CN103296726B - 电池储能模组及其控制方法和储能供电系统 - Google Patents

Abstract

一种电池储能模组，用于接入储能供电系统的母线并提供电能，包括电池组、与电池组连接的电池管理模块和保护模块，电池管理模块计算电池组的输出电压与母线的电压的差值；当电池组的输出电压大于母线的电压并且差值的绝对值大于预设值时，保护模块对电池组进行放电；当母线的电压大于电池组的输出电压并且差值的绝对值大于预设值时，保护模块对电池组进行充电；当差值的绝对值小于预设值时，将电池组接入储能供电系统的母线。上述电池储能模组，通过对电池组的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压进行匹配控制，能够防止电池储能模组接入储能供电系统的瞬间产生冲击电流，提高电池组的使用寿命。

Description

电池储能模组及其控制方法和储能供电系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种电池储能模组、一种电池储能模组的控制方法和一种储能供电系统。

背景技术

目前，采用磷酸铁锂作为储能电池已经应用广泛，一般由多个电池串联组成12V、24V或48V电压的电池储能模组再作为一个整体与发电装置安装。当储能模块内部的电池出现坏掉的情况下，就需要更换整套电池储能模组，维护较为复杂，并且需要关机才能操作，不能热拔插，并且会因装入电池组电压不同，而造成瞬间冲击电流，对电池组造成伤害，减低使用寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种可以提高使用寿命的电池储能模组、电池储能模组的控制方法和储能供电系统。

一种电池储能模组，用于接入储能供电系统的母线并提供电能，包括电池组、电池管理模块和保护模块；

所述电池管理模块与所述电池组连接，所述电池管理模块用于检测待接入的储能供电系统的母线的电压和所述电池组的输出电压，并且计算所述电池组的输出电压与所述母线的电压的差值；

当所述电池组的输出电压大于所述母线的电压并且所述差值的绝对值大于预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行放电；当所述母线的电压大于所述电池组的输出电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行充电；当所述差值的绝对值小于所述预设值时，所述电池管理模块控制将所述电池组接入所述储能供电系统的母线。

在一个实施例中，所述电池管理模块包括检测单元、电流检测电路和中央控制单元；

所述检测单元与所述中央控制单元连接，所述检测单元用于检测所述电池组的输出电压和所述母线的电压，并传送至所述中央控制单元；

所述电流检测电路与所述中央控制单元连接，所述电流检测电路用于检测所述电池组的电流，并传送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元用于接收并处理所述检测单元与所述电流检测电路传输的数据。

在一个实施例中，所述检测单元还用于检测所述电池组的温度以及所述电池组中单节电池的电压。

在一个实施例中，所述保护模块包括预充和预放电路、充电保护电路和放电保护电路，所述充电保护电路和所述放电保护电路串联后与所述预充和预放电路并联；

所述充电保护电路用于在所述电池组充电时调节充电电流，防止过充；

所述放电保护电路用于在所述电池组放电时调节放电电流，防止过放；

当所述电池组的输出电压大于所述母线的电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述预充和预放电路用于对所述电池组进行放电；当所述母线的电压大于所述电池组的输出电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述预充和预放电路用于对所述电池组进行充电。

在一个实施例中，所述预设值为所述电池组的额定电压的大小的1%～12%。

在一个实施例中，还包括液晶显示器，所述液晶显示器与所述电池管理模块连接，用于显示电池管理模块检测到的所述电池组的数据。

在一个实施例中，还包括通讯控制模块，所述通讯控制模块和所述电池管理模块连接，用于在电池管理模块和终端服务器之间进行信号传输。

在一个实施例中，还包括连接所述电池组和所述母线的保险丝，所述保险丝用于在所述电池储能模组失效时熔断进而保护所述电池储能模组。

一种储能供电系统，包括多个连接在母线上的如权利要求1-8任一项所述的电池储能模组。

一种电池储能模组的控制方法，包括以下步骤：

检测电池组的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压，所述母线的电压为所述储能供电系统的总电压，计算所述电池组的输出电压与所述母线的电压的差值；

当所述电池组的输出电压大于所述母线的电压并且所述差值的绝对值大于预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行放电；

当所述母线的电压大于所述电池组的输出电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行充电；

当所述差值的绝对值小于所述预设值时，所述电池管理模块控制将所述电池组接入所述储能供电系统的母线。

上述电池储能模组，通过电池管理模块和保护模块对电池组的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压进行匹配控制，能够防止电池储能模组接入储能供电系统的瞬间产生冲击电流，提高电池组的使用寿命。

附图说明

图1为一实施方式的电池储能模组的结构示意图；

图2为一实施方式的电池储能模组的控制方法流程图；

图3为一实施方式的储能供电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1所示，一实施方式的电池储能模组10，用于接入储能供电系统的母线并提供电能，包括一个电池组110、与电池组110连接的电池管理模块120以及与电池管理模块120连接的保护模块130。

电池组110可以由多个电池通过串联或者并联的方式组成。具体在本实施例中，电池组110由16节磷酸铁锂电池串联组成。当然，电池组110的电池还可以是锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。电池组110用于为负载提供电能。负载可以是发动机，例如电动汽车的发动机，或者其他类型的负载。

电池管理模块120用于检测与电池管理模块120相连的电池组110的输出电压和母线的电压，并且计算电池组110的输出电压与母线的电压的差值。此外，电池管理模块120还用于检测电池组110的电流、电池组110的温度以及电池组110中单节电池的电压等。

电池管理模块120包括检测单元122、电流检测电路124和中央控制单元126。检测单元122与中央控制单元126连接，电流检测电路124与中央控制单元126连接。

检测单元122包括电压检测电路和温度检测电路。电压检测电路用于检测电池组110的输出电压、母线的电压以及电池组110中单节电池的电压，并传送至中央控制单元126。温度检测电路用于检测电池组110的温度并传送至中央控制单元126。

在本实施方式中，中央控制单元126还包括显示驱动电路，显示驱动电路和液晶显示器140连接。

电流检测电路124用于检测电池组110的电流，并传送至中央控制单元126。

中央控制单元126用于接收并处理检测单元122与电流检测电路124传输的数据。该数据包括电池组110的输出电压、电池组110的电流、电池组110的温度以及电池组110中单节电池的电压等。电池组110的电流包括充电电流和放电电流。中央控制单元126包括SOC分析电路、单节电池均衡电路和保护控制电路。SOC(State of Charge，荷电状态)分析电路用于检测电池组110的荷电状态，即电池剩余电量。单节电池均衡电路用于在电池组110的充电过程中，通过调高补低主动均衡方式，使电池组110内的单个电池的端电压保持一致性。保护控制电路用于计算电池组110的输出电压与母线的电压的差值并且控制保护模块130内部电路的开启与关闭。

保护模块130包括预充和预放电路、放电保护电路和充电保护电路。充电保护电路和放电保护电路串联后与预充和预放电路并联。

检测单元122检测到电池组110的输出电压与母线的电压后发送到中央控制单元126，当中央控制单元126通过数据分析得出电池组110的输出电压大于母线的电压并且电池组110的输出电压与母线的电压的的差值的绝对值大于预设值时，中央控制单元126发送指令到保护模块130的预充和预放电路，预充和预放电路对电池组110进行放电。当中央控制单元126通过数据分析得出母线的电压大于电池组110的输出电压并且母线的电压与电池组110的输出电压的差值的绝对值大于预设值时，中央控制单元126发送指令到保护模块130的预充和预放电路，预充和预放电路对电池组110进行充电。预充和预放电路可以是通过保护开关MOS或继电器串联电阻的方式，也可以是通过中央控制单元控制开关MOS或继电器以1KHZ快速开关再与电感二极管组成一个DCDC限流电路的方式。当电池组110的输出电压与母线的电压的差值的绝对值小于预设值时，中央控制单元126通过控制开关管将电池组110接入储能供电系统的母线。该开关管可以为保护MOS开关管或继电器等。预设值可以为电池组110的额定电压的大小的1%～12%。

放电保护电路在电池组110对负载供电时，能够调节放电电流的大小，防止电池过放。

充电保护电路在电池组110充电时能够调节充电电流的大小，防止电池组110过充。

在本实施例中，电池储能模组10还包括液晶显示器140。液晶显示器140与中央控制单元126的显示驱动电路连接，用于显示电池管理模块120检测到的电池组110的数据。用户通过液晶显示器140可以直观的看到电池储能模组10的实时运行参数。该运行参数包括电池组110的输出电压、温度、工作电流、充电或放电状态以及是否出现异常告警等。当然，在其他实施例中，电池储能模组10也可以不包括液晶显示器140。

在本实施例中，电池储能模组10还包括通讯控制模块150，通讯控制模块150和电池管理模块120连接，用于在电池管理模块120和终端服务器之间进行信号传输。通讯控制模块150可以通过CAN通讯、RS232通讯或RS485通讯与终端服务器之间进行信号传输。在实际应用中可以根据需要选择其他合适的信号传输方式。同时，电池储能模组10可通过CAN通讯、RS232通讯或RS485通讯实现开机与关机，操作简单，省电实用。

在本实施例中，电池储能模组10还包括保险丝160。母线和电池组110通过保险丝160连接。保险丝160用于在电池储能模组10失效时熔断进而保护电池储能模组10。在其他实施例中，也可以没有保险丝160，此时，电池组110和母线直接连接，电池储能模组10可以通过其他方式进行保护。

上述电池储能模组10，通过电池管理模块120和保护模块130对电池组110的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压进行匹配控制，能够防止电池储能模组10接入储能供电系统的瞬间产生冲击电流，提高电池组110的使用寿命。

如图2所示，一实施方式的电池储能模组的控制方法，包括以下步骤：

S10、检测电池组的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压，母线的电压为储能供电系统的总电压，计算电池组的输出电压与母线的电压的差值。

检测电池组110的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压以及计算电池组的输出电压与母线的电压的差值是通过电池管理模块120实现的。

电池管理模块120还用于检测电池组110的电流、电池组110的温度以及电池组110中单节电池的电压等。

S20、对电池组进行放电。

当电池组110的输出电压大于母线的电压并且电池组110的输出电压与母线的电压差值的绝对值大于预设值时，电池管理模块控制保护模块对电池组进行放电。优选的，预设值为1V。下面以预设值为1V进行说明。当电池组110的输出电压大于母线的电压并且电池组110的输出电压与母线的电压的差值大于1V时，保护模块130对电池组110进行放电，使电池组110的输出电压降低，直至电池组110的输出电压和母线的电压的差值的绝对值小于1V时，连接母线和电池组110。

S30、对电池组进行充电。

当母线的电压大于电池组110的输出电压并且母线的电压与电池组110的输出电压差值的绝对值大于预设值时，电池管理模块120控制保护模块130对电池组110进行充电。优选的，预设值为1V。下面以预设值为1V进行说明。当母线的电压大于电池组110的输出电压并且母线的电压与电池组110的输出电压大于1V时，保护模块130对电池组110进行充电，使电池组110的输出电压升高，当电池组110的输出电压和母线的电压的差值的绝对值小于1V时，连接母线和电池组110。

S40、将电池组接入储能供电系统的母线。

当差值的绝对值小于预设值时，电池管理模块120控制将电池组110接入储能供电系统的母线。

如果电池组110的输出电压与母线的电压的差值的绝对值小于预设值，则直接将电池组110和母线连接。优选的，预设值为1V。

上述电池储能模组的控制方法，通过电池管理模块120和保护模块130对电池组110的输出电压和待接入的储能供电系统的母线的电压进行匹配控制，能够防止电池储能模组10接入储能供电系统的瞬间产生冲击电流，提高电池组110的使用寿命。

如图3所示，一实施方式的储能供电系统，包括母线20和与母线20并联的2个如图1所示的电池储能模组10。在实际应用中，与母线20并联的电池储能模组10可以有更多个，根据实际需要可以并联不同数量的电池储能模组10。每个电池储能模组10独立于其他电池储能模组10进行充电和放电。

上述储能供电系统的母线上可以并联有负载200、太阳能充电模块300和市电充电模块400。当上述储能供电系统所提供的电能不能满足负载200的需求时，可以通过太阳能充电模块300对电池组110进行充电。当然，在太阳能资源不足时，也可以使用市电充电模块400对电池组110进行充电输入。

上述储能供电系统在工作时，按开关机键，可以分别打开或关闭每个电池储能模组10，也可以打开或关闭整个储能供电系统。

上述储能供电系统的电池储能模组10内部独立安装有电池管理模块120，每个电池储能模组10独立保护，克服了电池容量大、工作电流大以及工作电压高时保护电路复杂可靠性降低等缺点。

上述储能供电系统中的多个电池储能模组10并联工作，当储能供电系统中的某个电池储能模组10出现老化需要更换，或者储能供电系统不能满足负载的需求时，可拆卸或安装其中一组，不影响整机工作。克服了一般储能应用中电池储能模组10工作时无法热插拔的缺点，支持多电池储能模组10热插拔。同时，通过电池管理模块120和保护模块130对电池组110的输出电压和母线的电压进行匹配控制，能够防止接入瞬间冲击电流，提高电池组110的使用寿命。此外，还降低了储能供电系统中提高电池组110一致性的难度，降低了提高电池组110一致性的成本。电池组110的一致性提高了还能够提高对新加入的电池的有效利用。

电池储能模组10通过大电池航空插头连接到母线。使用大电池航空插头允许较高的工作电流且稳定性高，同时方便安装与拆卸。

上述储能供电系统，可应用于电动汽车或混合动力电动汽车。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电池储能模组，用于接入储能供电系统的母线并提供电能，其特征在于，包括电池组、电池管理模块和保护模块；

所述电池管理模块与所述电池组连接，所述电池管理模块用于检测待接入的储能供电系统的母线的电压和所述电池组的输出电压，并且计算所述电池组的输出电压与所述母线的电压的差值；

当所述电池组的输出电压大于所述母线的电压并且所述差值的绝对值大于预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行放电；当所述母线的电压大于所述电池组的输出电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述电池管理模块控制所述保护模块对所述电池组进行充电；当所述差值的绝对值小于所述预设值时，所述电池管理模块控制将所述电池组接入所述储能供电系统的母线；

所述电池管理模块包括检测单元、电流检测电路和中央控制单元；

所述检测单元与所述中央控制单元连接，所述检测单元用于检测所述电池组的输出电压和所述母线的电压，并将所述电池组的输出电压和所述母线的电压传送至所述中央控制单元；

所述电流检测电路与所述中央控制单元连接，所述电流检测电路用于检测所述电池组的电流，并将电池组的电流传送至所述中央控制单元；

所述中央控制单元用于接收并处理所述检测单元与所述电流检测电路传输的数据。

2.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，所述检测单元还用于检测所述电池组的温度以及所述电池组中单节电池的电压。

3.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，所述保护模块包括预充和预放电路、充电保护电路和放电保护电路，所述充电保护电路和所述放电保护电路串联后与所述预充和预放电路并联；

所述充电保护电路用于在所述电池组充电时调节充电电流，防止过充；

所述放电保护电路用于在所述电池组放电时调节放电电流，防止过放；

当所述电池组的输出电压大于所述母线的电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述预充和预放电路用于对所述电池组进行放电；当所述母线的电压大于所述电池组的输出电压并且所述差值的绝对值大于所述预设值时，所述预充和预放电路用于对所述电池组进行充电。

4.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，所述预设值为所述电池组的额定电压的大小的1％～12％。

5.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，还包括液晶显示器，所述液晶显示器与所述电池管理模块连接，用于显示电池管理模块检测到的所述电池组的数据。

6.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，还包括通讯控制模块，所述通讯控制模块和所述电池管理模块连接，用于在电池管理模块和终端服务器之间进行信号传输。

7.根据权利要求1所述的电池储能模组，其特征在于，还包括连接所述电池组和所述母线的保险丝，所述保险丝用于在所述电池储能模组失效时熔断进而保护所述电池储能模组。

8.一种储能供电系统，包括多个连接在母线上的如权利要求1-7任一项所述的电池储能模组。