一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置及控制方法，该储能液态金属电池的成组均衡控制装置，包括N个串联的液态金属电池单元、电压检测模块、均衡控制模块、均衡电路模块，筛选一致性较高的数节液态金属电池单体按照先串再并的方式组成一个电池单元，放置在同一个高温保温箱中。本发明专利技术还公开了一种储能液态金属电池成组充放电均衡控制方法。本发明专利技术的控制装置和控制方法，能够解决液态金属电池电压平台低且宽而难以实施主动均衡控制的缺陷，以及应对液态金属电池成组使用时所处的高温环境，降低均衡控制装置和控制方法的复杂性，从而满足对于液态金属电池的储能使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置及控制方法
本专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置及控制方法，其能够解决液态金属电池电压平台低且宽而难以实施主动均衡控制的缺陷，以及应对液态金属电池成组使用时所处的高温环境，降低均衡控制装置和控制方法的复杂性。
技术介绍
储能技术在提高风能及太阳能等可再生能源发电系统的稳定性、平滑用户侧负荷、提高电力系统的安全性和稳定性等方面有着举足轻重的作用。电化学储能凭借灵活方便、效率高、维护成本低而成为储能技术发展的重要方向。但现有的电化学储能技术都因为安全特性不佳和储能成本较高而无法满足大规模储能系统的要求，液态金属电池正是应对这一挑战而发展起来的新型电化学储能技术。液态金属电池工作温度在300℃～700℃，因具有特殊的电极材料和结构设计，其性能稳定，寿命较长。为了满足储能系统对电压和功率的要求，必须将液态金属电池串并联成组使用，但在实际运行过程中，单体电池由于制造工艺、使用环境、老化速度等差异，电池间的性能差异也会日趋增大，因为木桶效应的存在，电池组的容量利用率及使用寿命将大大降低，因此必须对液态金属电池组采取相应的均衡控制措施。液态金属电池具有大容量、低电压的特点，且运行在高温环境，成组使用时需保存在高温保温箱中。目前国内对液态金属电池的均衡控制研究相对较少，中国专利技术专利说明书CN104682511A提出对满充液态金属电池进行大电流能耗均衡的方法，该方法均衡能耗大，造成了能量浪费和大量产热问题，且要依次等待所有电池达到满充状态，均衡速度慢。中国专利技术专利说明书CN105141004A提出采用高温非线性电组对达到均衡阈值的电池进行能耗均衡的方法，该方法虽然均衡速度快，控制简单，但由于在充放电末端，液态金属电池电压变化较快，非线性电阻中流过的电流也极大，造成大量损耗和产热。且这两种被动均衡方法都没有考虑，液态金属电池成组使用时，需放置在高温保温箱中，应尽可能地减少高温保温箱的对外引线。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种针对液态金属电池的均衡控制装置及控制方法，使其能够解决液态金属电池电压平台低且宽而难以实施主动均衡控制的缺陷，以及应对液态金属电池成组使用时所处的高温环境，降低均衡控制装置和控制方法的复杂性，以便满足对于液态储能金属电池的使用需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置及控制方法，该均衡控制装置包括N个串联的液态金属电池单元、电压检测模块、均衡控制模块、均衡电路模块，其能够解决液态金属电池电压平台低且宽而难以实施主动均衡控制的缺陷，以及应对液态金属电池成组使用时所处的高温环境，降低均衡控制装置和控制方法的复杂性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置，其特征在于，包括N个串联的液态金属电池单元、电压检测模块、均衡控制模块和均衡电路模块，其中，N≥0，且N为整数；所述液态金属电池单元由经过筛选得到的数节液态金属电池单体构成，筛选后的性能一致的液态金属电池单体放置在同一个保温箱内，按照先串后并的方式成组，构成液态金属电池单元，N个液态金属电池单元通过保温箱外的引线进行串联；所述电压检测模块用于检测N个液态金属电池单元的端电压数据，并将电压数据输送到均衡控制模块；所述均衡控制模块接收电压检测模块的各个电池单元的电压数据，并根据各电池单元的电压选择均衡对象和均衡时机，产生相应开关的脉冲宽度调制PWM驱动信号，并将PWM驱动信号输送到均衡电路模块用于控制相应开关管的开通和关断；所述均衡电路模块是一种基于开关矩阵的电感型均衡电路。进一步优选地，所述均衡电路模块中的电感型均衡电路包括2N个MOS管、2(N+1)个二极管和一个均衡电感，其中，所述2(N+1)个二极管，除二极管D11和二极管D2N+1外均串联一个MOS管，上述二极管串接在电池单元和均衡电感之间以防止电池短路；所述二极管D11和二极管D2N+1未串接MOS管，为均衡电感提供续流回路。优选地，所述二极管选用低压降的肖特基二极管。较多的比较试验表明，采用上述电感型均衡电路能够有效地提高电路电流的稳定性，进而提高电池使用的稳定性能和电能使用效率。二极管选用低压降的肖特基二极管，能够降低能量转移过程中的压降和损耗。按照本专利技术的另一方面，提供了一种储能液态金属电池的成组充放电均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对一批电池进行筛选，将液态金属电池单体进行放电容量、电压平台和库伦效率三个参考量的筛选，筛选得出性能一致的数节液态金属电池单体；S2.将筛选后的性能一致的数节液态金属电池单体按照先串联后并联的方式，组成一个液态金属电池单元；S3.经过数次筛选，得到数个液态金属电池单元；S4.将筛选得到的数个液态金属电池单元按照性能从优至劣进行串联，梯次利用，对串联的液态金属电池单元充放电进行监测及均衡控制。将液态金属电池单元内的电池单体按照先串后并的方式进行合理的连接，一方面能够提高电池单元的电压，另一方面并联方式也能够实现电池单元内的电压自均衡，相对于对保温箱内数节电池单体分别进行均衡控制，一方面减少了保温箱的对外引线，另一方面也大大降低了均衡控制装置的复杂性。较多的比较试验表明，液态金属电池经筛选后，在相同的使用环境下，即使经过多圈循环仍然能够保持电池的一致性。进一步优选地，步骤S1中，所述电池的筛选过程包括以下步骤：S11.先对理论放电容量相同的一批液态金属电池进行充放电测试，筛选出放电容量差异在2％的一组液态金属电池；S12.再对筛选后的液态金属电池组进行0.2C标准倍率充放电2圈，以第二圈为准，筛选出电压平台差异在0.02V以内的一组液态金属电池；S13.对新筛选出的一组液态金属电池进行0.2C标准倍率充放电10圈，筛选出库仑效率差异在0.5％以内的一组液态金属电池，即为一致性较好的一批液态金属电池单体。较多的比较试验表明，经过上述筛选后的一组液态金属电池一致性已经比较高，而且长时间运行，电池单体间自放电率的差异对液态金属电池性能的影响相对较小。优选地，在步骤S4中，对液态金属电池单元充放电进行监测及均衡控制过程包括以下步骤：S41.通过数据采集模块采集各电池单元电压数据，并将其输送到均衡控制模块；S42.均衡控制模块判断电池电压是否满足均衡开启条件，若满足，则转到步骤S43，若不满足则转到步骤S46；S43.均衡控制模块产生需均衡的电池均衡充放电MOS管的脉冲宽度调制PWM驱动信号，并输送到均衡电路模块，同时产生控制信号使充电机减小电池组的充放电电流；S44.均衡电路模块根据接收到的脉冲宽度调制PWM驱动信号，开通相应充放电回路的开关管，进行主动均衡过程；S45.均衡控制模块判断电池电压是否满足均衡关闭条件，若满足则转到步骤S46，否则转到步骤S43；S46.关闭均衡控制装置，均衡结束。具体地，均衡控制策略采用电压作为均衡变量，以电压极大液态金属电池单元和电压极小液态金属电池单元作为均衡对象，在电池组充放电末端以0.1C的均衡电流进行大电流主动均衡。以SOC作为均衡变量的均衡控制策略虽然能更好地达到均衡目的，但现有的SOC估计算法精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置，其特征在于，包括N个串联的液态金属电池单元、电压检测模块、均衡控制模块和均衡电路模块，其中，N≥0，且N为整数；所述液态金属电池单元由经过筛选得到的数节液态金属电池单体构成，筛选后的性能一致的液态金属电池单体放置在同一个保温箱内，按照先串后并的方式成组，构成液态金属电池单元，N个液态金属电池单元通过保温箱外的引线进行串联；所述电压检测模块用于检测N个液态金属电池单元的端电压数据，并将电压数据输送到均衡控制模块；所述均衡控制模块接收电压检测模块的各个电池单元的电压数据，并根据各电池单元的电压选择均衡对象和均衡时机，产生相应开关的脉冲宽度调制PWM驱动信号，并将PWM驱动信号输送到均衡电路模块用于控制相应开关管的开通和关断；所述均衡电路模块是一种基于开关矩阵的电感型均衡电路。

【技术特征摘要】
1.一种储能液态金属电池的成组均衡控制装置，其特征在于，包括N个串联的液态金属电池单元、电压检测模块、均衡控制模块和均衡电路模块，其中，N≥0，且N为整数；所述液态金属电池单元由经过筛选得到的数节液态金属电池单体构成，筛选后的性能一致的液态金属电池单体放置在同一个保温箱内，按照先串后并的方式成组，构成液态金属电池单元，N个液态金属电池单元通过保温箱外的引线进行串联；所述电压检测模块用于检测N个液态金属电池单元的端电压数据，并将电压数据输送到均衡控制模块；所述均衡控制模块接收电压检测模块的各个电池单元的电压数据，并根据各电池单元的电压选择均衡对象和均衡时机，产生相应开关的脉冲宽度调制PWM驱动信号，并将PWM驱动信号输送到均衡电路模块用于控制相应开关管的开通和关断；所述均衡电路模块是一种基于开关矩阵的电感型均衡电路。2.如权利要求1所述的均衡控制装置，其特征在于，所述均衡电路模块中的电感型均衡电路包括2N个MOS管、2(N+1)个二极管和一个均衡电感，其中，所述2(N+1)个二极管，除二极管D11和二极管D2N+1外均串联一个MOS管，上述二极管串接在电池单元和均衡电感之间以防止电池短路；所述二极管D11和二极管D2N+1未串接MOS管，为均衡电感提供续流回路。3.如权利要求2所述的均衡控制装置，其特征在于，所述二极管选用低压降的肖特基二极管。4.一种储能液态金属电池的成组充放电均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.对一批电池进行筛选，将液态金属电池单体进行放电容量、电压平台和库伦效率三个参考量的筛选，筛选得出性能一致的数节液态金属电池单体；S2.将筛选后的性能一致的数节液态金属电池单体按...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋凯，朱方方，王康丽，徐成，程时杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42