串聯(lián)連接的多個(gè)電池的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，從而在充放電時(shí)，將充電和放電的電壓相比一個(gè)電池明顯提高，并將直流微電網(wǎng)的合理電壓設(shè)定為電池組的最大電壓的2倍左右，來(lái)提高用于充放電電力控制的DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率，并附加線性電流源，在電池組變化時(shí)也可進(jìn)行穩(wěn)定的充放電，并將充放電中共同使用的直流電力存儲(chǔ)裝置以一般電解電容器和超級(jí)電容器或二次電池組的組合來(lái)構(gòu)成，從而提高充放電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換率，并裝載有使系統(tǒng)簡(jiǎn)單化的計(jì)算法。
【專利說(shuō)明】串聯(lián)連接的多個(gè)電池的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，從而在充放電時(shí)，將充電和放電的電壓相比一個(gè)電池明顯提高，并將用于在直流狀態(tài)下使放電電池直接充電的直流微電網(wǎng)的合理電壓設(shè)定為電池組的最大電壓的2倍左右，來(lái)提高用于充放電電力控制的DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率，并將直流電力存儲(chǔ)裝置以一般電解電容器和超級(jí)電容器或二次電池組的組合來(lái)構(gòu)成，從而提高充放電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換率，并裝載有使系統(tǒng)簡(jiǎn)單化的計(jì)算法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電網(wǎng)(micro-grid)是指局部電力供應(yīng)系統(tǒng)。
[0003]電動(dòng)車中在使用大容量鋰二次電池的情況下，I個(gè)電池的操作電壓相對(duì)較低為2V至4.7V左右，但操作電流為25A至50A的大電流。
[0004]電動(dòng)車將該電池?cái)?shù)十個(gè)數(shù)百個(gè)連接來(lái)使用，但在制造電池集合體的過(guò)程中，須將單位模塊的電池(將I個(gè)或多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu))以最大容量來(lái)充放電，通常將電壓較低的電池的電能以相對(duì)來(lái)說(shuō)電壓較高的國(guó)家電力網(wǎng)交流電來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換靈活使用，但是具有轉(zhuǎn)換率較低的多種技術(shù)問(wèn)題。
[0005]在現(xiàn)有的技術(shù)中，在以開(kāi)關(guān)模式方式將大容量的二次電池同時(shí)充放電的系統(tǒng)中進(jìn)行放電時(shí)，將操作電壓為2V至4.7V左右的一個(gè)鋰二次電池放電，來(lái)將電池?zé)嵯幕蜣D(zhuǎn)換為交流電，從而在國(guó)家交流電力網(wǎng)中再生。
[0006]用于使電力再生的直流-交流轉(zhuǎn)換器，I個(gè)電池的電壓相比常用交流電力網(wǎng)電壓(220V或380V)要低很多，轉(zhuǎn)換率則通常為40%左右十分低，且在轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換裝置發(fā)熱被消耗。
[0007]因此，在包含有冷卻用工槽的電池制造工廠中，使用現(xiàn)有的充/放電裝置的工程是使用電力最多的地方。
[0008]通常，將電池充/放電的裝置以恒定電流(Constant Current)、恒定電壓(Constant Voltage)、或恒定電源(Constant Power)的方式來(lái)進(jìn)行,在大容量電池中，主要使用恒定電流的方式。
[0009]作為相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，韓國(guó)公開(kāi)專利第10-2012-0103337號(hào)中提出了有關(guān)在二次電池充放電中可進(jìn)行交流(AC)再生及直流(DC)再生的二次電池充放電系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法的技術(shù)，但是，其與本發(fā)明所提出的，將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，利用全雙工DC-DC變頻器和恒定電流源來(lái)提高電力轉(zhuǎn)換率，并將充放電系統(tǒng)小型化，與串聯(lián)連接的電池組的數(shù)量無(wú)關(guān)來(lái)進(jìn)行充放電的技術(shù)具有明顯差別。
[0010]作為另一個(gè)相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，韓國(guó)公開(kāi)專利第10-2010-0119574號(hào)中提出了有關(guān)針對(duì)SOC的變化，提高端子電壓的變化較小的二次電池的充電控制的精密度的技術(shù)，但是，其與本發(fā)明所提出的，將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，利用全雙工DC-DC變頻器和恒定電流源來(lái)提高電力轉(zhuǎn)換率，并將充放電系統(tǒng)小型化，與串聯(lián)連接的電池組的數(shù)量無(wú)關(guān)來(lái)進(jìn)行充放電的技術(shù)具有明顯差別。
[0011]作為又另一個(gè)相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，韓國(guó)公開(kāi)專利第10-2010-0122911號(hào)中提出了串聯(lián)連接的各二次電池分別具備放電根電路(root circuit)來(lái)防備過(guò)充電的技術(shù),但是,各二次電池分別具備根電路時(shí)須另外具備放電電阻和開(kāi)關(guān)元件，因此，具有電力消耗增加且制作費(fèi)用增加的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]技術(shù)課題
[0013]本發(fā)明的技術(shù)課題為，電動(dòng)車中在使用大容量鋰二次電池的情況下，操作電壓相對(duì)較低為2V至4.7V左右，但操作電流為25A至50A的大電流，在將電池分別或并聯(lián)充電和放電時(shí)，與常用國(guó)家電力王電壓相比電池的電壓較低，電力轉(zhuǎn)換率大大下降，因此，將電池串聯(lián)連接，來(lái)提高DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率，從而實(shí)現(xiàn)充放電。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)課題為，將直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的合理電壓設(shè)定為串聯(lián)連接的電池組兩端的最大電壓的2倍左右，在電力控制時(shí)，提高能量轉(zhuǎn)換率和轉(zhuǎn)換分解力，將直流電力存儲(chǔ)裝置以一般電解電容器和超級(jí)電容器或二次電池組的組合來(lái)構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作。
[0015]本發(fā)明的又另一個(gè)技術(shù)課題為，將用于充電的電源以恒定電流電源裝置來(lái)構(gòu)成，從而要充電的電池組的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，即，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，可穩(wěn)定地運(yùn)作，并與充放電的電池的數(shù)量無(wú)關(guān)，僅通過(guò)一個(gè)電源供應(yīng)裝置來(lái)執(zhí)行，從而使充放電的整個(gè)系統(tǒng)的尺寸變得更小和輕巧，來(lái)減少制作費(fèi)用，將安裝空間最小化。
[0016]本發(fā)明的又另一個(gè)技術(shù)課題為，將放電的DC電源按原樣在充電中使用，來(lái)大大地減少因放電而產(chǎn)生的電力消耗，并與直流電力存儲(chǔ)裝置ESS(energy storage system)相連接，在一段時(shí)間停電時(shí)也可運(yùn)作。
[0017]技術(shù)方案
[0018]針對(duì)本發(fā)明的一個(gè)課題，提供一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，在將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接的電池組充放電的裝置中，使常用電源通過(guò)全雙工DC-AC變頻器，經(jīng)由用于存儲(chǔ)和提供電能量的電力存儲(chǔ)裝置，并利用存儲(chǔ)在電力存儲(chǔ)裝置中的電能量，通過(guò)一個(gè)全雙工DC-DC變頻器，以恒定電流源來(lái)將串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池同時(shí)充放電。
[0019]針對(duì)本發(fā)明的另一個(gè)課題，提供一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，在利用全雙工DC-DC變頻器的直流微電網(wǎng)方式的系統(tǒng)中同時(shí)進(jìn)行充放電時(shí)，可將放電的電力按原樣在充電電路中使用，因此，可防止電力轉(zhuǎn)換帶來(lái)的損耗，就算充電和放電沒(méi)有同時(shí)發(fā)生，以直流狀態(tài)將電力存儲(chǔ)在直流電力存儲(chǔ)裝置中，然后，在直流狀態(tài)下通過(guò)全雙工DC-DC變頻器來(lái)使用。
[0020]針對(duì)本發(fā)明的又另一個(gè)課題，提供一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，在與一個(gè)電池的電壓(2V-4.7V)相比明顯要高的電壓(例如，將25個(gè)串聯(lián)連接的50V-117.5V)中將充放電電壓進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換，因此，可提高由通常的半導(dǎo)體和電子電路構(gòu)成的DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率，并將直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的合理電壓設(shè)定為串聯(lián)連接的電池組兩端的最大電壓的2倍左右，來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換率。
[0021]技術(shù)效果
[0022]電動(dòng)車中使用大容量鋰二次電池的情況下，操作電壓相對(duì)較低為2V至4.7V左右，但操作電流為25A至50A的大電流，在將電池分別或并聯(lián)充電和放電時(shí)，電池的電壓較低，電力轉(zhuǎn)換率大大下降，因此，本發(fā)明通過(guò)多個(gè)電池串聯(lián)連接的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換，從而具有可提高全雙工DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率的有利效果。
[0023]本發(fā)明的另一個(gè)效果在于，為了實(shí)現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換率，將直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的合理電壓設(shè)定為串聯(lián)連接的電池組的最大電壓的2倍左右，并將直流電力存儲(chǔ)裝置以一般電解電容器和超級(jí)電容器或二次電池組的組合來(lái)構(gòu)成，從而可實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作。
[0024]本發(fā)明的又另一個(gè)效果在于，將用于充電的電源以恒定電流電源裝置來(lái)構(gòu)成，從而要充電的電池組的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，即，負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，可穩(wěn)定地運(yùn)作，并與充放電的電池的數(shù)量無(wú)關(guān)，僅通過(guò)一個(gè)電源供應(yīng)裝置便可充電和放電，從而使充放電的整個(gè)系統(tǒng)的尺寸變得更小和輕巧，可減少制作費(fèi)用，將安裝空間最小化。
[0025]本發(fā)明的又另一個(gè)效果在于，將放電的DC電源按原樣在充電中使用，從而可大大地減少因放電而產(chǎn)生的電力消耗，并與直流電力存儲(chǔ)裝置ESS(energy storage system)相連接，從而在一段時(shí)間停電時(shí)也可運(yùn)作。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是示出現(xiàn)有的常規(guī)充放電系統(tǒng)。
[0027]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的概略示圖。
[0028]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的具體示圖。
[0029]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的充放電原理的具體示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下，對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容進(jìn)行說(shuō)明。
[0031 ] 本發(fā)明涉及一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其作為在多個(gè)鋰二次電池被串聯(lián)連接的電池組中將各電池充放電的系統(tǒng),將電壓為2V-4.7V的一個(gè)電池以串聯(lián)形式連接數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)，來(lái)將提高的電壓轉(zhuǎn)換為全雙工DC-DC變頻器，從而提高電力轉(zhuǎn)換率，并將直流微電網(wǎng)的電壓設(shè)定為電池組的最大電壓的兩倍左右，實(shí)現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換率，使放電的電池的電力不會(huì)損耗，在充電時(shí)可靈活使用。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)方式，任何系統(tǒng)中同時(shí)執(zhí)行充電和放電時(shí)，都可將放電器中放電的電力在直流狀態(tài)下按原樣在充電電路中使用，從而不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換成交流電的損耗。在通常的電池制備工程中，相同的工程案中可同時(shí)執(zhí)行充電和放電。
[0033]此外，為了在電池組充放電時(shí)提高電力效率，并提高直流和交流電之間的轉(zhuǎn)換率，須決定合理的微電網(wǎng)系統(tǒng)的操作電壓區(qū)域。在此，將多個(gè)電池串聯(lián)連接來(lái)提高操作電壓時(shí)，電力轉(zhuǎn)換率相比一個(gè)電池要高很多。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其附加直流電力存儲(chǔ)裝置(儲(chǔ)能系統(tǒng)(Energy Storage System)等),就算充電和放電不是同時(shí)發(fā)生,也可在直流狀態(tài)下存儲(chǔ)電力，從而可在直流狀態(tài)下使用。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0035]<實(shí)施例>
[0036]參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。圖1是示出現(xiàn)有的常規(guī)充放電系統(tǒng)。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的示圖。
[0037]圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，具備容量大的一個(gè)充電和放電電源裝置，且圖1示出現(xiàn)有的充放電系統(tǒng)，需要與電池?cái)?shù)量相同的DC-AC充放電電源。
[0038]因此，圖2的本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)與圖1的現(xiàn)有的充放電裝置相比，制作費(fèi)用減少，重量明顯要輕且尺寸明顯要小，并具有安裝時(shí)所占據(jù)的空間明顯要小的優(yōu)點(diǎn)。
[0039]在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中，記載的“充電和放電”與“充放電”用語(yǔ)表示相同的意思。
[0040]在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中，記載的“直流電力存儲(chǔ)裝置”與“電力存儲(chǔ)裝置”用語(yǔ)表示相同的意思。
[0041]在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中，記載的“鋰二次電池”、“二次電池”、以及“電池”用語(yǔ)表示相同的意思。
[0042]在圖2中，常用電源通過(guò)配電板被輸入，并將通過(guò)配電板提供的電源經(jīng)由全雙工AC-DC變頻器存儲(chǔ)在直流電力存儲(chǔ)裝置中。
[0043]直流電力存儲(chǔ)裝置，將電解電容器和/或超級(jí)電容器(一個(gè)容量為數(shù)百法拉第(Faraday))等串聯(lián)或并聯(lián)，以所需的電壓和容量來(lái)構(gòu)成。
[0044]在如上構(gòu)成時(shí)，充就算電和放電不是同時(shí)發(fā)生，放電時(shí)直流狀態(tài)下電力也可存儲(chǔ)在直流狀態(tài)的電力存儲(chǔ)裝置中，存儲(chǔ)的電流狀態(tài)的電源沒(méi)有轉(zhuǎn)換損耗可直接在充電中使用。
[0045]如圖2所示，本發(fā)明通過(guò)一個(gè)電力存儲(chǔ)裝置和控制裝置，來(lái)將數(shù)十?dāng)?shù)百個(gè)盤(pán)中連接的多個(gè)鋰二次電池串聯(lián)連接的電池組充電和放電。
[0046]經(jīng)由直流電力存儲(chǔ)裝置(圖3的11)輸出的電源，其通過(guò)各盤(pán)中分別安裝的全雙工DC-DC變頻器(圖3的12)以線性電流源(圖3的13, linear current source)形成恒定電流源,從而將各電池充電和放電。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)中所采用的全雙工DC-DC變頻器(圖3的12)，將根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)制作的串聯(lián)連接的多個(gè)電池同時(shí)充放電，并可對(duì)應(yīng)負(fù)荷的變動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行充電。
[0048]但是,附加線性電流源(圖3的13, linear current source)是用來(lái)使充放電電流更加穩(wěn)定，就算是為了使串聯(lián)連接的多個(gè)電池充放電而提供的最終電源的負(fù)荷有所變化，由于是可穩(wěn)定地控制提供電流的恒定電流源，因此，相比只使用本發(fā)明中的DC-DC變頻器(圖3的12)的裝置，在控制電池的充放電時(shí)，具有可提高精密度和穩(wěn)定性的效果。
[0049]直流電力存儲(chǔ)裝置(圖3的11)在執(zhí)行將電力穩(wěn)定地提供至全雙工DC-DC變頻器(圖13的12)的功能時(shí)，同時(shí)在停電時(shí)，也可在一段時(shí)間期間穩(wěn)定地將電力提供至全雙工DC-DC變頻器(圖3的12)來(lái)執(zhí)行實(shí)現(xiàn)繼續(xù)充放電的功能。
[0050]直流電力存儲(chǔ)裝置(圖3的11)將從常用電源輸入的電力實(shí)時(shí)地進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)是可實(shí)時(shí)地將所需電源提供給下端的全雙工DC-DC變頻器(圖3的12)的裝置。
[0051]所述雙工DC-DC變頻器(圖3的12)和線性電流源(圖3的13)針對(duì)各盤(pán)(tray)分別安裝一個(gè)且串聯(lián)連接的多個(gè)電池(圖3的24)各自充放電。
[0052]由于通過(guò)線性電流源(圖3的13, linear current source)來(lái)充放電，因此,與串聯(lián)連接的電池(圖3的24 )數(shù)量無(wú)關(guān)，可穩(wěn)定地進(jìn)行充電和放電。S卩，與根據(jù)串聯(lián)連接的電池(圖3的24)數(shù)量的電壓變動(dòng)無(wú)關(guān)，可將數(shù)十至數(shù)百個(gè)電池(圖3的24)有效地充放電。
[0053]此外，由于本發(fā)明將相當(dāng)于串聯(lián)連接的多個(gè)電池?cái)?shù)量的電壓提高來(lái)進(jìn)行使用，因此，具有可明顯地提高全雙工DC-DC變頻器(圖3的12)的電力轉(zhuǎn)換率的效果。
[0054]由于在使多個(gè)電池(圖3的24)同時(shí)充電和放電的系統(tǒng)中，將本發(fā)明的多個(gè)電池(圖3的24)串聯(lián)連接，來(lái)提高電池組兩端的電壓從而轉(zhuǎn)換電力，因此，可提高能量轉(zhuǎn)換率(80%以上)，從而具有可較大地節(jié)約能量的效果。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，其體現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換率，并為了在電力控制時(shí)提高分解能，優(yōu)選是將直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的合理電壓設(shè)定為串聯(lián)連接的電池組兩端的最大電壓的2倍左右，但是也可改變?cè)撛O(shè)定。
[0056]以下，通過(guò)圖3對(duì)本發(fā)明的技術(shù)性結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0057]圖3是將圖2中的一個(gè)盤(pán)擴(kuò)大示出具體的技術(shù)性結(jié)構(gòu)的示圖。在一個(gè)盤(pán)中，安裝有用于控制串聯(lián)連接的各電池(圖3的24)的充電和放電的控制器(圖3的17)、與控制器(圖3的17)以通信手段(圖3的16)連接用于控制控制器(圖3的17)的微處理器(圖3的15，CPU)。
[0058]在圖3中，顯示出各電池中安裝有控制器(圖3的17)，但其是為了便于理解被示出，從相同地賦予符號(hào)中可獲知表示相同的控制器。
[0059]控制器(圖3的17)為了將各電池(圖3的24)安全地最大限度地充放電，在所需位置安裝由溫度計(jì)、電壓計(jì)、電流計(jì)構(gòu)成的傳感器，來(lái)更有效地將串聯(lián)連接的鉻電池充放電，并從各傳感器接收測(cè)定的溫度和開(kāi)路電壓(open circuir voltage)、電路的電流和電壓等。
[0060]控制器(圖3的17)可基于從各傳感器輸入的電流、溫度、和電壓等進(jìn)行控制，安全并迅速地實(shí)現(xiàn)充放電。
[0061]根據(jù)本發(fā)明，為了有效地控制充放電，圖3中所示出Vb、ib、ibbl-45、電池兩端的電壓、電池的溫度等為檢測(cè)對(duì)象。
[0062]各電池中分別安裝有絕緣型電池管理單兀BMS (Isolated battery ManagementSy stem)，在相互絕緣的狀態(tài)下也可精密地測(cè)出顯示各電池狀態(tài)的電壓、電流、和溫度。
[0063]控制器的存儲(chǔ)器根據(jù)本發(fā)明被設(shè)計(jì)制備，裝載有控制程序，具備利用線性電流源(圖3的13)來(lái)同時(shí)將不同容量的多個(gè)電池(圖3的24)有效地充電和放電的方式。
[0064]各盤(pán)中安裝的微處理器(圖3的15，CPU)與圖2的控制裝置(例如，host PC)連接，以有線或無(wú)線方式來(lái)收發(fā)信號(hào)。
[0065]用于本發(fā)明的充放電的主電路沿圖2中的粗黑線形成，由此可容易地理解,線性電流源中提供的恒定電流通過(guò)串聯(lián)連接的各電池同時(shí)使其充放電。
[0066]串聯(lián)連接的各電池(圖3的24)根據(jù)制造商可能具有不同的充放電特征及容量，就算是相同制造商的電池，其特征和容量也可能具有差異。
[0067]將具有不同特征的電池串聯(lián)同時(shí)充電時(shí)，不能以相同條件實(shí)現(xiàn)充電。其理由在于，將容量小的電池和容量大的電池以相同的條件充電時(shí)，容量小的電池首先達(dá)到所需充電條件，且繼續(xù)充電時(shí)，可能會(huì)超過(guò)最大電壓，發(fā)生電池爆破。就算容量相同，但由于將內(nèi)部電阻互不相同的電池串聯(lián)同時(shí)充電時(shí)也會(huì)發(fā)生類似情況。
[0068]因此，在防止上述情況的同時(shí)，考慮一個(gè)盤(pán)內(nèi)串聯(lián)連接的電池的特征和容量，根據(jù)各電池的容量和特征，以合理的電力(電壓)同時(shí)對(duì)各電池充電是十分重要的。
[0069]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)二次電池的安全有效的充電和放電，利用溫度傳感器，針對(duì)串聯(lián)連接的各電池檢測(cè)溫度，并檢測(cè)電池兩端的電壓(實(shí)時(shí)電壓或0CV、開(kāi)路電壓)并傳送至控制器，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的溫度和/或電壓時(shí)，將中繼器打開(kāi)或關(guān)閉，或是啟動(dòng)能動(dòng)型均衡電路(active balancing circuit)進(jìn)行控制。
[0070]本發(fā)明在充放電多個(gè)電池時(shí)，根據(jù)包含有電池內(nèi)部電阻值的特征和容量，在控制器(圖3的17)中控制充放電，充電時(shí)控制范圍較大時(shí)以中繼器來(lái)控制充放電，且只須細(xì)微控制時(shí)，可啟動(dòng)能動(dòng)型均衡電路(圖3的18)來(lái)進(jìn)行控制。
[0071 ] 能動(dòng)型均衡電路的結(jié)構(gòu)為，控制器中控制脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)的頻率和頻寬t匕，從而輸入至能動(dòng)型均衡電路，來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉能動(dòng)型均衡電路的開(kāi)關(guān)元件，同時(shí)控制中繼器兩端的電流(ibbl)來(lái)控制流動(dòng)至電池的電流(icl)值。
[0072]更具體地，能動(dòng)型均衡電路在以恒定電壓模式將多個(gè)內(nèi)部電阻或容量不同的二次電池充電時(shí)，從控制器中輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)來(lái)開(kāi)閉電池的充電電流，或是將控制器中輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)演算成直流電流，來(lái)消耗或旁路電池的充電電流的一部分，從而在恒定電壓的狀態(tài)下將電池充電。
[0073]在圖3中，中繼器兩端安裝有保護(hù)電路(protect1n circuit)。保護(hù)電路是為了防止中繼器由于從一個(gè)接點(diǎn)往另一個(gè)接點(diǎn)移動(dòng)的即時(shí)電路的打開(kāi)將電流切斷，并防止由于接點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)發(fā)生的火花所引起的接點(diǎn)損壞，從而可提高中繼器的耐久性，引導(dǎo)電路安全地運(yùn)作。
[0074]S卩，保護(hù)電路在中繼器被打開(kāi)的瞬間使電流旁路，防止電路被打開(kāi)的現(xiàn)象和接點(diǎn)的損壞，從而電路可穩(wěn)定運(yùn)作，且中繼器的耐久性被提高。
[0075]更具體地，保護(hù)電路可由容量較大的全雙工穩(wěn)壓二級(jí)管或二級(jí)管、電容器、電阻等構(gòu)成。
[0076]在圖3中，中繼器控制單元(圖3的20)可配置在各電池中，根據(jù)控制器的控制信號(hào)，來(lái)開(kāi)閉中繼器，從而控制流至電池的電流。
[0077]在圖3中，終端連接單元(圖3的23)相當(dāng)于為了將串聯(lián)連接的各電池充電和放電而被連接的端子。
[0078]基于圖4和圖3，本發(fā)明的重要技術(shù)構(gòu)成中的一個(gè)為中繼器元件和能動(dòng)型均衡電路，利用該技術(shù)，容量或內(nèi)部電阻互不相同的具不同特征的二次電池，在最大電壓中預(yù)先設(shè)定的充電結(jié)束的電流狀態(tài)下完成充電。
[0079]以下基于圖4，來(lái)進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0080]圖4是示出經(jīng)本發(fā)明的控制器中裝載的控制程序，將一個(gè)盤(pán)中充電的數(shù)十至數(shù)百個(gè)二次電池以最佳的狀態(tài)同時(shí)充電的技術(shù)構(gòu)成的具體示圖。
[0081]在本發(fā)明中，將一個(gè)盤(pán)中充電的二次電池以最佳的狀態(tài)進(jìn)行充電是指，串聯(lián)連接的電池中容量較大或特性上最后達(dá)到最大電壓時(shí)，在恒定電流模式下打開(kāi)或關(guān)閉中繼器同時(shí)將各電池以最大電壓來(lái)反復(fù)充放電。
[0082]S卩，盤(pán)內(nèi)的所有電池達(dá)到最大電壓后，運(yùn)作恒定電壓模式(CV mode)，當(dāng)盤(pán)內(nèi)所有電池達(dá)到存儲(chǔ)器中設(shè)定的充電結(jié)束的電流時(shí)，則結(jié)束充電。
[0083]該控制，其基于上述傳感器中檢測(cè)的值，在控制器的控制下形成，并通過(guò)控制器的存儲(chǔ)器中裝載的控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0084]以下，通過(guò)圖4來(lái)具體說(shuō)明。圖4示出，容量互不相同的兩個(gè)電池(在此，假設(shè)兩個(gè)電池的內(nèi)部電阻相同)，利用本發(fā)明的充放電系統(tǒng)，容量大的電池以恒定電流模式(constant current mode)進(jìn)行控制直到達(dá)到最大電壓為止,且容量小的電池首先達(dá)到最大電壓，并在達(dá)到最大電壓后將中繼器打開(kāi)或關(guān)閉同時(shí)繼續(xù)充放電。
[0085]此后，容量大的電池達(dá)到最大電壓時(shí)，以恒定電壓模式(constant voltage mode)運(yùn)作，調(diào)整能動(dòng)型均衡電路的頻寬比，使容量較小的電池電壓不超過(guò)設(shè)定的最大電壓值，當(dāng)兩個(gè)電池在設(shè)定的最大電壓中全部達(dá)到充電結(jié)束電流值時(shí)則結(jié)束充電，其中，所有輸入至電池的電流被相同地設(shè)定。
[0086]上述控制，其控制器的控制下形成，控制其在充電進(jìn)行期間，從各電池檢測(cè)兩端的電壓，當(dāng)檢測(cè)的電壓達(dá)到最大電壓時(shí)，關(guān)閉中繼器，防止電流流入至相關(guān)電池，從而使充電不再進(jìn)行。
[0087]繼續(xù)檢測(cè)相關(guān)電池的電壓，下降至設(shè)定的電壓時(shí)，重新打開(kāi)中繼器，并反復(fù)充電的運(yùn)作，直到一個(gè)盤(pán)內(nèi)串聯(lián)連接的多個(gè)電池中最后達(dá)到最大電壓的時(shí)點(diǎn)為止。
[0088]在一個(gè)盤(pán)中，從串聯(lián)連接的多個(gè)電池中最后達(dá)到最大電壓的時(shí)點(diǎn)開(kāi)始，轉(zhuǎn)換成恒定電壓模式來(lái)進(jìn)行控制。在此，恒定電壓在圖4所示的設(shè)定的最大電壓區(qū)域中生成。
[0089]恒定電壓模式中，經(jīng)圖3的能動(dòng)型均衡電路被控制，流入至圖3的第I個(gè)電池的電流(icl)為電流(ib)中減去電流(ibbl)的值。
[0090]流入至圖3的第2個(gè)電池的電流(ic2)為電流(ib)中減去電流(ibb2)的值。由此，流入至第45個(gè)電池的電流(ic45)為電流(ib)中減去電流(ibb45)的值。
[0091]恒定電壓模式中，當(dāng)icl=ic2)...=ic45=滿足預(yù)先設(shè)定的充電結(jié)束電流值的條件時(shí)，則結(jié)束充電。
[0092]S卩，一個(gè)盤(pán)中串聯(lián)連接的被充電的所有電池具有圖4的最大電壓，同時(shí)具有與預(yù)先設(shè)定的充電結(jié)束電流值相同的電流時(shí)，則結(jié)束充電。
[0093]在上述說(shuō)明中，當(dāng)中繼器在相關(guān)電池中被關(guān)閉時(shí)，電流可直接流入下端的電池。
[0094]能動(dòng)型均衡電路(圖3的18)具有開(kāi)關(guān)元件和多個(gè)電路元件等控制元件，并在控制器的控制下運(yùn)作，通過(guò)以下幾種具體的方式被控制。
[0095]根據(jù)一個(gè)具體的實(shí)施例，能動(dòng)型均衡電路從控制器中將PWM信號(hào)提供給開(kāi)關(guān)元件的柵端，開(kāi)閉柵極(基極)，來(lái)控制流入至相關(guān)電池兩端的電流(圖3的ibbl-45)。
[0096]根據(jù)另一個(gè)具體的實(shí)施例，能動(dòng)型均衡電路，其構(gòu)成方法為，將控制器中發(fā)送的PWM信號(hào)換算成與頻寬比成比例的電流，并驅(qū)動(dòng)電流控制電路來(lái)直接提供電流，從而產(chǎn)生均衡的作用效果。該方法具有能動(dòng)型均衡電路運(yùn)作時(shí)幾乎不產(chǎn)生噪音的效果。
[0097]在圖3中，控制器為了在恒定電壓模式中控制流入各電池的電流(圖3的ic 1-45)，控制并提供PWM信號(hào)的頻率和頻寬比，來(lái)控制流入至電池兩端的電流(圖3的ibbl-45)，當(dāng)流入至一個(gè)盤(pán)內(nèi)串聯(lián)連接的所有電池的電流(圖3的ibbl-45)與預(yù)先設(shè)定的充電結(jié)束電流值相同時(shí)，則結(jié)束充電。
[0098]根據(jù)本發(fā)明的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，可與主機(jī)(圖2的控制裝置)連接，來(lái)同時(shí)控制數(shù)十或數(shù)百個(gè)盤(pán)，與上述技術(shù)結(jié)構(gòu)相同，各盤(pán)中多個(gè)電池被串聯(lián)連接，通過(guò)一個(gè)全雙工DC-DC變頻器、一個(gè)線性電流源、以及中繼器和能動(dòng)型均衡電路來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電。
[0099]上述的中繼器可使用具有相同功能的開(kāi)關(guān)電路或開(kāi)關(guān)元件來(lái)代替。
[0100]根據(jù)上述的本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)成的作用效果為，不使用將電壓較低的二次電池(2V-4.7V)來(lái)分別充放電的現(xiàn)有方式，而是將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，來(lái)明顯提高操作電壓，并通過(guò)一個(gè)全雙工DC-DC變頻器和線性電流源(恒定電流)來(lái)進(jìn)行充放電，將放電的電池在充電裝置中以直流形態(tài)直接使用，因此，可大大地提高電力效率。
[0101]此外，現(xiàn)有的用于充電和放電的電源裝置使用多個(gè)電池，而本發(fā)明僅使用一個(gè)容量較大的全雙工DC-DC變頻器和線性電流源，因此，可將裝置改良成小型裝置，減少了制作費(fèi)用，并具有可減小設(shè)置空間的有利效果。
[0102]S卩，容量較大的一個(gè)充放電電源裝置的大小與重量，明顯比現(xiàn)有技術(shù)中需要相當(dāng)于電池?cái)?shù)量的充放電電源裝置的和要小，設(shè)置時(shí)所占據(jù)的空間也明顯變小。
[0103]由于使用一個(gè)全雙工DC-DC變頻器和線性電流源裝置來(lái)控制多個(gè)串聯(lián)連接的電池的充放電，而不是相當(dāng)于電池?cái)?shù)量的裝置，因此，根據(jù)電池?cái)?shù)量的增加或減少的充電和放電的容量增加或減少，可通過(guò)控制其的控制器中裝載的充放電控制程序容易地進(jìn)行改變，并具有可容易地進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)(Calibrat1n)的有利效果。
[0104]產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性
[0105]本發(fā)明提供一種直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，將多個(gè)二次電池串聯(lián)連接，從而使充電和放電的電壓相比一個(gè)電池明顯提高，來(lái)提高全雙工DC-DC變頻器的電力轉(zhuǎn)換率，并將放電電池在直流狀態(tài)下充電時(shí)直接使用的直流微電網(wǎng)的合理電壓設(shè)定為電池組的最大電壓的2倍左右，來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳能量轉(zhuǎn)換率，并將充放電中使用的直流電力存儲(chǔ)裝置以一般電解電容器和超級(jí)電容器或二次電池組的組合來(lái)構(gòu)成，從而提高系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)換率，并裝載有使系統(tǒng)簡(jiǎn)單化的計(jì)算法，因此，可實(shí)現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換率和裝置的小型輕巧化，在產(chǎn)業(yè)上使用的可能性非常高。
[0106]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0107]11:電力存儲(chǔ)裝置
[0108]12:全雙工DC-DC變頻器
[0109]13:線性電流源
[0110]14:主機(jī)
[0111]15:CPU
[0112]16:通信手段
[0113]17:控制器
[0114]18:能動(dòng)型均衡電路
[0115]19:保護(hù)電路
[0116]20:中繼器控制單元
[0117]21:電壓計(jì)
[0118]22:溫度計(jì)
[0119]23:終端連接單元
[0120]24:電池
[0121]25:PWM 信號(hào)
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)連接的多個(gè)二次電池直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng),所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)包括: 多個(gè)二次電池，被電力地串聯(lián)連接，用于使DC-DC變頻器在相比一個(gè)電池的電壓高的電壓中運(yùn)作，從而以較高的電力轉(zhuǎn)換率來(lái)進(jìn)行充電和放電；和 全雙工DC-DC變頻器，向串聯(lián)連接的所述多個(gè)二次電池提供電力，以較高的電力轉(zhuǎn)換率來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電。
2.如權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng),進(jìn)一步包括: 線性電流源，用來(lái)提供電流，位于所述全雙工DC-DC變頻器下端，與串聯(lián)連接的所述多個(gè)二次電池的數(shù)量無(wú)關(guān)，穩(wěn)定并精密地進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 直流電力存儲(chǔ)裝置，在所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的所述全雙工DC-DC變頻器的前端，穩(wěn)定地向所述全雙工DC-DC變頻器提供電源，并在停電時(shí)也提供電源。
4.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其特征在于具備控制器，用來(lái)進(jìn)行控制，使所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)中多個(gè)串聯(lián)連接的包含不同容量和內(nèi)部電阻的具不同特征的各電池同時(shí)實(shí)現(xiàn)充放電。
5.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其特征在于，各電池的前端連接安裝有繼電器或開(kāi)關(guān)電路，在所述控制器的控制下向串聯(lián)連接的各電池提供電流或切斷電流，使所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)中多個(gè)串聯(lián)連接的包含不同容量和內(nèi)部電阻的具不同特征的各電池同時(shí)實(shí)現(xiàn)充放電。
6.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其中，所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)進(jìn)一步安裝有電壓計(jì)或絕緣型電池管理單元，測(cè)定串聯(lián)連接的各電池的兩端電壓，來(lái)進(jìn)行控制，使多個(gè)串聯(lián)連接的包含不同容量和內(nèi)部電阻的具不同特征的各電池同時(shí)實(shí)現(xiàn)充放電。
7.如權(quán)利要求4所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)的所述控制器裝載有控制程序，針對(duì)串聯(lián)連接的各電池，基于從電流計(jì)、溫度計(jì)、電壓計(jì)輸入的值來(lái)進(jìn)行控制，使電池穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)充電和放電。
8.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)進(jìn)一步具備保護(hù)電路，用于串聯(lián)連接的各電池的充放電，各電池之間安裝的中繼器打開(kāi)時(shí)和打開(kāi)后附于接點(diǎn)時(shí)，使充放電電流穩(wěn)定地運(yùn)作，并提高中繼器的耐久性。
9.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器由全雙工穩(wěn)壓二級(jí)管或二級(jí)管、電容器、電阻構(gòu)成，用于在中繼器打開(kāi)時(shí)和打開(kāi)后附于接點(diǎn)時(shí)使電流旁路至下端電池。
10.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其中，所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)進(jìn)一步具備能動(dòng)型均衡電路，在串聯(lián)連接的多個(gè)內(nèi)部電阻或容量不同的各電池以恒定電壓模式被充電時(shí)，從所述控制器中輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，并根據(jù)所述信號(hào)來(lái)開(kāi)閉電池的充電電流，或是將所述控制器中輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)演算成直流電流，來(lái)消耗或旁路電池的充電電流中的一部分，從而在恒定電壓狀態(tài)下將電池充電。
11.如權(quán)利要求3所述的直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)，其中，所述直流微電網(wǎng)充放電系統(tǒng)進(jìn)一步具備主機(jī)，用于同時(shí)控制多個(gè)盤(pán)來(lái)進(jìn)行充放電，所述盤(pán)中多個(gè)電池被串聯(lián)連接通過(guò)一個(gè)全雙工DC-DC變頻器與一個(gè)線性電流源被充放電。
【文檔編號(hào)】H02J7/34GK104079056SQ201410116756
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月27日
【發(fā)明者】金正黙, 李桓熙, 柳泰馨, 申?yáng)|勛, 韓喆奎 申請(qǐng)人:樂(lè)金信世股份有限公司, Hbl株式會(huì)社