[發(fā)明專利]采用能量均衡的混合儲能功率分配系統(tǒng)及其工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910446543.9
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110165691B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌睿;劉姝
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50240
• 代理人: 路寧

1.一種采用能量均衡的混合儲能功率分配系統(tǒng)，其特征在于，包括電池B1至電池Bn、超級電容SC、E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器；

所述E1雙向變換器輸入側(cè)正極連接電池B1的正極，E1雙向變換器輸入側(cè)負極連接電池Bn的負極，E1雙向變換器輸出側(cè)正極連接E2雙向變換器輸出側(cè)正極，E1雙向變換器輸出側(cè)負極連接E2雙向變換器輸出側(cè)負極，負載一端分別連接E1雙向變換器和E2雙向變換器輸出側(cè)正極，負載另一端連接E1雙向變換器和E2雙向變換器輸出側(cè)負極，E2雙向變換器輸入側(cè)正極連接超級電容SC正極，E2雙向變換器輸入側(cè)負極連接超級電容SC負極；F1雙向變換器輸入側(cè)正極連接電池B1正極，F(xiàn)1雙向變換器輸入側(cè)負極連接電池B1負極，電池B1負極還連接電池B2正極，F(xiàn)2雙向變換器輸入側(cè)正極連接電池B2正極，F(xiàn)2雙向變換器輸入側(cè)負極連接電池B2負極，電池B2負極還連接電池B3正極，F(xiàn)n雙向變換器輸入側(cè)正極連接電池Bn正極，F(xiàn)n雙向變換器輸入層負極連接電池Bn負極，電池B3負極連接電池Bn正極，n≥1，且為正整數(shù)，F(xiàn)3雙向變換器至Fn雙向變換器輸入側(cè)正負極與電池B3至電池Bn的連接方式以此類推，F(xiàn)sc雙向變換器輸入側(cè)正極連接超級電容SC正極，F(xiàn)sc雙向變換器輸入側(cè)負極連接SC負極，F(xiàn)1雙向變換器輸出側(cè)正極至Fn雙向變換器輸出側(cè)正極和Fsc雙向變換器輸出側(cè)正極連接，F(xiàn)1雙向變換器輸出側(cè)負極至Fn雙向變換器輸出側(cè)負極和Fsc雙向變換器輸出側(cè)負極連接；

還包括功率分配總線BUS1和能量均衡總線BUS2；

E1雙向變換器輸出側(cè)正負極、E2雙向變換器輸出側(cè)正負極和負載兩端通過功率分配總線BUS1并聯(lián)；

F1雙向變換器輸出側(cè)正負極至Fn雙向變換器輸出側(cè)正負極，以及Fsc雙向變換器輸出側(cè)正負極通過能量均衡總線BUS2并聯(lián)；

設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器中兩個MOS管的工作時序，根據(jù)能量流動路徑及流動方向進行工作模態(tài)調(diào)整，從而使電池和超級電容的能量流動穩(wěn)定高效，增強充放電能力；

所述工作模態(tài)包括：

S1，在負載需求變大瞬時，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，使得能量由超級電容SC經(jīng)過E2雙向變換器傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再由功率分配總線BUS1傳輸?shù)截撦d，E1雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組與負載之間無能量流動；電池B1至電池Bn、超級電容SC之間由F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器在能量均衡總線BUS2上進行能量交換，實現(xiàn)荷電狀態(tài)(SOC)的一致；

S2，在負載需求變大穩(wěn)定階段，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，使得能量由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組經(jīng)過E1雙向變換器傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再由功率分配總線BUS1傳輸?shù)截撦d，E2雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即超級電容SC與負載之間無能量流動；電池B1至Bn、超級電容SC之間由F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器在能量均衡總線BUS2上進行能量交換，實現(xiàn)荷電狀態(tài)(SOC)的一致；

S3，在負載需求變小瞬時，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，使得能量由負載傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再由功率分配總線BUS1由E2雙向變換器傳輸?shù)匠夒娙軸C，E1雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組與負載之間無能量流動；電池B1至Bn、超級電容SC之間由F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器在能量均衡總線BUS2上進行能量交換，實現(xiàn)荷電狀態(tài)(SOC)的一致；

S4，在負載需求變小穩(wěn)態(tài)階段，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，使得能量由負載傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再由功率分配總線BUS1由E1雙向變換器傳輸?shù)接呻姵谺1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組，E2雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即超級電容SC與負載之間無能量流動；電池B1至Bn、超級電容SC之間由F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器在能量均衡總線BUS2上進行能量交換，實現(xiàn)荷電狀態(tài)(SOC)的一致；

S5，在超級電容SC能量耗盡，且負載需求變大瞬時，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，能量從電池B1至電池Bn分別通過F1雙向變換器至Fn雙向變換器傳輸?shù)侥芰烤饪偩€BUS2上，再由能量均衡總線BUS2通過Fsc雙向變換器傳到超級電容SC，以補充超級電容SC中的能量，同時能量經(jīng)過E2雙向變換器傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再由功率分配總線BUS1傳輸?shù)截撦d，E1雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組與負載之間無能量流動；

S6，在超級電容SC能量飽和，且負載需求變小瞬時，設(shè)置E1雙向變換器、E2雙向變換器、F1雙向變換器至Fn雙向變換器和Fsc雙向變換器的MOS管占空比，能量從超級電容SC由Fsc變換器傳輸?shù)侥芰烤饪偩€BUS2上，再由能量均衡總線BUS2通過F1雙向變換器至Fn雙向變換器傳輸?shù)诫姵谺1至電池Bn，以減小超級電容SC中存儲的能量，同時能量由負載傳輸?shù)焦β史峙淇偩€BUS1，再從功率分配總線BUS1上依次通過E2雙向變換器、Fsc雙向變換器傳輸?shù)紽1雙向變換器至Fn雙向變換器，然后傳輸?shù)诫姵谺1至電池Bn，E1雙向變換器與功率分配總線BUS1無能量交換，即由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組與負載之間無能量流動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用能量均衡的混合儲能功率分配系統(tǒng)，其特征在于，還包括：

S-A，根據(jù)能量守恒定律，由電池B1至電池Bn串聯(lián)形成的電池組通過E1雙向變換器與均衡總線BUS1之間交換的能量P_B、由超級電容SC通過E2雙向變換器與均衡總線BUS1之間交換的能量P_SC、負載與均衡總線BUS1之間交換的能量P_L間應(yīng)滿足：P_L＝P_B+P_SC；

S-B，根據(jù)能量守恒定律，電池B1至電池Bn分別通過F1雙向變換器至Fn雙向變換器與能量均衡總線BUS2之間交換的能量P_B1至P_Bn，超級電容SC通過Fsc雙向變換器與能量均衡總線BUS2之間交換的能量P'_SC間應(yīng)滿足：

S-C，能量均衡電路通過F1雙向變換器至Fn雙向變換器、Fsc雙向變換器均衡電池B1至電池Bn、超級電容SC的能量，均衡目標為實現(xiàn)電池B1至電池Bn、超級電容SC的SOC的一致，即實現(xiàn)：SOC₀＝SOC₁＝SOC₂＝...＝SOC_n。