CN116545067A - 一种电池组的均衡电路及储能系统 - Google Patents

一种电池组的均衡电路及储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池组的均衡电路及储能系统,电池组包括多个并联连接的电池模组,电池组的均衡电路包括:电池管理系统以及与各电池模组一一对应设置电阻调节电路;各电阻调节电路分别与对应的电池模组串联连接;电池管理系统分别与电池模组和各电阻调节电路电连接;电池管理系统用于在电池组充电时或放电时获取各电池模组的电压信号和电流信号,并根据电压信号和电流信号调节各电阻调节电路的阻值,能够在确定各电池模组的内阻不一致时,对各电阻调节电路的阻值进行调节,使得各电池模组具有相同的充电速率或放电速率,以能够进一步保证各电池模组在充电后或放电后能够达到相同的电量,能够提高电池组的使用寿命和使用安全。

Description

一种电池组的均衡电路及储能系统
技术领域
本发明涉及电池的充放电技术领域,尤其涉及一种电池组的均衡电路及储能系统。
背景技术
锂电池因为其能量密度高、循环寿命长等优点,在储能系统领域被大量使用。
实际应用中,单节电池的电压和功率无法满足用电需求,因此常常需要将大量电池进行串并联组成电池组来提供更充足的电力。储能领域里,将若干节电池串联成模组后,再将模组并联组成的混联系统使用较为广泛。
由于生产工艺和使用环境的差异,单体电池之间存在不一致性,且该不一致性无法消除。单体电池不一致性的直观表现为内阻不一致,将电池串联成为模组以后,不同的模组之间也会产生内阻差异,将导致整个电池组使用过程中的容量、寿命以及安全问题的衍生。
发明内容
本发明提供了一种电池组的均衡电路及储能系统,以解决电池模组间的阻值不一致造成的使用寿命短和安全性差的问题。
根据本发明的一方面,提供了一种电池组的均衡电路,所述电池组包括多个并联连接的电池模组,所述电池模组包括多个串联连接的单体电池,所述电池组的均衡电路包括:电池管理系统以及与各所述电池模组一一对应设置电阻调节电路;
各所述电阻调节电路分别与对应的所述电池模组串联连接;
所述电池管理系统分别与所述电池模组和各所述电阻调节电路电连接;所述电池管理系统用于在所述电池组充电时或放电时获取各所述电池模组的电压信号和电流信号,并根据所述电压信号和所述电流信号调节各所述电阻调节电路的阻值。
可选的,所述电阻调节电路包括:多个接触器开关;
各所述接触器开关并联连接;
在所述电池组充电时或放电时,每个所述电阻调节电路中至少一个所述接触器开关处于导通状态。
可选的,所述电阻调节电路包括:接触器矩阵;
所述接触器矩阵包括串联连接的多个接触器并联模组;
各所述接触器并联模组包括多个并联连接的接触器开关;
在所述电池组充电时或放电时,每个所述接触器并联模组中至少一个所述接触器开关处于导通状态。
可选的,所述接触器开关的阻值为1mΩ。
可选的,所述电阻调节电路包括十个接触器开关。
可选的,所述接触器矩阵包括串联连接的三个接触器并联模组;
各所述接触器并联模组包括十个并联连接的接触器开关。
可选的,所述电池组的均衡电路还包括:功率变换模块;
当所述电池组充电时,所述功率变换模块电连接于所述电阻调节电路和供电电源之间;
当所述电池组放电时,所述功率变换模块电连接于所述电阻调节电路和负载之间。
根据本发明的另一方面,提供了一种储能系统,其特征在于,包括:电池组和上述的电池组的均衡电路;
其中,所述电池组包括多个并联连接的电池模组;
所述电池模组包括多个串联连接的单体电池。
本发明实施例提供的电池组的均衡电路,对于设置有多个电池模组的电池组,设置与多个电池模组一一对应的电阻调节电路,将每个电阻调节电路与对应的电池模组串联连接成为多个串联支路,在电池组充电过程或放电过程中,实时获取各电池模组的电压信号和电流信号,以能够确定各电池模组的内阻,从而在确定各电池模组的内阻不一致时,对各电阻调节电路的阻值进行调节,使得各串联支路的阻值相等,使得各电池模组具有相同的充电速率或放电速率,以能够进一步保证各电池模组在充电后能够达到相同的电量,或者在放电后具有相同的电量,能够提高电池组的使用寿命和使用安全。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的另一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图5是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图6是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图;
图7是本发明实施例提供的一种储能系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1为本发明实施例提供的一种电池组的均衡电路的结构示意图,图2是本发明实施例提供的另一种电池组的均衡电路的结构示意图,结合参考图1和图2,电池组10包括多个并联连接的电池模组11,电池模组11包括多个串联连接的单体电池E0,储能系统的均衡电路20包括:电池管理系统21以及各电池模组11一一对应设置电阻调节电路22;各电阻调节电路22分别与对应的电池模组11串联连接;电池管理系统21分别与电池模组11和各电阻调节电路22电连接;电池管理系统21用于在电池组10充电时或放电时获取各电池模组11的电压信号和电流信号,并根据电压信号和电流信号调节各电阻调节电路22的阻值。
具体的,每个电阻调节电路22与对应的电池模组11串联连接为一个串联支路。如图1所示,当对电池组10充电时,各电阻调节电路22可以电连接于对应的电池模组11的正极端“+”与供电电源01的正极端“+”之间,且电池模组11的负极端“-”与供电电源01的负极端“-”电连接,如此,供电电源01可通过电阻调节电路22对各电池模组11进行充电。如图2所示,当电池组10放电时,各电阻调节电路22可以电连接于对应的电池模组11的正极端“+”和负载02的正极端“+”之间,且电池模组11的负极端“-”与负载02的负极端“-”电连接,如此各电池模组11可通过电阻调节电路22向负载01放电。电池管理系统21可以包括与各电池模组11一一对应设置的电压信号采集端和电流信号采集端(图中未具体示出),各电压信号采集端与对应的电池模组11电连接,且各电流信号采集端与对应的电池模组11电连接,如此可以实现对各电池模组11的电压信号和电流信号的采集。电池管理系统21可以基于欧姆定律,根据各电池模组11的电压信号和电流信号计算各电池模组11的内阻。
其中,本发明实施例中的单体电池优选为锂电池,已知目前锂电池的内阻在0.1mΩ量级,并且提供充足的电能通常将数十个锂电池串联连接为一个电池模组,则由多个锂电池串联而成的电池模组的内阻在10mΩ量级。各电池模组11之间初始的内阻差值很小,大约为电池模组11内阻的1%,即0.1mΩ级别。随着电池的老化,并且考虑到不同单体老化速率的差异,电池模组11之间的内阻差值可达到其内阻的20%,即达到2mΩ级别。
可以将电池模组11与电阻调节电路22的串联支路视为整体,当电池管理系统21根据获取的电压信号和电流信号确定各电池模组11的内阻不同时,可以对各串联支路中电阻调节电路22的阻值进行调节,使得各串联支路的阻值相同,如此在对电池组10进行充电时,可以使得各电池模组11具有相同的充电速率,保证各电池模组11在充电后能够达到相同的电量,或者在电池组10向负载02放电时,各电池模组11具有相同的放电速率,保证各电池模组11在放电后具有相同的电量,能够降低各电池模组11之间的阻值不一致造成的影响。
示例性的,当电池管理系统21根据获取的电压信号和电流信号确定某个串联支路中的电池模组11的内阻最大时,可以保持该串联支路中的电阻调节电路22的阻值不变,而对各其他串联支路中电阻调节电路22的阻值进行调节,使其他串联支路中电阻调节电路22的阻值增大,从而使得各串联支路的阻值相等。
本发明实施例提供的电池组的均衡电路,对于设置有多个电池模组的电池组,设置与多个电池模组一一对应的电阻调节电路,将每个电阻调节电路与对应的电池模组串联连接成为多个串联支路,在电池组充电过程或放电过程中,实时获取各电池模组的电压信号和电流信号,以能够确定各电池模组的内阻,从而在确定各电池模组的内阻不一致时,对各电阻调节电路的阻值进行调节,使得各串联支路的阻值相等,使得各电池模组具有相同的充电速率或放电速率,以能够进一步保证各电池模组在充电后能够达到相同的电量,或者在放电后具有相同的电量,能够提高电池组的使用寿命和使用安全。
可选的,图3是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图,如图3所示,电阻调节电路22包括多个接触器开关K1;各接触器开关K1并联连接;在电池组10充电时或放电时,每个电阻调节电路22中至少一个接触器开关K1处于导通状态。
具体的,电阻调节电路22可以包括多个并联连接的接触器开关K1,即在同一串联支路中,各接触器开关K1的一端均与电池模组11电连接,且各接触器开关K1的另一端均与供电电源或负载电连接。在电池组10工作过程中,即电池组10充电过程中或放电过程中,可以设置每个电阻调节电路22中至少有一个接触器开关K1处于导通状态,即可以保持各电阻调节电路22中的一个接触器开关K1为常闭状态,以保证各电池模组11的正常充放电。其中,可以通过电池管理系统21控制该接触器开关K1的常闭状态,也可以人为控制该接触器开关K1的常闭状态。在此基础上,电池管理系统21可以根据各电池模组11的电压信号和电流信号对各电阻调节电路22中的其他接触器开关K1的状态进行控制,从而实现各电阻调节电路22的阻值调节。其中,电池管理系统21可以包括与各接触器开关K1一一对应设置的控制信号输出端,以实现对每个接触以开关的单独控制。
示例性的,电阻调节电路22可以包括十个接触器开关K1。如此,可以实现电阻调节电路10个阻值的调节。
可选的,接触器开关的阻值为1mΩ。如此,当电阻调节电路22包括十个并联连接的接触器开关K1时,电池管理系统21可以调节每个电阻调节电路22的阻值为0.10mΩ、0.11mΩ、0.13mΩ、0.14mΩ、0.17mΩ、0.20mΩ、0.25mΩ、0.33mΩ、0.50mΩ、1.00mΩ中的任意一个。
示例性的,本发实施例仅示例性的示出了电阻调节电路22包括十个并联连接的接触器开关K1的情况,在本发明其他可行的实施例中,电阻调节电路22可以包括其他个数的并联连接的接触器开关K1,以满足更为适用的需求或更为广泛的阻值调节,本发明实施例对此不作具体限定。
可选的,图4是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图,如图4所示,电阻调节电路22包括:接触器矩阵A;接触器矩阵A包括串联连接的多个接触器并联模组B;各接触器并联模组B包括多个并联连接的接触器开关K1;在电池组10充电时或放电时,每个接触器并联模组B中至少一个接触器开关K1处于导通状态。
具体的,还可以设置电阻调节电路22包括由多个接触器并联模组B串联而成的接触器矩阵A。其中,接触器并联模组B可以包括多个并联连接的接触器开关K1,如此可以实现电阻调节电路22更多阻值的调节。同样的,在电池组10充电过程中或放电过程中,每个接触器并联模组B中至少一个接触器开关K1处于导通状态,即需保持各接触器并联模组B中的一个接触器开关K1为常闭状态,以保证各电池模组11的正常充放电过程。
示例性的,接触器矩阵A包括串联连接的三个接触器并联模组B;各接触器并联模组B包括十个并联连接的接触器开关K1。如此,可以各电阻调节模块22可以实现更多阻值的调节。
以接触器开关K1的阻值为1mΩ为例,当接触器矩阵A包括串联连接的三个接触器并联模组B;各接触器并联模组B包括十个并联连接的接触器开关K1时,电池管理系统21可以调节每个电阻调节电路22的阻值为0.30mΩ、0.40mΩ、0.50mΩ、0.60mΩ、0.70mΩ、0.80mΩ、0.90mΩ、1.00mΩ、1.10mΩ、1.20mΩ、1.40mΩ、1.50mΩ、1.60mΩ、1.70mΩ、1.75mΩ、1.83mΩ、2.00mΩ中的任意一个,即可以实现0.3~2mΩ范围内的0.1mΩ精度的数值调整。
其中,本发实施例仅示例性的示出了接触器矩阵A包括串联连接的三个接触器并联模组B;各接触器并联模组B包括十个并联连接的接触器开关K1的情况,在本发明其他可行的实施例中,接触器并联模组B的个数以及各接触器并联模组B中接触器开关K1可以根据设计需求自行设置,本发明实施例对此不作具体限定。
可以理解的是,图3和图4仅以各电阻调节模块20与供电电源01电连接为例进行了示例性的说明,可以理解的是,将各电阻调节模块20与负载02电连接时同样适用。
需要说明的是,图3和图4所示的实施例仅示例性的示出了各电阻调节模块20的配置相同的情况,即各电阻调节模块20包括相同数量的接触器开关K1,且各接触器开关K1的连接方式相同,可以理解的是,在本发明其他可行的实施例中,不同串联支路的电阻调节模块20可以具有不同数量的接触器开关K1,各接触器开关K1之间的连接方式也可以不同,只要能满足本发明实施例的设计需求即可,本发明实施例对此不作具体限定。
可选的,图5是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图,如图5所示,该电池组的均衡电路20还包括功率变换模块23;当电池组10充电时,功率变换模块23电连接于电阻调节电路22和供电电源01之间;或者,图6是本发明实施例提供的又一种电池组的均衡电路的结构示意图,如图6所示,当电池组10放电时,功率变换模块23电连接于电阻调节电路22和负载02之间。
具体的,功率变换模块23可以包括DC/DC模块、DC/AC模块或AC/DC模块中的至少一种,在对电池组10进行充电时,可以将功率变换模块23电连接于供电电源01的正极端“+”与电阻调节电路22之间,并且设置供电电源01的负极端“-”与各电池模组11的负极端“-”电连接,通过功率变换模块23将供电电源01提供的电源信号转换为与各电池模组11适配的电源信号。同样的,在对电池组10进行放电时,可以将功率变换模块23电连接于负载02的正极端“+”与电阻调节电路22之间,并且设置负载02的负极端“-”与各电池模组11的负极端“-”电连接,通过功率变换模块23将各电池模组11提供的电源信号转换为与负载02适配的电源信号。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了一种储能系统,图7是本发明实施例提供的一种储能系统的结构示意图,如图7所示,该储能系统00包括电池组10和本发明任一实施例提供的电池组的均衡电路20;其中,电池组10包括多个并联连接的电池模组11;电池模组11包括多个串联连接的单体电池E0,因此本发明实施例还提供的储能系统00能够达到本发明任一实施例提供的电池组的均衡电路20的有益效果,相同之处可参照上述对本发明实施例提供的电池组的均衡电路20的描述,在此不再赘述。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池组的均衡电路,所述电池组包括多个并联连接的电池模组,所述电池模组包括多个串联连接的单体电池,其特征在于,所述电池组的均衡电路包括:电池管理系统以及与各所述电池模组一一对应设置电阻调节电路;
各所述电阻调节电路分别与对应的所述电池模组串联连接;
所述电池管理系统分别与所述电池模组和各所述电阻调节电路电连接;所述电池管理系统用于在所述电池组充电时或放电时获取各所述电池模组的电压信号和电流信号,并根据所述电压信号和所述电流信号调节各所述电阻调节电路的阻值。
2.根据权利要求1所述的电池组的均衡电路,其特征在于,所述电阻调节电路包括:多个接触器开关;
各所述接触器开关并联连接;
在所述电池组充电时或放电时,每个所述电阻调节电路中至少一个所述接触器开关处于导通状态。
3.根据权利要求1所述的电池组的均衡电路,其特征在于,所述电阻调节电路包括:接触器矩阵;
所述接触器矩阵包括串联连接的多个接触器并联模组;
各所述接触器并联模组包括多个并联连接的接触器开关;
在所述电池组充电时或放电时,每个所述接触器并联模组中至少一个所述接触器开关处于导通状态。
4.根据权利要求2或3所述的电池组的均衡电路,其特征在于,所述接触器开关的阻值为1mΩ。
5.根据权利要求2所述的电池组的均衡电路,其特征在于,所述电阻调节电路包括十个接触器开关。
6.根据权利要求3所述的电池组的均衡电路,其特征在于,所述接触器矩阵包括串联连接的三个接触器并联模组;
各所述接触器并联模组包括十个并联连接的接触器开关。
7.根据权利要求1所述的电池组的均衡电路,其特征在于,还包括:功率变换模块;
当所述电池组充电时,所述功率变换模块电连接于所述电阻调节电路和供电电源之间;
当所述电池组放电时,所述功率变换模块电连接于所述电阻调节电路和负载之间。
8.一种储能系统,其特征在于,包括:电池组和权利要求1~7任一项所述的电池组的均衡电路;
其中,所述电池组包括多个并联连接的电池模组;
所述电池模组包括多个串联连接的单体电池。
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