串联储能系统的电容式电压均衡系统及方法技术方案

串联储能系统的电容式电压均衡系统及方法，该电容式电压均衡系统是基于传统开关电容均衡电路采用电压均衡方法而设计，该电压均衡方法主要技术要点是：基于4单体串联的储能元件，在传统开关电容网络均衡电路的基础上，增加第一层开关电容C4，第二层开关电容C5、C6、C7，使得4单体串联储能单元中，两两之间具有直接转移电荷的路径。由电压检测电路单元反馈的电池组电压一致性情况，再由均衡控制单元发出控制信号来控制相应开关的通断，实现高、低电压电池间电量的转移，最后完成串联储能单元中各单体的电压均衡，可有效降低因储能单元中储能单体电压不一致产生的安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，该电容式电压均衡系统是基于传统开关电容均衡电路采用电压均衡方法而设计，该电压均衡方法主要技术要点是：基于4单体串联的储能元件，在传统开关电容网络均衡电路的基础上，增加第一层开关电容C4，第二层开关电容C5、C6、C7，使得4单体串联储能单元中，两两之间具有直接转移电荷的路径。由电压检测电路单元反馈的电池组电压一致性情况，再由均衡控制单元发出控制信号来控制相应开关的通断，实现高、低电压电池间电量的转移，最后完成串联储能单元中各单体的电压均衡，可有效降低因储能单元中储能单体电压不一致产生的安全隐患。【专利说明】
本专利技术涉及储能电源管理系统
，特别涉及到储能电源管理系统中串联储能单元的电压均衡方法及其系统。
技术介绍
随着新能源产业的快速发展，无论是新能源汽车或是大规模储能应用，均需要大量单体电池串联使用，但由于串联单体电池的不一致性严重影响了动力电池组的有效容量、循环寿命、安全性和经济性，使动力池组难以达到这样的要求。同时单体电池的一致性又是相对的，过分强调制造过程中的一致性或使用过程中环境的一致性，只能以提高动力系统成本为代价。如何保证动力电池安全、高效成组的使用成为当前亟待解决的问题。电池均衡技术作为动力电池成组应用的关键技术之一，能够有效缓解制造过程和使用过程中产生的不一致性，提高电池组的整体性能。 用于串联电池组的均衡电路主要有两类：一是能量消耗型，指利用并联电阻等方式将电池组中电量较多的电池的能量进行耗散，直到其荷电状态到达平均值的均衡电路；二是非能量消耗型，即利用电容、电感等储能元件在单体电池或电池组之间进行能量转移，使电池组电压保持一致的均衡电路。 均衡目的之一是延长电池寿命以降低其使用成本，非耗散型均衡方式将是未来发展方向，尽可能的缩短均衡所需时间是关键。其中以电容作为储能元件的电容式均衡电路具有成本低、体积小、能量损耗低的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的主要在于缩短电容式均衡电路的均衡时间，提高均衡效率。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种， 基于4单体的串联储能单元在传统开关电容均衡电路基础上，通过增加第一层均衡电容（C4)及相应开关、第二层均衡电容（C5、C6、C7)构成新的电容式均衡电路单元（1)，从而使基于4单体串联储能单元中，单体两两之间具有直接转移电荷的路径，检测每个储能单体的电压，当检测到该储能单元电压一致性较差时，通过控制均衡单元相应的开关电容充电与放电，直至实现该储能单元的电压均衡。 串联储能系统可基于4单体串联储能单元模块化进行分层均衡。即在4n串联的储能系统中，把每41单体串联储能单元视为1个模块，利用电压均衡电路单元（1)的均衡拓扑对串联的4个这样模块进行均衡，并构成新的电压均衡电路单元（2)。同样，有均衡43单体串联储能单元的电压均衡电路单元（3)以及均衡4n单体串联储能单元的电压均衡电路单元（η)。 对于含有大量串联储能单体的储能系统可进行分层均衡，检测每一个储能单体的电压，根据检测到的高或低电压储能单体出现的位置情况，通过启动相应的开关电容或均衡单元，最终实现整个串联储能系统的电压均衡。 一种串联储能系统的电容式电压均衡系统，该系统包括至少一个均衡电路单元、一个控制单元和至少一个电压检测单元；每个均衡电路单元具体包括：7个均衡电容和12个受所述控制单元控制而导通或关断的切换开关。均衡电路单元，与4单体串联的储能单元相连，在传统开关电容均衡拓扑基础上，与增加的第一层均衡电容（C4)及相应开关构成环形均衡拓扑a，与增加的第二层电容（C5、C6、C7)构成环形均衡拓扑b，由均衡拓扑a和b共同构成了双层双环形开关电容均衡电路。 所述电压检测单元分别与各储能单体相连，以检测各储能单体的电压，并输出检测信号；所述控制单元分别与各均衡电路单元相连，接收所述检测信号并输出控制信号；所述驱动单元接收所述控制信号并输出驱动信号，以控制相应的开关，使高电压储能单体的电量通过所述的均衡电路单元转移至低电压的储能单体中，从而实现整个串联储能系统的各储能单体电压均衡。 对于含有大量串联储能单体的储能系统可进行分层均衡。如对于4n单体的串联储能系统中，所述电容式电压均衡系统，还包括：电压均衡电路单元（1)，......，（n)、控制单元及电压检测单元。 可选地，所述开关均由两MOSFET共S极组成的对称结构构成。 可选地，所述控制电路为恒定占空比的控制电路。 可选地，所述检测电路包括比较器。 所述的单体均为蓄电池或电容电池。 本专利技术的有益结果是采用均衡电路可使缩短均衡时间，有效缓解制造过程和使用过程中产生的不一致性，提高电池组的整体性能。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术串联储能系统的电容式电压均衡电路示意图。 图2a为储能系统对均衡单元各均衡电容充电示意图。 图2b为均衡单元各均衡电容对储能系统放电示意图。 图3为开关均由两MOSFET共S极构成的对称结构。 图中：1、电容式电压均衡单元，2、检测单元，3、控制单元，4、驱动单元。 【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 图1为本专利技术一种串联储能系统的电容式电压均衡电路示意图。如图1所述，电容式电压均衡单元1包括储能单元B1、B2、B3、B4，开关K1、K2、K3、K4、K5、K6以及电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7。另外，电容式电压均衡单元1还包括检测单元2、控制单元3、以及驱动单元4。其中，储能系统由储能单元Β1、Β2、Β3、Β4阴极与阳极依次串联构成，并且储能单元Β1的阳极连接至开关Κ1的上端，开关Κ1的下端与开关Κ2的上端共同连接至储能单元B1的阴极和B2的阳极，电容C1连接于开关K1和K2的控制端之间，开关K2的下端与开关K3的上端共同连接至储能单元B2的阴极和B3的阳极，电容C2连接于开关K2和K3的控制端之间，电容C5连接于开关K1和K3的控制端之间，开关K3的下端与开关K4的上端共同连接至储能单元B3的阴极和B4的阳极，电容C3连接于开关K3和K4的控制端之间，电容C6连接于开关K2和K4的控制端之间，开关K4的下端与开关K5的上端共同连接至储能单元B4的阴极，开关K5的下端与开关K6的上端分别连接至开关K1和K4的控制端，电容C4连接于开关K5和K6的控制端之间，开关K6的下端连接至B1的阳极。 如图1所示，检测单元2检测所有储能单体的电压，并输出检测信号至控制单元3。控制单元3接收检测信号并输出控制信号至驱动单元4。驱动单元接收控制信号并输出驱动信号以控制开关Kl、K2、K3、K4、K5、K6。 下面储能单元B1、B2、B3、B4电量依次减少为例，以说明电容式电压均衡单元1的工作原理。本
的技术人员应当理解，该原理对于其他电量分别的情况同样适用。 如图1所示，当检测单元2检测到储能单元Bl、B2、B3、B4电压依次减少时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联储能系统的电容式电压均衡方法，其特征在于：基于4单体的串联储能单元在传统开关电容均衡电路基础上，增加第一层均衡电容(C4)及相应开关、第二层均衡电容(C5、C6、C7)构成新的电容式均衡电路单元(1)，从而使基于4单体串联储能单元中，单体两两之间具有直接转移电荷的路径，检测每个储能单体的电压，当检测到该储能单元电压一致性较差时，通过控制均衡单元相应的开关电容充电与放电，直至实现该储能单元的电压均衡。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯能莲，汤杰，米磊，宾洋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11