CN219458697U - 一种具有多重均衡功能的储能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种具有多重均衡功能的储能设备。一种具有多重均衡功能的储能设备包括电池组、均衡装置和检测装置。多个电池模组连接形成电池组，电池模组包括电池模块，电池模块通过多个电池单体连接构成，多个电池单体的连接形式包括串联和并联中的至少一种形式。每个电池模块串联一个均衡装置形成一个电池模组。在每个电池单体或电池模块设置一个检测装置，与均衡装置电连接。一种具有多重均衡功能的储能设备，具有以下优势：可适用电芯级别的各种电流均衡，缩短均衡周期，改善了均衡效果；降低功耗，避免损失系统容量；可适用多种电芯连接的方式的模组，缩短电芯均衡线束，减小电信号采集的误差；可进行多节电芯均衡。

Description

一种具有多重均衡功能的储能设备

技术领域

本实用新型涉及储能设备技术领域，尤其涉及一种具有多重均衡功能的储能设备。

背景技术

电化学储能设备以其不受环境和地理条件的限制、预装式结构设计、随需扩容、部署快捷方便等特点，受到用户的青睐。电化学储能系统一般由电芯通过串并联组成电池模组，模组串并联组成电池簇，电池簇经过储能变流器与电网进行交互，其中电芯是决定电化学储能系统的最主要部件。储能系统由一个或多个电芯串联组成，大量的电池串联加剧了电池簇的短板效应，对电池的一致性提出了更高的要求，而电池性能离散性将严重影响储能系统的经济性，改善储能系统电池一致性，提供电池系统使用寿命和经济性已经成为储能系统一个亟待解决的难题。

目前，传统储能系统通过在每个电芯两端增加一个均衡电路实现模组电芯的均衡，例如，公开号为CN110323801A的中国发明专利公开了一种储能系统电池模块均衡结构及控制方法，可以改善电池储能系统内的电池模块一致性；正激均衡变换器用于将电能从能量转移电池组向电池模块内任意单体传递；电池电压采集电路采集电池端电压，从而估计电池状态来控制电池均衡；控制方法根据电池模块内电压状态确定需要补充和释放电能的单体，然后利用主动与被动均衡相结合的方式，对电池模块内需要均衡的单体进行充电或者放电，从而实现电池模块的均衡。这种均衡方式仅适用电芯级别小电流均衡，均衡周期长，均衡效果差；被动的电阻放电均衡，功耗大，消耗电池的能量，损失系统容量；仅适用电芯串联的模组，不适于电池串并联的电池模组；电芯均衡线束长，电信号采集存在误差；只能进行单节电芯均衡，不能实现多节电芯的均衡。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种具有多重均衡功能的储能设备，采用在每个电池单体设置一个检测电压的传感器，多个串并联的电池单体组成的电池模块配置一个均衡装置，根据检测的电压控制均衡装置的开关的通断，设置控制装置控制电池组在充放电时的电压均衡，通过散热风扇防止机箱内热量过多，解决了均衡方式仅适用电芯级别小电流均衡，均衡周期长，均衡效果差；被动的电阻放电均衡，功耗大，消耗电池的能量，损失系统容量；仅适用电芯串联的模组，不适于电池串并联的电池模组；电芯均衡线束长，电信号采集存在误差；只能进行单节电芯均衡，不能实现多节电芯的均衡等的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种具有多重均衡功能的储能设备包括：

电池组，多个电池模组通过串联和并联中的至少一种形式连接形成，所述电池模组包括电池模块，所述电池模块通过多个所述电池单体连接构成，多个电池单体的连接形式包括串联和并联中的至少一种形式；

均衡装置，每个所述电池模块串联一个所述均衡装置形成一个电池模组，所述均衡装置设有开关；

检测装置，在每个所述电池单体或电池模块设置一个所述检测装置，并且，所述检测装置与所述均衡装置电连接。

进一步的，所述检测装置包括电压传感器。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：

控制装置，接收所述检测装置检测的电压信息，控制所述均衡装置的开关的通断。

进一步的，所述电池组的两端分别连接有电连接端子。

进一步的，所述电池单体采用磷酸铁锂电芯、锂离子电芯、镍镉电芯、镍氢电芯中的至少一种类型的电芯。

进一步的，当所述电池组通过多个所述电池模组并联连接时，所述电池模块的数量最多为3个；

当所述电池组通过多个所述电池模组串联连接时，所述电池模块的数量为2n个，其中，n为2≤n≤12的整数。

进一步的，所述电池模块的容量小于等于所述电池组的额定载流量。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：

机箱，所述电池组设置于所述机箱内，所述电连接端子、所述控制装置固定于所述机箱的壁板上。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：

热量调节装置，靠近所述电池组设置。

进一步的，所述热量调节装置包括：

散热风扇，所述散热风扇设置于所述机箱的壁板上。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种具有多重均衡功能的储能设备，具有以下优势：

本技术方案优点在于在每个电池单体设置一个检测电压的传感器，多个串并联的电池单体组成的电池模块配置一个均衡装置，根据检测的电压控制均衡装置的开关的通断，设置控制装置控制电池组在充放电时的电压均衡，通过散热风扇防止机箱内热量过多，本实用新型的均衡方式可适用电芯级别的各种电流均衡，缩短了均衡周期，改善了均衡效果；降低了功耗，避免损失系统容量；可适用多种电芯连接的方式的模组，缩短了电芯均衡线束，减小了电信号采集的误差；可进行多节电芯均衡。

附图说明

图1为本实用新型的实施例提出的具有多重均衡功能的储能设备的结构图；

图2为本实用新型的实施例提出的具有多重均衡功能的储能设备的充电过程中多重均衡工作原理的流程图；

图3为本实用新型的实施例提出的具有多重均衡功能的储能设备的放电过程中多重均衡工作原理的流程图；

图4为本实用新型的实施例提出的具有多重均衡功能的储能设备的充/放电过程中静态均衡工作原理的流程图。

附图标记说明：

1-机箱，2-电池组，3-电连接端子，4-电池单体，5-控制装置，6-均衡装置，7-检测装置，8-电池模块。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

在本实用新型中涉及“第一”、“第二”、“上”、“下”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“上”、“下”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当实施例之间的技术方案能够实现结合的，均在本实用新型要求的保护范围之内。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，一种具有多重均衡功能的储能设备，包括：电池组2、均衡装置6和检测装置7。多个电池模组通过串联和并联中的至少一种形式连接形成电池组2，所述电池模组包括电池模块8，所述电池模块8通过多个所述电池单体4连接构成，多个电池单体4的连接形式包括串联和并联中的至少一种形式。每个所述电池模块8串联一个所述均衡装置6形成一个电池模组，所述均衡装置6设有开关。在每个所述电池单体4或电池模块8设置一个所述检测装置7，并且，所述检测装置7与所述均衡装置6电连接。

多个电池单体4通过串并联的方式构成一个电池模块8，每个电池模块8连接一个均衡装置6形成一个电池模组，多个电池模组通过串并联的形式构成整个电池组2。在每个电池单体4或电池模块8上设置一个检测装置7，通过检测装置7检测每个电池单体4或电池模块8的电压值，根据检测到的电压值控制均衡装置6的开关，实现相应的电池模块8的电路的通断，达到在电池组2充电时的电压均衡。

本实用新型的上述实施例提出的均衡方式可适用电芯级别的各种电流均衡，缩短了均衡周期，改善了均衡效果；降低了功耗，避免损失系统容量；可适用多种电芯连接的方式的模组，缩短了电芯均衡线束，减小了电信号采集的误差；可进行多节电芯均衡。

具体的，所述检测装置7包括电压传感器。

在每个电池单体4上设置一个电压传感器，电压传感器通过电缆与均衡装置6电连接，用于检测电池单体4的电压值，根据检测到的电压值，控制均衡装置6的开关的通断。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：控制装置5，接收所述检测装置7检测的电压信息，控制所述均衡装置6的开关的通断。

所述的控制装置6是整个电池设备均衡的控制策略逻辑指令存储、控制、传输的中心，主要根据控制多重均衡装置6反馈的实时数据，控制对应的SW开关、电芯被动均衡电路动作，实现电芯级、电池块级别的能量均衡功能。电压传感器检测到的电压值传送给均衡装置6，在通过电路或无线传送到控制装置5，在控制装置5中对接收到的电压进行比较、计算和处理等，根据处理结果产生控制指令，再将控制指令传送到均衡装置6，实现开关的通断控制。

进一步的，所述电池组2的两端分别连接有电连接端子3。

通过电连接端子3与外部电源或负载电连接，实现电池组的充放电。电池组2与电连接端子3之间通过主回路线束连接。主回路线束优选为满足电池模组额定设计载流量的动力电缆或铜排。

进一步的，所述电池单体4采用磷酸铁锂电芯、锂离子电芯、镍镉电芯、镍氢电芯中的至少一种类型的电芯。

多个电池单体4通过串并连结构焊接在一起形成电池模块8。

进一步的，当所述电池组3通过多个所述电池模组并联连接时，所述电池模块8的数量最多为3个。

当所述电池组2通过多个所述电池模组串联连接时，所述电池模块8的数量为2n个，其中，n为2≤n≤12的整数。

进一步的，所述电池模块8的容量小于等于所述电池组2的额定载流量。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：机箱1，所述电池组2设置于所述机箱1内，所述电连接端子3、所述控制装置5固定于所述机箱1的壁板上。

所述的机箱1材料为不锈钢、碳素钢、铝合金型材等材质的安装壳体，用于支撑、保护电池模组各组成部件，且机箱1采用机架式设计，机箱1内部设计有固定各部件的安装螺丝、定位孔等。

进一步的，所述的具有多重均衡功能的储能设备，还包括：热量调节装置(图中未示)，靠近所述电池组2设置。

进一步的，所述热量调节装置包括：散热风扇，所述散热风扇设置于所述机箱1的壁板上。

以下说明本实用新型的实施例提出的具有多重均衡功能的储能设备的工作原理。

充/放电过程中多重均衡工作原理如下：

1、充电过程中均衡

如图2所示，并联的电池模组首次接入系统时，先通过控制装置断开均衡装置中对应每个SW开关，并通过均衡装置上传的电芯状态信息(电芯单体电压、电芯极耳温度等)，判断电池单体间电压是否存在差异。当电池单体间存在压差Vd时，不允许同时闭合均衡装置中SW开关，并启动控制装置中的均衡策略进行电池模块能量均衡维护。控制策略如下：

(1)控制装置下发均压维护执行命令给均衡装置启动电池模块均压维护；

(2)均衡装置闭合最低电压电池块的SW开关；

(3)控制装置通知电池模组外接充电设备进行大电流(电流小于模组额定电流)恒流充电；

(4)当次低电压电池单体与最低电压电池单体压差＜△Vb时，控制装置控制均衡装置闭合该电池块对应的SW开关，电池模组外接充电设备与并联次低压电池单体同时为最低电池单体充电；

(5)重复(4)的步骤，直至所有电池单体对应的均衡阵列中所有SW开关闭合。同时，在(1)～(4)过程中通过均衡装置采集的电池单体电压，判断电池单体电压是否一致，以事先预设的充电电压的“上限阈值电压”为基准，任何一只单体电芯在充电时最先达到“上限阈值电压”并检测出与相邻组内电池差异时，即对组内单体电压最高的那只电芯进行被动均衡，控制装置控制均衡装置中单体电压最高的电芯进行放电，以此类推，直至电压最低的电池单体电压到达“上限阈值电压”。

(6)当均衡装置中所有SW开关闭合后，且均衡装置监测的单体电压最低一节电芯电压达到“上限阀值电压”后，控制装置控制模组外接的充电设备停止充电，结束均衡。

2、放电过程中均衡

如图3所示，通过均衡装置上传的电芯状态信息(电芯单体电压、电芯极耳温度等)，判断电池单体间电压是否存在差异。当电池单体间存在压差Vd时，启动控制装置中的均衡策略进行电池单体能量均衡维护。控制策略如下：

(1)控制装置下发均压维护执行命令给均衡装置启动电池单体均压维护；

(2)控制装置控制均衡装置根据当前系统放电的电流，适时闭合最高电压电池模块的对应的SW开关；

(3)当次高电压电池单体与最高电压电池单体压差＜△Vb时，控制装置控制均衡装置闭合该次高电池模块对应的SW开关；

(4)重复(3)的步骤，直至所有电池模块对应的均衡阵列中所有SW开关闭合，完成放电电池模块放电均衡。

3、静态均衡

如图4所示,静态均衡工作流程如下。通过均衡装置上传的电芯状态信息(电芯单体电压、电芯极耳温度等)，判断电池单体间电压是否存在差异。当电池单体间存在压差Vd时，启动控制装置中的均衡策略进行电池模块能量均衡维护。控制策略如下：

(1)控制装置下发均压维护执行命令给均衡装置启动电池模块均压维护；

(2)控制装置接受均衡装置上传的电池状态信息，通过分析、对比检测当前的电池单体之间的压差；

(3)当最高电池单体电压与最低电压电池单体压差＞△Vd时，控制装置控制均衡装置启动主动均衡策略；

(4)控制装置控制均衡装置电压最高的电池单体与电压最低的电池单体对应的SW开关闭合；

(5)均衡装置启动主动均衡控制策略，吸收电压最高的电池单体能量,为电压最低的电池单体充电；

(6)重复(3)～(5)的步骤，直至所有电池单体电压小于△Vd，完成放电电池单体放电均衡。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，包括：

电池组(2)，多个电池模组通过串联和并联中的至少一种形式连接形成，所述电池模组包括电池模块(8)，所述电池模块(8)通过多个电池单体(4)连接构成，多个电池单体(4)的连接形式包括串联和并联中的至少一种形式；

均衡装置(6)，每个所述电池模块(8)串联一个所述均衡装置(6)形成一个电池模组，所述均衡装置(6)设有开关；

检测装置(7)，在每个所述电池单体(4)或电池模块(8)设置一个所述检测装置(7)，并且，所述检测装置(7)与所述均衡装置(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，所述检测装置(7)包括电压传感器。

3.根据权利要求2所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，还包括：

控制装置(5)，接收所述检测装置(7)检测的电压信息，控制所述均衡装置(6)的开关的通断。

4.根据权利要求3所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，所述电池组(2)的两端分别连接有电连接端子(3)。

5.根据权利要求4所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，

所述电池单体(4)采用磷酸铁锂电芯、锂离子电芯、镍镉电芯、镍氢电芯中的至少一种类型的电芯。

6.根据权利要求5所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，

当所述电池组(2)通过多个所述电池模组并联连接时，所述电池模块(8)的数量最多为3个；

当所述电池组(2)通过多个所述电池模组串联连接时，所述电池模块(8)的数量为2n个，其中，n为2≤n≤12的整数。

7.根据权利要求6所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，所述电池模块(8)的容量小于等于所述电池组(2)的额定载流量。

8.根据权利要求7所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，还包括：

机箱(1)，所述电池组(2)设置于所述机箱(1)内，所述电连接端子(3)、所述控制装置(5)固定于所述机箱(1)的壁板上。

9.根据权利要求8所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，还包括：

热量调节装置，靠近所述电池组(2)设置。

10.根据权利要求9所述的具有多重均衡功能的储能设备，其特征在于，所述热量调节装置包括：

散热风扇，所述散热风扇设置于所述机箱(1)的壁板上。