CN109217400A - 一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法 - Google Patents
一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法。利用多单元分选的双路单向并行主动均衡力法，将蓄电池组串作为均衡电力的电源和“负载”，同时对蓄电池组串中电压值和电量值偏差大于等于设定的允许偏差值的多个蓄电池单体进行双路单向并行主动均流均衡调控，可以有效的实现蓄电池运行的高精度实时监测、精准科学的充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性主动均衡，可使电压及电量偏差较大的多个蓄电池，在每一次充电放电过程中实现蓄电池组串的均衡，达到有效的蓄电池组串电压及电量的一致性管控，实现蓄电池储能系统的安全、健康、高效运行，对储能系统应用具有重大积极意义。
Description
技术领域
本发明属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法。
背景技术
储能系统是新能源电力和智能电网及能源互联网的重要组成部分特别是电化学储能。众所周知，电化学储能系统是由多个单元蓄电池单体连接组成的蓄电池组串进入变流器设备进行充放电，受控完成电力调节。蓄电池运行的实时监测、充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性均衡控制是储能系统安全、健康、高效运行的关键，为此需要设计有效的蓄电池管理系统BMS完成上述任务，蓄电池运行的高精度实时监测、精准科学的充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性主动有效的均衡调是蓄电池管理系统的关键技术和实现难点。
发明内容
为了实现有效的蓄电池监控和管理，本发明提出一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，主要包括：单向充电DC/DC模块、直流充电隔离变压器、高压正极直流母线、高压负极直流母线、蓄电池组串负极端子、蓄电池组串正极端子、低压充电正极直流母线、低压放电正极直流母线、低压负极直流母线、系统控制模块、电控开关驱动电路、蓄电池参数采集模块、系统总线、系统电源模块、单向放电DC/DC模块、直流放电隔离变压器、信号参数采集线束、电控开关驱动控制线、通信接口电路、上位控制机、双向储能换流装置、第1蓄电池单体、第2蓄电池单体、第n蓄电池单体、第1电控选通开关、第2电控选通开关、第n电控选通开关、第1电控选通开关充电正极连接端、第1电控选通开关放电正极连接端、第1电控选通开关蓄电池连接端、第2电控选通开关充电正极连接端、第2电控选通开关放电正极连接端、第2电控选通开关蓄电池连接端、第n电控选通开关充电正极连接端、第n电控选通开关放电正极连接端、第n电控选通开关蓄电池连接端、第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器、蓄电池组串电流参数采集传感器，其中：
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体、第2蓄电池单体、第n蓄电池单体排列，依次由第1蓄电池单体正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极接入蓄电池组串负极端子，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极接入蓄电池组串正极端子，再由蓄电池组串负极端子和蓄电池组串正极端子分别通过高压负极直流母线和高压正极直流母线顺次连接直流充电隔离变压器和单向充电DC/DC模块，同时蓄电池组串负极端子和蓄电池组串正极端子分别连接双向储能换流装置直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行充电的电力供给单向电力路径以及蓄电池组串的储能充放电电力路径；
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体、第2蓄电池单体、第n蓄电池单体排列，依次由第1蓄电池单体正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极接入蓄电池组串负极端子，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极接入蓄电池组串正极端子，再由蓄电池组串负极端子和蓄电池组串正极端子分别通过高压负极直流母线和高压正极直流母线顺次连接直流放电隔离变压器和单向放电DC/DC模块，同时蓄电池组串负极端子和蓄电池组串正极端子分别连接双向储能换流装置直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行放电的电力吸纳单向电力路径和蓄电池组串的储能充放电电力路径；
第1蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第1蓄电池单体正极连接第1电控选通开关的第1电控选通开关蓄电池连接端，并由第1电控选通开关蓄电池连接端通过第1电控选通开关充电正极连接端接入低压充电正极直流母线，同时低压充电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向充电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体进行均流的充电电力路径；
第1蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第1蓄电池单体正极连接第1电控选通开关的第1电控选通开关蓄电池连接端，并由第1电控选通开关蓄电池连接端通过第1电控选通开关放电正极连接端接入低压放电正极直流母线，同时低压放电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向放电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体进行均流的放电电力路径；
第2蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第2蓄电池单体正极连接第2电控选通开关的第2电控选通开关蓄电池连接端，并由第2电控选通开关蓄电池连接端通过第2电控选通开关充电正极连接端接入低压充电正极直流母线，同时低压充电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向充电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体进行均流的充电电力路径；
第2蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第2蓄电池单体正极连接第2电控选通开关的第2电控选通开关蓄电池连接端，并由第2电控选通开关蓄电池连接端通过第2电控选通开关放电正极连接端接入低压放电正极直流母线，同时低压放电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向放电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体进行均流的放电电力路径；
第n蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第n蓄电池单体正极连接第n电控选通开关的第n电控选通开关蓄电池连接端，并由第n电控选通开关蓄电池连接端通过第n电控选通开关充电正极连接端接入低压充电正极直流母线，同时低压充电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向充电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体进行均流的充电电力路径；
第n蓄电池单体负极连接低压负极直流母线并且第n蓄电池单体正极连接第n电控选通开关的第n电控选通开关蓄电池连接端，并由第n电控选通开关蓄电池连接端通过第n电控选通开关放电正极连接端接入低压放电正极直流母线，同时低压放电正极直流母线和低压负极直流母线分别接入单向放电DC/DC模块的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体进行均流的放电电力路径；
系统控制模块通过系统总线分别连接双向充放电DC/DC模块、电控开关驱动电路、蓄电池参数采集模块、单向放电DC/DC模块，构成系统监测与控制链路；
电控开关驱动电路通过电控开关驱动控制线分别连接第1电控选通开关、第2电控选通开关、第n电控选通开关，构成蓄电池正极连接低压充电正极直流母线或蓄电池连接低压放电负极直流母线的受控选通控制驱动链路；
蓄电池参数采集模块通过信号参数采集线束分别连接第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器以及蓄电池组成电流参数采集传感器，构成蓄电池电压及温度参数采集的信息链路；
系统电源模块分别连接双向充放电DC/DC模块、单向放电DC/DC模块和系统控制模块，构成蓄电池管理系统的供电电力路径；
系统控制模块连接通信接口电路，并通过通信接口电路链接上位控制机和双向储能换流装置，构成蓄电池管理系统与上位控制机和双向储能换流装置进行信息交互的通信链路；
一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统的主要控制方法为：
1)蓄电池管理系统通过系统电源模块上电启动后，自检异常报警并通知进入故障处理；
2)自检正常则运行，并按照单向偏差均衡和双向偏差均衡两个均衡模式进行主动均衡控制；
3)系统控制模块通过通信接口电路与上位控制机和双向储能换流装置交互信息，并接受上位控制机的参数设置及执行上位控制机发出的指令；
4)系统控制模块根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值大于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行充电时，系统控制模块控制单向放电DC/DC模块运行，并控制电控开关驱动电路通过电控开关驱动控制线控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块相连的低压放电正极直流母线和低压负极直流母线上，由系统控制模块控制单向放电DC/DC模块进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机设定的值；
5)系统控制模块根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值小于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行放电时，系统控制模块控制单向充电DC/DC模块运行，并控制电控开关驱动电路通过电控开关驱动控制线控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块相连的低压充电正极直流母线和低压负极直流母线上，由系统控制模块控制单向充电DC/DC模块进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机设定的值；
6)系统控制模块根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且双向偏差较大的至少偏大和偏小各一个蓄电池单体电压值或电量值分别大于和小于蓄电池组串的平均值，系统控制模块进行多单元分选的双路单向并行主动均衡控制，即：
系统控制模块控制单向放电DC/DC模块运行，并控制电控开关驱动电路通过电控开关驱动控制线控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块相连的低压放电正极直流母线和低压负极直流母线上，由系统控制模块控制单向放电DC/DC模块进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机设定的值，同时系统控制模块控制单向充电DC/DC模块运行，并控制电控开关驱动电路通过电控开关驱动控制线控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块相连的低压充电正极直流母线和低压负极直流母线上，由系统控制模块控制单向充电DC/DC模块进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机设定的值；
7)系统控制模块根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，在满足设定的要求时，系统控制模块按照设定的策略及时间节拍，重复执行2)至6)的运行流程。
本发明提出的一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，利用多单元分选的双路单向并行主动均衡方法，将蓄电池组串作为均衡电力的电源和“负载”，同时对蓄电池组串中电压值和电量值偏差大于等于设定的允许偏差值的多个蓄电池单体进行双路单向并行主动均流均衡调控，多单体独立监控可以有效的实现蓄电池运行的高精度实时监测、精准科学的充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性主动有效的均衡，可使电压及电量偏差较大的多个蓄电池，在每一次充电放电过程中实现蓄电池组串得到均衡，达到有效的蓄电池组串电压及电量的一致性管控，实现蓄电池储能系统的安全、健康、高效运行，对储能系统应用具有重大积极意义。
附图说明
图1是一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法的构成原理框图。
具体实施方式
作为实施例子，结合图1对一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。
如图1所示，本发明提出一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，主要包括：单向充电DC/DC模块(1)、直流充电隔离变压器(2)、高压正极直流母线(3)、高压负极直流母线(4)、蓄电池组串负极端子(5)、蓄电池组串正极端子(6)、低压充电正极直流母线(71)、低压放电正极直流母线(72)、低压负极直流母线(8)、系统控制模块(9)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)、系统总线(12)、系统电源模块(13)、单向放电DC/DC模块(14)、直流放电隔离变压器(15)、信号参数采集线束(16)、电控开关驱动控制线(17)、通信接口电路(18)、上位控制机(19)、双向储能换流装置(20)、第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)、第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第n电控选通开关(Kn)、第1电控选通开关充电正极连接端(a1)、第1电控选通开关放电正极连接端(b1)、第1电控选通开关蓄电池连接端(c 1)、第2电控选通开关充电正极连接端(a2)、第2电控选通开关放电正极连接端(b2)、第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)、第n电控选通开关充电正极连接端(an)、第n电控选通开关放电正极连接端(bn)、第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)、第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)、蓄电池组串电流参数采集传感器(Ti)，其中：
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)顺次连接直流充电隔离变压器(2)和单向充电DC/DC模块(1)，同时蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别连接双向储能换流装置(20)直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行充电的电力供给单向电力路径以及蓄电池组串的储能充放电电力路径；
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)顺次连接直流放电隔离变压器(15)和单向放电DC/DC模块(14)，同时蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别连接双向储能换流装置(20)直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行放电的电力吸纳单向电力路径和蓄电池组串的储能充放电电力路径；
第1蓄电池单体负极(S11)连接低压负极直流母线(8)并且第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关充电正极连接端(a1)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体(S1)进行均流的充电电力路径；
第1蓄电池单体负极(S11)连接低压负极直流母线(8)并且第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关放电正极连接端(b1)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体(S1)进行均流的放电电力路径；
第2蓄电池单体负极(S21)连接低压负极直流母线(8)并且第2蓄电池单体正极(S22)连接第2电控选通开关(K2)的第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)，并由第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)通过第2电控选通开关充电正极连接端(a2)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体(S2)进行均流的充电电力路径；
第2蓄电池单体负极(S21)连接低压负极直流母线(8)并且第2蓄电池单体正极(S22)连接第2电控选通开关(K2)的第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)，并由第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)通过第2电控选通开关放电正极连接端(b2)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体(S2)进行均流的放电电力路径；
第n蓄电池单体负极(Sn1)连接低压负极直流母线(8)并且第n蓄电池单体正极(Sn2)连接第n电控选通开关(Kn)的第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)，并由第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)通过第n电控选通开关充电正极连接端(an)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体(Sn)进行均流的充电电力路径；
第n蓄电池单体负极(Sn1)连接低压负极直流母线(8)并且第n蓄电池单体正极(Sn2)连接第n电控选通开关(Kn)的第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)，并由第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)通过第n电控选通开关放电正极连接端(bn)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体(Sn)进行均流的放电电力路径；
系统控制模块(9)通过系统总线(12)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)、单向放电DC/DC模块(14)，构成系统监测与控制链路；
电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(17)分别连接第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第n电控选通开关(Kn)，构成蓄电池正极连接低压充电正极直流母线(71)或蓄电池连接低压放电负极直流母线(72)的受控选通控制驱动链路；
蓄电池参数采集模块(11)通过信号参数采集线束(16)分别连接第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)以及蓄电池组成电流参数采集传感器(Ti)，构成蓄电池电压及温度参数采集的信息链路；
系统电源模块(13)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)、单向放电DC/DC模块(14)和系统控制模块(9)，构成蓄电池管理系统的供电电力路径；
系统控制模块(9)连接通信接口电路(18)，并通过通信接口电路(18)链接上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)，构成蓄电池管理系统与上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)进行信息交互的通信链路；
一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统的主要控制方法为：
1)蓄电池管理系统通过系统电源模块(13)上电启动后，自检异常报警并通知进入故障处理；
2)自检正常则运行，并按照单向偏差均衡和双向偏差均衡两个均衡模式进行主动均衡控制：
3)系统控制模块(9)通过通信接口电路(18)与上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)交互信息，并接受上位控制机(19)的参数设置及执行上位控制机(19)发出的指令；
4)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值大于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行充电时，系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块(14)相连的低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机(17)设定的值；
5)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值小于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行放电时，系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块(1)相连的低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机(19)设定的值；
6)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且双向偏差较大的至少偏大和偏小各一个蓄电池单体电压值或电量值分别大于和小于蓄电池组串的平均值，系统控制模块(9)进行多单元分选的双路单向并行主动均衡控制，即：
系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块(14)相连的低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机(17)设定的值，同时系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块(1)相连的低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机(19)设定的值；
7)系统控制模块(9)根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，在满足设定的要求时，系统控制模块(9)按照设定的策略及时间节拍，重复执行2)至6)的运行流程。
本发明提出的一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，利用多单元分选的双路单向并行主动均衡方法，将蓄电池组串作为均衡电力的电源和“负载”，同时对蓄电池组串中电压值和电量值偏差大于等于设定的允许偏差值的多个蓄电池单体进行双路单向并行主动均流均衡调控，多单体独立监控可以有效的实现蓄电池运行的高精度实时监测、精准科学的充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性主动有效的均衡，可使电压及电量偏差较大的多个蓄电池，在每一次充电放电过程中实现蓄电池组串得到均衡，达到有效的蓄电池组串电压及电量的一致性管控，实现蓄电池储能系统的安全、健康、高效运行，对储能系统应用具有重大积极意义。
Claims (2)
1.一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，主要包括：单向充电DC/DC模块(1)、直流充电隔离变压器(2)、高压正极直流母线(3)、高压负极直流母线(4)、蓄电池组串负极端子(5)、蓄电池组串正极端子(6)、低压充电正极直流母线(71)、低压放电正极直流母线(72)、低压负极直流母线(8)、系统控制模块(9)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)、系统总线(12)、系统电源模块(13)、单向放电DC/DC模块(14)、直流放电隔离变压器(15)、信号参数采集线束(16)、电控开关驱动控制线(17)、通信接口电路(18)、上位控制机(19)、双向储能换流装置(20)、第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)、第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第n电控选通开关(Kn)、第1电控选通开关充电正极连接端(a1)、第1电控选通开关放电正极连接端(b1)、第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)、第2电控选通开关充电正极连接端(a2)、第2电控选通开关放电正极连接端(b2)、第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)、第n电控选通开关充电正极连接端(an)、第n电控选通开关放电正极连接端(bn)、第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)、第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)、蓄电池组串电流参数采集传感器(Ti)，其中：
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)顺次连接直流充电隔离变压器(2)和单向充电DC/DC模块(1)，同时蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别连接双向储能换流装置(20)直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行充电的电力供给单向电力路径以及蓄电池组串的储能充放电电力路径；
蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)正极开始连接下一个蓄电池的负极，每一个蓄电池单体的正极连接下一个蓄电池单体的负极组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)，以及蓄电池组串的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)顺次连接直流放电隔离变压器(15)和单向放电DC/DC模块(14)，同时蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别连接双向储能换流装置(20)直流输入端的负极和正极，构成蓄电池组串作为均流电源进行放电的电力吸纳单向电力路径和蓄电池组串的储能充放电电力路径；
第1蓄电池单体负极(S11)连接低压负极直流母线(8)并且第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关充电正极连接端(a1)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体(S1)进行均流的充电电力路径；
第1蓄电池单体负极(S11)连接低压负极直流母线(8)并且第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关放电正极连接端(b1)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第1蓄电池单体(S1)进行均流的放电电力路径；
第2蓄电池单体负极(S21)连接低压负极直流母线(8)并且第2蓄电池单体正极(S22)连接第2电控选通开关(K2)的第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)，并由第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)通过第2电控选通开关充电正极连接端(a2)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体(S2)进行均流的充电电力路径；
第2蓄电池单体负极(S21)连接低压负极直流母线(8)并且第2蓄电池单体正极(S22)连接第2电控选通开关(K2)的第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)，并由第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)通过第2电控选通开关放电正极连接端(b2)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第2蓄电池单体(S2)进行均流的放电电力路径；
第n蓄电池单体负极(Sn1)连接低压负极直流母线(8)并且第n蓄电池单体正极(Sn2)连接第n电控选通开关(Kn)的第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)，并由第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)通过第n电控选通开关充电正极连接端(an)接入低压充电正极直流母线(71)，同时低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)分别接入单向充电DC/DC模块(1)的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体(Sn)进行均流的充电电力路径；
第n蓄电池单体负极(Sn1)连接低压负极直流母线(8)并且第n蓄电池单体正极(Sn2)连接第n电控选通开关(Kn)的第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)，并由第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)通过第n电控选通开关放电正极连接端(bn)接入低压放电正极直流母线(72)，同时低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)分别接入单向放电DC/DC模块(14)的低压侧正极和负极，构成第n蓄电池单体(Sn)进行均流的放电电力路径；
系统控制模块(9)通过系统总线(12)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)、单向放电DC/DC模块(14)，构成系统监测与控制链路；
电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(17)分别连接第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第n电控选通开关(Kn)，构成蓄电池正极连接低压充电正极直流母线(71)或蓄电池连接低压放电负极直流母线(72)的受控选通控制驱动链路；
蓄电池参数采集模块(11)通过信号参数采集线束(16)分别连接第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)以及蓄电池组成电流参数采集传感器(Ti)，构成蓄电池电压及温度参数采集的信息链路；
系统电源模块(13)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)、单向放电DC/DC模块(14)和系统控制模块(9)，构成蓄电池管理系统的供电电力路径；
系统控制模块(9)连接通信接口电路(18)，并通过通信接口电路(18)链接上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)，构成蓄电池管理系统与上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)进行信息交互的通信链路。
2.一种基于多单元分选的双路单向主动均衡蓄电池管理系统的主要控制方法为：
1)蓄电池管理系统通过系统电源模块(13)上电启动后，自检异常报警并通知进入故障处理；
2)自检正常则运行，并按照单向偏差均衡和双向偏差均衡两个均衡模式进行主动均衡控制；
3)系统控制模块(9)通过通信接口电路(18)与上位控制机(19)和双向储能换流装置(20)交互信息，并接受上位控制机(19)的参数设置及执行上位控制机(19)发出的指令；
4)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值大于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行充电时，系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块(14)相连的低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机(17)设定的值；
5)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且单向偏差较大的至少一个蓄电池单体电压值或电量值小于蓄电池组串的平均值并在蓄电池组串进行放电时，系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块(1)相连的低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机(19)设定的值；
6)系统控制模块(9)根据实时监测的每一个蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且双向偏差较大的至少偏大和偏小各一个蓄电池单体电压值或电量值分别大于和小于蓄电池组串的平均值，系统控制模块(9)进行多单元分选的双路单向并行主动均衡控制，即：
系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向放电DC/DC模块(14)相连的低压放电正极直流母线(72)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向放电DC/DC模块(14)进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或达到上位控制机(17)设定的值，同时系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)运行，并控制电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的至少一个蓄电池单体正极和负极分别连接到单向充电DC/DC模块(1)相连的低压充电正极直流母线(71)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制单向充电DC/DC模块(1)进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值和电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值和电量值或上位控制机(19)设定的值；
7)系统控制模块(9)根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，在满足设定的要求时，系统控制模块(9)按照设定的策略及时间节拍，重复执行2)至6)的运行流程。
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