[发明专利]一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法

说明书

本发明涉及电池技术领域，公开了一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法，用以解决储能电池串联系统中的电池包不一致性及失效对储能系统可靠性影响的问题。本发明采用串联式两级DC‑DC电路系统结构：每个电池包接入对应的第一级DC‑DC电路，将电池电压转换为高频电压，经高频变压器升压后，再转换为直流电压。每个高频DC‑DC变换器的直流升压端口接入第二级DC‑DC电路的对应端口，第二级DC‑DC电路为多个Buck/Boost变换器的串联式结构，每个Buck/Boost变换器低压端的功率开关器件串联，串联电路的正极经过功率电感后与负极之间并联稳压电容，电容两端接出系统的应用端口。本发明适用于基于锂电池的户用储能电源产品以及基于梯次利用电池的多种储能系统产品。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法。

背景技术

随着锂电池储能系统的规模化发展，系统会需要多个储能电池包来满足容量要求，若所需电池端输出电压大于单电池包电压，则需通过多个电池包串联来满足电压值设定范围。系统长时间运行后，电池包的电压、内阻、工作温度等参数易出现差异性，导致电池包可用容量、循环寿命的不一致，会降低储能系统的整体性能。特别是梯次利用电池，由于其剩余容量通常为初始容量的70％～80％，长时间循环使用后，在可用容量、循环寿命的不一致性会表现的更为明显，甚至出现断崖式衰减等失效问题。在电池包串联应用场景中，放电过程中若单个或其中一部分电池包出现容量过低或其他失效问题，通常无法只断开出现问题的电池包，需停止储能系统中所有电池包的运行。

另一方面，在应用多个电池包的储能系统中，电池包的可用容量可能存在差异性(例如梯次利用电池)，每个电池包充满电所需时间不一致，由直流端接口直接对所有串联电池包同时充电时，可能出现单个或多个电池包的过充或欠充，降低整个电池系统的充电效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种串联式储能电池直流转换系统及其控制方法，用以解决储能电池串联系统中的电池包不一致性及失效对储能系统可靠性影响的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一方面，给出了一种串联式储能电池直流转换系统，包括串联式两级DC-DC电路，其中第一级DC-DC电路为多个高频双向DC-DC变换器，每个高频DC-DC变换器接入电池包，将电池电压升压后接入第二级DC-DC电路的对应端口，第二级DC-DC电路为多个Buck/Boost变换器的串联结构，每个Buck/Boost变换器低压端的功率开关器件串联，串联电路的正极经过功率电感后与负极之间并联稳压电容，电容两端接出系统的应用端口，该直流端口电压值可根据用途在电池包串联电压值附近的较大范围内进行设定。