一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置及控制方法，该装置包括均衡模块、数据采集模块、SOC计算模块以及控制模块；均衡模块与被均衡电池组构成均衡回路，被均衡电池组包括多个串联的液态金属电池，数据采集模块采集液态金属电池的电流信号，将电流信号传输给SOC计算模块，SOC计算模块计算各液态金属电池的SOC，并将各液态金属电池的SOC传输给控制模块，控制模块根据各液态金属电池的SOC计算SOC的极差，并根据SOC的极差输出控制均衡回路的驱动信号，驱动信号控制均衡回路的通断，实现对液态金属电池组的均衡充电和均衡放电，实现被均衡电池组SOC均衡，提高电池组的容量利用率，延长电池组的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能领域，具体为一种用于液态金属电池的主动均衡控装置及控制方法。技术背景随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益严峻，可再生能源的规模利用成为世界各国研究和发展的热点。借助大规模储能技术可以有效解决可再生能源间歇性和波动性带来的诸多问题，同时对于电力系统的“削峰填谷”，提高电力系统的安全性、稳定性，降低供电成本有着重要的意义。液态金属电池作为一种新型的储能电池，具有寿命长、容量大、倍率高的优点，在大规模储能领域有着广阔的应用前景。液态金属电池是一种高温电池，工作温度在300℃～700℃，运行时正负极金属呈液态，电解质为熔融态无机盐，电池内部因电极和电解质密度不同和互不相溶的特性而自动分为三层。全液态的结构设计使液态金属电池传质速度快，电池效率高。由于摒弃了常规电池隔膜，液态金属电池性能稳定，寿命较长，预期寿命15年以上。为应用于大规模储能，液态金属电池必须串联以满足电压等级的要求，串联使用过程中电池组的不一致性会逐渐变大，由于电池“短板效应”的存在，电池组的容量利用率会显著降低，循环寿命也会大为缩短，因此必须对电池组采取均衡控制以提高电池组的整体性能。常见能耗型分流电阻均衡电路由于能耗大，均衡电流小，均衡效率低，不适用于大容量的串联液态金属电池组，电容型均衡电路只能实现电压均衡，而液态金属电池电压在荷电状态(SOC)10％～90％范围内较为平坦，且标称电压只有0.9V，因此即使液态金属电池SOC极差较大时，单体电池间压差依旧很小，再加上开关器件的导通压降，因此均衡能量很难转移，甚至无法转移，无法实现液态金属电池SOC均衡，导致均衡效率低和液态金属电池大的不一致性。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置及控制方法，旨在解决由于液态金属电池电压在液态金属电池SOC为10％～90％非常平坦导致采用电压为均衡变量无法实现液态金属电池SOC均衡的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置，包括数据采集模块，其输入端与被均衡电池组中各个液态金属电池连接，用于检测并输出被均衡电池组中各液态金属电池的电流信号；SOC计算模块，其输入端连接至所述数据采集模块的电流信号输出端，用于根据各液态金属电池的电流信号计算各个液态金属电池的SOC；控制模块，其SOC信号输入端连接至所述SOC计算模块的输出端，所述控制模块的反馈电流输入端与所述均衡模块的反馈端连接；用于根据各个液态金属电池的SOC计算SOC的极差，并根据SOC的极差输出驱动信号，并根据反馈电流信号实时调整所述驱动信号；以及均衡模块，具有多个电池连接端，分别与被均衡电池组中各个液态金属电池的正极和负极连接，所述均衡模块的控制端连接至所述控制模块的驱动信号输出端；用于通过与被均衡电池组相连形成均衡回路，并根据所述驱动信号使被均衡电池组中液态金属电池均衡充电和均衡放电，并实时输出所述反馈电流信号，实现液态金属电池间能量的转移。数据采集模块检测被均衡电池组中各个液态金属电池电流信号，并将采集到的电流信号传输给SOC计算模块，SOC计算模块根据接收到的电流信号计算液态金属电池的SOC，并将液态金属电池的SOC信号传输给控制模块，控制模块根据由SOC计算模块传输的液态金属电池SOC计算SOC极差，再根据SOC的极差确定均衡回路中均衡电流调整目标值，并将液态金属电池SOC最大值所对应的液态金属电池作为均衡放电对象，将液态金属电池SOC最小值所对应的液态金属电池作为均衡充电对象，根据均衡充电对象、均衡放电对像以及均衡电流调整目标值确定均衡模块控制端驱动信号，并通过反馈电流输入端接收由均衡模块反馈端输出的反馈电流信号，实时调整驱动信号，液态金属电池通过均衡回路均衡充电和均衡放电，实现液态金属电池间能量转移，若SOC的极差不为零，则控制模块持续输出驱动信号，控制液态金属电池的均衡充电与均衡放电，通过反复的能量转移使液态金属电池的SOC极差为零，实现液态金属电池的SOC均衡。进一步地，所述均衡模块包括两个开关管、2n个双向开关管和一个均衡电感L；其中，一个开关管记为开关管P1，一个开关管记为开关管Qn+1，n个双向开关管分别记为双向开关管P2、双向开关管P3、……双向开关管Pn+1，剩余n个双向开关管分别记为双向开关管Q1、双向开关管Q2、……双向开关管Qn；所述双向开关管Pi第一端子连接液态金属电池Ci-1负极，所述双向开关管Pi第二端子和均衡电感L一端相连，所述双向开关管Qj第一端子与液态金属电池Cj正极连接，所述双向开关管Qj第二端子和均衡电感L另一端相连；所述双向开关管Pi控制端和所述双向开关管Qj控制端均与控制模块的驱动信号输出端连接；其中，2<i<n+1，1<j＜n；所述开关管P1负极与均衡电感L一端连接，所述开关管P1正极与被均衡电池组正极连接；所述开关管Qn+1正极与均衡电感L另一端连接，所述开关管Qn+1负极与被均衡电池组负极连接；所述开关管P1控制端和所述开关管Qn+1控制端均与控制模块的驱动信号输出端连接；所述双向开关管能够控制电流的双向流通，用于控制均衡回路的断开与导通，并用于防止液态金属电池短路；所述开关管均能够控制电流从正极向负极导通与断开，均用于控制均衡回路的断开与导通；所述被均衡电池组包括n个依次串联的液态金属电池。进一步地，所述均衡模块中双向开关管包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极连接，第一MOS管的漏极为双向开关管的第一端子，第二MOS管的漏极为双向开关的第二端子，第一MOS管的栅极和第二MOS管的栅极都为双向开关管的控制端。进一步地，开关管均MOS管，MOS管漏极为开关管的正极，MOS管源极开关管的负极，MOS管栅极为开关管的控制端，MOS管的导通电阻小，能够减少均衡过程的中的压降。作为本专利技术的另一目的，本专利技术提供一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置的控制方法，包括如下步骤：(1)采集各个液态金属电池的电流信号；(2)根据各个液态金属电池的电流信号计算各个液态金属电池的SOC；(3)对各个液态金属电池的SOC按照从大到小进行排序，根据公式ΔSOC＝SOCmax-SOCmin计算SOC极差，其中，ΔSOC为SOC极差，SOCmax为最大的液态金属电池的SOC，SOCmin为最小的液态金属电池的SOC；(4)若ΔSOC＞0，根据ΔSOC确定均衡回路中均衡电流调整目标值，并将最大液态金属电池SOC所对应的液态金属电池作为均衡放电对象，将最小液态金属电池SOC所对应的液态金属电池作为均衡充电对象；否则进入步骤(7)；(5)根据均衡放电对象、均衡充电对象以及均衡电流调整目标值，确定均衡回路的控制信号；(6)检测均衡回路中实时均衡电流，并根据实时均衡电流与均衡电流调整目标值修正均衡回路的控制信号，返回步骤(1)；(7)输出使所有液态金属电池既不放电也不充电的驱动信号，返回步骤(1)；以液态金属电池的SOC作为控制变量，根据SOC极差确定均衡回路中均衡电流大小，能够快速且精确地实现液态金属电池SOC的均衡。进一步地，所述步骤(2)中通过公式计算液态金属电池SOC，其中，t为液态金属池充电时间或放电时间，S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置，其特征在于，包括：数据采集模块，其输入端与被均衡电池组中各个液态金属电池连接，用于检测并输出被均衡电池组中各液态金属电池的电流信号；SOC计算模块，其输入端连接至所述数据采集模块的电流信号输出端，用于根据各液态金属电池的电流信号计算各个液态金属电池的SOC；控制模块，其SOC信号输入端连接至所述SOC计算模块的输出端，所述控制模块的反馈电流输入端与所述均衡模块的反馈端连接；用于根据各个液态金属电池的SOC计算SOC的极差，并根据SOC的极差输出驱动信号，并根据反馈电流信号实时调整所述驱动信号；以及均衡模块，具有多个电池连接端，分别与被均衡电池组中各个液态金属电池的正极和负极连接，所述均衡模块的控制端连接至所述控制模块的驱动信号输出端；用于通过与被均衡电池组相连形成均衡回路，并根据所述驱动信号使被均衡电池组中液态金属电池均衡充电和均衡放电，并实时输出所述反馈电流信号，实现液态金属电池间能量的转移。

【技术特征摘要】
1.一种用于液态金属电池的主动均衡控制装置，其特征在于，包括：数据采集模块，其输入端与被均衡电池组中各个液态金属电池连接，用于检测并输出被均衡电池组中各液态金属电池的电流信号；SOC计算模块，其输入端连接至所述数据采集模块的电流信号输出端，用于根据各液态金属电池的电流信号计算各个液态金属电池的SOC；控制模块，其SOC信号输入端连接至所述SOC计算模块的输出端，所述控制模块的反馈电流输入端与所述均衡模块的反馈端连接；用于根据各个液态金属电池的SOC计算SOC的极差，并根据SOC的极差输出驱动信号，并根据反馈电流信号实时调整所述驱动信号；以及均衡模块，具有多个电池连接端，分别与被均衡电池组中各个液态金属电池的正极和负极连接，所述均衡模块的控制端连接至所述控制模块的驱动信号输出端；用于通过与被均衡电池组相连形成均衡回路，并根据所述驱动信号使被均衡电池组中液态金属电池均衡充电和均衡放电，并实时输出所述反馈电流信号，实现液态金属电池间能量的转移。2.根据权利要求1所述的主动均衡控制装置，其特征在于，所述均衡模块包括两个开关管、2n个双向开关管和一个均衡电感L；其中，一个开关管记为开关管P1，另一个开关管记为开关管Qn+1，n个双向开关管分别记为双向开关管P2、双向开关管P3、……双向开关管Pn+1，剩余n个双向开关管分别记为双向开关管Q1、双向开关管Q2、……双向开关管Qn；所述双向开关管Pi第一端子连接液态金属电池Ci-1负极，所述双向开关管Pi第二端子和均衡电感L一端相连，所述双向开关管Qj第一端子与液态金属电池Cj正极连接，所述双向开关管Qj第二端子和均衡电感L另一端相连；所述双向开关管Pi控制端和所述双向开关管Qj控制端均与控制模块的驱动信号输出端连接；其中，2<i<n+1，1<j＜n；所述开关管P1负极与均衡电感L一端连接，所述开关管P1正极与被均衡电池组正极连接；所述开关管Qn+1正极与均衡电感L另一端连接，所述开关管Qn+1负极与被均衡电池组负极连接；所述开关管P1控制端和所述开关管Qn+1控制端均与控制模块的驱动信号输出端连接；所述双向开关管能够控制电流的双向流通，用于控制均衡回路的断开与导通，并用于防止液态金属电池短路；所述开关管能够控制电流从正极向负极流通，均用于控制均衡回路的断开与导通；所述被均衡电池组包括n个依次串联的液态金属电池。3.根据权利要求2所述的主动均衡控制装置，其特征在于，所述均衡模块中双向开关管包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管的源极与第二MOS管的源极连接，第一MOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康丽，朱方方，蒋凯，程时杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42