[发明专利]一种串联电池组均衡装置

说明书

技术领域

本发明属于储能技术领域，具体涉及一种串联电池组均衡装置，此装置用于储能电池单体及电池组之间的均衡调节及管理。

背景技术

串联电池组中，电池单体由于本身的不一致性降低了整组电池的性能及使用寿命，使用过程中电池组的容量利用率下降，整体性能(如：成组后循环充放电次数小于单体充放电次数)达不到单体电池指标。为解决串联电池组的不一致问题，电池管理系统通常配有均衡管理电路。

现有的均衡方式主要包括利用放电电阻均衡的能耗型均衡以及由电容、电感或变压器等构成的非能耗型均衡装置。能耗型均衡通过电阻将多余能量耗散，温升较大，效率低；非能耗型均衡由于包含电容、电感等电子元件，结构较复杂，但其效率高，能量损失小。

利用电阻实现的能耗型均衡，如图1所示。电池单体两端并联放电电阻及功率开关管，通过控制开关管的通断对电压较高的单体放电，能量通过放电电阻以热的形式耗散。这种均衡方式最简单，但它只能通过给电压最高的电池单体放电调节电池的一致性，均衡效率较低，能量浪费严重，不能实现组间均衡。

将电容作为储能元件对电池均衡，如图2所示。相邻单体通过开关的控制，利用电容作为能量的载体，可以将能量从电压高单体转移到电压低单体上，从而实现电池组内单体电池电压的均衡。对于N节单体电池，需要N个功率开关和N-1个能量电容，从而构成开关电容网络。但这种均衡能量只能在相邻单体之间转移，不能实现组间均衡，且电容充放电过程中能量损失较大，均衡效率较低。

利用电感元件及续流二极管构成的均衡装置，如图3所示。每个均衡模块由一对功率开关管，一个储能电感和一对续流二极管组成。每个均衡模块两端分别各接一节单体电池，形成一个非隔离式半桥变换装置。当某一单体过充时，其对应的开关管导通，能量储存在旁路电感中；当开关管关断时，储存的能量流向相邻的单体，使各单体能量趋于一致。但这种均衡方式开关损耗大，能量只能在相邻单体直接转移，不同组间均衡时对电感需要重更新设计，通用性差，控制较复杂。

利用变压器构成的均衡装置，如图4所示，B1，B2，...Bn为串联的蓄电池，D1，D2，...Dn为防反二极管，S1为功率开关管，N为n:1变压器。这种方式可将较高电池组的能量传递到较低能量的电池单体上，而且单体两端的电压精确可调。当系统检测到低能量单体，变压器电池组侧功率开关导通，原边形成回路通过电流，能量储存于变压器线圈中；开关关断时，变压器储存的能量释放到电池单体，能量低的单体吸收能量。但其配线复杂，且模块体积较大，组间均衡时变压器承受电压较高，不同组间均衡时对电感需要重更新设计，通用性差，影响系统的稳定性。

由于在储能电站中，电池的电压等级较高，电池不仅分箱摆放，有的还需要多组电池柜，这样不同电池柜体之间的不一致也将对整组电池性能产生影响。目前针对组间均衡方案较少，不能满足高电压等级电池模组的应用需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有均衡装置的优缺点，结合储能电池的应用环境，本发明提供一种串联电池组均衡装置。该均衡装置不受电池箱体或者柜体的限制，可以在任意两节单体之间进行能量转移，将能量从电压高的单体转移至电压低的单体，能量损耗小，均衡效率高，可以满足大容量电池的均衡需求。

本发明的目的是采用下述技术方案予以实现的：

一种串联电池组均衡装置，其改进之处在于，所述装置包括至少一个电池组；所述电池组之间串联，称为串联电池组；所述电池组包括至少两个单体，所述单体之间串联；所述单体包括电池和均衡模块；所述电池的两端并联均衡模块。

本发明提供的一种优选的技术方案是：所述均衡模块包括滤波装置、功率开关管和变压器；所述滤波装置、功率开关管和变压器依次串联。

本发明提供的第二优选的技术方案是：所述均衡模块包括二极管，所述二极管连接在功率开关管和变压器之间。

本发明提供的第三优选的技术方案是：所述滤波装置包括电感Ln-n和电容Cn-n；所述功率开关管包括Tn-Am和Tn-Bm；所述二极管包括Dn-Am和Dn-Bm；所述电感Ln-n和电容Cn-n串联；所述电感Ln-n与功率开关管Tn-Am串联；所述功率开关管Tn-Bm与二极管Dn-Bm并联；所述二极管Dn-Am和Dn-Bm均连接在变压器原边绕组上；变压器副边绕组连接功率管Tn；所述功率管Tn连接电池组；所述n和m为自然数，即n＝1，2，3...；m＝1，2，3...。

本发明提供的第四优选的技术方案是：所述变压器是基于电力电子变换电路及带中间抽头的高频变压器。