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多通道储能单元组配置电路及储能单元管理系统技术方案

技术编号:13883705 阅读:103 留言:0更新日期:2016-10-23 17:43
本发明专利技术公开了一种多通道储能单元组配置电路,包括多个通道,多条主干通路和多条储能单元支路,每个通道包含输出端以及通道选择开关,从而可以将某些主干通路接入该通道;每条所述主干通路都包括多个串联的主干通路受控开关,所述主干通路两侧最外侧的受控开关分别连接该主干通路对应的通道选择开关;每条储能单元支路均包括储能单元和支路受控开关,每条所述储能单元支路中的储能单元的正极和负极分别通过该条储能单元支路中的支路受控开关与至少一条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。通过本发明专利技术可以任意地改变储能单元的连接结构,将预定的储能单元连接到各个通道中,而且不需要额外的电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及储能单元领域,具体来说涉及多通道储能单元组配置电路及储能单元管理系统
技术介绍
目前随着储能元件如电池技术的不断发展,储能元件组如电池组得到了广泛应用。电池组由多个电池单元(电池单芯或者电池模块)通过串并联组成。常见的结构为xSyP结构(xSyP,电池组的配置为y个电池单元串互相并联,每个电池单元串由x个电压相似的电池单元串联而成,电池组的总电池单元数为xy)。虽然在出厂之初,电池单元之间的个体差异不大,但是在使用过程中差异会逐渐变大,能充满的电量以及放电的时间都有差别,使用中电压下降的速度也不同,这种差异会影响电池组的整体性能和使用寿命。为了解决这种差异,传统电池管理系统BMS(battery management system)中电池均衡主要采用两种策略,被动均衡和主动均衡。如图1所示,被动均衡就是通过对较高电压的电池增加旁路电阻进行放电,从而使得较高电压的电池电压降低而达到与低电压电池基本一致。主要的优点是设计简单,缺点是将电池能量转换为电阻的热能,浪费了电能,降低了电池整体效率。主动均衡的原理是当电池组中的各个电池单体之间出现不一致时,用储能器件将能量从电压较高的电
池单体转移到较低的电池单体中,从而实现延长电池组使用时间的目的。主动均衡的优点是效率较被动均衡有所提高,能量被转移,损耗相对被动均衡小。缺点是结构复杂、成本高、可靠性相对较低。图2显示了使用变压器来进行能量转移的一种方案示意图。
技术实现思路
综上所述,传统BMS中的主动均衡和被动均衡技术的本质都是电量转移,被动均衡是将电量转移到电池组外部耗散掉,而主动均衡是将电量从健康度高的电池转移到健康度低的电池,在这个电池互充的过程中,能量需要经过化学能到电能再到化学能的转变,损耗在20%左右。本专利技术的目的是通过动态重配置(本质上是储能元件转移)来解决储能元件不均衡等问题,可以尽量解决互充问题和能量损耗。通过对储能元件外部指标或内部指标的监测,将某一指标或某些指标相同或类似的储能元件动态连接到一个串里,解决储能元件的不均衡等问题。现有方案中,以储能单元为电池、电池健康度作为衡量指标的情况为例,如果一串电池里面健康度出现差异,一个健康度为100%,另外一个为80%,那么传统BMS只能通过前述的均衡技术来解决问题。而本专利技术可以改变储能元件的连接结构,将预定的储能单元如健康度相似的储能元件放在一个串里面去,从而不需要额外的电路去解决均衡问题。相比于传统的主动和被动均衡技术,本专利技术的方案无能量损耗,而且本产品的均衡方案的实现也比传统主动均衡方案简单。本发
明的电路结构以及管理系统除了电池以外,同样可以应用于储能元件如电感、电容等的管理场合。为实现本专利技术之目的,采用以下技术方案予以实现:一种多通道储能单元组配置电路,包括多个通道,所述通道包括多条主干通路和多条储能单元支路,其中:每个通道包括两个输出端;每条所述主干通路都包括多个串联的主干通路受控开关,所述主干通路两端的受控开关分别连接至少一个所述通道的两个输出端之一;每条储能单元支路都包括储能单元和支路受控开关,每条所述储能单元支路中的储能单元的两端分别通过该条储能单元支路中的支路受控开关与至少一条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:该配置电路还包括通道选择受控开关;至少一条主干通路的正极端和负极端分别通过各自的通道选择受控开关与一个通道的两个输出端之一连接;或者,至少两条主干通路的正极端分别通过各自的通道选择受控开关与同一个通道的一个输出端连接,以及所述至少两条主干通路的负极端分别通过各自的通道选择受控开关与上述通道的另一个输出端连接。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:所述主干通路全部并联连接接入某一通道;或者:部分主干通路并联连接接入某一通道;或者:至少一条主干通路通过可选的方式与其他至少一条主干通路并联连接接入某一通道;或者:至少两条主干通路不互相连接。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:每条储能单元支路中的储能单元数量均为一个,每条所述储能单元支路中的储能单元的两端分别通过该条储能单元支路中的多个支路受控开关分别与多条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:每条储能单元支路中的储能单元数量均为一个,每条所述储能单元支路中的储能单元的两端分别通过该条储能单元支路中的支路受控开关与每条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:所述储能单元包括电芯、电池模块、电感、电容。所述的多通道储能单元组配置电路,优选的:每个受控开关都由控制信号单独控制导通或者切断。一种储能单元管理系统,包括:处理装置、控制单元、如上之一所述多通道储能单元组配置电路以及储能单元状态监测单元;其中:所述储能单元状态监测单元用于对多通道储能单元组配置电路中的储能单元指标进行监测,并将储能单元指标数据发送给处理装置;所述处理装置用于根据接收的所述指标数据判断是否有储能单元需要被改变连接,如果有储能单元需要被改变连接,处理装置就将控制指令发送给控制单元;所述控制单元用于根据该控制指令控制多通路储能单元组配置电路中的受控开关的通断来实现储能单元的连接的改变。所述的储能单元管理系统,优选的:所述储能单元指标包括内部指标和外部指标,其中内部指标包括储能单元的电压、电流、温度、健康度、剩余容量;外部指标包括用户需求、终端负载要求、环境温度、湿度。所述的储能单元管理系统,优选的:所述控制指令包括:移动哪个或哪些储能单元以及将该储能单元移动到哪个主干通路中;将哪一个或哪些主干通路与其他主干通路断开连接或者将哪些主干通路并联连接;将某条主干通路接入到某个指定通道中;将哪个储能单元与哪条主干通路断开连接。附图说明图1为现有技术中电池被动均衡电路示意图;图2为现有技术中电池主动均衡电路示意图;图3为电池单元符号示意图;图4为初始电池组示意图;图5为电芯移动连接拓扑结构一示意图;图6为电芯移动连接拓扑结构二示意图;图7为本专利技术第一实施方式多通路电池组配置电路示意图;图8为受控开关示意图;图9为本专利技术第二实施方式多通路电池组配置电路示意图;图10为本专利技术电池管理系统的系统架构示意图。具体实施方式本专利技术以电池组为例提供了基于电芯移动的智能均衡方案所需要的电池组的动态重组的硬件实现,该方案同样适用于电容、电感等储能元件的场合。电池组由多个电池单元构成。一个电池单元可以是一个电池芯,也可以是包含多个电池芯的电池模块,在下文中,我们将使用如图3所示的符号来标识一个电池单元,每个电池单元有两个引线端,一个正极(positive,+),一个负极(negative,-)。设给定电池组是xSyP结构。对于其中的电池单元,如果它是在第i串中的第j个,就称它的坐标为(i,j)。要解决的问题是:给定一个xSyP的电池组,给定一个初始连接状态,将指定的一个电芯(i,j)移动到(i’,*),即将第i串的第j个电芯移动到第i’行。基于上述操作,可以实现基于电芯转移的智能均衡方案。如果有
多个电芯需要移动,只需要重复上述操作即可。通过下例更清本文档来自技高网
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多通道储能单元组配置电路及储能单元管理系统

【技术保护点】
一种多通道储能单元组配置电路,包括多个通道,所述通道包括多条主干通路和多条储能单元支路,其特征在于:每个通道包括两个输出端;每条所述主干通路都包括多个串联的主干通路受控开关,所述主干通路两端的受控开关分别连接至少一个所述通道的两个输出端之一;每条储能单元支路都包括储能单元和支路受控开关,每条所述储能单元支路中的储能单元的两端分别通过该条储能单元支路中的支路受控开关与至少一条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。

【技术特征摘要】
1.一种多通道储能单元组配置电路,包括多个通道,所述通道包括多条主干通路和多条储能单元支路,其特征在于:每个通道包括两个输出端;每条所述主干通路都包括多个串联的主干通路受控开关,所述主干通路两端的受控开关分别连接至少一个所述通道的两个输出端之一;每条储能单元支路都包括储能单元和支路受控开关,每条所述储能单元支路中的储能单元的两端分别通过该条储能单元支路中的支路受控开关与至少一条主干通路中的所述主干通路受控开关中的一个开关的两端分别连接。2.根据权利要求1所述的多通道储能单元组配置电路,其特征在于:该配置电路还包括通道选择受控开关;至少一条主干通路的正极端和负极端分别通过各自的通道选择受控开关与一个通道的两个输出端之一连接;或者,至少两条主干通路的正极端分别通过各自的通道选择受控开关与同一个通道的一个输出端连接,以及所述至少两条主干通路的负极端分别通过各自的通道选择受控开关与上述通道的另一个输出端连接。3.根据权利要求1或2所述的多通道储能单元组配置电路,其特征在于:所述主干通路全部并联连接接入某一通道;或者:部分主干通路并联连接接入某一通道;或者:至少一条主干通路通过可选的方式与其他至少一条主干通路并联连接接入某一通道;或者:至少两条主干通路不互相连接。4.根据权利要求1-3之一所述的多通道储能单元组配置电路,其特征在于:所...

【专利技术属性】
技术研发人员:谷里鹏魏耀蕊胡浩
申请(专利权)人:胡浩
类型:发明
国别省市:北京;11

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