【技術實現步驟摘要】
本技術涉及電池儲能，特別是一種提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路。
技術介紹
1、鋰離子電池因其高的電量密度、強大的可靠性、長壽命，以及對環境污染的影響，已經被廣泛應用作為各類設備的主要能源。為了滿足設備的電壓需求，往往需要將多節單體鋰離子電池串聯成組來使用。
2、然而，由于鋰離子電池的制造工藝、運行條件以及工作環境的差異，使得單體電池在組合后衰退的速度不一致，導致電池的內阻、容量和電壓的不一致性加劇。這種不一致性使得電池包的整體性能低于組內單體電池性能的總和，最終導致電池過快衰老、退役，并可能對環境造成影響。
3、為了有效解決電池包的不一致性問題，采取均衡控制是一種必要的手段。均衡控制是指在有效的均衡架構中，利用均衡拓撲電路和有效的控制策略來實現電池包的均衡。常用的均衡架構包括相鄰電池單體均衡構架、任意電池單體間均衡構架以及電池單體到電池包的均衡構架等。
4、目前市面上的一些現有的均衡電路存在的問題包括：（1）無法控制均衡電流：由于電路設計的特性，大多均衡電路在均衡過程中電流的大小主要由電容和電池的差壓決定，而這些參數在實際應用中不易控制。因此，電流的大小無法直接控制，可能會導致電池過度充電或過度放電。（2）只能以端電壓作為均衡標準：電路通過比較各電池的端電壓來判斷是否需要均衡；然而，電池的端電壓并不能完全反映其內部狀態，例如電池的荷電狀態或健康狀態。因此，只以端電壓作為均衡標準可能無法實現電池狀態的最優均衡。
技術實現思路
1、本技術的目的是
2、本技術的技術方案是：一種提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，包括電池管理系統以及與電池管理系統電連接的均衡電路模塊；所述均衡電路模塊包括電芯間均衡電路和模組間均衡電路；整個模組的n?個單體電池平均分為m個電池包，每個電池包均包含k個單體電池，其中m≥2，k≥2；電池包內的每相鄰單體電池間均設有所述電芯間均衡電路，相當于每個電池包內包括k-1個電芯間均衡電路；將每個電池包中串聯的k個單體電池視為一整體，其中第一節電池的正極作為電池包的正極，第k節電池的負極作為電池包的負極，每個電池包的正極與負極之間均連接所述模組間均衡電路，且模組間均衡電路還經變壓器連接整個模組。
3、進一步，所述電芯間均衡電路采用buck-boost均衡拓撲結構，包括電感、開關管q1和開關管q2，且每個開關管均反并聯二極管。
4、進一步，所述電感的一端連接于相鄰電池bk-1的負極與電池bk的正極之間；電感的另一端分別連接開關管q1的源極和開關管q2的漏極；開關管q1的漏極連接電池bk-1的正極，開關管q2的源極連接電池bk的負極；通過脈沖寬度調制波控制開關管q1和q2的開閉來實現均衡。
5、進一步，所述模組間均衡電路采用反激式變壓器的均衡拓撲結構，所述變壓器為反激式變壓器。
6、進一步，每個模組間均衡電路均包括開關管q3和q4，各模組間均衡電路共用一個反激式變壓器，反激式變壓器的原邊繞組一端連接至電池包 j的正極，1< j<m；原邊繞組的另一端經開關管q3連接電池包 j的負極；反激式變壓器的副邊繞組一端連接電池包1的正極，副邊繞組的另一端則經開關管q4連接電池包m的負極；開關管q3均反并聯二極管d3，開關管q4反并聯二極管d4；開關管q3和開關管q4由脈沖寬度調制波控制其開閉。
7、進一步，所述電池管理系統通過can總線與均衡電路模塊進行通信。
8、進一步，所述電池管理系統主要包括電池狀態監測模塊、信號處理模塊、信號執行模塊和保護電路模塊；所述電池狀態監測模塊用于實時監測電池包中各個單體電池的狀態信息；所述信號處理模塊用于根據監測到的電池狀態信息，進行數據處理和分析，并制定均衡策略；所述信號執行模塊用于根據信號處理模塊的指令，通過可調pwm控制信號，控制均衡電路模塊的工作狀態。
9、進一步，所述m個電池包間包括m個模組間均衡電路。
10、進一步，所述電池管理系統用于根據單體電池的荷電狀態soc決定是否進行均衡，并通過脈沖寬度調制波pwm控制電芯間均衡電路的開關管q1和q2的開閉來實現均衡。
11、進一步，所述電池管理系統用于根據電池包的平均soc來判斷是否進行均衡，并通過脈沖寬度調制波pwm控制模組間均衡電路的開關管q3和q4的開閉來實現均衡。
12、本技術的有益效果：
13、（1）通過設置電芯間均衡電路和模組間均衡電路，能夠實現電池包內相鄰單體電池間的電量轉移以及電池模組間任意電池包間到整體的電量雙向傳遞。
14、（2）采用基于buck-boost電路和反激式變壓器設定分層主動均衡構架，能夠顯著提高電池包的均衡效果，這種分層主動均衡機構相比于傳統相鄰主動均衡，一方面可縮短均衡時間，并提高均衡效率；另一方面，能夠改善電池包的不一致性問題，并提高整個電池模組的充放電容量，同時提升電池儲能系統的壽命。
15、（3）采用電池管理系統實時監測電池的荷電狀態（soc），并以此作為電池電量轉移的依據，能夠在電池充電和放電過程中調整均衡策略，且通過pwm控制均衡電路的開關管來實現均衡，以優化電池的充放電效率。
16、（4）現有技術存在變壓器中存在電流返回現象，會造成電量損失，降低電池效率等局限，本專利技術可有效規避該問題。
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1.一種提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，包括電池管理系統以及與電池管理系統電連接的均衡電路模塊；其特征在于，所述均衡電路模塊包括電芯間均衡電路和模組間均衡電路；整個模組的n?個單體電池平均分為m個電池包，每個電池包均包含k個單體電池，其中m≥2，k≥2；電池包內的每相鄰單體電池間均設有所述電芯間均衡電路，相當于每個電池包內包括k-1個電芯間均衡電路；將每個電池包中串聯的k個單體電池視為一整體，其中第一節電池的正極作為電池包的正極，第k節電池的負極作為電池包的負極，每個電池包的正極與負極之間均連接所述模組間均衡電路，且模組間均衡電路還經變壓器連接整個模組。
2.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電芯間均衡電路采用Buck-Boost均衡拓撲結構，包括電感、開關管Q1和開關管Q2，且每個開關管均反并聯二極管。
3.根據權利要求2所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電感的一端連接于相鄰電池B?k-1的負極與電池Bk的正極之間；電感的另一端分別連接開關管Q1的源極和開關管Q2的漏極；開關管Q1的漏極連接電
4.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述模組間均衡電路采用反激式變壓器的均衡拓撲結構，所述變壓器為反激式變壓器。
5.根據權利要求4所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，每個模組間均衡電路均包括開關管Q3和Q4，各模組間均衡電路共用一個反激式變壓器，反激式變壓器的原邊繞組一端連接至電池包j的正極，1<j<m；原邊繞組的另一端經開關管Q3連接電池包j的負極；反激式變壓器的副邊繞組一端連接電池包1的正極，副邊繞組的另一端則經開關管Q4連接電池包m的負極；開關管Q3均反并聯二極管D3，開關管Q4反并聯二極管D4；開關管Q3和開關管Q4由脈沖寬度調制波控制其開閉。
6.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電池管理系統通過CAN總線與均衡電路模塊進行通信。
7.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電池管理系統主要包括電池狀態監測模塊、信號處理模塊、信號執行模塊和保護電路模塊；所述電池狀態監測模塊用于實時監測電池包中各個單體電池的狀態信息；所述信號處理模塊用于根據監測到的電池狀態信息，進行數據處理和分析，并制定均衡策略；所述信號執行模塊用于根據信號處理模塊的指令，通過可調PWM控制信號，控制均衡電路模塊的工作狀態。
8.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述m個電池包間包括m個模組間均衡電路。
9.根據權利要求3所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電池管理系統用于根據單體電池的荷電狀態SOC決定是否進行均衡，并通過脈沖寬度調制波PWM控制電芯間均衡電路的開關管Q1和Q2的開閉來實現均衡。
10.根據權利要求5所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電池管理系統用于根據電池包的平均SOC來判斷是否進行均衡，并通過脈沖寬度調制波PWM控制模組間均衡電路的開關管Q3和Q4的開閉來實現均衡。
...【技術特征摘要】
1.一種提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，包括電池管理系統以及與電池管理系統電連接的均衡電路模塊；其特征在于，所述均衡電路模塊包括電芯間均衡電路和模組間均衡電路；整個模組的n?個單體電池平均分為m個電池包，每個電池包均包含k個單體電池，其中m≥2，k≥2；電池包內的每相鄰單體電池間均設有所述電芯間均衡電路，相當于每個電池包內包括k-1個電芯間均衡電路；將每個電池包中串聯的k個單體電池視為一整體，其中第一節電池的正極作為電池包的正極，第k節電池的負極作為電池包的負極，每個電池包的正極與負極之間均連接所述模組間均衡電路，且模組間均衡電路還經變壓器連接整個模組。
2.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電芯間均衡電路采用buck-boost均衡拓撲結構，包括電感、開關管q1和開關管q2，且每個開關管均反并聯二極管。
3.根據權利要求2所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述電感的一端連接于相鄰電池b?k-1的負極與電池bk的正極之間；電感的另一端分別連接開關管q1的源極和開關管q2的漏極；開關管q1的漏極連接電池bk-1的正極，開關管q2的源極連接電池bk的負極；通過脈沖寬度調制波控制開關管q1和q2的開閉來實現均衡。
4.根據權利要求1所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，所述模組間均衡電路采用反激式變壓器的均衡拓撲結構，所述變壓器為反激式變壓器。
5.根據權利要求4所述提升電池儲能系統壽命的均衡控制電路，其特征在于，每個模組間均衡電路均包括開關管q3和q4，各模組間均衡電路共用一個反激式變壓器，反激式變壓器的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：田軍，陳天宇，樊成芳，
申請(專利權)人：武漢天和技術股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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