层级式均衡系统、储能系统与均衡方法与流程

本发明属于储能均衡控制，具体涉及一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法。

背景技术：

1、对于电化学储能系统来说，由于需要大量的电芯进行串联和并联。这就导致了电芯的木桶效应，即储能系统的充放电电量是取决于在串并联结构中容量最小的那颗电芯的限制。评价一个储能系统的好坏，主要标准之一是衡量的系统的木桶效应，即一颗电芯的不均衡性能够影响多少颗电芯的充放电电量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种层级式均衡系统。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种层级式均衡系统，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；

3、所述电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；

4、所述电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；

5、所述电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的dc/dc变换器，dc/dc变换器两端并联变换器旁路开关，每个dc/dc变换器均通过相应的插箱控制器独立控制；

6、所述控制中心用于根据电池插箱的电气参数判断电池簇中的电池插箱是否存在不均衡现象，并能控制dc/dc变换器对电池插箱进行均衡。

7、进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。

8、进一步的，所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。

9、进一步的，所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。

10、进一步的，所述电池簇控制单元还包括并联在dc/dc变换器两端的变换器旁路开关。

11、本发明还提供一种层级式储能系统，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权本发明的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均衡；每个电芯均设有独立的电芯控制单元，每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元与电池簇控制单元。

12、进一步的，每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。

13、本发明还提供一种层级式均衡方法，用于对本发明的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：

14、电芯控制单元实时采集电芯的电气参数并发送给电池插箱控制单元；

15、电池插箱控制单元根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，若存在不均衡现象则控制均衡电路对电芯充/放电进行均衡；

16、电池插箱控制单元将电池插箱中各电芯的电气参数上传至控制中心，控制中心计算各电池插箱的电气参数，判断电池插箱的不均衡性是否超过阈值，若是则断开变换器旁路开关以投入dc/dc变换器对电池插箱进行均衡。

17、进一步的，所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关；

18、当电芯不均衡性超过阈值时，电池插箱控制单元控制电芯旁路开关投入以切除当前容量最小的电芯或损坏的电芯；

19、当电池插箱内的电芯被旁路时，断开变换器旁路开关以投入dc/dc变换器以维持插箱的输出电压。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

21、1、本发明提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。

22、2、本发明通过均衡电路对电芯进行均衡，电芯的均衡解决了整个电池插箱的不均衡问题，通过dc/dc变换器对电池插箱进行均衡，电池插箱的均衡解决了整个电池簇的不均衡性。

23、3、当电池插箱的不均衡性未超过阈值，dc/dc变换器被旁路，不会对电池插箱的输出造成效率损失。当电池插箱的不均衡性超过阈值时，才投入dc/dc变换器，通过dc/dc变换器的升压或降压功能，使电池插箱的输出趋于一致。

24、4、电芯旁路开关与变换器旁路开关联动，旁路电芯后，电池插箱整体电压降低，插箱的dc/dc会维持住输出电压不变但降低其功率，从而确保其充放电电流在合理的范围内。

技术特征：

1.一种层级式均衡系统，其特征在于：包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；

2.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关。

3.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述电芯旁路开关两端分别通过正极开关、负极开关与电芯的正、负极连接。

4.根据权利要求2所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述均衡电路包括分别连接在电芯正、负极的正均衡开关与负均衡开关。

5.根据权利要求1所述的层级式均衡系统，其特征在于：所述采样模块包括电流采集模块与电压采集模块。

6.一种层级式储能系统，其特征在于，包括电堆，所述电堆由电池簇串联而成，所述电池簇由电池插箱串联而成，所述电池插箱由电芯串联而成；通过权利要求1所述的层级式均衡系统对电芯与电池插箱进行均衡；每个电芯均设有独立的电芯控制单元，每个电池插箱均设有独立的电池插箱控制单元与电池簇控制单元。

7.根据权利要求6所述的层级式储能系统，其特征在于：每个电池插箱内均设有均衡电源，电池插箱内的电芯通过各自的均衡电路连接至所述均衡电源。

8.根据权利要求7所述的层级式储能系统，其特征在于：通过ac/dc将外部交流电源转化为均衡电源，或者通过电池簇输出端的dc/dc变换器将电池簇输出电压转化为均衡电源。

9.一种层级式均衡方法，其特征在于：用于对权利要求8所述的储能系统进行均衡，并包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的层级式均衡方法，其特征在于：所述电芯控制单元还包括用于并联在电芯两端的电芯旁路开关；

技术总结
本发明属于储能均衡控制技术领域，公开了一种层级式均衡系统、储能系统与均衡方法，包括电芯控制单元、电池插箱控制单元、电池簇控制单元与控制中心；电芯控制单元包括用于采集电芯的电气参数的采样模块与均衡电路；电池插箱控制单元用于根据电芯的电气参数判断电池插箱中的电芯是否存在不均衡现象，并能控制均衡电路对电芯进行均衡；电池簇控制单元包括用于连接在电池插箱的输出端的DC/DC变换器，DC/DC变换器两端并联变换器旁路开关。本发明提供的层级式均衡系统可以解耦电芯在储能系统产生的木桶效应，即单体电芯的不均衡性可以独立调控而不影响系统内其他电芯的充放电电量。

技术研发人员：余福龙
受保护的技术使用者：南昌上阳泰能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15