CN110556848A - 一种基于蓄电池组串调控的bms及储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电化学储能应用技术领域，具体涉及一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统。通过对蓄电池储能系统中的全部蓄电池的每一个单体进行实时监测，实现甄别每一个蓄电池单体的健康状态和电压、电量值，不仅可以真正彻底侦测和发现蓄电池单体蓄电池单体的异常或不健康状况，还通过对蓄电池组串的异步平衡投切调控，实现各蓄电池组串级的电压、电量的调节，实现各蓄电池组串级的电压、电量的均衡一致，提高储能系统的整体效率，不仅省去了众多的内部蓄电池均衡采用的充放电回路，提高了安全性、可靠性，还大大降低了系统成本，节省大量的安装和调试时间，并且实现BMS系统及时查出每一个蓄电池单体的异常并及时加以处理守住储能系统的安全底线。

Description

一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统
技术领域
本发明属于电化学储能应用技术领域，具体涉及一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统。
背景技术
当前储能技术发展和应用越来越深入、广泛，其中：基于蓄电池充放电的电化学储能供电系统和电动汽车的供电系统，大规模储能系统的应用需要使用大量单体容量较小的蓄电池，如常见的的铅酸电池、铅炭电池以及锂离子蓄电池等；为此需要将大量的蓄电池单体以并联及串联方式连接在一起，达到需求的电力容量和电压等级，与换流装置一起运行进行充放电。由于众多的单体蓄电池构成组串运行，单体蓄电池各自的内阻、物理位置与环境等无法做到完全的一致，所以在使用中会出现一个或多个单体蓄电池的电量会高于或低于蓄电池组串的平均值；如果以电量平均值为准进行充放电控制与运行，就会使偏高或偏低的单体蓄电池发生过充或过放，如果以偏差大的单体蓄电池为准进行充放电控制与运行，就会大大降低蓄电池组串及整个储能系统的效率；众所周知蓄电池单体的过充或过放会使相应蓄电池单体受到损伤，严重时会造成燃爆等重大事故。
故此，蓄电池管理系统(BMS)应运而生，其希望通过对每一个单体蓄电池的实时监测和电量均衡处理，使得偏高的或偏低的单体蓄电池在充放电时得到单独的放电或补电，使其电量与蓄电池组串电压、电量平均值逐渐接近，使其避免在蓄电池组串整体运行时产生过充或过放。
要达到上述效果BMS需要对每一个单体蓄电池的实时监测和电量均衡处理，如此每一个单体蓄电池都要配接一个充放电电路，N个单体蓄电池构成的组串需要连接N个充放电电路，大大增加了储能系统的短路和断路的风险；这样不仅储能系统成本大大增加而且带来更大的安全隐患，不仅如此，现有技术与产品为了降低成本得到市场能够接受价格，普遍采用多个单体蓄电池先并接再串接的方式构成蓄电池组串，这样使得BMS不能检测到单体蓄电池的相应参数，背离了BMS管理每一个蓄电池单体的初心。
发明内容
一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，主要包括：上位控制机、蓄电池监控模块、储能系统换流器、换流器正极直流母线、换流器负极直流母线、蓄电池监控总线、储能系统总线、电网、电网电力线、第1蓄电池组串、第j蓄电池组串、S1蓄电池组串正极选通及保护电路、Sj组串正极选通及保护电路、S1蓄电池组串中第1蓄电池单体、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体，S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器；其中：
S1蓄电池组串中第1蓄电池单体、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第1蓄电池组串；
Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第j蓄电池组串；
第1蓄电池组串的正极和第j蓄电池组串的正极分别通过S1蓄电池组串正极选通及保护电路和Sj组串正极选通及保护电路连接换流器正极直流母线并由换流器正极直流母线接入储能系统换流器的蓄电池接入端的正极，同时第1蓄电池组串的负极和第j蓄电池组串的负极分别连接换流器负极直流母线并由换流器负极直流母线接入储能系统换流器的蓄电池接入端的负极，构成基本的储能系统和蓄电池组串的充放电电力路径，进而再由储能系统换流器通过电网电力线连接电网，构成蓄电池储能系统充电放电的电力路径；
蓄电池监控模块通过蓄电池监控总线分别顺次通过S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器分别连接S1蓄电池组串中第1蓄电池单体、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的各对应蓄电池单体的正极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的负极末端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的负极末端或各对应蓄电池单体的负极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的正极首端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的正极首端，构成蓄电池全单体电参数实时监测通信链路；
蓄电池监控模块通过蓄电池监控总线分别顺次连接S1蓄电池组串正极选通及保护电路、Sj组串正极选通及保护电路，构成储能系统蓄电池组串电能调控通信与控制执行链路；
上位控制机通过储能系统总线分别连接蓄电池监控模块、储能系统换流器，构成储能系统能量调控的通信与管控链路；
基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统的主要运行控制方法为：
上位控制机通过蓄电池监控模块实时监测蓄电池的各项参数，当蓄电池组串的电压和电量SOC参数出现大于或小于相应各蓄电池组串参数的平均值及设定的差额允许值时，上位控制机通过蓄电池监控模块控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其分别与相应的与换流器正极直流母线和换流器负极直流母线断开，停止进行充电或放电，同时判断和调整储能系统换流器的充放电功率；使其电参数与实时监测的各蓄电池组串参数平均值达到一致，当达到均衡要求时，再由上位控制机通过蓄电池监控模块控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其重新选择并连通换流器正极直流母线和换流器负极直流母线及接入储能系统换流器的蓄电池接入端的负极，进行充放电运行时判断和调整充放电功率。
根据一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，所述蓄电池监控模块主要包括：嵌入式计算机、电压信号采集处理电路、温度信号采集处理电路、电流信号采集处理电路、时钟电路、电压电路、通信电路、监控模块总线；并且由监控模块总线分别连接嵌入式计算机、电压信号采集处理电路、温度信号采集处理电路、电流信号采集处理电路、时钟电路、电压电路、通信电路以及由通信电路与上位控制机连接。
本发明一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统采用单体监测和组串异步平衡调控的方式，一改现有技术BMS采用对每一个蓄电池单体或电池包配置一个充放电回路，并通过每一个独立连接电源的充放电回路对相应蓄电池单体或电池包进行充放电的主动均衡的惯用手法。
本发明通过对蓄电池储能系统中的全部蓄电池的每一个单体进行实时监测，实现甄别每一个蓄电池单体的健康状态和电压、电量值，不仅可以真正彻底侦测和发现蓄电池单体蓄电池单体的异常或不健康状况，还通过对蓄电池组串的异步平衡投切调控，实现各蓄电池组串级的电压、电量的调节，实现各蓄电池组串级的电压、电量的均衡一致，提高储能系统的整体效率，不仅省去了众多的内部蓄电池均衡采用的充放电回路，提高了安全性、可靠性，还大大降低了系统成本，节省大量的安装和调试时间，并且实现BMS系统及时查出每一个蓄电池单体的异常并及时加以处理守住储能系统的安全底线。
附图说明
图1为一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统的原理示意框图。
图2为蓄电池监控模块构成原理示意图。
具体实施方式
作为实施例子，结合附图对一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统给予说明，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，一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，主要包括：上位控制机(1)、蓄电池监控模块(2)、储能系统换流器(3)、换流器正极直流母线(4)、换流器负极直流母线(5)、蓄电池监控总线(6)、储能系统总线(7)、电网(8)、电网电力线(9)、第1蓄电池组串(S1)、第j蓄电池组串(Sj)、S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)、Sj组串正极选通及保护电路(Kj)、S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)，S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(T11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(T1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(T1n)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(T1n+1)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(Tj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(Tji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(Tjn)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(Tjn+1)；其中：
S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第1蓄电池组串(S1)；
Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第j蓄电池组串(Sj)；
第1蓄电池组串(S1)的正极和第j蓄电池组串(Sj)的正极分别通过S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)和Sj组串正极选通及保护电路(Kj)连接换流器正极直流母线(4)并由换流器正极直流母线(4)接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的正极，同时第1蓄电池组串(S1)的负极和第j蓄电池组串(Sj)的负极分别连接换流器负极直流母线(5)并由换流器负极直流母线(5)接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的负极，构成基本的储能系统和蓄电池组串的充放电电力路径，进而再由储能系统换流器(3)通过电网电力线(9)连接电网(8)，构成蓄电池储能系统充电放电的电力路径；
蓄电池监控模块(2)通过蓄电池监控总线(6)分别顺次通过S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(T11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(T1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(T1n)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(T1n+1)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(Tj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(Tji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(Tjn)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(Tjn+1)分别连接S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的各对应蓄电池单体的正极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)的负极末端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的负极末端或各对应蓄电池单体的负极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)的正极首端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的正极首端，构成蓄电池全单体电参数实时监测通信链路；
蓄电池监控模块(2)通过蓄电池监控总线(6)分别顺次连接S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)、Sj组串正极选通及保护电路(Kj)，构成储能系统蓄电池组串电能调控通信与控制执行链路；
上位控制机(1)通过储能系统总线(7)分别连接蓄电池监控模块(2)、储能系统换流器(3)，构成储能系统能量调控的通信与管控链路；
基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统的主要运行控制方法为：
上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)实时监测蓄电池的各项参数，当蓄电池组串的电压和电量SOC参数出现大于或小于相应各蓄电池组串参数的平均值及设定的差额允许值时，上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其分别与相应的与换流器正极直流母线(4)和换流器负极直流母线(5)断开，停止进行充电或放电，同时判断和调整储能系统换流器(3)的充放电功率；使其电参数与实时监测的各蓄电池组串参数平均值达到一致，当达到均衡要求时，再由上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其重新选择并连通换流器正极直流母线(4)和换流器负极直流母线(5)及接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的负极，进行充放电运行时判断和调整充放电功率。
如图2所述，根据一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，所述蓄电池监控模块(2)主要包括：嵌入式计算机(21)、电压信号采集处理电路(22)、温度信号采集处理电路(23)、电流信号采集处理电路(24)、时钟电路(24)、电压电路(25)、通信电路(26)、监控模块总线(27)；并且由监控模块总线(27)分别连接嵌入式计算机(21)、电压信号采集处理电路(22)、温度信号采集处理电路(23)、电流信号采集处理电路(24)、时钟电路(24)、电压电路(25)、通信电路(26)以及由通信电路(26)与上位控制机(1)连接。
本发明一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统采用单体监测和组串调控的方式，一改现有技术BMS对蓄电池单体或电池包进行充放电的主动均衡的惯用手法，通过对蓄电池储能系统中的全部蓄电池的每一个单体进行实时监测，实现甄别每一个蓄电池单体的健康状态和电压、电量值，不仅可以真正彻底侦测和发现蓄电池单体蓄电池单体的异常或不健康状况，还通过对蓄电池组串的投切调控，实现各蓄电池组串级的电压、电量的调节，实现各蓄电池组串级的电压、电量的均衡一致，提高储能系统的整体效率，不仅省去了众多的内部蓄电池均衡采用的充放电回路，提高了安全性、可靠性，还大大降低了系统成本，节省大量的安装和调试时间，并且实现BMS系统及时查出每一个蓄电池单体的异常并及时加以处理守住储能系统的安全底线。

Claims (2)

1.一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，主要包括：上位控制机(1)、蓄电池监控模块(2)、储能系统换流器(3)、换流器正极直流母线(4)、换流器负极直流母线(5)、蓄电池监控总线(6)、储能系统总线(7)、电网(8)、电网电力线(9)、第1蓄电池组串(S1)、第j蓄电池组串(Sj)、S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)、Sj组串正极选通及保护电路(Kj)、S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)，S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(T11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(T1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(T1n)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(T1n+1)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(Tj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(Tji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(Tjn)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(Tjn+1)；其中：
S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第1蓄电池组串(S1)；
Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)，各蓄电池单体依次相邻的两个蓄电池单体正极与负极相连接，构成第j蓄电池组串(Sj)；
第1蓄电池组串(S1)的正极和第j蓄电池组串(Sj)的正极分别通过S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)和Sj组串正极选通及保护电路(Kj)连接换流器正极直流母线(4)并由换流器正极直流母线(4)接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的正极，同时第1蓄电池组串(S1)的负极和第j蓄电池组串(Sj)的负极分别连接换流器负极直流母线(5)并由换流器负极直流母线(5)接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的负极，构成基本的储能系统和蓄电池组串的充放电电力路径，进而再由储能系统换流器(3)通过电网电力线(9)连接电网(8)，构成蓄电池储能系统充电放电的电力路径；
蓄电池监控模块(2)通过蓄电池监控总线(6)分别顺次通过S1蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(T11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(T1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(T1n)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(T1n+1)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体的电参数监测传感器(Tj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体的电参数监测传感器(Tji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的电参数监测传感器(Tjn)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体的末端电参数监测传感器(Tjn+1)分别连接S1蓄电池组串中第1蓄电池单体(C11)、S1蓄电池组串中第i蓄电池单体(C1i)、S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)、Sj蓄电池组串中第1蓄电池单体(Cj1)、Sj蓄电池组串中第i蓄电池单体(Cji)、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的各对应蓄电池单体的正极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)的负极末端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的负极末端或各对应蓄电池单体的负极以及S1蓄电池组串中第n蓄电池单体(C1n)的正极首端、Sj蓄电池组串中第n蓄电池单体(Cjn)的正极首端，构成蓄电池全单体电参数实时监测通信链路；
蓄电池监控模块(2)通过蓄电池监控总线(6)分别顺次连接S1蓄电池组串正极选通及保护电路(K1)、Sj组串正极选通及保护电路(Kj)，构成储能系统蓄电池组串电能调控通信与控制执行链路；
上位控制机(1)通过储能系统总线(7)分别连接蓄电池监控模块(2)、储能系统换流器(3)，构成储能系统能量调控的通信与管控链路；
基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统的主要运行控制方法为：
上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)实时监测蓄电池的各项参数，当蓄电池组串的电压和电量SOC参数出现大于或小于相应各蓄电池组串参数的平均值及设定的差额允许值时，上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其分别与相应的与换流器正极直流母线(4)和换流器负极直流母线(5)断开，停止进行充电或放电，同时判断和调整储能系统换流器(3)的充放电功率；使其电参数与实时监测的各蓄电池组串参数平均值达到一致，当达到均衡要求时，再由上位控制机(1)通过蓄电池监控模块(2)控制相应蓄电池组串正极选通及保护电路和蓄电池组串负极选通及保护电路，将其重新选择并连通换流器正极直流母线(4)和换流器负极直流母线(5)及接入储能系统换流器(3)的蓄电池接入端的负极，进行充放电运行时判断和调整充放电功率。
2.根据一种基于蓄电池组串调控的BMS及储能系统，所述蓄电池监控模块(2)主要包括：嵌入式计算机(21)、电压信号采集处理电路(22)、温度信号采集处理电路(23)、电流信号采集处理电路(24)、时钟电路(24)、电压电路(25)、通信电路(26)、监控模块总线(27)；并且由监控模块总线(27)分别连接嵌入式计算机(21)、电压信号采集处理电路(22)、温度信号采集处理电路(23)、电流信号采集处理电路(24)、时钟电路(24)、电压电路(25)、通信电路(26)以及由通信电路(26)与上位控制机(1)连接。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102480141A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 黄学正 电池均衡装置及方法
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CN107370201A (zh) * 2017-06-29 2017-11-21 杭州奥能电源设备有限公司 基于蓄电池串并联组合的直流电源系统

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