專利名稱：蓄電池組連接電路及智能蓄電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池組，特別涉及一種新型的蓄電池組連接電路及智能蓄電池組。
背景技術(shù)：
化石能源的潛在危機(jī)使得可再生能源的使用越來(lái)越受到全人類的重視?？稍偕茉聪到y(tǒng)與設(shè)施如風(fēng)電站、光伏發(fā)電站的構(gòu)建往往都包括蓄電池組。對(duì)于風(fēng)電站和光伏發(fā)電站而言，實(shí)現(xiàn)有功功率最重要的調(diào)節(jié)手段便是儲(chǔ)能，大功率、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠平抑風(fēng)電和光伏電的波動(dòng)性和間歇性。蓄電池組的安全性和正常運(yùn)行效率對(duì)于風(fēng)電站和光伏電站的運(yùn)行至關(guān)重要。
當(dāng)前風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池組的儲(chǔ)能絕大多數(shù)采用如下工作原理，即
1)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)電設(shè)備的輸出電壓，若輸出電壓達(dá)到或高于蓄電池組的額定充電電壓，發(fā)電設(shè)備對(duì)蓄電池組的輸入通過(guò)降壓、穩(wěn)壓供給蓄電池組用于儲(chǔ)能；
2)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)電設(shè)備的輸出電壓，若輸出電壓低于蓄電池組的額定充電電壓，貝1J發(fā)電設(shè)備與蓄電池組的電氣連接被斷開(kāi)保護(hù)發(fā)電設(shè)備，其原因在于
現(xiàn)有蓄電池組正常蓄能時(shí)的額定充電電壓在設(shè)計(jì)時(shí)就是固定不變的，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板提供的充電電壓是波動(dòng)的，當(dāng)發(fā)電設(shè)備的輸出電壓低于蓄電池組充電所需要的電壓時(shí)，發(fā)電設(shè)備不僅不能蓄能，更嚴(yán)重的是還可能反向?qū)Πl(fā)電設(shè)備供能，如果處理不當(dāng)甚至?xí)斐蓪?duì)發(fā)電設(shè)備的損害。所以，當(dāng)發(fā)電設(shè)備的輸出電壓低于電池組充電所需的額定電壓時(shí)，系統(tǒng)需要斷開(kāi)蓄電池組與發(fā)電設(shè)備的電氣連接，保護(hù)設(shè)備，但是這樣帶來(lái)的問(wèn)題是對(duì)發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的電能沒(méi)有充分利用，降低了發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。近來(lái)人們發(fā)展出了一種新的電池管理技術(shù)，其利用如圖I所示的蓄電池組連接結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組充電額定電壓的調(diào)整，充分利用發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能，提高了能源的利用效率。具體而言，參閱圖1，假設(shè)電池組有N個(gè)電池組成，每個(gè)電池額定充電電壓為ε。當(dāng)所有開(kāi)關(guān)Siil打開(kāi)同時(shí)Si,2閉合時(shí)，i=l，2，…N，N為大于I的正整數(shù)，該蓄電池組與普通蓄電池組無(wú)區(qū)別，充電額定電壓為N ε。若對(duì)第i個(gè)電池進(jìn)行考察，則當(dāng)開(kāi)關(guān)Siil閉合同時(shí)Si,2打開(kāi)時(shí)，電池i接入電路回路；當(dāng)開(kāi)關(guān)Su打開(kāi)同時(shí)Si,2閉合時(shí)，電池i旁出電路回路。所以通過(guò)調(diào)整開(kāi)關(guān)Su和Si,2的通斷狀態(tài)，就可以控制第i個(gè)電池接入或者旁出充電回路。如果K < N個(gè)電池被接入充電電路，那么此時(shí)蓄電池組的額定充電電壓就降低為K ε。更為具體的講，該電池管理技術(shù)的工作方式為當(dāng)充電輸入電壓Vinput〈N ε時(shí)，
1)通過(guò)降壓穩(wěn)壓電路，充電輸出電壓Vtjutput=Με，Μ為小于N的正整數(shù)；
2)調(diào)整開(kāi)關(guān)Siil和Si,2的通斷狀態(tài)使得蓄電池組內(nèi)只有M個(gè)電池接入充電回路，其余電池旁出充電回路；
3)充滿的電池旁出，接入未充滿的電池，直至所有電池充滿。但該電池管理技術(shù)依然有如下不足當(dāng)Vinput < N ε時(shí)，蓄電池組不能工作在浮充狀態(tài),即一邊以約N ε的電壓對(duì)負(fù)載供電，一邊對(duì)蓄電池組中的電池充電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的旨在提供一種新型的蓄電池組連接電路，藉由該蓄電池組連接電路能夠改變蓄電池組充電所需的額定電壓，使蓄電池組可以在浮充狀態(tài)正常工作，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種蓄電池組連接電路，包括串聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)以上電池單元，其中，每一電池單元的一極經(jīng)一第一開(kāi)關(guān)與一降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接，另一極經(jīng)一第二開(kāi)關(guān)與所述降壓 穩(wěn)壓電路的另一個(gè)輸出端電連接，所述降壓穩(wěn)壓電路的輸入端與充電輸入電路電連接。進(jìn)一步的，該兩個(gè)以上電池單元中的第一個(gè)電池單元的一極與負(fù)載的一端電連接，最后一個(gè)電池單元的另一極與所述負(fù)載的另一端電連接。作為一種優(yōu)選的方案，每一電池單元的一極依次經(jīng)串聯(lián)設(shè)置的一第三開(kāi)關(guān)和一第一開(kāi)關(guān)與一降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接。作為一種優(yōu)選的方案，該兩個(gè)以上電池單元中的第一個(gè)電池單元的一極經(jīng)一第三開(kāi)關(guān)與負(fù)載的一端電連接，最后一個(gè)電池單元的另一極與所述負(fù)載的另一端電連接，而除該第一個(gè)電池單元的一極及最后一個(gè)電池單元的另一極之外，每一電池單元的一極均經(jīng)一第三開(kāi)關(guān)與位于該電池單元之前的另一個(gè)電池單元的另一極電連接。進(jìn)一步的，所述第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)均采用可控開(kāi)關(guān)，所述可控開(kāi)關(guān)至少選自場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器中的任意一種，并且，
所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管；
所述繼電器至少選自固態(tài)繼電器、接觸式繼電器和光耦繼電器中的任意一種。作為較佳實(shí)施方案之一，所述第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)均由一控制單元控制，并且，設(shè)蓄電池組中所含電池單元為N個(gè)，而每一電池單元的額定充電電壓為ε，蓄電池組的額定充電電壓為Ne，則
當(dāng)由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓大于或等于蓄電池組的額定充電電壓時(shí)，降壓穩(wěn)壓電路輸出的充電電壓等于N ε，且在所述控制單元的控制下，除了與第一個(gè)電池單元的一極連接的第一開(kāi)關(guān)和與最后一個(gè)電池單元的另一極連接的第二開(kāi)關(guān)之外的所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)；
當(dāng)由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓小于蓄電池組的額定充電電壓時(shí)，降壓穩(wěn)壓電路輸出的充電電壓等于Με，且在所述控制單元的控制下，除了與第j個(gè)電池單元的一極連接的第一開(kāi)關(guān)和與第k個(gè)電池單元的另一極連接的第二開(kāi)關(guān)之外的所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，其中M、k、j均為正整數(shù)，M小于N，k-j=M_l。作為較佳實(shí)施方案之一,無(wú)論由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓大于、等于或小于蓄電池組的額定充電電壓，在控制單元的控制下，所有第三開(kāi)關(guān)均閉合。顯然，前述第三開(kāi)關(guān)亦可用導(dǎo)線連接代替，從而省去第三開(kāi)關(guān)。作為較佳實(shí)施方案之一，所述控制單元包括與蓄電池組連接電路連接的一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，所述開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路與一控制模塊連接。本發(fā)明的另一個(gè)目的旨在提供一種智能蓄電池組，其包括如上所述的蓄電池組連接電路。作為優(yōu)選方案之一，該智能蓄電池組還可包括
用于采集與蓄電池組中每一個(gè)電池單元的工作狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元；
控制單元,包括
至少用于調(diào)整蓄電池組連接電路中所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，以及，
與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路及監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元連接的控制模塊。進(jìn)一步的，所述控制模塊可包括計(jì)算與控制處理單元。
作為優(yōu)選方案之一，所述智能蓄電池組還可包括通信與存儲(chǔ)單元，所述通信與存儲(chǔ)單元與控制模塊連接。作為優(yōu)選方案之一，所述通信與存儲(chǔ)單元通信、告警設(shè)備連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)至少在于可以根據(jù)充電輸入電路輸出的電壓智能調(diào)整蓄電池組內(nèi)部的電氣連接方式，改變蓄電池組充電所需的額定電壓，防止蓄電池組對(duì)與充電輸入電路相接的發(fā)電設(shè)備的反充，保護(hù)發(fā)電設(shè)備的安全；與此同時(shí)蓄電池組一方面可以保持正常蓄電狀態(tài)，提高能源的有效利用率，另一方面還可繼續(xù)為負(fù)載正常供電，即，實(shí)現(xiàn)了在浮充狀態(tài)下正常工作。


圖I是現(xiàn)有的一種蓄電池組連接結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中蓄電池組連接電路的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中可再生能源智能蓄電池組的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合一較佳實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。有鑒于現(xiàn)有電池管理技術(shù)的不足，本案發(fā)明人提供了一種新型的蓄電池組連接電路，參閱圖2所示，作為該蓄電池組連接電路的一個(gè)典型實(shí)施例，其包括編號(hào)為I至i的多個(gè)電池單元(可以為單體電池或者多個(gè)單體電池的組合，以下均簡(jiǎn)稱為“電池”)，1=1,2,…N, N為大于或等于2的正整數(shù),其中每一電池的規(guī)格型號(hào)均相同,且其額定充電電壓為ε，則蓄電池組的額定充電電壓為N ε。而同時(shí)，該實(shí)施例中還包括一系列的開(kāi)關(guān)Si,η，在本實(shí)施例中，η選自1、2或3。進(jìn)一步的參閱圖2，該實(shí)施例的工作原理如下
1.當(dāng)由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓Vinput達(dá)到或高于Nε時(shí)
(1)降壓穩(wěn)壓電路輸出的充電電壓Vtjutput=Ne ；
(2)開(kāi)關(guān)Siil和Si,2，i=l,2-Ν,所有開(kāi)關(guān)中除Slil和Sn,2閉合外余全部打開(kāi)各,3，i=l,2…N,全部閉合；此時(shí)蓄電池組和傳統(tǒng)蓄電池組一樣在N ε額定電壓下充電；同時(shí)蓄電池組可以外接負(fù)載工作；
2.當(dāng)充電輸入電壓Vinput〈Ne時(shí)
(1)Voutput=Με ,M 為正整數(shù)，且 I 彡 M〈 N ;
(2)開(kāi)關(guān)51,3，1=1，2吣隊(duì)仍然全部閉合；Siil和所有開(kāi)關(guān)中除Sja和Sk,2閉合外余全部打開(kāi)，其中k、j均為正整數(shù)，且k-j=M-l，此時(shí)蓄電池組中所有滿足j ( i(K條件的第i個(gè)電池都處于充電狀態(tài)；
(3)改變j的值和M的值，對(duì)不同的電池充電；由于M最小可以為1，所以總可以將蓄電池組中的所有電池都充滿；
(4)在充電過(guò)程當(dāng)中，蓄電池組仍然可以外接負(fù)載，以額定電壓對(duì)外供電。概言之，藉由該實(shí)施例，無(wú)論Vinput大于、等于或小于Ne，蓄電池組中的電池均可以正常充電和供電，尤其是當(dāng)Vinput〈Ne時(shí)，蓄電池組可以工作在浮充狀態(tài)，即一邊以大約N ε的電壓對(duì)蓄電池負(fù)載正常供電，同時(shí)對(duì)蓄電池組中的電池正常充電。進(jìn)一步的，為便于對(duì)蓄電池組連接電路的各開(kāi)關(guān)Si,η進(jìn)行控制，各開(kāi)關(guān)Si,η優(yōu)選采用可控開(kāi)關(guān)，包括但不僅限于MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管，固態(tài)繼電器，接觸式繼電器、光耦繼電器等各種繼電器，并藉由一控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)這些可控開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制。該控 制單元可包括一開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路及一控制模塊，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路系與各可控開(kāi)關(guān)配合，并由控制模塊控制。顯然的，該控制模塊可采用業(yè)界慣用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、單片機(jī)、PLC等設(shè)備，但不限于此。參閱圖3所示是基于前述蓄電池組連接電路構(gòu)建的一可再生能源智能蓄電池組，其可應(yīng)用于風(fēng)電站和光伏發(fā)電站等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，其包括蓄電池組連接電路、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、計(jì)算與控制處理單元以及監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元。顯然的，前述蓄電池組連接電路是實(shí)現(xiàn)蓄電池組中單電池隔離檢測(cè)和實(shí)時(shí)修復(fù)的基礎(chǔ)，其中采用了一系列的可控開(kāi)關(guān)，這些開(kāi)關(guān)的通斷可由計(jì)算與控制處理單元決策和指令，并經(jīng)由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于蓄電池組中每個(gè)電池的工作狀態(tài)相關(guān)信息(例如電壓、電流、溫度等，)，其可以通過(guò)監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元進(jìn)行采集，并上報(bào)計(jì)算與控制處理單元處理，得出電池的狀態(tài)數(shù)據(jù)(如每個(gè)電池的容量和剩余電量等)，進(jìn)而由計(jì)算與控制處理單元進(jìn)行決策及發(fā)出指令。進(jìn)一步的，該可再生能源智能蓄電池組中還可設(shè)置通信與存儲(chǔ)單元，藉以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程的信息上報(bào)、告警，遠(yuǎn)程控制交互等，其功能可以根據(jù)實(shí)際使用需要取舍。需要指出的是，以上說(shuō)明及在圖紙上所示的實(shí)施例，不可解析為限定本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域里持有相同知識(shí)者可以將本發(fā)明的技術(shù)性思想以多樣的形態(tài)改良變更，這樣的改良及變更應(yīng)理解為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種蓄電池組連接電路，包括串聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)以上電池單元，其特征在于，每一電池單元的一極經(jīng)一第一開(kāi)關(guān)與一降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接，另一極經(jīng)一第二開(kāi)關(guān)與所述降壓穩(wěn)壓電路的另一個(gè)輸出端電連接，所述降壓穩(wěn)壓電路的輸入端與充電輸入電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，該兩個(gè)以上電池單元中的第一個(gè)電池單元的一極與負(fù)載的一端電連接，最后一個(gè)電池單元的另一極與所述負(fù)載的另一端電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，每一電池單元的一極依次經(jīng)串聯(lián)設(shè)置的一第三開(kāi)關(guān)和一第一開(kāi)關(guān)與所述降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，該兩個(gè)以上電池單元中的第一個(gè)電池單元的一極經(jīng)一第三開(kāi)關(guān)與負(fù)載的一端電連接，最后一個(gè)電池單元的另一極與所述負(fù)載的另一端電連接，而除該第一個(gè)電池單元的一極及最后一個(gè)電池單元的另一極之外，每一電池單元的一極均經(jīng)一第三開(kāi)關(guān)與位于該電池單元之前的另一個(gè)電池單元的另一極電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)均采用可控開(kāi)關(guān)，所述可控開(kāi)關(guān)至少選自場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器中的任意一種，并且， 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括MOSFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管； 所述繼電器至少選自固態(tài)繼電器、接觸式繼電器和光耦繼電器中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)均由一控制單元控制，并且，設(shè)蓄電池組中所含電池單元為N個(gè)，而每一電池單元的額定充電電壓為ε，蓄電池組的額定充電電壓為Ne，則 當(dāng)由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓(Vinput)大于或等于蓄電池組的額定充電電壓時(shí)，降壓穩(wěn)壓電路輸出的充電電壓(Vratput)等于Ne，且在所述控制單元的控制下，除了與第一個(gè)電池單元的一極連接的第一開(kāi)關(guān)和與最后一個(gè)電池單元的另一極連接的第二開(kāi)關(guān)之外的所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)； 當(dāng)由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓(Vinput)小于蓄電池組的額定充電電壓時(shí)，降壓穩(wěn)壓電路輸出的充電電壓(Vratput)等于Με，且在所述控制單元的控制下，除了與第j個(gè)電池單元的一極連接的第一開(kāi)關(guān)和與第k個(gè)電池單元的另一極連接的第二開(kāi)關(guān)之外的所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)，其中M、k、j均為正整數(shù)，M小于N，k-j=M_l。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蓄電池組連接電路，其特征在于，無(wú)論由充電輸入電路輸入降壓穩(wěn)壓電路的電壓(Vinput)大于、等于或小于蓄電池組的額定充電電壓，在一控制單元的控制下，所有第三開(kāi)關(guān)均閉合，并且，所述第三開(kāi)關(guān)均采用可控開(kāi)關(guān)，所述可控開(kāi)關(guān)至少選自場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器中的任意一種。
8.一種智能蓄電池組，其特征在于，它包括如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的蓄電池組連接電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能蓄電池組，其特征在于，它還包括 用于采集與蓄電池組中每一個(gè)電池單元的工作狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元； 控制單元，包括至少用于調(diào)整蓄電池組連接電路中所有第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，以及， 與開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路及監(jiān)測(cè)與檢測(cè)單元連接的控制模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能蓄電池組，其特征在于，所述控制模塊包括計(jì)算與控制處理單元，所述計(jì)算與控制處理單元還經(jīng)通信與存儲(chǔ)單元與通信、告警設(shè)備連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種蓄電池組連接電路及智能蓄電池組。該連接電路包括多個(gè)電池單元，其中每一電池單元的一極經(jīng)一第一開(kāi)關(guān)與一降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接，另一極經(jīng)一第二開(kāi)關(guān)與降壓穩(wěn)壓電路的另一個(gè)輸出端電連接，降壓穩(wěn)壓電路的輸入端與充電輸入電路電連接。進(jìn)一步的，至少前述第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)均采用可控開(kāi)關(guān)，并由一控制單元控制。以及，每一電池單元的一極依次經(jīng)串聯(lián)設(shè)置的一第三開(kāi)關(guān)和一第一開(kāi)關(guān)與所述降壓穩(wěn)壓電路的一個(gè)輸出端電連接。該智能蓄電池組包括前述連接電路。本發(fā)明可以改變蓄電池組的額定充電電壓，防止蓄電池組對(duì)發(fā)電設(shè)備的反充，并可使蓄電池組在浮充狀態(tài)下工作。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102969754SQ201210438190
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者何磊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所