[發(fā)明專利]一種模塊化具有雙向電流能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010891293.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112054688B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凡紹桂;游江;張強(qiáng);鞏冰;孟繁榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;H02J7/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化具有雙向電流能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡電路，儲(chǔ)能模組包括串聯(lián)的儲(chǔ)能單體和多繞組變壓器，多繞組變壓器包括與儲(chǔ)能單體數(shù)量相等的一次側(cè)繞組、二次側(cè)繞組；儲(chǔ)能單體并聯(lián)一個(gè)一次側(cè)繞組，二次側(cè)繞組一通過(guò)二極管與儲(chǔ)能單體串聯(lián)成閉合回路；儲(chǔ)能單體與一次側(cè)繞組之間通過(guò)一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)管控制均衡電流雙向流動(dòng)；二次側(cè)繞組二通過(guò)開(kāi)關(guān)管與輸出電容串聯(lián)成閉合回路，輸出電容與半橋變換器形成閉合回路；均衡電路針對(duì)儲(chǔ)能模組進(jìn)行電流均衡；儲(chǔ)能模組的輸出電容通過(guò)半橋變換器級(jí)聯(lián)連接；級(jí)聯(lián)變換器通過(guò)雙向DC/DC變換器連接至儲(chǔ)能系統(tǒng)；本發(fā)明可在任意單體電壓情況下實(shí)現(xiàn)大電流均衡、模組間均衡電流雙向流動(dòng)，模組間均衡速度快。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模塊化具有雙向電流能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡電路，屬于儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡領(lǐng)域。

背景技術(shù)

功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)、儲(chǔ)能電站、混合動(dòng)力船舶等系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。儲(chǔ)能系統(tǒng)一般由大量的鋰電池或者超級(jí)電容等儲(chǔ)能單體串并聯(lián)組成，由于制造工藝差異以及使用過(guò)程中的衰減差異，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)中單體容量不一致。在經(jīng)常動(dòng)作的大功率儲(chǔ)能系統(tǒng)中，單體容量差異將導(dǎo)致電壓差異，并最終觸發(fā)截止電壓，導(dǎo)致儲(chǔ)能系統(tǒng)容量無(wú)法得到充分利用，且存在安全隱患。有必要采用均衡裝置對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)單體進(jìn)行均衡。

多繞組變壓器均衡拓?fù)渚馑俣瓤欤Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是一種較為理想的均衡拓?fù)?，但需要?chǔ)能單體通過(guò)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)在共磁芯變壓器繞組。隨著儲(chǔ)能單體數(shù)量的增加，無(wú)法將對(duì)應(yīng)數(shù)量的變壓器繞組集成到同一磁芯上。采用模塊化均衡方法可解決大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)均衡問(wèn)題。將串聯(lián)儲(chǔ)能單體分成若干模組，模組內(nèi)采用多繞組變壓器均衡方法，模組間采用組間均衡方法。Z.Zhang,H.Gui,D.J.Gu等作者在文章《A Hierarchical Active BalancingArchitecture for Lithium-Ion Batteries》中采用兩級(jí)式多繞組變壓器均衡拓?fù)洌M內(nèi)均衡與組間均衡均采用多繞組變壓器均衡拓?fù)?。該均衡方法均衡速度快，但隨著變壓器級(jí)數(shù)的增加，開(kāi)關(guān)管及變壓器繞組電壓應(yīng)力增加。且同一級(jí)開(kāi)關(guān)管采用同一個(gè)PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，給工程實(shí)現(xiàn)帶來(lái)不便。C.S.Lim,K,J.Lee,N.J.Ku等作者在文章《A ModularizedEqualization Method Based on Magnetizing Energy for a Series-ConnectedLithium-Ion Battery String》中采用激磁電流組間均衡方法。激磁能量在兩個(gè)相鄰模組間通過(guò)控制占空比傳遞。高電壓模組的PWM占空比較大，激磁能量較大，轉(zhuǎn)移至相鄰模組的能量較大。低電壓模組的PWM占空比較小，激磁能量較小，轉(zhuǎn)移至相鄰模組的能量較小。當(dāng)相鄰模組間電壓相等時(shí)，兩個(gè)模組的PWM占空比相等，傳遞給彼此的能量也相等。低電壓模組接收的能量大于轉(zhuǎn)移出的，帶來(lái)低電壓模組的電壓上升，模組間電壓逐漸均衡。該組間均衡方法速度慢，且當(dāng)占空比較小時(shí)會(huì)影響組內(nèi)均衡速度。Y.Shang,B.Xia,C.Zhang等作者在文章《An Automatic Equalizer Based on Forward–Flyback Converter for Series-Connected Battery Strings》中采用分組式激磁電流組間均衡方法。將變壓器二次側(cè)繞組并聯(lián)，激磁能量可以在任意變壓器間傳遞。模組內(nèi)的單體被均分為兩組，一組采用PWM+驅(qū)動(dòng)，另一次采用PWM-驅(qū)動(dòng)，PWM+與PWM-信號(hào)互補(bǔ)。當(dāng)PWM為高時(shí)，激磁能量增加，當(dāng)PWM為低時(shí)，激磁能量被轉(zhuǎn)移至各模組中的低電壓?jiǎn)误w。低電壓?jiǎn)误w接收到更多的能量，模組間電壓逐漸均衡。但組間均衡電流不易控制，且各模組的PWM驅(qū)動(dòng)互相耦合，為拓?fù)涞墓こ虒?shí)現(xiàn)帶來(lái)困難。專利《串聯(lián)能量存儲(chǔ)裝置的均壓電路及含有該電路的均壓系統(tǒng)》(ZL201711140551.8)中采用模塊化多電平變換器實(shí)現(xiàn)模組間的均衡，該方法具有模塊化程度高，均衡速度快的特點(diǎn)。但該均衡拓?fù)涞慕M間均衡電流與儲(chǔ)能系統(tǒng)單向傳遞，即由模組傳遞至儲(chǔ)能系統(tǒng)，降低了組間均衡的速度。當(dāng)模組內(nèi)各單體電壓接近時(shí)(如磷酸鐵鋰電池即使在容量不均衡情況下，單體電壓仍比較接近)，傳統(tǒng)多繞組變壓器均衡拓?fù)涞木怆娏鬏^小，導(dǎo)致均衡速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容