CN103354377B - 一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路 - Google Patents

一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路 Download PDF

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本发明公开了一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,电压采集电路BMU分别与各个串联电池组的单体电池的正负极相连,电压采集电路BMU的输出端与控制模块BCU的输入端口相连,充电/逆变模块PCS的一端与并联总正极相连,另一端与电池组并联总负极连接,主接触器的一端与并联总正极相连,另一端与电池组正极连接控制,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端。环流控制和保护模块BHC和控制模块BCU的控制信号分别主接触器控制信号的两端。

Description

一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路
技术领域
[0001] 本发明涉及储能电站领域,具体为一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路。
背景技术
[0002] 电动汽车发展的关键技术是动力锂电池。大量锂电池串联组成锂电池组,为电动汽车提供动力。当动力锂电池循环寿命低于80%,为了电动车的安全,根据动力电池的梯度利用原则,动力电池生产企业会对废旧电池的回收利用,用于储能电站。
[0003] 针对大型储能系统中电池安装的组数和每组串联的电池较多,由于电池(特别是回收锂电池)的差异性,多组并联运行时,电池组间会形成电压高的电池组给电压低的电池组充电(此为环流),当电压差较大时,当电池组继电器闭合时由于电池组的内阻很小,此时会形成很大的环流,甚至烧掉熔断器,所以大型的储能系统必须解决好环流问题,系统才能可靠的工作,所以应该设计一种具有自动环流控制功能的保护电路。
[0004] 目前,储能电站采用DC/DC的方式将每个电池组与系统的逆变单元(DC/AC)隔离,这种环流控制保护电路已经比较成熟,但成本高。如图2所示为常见储能电站系统原理图。
[0005] 该系统中DC/DC变换模块将电池组与系统的直流总线电路隔离;工作原理为:当PCS工作在AC/DC方式时,将其它电能储存下来,系统给电池组充电时,DC/DC变换模块将系统直流总线的电压变换为电池组所需的充电电压和电流对每组电池充电;当放电时将电池组的电压变换为直流总线电压供PCS做DC/AC,完成系统的并网发电。当某组中单个锂电池在充电或放电过程中异常后,BCU (电池控制单元)将控制继电器断开,并与直流总线脱离;当异常恢复后,重新闭合继电器,将该组电池重新投入到系统中。
[0006] 因储能电站功率较大,目前单节电池容量有限,电压有限,难以满足用户的需求。故锂电池一般采用串并联使用,组成串并联电池簇和组,以增加锂电池的输出功率,满足用户的实际需求,所以目前在实际使用中并联有多组,每组同系统间需串联一个DC/DC变换模块。由于DC/DC变换模块成本较高,所以增加储能电站的系统造价。
发明内容
[0007] 针对现有技术储能电站锂电池组并联时组间环流充放电保护的问题,本发明提出了一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,具有体积小,成本低,安全性高的特点,且不需要人工去操作,降低了操作人员的工作危险。
[0008] 本发明所采用的技术方案为:
[0009] 一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,包括多组串联电池组,每组串联电池组分别由多个单体电池串联构成,其特征在于:还包括控制模块BCU,充电/逆变模块PCS,系统管理模块BAU,多组电压采集电路BMU和环流控制和保护模块BHC,多组电压采集电路BMU分别通过电压检测排线与各个串联电池组的单体电池的正负极相连,并且电压采集电路BMU的输出端与控制模块BCU的输入端口相连,充电/逆变模块PCS的一端与并联总正极相连,另一端与电池组并联总负极连接,主接触器的一端与并联总正极相连,另一端与电池组正极连接控制,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端。环流控制和保护模块BHC和控制模块BCU的控制信号分别主接触器控制信号的两端。
[0010] 所述的一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,其特征在于:环流控制和保护模块BHC并联在主接触器的输入、输出两端,环流控制和保护模块BHC由限流电阻Rum、微电流传感器、运算放大器NI和LM324、参考源和控制继电器构成,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端,自动控制主接触器在电池组间产生环流时的断开/闭合,同时将限流电阻投入系统中,将电池组间的环流限制到最小。
[0011] 所述的一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,其特征在于:环流控制和保护模块BHC,自动控制储能电站系统储能电池组的环流,当电压高的电池组对电压低的电池组放电时,环流控制和保护模块BHC自动控制电压低的电池组断开接触器,并自动投入限流电阻,限制环流的充电电流在毫安级;当充电环流值小于到几个毫安时,此时系统总电压和该电池组的电压基本相等环流控制和保护模块BHC自动闭合接触器;当该组有放电环流时,环流控制和保护也自动闭合接触器供逆变放电,满足逆变模块零毫秒切换。
[0012] 与现有的技术相比,本发明的优点为:
[0013] 1、实现了电池组间环流自动控制和正常充放电的自动筷子,无须人工操作。
[0014] 2、本电路体积小,成本低,所以实用性强。
[0015] 3、实时性增强。电流采集电路能实时检测电池组组间环流,通过控制模块控制相应的保护电路。
[0016] 4、实现了对储能电站锂电池组的环流控制功能。
附图说明
[0017] 图1为本发明原理图。
[0018] 图2为现有技术电路原理图。
[0019] 图3为环流控制单元(是否就是环流控制和保护模块BHC)电路原理图。
具体实施方式
[0020] 如图1所示。一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,包括多组串联电池组,每组串联电池组分别由多个单体电池串联构成,还包括控制模块B⑶,充电/逆变模块PCS,系统管理模块BAU,多组电压采集电路BMU和环流控制和保护模块BHC,多组电压采集电路BMU分别通过电压检测排线与各个串联电池组的单体电池的正负极相连,并且电压采集电路BMU的输出端与控制模块BCU的输入端口相连,充电/逆变模块PCS的一端与并联总正极相连,另一端与电池组并联总负极连接,主接触器的一端与并联总正极相连,另一端与电池组正极连接控制,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端。环流控制和保护模块BHC和控制模块BCU的控制信号分别主接触器控制信号的两端。
[0021] 如图3所示:所述的一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,其特征在于:环流控制和保护模块BHC并联在主接触器的输入、输出两端,环流控制和保护模块BHC由限流电阻Rum、微电流传感器、运算放大器NI和LM324、参考源和控制继电器构成,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端,自动控制主接触器在电池组间产生环流时的断开/闭合,同时将限流电阻投入系统中,将电池组间的环流限制到最小。
[0022] 环流控制和保护模块BHC,自动控制储能电站系统储能电池组的环流,当电压高的电池组对电压低的电池组放电时,环流控制和保护模块BHC自动控制电压低的电池组断开接触器,并自动投入限流电阻,限制环流的充电电流在毫安级;当充电环流值小于到几个毫安时,此时系统总电压和该电池组的电压基本相等环流控制和保护模块BHC自动闭合接触器;当该组有放电环流时,环流控制和保护也自动闭合接触器供逆变放电,满足逆变模块零毫秒切换。
[0023] 检测原理为:
[0024] 当电池组环流为放电时,将有环流电流流过电流传感器,JPl的M端输出电压信号VM为负信号经NlA: 3输入(由运算放大器LM324组成的反相器)将负信号变换为正信号,输入到NlB: 5的正输入并同NlB: 6负输入的参考电压比较,当V+ >VREF时NlB: 7输出高电平经电阻RlO接到驱动三极管Vl的基极,此时三极管Vl导通,从而使继电器Kl线包接地,Kl吸合,继电器的触点闭合,将-24V输出到JP2,JP2连接主接触器控制的负极端,来自BCM的控制信号+连接主接触器控制的正极端,主接触器闭合将本组电池接入系统;当乂+ < VREF时NlB: 5输出为低电平经电阻RlO接到驱动三极管Vl的基极,此时三极管Vl截止,从而使继电器Kl线包接12V,K1断开,继电器的触点断开,JP2无输出,主接触器断开,同时将限流电阻接入以控制环流。
[0025] 当电池组环流为充电时,将有环流电流流过电流传感器,JPl的M端输出电压信号为正信号VM,输入到NIC: 10的正输入并同N1B:9负输入的参考电压比较,当VM >VREF时N1C:8输出高电平经电阻RlO接到驱动三极管Vl的基极,此时三极管Vl导通,从而使继电器Kl线包接地,Kl吸合,继电器的触点闭合,将-24V输出到JP2,JP2连接主接触器控制的负极端,来自BCM的控制信号+连接主接触器控制的正极端,主接触器闭合将本组电池接入系统;当VM〈VREF时NIC: 8输出低电平经电阻RlO接到驱动三极管Vl的基极,此时三极管Vl截止,从而使继电器Kl线包接12V,K1断开,继电器的触点断开,JP2无输出,主接触器断开,同时将限流电阻接入以控制环流。比较用参考电压VREF的采用稳压源TL431 ;R1为限流电阻;R2和R3是控制输出值得比例电阻;可以通过调节Ul的R2和R3值,调节VREF的电压值,作为控制环流的阈值。
[0026] 本发明通过环流控制和保护模块对电池组间的环流进行实时检测,并根据环流的大小来执行相应的处理程序。当电池组间处在环流放电状态时,电流采集电路采集到电池组的总压低于总线总压,BHC向主接触器电路输出控制信号-的使能信号,此信号和来自BCM向主接触器电路输出控制信号+的使能信号共同控制主接触器;当主接触器的控制部分与来自BHC的BCU使能信号同时有效时;从而使主接触器吸合,将该组电池自动投入到系统中。当电池组处在环流充电状态时,电流采集电路采集到电池组的总压低于总线总压,BHC电路输出充电禁止信号,从而使主接触器断开,将该组电池断开并自动投入限流电阻到系统中。当电池组处在正常充、放电状态时,电流采集电路采集到电池组的输出大达到预定值时,BHC向主接触器电路输出充电使能信号。此信号和来自BCM向主接触器电路输出控制信号+的使能信号共同控制主接触器;当主接触器的控制部分与来自BHC的BCU使能信号同时有效时;从而使主接触器吸合,将该组电池自动投入到系统中。

Claims (1)

1.一种储能电站锂电池自动环流控制及保护电路,包括多组串联电池组,每组串联电池组分别由多个单体电池串联构成,其特征在于:还包括控制模块BCU,充电/逆变模块PCS,系统管理模块BAU,多组电压采集电路BMU和环流控制和保护模块BHC,多组电压采集电路BMU分别通过电压检测排线与各个串联电池组的单体电池的正负极相连,并且电压采集电路BMU的输出端与控制模块BCU的输入端口相连,充电/逆变模块PCS的一端与并联总正极相连,另一端与电池组并联总负极连接,主接触器的一端与并联总正极相连,另一端与电池组正极连接控制,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端;环流控制和保护模块BHC和控制模块BCU的控制信号分别接入主接触器控制信号的两端; 所述环流控制和保护模块BHC并联在主接触器的输入、输出两端,环流控制和保护模块BHC由限流电阻RUM、微电流传感器、运算放大器NI和LM324、参考源和控制继电器构成,环流控制和保护模块BHC并联在主接触器两端,自动控制主接触器在电池组间产生环流时的断开/闭合,同时将限流电阻投入系统中,将电池组间的环流限制到最小; 所述环流控制和保护模块BHC,自动控制储能电站系统储能电池组的环流,当电压高的电池组对电压低的电池组放电时,环流控制和保护模块BHC自动控制电压低的电池组断开主接触器,并自动投入限流电阻,限制环流的充电电流在毫安级;当充电环流值小于到几个毫安时,此时系统总电压和该电池组的电压基本相等环流控制和保护模块BHC自动闭合主接触器;当储能电站系统储能电池组有放电环流时,环流控制和保护也自动闭合主接触器供逆变放电,满足充电/逆变模块PCS零毫秒切换。
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Granted publication date: 20160504

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Denomination of invention: An automatic circulating current control and protection circuit for lithium battery in energy storage power station

Effective date of registration: 20201209

Granted publication date: 20160504

Pledgee: Yantai Yida Financial Leasing Co., Ltd

Pledgor: LIGO (Shandong) New Energy Technology Co.,Ltd.

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