[发明专利]一种液态金属电池组两级双向均衡系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种液态金属电池组两级双向均衡系统及控制方法，包括一个上位机、M个第一级均衡系统和一个第二级均衡系统；一个第一级均衡系统包括N个反激变换模块、一个电压采集模块、一个中心控制模块和一个485通信模块；一个第二级均衡系统包括M个双半桥DCDC变换模块、一个中心控制模块和一个485通信模块；上位机通过485总线完成对下位机的控制。本发明提出的液态金属电池组两级双向均衡装置及控制方法可以在电池组与电池间、电池组与电池模组间实现双向电量转移，且电量转移效率高、速度快，很好的解决了液态金属电池大规模成组后，电池状态不一致的问题。

技术领域

本发明属于电网大规模储能领域，尤其涉及一种液态金属电池的两级双向均衡系统及控制方法。

背景技术

新能源的稳定性差、受地理因素制约等缺点限制了其大规模的应用，而被称为新能源技术“最后一公里”的储能技术在解决新能源并网的不稳定性、地域分布差异大等问题上扮演了十分重要的角色。在新型化学储能电池中，液态金属电池因有着高容量、大电流、低成本的长处，契合储能系统的发展需求。

液态金属电池的工作温度大约在500℃左右，结构上由三种液态材料构成，其中用两种密度不同在高温工作环境下被加热成熔融态的金属作为电池电极材料，用中低温熔融盐作为电解质。由于三者在密度上存在差异且不互融，静置状态下低密度熔融态金属上浮形成电池的负极，高密度熔融态金属下沉形成电池的正极，中密度的熔融盐在电池中间作为电池电解质。

但是在液态金属电池组大规模成组使用过程中，由于液态金属电池制造工艺和工作环境等差异的影响，液态金属电池组内的单体液态金属电池不一致性会逐渐体现出来，最终导致液态金属电池组的容量与寿命缩减，甚至会导致单体液态金属电池的过充或过放，因此需要一套液态金属电池均衡系统。

目前，针对液态金属电池组大规模串联应用的均衡控制系统的研究主要集中于被动均衡和主动均衡相结合的模式，但是现有的均衡系统能量转移效率低且能量损耗大。在专利CN106654413A中公开了一种液态金属电池组多级均衡控制系统及方法，液态金属电池组的一、二级均衡分别采用被动均衡和主动均衡，该方案保证控制装置复杂性和成本较低的情况下，提高了均衡效率，但是被动均衡电路的能量损耗大，且主动均衡电路较大的纹波电路电流降低了电池使用寿命。

发明内容

为了克服现有的液态金属电池组均衡系统能量转移效率低、能量损耗大和成组规模小的不足，本专利提供一套两级双向均衡控制系统，该系统的两级均衡均可以实现较大的均衡电流，且实现能量的双向转移，提高能量转移效率的同时降低了均衡损耗，且适用于液态金属电池组的大规模成组应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种液态金属电池组两级双向均衡系统，所述两级均衡系统包括M个第一级均衡系统、一个第二级均衡系统和一台上位机；第一级均衡系统用于实现液态金属电池组内均衡，第二级均衡系统用于实现液态金属电池组间均衡；所述第一级均衡系统采用串联连接，且与所述第二级均衡系统同时受上位机控制，并对电池组进行均衡控制，其中M≥2，且M为整数。

本发明进一步的改进在于，对于任意一个所述的第一级均衡系统，其包括由N个反激变换模块、一个电压采集模块、一个中心控制模块和一个485通信模块，其中N≥2，且N为整数；

所述电压采集模块和所述第一级均衡系统均通过所述液态金属电池外侧铜排与各节液态金属电池相连；

所述反激变换模块，采用改进的双向反激变换电路，实现能量的双向转移；

所述电压采集模块，提供多路电压采集通道，并将各节单体电池电压数据返回给中心控制模块；

所述中心控制模块用于获取电压采集模块返回的电压数据，并所述通过485通信模块上传给上位机，所述中心控制模块同时通过所述485通信模块监听上位机指令，并将均衡指令下发到反激变换模块；