級聯(lián)式儲能電池組均衡器及其自均衡策略

2018-02-13 22:21:22 《電氣技術(shù)》雜志　點(diǎn)擊量：評論 (0)

浙江網(wǎng)新聯(lián)合工程有限公司、諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)有限公司的研究人員陳威、葉少士、劉冬，在2018年第1期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，城市環(huán)

浙江網(wǎng)新聯(lián)合工程有限公司、諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)有限公司的研究人員陳威、葉少士、劉冬，在2018年第1期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，城市環(huán)境的特點(diǎn)決定了分布式城市微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)需要一種電路和控制方式均較為簡單的電池均衡器。

針對這一應(yīng)用條件特點(diǎn)提出了一種新穎的級聯(lián)式電池組均衡器，該均衡器通過由開關(guān)管和均衡電感組成的簡單均衡電路模塊，即可和一個(gè)公共均衡電容相連，實(shí)現(xiàn)能量的無縫雙向流動。同時(shí)均衡控制策略簡單可靠，舍棄了傳統(tǒng)方式中電池組單體的傳感器外圍電路和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法的微處理器，極大地減小了體積并降低成本。

在詳細(xì)描述了工作原理和參數(shù)分析后，搭建的驗(yàn)證樣機(jī)和電池組充電平臺均有效驗(yàn)證了所提均衡器的正確性和有效性，因而具有實(shí)際工程應(yīng)用推廣價(jià)值。

作為清潔能源技術(shù)在智慧城市中的重要組成應(yīng)用，分布式微電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展一直是國內(nèi)外研究的重要課題，并在我國已經(jīng)列入了“十三五”規(guī)劃。其中，儲能系統(tǒng)又是微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展中的重點(diǎn)，特別是作為儲能系統(tǒng)基本單元的串聯(lián)電池組的性能優(yōu)劣，直接決定了整體系統(tǒng)的可靠性和安全性，堪稱是新能源技術(shù)能否有效普及的關(guān)鍵因素[1]-[2]。

儲能系統(tǒng)電池組性能提升的瓶頸在于：通過各種均衡電路和控制手段，在充放電過程中盡量消除因各電池單體之間性能差異，從而發(fā)揮儲能系統(tǒng)最大用容量和整體裝置可用率[3]-[11]。同時(shí)城市環(huán)境下的狹小空間和高密度分布的特點(diǎn)，又對儲能系統(tǒng)提出了簡單高效體積小的要求。

近年來，屬于節(jié)能環(huán)保的有源平衡型電池組均衡器取得了長足發(fā)展。根據(jù)均衡電路所采用的原理不同，有源平衡型均衡器可分為開關(guān)電容/電感型和DC-DC變流器型兩種形式[3]-[7]。一般而言，采用能量雙向流動的DC-DC變流器或反激式變流器，配合電池的荷電狀態(tài)(State Of Charge，SOC)檢測，可有效地將能量由電池組中端電壓或SOC最高的單體電池向最低的單體電池轉(zhuǎn)移，以達(dá)到均衡[9]。

但要準(zhǔn)確而可靠地獲得電池的SOC，需附加一系列電池單體傳感器外圍電路和高性能微處理器，從而增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和整體裝置體積成本[10]，且受限于城市空間的實(shí)際使用特點(diǎn)，該技術(shù)不利于大面積推廣。

并且電池組的SOC估計(jì)又與均衡控制策略密切相關(guān)，不同的均衡控制策略導(dǎo)致不同的單體最終狀態(tài)特性，反過來又直接影響電池組SOC的估計(jì)[11]。另外，DC-DC變流器的使用也增加了系統(tǒng)額外效率損耗，影響熱設(shè)計(jì)和功率密度的提升[7]。

本文提出了一種新穎的非隔離開關(guān)電感式級聯(lián)電池組均衡器。該均衡器利用簡單的開關(guān)管和電感的組合，即可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，而無需復(fù)雜的雙向變流器輔助。同時(shí)，采用的自均衡控制策略可自動平衡每一個(gè)電池單體的電壓，無需采集電池單體參數(shù)信息，舍棄了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法的微處理器和外圍傳感器電路。因而該簡單低成本的均衡器非常適合應(yīng)用于在城市環(huán)境下的分布式微電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)中。

在給出原理分析的參數(shù)設(shè)計(jì)后，一臺實(shí)際樣機(jī)證明該均衡器和自主均衡策略的有效性。

圖1 級聯(lián)式電池組均衡模塊電路

結(jié)論

本文提出一種新穎非隔離開關(guān)電感式級聯(lián)電池組均衡器。該均衡器電路通過簡單的電路構(gòu)造，即可在電池組單體和一個(gè)公共電容之間實(shí)現(xiàn)能量的無損雙向流動，進(jìn)而藉由在電池單體之間互相遍歷，最終即可達(dá)到整體狀態(tài)均衡。控制方式簡單，無需電池單體外圍傳感器和微處理器，極大地降低了成本，具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

搭建的驗(yàn)證樣機(jī)和電池組充電平臺均驗(yàn)證了該均衡器的有效性，具有在城市環(huán)境下分布式微電網(wǎng)儲能系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)際工程推廣價(jià)值。

責(zé)任編輯：葉雨田

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