CN115133613A - 一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，包括：隔离双向DC/DC变压器单元，所述隔离双向DC/DC变压器单元是由线圈和磁性材料组成，实现对单串电池充放电或单元组的充放电；开关矩阵，所述开关矩阵是用于对目标电池串的选取；均衡单元，所述均衡单元由组串均衡混合单元组成，以最大m为15串电池为一单元，向下兼容电池串数n(15≥n≥7)。本发明中，均衡功能单元呈积木式与单体电池对应相连，均衡单元积木式组成均衡模组，均衡模组积木式组成均衡系统，实现电池簇群全域均衡，从而进一步提高了工作效率，提高了可拓展性。

Description

一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构
技术领域
本发明涉及电池均衡技术领域，尤其涉及一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构。
背景技术
目前，电动汽车和锂电池化学储能正在逐渐推广并在未来将具有广阔的前景，随着电动汽车和锂电池化学储能的迅速发展，对锂电池组及BMS的要求也越来越高，均衡系统作为锂电池组及BMS必不可或缺的一个部分，就重要性而言，没有均衡系统锂电池组就像没有保养的发动机，BMS没有均衡功能就是一个数据收集器，不是一个有效管理系统，被动均衡在目前使用场合和技术条件下，不能胜任大容量电池管理工作，主动均衡可在充电末端或静置状态下对电池组进行均衡控制，高效率的均衡方式，提高电池循环寿命和电池一致性，然而对现有的主动均衡仍存在不足之处：现有的大多数主动均衡方案不能满足大簇群电池管理，存在均衡效率低、可拓展性低等问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有的大多数主动均衡方案不能满足大簇群电池管理，存在均衡效率低、可拓展性低的问题，而提出的一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，包括：
隔离双向DC/DC变压器单元，所述隔离双向DC/DC变压器单元是由线圈和磁性材料组成，实现对单串电池充放电或单元组的充放电；
开关矩阵，所述开关矩阵是用于对目标电池串的选取；
均衡单元，所述均衡单元由组串均衡混合单元组成，以最大m为15串电池为一单元，向下兼容电池串数n(15≥n≥7)，通过并联母线和开关矩阵实现单串与单元组间能量传递，利用隔离双向DC/DC变压器单元，实现能量从高电压串电池转移到低电压串电池，能量转移可以双向进行，串电池既可以向单元内母线释放能量，也可向单元内母线获取能量，减小单元内串电池电压压差，从而改善单元内串电池SOC一致性；
均衡模组，所述均衡模组含有均衡单元数m(5≥m≥1)，由均衡单元积木式拓展，通过并联单元母线实现能量传递，通过母线做到模组级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及混合模式下的双向均衡，最终使模组内串电池电压均衡，减小模组间串电池电压压差，从而改善模组内串电池SOC一致性；
系统级均衡，所述系统级均衡由多层级并联母线实现能量传递局域网，含有多组均衡模组，消除串电池在物理位置上的差异对均衡影响，做到系统级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及混合模式下的双向均衡，最终使系统内串电池电压均衡，减小系统级内串电池电压压差，从而改善系统内串电池SOC一致性。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述均衡单元具有两种工作模式，分别为单串电池对组单元放电和组单元对单串电池充电。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述均衡模组具有四种工作模式，分别为单串电池对组单元放电、组单元对单串电池充电、组单元对组单元充放电和串单元对串单元充放电。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述系统级均衡具有五种工作模式，分别为多单串电池对组单元放电、组单元对多单串电池充电、多组单元对多组单元充放电、多串单元对多串单元充放电和多组串单元混合模式。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，均衡功能单元呈积木式与单体电池对应相连，均衡单元积木式组成均衡模组，均衡模组积木式组成均衡系统，通过多层母线的并联，消除了单串电池在物理位置上的差异对均衡的影响，实现能量高效传递，利用双向隔离DC/DC变压器单元实现能量从高电压串电池转移到低电压串电池，能量转移可以双向流动，做到串与串间均衡、串与单元组间均衡、单元组与单元组以及混合方式(多串多组)下的双向均衡，实现电池簇群全域均衡，从而进一步提高了工作效率，提高了可拓展性。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的均衡单元原理结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的均衡模组原理结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的系统级均衡原理结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，包括：
隔离双向DC/DC变压器单元，隔离双向DC/DC变压器单元是由线圈和磁性材料组成，实现对单串电池充放电或单元组的充放电；
开关矩阵，开关矩阵是用于对目标电池串的选取；
均衡单元，均衡单元由组串均衡混合单元组成，以最大m为15串电池为一单元，向下兼容电池串数n(15≥n≥7)，通过并联母线和开关矩阵实现单串与单元组间能量传递，利用隔离双向DC/DC变压器单元，实现能量从高电压串电池转移到低电压串电池，能量转移可以双向进行，串电池既可以向单元内母线释放能量，也可向单元内母线获取能量，减小单元内串电池电压压差，从而改善单元内串电池SOC一致性；
均衡模组，均衡模组含有均衡单元数m(5≥m≥1)，由均衡单元积木式拓展，通过并联单元母线实现能量传递，通过母线做到模组级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及混合模式下的双向均衡，最终使模组内串电池电压均衡，减小模组间串电池电压压差，从而改善模组内串电池SOC一致性；
系统级均衡，系统级均衡由多层级并联母线实现能量传递局域网，含有多组均衡模组，消除串电池在物理位置上的差异对均衡影响，做到系统级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及混合模式下的双向均衡，最终使系统内串电池电压均衡，减小系统级内串电池电压压差，从而改善系统内串电池SOC一致性。
具体的，如图1所示，均衡单元具有两种工作模式，分别为单串电池对组单元放电和组单元对单串电池充电，单串电池对组单元放电工作过程为：串电池电压满足释放能量要求，对应的矩阵开关闭合，对应的串隔离DC/DC变压器单元工作，对单元内母线放电，组隔离DC/DC变压器单元通过单元内母线获取能量，对组电池充电；组单元对单串电池充电工作过程为：串电池电压满足获取能量要求，对应的矩阵开关闭合，组隔离DC/DC变压器工作，对单元内母线放电，对应串电池隔离DC/DC变压器单元通过单元内母线获取能量；两种模式交替从单元母线获取能量或释放能量，实现单元内电池SOC均衡。
具体的，如图2所示，均衡模组具有四种工作模式，分别为单串电池对组单元放电、组单元对单串电池充电、组单元对组单元充放电和串单元对串单元充放电，单串电池对组单元放电工作过程为：串电池电压满足释放能量要求，对应的矩阵开关闭合，对应的串隔离DC/DC变压器单元工作，对模组母线放电，组隔离DC/DC变压器单元通过模组母线获取能量，对组电池充电；组单元对单串电池充电工作过程为：串电池电压满足获取能量要求，对应的矩阵开关闭合，组隔离DC/DC变压器工作，对模组母线放电，对应串电池隔离DC/DC变压器单元通过模组母线获取能量，对串电池充电；组单元对组单元充放电工作过程为：组隔离DC/DC变压器工作，对模组母线充放电，对应组隔离DC/DC变压器单元通过模组母线获取能量，对组电池充电；串单元对串单元充放电工作过程为：串电池隔离DC/DC变压器工作，对组母线放电，对应串电池隔离DC/DC变压器单元通过模组母线获取能量，对串电池充电；四种模式交替从模组母线获取能量或释放能量，实现模组内电池SOC均衡。
具体的，如图3所示，系统级均衡具有五种工作模式，分别为多单串电池对组单元放电、组单元对多单串电池充电、多组单元对多组单元充放电、多串单元对多串单元充放电和多组串单元混合模式，多单串电池对组单元放电工作过程为：多串电池电压满足释放能量要求，对应的矩阵开关闭合，对应的串隔离DC/DC变压器单元工作，对系统母线放电，组隔离DC/DC变压器单元通过系统母线获取能量，对组电池充电；组单元对多单串电池充电工作过程为：多串电池电压满足获取能量要求，对应的矩阵开关闭合，组隔离DC/DC变压器单元工作，对系统母线放电，对应多串电池隔离DC/DC变压器单元通过系统母线获取能量，对串电池充电；多组单元对多组单元充放电工作过程：组隔离DC/DC变压器工作，对系统母线放电，对应多组隔离DC/DC变压器单元通过系统母线获取能量，对组电池充电；多串单元对多串单元充放电工作过程：串电池隔离DC/DC变压器工作，对系统母线放电，对应多串电池隔离DC/DC变压器单元通过系统母线获取能量，对串电池充电；多组串单元混合模式工作过程：多组多串电池隔离DC/DC变压器单元工作，对系统母线放电，对应多串多组电池隔离DC/DC变压器单元通过系统母线获取能量，对串组电池充电；五种模式交替从系统母线获取能量或释放能量，实现系统内电池SOC均衡。
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 (4)

1.一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，其特征在于，包括：
隔离双向DC/DC变压器单元，所述隔离双向DC/DC变压器单元是由线圈和磁性材料组成，实现对单串电池充放电或单元组的充放电；
开关矩阵，所述开关矩阵是用于对目标电池串的选取；
均衡单元，所述均衡单元由组串均衡混合单元组成，以最大m为15串电池为一单元，向下兼容电池串数n(15≥n≥7)，通过并联母线和开关矩阵实现单串与单元组间能量传递，利用隔离双向DC/DC变压器单元，实现能量从高电压串电池转移到低电压串电池，能量转移可以双向进行，串电池既可以向单元内母线释放能量，也可向单元内母线获取能量，减小单元内串电池电压压差，从而改善单元内串电池SOC一致性；
均衡模组，所述均衡模组含有均衡单元数m(5≥m≥1)，由均衡单元积木式拓展，通过并联单元母线实现能量传递，通过母线做到模组级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及混合模式下的双向均衡，最终使模组内串电池电压均衡，减小模组间串电池电压压差，从而改善模组内串电池SOC一致性；
系统级均衡，所述系统级均衡由多层级并联母线实现能量传递局域网，含有多组均衡模组，消除串电池在物理位置上的差异对均衡影响，做到系统级串与串、串与单元组、单元组与单元组以及多组多串单元混合下的双向均衡，最终使系统内串电池电压均衡，减小系统级内串电池电压压差，从而改善系统内串电池SOC一致性。
2.根据权利要求1所述的一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，其特征在于，所述均衡单元具有两种工作模式，分别为单串电池对组单元放电和组单元对单串电池充电。
3.根据权利要求1所述的一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，其特征在于，所述均衡模组具有四种工作模式，分别为单串电池对组单元放电、组单元对单串电池充电、组单元对组单元充放电和串单元对串单元充放电。
4.根据权利要求1所述的一种基于均衡母线的组串混合隔离型主动均衡拓扑结构，其特征在于，所述系统级均衡具有五种工作模式，分别为多单串电池对组单元放电、组单元对多单串电池充电、多组单元对多组单元充放电、多串单元对多串单元充放电和多组串单元混合模式。
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