CN110729795B - 一种储能电站及其电池均衡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能电站及其电池均衡控制方法，属于电池均衡控制技术领域。本发明在串联电池充电过程中，通过检测电池电压，通过控制开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池向电压较低的电池放电，从而实现电池均衡。本发明的均衡控制方法将需要均衡的电池从充电回路中去掉，不影响正常的充电过程，同时无需借助其他能量转移设备，仅通过开关矩阵就可实现均衡，降低了成本，且控制简单、易实现。

Description

一种储能电站及其电池均衡控制方法
技术领域
本发明涉及一种储能电站及其电池均衡控制方法，属于电池均衡控制技术领域。
背景技术
为了适应储能电站的充电功率要求，由于单节蓄电池的充电电流有限，需要将多节蓄电池进行串联来提高总的充电电压。由于每个单节蓄电池的内阻和电量不同，进行充电时每个单节蓄电池的电压会有不同，有的蓄电池就可能会有过充现象，单节蓄电池的过充会使其受到损伤，严重时会造成燃爆等重大事故。为此，在充电过程中需要对电池进行均衡，目前的电池电压均衡多采用电容、电感等设备先对电压较高的电池进行能量转移，再将转移后的能量给电压较低的电池。例如授权公告号为CN105871022B的中国专利文件，该文件公开了一种电池组主动均衡电路及方法，其均衡电路包括均衡控制单元和电容器，通过电容器的能量转移实现了电池均衡。虽然该方案能够实现电池均衡，但是需要借助外部器件进行能量转移，导致成本高，且控制复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能电站及其电池均衡控制方法，以解决目前储能电站电池均衡采用电容、电感等进行能量转移导致的成本高、控制复杂的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种储能电站电池均衡控制方法，该均衡控制方法通过设置开关矩阵，使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，检测储能电站各电池的电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池和电压较低的电池之间形成相应的均衡回路。
本发明在串联电池充电过程中，通过检测电池电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池向电压较低的电池放电，从而实现电池均衡。本发明的均衡控制方法将需要均衡的电池从充电回路中去掉，不影响正常的充电过程，同时无需借助其他能量转移设备，仅通过开关矩阵就可实现均衡，降低了成本，且控制简单、易实现。
进一步地，本发明还给出了开关矩阵的具体结构，该结构简单，所述的开关矩阵包括设置在任意两个电池正极之间的开关、任意两个电池负极之间的开关、以及设置在充电机正极与任意一个电池之间的开关和设置在充电机负极与任意一个电池之间的开关。
进一步地，为实现快速均衡，该均衡控制方法根据检测到的各电池电压，将电压最高的电池和电压最低的电池从充电回路中去掉，并控制电压最高的电池和电压最低的电池并联，使电压最高的电池向电压最低的电池放电。
本发明还提供一种储能电站，包括至少两个串联的电池，各电池之间通过相应的开关串联，该储能电站还包括开关矩阵、检测模块和控制模块，所述开关矩阵用于使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，所述检测模块用于检测储能电站各电池的电压，所述控制模块用于根据检测模块检测的电压值开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的电池从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池向电压较低的电池放电。
本发明的储能电站在串联电池充电过程中，通过检测电池电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池向电压较低的电池放电，从而实现电池均衡。本发明的均衡控制方法将需要均衡的电池从充电回路中去掉，不影响正常的充电过程，同时无需借助其他能量转移设备，仅通过开关矩阵就可实现均衡，降低了成本，且控制简单、易实现。
进一步地，本发明还给出了开关矩阵的具体结构，该结构简单，所述的开关矩阵包括设置在任意两个电池正极之间的开关、任意两个电池负极之间的开关、以及设置在充电机正极与任意一个电池之间的开关和设置在充电机负极与任意一个电池之间的开关。
进一步地，为实现快速均衡，所述的控制模块根据检测到的各电池电压，将电压最高的电池和电压最低的电池从充电回路中去掉，并控制电压最高的电池和电压最低的电池并联，使电压最高的电池向电压最低的电池放电。
附图说明
图1是本发明储能电站实施例中的电路示意图；
图2是本发明储能电站实施例中第一电池、第二电池并联示意图；
图3是本发明储能电站实施例中第一电池、第三电池并联示意图；
图4是本发明储能电站实施例中第一电池、第四电池并联示意图；
图5是本发明储能电站实施例中第二电池、第三电池并联示意图；
图6是本发明储能电站实施例中第二电池、第四电池并联示意图；
图7是本发明储能电站实施例中第三电池、第四电池并联示意图；
图8是本发明储能电站实施例中第一电池、第二电池、第三电池并联示意图；
图9是本发明储能电站实施例中第一电池、第二电池、第四电池并联示意图；
图10是本发明储能电站实施例中第一电池、第三电池、第四电池并联示意图；
图11是本发明储能电站实施例中第二电池、第三电池、第四电池并联示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
储能电站的实施例
本发明通过在现有储能电站中设置开关矩阵，使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，检测储能电站各电池的电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池和电压较低的电池之间形成相应的均衡回路。下面以四个串联的电池构成的储能电站为例进行说明。
如图1所示，本实施例中的储能电路包括四个串联的电池，分别叫第一电池(简称B1)、第二电池(简称B2)、第三电池(简称B3)和第四电池(简称B4)，B1、B2、B3和B4之间依次通过开关K(B1-_B2+)、开关K(B2-_B3+)和开关K(B3-_B4+)连接，其中B1-表示电池B1的负极，B2+表示电池B2的正极，K(B1-_B2+)表示连接电池B1负极和电池B2正极之间的开关。
为实现充电过程中的均衡，本发明的储能电路中还设置有开关矩阵，如图1所示，该开关矩阵包括设置在任意两个电池正极之间的开关、任意两个电池负极之间的开关、以及设置在充电机正极与任意一个电池之间的开关和设置在充电机负极与任意一个电池之间的开关，例如，电池B1的正极和电池B2的正极之间的通过开关K(B1+_B2+)连接，电池B1的负极和电池B2的负极之间的通过开关K(B1-_B2-)连接，电池B2的正极和充电机的正极之间通过开关K(BUS+_B2+)连接，电池B2的负极和充电机的负极之间通过开关K(BUS-_B2-)连接。对于包含四个电池的储能电站而言，其开关矩阵需要的开关数量为20(开关K(B1-_B2+)、开关K(B2-_B3+)和开关K(B3-_B4+)除外)，若储能电站的电池个数增加，相应的开关矩阵中的开关个数也会随着增加。
为了实现均衡控制，本实施例中的储能电站还包括检测模块和控制模块，检测模块用于采集储能电站中各电池的电压，可在直接利用电池管理系统中的采集功能实现电池电压的获取，控制模块用于根据各电池电压的大小，通过控制开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池和电压较低的电池之间形成相应的均衡回路。其中可根据需要选择电压最高的一个电池和电压最低的一个电池进行均衡，也可以选取电压相对高的若干个电池和电压相对较低的若干电池进行均衡控制。下面分别给出两个电池均衡控制和三个电池的均衡控制过程。
当检测到电池B1的电压最高，电池B2的电压最低，则将电池B1和电池B2从充电回路中去掉，即控制开关B1的正极和充电机正极之间的开关K(BUS+_B1+)、开关B1的负极和充电机负极之间的开关K(BUS-_B1-)、开关B2的正极和充电机正极之间的开关K(BUS+_B2+)以及开关B2的负极和充电机负极之间的开关K(BUS-_B2-)断开，并控制电池B1的正极和电池B2正极之间的开关K(B1+_B2+)闭合，电池B1的负极和电池B2负极之间的开关K(B1-_B2-)闭合，使电池B1和电池B2并联，电池B1就会向电池B2放电，实现电池电压的均衡，如图2所示，同时，电池B3和电池B4还在充电回路中进行正常充电。
以此类推，当检测到电池B1和电池B3需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图3所示；当检测到电池B1和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图4所示；当检测到电池B2和电池B3需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图5所示；当检测到电池B2和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图6所示；当检测到电池B3和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图7所示。具体的控制过程与图2类似，这里不再详细说明。
当检测到电池B1的电压较高，而电池B2和电池B3的电压较低时，则需要控制这三个电池进行均衡，如图8所示，先将电池B1、B2和B3从充电回路中去掉，即控制开关B1的正极和充电机正极之间的开关K(BUS+_B1+)、开关B1的负极和充电机负极之间的开关K(BUS-_B1-)、开关B2的正极和充电机正极之间的开关K(BUS+_B2+)、开关B2的负极和充电机负极之间的开关K(BUS-_B2-)、开关B3的正极和充电机正极之间的开关K(BUS+_B3+)以及开关B3的负极和充电机负极之间的开关K(BUS-_B3-)断开，并控制电池B1的正极和电池B2正极之间的开关K(B1+_B2+)、电池B1的正极和电池B3正极之间的开关K(B1+_B3+)、电池B2的正极和电池B3正极之间的开关K(B2+_B3+)、电池B1的负极和电池B2负极之间的开关K(B1-_B2-)、电池B1的负极和电池B3负极之间的开关K(B1-_B3-)、电池B2的负极和电池B3负极之间的开关K(B2-_B3-)闭合，使电池B1、电池B2和电池B3并联，电池B1就会向电池B2和B3放电，实现三个电池之间的电压均衡。同时，电池B4还在充电回路中进行正常充电。
以此类推，当检测到电池B1、电池B2和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图9所示；当检测到电池B1、电池B3和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图10所示；当检测到电池B2、电池B3和电池B4需要进行均衡时，其对应的开关闭合情况如图11所示。具体的控制过程与图8类似，这里不再详细说明。
电池均衡控制方法的实施例
本发明的均衡控制方法通过设置开关矩阵，使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，检测储能电站各电池的电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池和电压较低的电池之间形成相应的均衡回路。该控制方法的具体实现过程已在储能电站实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。
可见，本发明的均衡控制方法能够将需要均衡的电池从充电回路中去掉，不影响正常的充电过程，同时无需借助其他能量转移设备，仅通过开关矩阵就可实现均衡，降低了成本，且控制简单、易实现。

Claims (6)

1.一种储能电站电池均衡控制方法，其特征在于，该均衡控制方法通过设置开关矩阵，使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，检测储能电站各电池的电压，通过开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池和电压较低的电池之间形成相应的均衡回路。
2.根据权利要求1所述的储能电站电池均衡控制方法，其特征在于，所述的开关矩阵包括设置在任意两个电池正极之间的开关、任意两个电池负极之间的开关、以及设置在充电机正极与任意一个电池之间的开关和设置在充电机负极与任意一个电池之间的开关。
3.根据权利要求1或2所述的储能电站电池均衡控制方法，其特征在于，该均衡控制方法根据检测到的各电池电压，将电压最高的电池和电压最低的电池从充电回路中去掉，并控制电压最高的电池和电压最低的电池并联，使电压最高的电池向电压最低的电池放电。
4.一种储能电站，包括至少两个串联的电池，各电池之间通过相应的开关串联，其特征在于，该储能电站还包括开关矩阵、检测模块和控制模块，所述开关矩阵用于使储能电站任意两个或两个以上的电池并联，所述检测模块用于检测储能电站各电池的电压，所述控制模块用于根据检测模块检测的电压值开关矩阵将电压较高的电池和电压较低的电池从充电回路中去掉，并控制去掉的电池并联，使电压较高的电池向电压较低的电池放电。
5.根据权利要求4所述的储能电站，其特征在于，所述的开关矩阵包括设置在任意两个电池正极之间的开关、任意两个电池负极之间的开关、以及设置在充电机正极与任意一个电池之间的开关和设置在充电机负极与任意一个电池之间的开关。
6.根据权利要求4或5所述的储能电站，其特征在于，所述的控制模块根据检测到的各电池电压，将电压最高的电池和电压最低的电池从充电回路中去掉，并控制电压最高的电池和电压最低的电池并联，使电压最高的电池向电压最低的电池放电。
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