一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法技術方案

本申請公開了一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，利用電芯充放電狀態選擇電路選擇總線式電池包均衡架構內需要進行充電或放電的電芯位置，總線式電池包均衡架構由多組電池包、多個雙向DC

【技術實現步驟摘要】
一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法


[0001]本申請涉及電池領域，尤其是一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法。

技術介紹

[0002]電池均衡的意義就是利用電力電子技術，使鋰離子電池單體電壓或電池組電壓偏差保持在預期的范圍內，從而保證每個單體電池在正常的使用時保持相同狀態，以避免過充、過放的發生。電池均衡一般分為主動均衡、被動均衡兩種。
[0003]作為有效解決新能源發展的“最后一公里”問題的重要途徑，電池儲能系統已經被廣泛應用在不同規模的新能源發電系統中。然而，目前研究大多集中在如何通過儲能系統穩定新能源發電部分的輸出端口電壓及功率，在長時間使用后，儲能系統中的每個儲能單元之間的差異性被忽視。由于每個電池在加工過程中的電解液濃度有微小不同，且在使用過程中工作溫度、電流大小等環境狀態不同，這將會直接導致每個電池的直流內阻、極化效應、實時荷電狀態(State of Charge，SOC)以及電池容量存在一定差異。長時間使用后，部分狀態較差的電池將會限制整個儲能系統可使用的容量大小。當狀態較差的電池處于高水平SOC狀態時，健康電池的SOC值只達到了70％。繼續充電則會導致狀態較差的電池過充，將會導致該部分發熱嚴重，甚至會引起起火、爆炸等事故。相應的在放電過程中，如果某個亞健康狀態的電池已經完全放電，其他健康電池仍有部分電量，繼續通過外圍電路進行放電，則會導致亞健康電池的壽命縮短。
[0004]目前，為了解決上述問題，通常有兩類方案，第一類為通過電阻實現能量耗散的被動均衡。這種方案拓撲結構簡單，成本較低，均衡速度容易滿足小容量電池均衡需求。然而，當電池容量較大時，均衡電流較小導致難以滿足儲能系統中的儲能單元均衡速度需求，同時，過程中產生的熱效應也對結構設計造成一定的影響。第二類方案為采用雙向變換器改進拓撲實現電池均衡。這類方案結構靈活，可以根據電池容量不同設置電路參數，進而調節均衡過程中的均衡速度大小。但是這類方案中需要控制的電力電子開關管數量較多，對于儲能系統中的多個電池來說，單個MCU的GPIO端口數量很難滿足控制需求，這也將直接限制均衡過程中的電池數量。同時，這類方案中能量只能在相鄰電池之間傳遞，這將會直接導致均衡控制速度緩慢。因此，提供一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法。

技術實現思路

[0005]在本實施例中提供了一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法用于解決現有技術中面對大規模儲能系統電池難以進行快速主動均衡的問題。
[0006]根據本申請的一個方面，提供了一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，所述方法包括如下步驟：
[0007]步驟一、選擇電芯位置，利用電芯充放電狀態選擇電路選擇總線式電池包均衡架構內需要進行充電或放電的電芯位置；
[0008]步驟二、執行充電或放電，利用系統整體連接拓撲控制步驟一中選擇出的電芯進
行充電或放電。
[0009]進一步地，所述步驟一中電芯充放電狀態選擇電路由電池BAT1
?
BAT7，電力電子開關管Ss0
?
Ss7，電力電子開關管Sp1
?
Sp4組成。
[0010]進一步地，所述電力電子開關管Ss0
?
Ss7在工作過程中只會有兩個相鄰的電力電子開關管導通，電力電子開關管Sp1
?
Sp4在工作過程中只會有兩個同時導通。
[0011]進一步地，所述步驟一中總線式電池包均衡架構由多組電池包、多個雙向DC
?
DC變換器和總線電池構成，多組所述電池包堆疊連接，每個所述電池包分別與雙向DC
?
DC變換器連接，多個所述雙向DC
?
DC變換器均與總線電池連接，每個所述電池包由電池組、EMB1428芯片和電力電子開關管構成，電池組由七個電芯構成。
[0012]進一步地，所述步驟一中電芯充放電狀態選擇電路的工作主要依靠EMB1428芯片進行實現。
[0013]進一步地，所述步驟一中電芯充放電狀態選擇電路的具體電路連接為，電芯充放電狀態選擇電路中的“+”端子與電壓更高一級的電池包的
“?”
端子相連，
“?”
端子與電壓更低一級的電池包的“+”端子相連，形成堆疊狀態，為負載提供較高的電壓值，同時，電芯充放電狀態選擇電路中的“+”端子和
“?”
端子都會與總線式電池包均衡架構中雙向DC
?
DC電路端口相連接。
[0014]進一步地，所述EMB1428芯片通過SPI通信端口與MCU相連，所述雙向DC
?
DC變換器中的MOSFET通過MOSFET驅動電路與MCU的GPIO端口相連。
[0015]進一步地，多個所述電池包之間互不干擾，針對每個電池包的中的每個電芯實現控制。
[0016]進一步地，所述EMB1428芯片的控制信號直接與電力電子開關管相連，所述電力電子開關管處于每個電池包與總線相連的雙向DC
?
DC變換器中，控制能量流動方向及速度。
[0017]進一步地，所述EMB1428芯片分為充電和放電兩類工作模式。
[0018]通過本申請上述實施例，解決了面對大規模儲能系統電池難以進行快速主動均衡的問題，結合了芯片化方案和拓撲類方案的優點，采用EMB1428芯片選擇電池包中的某個電芯進行充電或放電操作，同時采用總線并聯式雙有源橋變換器實現不同的電池包之間能量轉移功能，從而能夠讓系統中的每個電池均處于均衡狀態，即結合了芯片化方案小體積、占用端口數少，與拓撲結構方案擴展性強的優點，可以使用單個MCU實現大規模鋰電池儲能系統中的每個電池均衡控制。
附圖說明
[0019]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0020]圖1為本申請一種實施例的整體流程示意圖；
[0021]圖2為本申請一種實施例的電芯充放電狀態選擇電路示意圖；
[0022]圖3為本申請一種實施例的總線式電池包均衡架構示意圖；
[0023]圖4為本申請一種實施例的雙有源橋電路拓撲結構示意圖；
[0024]圖5為本申請一種實施例的總線式雙有源橋電池主動均衡鋰電池SOC曲線示意圖。
[0025]其中圖5中的曲線從上到下依次為SOC1、SOC2、SOC4和SOC3。
具體實施方式
[0026]為了使本
的人員更好地理解本申請方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，其特征在于：利用電芯充放電狀態選擇電路選擇總線式電池包均衡架構內需要進行充電或放電的電芯位置，總線式電池包均衡架構由多個電池包、雙向DC
?
DC變換器和總線電池構成；所述方法包括如下步驟：步驟一、選擇電芯位置，利用電芯充放電狀態選擇電路選擇總線式電池包均衡架構內需要進行充電或放電的電芯位置；步驟二、執行充電或放電，利用系統整體連接拓撲控制步驟一中選擇出的電芯進行充電或放電。2.根據權利要求1所述的一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，其特征在于：所述步驟一中電芯充放電狀態選擇電路由電池BAT1
?
BAT7，電力電子開關管Ss0
?
Ss7，電力電子開關管Sp1
?
Sp4組成。3.根據權利要求2所述的一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，其特征在于：所述電力電子開關管Ss0
?
Ss7在工作過程中只會有兩個相鄰的電力電子開關管導通，電力電子開關管Sp1
?
Sp4在工作過程中只會有兩個同時導通。4.根據權利要求1所述的一種面向大規模儲能系統的電池主動均衡方法，其特征在于：所述步驟一中總線式電池包均衡架構由多組電池包、多個雙向DC
?
DC變換器和總線電池構成，多組所述電池包堆疊連接，每個所述電池包分別與雙向DC
?
DC變換器連接，多個所述雙向DC
?
DC變換器均與總線電池連接，每個所述電池包由電池組、EMB1428芯片和電力電子開關管構成，電池組由七個電芯構成。5....

【專利技術屬性】
技術研發人員：王藝博，張文起，
申請(專利權)人：王藝博，
類型：發明
國別省市：