CN108039750A - 一种储能系统、均衡储能方法、电池管理设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明适用储能技术领域，提供了一种储能系统、均衡储能方法、电池管理设备及存储介质，该系统包括：整流滤波单元、DC‑DC变换器、超级电容组、包括至少一个电池组的电池包、第一开关、第二开关、第三开关、均衡模块、电池管理系统，充电时市电、整流滤波单元、DC‑DC变换器、第一开关以及超级电容组构成超级电容组的充电回路，市电、整流滤波单元、DC‑DC变换器、第二开关以及电池组构成电池组的充电回路，电池组相互并联后通过第二开关、第三开关、均衡模块与超级电容组串联，在非充电时，通过第二开关、第三开关、均衡模块在超级电容组与电池组之间进行电量转移，从而提高了电池组和超级电容组的充放电效率。
Description
技术领域
本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种储能系统、均衡储能方法、电池管理设备及存储介质。
背景技术
随着世界石油资源的日益枯竭以及石油资源使用过程中对环境污染的不断加重，汽车、动力机车、大型机械工具等的动力源将不得不逐步摆脱石油资源的束缚而采用一些新的能源取代，这直接推动着电池产业的一次重大技术革命。其中，以锂离子电池为主要或辅助动力源的技术是主要发展方向之一。锂离子电池具有高电压、高容量、循环性能好和环保等重要优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景。相应地，需要有高效、快速的储能系统及储能方法。然而，现有储能系统使用的储能电池组的循环使用寿命不长，充放电能耗大，使得储能系统的充放电效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能系统、均衡储能方法、电池管理设备及存储介质，旨在解决由于现有技术无法提供一种有效的储能系统，导致储能系统充放电效率低下的问题。
一方面，本发明提供了一种储能系统，包括与市电连接的整流滤波单元、与所述整流滤波单元连接的DC-DC变换器、超级电容组、包括至少一个电池组的电池包、第一开关、第二开关、第三开关、均衡模块、电池管理系统，其中：
所述第一开关设置在所述DC-DC变换器和所述超级电容组之间，充电时所述市电、所述整流滤波单元、DC-DC变换器、第一开关以及超级电容组构成所述超级电容组的充电回路；
所述第二开关的数量与所述电池组的数量相同，所述第二开关对应设置在所述DC-DC变换器和所述电池组之间，充电时所述市电、整流滤波单元、DC-DC变换器、第二开关以及电池组构成所述电池组的充电回路；
所述电池组相互并联后通过所述第二开关、第三开关、均衡模块与所述超级电容组串联，在非充电时，通过所述第二开关、第三开关、均衡模块在所述超级电容组与电池组之间进行电量转移；
所述电池管理系统实时监测每个所述电池组和超级电容组的状态参数，根据所述状态参数控制所述第一开关、第二开关和第三开关以及均衡模块的通断，以对所述电池组和超级电容组进行充、放电。
另一方面，本发明提供了一种用于上述储能系统的均衡储能方法，所述方法包括以下步骤：
接收到输入的充电请求时，控制所述DC-DC变换器并闭合所述第一开关和所述第二开关，对所述超级电容组和所述电池组进行充电；
实时监测所述超级电容组和所有所述电池组的电压；
当监测到所述超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开所述超级电容组对应的第一开关，以终止对所述超级电容组进行充电；
当监测到所述电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到所述第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电；
当监测到所述超级电容组的电压达到所述第一预设电压值、所述电池组的电压达到所述第二预设电压值、且所述第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制所述DC-DC变换器停止对所述超级电容组和所有电池组进行供电。
另一方面，本发明还提供了一种电池管理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明的储能系统包括整流滤波单元、DC-DC变换器、超级电容组、包括至少一个电池组的电池包、第一开关、第二开关、第三开关、均衡模块、电池管理系统，充电时市电、整流滤波单元、DC-DC变换器、第一开关以及超级电容组构成超级电容组的充电回路，市电、整流滤波单元、DC-DC变换器、第二开关以及电池组构成电池组的充电回路，电池组相互并联后通过第二开关、第三开关、均衡模块与超级电容组串联，在非充电时，通过第二开关、第三开关、均衡模块在超级电容组与电池组之间进行电量转移，从而显著增加储能电池组的循环使用寿命，有效降低了电池组在充放电时的能耗，提高了电池组和超级电容组的充放电效率。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的储能系统的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的储能系统的优选结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的均衡储能方法的实现流程图；
图4是本发明实施例三提供的均衡储能方法的实现流程图；以及
图5是本发明实施例四提供的电池管理设备的结构示意图。
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。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
实施例一：
图1示出了本发明实施例一提供的储能系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的储能系统包括与市电连接的整流滤波单元101、与整流滤波单元101连接的DC-DC变换器102、电池管理系统103、第一开关104、第二开关105、第三开关106、均衡模块107、超级电容组108、包括至少一个电池组109的电池包，其中：
第一开关设置在DC-DC变换器102和超级电容组108之间，充电时市电、整流滤波单元101、DC-DC变换器102、第一开关104以及超级电容组108构成超级电容组108的充电回路；
第二开关105的数量与电池组109的数量相同，第二开关105对应设置在DC-DC变换器102和电池组109之间，充电时市电、整流滤波单元101、DC-DC变换器102、第二开关105以及电池组109构成电池组109的充电回路；
电池组109相互并联后通过第二开关105、第三开关106、均衡模块107与超级电容组108串联，在非充电时，通过第二开关105、第三开关106、均衡模块107在超级电容组108与电池组109之间进行电量转移；
电池管理系统103实时监测每个电池组109和超级电容组108的状态参数，根据状态参数控制第一开关104、第二开关105和第三开关106以及均衡模块107的通断，以对电池组109和超级电容组108进行充、放电。
在本发明实施例中，在对超级电容组108和电池组109进行充电时，电池管理系统103控制DC-DC变换器102并闭合第一开关104和第二开关105，对超级电容组和电池组109进行充电，并实时监测超级电容组108和所有电池组109的电压。当监测到超级电容组108的电压达到第一预设电压值时，断开超级电容组108对应的第一开关，以终止对超级电容组108进行充电，防止过载。当监测到电池组109的电压达到第二预设电压值时，断开达到第二预设电压值的电池组109对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电。当监测到超级电容组108的电压达到第一预设电压值、电池组109的电压达到第二预设电压值、且第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制DC-DC变换器102停止对超级电容组108和所有电池组109进行供电。
可选地，在本发明实施中，也可以使用其他替换电源(非市电电源)对超级电容组108和电池组109进行充电。
在本发明实施例中，如图2所示，储能系统还可以包括A/D转换单元110，A/D转换单元110用于将电池管理系统103从每个电池组109和超级电容组108监测到的模拟信号转换为数字信号，以得到状态参数并提供给电池管理系统103，以便于电池管理系统对每个电池组109和超级电容组108进行监测。其中，状态参数可以包括每个电池组和超级电容组的电压、电流、温度以及SOC(State of Charge)值等。
进一步地，储能系统还可以包括设置在电池组和超级电容组上的多个电压传感器、多个电流传感器和多个温度传感器，每个电池组对应一个电压传感器、电流传感器和温度传感器，电压传感器、电流传感器和温度传感器用于将从每个电池组和超级电容组监测到的模拟信号发送给A/D转换单元110，以实现对电池组和超级电容组的监测，提高了电池组和超级电容组充放电过程的可靠性和安全性。
优选地，均衡模块为双向DC-DC变换器，从而在简化均衡模块设计的同时，提高储能系统的稳定性。
优选地，第一开关、第二开关和第三开关为继电器或开关三极管，从而在提高电路稳定性、灵敏性的同时，实现电路的自动化控制。另外，在本发明实施例中，一个第二开关对应一个电池组，以通过单个开关的闭合实现单个电池组充电的精确控制。
进一步优选地，电池管理系统还包括监控显示设备，监控显示设备用于显示每个电池组和超级电容组的电压、温度和SOC值，以便于用户直观地获取储能系统的当前状态。
在本发明实施例中，当储能系统处于非充电状态时，即通过DC-DC变换器102断开市电与超级电容组108和电池组109的连接时，电池管理系统对所有电池组109的电压进行监测(例如，按预设时间周期监测)，并计算所有电池组的电压平均值，获取所有电池组中高于电压平均值的多个电池组，将该多个电池组记为第一多个电池组，并获取低于电压平均值的多个电池组，记为第二多个电池组，逐一闭合第一多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使第一多个电池组中的电池组逐一对超级电容组进行充电，当第一多个电池组中的电池组的电压值达到电压平均值时，电池管理系统断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到第一多个电池组中的所有电池组完成对超级电容组的充电，从而将电池组中高于电压平均值的电压转移到超级电容组中。接着，逐一闭合第二多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使超级电容组逐一对第二多个电池组中的电池组进行充电，当第二多个电池组中的电池组的电压值达到电压平均值时，断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到超级电容组完成对第二多个电池组中的所有电池组的充电，从而使得电池包中所有电池组的电压达到一种平衡状态，显著增加储能电池组的循环使用寿命。
实施例二：
图3示出了本发明实施例二提供的均衡储能方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的均衡储能方法适用于实施例一中的储能系统，具体适用于该储能系统中的电池管理系统，该均衡储能方法具体如下所述：
在步骤S301中，接收到输入的充电请求时，控制DC-DC变换器并闭合第一开关和所述第二开关，对超级电容组和电池组进行充电；
在步骤S302中，实时监测超级电容组和所有电池组的电压；
在步骤S303中，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开超级电容组对应的第一开关，以终止对超级电容组进行充电；
在步骤S304中，当监测到电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电；
在步骤S305中，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值、电池组的电压达到第二预设电压值、且第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制DC-DC变换器停止对超级电容组和所有电池组进行供电。
在本发明实施例中，在充电过程中采用电池组和超级电容组进行储能，且通过电压传感器、电流传感器和温度传感器对电池组和超级电容组的状态进行监测，显著地提高了电池组和超级电容组的充放电效率，缩短了电池组的充电时间，同时提高了电池组和超级电容组充电过程的可靠性和安全性。
实施例三：
图4示出了本发明实施例三提供的均衡储能方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例提供的均衡储能方法适用于实施例一中的储能系统，具体适用于该储能系统中的电池管理系统，该均衡储能方法具体如下所述：
在步骤S401中，接收到输入的充电请求时，控制DC-DC变换器并闭合第一开关和第二开关，对超级电容组和电池组进行充电；
在步骤S402中，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开超级电容组对应的第一开关，以终止对超级电容组进行充电；
在步骤S403中，当监测到电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电；
在步骤S404中，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值、电池组的电压达到第二预设电压值、且第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制DC-DC变换器停止对超级电容组和所有电池组进行供电。
在步骤S405中，对所有电池组的电压进行监测，计算所有电池组的电压平均值；
在步骤S406中，获取所有电池组中高于电压平均值的多个电池组，将该多个电池组记为第一多个电池组，并获取低于电压平均值的多个电池组，记为第二多个电池组；
在步骤S407中，逐一闭合第一多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使第一多个电池组中的电池组逐一对超级电容组进行充电；
在步骤S408中，当所述第一多个电池组中的电池组的电压值达到电压平均值时，断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到第一多个电池组中的所有电池组完成对超级电容组的充电；
在步骤S409中，逐一闭合所述第二多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使超级电容组逐一对第二多个电池组中的电池组进行充电；
在步骤S410中，当第二多个电池组中的电池组的电压值达到电压平均值时，断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到超级电容组完成对第二多个电池组中的所有电池组的充电。
在本发明实施例中，在充电过程中采用电池组和超级电容组进行储能，且通过电压传感器、电流传感器和温度传感器对电池组和超级电容组的状态进行监测，显著地提高了电池组和超级电容组的充放电效率，缩短了电池组的充电时间，同时提高了电池组和超级电容组充电过程的可靠性和安全性。在非充电时通过第二开关、第三开关、均衡模块在超级电容组与电池组之间进行电量转移，从而显著增加储能电池组的循环使用寿命。
实施例四：
图5示出了本发明实施例四提供的电池管理设备的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本发明实施例的电池管理设备5包括处理器50、存储器51以及存储在存储器51中并可在处理器50上运行的计算机程序52。该处理器50执行计算机程序52时实现上述方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤S301至S305。
本发明实施例在接收到输入的充电请求时，控制DC-DC变换器并闭合第一开关和所述第二开关，对超级电容组和所述电池组进行充电，实时监测超级电容组和所有电池组的电压，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开超级电容组对应的第一开关，以终止对超级电容组进行充电，当监测到电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值、电池组的电压达到第二预设电压值、且第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制DC-DC变换器停止对超级电容组和所有电池组进行供电。
本发明实施例在充电过程中采用电池组和超级电容组进行储能，且通过电压传感器、电流传感器和温度传感器对电池组和超级电容组的状态进行监测，显著地提高了电池组和超级电容组的充放电效率，缩短了电池组的充电时间，同时提高了电池组和超级电容组充电过程的可靠性和安全性。
实施例五：
在本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤，例如，图3所示的步骤S301至S305、图4所示的步骤S401至S410。
本发明实施例在接收到输入的充电请求时，控制DC-DC变换器并闭合第一开关和所述第二开关，对超级电容组和所述电池组进行充电，实时监测超级电容组和所有电池组的电压，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开超级电容组对应的第一开关，以终止对超级电容组进行充电，当监测到电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电，当监测到超级电容组的电压达到第一预设电压值、电池组的电压达到第二预设电压值、且第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制DC-DC变换器停止对超级电容组和所有电池组进行供电，缩短了电池组的充电时间，同时提高了电池组和超级电容组充电过程的可靠性和安全性。
本发明实施例的计算机可读存储介质可以包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质，例如，ROM/RAM、磁盘、光盘、闪存等存储器。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种储能系统，其特征在于，包括与市电连接的整流滤波单元、与所述整流滤波单元连接的DC-DC变换器、超级电容组、包括至少一个电池组的电池包、第一开关、第二开关、第三开关、均衡模块、电池管理系统，其中：
所述第一开关设置在所述DC-DC变换器和所述超级电容组之间，充电时所述市电、所述整流滤波单元、DC-DC变换器、第一开关以及超级电容组构成所述超级电容组的充电回路；
所述第二开关的数量与所述电池组的数量相同，所述第二开关对应设置在所述DC-DC变换器和所述电池组之间，充电时所述市电、整流滤波单元、DC-DC变换器、第二开关以及电池组构成所述电池组的充电回路；
所述电池组相互并联后通过所述第二开关、第三开关、均衡模块与所述超级电容组串联，在非充电时，通过所述第二开关、第三开关、均衡模块在所述超级电容组与电池组之间进行电量转移；
所述电池管理系统实时监测每个所述电池组和超级电容组的状态参数，根据所述状态参数控制所述第一开关、第二开关和第三开关以及均衡模块的通断，以对所述电池组和超级电容组进行充、放电。
2.如权利要求1所述储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括A/D转换单元，所述A/D转换单元用于将所述电池管理系统从每个所述电池组和超级电容组监测到的模拟信号转换为数字信号，以得到所述状态参数并提供给所述电池管理系统。
3.如权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统还包括多个电压传感器、多个电流传感器和多个温度传感器，每个电池组对应一个所述电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器用于将从每个所述电池组和超级电容组监测到的模拟信号发送给所述A/D转换单元。
4.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述均衡模块为双向DC-DC变换器。
5.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述第一开关、第二开关和第三开关为继电器或开关三极管。
6.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述电池管理系统还包括监控显示设备，所述监控显示设备用于显示每个所述电池组和所述超级电容组的电压、温度和SOC值。
7.一种用于权利要求1所述储能系统的均衡储能方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收到输入的充电请求时，控制所述DC-DC变换器并闭合所述第一开关和所述第二开关，对所述超级电容组和所述电池组进行充电；
实时监测所述超级电容组和所有所述电池组的电压；
当监测到所述超级电容组的电压达到第一预设电压值时，断开所述超级电容组对应的第一开关，以终止对所述超级电容组进行充电；
当监测到所述电池组的电压达到第二预设电压值时，断开达到所述第二预设电压值的电池组对应的第二开关，以终止对该电池组进行充电；
当监测到所述超级电容组的电压达到所述第一预设电压值、所述电池组的电压达到所述第二预设电压值、且所述第一开关和所有第二开关都处于断开状态时，控制所述DC-DC变换器停止对所述超级电容组和所有电池组进行供电。
8.如权利要求7所述的均衡储能方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所有所述电池组的电压进行监测，计算所述所有电池组的电压平均值；
获取所有所述电池组中高于所述电压平均值的多个电池组，将该多个电池组记为第一多个电池组，并获取低于所述电压平均值的多个电池组，记为第二多个电池组；
逐一闭合所述第一多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使所述第一多个电池组中的电池组逐一对所述超级电容组进行充电；
当所述第一多个电池组中的电池组的电压值达到所述电压平均值时，断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到所述第一多个电池组中的所有电池组完成对所述超级电容组的充电；
逐一闭合所述第二多个电池组中的每个电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，以使所述超级电容组逐一对所述第二多个电池组中的电池组进行充电；
当所述第二多个电池组中的电池组的电压值达到所述电压平均值时，断开该电池组对应的第二开关、第三开关和均衡模块，直到所述超级电容组完成对所述第二多个电池组中的所有电池组的充电。
9.一种电池管理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7或8所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7或8所述方法的步骤。
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