CN207320901U - 一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置，包括由第一电池组和第二电池组串联而成的总电池组，所述第一电池组和第二电池组各由若干节电池串联而成，包括第一双向DC/DC变换器、第一选通开关组、第二双向DC/DC变换器和第二选通开关组；所述第一双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第一双向DC/DC变换器的低压侧连接至第一选通开关组的不动端，所述第一选通开关组的动端连接至第一电池组内的电池的两端；所述第二双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第二双向DC/DC变换器的低压侧连接至第二选通开关组的不动端，所述第二选通开关组的动端连接至第二电池组内的电池的两端。本实用新型兼顾了低成本和高均衡效率的目标。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池均衡技术领域，尤其涉及一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置。
背景技术
家庭储能最近几年发展迅速，一般为5-10kWh规模，主要用在电网用户侧末端家庭用光伏储能系统，既可以实现电能的自发自用，又可以将富余的电能回馈电网获得经济收益，在系统离网时还能用作备用电源。
家庭储能系统容量小，占用空间少，投资成本相对较低。因此系统能量密度要求高，能量利用率尽可能提高，通常选用锂离子电池作为储能电池。锂离子电池存在固有的性能不一致，十几节串联使用后需要配备均衡装置来提高整组电池电气性能。传统的耗散型被动均衡技术不符合系统对能量利用率的要求，大型储能系统中电池组配备的均衡系统又过于复杂，必然增加能量损耗和多占用空间。因此家庭储能系统需要配备一种简单、高效的均衡装置才能满足系统对能量密度和能量利用率的要求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置，兼顾了低成本和高均衡效率的目标。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置，包括由第一电池组和第二电池组串联而成的总电池组，所述第一电池组和第二电池组各由若干节电池串联而成，其特征在于，包括第一双向DC/DC变换器、第一选通开关组、第二双向DC/DC变换器和第二选通开关组；所述第一双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第一双向DC/DC变换器的低压侧连接至第一选通开关组的不动端，所述第一选通开关组的动端连接至第一电池组内的电池的两端；所述第二双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第二双向DC/DC变换器的低压侧连接至第二选通开关组的不动端，所述第二选通开关组的动端连接至第二电池组内的电池的两端。
进一步的，所述总电池组为48V100Ah磷酸铁锂电池组，由16节电池串联而成；第一电池组和第二电池组各由8节电池串联而成。
进一步的，所述第一选通开关组和第二选通开关组为8通道选通开关组。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的装置结构简单、成本低廉且均衡效率高，满足了系统对能量密度和能量利用率的要求。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型一实施例的双向反激DC/DC变换器主电路。
图3为本实用新型一实施例的开关管驱动波形。
图4为本实用新型一实施例的同步驱动电路。
图中：1-第一电池组；2-第二电池组；3-第一双向DC/DC变换器；4-第一选通开关组；5-第二双向DC/DC变换器；6-第二选通开关组。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型提供一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置，包括由第一电池组1和第二电池组2串联而成的总电池组，所述第一电池组1和第二电池组2各由若干节电池串联而成，包括第一双向DC/DC变换器3、第一选通开关组4、第二双向DC/DC变换器5和第二选通开关组6；所述第一双向DC/DC变换器3的高压侧连接至总电池组的两端构成高压电能流动回路，第一双向DC/DC变换器3的低压侧连接至第一选通开关组4的不动端，所述第一选通开关组4的动端连接至第一电池组1内的电池的两端构成低压电能流动回路；所述第二双向DC/DC变换器5的高压侧连接至总电池组的两端构成高压电能流动回路，第二双向DC/DC变换器5的低压侧连接至第二选通开关组6的不动端，所述第二选通开关组6的动端连接至第二电池组2内的电池的两端构成低压电能流动回路。
优选的，所述总电池组为家庭储能用48V100Ah磷酸铁锂电池组，由16节电池串联而成；第一电池组和第二电池组各由8节电池串联而成。相应的，所述第一选通开关组4和第二选通开关组6为8通道选通开关组。
另外，还包括一驱动芯片与所述第一双向DC/DC变换器3、第一选通开关组4、第二双向DC/DC变换器5和第二选通开关组6连接。
本实用新型即能实现电池组内的能量交换，又能实现电池组间的能量交换。以下结合具体实施例进行详细说明：
实施例一：电池组内的能量交换
以第一电池组1为例，若第一电池组1内某节电池能量较高，则需要对其进行放电均衡；通过驱动芯片控制第一选通开关组4的动端连接至该节电池的两端，同时输出相应的驱动信号打开第一双向DC/DC变换器3，将能量从单体电池传递到总电池组；反之，需要对该节电池进行充电均衡，将能量从总电池组传递到单体电池。
实施例二：电池组间的能量交换
若第一电池组1中某节电池能量较低，第二电池组2中某节电池能量较高，需要将能量从第二电池组2中的那节电池传递到第一电池组1中的电池，通过驱动芯片控制第一选通开关组4的动端连接至第一电池组1的电池的两端，控制第二选通开关组6的动端连接至第二电池组2的电池的两端，同时输出相应的驱动信号打开第一双向DC/DC变换器3和第二双向DC/DC变换器5，使得第二电池组2中的高能量电池放电，第一电池组1中的低能量电池充电，这样可以第一电池组1中能量与第二电池组2中的能量可以进行相互交换，提高总电池组的能量利用率。
第一(或第二)双向DC/DC变换器，电池能量双向传递，能够满足电池组在充电、放电、开路、待机等不同工作状态的均衡需求。
双向反激DC/DC变换器的工作原理如下：
反激变换器由于具有拓扑简单、元器件数量少，能实现电气隔离动态响应迅速的特点，广泛应用于需要电气隔离的小功率场合。双向反激变换器有传统单向反激变换器演化而来，以变压器为中心线的对称拓扑，如图2所示。不论能量从Ui向Uo正向传递，还是从Uo向Ui反向传递，起拓扑都是基本反激形式。
当主开关管Q1导通时，Q2关断；当主开关管Q1关断时，Q2导通，起整流作用。Q2的栅极电压与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能。变压器原边的主开关管Q1和副边同步整流管Q2必须按顺序同步工作，即两管的导通时间不能重叠。关键点在于同步整流管的位置与驱动电路的结构配合、波形的整形限幅和死区控制。
这个电路拓扑具有对称性，因此只需研究正向工作情况，就知反向情况。
驱动信号如图3所示，A正向工作，当开关管Q1导通时，开关管Q2关断，变压器储存能量，这时可把变压器看成是一个电感Lp，流过Lp的电流线性上升，达到幅值Ip。电流Ip上升斜率由dip/dt＝Vs/Lp决定。磁芯不饱和，则ip线性增加，磁芯内的磁感应强度将从Br增加到工作峰值Bm，此时开关管Q2关断，负载电流由输出滤波电容Co提供。当开关管Q1关断时，同时开关管Q2开通，变压器将初级储能的能量传递到次级，提供负载电流。同时给输出电容充电，以补偿电容Co单独提供负载电流时消耗的能量。
同步整流技术的核心问题是同步整流管的驱动。根据同步整流管的控制方式的不同，可将同步整流器分为两类：外部驱动式同步整流器、自驱动式同步整流器、混合驱动式同步整流器。外驱动的优点是驱动信号电压幅值恒定，不随变换器输入电压幅值变化，驱动波形质量高，调试方便；缺点是电路复杂、成本高。本电路采用外部驱动式同步整流器，如图4所示，通过驱动芯片产生的驱动信号，来驱动同步整流管MOSFET。
在图4中，OUTA/B是来自PWM控制器的驱动信号，当驱动信号为高电平，OUTA/B向电容C1充电，C1有隔断直流的作用，通过自动调节电压大小维持伏秒平衡同时也改变了正负比例，在次级串联一个同样大小的电容C2来解决这个问题。利用脉冲变压器把OUTA/B信号传递到变压器副边。来驱动整流管MOSFET。
家庭储能用电池组串联数量少，配备的电池管理模块,采用主控芯片TMS320F28035采集了电压、电流，用数字化控制，输出2路互补PWM波形控制DC/DC变换器的开关管。因此利用电池管理模块的主控芯片控制开关管能显著降低控制电路复杂度，降低装置成本。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (3)
1.一种家庭储能用锂离子电池组均衡装置，包括由第一电池组和第二电池组串联而成的总电池组，所述第一电池组和第二电池组各由若干节电池串联而成，其特征在于，包括第一双向DC/DC变换器、第一选通开关组、第二双向DC/DC变换器和第二选通开关组；所述第一双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第一双向DC/DC变换器的低压侧连接至第一选通开关组的不动端，所述第一选通开关组的动端连接至第一电池组内的电池的两端；所述第二双向DC/DC变换器的高压侧连接至总电池组的两端，第二双向DC/DC变换器的低压侧连接至第二选通开关组的不动端，所述第二选通开关组的动端连接至第二电池组内的电池的两端。
2.根据权利要求1所述的家庭储能用锂离子电池组均衡装置，其特征在于，所述总电池组为48V100Ah磷酸铁锂电池组，由16节电池串联而成；第一电池组和第二电池组各由8节电池串联而成。
3.根据权利要求2所述的家庭储能用锂离子电池组均衡装置，其特征在于，所述第一选通开关组和第二选通开关组为8通道选通开关组。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113224816A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-08-06 | 上海交通大学 | 串联电池组隔离接口、选通网络、保护与均衡电路、方法 |
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2017
- 2017-10-25 CN CN201721382896.XU patent/CN207320901U/zh active Active
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