【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能，尤其涉及一种用于储能系统的集成模块化均衡电路及其均衡控制方法。
技术介绍
1、串联的锂离子电池如今被广泛应用在便携式电子设备、家用电器以及其他商用电池供电应用。一般情况下，电池之间不可避免地会存在公差，加上温度分布不均匀和老化的差异，串联的电池会逐渐变得不平衡。当一个电池到达允许的工作范围边界时，会使整体的电池组充电或放电终止，使得电池组的容量不能充分利用。随着电池组的循环使用，单体不一致性将加剧，进一步恶化锂离子电池的成组特性，极易发生少数单体过充过放情况，从而导致电池组性能大幅衰减，极端情况下甚至可能导致燃烧、爆炸等恶性事故，给锂离子电池的应用推广造成极大的阻碍。
2、因此在串联储能系统中，通常需要引入均衡系统来降低储能单体间的不一致性，均衡系统的引入可以延长系统运行的时间，提高储能单体的利用率，防止单体在工作过程中过充过放，延长电池组的循环寿命，保障电池组使用安全。
3、模块化均衡技术由于其均衡速度快、效率高、拓展性强等优点广泛应用于大规模电池串联储能系统应用中。模块化均衡电路由单元级均衡电路与模组级均衡电路组成：单元级均衡电路均衡模组内部储能单体，模组级均衡电路实现不同模组间的均衡。
4、在模块化均衡电路中，分布式与集中式均衡电路均可作为单元级或模组级均衡电路。分布式均衡电路虽然结构简单，但只能实现相邻储能单体或模组均衡，均衡速度慢、效率低；相较之下，集中式均衡电路提高了均衡速度与效率，但选择开关的高电压应力导致电路成本提高。为了减少选择开关，文章《基于多端口变压器
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供了一种用于储能系统的集成模块化均衡电路及其均衡控制方法，由单元级均衡电路与模组级均衡电路组成：单元级均衡电路和模组级均衡电路分别实现组内和组间储能单体电压均衡，以此实现储能单体串中所有储能单体电压的均衡。通过将单元级与模组级部分元器件复用和对双绕组变压器集成实现单元级与模组级均衡电路的集成；单元级与模组级均衡电路的两个双绕组变压器集成为一个三绕组变压器。
2、本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术提供一种用于储能系统的集成模块化均衡电路，用于实现储能簇内储能单体间的均衡；将储能模组侧半桥电路分时复用工作于单元级均衡与模组级均衡，实现了单元级与模组级均衡电路的集成；所述集成模块化均衡电路包含单元级均衡电路、模组级均衡电路与串联储能簇三部分，其中串联储能簇包含m个串联储能模组，每个模组有n个串联储能单体，记为bj-i，j＝1,2,3...m，i＝1,2,3...n。单元级均衡电路包含一个电感lj，一个电感lsj，一个单元级选择开关矩阵，一个储能单体侧半桥电路和一个储能模组侧半桥电路，(i＝1,2,3...n,n为串联储能单体个数)；模组级均衡电路包含m个模组级选择开关swj-n+6，一个电感lau，一个电感lmsj，m个储能模组侧半桥电路和一个双向电源侧半桥电路，一个双向电源；所述储能单体可以是电池或超级电容，所述单元级与模组级均衡电路中选择开关与开关管为mosfet、igbt中的至少一种，所述电感lsj、lmsj为电感器、变压器漏感、电感器与变压器漏感的组合中的至少一种。
4、所述的集成模块化均衡电路如图1所示，绕组wj-2和储能模组侧半桥电路j分时复用工作于单元级与模组级均衡电路中，绕组wj-1与电感lsj连接端点同绕组wj-2与节点gj连接端点和第三绕组wj-3与电感lmsj连接端点互为三绕组变压器tj的同名端，简化了均衡系统，降低了电路成本与复杂度。储能模组bj与单元级选择开关矩阵连接，节点cj串联电感lj后同节点dj连接于储能单体侧半桥电路，储能单体侧半桥电路节点ej串联电感lsj与绕组wj-1连接于节点fj，储能模组侧半桥电路节点gj串联绕组wj-2与节点hj连接，绕组wj-3同名端串联电感lmsj与选择开关swj-n+6后与节点p连接，绕组wj-3非同名端与节点q连接，双向电源侧半桥电路串联电感lau与双向电源连接。其中单元级选择开关矩阵的正极记为节点cj，负极记为节点dj；储能单体侧半桥电路的开关管所在桥臂的中点记为节点ej，储能单体侧半桥电路的串联电容的中点记为节点fj；储能模组侧半桥电路的开关管所在桥臂的中点为节点gj，储能模组侧半桥电路的串联电容的中点为节点hj；双向电源侧半桥电路的开关管所在桥臂的中点为节点p，双向电源侧半桥电路的串联电容的中点为节点q。
5、单元级选择开关电路如图2(a)所示，sw1-swn+1为n沟道共源mosfet开关管，swn+1-swn+5为n沟道mosfet开关管；将与储能单体bi正极连接端定义为sw1-swn+1的正极，与swn+3或swn+4的源极连接端定义为sw1-swn+1的负极，开关管swn+2-swn+5的源极定义为正极，漏极定义为负极；i为奇数的单元级选择开关sw1-swn+1的负极与swn+3的正极、swn+5的负极的连接端记为节点a，i为偶数的单元级选择开关sw1-swn+1的负极与swn+3的正极、swn+4的负极的连接端记为节点b，单元级选择开关swn+2的负极与swn+3的负极的连接端记为节点c，单元级选择开关swn+4的正极与swn+5的正极的连接端记为节点d。当i为奇数的储能单体接入变换器时，单元级选择开关swi、swi+1、swn+3、swn+4导通，其余单元级选择开关关闭；当i为偶数的储能单体接入变换器时，单元级选择开关swi、swi+1、swn+2、swn+5导通，其余单元级选择开关关闭。
6、半桥电路如图2(b)所示，由开关管s1、s2，电容c1、c2构成，开关管s1漏极与电容c1正极连接，开关管s2源极与电容c2负极连接，定义与开关管s1源极、开关管s2漏极连接点为节点m，定义与电容c1负极、电容c2正极连接点为节点n，节点m、n与图1中节点ej、fj，gj、hj，p、q复用时，该半桥电路与图1中储能单体侧、储能模组侧与双向电源半桥电路复用。
7、第二方面，本专利技术提供一种用于储能系统的集成模块化均衡电路的均衡控制方法，改善了均衡电路的均衡特性，改善本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于储能系统的集成模块化均衡电路，用于实现储能簇内储能单体间的均衡，所述集成模块化均衡电路包含单元级均衡电路、模组级均衡电路与储能簇三部分，其中储能簇包含m个串联储能模组，每个模组包含n个串联储能单体，记为Bj-i，j＝1,2,3...m，i＝1,2,3...n；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述储能单体包含电池或超级电容，所述单元级均衡电路与模组级均衡电路中选择开关与开关管为MOSFET、IGBT中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述电感Lsj、Lmsj为是电感器、或者是变压器漏感、或者是变压器漏感与电感器的组合。
4.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述单元级选择开关电路包括单元级选择开关SW1-SWn+5，SW1-SWn+1为N沟道共源MOSFET开关管，SWn+1-SWn+5为N沟道MOSFET开关管；将与储能单体Bi正极连接端定义为SW1-SWn+1的正极，与SWn+3或SWn+4的源极连接端定义为SW1-SWn+1的负极，SWn
5.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，三种半桥电路均包括两个开关管S1、S2和两个电容C1、C2，开关管S1漏极与电容C1正极连接，开关管S2源极与电容C2负极连接，定义与开关管S1源极、开关管S2漏极连接点为节点M，定义与电容C1负极、电容C2正极连接点为节点N；节点M、N分别作为节点Ej、Fj，节点Gj、Hj，节点P、Q时，该半桥电路分别为储能单体侧半桥电路、储能模组侧半桥电路与双向电源半桥电路。
6.一种用于储能系统的集成模块化均衡电路，所述集成模块化均衡电路包含单元级均衡电路、模组级均衡电路与储能簇三部分，其中储能簇包含m个串联储能模组，每个模组包含n个串联储能单体，记为Bj-i，j＝1,2,3...m，i＝1,2,3...n；其特征在于：
7.一种用于储能系统的集成模块化均衡电路的均衡控制方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的用于储能系统的集成模块化均衡电路，改善了均衡电路的均衡特性，能够使高频有源开关实现零电压开关(ZVS)，在均衡控制方法中，单元级均衡优先级高于模组级均衡；串联储能模组处于充电或静置状态时优先将端电压最高储能单体向储能模组传输能量，随后将储能模组向端电压最低储能单体传输能量直至模组内储能单体端电压标准差低于单元级均衡阈值ΔVth1，串联储能模组处于放电状态时优先将储能模组向端电压最低储能单体传输能量，随后将端电压最高储能单体向储能模组传输能量直至模组内储能单体端电压标准差低于单元级均衡阈值ΔVth1；串联储能模组处于任意状态均优先将端电压最高储能模组向双向电源传输能量，随后将双向电源向端电压最低储能模组传输能量直至模组间端电压标准差低于模组级均衡阈值ΔVth2。
...【技术特征摘要】
1.一种用于储能系统的集成模块化均衡电路，用于实现储能簇内储能单体间的均衡，所述集成模块化均衡电路包含单元级均衡电路、模组级均衡电路与储能簇三部分，其中储能簇包含m个串联储能模组，每个模组包含n个串联储能单体，记为bj-i，j＝1,2,3...m，i＝1,2,3...n；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述储能单体包含电池或超级电容，所述单元级均衡电路与模组级均衡电路中选择开关与开关管为mosfet、igbt中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述电感lsj、lmsj为是电感器、或者是变压器漏感、或者是变压器漏感与电感器的组合。
4.根据权利要求1所述的集成模块化均衡电路，其特征在于，所述单元级选择开关电路包括单元级选择开关sw1-swn+5，sw1-swn+1为n沟道共源mosfet开关管，swn+1-swn+5为n沟道mosfet开关管；将与储能单体bi正极连接端定义为sw1-swn+1的正极，与swn+3或swn+4的源极连接端定义为sw1-swn+1的负极，swn+2-swn+5的源极定义为正极，漏极定义为负极；i为奇数的单元级选择开关sw1-swn+1的负极与swn+3的正极、swn+5的负极的连接端记为节点a，i为偶数的单元级选择开关sw1-swn+1的负极与swn+3的正极、swn+4的负极的连接端记为节点b，单元级选择开关swn+2的负极与swn+3的负极的连接端记为节点c，单元级选择开关swn+4的正极与swn+5的正极的连接端记为节点d；
5.根据权利要求1所述的集成模块...
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