[發明專利]一種電化學儲能系統主動均衡電路及均衡控制方法

有效

• 申請號: 201910660492.X
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110492553B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 孫天奎;袁曉冬
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司;江蘇省電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H01M10/44
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

1.一種電化學儲能系統主動均衡電路，其特征在于，包括兩個以上電池單體串聯構成的電池串、均衡臂、均衡母線、儲能元件，所述均衡臂包括上均衡臂和下均衡臂，所述均衡母線包括正均衡母線和負均衡母線，每個電池單體的正極通過上均衡臂連接至正均衡母線，每個電池單體的負極通過下均衡臂連接至負均衡母線，所述正均衡母線和負均衡母線之間通過所述儲能元件連接，所述儲能元件為電感，所述上均衡臂和下均衡臂均為可控開關；

其中，每個均衡臂均包括串聯對接的兩個開關管，或者每個均衡臂均包括一個開關管和與其串聯的二極管，所述上均衡臂中二極管陰極連接正均衡母線，二極管陽極通過開關管連接電池單體正極，所述下均衡臂中二極管陰極連接電池單體負極，二極管陽極通過開關管連接負均衡母線；

所述開關管為含有反并聯二極管的MOSFET或IGBT或IGCT；

所述主動均衡電路的均衡控制方法為：通過控制均衡臂可控開關的導通狀態和導通時序，使單體電壓較高的一個或多個相連的電池單體通過均衡臂及均衡母線將能量傳遞給儲能元件，儲能元件再將能量經由均衡母線及均衡臂將能量傳遞給單體電壓較低的一個或多個相連的電池單體；

以B_i表示第i個電池單體，其上均衡臂記作S_i^u，下均衡臂記作S_i^d，B_j表示第j個電池單體，其上均衡臂記作S_j^u，下均衡臂記作S_j^d，ij，B_i的負極絕對電壓高于或等于B_j的正極，B_i+1為與B_i負極相連的電池單體，B_i-1為與B_i正極相連的電池單體，B_j+1為與B_j負極相連的電池單體，B_j-1為與B_j正極相連的電池單體；

當B_i單體電壓高于B_j單體電壓時，從B_i向B_j傳輸電量以降低二者之間電壓差，均衡過程分為如下四個階段：

[t0,t1)時段為充電時段，所有均衡臂中僅S_i^u、S_i^d和S_j+1^u導通，其余均衡臂關斷，B_i通過S_i^u和S_i^d及正負均衡母線向儲能元件充電，儲能元件中電流增大；

[t1,t2)時段為充電死區，所有均衡臂中僅S_i^d和S_j+1^u導通，其余均衡臂關斷，儲能元件中續流，并通過S_i^d和S_j+1^u及正負均衡母線為B_i+1至B_j電池單體組合充電；

[t2,t3)時段為放電時段，所有均衡臂中僅S_i^d、S_j-1^d和S_j+1^u導通，其余均衡臂關斷，儲能元件通過正負均衡母線及S_j-1^d和S_j+1^u為B_j充電，儲能元件中電流減小；

[t3,t4)時段為放電死區，所有均衡臂中僅S_i^u、S_i^d、S_j-1^d和S_j+1^u導通，其余均衡臂關斷，由于電壓差，B_i至B_j-1電池單體組合通過S_i^u和S_j-1^d及正負均衡母線為儲能元件充電；

當B_i單體電壓低于B_j單體電壓時，從B_j向B_i傳輸電量以降低二者之間電壓差，均衡過程分為如下四個階段：

[t0,t1)時段為充電時段，所有均衡臂中僅S_j^u、S_j^d和S_i-1^d導通，其余均衡臂關斷，B_j通過S_j^u和S_j^d及正負均衡母線向儲能元件充電，儲能元件中電流增大；

[t1,t2)時段為充電死區，所有均衡臂中僅S_j^u和S_i-1^d導通，其余均衡臂關斷，儲能元件中續流，并通過S_j^u和S_i-1^d及正負均衡母線為B_j-1至B_i電池單體組合充電；

[t2,t3)時段為放電時段，所有均衡臂中僅S_j^u、S_i+1^u和S_i-1^d導通，其余均衡臂關斷，儲能元件通過正負均衡母線及S_i-1^d和S_i+1^u為B_i充電，儲能元件中電流減小；

[t3,t4)時段為放電死區，所有均衡臂中僅S_j^u、S_j^d、S_i-1^d和S_i+1^u導通，其余均衡臂關斷，由于電壓差，B_j至B_i+1電池單體組合通過S_j^d和S_i+1^u及正負均衡母線為儲能元件充電。