一种用于储能系统电池模组的快速均衡装置的制作方法

1.本实用新型涉及储能系统领域，具体而言，涉及一种用于储能系统电池模组的快速均衡装置。


背景技术：

2.目前储能系统所用的电池系统采用先并后串方式组成电池簇，由于串联电路的基本特性，串联电路上的电池可用容量只能达到最弱电池模组的容量，产生电池模组串联失配，使其他电池容量无法被充分利用，同时当电池簇中一个模组发生故障需要更换时，由于系统无模组均衡功能，无法直接替换故障模组。储能系统应用过程中存在电池系统利用率低，日常运维及失效维修难度大等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种用于储能系统电池模组的快速均衡装置，其能够快速有效的完成电池模组容量均衡，完成电池模组现场失效维修，降低运维成本，提高电池系统容量利用率。
4.本实用新型的实施例是这样实现的：
5.一种用于储能系统电池模组的快速均衡装置，该快速均衡装置包括：正常充电模块、失配充电模块、均衡电路模块和均衡控制器，正常充电模块和失配充电模块并联后依次连接均衡电路模块和均衡控制器；均衡控制器为stm32f405zgt6芯片；正常充电模块包括多个电池串联而成的串联电池组、与串联电池组串联的第一电流采样电路和与串联电池组并联的第一电压采样电路；失配充电模块包括失配电池、与失配电池串联的第二电路采样电路和与失配电池并联的第二电压采样电路。
6.在本实用新型的较佳实施例中，上述均衡电路模块包括：第一igbt管、第二igbt管和依次连接的第一连接铜排、第一电感器、第二连接铜排，第一igbt管的输入端连接正常充电模块或失配充电模块的正极，第一igbt管的输出端连接第一连接铜排，第二igbt管的输入端连接正常充电模块或失配充电模块的负极，第二igbt管的输出端连接第一连接铜排。
7.本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型中增设失配充电模块，当发生充电模组失配或单个充电模组故障需要更换时，储能系统依旧可以正常工作；在正常充电模块和失配充电模块上配置均衡电路模块和均衡控制器，均衡控制器通过通讯方式与均衡电路模块、正常充电模块、失配充电模块中的电压、电流数据采集模块进行数据交互，在正常充电模块和失配充电模块电压不一致的情况下，电压高的一方充电模块向电压低的一方充电，实现模组之间的电能均衡。
附图说明
8.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被
看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
9.图1为本实用新型实施例的快速均衡装置电路连接框图；
10.图2为本实用新型实施例的电压采样电路图；
11.图3为本实用新型实施例的电流采样电路图；
12.图4为本实用新型实施例的均衡电路模块电路图；
13.图5为本实用新型实施例的快速均衡装置工作流程框图。
14.图标：100-正常充电模块；200-失配充电模块；300-均衡电路模块；400-均衡控制器；110-串联电池组；120-第一电流采样电路；130-第一电压采样电路；210-失配电池；220-第二电流采样电路；230-第二电压采样电路；131-第一运算放大器；132-第一肖特基二极管；133-第二肖特基二极管；134-第一电阻；135-第二电阻；136-第一电容；137-第二电容；138-第一电感；121-第二运算放大器；122-第三肖特基二极管；123-第四肖特基二极管；124-第三电阻；125-第四电阻；126-第二电感；127-第三电容；128-第四电容；310-第一igbt管；320-第二igbt管；330-第一连接铜排；340-第一电感器；350-第二连接铜排。
具体实施方式
15.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
16.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.应注意到：附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
18.附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
19.应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
20.第一实施例
21.请参见图1，本实施例提供一种用于储能系统电池模组的快速均衡装置，具体用于储能系统锂离子电池模组维护设备。该快速均衡装置包括：正常充电模块100、失配充电模块200、均衡电路模块300和均衡控制器400，正常充电模块100和失配充电模块200并联后接
入依次连接的均衡电路模块300和均衡控制器400。
22.更为具体的，本实施例中的均衡控制器400为stm32f405zgt6芯片，用于调控完成正常充电模块100、失配充电模块200的电能均衡。
23.正常充电模块100包括多个电池串联而成的串联电池组110、与串联电池组110串联的第一电流采样电路120和与串联电池组110并联的第一电压采样电路130；在本实施例中的串联电池组110设置有4个串联的充电蓄电池，第一电流采样电路120用于采集串联电池组110的电流信息，第一电压采样电路130用于采集串联电池组110的平均电压信息u2。
24.失配充电模块200包括失配电池210、与失配电池210串联的第二电流采样电路220和与失配电池210并联的第二电压采样电路230；在本实施例中的失配电池210为1个充电蓄电池；失配电池210和串联电池组110分别设置在均衡电路模块300的两侧，第二电流采样电路220用于采集失配电池210的电流信息，第二电压采样电路230用于采集失配电池210的电压信息u1。在本实施例中的第一、第二电流采样电路的电路连接方式相同；第一、第二电压采样电路的电路连接方式相同。
25.请参见图2，第一电压采样电路130具体包括：第一运算放大器131、第一肖特基二极管132、第二肖特基二极管133、第一电阻134、第二电阻135、第一电容136、第二电容137、第一电感138。第一运算放大器131型号为mcp6052，第一肖特基二极管132、第二肖特基二极管133型号为bat54c。
26.串联电池组110的正负极分别接入第一运算放大器131的同相输入端和反向输入端；第一肖特基二极管132的两端分别连接3v3a的电源正极和第一运算放大器131的反向输入端；第二肖特基二极管133的两端分别连接3v3a的电源正极和第一运算放大器131的同相输入端；第一电阻134的两端分别连接串联电池组110的负极和第一运算放大器131的输出端；第二电阻135的两端分别连接串联电池组110的正极和运算放大器的电压源正极；第一电感138、第一电容136串联，第一电感138的输入端连接第一运算放大器131的输出端，第一电容136的输出端接地。
27.请参见图3，第一电流采样电路120具体包括：第二运算放大器121、第三肖特基二极管122、第四肖特基二极管123、第三电阻124、第四电阻125、第二电感126、第三电容127和第四电容128。
28.串联电池组110的正负极分别接入第二运算放大器121的同相输入端和反向输入端；第三肖特基二极管122的两端分别连接3v3a的电源正极和第一运算放大器131的反向输入端；第四肖特基二极管123的两端分别连接3v3a的电源正极和第二运算放大器121的同相输入端；第三电阻124的两端分别连接串联电池组110的负极和第二运算放大器121的输出端；第四电阻125连接串联电池组110的正极；第二电感126、第三电容127串联，第二电感126的输入端连接第二运算放大器121的输出端，第四电容128的输出端接地。第三电容127连接第二运算放大器121的电压源负极后接地。
29.请参见图4，均衡电路模块300包括：第一igbt管310、第二igbt管320和依次连接的第一连接铜排330、第一电感器340、第二连接铜排350，第一igbt管310、第二igbt管320的型号为fgh40t100smd。
30.第一igbt管310的输入端连接正常充电模块100或失配充电模块200的正极，第一igbt管310的输出端连接第一连接铜排330，第二igbt管320的输入端连接正常充电模块100
或失配充电模块200的负极，第二igbt管320的输出端连接第一连接铜排330。
31.请参见图5，储能系统电池系统的运作方式如下：储能系统电池系统中1-5号电池模组为储能系统电池组，如图所示，其中，1-4号模组为正常模组，5号为失配模组或替换模组，如图所示，将1-4号正常电池模组串联完成接至均衡电路一侧，将5号需均衡模组接至均衡电路另一侧，均衡控制器400通过通讯方式与均衡电路、电压、电流模块进行数据交互，当发生模组失配或单个模组故障需要更换时，串联电池组110或失配电池210能够单独使用，使得储能系统电池系统能够持续运行。
32.在充电过程中，均衡开启后，均衡控制器400获取2路充电模组的电压信息，根据电压信息判断均衡电路工作模式，当失配充电模块200的失配电池210电压u1大于正常模组的平均电压u2时，均衡控制器400控制失配充电模块200中的失配电池210升压后给正常模组充电，均衡过程中，均衡控制器400每间隔60s检测一次电压及电流信息，当需均衡模组电压与正常模组电压达到平衡时即停止均衡，反之失配充电模块200的失配电池210电压u1小于正常模组平均电压u2时，均衡控制器400控制均衡电路将正常模组降压后给失配充电模块200的失配电池210充电，降低对失配电池210的冲击，均衡过程中，均衡控制器400每间隔60s检测一次电压及电流信息，当需均衡模组电压与正常模组电压达到平衡时即停止均衡。
33.综上所述，本实用新型中增设失配充电模块，当发生充电模组失配或单个充电模组故障需要更换时，储能系统依旧可以正常工作；在正常充电模块100和失配充电模块200上配置均衡电路模块300和均衡控制器400，均衡控制器400通过通讯方式与均衡电路模块300、正常充电模块100、失配充电模块200中的电压、电流数据采集模块进行数据交互，在正常充电模块100和失配充电模块200电压不一致的情况下，电压高的一方充电模块向电压低的一方充电，实现模组之间的电能均衡。
34.本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本实用新型的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本实用新型的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
35.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。