CN220822640U - 一种基于微网成组技术的动力电池*** - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种基于微网成组技术的动力电池***，属于电力电子领域，包括小功率动力电池模组、隔离型功率变换***和上位控制***，所述小功率动力电池模组数量为多个；所述上位控制***与所述小功率动力电池模组连接，所述小功率动力电池模组和所述隔离型功率变换***连接，每路所述小功率动力电池模组之间并联。本公开由小功率动力电池模组通过隔离型功率变换***并联协同工作，代替原本直接相连的大功率串并联电池模组，提高了***整体容量利用率，电气隔离的引入也提高了电池***的安全性。
Description
技术领域
本公开涉电力电子技术领域，尤其是涉及一种一种基于微网成组技术的动力电池***。
背景技术
新能源汽车采用的锂离子动力电池组具有能量密度高、容量大等优点，在当前市场上得到广泛应用的电池成组方式主要包括先并后串和先串后并两类，且在电动汽车中主要采用先并后串的拓扑结构。
从安全性的角度出发，传统的汽车动力电池串并联结构具有诸多不足之处。
首先，传统汽车动力电池***性能存在“短板效应”。短板效应是指电池***的性能取决于***内状态最差的电池单体或是电池模组。举例来说，当某一电池单体放电达到极限时，为了防止该电池发生过放电从而导致其寿命缩短或是过热引发安全事故，整个动力电池***将不可再进行放电，因此短板效应极大影响了电池***的容量利用率，且对电池***的一致性管理提出了较高的要求。
此外，传统汽车动力电池***电池之间电气耦合性过强。这是指传统的动力电池***内各电池间通过电路直接相连，不具备电气隔离。在某一电池单体发生短路或是断路故障后，容易引发连锁反应，导致大面积的电池短路或是断路，影响整体***运行，增加电池***风险。过强的电气耦合导致***整体的风险提高，促使目前的电池***必须采用更完善的防范措施规避事故，但仍存在失控风险。
实用新型内容
本公开提供了一种基于微网成组技术的动力电池***，以解决实用新型人认识到的传统***容量利用率低和电气耦合性过强的问题。
本公开提供了一种基于微网成组技术的动力电池***，包括小功率动力电池模组、隔离型功率变换***和上位控制***，所述小功率动力电池模组数量为多个；所述上位控制***与所述小功率动力电池模组连接，所述小功率动力电池模组和所述隔离型功率变换***连接，每路所述小功率动力电池模组之间并联。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述隔离型功率变换***包括多个隔离型双向DC-DC变换器，每个所述隔离型双向DC-DC变换器均连接所述小功率动力电池模组。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述隔离型双向DC-DC变换器包括双向全桥变换器、双向LLC型变换器或双向CLLC型变换器。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述隔离型双向DC-DC变换器包括变压器T、电容Cin、开关S1～S8、电容Cout、电阻Rr和电感Lr，开关S1～S4呈全桥结构，电容Cin的两端分别与开关S1和开关S2连接，开关S1和开关S2的公共端与电阻Rr和电感Lr连接，电感Lr与变压器T的输入端连接，开关S3和开关S4的公共端与变压器T的输入端连接，开关S5～S8呈全桥结构，变压器T的输出端分别与开关S5和开关S6的公共端以及开关S7和开关S8的公共端连接，电容Cout的两端分别与开关S7和开关S8连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，还包括采样模块和通讯模块，所述上位控制***通过所述采样模块和所述通讯模块与所述小功率动力电池模组连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述采样模块至少包括电流采样电路和电压采样电路。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述隔离型功率变换***通过电源总线连接有负载。
在上述任一技术方案中，进一步地，所有所述小功率动力电池模组的总功率大于所述负载的额定功率。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述小功率动力电池模组由若干串联的小功率电池单元构成。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述上位控制***包括多个PI调节器，所述PI调节器分别与所述小功率动力电池模组连接。
本公开的有益效果主要在于：由小功率动力电池模组通过隔离型功率变换***并联协同工作，代替原本直接相连的大功率串并联电池模组，提高了***整体容量利用率，电气隔离的引入也提高了电池***的安全性。
应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开提供的一种基于微网成组技术的动力电池***的原理框图；
图2为本公开提供的小功率动力电池模组的电路原理图；
图3为本公开提供的隔离型功率变换***的电路原理图；
图4为本公开提供的上位控制***的电路原理图。
图标：
1-小功率动力电池模组、2-隔离型功率变换***、3-上位控制***、4-辅助电路。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
图1为本公开提供的一种基于微网成组技术的动力电池***的原理框图，如图1所示，本公开提供了一种基于微网成组技术的动力电池***，包括小功率动力电池模组1、隔离型功率变换***2和上位控制***3，所述小功率动力电池模组1数量为多个；所述上位控制***3与所述小功率动力电池模组1连接，所述小功率动力电池模组1和所述隔离型功率变换***2连接，每路所述小功率动力电池模组1之间并联。
具体的，小功率动力电池模组1代替传统动力电池组内大功率电池串并联模组，提供***的功率输出。所述小功率动力电池模组1由尽可能少的若干串联的小功率电池单元(电池单体)构成。在同一小功率动力电池模组1内的电池单体应保持较好的一致性，但不同模组间则不作要求，可以有电压、容量、SOC等方面的差异性。
所述隔离型功率变换***2通过电源总线连接有负载，可选的，所述隔离型功率变换***2可以不接入电网孤岛运行，可以应用于汽车内供电，也可以接入电网、储能单元等实现其他工况，具体的，储能单元可由储能电容构成，电网包括母线。
本公开由大量并联支路通过隔离型功率变换***2提供负载所需功率，代替了传统动力电池***中大量电池串并联直接充放电的工作模式。支路具体数量应当根据各支路功率和负载额定功率决定，所有所述小功率动力电池模组1的总功率大于所述负载的额定功率，以满足当部分支路无法工作时***维持正常运行的需求。小功率电池模组的功率和电压无具体要求，只需满足设计者需求和安全性能需求即可。各支路的电池模组功率和电压也可有所差异，只要对应支路的隔离型功率变换***2具备相应的调压能力使母线电压保持稳定即可。
图2为本公开提供的小功率动力电池模组1的电路原理图，如图2所示，小功率动力电池模组1输出电压Uin为隔离型功率变换***2的输入电压，经过升压调压后与母线电压匹配。同一模组内各单体电池间在成组时需要有较好的一致性，且为模组内各单体电池配置有状态监测电路和均衡电路，状态监测电路和均衡电路用于同一沐足内各单体电池的电量均衡。
在一个实施例中，所述隔离型功率变换***2包括多个隔离型双向DC-DC变换器，每个所述隔离型双向DC-DC变换器均连接所述小功率动力电池模组，其功能主要包括上位机通讯、功率传输、维持母线电压和提供电气隔离。可选的，所述隔离型双向DC-DC变换器包括双向全桥变换器、双向LLC型变换器或双向CLLC型变换器。隔离型双向DC-DC变换器通过变压器提供电气隔离，变压器变比应当根据母线电压和小功率动力电池模组1的电压比合理选择。
可选的，所述隔离型功率变换***2还包括辅助电路4，辅助电路4主要包括控制电路和驱动电路等，控制电路实现与上位机间的通讯，并根据控制指令提供开关器件所需PWM，并通过驱动电路控制功率变换***的开关器件。
图3为本公开提供的隔离型功率变换***2的电路原理图，如图3所示，所述隔离型双向DC-DC变换器包括变压器T、电容Cin、开关S1～S8、电容Cout、电阻Rr和电感Lr，开关S1～S4呈全桥结构，电容Cin的两端分别与开关S1和开关S2连接，开关S1和开关S2的公共端与电阻Rr和电感Lr连接，电感Lr与变压器T的输入端连接，开关S3和开关S4的公共端与变压器T的输入端连接，开关S5～S8呈全桥结构，变压器T的输出端分别与开关S5和开关S6的公共端以及开关S7和开关S8的公共端连接，电容Cout的两端分别与开关S7和开关S8连接。
图3中的隔离型双向DC-DC变换器为双向主动全桥变换器(DAB)，通过移相控制的方式进行双向功率控制，并通过变压器实现电气隔离的同时，将较低的电池模组电压升高至较高的母线电压，隔离型功率变换***2的主要目标即为升压调压、功率控制和实现电气隔离，除了DAB以外，还可以采用双向LLC变换器、双向CLLC变换器等拓扑，通过对应的变频、移相等得到相近的控制效果。
在一个实施例中，基于微网成组技术的动力电池***还包括采样模块和通讯模块，所述上位控制***3通过所述采样模块和所述通讯模块与所述小功率动力电池模组1连接。
可选的，所述采样模块至少包括电流采样电路和电压采样电路，采样模块用于采集小功率动力电池模组1的状态信息，包括输出功率(电流)、母线电压、电池模组荷电状态等等。
图4为本公开提供的上位控制***3的电路原理图，如图4所示，所述上位控制***3包括多个PI调节器，所述PI调节器分别与所述小功率动力电池模组1连接。
上位控制***3用于控制小功率动力电池模组1的输出功率，具体的，上位控制***3通过采集模块获取各支路模组的参数，并由部分支路设定母线电压指令值维持母线电压，经过通讯模块向各支路模块输送指令功率输出值或是电流输出值，由各支路的功率变换***实现各模块的功率调整。
本公开的有益效果主要在于：由小功率动力电池模组1通过隔离型功率变换***2并联协同工作，代替原本直接相连的大功率串并联电池模组，提高了***整体容量利用率，电气隔离的引入也提高了电池***的安全性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，包括小功率动力电池模组、隔离型功率变换***和上位控制***，所述小功率动力电池模组数量为多个；所述上位控制***与所述小功率动力电池模组连接，所述小功率动力电池模组和所述隔离型功率变换***连接，每路所述小功率动力电池模组之间并联；所述隔离型功率变换***包括多个隔离型双向DC-DC变换器，每个所述隔离型双向DC-DC变换器均连接所述小功率动力电池模组；所述隔离型双向DC-DC变换器包括变压器T、电容Cin、开关S1～S8、电容Cout、电阻Rr和电感Lr，开关S1～S4呈全桥结构，电容Cin的两端分别与开关S1和开关S2连接，开关S1和开关S2的公共端与电阻Rr和电感Lr连接，电感Lr与变压器T的输入端连接，开关S3和开关S4的公共端与变压器T的输入端连接，开关S5～S8呈全桥结构，变压器T的输出端分别与开关S5和开关S6的公共端以及开关S7和开关S8的公共端连接，电容Cout的两端分别与开关S7和开关S8连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所述隔离型双向DC-DC变换器包括双向全桥变换器、双向LLC型变换器或双向CLLC型变换器。
3.根据权利要求1所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，还包括采样模块和通讯模块，所述上位控制***通过所述采样模块和所述通讯模块与所述小功率动力电池模组连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所述采样模块至少包括电流采样电路和电压采样电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所述隔离型功率变换***通过电源总线连接有负载。
6.根据权利要求5所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所有所述小功率动力电池模组的总功率大于所述负载的额定功率。
7.根据权利要求1所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所述小功率动力电池模组由若干串联的小功率电池单元构成。
8.根据权利要求1所述的一种基于微网成组技术的动力电池***，其特征在于，所述上位控制***包括多个PI调节器，所述PI调节器分别与所述小功率动力电池模组连接。
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