一种锂离子电池组均衡管理系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种锂离子电池组均衡管理系统，其包含：为串联多个电池形成的电池组中的每个电池进行均衡保护；单刀单掷开关在根据对应于电池组的均衡控制器输出的控制信号闭合时，使电池组的能量经过相对应的变压器，以相对应恒流模块控制的恒定电流给该电池充电；与对应电池并联的双刀单掷开关，还与对应于电池组的一个双刀双掷开关连接，并根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，与闭合的双刀双掷开关所选择的恒流源或恒流负载进行连接，通过对应于电池组的恒流源对相应电池进行恒定电流的补充，或通过对应于电池组的恒流负载对相应电池进行恒定电流的均衡放电。本实用新型专利技术能有效的改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电力系统领域，特别涉及一种锂离子电池组均衡管理系统。
技术介绍
风力发电是实现我国能源和电力可持续发展战略的重要组成之一。由于风电输出功率具有很强的波动性、随机性，且风速预测存在一定的误差，大规模风电并网会给电力系统的安全稳定运行带来一系列的技术难题。因此，为了更高效地利用可再生能源，在风能资源比较丰富的环境中，一般构建风储互补系统进行发电，采用储能技术对风机机组输出功率进彳丁调控，使风电场效益最大化，以提尚风电场并网运彳丁能力，提尚系统供电的连续性、稳定性和可靠性。现有的电能存储方式，主要有物理储能、电磁储能(如超导电磁储能等)和电池储能三大类。其中，电池储能主要包括有蓄电池、电容器及燃料电池等。但由于超级电容器、燃料电池在蓄电容量和价格等方面的限制使其不适用于大规模蓄电场合。因此，目前大规模蓄电主要采用蓄电池。其中，铅酸蓄电池，铅酸电池是比较成熟的蓄电技术，虽具有价格低廉、安全性能相对可靠的优点，但仍存在循环寿命较短、不可深度放电、其容量与放电的功率密切相关、运行维护费用高等缺点，很难满足大规模蓄电发展的要求。钠硫电池的技术门槛较高，其正、负极活性物质的强腐蚀性，对电池材料、电池结构及运行条件的要求苛刻，且短路时存在严重安全隐患；该电池的充放电状态(S0C)不能准确在线测量；需要附加供热设备来维持运行温度，导致启动时间长，不能适应夏季风力发电资源不佳时，需要储能系统间歇性运行的启动要求。锂离子电池在安全性、能量转换效率和经济性等方面取得重大突破，产业化应用的条件日趋成熟，被认为是未来储能技术发展的主要方向之一。然而，为了适应储能电站等大型系统的应用需求，通常将大量的单体电池进行串并联后形成电池组，由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%?20%)。因而，如何使电池组中任意一个或多个电池单元进行均衡充电，实现灵活控制，均衡电流恒定，以改善电池组的一致性，是当前亟需解决的一个问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种锂离子电池组均衡管理系统，可以通过能量转移的方式对电池组中任意一个或多个电池单元进行均衡充电，均衡电流恒定，控制灵活，能有效的改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。为了达到上述目的，本技术的一个技术方案是提供一种锂离子电池组均衡管理系统，所述系统设置有电池组均衡电路，其中包含:均衡控制器、能量转移式电路；所述的能量转移式电路，进一步包含:多个变压器、多个恒流模块及多个单刀单掷开关，分别与电池组中串联的多个电池相对应；其中，每个变压器的主线圈与电池组的总充放电回路相连接；每个变压器的副线圈，连接恒流模块及单刀单掷开关，并和与之相应的一个电池并联；任意一个电池相对应的单刀单掷开关在根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，使电池组的能量经过相对应的变压器，以相对应恒流模块控制的恒定电流给该电池充电。优选地，所述电池组均衡电路还设置有能量补偿式电路，其中进一步包含:一个恒流源、一个恒流负载、一个双刀双掷开关，以及与电池组中的各个电池相对应的多个双刀单掷开关；其中，所述双刀双掷开关根据均衡控制器输出的控制信号，选择将恒流源或将恒流负载中的一个与各个双刀单掷开关连接；任意一个双刀单掷开关和与之相应的电池并联，在根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，将相应的电池与恒流源或将恒流负载连接，通过恒流源对该电池进行恒定电流的补充，或通过恒流负载对该电池进行恒定电流的均衡放电。优选地，任意一簇电池，包含串联的多个电池模块，每个电池模块包含串联的多个电池；所述系统设置有箱均衡系统，其中进一步包含:箱均衡电源，为这一簇电池提供均衡电流，并与交流电网连接；电池组控制模块，通过第一 CAN总线与所述箱均衡电源连接，提供驱使所述箱均衡电源获取能量来向相应电池模块均衡充电的控制信号；多个电池监护模块，分别与多个电池模块相对应，并分别通过第二 CAN总线与所述电池组控制模块连接进行交互。优选地，所述电池监护模块设置在与之对应的电池模块的电池箱中，采集该电池模块的信息。与现有技术相比，本技术提供的锂离子电池组均衡管理系统，可以进行单体电池均衡管理、箱均衡和簇均衡管理，并提供有效的均衡效果测试手段，能够改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。【附图说明】图1是本技术中所述电池组均衡电路的电路结构示意图；图2是本技术中所述均衡控制方法的流程示意图；图3是本技术中所述均衡实现单元的示意图；图4是本技术中电池组放电阶段时未加均衡系统的原始放电曲线；图5是本技术中电池组放电阶段时使用均衡系统后的放电曲线；图6是本技术中电池组充电阶段时未加均衡系统的原始充电曲线；图7是本技术中电池组充电阶段时使用均衡系统后的充电曲线；图8是本技术中箱均衡系统的架构示意图。【具体实施方式】本技术通过电池组均衡电路，对串联多个单体电池形成的电池组中的任意一个单体电池进行较大均衡电流的均衡充电或者均衡放电，以改善电池组的一致性，满足储能电站等大型系统的应用需求。优选的示例中，使用LiFeP04作为正极的磷酸铁锂电池，具有安全性好，循环寿命长，质量比能量高，无记忆效应，维护方便，生产过程绿色无污染等优点。如图1所示，所述电池组均衡电路，包含:均衡控制器U、能量转移式电路与能量补偿式电路。其中，所述的能量转移式电路，包含:N个变压器Tl~Tn、N个恒流模块和N个单刀单掷开关ΚΒ1~ΚΒη。电池组总充放电回路与Ν个变压器的主线圈相连，Ν个变压器的副线圈与各个单体电池Β1~Βη并联。所述的均衡控制器U通过开关控制信号实现电池间能量转移。假设需要给电池BUB3转移能量时，均衡控制器U输出信号ΚΒ1、ΚΒ3来导通电池Β1、Β3的转移回路，这时整组电池的能量通过变压器Tl、Τ3以恒定电流给Bl、Β3充电，电池回路上的恒定均衡电流通过恒流模块控制。所述的能量补偿式电路，包含:1个恒流源VS、1个恒流负载R、1个双刀双掷开关KC和N个双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη。N个双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη对应与各个单体电池Bl~Bn并联；通过双刀双掷开关KC将恒流源VS或恒流负载R中的一个与双刀单掷开关ΚΑ1~ΚΑη连接。当某节电池和整组电池的能量相差太大，不能在短时间内通过能量转移的方式实现时，就需要用到能量补偿式电路。假设电池B2比其他电池的能量低了很多，通过均衡控制器U闭合开关KA2 ;因为开关KC默认连接恒流源VS，所以这时由恒流源VS对电池B2进行恒定电流的补充。假设电池B3比其他电池的能量高了很多，首先将开关KC打到恒流负载R处，再通过闭合开关KA3，这样就可以通过恒流负载R对电池B3进行恒定电流的均衡放电。如图2所示，本技术提供一种锂离子电池组均衡控制方法，在进行单体电池均衡管理时，先向电池组均衡管理系统输入电池数据进行数据预处理，包含采集数据以及基本参数。其中，采集数据包括:电流、单体电池电压、单体电池温度。基本参数包括:电池节数、标称容量、均衡标识(用于读取不同的特征数据)、单体电池S0H (健康状况)、单体电池S0C (荷电状态)、均衡电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池组均衡管理系统，其特征在于，所述系统设置有电池组均衡电路，其中包含：均衡控制器、能量转移式电路；所述的能量转移式电路，进一步包含：多个变压器、多个恒流模块及多个单刀单掷开关，分别与电池组中串联的多个电池相对应；其中，每个变压器的主线圈与电池组的总充放电回路相连接；每个变压器的副线圈，连接恒流模块及单刀单掷开关，并和与之相应的一个电池并联；任意一个电池相对应的单刀单掷开关在根据均衡控制器输出的控制信号闭合时，使电池组的能量经过相对应的变压器，以相对应恒流模块控制的恒定电流给该电池充电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘舒，柳劲松，雷珽，张宇，时珊珊，方陈，朴红艳，袁加妍，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，华东电力试验研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31