串联能量存储装置的均压电路及含有该电路的均压系统制造方法及图纸

串联能量存储装置的均压电路及含有该电路的均压系统，涉及大规模串联储能单体电压均衡技术领域。本发明专利技术是为了解决现有储能单体均衡技术存在模块化程度低、均衡速度慢的问题。串联能量存储装置的均压电路，每个储能单体的两端并联有一个一次侧绕组，多绕组变压器的二次侧绕组与能量存储装置串联成闭合回路，i个一次侧绕组的匝数均相同；储能单体与一次侧绕组之间通过一个开关电路控制储能单体的充、放电，所有开关电路的驱动信号均相同。m个均压电路之间采用m个级联的半桥变换器和1个Boost变换器实现电路之间的电压均衡。

Voltage sharing circuit of series energy storage device and pressure sharing system containing the circuit

The voltage sharing circuit of the series energy storage device and the voltage sharing system containing the circuit involve the field of large scale series energy storage monomer voltage balancing technology. The present invention is to solve the problem that the existing energy storage monomer equalization technology has low modularization and slow equalization speed. Pressure circuit and an energy storage device, each storage at both ends of the monomer in parallel with a primary winding, winding and two side energy storage device of multi winding transformer series into a closed loop, the number of turns of the primary winding of the I were the same; storage between the monomer and the primary winding through a switch circuit to control the storage charge and discharge monomer, all switch circuit driving signals are the same. Between M voltage sharing circuits, a cascade of half bridge converters with m and 1 Boost converters are used to realize the voltage balance between the circuits.

【技术实现步骤摘要】
串联能量存储装置的均压电路及含有该电路的均压系统
本专利技术属于大规模串联储能单体电压均衡

技术介绍
随着新能源技术的不断进步，新能源车辆以及分布式能源的广泛应用，储能装置得到快速的发展与应用。制约储能装置大范围广泛应用的关键技术之一是串联储能单体间的快速均衡技术。储能单体，如超级电容，锂电池，铅蓄电池等，单体电压较低，需要大量单体串联使用。由于单体参数的不一致，在使用过程中会导致串联单体电压不均衡。电压过高的单体使用寿命衰减较快，从而影响整个储能装置的使用寿命；电压过低的单体不能充分的利用其电能存储能力，因此需要电压均衡装置使各储能单体电压达到一致。目前存在的储能单体均衡技术主要存在以下三个问题：1、模块化程度低，不适用于高压储能系统；2、均衡速度慢，不适用于超级电容，动力电池等大功率应用的场合；3、系统成本高。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有储能单体均衡技术存在模块化程度低、均衡速度慢的问题，现提供串联能量存储装置的均压电路及含有该电路的均压系统。串联能量存储装置的均压电路，能量存储装置为i个相互串联的储能单体，i为大于1的整数，均压电路包括多绕组变压器，多绕组变压器包括i个一次侧绕组和1个二次侧绕组；每个储能单体的两端并联有一个一次侧绕组，多绕组变压器的二次侧绕组与能量存储装置串联成闭合回路，i个一次侧绕组的匝数均相同；储能单体与一次侧绕组之间通过一个开关电路控制储能单体的充、放电，所有开关电路的驱动信号均相同。含有上述均压电路的均压系统，均压系统针对m组能量存储装置进行均压，m组能量存储装置串联，均压系统包括m个均压电路1、m个级联的半桥变换器2和1个Boost变换器3，m为大于1的整数，组内电压均衡通过均压电路1、并采用多绕组变压器方式实现，多绕组变压器的二次侧还包括一个绕组，该绕组用于将变压器的励磁能量取出给半桥变换器2，组间电压均衡通过m个级联的半桥变换器2和1个Boost变换器3、并采用变压器励磁能量全反馈实现。本专利技术所述的串联能量存储装置的均压电路及含有该电路的均压系统。提出一种储能单体快速均衡技术，将储能系统分成m组，每一组有i个储能单体。组内采用多变压器绕组均衡方式，组内控制采用多绕组变压器均衡技术，高电压单体直接通过变压器绕组向低压单体放电，能够实现较快的均衡速度。组与组之间采用级联半桥变换器与Boost电路相结合的组能量反馈式均衡策略，组间采用变压器激磁能量全反馈技术以实现最快的组间均衡速度。具体效果如下：1、具有广泛的适用性。能适用于超级电容、锂电池，铅蓄电池等储能单体。2、均衡速度快。组间均衡时高电压单体直接对低电压单体充电，均衡速度得到了100％的提高。3、模块化程度高。模组内均衡与模组之间均衡分别独立控制，模块化程度高。4、成本低。每个储能单体对应一个开关管以及一个变压器绕组即可，成本降低了50％。5、效率提高了20％。属于主动式均衡，均衡过程中几乎全部能量反馈回储能系统。附图说明图1为串联能量存储装置的均压电路的结构图；图2为含有均压电路的均压系统的结构示意图；图3为当i＝3时均压电路的结构示意图；图4为图3所示电路中参数的波形图；图5为半桥变换器的电路结构示意图；图6为半桥变换器的的工作原理图；图7为Boost变换器与能量系统的简化电路图；图8为带有滞环电流控制的Boost变换器电路图；图9为图8所示电路中参数的波形图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的串联能量存储装置的均压电路，能量存储装置为i个相互串联的储能单体，i为大于1的整数，所述均压电路包括多绕组变压器，多绕组变压器包括i个一次侧绕组和1个二次侧绕组。每个储能单体通过一个开关电路与1个一次侧绕组串联，多绕组变压器的二次侧绕组与串联能量存储装置并联。开关电路包括：等效电阻、漏感和开关管，该开关管为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)开关管；储能单体、等效电阻、漏感、一次侧绕组和开关管依次串联形成闭合回路。每个储能单体所对应的MOSFET采用同一个PWM信号驱动，当MOSFET开通时高电压储能单体的能量通过多绕组变压器转移到低电压储能单体。当MOSFET关闭时多绕组变压器复位，励磁能量反馈回能量存储装置自身。具体实施方式二：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是含有具体实施方式一所述的均压电路的均压系统，包括组内均衡部分和组间均衡部分；组内均衡部分包括m个均压电路1，m个均压电路1中的能量存储装置相互串联构成储能系统，m为大于1的整数。组内均衡部分采用多绕组变压器实现组内电压均衡。具体的：多绕组变压器二次侧有两个绕组ns1m与ns2m，其中，ns1m负责将变压器励磁能量反馈能量存储装置自身；ns2m负责将变压器励磁能量取出，并通过Boost变换器反馈回整个储能系统。每个储能单体所对应的MOSFET采用同一个PWM信号驱动，当MOSFET开通时高电压单体的能量通过变压器转移到低电压单体。当MOSFET关闭时变压器复位，励磁能量反馈回能量存储装置自身或者被取出用于存储装置间均衡。组间均衡部分包括m个半桥变换器2和1个Boost变换器3。m个均压电路1分别与m个半桥变换器2一一对应，均压电路中多绕组变压器还包括一个二次侧绕组，半桥变换器2通过该绕组将多绕组变压器中的能量取出，m个半桥变换器2输出级联在一起作为Boost变换器3的输入，Boost变换器3用于将能量转移至储能系统中。组间均衡原理是将高电压模组的能量通过变压器励磁能量的形式取出，然后再将该能量反馈回储能系统，从而实现高电压模组电压下降，从而达到均衡的目的。组内均衡部分与组间均衡部分之间独立控制无耦合关系。组内均衡部分采用多绕组变压器均衡技术，组内均衡部分采用级联半桥输出与Boost变换器相结合的变压器励磁能量全反馈方式。变压器励磁能量的取出是通过可级联的m个半桥变换器2实现的。当其中一个能量存储装置电压高于m个能量存储装置的平均电压时，半桥变换器2上桥臂开通。控制半桥变换器滤波电容电压小于能量存储装置电压，那么变压器励磁能量将全部转移至滤波电容中。将各半桥变换器2的输出级联，然后作为Boost变换器的输入。Boost变换器工作在滞环电流模式，负责将滤波电容中的能量转移回储能系统。此时便实现了高电压储能模组的能量转移。取任一能量存储装置(以下称k模组)进行说明，具体的如下：当k模组电压小于平均电压(m个能量存储装置的电压平均值)时，变压器励磁能量全部反馈回自身绕组。此时应将半桥变换器中的半桥上桥臂关闭，下桥臂打开，励磁能量通过二次侧绕组ns1m反馈回自身。当k模组电压大于平均电压时，应将励磁能量全部取出并反馈回整个储能系统，以减小该模组电压使其趋于平均值。即：半桥变换器中的上桥臂打开，下桥臂关闭，此时励磁能量通过二次侧绕组ns2m反馈回整个储能系统。具体的：首先转移至半桥变换器的输出滤波电容中。各个半桥变换器输出级联在一起作为Boost变换器的输入。Boost变换器将滤波电容中的能量反馈回整个储能系统。考虑到系统的稳定性，Boost变换器采用具有自稳定性能的滞环电流控制策略。具体实施例：假设i＝3本文档来自技高网...

【技术保护点】
串联能量存储装置的均压电路，能量存储装置为i个相互串联的储能单体，i为大于1的整数，其特征在于，均压电路包括多绕组变压器，多绕组变压器包括i个一次侧绕组和1个二次侧绕组；每个储能单体的两端并联有一个一次侧绕组，多绕组变压器的二次侧绕组与能量存储装置串联成闭合回路，i个一次侧绕组的匝数均相同；储能单体与一次侧绕组之间通过一个开关电路控制储能单体的充、放电，所有开关电路的驱动信号均相同。

【技术特征摘要】
1.串联能量存储装置的均压电路，能量存储装置为i个相互串联的储能单体，i为大于1的整数，其特征在于，均压电路包括多绕组变压器，多绕组变压器包括i个一次侧绕组和1个二次侧绕组；每个储能单体的两端并联有一个一次侧绕组，多绕组变压器的二次侧绕组与能量存储装置串联成闭合回路，i个一次侧绕组的匝数均相同；储能单体与一次侧绕组之间通过一个开关电路控制储能单体的充、放电，所有开关电路的驱动信号均相同。2.根据权利要求1所述的串联能量存储装置的均压电路，其特征在于，开关电路包括等效电阻、漏感和开关管；等效电阻与漏感串联在一次侧绕组正极，开关管串联在一次侧绕组负极，一次侧绕组、等效电阻、漏感和开关管再共同与储能单体并联。3.根据权利要求2所述的串联能量存储装置的均压电路，其特征在于，开关管为MOSFET开关管。4.含有权利要求1所述的均压电路的均压系统，均压系统针对m组能量存储装置进行均压，m组能量存储装置串联，其特征在于，均压系统包括m个均压电路(1)、m个级联的半桥变换器(2)和1个Boost变换器(3)，m为大于1的整数，组内电压均衡通过均压电路(1)、并采用多绕组变压器方式实现，多绕组变压器的二次侧还包括一个绕组，该绕组用于将变压器的励磁能量取出给半桥变换器(2)，组间电压均衡通过m个级联的半桥变换器(2)和1个Boost变换器(3)、并采用变压器励磁能量全反馈实现。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：凡绍桂，安群涛，张东，邹存芝，段建东，孙力，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23