CN114301107B - 一种正负电平储能***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种正负电平储能***及其控制方法。所述正负电平储能***，包括：开关电路、第一子电池簇、第二子电池簇和充放电路；所述开关电路分别与所述第一子电池簇、所述第二子电池簇和所述充放电路连接；所述第一子电池簇与所述第二子电池簇连接，以形成带有中线的电池簇；所述第一子电池簇和所述第二子电池簇均与所述充放电路连接；所述开关电路用于基于所述充放电路采集的充放电信号调控所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的电压。本发明通过采用开关电路来对子电池簇输出的正负电压进行调控，使输出的正电压和负电压的绝对值保持一致，进而从本质上解决和电压不一致和中点电压偏置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及储能***技术领域，特别是涉及一种正负电平储能***及其控制方法。
背景技术
带有N中线和正负电平的直流***（如图1所示），适用于多电平逆变器。但当输出P+总正和N中线的电流的绝对值与输出P-总负和N中线的电流的绝对值不相同时，即第一个电池模组到第n个电池模组与第n+1个电池模组到第n+n个输出电流不同时，就会造成绝对值不相等，此时当P+输出功率与P-输出功率一致时，会加剧压差的不一致，对于逆变器侧就会造成电压失真，进而造成变压器端无法正常工作。为解决这一问题，现有技术使用正负电平逆变器中点电压控制方法来解决电压和电压不一致的问题，但实际应用场景中由于控制算法、电池模组串联时电池单体不一致等问题都会造成和电压不一致的问题出现，而中点电压控制方法并不能从本质上解决中点电压偏置的问题。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种正负电平储能***及其控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种正负电平储能***，包括：开关电路、第一子电池簇、第二子电池簇和充放电路；
所述开关电路分别与所述第一子电池簇、所述第二子电池簇和所述充放电路连接；所述第一子电池簇与所述第二子电池簇连接，以形成带有中线的电池簇；所述第一子电池簇和所述第二子电池簇均与所述充放电路连接；
所述开关电路用于基于所述充放电路采集的充放电信号调控所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的电压。
优选地，所述开关电路包括：开关单元、储能单元和控制单元；
所述开关单元分别与所述储能单元、所述控制单元、所述第一子电池簇和所述第二子电池簇连接；所述开关单元用于根据所述控制单元的控制指令进行开闭；所述储能单元用于根据所述开关单元的开闭进行充放电。
优选地，所述开关单元包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；
所述第一开关的一端和所述第二开关的一端与所述储能单元的一端连接；所述第三开关的一端和所述第四开关的一端均与所述储能单元的另一端连接；所述第一开关的另一端与所述第一子电池簇和所述充放电路连接；所述第二开关的另一端和所述第三开关的另一端均连接至所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的连接中线上；所述第四开关的另一端与所述第二子电池簇和所述充放电路连接；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均与所述控制单元连接。
优选地，所述储能单元为电容。
优选地，所述第一子电池簇和所述第二子电池簇串联，且所述第一子电池簇和所述第二子电池簇均包括电池管理单元和n个串联的电池模组；
所述第一开关的另一端与所述第一子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；所述第二开关的另一端分别与所述第一子电池簇的第n个电池模组的一端和第二子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；第三开关的另一端分别与所述第一子电池簇的第n个电池模组的一端和第二子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；所述第四开关的另一端与所述第二子电池簇中的第n个电池模组的一端连接；所述电池管理单元分别与电池模组、所述控制单元和所述充放电路连接。
优选地，还包括正输出端、负输出端和中心端；
所述正输出端和所述负输出端均与所述充放电路连接；所述中心端与所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的连接点连接。
优选地，所述充放电路包括：第一分流计、第一二极管、第二二极管、第一接触器、第二接触器、第二分流计、第三二极管、第四二极管、第三接触器和第四接触器；
所述第一分流计的一端分别与所述第一开关的另一端和所述第一子电池簇的一端连接；所述第一分流计的另一端与所述第一二极管的输入端连接；所述第一接触器与所述第一二极管并联；所述第一二极管的输出端与所述第二二极管的输出端连接；所述第二二极管的输入端与所述正输出端连接；所述第二接触器与所述第二二极管并联；
所述第二分流计的一端分别与所述第四开关的另一端和所述第二子电池簇的一端连接；所述第二分流计的另一端与所述第三二极管的输入端连接；所述第三二极管的输出端与所述第四二极管的输出端连接；所述第四二极管的输入端与所述负输出端连接；所述第三二极管与所述第三接触器并联；所述第四二极管与所述第四接触器并联；所述第一分流计和所述第二分流计均与所述电池管理单元连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的正负电平储能***，通过采用开关电路来对子电池簇输出的正负电压进行调控，使输出的正电压和负电压的绝对值保持一致，进而从本质上解决和电压不一致和中点电压偏置的问题。
本发明还提供了一种正负电平储能***控制方法，以应用于上述提供的正负电平储能***；所述正负电平储能***控制方法包括：
采集正负电平储能***充放电时的总正电流信号和总负电流信号；
判断所述总正电流信号和所述总负电流信号的关系；
当所述总正电流信号大于所述总负电流信号时，生成第一控制信号；
根据所述第一控制信号控制第一开关和第三开关打开，储能单元充电；
当所述总正电流信号小于所述总负电流信号时，生成第二控制信号；
根据所述第二控制信号控制第二开关和第四开关打开，储能单元放电；
当所述总正电流信号等于所述总负电流信号时，不进行操作。
因本发明提供的正负电平储能***控制方法实现的技术效果与上述提供的正负电平储能***实现的技术效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术采用的正负电平储能***的拓扑图；
图2为本发明提供的正负电平储能***的拓扑图；
图3为本发明实施例提供采用正负电平储能***控制方法进行电压均衡控制的流程图。
附图标记说明：
1-充放电路，2-电池簇，3-开关电路，4-储能单元，5-控制单元。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种正负电平储能***及其控制方法，能够从本质上解决和电压不一致和中点电压偏置的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图2所示，一种正负电平储能***，包括：开关电路3、第一子电池簇BAT1、第二子电池簇BAT2和充放电路1。
开关电路3分别与第一子电池簇BAT1、第二子电池簇BAT2和充放电路1连接。第一子电池簇BAT1与第二子电池簇BAT2连接，以形成带有中线的电池簇2。第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2均与充放电路1连接。
开关电路3用于基于充放电路1采集的充放电信号调控第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2的电压。
其中，开关电路3包括：开关单元、储能单元4和控制单元5。其中，可以采用电容、超级电容、电感或电池等作为储能单元4。
开关单元分别与储能单元4、控制单元5、第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2连接。开关单元用于根据控制单元5的控制指令进行开闭。储能单元4用于根据开关单元的开闭进行充放电。控制单元5可以控制开关电路3中各开关的导通和关闭。
本发明采用的开关单元包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。其中，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关可以是MOSFET、IGBT、继电器和接触器中的任意一种。
第一开关的一端和第二开关的一端与储能单元4的一端连接。第三开关的一端和第四开关的一端均与储能单元4的另一端连接。第一开关的另一端与第一子电池簇BAT1和充放电路1连接。第二开关的另一端和第三开关的另一端均连接至第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2的连接中线上。第四开关的另一端与第二子电池簇BAT2和充放电路1连接。第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均与控制单元5连接。
第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2串联。并且第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2均包括电池管理单元和n个串联的电池模组。例如，第一子电池簇BAT1中的电池模组是1到n，第二子电池簇BAT2中的电池模组是n+1到n+n。同时电池簇2中设置有电池管理单元，可以采集到各电池模组以及电池模组中电池单体的电压，并根据采集到的电压均衡电池单体，通过电池管理单元可以采集到电池模组1到n和n+1到n+n之间电压分别为V+和V-。
第一开关的另一端与第一子电池簇BAT1中的第一个电池模组的一端连接。第二开关的另一端分别与第一子电池簇BAT1的第n个电池模组的一端和第二子电池簇BAT2中的第一个电池模组的一端连接。第三开关的另一端分别与第一子电池簇BAT1的第n个电池模组的一端和第二子电池簇BAT2中的第一个电池模组的一端连接。第四开关的另一端与第二子电池簇BAT2中的第n个电池模组的一端连接。电池管理单元分别与电池模组、控制单元5和充放电路1连接。
包含储能元件的开关电路3用于均衡电压V+和V-。如图2所示，当电压V+高于电压V-时，导通第一开关和第三开关，第一子电池簇BAT1向电容充电，此时电容的电压等于V+。然后关闭第一开关和第三开关，再导通第二开关和第四开关，电容向第二子电池簇BAT2放电，达到电池簇2中电压较高的电池组向电压较低的子电池簇电源转移的目的。
作为本发明的另一实施例，上述提供的正负电平储能***还包括正输出端、负输出端和中心端。
正输出端和负输出端均与充放电路1连接。中心端与第一子电池簇BAT1和第二子电池簇BAT2的连接点连接。
其中，充放电路1包括：第一分流计R1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一接触器S1、第二接触器S2、第二分流计R2、第三二极管D4、第四二极管D3、第三接触器S3和第四接触器S4。
第一分流计R1的一端分别与第一开关的另一端和第一子电池簇BAT1的一端连接。第一分流计R1的另一端与第一二极管D1的输入端连接。第一接触器S1与第一二极管D1并联。第一二极管D1的输出端与第二二极管D2的输出端连接。第二二极管D2的输入端与正输出端连接。第二接触器S2与第二二极管D2并联。
第二分流计R2的一端分别与第四开关的另一端和第二子电池簇BAT2的一端连接。第二分流计R2的另一端与第三二极管D4的输入端连接。第三二极管D4的输出端与第四二极管D3的输出端连接。第四二极管D3的输入端与负输出端连接。第三二极管D4与第三接触器S3并联。第四二极管D3与第四接触器S4并联。第一分流计R1和第二分流计R2均与电池管理单元连接。
具体的，充放电路1即包含放电回路也包含充电回路。其中通过闭合第一接触器S1和第三接触器S3充电，断开第一接触器S1和第三接触器S3关闭充电。通过闭合第二接触器S2和第四接触器S4放电，断开第二接触器S2和第四接触器S4停止放电。分流计（第一分流计R1和第二分流计R2）采集总正与总负的充放电电流，用于控制上下桥臂电池组的均衡。
上述提供的正负电平储能***中，当由电池模组组成的两个子电池簇电压不一致时，通过开关电路3控制电池簇2中两段电压一致，以保证***正负电平电压的一致性。具体工作方式为：
当控制单元5中的引脚G_P+、G_N+、G_N-和G_P-为高电平时相应的可控开关导通，低电平时关断。
当控制单元5引脚G_P+和G_N+为高电平时，引脚G_N-和G_P-为低电平。当引脚G_N-和G_P-为高电平时，引脚G_P+和G_N+为低电平。
当控制单元5引脚G_P+和G_N+为高电平时第一开关和第三开关导通，电容电压经过充电后将等于V+。
当引脚G_N-和G_P-为高电平时第二开关和第四开关导通，电容电压经过充电后将等于V-。
设导通时间为τ，电容为C，电池簇2端到储能单元4导线电阻为R，则导通时间为τ=R*C。电容从V+切换到V-的过程中有时间间隔0.5τ。
本发明还提供了一种正负电平储能***控制方法，以应用于上述提供的正负电平储能***；所述正负电平储能***控制方法包括：
采集正负电平储能***充放电时的总正电流信号和总负电流信号；
判断所述总正电流信号和所述总负电流信号的关系；
当所述总正电流信号大于所述总负电流信号时，生成第一控制信号；
根据所述第一控制信号控制第一开关和第三开关打开，储能单元充电；
当所述总正电流信号小于所述总负电流信号时，生成第二控制信号；
根据所述第二控制信号控制第二开关和第四开关打开，储能单元放电；
当所述总正电流信号等于所述总负电流信号时，不进行操作。
本发明上述提供的实施正负电平储能***控制方法的具体流程如图3所示。
基于上述方案，本发明可通过开关电路将由两段电池模组组成的正负电平***电压保持一致，具有控制方法简单、结构简单等优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种正负电平储能***，其特征在于，包括：开关电路、第一子电池簇、第二子电池簇、充放电路、正输出端、负输出端和中心端；
所述开关电路分别与所述第一子电池簇、所述第二子电池簇和所述充放电路连接；所述第一子电池簇与所述第二子电池簇连接，以形成带有中线的电池簇；所述第一子电池簇和所述第二子电池簇均与所述充放电路连接；
所述开关电路用于基于所述充放电路采集的充放电信号调控所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的电压；
所述开关电路包括：开关单元、储能单元和控制单元；
所述开关单元分别与所述储能单元、所述控制单元、所述第一子电池簇和所述第二子电池簇连接；所述开关单元用于根据所述控制单元的控制指令进行开闭；所述储能单元用于根据所述开关单元的开闭进行充放电；
所述开关单元包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；
所述第一开关的一端和所述第二开关的一端与所述储能单元的一端连接；所述第三开关的一端和所述第四开关的一端均与所述储能单元的另一端连接；所述第一开关的另一端与所述第一子电池簇和所述充放电路连接；所述第二开关的另一端和所述第三开关的另一端均连接至所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的连接中线上；所述第四开关的另一端与所述第二子电池簇和所述充放电路连接；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关均与所述控制单元连接；
所述正输出端和所述负输出端均与所述充放电路连接；所述中心端与所述第一子电池簇和所述第二子电池簇的连接点连接；
所述充放电路包括：第一分流计、第一二极管、第二二极管、第一接触器、第二接触器、第二分流计、第三二极管、第四二极管、第三接触器和第四接触器；
所述第一分流计的一端分别与所述第一开关的另一端和所述第一子电池簇的一端连接；所述第一分流计的另一端与所述第一二极管的输入端连接；所述第一接触器与所述第一二极管并联；所述第一二极管的输出端与所述第二二极管的输出端连接；所述第二二极管的输入端与所述正输出端连接；所述第二接触器与所述第二二极管并联；所述第一二极管与所述第二二极管呈反向连接；
所述第二分流计的一端分别与所述第四开关的另一端和所述第二子电池簇的一端连接；所述第二分流计的另一端与所述第三二极管的输入端连接；所述第三二极管的输出端与所述第四二极管的输出端连接；所述第四二极管的输入端与所述负输出端连接；所述第三二极管与所述第三接触器并联；所述第四二极管与所述第四接触器并联；所述第一分流计和所述第二分流计均与电池管理单元连接；所述第三二极管与所述第四二极管呈反向连接；
进行正负电平储能***控制的过程包括：
采集正负电平储能***充放电时的总正电流信号和总负电流信号；
判断所述总正电流信号和所述总负电流信号的关系；
当所述总正电流信号大于所述总负电流信号时，生成第一控制信号；
根据所述第一控制信号控制第一开关和第三开关打开，储能单元充电；
当所述总正电流信号小于所述总负电流信号时，生成第二控制信号；
根据所述第二控制信号控制第二开关和第四开关打开，储能单元放电；
当所述总正电流信号等于所述总负电流信号时，不进行操作。
2.根据权利要求1所述的正负电平储能***，其特征在于，所述储能单元为电容。
3.根据权利要求1所述的正负电平储能***，其特征在于，所述第一子电池簇和所述第二子电池簇串联，且所述第一子电池簇和所述第二子电池簇均包括电池管理单元和n个串联的电池模组；
所述第一开关的另一端与所述第一子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；所述第二开关的另一端分别与所述第一子电池簇的第n个电池模组的一端和第二子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；第三开关的另一端分别与所述第一子电池簇的第n个电池模组的一端和第二子电池簇中的第一个电池模组的一端连接；所述第四开关的另一端与所述第二子电池簇中的第n个电池模组的一端连接；所述电池管理单元分别与电池模组、所述控制单元和所述充放电路连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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