[发明专利]一种储能单体串联的储能装置的功率接口电路

说明书

技术领域

本发明涉及对两个及以上储能单体串联而成的储能装置进行充放电的功率接口电路。

背景技术

大容量电池(本发明指可充电电池)和超级电容等储能装置，多是由在理论上讲相同的若干个储能单体串联而成，例如，人们最常用的大容量电池就是由若干个单体电池串联而成的电池组。然而，由于电池组中的各个单体电池，在实际上并不真正相同(例如：内阻值不完全一致)，各单体电池所表现出的充放电性能就并不真正一样，也即存在所谓“短板”——这就影响了电池组的使用寿命，甚至还要带来安全方面的问题。例如，当给电池组充电时，往往是某一单体电池已被先充满后，其他电池还尚未充满。由于是串联连接，如果要对这些未充满的电池继续充电的话，已充满的那单体电池就处于过充电状态。被过充电的电池不仅其使用寿命会大大缩短，而且还可能引起被过充电的电池爆炸。如果为了避免某一单体电池被过充电，而通过某种过压保护电路来让充电装置停止充电，这又会导致更多的单体电池充电不足，这不但造成电池组整体容量的利用率降低，而且长期充电不足的这些单体电池的寿命也要缩短，当然最终也就缩短了整个电池组的使用寿命。为此，人们就针对运用于这类储能装置的充放电装置专门添加设置了均压单元，甚至针对这类储能装置本身而改进了相应的电路。现有的这类充放电装置中，包括充电放单元，实现储能单体之间电量、电压相对平衡的均压单元、以及必要的采样电路和控制单元。其中，充电放单元是把储能装置与外部直流的充电电源或用电负载连接起来的功率接口电路，充电放单元目前多采用能量可双向流动的buck功率接口电路；均压单元起到既能防止个别电池过充电，又能保证其余电池能够充满电的作用，均压单元目前多采用能量转移式的均衡电路，能量转移式的均衡电路具有均压精度高，浪费能量少的优点；但其均压速度却受制于串联的储能单体的个数，储能单体个数越多，其均压速度越慢。而现有充电放单元的功率接口电路与均压单元的电路又是相互独立的，即现有功率接口电路本身不具备均压功能，也不能辅助均压单元提高储能装置内各串联储能单体在充放电时的均压速度。

发明内容

本发明的目的是，提出一种能够辅助提高充电放时储能装置的整体均压速度，其自身具备均压功能的储能单体串联的储能装置的功率接口电路。

本发明的技术方案是这样一种储能单体串联的储能装置的功率接口电路，与现有功率接口电路相同的方面是，该功率接口电路的一端与直流电源或直流负载连接，另一端与储能装置连接；充放电时，该功率接口电路还要通过采样电路与控制单元连接，储能装置中还要配备相应的均压单元。其改进之处是，所述储能装置被分为储能单体串联数量相同的储能模组I和储能模组II，该功率接口电路包括两个电感、一个倍高频功率开关管和两个高频功率开关管；所述直流电源或直流负载的正极与倍高频功率开关管串联，该倍高频功率开关管的另一端连接在由高频功率开关管I、电感I和储能模组I所构成回路中的高频功率开关管I和电感I之间的节点上，所述储能模组I和高频功率开关管I之间的节点为公共点I；所述直流电源或直流负载的负极连接在由高频功率开关管II、电感II和储能模组II所构成回路中的高频功率开关管II和电感II之间的节点上，所述储能模组II和高频功率开关管II之间的节点为公共点II，该公共点II与所述公共点I连接；其中，所述的三个功率开关管在充放电时受控于所述控制单元，这三个功率开关管的导通时序为，在一个开关周期中高频功率开关管I从初始时刻开始导通，高频功率开关管II将滞后半个周期开始导通，倍高频功率开关管在高频功率开关管I和高频功率开关管II均导通时关断，其余时刻均导通；在充放电时，所述均压单元被分为与储能模组I和储能模组II分别对应的均压单元I和均压单元II。

从方案中可以看出，本发明把储能装置分为储能单体串联数量相同的两组储能模组，且在运用本发明充放电时，把现有的均压单元也分成了与它们对应的两个均压单元了(此时，还节省了一个基本均压电路)。这种把储能装置分为两个储能模组的方法，且每个储能模组配合一个均压单元的好处在于，在充电放的同时不但能对两部分储能模组进行均压；而且将均压单元对应的串联单体数量减小为原来的一半后，就有效的缩短了分开后均压单元在均压时的能量流动路径，因而提高整个储能装置中储能单体之间电压的均衡速度，并减少了能量损耗。简言之，在运用本发明时，相当于把其充电放电路和均压电路结合了起来，使本发明功率接口电路同时具有了充电放电路功能和均压功能，即在满足充电放功率动态响应要求的同时，辅助均压单元提高了均压速度及均压效果。