CN109725262A - 基于储能pcs+bms的电池充放电测试方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法和系统，其方法包括：通过储能PCS搭建电池充放电所需的公共直流母线，电池充电时，储能PCS从网侧抽取能量，电池放电时，储能PCS将直流母线上的电量回馈到电网中。待检测电池挂接到直流母线上，每一组待测电池配有一组BCMU，用于监控待检测电池的状态，以及控制待检测电池在充放电回路的投入和切除。所有待检测电池支路通过BSMU汇总电池充放电信息、完成电池充放电的保护和控制策略，并将相关信息上传到上位机中。本发明的投入小、可扩展性强，可利用工程项目的PCS和BMS进行电池检测，电池检测完成后，PCS和BMS可随电池一同进仓，可减少固定资产的投入。
Description
技术领域
本发明涉及电池充放电测试技术领域。
背景技术
储能技术，特别是电化学储能技术，凭借着无功功率补偿、提升电力系统稳定性等特点，近年来得到了快速发展。储能电池作为电化学储能系统的核心和基础，储能电池的品质和稳定性是电化学储能系统稳定性的基础。
在储能电池进仓前需要对储能电池进行细致的检测，包括内阻的检测、采样精度的检测以及电池的充放电测试(容量标定)等。针对储能电池的充放电测试，需要使用电池充放电检测设备对电池进行完整的充电和放电检测，来检测电池的容量是否满足容量标定的要求以及电池电芯的一致性是否满足要求。当前电池充放电设备主要采用双向电源+双向DCDC变换器的技术方案。该电池检测方案需要外购成套设备或者定向开发相关的电池充放电设备，投入大，且可扩展性差，一个双向DCDC支路同一时间仅能完成一个电池组的充放电检测和容量标定。
当前市场上的电池充放电方案缺点主要包括：1、成本高，储能厂家需要整套采购电池充放电检测设备，或者定向开发双向电源、双向DCDC变换器以及配套的上位机软件，两种方式投入都较大。2、可扩展性差，当前市场上的电池充放电检测设备，一般为单通道或者双通道，一个通道可对一台电池进行充放电检测，通道数无法扩展。当测试通道数不能满足电池检测的需求时，只能通过增加检测设备数量的方式来解决。3、电压范围有限，市场上部分电池充放电检测设备的输出电压范围有限，当电池电压规格超出设备的额定输出电压范围时，无法进行电池的充放电和容量标定测试。4、检测设备属于固定投入，其成本只能通过项目产品逐步收回。当产能不稳定时，检测设备的数量难于选择。检测设备较少，当出现产能高峰时，会导致交付风险。检测设备多，产能少时，造成资源浪费。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种投入小、可扩展性强的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法。
本发明的另一目的在于提供一种投入小、可扩展性强的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统。
本发明的目的可以这样实现，设计一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，包括以下步骤：
S1、通过储能PCS搭建电池充放电所需的公共直流母线；
S2、电池充电时，储能PCS从网侧抽取能量，电池放电时，储能PCS将直流母线上的电量回馈到电网中；
S3、待检测电池挂接到直流母线上，每一组待测电池配有一组BCMU，BCMU用于监控待检测电池的状态，以及控制待检测电池在充放电回路的投入和切除；
S4、所有待检测电池支路通过BSMU汇总电池充放电信息、完成电池充放电的保护和控制策略，并将相关信息上传到上位机。
进一步地，充电检测步骤包括：
S101、启动储能PCS、BMS系统和上位机，设定电池充放电的检测步骤；
S102、上位机通过BMS获取待测电池的通道数，并直接下发相应的控制指令给储能PCS，储能PCS按照上位机下发的指令值选择工作模式，并输出设定的电流值，进入恒流充电工步；
S103、当某一路电池率先完成1C工步的充电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从充放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递给上位机；被切除的电池进入静置状态；
S104、待所有支路电池完成1C充电后，进入静置工步；
S105、静置工步完成后，通过BMS将所有电池充电支路投入，并进入0.2C充电工步，充电过程与1C充电步骤一致；
S106、0.2C充电完成后进入静置工步，为放电检测做准备。
S107、静置工步结束后，进入放电工步，将所有支路电池投入放电回路，并首先以1C进行放电；当某一路电池完成1C放电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递给上位机；被切除的电池进入静置状态；
S108、待所有支路电池完成1C放电后，进入静置工步；
S109、静置工步完成后，通过BMS将所有电池放电支路投入，进入0.2C放电工步，放电过程与1C放电步骤一致；
S110、0.2C放电工步完成，本次充放电测试结束。
本发明的另一目的可以这样实现，设计一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统，包括上位机、储能PCS、BMS系统、待检测电池，
BMS系统包括BSMU、BCMU和BMU，BMS实施监测电池组信息，并通过通讯将电池信息上传给上位机；接受上位机的控制指令，通过控制电池簇控制箱的接触器，将电池组从充放电回路中切除；BSMU负责汇总多路BCMU的信息，并与上位机通讯，接收上位机的控制指令；BCMU为中间层，对上与BSMU通讯，对下与每个电池包中的BMU通讯，同时可控制电池簇控制箱中的断路器，实现待检测电池在充放电回路的投入和切除；BMU安装在电池包内，采集电池包内各个单体电芯的数据，并上传BCMU；
储能PCS负责对电池进行恒电流/恒电压/恒功率模式的充放电，满足电池恒流/恒压/恒功率充放电的要求，储能PCS通过通讯口和上位机通讯；
上位机，根据设定工步的要求，给储能PCS下发控制指令值；接收BMS上传的电池信息，进行保护和逻辑判；根据工步的要求判定需要从充放电回路中切除的电池，并给BMS下发控制指令。
进一步地，上位机给储能PCS下发控制指令包括开关机指令、运行模式指令、输出指令。
进一步地，待检测支路采用电池组串联的方式，2个以上电池并联后与待检测电池串联构成一路待检测支路
本发明的投入小，厂家可基于现有的PCS和BMS，开发电池充放电测试所用的上位机，即可开展对电池的充放电检测。可扩展性强，PCS具备挂接多台电池的能力，BMS负责每个待检测电池支路的控制，可根据测试需求增加电池检测的通道数。可利用工程项目的PCS和BMS进行电池检测，电池检测完成后，PCS和BMS可随电池一同进仓，用于工程项目，可减少固定资产的投入。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的系统示意图；
图2是本发明较佳实施例之BMS的系统示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，包括以下步骤：
S1、通过储能PCS搭建电池充放电所需的公共直流母线；
S2、电池充电时，储能PCS从网侧抽取能量，电池放电时，储能PCS将直流母线上的电量回馈到电网中；
S3、待检测电池挂接到直流母线上，每一组待测电池配有一组BCMU，BCMU用于监控待检测电池的状态，以及控制待检测电池在充放电回路的投入和切除；
S4、所有待检测电池支路通过BSMU汇总电池充放电信息、完成电池充放电的保护和控制策略，并将相关信息上传到上位机。电池充放电的保护和控制策略，包括电池电芯的过压保护、欠压保护、过温保护、过流保护、通讯中断保护等，以及电池充放电支路的投入切除控制等。
通过储能PCS(储能变流器、双向变换器)搭建电池充放电所需的公共直流母线，电池充电时，储能PCS从网侧抽取能量，电池放电时，储能PCS将直流母线上的电量回馈到电网中。待检测电池挂接到直流母线上，每一组待测电池配有一组BCMU(电池簇管理单元)，用于监控待检测电池的状态，以及控制待检测电池在充放电回路的投入和切除。所有待检测电池支路通过BSMU(电池系统管理单元)汇总电池充放电信息、完成电池充放电的保护和控制策略，并将相关信息上传到上位机软件中。
充电检测步骤包括：
S101、启动储能PCS、BMS系统和上位机，设定电池充放电的检测步骤；
S102、上位机通过BMS获取待测电池的通道数，并直接下发相应的控制指令给储能PCS，储能PCS按照上位机下发的指令值选择工作模式，并输出设定的电流值，进入恒流充电工步；
S103、当某一路电池率先完成1C工步的充电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从充放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递个上位机；被切除的电池进入静置状态；
S104、待所有支路电池完成1C充电后，进入静置工步；
S105、静置工步完成后，通过BMS将所有电池充电支路投入，并进入0.2C充电工步，充电过程与1C充电步骤一致；
S106、0.2C充电完成后进入静置工步，为放电检测做准备。
放电检测步骤包括：
S107、静置工步结束后，进入放电工步，将所有支路电池投入放电回路，并以1C进行放电。当某一路电池1C放电达到工步跳转条件时，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从充放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递给上位机。被切除的电池进入静置状态；
S108、待所有支路电池完成1C放电后，测试过程进入静置工步；
S109、静置工步完成后，通过BMS将所有电池放电支路投入，进入0.2C放电工步，放电过程与1C放电步骤一致；
S110、0.2C充电完成后，本次充放电结束。
待测电池的连接方式采用多个电池并联后与待测电池串联的方式。本实施例中，为2～6个电池并联后与一个待测电池串联。
如图1所示，一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统，包括上位机、储能PCS、BMS系统、待检测电池以及必要的一次、二次接线。待检测支路采用电池组串联的方式，2个以上电池并联后与待检测电池串联构成一路待检测支路。
如图2所示，BMS系统包括BSMU、BCMU和BMU，BMS实施监测电池组信息，并通过通讯将电池信息上传给上位机；接受上位机的控制指令，通过控制电池簇控制箱的接触器，将电池组从充放电回路中切除；BSMU负责汇总多路BCMU的信息，并与上位机通讯，接收上位机的控制指令；BCMU为中间层，对上与BSMU通讯，对下与每个电池包中的BMU通讯，同时可控制电池簇控制箱中的断路器，实现待检测电池在充放电回路的投入和切除；BMU安装在电池包内，采集电池包内各个单体电芯的数据，并上传BCMU；
储能PCS负责对电池进行恒电流/恒电压/恒功率模式的充放电，满足电池恒流/恒压/恒功率充放电的要求，储能PCS通过通讯口和上位机通讯；储能PCS直流侧电压存在最低值，考虑到电池的电压规格可能达不到储能PCS直流侧的电压最低值，此时采用两组电池串联的方式，为保证待测电池完整充放电，与其串联的电池采用多组并联的方式。如果电池的电压规格能够达到储能PCS直流侧电压，则不需要将电池串联。
上位机，根据设定工步的要求，给储能PCS下发控制指令值；接收BMS上传的电池信息，进行保护和逻辑判；根据工步的要求判定需要从充放电回路中切除的电池，并给BMS下发控制指令。上位机给储能PCS下发控制指令包括开关机指令、运行模式指令、输出指令。
上位机负责根据需求配置电池充放电检测的工步，储能PCS与上位机通讯，并按照上位机的指令，实现电池充放电的功率控制。储能PCS直流输出侧可挂接一组或者多组待检测电池，由BMS完成对待检测电池充放电的监测，当电池完成相应的工步后，BMS可将改路电池从充放电回路中切除。
待检测电池，可以仅对一簇待检测电池进行充放电，也可同时对多组同规格电池进行充放电检测。不同组待测电池支路通过BMS系统来管理。
本实施例选择同时对两个充放电支路进行检测来做说明，待检测电池规格为307V/99AH，1C(1C＝99A电流)充电截止电芯电压3.60V，0.2C充电截止电芯电压3.85V。放电过程中，1C放电截止电芯电压3V，0.2C放电截止电芯电压2.5V。每个支路均采用采用电池组串联的方式，3个电池并联后(并联电池数量不少于2组，本实施例选择3组作为示例)，与待检测电池串联构成一路待检测支路。
启动储能PCS、BMS系统和上位机，设定电池充放电的检测步骤，考虑到充电和放电的过程基本对称，本次只描述充电过程。示例的充电过程测试工步包括：a.启动,b.1C恒流充电，c.静置，d.0.2C恒流充电，e.静置。
上位机通过BMS获取待测电池的通道数，并直接下发相应的控制指令给储能PCS，储能PCS按照上位机下发的指令值选择工作模式，并输出设定的电流值，进入恒流充电工步。
因电池之间具备一定的差异性，不同待检测电池的充电速度并非完全一致，当某一路电池率先完成1C工步的充电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从充放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递个上位机。被切除的电池进入静置状态。
待第2路电池完成1C充电后，进入静置工步。
静置工步完成后，通过BMS将两个电池充电支路投入，并进入0.2C充电工步，充电过程与1C充电步骤一致，此处不再赘述。充电完成后进入静置工步，为放电检测做准备。
在本发明中使用储能PCS按照上位机充放电工步的要求输出相应的功率，其本质是一种双向电源。因而可采用具备并离网功能的双向电源替换储能PCS。
BMS负责电池的监测和状态信息上传，以及待检测电池支路的投入/切除控制，因而可采用具备类似功能的监控装置替换BMS。
与当前普遍采用的双向电源+双向DCDC变换器的电池充放电检测方案相比，本发明的优点如下：
1、投入小，储能系统本身需要配置储能PCS和BMS，厂家可基于现有的储能PCS和BMS，开发电池充放电测试所有的上位机软件，即可开展对电池的充放电检测。无需额外开发双向电源、双向DCDC变换器和上位机软件，无需外购整套电池充放电检测设备，投入小。
2、可扩展性强，储能PCS具备挂接多台电池的能力，BMS负责每个待检测电池支路的控制，可根据测试需求增加电池检测的通道数。
3、可利用工程项目的储能PCS和BMS进行电池检测，电池检测完成后，储能PCS和BMS可随电池一同进仓，用于工程项目，可减少固定资产的投入。
Claims (9)
1.一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过储能PCS搭建电池充放电所需的公共直流母线；
S2、电池充电时，储能PCS从网侧抽取能量，电池放电时，储能PCS将直流母线上的电量回馈到电网中；
S3、待检测电池挂接到直流母线上，每一组待测电池配有一组BCMU，BCMU用于监控待检测电池的状态，以及控制待检测电池在充放电回路的投入和切除；
S4、所有待检测电池支路通过BSMU汇总电池充放电信息、完成电池充放电的保护和控制策略，并将相关信息上传到上位机。
2.根据权利要求1所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于，充电检测步骤包括：
S101、启动储能PCS、BMS系统和上位机，设定电池充放电的检测步骤；
S102、上位机通过BMS获取待测电池的通道数，并直接下发相应的控制指令给储能PCS，储能PCS按照上位机下发的指令值选择工作模式，并输出设定的电流值，进入恒流充电工步；
S103、当某一路电池率先完成1C工步的充电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从充放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递给上位机；被切除的电池进入静置状态；
S104、待所有支路电池完成1C充电后，进入静置工步；
S105、静置工步完成后，通过BMS将所有电池充电支路投入，并进入0.2C充电工步，充电过程与1C充电步骤一致；
S106、0.2C充电完成后进入静置工步，为放电检测做准备。
3.根据权利要求1所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于，放电检测步骤包括：
S107、静置工步结束后，进入放电工步，将所有支路电池投入放电回路，并首先以1C进行放电；当某一路电池完成1C放电后，BMS控制电池簇控制箱将该路电池从放电回路中切除，并将电池支路信息实时传递给上位机；被切除的电池进入静置状态；
S108、待所有支路电池完成1C放电后，进入静置工步；
S109、静置工步完成后，通过BMS将所有电池放电支路投入，进入0.2C放电工步，放电过程与1C放电步骤一致；
S110、0.2C放电工步完成，本次充放电测试结束。
4.根据权利要求1所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于：待测电池的连接方式采用多个电池并联后与待测电池串联的方式。
5.根据权利要求4所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于：为2～6个电池并联后与一个待测电池串联。
6.根据权利要求1所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试方法，其特征在于：电池充放电的保护和控制策略包括电池电芯的过压保护、欠压保护、过温保护、过流保护、通讯中断保护、电池充放电支路的投入切除控制。
7.一种基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统，其特征在于：包括上位机、储能PCS、BMS系统、待检测电池，
BMS系统包括BSMU、BCMU和BMU，BMS实施监测电池组信息，并通过通讯将电池信息上传给上位机；接受上位机的控制指令，通过控制电池簇控制箱的接触器，将电池组从充放电回路中切除；BSMU负责汇总多路BCMU的信息，并与上位机通讯，接收上位机的控制指令；BCMU为中间层，对上与BSMU通讯，对下与每个电池包中的BMU通讯，同时可控制电池簇控制箱中的断路器，实现待检测电池在充放电回路的投入和切除；BMU安装在电池包内，采集电池包内各个单体电芯的数据，并上传BCMU；
储能PCS负责对电池进行恒电流/恒电压/恒功率模式的充放电，满足电池恒流/恒压/恒功率充放电的要求，储能PCS通过通讯口和上位机通讯；
上位机，根据设定工步的要求，给储能PCS下发控制指令值；接收BMS上传的电池信息，进行保护和逻辑判；根据工步的要求判定需要从充放电回路中切除的电池，并给BMS下发控制指令。
8.根据权利要求7所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统，其特征在于：上位机给储能PCS下发控制指令包括开关机指令、运行模式指令、输出指令。
9.根据权利要求7所述的基于储能PCS+BMS的电池充放电测试系统，其特征在于：待检测支路采用电池组串联的方式，2个以上电池并联后与一个待检测电池串联构成一路待检测支路。
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