用于储能系统电池模块的电压均衡电路及其电压均衡方法与流程

本发明属于锂离子储能电池技术领域，具体涉及用于储能系统电池模块的电压均衡电路及其电压均衡方法。

背景技术：

目前，锂离子电池在储能领域的应用越来越广泛，在大型电网级储能领域，储能系统由数量巨大的电池组成，为便于安装与维护，电池系统采用模块化设计，首先由若干单体电池串并联组成电池模块，再由若干电池模块串联组成电池簇，若干电池簇组成电池堆，经过能量转换装置pcs后输出到电网。在电池系统的使用过程中，由于各单体电池的自放电不一致，电池模块、电池簇、电池堆各级管理系统、各级均衡系统以及pcs回路均会消耗电池的电量，进一步造成各电池单元电压不一致。

现有储能系统中，电池模块的单体电池、电池模块之间均有相应的均衡装置，但现有技术仅能对电池模块内部的单体电池进行较有效的均衡，对电池模块、电池簇、电池堆之间的电压均衡效果较差，均衡器的可靠性差，成本高；由于均衡效果不理想，需要对电池模块、电池簇与电池堆进行离线维护，增加维护设备与人员，而且维护的效率较低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供用于储能系统电池模块的电压均衡电路及其电压均衡方法。

本发明提供的一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路，其包括至少两个并联接入电网的电池簇单元、电压均衡单元和电池管理模块，每个电池簇单元与电网之间均串接主继电器k1，所述每个电池簇单元通过电压均衡单元与正负极母线连接，所述电池管理模块分别与主继电器k1和电压均衡单元连接用于控制继电器电源的断开和闭合；所述电池管理模块与每个电池簇单元连接用于采集电池簇单元的电压信息。

优选地，所述每个电池簇单元包括能量转换器和至少一个电池模块，所述电池模块的负极与能量转换器的一端连接，所述电池模块的正极与能量转换器的另一端连接，所述电池模块和能量转换器的另一端之间依次串接电池簇总继电器k2和熔断器fu1，所述电池簇总继电器k2与电池管理模块连接；所述至少一个电池模块的正负极与电压均衡单元连接；所述电池管理模块与所述至少一个电池模块连接。

优选地，所述电压均衡单元包括正极并联继电器k3、负极并联继电器k4；所述正极并联继电器k3的一端与电池模块的正极连接，另一端接入正极并联母线；所述负极并联继电器k4的一端与电池模块的负极连接，另一端接入负极并联母线；所述电池管理模块分别与主继电器k1、电池簇总继电器k2、所述正极并联继电器k3、负极并联继电器k4连接用于控制继电器电源的断开和闭合。

优选地，所述电池模块与正极并联继电器k3之间还串接有限流电阻rc；所述电池模块与负极并联继电器k4之间还串接有熔断器fu2。

优选地，所述电池模块包括至少一个相互串联的单体电池。

优选地，当所述电池模块设置两个或两个以上时，每个电池模块同向顺次串联，相邻两个所述每个电池模块之间串接串联继电器k5，所述串联继电器k5与电池管理模块连接。

优选地，当所述电池簇单元设置两个或两个以上时，相邻两个所述每个电池簇单元的电池模块之间串接电池簇并联继电器k6，所述电池簇并联继电器k6与电池管理模块连接。

本发明还提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡方法，该方法采用如上述方案所述的用于储能系统电池模块的电压均衡电路，该方法为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元的电压信息，并且判断所述每个电池簇单元的电压信息是否相同，如果所述每个电池簇单元的电压信息不同，所述电池管理模块控制每个电池簇单元与电网断开，然后所述电池管理模块控制每个电池簇单元与电压均衡单元闭合，均衡所述每个电池簇单元的电压。

优选地，该方法具体为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元中每个电池模块的电压信息，并且判断所述每个电池模块的电压信息是否相同，如果所述每个电池模块的电压信息的电压信息不同，所述电池管理模块控制主继电器k1、电池簇总继电器k2、串联继电器k5断开，然后所述电池管理模块控制电压均衡单元中的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，均衡所述每个电池簇单元的每个电池模块4的电压。

优选地，当所述电池簇单元设置两个或两个以上时，均衡所述每个电池簇单元的每个电池模块的电压，之后，还包括：所述电池管理模块控制电池簇并联继电器k6闭合，均衡所述不同电池簇单元中每个电池模块的电压。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路及其电压均衡方法，其包括至少两个并联接入电网的电池簇单元、电压均衡单元和电池管理模块，每个电池簇单元与电网之间均串接主继电器k1，所述每个电池簇单元通过电压均衡单元与正负极母线连接，所述电池管理模块分别与主继电器k1和电压均衡单元连接用于控制继电器电源的断开和闭合；所述电池管理模块与每个电池簇单元连接用于采集电池簇单元的电压信息，这样，电池管理模块控制主继电器、电池簇继电器断开，控制电池模块的正极并联继电器和负极并联继电器闭合，利用并联电池电压一致的原理，使各电池模块并联均衡，各电池模块电压均衡后采用串联运行，本发明能够实现电池簇内各电池模块以及不同簇内电池模块间快速、高效均衡，而且均衡方案可靠性高、成本低，能使电池堆内部各模块电压达到高度一致性，提高电池系统电压一致性，延长系统运行时间与使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路的电路图；

图2为本发明实施例2提供的一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路的电路图；

图3为本发明实施例3提供的一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路的电路图。

附图标记如下：

1——电池簇单元、2——电压均衡单元、3——能量转换器、4——电池模块、5——正极并联母线、6——负极并联母线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例1提供一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路，其电路图，如图1所示，其包括至少两个并联接入电网的电池簇单元1、电压均衡单元2和电池管理模块，每个电池簇单元1与电网之间均串接主继电器k1，所述每个电池簇单元1通过电压均衡单元2与正负极母线连接，所述电池管理模块分别与主继电器k1和电压均衡单元2连接用于控制继电器电源的断开和闭合；所述电池管理模块与每个电池簇单元1连接用于采集电池簇单元1的电压信息；

所述每个电池簇单元1包括能量转换器3和至少一个电池模块4，所述电池模块4的负极与能量转换器3的一端连接，所述电池模块4的正极与能量转换器3的另一端连接，所述电池模块4和能量转换器3的另一端之间依次串接电池簇总继电器k2和熔断器fu1，所述电池簇总继电器k2与电池管理模块连接；所述至少一个电池模块4的正负极与电压均衡单元2连接；所述电池管理模块与所述至少一个电池模块4连接。

能量转换器(pcs)是一个双向变流器，将电网的交流电变换为直流给电池充电，将电池的直流电转换为交流电输出给电网。

其中，所述电压均衡单元2包括正极并联继电器k3、负极并联继电器k4；所述正极并联继电器k3的一端与电池模块4的正极连接，另一端接入正极并联母线5；所述负极并联继电器k4的一端与电池模块4的负极连接，另一端接入负极并联母线6；所述电池管理模块分别与主继电器k1、电池簇总继电器k2、所述正极并联继电器k3、负极并联继电器k4连接用于控制继电器电源的断开和闭合。

电池管理模块用于控制各继电器的断开和闭合。

其中，所述电池模块4与正极并联继电器k3之间还串接有限流电阻rc；所述电池模块4与负极并联继电器k4之间还串接有熔断器fu2。

为保证电池模块4安全性，各个电池模块4与负极并联母线6之间设置熔断器fu2；为限制正极并联继电器k3闭合瞬间的电流，各个电池模块4与正极并联母线5之间设置限流电阻rc。

其中，所述电池模块4包括至少一个相互串联的单体电池。

本发明实施例还提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡方法，该方法采用如实施例1所述的用于储能系统电池模块的电压均衡电路，该方法为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1的电压信息，并且判断所述每个电池簇单元1的电压信息是否相同，如果所述每个电池簇单元1的电压信息不同，所述电池管理模块控制每个电池簇单元1与电网断开，然后所述电池管理模块控制每个电池簇单元1与电压均衡单元2闭合，均衡所述每个电池簇单元1的电压。

该方法的具体实施过程为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中电池模块4的电压信息，并且判断所述电池模块4的电压信息是否相同，如果所述电池模块4的电压信息的电压信息不同，储能系统需要对电池簇单元1中的电池模块4进行均衡时，首先电池管理模块控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1断开，然后控制电池簇总继电器k2断开；然后电池管理模块控制各个电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，此时，每个电池簇单元1中的电池模块4处于并联状态，完成每个电池簇单元1中电池模块4的电压均衡；电池模块4的电压均衡完成后，首先电池管理模块控制电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4断开，然后控制电池簇总继电器k2闭合，最后控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1闭合，即可以进行串联运行。

在如果所述电池模块4的电压信息的电压信息不同，之后，还包括：所述电池管理模块判断每个电池簇单元1中电池模块4的电压是否正常，若所述每个电池簇单元1中电池模块4的电压正常，执行所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1的电池模块4，均衡所述每个电池簇单元1中的电池模块4的电压；若所述每个电池簇单元1中电池模块4的电压异常，所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1中电压正常的电池模块4。

所述电池模块4与电池管理模块连接，电池管理模块能够对电池模块4以及电池模块4中的单体电池的电压进行检测，若电池模块4中有单体电池异常、电池模块4电压超出范围等异常，则该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4不闭合，电池管理系统发出提示，该电池模块4可采用人工维护，当电池模块4中有单体电池的电压、电池模块4电压在正常范围内时，则闭合该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4，进行储能系统的电压均衡。

本发明实施例2提供一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路，其电路图，如图2所示，其包括至少两个并联接入电网的电池簇单元1、电压均衡单元2和电池管理模块，每个电池簇单元1与电网之间均串接主继电器k1，所述每个电池簇单元1通过电压均衡单元2与正负极母线连接，所述电池管理模块分别与主继电器k1和电压均衡单元2连接用于控制继电器电源的断开和闭合；所述电池管理模块与每个电池簇单元1连接用于采集电池簇单元1的电压信息。

其中，所述每个电池簇单元1包括能量转换器3和至少一个电池模块4，所述电池模块4的负极与能量转换器3的一端连接，所述电池模块4的正极与能量转换器3的另一端连接，所述电池模块4和能量转换器3的另一端之间依次串接电池簇总继电器k2和熔断器fu1，所述电池簇总继电器k2与电池管理模块连接；所述至少一个电池模块4的正负极与电压均衡单元2连接；所述电池管理模块与所述至少一个电池模块4连接。

能量转换器(pcs)是一个双向变流器，将电网的交流电变换为直流给电池充电，将电池的直流电转换为交流电输出给电网。

电池管理模块用于控制各继电器的断开和闭合。

其中，当所述电池模块4设置两个或两个以上时，每个电池模块4同向顺次串联，相邻两个所述每个电池模块4之间串接串联继电器k5，所述串联继电器k5与电池管理模块连接；每一个电池模块4的正负极与电压均衡单元2。

其中，所述电池模块4包括至少一个相互串联的单体电池。

为保证电池管理模块能够对电池模块4以及电池模块4中的单体电池的电压进行检测每一个电池模块4均与电池管理模块连接。

其中，所述电压均衡单元2包括正极并联继电器k3、负极并联继电器k4；所述正极并联继电器k3的一端与电池模块4的正极连接，另一端接入正极并联母线5；所述负极并联继电器k4的一端与电池模块4的负极连接，另一端接入负极并联母线6；所述电池管理模块分别与主继电器k1、电池簇总继电器k2、所述正极并联继电器k3、负极并联继电器k4连接用于控制继电器电源的断开和闭合。

其中，所述电池模块4与正极并联继电器k3之间还串接有限流电阻rc；所述电池模块4与负极并联继电器k4之间还串接有熔断器fu2。

为保证电池模块4安全性，各个电池模块4与负极并联母线6之间设置熔断器fu2；为限制正极并联继电器k3闭合瞬间的电流，各个电池模块4与正极并联母线5之间设置限流电阻rc。

本发明实施例还提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡方法，该方法采用如实施例2所述的用于储能系统电池模块的电压均衡电路，当所述电池模块4包括两个或两个以上的电池模块4时，该方法具体为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压信息，并且判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，如果所述每个电池模块4的电压信息的电压信息不同，所述电池管理模块控制主继电器k1、电池簇总继电器k2、串联继电器k5断开，然后所述电池管理模块控制电压均衡单元2中的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，均衡所述每个电池簇单元1的每个电池模块4的电压。

该方法的具体实施过程为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压信息，并且判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，如果所述每个电池模块4的电压信息的电压信息不同，储能系统需要对电池簇单元1中的每个电池模块4进行均衡时，首先电池管理模块控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1断开，然后控制电池簇总继电器k2断开，再断开各电池模块4之间的串联继电器k5；然后电池管理模块控制各个电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，此时，每个电池簇单元1中的每个电池模块4处于并联状态，完成每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压均衡；电池模块4的电压均衡完成后，首先电池管理模块控制电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4断开，然后控制各个电池模块4之间的串联继电器k5闭合，再控制电池簇总继电器k2闭合，最后控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1闭合，即可以进行串联运行。

判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，之后，还包括：所述电池管理模块判断每个电池簇单元1中电池模块4的电压是否正常，若所述每个电池簇单元1中电池模块4的电压正常，执行所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1中的每个电池模块4，均衡所述每个电池簇单元1中的每个电池模块4的电压；若所述每个电池簇单元1中的电池模块4的电压异常，所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1中电压正常的电池模块4。

所述电池模块4与电池管理模块连接，电池管理模块能够对电池模块4以及电池模块4中的单体电池的电压进行检测，若电池模块4中有单体电池异常、电池模块4电压超出范围等异常，则该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4不闭合，电池管理系统发出提示，该电池模块4可采用人工维护，当电池模块4中有单体电池的电压、电池模块4电压在正常范围内时，则闭合该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4，进行储能系统的电压均衡。

本发明实施例3提供一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路，其电路图，如图3所示，其包括至少两个并联接入电网的电池簇单元1、电压均衡单元2和电池管理模块，每个电池簇单元1与电网之间均串接主继电器k1，所述每个电池簇单元1通过电压均衡单元2与正负极母线连接，所述电池管理模块分别与主继电器k1和电压均衡单元2连接用于控制继电器电源的断开和闭合；所述电池管理模块与每个电池簇单元1连接用于采集电池簇单元1的电压信息。

所述每个电池簇单元1包括能量转换器3和至少一个电池模块4，所述电池模块4的负极与能量转换器3的一端连接，所述电池模块4的正极与能量转换器3的另一端连接，所述电池模块4和能量转换器3的另一端之间依次串接电池簇总继电器k2和熔断器fu1，所述电池簇总继电器k2与电池管理模块连接；所述至少一个电池模块4的正负极与电压均衡单元2连接；所述电池管理模块与所述至少一个电池模块4连接。

能量转换器(pcs)是一个双向变流器，将电网的交流电变换为直流给电池充电，将电池的直流电转换为交流电输出给电网。

其中，当所述电池簇单元1设置两个或两个以上时，相邻两个所述每个电池簇单元1的电池模块4之间串接电池簇并联继电器k6，所述电池簇并联继电器k6与电池管理模块连接；

其中，当所述每个电池簇单元1中电池模块4设置两个或两个以上时，每个电池模块4同向顺次串联，相邻两个所述每个电池模块4之间串接串联继电器k5，所述串联继电器k5与电池管理模块连接；每一个电池模块4的正负极与电压均衡单元2。

其中，所述电池模块4包括至少一个相互串联的单体电池。

为保证电池管理模块能够对电池模块4以及电池模块4中的单体电池的电压进行检测每一个电池模块4均与电池管理模块连接。

其中，所述电压均衡单元2包括正极并联继电器k3、负极并联继电器k4；所述正极并联继电器k3的一端与电池模块4的正极连接，另一端接入正极并联母线5；所述负极并联继电器k4的一端与电池模块4的负极连接，另一端接入负极并联母线6；所述电池管理模块分别与主继电器k1、电池簇总继电器k2、所述正极并联继电器k3、负极并联继电器k4连接用于控制继电器电源的断开和闭合。

电池管理模块用于控制各继电器的断开和闭合。

其中，所述电池模块4与正极并联继电器k3之间还串接有限流电阻rc；所述电池模块4与负极并联继电器k4之间还串接有熔断器fu2。

为保证电池模块4安全性，各个电池模块4与负极并联母线6之间设置熔断器fu2；为限制正极并联继电器k3闭合瞬间的电流，各个电池模块4与正极并联母线5之间设置限流电阻rc。

本发明实施例还提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡方法，该方法采用如实施例3所述的用于储能系统电池模块的电压均衡电路，当所述电池簇单元1设置两个或两个以上时，当所述每个电池簇单元1的电池模块4包括两个或两个以上的电池模块4时，该方法具体为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压信息，并且判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，如果所述每个电池模块4的电压信息的电压信息不同，所述电池管理模块控制主继电器k1、电池簇总继电器k2、串联继电器k5断开，然后所述电池管理模块控制电压均衡单元2中的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，均衡所述每个电池簇单元1的每个电池模块4的电压；均衡所述每个电池簇单元1的每个电池模块4的电压，之后，还包括：所述电池管理模块控制电池簇并联继电器k6闭合，均衡所述不同电池簇单元1中每个电池模块4的电压。

该方法的具体实施过程为：该方法的具体实施过程为：所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压信息，并且判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，如果所述每个电池模块4的电压信息的电压信息不同，储能系统需要对电池簇单元1中的每个电池模块4进行均衡时，首先电池管理模块控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1断开，然后控制电池簇总继电器k2断开，再断开各电池模块4之间的串联继电器k5；然后电池管理模块控制各个电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4闭合，此时，每个电池簇单元1中的每个电池模块4处于并联状态，完成每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压均衡；之后，储能系统需要对相互并联的电池簇单元1的电池模块进行均衡时，闭合相邻电池簇单元1之间的电池簇并联继电器k6，此时，相邻电池簇单元1中的各个电池模块4均处于并联状态，完成不同电池簇单元1中各个电池模块4的电压均衡，从而使不同电池簇单元1之间的电压达到一致；均衡每个电池簇单元1的电压后，首先，控制相邻电池簇单元1之间的电池簇并联继电器k6断开，电池管理模块控制电池模块4的正极并联继电器k3、负极并联继电器k4断开，然后控制各个电池模块4之间的串联继电器k5闭合，再控制电池簇总继电器k2闭合，最后控制能量转换器3与电网之间的主继电器k1闭合，即可以进行串联运行。

所述电池管理模块采集每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压信息，并且判断所述每个电池模块4的电压信息是否相同，之后，还包括：所述电池管理模块判断每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压是否正常，若所述每个电池簇单元1中每个电池模块4的电压正常，执行所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1中的每个电池模块4，均衡所述每个电池簇单元1中的每个电池模块4的电压；若所述每个电池簇单元1中的电池模块4的电压异常，所述电池管理模块控制电压均衡单元2并联每个电池簇单元1中电压正常的电池模块4。

所述电池模块4与电池管理模块连接，电池管理模块能够对电池模块4以及电池模块4中的单体电池的电压进行检测，若电池模块4中有单体电池异常、电池模块4电压超出范围等异常，则该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4不闭合，电池管理系统发出提示，该电池模块4可采用人工维护，当电池模块4中有单体电池的电压、电池模块4电压在正常范围内时，则闭合该电池模块4与正极并联母线5和负极并联母线6之间的正极并联继电器k3和负极并联继电器k4，进行储能系统的电压均衡。

综上所述，本发明提供了一种用于储能系统电池模块的电压均衡电路及其电压均衡方法，电池管理模块控制主继电器、电池簇继电器断开，控制电池模块的正极并联继电器和负极并联继电器闭合，利用并联电池电压一致的原理，使各电池模块并联均衡，各电池模块电压均衡后采用串联运行，本发明能够实现电池簇内各电池模块以及不同簇内电池模块间快速、高效均衡，而且均衡方案可靠性高、成本低，能使电池堆内部各模块电压达到高度一致性，提高电池系统电压一致性，延长系统运行时间与使用寿命。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。