CN202978315U

CN202978315U - 电池能量均衡电路、装置及储能系统

Info

Publication number: CN202978315U
Application number: CN 201220564846
Authority: CN
Inventors: 冯汉春; 尹博; 戴翔; 陆卫平
Original assignee: ENLI ENERGY TECHNOLOGY (NANTONG) Co Ltd
Current assignee: Beijing Enli Power Technology Co ltd; Enpower Energy Technology Co ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-10-30

Abstract

本实用新型涉及电池能量均衡电路、装置及储能系统。一种电池能量均衡电路，包括：为储能电池组的每一电池并联一充电支路；每一充电支路包括：充电支路的第一端与充电器的第一输出端连接，所述充电器的第二输出端通过开关与该充电支路的第二端连接；所述充电器的第一输入端与储能电池组的第一端连接，所述充电器的第二输入端与储能电池组的第二端连接；所述充电器在充电支路中的开关闭合时为充电支路对应的电池充电。本申请能够提高储能电池组的能量利用效率。

Description

电池能量均衡电路、装置及储能系统

技术领域

本申请涉及电路领域，尤其涉及一种电池能量均衡电路、装置及储能系统。

背景技术

储能系统是一种将电能存储到储能元件中，并在需要的时候释放电能的系统。电能的来源可以是从电网获得的电能，也可以是由太阳能、风能发电等产生的能量。储能系统和用电设备相连，为用电设备供电。特别地，储能系统可以作为用电设备的备用电源，也即：当电网正常时，由电网为用电设备供电，当遇到电网电能供给不足或停电的情况时，储能系统为用电设备供电。

储能系统主要由储能电池组和电池管理系统两部分组成。储能电池组用来储存能量，而电池管理系统则用来对储能电池组进行控制，例如可以对储能电池组的电压、电流、温度进行监测，进行储能电池组的充电、放电控制；进行储能电池组的过压、过流和过温保护等。另外，由于储能电池组一般由多节电池组成，还需要对储能电池组中的电池能量进行均衡，以保证电池都有统一的特性。

储能电池组由若干节电池组合而成，能量存储在电池中。如图1所示，若干节电池通过串联和并联的方式组合起来构成所述储能电池组。储能电池组对外提供的总电压等于串联的单个电池的电压之和，储能电池组的总电流等于并联的若干组电池的电流之和。例如图1中的储能电池组包括B组并联的电池，每一组电池包括Y节电池，单节电池的电压为X，则，储能电池组对外提供的总电压为XY；而每一组电池的电流为A，B组电池并联后提供的总电流为AB。

在对储能电池组进行充电时，由于每一节电池的特性都会存在一定的差异，会导致每节串联的电池能量不相等，能量高的电池会向能量低的电池充电，从而加速电池的老化，降低储能电池组的使用寿命。因此，储能系统中都要对电池的电量进行均衡，让每节电池能量相等，从而延长储能电池组以至储能系统的总体使用寿命。

现有的电池能量均衡方法如图1A所示，给储能电池组中的每节电池并联一个电阻，并且，为储能电池组设置电池电压检测器（图中未示出），该电池电压检测器用于检测储能电池组中每节电池的电压，将各节电池的电压提供给控制器（图中未示出），当控制器确定某节电池的电压高于其他电池的电压时，接通这节电池和并联电阻的通路，让电池的电流流过与其并联的电阻，通过电阻的发热将电池多余的能量消耗掉，直到此电池和其他电池的电压相等为止。

但是，该种进行储能电池组中电池能量均衡的电路，需要通过电阻消耗电池多余的能量，从而造成了储能电池组中能量的额外损耗，降低了储能电池组的能量利用率。

实用新型内容

本申请实施例中提供了一种电池能量均衡电路、装置及储能系统，能够提高储能电池组的能量利用效率。

本申请实施例提供一种电池能量均衡电路，包括：

为储能电池组的每一电池并联一充电支路；

每一充电支路包括：充电支路的第一端与充电器的第一输出端连接，所述充电器的第二输出端通过开关与该充电支路的第二端连接；所述充电器的第一输入端与储能电池组的第一端连接，所述充电器的第二输入端与储能电池组的第二端连接；

所述充电器在充电支路中的开关闭合时为充电支路对应的电池充电。

所述充电器包括：耦合器和整流器；其中，

耦合器的第一输入端作为充电器的第一输入端，耦合器的第二输入端作为充电器的第二输入端；

耦合器的第一输出端连接整流器的第一输入端，耦合器的第二输出端连接整流器的第二输入端；

整流器的第一输出端作为充电器的第一输出端，整流器的第二输出端作为充电器的第二输出端。

所述耦合器通过耦合变压器实现。

所述整流器包括：

整流器的第一输入端通过反接的第一二极管连接整流器的第一输出端，还通过第二二极管连接整流器的第二输出端；

整流器的第二输入端通过反接的第三二极管连接整流器的第一输出端，还通过第四二极管连接整流器的第二输出端。

还包括：所有充电支路中充电器的第二输入端均通过总开关连接储能电池组的第二端。

本申请实施例还提供一种电池能量均衡装置，包括：

根据储能电池组中各个电池的电压确定需要充电的电池的确定单元，以及，控制所述需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合的第一控制单元；

所述确定单元的输出端与第一控制单元的输入端连接。

确定单元包括：

根据储能电池组中各个电池的电压计算电池电压平均值的计算子单元，以及，将电压小于所述平均值的电池确定为需要充电的电池的第一确定子单元；

所述计算子单元的输出端与第一确定子单元的输入端连接。

确定单元包括：

从储能电池组各个电池的电压中确定数值最大的电压的第二确定子单元，以及，将该数值最大的电压对应的电池之外的所有电池确定为需要充电的电池的第三确定子单元；

第二确定子单元的输出端与第三确定子单元的输入端连接。

还包括：

根据各个电池的电压确定需要对电池进行能量均衡时控制总开关闭合的第二控制子单元，所述第二控制子单元的输出端与确定单元的输入端连接。

本申请实施例还提供一种储能系统，包括储能电池组，还包括：权利要求1至5任一项所述的电池能量均衡电路。

还包括：检测储能电池组中各个电池的电压的电池电压检测器，和，控制需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合的微处理器；其中，

电池电压检测器每一对进行电压检测的输入端与储能电池组中各个电池的两端对应连接；电池电压检测器的输出端连接微处理器的输入端；微处理器的各个输出端分别对应连接电池能量均衡电路中各个充电支路的开关的控制端。

微处理器的用于控制电池能量均衡电路总开关的输出端还连接总开关的控制端。

所述微处理器包括权利要求6至9任一项所述的装置。

本申请实施例中，为储能电池组的每一电池并联一充电支路；每一充电支路包括：充电支路的第一端与充电器的第一输出端连接，所述充电器的第二输出端通过开关与该充电支路的第二端连接；所述充电器的第一输入端与储能电池组的第一端连接，所述充电器的第二输入端与储能电池组的第二端连接；所述充电器在充电支路中的开关闭合时为充电支路对应的电池充电。从而，每一充电支路中的充电器通过储能电池组的能量为对应的电池充电，相对于现有技术，没有电阻对储能电池组中的能量进行额外的消耗，从而降低了储能电池组中能量的消耗，提高了储能电池组的能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为储能电池组结构示意图；

图1A为现有技术中的电池能量均衡电路结构图；

图2为本申请电池能量均衡电路第一实施例示意图；

图2A为本申请电池能量均衡电路第二实施例示意图；

图3为本申请充电器结构示意图；

图3A为本申请充电器实现结构实例；

图4为本申请电池能量均衡方法第一实施例示意图；

图4A为本申请电池能量均衡方法第二实施例示意图；

图5为本申请电池能量均衡装置第一实施例示意图；

图5A为本申请电池能量均衡装置第二实施例示意图；

图6为本申请储能系统结构示意图；

图6A为本申请电池电压检测器与微处理器的连接结构实例；

图6B为本申请微处理器与电池能量均衡电路的连接结构示意图；

图6C为本申请电池电压检测器的实现结构实例。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2为本申请电池能量均衡电路第一实施例示意图，该电池能量均衡电路可以应用于储能电池组，对储能电池组中的电池能量进行均衡。如图2所示，该电池能量均衡电路包括：

为储能电池组的每一电池并联一充电支路201；具体的，充电支路201的第一端连接该充电支路201对应电池的第一端，充电支路201的第二端连接该充电支路201对应电池的第二端。

每一充电支路201可以包括：充电支路201的第一端与充电器2011的第一输出端连接，所述充电器2011的第二输出端通过开关K1与该充电支路201的第二端连接；所述充电器2011的第一输入端与储能电池组的第一端A1连接，所述充电器2011的第二输入端与储能电池组的第二端A2连接；所述充电器2011用于在充电支路201中的开关K1闭合时为充电支路201对应的电池充电。

其中，在图2中仅示出了储能电池组中3个电池，且3个电池串联，图2仅为示例，储能电池组中具体的电池数量和储能电池组中电池组和结构本申请并不限制；并且，图2中仅示出了3个电池所并联的充电支路结构，其他电池并联的充电电路结构与此相同，这里不赘述。

其中，当电池的第一端为正端时，充电支路201的第一端为输出正端，充电器2011的第一输出端为输出正端；电池的第二端为负端时，充电支路201的第二端为输出负端，充电器2011的第二输出端为输出负端；或者，

当电池的第一端为负端时，充电支路201的第一端和充电器2011的第一输出端为输出负端，电池的第二端为正端时，充电支路201的第二端和充电器2011的第二端为输出正端。

同样的，当储能电池组的第一端为正端时，充电器2011的第一输入端为输入正端，储能电池组的第二端为负端，充电器2011的第二输入端为输入负端；或者，当储能电池组的第一端为负端时，充电器2011的第一输入端为输入负端，储能电池组的第二端为正端，充电器2011的第二输入端为输入正端。

由于所述充电器2011的第一输入端与储能电池组的第一端连接，所述充电器2011的第二输入端与储能电池组的第二端连接；从而，充电器2011为电池充电的电能来源于储能电池组。

在这种电池能量均衡电路下，可以在电池的电压小于其他电池电压时，打开电池对应充电支路的开关，通过充电支路中的充电器为电池充电，而且，充电器是使用储能电池组的总能量为储能电池组中电压低的电压充电，从而在储能电池组内部能够达到电池能量均衡。

而且，整个过程中储能电池组的能量没有消耗，相对于现有技术中使用电阻进行电池能量均衡，降低了储能电池组的能量消耗，提高了储能电池组的能量利用效率。

另外，储能电池组中的每一个电池都有独立的充电支路，某一个电池的充电支路损坏，不会影响其他充电支路，从而也不会影响其他电池进行能量均衡。

再有，储能电池组中的每一个电池都有独立的充电支路，从而可以控制储能电池组中多个电池甚至所有电池的充电支路同时对电池充电，进行能量均衡，从而电池能量均衡所需的时间较短，提高了电池能量均衡效率；而且，这种电池能量均衡电路尤其可以适用于需要快速均衡的场景下。

优选地，参见图2A所示，可以为本申请实施例电池能量均衡电路设置总开关K，通过总开关K控制电池能量均衡电路是否工作，所述总开关K可以设置于各个充电器2011的第二输入端与储能电池组的第二端之间，也即：所有充电支路201中充电器2011的第二输入端均通过总开关K连接储能电池组的第二端。

参见图3，为图2和图2A所示的电池能量均衡电路中充电器的一种实现结构示意图，所述充电器包括：耦合器301和整流器302；其中，

耦合器301的第一输入端作为充电器的第一输入端，连接储能电池组的第一端，耦合器301的第二输入端作为充电器的第二输入端，连接储能电池组的第二端；

耦合器301的第一输出端连接整流器302的第一输入端，耦合器301的第二输出端连接整流器302的第二输入端；

整流器302的第一输出端作为充电器的第一输出端，连接充电器对应电池的第一端，整流器302的第二输出端作为充电器的第二输出端，通过所述开关与充电器对应电池的第二端连接。

其中，耦合器301用于从储能电池组获取为电池充电的能量，将获取的能量传输给整流器302；

整流器302用于将耦合器301传输来的电能整流为稳定的直流电，提供给电池，以便为电池充电。

参见图3A所示，所述耦合器301可以通过耦合变压器实现；

所述整流器302可以包括：

整流器302的第一输入端通过反接的第一二极管D1连接整流器的第一输出端，还通过第二二极管D2连接整流器302的第二输出端；

整流器302的第二输入端通过反接的第三二极管D3连接整流器302的第一输出端，还通过第四二极管D4连接整流器302的第二输出端。

图3和图3A所示仅为充电器的实现示例，在实际应用中，所述充电器也可以使用其他的充电电路实现，只要能够实现使用储能电池组的电能为电池充电即可。

本申请实施例还提供一种电池能量均衡方法，能够实现对于前述电池能量均衡电路的控制；参见图4，该方法可以包括：

步骤401：根据储能电池组中各个电池的电压确定需要充电的电池；

步骤402：控制所述需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合。

优选地，步骤401可以包括：

根据储能电池组中各个电池的电压计算电池电压平均值；

将电压小于所述平均值的电池确定为需要充电的电池。

或者，步骤401可以包括：

从储能电池组各个电池的电压中确定数值最大的电压；

将该数值最大的电压对应的电池之外的所有电池确定为需要充电的电池。

当然在实际应用中步骤401还可以通过其他方法实现，例如预先设置电压阈值，将电压小于该电压阈值的电池确定为需要充电的电池等，这里并不限制。

当电池能量均衡电路使用图2A所示的结构实现时，参见图4A，步骤401之前还可以包括：步骤400：根据储能电池组中各个电池的电压确定需要对电池进行能量均衡时，控制所述总开关闭合。

从而首先控制总开关闭合，启动电池能量均衡电路开始工作；之后，步骤401和步骤402中即可以通过控制各个充电支路中开关的闭合和断开，为需要充电的电池充电。

优选地，所述根据各个电池的电压确定需要对电池进行能量均衡可以包括：

确定储能电池组中各个电池的电压不相等；或者，

确定储能电池组中至少一个电池的电压未处于预设电压区间。

图4和图4A所示的均衡控制方法通过对电池能量均衡电路中开关的控制，来实现对于储能电池组中电池的充电控制，使得储能电池组中的电池达到能量均衡。

与上述方法相对应的，本申请实施例还提供一种电池能量均衡装置，参见图5，该装置包括：

确定单元510，用于根据储能电池组中各个电池的电压确定需要充电的电池；

第一控制单元520，用于控制所述需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合。

优选地，确定单元510可以包括：

计算子单元，用于根据储能电池组中各个电池的电压计算电池电压平均值；

第一确定子单元，用于将电压小于所述平均值的电池确定为需要充电的电池。

或者，优选地，确定单元510可以包括：

第二确定子单元，用于从储能电池组各个电池的电压中确定数值最大的电压；

第三确定子单元，用于将该数值最大的电压对应的电池之外的所有电池确定为需要充电的电池。

优选地，参见图5A，该装置还可以包括：

第二控制单元530，用于根据储能电池组中各个电池的电压确定需要充电的电池之前，根据各个电池的电压确定需要对电池进行能量均衡时，控制总开关闭合。

优选地，第二控制单元530具体可以用于：确定储能电池组中各个电池的电压不相等时，控制所述总开关闭合；或者，确定储能电池组中至少一个电池的电压未处于预设电压区间时，控制总开关闭合。

图5和图5A所示的均衡控制装置通过对电池能量均衡电路中开关的控制，来实现对于储能电池组中电池的充电控制，使得储能电池组中的电池达到能量均衡。

优选地，所述均衡控制装置可以通过微处理器实现。

或者，所述均衡控制装置也可以通过对应的电路结构实现。

另外，本申请实施例还提供一种储能系统，参见图6，包括储能电池组610，还包括：电池能量均衡电路620。优选地，还包括电池电压检测器630和微处理器640。

其中，参见图6A，电池电压检测器630包括至少一对进行电压检测的输入端，每一对输入端分别连接储能电池组中电池的两端；从而分别检测储能电池组中每一个电池的电压。

电池电压检测器630的输出端连接微处理器640的输入端，将检测的各个电池的电压传输给微处理器640；

参见图6B，微处理器640的各个输出端分别连接各个充电支路中的开关K1的控制端；当所述开关K2通过三极管实现时，所述开关的控制端为三极管的基极，当开关通过MOS管实现时，所述开关的控制端为MOS管的栅极；或者，所述开关也可以通过带有控制端的可控三极管实现。

优选地，电池电压检测器630可以将储能电池组中各个电池的电压放大，将放大后的电压转换为数字信号发送给微处理器640；此时，所述电池电压检测器630可以通过图6C所述的运算放大器组和模/数转换器实现，具体的实现电路可以参考现有技术中的电池电压检测电路，这里不赘述。

微处理器640，用于根据储能电池组中各个电池的电压确定需要充电的电池；控制所述需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合。

优选地，微处理器的用于控制电池能量均衡电路总开关的输出端还连接总开关的控制端。

所述微处理器640可以通过图5和图5A中所示的电池能量均衡装置的结构实现。

图6所示的储能系统中，为各个电池分别设置充电器，可以在电池的电压小于其他电池电压时，打开电池对应充电电路的开关，通过充电器为电池充电，而且，充电器是使用储能电池组的总能量为储能电池组中电压低的电压充电，从而在储能电池组内部能够达到电池能量均衡。

另外，储能电池组中的每一个电池都有独立的充电支路，某一个电池的充电支路损坏，不会影响其他充电支路，从而也不会影响其他电池的均衡效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述的本申请实施方式，并不构成对本申请保护范围的限定。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电池能量均衡电路，其特征在于，包括：

为储能电池组的每一电池并联一充电支路；

2.根据权利要求1所述的电池能量均衡电路，其特征在于，所述充电器包括：耦合器和整流器；其中，

3.根据权利要求2所述的电池能量均衡电路，其特征在于，所述耦合器通过耦合变压器实现。

4.根据权利要求2或3所述的电池能量均衡电路，其特征在于，所述整流器包括：

5.根据权利要求1至4任一项所述的电池能量均衡电路，其特征在于，还包括：

所有充电支路中充电器的第二输入端均通过总开关连接储能电池组的第二端。

6.一种电池能量均衡装置，其特征在于，包括：

所述确定单元的输出端与第一控制单元的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，确定单元包括：

所述计算子单元的输出端与第一确定子单元的输入端连接。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，确定单元包括：

第二确定子单元的输出端与第三确定子单元的输入端连接。

9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：

10.一种储能系统，其特征在于，包括储能电池组，还包括：权利要求1至5任一项所述的电池能量均衡电路。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括：检测储能电池组中各个电池的电压的电池电压检测器，和，控制需要充电的电池对应的充电支路中的开关闭合的微处理器；其中，

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，微处理器的用于控制电池能量均衡电路总开关的输出端还连接总开关的控制端。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述微处理器包括权利要求6至9任一项所述的装置。