CN103023053B - 一种电池堆控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电池堆控制系统及其控制方法，直流电网与电池堆控制系统电连接，电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组、与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，选择控制单元包括接触器、主电池管理器和从电池管理器，主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息并发送给堆电池管理器，堆电池管理器选择合适的电池组进行并网，有效保证电池组的安全，使电池组得到充分利用。

Description

一种电池堆控制系统及其控制方法

技术领域

    本发明涉及一种电池堆控制系统及其控制方法。

背景技术

电池作为一种重要的储能器件，在生活中被广泛应用，而在大型电站中电池可以作为电能储存设备和电源调节器件。电站的储能机组中使用大量电池，以电池包串联的方式连接成电池串，组成一个电池组，由若干可以投切到直流端电网的电池组构成的工作模式称之为电池堆。由于每个电池组的工况都各不相同，如何从电池堆中选择适合的电池组进行并网和离网是保证系统安全的基本前提，是提高电能质量和提高电池使用效率的重要举措。

当前大多数储能电站均采用人工控制电池组的并网和离网，或者以简单的方式将电池组并网或离网，如果选择不合适的电池组并网，例如电池组之间压差过大，会使电压高的一组电池组对电压低的一组电池组产生巨大的冲击电流，因此这种方式不但不能保证电网和电池组的安全，也不能使电池组得到充分的利用。电池组，特别是工作中的电池组的工况信息时时都在发生变化，人工控制方法实时性不强，适合并网时未能及时将电池组并网而需要离网时未能将电池组切除，是当前储能控制系统的一大不足。

发明内容

针对目前大多数储能电站采用人工控制电池组的并网和离网而不能保证电网和电池组安全、不能使电池组得到充分利用的问题，本发明提出一种电池堆控制系统及其控制方法，有效保证电池组和电网安全，并且能使电池组得到充分利用。

一种电池堆控制系统，所述电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组以及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，所述选择控制单元包括接触器、用于采集电池组相关信息的主电池管理器和从电池管理器，所述每个电池组通过对应的接触器与直流电网电连接，所述主电池管理器、从电池管理器分别与对应的电池组中的每一节电池连接，所述主电池管理器与从电池管理器连接，所述堆电池管理器与所有的选择控制单元的主电池管理器连接，主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息并发送给堆电池管理器，所述堆电池管理器用于根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。

进一步地，所述电池组包括至少两节电池，所述主电池管理器和从电池管理器分别与电池组内的每一节电池相连。

进一步地，所述主电池管理器与从电池管理器之间以及堆电池管理器与主电池管理器之间均采用CAN总线连接。

一种电池堆控制系统的控制方法，所述控制方法包括：

主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息，并将相关信息发送给堆电池管理器；

堆电池管理器根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。

进一步地，所述主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息包括电池组的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，所述从电池管理器采集电池组的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值并发送给主电池管理器，所述主电池管理器采集电池组的总电流。

进一步地，所述主电池管理器采集电池组的总电流，并根据总电流计算出电池组的SOC，并将计算出的电池组SOC以及接收到的电池组总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值发送给堆电池管理器。

进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压、SOC以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择出合适的电池组进行并网或离网，并发送命令给对应的主电池管理器，对应的主电池管理器控制所连接的接触器闭合或断开。

进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压选择电池组的方法包括：

步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值；

步骤b、选择电压压差在设定范围内的电池组为可并网的电池组。

进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的SOC选择电池组的方法包括：

步骤c、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。

进一步地，所述堆电池管理器根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择电池组的方法包括：

步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，确定其余的电池组为最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为最终并网的电池组。 

进一步地，所述从电池管理器还采集并网中的电池组的温度，并将采集到的温度发送给主电池管理器，主电池管理器将接收到的温度信息传递给堆电池管理器。

进一步地，所述堆电池管理器将接收到的每个电池组的温度信息与预先设定的温度值进行比较，当接收到的温度大于预先设定的温度值时，堆电池管理器发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器控制对应的接触器断开。

本发明提供的一种电池堆控制系统及其控制方法，主电池管理器和从电池管理器采集电池组相关信息，堆电池管理器根据电池组的相关信息选择电池组进行并网或离网，避免电池组之间产生冲击电流，有效保证电网和电池组安全，使电池组得到充分利用。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施例的电池堆控制系统的结构示意图。

图2为本发明提供的一种实施例的电池堆控制系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，一种电池堆控制系统，包括堆电池管理器3、至少两个电池组1、以及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元2，所述选择控制单元2包括接触器21、用于采集电池组相关信息的主电池管理器22和从电池管理器23，每个电池组1通过对应的接触器21与直流电网电连接，所述主电池管理器22、从电池管理器23分别与对应的电池组1中的每一节电池连接，主电池管理器22与从电池管理器23连接，堆电池管理器3与所有选择控制单元2的主电池管理器22连接，用于进行信息传递，主电池管理器22和从电池管理器23实时采集对应的电池组1的相关信息并发送给堆电池管理器3，堆电池管理器3用于根据接收到的电池组1的相关信息发出命令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22根据命令控制对应的接触器21的闭合或断开。

电池组1的数量根据实际需要设定。

电池组1内包括至少两节电池，电池的数量也根据实际需要设定，电池之间为串联连接，电池组1的正极与接触器21的一端连接，接触器21的另一端与直流电网的正极相连，电池组1的负极与直流电网的负极连接，主电池管理器22和从电池管理器23分别与电池组1内的每一节电池连接。

主电池管理器22与从电池管理器23之间以及堆电池管理器3与主电池管理22器之间均采用CAN总线连接，用于进行信息的传递。

一种电池堆控制方法，所述电池堆控制方法包括：

主电池管理器22和从电池管理器23实时采集电池组相关信息，并将信息发送给堆电池管理器3；

堆电池管理器3根据接收到的电池组的相关信息选择电池组1进行并网，发出相应命令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22根据命令控制对应的接触器21闭合。

优选地，主电池管理器22和从电池管理器23采集对应的电池组1的相关信息包括电池组1的总电压、电池组1内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，主电池管理器22采集电池组1的总电流，从电池管理器23采集电池组1的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值；从电池管理器23将采集到的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值发送给主电池管理器22。

主电池管理器22根据采集到的总电流计算电池组1的SOC，计算SOC的方法为本领域技术人员公知。

主电池管理器22将接收到的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及计算出的SOC传递给堆电池管理器3，堆电池管理器3接收每一个电池组1对应的主电池管理器22发送的电池组1的总电压值、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及SOC值，对当前的电池组1的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及SOC进行分析，根据分析结果选择出合适的电池组进行并网。

如附图2所示，堆电池管理器3首先根据电池组的总电压选择可并网的电池组，堆电池管理器3根据每个电池组1的总电压选择电池组的方法包括：

步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值；

步骤b、选择在压差范围内的电池组为可并网的电池组。

电压压差、SOC差根据系统的实际情况设定，单节电池的高压告警值和低压告警值根据电池本身的性能设定。

根据SOC，堆电池管理器3再从步骤b中选择的电池组中作进一步选择，方法包括：

步骤c、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。

根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值，堆电池管理器3再从步骤c中选择的电池组中再作进一步选择，方法包括：

步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，保持对应的接触器21断开，如果该电池组已经并网则控制对应的接触器21断开，确定其余的电池组为最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为最终并网的电池组。

因为电池在工作中高电压的电池会对低电压的电池产生冲击电流，因此要排除单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值对应的电池组。

堆电池管理器3确定最终并网的电池组，发送相关命令给对应的主电池管理器22，对应的主电池管理器22控制所连接的接触器21闭合，电池组并网工作。

因为并网工作的电池组工况处于实时变化中，当离网的电池组的总电压、SOC符合电压差和SOC差的要求时，堆电池管理器3向对应的主电池管理器22发送命令，主电池管理器22控制对应的接触器21吸合，使离网的电池组并网与其他电池组一起工作。

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

假设采用6组电池组，分别设置组号a、b、c、d、e和f，每个电池组为240节电池串联，总电压约为800V，放电完毕时电池组的SOC为0%，充满电时电池组的SOC为100%，电池组内单节电池的电压正常值为3.3V，低压告警值为2.8V，高压告警值为3.6V。

出于安全考虑，电池组并网的要求如下：

a.允许并网的电池组要求总电压压差不超过10V；

    b.允许并网的电池组要求SOC差不超过20%；

电池组并网操作分为并网充电和并网放电，首先以并网充电的实施例进行说明。

堆电池管理器3接收主电池管理器22和从电池管理器23发送的对应的电池组的电压值、SOC值以及组内单节电池的最大电压值和最小电压值，信息如下：

组号	组总电压(V)	组SOC(%)	组单节电池最大电压(V)	组单节电池最小电压(V)
					a	800	50	3.3	3.2
b	804	55	3.2	3.0
					c	806	57	3.4	3.1
d	808	60	3.4	3.2
					e	810	61	3.5	3.3
f	812	76	3.5	3.3

因为操作命令为并网充电，从总电压最低的一组电池组开始选择，根据“总电压压差不超过10V”的要求，选择出符合要求的电池组号为a、b、c、d、e，接着再根据“SOC差不超过20%”的要求，即SOC最高的电池组与SOC最低的电池组之间的SOC差值不超过20%，在已选出的电池组中继续筛选，选出符合要求的电池组组号仍然为a、b、c、d、e，然后再判断选出的电池组内的单节电池的最大电压值是否达到高压告警值，或者最小电压值是否等于或低于低压告警值，电池组a、b、c、d、e中没有单节电池的最大电压值达到高压告警值，也没有最小电压值等于或低于低压告警值，因此最终确定出的并网充电的电池组为a、b、c、d、e。

堆电池管理器3分别发送给电池组a、b、c、d、e对应的主电池管理器22，主电池管理器22控制对应的接触器21闭合，电池组a、b、c、d、e全部并网后开始充电。

在电池组并网充电过程中，电池组a、b、c、d、e各组总电压升高，当电池组f的总电压与充电中的电池组符合“总电压压差不超过10V”以及“SOC差不超过20%”的要求时，堆电池管理器4向对应的主电池管理器3发送命令，主电池管理器3控制对应的接触器吸合，使电池组f并网与其他电池组一起充电。

如果电池组在充电过程中出现单节电池最大电压值大于或等于高压告警值，则堆电池管理器3向对应的主电池管理器22发送命令，主电池管理器22控制对应的接触器断开，使对应的电池组离网。

并网放电实施例：

堆电池管理器3接收主电池管理器22和从电池管理器23发送的对应的电池组的电压值、SOC值以及组内单节电池的最大电压值和最小电压值，并建立如下信息表：

组号	组总电压(V)	组SOC(%)	组单节最大电压(V)	组单节最小电压(V)
					a	820	80	3.3	2.8
b	822	82	3.6	3.0
					c	824	85	3.4	3.1
d	826	86	3.4	3.2
					e	828	87	3.5	3.3
f	820	88	3.5	3.3

因为操作命令为并网放电，从总电压最高的一组电池组开始选择，根据“总电压压差不超过10V”的要求，选择出符合要求的电池组号为a、b、c、d、e、f，接着再根据“SOC差不超过20%”的要求，在已选出的电池组中继续筛选，选出符合要求的电池组组号仍然为a、b、c、d、e、f；然后再判断选出的电池组内的单节电池的最大电压值和最小电压值是否达到高压告警值和低压告警值，电池组a的单节最小电压为2.8V，出现低压告警，因此排除电池组a，电池组b的单节最大电压为3.6V，出现高压告警，因此电池组b也被排除，最终确认可以并网放电的电池组为c、d、e、f。

堆电池管理器3分别发送给电池组c、d、e、f对应的主电池管理器22，主电池管理器22控制对应的接触器21闭合，电池组c、d、e、f全部并网后开始放电，完成本次操作。 

在电池组并网放电过程中，各个电池组的总电压降低，当工作中的电池组出现单节电池最小电压小于或等于低压告警值时，堆电池管理器3发送命令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22控制对应的接触器21断开，使该电池组离网。

从电池管理器23还采集并网中的电池组1的温度信息，并将采集到的温度发送给主电池管理器22，主电池管理器22将接收到的温度信息传递给堆电池管理器3。

堆电池管理器3将接收到的电池组1的温度信息与预先设定的温度值进行比较，当温度大于预先设定的温度值时，堆电池管理器3发出命令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22将对应的接触器21断开，使电池组1离网。

本发明提供的一种电池堆控制系统及其控制方法，通过主电池管理器和从电池管理器采集电池组的相关信息，再利用堆电池管理器根据电池组的相关信息择选电池组进行并网或离网，可以避免电池组之间因压差过大或者SOC差过大而导致的电压高或者SOC高的一组电池组对电压低或者SOC低的一组电池组产生冲击电流，保证了电池组和电网的安全，并且使每一个电池组都得到充分的利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电池堆控制系统，其特征在于，所述电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组以及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，所述选择控制单元包括接触器、用于采集电池组相关信息的主电池管理器和从电池管理器，每个所述电池组通过对应的接触器与直流电网电连接，所述主电池管理器、从电池管理器分别与对应的电池组中的每一节电池连接，所述主电池管理器与从电池管理器连接，所述堆电池管理器与所有的选择控制单元的主电池管理器连接，主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息并发送给堆电池管理器，所述主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息包括电池组的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，主电池管理器采集电池组的总电流并根据总电流计算出电池组的SOC，并将计算出的电池组的SOC以及接收到的电池组总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值发送给堆电池管理器，所述堆电池管理器用于根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。

2.根据权利要求1所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述电池组包括至少两节电池，所述主电池管理器和从电池管理器分别与电池组内的每一节电池相连。

3.根据权利要求1所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述主电池管理器与从电池管理器之间以及堆电池管理器与主电池管理器之间均采用CAN总线连接。

4.一种电池堆控制系统的控制方法，所述电池堆控制系统为权利要求1-3中任意一项所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述控制方法包括：

主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息，并将相关信息发送给堆电池管理器，所述主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息包括电池组的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，主电池管理器采集电池组的总电流并根据总电流计算出电池组的SOC，并将计算出的电池组的SOC以及接收到的电池组总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值发送给堆电池管理器；

堆电池管理器根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。

5.根据权利要求4所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述从电池管理器采集电池组的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值并发送给主电池管理器，所述主电池管理器采集电池组的总电流。

6.根据权利要求5所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压、SOC以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择出合适的电池组进行并网或离网，并发送命令给对应的主电池管理器，对应的主电池管理器控制所连接的接触器闭合或断开。

7.根据权利要求6所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压选择电池组的方法包括：

步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值；

步骤b、选择电压压差在设定范围内的电池组为可并网的电池组。

8.根据权利要求7所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的SOC选择电池组的方法包括：

步骤c、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。

9.根据权利要求8所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择电池组的方法包括：

步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，确定其余的电池组为最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为最终并网的电池组。

10.根据权利要5所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述从电池管理器还采集并网中的电池组的温度信息，并将采集到的温度信息发送给主电池管理器，主电池管理器将接收到的温度信息传递给堆电池管理器。

11.根据权利要求10所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器将接收到的每个电池组的温度信息与预先设定的温度值进行比较，当接收到的温度大于预先设定的温度值时，堆电池管理器发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器控制对应的接触器断开。