层级式均衡系统、储能系统与均衡方法技术方案

本发明专利技术属于储能均衡控制技术领域，公开了一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关。本发明专利技术提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。

【技术实现步骤摘要】
层级式均衡系统、储能系统与均衡方法


[0001]本专利技术属于储能均衡控制
，具体涉及一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法。

技术介绍

[0002]对于电化学储能系统来说，由于需要大量的电芯进行串联和并联。这就导致了电芯的木桶效应，即储能系统的充放电电量是取决于在串并联结构中容量最小的那颗电芯的限制。评价一个储能系统的好坏，主要标准之一是衡量的系统的木桶效应，即一颗电芯的不均衡性能够影响多少颗电芯的充放电电量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种层级式均衡系统。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种层级式均衡系统，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；
[0005]所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；
[0006]所述电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；
[0007]所述电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关，每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制；
[0008]所述控制中心用于根据电池插箱的电气参数判断电池簇中的电池插箱是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
[0009]进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。
[0010]进一步的，所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。
[0011]进一步的，所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。
[0012]进一步的，所述电池簇控制单元还包括并联在DC/DC变换器两端的变换器旁路开关。
[0013]本专利技术还提供一种层级式储能系统，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权本专利技术的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均衡；每个电芯均设有独立的电芯控制单元，每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元与电池簇控制单元。
[0014]进一步的，每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
[0015]本专利技术还提供一种层级式均衡方法，用于对本专利技术的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：
[0016]电芯控制单元实时采集电芯的电气参数并发送给电池插箱控制单元；
[0017]电池插箱控制单元根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，若存在不均衡现象则控制均衡电路对电芯充/放电进行均衡；
[0018]电池插箱控制单元将电池插箱中各电芯的电气参数上传至控制中心，控制中心计算各电池插箱的电气参数，判断电池插箱的不均衡性是否超过阈值，若是则断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。
[0019]进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关；
[0020]当电芯不均衡性超过阈值时，电池插箱控制单元控制电芯旁路开关投入以切除当前容量最小的电芯或损坏的电芯；
[0021]当电池插箱内的电芯被旁路时，断开变换器旁路开关以投入DC/DC变换器以维持插箱的输出电压。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0023]1、本专利技术提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。
[0024]2、本专利技术通过均衡电路对电芯进行均衡，电芯的均衡解决了整个电池插箱的不均衡问题，通过DC/DC变换器对电池插箱进行均衡，电池插箱的均衡解决了整个电池簇的不均衡性。
[0025]3、当电池插箱的不均衡性未超过阈值，DC/DC变换器被旁路，不会对电池插箱的输出造成效率损失。当电池插箱的不均衡性超过阈值时，才投入DC/DC变换器，通过DC/DC变换器的升压或降压功能，使电池插箱的输出趋于一致。
[0026]4、电芯旁路开关与变换器旁路开关联动，旁路电芯后，电池插箱整体电压降低，插箱的DC/DC会维持住输出电压不变但降低其功率，从而确保其充放电电流在合理的范围内。
附图说明
[0027]图1为层级式储能系统的架构图；
[0028]图2为电芯控制单元的结构示意图；
[0029]图3为电池插箱控制单元的结构示意图；
[0030]图4为电池簇控制单元的结构示意图；
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：
[0032]由于层级式储能系统包含层级式均衡系统，本具体实施方式仅以层级储能系统进行说明。
[0033]参考图1所示，一种层级式储能系统，包括电堆与电堆控制中心，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成。
[0034]每个电芯均设有相应的电芯控制单元，所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块、用于并联在电芯两端的电芯旁路开关以及均衡电路。
[0035]每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元(即BMU)与电池簇控制单元；BMU接收电堆控制中心下发的指令，也接收BMU和电池簇控制单元上传的数据。
[0036]每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。
[0037]每个电池插箱的输出端均连接DC/DC变换器，每个DC/DC变换器均并联有变换器旁路开关；每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制。
[0038]电堆控制中心用于根据每个电芯的电气参数判断整个电堆是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡，还能控制电芯旁路开关或变换器旁路开关来重构电堆。
[0039]下面分别对电芯控制单元、电池插箱控制单元与电池簇控制单元进行说明。
[0040]参考图2所示，第一层为电芯与电芯控制单元，对于每一颗电芯，采用模块包括电压采集单元，电流采集单元(如果是串联系统，电流采集单元在串联系统中只需配置一个)，以及均衡电路。电流采集单元采集单体电芯的电流，电压采集单元采集电芯的电压，均衡电源可以通过外接电源以及AC/DC变化电路给电芯提供均衡电源。
[0041]出于安全考虑，所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接，确保一个正极开关、负极开关中一个故障的情况下，还能安全断开。
[0042]此外，正极开关、负极开关以及旁路开关有一组闭锁策略，即旁路开关闭合时，正极开关和负极开关断开；反之，旁路开关断开时，正极开关和负极开关闭合。当单体电芯需要均衡时，闭合正均衡开关和负均衡开关对该电芯进行充放电均衡。出于安全的考虑，如果旁路开关故障情况下，也能确保去退出运行。
[0043]参考图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层级式均衡系统，其特征在于：包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；所述电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；所述电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关，每个DC/DC变换器均通过相应的插箱控制器独立控制；所述控制中心用于根据电池插箱的电气参数判断电池簇中的电池插箱是否存在不均衡现象，并能控制DC/DC变换器对电池插箱进行均衡。2.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。3.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。4.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。5.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述采样模块包括电流采集模块与电压采集模块。6.一种层级式储能系统，其特征在于，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权利要求1所述的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均...

【专利技术属性】
技术研发人员：余福龙，
申请(专利权)人：南昌上阳泰能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：