一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统的制作方法
一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于蓄电池组储能技术领域，具体是设及一种基于公共直流母线的蓄电池 组两级级联均衡系统。
【背景技术】
[0002] 大容量蓄电池组采用大量电池串联供电，单体电池在长期使用中性能差异是不可 避免的，串联电池组中流过同样电流，相对而言，容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于 容量衰减缓慢、寿命延长，而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命 缩短，两者之间性能参数差异越来越大，形成正反馈特性，小容量提前失效，该是造成电池 组寿命缩短、有效容量减小、安全性能降低的重要因素之一。
[0003] 传统的双向均衡充放电均衡系统存在的主要缺点是在多单体电池串联的储能电 源中，当能量由第一个单体电池向最后一个单体电池转移时，需要借助中间多个单体电池 通过均衡器进行多次能量交换，能量为多级传输，由此造成能量的传输路径长、速度慢、效 率低，且中间重复设置的均衡器造成了功率模块的浪费，不适用于多节数串联蓄电池组。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决多节数串联蓄电池组均衡过程中，减少均衡损耗、提高均 衡速度、简化系统结构W及降低成本等问题，从而提供一种基于公共直流母线的蓄电池组 两级级联均衡系统。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线 100,第二组第一级母线200,第S组第一级母线300, 24V公共直流母线400,驱动缓冲器500 W及DSP控制器600 ;其中，第一组第一级母线100包括1#蓄电池放电电路101、2#蓄电 池放电电路1〇2、3#蓄电池放电电路103、4#蓄电池放电电路104、5#蓄电池放电电路105、 6#蓄电池放电电路106、第一组第一级母线蓄电池组电压信号采集107 ;第二组第一级母线 200包括7#蓄电池放电电路201、8#蓄电池放电电路202、9#蓄电池放电电路203、10#蓄 电池放电电路204、11#蓄电池放电电路205、12#蓄电池放电电路206、第二组第一级母线 蓄电池组电压信号采集207 ;第S组第一级母线300包括13#蓄电池放电电路30U14#蓄 电池放电电路302、15#蓄电池放电电路303、16#蓄电池放电电路304、17#蓄电池放电电路 305、18#蓄电池放电电路306、第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集307 ;24V公共直流 母线400包括第一组第二级母线双向正激充放电电路401、第二组第二级母线双向正激充 放电电路402、第S组第二级母线双向正激充放电电路403 ;驱动缓冲器500包括第一组第 一级母线驱动缓冲器501、第一组第二级母线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲 器503、第二组第二级母线驱动缓冲器504、第S组第一级母线驱动缓冲器505、第S组第二 级母线驱动缓冲器506 ;
[0007] 18块单体电池依次串联组成3段第一级母线（100、200、300)，3段第一级母线经双 向充放电电路（401、402、403)和24V公共直流母线400联通，则蓄电池组中的任意两块电 池之间都可W进行能量交换，且能量交换的最长路径不超过4级变换器，能量交换效率高， 交换速度快。DSP控制器通过对18块单体蓄电池的端电压进行检测，计算3段第一级母线 (100、200、300)的平均电压
I当各个母线内的单体电池的电压Ui 大于各一级母线的平均电压lOmV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈 到第一级母线；当各个电池单体的电压与各一级母线的平均电压差小于lOmV时，停止组内 均衡；比较3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
若平均 电压的差值大于口限值lOmV，表示整个蓄电池组的电压梯度差较大，需要跨组均衡。对平均 电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回馈到24V母线；对平均电压较低的第一级母 线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放电电路吸收和回馈的能量相等，既使得24V 电网电压稳定，又可满足能量交换的功能。
[000引上述技术方案中，所述AD采样电路单元用于将单体电池电压转换成数字信号，该 些单元采用基于AD7280A的电压采样巧片实现。
[0009] 上述技术方案中，所述驱动缓冲器用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，该 些单元采用基于74LS125的S态口电路实现。
[0010] 上述技术方案中，所述蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法采用基于 TMS32(F28062的数字处理器实现。
[0011] 本发明相比现有技术具有的优点：
[0012] 1、与原有的双向均衡充放电均衡系统相比，由于不借助中间多个单体电池通过均 衡器进行多次能量交换，基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统中的任意两块电 池之间只需通过公共直流母线进行能量交换，具有传输路径短、均衡速度快、转换效率高的 优点。
[0013] 2、基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统具有低成本、通用化、易扩展 的特点，可W方便的扩展成满足各种电压要求的蓄电池组。
【附图说明】
[0014]
[0015] 图1为基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统图；
[0016] 图2为反激放电电路图；
[0017] 图3为双向正激充放电电路图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合说明书附图1~3详细地说明本发明的一种基于公共直流母线的蓄电池 组两级级联均衡系统。
[0019] 本发明提供的公共直流母线的18块蓄电池组两级级联均衡系统，其原理框图如 图1所示；主要包括第一组第一级母线100,第二组第一级母线200,第=组第一级母线 300, 24V公共直流母线400,驱动缓冲器500W及DSP控制器600。其中，第一组第一级母 线100包括1#蓄电池放电电路101、2#蓄电池放电电路102、3#蓄电池放电电路103、4#蓄 电池放电电路1〇4、5#蓄电池放电电路105、6#蓄电池放电电路106、第一组第一级母线蓄 电池组电压信号采集107 ;第二组第一级母线200包括7#蓄电池放电电路201、8#蓄电池 放电电路202、9#蓄电池放电电路203、10#蓄电池放电电路204、11#蓄电池放电电路205、 12#蓄电池放电电路206、第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207 ;第S组第一级母 线300包括13#蓄电池放电电路301、14#蓄电池放电电路302、15#蓄电池放电电路303、 16#蓄电池放电电路304、17#蓄电池放电电路305、18#蓄电池放电电路306、第S组第一级 母线蓄电池组电压信号采集307 ;24V公共直流母线400包括第一组第二级母线双向正激充 放电电路401、第二组第二级母线双向正激充放电电路402、第=组第二级母线双向正激充 放电电路403 ;驱动缓冲器500包括第一组第一级母线驱动缓冲器501、第一组第二级母 线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲器503、第二组第二级母线驱动缓冲器504、 第=组第一级母线驱动缓冲器505、第=组第二级母线驱动缓冲器506。1#蓄电池放电电 路101的电池端连接到第一组第一级母线100的B1、B2 ;2#蓄电池放电电路102的电池端 连接到第一组第一级母线100的B2、B3 ;3#蓄电池放电电路103的电池端连接到第一组第 一级母线100的B3、B4 ;4#蓄电池放电电路104的电池端连接到第一组第一级母线100的 B4、B5 ;5#蓄电池放电电路105的电池端连接到第一组第一级母线100的B5、B6 ;6#蓄电 池放电电路106的电池端连接到第一组第一级母线100的B6、B7 ;六个放电电路101、102、 103、104、105、106的母线端分别连接到第一组第一级母线100的B1、B7 ;7#蓄电池放电电 路201的电池端连接到第二组第一级母线200的B7、B8 ;8#蓄电池放电电路202的电池端 连接到第二组第一级母线200的B8、B9 ;9#蓄电池放电电路203的电池端连接到第二组第 一级母线200的B9、B10 ; 10#蓄电池放电电路204的电池端连接到第二组第一级母线200 的B10、B11 ;11#蓄电池放电电路205的电池端连接到第二组第一级母线200的B11、B12 ; 12#蓄电池放电电路206的电池端连接到第二组第一级母线100的B12、B13 ;六个放电电路 201、202、203、204、205、206的母线端分别连接到第二组第一级母线100的B7、B13 ;13#蓄 电池放电电路301的电池端连接到第=组第一级母线300的B13、B14 ;14#蓄电池放电电路 302的电池端连接到第S组第一级母线300的B14、B15 ; 15#蓄电池放电电路303的电池端 连接到第=组第一级母线300的B15、B16 ; 16#蓄电池放电电路304的电池端连接到第=组 第一级母线300的B16、B17 ;17#蓄电池放电电路305的电池端连接到第S组第一级母线 300的B17、B18 ; 18#蓄电池放电电路306的电池端连接到第S组第一级母线300的B18、 B19 ;六个放电电路301、302、303、304、305、306的母线端分别连接到第S组第一级母线300 的B13、B19 ;第一组第二级母线双向正激充放电电路401的电池组电压输入端连接到第一 组第一级母线100的B1、B7 ;第二组第二级母线双向正激充放电电路402的电池组电压输 入端连接到第二组第一级母线200的B7、B13 ;第S组第二级母线双向正激充放电电路402 的电池组电压输入端连接到第S组第一级母线300的B13、B19 个双向正激充放电电路 401、402、403的24V母线端分别连接到24V公共直流母线；第一组第一级母线蓄电池组电 压信号采集输入107的B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7与第一组第一级母线100的B1、B2、B3、 B4、B5、B6、B7 -一对应连接；第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集输入207的B7、B8、 B9、B10、B11、B12、B13 与第二组第一级母线 200 的B7、B8、B9、B10、B11、B12、B13 --对应 连接；第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集输入307的B13、B14、B15、B16、B17、B118、 B19与第S组第一级母线300的B13、B14、B15、B16、B17、B18、B19--对应连接；第S组第 一级母线蓄电池组电压信号采集307与第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207通过 菊花链链接；第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207与第一组第一级母线蓄电池组 电压信号采集107通过菊花链连接；第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集307与DSP 控制器600通过SP I接口连接；驱动缓冲器500的第一组第一级母线驱动缓冲器501、第一 组第二级母线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲器503、第二组第二级母线驱动 缓冲器504、第=组第一级母线驱动缓冲器505、第=组第二级母线驱动缓冲器506的输入 端与DSP控制器600的PWM输出接口 一一对应连接；第一组第一级母线驱动缓冲器501的 输出端与六个放电电路101、102、103、104、105、106的驱动端--对应连接；第一组第二级 母线驱动缓冲器502的输出端与第一组第二级母线双向正激充放电电路401的驱动端对应 连接；第二组第一级母线驱动缓冲器503的输出端与六个放电电路201、202、203、204、205、 206的驱动端一一对应连接；第二组第二级母线驱动缓冲器504的输出端与第二组第二级 母线双向正激充放电电路402的驱动端对应连接；第=组第一级母线驱动缓冲器505的输 出端与六个放电电路301、302、303、304、305、306的驱动端--对应连接；第=组第二级母 线驱动缓冲器506的输出端与第=组第二级母线双向正激充放电电路403的驱动端对应连 接。
[0020] 所述蓄电池母线电压信号采集107、207、307用于将单体电池电压转换成数字信 号，该些单元采用基于AD7280A的六差分通道12位AD电压采样巧片实现。
[0021] 所述驱动缓冲器500用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，该些单元采用基 于74LS125的S态口电路实现。
[0022] 所述CPU控制器600用于完成蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法， 该些单元采用基于TMS32(F28062的数字处理器实现。
[0023] 图2所示为反激电路的工作原理图，开关管Q按输入的PWM驱动信号周期性的通、 断转换，在Q导通期间，单体电池电压町加在N1绕组，绕组的电流直线上升、磁通增大，N1 绕组储能增加，二次绕组N2的感应电动势使二极管D1截止，负载电流由电容cn提供，电 感Lfi、L。起到滤除电流纹波的作用；当在Q关断期间，N1绕组的电流转移到N2,二次绕组 N2的感应电动势使二极管D1导通，变压器电感储存的磁能变为电能向负载供电并给电容 Cfi充电。通过设计合理的变压器应比，就能实现单体蓄电池Bi放电并向蓄电池组第一级母 线回馈能量的功能。
[0024] 图3所示为双向正激充放电电路的工作原理图，第一级直流母线炬1、B2、B3、B4、 B5、B6串联组成）的正极连接至滤波电感Lhv的一端，Lhv的另一端分别连接至滤波电容Chv 的正极、N1绕组的同名端和N3绕组的异名端，N1绕组的异名端连接至开关管Q的漏极，N3 绕组同名端连接至复位二极管D,的阴极，Dk的阳极分别连接至第一级直流母线炬1、B2、B3、 B4、B5、B6串联组成）的负极和Q的源极，N2绕组同名端分别连接至励磁电感Lm的一端和 漏感Lk的一端，漏感Lk的另一端分别连接至开关管QSK2的源极和滤波电感LW的一端，LW 的另一端分别连接至滤波电容(："的正极和24V母线的正极，N2绕组的异名端分别连接至 励磁电感Lm的另一端和开关管Qski的漏极，QSK1的源极分别连接至QSK2的源极、CW的负极 W及24V母线的负极。
[0025] 双向正激充放电电路的S个开关管均为PWM工作，其中Q、Qski同时关断，并与Qsk2 互补工作，控制开关管的PWM驱动波形，能使电感电流iw方向可变。在一个开关周期中，电 感电流方向不改变时，电感电流iw为正（自24V母线向第一级直流母线方向流动为正方 向），则能量从24V公共直流母线向第一级直流母线方向传输；电感电流为负，则能量从 第一级直流母线向24V公共直流母线方向传输。
[0026] 上文中对本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统的电路结构 做了说明，下面对该均衡系统的工作原理进行详细的描述。
[0027] 18块蓄电池组的均衡系统如图1所示，18块单体电池依次串联组成3段第一级母 线（100、200、300)，3段第一级母线经双向充放电电路（401、402、403)和24￥公共直流母线 400联通，则蓄电池组中的任意两块电池之间都可W进行能量交换，且能量交换的最长路径 不超过4级变换器，能量交换效率高，交换速度快。DSP控制器通过3级菊花链串联的A/D 采样电路单元AD7820A(107、207、307)，对18块单体蓄电池的端电压进行检测，18块单体电 池的电压标记为Ui(1《i《18)。
[002引第一级均衡策略如下：计算3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
，当各个母线内的单体电池的电压Ui大于各一级母线的平均电 压lOmV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈到第一级母线；当各个电 池单体的电压与各一级母线的平均电压差小于lOmV时，停止组内均衡。
[0029] 第二级均衡策略如下：比较3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
，若平均电压的差值大于口限值lOmV，表示整个蓄电池组的电 压梯度差较大，需要跨组均衡。对平均电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回馈到 24V母线；对平均电压较低的第一级母线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放电电 路吸收和回馈的能量相等，既使得24V电网电压稳定，又可满足能量交换的功能。
[0030] 上述实施例中所描述的本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系 统适用于18块单体蓄电池串联的工作环境。若外部工作环境中有24块甚至更多的蓄电 池组时，本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统也可适用，只是其中的 第一级母线放电电路、第二级母线双向充放电电路、电压信号采样电路的数目也要相应增 加。
[0031] 综上所述，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线 (100)，第二组第一级母线（200)，第三组第一级母线（300)，24V公共直流母线（400)，驱动 缓冲器（500)以及DSP控制器（600);其特征在于：所述的第一组第一级母线（100)包括1# 蓄电池放电电路（101)、2#蓄电池放电电路（102)、3#蓄电池放电电路（103)、4#蓄电池放 电电路（104)、5#蓄电池放电电路（105)、6#蓄电池放电电路（106)、第一组第一级母线蓄电 池组电压信号采集（107);第二组第一级母线（200)包括7#蓄电池放电电路（201)、8#蓄电 池放电电路（202)、9#蓄电池放电电路（203)、10#蓄电池放电电路（204)、11#蓄电池放电 电路（205)、12#蓄电池放电电路（206)、第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集（207); 第三组第一级母线（300)包括13#蓄电池放电电路（301)、14#蓄电池放电电路（302)、15# 蓄电池放电电路（303)、16#蓄电池放电电路（304)、17#蓄电池放电电路（305)、18#蓄电池 放电电路（306)、第三组第一级母线蓄电池组电压信号采集（307) ;24V公共直流母线（400) 包括第一组第二级母线双向正激充放电电路（401)、第二组第二级母线双向正激充放电电 路（402)、第三组第二级母线双向正激充放电电路（403);驱动缓冲器（500)包括第一组第 一级母线驱动缓冲器（501)、第一组第二级母线驱动缓冲器（502)、第二组第一级母线驱动 缓冲器（503)、第二组第二级母线驱动缓冲器（504)、第三组第一级母线驱动缓冲器（505、 第三组第二级母线驱动缓冲器（506); 所述的18块单体电池依次串联组成3段第一级母线（100、200、300)，3段第一级母线 经双向充放电电路（401、402、403)和24V公共直流母线（400)连通，蓄电池组中的任意两 块电池之间都能够进行能量交换，且能量交换的最长路径不超过4级变换器；DSP控制器通 过对18块单体蓄电池的端电压进行检测，计算3段第一级母线（100、200、300)的平均电压，当各个母线内的单体电池的电压Ui大于各一级母线的平均电压 10mV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈到第一级母线；当各个电池 单体的电压与各一级母线的平均电压差小于IOmV时，停止组内均衡；比较3段第一级母线 的平均电β，若平均电压的差值大于门限值10mV，表示整个蓄电池 组的电压梯度差较大，需要跨组均衡；对平均电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回 馈到24V母线；对平均电压较低的第一级母线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放 电电路吸收和回馈的能量相等。2. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的第二级直流母线的均衡控制策略采用基于母线恒压、限功率控制技术实现。3. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的AD采样电路单元用于将单体电池电压转换成数字信号，这些单元采用基于 AD7280A的六差分通道12位电压采样芯片实现。4. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法采用基于TMS320F28062 的数字处理器实现。5. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的驱动缓冲器用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，这些单元采用基于 74LS125的三态门电路实现。
【专利摘要】本发明提供一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线100，第二组第一级母线200，第三组第一级母线300，24V公共直流母线400，驱动缓冲器500以及DSP控制器600，属于蓄电池组储能技术领域。本发明与原有的双向均衡充放电均衡系统相比，由于不借助中间多个单体电池通过均衡器进行多次能量交换，基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统中的任意两块电池之间只需通过公共直流母线进行能量交换，具有传输路径短、均衡速度快、转换效率高的优点；本发明的系统成本低、通用化、易扩展，可以方便的扩展成满足各种电压要求的蓄电池组。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN104901350
【申请号】CN201410828147
【发明人】李小谦, 姚川, 吴浩伟, 李鹏, 张明, 邓磊, 李锐, 蔡凯, 欧阳晖, 姜波, 李可维, 周樑, 邢贺鹏, 金惠峰, 孙朝晖, 耿攀, 谢炜, 吴大立, 徐正喜, 陈涛, 魏华
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一九研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月26日
【技术领域】
[0001] 本发明属于蓄电池组储能技术领域，具体是设及一种基于公共直流母线的蓄电池 组两级级联均衡系统。
【背景技术】
[0002] 大容量蓄电池组采用大量电池串联供电，单体电池在长期使用中性能差异是不可 避免的，串联电池组中流过同样电流，相对而言，容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于 容量衰减缓慢、寿命延长，而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命 缩短，两者之间性能参数差异越来越大，形成正反馈特性，小容量提前失效，该是造成电池 组寿命缩短、有效容量减小、安全性能降低的重要因素之一。
[0003] 传统的双向均衡充放电均衡系统存在的主要缺点是在多单体电池串联的储能电 源中，当能量由第一个单体电池向最后一个单体电池转移时，需要借助中间多个单体电池 通过均衡器进行多次能量交换，能量为多级传输，由此造成能量的传输路径长、速度慢、效 率低，且中间重复设置的均衡器造成了功率模块的浪费，不适用于多节数串联蓄电池组。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决多节数串联蓄电池组均衡过程中，减少均衡损耗、提高均 衡速度、简化系统结构W及降低成本等问题，从而提供一种基于公共直流母线的蓄电池组 两级级联均衡系统。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线 100,第二组第一级母线200,第S组第一级母线300, 24V公共直流母线400,驱动缓冲器500 W及DSP控制器600 ;其中，第一组第一级母线100包括1#蓄电池放电电路101、2#蓄电 池放电电路1〇2、3#蓄电池放电电路103、4#蓄电池放电电路104、5#蓄电池放电电路105、 6#蓄电池放电电路106、第一组第一级母线蓄电池组电压信号采集107 ;第二组第一级母线 200包括7#蓄电池放电电路201、8#蓄电池放电电路202、9#蓄电池放电电路203、10#蓄 电池放电电路204、11#蓄电池放电电路205、12#蓄电池放电电路206、第二组第一级母线 蓄电池组电压信号采集207 ;第S组第一级母线300包括13#蓄电池放电电路30U14#蓄 电池放电电路302、15#蓄电池放电电路303、16#蓄电池放电电路304、17#蓄电池放电电路 305、18#蓄电池放电电路306、第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集307 ;24V公共直流 母线400包括第一组第二级母线双向正激充放电电路401、第二组第二级母线双向正激充 放电电路402、第S组第二级母线双向正激充放电电路403 ;驱动缓冲器500包括第一组第 一级母线驱动缓冲器501、第一组第二级母线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲 器503、第二组第二级母线驱动缓冲器504、第S组第一级母线驱动缓冲器505、第S组第二 级母线驱动缓冲器506 ;
[0007] 18块单体电池依次串联组成3段第一级母线（100、200、300)，3段第一级母线经双 向充放电电路（401、402、403)和24V公共直流母线400联通，则蓄电池组中的任意两块电 池之间都可W进行能量交换，且能量交换的最长路径不超过4级变换器，能量交换效率高， 交换速度快。DSP控制器通过对18块单体蓄电池的端电压进行检测，计算3段第一级母线 (100、200、300)的平均电压
I当各个母线内的单体电池的电压Ui 大于各一级母线的平均电压lOmV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈 到第一级母线；当各个电池单体的电压与各一级母线的平均电压差小于lOmV时，停止组内 均衡；比较3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
若平均 电压的差值大于口限值lOmV，表示整个蓄电池组的电压梯度差较大，需要跨组均衡。对平均 电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回馈到24V母线；对平均电压较低的第一级母 线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放电电路吸收和回馈的能量相等，既使得24V 电网电压稳定，又可满足能量交换的功能。
[000引上述技术方案中，所述AD采样电路单元用于将单体电池电压转换成数字信号，该 些单元采用基于AD7280A的电压采样巧片实现。
[0009] 上述技术方案中，所述驱动缓冲器用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，该 些单元采用基于74LS125的S态口电路实现。
[0010] 上述技术方案中，所述蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法采用基于 TMS32(F28062的数字处理器实现。
[0011] 本发明相比现有技术具有的优点：
[0012] 1、与原有的双向均衡充放电均衡系统相比，由于不借助中间多个单体电池通过均 衡器进行多次能量交换，基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统中的任意两块电 池之间只需通过公共直流母线进行能量交换，具有传输路径短、均衡速度快、转换效率高的 优点。
[0013] 2、基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统具有低成本、通用化、易扩展 的特点，可W方便的扩展成满足各种电压要求的蓄电池组。
【附图说明】
[0014]
[0015] 图1为基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统图；
[0016] 图2为反激放电电路图；
[0017] 图3为双向正激充放电电路图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合说明书附图1~3详细地说明本发明的一种基于公共直流母线的蓄电池 组两级级联均衡系统。
[0019] 本发明提供的公共直流母线的18块蓄电池组两级级联均衡系统，其原理框图如 图1所示；主要包括第一组第一级母线100,第二组第一级母线200,第=组第一级母线 300, 24V公共直流母线400,驱动缓冲器500W及DSP控制器600。其中，第一组第一级母 线100包括1#蓄电池放电电路101、2#蓄电池放电电路102、3#蓄电池放电电路103、4#蓄 电池放电电路1〇4、5#蓄电池放电电路105、6#蓄电池放电电路106、第一组第一级母线蓄 电池组电压信号采集107 ;第二组第一级母线200包括7#蓄电池放电电路201、8#蓄电池 放电电路202、9#蓄电池放电电路203、10#蓄电池放电电路204、11#蓄电池放电电路205、 12#蓄电池放电电路206、第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207 ;第S组第一级母 线300包括13#蓄电池放电电路301、14#蓄电池放电电路302、15#蓄电池放电电路303、 16#蓄电池放电电路304、17#蓄电池放电电路305、18#蓄电池放电电路306、第S组第一级 母线蓄电池组电压信号采集307 ;24V公共直流母线400包括第一组第二级母线双向正激充 放电电路401、第二组第二级母线双向正激充放电电路402、第=组第二级母线双向正激充 放电电路403 ;驱动缓冲器500包括第一组第一级母线驱动缓冲器501、第一组第二级母 线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲器503、第二组第二级母线驱动缓冲器504、 第=组第一级母线驱动缓冲器505、第=组第二级母线驱动缓冲器506。1#蓄电池放电电 路101的电池端连接到第一组第一级母线100的B1、B2 ;2#蓄电池放电电路102的电池端 连接到第一组第一级母线100的B2、B3 ;3#蓄电池放电电路103的电池端连接到第一组第 一级母线100的B3、B4 ;4#蓄电池放电电路104的电池端连接到第一组第一级母线100的 B4、B5 ;5#蓄电池放电电路105的电池端连接到第一组第一级母线100的B5、B6 ;6#蓄电 池放电电路106的电池端连接到第一组第一级母线100的B6、B7 ;六个放电电路101、102、 103、104、105、106的母线端分别连接到第一组第一级母线100的B1、B7 ;7#蓄电池放电电 路201的电池端连接到第二组第一级母线200的B7、B8 ;8#蓄电池放电电路202的电池端 连接到第二组第一级母线200的B8、B9 ;9#蓄电池放电电路203的电池端连接到第二组第 一级母线200的B9、B10 ; 10#蓄电池放电电路204的电池端连接到第二组第一级母线200 的B10、B11 ;11#蓄电池放电电路205的电池端连接到第二组第一级母线200的B11、B12 ; 12#蓄电池放电电路206的电池端连接到第二组第一级母线100的B12、B13 ;六个放电电路 201、202、203、204、205、206的母线端分别连接到第二组第一级母线100的B7、B13 ;13#蓄 电池放电电路301的电池端连接到第=组第一级母线300的B13、B14 ;14#蓄电池放电电路 302的电池端连接到第S组第一级母线300的B14、B15 ; 15#蓄电池放电电路303的电池端 连接到第=组第一级母线300的B15、B16 ; 16#蓄电池放电电路304的电池端连接到第=组 第一级母线300的B16、B17 ;17#蓄电池放电电路305的电池端连接到第S组第一级母线 300的B17、B18 ; 18#蓄电池放电电路306的电池端连接到第S组第一级母线300的B18、 B19 ;六个放电电路301、302、303、304、305、306的母线端分别连接到第S组第一级母线300 的B13、B19 ;第一组第二级母线双向正激充放电电路401的电池组电压输入端连接到第一 组第一级母线100的B1、B7 ;第二组第二级母线双向正激充放电电路402的电池组电压输 入端连接到第二组第一级母线200的B7、B13 ;第S组第二级母线双向正激充放电电路402 的电池组电压输入端连接到第S组第一级母线300的B13、B19 个双向正激充放电电路 401、402、403的24V母线端分别连接到24V公共直流母线；第一组第一级母线蓄电池组电 压信号采集输入107的B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7与第一组第一级母线100的B1、B2、B3、 B4、B5、B6、B7 -一对应连接；第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集输入207的B7、B8、 B9、B10、B11、B12、B13 与第二组第一级母线 200 的B7、B8、B9、B10、B11、B12、B13 --对应 连接；第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集输入307的B13、B14、B15、B16、B17、B118、 B19与第S组第一级母线300的B13、B14、B15、B16、B17、B18、B19--对应连接；第S组第 一级母线蓄电池组电压信号采集307与第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207通过 菊花链链接；第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集207与第一组第一级母线蓄电池组 电压信号采集107通过菊花链连接；第S组第一级母线蓄电池组电压信号采集307与DSP 控制器600通过SP I接口连接；驱动缓冲器500的第一组第一级母线驱动缓冲器501、第一 组第二级母线驱动缓冲器502、第二组第一级母线驱动缓冲器503、第二组第二级母线驱动 缓冲器504、第=组第一级母线驱动缓冲器505、第=组第二级母线驱动缓冲器506的输入 端与DSP控制器600的PWM输出接口 一一对应连接；第一组第一级母线驱动缓冲器501的 输出端与六个放电电路101、102、103、104、105、106的驱动端--对应连接；第一组第二级 母线驱动缓冲器502的输出端与第一组第二级母线双向正激充放电电路401的驱动端对应 连接；第二组第一级母线驱动缓冲器503的输出端与六个放电电路201、202、203、204、205、 206的驱动端一一对应连接；第二组第二级母线驱动缓冲器504的输出端与第二组第二级 母线双向正激充放电电路402的驱动端对应连接；第=组第一级母线驱动缓冲器505的输 出端与六个放电电路301、302、303、304、305、306的驱动端--对应连接；第=组第二级母 线驱动缓冲器506的输出端与第=组第二级母线双向正激充放电电路403的驱动端对应连 接。
[0020] 所述蓄电池母线电压信号采集107、207、307用于将单体电池电压转换成数字信 号，该些单元采用基于AD7280A的六差分通道12位AD电压采样巧片实现。
[0021] 所述驱动缓冲器500用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，该些单元采用基 于74LS125的S态口电路实现。
[0022] 所述CPU控制器600用于完成蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法， 该些单元采用基于TMS32(F28062的数字处理器实现。
[0023] 图2所示为反激电路的工作原理图，开关管Q按输入的PWM驱动信号周期性的通、 断转换，在Q导通期间，单体电池电压町加在N1绕组，绕组的电流直线上升、磁通增大，N1 绕组储能增加，二次绕组N2的感应电动势使二极管D1截止，负载电流由电容cn提供，电 感Lfi、L。起到滤除电流纹波的作用；当在Q关断期间，N1绕组的电流转移到N2,二次绕组 N2的感应电动势使二极管D1导通，变压器电感储存的磁能变为电能向负载供电并给电容 Cfi充电。通过设计合理的变压器应比，就能实现单体蓄电池Bi放电并向蓄电池组第一级母 线回馈能量的功能。
[0024] 图3所示为双向正激充放电电路的工作原理图，第一级直流母线炬1、B2、B3、B4、 B5、B6串联组成）的正极连接至滤波电感Lhv的一端，Lhv的另一端分别连接至滤波电容Chv 的正极、N1绕组的同名端和N3绕组的异名端，N1绕组的异名端连接至开关管Q的漏极，N3 绕组同名端连接至复位二极管D,的阴极，Dk的阳极分别连接至第一级直流母线炬1、B2、B3、 B4、B5、B6串联组成）的负极和Q的源极，N2绕组同名端分别连接至励磁电感Lm的一端和 漏感Lk的一端，漏感Lk的另一端分别连接至开关管QSK2的源极和滤波电感LW的一端，LW 的另一端分别连接至滤波电容(："的正极和24V母线的正极，N2绕组的异名端分别连接至 励磁电感Lm的另一端和开关管Qski的漏极，QSK1的源极分别连接至QSK2的源极、CW的负极 W及24V母线的负极。
[0025] 双向正激充放电电路的S个开关管均为PWM工作，其中Q、Qski同时关断，并与Qsk2 互补工作，控制开关管的PWM驱动波形，能使电感电流iw方向可变。在一个开关周期中，电 感电流方向不改变时，电感电流iw为正（自24V母线向第一级直流母线方向流动为正方 向），则能量从24V公共直流母线向第一级直流母线方向传输；电感电流为负，则能量从 第一级直流母线向24V公共直流母线方向传输。
[0026] 上文中对本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统的电路结构 做了说明，下面对该均衡系统的工作原理进行详细的描述。
[0027] 18块蓄电池组的均衡系统如图1所示，18块单体电池依次串联组成3段第一级母 线（100、200、300)，3段第一级母线经双向充放电电路（401、402、403)和24￥公共直流母线 400联通，则蓄电池组中的任意两块电池之间都可W进行能量交换，且能量交换的最长路径 不超过4级变换器，能量交换效率高，交换速度快。DSP控制器通过3级菊花链串联的A/D 采样电路单元AD7820A(107、207、307)，对18块单体蓄电池的端电压进行检测，18块单体电 池的电压标记为Ui(1《i《18)。
[002引第一级均衡策略如下：计算3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
，当各个母线内的单体电池的电压Ui大于各一级母线的平均电 压lOmV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈到第一级母线；当各个电 池单体的电压与各一级母线的平均电压差小于lOmV时，停止组内均衡。
[0029] 第二级均衡策略如下：比较3段第一级母线（100、200、300)的平均电压
，若平均电压的差值大于口限值lOmV，表示整个蓄电池组的电 压梯度差较大，需要跨组均衡。对平均电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回馈到 24V母线；对平均电压较低的第一级母线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放电电 路吸收和回馈的能量相等，既使得24V电网电压稳定，又可满足能量交换的功能。
[0030] 上述实施例中所描述的本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系 统适用于18块单体蓄电池串联的工作环境。若外部工作环境中有24块甚至更多的蓄电 池组时，本发明的基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统也可适用，只是其中的 第一级母线放电电路、第二级母线双向充放电电路、电压信号采样电路的数目也要相应增 加。
[0031] 综上所述，W上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线 (100)，第二组第一级母线（200)，第三组第一级母线（300)，24V公共直流母线（400)，驱动 缓冲器（500)以及DSP控制器（600);其特征在于：所述的第一组第一级母线（100)包括1# 蓄电池放电电路（101)、2#蓄电池放电电路（102)、3#蓄电池放电电路（103)、4#蓄电池放 电电路（104)、5#蓄电池放电电路（105)、6#蓄电池放电电路（106)、第一组第一级母线蓄电 池组电压信号采集（107);第二组第一级母线（200)包括7#蓄电池放电电路（201)、8#蓄电 池放电电路（202)、9#蓄电池放电电路（203)、10#蓄电池放电电路（204)、11#蓄电池放电 电路（205)、12#蓄电池放电电路（206)、第二组第一级母线蓄电池组电压信号采集（207); 第三组第一级母线（300)包括13#蓄电池放电电路（301)、14#蓄电池放电电路（302)、15# 蓄电池放电电路（303)、16#蓄电池放电电路（304)、17#蓄电池放电电路（305)、18#蓄电池 放电电路（306)、第三组第一级母线蓄电池组电压信号采集（307) ;24V公共直流母线（400) 包括第一组第二级母线双向正激充放电电路（401)、第二组第二级母线双向正激充放电电 路（402)、第三组第二级母线双向正激充放电电路（403);驱动缓冲器（500)包括第一组第 一级母线驱动缓冲器（501)、第一组第二级母线驱动缓冲器（502)、第二组第一级母线驱动 缓冲器（503)、第二组第二级母线驱动缓冲器（504)、第三组第一级母线驱动缓冲器（505、 第三组第二级母线驱动缓冲器（506); 所述的18块单体电池依次串联组成3段第一级母线（100、200、300)，3段第一级母线 经双向充放电电路（401、402、403)和24V公共直流母线（400)连通，蓄电池组中的任意两 块电池之间都能够进行能量交换，且能量交换的最长路径不超过4级变换器；DSP控制器通 过对18块单体蓄电池的端电压进行检测，计算3段第一级母线（100、200、300)的平均电压，当各个母线内的单体电池的电压Ui大于各一级母线的平均电压 10mV，则该单体电池的放电电路启动，单体电池放电，能量回馈到第一级母线；当各个电池 单体的电压与各一级母线的平均电压差小于IOmV时，停止组内均衡；比较3段第一级母线 的平均电β，若平均电压的差值大于门限值10mV，表示整个蓄电池 组的电压梯度差较大，需要跨组均衡；对平均电压较高的第一级母线启动放电功能，能量回 馈到24V母线；对平均电压较低的第一级母线启动充电功能，从24V母线吸收能量；使充放 电电路吸收和回馈的能量相等。2. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的第二级直流母线的均衡控制策略采用基于母线恒压、限功率控制技术实现。3. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的AD采样电路单元用于将单体电池电压转换成数字信号，这些单元采用基于 AD7280A的六差分通道12位电压采样芯片实现。4. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的蓄电池组的单体电池充放电控制的均衡调度算法采用基于TMS320F28062 的数字处理器实现。5. 根据权利要求1所述的一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，其特 征在于：所述的驱动缓冲器用于驱动放电电路和双向正激充放电电路，这些单元采用基于 74LS125的三态门电路实现。
【专利摘要】本发明提供一种基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统，包括第一组第一级母线100，第二组第一级母线200，第三组第一级母线300，24V公共直流母线400，驱动缓冲器500以及DSP控制器600，属于蓄电池组储能技术领域。本发明与原有的双向均衡充放电均衡系统相比，由于不借助中间多个单体电池通过均衡器进行多次能量交换，基于公共直流母线的蓄电池组两级级联均衡系统中的任意两块电池之间只需通过公共直流母线进行能量交换，具有传输路径短、均衡速度快、转换效率高的优点；本发明的系统成本低、通用化、易扩展，可以方便的扩展成满足各种电压要求的蓄电池组。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN104901350
【申请号】CN201410828147
【发明人】李小谦, 姚川, 吴浩伟, 李鹏, 张明, 邓磊, 李锐, 蔡凯, 欧阳晖, 姜波, 李可维, 周樑, 邢贺鹏, 金惠峰, 孙朝晖, 耿攀, 谢炜, 吴大立, 徐正喜, 陈涛, 魏华
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一九研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年12月26日
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