一种电池组及其均衡控制方法与流程

本发明涉及一种电池组及其均衡控制方法，属于电池。

背景技术：

1、在环境和能源问题日益严峻的大环境下，新能源发电和用户侧的电能替代得到了并将继续得到大力发展。新能源发电的波动性和随机性需要储能系统来平抑，电池储能是储能的一种典型型式。与此同时，电动汽车是用户侧电能替代的一种典型型式。

2、单个电池的电压较低，而电池储能和电动汽车等场合的电池组电压很高，现有的电池组由若干单体电池串并联组成。由于生产工艺或使用材质不均匀的因素，各单体电池的初始容量、电池内阻、自放电率参数都存在差异。随着电池使用时间的增长，初始的差异会不断变大，而不适宜的工作温度会加剧电池进一步不一致性，从而导致“木桶效应”，即性能较差的电池会被消耗的更为迅速，加速电池的老化，降低电池的使用寿命，严重时甚至会导致电池变形、爆炸。因此减小电池的不一致性能保护电池，延长电池的使用寿命。当电池组存在单体电池不一致性时，要采取相应措施来减小电池组的不一致性达到优化整体放电性能的效果。目前主要的均衡方法分为被动均衡和主动均衡2种方法。被动均衡是通过接入电阻等耗散元件的方式来消耗电池组中电量较高的电池，达到电池组中各电池电量均衡的目的。被动均衡存在耗散电流，会造成能量损失和发热，当电池组的不一致性严重时，电路热效应会进一步破坏电池组稳定性，常见的被动均衡有固定电阻分流器法和开关电阻分流器法。主动均衡是利用一些储能元件和开关元件，将电池组中较高电量电池的能量转移到较低电量电池中，实现电池组各单体电池电量的均衡。主动均衡能提高能量的使用效率，增加电池组单次充电的使用时间，但目前常见的主动均衡方案的控制逻辑和功率电路都较为复杂，成本较高，模块化程度不高。电池的扩容一般采用并联的方式，但是并联的电池之间无法主动实现能量的转移，均衡效果不好。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电池组及其均衡控制方法，解决现有技术中存在的能量损失、控制逻辑和功率电路复杂、模块化程度低、无法实现能量转移导致的均衡效果差缺陷。

2、为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种电池组，由一个电池臂构成或由多个电池臂并联构成，电池臂由电池串和限流器串联构成，电池串由电池子模块串联构成，电池子模块为半桥类型电池子模块或全桥类型电池子模块，电池臂的两端设有正极功率端子和负极功率端子，电池臂的正极功率端子短接点为电池组的正极功率端子，电池臂的负极功率端子短接点为电池组的负极功率端子。

4、结合第一方面，进一步的，所述半桥类型电池子模块包括电池本体和与电池本体连接的两个开关，所述全桥类型电池子模块包括电池本体和与电池本体连接的四个开关。

5、结合第一方面，进一步的，所述电池臂两端串联有开关。

6、结合第一方面，进一步的，所述限流器为集中布置或分散布置。

7、第二方面，本发明还提供了一种第一方面任一项所述电池组的均衡控制方法，包括：

8、在电池臂充电阶段将若干个电池子模块设置为投入状态，所述若干个电池子模块为电池本体电压或电池本体荷电状态高低排序从低往高的若干个电池子模块，将其余电池子模块设置为退出或旁路状态；

9、在电池臂放电阶段将若干个电池子模块设置为投入状态，所述若干个电池子模块为电池本体电压或电池本体荷电状态高低排序从高往低的若干个电池子模块，将其余电池子模块设置为退出或旁路状态；

10、所述电池子模块设置为投入状态的数量通过以下方法得到：

11、获取电池臂参考电压，对电池臂参考电压除以电池子模块额定电压的商四舍五入取整后得到电池臂中电池子模块设置为投入状态的数量，其中电池臂参考电压包含额定直流分量和注入交流分量，每个电池臂参考电压的额定直流分量相等，注入交流分量的幅值相等，频率相等，相位依次相差2π/m。

12、结合第二方面，进一步的，所述电池臂处于充电阶段/放电阶段是根据电池臂电流方向判断得到，当电池臂电流从正极功率端子经过电池臂流向负极功率端子为充电阶段，当电池臂电路从负极功率端子经过电池臂流向正极功率端子为放电阶段。

13、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

14、本发明提供的一种电池组及其均衡控制方法，以多个电池子模块串联成电池串从而实现能量转移，进而提升均衡效果，若有多个电池臂则并联得到电池组，实现电池的扩容且扩容灵活，且各部分都是模块化设计，方便维护检修，通过限流器来抑制电流臂之间的环流和电流臂的暂态电流；本发明采用主动均衡控制方法，避免耗散电流，从而避免能量损失和发热，且本发明中的主动均衡控制方法，仅需要预先计算得到电池子模块设置为投入状态的数量，其余电池子模块设置为退出或旁路状态即可，通过动态调整电池臂中电池子模块投入的数量来控制电池臂之间的环流从而给电池臂创造充放电电流，实现电池组的均衡控制，控制逻辑和功率电路简单，并且成本也降低。

技术特征：

1.一种电池组，其特征在于，由一个电池臂构成或由多个电池臂并联构成，电池臂由电池串和限流器串联构成，电池串由电池子模块串联构成，电池子模块为半桥类型电池子模块或全桥类型电池子模块，电池臂的两端设有正极功率端子和负极功率端子，电池臂的正极功率端子短接点为电池组的正极功率端子，电池臂的负极功率端子短接点为电池组的负极功率端子。

2.根据权利要求1所述的一种电池组，其特征在于，所述半桥类型电池子模块包括电池本体和与电池本体连接的两个开关，所述全桥类型电池子模块包括电池本体和与电池本体连接的四个开关。

3.根据权利要求1所述的一种电池组，其特征在于，所述电池臂两端串联有开关。

4.根据权利要求1所述的一种电池组，其特征在于，所述限流器为集中布置或分散布置。

5.一种权利要求1至4任一项所述电池组的均衡控制方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种电池组的均衡控制方法，其特征在于，所述电池臂处于充电阶段/放电阶段是根据电池臂电流方向判断得到，当电池臂电流从正极功率端子经过电池臂流向负极功率端子为充电阶段，当电池臂电路从负极功率端子经过电池臂流向正极功率端子为放电阶段。

技术总结
本发明公开了一种电池组及其均衡控制方法，属于电池技术领域，电池组由一个电池臂构成或由多个电池臂并联构成，电池臂由电池串和限流器串联构成，电池串由电池子模块串联构成，电池子模块为半桥类型电池子模块或全桥类型电池子模块，电池臂的两端设有正极功率端子和负极功率端子，电池臂的正极功率端子短接点为电池组的正极功率端子，电池臂的负极功率端子短接点为电池组的负极功率端子；本发明通过串联多个电池子模块从而实现能量转移，进而提升均衡效果，若有多个电池臂则并联得到电池组，扩容灵活，且各部分都是模块化设计，方便维护检修；本发明中的主动均衡控制方法，仅需预先计算电池子模块设置为投入状态的数量，控制逻辑和功率电路简单。

技术研发人员：丁久东,陈福锋,郭晓,韩春江,康建爽,王哲,王玉婷
受保护的技术使用者：南京国电南自电网自动化有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13