用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置制造方法
【專利摘要】一種用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，包括兩個以上的單臂橋整流模塊、均衡電路、旁路電路，單臂橋整流模塊并聯(lián)后，再與均衡電路、旁路電路并聯(lián)；每個單臂橋整流模塊均有三個端口，分別為輸入端口、電池組端口和輸出端口，并且將這三個端口均設(shè)置為正極；并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口連接充電設(shè)施，并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口連接用電負(fù)載，每個單臂橋整流模塊的電池組端口各連接一組電池組；均衡電路上設(shè)置電子功率型器件，旁路電路上設(shè)置短路直通器件或限流器件中的一種或多種。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于模塊化、工程化應(yīng)用，可應(yīng)用于各類中小型儲能系統(tǒng)中，可防止并聯(lián)電池組之間因電性能差異而造成的環(huán)流。
【專利說明】用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電池組連接的電子裝置，特別涉及用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置
【背景技術(shù)】
[0002]隨著通信技術(shù)、電力系統(tǒng)控制技術(shù)、特別是新能源發(fā)電與應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，電池組儲能系統(tǒng)技術(shù)已成為多個應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重點(diǎn)應(yīng)用于通信基站后備電源、電力控制系統(tǒng)操作電源及應(yīng)急電源、新能源發(fā)電儲能系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施、備用電源以及家用UPS應(yīng)急電源等各個方面。
[0003]儲能技術(shù)現(xiàn)已成為各行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注、研究、應(yīng)用的關(guān)鍵項目，目前主要使用鉛酸電池、鋰電池、鎳氫電池、液流電池等作為電化學(xué)儲能載體，但在大容量儲能場合需要大量的電池組串并聯(lián)，特別是電池組并聯(lián)使用時主要以兩種方式連接:1、各電池組通過大功率DC/DC直流側(cè)相連，或通過逆變裝置如PCS在交流側(cè)相連，這種方式適合大容量單體電池串并聯(lián)，成本、造價高，只適合中大型儲能電站應(yīng)用；2、低電壓、小微型儲能裝置采用小規(guī)格電池組在同一電壓等級范圍內(nèi)直接串并聯(lián)，這種方式成本較低，但風(fēng)險大、安全性較差，對電池一致性要求較高，基于成本考慮，目前被廣泛采用。對于第2種連接方式，由于電池之間存在性能差異，電池組直接并聯(lián)時常常造成電池組之間形成環(huán)流，長期使用各電池組之間會加劇劣化，減少壽命，嚴(yán)重時容易過溫、短路起火爆炸，基于第2種連接方式存在的風(fēng)險，本發(fā)明重點(diǎn)解決多電池組在并聯(lián)時，防止電池組間發(fā)生環(huán)流，以及電壓均衡的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種防止電池組并聯(lián)時各電池組之間產(chǎn)生環(huán)流的儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置。本發(fā)明通過以下方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置，包括兩個以上的單臂橋整流模塊、均衡電路、旁路電路，單臂橋整流模塊并聯(lián)后，再與均衡電路、旁路電路并聯(lián)；每個單臂橋整流模塊均有三個端口，分別為輸入端口、電池組端口和輸出端口，并且將這三個端口均設(shè)置為正極；并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口連接充電設(shè)施，并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口連接用電負(fù)載，每個單臂橋整流模塊的電池組端口各連接一組電池組；所述均衡電路上設(shè)置電子功率型器件；所述旁路電路上設(shè)置短路直通器件或限流器件中的一種或多種。
[0006]為更進(jìn)一步方便操作控制，儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置還可包括一個控制器，控制器與單臂橋整流模塊、均衡電路、旁路電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制器根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)命令適時控制系統(tǒng)充-放電主回路的斷開與閉合，還控制各路電池組的接入和斷開，對儲能電池系統(tǒng)起到緊急安全保護(hù)與管理作用。
[0007]所述單臂橋整流模塊的電池組端口連接的電池組，每一組均由若干個相同規(guī)格的同種單體電池串聯(lián)而成，各組電池組之間的電壓差值低于5%?？筛鶕?jù)實(shí)際使用要求，單臂橋整流模塊的電池組端口連接的電池組可為相同類別或不同類別電池，例如為鎳氫電池、鉛酸電池、鋰電池等中的一種或多種組合。為達(dá)到更好的使用效果，各電池組推薦使用同一類別的電池，電池組中各單體電池的電性能盡量一致。當(dāng)各電池組使用不同類別電池時，各電池組的基本參數(shù)如電壓、充放電電壓曲線等須基本一致,各電池組充放電能力需滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)需要重新接入或維護(hù)后接入的電池組其電壓與已接入單臂橋整流模塊中的各電池組的電壓差值需低于5%。
[0008]所述均衡電路上設(shè)置電子功率型器件，均衡電路一般在旁路電路停機(jī)或待機(jī)器件工作，主要調(diào)節(jié)電池組之間的電壓相互平衡。均衡電路在均衡各單臂橋整流模塊的電池組端口連接的各電池組的電壓時，電子功率型器件可控制通過的電流大小。均衡電路具有主動模式和被動模式兩種工作模式，當(dāng)均衡電路為主動模式工作時，采用有源電子功率型器件，控制器根據(jù)設(shè)定的均衡電流值自動調(diào)節(jié)有源電子功率型器件的導(dǎo)通程度，控制均衡電路為某一數(shù)值；當(dāng)均衡電路為被動模式工作時，采用無源電子功率型器件限定最大均衡電流為某一安全值，但均衡時電流不能恒定。
[0009]所述旁路電路上設(shè)置短路直通器件或限流器件中的一種或多種，旁路電路可接受控制器控制其通斷。短路直通器件又可為電控或手動短路直通器件，電控短路直通器件例如可以是直流接觸器、IGBT等大功率電控開關(guān)裝置；手動短路直通器件例如可以是直流手控開關(guān)裝置。而限流器件可以是熔斷器、功率電阻等，當(dāng)有電流限制要求時，可在接有短路直通器件的回路中加接限流器件。當(dāng)旁路電路接通時，均衡電路即失去功能，因此在電池組需要均衡電壓時須斷開旁路電路。
[0010]為了方便操作控制，并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口與充電設(shè)施連接電路上、并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口與用電負(fù)載連接電路上、并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的電池組端口與各電池組連接電路上均設(shè)置有開關(guān)，上述開關(guān)可通過控制器進(jìn)行控制其斷開和閉合。
[0011]所述充電設(shè)施和所述用電負(fù)載可為同一裝置，此時單臂橋整流模塊的輸入端口和輸出端口就相互連接在一起了，即可視為一個端口，此時旁路電路上設(shè)置的是電控或手控短路直通器件，在充電時由控制器或手動控制旁路電路接通作為充電通道，此時各電池組之間在該工況下存在內(nèi)部環(huán)流，放電或停機(jī)時斷開旁路電路。
[0012]本發(fā)明的儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于模塊化、工程化應(yīng)用，通過專門的控制系統(tǒng)和控制策略，使通過單臂橋整流模塊實(shí)現(xiàn)并聯(lián)的各儲能電池組安全運(yùn)行，適用于多種中小型電池儲能、備用電源等裝置，特別適合小容量、多類型電池的并聯(lián)組合應(yīng)用。通過本發(fā)明的隔離裝置，將充電設(shè)施、儲能設(shè)施與用電負(fù)載在同一直流電壓等級范圍內(nèi)按實(shí)際要求互連，有效地抑制了并聯(lián)電池組之間因電性能差異而造成的環(huán)流，使各電池組按照其各自的優(yōu)勢并列運(yùn)行，降低電池組間的配組難度和運(yùn)行、維護(hù)成本，提高系統(tǒng)安全性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1實(shí)施例1的儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置結(jié)構(gòu)原理圖
[0014]圖2實(shí)施例1的儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置的連接簡化圖
[0015]圖3實(shí)施例1的儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置中輸入/輸出為同一端口的連接簡化圖【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例之表述。
[0017]實(shí)施例1
[0018]一種儲能電池組并聯(lián)自適應(yīng)隔離裝置，如圖1所示，包括η個單臂橋整流模塊、均衡電路、旁路電路、控制器，其中η為2以上的自然數(shù)，單臂橋整流模塊并聯(lián)后，再與均衡電路、旁路電路并聯(lián)；每個單臂橋整流模塊均有三個端口，分別為輸入端口 S、電池組端口 D和輸出端口 P，并且將這三個端口均設(shè)置為正極；并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口 S連接充電設(shè)施，在輸入端口 S與直流電源的連接線路上設(shè)置了開關(guān)KMC ;并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口 P連接用電負(fù)載，在輸出端口 P與直流負(fù)載的連接線路上設(shè)置了開關(guān)KMD ;每個單臂橋整流模塊的電池組端口各連接一組電池組，在電池組端口 D與電池組連接的每條線路上均設(shè)置了開關(guān)SW，各電池組均為鎳氫電池，每一組電池組均由10個鎳氫D6000單體電池串聯(lián)而成，各電池組的電壓差值控制在4%以內(nèi)。電池組通過單臂橋整流模塊形成并聯(lián)但相互之間不會構(gòu)成直接環(huán)路。
[0019]如圖2所示，直流電源、η組電池組、直流負(fù)載共用一個直流負(fù)極C。
[0020]當(dāng)均衡電路為主動模式工作時，采用有源電子功率型器件，控制器根據(jù)設(shè)定的均衡電流值自動調(diào)節(jié)有源電子功率型器件的導(dǎo)通程度，控制均衡電路為某一數(shù)值；當(dāng)均衡電路為被動模式工作時，采用無源電子功率型器件限定最大均衡電流為某一安全值，但均衡時電流不能恒定。
[0021]旁路電路上設(shè)置短路直通器件或限流器件中的一種或多種，旁路電路可接受控制器控制其通斷。短路直通器件又可為電控或手動短路直通器件，電控短路直通器件例如可以是直流接觸器、IGBT等大功率電控開關(guān)裝置；手動短路直通器件例如可以是直流手控開關(guān)裝置。而限流器件可以是熔斷器、功率電阻等，當(dāng)有電流限制要求時，可在接有短路直通器件的回路中加接限流器件。
[0022]直流電源和用電負(fù)載為同一裝置時，此時單臂橋整流模塊的輸入端口和輸出端口就相互連接在一起了，即可視為一個端口，其結(jié)構(gòu)示意如圖3所示，此時旁路電路上設(shè)置的是電控或手控短路直通器件，在充電時由控制器或手動控制旁路電路接通作為充電通道，此時各電池組之間在該工況下存在內(nèi)部環(huán)流，放電或停機(jī)時斷開旁路電路。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:包括兩個以上的單臂橋整流模塊、均衡電路、旁路電路，單臂橋整流模塊并聯(lián)后，再與均衡電路、旁路電路并聯(lián)；每個單臂橋整流模塊均有三個端口，分別為輸入端口、電池組端口和輸出端口，并且將這三個端口均設(shè)置為正極；并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口連接充電設(shè)施，并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口連接用電負(fù)載，每個單臂橋整流模塊的電池組端口各連接一組電池組；所述均衡電路上設(shè)置電子功率型器件；所述旁路電路上設(shè)置短路直通器件或限流器件中的一種或多種。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:還包括控制器，所述控制器與所述單臂橋整流模塊、所述均衡電路、所述旁路電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:所述單臂橋整流模塊的電池組端口連接的電池組，每一組均由若干個相同規(guī)格的同種單體電池串聯(lián)而成，各組電池組之間的電壓差值低于5%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸入端口與充電設(shè)施連接電路上、并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的輸出端口與用電負(fù)載連接電路上、并聯(lián)后的單臂橋整流模塊的電池組端口與各電池組連接電路上均設(shè)置有開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:所述均衡電路上設(shè)置有源電子功率型器件，工作模式為主動模式。
6.如權(quán)利要求1或2所述的用于電池組并聯(lián)的自適應(yīng)隔離裝置，其特征在于:所述均衡電路上設(shè)置無源電子功率型器件，工作模式為被動模式。
【文檔編號】H02J7/34GK103730943SQ201410036688
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】唐明星, 石建珍 申請人:先進(jìn)儲能材料國家工程研究中心有限責(zé)任公司