CN105207308A - 一种分布式组合电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式组合电池系统，其特征在于包含多个电池单元、总控制器、交直流输入切换开关和输出保护开关，每个电池单元通过充电母线与交直流输入切换开关连接，且每个电池单元均分别与总控制器通过通讯线连接，输出保护开关安装在系统总输出位置上，受总控制器管理和监控；所述多个电池单元M个并联成一组，再N组串联方式连接。电池单元内部有完整独立的充放电及管理功能，所有电池单元再接受总控制器的协调管理。通过这种二级管理和均衡，达到对电池系统有效管理的同时，实现了系统搭积木式的模块化设计，大幅提高了电池系统的设计、生产、运输、安装及维护的效率和便利性。

Description

一种分布式组合电池系统

技术领域

本发明属于电池系统及应用领域，涉及对电池系统控制和管理的方法，具体是一种分布式组合电池系统。

背景技术

电池管理系统包括充放电管理、电池参数监控和保护、电池均衡、电池容量估算、系统通信等功能。

充放电管理主要是根据电池的状态来确定合理的充电方式，如涓流充电、恒流充电、恒压充电等，并根据放电电流大小确定放电截止电压等重要参数。

电池参数监控和保护，主要是监控每级电池的电压、电流、温度等参数，并根据设定值关闭或打开相应的保护电路开关。

电池均衡是在多级电池串联的应用情况下，在充放电过程中，某级电池容量下降，导致充电时该级电池电压很快高于其它级电池，放电时电压很快低于其它级电池，这样即浪费了高容量电池级的能量容量，又容易损坏电池。通过均衡电路和算法，将电压异常的电池额外泄放或补充部分能量，就能充分利用整组电池的容量，并使电池保持正常化学寿命。

电池容量估算是根据电池电压、电流、充放电过程进行电池容量的记录和估算，以便主设备及时掌握电池剩余容量状况。

通信功能主要是电池管理系统和上位机之间通过各类通信接口和软件协议，实现电池状态参数上报和命令下发执行等功能。

目前大型电池系统设计一般采用集中统一的管理模式，有些大型电池系统对电池做了分组处理，但是并没有对分组实现完整的模块化管理，在安装和管理维护上仍然不方便。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种新的技术方案，其目的是提供一种分布式组合电池系统，通过二级管理和均衡，达到对电池系统有效管理的同时，实现了系统搭积木式的模块化设计，大幅提高了电池系统的设计、生产、运输、安装及维护的效率和便利性。

为了解决上述的技术问题，本发明的基本解决技术方案是：一种分布式组合电池系统，其特征在于包含多个电池单元、总控制器、交直流输入切换开关和输出保护开关，每个电池单元通过充电母线与交直流输入切换开关连接，且每个电池单元均分别与总控制器通过通讯线连接，输出保护开关安装在系统总输出位置上，受总控制器管理和监控；所述多个电池单元M个并联成一组，再N组串联方式连接。电池单元内部有完整独立的充放电及管理功能，所有电池单元再接受总控制器的协调管理。

所述总控制器主要的控制流程有3部分：交直流输入切换开关控制流程、电池系统巡检及管理流程、告警和保护流程；

每个电池单元都可以和总控制器通信，接受总控制器的巡检和控制；交流输入和电池系统总输出的高压直流电，通过交直流输入切换开关选择输出到充电母线上；当交流输入正常时，由交流输入对各电池单元进行电能补充，并进行一级均衡；当交流输入断电时，由电池系统总输出的高压直流电，在总控制器的控制下，向整个电池系统进行一级均衡，对电压和容量不足的电池单元进行能量补充，各电池单元内部自行做二级均衡。

本发明有益效果在于：通过二级管理和均衡，达到对电池系统有效管理的同时，实现了系统搭积木式的模块化设计，大幅提高了电池系统的设计、生产、运输、安装及维护的效率和便利性。从电池单元和系统的制造商角度，可实现电池单元批量标准化生产，从而以标准工业品的形式组织生产和销售，降低了生产和销售成本，具有积极的社会经济效益。

附图说明

图1为本发明一种分布式组合电池系统一种实施例的架构框图。

图2为本发明一种分布式组合电池系统一种实施例的交直流输入切换开关结构示意图。

图3为本发明一种分布式组合电池系统一种实施例的交直流输入切换开关控制流程图。

图4为本发明一种分布式组合电池系统一种实施例的电池系统巡检及管理流程图。

图5为本发明一种分布式组合电池系统一种实施例的告警和保护流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

为了方便说明并且理解本发明的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。

本发明设计了一种分布式组合电池系统(简称电池系统，参见图1-5)，其特征在于包含多个电池单元、总控制器、交直流输入切换开关和输出保护开关，每个电池单元通过充电母线与交直流输入切换开关连接，且每个电池单元均分别与总控制器通过通讯线连接，输出保护开关安装在系统总输出位置上，受总控制器管理和监控；所述多个电池单元M个并联成一组，再N组串联方式连接。电池单元内部有完整独立的充放电及管理功能，所有电池单元再接受总控制器的协调管理。

所述总控制器主要的控制流程有3部分：交直流输入切换开关控制流程(参见图3)、电池系统巡检及管理流程(参见图4)、告警和保护流程(参见图5)。

每个电池单元都可以和总控制器通信，接受总控制器的巡检和控制。交流输入和电池系统总输出的高压直流电，通过交直流输入切换开关输出到充电母线上。当交流输入正常时，由交流输入对各电池单元进行电能补充，并进行一级均衡。当交流输入断电时，由电池系统总输出的高压直流电，在总控制器的控制下，向整个电池系统进行一级均衡，对电压和容量不足的电池单元进行能量补充，各电池单元内部自行做二级均衡。

每个电池单元内部包含多节电池，可独立实现充放电管理、电池参数监控和保护、电池均衡、通信等完整的电池管理功能。该电池单元的充电输入电压既可以是交流电，也可以是高压直流电。电池单元本身可以作为一个小电池系统独立使用。对这样的电池单元电气上做串、并联，再进行通信与控制管理，可以方便地实现更高电压、更大电流、更大容量的电池系统。

本实施例以48V的电池单元为例便于功能说明，实际应用可以使用任意电池串联电压组合，包括不同电池电压的电池单元组合，都在本专利保护范围内。

如图2所述的分布式组合电池系统，该电池系统有N级48V的电池单元组串联，每级有M台电池单元并联。图2所示高压充电母线的一种接法。图2中是接所有电池单元，也可以分成不同的组，由切换开关分别控制接通和断开。如可以把每一级电池单元接为单独一路充电母线，在某级电池单元需要补充能量时，针对该级电池单元打开对应的充电母线开关，这样可以减少充电电路的空载损耗。

交流输入可以是单相交流电，也可以是多相交流电，每相电压接不同的电池单元分组，也可以接太阳能或风力发电等类似设备输送来的高压直流电。本实施例以单相交流电说明系统工作原理。

所述交直流输入切换开关采用高压交流接触器和高压直流接触器实现开关动作，内部结构示意图如图3。需要给电池单元做一级均衡的充电或放电时，当交流输入正常时，断开高压直流电接触器，接通高压交流接触器。当交流输入异常时，如没有电压或电压不足，断开高压交流接触器，接通高压直流接触器。逻辑电平输入1和逻辑电平输入2来自总控制器的输出。交直流输入切换开关和总控制器可以做在一个部件内，也可以分成两个部件。当分成两个部件时，两者之间通过逻辑电平或者通信协议实现开关控制。

告警和保护流程有两个入口，一个是管理流程巡检发现某电池单元告警，另一个是通信软件模块接收到某电池单元主动上报的告警。所述输出保护开关可采用IGBT或者高压直流接触器来实现，通过总控制器输出逻辑电平或者通过通信协议，来控制开关导通或切断。并联的某级电池单元组中，如果并联的电池单元个数M足够大，少数电池单元发生内部保护从而被系统踢出，将不影响整个系统工作。系统的二级均衡策略将很好地补足该并联级损失的容量。每个并联级被踢出的电池单元数量有个上限，如果超出这个上线，该并联级再发生某电池单元内部保护而被系统踢出，则整个系统要进行总输出保护，切断总输出保护开关。此时整个电池系统将不再有功率输出。

通过二级管理和均衡，达到对电池系统有效管理的同时，实现了系统搭积木式的模块化设计，大幅提高了电池系统的设计、生产、运输、安装及维护的效率和便利性。从电池单元和系统的制造商角度，可实现电池单元批量标准化生产，从而以标准工业品的形式组织生产和销售，降低了生产和销售成本，具有积极的社会经济效益。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种分布式组合电池系统，其特征在于包含多个电池单元、总控制器、交直流输入切换开关和输出保护开关，每个电池单元通过充电母线与交直流输入切换开关连接，且每个电池单元均分别与总控制器通过通讯线连接，输出保护开关安装在系统总输出位置上，受总控制器管理和监控；所述多个电池单元M个并联成一组，再N组串联方式连接；电池单元内部有完整独立的充放电及管理功能，所有电池单元再接受总控制器的协调管理；

所述总控制器主要的控制流程有3部分：交直流输入切换开关控制流程、电池系统巡检及管理流程、告警和保护流程；

每个电池单元都可以和总控制器通信，接受总控制器的巡检和控制；交流输入和电池系统总输出的高压直流电，通过交直流输入切换开关选择输出到充电母线上；当交流输入正常时，由交流输入对各电池单元进行电能补充，并进行一级均衡；当交流输入断电时，由电池系统总输出的高压直流电，在总控制器的控制下，向整个电池系统进行一级均衡，对电压和容量不足的电池单元进行能量补充，各电池单元内部自行做二级均衡；

所述交流输入也可以换做太阳能、风力发电等设备输送过来的高压直流电。

2.根据权利要求1所述的一种分布式组合电池系统，其特征在于，所述每个电池单元内部包含多节电池，可独立实现充放电管理、电池参数监控和保护、电池均衡、通信等完整的电池管理功能；该电池单元的充电输入电压既可以是交流电，也可以是高压直流电。

3.根据权利要求1所述的一种分布式组合电池系统，其特征在于，所述交直流输入切换开关采用高压交流开关和高压直流开关实现开关动作；需要给电池单元做一级均衡的充电或放电时，当交流输入正常时，断开高压直流开关，接通高压交流开关；当交流输入异常时，如没有电压或电压不足，断开高压交流开关，接通高压直流开关；上述开关均可以采用接触器或IGBT等部件。