一种电池包系统的制作方法

1.本实用新型涉及存储技术领域，特别是一种电池包系统。


背景技术：

2.随着锂电池储能系统的广泛使用，电池包越来越多的作为储能系统的心脏，应用到各种场合，例如电动汽车，移动储能，家用储能等储能系统中。随着用户对储能系统的功率需求越来越大，电池包的容量也越做越大，成本越来越低。由于高压电池包系统的效率优势明显，因此在大容量储能系统中，高压电池方案成为系统方案首选。
3.目前不管是电动汽车储能还是户用储能系统，高压电池包都是采用电池串联来实现电池包的高压输出，该方案最为明显的缺点是电池包电压越高，串联电池数量越多，电芯之间的均衡越差，串联系统的效率低，无法满足对不同容量系统的灵活配置。
4.为了满足电池包串联带来的均衡问题，有方案提出在每个电池包中增加一个优化器，用以调整电池包的输出特性以达到优化电池包soc的效果。该方案从电池包的均衡能力以及系统效率角度，都有了明显的进步，但是对于满足客户不同容量的配置需求，缺乏灵活性，对于不同容量的pcs也缺乏兼容性。


技术实现要素：

5.鉴于此，本实用新型提供一种电池包系统，以解决上述技术问题。
6.本实用新型公开了一种电池包系统，包括dc/dc调整器、直流变压器 dcx、控制器和电池组系统；其中，所述dc/dc调整器的输入端与所述电池组系统的输出端连接，所述dc/dc调整器的输出端与所述直流变压器 dcx的输入端连接；所述控制器分别与所述dc/dc调整器和所述直流变压器dcx连接；
7.所述控制器用于获取所述dc/dc调整器中流经电感的电流和电容两端的第一电压，从而得到对应的功率值；
8.所述控制器还用于获取位于所述dc/dc调整器输出端之间的电容两端的第二电压；
9.所述控制器还用于基于所述功率值和所述第二电压，输出控制所述 dc/dc调整器和所述直流变压器dcx充电或放电的信号。
10.进一步地，所述控制器包括第一差值器、与第一差值器连接的功率调节器、第二差值器、与第二差值器连接的电压调节器、第一比较器、与第一比较器连接的第三差值器、与第三差值器连接的电流调节器；
11.所述第一差值器用于将所述功率值与参考功率相减，并将差值输入功率调节器；
12.所述第二差值器用于将所述第二电压和参考电压做差值相减，并将差值输入电压调节器；
13.所述第一比较器用于比较所述功率调节器和所述电压调节器的输出量，并将其中的最小值输出至所述第三差值器；
14.所述第三差值器用于将所述第三差值器的输出量与所述dc/dc调整器中的电流做差值，并将该差值输入所述电流调节器；
15.所述控制器用于输出控制信号，以控制所述dc/dc调整器中的第五开关和第六开关以及所述直流变压器dcx中的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的导通或闭合。
16.进一步地，所述dc/dc调整器包括第一电容、电流传感器、第一电感、第五开关、第五二极管、第六开关、第六二极管、第二电容；
17.所述第一电容通过所述电流传感器与所述第一电感的一端连接；所述第一电感的另一端分别与所述第五二极管的输入端和所述第六二极管的输出端连接；
18.所述第五二极管和所述第六二极管串联；所述第五开关和所述第六开关分别与所述第五二极管和第六二极管并联；所述第二电容分别与所述第五二极管的输出端和所述第六二极管的输入端连接。
19.进一步地，所述直流变压器dcx包括带反并第一二极管的第一开关、带反并第二二极管的第二开关、带反并第三二极管的第三开关、带反并第四二极管的第四开关；
20.所述直流变压器dcx还包括变压器、第二电感、第三电容、第四电容；
21.所述变压器的原边绕组的一端与所述第一二极管的输入端连接；所述变压器的原边绕组的另一端与所述第二二极管的输入端连接；所述变压器的副边绕组的一端与所述第二电感的一端连接；所述变压器的副边绕组的另一端与所述第四二极管的输入端连接；所述第二电感的另一端通过所述第三电容分别与所述第四二极管的输出端和所述第三二极管的输入端连接；所述第四电容分别连接所述第三二极管的输出端和所述第四二极管的输入端。
22.进一步地，所述变压器为高频变压器；
23.所述变压器包括两个原边绕组和一个副边绕组；所述第六二极管的输入端与所述变压器的两个原边绕组的公共端连接；所述第五二极管的输出端与所述第一二极管的输出端连接。
24.进一步地，所述电池组系统包括电池组、隔离开关、软启动开关、电阻和bms；
25.所述电池组的正极通过保险丝与所述隔离开关与所述软启动开关的公共端连接；所述电池组的负极与所述dc/dc调整器连接；
26.所述隔离开关与所述软启动开关并联连接，用于切断电芯与负载或电源连接，以保护所述电池包系统的安全；所述软启动开关和电阻串联连接，用于电池包系统输出电压的缓慢启动；
27.所述电阻和所述隔离开关的公共端与所述dc/dc调整器连接；
28.所述bms用于串联电池组中各个电芯的电压电流采样，电池包系统中各个构件的温度采样，以及生成隔离开关、软启动开关的驱动信号。
29.进一步地，所述电池组包括多个串联连接的电池单元。
30.由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：在传统电池包中加入dc/dc调整器和直流变压器dcx电路以及对应电路的控制方法，实现对电池包输出电压以及电芯容量、串联数量的灵活配置，同时还能保持电池包系统的高效，控制系统的简洁及低成本，而且对pcs接口的要求也大大降低，满足多电池包直接并联和直挂pcs母线的需求，为储能系统扩容提供极大便利。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本实用新型实施例的一种电池包系统的示意图；
33.图2为本实用新型实施例的一种电池组的直流直流变换器和直流变压器以及与控制器的连接关系示意图；
34.图3为本实用新型实施例的一种直流直流变换器控制方法的示意图；
35.图4为本实用新型实施例的一种直流变压器的控制框图。
具体实施方式
36.结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本实用新型实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型实施例保护的范围。
37.目前户用储能的电池容量需求一般在5-30kwh，根据不同地区不同的客户应用场景，客户需要不同的电池容量。然而，电网电压通常是220/380vac，这导致不同的电池配置要满足在同一电网电压制式下应用，要么牺牲电池充放电的效率，要么在电池接口增加一级具有调整电池输出阻抗的变换器，以实现不同电池配置对统一电网制式的高效率充放电。目前主流的方式都是在变流器中增加一级电池变换器，以满足变流器适应不同的客户电池包配置。该方法成本较低因此广为使用。但是其最明显的问题是部分用户的电池配置会导致系统效率低，而且对单体电池的容量限制也很大，比如限制51v电压的电池包在50ah以下。对于100ah的电池则充放电受限甚至不能使用。这严重影响到变流器与电池之间的适配问题，从而间接的影响到储能系统的经济效应。
38.在此情况之下，本实用新型的电池包系统避免了以上问题，既能有效的调节电池的输出阻抗特性，又能高效的实现不同电池对统一电网制式的需求。
39.参见图1，本实用新型的一种电池包系统应用于带有bms功能的低压大容量电池组，该系统包括：n+1节电芯串联的电池组，保险丝fuse，隔离开关k1，软启动开关k2和电阻r1，dc/dc调整器，直流变压器dcx， bms以及控制器。其中，dc/dc调整器的输入端与电池组系统的输出端连接，dc/dc调整器的输出端与直流变压器dcx的输入端连接；控制器分别与dc/dc调整器和直流变压器dcx连接。
40.n+1节电芯串联的电池组构成所需电池容量，其中单体电芯的容量可以灵活选择市面上度电成本最优的电芯方案，以保证整个电池包以及储能系统的性价比最优。
41.保险丝fuse用于保证电池包故障时的安全，极端情况下，能够是电芯断开，避免失控；
42.隔离开关k1用于切断电芯与负载或电源连接，保证电池包能够有效的进行过充过放过流短路等保护动作；
43.软启动开关k2和电阻r1用于电池包输出电压的缓慢启动；
44.bms控制器用于串联各个电芯的电压电流采样，电池包各个构件温度采样，以及生成隔离开关，软启动开关的驱动信号，同时对电芯实现soc， soh，均衡控制，过充放电保护，
过温保护等功能。
45.dc/dc调整器用于电池包电压调整，实现电池组的充放电，以及电池包输出端口特性调整，满足多个电池包输出的直接并联，以及与pcs直流母线的并联。
46.直流变压器dcx用于高倍率直流电压转换，以满足电池包接口电压与电池组电压的灵活配置，并同时保持系统高效。
47.控制器单元用于dc/dc调整器和直流变压器dcx的电压电流采样，半导体器件驱动信号，对dc/dc调整器和直流变压器dcx实现电池包输出电压电流和功率的控制，故障保护等功能。
48.电池组输出正负b+b-，dc/dc调整器输出正负dclink+dclink-，直流变压器dcx输出正负端p+p-。
49.其中，电池组输出正负b+b-连接到dc/dc调整器输入，dc/dc调整器输出dclink+dclink-连接到直流变压器dcx输入，直流变压器dcx 输出连接到电池包输出p+p-。另外控制器通过通信线与bms模块相连接，控制器通过采样信号和驱动信号分别于dc/dc调整器和直流变压器dcx 相连接，其中，采样信号包含输入输出接口的电压电流采样信号。
50.参见图2，控制器用于获取dc/dc调整器中流经电感的电流和电容两端的第一电压，从而得到对应的功率值；
51.控制器还用于获取位于dc/dc调整器输出端之间的电容两端的第二电压；
52.控制器还用于基于功率值和第二电压，输出控制dc/dc调整器和直流变压器dcx充电或放电的信号。
53.其中，控制器包括第一差值器、与第一差值器连接的功率调节器、第二差值器、与第二差值器连接的电压调节器、第一比较器、与第一比较器连接的第三差值器、与第三差值器连接的电流调节器；
54.第一差值器用于将功率值与参考功率相减，并将差值输入功率调节器；
55.第二差值器用于将第二电压和参考电压做差值相减，并将差值输入电压调节器；
56.第一比较器用于比较功率调节器和电压调节器的输出量，并将其中的最小值输出至第三差值器；
57.第三差值器用于将第三差值器的输出量与dc/dc调整器中的电流做差值，并将该差值输入电流调节器；
58.控制器用于输出控制信号，以控制dc/dc调整器中的第五开关和第六开关以及直流变压器dcx中的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关的导通或闭合。
59.其中，dc/dc调整器包括第一电容、电流传感器、第一电感、第五开关、第五二极管、第六开关、第六二极管、第二电容；
60.第一电容通过电流传感器与第一电感的一端连接；第一电感的另一端分别与第五二极管的输入端和第六二极管的输出端连接；
61.第五二极管和第六二极管串联；第五开关和第六开关分别与第五二极管和第六二极管并联；第二电容分别与第五二极管的输出端和第六二极管的输入端连接。
62.其中，直流变压器dcx包括带反并第一二极管的第一开关、带反并第二二极管的第二开关、带反并第三二极管的第三开关、带反并第四二极管的第四开关；
63.直流变压器dcx还包括变压器、第二电感、第三电容、第四电容；
64.变压器的原边绕组的一端与第一二极管的输入端连接；变压器的原边绕组的另一端与第二二极管的输入端连接；变压器的副边绕组的一端与第二电感的一端连接；变压器的副边绕组的另一端与第四二极管的输入端连接；第二电感的另一端通过第三电容分别与第四二极管的输出端和第三二极管的输入端连接；第四电容分别连接第三二极管的输出端和第四二极管的输入端。
65.其中，变压器为高频变压器；
66.变压器包括两个原边绕组和一个副边绕组；第六二极管的输入端与变压器的两个原边绕组的公共端连接；第五二极管的输出端与第一二极管的输出端连接。
67.参见图3和图4，dc/dc调整器使用常用的直流直流变换器拓扑，如 buck，boost等具有稳压功能的dc/dc变换器。其包含电感电流采样，输入输出电压采样，以及开关驱动信号。其控制模块包含功率调节器，电压调节器，电流调节器。通过电压电流采样计算获得功率测量值pmeas，然后与pref做差，输入到功率调节器。通过电压采样获得电压测量值，与电压给定值vref做差，输入电压调节器，通过比较电压调节器和电流调节器的输出，取两者小者与电流测量值imeas做差，输入到电流调节器，电流调节器通过运算生成pwm驱动信号，以控制dc/dc调整器中的第五开关和第六开关以及直流变压器dcx中的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关导通或闭合。
68.dcx直流变压器使用常用的直流变压器拓扑，如llc，cllc，电荷泵，src等。其包含但不限于功率开关管的驱动信号。采用固定开关频率或者固定占空比的方式生成功率管的驱动信号，因此使得变换器具有直流变压器的特性，其输入输出电压满足设定变比。
69.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。