CN115001120B - 一种高效储能系统用多电池组并联电路、控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效储能系统用多电池组并联电路、控制方法及系统，其电路包括：调节电路、多个相互并联的电池组电路、共阴极线路、共阳极线路和负极线路；所述电池组电路包括电池组和方向控制电路；所述电池组负极与负极线路连接，其正极与所述方向控制电路输入端连接；所述方向控制电路第一输出端与共阳极线路连接，其第二输出端与共阴极线路连接；所述调节电路分别与共阴极线路、共阳极线路和负极线路连接，用于控制调节多个电池组之间的电压均衡。本发明在电池组并联过程中，极大地提高系统效率，有效减少了电池组并联过程中环流造成的能量损失。

Description

一种高效储能系统用多电池组并联电路、控制方法及系统
技术领域
本发明涉及储能系统领域，尤其涉及一种高效储能系统用多电池组并联电路、控制方法及系统。
背景技术
在现有储能系统中，一般每个电池簇中包含两个继电器和一个限流电阻，在储能系统大并大串的过程中，能量从高压电池转到低压电池中，全靠限流电阻消耗，在电池组电压失配比较严重的情况下，电池并联过程中会产生较大的环流，给系统带来很大的能量损失。为解决上述问题，不少厂家都考虑使用新形式的并联方法和电路，例如：
中国专利CN110994742A公开了一种多电池组并联充电运行的系统和方法，采用电型受控充电电池组、利用复合开闭保护内置开关变换充电的方法，使电池组成为具备特定受控电型充电部件，其输入伏安特性受控、等效输入阻抗受控；是可程控、限输入功率、限输入电流、单向充电、智能可编程模块化设备。
中国专利CN110690752A公开了一种多电池组并联控制的BMS管理方法，包括以下步骤：A，系统上电运行；B，执行系统自检；C，若两个电池组自检均通过，选择总电压较大的电池组的动力回路导通，另一电池组动力回路维持断开状态；D，如果接收到的时充电指令，则执行单电池组相互切换工作的操作，选择总电压较高的电池组工作；E，当总电压差值缩小到设定的最小允许阈值时，执行单电池组切换双电池组并联工作的操作；F，执行多电池组切换单电池组工作的操作。
中国专利CN103762635A公开了一种用于多电池或多电池组并联充电或放电的电流均衡的方法与系统，系统包括多电池或多电池组形成的多个并联支路，每个并联支路包括电池或电池组、低阻开关通路、和降压部件通路，低阻开关通路和降压部件通路并联连接。当低阻开关闭合时，放电或充电电流仅流经低阻开关通路，通过脉宽调节控制低阻开关通断，实时调节电池或电池组放电或充电电流大小 ；当低阻开关断开时，电流仅流经降压部件通路，降压部件调整该电池或电池组相对于其他电池或电池组的电压大小。通过时间积分，采用多种算法实现多个电池或电池组总的充电或放电电荷数的均衡，进而实现了多电池或多电池组并联放电或充电时放电电流或者充电电流的均衡控制。
以上几种技术中，第一种方法，由于储能电池组有充电和放电两种系统，系统成本高，控制比较复杂；第二种方法，控制过程中，最大的电池组动力回路最先导通，当电池组较多时，控制过程的复杂程度为成倍增加；第三种方法，每一个电池组均配有低阻开关通路和降压部件通路，同时低阻开关通路具有调节功能，系统成本比较高，每个电池组均需要一套控制电路和系统，系统比较复杂；综上所述，现有技术目前控制比较复杂，成本比较高。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高效储能系统用多电池组并联电路、控制方法及系统。
本发明提出一种高效储能系统用多电池组并联电路，包括：调节电路、多个相互并联的电池组电路、共阴极线路、共阳极线路和负极线路；
所述电池组电路包括电池组和方向控制电路；所述电池组负极与负极线路连接，其正极与所述方向控制电路输入端连接；所述方向控制电路第一输出端与共阳极线路连接，其第二输出端与共阴极线路连接；所述调节电路分别与共阴极线路、共阳极线路和负极线路连接，用于控制调节多个电池组之间的电压均衡。
优选地，所述调节电路包括限流电路、控制电路和检测电路；所述限流电路包括：开关管、限流电感和续流二极管；所述开关管漏级与共阴极线路连接，其源级分别与限流电感一端和续流二极管阴极连接；所述限流电感另一端与共阳极线路连接，所述续流二极管阳极与负极线路连接；所述检测电路输入端与共阳极线路连接，其输出端与所述控制电路输入端连接，所述控制电路控制端与所述开关管基极连接。
优选地，所述方向控制电路包括第一二极管、第二二极管和可控开关；所述第一二极管阳极与电池组正极连接，其阴极与共阴极线路连接；所述第二二极管阴极与电池组正极连接，其阳极与共阳极线路连接；所述可控开关与第一二极管或第二极管并联。
优选地，所述方向控制电路包括第一开关管和第二开关管；所述第一开关管源级电池组正极连接，其漏级共阴极线路连接；所述第二开关管源级电池组正极连接，其漏级与共阳极线路连接。
优选地，所述电池组由若干个电池串联组成。
本发明还提出一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制方法，包括：
检测调节电路共阴极线路端和共阳极线路端的电压差值；
判断所述电压差值是否大于第一预设阈值，若是，发送第一控制信号至限流电路的开关管；
所述第一控制信号包括：PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态；
判断所述电压差值是否小于第二预设阈值，若是，发送第二控制信号至限流电路的开关管；
所述第二控制信号包括：控制所述限流电路中的开关管保持关断状态。
优选地，所述PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态具体包括：
当所述开关管切换为开通状态时，最高电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路，控制所述最高电压电池组正极电流通过其方向控制电路中的二极管或开关管流向共阴极线路，依次经过所述限流电路的开关管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电压电池组的负极流向最高电池组的负极。
优选地，所述PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态还包括：
当所述开关管切换为关断状态时，所述限流电路的电流依次通过该电路中的续流二极管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电池组的负极回到续流二极管。
本发明还提出一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述的方法。
一种计算机存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，处理器执行所述程序以实现上述的方法。
本发明，通过多电池组并联系统共用一个调节电路，通过限流电路的开关管自动控制与调节多电池组的电压均衡，本发明电路结构简单，在电池组并联过程中，实现极大提高效率的同时，有效减少了电池组并联过程中环流造成的能量损失；且本发明实现成本低。
附图说明
图1为本发明实施例中高效储能系统用多电池组并联电路结构示意图；
图2为本发明第一实施例并联电路示意图；
图3为本发明第二实施例并联电路示意图；
图4为本发明第三实施例并联电路示意图；
图5为本发明第一实施例并联电路中开关管切换为开通状态时电流流向示意图；
图6为本发明第一实施例并联电路中开关管切换为关断状态时电流流向示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明，所述附图中显示了本发明的示例性实施例。然而，该发明能够以多种不同的形式实施，而不应当理解为限于文中列举的实施例。更确切而言，提供这些实施例是为了使公开能够彻底及完整，并且能向本领域技术人员充分表达出本发明的范围。
如图1所示，图1为本发明第一实施例的高效储能系统用多电池组并联电路；
参照图1，本实施例提出的一种高效储能系统用多电池组并联电路，包括：调节电路、多个相互并联的电池组电路、共阴极线路、共阳极线路和负极线路；
所述电池组电路包括电池组和方向控制电路；具体地，所述电池组由若干个电池串联组成；所述电池组负极与负极线路连接，其正极与所述方向控制电路输入端连接；所述方向控制电路第一输出端与共阳极线路连接，其第二输出端与共阴极线路连接；所述调节电路分别与共阴极线路、共阳极线路和负极线路连接，用于控制调节多个电池组之间的电压均衡。
具体地，如图2所示，在本实施例中，所述调节电路包括限流电路、控制电路和检测电路；所述限流电路包括：开关管Q1、限流电感L和续流二极管D5；所述开关管Q1漏级与共阴极线路连接，其源级分别与限流电感L一端和续流二极管D5阴极连接；所述限流电感L另一端与共阳极线路连接，所述续流二极管D5阳极与负极线路连接；所述检测电路输入端与共阳极线路连接，其输出端与所述控制电路输入端连接，所述控制电路控制端与所述开关管基极连接。
需要说明的是，控制电路根据电流检测电路的电流大小，发PWM控制信号，控制限流电路中开关管的通断。
需要说明的是，本实施例中，开关管Q1可以为MOS管、IGBT或其他类似高频管。
具体地，如图2所示，在本实施例中，有三个电池组电路，需要说明的是，在本发明其他实施例中，可以实现多组电池组电路并联。
如图2所示，所述方向控制电路包括第一二极管、第二二极管和可控开关；所述第一二极管阳极与电池组正极连接，其阴极与共阴极线路连接；所述第二二极管阴极与电池组正极连接，其阳极与共阳极线路连接；所述可控开关与第一二极管或第一二极管并联；具体的，如图2所示，第一电池组电路中，所述方向控制电路包括第一二极管D1A、第二二极管D1B和可控开关K1；第二电池组电路中，所述方向控制电路包括第一二极管D2A、第二二极管D2B和可控开关K2；第三电池组电路中，所述方向控制电路包括第一二极管D3A、第二二极管D3B和可控开关K3；其中，可控开关均与第一二极管并联，此时由共阴极线路作为系统正极电路。
需要说明的是，方向控制电路可依据实际使用情况调整其元件或者连接方式。
如图3所示，在第二实施例中，将方向控制电路中可控开关与第二二极管并联，此时由共阳极线路作为系统正极电路。
如图4所示，在第三实施例中，方向控制电路中二极管换成开关管，省去可控开关，具体地：包括第一开关管和第二开关管；所述第一开关管源级与电池组正极连接，其漏级与共阴极线路连接；所述第二开关管漏级与电池组正极连接，其源级与共阳极线路连接。具体地，第一电池组电路中，所述方向控制电路包括第一开关管D1A、第二开关管D1B；第二电池组电路中，所述方向控制电路包括第一开关管D2A、第二开关管D2B；第三电池组电路中，所述方向控制电路包括第一开关管D3A、第二开关管D3B。
本发明第四实施例提出一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制方法，应用于上述实施例所提出的并联电路，包括：
步骤S1：检测调节电路共阴极线路端和共阳极线路端的电压差值；
以第一实施例为例，需要说明的是，所有电池组的负极等电位，最高电压电池组电压的正极会通过相应的第一二极管输出到共阴极线路，与限流电路相通，最低电压电池组电压的正极会通过相应的第二二极管输出到系统共阳极线路。因此，限流电路的共阴极连接的是电压最高的电池组，共阳极连接的是电压最低的电池组。
步骤S2：判断所述电压差值是否大于第一预设阈值，若是，发送第一控制信号至限流电路的开关管；
所述第一控制信号包括：：PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态；
需要说明的是，在本实施例中，开关管处于PWM控制状态时，在开通和关断之间进行高频切换，周期很短。
具体地，当所述开关管切换为开通状态时，最高电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路，控制所述最高电压电池组正极电流通过其方向控制电路中的二极管或开关管流向共阴极线路，依次经过所述限流电路的开关管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电压电池组的负极流向最高电池组的负极，以实现最高电压电池组的放电和最低电压电池组的充电。
需要说明的是，由于限流电感的电流不能突变，当所述开关管切换为关断状态时，所述限流电路的电流依次通过所述限流电路中的续流二极管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电池组的负极回到续流二极管。
步骤S3：判断所述电压差值是否小于第二预设阈值，若是，发送第二控制信号至限流电路的开关管；
所述第二控制信号包括：控制所述限流电路中的开关管保持关断状态。
需要说明的是，检测电路通过检测确定电压差值，控制电路根据电压差值发送控制信号，控制电路发送的控制信号为PWM脉冲信号。
需要说明的是，多电池并联系统会根据当前电池特性，设置进入电池均衡的第一预设阈值U0，与退出电池均衡的第二预设阈值U1；根据计算最低电压电池组与最高电压电池组差值ΔV作为判断进入和退出控制系统的条件。
当ΔV>U0时，进入控制系统，调整电池组之间的能量均衡；当ΔV<U1时，认为多电池组系统的电压已经均衡，调节电路退出控制系统，开关管保持关断状态，此时，开通电池组的可控开关，实现多电池组系统并联。
具体地，以下以第一实施例电路为例，说明控制过程：
响应于所述电压差值大于第一预设阈值，控制电路发送PWM控制信号至开关管Q1，控制开关管Q1在开通状态和关断状态之间进行高频切换，使得电流从最高电压电池组通过所述调节电路流向最低电压电池组；
如图5所示，具体地，以第一电池组为最高电压电池组，第三电池组为最低电压电池组为例，当所述开关管Q1切换为开通状态时，所述第一电池组电路中的方向控制电路的可控开关关断，第一电池组正极电流通过其方向控制电路中的第一二极管D1A流向共阴极线路，依次经过所述限流电路的开关管Q1、限流电感L和第三电池组电路中的方向控制电路中的第二二极管D3B流向最低电压电池组正极。
如图6所示，具体地，当所述开关管Q1切换为关断状态时，由于限流电感L的电流不能突变，电流通过续流二极管D5走过，依次通过所述限流电感L和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的二极管或开关管流向最低电压电池组正极。
需要说明的是，当第二电池组电压最高，或者第一电池组电压最低的时候，第二电池组的共阴极二极管导通，第一电池组的共阳极电路导通，第二电池组的能量会通过限流电路转移到第一电池组，原理如上，不再赘述。
本发明第五实施例提出一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，所述程序指令被处理器加载并执行时实现上述实施例的方法。
本发明第六实施例一种计算机存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，处理器执行所述程序以实现上述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效储能系统用多电池组并联电路，其特征在于，包括：调节电路、多个相互并联的电池组电路、共阴极线路、共阳极线路和负极线路；
所述电池组电路包括电池组和方向控制电路；所述电池组负极与负极线路连接，其正极与所述方向控制电路输入端连接；所述方向控制电路第一输出端与共阳极线路连接，其第二输出端与共阴极线路连接；所述调节电路分别与共阴极线路、共阳极线路和负极线路连接，用于控制调节多个电池组之间的电压均衡；
所述调节电路包括限流电路、控制电路和检测电路；所述限流电路包括：开关管、限流电感和续流二极管；所述开关管漏极与共阴极线路连接，其源极分别与限流电感一端和续流二极管阴极连接；所述限流电感另一端与共阳极线路连接，所述续流二极管阳极与负极线路连接；所述检测电路输入端与共阳极线路连接，其输出端与所述控制电路输入端连接，所述控制电路控制端与所述开关管基极连接。
2.根据权利要求1所述的高效储能系统用多电池组并联电路，其特征在于，所述方向控制电路包括第一二极管、第二二极管和可控开关；所述第一二极管阳极与电池组正极连接，其阴极与共阴极线路连接；所述第二二极管阴极与电池组正极连接，其阳极与共阳极线路连接；所述可控开关与第一二极管或第二二极管并联。
3.根据权利要求1所述的高效储能系统用多电池组并联电路，其特征在于，所述方向控制电路包括第一开关管和第二开关管；所述第一开关管源级与电池组正极连接，其漏级与共阴极线路连接；所述第二开关管漏级与电池组正极连接，其源级与共阳极线路连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高效储能系统用多电池组并联电路，其特征在于，所述电池组由若干个电池串联组成。
5.一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的并联电路，包括：
检测调节电路共阴极线路端和共阳极线路端的电压差值；
判断所述电压差值是否大于第一预设阈值，若是，发送第一控制信号至限流电路的开关管；
所述第一控制信号包括：PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态；
若是，发送第二控制信号至限流电路的开关管；
所述第二控制信号包括：控制所述限流电路中的开关管保持关断状态。
6.根据权利要求5所述的高效储能系统用多电池组并联电路的控制方法，其特征在于，所述PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态具体包括：
当所述开关管切换为开通状态时，最高电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路，控制所述最高电压电池组正极电流通过其方向控制电路中的二极管或开关管流向共阴极线路，依次经过所述限流电路的开关管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电压电池组的负极流向最高电池组的负极。
7.根据权利要求6所述的高效储能系统用多电池组并联电路的控制方法，其特征在于，所述PWM控制所述限流电路中的开关管处于在开通状态和关断状态之间进行周期性切换的状态还包括：
当所述开关管切换为关断状态时，所述限流电路的电流依次通过该电路中的续流二极管、限流电感和最低电压电池组所在电池组电路中的方向控制电路中的共阳极二极管或开关管，流向最低电压电池组正极，再由最低电池组的负极回到续流二极管。
8.一种高效储能系统用多电池组并联电路的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储包括程序指令的信息，所述处理器用于控制程序指令的执行，其特征在于，所述程序指令被处理器加载并执行时实现权利要求5至7任意一项所述的方法。
9.一种计算机存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，处理器执行所述程序以实现权利要求5至7任意一项所述的方法。
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