CN105990868A - 一种换电储能系统用电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换电储能系统用电池管理系统，用于对电池模块中的各个电池组以及每个所述电池组中的各个储能电池进行管理，每个所述电池组中储能电池通过断路器串联起来，每个所述电池组连接光伏发电系统及一个充电桩；包括：主控制器，以及与电池组数量相同的霍尔电流传感器和继电器，以及与所述储能电池数量相同的霍尔电压传感器；所述霍尔电流传感器和所述继电器均一一对应地位于每个所述电池组的断路器上；所述霍尔电压传感器一一对应地位于该电池模块的每个所述储能电池上；所述主控制器分为主控制板，以及与所述主控制板连接的，与所述电池组数量相同的从控制板，每块所述从控制板对应连接一个电池组上断路器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和继电器。

Description

一种换电储能系统用电池管理系统

技术领域

本发明涉及输配电用一种换电储能系统用电池管理系统。

背景技术

换电储能系统是一种将分布式发电系统，比如光伏发电系统、风力发电系统发出的电能通过电池模块存储起来，供充电桩等使用，属于一种微网系统。换电储能系统中的关键部分是电池管理系统，其对于电池模块中各个电池组，以及每个电池组中储能电池进行管理，以保证整个换电储能系统的安全运行。但是分布式发电系统具有严重的不稳定性，发电功率波动很大，因此目前的电池管理系统不能用于换电储能系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种换电储能系统用电池管理系统，其能根据换电储能系统中分布式发电系统的特点，对电池模块进行针对性的，多层次的保护。

实现上述目的的一种技术方案是：一种换电储能系统用电池管理系统，用于对电池模块中的各个电池组以及每个所述电池组中的各个储能电池进行管理，每个所述电池组中储能电池通过断路器串联起来，每个所述电池组连接光伏发电系统及一个充电桩；包括：

主控制器，以及与电池组数量相同的霍尔电流传感器和继电器，以及与所述储能电池数量相同的霍尔电压传感器；所述霍尔电流传感器和所述继电器均一一对应地位于每个所述电池组的断路器上；所述霍尔电压传感器一一对应地位于该电池模块的每个所述储能电池上；

所述主控制器分为主控制板，以及与所述主控制板连接的，与所述电池组数量相同的从控制板，每块所述从控制板对应连接一个电池组上断路器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和继电器。

进一步的，所述换电储能系统用电池管理系统，还包括位于所述电池模块中各个储能电池上的温度传感器，所述温度传感器与该储能电池所在电池组的断路器连接的从控制板连接。

进一步的，所述电池模块置于一个电池模块箱内，所述电池模块箱上设有散热风扇，该换电储能系统用电池管理系统设有一个位于该电池模块箱内的总温度传感器，所述总温度传感器连接主控制板，所述主控制板连接所述散热风扇。

进一步的，所述主控制板与外接的储能监测系统通过通信模块进行连接。

进一步的，所述主控制器的主控制板与从控制板之间，所述从控制板与所述断路器、所述继电器、所述霍尔电压传感器和所述霍尔电压传感器之间均通过CAN总线连接。

进一步的，所述主控制板通过一变流器连接220V市电电源。

进一步的，还包括绝缘监测模块，所述绝缘检测模块连接在每个所述电池组的断路器的两端。

再进一步的，所述绝缘检测模块连接220V市电电源。

进一步的，在所述换电储能系统充电过程中，任意一个所述从控制板根据霍尔电压传感器测量得到的储能电池的电压，对储能电池的剩余电量进行估算，并将电压达到上限截止电压或下限截止电压的储能电池切出该电池组。

进一步的，任意一个所述从控制板通过霍尔电流传感器检测对应电池组的充电电流或放电电流，并在充电电流超过充电电流的短路保护限值，或者放电电流超过放电电流的短路保护限值时，切断所述断路器和所述继电器。

采用了本发明的一种换电储能系统用电池管理系统的技术方案，用于对电池模块中的各个电池组以及每个所述电池组中的各个储能电池进行管理，每个所述电池组中储能电池通过断路器串联起来，每个所述电池组连接光伏发电系统及一个充电桩；包括：主控制器，以及与电池组数量相同的霍尔电流传感器和继电器，以及与所述储能电池数量相同的霍尔电压传感器；所述霍尔电流传感器和所述继电器均一一对应地位于每个所述电池组的断路器上；所述霍尔电压传感器一一对应地位于该电池模块的每个所述储能电池上；所述主控制器分为主控制板，以及与所述主控制板连接的，与所述电池组数量相同的从控制板，每块所述从控制板对应连接一个电池组上断路器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和继电器。其技术效果是：能根据换电储能系统中分布式发电系统的特点，对电池模块进行从储能电池、电池组到电池模块的，具有针对性的，多层次的保护，保证整个换电储能系统的安全运行。

附图说明

图1为本发明的一种换电储能系统用电池管理系统的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明。

换电储能系统主要是为了能将光伏发电组件所发的电能储存起来，用于充电桩的充电。换电储能系统包括电池模块以及对该电池模块进行管理的电池管理系统。电池模块位于一个电池模块箱内，该电池模块箱配备散热风扇。储能电池模块是由多个电池组并联而成的，每个所述电池组连接一个充电桩。每个所述电池组是由相同数量的储能电池，通过断路器7串联而成的。本实施例中，储能电池为磷酸铁锂电池。

本实施例中，本发明的一种换电储能系统用电池管理系统负责对储能电池模块的运行工况，即对储能电池模块中的各个储能电池的电压，温度、剩余电量进行实时监测，完成储能电池模块中各个储能电池的均衡保护，对储能电池模块中的各个电池组的电流进行实时监测，完成储能电池模块中各个电池组的均衡保护，根据各个储能电池，以及每个电池组的运行状况调整充放电策略。

本发明的一种换电储能系统用电池管理系统，包括主控制器1、绝缘监测模块2和位于每个储能电池上的霍尔电压传感器31，位于每个电池组上霍尔电流传感器32和温度传感器4、位于每个电池组上的继电器5，和位于电池模块箱内的总温度传感器6。继电器5位于断路器7上，将断路器7在与光伏发电系统连接的充电状态，以及与充电桩连接的放电状态之间进行切换。

其中，主控制器1为ZBCMS型控制器，分为主控制板11、与所述电池组数量相同的从控制板12，以及存储芯片13。主控制板11和从控制板12之间通过CAN总线连接，用于主控制板11和从控制板12之间的通信，以及主控制板11对从控制板12的供电。

其中，主控制板11的通过第一变流器连接220V市电电源，所述第一变流器将220V市电电源转变成12/24V直流电源对主控制板11和从控制板12进行供电。

其中，每块从控制板12对应连接一个电池组上的霍尔电流传感器32，霍尔电流传感器32位于断路器7上，以及该电池组中每个储能电池上的霍尔电压传感器31以及温度传感器4。

其中从控制板12通过霍尔电流传感器32检测该电池组在充电时的充电电流的大小，以及放电时放电电流的大小，通过温度传感器4，检测各个储能电池表面的温度，以保证电池模块的整体安全。

每块从控制板12通过位于该电池组中每个储能电池上的霍尔电压传感器31，检测每个储能电池的电压，并估算剩余电量。在充电过程中，若发现该电池组中任意一个储能电池的电压高于上限截止电压或，或在放电过程中发现任意一个储能电池的电压低于下限截止电压，则将通过所述断路器7隔离出该电池组。

同时主控制板12对电池模块中各个储能电池进行离散性分析，以保证每个储能电池都处于正常工作的状态。

总温度传感器6连接主控制板11，同时主控制板11连接电池模块箱上的散热风扇，当总温度传感器6检测到电池模块箱内的温度超过限值时，通过主控制板11打开接电池模块箱上的散热风扇，从而对电池模块箱内的电池模块进行降温，同时暂停电池模块中所有电池组的充放电。

存储芯片13通过CAN总线，连接主控制板11，并通过主控制板11读取各个从控制板12的数据，支持不低于两个月的数据存储和导出。

因此，主控制器1具有多层安全保护：从储能电池、电池组，电池模块、从而保证了换电储能系统的安全性、可靠性。

主控制器1中，主控制板11和从控制板12之间，主控制板11与总温度传感器6之间，主控制板11与存储芯片13之间，从控制板12与对应电池组的霍尔电压传感器31之间，与各个霍尔电流传感器32之间，与各个温度传感器4之间，与断路器7之间，与继电器5之间均通过CAN总线连接，因此主控制器1具有强大的通讯功能，抗干扰能力强，运算高速可靠，易于扩展。

从控制板12通过检测一个电池组在充电时的充电电流的大小，以及放电时放电电流的大小，防止任意一个储能电池过充过放，同时通过所绝缘监测模块2对一个电池组和该电池组中的各个储能电池进行绝缘检测、及时发现电池组的连接故障并告警。同时技术人员还可通过主控制板，对电池组中每个储能电池的上限截止电压、低于下限截止电压进行设定。

当任意一个电池组的充电电流高于充电电流的短路保护限值，以及放电电流高于放电电流的短路保护限值，与该电池组对应的从控制板12，及时切断该电池组的断路器7和继电器5，停止对该电池组的充放电并报警。充电电流的短路保护限值，以及放电电流高于放电电流的短路保护限值。同时对于该电池组上断路器7的操作写入存储芯片13。

霍尔电流传感器32的电流采集的误差小于等于1％，采集周期为50ms，

从控制板12通过位于该电池组中每个储能电池上的霍尔电压传感器31，检测每个储能电池的电压，并估算剩余电量时，对于剩余电量估算的误差小于等于5％。存储芯片13的存储容量大于等于存储容量256Mb。

绝缘监测模块2第二通过变流器连接220V市电电源，所述第二变流器将220V市电电源转变成12/24V直流电源对绝缘监测模块2进行供电。绝缘监测模块2连接在各个电池组的断路器7连接，用于对各个电池组的绝缘阻抗，以及总的电压，以辅助诊断电池模块中各个电池组连接的安全性，绝缘检测模块2的电压量程为0～900V，测量精度为1V，绝缘阻抗的量程为0～10kΩ。

本发明的一种换电储能系统用电池管理系统中还设有通信模块9，用于主控制器1的主控制板11与外接的储能监测系统，以及用于将电池模块与充电桩连接的变流器连接并进行通信。逆变器用于将该电池组内的电能转变成能充入电动汽车的电能。

本发明的一种换电储能系统用电池管理系统上传给储能监测系统的数据包括：每个储能电池电压，每个电池组中，电压最高和电压最低的储能电池的电压和位置；每个电池组中，温度最高和温度最低的储能电池的温度和位置；每个电池组的总电压；每个电池组的充电电流和放电电流；每个电池组的绝缘阻抗；任意一个储能电池的过压的时间和电压、过流的时间和电流、过温的时间和温度等故障信息。

本发明的一种换电储能系统用电池管理系统从储能监测系统接收的数据包括电池模块中任意一个电池组启动接入或退出运行命令并提供24V的直流电源信号，最大电流输出不超1A。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种换电储能系统用电池管理系统，用于对电池模块中的各个电池组以及每个所述电池组中的各个储能电池进行管理，每个所述电池组中储能电池通过断路器串联起来，每个所述电池组连接光伏发电系统及一个充电桩；其特征在于包括：

主控制器，以及与电池组数量相同的霍尔电流传感器和继电器，以及与所述储能电池数量相同的霍尔电压传感器；所述霍尔电流传感器和所述继电器均一一对应地位于每个所述电池组的断路器上；所述霍尔电压传感器一一对应地位于该电池模块的每个所述储能电池上；

所述主控制器分为主控制板，以及与所述主控制板连接的，与所述电池组数量相同的从控制板，每块所述从控制板对应连接一个电池组上断路器、霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和继电器。

2.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：其还包括位于所述电池模块中各个储能电池上的温度传感器，所述温度传感器与该储能电池所在电池组的断路器连接的从控制板连接。

3.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：所述电池模块置于一个电池模块箱内，所述电池模块箱上设有散热风扇，该换电储能系统用电池管理系统设有一个位于该电池模块箱内的总温度传感器，所述总温度传感器连接主控制板，所述主控制板连接所述散热风扇。

4.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：所述主控制板与外接的储能监测系统通过通信模块进行连接。

5.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：所述主控制器的主控制板与所述从控制板之间，所述从控制板与所述断路器、所述继电器、所述霍尔电压传感器和所述霍尔电压传感器之间均通过CAN总线连接。

6.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：所述主控制板通过一变流器连接220V市电电源。

7.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：其还包括绝缘监测模块，所述绝缘检测模块连接在每个所述电池组的断路器的两端。

8.根据权利要求7所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：所述绝缘检测模块连接220V市电电源。

9.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：在所述换电储能系统充电过程中，任意一个所述从控制板根据霍尔电压传感器测量得到的储能电池的电压，对储能电池的剩余电量进行估算，并将电压达到上限截止电压或下限截止电压的储能电池切出该电池组。

10.根据权利要求1所述的一种换电储能系统用电池管理系统，其特征在于：任意一个所述从控制板通过霍尔电流传感器检测对应电池组的充电电流或放电电流，并在充电电流超过充电电流的短路保护限值，或者放电电流超过放电电流的短路保护限值时，切断所述断路器和所述继电器。