CN105932346B - 一种模块化梯次利用储能电池控制方法 - Google Patents

一种模块化梯次利用储能电池控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模块化梯次利用储能电池控制方法，包括梯次利用储能电池系统，所述梯次利用储能电池系统包括充电主电路、梯次利用负载电路、梯次利用触点开关和若干个锂电池单体，若干个所述锂电池单体相互串联设置于所述充电主电路的正负极之间，所述梯次利用触点开关用于调节与所述梯次利用负载电路并联的所述锂电池单体的数量；任意相邻的两个所述锂电池单体构成一个均衡基本单元，每个所述均衡基本单元中设置有一个穿梭均衡电容，每个所述穿梭均衡电容的正负极端各设置有一个双向切换开关，两个双向切换开关交替接通所述均衡基本单元中所述锂电池单体的正负极。本发明可以实现动力电池组的电能梯次利用和所有锂电池单体的容量均衡。

Description

一种模块化梯次利用储能电池控制方法
技术领域
本发明涉及新能源动力锂电池技术领域，特别是一种模块化梯次利用储能电池控制方法。
背景技术
新能源是指传统能源之外的刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的各种能源形式，新能源能够有效地应对石油危机和环境污染等问题，具体地如：太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等；新能源的存储转移利用是新能源推广的关键环节也是重点公关的技术难题，新能源的存储主要通过一定的技术将新能源转化为化学能、势能、动能、电磁能等形态，使转化后的能量具有空间上可转移或时间上可转移或质量可控制的特点，可以在适当的时间、地点以适合的方式释放出来。其中最为常见的储能方式为电池储能，但是对于高能耗、大功率的动力设备为其提供新能源的动力蓄能电池技术尚有待于进一步地开发。
锂离子动力蓄电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点，因此在便携式电子设备、电动汽车等新能源储能方面显示出优越的前景。为了使串联电池组能够达到最大的容量利用率，同时尽量减少电池过压损坏的可能性，延长电池组的使用寿命，我们必须对串联电池组中的电池单元进行容量均衡；此外，例如电动汽车等锂离子动力蓄电池在实际应用中通常采用梯次利用方式满足不同系统和设备的供电需求，锂离子动力蓄电池梯次利用会导致各锂离子动力蓄电池单体之间的性能差异更大，对梯次电池进行均衡管理必不可少。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种模块化梯次利用储能电池控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种模块化梯次利用储能电池控制方法，包括梯次利用储能电池系统，所述梯次利用储能电池系统包括充电主电路、梯次利用负载电路、梯次利用触点开关和若干个锂电池单体，若干个所述锂电池单体相互串联设置于所述充电主电路的正负极之间，所述梯次利用负载电路与所述梯次利用触点开关串联，所述梯次利用负载电路与所有的或部分的所述锂电池单体并联，且所述梯次利用触点开关用于调节与所述梯次利用负载电路并联的所述锂电池单体的数量；任意相邻的两个所述锂电池单体构成一个均衡基本单元，每个所述均衡基本单元中设置有一个穿梭均衡电容，每个所述穿梭均衡电容的正极端设置有一个正极双向切换开关，每个所述穿梭均衡电容的负极端设置有一个负极双向切换开关；且包括以下步骤：
步骤一、每个所述穿梭均衡电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的正极，每个所述穿梭均衡电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的正极；
步骤二、每个所述穿梭均衡电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的负极，每个所述穿梭均衡电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的负极；
所述步骤一和所述步骤二交替重复进行。
作为上述技术方案的进一步改进，所述梯次利用触点开关包括一个梯次利用调节触片和若干个梯次利用调节触点，所述梯次利用负载电路的正极连接所述充电主电路的正极，所述梯次利用负载电路的负极连接所述梯次利用调节触片，若干个所述梯次利用调节触点分别连接不同所述锂电池单体的负极。
作为上述技术方案的进一步改进，在充电前对所述锂电池单体的容量进行检测并计算若干个所述锂电池单体的平均容量，将低于平均容量的所述锂电池单体和高于平均容量的所述锂电池单体交替穿插串联在所述充电主电路的正负极之间。交替穿插的意思是使得每一个低于平均容量的所述锂电池单体的相邻两侧均为高于平均容量的所述锂电池单体，使每一个高于平均容量的所述锂电池单体的相邻两侧均为低于平均容量的所述锂电池单体。
作为上述技术方案的进一步改进，若干个所述锂电池单体分为多个动力电池分组，每个所述动力电池分组中所含有的所述锂电池单体数量相同，任意相邻的两个所述动力电池分组构成一个均衡组单元，每个所述均衡组单元中设置有一个穿梭均衡组电容，每个所述穿梭均衡组电容的正极端设置有一个正极双向切换开关，每个所述穿梭均衡组电容的负极端设置有一个负极双向切换开关；且包括以下步骤：
步骤一、每个所述穿梭均衡组电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的正极，每个所述穿梭均衡组电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的正极；
步骤二、每个所述穿梭均衡组电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的负极，每个所述穿梭均衡组电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的负极；
所述步骤一和所述步骤二交替重复进行。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种模块化梯次利用储能电池控制方法，通过设置所述梯次利用触点开关可以实现动力电池组的电能梯次利用，以满足不同系统和设备的供电需求；且通过双向切换开关的反复切换，使相邻两动力电池分组或锂电池单体容量一致，最后使所有锂电池单体的容量一致，且上述级联电容穿梭均衡电路的均衡速度快，耗费的时间较短。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述的梯次利用储能电池系统的结构示意图；
图2是本发明所述的动力电池分组的结构示意图。
具体实施方式
参照图1至图2，图1至图2是本发明一个具体实施例的结构示意图。
如图1至图2所示，一种模块化梯次利用储能电池控制方法，包括梯次利用储能电池系统，所述梯次利用储能电池系统包括充电主电路U、梯次利用负载电路M、梯次利用触点开关SA和16个锂电池单体，16个所述锂电池单体相互串联设置于所述充电主电路U的正负极之间，且优选地，在充电前对所述锂电池单体的容量进行检测并计算16个所述锂电池单体的平均容量，将低于平均容量的所述锂电池单体和高于平均容量的所述锂电池单体交替穿插串联在所述充电主电路U的正负极之间。交替穿插的意思是使得每一个低于平均容量的所述锂电池单体的相邻两侧均为高于平均容量的所述锂电池单体，使每一个高于平均容量的所述锂电池单体的相邻两侧均为低于平均容量的所述锂电池单体。
所述梯次利用负载电路M与所述梯次利用触点开关SA串联，所述梯次利用负载电路M与所有的或部分的所述锂电池单体并联，且所述梯次利用触点开关SA用于调节与所述梯次利用负载电路M并联的所述锂电池单体的数量；任意相邻的两个所述锂电池单体构成一个均衡基本单元，每个所述均衡基本单元中设置有一个穿梭均衡电容，每个所述穿梭均衡电容的正极端设置有一个正极双向切换开关，每个所述穿梭均衡电容的负极端设置有一个负极双向切换开关；进一步地，16个所述锂电池单体分为4个动力电池分组G1-1、G1-2、G1-3和G1-4，每个所述动力电池分组中所含有的所述锂电池单体数量相同，任意相邻的两个所述动力电池分组构成一个均衡组单元，每个所述均衡组单元中设置有一个穿梭均衡组电容C1-1、C1-2或C1-3，每个所述穿梭均衡组电容的正极端设置有一个正极双向切换开关S1-1、S1-2或S1-3，每个所述穿梭均衡组电容的负极端设置有一个负极双向切换开关S1-2、S1-3或S1-4；具体地，所述梯次利用触点开关SA包括一个梯次利用调节触片和4个梯次利用调节触点，所述梯次利用负载电路M的正极连接所述充电主电路U的正极，所述梯次利用负载电路M的负极连接所述梯次利用调节触片，4个所述梯次利用调节触点分别连接不同所述锂电池单体的负极，优选地，4个所述梯次利用调节触点分别连接4个所述动力电池分组G1-1、G1-2、G1-3和G1-4的负极。
且包括以下步骤：
步骤一、每个所述穿梭均衡电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的正极，每个所述穿梭均衡电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的正极；每个所述穿梭均衡组电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的正极，每个所述穿梭均衡组电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的正极；
步骤二、每个所述穿梭均衡电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的负极，每个所述穿梭均衡电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的负极；每个所述穿梭均衡组电容的所述正极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的负极，每个所述穿梭均衡组电容的所述负极双向切换开关均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的负极；
所述步骤一和所述步骤二交替重复进行。
通过使所述梯次利用触点开关SA的所述梯次利用调节触片和不同的所述梯次利用调节触点连接，从而可以使所述梯次利用负载电路M与不同数量的所述锂电池单体并联即可以输出不同梯次的电能；在进行电池容量均衡时，以任意一个动力电池分组中的四个所述锂电池单体G0-1、G0-2、G0-3和G0-4为例：当双向切换开关S0-1、S0-2、S0-3和S0-4接通相互串联的锂电池单体G0-1、G0-2、G0-3和G0-4的正极时，穿梭均衡电容C0-1、C0-2或C0-3电压分别与锂电池单体G0-1、G0-2、G0-3相等；当双向切换开关S0-1、S0-2、S0-3和S0-4接通四个相互串联的锂电池单体G0-1、G0-2、G0-3和G0-4的负极时，穿梭均衡电容C0-1、C0-2或C0-3电压分别与锂电池单体G0-2、G0-3、G0-4相等；穿梭均衡电容C0-1、C0-2或C0-3电压的变化会产生电能的吸收或释放，从而使锂电池单体G0-1、G0-2、G0-3和G0-4的容量趋于一致；然后类似的原理，使四个动力电池分组G1-1、G1-2、G1-3和G1-4的容量趋于一致，从而加快所有动力电池分组中的锂电池单体的容量均衡的速率。
以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种模块化梯次利用储能电池控制方法，其特征在于：包括梯次利用储能电池系统，所述梯次利用储能电池系统包括充电主电路、梯次利用负载电路、梯次利用触点开关和若干个锂电池单体，若干个所述锂电池单体相互串联设置于所述充电主电路的正负极之间，所述梯次利用负载电路与所述梯次利用触点开关串联，所述梯次利用负载电路与所有的或部分的所述锂电池单体并联，且所述梯次利用触点开关用于调节与所述梯次利用负载电路并联的所述锂电池单体的数量；任意相邻的两个所述锂电池单体构成一个均衡基本单元，每个所述均衡基本单元中设置有一个穿梭均衡电容(C0-1，C0-2，C0-3)，每个所述穿梭均衡电容的正极端设置有一个正极双向切换开关(S0-1，S0-2，S0-3)，每个所述穿梭均衡电容的负极端设置有一个负极双向切换开关(S0-2，S0-3，S0-4)；进一步地，若干个所述锂电池单体分为多个动力电池分组(G1-1，G1-2，G1-3，G1-4)，每个所述动力电池分组中所含有的所述锂电池单体(G0-1，G0-2，G0-3，G0-4)数量相同，任意相邻的两个所述动力电池分组(G1-1，G1-2，G1-3，G1-4)构成一个均衡组单元，每个所述均衡组单元中设置有一个穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)，每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的正极端设置有一个正极双向切换开关(S1-1，S1-2，S1-3)，每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的负极端设置有一个负极双向切换开关(S1-2，S1-3，S1-4)；
且包括以下步骤：
步骤一、每个所述穿梭均衡电容(C0-1，C0-2，C0-3)的所述正极双向切换开关(S0-1，S0-2，S0-3)均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的正极，每个所述穿梭均衡电容(C0-1，C0-2，C0-3)的所述负极双向切换开关(S0-2，S0-3，S0-4)均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的正极；以及每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的所述正极双向切换开关(S1-1，S1-2，S1-3)均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的正极，每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的所述负极双向切换开关(S1-2，S1-3，S1-4)均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的正极；
步骤二、每个所述穿梭均衡电容(C0-1，C0-2，C0-3)的所述正极双向切换开关(S0-1，S0-2，S0-3)均接通位于所述均衡基本单元中电流上游方向的所述锂电池单体的负极，每个所述穿梭均衡电容(C0-1，C0-2，C0-3)的所述负极双向切换开关(S0-2，S0-3，S0-4)均接通位于所述均衡基本单元中电流下游方向的所述锂电池单体的负极；以及每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的所述正极双向切换开关(S1-1，S1-2，S1-3)均接通位于所述均衡组单元中电流上游方向的所述动力电池分组的负极，每个所述穿梭均衡组电容(C1-1，C1-2，C1-3)的所述负极双向切换开关(S1-2，S1-3，S1-4)均接通位于所述均衡组单元中电流下游方向的所述动力电池分组的负极；
所述步骤一和所述步骤二交替重复进行，直至使每个锂电池单体的容量趋于一致，进而使各个动力电池分组的容量趋于一致；
其中，在充电前对所述锂电池单体的容量进行检测并计算若干个所述锂电池单体的平均容量，将低于平均容量的所述锂电池单体和高于平均容量的所述锂电池单体交替穿插串联在所述充电主电路的正负极之间。
2.根据权利要求1所述的一种模块化梯次利用储能电池控制方法，其特征在于：所述梯次利用触点开关包括一个梯次利用调节触片和若干个梯次利用调节触点，所述梯次利用负载电路的正极连接所述充电主电路的正极，所述梯次利用负载电路的负极连接所述梯次利用调节触片，若干个所述梯次利用调节触点分别连接不同所述锂电池单体的负极。
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