CN102332619B - 可控电池模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可控电池模块，所述模块包括四个可控开关以及由储能电池单体组成的电池串，所述四个可控开关分为两组分别串联后与所述电池串并联，两组串联的可控开关的连接点为可控电池模块的两个引出线端点。利用本发明 可以控制电池系统中的不同电池模块处于不同的工作状态，实现电池模块的均衡运行、故障冗余和不同容量电池模块的混合运行，提高电池系统的寿命和可靠性。

Description

可控电池模块

技术领域

本发明涉及的是一种可控电池模块，具体是一种可将电池正向、反向接入回路或者从回路旁路，达到对电池的充放电控制的可控电池模块，用于大容量电池储能场合。属于电池储能领域。

背景技术

采用电池储能平滑风电和光伏发电功率是解决新能源并网难和风电“弃风”问题的有效途径。大规模电池储能在电网中的应用将改变电能只能传输不能存储的历史，给电力生产和运行带来革命性的影响，极大地促进智能电网的发展。

由于电池的单体电压较低（小于5VDC），容量一般不超过500Ah，因此在大容量电池储能系统中，电池子系统由大量的电池单体组成。为了便于实现对这些大量的电池的组装、运输和管理，通行的做法是首先通过对电池单体的串联，得到具有一定电压（<100VDC）电池模块；再将多个电池模块串联为电池堆，电池堆电压即为电池系统直流电压，电池系统直流电压的大小根据具体的应用需要来确定。对于交流侧出口电压为380V的情况，电池系统直流电压一般为800VDC左右；对于交流侧出口电压为690V的情况，电池系统直流电压一般为1100VDC左右；个别储能系统中直流电压可达到3000－5500VDC。为了进一步扩大电池系统容量，也可将多个电池堆并联运行。

目前，无论是将电池单体串联得到电池模块，还是将电池模块串联得到电池堆，均是采取导线直接连接的方式。由于串联电路中每个电池单体电流相等，而每个电池单体的容量存在一定的差异，充电时，容量较小的电池首先充满，继续充电可能会造成容量较小的电池过充；放电时，容量较小的电池首先放完，继续放电可能会造成容量较小的电池过放。因而造成容量较小的电池单体的容量和寿命的损失，并形成恶性循环。因此，导线直接连接不可避免地导致了电池“短板效应”的发生，严重限制了电池系统的整体寿命。在电池系统的电池单体串联数量多、直流电压高的情况下“短板效应”更为突出。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种可控电池模块，可以控制电池系统中的不同电池模块处于不同的工作状态，实现电池模块的均衡运行、故障冗余和不同容量电池模块的混合运行，提高电池系统的寿命和可靠性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所述可控电池模块包括：四个可控开关以及由储能电池单体组成的电池串，所述四个可控开关分每两个一组串联，两组再分别与所述电池串并联，两组串联的可控开关的连接点为可控电池模块的两个引出线端点。

所述的储能电池单体是用于由一个电芯或者多个电芯并联组成的具有完整包装的整体。

所述的可控开关为继电器等机械开关或者电子开关，具备电流双向流动的能力。

本发明中，通过对所述可控开关的控制可使电池模块正向接入回路，也可以使电池模块反向接入回路，还可以使电池模块从回路中旁路。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可将电池模块正向、反向接入电池系统回路或者从回路中旁路，克服了简单串联方案中所有电池必定处于同种工作状态（充电、放电或者停止状态）的局限，达到对电池模块的区别化充放电控制的目的。可以实现电池模块的均衡运行、故障冗余和不同容量电池模块的混合运行，提高了电池系统的寿命和可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例的可控电池模块结构图。

图2为实施例1的应用示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本发明一实施例可控电池模块结构图。该图中包括：4个可控开关S1、S2、S3、S4，M个储能电池单体Ce1、Ce2……CeM。将M个储能电池单体Ce1、Ce2……CeM正负极首尾串联组成蓄电池串，M为大于等于2的自然数，可控开关S1、S2、S3、S4每两个一组串联，再分别与蓄电池串进行并联。如此构成一个可控电池模块E。两组串联的可控开关的连接点T1、T2为可控电池模块的两个引出端。

实施例

本实施例为适用于690VAC储能系统的电池系统，额定电压1100VDC，额定容量200Ah，额定电流50A。

如图2所示，本实施例的电池系统包括23个可控电池模块，23个可控电池模块相互串联构成电池堆（n＝23），电池堆额定电压1100VDC。本实施例中电池系统仅包含一个电池堆。按照图2的方式连接构成整个电池系统。

其中：

所述的可控电池模块中的电池串由15个额定电压3.2V、容量200Ah的磷酸铁锂储能电池串联组成，其额定电压48VDC。

所述的可控电池模块中的4个可控开关采用电力MOSFET IRF1312，其漏源电压80VDC，漏源电阻最大值10mΩ，最大持续电流95A。

实施例的工作过程如下：

1、在正常的工作状态下，可控电池模块的可控开关S11、S14、S21、S24……Sn1、Sn4处于闭合状态，S12、S13、S22、S23……Sn2、Sn3处于断开状态，电池系统电压为可控模块E1、E2……En的电压之和。无论电池系统处于充电还是放电状态，每个可控电池模块的状态与整个电池系统一致。

、由于生产制造、运行环境或者外部损伤等原因造成电池系统中某个电池模块，如第二个可控电池模块E2，与其他模块的容量差异较大（如偏小）。在电池系统运行过程中，如发现可控电池模块E2即将进入“过充”或者“过放”状态时，控制E2的可控开关由S21、S24闭合，S22、S23断开的状态转换到S21、S22闭合，S23、S24断开的状态，实现对可控电池模块内部储能电池的旁路，从而防止过充或过放情况的发生。如其他电池模块由于容量偏小即将进入“过充”或者“过放”状态时，控制方式相同。

、在电池系统的投入运行时，某个电池模块的荷电状态（SOC）可能与其他电池模块存在较大差异（如维修、更换电池模块后）。假如第二个可控电池模块E2，与其他模块的荷电状态差异较大，可控制E2的可控开关由S21、S24闭合，S22、S23断开的状态转换到S22、S23闭合，S21、S24断开的状态，使得该电池模块反向串联在回路中，实现该电池模块与其他电池模块的反状态运行，迅速使得电池模块间的荷电状态达到均衡。其他电池模块发生类似情况时，控制方式相同。

、在电池系统的运行过程中，由于某种异常原因造成某个可控电池模块，如第二个可控电池模块E2内部电池串的失效，可控制E2的可控开关由S21、S24闭合，S22、S23断开的状态转换到S21、S22闭合，S23、S24断开的状态，实现对可控电池模块内部储能电池的旁路，使得失效的电池模块退出运行而不需中断整个电池系统的正常工作，从而避免电池模块失效对整个电池系统的影响。

在一般的实施方式中，直接电池模块的电池固定串联在电池堆中，不可避免地造成容量较小的电池模块存在“过充”和“过放”现象，对该电池模块的容量和寿命造成损失，形成恶性循环，进而影响整个电池系统的整体寿命。本实施例的优点在于通过对可控电池模块的可控开关的控制，避免电池模块“过充”和“过放”现象的发生，实现电池模块间荷电状态的快速均衡，同时可以实现对电池模块的故障隔离，提高电池系统可靠性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种可控电池模块，其特征在于包括四个可控开关以及由储能电池单体组成的电池串，所述四个可控开关分为两组分别串联后与所述电池串并联，两组串联的可控开关的连接点为可控电池模块的两个引出线端点；所述可控开关具有电流的双向流动能力。

2.如权利要求1所述的一种可控电池模块，其特征在于：通过对所述可控开关的控制使电池模块正向接入回路。

3.如权利要求1所述的一种可控电池模块，其特征在于：通过对所述可控开关的控制使电池模块反向接入回路。

4.如权利要求1所述的一种可控电池模块，其特征在于：通过对所述可控开关的控制使电池模块从回路中旁路。