The invention discloses an active equalizing circuit and an equalizing control method of an electrochemical energy storage system. The equalizing circuit includes a battery string, an equalizing arm, an equalizing bus and an energy storage element composed of more than two battery cells in series. The equalizing arm includes an upper equalizing arm and a lower equalizing arm. The equalizing bus includes a positive equalizing bus and a negative equalizing bus. The positive pole of each battery cell is connected through the upper equalizing arm It is connected to the positive equalizing bus, the negative pole of the battery unit is connected to the negative equalizing bus through the lower equalizing arm, and the positive equalizing bus and the negative equalizing bus are connected through the energy storage element. By controlling the conduction state and timing of the equalization arm, one or more connected battery cells with higher cell voltage can transfer energy to the energy storage element through the equalization arm and the equalization bus. The energy storage element then transfers energy to one or more connected battery cells with lower cell voltage through the equalization bus and the equalization arm. The topology of the circuit is simple and effective, with low cost and high reliability.
【技术实现步骤摘要】
一种电化学储能系统主动均衡电路及均衡控制方法
本专利技术涉及一种电化学储能系统主动均衡电路及均衡控制方法，属于储能领域。
技术介绍
未来智能电网中将接入大规模电化学储能系统用以实现能源的高效利用，而这些电化学储能系统中的储能介质主要使用电动汽车及其他领域退役的梯次利用电池，这些电池经过初步筛选后电池状态相近的电池单体或模块重新构成了新的储能系统。由于这些梯次利用电池的生产工艺不同，使用环境与之前可能也不同，电池单体或模块的电池状态和体质又存在一定程度的差异。随着循环次数的增加，这些电池单体或模块的不一致性(离散性)会趋于明显并影响电池系统可用容量、整体寿命和系统安全性。电池组均衡是一种通过额外设计的电路将电池组中电压较高的电池单体上的电量转移到电压较低的电池单体上的技术，额外设计的电路被称为均衡电路。均衡通常分为主动均衡和被动均衡，主动均衡也称为能量转移式均衡，通过储能元件实现电池组中单体电池间的能量转移。相对于被动均衡，主动均衡能量损耗小，但结构、控制算法复杂成本较高。未来大规模储能系统在智能电网中的比例将会不断提升，储能系统的使用频率也会不断的增加。储能系统的循环效率将直接影响系统的效率，储能系统的全寿命成本也会在一定程度上影响智能电网的运维成本。而电池管理系统中的均衡电路及控制算法直接影响储电化学能系统的循环效率及其寿命。现有电池管理系统中的均衡电路及控制算法还无法以较低的成本提高电化学储能系统的循环效率、降低运维成本。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种电化学储...
【技术保护点】
1.一种电化学储能系统主动均衡电路，其特征在于，包括两个以上电池单体串联构成的电池串、均衡臂、均衡母线、储能元件，所述均衡臂包括上均衡臂和下均衡臂，所述均衡母线包括正均衡母线和负均衡母线，每个电池单体的正极通过上均衡臂连接至正均衡母线，每个电池单体的负极通过下均衡臂连接至负均衡母线，所述正均衡母线和负均衡母线之间通过所述储能元件连接，所述上均衡臂和下均衡臂均为可控开关。/n
【技术特征摘要】
1.一种电化学储能系统主动均衡电路，其特征在于，包括两个以上电池单体串联构成的电池串、均衡臂、均衡母线、储能元件，所述均衡臂包括上均衡臂和下均衡臂，所述均衡母线包括正均衡母线和负均衡母线，每个电池单体的正极通过上均衡臂连接至正均衡母线，每个电池单体的负极通过下均衡臂连接至负均衡母线，所述正均衡母线和负均衡母线之间通过所述储能元件连接，所述上均衡臂和下均衡臂均为可控开关。
2.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其特征在于，每个均衡臂均包括一个开关管和与其串联的二极管，所述上均衡臂中二极管阴极连接正均衡母线，二极管阳极通过开关管连接电池单体正极；所述下均衡臂中二极管阴极连接电池单体负极，二极管阳极通过开关管连接负均衡母线。
3.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其特征在于，每个均衡臂均包括串联对接的两个开关管。
4.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其特征在于，所述电池串的串首通过二极管Du连接负均衡母线，其中二极管Du阴极连接串首电池单体正极，二极管Du阳极连接负均衡母线；所述电池串的串尾通过二极管Dd连接正均衡母线，其中二极管Dd阳极连接串尾电池单体负极，二极管Dd阴极连接正均衡母线。
5.根据权利要求1所述的主动均衡电路，其特征在于，所述电池串的串首通过开关管Du连接负均衡母线；所述电池串的串尾通过开关管Dd连接正均衡母线。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的主动均衡电路，其特征在于，所述开关管为含有反并联二极管的MOSFET或IGBT或IGCT。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的主动均衡电路，其特征在于，所述储能元件为电感。
8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的主动均衡电路的均衡控制方法，其特征在于，所述方法通过控制均衡臂可控开关的导通状态和导通时序，使单体电压较高的一个或多个相连的电池单体通过均衡臂及均衡母线将能量传递给储能元件，储能元件再将能量经由均衡母线及均衡臂将能量传递给单体电压较低的一个或多个相连的电池单体。
9.根据权利要求8所述的均衡控制方法，其特征在于，所述均衡控制方法中以Bi表示第i个电池单体，其上均衡臂记作Siu，下均衡臂记作Sid，Bj表示第j个电池单体，其上均衡臂记作Sju，下均衡臂记作Sjd，i<j，Bi的负极绝对电压高于或等于Bj的正极，Bi+1为Bi负极相连的电池单体，Bi-1为Bi正极相连的电池单体，Bj+1为Bj负极相连的电池单体，Bj-1为Bj正极相连的电池单体；
当Bi单体电压高于Bj单体电压时，从Bi向Bj传输电量以降低二者之间电压差，均衡过程分为如下四个阶段：
[t0,t1)时段为充电时段，所有均衡臂中仅Siu、Sid和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，Bi通过Siu和Sid及正负均衡母线向储能元件充电，储能元件中电流增大；
[t1,t2)时段为充电死区，所有均衡臂中仅Sid和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，储能元件中续流，并通过Sid和Sj+1u及正负均衡母线为Bi+1至Bj电池单体组合充电；
[t2,t3)时段为放电时段，所有均衡臂中仅Sid、Sj-1d和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，储能元件通过正负均衡母线及Sj-1d和Sj+1u为Bj充电，储能元件中电流减小；
[t3,t4)时段为放电死区，所有均衡臂中仅Siu、Sid、Sj-1d和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，由于电压差，Bi至Bj-1电池单体组合通过Siu和Sj-1d及正负均衡母线为储能元件充电；
当Bi单体电压低于Bj单体电压时，从Bj向Bi传输电量以降低二者之间电压差，均衡过程分为如下四个阶段：
[t0,t1)时段为充电时段，所有均衡臂中仅Sju、Sjd和Si-1d导通，其余均衡臂关断，Bj通过Sju和Sjd及正负均衡母线向储能元件充电，储能元件中电流增大；
[t1,t2)时段为充电死区，所有均衡臂中仅Sju和Si-1d导通，其余均衡臂关断，储能元件中续流，并通过Sju和Si-1d及正负均衡母线为Bj-1至Bi电池单体组合充电；
[t2,t3)时段为放电时段，所有均衡臂中仅Sju、Si+1u和Si-1d导通，其余均衡臂关断，储能元件通过正负均衡母线及Si-1d和Si+1u为Bi充电，储能元件中电流减小；
[t3,t4)时段为放电死区，所有均衡臂中仅Sju、Sjd、Si-1d和Si+1u导通，其余均衡臂关断，由于电压差，Bj至Bi+1电池单体组合通过Sjd和Si+1u及正负均衡母线为储能元件充电。
10.根据权利要求8所述的均衡控制方法，其特征在于，所述均衡控制方法在包含多个电池单体的电池组合与一个电池单体之间传输电量，所述包含多个电池单体的电池组合以Bi表示，该组合首端单体的上均衡臂记作Siu，组合尾端单体的下均衡臂记作Sid，所述一个电池单体以Bj表示，其上均衡臂记作Sju，下均衡臂记作Sjd，i<j，Bi的尾端负极绝对电压高于或等于Bj的正极绝对电压值，Bi+1为Bi尾端单体负极相连的电池单体，Bi-1为Bi首端单体正极相连的电池单体，Bj+1为Bj负极相连的电池单体，Bj-1为Bj正极相连的电池单体；
当Bi电池组合电压高于Bj单体电压时，从Bi向Bj传输电量以降低二者之间电压差，均衡过程分为如下四个阶段：
[t0,t1)时段为充电时段，所有均衡臂中仅Siu、Sid和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，Bi通过Siu和Sid及正负均衡母线向储能元件充电，储能元件中电流增大；
[t1,t2)时段为充电死区，所有均衡臂中仅Sid和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，储能元件中续流，并通过Sid和Sj+1u及正负均衡母线为Bi+1至Bj电池组合充电；
[t2,t3)时段为放电时段，所有均衡臂中仅Sid、Sj-1d和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，储能元件通过正负均衡母线及Sj-1d和Sj+1u为Bj充电，储能元件中电流减小；
[t3,t4)时段为放电死区，所有均衡臂中仅Siu、Sid、Sj-1d和Sj+1u导通，其余均衡臂关断，由于电压差，Bi至Bj-1电池组合通过Siu和Sj-1d及正负均衡母线为储能元件充电；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙天奎，袁晓冬，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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