CN113725971A - 高压储能短时功率输出系统及其控制方法 - Google Patents

高压储能短时功率输出系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理。本发明通过采用高功率电池体系，经过散热设计、绝缘设计、力学设计，实现了可靠性高功率特性输出；将储能电池系统、高压控制系统、集成控制系统经模块化设计、集成化组装，实现了模块化可扩展集成设计。

Description

高压储能短时功率输出系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，具体地，涉及一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法。
背景技术
适应未来智能化战争的新型高功率武器装备(尤其是电源)的发展面临着长期有效可靠运行要求的挑战，对于兼顾高能量密度高倍率密度的电源体系的需求越来越明显。考虑到未来战争存在着使用环境复杂、地域跨度大、使用频次较多，使用间隔不定等不确定因素，所以如何能够保证高压大功率电源装置在任何地域任何条件下都能够有效长期稳定使用，这包括是否能够保证武器的再次使用，或者能够保证武器使用多长时间，这对于未来战争来说是非常重要的。
激光武器、车载启动电源、瞬时起重、大型计算数据中心等应用领域强烈需求高压大功率模块电源系统，这些系统共同的需求是本身需要一定能量供给的同时在短时间内需要大电流的输出，采用传统的储能系统倍率放电能力不足，而采用超级电容器等高功率器件则能量密度不足，不能满足应用需求。因此开发高压环境下大功率储能电源系统由其必要性。
目前民用储能技术已渐趋成熟，其放电倍率一般为0.5C，峰值倍率不超过2C，而高功率系统并没有大规模的示范和能力，采用传统柴油机的模式还是主流，通过电池储能进行高功率系统的开发国内还处于空白。因此通过对高压储能短时功率输出系统技术的开发，研制和建设基于高功率电池开发军民融合型高可靠大功率储能电源系统，针对不同使用环境下短时大电流应用要求，开发高功率系统及其控制系统，具有广阔的应用前景。
专利文献CN107196419A(申请号：CN201710526492.1)公开了一种提供短时大功率供给的能量存储单元及方法，单相小功率电源(交流或直流，不大于6KW)输入经整流升压装置、DC-DC变换模块和输出整流滤波模块，将电荷送往多个大容量电容模组和中容量电容模组组成的大容量储能器，该过程在几百秒的时间内完成。在大容量储能器储能完成后，可以对外提供单相短时大功率输出，满足电机直驱式操动机构的电源需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法。
根据本发明提供的高压储能短时功率输出系统，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；
所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；
高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理。
优选的，所述储能电池系统包括：
储能模组，由三个1并28串的8Ah高功率磷酸铁锂方壳电池组串联而成；
控制模块，包括BMU、熔断器和高压开关；
散热模块，包括水冷板、导热绝缘垫和导热胶；
储能电池系统产生的热量通过底部水冷板换热降温，通过螺栓将储能模组固定在水冷板上，导热绝缘垫在储能模组与水冷板之间，储能模组与导热绝缘垫之间添有导热胶。
优选的，所述储能电池系统还包括：
力学模块，包括钢扎带、模组顶部固定板、固定条、模组固定螺栓和箱体框架；
绝缘模块，包括模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板和绝缘导热垫；
通过钢扎带把模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板绑扎起来，使电池组四周都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫进行绝缘；
所述集成控制系统包括充电机控制箱及其内置的恒流源、配电箱、刹车指控和通信板，所述配电箱、刹车指控和通信板均与恒流源连接。
优选的，在高压控制系统的高压回路中配置熔断器，对充放电回路进行保护。
优选的，所述BMS主控单元通过继电器分别控制充放电回路，并配置指示灯和开关按键；
所述BMS主控单元用于通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，控制电池工作在预设的工况，同时与整机控制系统进行信息交换。
优选的，所述高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min。
优选的，所述高压储能短时功率输出系统最大压差告警值为200mV，单体过充告警电压为3.65±0.05V，单体电池过放告警值2.70±0.05V，充电过流保护值60A，过放保护电流200A，放电高温保护值65±3℃，放电低温保护值-20±3℃，充电高温保护值45±3℃，充电低温保护值0±3℃。
优选的，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的充电命令后，激活储能电池系统中的BMU，根据BMU采集到的电池总电压，高压控制系统充电机控制器确定充电策略；
高压控制系统充电机控制器将充电电压、充电电流通过CAN发送给充电机，充电机根据接收到的充电策略进行充电，并在充电过程中根据不同的电池总电压更改不同的充电策略，通过监测单体电池电压及实时的充电电流，并通过CAN通信网络与充电机进行信息交互，从而达到最优于电池的充电模式控制，磷酸铁锂电池单体充电截止电压为3.6V，钛酸锂电池单体充电截止电压为2.7V。
优选的，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的放电命令后，激活储能电池系统中的BMU，BMU控制闭合正预充继电器和负预充继电器，3秒后闭合主负继电器进行预放电，当负载母线达到电池总电压的90％后，关闭正预充继电器和负预充继电器，并打开主正继电器进行放电，磷酸铁锂电池单体放电截止电压为2.5V，钛酸锂电池单体充电截止电压为1.5V；
高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行关闭充放电工作，BMS收到关机命令或收到刹车指令后，强制关闭所有充放电继电器，进入空闲态。
优选的，储能电池系统的前面板上设有急停开关、通讯接口、总正输出航插、总负输出航插、箱体进水口和箱体出水口。
优选的，高压控制系统前面板上设有储能电池系统的功率充放电接口、功率放电输出接口、BMU供电接口、CAN通讯接口、电脑调试CAN通讯接口、充电机220V充电接口和冷却水输入输出接口。
根据本发明提供的高压储能短时功率输出系统的控制方法，包括：
步骤1：监测荷电状态SOC，在预设荷电状态SOC范围内进行充放电；
步骤2：对温度进行检测，当温度大于45℃时，启动水冷机；当电池温度下降到45度及以下时，开始充放电工作，并在充放电过程中继续冷却；
所述荷电状态SOC在启动充电工作时，在45℃高温情况下荷电状态SOC不低于60％或0℃低温情况下不低于80％；在启动放电工作时，0～45℃情况下荷电状态SOC不低于80％，并在SOC低于40％时停止放电；
若启动放电时SOC状态不足，则通过控制箱禁止系统工作，开启充电操作；
高低温工作时，先启动热管理，使得电芯极柱温度不低于0℃或不高于45℃时再进行充放电，并在工作过程中继续开启热管理；
若启动充放电时温度未达到预设BMS保护要求，则BMS不响应控制箱充放电命令，BMS和控制箱保护互为补充，只有同时满足BMS和控制箱的预设条件时，才对电池组进行充放电。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明通过采用高功率电池体系，经过散热设计、绝缘设计、力学设计，实现了可靠性高功率特性输出；
(2)本发明将储能电池系统、高压控制系统、集成控制系统经模块化设计、集成化组装，实现了模块化可扩展集成设计；
(3)本发明通过精细化高低温热管理，高安全充放电限制，实现最优化充放电策略，在实际使用中将会实现更少用能，更多用能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为实施例1的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的结构爆炸图；
图2为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的解剖图；
图3为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的外观图；
图4为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的水冷板结构图；
图5为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的磷酸铁锂电池模组结构示意图；
图6为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的储能模组的结构爆炸图；
图7为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的高压控制系统的外观图；
图8为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的高压控制系统的结构爆炸图；
图9为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的高压控制系统的前面板结构图；
图10为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的集成控制系统的外观图；
图11为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的集成控制系统的结构爆炸图；
图12为实施例1磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的集成控制系统的前面板结构图；
图13为实施例2的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的结构爆炸图；
图14为实施例2的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的储能模组的结构爆炸图；
图15为实施例2的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的钛酸锂电池模块的结构示意图；
图16为实施例2的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的钛酸锂电池模块的俯视图；
图17为实施例3的高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的充电控制流程图；
图18为实施例3的高压储能短时功率输出系统的储能电池系统的放电控制流程图；
图中，1-上盖固定螺丝；2-上盖；3-金属绑线条；4-通讯线束；5-顶部BMU；6-顶部绝缘板固定条螺栓；7-顶部绝缘板固定条；8-顶部绝缘板；9-采集线束；10-线槽；11-总负铜排；12-总正铜排；13-水冷板温度采集点固定螺栓；14-模组串联铜排；15-模组顶部固定板；16-模组固定M5防滑螺母；17-电池组；18-导热绝缘垫；19-总正输出航插；20-总负输出航插；21-第一通讯航插；22-第二通讯航插；23-M5*125模组固定螺栓；24-水冷板；25-箱体框架；26-MSD；27-箱体进水口；28-箱体出水口；29-钢扎带；30-模组端绝缘板；31-模组中间绝缘板；32-模组侧边绝缘板；33-电池间绝缘板；34-盖板；35-充电机；36-继电器；37-BMS；38-前面板；39-电流传感器；40-熔断器；41-盖板；42-第一恒流源；43-配电盒；44-第二恒流源；46-通讯板；47-导热绝缘垫；48-箱体框架；49-绝缘顶板；50-顶部BMS固定板；51-箱盖；52-BMS；53-电池组固定压条；54-模组顶部固定板；55-电池模组；56-水冷底板；57-模组侧边绝缘板；58-电池间绝缘板；59-模组端板；60-模组中间板；61-钢扎带。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1、图8、图11所示，本发明的提出了一种磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统，包括储能电池系统、高压控制系统、集成控制系统。
其中，所述的1个高压控制系统可搭配2个储能电池系统；所述的1个集成控制系统可以搭配多个高压控制系统。
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统可持续输出203kW功率；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统可持续放电200s；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统工作电压范围在210～306.6V之间；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统工作温度范围在-20℃～+60℃之间；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统储存温度范围在-20℃～+60℃之间；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统满足IP56的外壳防护等级；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统满足空运及海运要求(UN38.3)；
所述的磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统在满负荷工作情况下，最大温差不超过7℃；
如图1～图6所示，为所述的储能电池系统结构示意图，主要包含箱体模块、储能模组、控制模块、散热模块、力学模块、绝缘模块等功能布局，具体包括：上盖固定螺丝1，上盖2，金属绑线条3，通讯线束4，顶部BMU5，顶部绝缘板固定条螺栓6，顶部绝缘板固定条7，顶部绝缘板8，采集线束9，线槽10，总负铜排11，总正铜排12，水冷板温度采集点固定螺栓13，模组串联铜排14，模组顶部固定板15，模组固定M5防滑螺母16，电池组17，导热绝缘垫18，总正输出航插19，总负输出航插20，第一通讯航插21，第二通讯航插22，M5*125模组固定螺栓23，水冷板24，箱体框架25，MSD26，箱体进水口27，箱体出水口28，钢扎带29，模组端绝缘板30，模组中间绝缘板31，模组侧边绝缘板32，电池间绝缘板33；
所述的储能电池系统箱体模块满足IP56的外壳防护等级；
所述的储能电池系统包含三个由1并28串的8Ah高功率磷酸铁锂方壳电池组17串联而成的储能模组；
所述的储能电池系统控制模块为1个电池均衡管理系统从模块(BMU5)、1个熔断器、1个高压开关；
所述的储能电池系统散热模块包含水冷板24、绝缘导热垫18和导热胶。
所述的储能电池系统散热设计方案为：储能电池系统产生的热量通过底部水冷板24换热降温，通过用于固定储能模组顶部固定板15和顶部绝缘板8的绝缘板固定条7上的M5*125模组固定螺栓23将储能模组固定到水冷板24上，并同时在储能模组与水冷板24之间添加导热绝缘垫18，并在储能模组与导热绝缘垫18之间添加导热胶，使每只电芯底部与水冷板24的接触性一致，以此来保证产品的散热性能。
所述的高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min；
所述的储能电池系统力学模块包含钢扎带29、模组顶部固定板15、固定条7、M5*125模组固定螺栓23、箱体框架25。
所述的储能电池系统力学设计方案为：基于箱体内部主要器件与箱体连接成一个整体的理念，储能模组通过M5*125模组固定螺栓23与水冷板24固定，模组顶部固定板15与箱体框架25的宽度方向为间隙，其作用是保证产品在宽度方向上受力可以分担到整个框架；产品垂直方向为：顶部BMU5与箱体框架25固定后，再通过模组顶部固定板15来固定储能模组。
所述的储能电池系统绝缘模块包含模组端绝缘板30、模组中间绝缘板31、模组侧边绝缘板32和电池间绝缘板33、绝缘导热垫18。
所述的储能电池系统绝缘设计方案为：为保证每串电池四周都有绝缘措施，钢扎带29把模组端绝缘板30、模组中间绝缘板31、模组侧边绝缘板32和电池间绝缘板33绑扎起来，使电池组前后左右都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫18做绝缘。
所述的储能电池系统前面板上具有急停开关、第一通讯接口21、第二通讯接口22、总正输出航插19；总负输出航插20、箱体进水口27、箱体出水口28。
所述的储能电池系统可持续输出14.5kW功率；
如图7～图9所示，为所述的高压控制系统的结构示意图，主要包括高压充电机(水冷)、主控单元、高压充放电回路及对外连接端子等功能部件，具体包括：盖板34，充电机35，继电器36，BMS37，前面板38，电流传感器39，熔断器40；
所述的高压控制系统包括1个水冷充电机35、1个电池均衡管理系统主模块(BMS37)、2个高压充电开关、2个高压放电开关、2个预充开关以及对外连接端子。
所述的高压控制系统具有如下功能：通过高压充电机35直接对储能电池系统进行充电，充电机35水冷回路与储能电池系统相连；BMS37主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统BMU从控5进行供电及管理；高压回路中需对充放电回路进行保护，分别配置熔断器40；BMS37主控单元需通过继电器40分别控制充放电回路；根据需要配置指示灯和开关按键。
所述的高压充电机35为直流输出，支持水冷系统，满足-20～60℃的运行工作范围，IP56以上外壳防护等级，且具有过流、过温包括，其最大能效不低于93％。
所述的BMS系统主要由总控单元(BMS37)及从控单元(BMU5)组成，BMU5主要用于电池电压、电流、温度等信息的采集、被动均衡以及对风扇、加热系统的控制；BMS37主要用于通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，控制电池工作在合适的工况，同时与整机控制系统如整车VCU、储能EMS、PCS及充电机进行信息交换。
所述的BMS37系统采用具有主动均衡的从控单元，在充放电过程均可电池进行均衡工作，确保电池长期工作寿命，均衡电流最大为2.1A。
所述的高压储能短时功率输出系统最大压差告警值为200mV；单体过充告警电压为3.65±0.05V，单体电池过放告警值2.70±0.05V，充电过流保护值60A，过放保护电流200A，放电高温保护值65±3℃，放电低温保护值-20±3℃，充电高温保护值45±3℃，充电低温保护值0±3℃。
所述的高压控制系统前面板上具有储能电池系统1和储能电池系统2的功率充放电接口、功率放电输出接口、BMU供电接口、CAN通讯接口、电脑调试CAN通讯接口、充电机220V充电接口、冷却水输入输出接口。
如图10～图12所示，为所述的集成控制系统的结构示意图，主要包括充电机控制箱、恒流源、配电箱、刹车指控、通信指控等模块。主要包括：盖板41，第一恒流源42，配电盒43，第二恒流源44，通讯板46。
所述的集成控制系统前面板上具有高压充电机控制箱通讯接口、恒流源辅助供电接口、为充电机供电的配电箱输入接口、停止充放电的刹车指控端口、停止充放电的刹车通讯端口。
所述的充电机控制箱的波纹电压系数为5％，具有如下保护功能：输入过压/欠压，输出过压/欠压/过流，过温，短路，反接，接地，CAN通信，断电保护。
实施例2：
本发明提供一种钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统，包括储能电池系统、高压控制系统、集成控制系统，
其中，所述的1个高压控制系统可搭配2个储能电池系统；所述的1个集成控制系统可以搭配多个高压控制系统。
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统可持续输出145kW功率；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统可持续工作200s；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统工作电压范围在162～291.6V之间；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统工作温度范围在-20℃～+60℃之间；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统储存温度范围在-20℃～+60℃之间；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统满足IP56的外壳防护等级；
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统满足空运及海运要求(UN38.3)
所述的钛酸锂电池型高压储能短时功率输出系统在满负荷工作情况下，最大温差不超过7℃；
如图13～图16所示，为所述的钛酸锂电池型储能电池系统的结构示意图，包含箱体模块、储能模组、控制模块、散热模块、力学模块、绝缘模块；主要包括：导热绝缘垫47，箱体框架48，绝缘顶板49，顶部BMS固定板50，箱盖51，BMS52，电池组固定压条53，模组顶部固定板54，电池模组55，水冷底板56，模组侧边绝缘板57，电池间绝缘板58，模组端板59，模组中间板60，钢扎带61。
所述的储能电池系统满足IP56的外壳防护等级；
所述的储能电池系统包含两个由1并27串的20Ah钛酸锂方壳电池模块55串联而成的储能模组；
所述的储能电池系统控制模块为1个电池均衡管理系统从控模块(BMU52)、1个熔断器、1个高压开关；
所述的储能电池系统散热模块包含水冷板56、绝缘导热垫47和导热胶。
所述的储能电池系统散热设计方案为：储能电池系统产生的热量通过底部水冷板56换热降温，通过用于固定电池模组55的模组顶部固定板54和绝缘板49的电池组固定压条53上的螺栓将电池模组55固定到水冷板56上，并同时在电池模组55与水冷板56之间添加导热绝缘垫47，并在储能模组与导热垫之间添加导热胶，使每只电芯底部与水冷板56的接触性一致，以此来保证产品的散热性能。
所述的高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min；
所述的储能电池系统力学模块包含钢扎带61、模组顶部固定板54、电池组固定压条53、螺栓、箱体框架48。
所述的储能电池系统力学设计方案为：基于箱体内部主要器件与箱体连接成一个整体的理念，储能模组55通过螺栓与水冷板56固定，储能模组55顶部固定板54与箱体框架48的宽度方向为间隙，其作用是保证产品在宽度方向上受力可以分担到整个框架；产品垂直方向为：顶部BMU板组件52与箱体框架48固定后，再通过模组顶部固定板54来固定储能模组55。
所述的储能电池系统绝缘模块包含储能模组端绝缘板59、模组中间绝缘板60、模组侧边绝缘板57和电池间绝缘板58、绝缘导热垫47。
所述的储能电池系统绝缘设计方案为：为保证每串电池四周都有绝缘措施，钢扎带61把储能模组端绝缘板59、模组中间绝缘板60、模组侧边绝缘板57和电池间绝缘板58绑扎起来，使储能模组前后左右都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫47做绝缘。
所述的储能电池系统前面板上具有急停开关、通讯接口、充放电接口、液冷进出口、正负极输出端子和输入端子。
所述的储能电池系统可持续输出14.5kW功率；
所述的高压控制系统、集成控制系统与磷酸铁锂电池型高压储能短时功率输出系统的一致。
实施例3：
本发明提供一种高压储能短时功率输出系统的控制策略，根据电池的特性，存储状态荷电应保持60％～80％，在启动充电工作时电池的SOC状态应不低于60％(45℃高温时)或80％(0℃低温时)，在启动放电工作时电池的SOC状态应不低于80％(0～45℃时)，并到SOC低于40％时停止放电。若启动放电时SOC状态不足，控制箱通过判断禁止系统工作，开启充电操作；高低温工作时先启动热管理，经过一段时间后使得电芯极柱温度不低于0℃或不高于45℃时再进行充放电，并在工作过程中继续开启热管理；若启动充放电时温度未到到BMS保护要求，BMS不响应控制箱充放电命令。BMS和控制箱保护互为补充，两者皆满足才能对电池组进行充放电。
所述的高温时工作的控制策略为：首先判定其荷电状态，再判断温度，若温度高于45℃，则先启动热管理，即启动水冷机，当电池温度下降到45度及以下时，然后开始充放电工作，并且充放电过程也在继续冷却。
优选地，所述的高温时启动热管理时间在25分钟后，即可满足进行充放电工作。
所述的低温工作的控制策略为，首先判定其荷电状态，再判断温度，若温度是否低于0℃且不低于-20℃，则启动热管理，当温度达到0度及以上时，电池开始充放电工作。
优选地，所述的低温时启动热管理后温度达到0度及以上时，充电10分钟后满足放电200S的要求。
如图17所示，所述的高压储能短时功率输出系统的充电控制策略如下：高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行充电工作，具体过程如下：
高压控制系统中BMS收到集成控制系统的充电命令后，首先激活储能电池系统中的BMU，根据BMU采集到的电池总电压，高压控制系统充电机控制器确定具体的充电策略；
高压控制系统充电机控制器将需要的充电电压、充电电流通过CAN发送给充电机，充电机根据接收到的充电策略进行充电，并在充电过程中根据不同的电池总电压更改不同的充电策略，通过监测单体电池电压及实时的充电电流，并通过CAN通信网络与充电机进行信息交互，从而达到最优于电池的充电模式控制，磷酸铁锂电池单体充电截止电压为3.6V，钛酸锂电池单体充电截止电压为2.7V。
充电机充电模式采用“分阶段恒功率充电”，当检测到有单体电压达到3.6V(磷酸铁锂型)或2.7V(钛酸锂型)时，转化为0.5C恒流充电，再检测到有单体电压达到3.6V时，转化为0.2C恒流充电，再检测到单体电压达到阈值3.6V时，则停止充电，或在充电过程中接收到停止充电命令(或收到刹车指令)，或者电池温度过高/过低告警发生时，停止充电。
如图18所示，所述的高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行放电工作，具体过程如下：
高压控制系统中BMS收到集成控制系统的放电命令后，首先激活储能电池系统中的BMU，BMU控制闭合正预充继电器和负预充继电器，3秒后闭合主负继电器进行预放电，当负载母线达到电池总电压的90％后，关闭正预充继电器和负预充继电器，并打开主正继电器进行放电。磷酸铁锂电池单体放电截止电压为2.5V，钛酸锂电池单体充电截止电压为1.5V。
放电模式采用“恒功率放电”，当检测到有单体电压达到2.5V(磷酸铁锂型)或1.5V(钛酸锂型)时，则停止充电，或在放电过程中接收到停止放电命令(或收到刹车指令)，停止充电。
所述的高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行关闭充放电工作，即BMS收到关机命令(充电停止和放电停止指令)后，或收到刹车指令后，强制关闭所有充放电继电器，进入空闲态。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种高压储能短时功率输出系统，其特征在于，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；
所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；
高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理；
储能模组，由三个1并28串的8Ah高功率磷酸铁锂方壳电池组串联而成；
控制模块，包括BMU、熔断器和高压开关；
散热模块，包括水冷板、导热绝缘垫和导热胶；
储能电池系统产生的热量通过底部水冷板换热降温，通过螺栓将储能模组固定在水冷板上，导热绝缘垫在储能模组与水冷板之间，储能模组与导热绝缘垫之间添有导热胶；
所述储能电池系统还包括：
力学模块，包括钢扎带、模组顶部固定板、固定条、模组固定螺栓和箱体框架；
绝缘模块，包括模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板和绝缘导热垫；
通过钢扎带把模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板绑扎起来，使电池组四周都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫进行绝缘；
所述集成控制系统包括充电机控制箱及其内置的恒流源、配电箱、刹车指控和通信板，所述配电箱、刹车指控和通信板均与恒流源连接。
2.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，在高压控制系统的高压回路中配置熔断器，对充放电回路进行保护。
3.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述BMS主控单元通过继电器分别控制充放电回路，并配置指示灯和开关按键；
所述BMS主控单元用于通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，控制电池工作在预设的工况，同时与整机控制系统进行信息交换。
4.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min。
5.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述高压储能短时功率输出系统最大压差告警值为200mV，单体过充告警电压为3.65±0.05V，单体电池过放告警值2.70±0.05V，充电过流保护值60A，过放保护电流200A，放电高温保护值65±3℃，放电低温保护值-20±3℃，充电高温保护值45±3℃，充电低温保护值0±3℃。
6.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的充电命令后，激活储能电池系统中的BMU，根据BMU采集到的电池总电压，高压控制系统充电机控制器确定充电策略；
高压控制系统充电机控制器将充电电压、充电电流通过CAN发送给充电机，充电机根据接收到的充电策略进行充电，并在充电过程中根据不同的电池总电压更改不同的充电策略，通过监测单体电池电压及实时的充电电流，并通过CAN通信网络与充电机进行信息交互，从而达到最优于电池的充电模式控制，磷酸铁锂电池单体充电截止电压为3.6V，钛酸锂电池单体充电截止电压为2.7V。
7.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的放电命令后，激活储能电池系统中的BMU，BMU控制闭合正预充继电器和负预充继电器，3秒后闭合主负继电器进行预放电，当负载母线达到电池总电压的90％后，关闭正预充继电器和负预充继电器，并打开主正继电器进行放电，磷酸铁锂电池单体放电截止电压为2.5V，钛酸锂电池单体充电截止电压为1.5V；
高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行关闭充放电工作，BMS收到关机命令或收到刹车指令后，强制关闭所有充放电继电器，进入空闲态。
8.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，储能电池系统的前面板上设有急停开关、通讯接口、总正输出航插、总负输出航插、箱体进水口和箱体出水口。
9.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，高压控制系统前面板上设有储能电池系统的功率充放电接口、功率放电输出接口、BMU供电接口、CAN通讯接口、电脑调试CAN通讯接口、充电机220V充电接口和冷却水输入输出接口。
10.一种高压储能短时功率输出系统的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一种或任多种所述的高压储能短时功率输出系统，包括：
步骤1：监测荷电状态SOC，在预设荷电状态SOC范围内进行充放电；
步骤2：对温度进行检测，当温度大于45℃时，启动水冷机；当电池温度下降到45度及以下时，开始充放电工作，并在充放电过程中继续冷却；
所述荷电状态SOC在启动充电工作时，在45℃高温情况下荷电状态SOC不低于60％或0℃低温情况下不低于80％；在启动放电工作时，0～45℃情况下荷电状态SOC不低于80％，并在SOC低于40％时停止放电；
若启动放电时SOC状态不足，则通过控制箱禁止系统工作，开启充电操作；
高低温工作时，先启动热管理，使得电芯极柱温度不低于0℃或不高于45℃时再进行充放电，并在工作过程中继续开启热管理；
若启动充放电时温度未达到预设BMS保护要求，则BMS不响应控制箱充放电命令，BMS和控制箱保护互为补充，只有同时满足BMS和控制箱的预设条件时，才对电池组进行充放电。
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