均流电路结构包括多个均流单元，每个均流单元包括第一接口J+和第二接口J-，所有均流单元的第一接口J+并联在一起组成并联充电均衡电路第一对外接口JCH+，每个均流单元的第二接口J-分别作为并联充电均衡电路第二对外接口，每个均流单元对应一个电池组，所述充电装置的第一极连接至所述并联充电均衡电路对外接口JCH+；

每个所述均流单元包括大功率电阻R、开关器件B、电抗器、电流传感器H和开关S，其中所述开关器件B为高频开关器件，在每个所述均流单元中，开关器件B和大功率电阻R并联连接后第一端连接至所述第一接口J+，第二端与所述电抗器L相连，所述电抗器与电流传感器H和开关S顺序串联连接后，连接至相应均流单元的第二接口J-，各个均流单元的第二接口J-分别连接至相应电池组的第一极，电池组的第二极连接至充电装置的第二极；

各个所述电流传感器分别测定相应支路中的通过电流；

其中，充电均流电路结构还包括均衡控制器，所述均衡控制器分别基于相应支路中的电流控制各个均流单元中的高频开关器件，以调节其占空比，使得所述大功率电阻R不断的串入和切开。

优选地，在充电启动时，所述均衡控制器分别控制各个均流单元中的高频开关器件按照预设占空比进行开关，并判断各个均流单元中的电流是否偏离电流平均值超过预定阈值，若超过预定阈值则增大低于电流平均值的均流单元中的占空比，减小高于电流平均值的均流单元中的占空比，直至其偏差不超过所述设定阈值，否则，按预定比例同步增大各个均流单元中高频器件的占空比，并再次进行偏离判断，直至任意一个或多个均流单元中的高频开关器件的占空比达到100％。

优选地，所述高频开关器件为IGBT或MOS管。

优选地，所述均衡控制器还具有均衡状态评估模块，所述均衡控制器控制充电启动，并控制所有均流单元开关S闭合但使高频开关器件的占空比为0，均衡状态评估模块基于此时各个电池的电流进行均衡状态评估。

有益效果：

本发明的蓄电池组并联充电均流电路结构具有以下优点：

1.结构简单、控制灵活、高度集成；

2.使多个电池组可共有一个充电装置；

3.相比每个电池组配置一个充电装置，总体效率更高、成本更低。

附图说明

图1是本发明中的并联充电均流电路结构；

图2是本发明中的并联充电均流电路控制流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的蓄电池组并联充电均流电路结构。如图所示，蓄电池组并联充电均流电路由多个均流单元组成，均流单元的数量与电池***中电池组的数量相等，其数量为N，N为大于1的正整数；

每个均流单元有两个接口，分别为J+和J-，所有均流单元的J+并联在一起组成并联充电均衡电路对外接口JCH+，每个均流单元的J-分别输出给一个电池组，用作充电均衡电路对外接口，分别为J1-、J2-、…Jk-、…JN-，其中，k为小于N的整数。

每个均流单元内部，J+和大功率电阻R的一脚和开关器件B的一脚相连，大功率电阻R的另一脚和开关器件B的另一脚相连，并与电抗器L的一脚相连，电抗器L的另一脚与开关S的一脚相连，开关S的另一脚与J-相连，其中，电缆穿过电流传感器H，其中开关器件B可以时IGBT、MOS管等具备高频开关能力的电力电子器件。

在充电装置对电池***充电时，组成充电电路结构为，并联充电均流电路的JCH+与充电装置的输出正相连，J1-与1#电池组的正相连，J2-与2#电池组的正相连，依次连接，直至JN-与N#电池组的正相连，所有电池组的负连接在一起，并与充电装置的负相连。

均流单元可控制开关S的通断来控制电池组充电的启停，通过电流传感器H检测充电电流I，通过控制开关器件B的导通占空比x来调节充电电流，在开关器件B高频的导通和关断下，电阻R不断的串入和切开，串入和切开的时间占比在占空比x的调整下，将会模拟出一个等效电阻r，r＝R*(1-x)，电抗器将对充电电流进行滤波，因此充电电流I受占空比x的控制。各个开关器件B可以统一的通过一个均衡控制器来进行控制。

如图1所示，以k#电池组为例，充电回路的电压关系为UCH＝UJk+UBk，电池内部可简单等效为电池开路电压OCV和电池内阻RB，假设k#电池组的开路电压为OCVk，内阻为RBk，充电电流为Ik，则UCH＝OCVk+Ik*RBk+Ik*R*(1-x)，则Ix＝(UCH-OCVk)/(RBk+R-R*x))，如果k#电池组充电电流Ik相比其他电池组要高，此时，调小x，则Ix变小，如果所有电池组的平均电流过大，则调小UCH，平均电流过小，则调大UCH。

初始充电开始时，均衡控制器首先按照预设的相对较低占空比对各个均流单元的开关器件进行控制，比如，将各个开关器件的占空比均设置为50％。由于占空比x越小，电阻R的功耗越大，效率越低，因此在所有电池组充电电流相对均衡的基础上，尽量逐渐将x调整到100％。开始充电后，检测所有均流单元中流过的电流值是否都在平均电流值IS的(100±P)％范围内，P为根据电池特性设定的值，数值范围为0-100，这是一个偏差允许范围，比如，可以设置为10。若所有均流单元中流过的电流值都在平均电流值IS的(100±P)％范围内，则可同步以步长ST调大所有均流单元的占空比，步长ST为1-50的正整数，比如，可以设置为5-10，此时平均充电电流IS将增大，再通过调低充电装置电压UCH，使平均充电电流IS维持不变，直至有一个或者多个均流单元占空比为100％，则维持此状态进行充电，随着充电电池组的OCV将升高，平均充电电流变小，此时调整充电装置电压UCH，维持平均充电电流IS稳定，在充电过程中，每当电池组充电电流出现差异过大，即有电池组电流值超出平均电流值IS的(100±P)％范围，则调整该组电池对应的均流单元的占空比，维持充电电流相对均衡，直至充电结束。

另外在充电启动之前，可通过并联充电均流电路对均衡状态进行评估和调整，具体方法为，闭合所有均流单元的开关S，所有均流单元的开关器件B的占空比为0，此时检测各均流单元电流，其中所有电池组电流接近为0，则认为各电池组均衡状态良好，如果有个别电池电流较大，即大于IM，IM为根据电池特性来设定，则认为电池组均衡状态较差，此时可利用并联充电均流电路来调整均衡状态，具体调整方法为，断开电池组电流接近为0的均流单元开关S，闭合电流为正且最大、电流为负且最小的2个电池组，使电量高电池组对电量低电池组充电，直至电流降低到接近为0，此时可通过同步调节两个均流单元的占空比来调节充电电流，加快均衡速度。

图2是本发明的蓄电池组并联充电均流电路的一种优选控制流程图，控制过程可以由均衡控制器来执行，本发明可以如下方法进行充电控制。如图所示，步骤A.0，首先充电启动，启动初始状态下所有均流单元的开关S断开，占空比为0，充电总开关SCH断开，跳转到步骤A.1，闭合所有均流单元的开关S，跳转到步骤A.2，均衡状态评估，跳转到步骤A.3，如果有个别电池电流较大，即大于IM，IM为根据电池特性来设定，则认为存在电池组均衡状态较差，则跳转到步骤B.1，进行均衡调节，断开电池组电流接近为0的均流单元开关S，闭合电流为正且最大、电流为负且最小的2个电池组，使电量高电池组对电量低电池组充电，直至电流降低到接近为0，此时可通过同步调大两个均流单元的占空比来调节充电电流，加快均衡速度，调节完成后，执行步骤B.2，断开所有均衡单元开关S，执行步骤B.3，静置一段时间，执行步骤A.1，重新开启充电流程；

在步骤A.3，判断均衡状态，如果所有电池组电流接近为0，则认为各电池组均衡状态良好，继续执行步骤C.1，开启充电装置，闭合开关SCH，设置充电装置电压UCH，开始充电，执行步骤C.2，检测所有均流单元电流I1-IN，计算平均充电电流IS，调整均流单元占空比x和充电装置电压UCH为初始占空比和初始电压，进行充电是否完成的检测，如果有某个电池组充电完成，则断开该路均流单元开关S，电池组是否充电完成由电池组内部检测装置提供信息(这种检测可以持续在整个充电过程中进行，一旦充电完成即断开相应支路)，继续执行步骤C.3，判断是否所有电池组都充满，如果没充满，则执行步骤C.4，判断各电池组是否均流，当所有电池组的电流值都在平均电流值IS的(100±P)％范围内，P为根据电池特性设定的值，数值范围为0-100，则认为各电池组充电均衡状态良好，则继续执行步骤D.1，

在步骤C.4，如果判断存在电池组的电流在平均电流值IS的(100±P)％范围外，则认为存在电池组充电不均衡，则增大低于电流平均值的均流单元中的占空比，减小高于电流平均值的均流单元中的占空比，直至其偏差不超过所述设定阈值，并跳转到步骤C.2，通过调整该电池组占空比x来进行充电均衡调节，闭环调节直至充电电流均衡，再次判断时，如果所有电池组的电流在平均电流值IS的(100±P)％范围内，则均衡调节完成。

继续执行步骤D.1，判断所有的开关占空比状态，如果没有电池组占空比接近100％，则执行步骤D.2，同步提高开关B占空比x，即同步以步长ST调大所有均流单元的占空比，步长ST为1-50的正整数，调增后，继续执行步骤C.2-步骤C.4，在各电池组充电电流均衡后，所有占空比继续增加步长ST，直至有一个电池组的占空比接近100％，则停止同步增加占空比，由步骤D.1直接执行步骤C.2；

在步骤C.3，如果判断所有电池组都充满，执行步骤A.4，充电结束，断开所有均流单元开关S，断开充电开关SCH，关闭充电装置。

在流程C.2中，调整开关B占空比x来调节充电均衡的方法为，如果某一个电池组电流大于平均电流值IS的(100+P)％，则以步长SD增大x，SD根据电池特性设定，为1-100整数，再次检测电流，循环执行，直至该电池组电流在平均电流值IS的(100±P)％范围内，即完成该电池组的均流，如果某一个电池组电流小于平均电流值IS的(100-P)％，则以步长SD减小x，再次检测电流，循环执行，直至该电池组电流在平均电流值IS的(100±P)％范围内，则完成该电池组的均流；

在流程C.2中，调整UCH来调节平均充电电流的方法为，如果平均电流IS高于设定值，则以步长UD降低UCH，UD为正数，再次检测和计算平均电流，循环执行，直至UCH到达设定值，则认为平均充电电流调节完成，如果平均电流IS低于设定值，则以步长UD增大UCH，再次检测和计算平均电流，循环执行，直至UCH到达设定值，则认为平均充电电流调节完成；

在流程C.2中，同时调整开关B占空比x和UCH来降低电阻R功耗的方法为，同步以步长ST调大所有均流单元的占空比x，步长ST为1-100的正整数，此时平均充电电流IS将增大，再通过调低充电装置电压UCH，使平均充电电流IS维持不变，直至有一个或者多个均流单元占空比为100％，此时在保证电池组充电均流的情况下，电阻功耗最低，调节完成。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变换或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种蓄电池组并联充电均流电路结构，其特征在于，所述充电均流电路结构用于采用单个充电装置对多个电池组进行并行充电，所述充电均流电路结构包括多个均流单元，每个均流单元包括第一接口J+和第二接口J-，所有均流单元的第一接口J+并联在一起组成并联充电均衡电路第一对外接口JCH+，每个均流单元的第二接口J-分别作为并联充电均衡电路第二对外接口，每个均流单元对应一个电池组，所述充电装置的第一极连接至所述并联充电均衡电路对外接口JCH+；

每个所述均流单元包括大功率电阻R、开关器件B、电抗器、电流传感器H和开关S，其中所述开关器件B为高频开关器件，在每个所述均流单元中，开关器件B和大功率电阻R并联连接后第一端连接至所述第一接口J+，第二端与所述电抗器L相连，所述电抗器与电流传感器H和开关S顺序串联连接后，连接至相应均流单元的第二接口J-，各个均流单元的第二接口J-分别连接至相应电池组的第一极，电池组的第二极连接至充电装置的第二极；各个所述电流传感器分别测定相应支路中的通过电流；其中，充电均流电路结构还包括均衡控制器，所述均衡控制器分别基于相应支路中的电流控制各个均流单元中的高频开关器件，以调节其占空比，使得所述大功率电阻R不断的串入和切开，在充电启动时，所述均衡控制器分别控制各个均流单元中的高频开关器件按照预设占空比进行开关，并判断各个均流单元中的电流是否偏离电流平均值超过预定阈值，若超过预定阈值则增大低于电流平均值的均流单元中的占空比，减小高于电流平均值的均流单元中的占空比，直至其偏差不超过所述预定阈值，否则，按预定比例同步增大各个均流单元中高频器件的占空比，并再次进行偏离判断，直至任意一个或多个均流单元中的高频开关器件的占空比达到100%。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组并联充电均流电路结构，其特征在于，所述高频开关器件为IGBT或MOS管。

3.根据权利要求1所述的蓄电池组并联充电均流电路结构，其特征在于，所述均衡控制器还具有均衡状态评估模块，所述均衡控制器控制充电启动，并控制所有均流单元开关S闭合但使高频开关器件的占空比为0，均衡状态评估模块基于此时各个电池的电流进行均衡状态评估。

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