CN114614543A - 一种电池簇箱间主动均衡组件和方法 - Google Patents

一种电池簇箱间主动均衡组件和方法 Download PDF

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徐小明
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Abstract

本发明属于大容量电池技术领域，具体涉及一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；所述48V电池包内含有电池管理模块、DC‑DC升压模块和DC‑DC降压模块。本发明高压箱内置低容量48V电池包，运用双向DC模块实现对簇内差异箱进行最优策略的主动均衡，极大缩短均衡时间，并可进行多余电量的回收利用，提高整簇的利用效率；通过增加一条供电回路给高压箱低压控制模块，实现高压箱自带UPS电源，增强了整个储能系统的可靠性。

Description

一种电池簇箱间主动均衡组件和方法
技术领域
本发明属于大容量电池技术领域，具体涉及一种电池簇箱间主动均衡组件。
背景技术
大容量电池储能行业发展迅猛，在大型电池储能系统设计中，不可避免将会使用到高压电池系统，目前行业常规措施是通过多个标准电池箱串联成簇，形成一个整体高压电池系统。由于标准电池箱是独立生产产品，每个电池箱都会具有各自的特性，在长期使用过程中，箱体差异性不断积累，从而造成电池簇的性能异常衰减。虽然目前电池单箱系统已普及单个电芯间的均衡技术，但其只能保证单箱作为一个独立系统下的一致性，而无法解决成组后整簇的一致性。
现行业内还未成熟应用箱间均衡技术，部分公司有提出过使用整簇电量通过DC-DC模块对单箱进行补电均衡，其由于只具有单向补电功能，均衡策略单一，效率低下，导致其无法在实际使用中得到有效作用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种电池簇箱间主动均衡组件，主要解决在大型储能系统中，多箱串联成簇时，各个箱体间电量不均衡导致整簇电量异常衰减的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
进一步地，所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态；
进一步地，所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
进一步地，所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
进一步地，在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于提供一种上述电池簇箱间主动均衡组件的电池簇箱间主动均衡方法，控制策略如下：
-正常工作状态下，电池簇处于充放电状态，双向隔离DC-DC模块处于休眠状态，不工作；
高压主控模块由外部24V电源供电，高压箱高压通道打开，电池簇与后端设备接通；
48V电池包内的升压DC-DC模块关闭，DC-DC降压模块开启，DC-DC降压模块输出23.5V，保证高压主控模块由外部电源供电；
-供电异常状态下，外部供电电源异常断开，触发UPS功能，由于外部供电电源异常断开，24V电压跌落；
由于48V电池包输出的23.5V电压存在，高压控制模块转由48V电池包的电源供电，保证高压控制模块不断电；
-静置状态下，电池簇发生过充过放保护、没有对外充放电，高压控制模块通过收集每个标准电池箱电压进行对比，当最高电压电池箱与最低电压电池箱压差大于箱间均衡触发电压，则开启箱间均衡功能，箱间均衡开启后，则根据以下策略，开启均衡功能：
-若有超过50％的标准电池箱电压高于平均值：
先进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
当所有电池箱电压均高于初始平均值后，再进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态；
-若有超过50％的标准电池箱电压低于平均值：
先进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
当所有电池箱电压均低于初始平均值后，再进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态；
其中平均值为去掉一个最高值，去掉一个最低，剩余标准箱电压的平均值。
本发明的关键点和保护点：高压箱内置48V低容量电池包；高压箱内置UPS功能；簇内箱间的主动均衡功能及控制原理；高压箱有关均衡及UPS控制策略。
本发明从标准箱体层面解决了标准箱体的差异性；通过主动均衡技术提高了系统能量利用率；双向大功率均衡技术，快速实现均衡过程；集成于高压箱内，提高系统集成度，并附带实现高压箱UPS功能。
与现有技术相比，本发明通过高压箱内置低容量48V电池包，通过运用双向DC模块来实现对簇内差异箱进行最优策略的主动均衡，极大缩短均衡时间，并且可以进行多余电量的回收利用，提高整簇的利用效率。同时，高压箱内置电池包，通过增加一条供电回路给高压箱低压控制模块，即可实现高压箱自带UPS电源，极大提高电池簇应对负责电网环境的能力，增强了整个储能系统的可靠性。
附图说明
图1本发明电池簇箱间主动均衡组件；
图2本发明电池簇箱间主动均衡方法的原理框图。
具体实施方式
在本发明的描述中，有必要理解的是，指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，目标仅为便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指部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。
下面对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态；
所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
基于上述组件的电池簇箱间主动均衡方法，控制策略如下：
电池簇处于充放电状态，双向隔离DC-DC模块处于休眠状态，不工作；
高压主控模块由外部24V电源供电，高压箱高压通道打开，电池簇与后端设备接通；
48V电池包内的升压DC-DC模块关闭，DC-DC降压模块开启，DC-DC降压模块输出23.5V，保证高压主控模块由外部电源供电。
实施例2
一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态；
所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
基于上述组件的电池簇箱间主动均衡方法，控制策略如下：
外部供电电源异常断开，触发UPS功能，由于外部供电电源异常断开，24V电压跌落；
由于48V电池包输出的23.5V电压存在，高压控制模块转由48V电池包的电源供电，保证高压控制模块不断电。
实施例3
一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态；
所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
基于上述组件的电池簇箱间主动均衡方法，控制策略如下：
-正电池簇发生过充过放保护、没有对外充放电，高压控制模块通过收集每个标准电池箱电压进行对比，当最高电压电池箱与最低电压电池箱压差大于箱间均衡触发电压，则开启箱间均衡功能，箱间均衡开启后，则根据以下策略，开启均衡功能：
超过50％的标准电池箱电压高于平均值：
先进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
当所有电池箱电压均高于初始平均值后，再进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态。
实施例4
一种电池簇箱间主动均衡组件，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态；
所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
基于上述组件的电池簇箱间主动均衡方法，控制策略如下：
电池簇发生过充过放保护、没有对外充放电，高压控制模块通过收集每个标准电池箱电压进行对比，当最高电压电池箱与最低电压电池箱压差大于箱间均衡触发电压，则开启箱间均衡功能，箱间均衡开启后，则根据以下策略，开启均衡功能：
有超过50％的标准电池箱电压低于平均值：
先进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
当所有电池箱电压均低于初始平均值后，再进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态；
其中平均值为去掉一个最高值，去掉一个最低，剩余标准箱电压的平均值。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电池簇箱间主动均衡组件，其特征在于，包括若干个标准电池箱和高压箱，每一个标准电池箱内安装一对继电器控制模块，用于切换均衡电路；
所述高压箱内包括高压主控模块、以及与所述高压主控模块配合连接的48V电池包和均衡模块；
所述48V电池包内含有电池管理模块、DC-DC升压模块和DC-DC降压模块；所述电池管理模块，用于管理48V电池包充放电；所述DC-DC升压模块，用于配合外部供电电源充电使用；所述DC-DC降压模块，用于异常断电后对高压控制模块供电。
2.如权利要求1所述的一种电池簇箱间主动均衡组件，其特征在于，所述均衡模块中包含双向隔离DC-DC模块、电压检测模块、电流检测模块和MCU模块；所述双向隔离DC-DC模块，用于转换48V电池包与所述标准电池箱之间的电压；所述电压检测模块，用于监测双向隔离DC-DC模块的输入及输出电压，并反馈给MCU模块；所述电流检测模块，用于监测DC-DC回路中的实时电流，并反馈给MCU模块；所述MCU模块，与高压箱主控模块保持通讯，接收均衡开关指令、反馈均衡状态、检测均衡工作状态。
3.如权利要求1所述的一种电池簇箱间主动均衡组件，其特征在于，所述高压主控模块通过内部CAN通讯，接收处理各个标准电池箱的电池信息，根据控制策略，控制高压箱的输出、状态指示、箱间均衡、对外通讯。
4.如权利要求1所述的一种电池簇箱间主动均衡组件，其特征在于，所述标准电池箱内的继电器控制模块，接收箱内从机发出的吸合及断开指令，并做出响应动作。
5.如权利要求1所述的一种电池簇箱间主动均衡组件，其特征在于，在电池簇中占用一个标准电池箱的位置用于放置高压箱，高压箱的外壳尺寸与标准电池箱统一。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的一种电池簇箱间主动均衡组件的电池簇箱间主动均衡方法，其特征在于，控制策略如下：
-正常工作状态下，电池簇处于充放电状态，双向隔离DC-DC模块处于休眠状态，不工作；
高压主控模块由外部24V电源供电，高压箱高压通道打开，电池簇与后端设备接通；
48V电池包内的升压DC-DC模块关闭，DC-DC降压模块开启，DC-DC降压模块输出23.5V，保证高压主控模块由外部电源供电；
-供电异常状态下，外部供电电源异常断开，触发UPS功能，由于外部供电电源异常断开，24V电压跌落；
由于48V电池包输出的23.5V电压存在，高压控制模块转由48V电池包的电源供电，保证高压控制模块不断电；
-静置状态下，电池簇发生过充过放保护、没有对外充放电，高压控制模块通过收集每个标准电池箱电压进行对比，当最高电压电池箱与最低电压电池箱压差大于箱间均衡触发电压，则开启箱间均衡功能，箱间均衡开启后，则根据以下策略，开启均衡功能：
-若有超过50％的标准电池箱电压高于平均值：
先进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
当所有电池箱电压均高于初始平均值后，再进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态；
-若有超过50％的标准电池箱电压低于平均值：
先进行去电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为最高电压标准电池箱，输出为48V电池包，输出电压为54.75V，截至条件为输入电压小于初始平均值；
当所有电池箱电压均低于初始平均值后，再进行补电均衡，双向隔离DC-DC模块输入为48V电池包，输出为最低电压标准电池箱，输出电压为平均值，截至条件为电流小于0.01C；
直至均衡完成或电池簇放电状态改变，退出均衡状态；
其中平均值为去掉一个最高值，去掉一个最低，剩余标准箱电压的平均值。
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