一種鋰離子電池組均衡管理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種鋰離子電池組均衡管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是實現(xiàn)我國能源和電力可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成之一。由于風(fēng)電輸出功率具有很強(qiáng)的波動性、隨機(jī)性，且風(fēng)速預(yù)測存在一定的誤差，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)會給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列的技術(shù)難題。因此，為了更高效地利用可再生能源，在風(fēng)能資源比較豐富的環(huán)境中，一般構(gòu)建風(fēng)儲互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，采用儲能技術(shù)對風(fēng)機(jī)機(jī)組輸出功率進(jìn)彳丁調(diào)控，使風(fēng)電場效益最大化，以提尚風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)彳丁能力，提尚系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。
[0003]現(xiàn)有的電能存儲方式，主要有物理儲能、電磁儲能(如超導(dǎo)電磁儲能等)和電池儲能三大類。其中，電池儲能主要包括有蓄電池、電容器及燃料電池等。但由于超級電容器、燃料電池在蓄電容量和價格等方面的限制使其不適用于大規(guī)模蓄電場合。因此，目前大規(guī)模蓄電主要采用蓄電池。其中，鉛酸蓄電池，鉛酸電池是比較成熟的蓄電技術(shù)，雖具有價格低廉、安全性能相對可靠的優(yōu)點，但仍存在循環(huán)壽命較短、不可深度放電、其容量與放電的功率密切相關(guān)、運(yùn)行維護(hù)費用高等缺點，很難滿足大規(guī)模蓄電發(fā)展的要求。鈉硫電池的技術(shù)門檻較高，其正、負(fù)極活性物質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性，對電池材料、電池結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件的要求苛刻，且短路時存在嚴(yán)重安全隱患；該電池的充放電狀態(tài)(S0C)不能準(zhǔn)確在線測量；需要附加供熱設(shè)備來維持運(yùn)行溫度，導(dǎo)致啟動時間長，不能適應(yīng)夏季風(fēng)力發(fā)電資源不佳時，需要儲能系統(tǒng)間歇性運(yùn)行的啟動要求。
[0004]鋰離子電池在安全性、能量轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟(jì)性等方面取得重大突破，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件日趨成熟，被認(rèn)為是未來儲能技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。然而，為了適應(yīng)儲能電站等大型系統(tǒng)的應(yīng)用需求，通常將大量的單體電池進(jìn)行串并聯(lián)后形成電池組，由于各個生產(chǎn)廠家采用的正、負(fù)極材料、電解質(zhì)材料的質(zhì)量及工藝不同，其性能上會有些差異。例如同一種型號(同一種封裝的標(biāo)準(zhǔn)電池)，其電池的容量有較大差別(10%?20%)。因而，如何使電池組中任意一個或多個電池單元進(jìn)行均衡充電，實現(xiàn)靈活控制，均衡電流恒定，以改善電池組的一致性，是當(dāng)前亟需解決的一個問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種鋰離子電池組均衡管理系統(tǒng)，可以通過能量轉(zhuǎn)移的方式對電池組中任意一個或多個電池單元進(jìn)行均衡充電，均衡電流恒定，控制靈活，能有效的改善電池組的一致性，滿足儲能電站等大型系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實用新型的一個技術(shù)方案是提供一種鋰離子電池組均衡管理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)設(shè)置有電池組均衡電路，其中包含:均衡控制器、能量轉(zhuǎn)移式電路；所述的能量轉(zhuǎn)移式電路，進(jìn)一步包含:多個變壓器、多個恒流模塊及多個單刀單擲開關(guān)，分別與電池組中串聯(lián)的多個電池相對應(yīng)；
[0007]其中，每個變壓器的主線圈與電池組的總充放電回路相連接；每個變壓器的副線圈，連接恒流模塊及單刀單擲開關(guān)，并和與之相應(yīng)的一個電池并聯(lián)；
[0008]任意一個電池相對應(yīng)的單刀單擲開關(guān)在根據(jù)均衡控制器輸出的控制信號閉合時，使電池組的能量經(jīng)過相對應(yīng)的變壓器，以相對應(yīng)恒流模塊控制的恒定電流給該電池充電。
[0009]優(yōu)選地，所述電池組均衡電路還設(shè)置有能量補(bǔ)償式電路，其中進(jìn)一步包含:一個恒流源、一個恒流負(fù)載、一個雙刀雙擲開關(guān)，以及與電池組中的各個電池相對應(yīng)的多個雙刀單擲開關(guān)；
[0010]其中，所述雙刀雙擲開關(guān)根據(jù)均衡控制器輸出的控制信號，選擇將恒流源或?qū)⒑懔髫?fù)載中的一個與各個雙刀單擲開關(guān)連接；
[0011]任意一個雙刀單擲開關(guān)和與之相應(yīng)的電池并聯(lián)，在根據(jù)均衡控制器輸出的控制信號閉合時，將相應(yīng)的電池與恒流源或?qū)⒑懔髫?fù)載連接，通過恒流源對該電池進(jìn)行恒定電流的補(bǔ)充，或通過恒流負(fù)載對該電池進(jìn)行恒定電流的均衡放電。
[0012]優(yōu)選地，任意一簇電池，包含串聯(lián)的多個電池模塊，每個電池模塊包含串聯(lián)的多個電池；
[0013]所述系統(tǒng)設(shè)置有箱均衡系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包含:
[0014]箱均衡電源，為這一簇電池提供均衡電流，并與交流電網(wǎng)連接；
[0015]電池組控制模塊，通過第一 CAN總線與所述箱均衡電源連接，提供驅(qū)使所述箱均衡電源獲取能量來向相應(yīng)電池模塊均衡充電的控制信號；
[0016]多個電池監(jiān)護(hù)模塊，分別與多個電池模塊相對應(yīng)，并分別通過第二 CAN總線與所述電池組控制模塊連接進(jìn)行交互。
[0017]優(yōu)選地，所述電池監(jiān)護(hù)模塊設(shè)置在與之對應(yīng)的電池模塊的電池箱中，采集該電池模塊的信息。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的鋰離子電池組均衡管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行單體電池均衡管理、箱均衡和簇均衡管理，并提供有效的均衡效果測試手段，能夠改善電池組的一致性，滿足儲能電站等大型系統(tǒng)的應(yīng)用需求。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型中所述電池組均衡電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實用新型中所述均衡控制方法的流程示意圖；
[0021]圖3是本實用新型中所述均衡實現(xiàn)單元的示意圖；
[0022]圖4是本實用新型中電池組放電階段時未加均衡系統(tǒng)的原始放電曲線；
[0023]圖5是本實用新型中電池組放電階段時使用均衡系統(tǒng)后的放電曲線；
[0024]圖6是本實用新型中電池組充電階段時未加均衡系統(tǒng)的原始充電曲線；
[0025]圖7是本實用新型中電池組充電階段時使用均衡系統(tǒng)后的充電曲線；
[0026]圖8是本實用新型中箱均衡系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本實用新型通過電池組均衡電路，對串聯(lián)多個單體電池形成的電池組中的任意一個單體電池進(jìn)行較大均衡電流的均衡充電或者均衡放電，以改善電池組的一致性，滿足儲能電站等大型系統(tǒng)的應(yīng)用需求。優(yōu)選的示例中，使用LiFeP04作為正極的磷酸鐵鋰電池，具有安全性好，循環(huán)壽命長，質(zhì)量比能量高，無記憶效應(yīng)，維護(hù)方便，生產(chǎn)過程綠色無污染等優(yōu)點。
[0028]如圖1所示，所述電池組均衡電路，包含:均衡控制器U、能量轉(zhuǎn)移式電路與能量補(bǔ)償式電路。其中，所述的能量轉(zhuǎn)移式電路，包含:N個變壓器Tl~Tn、N個恒流模塊和N個單刀單擲開關(guān)ΚΒ1~ΚΒη。電池組總充放電回路與Ν個變壓器的主線圈相連，Ν個變壓器的副線圈與各個單體電池Β1~Βη并聯(lián)。
[0029]所述的均衡控制器U通過開關(guān)控制信號實現(xiàn)電池間能量轉(zhuǎn)移。假設(shè)需要給電池BUB3轉(zhuǎn)移能量時，均衡控制器U輸出信號ΚΒ1、ΚΒ3來導(dǎo)通電池Β1、Β3的轉(zhuǎn)移回路，這時整組電池的能量通過變壓器Tl、Τ3以恒定電流給Bl、Β3充電，電池回路上的恒定均衡電流通過恒流模塊控制。
[0030]所述的能量補(bǔ)償式電路，包含:1個恒流源VS、1個恒流負(fù)載R、1個雙刀雙擲開關(guān)KC和N個雙刀單擲開關(guān)ΚΑ1~ΚΑη。N個雙刀單擲開關(guān)ΚΑ1~ΚΑη對應(yīng)與各個單體電池Bl~Bn并聯(lián)；通過雙刀雙擲開關(guān)KC將恒流源VS或恒流負(fù)載R中的一個與雙刀單擲開關(guān)ΚΑ1~ΚΑη連接。當(dāng)某節(jié)電池和整組電池的能量相差太大，不能在短時間內(nèi)通過能量轉(zhuǎn)移的方式實現(xiàn)時，就需要用到能量補(bǔ)償式電路。
[0031]假設(shè)電池B2比其他電池的能量低了很多，通過均衡控制器U閉合開關(guān)KA2 ;因為開關(guān)KC默認(rèn)連接恒流源VS，所以這時由恒流源VS對電池B2進(jìn)行恒定電流的補(bǔ)充。假設(shè)電池B3比其他電池的能量高了很多，首先將開關(guān)KC打到恒流負(fù)載R處，再通過閉合開關(guān)KA3，這樣就可以通過恒流負(fù)載R對電池B3進(jìn)行恒定電流的均衡放電。
[0032]如圖2所示，本實用新型提供一種鋰離子電池組均衡控制方法，在進(jìn)行單體電池均衡管理時，先向電池組均衡管理系統(tǒng)輸入電池數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包含采集數(shù)據(jù)以及基本參數(shù)。
[0033]其中，采集數(shù)據(jù)包括:電流、單體電池電壓、單體電池溫度。基本參數(shù)包括:電池節(jié)數(shù)、標(biāo)稱容量、均衡標(biāo)識(用于讀取不同的特征數(shù)據(jù))、單體電池S0H (健康狀況)、單體電池S0C (荷電狀態(tài))、均衡電流、均衡時間、單體下限閾值、單體上限閾值、均衡策略變更靜止時間、狀態(tài)持續(xù)時間、設(shè)置均衡時間、均衡持續(xù)時間、單體電池狀態(tài)(主要為各單體電池的均衡狀態(tài))、整組電池狀態(tài)(主要包括充放電狀態(tài)，開路狀態(tài))、電壓均衡及容量均衡的充電閾值表、電壓均衡及容量均衡的放電閾值表、電壓均衡及容量均衡的開路閾值表。
[0034]根據(jù)均衡規(guī)則輸出的均衡狀態(tài)，由設(shè)置的均衡實現(xiàn)單元(圖3)對相應(yīng)的單體電池實施均衡保護(hù)。均衡實現(xiàn)采用高效的無損充電方式，并且其充電電流可根據(jù)均衡規(guī)則的要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，均衡電流多6A，并可實現(xiàn)點對點均衡。均衡實現(xiàn)單元可以是圖1中由均衡控制器控制的能量轉(zhuǎn)移式電路或能量補(bǔ)償式電路中對應(yīng)各個電池的部分。如果電池組均衡管理系統(tǒng)設(shè)定為自動均衡模式