CN104052112B - 电池组监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池组监控方法及系统，所述方法包括以下步骤：对电池组的信号进行采集；包括：电池组两端的总电压、总电流、各单体电池的温度以及电压；当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示。本发明在任何情况下都能保证向直流负载供电。

Description

电池组监控方法及系统

技术领域

本发明涉及变电站系统，特别是涉及一种电池组监控方法以及一种电池组监控系统。

背景技术

变电站的直流系统由电池组、充电装置、直流母线、绝缘监察装置以及电压监察装置等组成，主要用于开关的控制、继电保护、自动装置、监控系统、事故照明等。其中电池组是一种独立的电源，它不受交流电源影响，当全站交流电源全部停电的情况下，能够连续可靠的工作，是保证供电电源不中断的最后屏障。

现有的电池组监控系统如图1所示，电池组与充电装置(即AC/DC)的直流母线之间通过电子开关/继电器连接，当电池组充电时，BMS(BatteryManagementSystem，电池管理系统)将电池组与充电母线之间的开关合上；当电池组充满时，BMS将电池组与充电母线之间的连接开关断开；当交流失电时，BMS在短时间内将电池组与充电母线之间的连接开关合上，为负载提供电力。

但是，现有的电池组监控系统，在充电装置与电池组之间存在继电器或者其他能够切断充电/放电电路的物理断点。采用这种方式，当外部交流失压时或出现电池一致性不好的现象时，BMS会通过控制物理断点来切断充电/放电电路，这样将导致电池组无法向直流负载供电，从而给变电站直流系统的安全稳定运行带来了风险。

发明内容

基于此，本发明提供一种电池组监控方法及系统，在任何情况下都能向直流负载供电，保证变电站直流系统的安全稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种电池组监控方法，包括以下步骤：

对电池组的信号进行采集；所述电池组的信号包括：电池组两端的总电压、电池组的总电流、各单体电池的温度以及各单体电池两端的电压；

当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；

当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示。

一种电池组监控系统，包括：电池组、电池管理系统；所述电池组包括若干个单体电池，所述电池组分别与充电装置、负载相连接；

所述电池管理系统包括：

信号采集模块，用于对电池组的信号进行采集；所述电池组的信号包括：电池组两端的总电压、电池组的总电流、各单体电池的温度以及各单体电池两端的电压；

第一放电保护模块，用于当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

第一放电停止检测模块，用于在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；

告警模块，用于当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示。

由以上方案可以看出，本发明的一种电池组监控方法及系统，电池组直接与充电装置和负载相连接，中间不存在任何物理断点，当监测到某个单体电池的电压过高时，不再采用传统的切断充电/放电电路的方法，而是通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，直到电池组内所有的单体电池的电压均达到单体电池放电/充电保护状态电压为止。本发明的一种电池组监控方法及系统能够保证电池不会过电压，并且电池组在任何情况下都与变电站的直流负载连接，保证了无延时的供电，避免了电池组在某些情况下无法向直流负载供电的可能性，保证了变电站直流系统的安全稳定运行。

附图说明

图1为传统方案中的电池组监控系统示意图；

图2为本发明中的一种电池组监控系统示意图；

图3为本发明中的电池管理单元的结构示意图；

图4为本发明中的电池保护电路的结构示意图；

图5为本发明的电池保护电路在一个实施例中的具体结构示意；

图6为本发明一种电池组监控方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

参见图2所示，本发明的一种电池组监控系统，包括：电池组、电池管理系统(BMS)；所述电池组包括若干个单体电池，所述电池组分别与充电装置、负载相连接，且中间没有电子开关或继电器等物理断点，以保证电池组在任何情况下都能与变电站的直流负载连接。

进一步的，如图3所示，本发明中的电池管理系统可以包括：

信号采集模块101，用于对电池组的信号进行采集；所述电池组的信号包括：电池组两端的总电压、电池组的总电流、各单体电池的温度以及各单体电池两端的电压；

第一放电保护模块102，用于当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路(即图2中的BMU)来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

第一放电停止检测模块103，用于在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；

告警模块104，用于当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示。

作为一个较好的实施例，所述电池管理系统还可以包括：

第二放电保护模块，用于查找各单体电池两端的电压中的最高值和最低值，当检测到所述最高值和最低值之差大于预定值(例如150mV)时，通过接通所述电池保护电路来对具有最高值的单体电池进行放电，并在对该具有最高值的单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

第二放电停止检测模块，用于在对具有最高值的单体电池进行放电的过程中，当检测到该具有最高值的单体电池两端的电压下降到设定值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该具有最高值的单体电池的放电。

另外，作为一个较好的实施例，所述信号采集模块可以具体包括：

电池组电压采集模块，用于采集所述电池组两端的总电压，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

电池组电流采集模块，用于采集所述电池组的总电流，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

单体电池温度采集模块，用于采集所述单体电池的温度，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

单体电池电压采集模块，用于采集各单体电池两端的电压，并转换成数字信号，发送给所述第一放电保护模块、第一放电停止检测模块、第二放电保护模块以及第二放电停止检测模块。

作为一个较好的实施例，所述电池组可以为锂电池组。

作为一个较好的实施例，所述电池管理系统可以通过CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)总线与远程监控系统进行通讯。通过将监测到的系统数据通过CAN总线上传到上位机，从而可以对电池组的状态进行实时监控，实现对电池组的远程监控管理。

作为一个较好的实施例，如图4所示，本发明中的电池保护电路20可以包括：电压采集比较电路201、一级放电开关电路202、分流器203、电压比较电路204、电流比较电路205以及二级放电开关电路206；所述分流器203分别与所述一级放电开关电路202、二级放电开关电路206、电压比较电路204、电流比较电路205、单体电池相连接，所述电压采集比较电路201分别与所述单体电池、一级放电开关电路202相连接，所述二级放电开关电路206还分别与所述电压比较电路204、电流比较电路205相连接。

下面对本发明的电池保护电路的工作过程进行描述：

1、BMS通过使能控制一级放电开关电路进入工作状态，此时电压采集比较电路可以对一级放电开关电路的开关进行控制；

2、电池电压通过电压采集比较电路与设定电压进行比较，当电池电压没有超过设定电压时，一级放电开关电路的开关处于关断状态；当电池电压超过设定电压时，一级放电开关电路的开关处于导通状态；

3、只有一级放电开关电路的开关处于导通状态时，才能进入二级放电开关电路对二级放电开关电路的开关进行控制；

4、电压比较电路通过分流器上的电压与设定电压阈值进行比较。当分流器上电压比设定电压阈值高时，电压比较电路控制二级放电开关电路的开关导通，对电池进行放电；当分流器上电压比设定电压阈值低时，电压比较电路控制二级放电开关电路的开关关断，停止对电池放电。通过上述两个动态过程限定放电电压在限定范围内放电；

5、电流比较电路通过分流器上的电流与设定电流阈值进行比较。当分流器上电流比设定电流阈值低时，电流比较电路控制二级放电开关电路的开关导通，对电池进行放电；当分流器上电流比设定电流阈值高时，电流比较电路控制二级放电开关电路的开关关断，停止对电池放电。通过上述两个动态过程使电池恒流放电。

如图5所示为在一个具体的实施例中电池保护电路的结构示意图。各个模块电路的具体电路如图5所示，下面以图5为例，对本发明中的电池保护电路如何进行放电保护进行描述：

当电池没有超过设定电压时，电压采集比较电路201的U1不工作；当监测到电池超过设定电压时，一级放电开关电路202的Q2导通，启动限压恒流保护。IS-、IS+通过分流器203的运放器U3放大转换成电压信号后，输送到电流比较电路205的比较器U4的4脚，并和U4的3脚上设定的电压阈值进行比较。当采集电流转换成的电压值超过设定电压值则比较器U4的1脚电压被拉低，二级放电开关电路206中U2的3、4电压被拉低，控制一级放电开关电路202的放电MOS管的Q1断开；Q1断开后，电流采集值IS-、IS+为零，则U4的4脚采集电流转换成的电压小于3脚设定电压阈值，U4的1脚电压被抬升，U2的3、4脚电压被抬升，控制放电MOS管Q1导通。通过上述两个动态过程调节放电电流恒定；

另外，电池电压经过分流器203的运放U5输出到电压比较电路204中U6的3脚和U6的4脚上的设定电压阈值进行比较，当采集电压值高于设定电压阈值时，U6的1脚电压被抬升，U2的3、4脚电压被抬升，放电MOS管Q1导通；当电池电压值低于设定电压阈值时，U6的1脚电压被拉低，U2的3、4脚电压被拉低，放电MOS管Q1断开。通过上述两个动态过程限定放电电压在限定范围内放电。

另外，与上述一种电池组监控系统相对应，本发明还提供一种电池组监控方法，如图6所示，本发明的一种电池组监控方法包括以下步骤：

步骤S101，对电池组的信号进行采集；所述电池组的信号包括：电池组两端的总电压、电池组的总电流、各单体电池的温度以及各单体电池两端的电压；

步骤S102，当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

步骤S103，在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；

步骤S104，当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示。

作为一个较好的实施例，本发明的一种电池组监控方法还可以包括如下步骤：

查找各单体电池两端的电压中的最高值和最低值，当检测到所述最高值和最低值之差大于预定值时，通过接通所述电池保护电路来对具有最高值的单体电池进行放电，并在对该具有最高值的单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

在对具有最高值的单体电池进行放电的过程中，当检测到该具有最高值的单体电池两端的电压下降到设定值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该具有最高值的单体电池的放电。

作为一个较好的实施例，可以当检测到所述最高值和最低值之差大于150mV时，才对具有最高值的单体电池进行放电。

作为一个较好的实施例，所述电池组可以为锂电池组。

上述一种电池组监控方法的其它技术特征与本发明的一种电池组监控系统相同，此处不予赘述。

通过以上方案可以看出，本发明的一种电池组监控方法及系统，电池组直接与充电装置和负载相连接，中间不存在任何物理断点，当监测到某个单体电池的电压过高时，不再采用传统的切断充电/放电电路的方法，而是通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，直到电池组内所有的单体电池的电压均达到单体电池放电/充电保护状态电压为止。本发明的一种电池组监控方法及系统能够保证电池不会过电压，并且电池组在任何情况下都与变电站的直流负载连接，保证了无延时的供电，避免了电池组在某些情况下无法向直流负载供电的可能性，保证了变电站直流系统的安全稳定运行。

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 (5)

1.一种电池组监控系统，其特征在于，包括：电池组、电池管理系统；所述电池组包括若干个单体电池，所述电池组分别与充电装置、负载相连接；

所述电池管理系统包括：

信号采集模块，用于对电池组的信号进行采集；所述电池组的信号包括：电池组两端的总电压、电池组的总电流、各单体电池的温度以及各单体电池两端的电压；

第一放电保护模块，用于当检测到任一单体电池两端的电压超过设定的安全值时，通过接通电池保护电路来对该单体电池进行放电，并在对单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

第一放电停止检测模块，用于在对单体电池进行放电的过程中，当检测到所述单体电池两端的电压下降到设定的保护电压值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该单体电池的放电；

告警模块，用于当检测到所述电池组两端的总电压、电池组的总电流或各单体电池的温度超出设定阈值时，进行告警提示；

其中，所述电池保护电路包括：电压采集比较电路、一级放电开关电路、分流器、电压比较电路、电流比较电路以及二级放电开关电路；所述分流器分别与所述一级放电开关电路、二级放电开关电路、电压比较电路、电流比较电路、单体电池相连接，所述电压采集比较电路分别与所述单体电池、一级放电开关电路相连接，所述二级放电开关电路还分别与所述电压比较电路、电流比较电路相连接。

2.根据权利要求1所述的电池组监控系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括：

第二放电保护模块，用于查找各单体电池两端的电压中的最高值和最低值，当检测到所述最高值和最低值之差大于预定值时，通过接通所述电池保护电路来对具有最高值的单体电池进行放电，并在对该具有最高值的单体电池进行放电的过程中保持电池组当前的充电或放电状态；

第二放电停止检测模块，用于在对具有最高值的单体电池进行放电的过程中，当检测到该具有最高值的单体电池两端的电压下降到设定的安全值时，通过关闭所述电池保护电路来停止对该具有最高值的单体电池的放电。

3.根据权利要求2所述的电池组监控系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：

电池组电压采集模块，用于采集所述电池组两端的总电压，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

电池组电流采集模块，用于采集所述电池组的总电流，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

单体电池温度采集模块，用于采集所述单体电池的温度，并转换成数字信号，发送给所述告警模块；

单体电池电压采集模块，用于采集各单体电池两端的电压，并转换成数字信号，发送给所述第一放电保护模块、第一放电停止检测模块、第二放电保护模块以及第二放电停止检测模块。

4.根据权利要求1到3任意一项所述的电池组监控系统，其特征在于，所述电池管理系统通过CAN总线与远程监控系统进行通讯。

5.根据权利要求4所述的电池组监控系统，其特征在于，所述电池组为锂电池组。