一种并联储能电池簇间电压补偿电路

本发明涉及电化学储能的，尤其是指一种并联储能电池簇间电压补偿电路。

背景技术：

1、电化学储能是维持电力系统和电气化交通系统等领域稳定供电，以及新能源消纳和高效利用的核心系统。其中，大容量电化学储能电池簇间电压不均衡是亟待解决的关键问题。按200kw dc-dc变换器计算，损耗达到4kw，耗费大量的能源，而且需要额外增加大规模空调机进行散热，极大降低系统的功率密度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种功率小、成本低、尺寸小、容易散热的并联储能电池簇间电压补偿电路，通过至少2个电压补偿模块对电池电压进行补偿，统一电压进行并网，利用两个电路单元之间的二极管防止直流母线短路或电压波动造成低压管击穿，提前将电压隔离，可以减少高压管的使用。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种并联储能电池簇间电压补偿电路，表现为多个储能电池簇通过电压补偿电路来实现与直流母线并联，包括至少2个电压补偿模块，每个电压补偿模块包括储能单元、第一电路单元、第二电路单元、保险丝、缓冲电池、补偿电容、欠压二极管vd1和过压二极管vd2，其中，所述储能单元正极与直流母线正极之间通过保险丝连接，所述第一电路单元的输入端与储能单元连接，所述第二电路单元的输入端与第一电路单元的输出端相连，其输出端与补偿电容相连，所述缓冲电池与第一电路单元输出端相连，所述补偿电容与第二电路电压的输出端并联，其正极与储能单元负极连接，其负极与直流母线负极连接，所述补偿电容与储能单元和直流母线构成串联回路，所述欠压二极管vd1的阳极与直流母线负极连接，其阴极与储能单元的负极连接，所述过压二极管vd2的阳极与储能单元的负极连接，其阴极与第一电路单元的输出端的正极连接。

3、进一步，通过第一电路单元和第二电路单元的配合，根据储能单元的电压情况，改变补偿电容的电压，实现储能单元与直流母线之间的电压均衡补偿；补偿电压为：

4、u＝α·β·udc

5、式中，u为补偿电压，α、β分别为第一电路单元和第二电路单元的电压增益，udc为储能单元电压；

6、其中，补偿电压需满足：

7、u＝uw-udc

8、式中，uw为直流母线电压。

9、进一步，当直流母线短路时，欠压二极管vd1导通，第二电路单元和补偿电容的电压钳位到二极管导通电压，保险丝上流过的电流i增大，保险丝电阻为r，当直流母线短路持续一段时间t后，由于保险丝发热量等于i*i*r*t，保险丝温度剧烈升高，远大于保险熔断值，所以保险熔断，起到保护储能电池簇的作用；当直流母线电压过充到设定程度，补偿电压大于第一电路单元的输出电压时，过压二极管vd2导通，将输出电压钳位在第一电路单元的输出电压，欠压二极管vd1也钳位在第一电路单元的输出电压；当直流母线电压跌落到设定程度，欠压二极管vd1导通，补偿电容的电压钳位在二极管导通电压，防止补偿电容电压承受过高的电压。

10、进一步，根据储能单元的性质，第一电路单元为dc/dc变换器或ac/dc变换器，当输入端的储能单元为储能电池、直流电压源或光伏板时，第一电路单元为dc/dc变换器；当输入端的储能单元为交流电压源时，第一电路单元为ac/dc变换器。

11、进一步，所述第一电路单元和第二电路单元皆为双向变换器，能够双向输出。

12、进一步，所述第二电路单元为升压电路。

13、本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

14、1、本发明通过至少2个电压补偿模块对电池电压补偿，补偿电压到与直流母线的电压一致，实现并网，同时减少功率损耗，提高电路效率，降低体积与成本。

15、2、本发明可以有效地消除木桶效应，并实现新旧电池的混用，解决由于电芯特性不一致或新旧电池混用而导致的电池簇内阻不一致性问题，从而消除簇间内部环流，减少能量损失，延长电池寿命。

16、3、本发明加入欠压二极管vd1和过压二极管vd2，能防止当直流母线欠压，过压或短路时，能将电压钳位在安全电压下，或及时切除与直线母线连接，避免对储能电池簇和电路造成电压冲击，保护电池簇和电路。

17、4、本发明需要在第一电路单元使用能耐受较高电压等级的开关管和二极管，而第二电路单元可以使用电压等级较低的开关管和二极管，降低成本，且工作频率可以增大，整体效率和功率密度更高。

18、5、本发明功率小、成本低、尺寸小、容易散热。

技术特征：

1.一种并联储能电池簇间电压补偿电路，表现为多个储能电池簇通过电压补偿电路来实现与直流母线并联，其特征在于：包括至少2个电压补偿模块，每个电压补偿模块包括储能单元、第一电路单元、第二电路单元、保险丝、缓冲电池、补偿电容、欠压二极管vd1和过压二极管vd2，其中，所述储能单元正极与直流母线正极之间通过保险丝连接，所述第一电路单元的输入端与储能单元连接，所述第二电路单元的输入端与第一电路单元的输出端相连，其输出端与补偿电容相连，所述缓冲电池与第一电路单元输出端相连，所述补偿电容与第二电路电压的输出端并联，其正极与储能单元负极连接，其负极与直流母线负极连接，所述补偿电容与储能单元和直流母线构成串联回路，所述欠压二极管vd1的阳极与直流母线负极连接，其阴极与储能单元的负极连接，所述过压二极管vd2的阳极与储能单元的负极连接，其阴极与第一电路单元的输出端的正极连接。

2.根据权利要求1所述的一种并联储能电池簇间电压补偿电路，其特征在于：通过第一电路单元和第二电路单元的配合，根据储能单元的电压情况，改变补偿电容的电压，实现储能单元与直流母线之间的电压均衡补偿；补偿电压为：

3.根据权利要求1所述的一种并联储能电池簇间电压补偿电路，其特征在于：当直流母线短路时，欠压二极管vd1导通，第二电路单元和补偿电容的电压钳位到二极管导通电压，保险丝上流过的电流i增大，保险丝电阻为r，当直流母线短路持续一段时间t后，由于保险丝发热量等于i*i*r*t，保险丝温度剧烈升高，远大于保险熔断值，所以保险熔断，起到保护储能电池簇的作用；当直流母线电压过充到设定程度，补偿电压大于第一电路单元的输出电压时，过压二极管vd2导通，将输出电压钳位在第一电路单元的输出电压，欠压二极管vd1也钳位在第一电路单元的输出电压；当直流母线电压跌落到设定程度，欠压二极管vd1导通，补偿电容的电压钳位在二极管导通电压，防止补偿电容电压承受过高的电压。

4.根据权利要求1所述的一种并联储能电池簇间电压补偿电路，其特征在于：根据储能单元的性质，第一电路单元为dc/dc变换器或ac/dc变换器，当输入端的储能单元为储能电池、直流电压源或光伏板时，第一电路单元为dc/dc变换器；当输入端的储能单元为交流电压源时，第一电路单元为ac/dc变换器。

5.根据权利要求1所述的一种并联储能电池簇间电压补偿电路，其特征在于：所述第一电路单元和第二电路单元皆为双向变换器，能够双向输出。

6.根据权利要求1所述的一种并联储能电池簇间电压补偿电路，其特征在于：所述第二电路单元为升压电路。

技术总结
本发明公开了一种并联储能电池簇间电压补偿电路，包括至少2个电压补偿模块，每个电压补偿模块包括储能单元、第一电路单元、第二电路单元、保险丝、缓冲电池、补偿电容、欠压二极管VD1和过压二极管VD2，储能单元正极通过保险丝连接直流母线正极，第一电路单元输入端连接储能单元，第二电路单元输入端连接第一电路单元输出端，缓冲电池连接第一电路单元输出端，补偿电容与第二电路电压输出端并联，其正极连接储能单元负极，其负极连接直流母线负极，欠压二极管VD1阳极连接直流母线负极连接，其阴极连接储能单元的负极，过压二极管VD2阳极连接储能单元的负极，其阴极连接第一电路单元的输出端的正极。本发明具有功率小、成本低、尺寸小、容易散热等优点。

技术研发人员：杜贵平,陈瑞佳,吴铭涛,陈毓,唐文涛
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17