CN116865370A - 层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 - Google Patents
层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116865370A CN116865370A CN202310541218.7A CN202310541218A CN116865370A CN 116865370 A CN116865370 A CN 116865370A CN 202310541218 A CN202310541218 A CN 202310541218A CN 116865370 A CN116865370 A CN 116865370A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- control unit
- plug box
- hierarchical
- equalization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明属于储能均衡控制技术领域，公开了一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关。本发明提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。
Description
技术领域
本发明属于储能均衡控制技术领域，具体涉及一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法。
背景技术
对于电化学储能系统来说，由于需要大量的电芯进行串联和并联。这就导致了电芯的木桶效应，即储能系统的充放电电量是取决于在串并联结构中容量最小的那颗电芯的限制。评价一个储能系统的好坏，主要标准之一是衡量的系统的木桶效应，即一颗电芯的不均衡性能够影响多少颗电芯的充放电电量。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种层级式均衡系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种层级式均衡系统，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；
所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；
所述电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；
所述电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关，每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制；
所述控制中心用于根据电池插箱的电气参数判断电池簇中的电池插箱是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。
进一步的，所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。
进一步的，所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。
进一步的，所述电池簇控制单元还包括并联在DC/DC变换器两端的变换器旁路开关。
本发明还提供一种层级式储能系统，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权本发明的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均衡；每个电芯均设有独立的电芯控制单元，每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元与电池簇控制单元。
进一步的，每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
本发明还提供一种层级式均衡方法，用于对本发明的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：
电芯控制单元实时采集电芯的电气参数并发送给电池插箱控制单元；
电池插箱控制单元根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，若存在不均衡现象则控制均衡电路对电芯充/放电进行均衡；
电池插箱控制单元将电池插箱中各电芯的电气参数上传至控制中心，控制中心计算各电池插箱的电气参数，判断电池插箱的不均衡性是否超过阈值，若是则断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关；
当电芯不均衡性超过阈值时，电池插箱控制单元控制电芯旁路开关投入以切除当前容量最小的电芯或损坏的电芯；
当电池插箱内的电芯被旁路时，断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器以维持插箱的输出电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1、本发明提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。
2、本发明通过均衡电路对电芯进行均衡，电芯的均衡解决了整个电池插箱的不均衡问题，通过DC/DC变换器对电池插箱进行均衡，电池插箱的均衡解决了整个电池簇的不均衡性。
3、当电池插箱的不均衡性未超过阈值，DC/DC变换器被旁路，不会对电池插箱的输出造成效率损失。当电池插箱的不均衡性超过阈值时，才投入DC/DC变换器，通过DC/DC变换器的升压或降压功能，使电池插箱的输出趋于一致。
4、电芯旁路开关与变换器旁路开关联动，旁路电芯后，电池插箱整体电压降低，插箱的DC/DC会维持住输出电压不变但降低其功率，从而确保其充放电电流在合理的范围内。
附图说明
图1为层级式储能系统的架构图；
图2为电芯控制单元的结构示意图；
图3为电池插箱控制单元的结构示意图；
图4为电池簇控制单元的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
由于层级式储能系统包含层级式均衡系统，本具体实施方式仅以层级储能系统进行说明。
参考图1所示，一种层级式储能系统，包括电堆与电堆控制中心，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成。
每个电芯均设有相应的电芯控制单元，所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块、用于并联在电芯两端的电芯旁路开关以及均衡电路。
每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元(即BMU)与电池簇控制单元；BMU接收电堆控制中心下发的指令，也接收BMU和电池簇控制单元上传的数据。
每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
每个电池插箱的输出端均连接DC/DC变换器，每个DC/DC变换器均并联有变换器旁路开关；每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制。
电堆控制中心用于根据每个电芯的电气参数判断整个电堆是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡，还能控制电芯旁路开关或变换器旁路开关来重构电堆。
下面分别对电芯控制单元、电池插箱控制单元与电池簇控制单元进行说明。
参考图2所示，第一层为电芯与电芯控制单元，对于每一颗电芯，采用模块包括电压采集单元，电流采集单元(如果是串联系统，电流采集单元在串联系统中只需配置一个)，以及均衡电路。电流采集单元采集单体电芯的电流，电压采集单元采集电芯的电压，均衡电源可以通过外接电源以及AC/DC变化电路给电芯提供均衡电源。
出于安全考虑，所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接，确保一个正极开关、负极开关中一个故障的情况下，还能安全断开。
此外，正极开关、负极开关以及旁路开关有一组闭锁策略，即旁路开关闭合时，正极开关和负极开关断开；反之，旁路开关断开时，正极开关和负极开关闭合。当单体电芯需要均衡时，闭合正均衡开关和负均衡开关对该电芯进行充放电均衡。出于安全的考虑，如果旁路开关故障情况下，也能确保去退出运行。
参考图3所示，第二层为电池插箱与电池插箱控制单元，多颗电芯串联。每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
电池插箱控制单元是把一组电芯封装在一个插箱内，例如1P16S，即把16颗电芯串联在一起，在内部通过AC/DC将外部交流电源转化为均衡电源，或者通过电池簇输出端的DC/DC变换器将电池簇输出电压转化为均衡电源(24V工作电压)。
参考图4所示，第三层为电池簇与电池簇控制单元，电池簇控制单元是由多个电池插箱控制单元串联而成的，在电池插箱控制单元出口有一个DC/DC变换器，该DC/DC变换器在电池插箱内所有电芯都投入运行的情况(即没有电芯的旁路开关合上)，它工作在旁路状态，当有电芯工作在旁路或者电芯一致性不理想的情况下，DC/DC变换器投入运行，使得直流电压满足DC/AC的电压范围。
一种层级式均衡方法，用于对本具体实施方式中的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：
电芯控制单元实时采集电芯的电气参数并发送给电池插箱控制单元；
电池插箱控制单元根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，若存在不均衡现象则控制均衡电路对电芯充/放电进行均衡；
电池插箱控制单元将电池插箱中各电芯的电气参数上传至控制中心，控制中心计算各电池插箱的电气参数，判断电池插箱的不均衡性是否超过阈值，若是则断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器对电池插箱进行均衡；
当电芯不均衡性超过阈值时，电池插箱控制单元控制电芯旁路开关投入以切除当前容量最小的电芯或损坏的电芯；
当电池插箱内的电芯被旁路时，断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器以维持插箱的输出电压。
同一电池插箱内，各个电芯的同一参数均处于一个较小的允许范围内，则认为电芯一致性好，即均衡性好。如果其中某一电芯的参数(电压、电流或SOC值)超过允许范围，则认为电池插箱的不均衡性超过了阈值。
同一电池簇内，各个电池插箱的同一参数均处于一个较小的允许范围内，则认为电芯一致性好，即均衡性好。如果其中某一电池插箱的参数(电压、电流或SOC值)超过允许范围，则认为电池簇的不均衡性超过了阈值。
由于电池插箱是由电芯串联而成，因此电池插箱的电气参数根据其内部电芯的电气参数即可计算得到。另外，根据电压或电流计算SOC值采用现有技术即可，在此不再赘述。
本发明提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。
本发明通过均衡电路对电芯进行均衡，电芯的均衡解决了整个电池插箱的不均衡问题，通过DC/DC变换器对电池插箱进行均衡，电池插箱的均衡解决了整个电池簇的不均衡性。
上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的技术方案，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。
Claims (10)
1.一种层级式均衡系统，其特征在于：包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；
所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；
所述电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；
所述电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关，每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制；
所述控制中心用于根据电池插箱的电气参数判断电池簇中的电池插箱是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
2.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。
3.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。
4.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。
5.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述采样模块包括电流采集模块与电压采集模块。
6.一种层级式储能系统，其特征在于，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权利要求1所述的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均衡；每个电芯均设有独立的电芯控制单元，每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元与电池簇控制单元。
7.根据权利要求6所述的层级式储能系统，其特征在于：每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
8.根据权利要求7所述的层级式储能系统，其特征在于：通过AC/DC将外部交流电源转化为均衡电源，或者通过电池簇输出端的DC/DC变换器将电池簇输出电压转化为均衡电源。
9.一种层级式均衡方法，其特征在于：用于对权利要求8所述的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：
电芯控制单元实时采集电芯的电气参数并发送给电池插箱控制单元；
电池插箱控制单元根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，若存在不均衡现象则控制均衡电路对电芯充/放电进行均衡；
电池插箱控制单元将电池插箱中各电芯的电气参数上传至控制中心，控制中心计算各电池插箱的电气参数，判断电池插箱的不均衡性是否超过阈值，若是则断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
10.根据权利要求9所述的层级式均衡方法，其特征在于：所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关；
当电芯不均衡性超过阈值时，电池插箱控制单元控制电芯旁路开关投入以切除当前容量最小的电芯或损坏的电芯；
当电池插箱内的电芯被旁路时，断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器以维持插箱的输出电压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310541218.7A CN116865370A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310541218.7A CN116865370A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116865370A true CN116865370A (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=88230989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310541218.7A Pending CN116865370A (zh) | 2023-05-15 | 2023-05-15 | 层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116865370A (zh) |
-
2023
- 2023-05-15 CN CN202310541218.7A patent/CN116865370A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110048487B (zh) | 一种电池充放电的控制方法及其系统 | |
| CN109713740B (zh) | 一种电池管理系统的主动均衡架构及主动均衡方法 | |
| CN109301812B (zh) | 一种基于退役电池的多模块并联dcdc控制方法 | |
| CN113270881A (zh) | 一种储能系统、储能系统的均衡控制方法及光伏发电系统 | |
| KR20210042402A (ko) | 병렬 배터리 팩 충방전 관리 방법, 전자 장치 및 전기 시스템 | |
| CN217642739U (zh) | 一种储能电池系统及储能设备 | |
| CN209982089U (zh) | 基于pcs和dc-dc换流堆的储能系统一次拓扑结构 | |
| CN115441487A (zh) | 一种共直流母线储能系统的soc均衡方法及终端 | |
| CN112865261B (zh) | 一种储能电池及其应用装置和充放电控制方法 | |
| CN116436128B (zh) | 一种储能系统的电池簇均衡方法 | |
| CN112803578A (zh) | 一种智能配网电源模块及管理方法 | |
| CN116014844A (zh) | 一种集装箱储能系统的控制方法 | |
| CN116865370A (zh) | 层级式均衡系统、储能系统与均衡方法 | |
| CN115967157A (zh) | 一种电池组串多路并联的直流电源系统及并离线控制方法 | |
| CN103730943B (zh) | 用于电池组并联的自适应隔离装置 | |
| CN116345643B (zh) | 储能系统与用电设备 | |
| CN217427712U (zh) | 一种电池簇箱间主动均衡组件 | |
| CN218569910U (zh) | 一种核电厂供电系统 | |
| Alexandre Carvalho Maia et al. | Battery energy management proposition for energy storage using active dc–dc converter | |
| CN220368495U (zh) | 多电池包并联控制电路 | |
| CN116054354B (zh) | 电池储能系统、电量均衡控制方法以及光伏发电系统 | |
| KR102598680B1 (ko) | 재사용 리튬이온 배터리 모듈을 이용한 무정전 전원 공급 장치 | |
| CN215835162U (zh) | 一种电芯级优化电池插箱及储能系统 | |
| CN117713314A (zh) | 一种共直流母线的储能系统簇间均衡系统及方法 | |
| CN112952939B (zh) | 一种串联电池组及其容量均衡方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |