專利名稱：一種串聯(lián)電池組均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)電池組均衡裝置，此裝置用于儲(chǔ)能電池單體及電池組之間的均衡調(diào)節(jié)及管理。
背景技術(shù)：
串聯(lián)電池組中，電池單體由于本身的不一致性降低了整組電池的性能及使用壽命，使用過程中電池組的容量利用率下降，整體性能(如成組后循環(huán)充放電次數(shù)小于單體充放電次數(shù))達(dá)不到單體電池指標(biāo)。為解決串聯(lián)電池組的不一致問題，電池管理系統(tǒng)通常配有均衡管理電路?，F(xiàn)有的均衡方式主要包括利用放電電阻均衡的能耗型均衡以及由電容、電感或變壓器等構(gòu)成的非能耗型均衡裝置。能耗型均衡通過電阻將多余能量耗散，溫升較大，效率低；非能耗型均衡由于包含電容、電感等電子元件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但其效率高，能量損失小。利用電阻實(shí)現(xiàn)的能耗型均衡，如圖1所示。電池單體兩端并聯(lián)放電電阻及功率開關(guān)管，通過控制開關(guān)管的通斷對(duì)電壓較高的單體放電，能量通過放電電阻以熱的形式耗散。 這種均衡方式最簡(jiǎn)單，但它只能通過給電壓最高的電池單體放電調(diào)節(jié)電池的一致性，均衡效率較低，能量浪費(fèi)嚴(yán)重，不能實(shí)現(xiàn)組間均衡。將電容作為儲(chǔ)能元件對(duì)電池均衡，如圖2所示。相鄰單體通過開關(guān)的控制，利用電容作為能量的載體，可以將能量從電壓高單體轉(zhuǎn)移到電壓低單體上，從而實(shí)現(xiàn)電池組內(nèi)單體電池電壓的均衡。對(duì)于N節(jié)單體電池，需要N個(gè)功率開關(guān)和N-I個(gè)能量電容，從而構(gòu)成開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)。但這種均衡能量只能在相鄰單體之間轉(zhuǎn)移，不能實(shí)現(xiàn)組間均衡，且電容充放電過程中能量損失較大，均衡效率較低。利用電感元件及續(xù)流二極管構(gòu)成的均衡裝置，如圖3所示。每個(gè)均衡模塊由一對(duì)功率開關(guān)管，一個(gè)儲(chǔ)能電感和一對(duì)續(xù)流二極管組成。每個(gè)均衡模塊兩端分別各接一節(jié)單體電池，形成一個(gè)非隔離式半橋變換裝置。當(dāng)某一單體過充時(shí)，其對(duì)應(yīng)的開關(guān)管導(dǎo)通，能量?jī)?chǔ)存在旁路電感中；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存的能量流向相鄰的單體，使各單體能量趨于一致。 但這種均衡方式開關(guān)損耗大，能量只能在相鄰單體直接轉(zhuǎn)移，不同組間均衡時(shí)對(duì)電感需要重更新設(shè)計(jì)，通用性差，控制較復(fù)雜。利用變壓器構(gòu)成的均衡裝置，如圖4所示，Bi，B2，. . . &ι為串聯(lián)的蓄電池，Dl， D2，. . . Dn為防反二極管，Sl為功率開關(guān)管，N為n: 1變壓器。這種方式可將較高電池組的能量傳遞到較低能量的電池單體上，而且單體兩端的電壓精確可調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到低能量單體，變壓器電池組側(cè)功率開關(guān)導(dǎo)通，原邊形成回路通過電流，能量?jī)?chǔ)存于變壓器線圈中；開關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器儲(chǔ)存的能量釋放到電池單體，能量低的單體吸收能量。但其配線復(fù)雜，且模塊體積較大，組間均衡時(shí)變壓器承受電壓較高，不同組間均衡時(shí)對(duì)電感需要重更新設(shè)計(jì)， 通用性差，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于在儲(chǔ)能電站中，電池的電壓等級(jí)較高，電池不僅分箱擺放，有的還需要多組電池柜，這樣不同電池柜體之間的不一致也將對(duì)整組電池性能產(chǎn)生影響。目前針對(duì)組間均衡方案較少，不能滿足高電壓等級(jí)電池模組的應(yīng)用需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有均衡裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合儲(chǔ)能電池的應(yīng)用環(huán)境，本發(fā)明提供一種串聯(lián)電池組均衡裝置。該均衡裝置不受電池箱體或者柜體的限制，可以在任意兩節(jié)單體之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，將能量從電壓高的單體轉(zhuǎn)移至電壓低的單體，能量損耗小，均衡效率高，可以滿足大容量電池的均衡需求。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種串聯(lián)電池組均衡裝置，其改進(jìn)之處在于，所述裝置包括至少一個(gè)電池組；所述電池組之間串聯(lián)，稱為串聯(lián)電池組；所述電池組包括至少兩個(gè)單體，所述單體之間串聯(lián)；所述單體包括電池和均衡模塊；所述電池的兩端并聯(lián)均衡模塊。本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述均衡模塊包括濾波裝置、功率開關(guān)管和變壓器；所述濾波裝置、功率開關(guān)管和變壓器依次串聯(lián)。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述均衡模塊包括二極管，所述二極管連接在功率開關(guān)管和變壓器之間。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述濾波裝置包括電感Ln-n和電容Cn-n ； 所述功率開關(guān)管包括iTn-Am和Tn-Bm ；所述二極管包括Dn-Am和Dn-Bm ；所述電感Ln_n和電容Cn-n串聯(lián)；所述電感Ln-n與功率開關(guān)管Tn-Am串聯(lián)；所述功率開關(guān)管Tn-Bm與二極管 Dn-aii并聯(lián)；所述二極管Dn-Am和Dn-^ii均連接在變壓器原邊繞組上；變壓器副邊繞組連接功率管Tn;所述功率管Tn連接電池組；所述η和m為自然數(shù)，即η = 1,2,3... ；m = 1,2,3…。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述變壓器是基于電力電子變換電路及帶中間抽頭的高頻變壓器。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述電池組內(nèi)部的單體之間實(shí)現(xiàn)組內(nèi)均衡；所述電池組之間實(shí)現(xiàn)組間均衡。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明提供的串聯(lián)電池組均衡裝置，通過改變各箱體間的能量流動(dòng)方向，由于箱體間存在能量流動(dòng)的通道，電池可以既可以完成箱體內(nèi)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)均衡，也可以實(shí)現(xiàn)箱體間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)均衡，即各箱體可工作在能量輸入和能量輸出狀態(tài)，進(jìn)而使能量均衡速度和運(yùn)送效率大大提高，方便的實(shí)現(xiàn)整簇電池的均衡策略，而不會(huì)因能量通道不靈活而造成均衡策略的關(guān)聯(lián)度高、復(fù)雜性強(qiáng)；；2、本發(fā)明提供的串聯(lián)電池組均衡裝置，形成組間帶有電氣隔離的能量通道，保證系統(tǒng)可適應(yīng)從低電壓等級(jí)到高電壓等級(jí)的多種應(yīng)用，具備良好的通用性能，依托靈活的硬件工作方式，可以方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均衡策略。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)利用電阻實(shí)現(xiàn)的能耗型均衡裝置示意圖，其中:B1, B2，· · · Bn為蓄電池，Si，S2，· · · Sn為功率開關(guān)管，Rl, R2，· · · Rn為功率電阻；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)將電容作為儲(chǔ)能元件對(duì)電池均衡裝置示意圖，其中:B1, B2，B3為蓄電池，Si，S2，S3為功率開關(guān)管，Cl，C2為電容;圖3是現(xiàn)有技術(shù)利用電感元件及續(xù)流二極管構(gòu)成的均衡裝置示意圖，其中:B1, B2，· · · Bn為蓄電池，Si，S2，· · · Sn為功率開關(guān)管，Dl, D2，· · · Dn為反并
聯(lián)二極管；圖4是現(xiàn)有技術(shù)利用變壓器構(gòu)成的均衡裝置示意圖，其中汨1，82，...&1為蓄電池，01，02，...011為二極管，51為功率開關(guān)管，N為n: 1
變壓器；圖5是依據(jù)本發(fā)明單體電路的示意圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明組內(nèi)均衡以第一箱電池為例的示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明組間均衡以第一箱和第二箱電池為例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是基于電力電子變換電路及帶中間抽頭的高頻變壓器，本發(fā)明提供的串聯(lián)電池組均衡裝置包括N個(gè)電池組100)；所述電池組之間串聯(lián)，稱為串聯(lián)電池組；所述電池組包括M個(gè)單體(Μ的個(gè)數(shù)依據(jù)工程而定，為十幾個(gè)甚至更多)，所述單體之間串聯(lián)；所述單體包括電池和均衡模塊；所述電池的兩端并聯(lián)均衡模塊，其中電池主要針對(duì)磷酸鐵鋰電池及其他各種鋰離子電池，同時(shí)適用于鉛酸電池和超級(jí)電容組。圖5是本發(fā)明單體電路的示意圖，單體包括電池和均衡模塊，電池兩端并聯(lián)一個(gè)均衡模塊，均衡模塊包括包括濾波電路、功率開關(guān)管、二極管以及變壓器；濾波電路由電感 Ll-I和電容Cl-I組成，其中電感和電容串聯(lián)；功率開關(guān)管包括Tl-Al和Tl-Bl ；二極管包括Dl-Al和Dl-Bl ；所述電感L與功率開關(guān)管Tl-Al串聯(lián)；所述功率開關(guān)管Tl-Bl與二極管 Dl-Bl并聯(lián)；二極管Dl-Al和Dl-Bl均連接在變壓器原邊繞組上；變壓器副邊繞組連接功率管Tl ；功率管Tl連接電池組；其中，Tl-Bl工作于高頻狀態(tài)，Tl-Al工作于常通常斷狀態(tài)。組內(nèi)均衡以第一箱電池為例，如圖6所示，假設(shè)Bl-I單體電壓高，Β1-3單體電壓低，當(dāng)均衡工作時(shí)，閉合功率開關(guān)管Τ1-Β1，同時(shí)閉合功率開關(guān)管Τ1-Α3 ；Bl-I單體的功率開關(guān)管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，能量通過高頻變壓器W感應(yīng)到Β1-3，此時(shí)Β1-3的功率開關(guān)管工作在常閉狀態(tài)。組間均衡以第一箱和第二箱電池為例，如圖7所示。假設(shè)Bl-I單體電壓高，B2-1 單體電壓低，均衡電路工作時(shí)，閉合功率開關(guān)管T1-B1，同時(shí)閉合功率開關(guān)管T2-A1，B1-1的能量通過高頻變壓器的原邊繞組，感應(yīng)到高頻變壓器m副邊繞組，與高頻變壓器m并聯(lián)的高頻變壓器N2將能量感應(yīng)到B2-1單體的變壓器原邊繞組，經(jīng)電感整流給B2-1補(bǔ)電。從圖2和圖3中可以看出，此種均衡裝置不受電池箱體的限制，通用性強(qiáng)，可有效解決箱體之間的不一致問題；同時(shí)控制策略簡(jiǎn)單靈活，只需對(duì)單體電壓最高及最低電池的功率管進(jìn)行控制。本發(fā)明提供的串聯(lián)電池組均衡裝置適應(yīng)不同的電壓等級(jí)比如可應(yīng)用于電動(dòng)汽車的300-500VDC等級(jí)，也可應(yīng)用于800-1000VDC的儲(chǔ)能電站等級(jí)，低壓也可以應(yīng)用于備用電源48VDC等級(jí)。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的具體實(shí)施方式
進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請(qǐng)待批的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述裝置包括至少一個(gè)電池組；所述電池組之間串聯(lián)，稱為串聯(lián)電池組；所述電池組包括至少兩個(gè)單體，所述單體之間串聯(lián)；所述單體包括電池和均衡模塊；所述電池的兩端并聯(lián)均衡模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述均衡模塊包括濾波裝置、功率開關(guān)管和變壓器；所述濾波裝置、功率開關(guān)管和變壓器依次串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述均衡模塊包括二極管， 所述二極管連接在功率開關(guān)管和變壓器之間。
4.如權(quán)利要求2和3任一項(xiàng)所述的串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述濾波裝置包括電感Ln-n和電容Cn-n ；所述功率開關(guān)管包括Tn-Am和Tn-Bm ；所述二極管包括Dn-Am和 Dn-Bm ；所述電感Ln-n和電容Cn-n串聯(lián)；所述電感Ln-n與功率開關(guān)管Tn-Am串聯(lián)；所述功率開關(guān)管Tn-an與二極管Dn-Bm并聯(lián)；所述二極管Dn-Am和Dn-Bm均連接在變壓器原邊繞組上；變壓器副邊繞組連接功率管Tn ；所述功率管Tn連接電池組；所述η和m為自然數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述變壓器是基于電力電子變換電路及帶中間抽頭的高頻變壓器。
6.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)電池組均衡裝置，其特征在于，所述電池組內(nèi)部的單體之間實(shí)現(xiàn)組內(nèi)均衡；所述電池組之間實(shí)現(xiàn)組間均衡。
全文摘要
本發(fā)明屬于儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)電池組均衡裝置，此裝置用于儲(chǔ)能電池單體及電池組之間的均衡調(diào)節(jié)及管理。該裝置包括至少一個(gè)電池組；電池組之間串聯(lián)，稱為串聯(lián)電池組；電池組包括至少兩個(gè)單體，單體之間串聯(lián)；單體包括電池和均衡模塊；電池的兩端并聯(lián)均衡模塊。本發(fā)明提供的均衡裝置實(shí)現(xiàn)電池組間、組內(nèi)的電池單體點(diǎn)對(duì)點(diǎn)能量均衡，大大提高均衡速度和效率，形成組間帶有電氣隔離的能量通道，保證系統(tǒng)可適應(yīng)從低電壓等級(jí)到高電壓等級(jí)的多種應(yīng)用，具備良好的通用性能，依托靈活的硬件工作方式，可以方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的均衡策略。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102522790SQ20111039933
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者黃呂超 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 中電普瑞科技有限公司