CN103730943B - 用于电池组并联的自适应隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电池组并联的自适应隔离装置，包括两个以上的单臂桥整流模块、均衡电路、旁路电路，单臂桥整流模块并联后，再与均衡电路、旁路电路并联；每个单臂桥整流模块均有三个端口，分别为输入端口、电池组端口和输出端口，并且将这三个端口均设置为正极；并联后的单臂桥整流模块的输入端口连接充电设施，并联后的单臂桥整流模块的输出端口连接用电负载，每个单臂桥整流模块的电池组端口各连接一组电池组；均衡电路上设置电子功率型器件，旁路电路上设置短路直通器件或限流器件中的一种或多种。本发明结构简单，易于模块化、工程化应用，可应用于各类中小型储能系统中，可防止并联电池组之间因电性能差异而造成的环流。

Description

用于电池组并联的自适应隔离装置

技术领域

本发明涉及用于电池组连接的电子装置，特别涉及用于电池组并联的自适应隔离装置。

背景技术

随着通信技术、电力系统控制技术、特别是新能源发电与应用技术的迅猛发展，电池组储能系统技术已成为多个应用领域的关键环节，重点应用于通信基站后备电源、电力控制系统操作电源及应急电源、新能源发电储能系统、关键设备设施、备用电源以及家用UPS应急电源等各个方面。

储能技术现已成为各行业重点关注、研究、应用的关键项目，目前主要使用铅酸电池、锂电池、镍氢电池、液流电池等作为电化学储能载体，但在大容量储能场合需要大量的电池组串并联，特别是电池组并联使用时主要以两种方式连接：1、各电池组通过大功率DC/DC直流侧相连，或通过逆变装置如PCS在交流侧相连，这种方式适合大容量单体电池串并联，成本、造价高，只适合中大型储能电站应用；2、低电压、小微型储能装置采用小规格电池组在同一电压等级范围内直接串并联，这种方式成本较低，但风险大、安全性较差，对电池一致性要求较高，基于成本考虑，目前被广泛采用。对于第2种连接方式，由于电池之间存在性能差异，电池组直接并联时常常造成电池组之间形成环流，长期使用各电池组之间会加剧劣化，减少寿命，严重时容易过温、短路起火爆炸，基于第2种连接方式存在的风险，本发明重点解决多电池组在并联时，防止电池组间发生环流，以及电压均衡的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种防止电池组并联时各电池组之间产生环流的储能电池组并联自适应隔离装置。本发明通过以下方案实现：

一种储能电池组并联自适应隔离装置，包括两个以上的单臂桥整流模块、均衡电路、旁路电路，单臂桥整流模块并联后，再与均衡电路、旁路电路并联；每个单臂桥整流模块均由充电电路的一端和放电电路的一端串联构成且均有三个端口，分别为输入端口、电池组端口和输出端口，充电电路和放电电路的串联连接端为电池组端口，充电电路的另一端为输入端口，放电电路的另一端为输出端口，并且将这三个端口均设置为正极；并联后的单臂桥整流模块的输入端口连接充电设施，并联后的单臂桥整流模块的输出端口连接用电负载，每个单臂桥整流模块的电池组端口各连接一组电池组；所述均衡电路上设置电子功率型器件；所述旁路电路上设置短路直通器件或限流器件中的一种或多种。

为更进一步方便操作控制，储能电池组并联自适应隔离装置还可包括一个控制器，控制器与单臂桥整流模块、均衡电路、旁路电路进行数据传输，控制器根据系统工作状态命令适时控制系统充-放电主回路的断开与闭合，还控制各路电池组的接入和断开，对储能电池系统起到紧急安全保护与管理作用。

所述单臂桥整流模块的电池组端口连接的电池组，每一组均由若干个相同规格的同种单体电池串联而成，各组电池组之间的电压差值低于5％。可根据实际使用要求，单臂桥整流模块的电池组端口连接的电池组可为相同类别或不同类别电池，例如为镍氢电池、铅酸电池、锂电池等中的一种或多种组合。为达到更好的使用效果，各电池组推荐使用同一类别的电池，电池组中各单体电池的电性能尽量一致。当各电池组使用不同类别电池时，各电池组的基本参数如电压、充放电电压曲线等须基本一致，各电池组充放电能力需满足系统要求。当需要重新接入或维护后接入的电池组其电压与已接入单臂桥整流模块中的各电池组的电压差值需低于5％。

所述均衡电路上设置电子功率型器件，均衡电路一般在旁路电路停机或待机器件工作，主要调节电池组之间的电压相互平衡。均衡电路在均衡各单臂桥整流模块的电池组端口连接的各电池组的电压时，电子功率型器件可控制通过的电流大小。均衡电路具有主动模式和被动模式两种工作模式，当均衡电路为主动模式工作时，采用有源电子功率型器件，控制器根据设定的均衡电流值自动调节有源电子功率型器件的导通程度，控制均衡电路为某一数值；当均衡电路为被动模式工作时，采用无源电子功率型器件限定最大均衡电流为某一安全值，但均衡时电流不能恒定。

所述旁路电路上设置短路直通器件或限流器件中的一种或多种，旁路电路可接受控制器控制其通断。短路直通器件又可为电控或手动短路直通器件，电控短路直通器件例如可以是直流接触器、IGBT等大功率电控开关装置；手动短路直通器件例如可以是直流手控开关装置。而限流器件可以是熔断器、功率电阻等，当有电流限制要求时，可在接有短路直通器件的回路中加接限流器件。当旁路电路接通时，均衡电路即失去功能，因此在电池组需要均衡电压时须断开旁路电路。

为了方便操作控制，并联后的单臂桥整流模块的输入端口与充电设施连接电路上、并联后的单臂桥整流模块的输出端口与用电负载连接电路上、并联后的单臂桥整流模块的电池组端口与各电池组连接电路上均设置有开关，上述开关可通过控制器进行控制其断开和闭合。

所述充电设施和所述用电负载可为同一装置，此时单臂桥整流模块的输入端口和输出端口就相互连接在一起了，即可视为一个端口，此时旁路电路上设置的是电控或手控短路直通器件，在充电时由控制器或手动控制旁路电路接通作为充电通道，此时各电池组之间在该工况下存在内部环流，放电或停机时断开旁路电路。

本发明的储能电池组并联自适应隔离装置结构简单，易于模块化、工程化应用，通过专门的控制系统和控制策略，使通过单臂桥整流模块实现并联的各储能电池组安全运行，适用于多种中小型电池储能、备用电源等装置，特别适合小容量、多类型电池的并联组合应用。通过本发明的隔离装置，将充电设施、储能设施与用电负载在同一直流电压等级范围内按实际要求互连，有效地抑制了并联电池组之间因电性能差异而造成的环流，使各电池组按照其各自的优势并列运行，降低电池组间的配组难度和运行、维护成本，提高系统安全性能。

附图说明

图1实施例1的储能电池组并联自适应隔离装置结构原理图

图2实施例1的储能电池组并联自适应隔离装置的连接简化图

图3实施例1的储能电池组并联自适应隔离装置中输入/输出为同一端口的连接简化图

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种储能电池组并联自适应隔离装置，如图1所示，包括n个单臂桥整流模块、均衡电路、旁路电路、控制器，其中n为2以上的自然数，单臂桥整流模块并联后，再与均衡电路、旁路电路并联；每个单臂桥整流模块均由充电电路的一端和放电电路的一端串联构成且均有三个端口，分别为输入端口S、电池组端口D和输出端口P，充电电路和放电电路的串联连接端为电池组端口D，充电电路的另一端为输入端口S，放电电路的另一端为输出端口P，并且将这三个端口均设置为正极；并联后的单臂桥整流模块的输入端口S连接充电设施，在输入端口S与直流电源的连接线路上设置了开关KMC；并联后的单臂桥整流模块的输出端口P连接用电负载，在输出端口P与直流负载的连接线路上设置了开关KMD；每个单臂桥整流模块的电池组端口各连接一组电池组，在电池组端口D与电池组连接的每条线路上均设置了开关SW，各电池组均为镍氢电池，每一组电池组均由10个镍氢D6000单体电池串联而成，各电池组的电压差值控制在4％以内。电池组通过单臂桥整流模块形成并联但相互之间不会构成直接环路。

如图2所示，直流电源、n组电池组、直流负载共用一个直流负极C。

当均衡电路为主动模式工作时，采用有源电子功率型器件，控制器根据设定的均衡电流值自动调节有源电子功率型器件的导通程度，控制均衡电路为某一数值；当均衡电路为被动模式工作时，采用无源电子功率型器件限定最大均衡电流为某一安全值，但均衡时电流不能恒定。

旁路电路上设置短路直通器件或限流器件中的一种或多种，旁路电路可接受控制器控制其通断。短路直通器件又可为电控或手动短路直通器件，电控短路直通器件例如可以是直流接触器、IGBT等大功率电控开关装置；手动短路直通器件例如可以是直流手控开关装置。而限流器件可以是熔断器、功率电阻等，当有电流限制要求时，可在接有短路直通器件的回路中加接限流器件。

直流电源和用电负载为同一装置时，此时单臂桥整流模块的输入端口和输出端口就相互连接在一起了，即可视为一个端口，其结构示意如图3所示，此时旁路电路上设置的是电控或手控短路直通器件，在充电时由控制器或手动控制旁路电路接通作为充电通道，此时各电池组之间在该工况下存在内部环流，放电或停机时断开旁路电路。

Claims (6)

1.一种用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：包括两个以上的单臂桥整流模块、均衡电路、旁路电路，单臂桥整流模块并联后，再与均衡电路、旁路电路并联；每个单臂桥整流模块均由充电电路的一端和放电电路的一端串联构成且均有三个端口，分别为输入端口、电池组端口和输出端口，充电电路和放电电路的串联连接端为电池组端口，充电电路的另一端为输入端口，放电电路的另一端为输出端口，并且将这三个端口均设置为正极；并联后的单臂桥整流模块的输入端口连接充电设施，并联后的单臂桥整流模块的输出端口连接用电负载，每个单臂桥整流模块的电池组端口各连接一组电池组；所述均衡电路上设置电子功率型器件；所述旁路电路上设置短路直通器件或限流器件中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：还包括控制器，所述控制器与所述单臂桥整流模块、所述均衡电路、所述旁路电路进行数据传输。

3.如权利要求1或2所述的用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：所述单臂桥整流模块的电池组端口连接的电池组，每一组均由若干个相同规格的同种单体电池串联而成，各组电池组之间的电压差值低于5％。

4.如权利要求1或2所述的用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：并联后的单臂桥整流模块的输入端口与充电设施连接电路上、并联后的单臂桥整流模块的输出端口与用电负载连接电路上、并联后的单臂桥整流模块的电池组端口与各电池组连接电路上均设置有开关。

5.如权利要求1或2所述的用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：所述均衡电路上设置有源电子功率型器件，工作模式为主动模式。

6.如权利要求1或2所述的用于电池组并联自适应隔离装置，其特征在于：所述均衡电路上设置无源电子功率型器件，工作模式为被动模式。