專利名稱：儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)及均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及的是一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)及均衡方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能、太陽能、波浪能等新能源發(fā)電系統(tǒng)均具有波動(dòng)性、不穩(wěn)定等特點(diǎn)。采用大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，可使不穩(wěn)定的新能源電力的輸出功率平滑可調(diào)，將不穩(wěn)定的電能輸入變?yōu)檫B續(xù)、安全可靠的電能輸出，改善電網(wǎng)安全性和可靠性，提高新能源電力的使用率，減少波動(dòng)性電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而解決新能源電力并網(wǎng)難題。對(duì)于海島、偏遠(yuǎn)地區(qū)等的獨(dú)立離網(wǎng)新能源發(fā)電，同時(shí)是由于電力的不穩(wěn)定性，需要大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力平滑及儲(chǔ)存，以滿足沒有新能源出力的情況下電力的正常供應(yīng)。影響電池單體、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的重要外部因素是溫度；內(nèi)部因素是電池的內(nèi)阻及模塊內(nèi)、模塊間電池的一致性。大規(guī)模儲(chǔ)能需要將多個(gè)單體電池串并聯(lián)起來以獲得較大的儲(chǔ)能容量及較高功率輸出，電池組的儲(chǔ)能大小取決于最差一節(jié)電池的充放電特性。由于電池制造過程本身具有一定離散性，而且隨著電池使用時(shí)間的增長(zhǎng)，電池性能的相互差異更加突出，如果沒有對(duì)電池進(jìn)行均衡管理，隨著充放電循環(huán)進(jìn)行，單體電池間的不一致會(huì)造成欠充電、過充電和過放電，嚴(yán)重影響電池組的使用性能和壽命，并且會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱
串
)Qi、O現(xiàn)有的均衡技術(shù)，往往只在充電過程中應(yīng)用電阻對(duì)電池組進(jìn)行耗散型均衡。這種均衡方式不能在充放電過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)均衡，均衡效果不夠顯著。并且耗散型電阻在均衡過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，降低了充放電效率，造成有效儲(chǔ)存能量的巨大浪費(fèi)；同時(shí)產(chǎn)生的大量熱，還增加了熱管理的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)有的非耗散型均衡方法主要包括開關(guān)電容均衡方法等，但是往往會(huì)存在電路復(fù)雜、均衡速度慢等問題。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)及均衡方法， 旨在解決現(xiàn)有的耗散型電阻均衡方式在均衡過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，降低了充放電效率， 造成有效儲(chǔ)存能量的巨大浪費(fèi)；同時(shí)產(chǎn)生的大量熱，還增加了熱管理的負(fù)擔(dān)，且系統(tǒng)電路復(fù)雜、均衡速度慢等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其中，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、 繼電器、均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對(duì)第二蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)電均衡。所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其中，所述第二蓄電池組包括多個(gè)單體電池，所有的單體電池被分為多個(gè)儲(chǔ)能模塊，所述儲(chǔ)能模塊包括均衡電源輸入端、電能輸出端和控制端，各儲(chǔ)能模塊的均衡電源輸入端并聯(lián)連接，各儲(chǔ)能模塊的電能輸出端串聯(lián)連接，所述控制端連接至儲(chǔ)能控制單元。所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其中，每個(gè)儲(chǔ)能模塊包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的單體包，所述單體包包括一單體電池、一微處理器和一隔離模塊，所述單體包上設(shè)置有正極點(diǎn)、負(fù)極點(diǎn)、LIN總線和均衡總線，所述單體電池的兩極分別對(duì)應(yīng)連接在正極點(diǎn)和負(fù)極點(diǎn)上以及微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上，所述LIN總線連接在控制端上；所述均衡總線連接在均衡電源輸入端上；所述正極點(diǎn)和負(fù)極點(diǎn)連接在電能輸出端。所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電裝置設(shè)置有多套， 且均連接至電能合并系統(tǒng)。一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡方法，其中，所述微處理器采集儲(chǔ)能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并發(fā)送給儲(chǔ)能控制單元，所述儲(chǔ)能控制單元計(jì)算各儲(chǔ)能模塊內(nèi)的單體電池的平均電壓，當(dāng)某一儲(chǔ)能模塊里的某一單體電池電壓低于其所在儲(chǔ)能模塊內(nèi)單體電池的平均電壓，則單體包里的微控制器控制單體電池與均衡總線連接，單體電池吸收均衡總線上的電量，開始對(duì)該單體電池進(jìn)行均衡；當(dāng)該單體電池電壓達(dá)到儲(chǔ)能模塊里單體電池的平均電壓時(shí)，單體電池與均衡總線斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，然后對(duì)另一節(jié)低電壓的單體電池進(jìn)行均衡處理。所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡方法，其中，若某一儲(chǔ)能模塊里的所有單體電池的電壓都已經(jīng)均衡，但是低于儲(chǔ)能系統(tǒng)中各儲(chǔ)能模塊間的平均電壓，則該儲(chǔ)能模塊的所有單體電池與均衡總線連接，吸收均衡總線上的電量，儲(chǔ)能模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進(jìn)行補(bǔ)電，直到該儲(chǔ)能模塊的電壓達(dá)到儲(chǔ)能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過提供一種外接蓄電池組式的補(bǔ)電均衡方案，其采用總線均衡方式，均衡電源輸入端均接電池單元的電極上，隨時(shí)可以對(duì)單節(jié)電池進(jìn)行均衡， 只要有單體電池電壓低，滿足均衡條件，不論儲(chǔ)能單元或模塊處于充電、放電或放置狀態(tài)， 均可立即均衡，實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)態(tài)均衡，另外在均衡過程中不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，提高了充放電效率。


圖1是本發(fā)明提供的外接電池組式均衡系統(tǒng)的原理圖；圖2是本發(fā)明提供的儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的電池模塊示意圖；圖4是本發(fā)明提供的單體包內(nèi)部均衡使能示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接蓄電池組式均衡系統(tǒng)及其均衡方法，采用外接蓄電池組式補(bǔ)電均衡方法的均衡系統(tǒng)包括兩套充電模塊及一套補(bǔ)電用蓄電池組。通過增加一套小型充電模塊及用作補(bǔ)電的蓄電池組對(duì)大的儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)電均衡，原理如圖1所示。參見圖1，所述外接蓄電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、 均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊。外接蓄電池組補(bǔ)電均衡系統(tǒng)則是通過增加一套第一充電模塊及用作補(bǔ)電的第一蓄電池組，第一蓄電池組對(duì)大的儲(chǔ)能系統(tǒng)即第二蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)電均衡。本發(fā)明中發(fā)電裝置設(shè)置有多套，發(fā)電裝置1、發(fā)電裝置2、……、發(fā)電裝置n(其中η 大于等于1)，所述發(fā)電裝置均連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組。所述第一蓄電池組為均衡源。本方案中的儲(chǔ)能系統(tǒng)分為單體包、儲(chǔ)能模塊、儲(chǔ)能單元(即蓄電池組)三個(gè)級(jí)別。 每個(gè)儲(chǔ)能模塊由8-10節(jié)電池單體串聯(lián)構(gòu)成，儲(chǔ)能單元?jiǎng)t由η個(gè)儲(chǔ)能模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成。如圖4所示，所述單體包包括正極點(diǎn)、負(fù)極點(diǎn)、LIN總線。LIN總線用于模塊控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)單體進(jìn)行分布式控制。單體包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，每個(gè)單體包由一個(gè)單體電池、一個(gè)微處理器(MPU)和一個(gè)隔離模塊形成。所述單體電池連接在微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上。模塊組成示意圖如圖3所示，包括恒流源、多節(jié)單體包、模塊控制板。其中，恒流源從均衡電源獲得電能，每個(gè)恒流源負(fù)責(zé)一個(gè)模塊的均衡補(bǔ)電。模塊控制板通過模塊內(nèi)處理器比較模塊內(nèi)單體電壓高低，判斷單節(jié)電池和均衡線的連接關(guān)系。模塊控制板內(nèi)處理器發(fā)出均衡使能，通過LIN總線和隔離模塊后輸入給微處理器MPU，微處理器MPU再控制單節(jié)電池和均衡總線的連接關(guān)系，接通進(jìn)入均衡狀態(tài)。為了提高均衡速度及效率，本均衡方案中將儲(chǔ)能系統(tǒng)分成多個(gè)儲(chǔ)能模塊，如圖2所示。所述儲(chǔ)能系統(tǒng)包括均衡電源輸入端、第一儲(chǔ)能模塊、第二儲(chǔ)能模塊、……、第η儲(chǔ)能模塊、儲(chǔ)能控制單元，所述第一儲(chǔ)能模塊、第二儲(chǔ)能模塊、……、第η儲(chǔ)能模塊均并聯(lián)在均衡電源輸入端上，各儲(chǔ)能模塊的輸出端之間串聯(lián)連接。 所述儲(chǔ)能控制單元的作用主要是通過內(nèi)設(shè)處理器提取各單體電池的電壓并計(jì)算儲(chǔ)能單元的平均電壓，并為can總線提供接口。儲(chǔ)能控制單元在其他方面要實(shí)現(xiàn)的功能不在此描述。 所述儲(chǔ)能控制單元通過can總線連接各儲(chǔ)能模塊，此時(shí)，各模塊作為一個(gè)整體，模塊內(nèi)排列的第一節(jié)單體的正極作為模塊的正極，最后一節(jié)單體的負(fù)極作為模塊的負(fù)極。所述單體包中嵌入的微處理器中的電壓采集系統(tǒng)采集儲(chǔ)能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并通過儲(chǔ)能單元控制器內(nèi)處理器計(jì)算儲(chǔ)能單元單體電池的平均電壓，其平均電壓U 的計(jì)算公式為儲(chǔ)能單元單體平均電壓U =儲(chǔ)能單元總電壓/儲(chǔ)能單元單體電池總數(shù)。模塊內(nèi)的處理器計(jì)算各模塊單體的平均電壓模塊單體平均電壓U'=儲(chǔ)能模塊電壓/模塊內(nèi)單體電池?cái)?shù)，此平均電壓是進(jìn)行模塊內(nèi)均衡的衡量依據(jù)。儲(chǔ)能單元平均電壓和模塊平均電壓是模塊間均衡的依據(jù)。本發(fā)明的外接電池組式補(bǔ)電均衡方式有兩套充電模塊及蓄電池組。直流母線上的電力通過充電模塊可分別給兩組蓄電池充電。其中第一充電模塊給第一蓄電池組充電，第一蓄電池組作為均衡源；第二充電模塊給第二蓄電池組充電，主要起到調(diào)壓、儲(chǔ)能的作用。 起到均衡源的第一蓄電池組通過DC/DC變換器輸出所需均衡電流。DC/DC變換器輸出端與繼電器連接，通過繼電器控制電流的輸出，當(dāng)有單體電池需要均衡時(shí)繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合，開始流過均衡電流。本發(fā)明提供的均衡的方法為當(dāng)有電池需要均衡時(shí)，繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)吸合，將均衡電流通過均衡總線。先對(duì)模塊內(nèi)的各單體電池進(jìn)行均衡，再對(duì)模塊及模塊間進(jìn)行均衡。當(dāng)某一模塊里的某一單體電池電壓低于該模塊單體電池的平均電壓，如Un < U' (η為正整數(shù))，則開始對(duì)單體電池η進(jìn)行均衡。此時(shí)，單體包里的微處理器(MPU)控制內(nèi)部的電子開關(guān)，開關(guān)閉合，經(jīng)過電子開關(guān)，單體電池吸收均衡總線上的電流，當(dāng)該單體電池電壓達(dá)到儲(chǔ)能單元里單體電池的平均電壓時(shí)，電子開關(guān)斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，轉(zhuǎn)移到另一節(jié)低電壓的單體電池。若某一模塊里的電壓都已經(jīng)均衡，但是該模塊單體的平均電壓低于整個(gè)儲(chǔ)能單元的平均電壓，則該模塊的所有單體電池的電子開關(guān)均閉合，吸收均衡總線上的電流，模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進(jìn)行補(bǔ)電，直到該模塊的平均電壓達(dá)到儲(chǔ)能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲(chǔ)能單元的均衡。本發(fā)明通過提供一種外接蓄電池組式的補(bǔ)電均衡方案，其采用總線均衡方式，均衡電源輸入端均接電池單元的電極上，隨時(shí)可以對(duì)單節(jié)電池進(jìn)行均衡，只要有單體電池電壓低，滿足均衡條件，不論儲(chǔ)能單元或模塊處于充電、放電或放置狀態(tài)，均可立即均衡，實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)態(tài)均衡，另外在均衡過程中不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，提高了充放電效率。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、均衡總線、并網(wǎng)逆變器和用戶模塊，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)通過直流母線連接至并網(wǎng)逆變器，所述并網(wǎng)逆變器連接用戶模塊；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對(duì)第二蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)電均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其特征在于，所述第二蓄電池組包括多個(gè)單體電池，所有的單體電池被分為多個(gè)儲(chǔ)能模塊，所述儲(chǔ)能模塊包括均衡電源輸入端、電能輸出端和控制端，各儲(chǔ)能模塊的均衡電源輸入端并聯(lián)連接，各儲(chǔ)能模塊的電能輸出端串聯(lián)連接，所述控制端連接至儲(chǔ)能控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)儲(chǔ)能模塊包括至少兩個(gè)串聯(lián)連接的單體包，所述單體包包括一單體電池、一微處理器和一隔離模塊，所述單體包上設(shè)置有正極點(diǎn)、負(fù)極點(diǎn)、LIN總線和均衡總線，所述單體電池的兩極分別對(duì)應(yīng)連接在正極點(diǎn)和負(fù)極點(diǎn)上以及微處理器上，所述均衡總線連接在微處理器上，所述LIN總線通過隔離模塊連接在微處理器上，所述LIN總線連接在控制端上；所述均衡總線連接在均衡電源輸入端上；所述正極點(diǎn)和負(fù)極點(diǎn)連接電能輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電裝置設(shè)置有多套，且均連接至電能合并系統(tǒng)。
5.一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡方法，其特征在于，所述微處理器采集儲(chǔ)能模塊內(nèi)各單體電池的電壓，并發(fā)送給儲(chǔ)能控制單元，所述儲(chǔ)能控制單元計(jì)算各儲(chǔ)能模塊內(nèi)的單體電池的平均電壓，當(dāng)某一儲(chǔ)能模塊里的某一單體電池電壓低于其所在儲(chǔ)能模塊內(nèi)單體電池的平均電壓，則單體包里的微控制器控制單體電池與均衡總線連接，單體電池吸收均衡總線上的電流，開始對(duì)該單體電池進(jìn)行均衡；當(dāng)該單體電池電壓達(dá)到儲(chǔ)能模塊里單體電池的平均電壓時(shí)，單體電池與均衡總線斷開，結(jié)束該節(jié)單體電池的均衡，然后對(duì)另一節(jié)低電壓的單體電池進(jìn)行均衡處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡方法，其特征在于，若某一儲(chǔ)能模塊里的所有單體電池的電壓都已經(jīng)均衡，但是低于儲(chǔ)能系統(tǒng)中各儲(chǔ)能模塊間的平均電壓，則該儲(chǔ)能模塊的所有單體電池與均衡總線連接，吸收均衡總線上的電流，儲(chǔ)能模塊內(nèi)的各單節(jié)電池都進(jìn)行補(bǔ)電，直到該儲(chǔ)能模塊的電壓達(dá)到儲(chǔ)能單元模塊的平均電壓，結(jié)束儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種儲(chǔ)能系統(tǒng)的外接電池組式補(bǔ)電均衡系統(tǒng)及均衡方法，包括發(fā)電裝置、電能合并系統(tǒng)、直流母線、第一充電模塊、第一蓄電池組、第二充電模塊、第二蓄電池組、DC/DC變換器、繼電器、均衡總線，所述發(fā)電裝置連接至電能合并系統(tǒng)，所述電能合并系統(tǒng)連接直流母線；所述第一充電模塊和第二充電模塊均連接在直流母線上，所述第一充電模塊連接第一蓄電池組，所述第二充電模塊連接第二蓄電池組，所述第一蓄電池組依次連接DC/DC變換器和繼電器，所述繼電器通過均衡總線連接至第二蓄電池組，所述第一蓄電池組通過均衡總線對(duì)第二蓄電池組進(jìn)行補(bǔ)電均衡。采用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)有效的動(dòng)態(tài)均衡，提高了充放電效率。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102231544SQ20111017764
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者馮自平, 呂杰, 宋文吉, 陳永珍, 韓穎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所