CN113783251A - 一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，包括第一级双向升降压电路和隔离双向全桥电路；所述第一级双向升降压电路的输入端连接电池簇，输出端连接隔离双向全桥电路的输入端；所述隔离双向全桥电路的输出端连接电池簇母线；所述第一级双向升降压电路用以开通占空比，稳定第一级双向升降压电路输出电压；所述隔离双向全桥电路用以进行全波整流，输出直流电，通过调节隔离双向全桥电路输出电压，达到均衡各电池簇电压的目的。本发明可有效补偿多电池簇在长期并联使用后电池簇间的电压、内阻发生的偏差；通过调节本电路的输出电压，可均衡各电池簇电压，保证电池的正常运行。

Description

一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路。
背景技术
储能技术主要是指电能的储存。储存的能量可以用做应急能源，也可以用于在电网负荷低的时候储能，在电网高负荷的时候输出能量，用于削峰填谷，减轻电网波动。能量有多种形式，包括辐射，化学的，重力势能，电势能，电力，高温，潜热和动力。 能量储存涉及将难以储存的形式的能量转换成更便利或经济可存储的形式。
电池储能：大功率场合一般采用铅酸蓄电池，主要用于应急电源、电瓶车、电厂富余能量的储存。小功率场合也可以采用可反复充电的干电池：如镍氢电池，锂离子电池等。
电感器储能：电感器本身就是一个储能原件，其储存的电能与自身的电感和流过它本身的电流的平方成正比：E = L*I*I/2。由于电感在常温下具有电阻，电阻要消耗能量，所以很多储能技术采用超导体。电感储能还不成熟，但也有应用的例子见报。
电容器储能：电容器也是一种储能原件，其储存的电能与自身的电容和端电压的平方成正比: E = C*U*U/2。电容储能容易保持，不需要超导体。电容储能还有很重要的一点就是能够提供瞬间大功率，非常适合于激光器，闪光灯等应用场合。
其中，电化学储能因响应快等诸多优点，目前已广泛应用发电侧、电网侧和用户侧等各种场合。而且因成本等因素，电化学储能朝着高容量，高功率密度，高功率集成度的方向发展。支撑该方向的发展采用的技术路线是增加电池簇的并联支路，扩增单机系统的容量。
电化学储能技术主要包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池、钠系高温电池和金属-空气电池等体系。电池的工作原理大致相同:从能量转化角度看，电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，电池是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经外接导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。
但经过长期的运行表明，运行过程中电池簇间的电压会发生一定的偏差，内阻也发生不同程度的变化。该变化会使得电池簇的直接并联能力减弱，导致零功率运行时的环流，充电时内阻大的电池簇无法充满，放电时内阻大的电池簇无法提供足够的功率。长此以往，就会出现整个系统因一包电池异常后发生的短板效应而无法持续运行的情况。在单包电池维护后，使用新电池包进行更替，又存在新旧电池混合使用的情况，进而导致差异进一步增大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，将本电路的输出端串联在每个电池簇中，利用本电路的调节能力，微调电池簇的输出电压，用以均衡各电池簇间的电压。本电路包括第一级双向升降压电路和隔离双向全桥电路；所述第一级双向升降压电路的输入端连接电池簇，输出端连接隔离双向全桥电路的输入端；所述隔离双向全桥电路的输出端连接电池簇母线；所述第一级双向升降压电路用以开通占空比，稳定第一级双向升降压电路输出电压；所述隔离双向全桥电路用以进行全波整流，输出直流电，通过调节隔离双向全桥电路输出电压，达到均衡各电池簇电压的目的。
具体的，所述第一级双向升降压电路包括滤波电容：C1、C2、C3和C4；占空比调节开关管：BT1、BT2、BT3和BT4；储能电感：L1和L2；电池簇正输入端分别与电容C1和开关管BT1漏极相连接；所述开关管BT1的源极分别与开关管BT3漏极和电感L1相连接；所述电感L1的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和电容C3相连接；所述电容C3的另一端分别与电容C1、电容C2、电容C4、开关管BT3源极和开关管BT4漏极相连接，其中，所述开关管BT3的源极和开关管BT4漏极相连接，电容C1和电容C2相连接；所述电容C2的另一端分别与电池簇负输入端和开关管BT2源极相连接；所述开关管BT2的漏极分别与开关管BT4源极和电感L2相连接；所述电感L2的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和电容C4相连接。
具体的，所述隔离双向全桥电路包括变压器T1，变压器T1左侧同名端分别与开关管BT7源极和开关管BT8漏极相连接，开关管BT7漏极分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和开关管BT5漏极相连接，开关管BT8源极分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和开关管BT6源极相连接；变压器T1左侧非同名端分别与开关管BT5源极和开关管BT6漏极相连接；变压器T1右侧同名端分别与开关管BT9源极和开关管BT10漏极相连接，开关管BT9漏极分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端相连接，开关管BT10源极分别与隔离双向全桥电路正输出端和开关管BT12源极相连接；变压器T1右侧非同名端分别与开关管BT11源极和开关管BT12漏极相连接。
具体的，所述隔离双向全桥电路还包括滤波电容C5，所述电容C5一端分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端相连接；另一端分别与开关管BT12源极和隔离双向全桥电路正输出端相连接。
具体的，所述开关管BT1~BT12均为IGBT管或MOS管。
具体的，所述变压器T1为隔离高频变压器。
本发明的有益效果在于：可有效补偿多电池簇在长期并联使用后电池簇间的电压、内阻发生的偏差；通过调节本电路的输出电压，可均衡各电池簇电压，保证电池的正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明串联至电池簇中的实施例结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左侧”、“右侧”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接， 或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
参阅图1，一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，将本电路的输出端串联在每个电池簇中，利用本电路的调节能力，微调电池簇的输出电压，用以均衡各电池簇间的电压。本电路包括第一级双向升降压电路和隔离双向全桥电路；所述第一级双向升降压电路的输入端连接电池簇，输出端连接隔离双向全桥电路的输入端；所述隔离双向全桥电路的输出端连接电池簇母线；所述第一级双向升降压电路用以开通占空比，稳定第一级双向升降压电路输出电压；所述隔离双向全桥电路用以进行全波整流，输出直流电，通过调节隔离双向全桥电路输出电压，达到均衡各电池簇电压的目的。
进一步的，在本实施例当中，所述第一级双向升降压电路包括滤波电容：C1、C2、C3和C4；占空比调节开关管：BT1、BT2、BT3和BT4；储能电感：L1和L2；电池簇正输入端（DC+）分别与电容C1和开关管BT1漏极相连接；所述开关管BT1的源极分别与开关管BT3漏极和电感L1相连接；所述电感L1的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和电容C3相连接；所述电容C3的另一端分别与电容C1、电容C2、电容C4、开关管BT3源极和开关管BT4漏极相连接，其中，所述开关管BT3的源极和开关管BT4漏极相连接，电容C1和电容C2相连接；所述电容C2的另一端分别与电池簇负输入端（DC-）和开关管BT2源极相连接；所述开关管BT2的漏极分别与开关管BT4源极和电感L2相连接；所述电感L2的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和电容C4相连接。
进一步的，在本实施例当中，电池簇的电压为DC1500V，将该电压接入到电池簇正输入端（DC+）和电池簇负输入端（DC-），通过开关管BT1、开关管BT2、开关管BT3和开关管BT4开通占空比，把电容C3和C4的电压（即第一级双向升降压电路输出端V1a和V1b电压）稳定在500V-800V。
进一步的，在本实施例当中，所述隔离双向全桥电路包括变压器T1，变压器T1左侧同名端分别与开关管BT7源极和开关管BT8漏极相连接，开关管BT7漏极分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和开关管BT5漏极相连接，开关管BT8源极分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和开关管BT6源极相连接；变压器T1左侧非同名端分别与开关管BT5源极和开关管BT6漏极相连接；变压器T1右侧同名端分别与开关管BT9源极和开关管BT10漏极相连接，开关管BT9漏极分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端（OUT-）相连接，开关管BT10源极分别与隔离双向全桥电路正输出端（OUT+）和开关管BT12源极相连接；变压器T1右侧非同名端分别与开关管BT11源极和开关管BT12漏极相连接。
进一步的，在本实施例当中，开关管BT5和开关管BT8为高压侧左桥开关管对；开关管BT6和开关管BT7为高压侧右桥开关管对；开关管BT9和开关管BT12为输出侧左桥开关管对；开关管BT10和开关管BT11为输出侧右桥开关管对。
进一步的，在本实施例当中，通过开关管BT5、开关管BT6、开关管BT7和开关管BT8的交替开通，将48%占空比的方波注入变压器T1，变压器T1右端的开关管BT9、开关管BT10、开关管BT11和开关管BT12对该方波进行全波整流。
进一步的，在本实施例当中，所述隔离双向全桥电路还包括滤波电容C5，所述电容C5一端分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端（OUT-）相连接；另一端分别与开关管BT12源极和隔离双向全桥电路正输出端（OUT+）相连接。
进一步的，在本实施例当中，最后通过滤波电容C5得到10V-40V直流电。通过调节第一级双向升降压电路输出端V1a和V1b的电压，从而调整隔离双向全桥电路输出端（OUT+~OUT-）电压。
进一步的，在本实施例当中，参阅图2，将本发明所提出的调节电路串联至电池簇中，通过调整调节电路输出端（OUT+~OUT-）的电压，达到均衡各电池簇电压的目的（在本实施例当中，可均衡电池簇A和电池簇B的电压）。可以理解，此处所列举的实施例仅用以说明本发明的实施方式，在实际运用中，调节电路的数量可根据实际情况做相应的增减。
进一步的，在本实施例当中，所述开关管BT1~BT12均为MOS管，MOS管即MOSFET，中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管，由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离，所以又叫绝缘栅场效应管。MOSFET优点是高频特性好，可以工作频率可以达到几百kHz、上MHz，但是其缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大。
MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。因此，MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。MOS管具有以下特点：开关速度快、高频率性能好、输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性优良、无二次击穿问题、全工作区宽、工作线性度高等。其最重要的有点就是能够减少体积大小与重量，提供给设计者一种高速度、高功率、高电压与高增益的元件。
进一步的，在本实施例当中，所述变压器T1为隔离高频变压器。
本实施例可有效补偿多电池簇在长期并联使用后电池簇间的电压、内阻发生的偏差；通过调节本电路的输出电压，可均衡各电池簇电压，保证电池的正常运行。
实施例2：
在本实施例当中，所述开关管BT1~BT12均为IGBT管（Insulated Gate BipolarTransistor），绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。IGBT作为新型电子半导体器件，具有输入阻抗高，电压控制功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各种电子电路中获得极广泛的应用。IGBT在较大功率场合下表现卓越，其导通电阻小，耐压高。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。
上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，包括第一级双向升降压电路和隔离双向全桥电路；所述第一级双向升降压电路的输入端连接电池簇，输出端连接隔离双向全桥电路的输入端；所述隔离双向全桥电路的输出端连接电池簇母线；所述第一级双向升降压电路用以开通占空比，稳定第一级双向升降压电路输出电压；所述隔离双向全桥电路用以进行全波整流，输出直流电，通过调节隔离双向全桥电路输出电压，达到均衡各电池簇电压的目的。
2.如权利要求1所述的一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，所述第一级双向升降压电路包括滤波电容：C1、C2、C3和C4；占空比调节开关管：BT1、BT2、BT3和BT4；储能电感：L1和L2；电池簇正输入端分别与电容C1和开关管BT1漏极相连接；所述开关管BT1的源极分别与开关管BT3漏极和电感L1相连接；所述电感L1的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和电容C3相连接；所述电容C3的另一端分别与电容C1、电容C2、电容C4、开关管BT3源极和开关管BT4漏极相连接，其中，所述开关管BT3的源极和开关管BT4漏极相连接，电容C1和电容C2相连接；所述电容C2的另一端分别与电池簇负输入端和开关管BT2源极相连接；所述开关管BT2的漏极分别与开关管BT4源极和电感L2相连接；所述电感L2的另一端分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和电容C4相连接。
3.如权利要求1所述的一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，所述隔离双向全桥电路包括变压器T1，变压器T1左侧同名端分别与开关管BT7源极和开关管BT8漏极相连接，开关管BT7漏极分别与第一级双向升降压电路输出端V1a和开关管BT5漏极相连接，开关管BT8源极分别与第一级双向升降压电路输出端V1b和开关管BT6源极相连接；变压器T1左侧非同名端分别与开关管BT5源极和开关管BT6漏极相连接；变压器T1右侧同名端分别与开关管BT9源极和开关管BT10漏极相连接，开关管BT9漏极分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端相连接，开关管BT10源极分别与隔离双向全桥电路正输出端和开关管BT12源极相连接；变压器T1右侧非同名端分别与开关管BT11源极和开关管BT12漏极相连接。
4.如权利要求1或3所述的一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，所述隔离双向全桥电路还包括滤波电容C5，所述电容C5一端分别与开关管BT11漏极和隔离双向全桥电路负输出端相连接；另一端分别与开关管BT12源极和隔离双向全桥电路正输出端相连接。
5.如权利要求1或3所述的一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，所述开关管BT1~BT12均为IGBT管或MOS管。
6.如权利要求3所述的一种用于电池簇间均衡的虚拟内阻调节电路，其特征在于，所述变压器T1为隔离高频变压器。
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