CN108155695A - 电池单柜组并联充放电系统与保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池单柜组并联充放电系统与保护方法，涉及储能领域。该电池单柜组并联充放电系统，包括总控柜、总开关模块与电池单柜组，总控柜通过总开关模块连接于电池单柜组，其中电池单柜组包括两个以上并联连接的电池单柜；总控柜被配置为接收电池单柜组发送的反馈消息，根据反馈消息，控制总开关模块的工作状态，以控制电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，其中工作状态包括断开状态和闭合状态。利用本发明的技术方案能够保证电池单柜组并联充放电系统的安全。

Description

电池单柜组并联充放电系统与保护方法

技术领域

本发明涉及储能领域，尤其涉及一种电池单柜组并联充放电系统与保护方法。

背景技术

为了满足各个领域中对电能的大量消耗，可设置充放电系统。在电能充裕的情况下，为充放电系统充电。在电能紧张的情况下，利用充放电系统对外供电。

充放电系统中可包括储能变流器、总控柜和多个电池单柜，电池单柜中包括储能元件，比如电池。当电池单柜中出现过压、过流或温度过高等危险情况时，电池单柜会控制储能元件与外界断开，即电池单柜与外界断开以保证电池单柜的安全。但是，在电池单柜出现危险情况而与外界断开时，储能变流器并未接收到通知消息，仍保证原有功率充电或放电。因此断开的电池单柜承担的充电功率或放电功率分摊到了其他未与外界断开的电池单柜上，从而加重了其他电池单柜的工作负荷，可能会导致其他电池单柜由于工作负荷过重而损坏。

发明内容

本发明实施例提供了一种电池单柜组并联充放电系统与保护方法，能够保证电池单柜组并联充放电系统的安全。

一方面，本发明实施例提供了一种电池单柜组并联充放电系统，包括总控柜、总开关模块与电池单柜组，总控柜通过总开关模块连接于电池单柜组，其中电池单柜组包括两个以上并联连接的电池单柜；总控柜被配置为接收电池单柜组发送的反馈消息，根据反馈消息，控制总开关模块的工作状态，以控制电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，其中工作状态包括断开状态和闭合状态。

另一方面，本发明实施例提供了一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法，应用于上述技术方案中的电池单柜组并联充放电系统，电池单柜组并联充放电系统的保护方法包括：总控柜接收电池单柜组发送的反馈消息；总控柜根据反馈消息，控制总开关模块的工作状态，以控制电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，工作状态包括断开状态和闭合状态。

本发明实施例提供了一种电池单柜组并联充放电系统与保护方法，电池单柜组并联充放电系统包括总控柜、总开关模块与电池单柜组，总控柜通过总开关模块连接与电池单柜组。总控柜可根据电池单柜组发送来的反馈消息，判断电池单柜组中各电池单柜的运行状态。从而控制总开关模块的处于断开状态或闭合状态，以达到控制电池单柜组中所有电池单柜与外界之间的充放电通路的通断的目的。当总开关模块处于断开状态时，所有电池单柜与外界之间的充放电通路均断开，避免了个别断开的电池单柜的充电功率或放电功率分摊到其他电池单柜上，从而避免电池单柜由于工作负荷过重而损坏，保证了电池单柜组并联充放电系统的安全。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。

图1为本发明一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图；

图4为本发明另一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图；

图5为本发明又一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图；

图6为本发明再一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

本发明实施例提供一种电池单柜组并联充放电系统和应用于该电池单柜组并联充放电系统的保护方法，能够保证电池单柜组并联充放电系统的安全运行，避免电池单柜组中的电池单柜由于工作负荷过重而受到损坏。

图1为本发明一实施例中一种电池单柜12组并联充放电系统的结构示意图。如图1所示，电池单柜12组并联充放电系统包括总控柜10、总开关模块11与电池单柜12组。其中，电通路连接用于充放电，通信通路连接用于传输通信信号。

其中，总控柜10通过总开关模块11连接于电池单柜12组。电池单柜12组包括两个以上并联连接的电池单柜12。电池单柜12可包括单体电芯、由多个单体电芯组成的电池模组或由多个电池模组组成的电池包等储能元件，在此并不限定。总开关模块11的通断可控制电池单柜12组中所有电池电柜与外界的充放电通路的通断。

总控柜10被配置为接收电池单柜12组发送的反馈消息，根据反馈消息，控制总开关模块11的工作状态，以控制电池单柜12组并联设置的所有电池单柜12与外界的充放电通路的通断。

电池单柜12组中的每一个电池单柜12均可向总控柜10发送反馈消息。电池单柜12组向总控柜10发送反馈信息，以使总控柜10可得到电池单柜12组中每个电池单柜12的运行状态。在一个示例中，反馈信息可包括正常信号和异常信号，正常信号表明电池单柜12正常运行，异常信号表明电池单柜12出现异常情况。比如，电池单柜12出现过压、过温或过流等现象，即为电池单柜12出现异常情况。

总开关模块11的工作状态包括断开状态和闭合状态。若总开关模块11处于断开状态，则电池单柜12组并联设置的所有电池单柜12与外界之间的充放电通路断开，不能够进行充放电。若总开关模块11处于闭合状态，则电池单柜12组并联设置的所有电池单柜12与外界之间的充放电通路连通，可进行充放电。在一个示例中，为了便于控制操作，总开关模块11具有电操功能，可通过信号控制实现总开关模块11的通断。

在一个示例中，总控柜10对外可连接储能变流器(PCS，Power Control System)。电池单柜12组并联充放电系统可通过储能变流器接收外界传输来的电能或向外界传输电能。

在本发明实施例中，总控柜10可以通过控制中开关模块处于断开状态或闭合状态，从而控制电池单柜12与外界之间的充放电通路的通断。当总开关模块11处于断开状态时，所有电池单柜12与外界之间的充放电通路均断开，避免了个别断开的电池单柜12的充电功率或放电功率分摊到其他电池单柜12上，从而避免电池单柜12由于工作负荷过重而损坏，保证了电池单柜12组并联充放电系统的安全。

而且，总开关模块11处于断开状态时，电池单柜12与外界之间的充放电通路可同步断开，避免了电池单柜12各自切断与外界之间的充放电通路的不同步可能引发的最后切断的电池单柜12中开关模块的损坏，保证了电池单柜12中各个组件的安全。

图2为本发明另一实施例中一种电池单柜12组并联充放电系统的结构示意图。图2与图1的不同之处在于，图1中的总控柜10包括图2中的主电池系统管理单元101(MBMU，Master Battery Management Unit)。图1中的电池单柜12包括图2中的分开关模块122和子电池系统管理单元121(SBMU，Slave Battery Management Unit)。

主电池系统管理单元101被配置为根据异常信号，控制总开关模块11处于断开状态，以控制所有电池单柜12与外界的充放电通路断开。反馈消息包括异常信号。在一个示例中，异常信号可包括极限告警信号或故障信号。极限告警信号为电池单柜12的某个或某些指标已达到安全极限阈值而产生的信号。故障信号为电池单柜12发生故障而产生的信号。比如，若电池单柜12出现过压、过温或过流等现象，可产生极限告警信号或故障信号。

若总控柜10接收到的反馈消息中包括异常信号，主电池系统管理单元101可控制总开关模块11处于断开状态，使得所有电池单柜12与外界之间的充放电通路断开。避免只断开产生异常信号的电池单柜12而使得其他电池单柜12的工作负担加重的情况，保证电池单柜12组并联充放电系统中所有电池单柜12的安全。

在一个示例中，子电池系统管理单元121被配置为当电池单柜12生成异常信号时，控制分开关模块122处于断开状态，以使得电池单柜12与外界的充放电通路断开。

电池单柜12中的分开关模块122断开，则电池单柜12与外界之间的充放电通路断开，电池单柜12不再进行充放电。电池单柜12出现自身可检测到的安全异常问题时，会产生异常信号。当电池单柜12产生异常信号时，电池单柜12自身中的子电池系统管理单元121会控制该电池单柜12中的分开关模块122处于断开状态，从而使电池单柜12不再进行充放电，避免安全异常问题进一步严重。

在一个示例中，分开关模块122可包括继电器，当电池单柜12产生异常信号时，电池单柜12将自身的继电器断开，从而保证该电池单柜12与外界之间的充放电通路断开。在另一个示例中，分开关模块122还可包括其他可控制通路通断的开关器件，在此并不限定。

总控柜10还被配置为当控制总开关模块11处于断开状态时，控制每个电池单柜12使每个电池单柜12的分开关模块122处于断开状态，以控制每个电池单柜12与外界的充放电通路断开。

在一个示例中，总开关模块11包括断路器。由于总开关模块11处汇集了所有电池单柜12的充放电电流，因此总开关模块11处的电流很大。断路器可承受的电流较大，可安全实现对电池单柜12组并联充放电系统的保护，避免总开关模块11被烧毁。为了便于操作，可选用具有电操功能的断路器。在另一个示例中，总开关模块11还可包括其他可控制通路通断的开关器件，在此并不限定。

为了进一步保证电池单柜12组并联充放电系统中未产生安全异常问题的电池单柜12的安全。当总控柜10控制总开关模块11处于断开状态时，还可向每个电池单柜12发送控制指令，该控制指令控制每个电池单柜12控制分开关模块122处于断开状态。从而防止总开关模块11未响应控制总开关处于断开状态的指令，而造成的与外界之间的充放电回路未断开的电池单柜12工作负担加重的情况。进而避免工作负担加重严重时对电池单柜12的损坏。

在本发明又一个实施例中，总控柜10包括主电池系统管理单元101，电池单柜12包括分开关模块122和子电池系统管理单元121。

总控柜10中的主电池系统管理单元101被配置为若在预设时间内连续接收到异常信号，则控制总开关模块11处于断开状态，以控制所有电池单柜12与外界的充放电通路断开。

电池单柜12可能会由于外界影响或内部影响，发送的反馈消息中的信号发生跳变，从正常信号跳变为异常信息。但在这种情况下，电池单柜12是正常运转的，若切断所有电池单柜12与外界之间的充放电通路，降低了电池单柜12组并联充放电系统对外充放电的效率。

电池单柜12在出现异常情况的过程中，会一直产生并发送异常信号。总控柜10中的主电池系统管理单元101可检测在预设时间内是否连续接收到异常信号，若在预设时间内连续接收到异常信号，则可确定电池单柜12出现异常情况，需要将总开关模块11断开，使总开关模块11处于断开状态。

若在预设时间内未连续接收到异常信号，可确定电池单柜12未出现异常情况，只是电池单柜12产生的信号发生了跳变，可保持总开关模块11的闭合状态，保持电池单柜12与外界之间的充放电通路的连通。

在一个示例中，预设时间可以根据电池单柜12组并联充放电系统的工作场景和工作需求设定。预设时间可为秒级，比如，预设时间为2秒。

在本发明实施例中，进一步判断电池单柜12是否确实发生异常情况，确定电池单柜12发生异常情况，通过控制总开关模块11处于断开状态，来切断所有电池单柜12与外界之间的充放电通路。从而避免了对电池单柜12的异常情况的误判断，能够更加准确的实现对电池单柜12组并联充放电系统的保护。

在本发明再一实施例中，总控柜10包括主电池系统管理单元101。

主电池系统管理单元101被配置为基于异常信号，获取产生异常信号的电池单柜12的数目；若产生异常信号的电池单柜12的数目超出安全运行单柜数目阈值，控制总开关模块11处于断开状态，以控制所有电池单柜12与外界的充放电通路断开；若产生异常信号的电池单柜12的数目未超出安全运行单柜数目阈值，控制总开关模块11处于闭合状态。

在一个示例中，每个电池单柜12均可向总控柜10发送反馈消息，且总控柜中的主电池系统管理单元101可根据反馈消息，得知该反馈消息属于哪个电池单柜12。因此，主电池系统管理单元101可以根据异常信号，得知发送异常信号的电池单柜12，进而可统计产生异常信号的电池单柜12的数目。

在产生异常信号的电池单柜12的数目未超出安全运行单柜数目时，其他未产生异常信号的电池单柜12分担产生异常信号的电池单柜12的输入功率或输出功率也能够正常运行，未达到超负荷状态，可控制总开关模块11处于闭合状态，只切断产生异常信号的电池单柜12与外界之间的充放电通路即可，未产生异常信号的电池单柜12可继续进行充放电。若产生异常信号的电池单柜12的数目超出安全运行单柜数据，其他未产生异常信号的电池单柜12分担产生异常信号的电池单柜12的输入功率或输出功率，会达到超负荷状态，需要控制总开关模块11处于断开状态，所有电池单柜12停止充放电。

比如，电池单柜12组包括并联的20个电池单柜12，安全运行单柜数目为2。则若该电池电柜组中有1个电池单柜12出现异常情况，则可将这1个电池单柜12与外界之间的充放电通路断开。具体的，可控制着1个电池单柜12中的分开关模块122处于断开状态。若该电池电柜组中有3个电池单柜12出现异常情况，则控制总开关模块11处于断开状态，从而将20个电池单柜12与外界之间的充放电通路均断开。

在本发明实施例中，可尽量保证电池单柜12组并联充放电系统中的电池单柜12在正常负荷下工作，进行充放电，以达到充放电效率与安全性的平衡。

图3为本发明一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图。该电池单柜组并联充放电系统的保护方法可应用于上述实施例中的电池单柜组并联充放电系统。如图3所示，电池单柜组并联充放电系统的保护方法包括步骤201和步骤202。

在步骤201中，总控柜接收电池单柜组发送的反馈消息；

在步骤202中，总控柜根据反馈消息，控制总开关模块的工作状态，以控制电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断。

其中，工作状态包括断开状态和闭合状态。

在本发明实施例中，总控柜可以通过控制中开关模块处于断开状态或闭合状态，从而控制电池单柜与外界之间的充放电通路的通断。当总开关模块处于断开状态时，所有电池单柜与外界之间的充放电通路均断开，避免了个别断开的电池单柜的充电功率或放电功率分摊到其他电池单柜上，从而避免电池单柜由于工作负荷过重而损坏，保证了电池单柜组并联充放电系统的安全。

图4为本发明另一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图。图4与图3的不同之处在于，图3中的步骤202可细化为图4中的步骤2021。图4中的电池单柜组并联充放电系统的保护方法还可包括步骤203和步骤204。

在步骤2021中，总控柜根据异常信号，控制总开关模块处于断开状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路断开。

其中，反馈消息包括异常信号。

在步骤203中，电池单柜生成异常信号时，电池单柜控制电池单柜中的分开关模块处于断开状态，以使得电池单柜与外界的充放电通路断开。

在步骤204中，当控制总开关模块处于断开状态时，总控柜控制每个电池单柜使每个电池单柜的分开关模块处于断开状态，以控制每个电池单柜与外界的充放电通路断开。

当电池单柜产生异常信号时，电池单柜自身中的子电池系统管理单元会控制该电池单柜中的分开关模块处于断开状态，从而使电池单柜不再进行充放电，避免安全异常问题进一步严重。总控柜控制未产生异常信号的电池单柜与外界之间的充放电通路断开，从而防止总开关模块未响应控制总开关处于断开状态的指令，而造成的与外界之间的充放电回路未断开的电池单柜工作负担加重的情况。进而避免工作负担加重严重时对电池单柜的损坏。

图5为本发明又一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图。图5与图3的不同之处在于，图3中的步骤202可细化为图5中的步骤2022至步骤2024。

在步骤2022中，总控柜检测在预设时间内是否连续接收到异常信号。

其中，反馈消息包括异常信号。

在步骤2023中，若在预设时间内连续接收到反馈消息中的异常信号，则总控柜控制总开关模块处于断开状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路断开。

在步骤2024中，若在预设时间内未连续接收到反馈消息中的异常信号，则总控柜控制总开关模块处于闭合状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路连通。

在本发明实施例中，进一步判断电池单柜是否确实发生异常情况，确定电池单柜发生异常情况，通过控制总开关模块处于断开状态，来切断所有电池单柜与外界之间的充放电通路。从而避免了对电池单柜的异常情况的误判断，能够更加准确的实现对电池单柜组并联充放电系统的保护。

图6为本发明再一实施例中一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法的流程图。图6与图3的不同之处在于，图3中的步骤202可细化为图6中的步骤2025至步骤2027。

在步骤2025中，总控柜基于异常信号，获取产生异常信号的电池单柜的数目。

其中，反馈消息包括异常信号。

在步骤2026中，若产生异常信号的电池单柜的数目超出安全运行单柜数目阈值，总控柜控制总开关模块处于断开状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路断开。

在步骤2027中，若产生异常信号的电池单柜的数目未超出安全运行单柜数目阈值，总控柜控制总开关模块处于闭合状态。

在本发明实施例中，可尽量保证电池单柜组并联充放电系统中的电池单柜在正常负荷下工作，进行充放电，以达到充放电效率与安全性的平衡。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法实施例而言，相关之处可以参见系统实施例的说明部分。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

Claims (15)

1.一种电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，包括总控柜、总开关模块与电池单柜组，所述总控柜通过所述总开关模块连接于所述电池单柜组，其中所述电池单柜组包括两个以上并联连接的电池单柜；

所述总控柜被配置为接收所述电池单柜组发送的反馈消息，根据所述反馈消息，控制所述总开关模块的工作状态，以控制所述电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，其中所述工作状态包括断开状态和闭合状态。

2.根据权利要求1所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述反馈消息包括异常信号；

所述总控柜包括主电池系统管理单元，所述主电池系统管理单元被配置为根据所述异常信号，控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开。

3.根据权利要求2所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述电池单柜包括分开关模块和子电池系统管理单元；

所述子电池系统管理单元被配置为当所述电池单柜生成所述异常信号时，控制所述分开关模块处于断开状态，以使得所述电池单柜与外界的充放电通路断开。

4.根据权利要求3所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述总控柜还被配置为当控制所述总开关模块处于断开状态时，控制每个所述电池单柜使每个所述电池单柜的分开关模块处于断开状态，以控制每个所述电池单柜与外界的充放电通路断开。

5.根据权利要求1所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述反馈消息包括异常信号；

所述总控柜包括主电池系统管理单元，所述主电池系统管理单元被配置为若在预设时间内连续接收到所述异常信号，则控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开。

6.根据权利要求1所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述反馈消息包括异常信号；

所述总控柜包括主电池系统管理单元，所述主电池系统管理单元被配置为基于所述异常信号，获取产生异常信号的电池单柜的数目；若产生异常信号的电池单柜的数目超出安全运行单柜数目阈值，控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开；若产生异常信号的电池单柜的数目未超出安全运行单柜数目阈值，控制所述总开关模块处于闭合状态。

7.根据权利要求1所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述总开关模块具有电操功能。

8.根据权利要求1或7所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述总开关模块包括断路器。

9.根据权利要求3所述的电池单柜组并联充放电系统，其特征在于，所述分开关模块包括继电器。

10.一种电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，应用于权利要求1至9中任意一项所述的电池单柜组并联充放电系统，所述电池单柜组并联充放电系统的保护方法包括：

总控柜接收电池单柜组发送的反馈消息；

所述总控柜根据所述反馈消息，控制所述总开关模块的工作状态，以控制所述电池单柜组并联设置的所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，所述工作状态包括断开状态和闭合状态。

11.根据权利要求10所述的电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，所述总控柜根据所述反馈消息，控制所述总开关模块的工作状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，包括：

所述总控柜根据异常信号，控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开，所述反馈消息包括所述异常信号。

12.根据权利要求11所述的电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，所述电池单柜组并联充放电系统的保护方法还包括：

所述电池单柜生成所述异常信号时，所述电池单柜控制所述电池单柜中的分开关模块处于断开状态，以使得所述电池单柜与外界的充放电通路断开。

13.根据权利要求12所述的电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，所述电池单柜组并联充放电系统的保护方法还包括：

当控制所述总开关模块处于断开状态时，所述总控柜控制每个所述电池单柜使每个所述电池单柜的分开关模块处于断开状态，以控制每个所述电池单柜与外界的充放电通路断开。

14.根据权利要求10所述的电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，所述总控柜根据所述反馈消息，控制所述总开关模块的工作状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，包括：

所述总控柜检测在预设时间内是否连续接收到异常信号，所述反馈消息包括所述异常信号；

若在预设时间内连续接收到所述反馈消息中的异常信号，则所述总控柜控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开；

若在预设时间内未连续接收到所述反馈消息中的异常信号，则所述总控柜控制所述总开关模块处于闭合状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路连通。

15.根据权利要求10所述的电池单柜组并联充放电系统的保护方法，其特征在于，所述总控柜根据所述反馈消息，控制所述总开关模块的工作状态，以控制所有电池单柜与外界的充放电通路的通断，包括：

所述总控柜基于所述异常信号，获取产生异常信号的电池单柜的数目，所述反馈消息包括所述异常信号；

若产生异常信号的电池单柜的数目超出安全运行单柜数目阈值，所述总控柜控制所述总开关模块处于断开状态，以控制所述所有电池单柜与外界的充放电通路断开；

若产生异常信号的电池单柜的数目未超出安全运行单柜数目阈值，所述总控柜控制所述总开关模块处于闭合状态。