一种储能电池均衡装置及储能电池的制作方法

本技术主要涉及储能电池，具体涉及一种储能电池均衡装置及储能电池。

背景技术：

1、随着清洁能源(如风能、太阳能等)的快速发展以及电动汽车、智能家居等新兴应用的普及，储能电池的需求量迅速增加，成为节能环保和可持续发展的重要手段。储能电池一般由数百节电池串联而成，不同单体电池由于容量、寿命等方面的差异，会导致电池组中的电池电量不均衡，一些电池的电量过高或过低。如果不进行均衡，这些不同电量的电池会影响整个电池组的输出电压、容量、寿命等性能，甚至会造成电池故障。因此，需要对电池组进行均衡，使电池组中每个单体电池的电量维持在一个合理的范围内，保证整个电池组的性能和安全。

2、针对储能电池运行过程中充放电的不一致问题，行业相关研究采用被动和主动两种均衡方式，电池被动均衡是一种常见的电池均衡方法，通过在电池单体之间串联电阻器或放置平衡器等被动元件，实现电池单体之间的电荷传递，因而使电池单体电量实现均衡。被动均衡不需要任何电路控制，实现简单且成本较低，因此在某些应用场景下被广泛采用，但被动均衡效率较低，并且不够精确，对电池的寿命和性能影响较大。电池主动均衡是一种高效的电池均衡方法，通过控制电池内、外部电路，实现电池单体之间的电荷传递，使电池单体电量实现均衡。电池主动均衡通常采用电池管理系统(bms)来控制和监测整个电池组的状态，根据单体电压、内阻、温度等参数进行均衡控制，达到电池单体电量均衡的目标。

3、在主动均衡方面，近年来行业内提出了新的解决方案，例如公布号cn114899923a“一种中高压储能系统中电池组动态均衡系统和方法”提出了一种能量切片装置串联在两个电池模组之间，根据采集的电池模组参数，将充电快的电池模组或放电快的电池模组从储能系统中切出，并根据充电快的程度和/或放电快的程度设置切出的预设时间，使得各电池模组之间“相互协作，量力而行”，在充电阶段让充电快的等一等，在放电阶段让放电快的等一等。公布号cn204947672u“基于电感储能的串联电池组双向无损均衡电路”公开了基于电感储能的串联电池组双向无损均衡电路，其中串联电池组均分为上下两部分，上半部分电池单体为上电池组，下半部分电池单体为下电池组。每一个电池单体与单个均衡子电路相连接，总均衡子电路跨接在电源与地之间，每一个均衡子电路又与控制电路相连接。通过控制均衡子电路中上下桥mosfet的通断与电感储能作用，该电路可以实现电池组充放电过程中的动态均衡，改善串联电池组的不均衡现象。公布号cn110011365a“储能电池组均衡系统”公布一种储能电池组均衡系统包括电池组，整组电池组分为若干个小组，分别配备电池管理模块(bmu)、组内变换器、组间变换器和开关组，以加快均衡速度和不过多增加系统复杂度。

4、其中cn114899923a“一种中高压储能系统中电池组动态均衡系统和方法”采用能量切片装置，将soc较高的模组整体旁路，会导致充电及放电过程中，电池电压突变，在充电过程中，电池系统电压骤降可能导致充电电流急速上升，对系统造成冲击。放电过程中，电池电压骤降，可能导致逆变器直流电压巨幅波动，影响电能质量。cn204947672u“基于电感储能的串联电池组双向无损均衡电路”上下桥臂采用反并联二极管的mosfet，在充放电过程中，与mosfet并联的二极管内部会存在电流，造成能量损失。cn110011365a“储能电池组均衡系统”通过总的直流母线经dc/dc电路后对单个电池均衡，电路比较复杂，且需要多个可控开关，难以控制。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种整体结构简单、元器件少、成本低且操作简便的储能电池均衡装置及储能电池。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

3、一种储能电池均衡装置，包括开关阵列模块、开关控制模块、直流母线和有源器件，所述开关阵列模块包括多个开关组件，各开关组件与储能电池中的各单体电池一一对应，且均与开关控制模块相连，各单体电池均通过对应的开关组件与直流母线相连，所述有源器件并联在所述直流母线上。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、所述开关组件包括单个开关器件，所述开关器件串联于单体电池的正极与直流母线的正极之间；或者所述开关器件串联于单体电池的负极与直流母线的负极之间。

6、所述开关组件包括两个开关器件，其中一个开关器件串联于单体电池的正极与直流母线的正极之间，另一个开关器件串联于单体电池的负极与直流母线的负极之间。

7、所述开关器件为晶闸管、igbt或场效应管。

8、所述开关器件为mosfet场效应管，所述mosfet场效应管的栅极与开关控制模块相连，所述mosfet场效应管的源极与单体电池相连，所述mosfet场效应管的漏极与直流母线相连。

9、所述有源器件为电容。

10、所述开关控制模块为plc控制器或者单片机。

11、本实用新型还公开了一种储能电池，包括多个依次串联的单体电池，以及如上所述的储能电池均衡装置。

12、与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

13、本实用新型通过开关阵列模块与电容构建均衡电路，通过对开关阵列模块中各开关组件的通断调节来实现高soc单体电池向电容转移电荷，然后再通过电容向低soc单体电池转移电荷，即通过电容进行能量的转移，进而实现各单体电池之间的均衡，其整体结构简单、元器件少、成本低且操作简便；另外由于电容在直流稳态下相当于断路，不会存在电能损耗。

技术特征：

1.一种储能电池均衡装置，其特征在于，包括开关阵列模块(1)、开关控制模块、直流母线(2)和有源器件(3)，所述开关阵列模块(1)包括多个开关组件，各开关组件与储能电池中的各单体电池(4)一一对应，且均与开关控制模块相连，各单体电池(4)均通过对应的开关组件与直流母线(2)相连，所述有源器件(3)并联在所述直流母线(2)上。

2.根据权利要求1所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述开关组件包括单个开关器件，所述开关器件串联于单体电池(4)的正极与直流母线(2)的正极之间；或者所述开关器件串联于单体电池(4)的负极与直流母线(2)的负极之间。

3.根据权利要求1所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述开关组件包括两个开关器件，其中一个开关器件串联于单体电池(4)的正极与直流母线(2)的正极之间，另一个开关器件串联于单体电池(4)的负极与直流母线(2)的负极之间。

4.根据权利要求2或3所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述开关器件为晶闸管、igbt或场效应管。

5.根据权利要求4所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述开关器件为mosfet场效应管，所述mosfet场效应管的栅极与开关控制模块相连，所述mosfet场效应管的源极与单体电池(4)相连，所述mosfet场效应管的漏极与直流母线(2)相连。

6.根据权利要求1或2或3所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述有源器件(3)为电容。

7.根据权利要求1或2或3所述的储能电池均衡装置，其特征在于，所述开关控制模块为plc控制器或者单片机。

8.一种储能电池，包括多个依次串联的单体电池(4)，其特征在于，还包括如权利要求1-7中任意一项所述的储能电池均衡装置。

技术总结
本技术公开了一种储能电池均衡装置，包括开关阵列模块、开关控制模块、直流母线和有源器件，所述开关阵列模块包括多个开关组件，各开关组件与储能电池中的各单体电池一一对应，且均与开关控制模块相连，各单体电池均通过对应的开关组件与直流母线相连，所述有源器件并联在所述直流母线上。本技术还公开了一种储能电池，包括多个依次串联的单体电池，以及如上所述的储能电池均衡装置。本技术具有整体结构简单、元器件少、成本低且操作简便等优点。

技术研发人员：杨彪,黄超辉,陈勇,龙涛,周香玲,何学飞
受保护的技术使用者：湖南红太阳新能源科技有限公司
技术研发日：20230727
技术公布日：2024/2/19