一种电池旁路均衡控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的一种电池旁路均衡控制系统及方法，系统包括电池组串、储能变流器和旁路均衡控制器：旁路均衡控制器被配置为：在电池组串处于放电状态时，循环定义电池组串中容量最低的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池组串中容量最低的电池包；在电池组串处于充电状态时，循环定义电池组串中容量最高的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池组串中容量最高的电池包。该系统生命周期成本低，效率更优，整个电池组串中全部电池包的利用率更高，所有电池包都能充分充电和放电。包都能充分充电和放电。包都能充分充电和放电。

【技术实现步骤摘要】
一种电池旁路均衡控制系统及方法


[0001]本专利技术属于电池均衡
，具体涉及一种电池旁路均衡控制系统及方法。

技术介绍

[0002]随着电池技术的发展，用户对储能电池容量的要求越来越高。例如磷酸铁锂电池通常需要串联数百个电芯，单节电芯浮充电压为3.6V。由于一个电池组串由多个电池包串并联形成，一个电池包由几十个电芯串并联封装得到，所以即便电芯/电池包在生产制造过程中已进行了筛选，但数量庞大，无法完全避免一致性差异的问题。另外，当存在新旧电池包混用等情况，电池包的差异性还会引起各种问题：
[0003]1、串联失配；参见图1，图1中串联的三个电池包的容量分别为10％、15％和23％，根据串联电路基本特性，电池包放电时，串联链路上的电池包可用容量只能达到最弱电池包的容量，所以整个链路上的电池包的可用容量只有10％，这就导致其它串联电池包容量无法被充分利用。
[0004]2、并联失配；参见图2，图1中并联的三个电池包的容量分别为8％、13％和20％，根据并联电路基本特性，电池包放电时，并联链路上的电池包可用容量只能达到最弱电池包的容量，所以整个链路上的电池包的可用容量只有8％，这就导致其它并联电池包容量无法被充分利用。
[0005]3、新旧电池混用：串联应用时，新旧电池包差异将导致新电池包不能被充分利用；并联应用时，新旧电池包内阻的差异会造成簇间环流，导致电池包温度升高，加速新电池包老化，系统散热能耗高，降低了充放电效率。
[0006]为了解决上述缺陷，储能电池引入了以下切换方法，以提高电池包的利用率：
[0007]①
参见图3，不考虑电池包短板的情况，配置单级DC/AC变换，不对电池包进行控制。该方法成本低，可解决并联适配问题，但是依然不能充分利用电池包，电池包电压范围窄。
[0008]②
参见图4，考虑电池包短板问题，对电池包进行0/1旁路切换控制，除一级DC/AC变换器外，需增加一级DC/DC变换器。当单个电池包在充放电过程中先达到了充放电的限制点，0/1旁路切换控制可以将先到达充放限制点的电池包从电池组串中单独切出，但是这样就会造成整个电池组串的电压产生阶跃性跳变，当连续切出多个电池包后，电池组串电压会降低到无法支撑DC/AC逆变正常工作的状态，所以需要通过DC/DC变换器对电池组串的电压进行升压调节，以满足DC/AC工作要求。但是两级变换效率低、成本高，0/1旁路切换控制对系统稳定性冲击大，同时也不能保证整个组串每个电池包的能量充分利用。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种电池旁路均衡控制系统及方法，提高整个电池组串中全部电池包的利用率，降低生命周期成本。
[0010]一种电池旁路均衡控制系统，包括电池组串、以及与电池组串连接的储能变流器，
电池组串包括多个串并联的电池包，还包括与电池包连接的旁路均衡控制器：
[0011]旁路均衡控制器被配置为：
[0012]在电池组串处于放电状态时，循环定义电池组串中容量最低的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池组串中容量最低的电池包；
[0013]在电池组串处于充电状态时，循环定义电池组串中容量最高的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池组串中容量最高的电池包。
[0014]进一步地，旁路均衡控制器为多个，每个旁路均衡控制器与电池组串中不同的电池包连接。
[0015]进一步地，旁路均衡控制器包括第一开关组件和第二开关组件；
[0016]旁路均衡控制器的第一端连接上一级旁路均衡控制器的第二端或储能变流器的第一端；旁路均衡控制器的第一端被配置为在电池包充电时，输入上一级旁路均衡控制器的第二端或储能变流器的第一端输出的总充电电流；在电池包放电时，输出总放电电流给上一级旁路均衡控制器的第二端或储能变流器的第一端；
[0017]旁路均衡控制器被配置为：当主动进入斩波控制状态后，控制第一开关组件和第二开关组件工作，使得总充电电流或总放电电流中部分电流通过第一开关组件流过电池包，进行电池包的充放电；总充电电流或总放电电流中另一部分电流通过第二开关组件流向旁路均衡控制器的第二端；旁路均衡控制器的第二端被配置为在电池包充电时，输出总充电电流给下一级旁路均衡控制器的第一端或储能变流器的第二端；在电池包放电时，输入下一级旁路均衡控制器的第一端或储能变流器的第二端输出的总放电电流。
[0018]进一步地，旁路均衡控制器还包括电感和第一电容；
[0019]电感的第一端作为旁路均衡控制器的第一端，电感的第二端分别连接至第一开关组件的第一端和第二开关组件的第一端，第一开关组件的第二端分别连接至电池包的正极和第一电容的第一端，第一电容的第二端连接电池包的负极；第二开关组件的第二端和第一电容的第二端共同作为旁路均衡控制器的第二端。
[0020]进一步地，旁路均衡控制器还包括连接在其第一端和第二端之间的第二电容。
[0021]进一步地，第一开关组件和第二开关组件均为功率管。
[0022]进一步地，旁路均衡控制器被配置为：
[0023]配置斩波控制状态的斩波占空比为D；
[0024]当主动进入斩波控制状态后，使得流过第一开关组件的电流为I*D，流过第二开关组件的电流为I*(1
‑
D)，I为总充电电流或总放电电流。
[0025]第二方面，一种电池旁路均衡控制方法，其特征在于，应用于第一方面的电池旁路均衡控制系统；电池旁路均衡控制方法包括：
[0026]在电池组串处于放电状态时，循环定义电池组串中容量最低的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池组串中容量最低的电池包；
[0027]在电池组串处于充电状态时，循环定义电池组串中容量最高的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担待均衡电池包的部分电流，直至待均衡电池包不是电池
组串中容量最高的电池包。
[0028]进一步地，承担待均衡电池包的部分电流具体包括：
[0029]配置斩波控制状态的斩波占空比为D；
[0030]当主动进入斩波控制状态后，使得流过第一开关组件的电流为I*D，流过第二开关组件的电流为I*(1
‑
D)，I为总充电电流或总放电电流。
[0031]由上述技术方案可知，本专利技术提供的电池旁路均衡控制系统具有以下优势：
[0032]1)支持新旧电池包混用。
[0033]2)相比现有DC/DC+DC/AC两级架构，省去一级DC/DC，系统成本更低、效率更优。
[0034]3)提高整个电池组串中全部电池包的利用率，使得所有电池包都能充分充电和放电。
[0035]4)无阶跃切换动作，减小对系统的冲击。
[0036]5)可实现单电池包充电电流最优、独本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池旁路均衡控制系统，包括电池组串、以及与所述电池组串连接的储能变流器，所述电池组串包括多个串并联的电池包，其特征在于，还包括与所述电池包连接的旁路均衡控制器：所述旁路均衡控制器被配置为：在所述电池组串处于放电状态时，循环定义所述电池组串中容量最低的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担所述待均衡电池包的部分电流，直至所述待均衡电池包不是所述电池组串中容量最低的电池包；在所述电池组串处于充电状态时，循环定义所述电池组串中容量最高的电池包为待均衡电池包，主动进入斩波控制状态，承担所述待均衡电池包的部分电流，直至所述待均衡电池包不是所述电池组串中容量最高的电池包。2.根据权利要求1所述电池旁路均衡控制系统，其特征在于，所述旁路均衡控制器为多个，每个所述旁路均衡控制器与所述电池组串中不同的所述电池包连接。3.根据权利要求1所述电池旁路均衡控制系统，其特征在于，所述旁路均衡控制器包括第一开关组件和第二开关组件；所述旁路均衡控制器的第一端连接上一级旁路均衡控制器的第二端或所述储能变流器的第一端；所述旁路均衡控制器的第一端被配置为在电池包充电时，输入上一级旁路均衡控制器的第二端或储能变流器的第一端输出的总充电电流；在电池包放电时，输出总放电电流给上一级旁路均衡控制器的第二端或储能变流器的第一端；所述旁路均衡控制器被配置为：当主动进入所述斩波控制状态后，控制所述第一开关组件和所述第二开关组件工作，使得所述总充电电流或总放电电流中部分电流通过所述第一开关组件流过所述电池包，进行所述电池包的充放电；所述总充电电流或总放电电流中另一部分电流通过所述第二开关组件流向旁路均衡控制器的第二端；所述旁路均衡控制器的第二端被配置为在电池包充电时，输出总充电电流给下一级旁路均衡控制器的第一端或储能变流器的第二端；在电池包放电时，输入下一级旁路均衡控制器的第一端或储能变流器的第二端输出的总放电电流。4.根据权利要求3所述电池旁路均衡控制系统，其特征在于，所述旁路均衡控制器还包括电感和第一电容；所述电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凯，徐福斌，刘涛，刘文军，李飞，
申请(专利权)人：深圳先阳新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：