專利名稱：可控電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可控電池模塊，具體是一種可將電池正向、反向接入回路或者從回路旁路，達(dá)到對電池的充放電控制的可控電池模塊，用于大容量電池儲能場合。屬于電池儲能領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用電池儲能平滑風(fēng)電和光伏發(fā)電功率是解決新能源并網(wǎng)難和風(fēng)電“棄風(fēng)”問題的有效途徑。大規(guī)模電池儲能在電網(wǎng)中的應(yīng)用將改變電能只能傳輸不能存儲的歷史，給電力生產(chǎn)和運行帶來革命性的影響，極大地促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。由于電池的單體電壓較低(小于5VDC)，容量一般不超過500Ah，因此在大容量電池儲能系統(tǒng)中，電池子系統(tǒng)由大量的電池單體組成。為了便于實現(xiàn)對這些大量的電池的組裝、運輸和管理，通行的做法是首先通過對電池單體的串聯(lián)，得到具有一定電壓(〈100VDC) 電池模塊；再將多個電池模塊串聯(lián)為電池堆，電池堆電壓即為電池系統(tǒng)直流電壓，電池系統(tǒng)直流電壓的大小根據(jù)具體的應(yīng)用需要來確定。對于交流側(cè)出口電壓為380V的情況，電池系統(tǒng)直流電壓一般為800VDC左右；對于交流側(cè)出口電壓為690V的情況，電池系統(tǒng)直流電壓一般為1100VDC左右；個別儲能系統(tǒng)中直流電壓可達(dá)到3000 - 5500VDC。為了進(jìn)一步擴(kuò)大電池系統(tǒng)容量，也可將多個電池堆并聯(lián)運行。目前，無論是將電池單體串聯(lián)得到電池模塊，還是將電池模塊串聯(lián)得到電池堆，均是采取導(dǎo)線直接連接的方式。由于串聯(lián)電路中每個電池單體電流相等，而每個電池單體的容量存在一定的差異，充電時，容量較小的電池首先充滿，繼續(xù)充電可能會造成容量較小的電池過充；放電時，容量較小的電池首先放完，繼續(xù)放電可能會造成容量較小的電池過放。 因而造成容量較小的電池單體的容量和壽命的損失，并形成惡性循環(huán)。因此，導(dǎo)線直接連接不可避免地導(dǎo)致了電池“短板效應(yīng)”的發(fā)生，嚴(yán)重限制了電池系統(tǒng)的整體壽命。在電池系統(tǒng)的電池單體串聯(lián)數(shù)量多、直流電壓高的情況下“短板效應(yīng)”更為突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種可控電池模塊，可以控制電池系統(tǒng)中的不同電池模塊處于不同的工作狀態(tài)，實現(xiàn)電池模塊的均衡運行、故障冗余和不同容量電池模塊的混合運行，提高電池系統(tǒng)的壽命和可靠性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所述可控電池模塊包括四個可控開關(guān)以及由儲能電池單體組成的電池串，所述四個可控開關(guān)分每兩個一組串聯(lián)，兩組再分別與所述電池串并聯(lián)，兩組串聯(lián)的可控開關(guān)的連接點為可控電池模塊的兩個引出線端點。所述的儲能電池單體是用于由一個電芯或者多個電芯并聯(lián)組成的具有完整包裝的整體。所述的可控開關(guān)為繼電器等機(jī)械開關(guān)或者電子開關(guān)，具備電流雙向流動的能力。
本發(fā)明中，通過對所述可控開關(guān)的控制可使電池模塊正向接入回路，也可以使電池模塊反向接入回路，還可以使電池模塊從回路中旁路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是可將電池模塊正向、反向接入電池系統(tǒng)回路或者從回路中旁路，克服了簡單串聯(lián)方案中所有電池必定處于同種工作狀態(tài)(充電、放電或者停止?fàn)顟B(tài))的局限，達(dá)到對電池模塊的區(qū)別化充放電控制的目的?？梢詫崿F(xiàn)電池模塊的均衡運行、故障冗余和不同容量電池模塊的混合運行，提高了電池系統(tǒng)的壽命和可靠性。


圖1為本發(fā)明一實施例的可控電池模塊結(jié)構(gòu)圖。圖2為實施例1的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，為本發(fā)明一實施例可控電池模塊結(jié)構(gòu)圖。該圖中包括4個可控開關(guān)
Sl、S2、S3、S4，M個儲能電池單體Ce 1、Ce2......CeM。將M個儲能電池單體Ce 1、Ce2......CeM
正負(fù)極首尾串聯(lián)組成蓄電池串，M為大于等于2的自然數(shù)，可控開關(guān)S1、S2、S3、S4每兩個一組串聯(lián)，再分別與蓄電池串進(jìn)行并聯(lián)。如此構(gòu)成一個可控電池模塊E。兩組串聯(lián)的可控開關(guān)的連接點T1、T2為可控電池模塊的兩個引出端。
實施例本實施例為適用于690VAC儲能系統(tǒng)的電池系統(tǒng)，額定電壓1100VDC，額定容量 200Ah，額定電流50A。如圖2所示，本實施例的電池系統(tǒng)包括23個可控電池模塊，23個可控電池模塊相互串聯(lián)構(gòu)成電池堆(η = 23)，電池堆額定電壓1100VDC。本實施例中電池系統(tǒng)僅包含一個電池堆。按照圖2的方式連接構(gòu)成整個電池系統(tǒng)。其中
所述的可控電池模塊中的電池串由15個額定電壓3. 2V、容量200Ah的磷酸鐵鋰儲能電池串聯(lián)組成，其額定電壓48VDC。所述的可控電池模塊中的4個可控開關(guān)采用電力MOSFET IRF1312，其漏源電壓 80VDC，漏源電阻最大值ΙΟπιΩ，最大持續(xù)電流95A。實施例的工作過程如下
1、在正常的工作狀態(tài)下，可控電池模塊的可控開關(guān)Sl 1、S14、S21、S24……Snl、Sn4處于閉合狀態(tài)，S12、S13、S22、S23……Sn2、Sn3處于斷開狀態(tài)，電池系統(tǒng)電壓為可控模塊E1、 E2……En的電壓之和。無論電池系統(tǒng)處于充電還是放電狀態(tài)，每個可控電池模塊的狀態(tài)與整個電池系統(tǒng)一致。由于生產(chǎn)制造、運行環(huán)境或者外部損傷等原因造成電池系統(tǒng)中某個電池模塊，如第二個可控電池模塊E2，與其他模塊的容量差異較大(如偏小)。在電池系統(tǒng)運行過程中，如發(fā)現(xiàn)可控電池模塊E2即將進(jìn)入“過充”或者“過放”狀態(tài)時，控制E2的可控開關(guān)由S21、S24 閉合，S22、S23斷開的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到S21、S22閉合，S23、S24斷開的狀態(tài)，實現(xiàn)對可控電池模塊內(nèi)部儲能電池的旁路，從而防止過充或過放情況的發(fā)生。如其他電池模塊由于容量偏小即將進(jìn)入“過充”或者“過放”狀態(tài)時，控制方式相同。在電池系統(tǒng)的投入運行時，某個電池模塊的荷電狀態(tài)(SOC)可能與其他電池模塊存在較大差異(如維修、更換電池模塊后)。假如第二個可控電池模塊E2，與其他模塊的荷電狀態(tài)差異較大，可控制E2的可控開關(guān)由S21、S24閉合，S22、S23斷開的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到S22、 S23閉合，S21、S24斷開的狀態(tài)，使得該電池模塊反向串聯(lián)在回路中，實現(xiàn)該電池模塊與其他電池模塊的反狀態(tài)運行，迅速使得電池模塊間的荷電狀態(tài)達(dá)到均衡。其他電池模塊發(fā)生類似情況時，控制方式相同。在電池系統(tǒng)的運行過程中，由于某種異常原因造成某個可控電池模塊，如第二個可控電池模塊E2內(nèi)部電池串的失效，可控制E2的可控開關(guān)由S21、S24閉合，S22、S23斷開的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到S21、S22閉合，S23、S24斷開的狀態(tài)，實現(xiàn)對可控電池模塊內(nèi)部儲能電池的旁路，使得失效的電池模塊退出運行而不需中斷整個電池系統(tǒng)的正常工作，從而避免電池模塊失效對整個電池系統(tǒng)的影響。在一般的實施方式中，直接電池模塊的電池固定串聯(lián)在電池堆中，不可避免地造成容量較小的電池模塊存在“過充”和“過放”現(xiàn)象，對該電池模塊的容量和壽命造成損失， 形成惡性循環(huán)，進(jìn)而影響整個電池系統(tǒng)的整體壽命。本實施例的優(yōu)點在于通過對可控電池模塊的可控開關(guān)的控制，避免電池模塊“過充”和“過放”現(xiàn)象的發(fā)生，實現(xiàn)電池模塊間荷電狀態(tài)的快速均衡，同時可以實現(xiàn)對電池模塊的故障隔離，提高電池系統(tǒng)可靠性。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種可控電池模塊，其特征在于包括四個可控開關(guān)以及由儲能電池單體組成的電池串，所述四個可控開關(guān)分為兩組分別串聯(lián)后與所述電池串并聯(lián)，兩組串聯(lián)的可控開關(guān)的連接點為可控電池模塊的兩個引出線端點。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可控電池模塊，其特征在于所述可控開關(guān)具有電流的雙向流動能力。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可控電池模塊，其特征在于通過對所述可控開關(guān)的控制使電池模塊正向接入回路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可控電池模塊，其特征在于通過對所述可控開關(guān)的控制使電池模塊反向接入回路。
5.如權(quán)利要求1所述的一種可控電池模塊，其特征在于通過對所述可控開關(guān)的控制使電池模塊從回路中旁路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可控電池模塊，所述模塊包括四個可控開關(guān)以及由儲能電池單體組成的電池串，所述四個可控開關(guān)分為兩組分別串聯(lián)后與所述電池串并聯(lián)，兩組串聯(lián)的可控開關(guān)的連接點為可控電池模塊的兩個引出線端點。利用本發(fā)明可以控制電池系統(tǒng)中的不同電池模塊處于不同的工作狀態(tài)，實現(xiàn)電池模塊的均衡運行、故障冗余和不同容量電池模塊的混合運行，提高電池系統(tǒng)的壽命和可靠性。
文檔編號H01M10/42GK102332619SQ20111029803
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者凌志斌 申請人:上海交通大學(xué)