CN114006060B - 一种储能电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池管理系统，包括：储能单元、储能单元组控制器以及能量管理系统，其中：储能单元包括储能单元控制器、多个电池簇管理单元和多个电池簇，电池簇与电池簇管理单元一一对应连接，多个电池簇管理单元并联连接，经汇流与储能单元控制器通讯连接；储能单元组控制器通过以太网与汇流后的多个储能单元控制器通讯连接，以构成储能单元组；能量管理系统通过以太网与汇流后的多个储能单元组控制器通讯连接。本发明提供的技术方案，提高了电芯数据采集效率。

Description

一种储能电池管理系统

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种储能电池管理系统。

背景技术

目前，传统的集装箱储能电池管理系统由电池集装箱、储能变流器(PowerConversion System，PCS)和能量管理系统(Energy Management System，EMS)等系统组成，如图1所示。

集装箱内布置大量电池簇，每个电池簇内包含多个电池包，集装箱内全部电池簇组成电池堆，PCS根据项目需要，可以安装在集装箱内，也可以单独放置PCS柜。电池簇经汇流之后形成电池堆，电池堆的总正、总负分别连接到PCS的直流输入正极和直流输入负极。PCS交流侧三相连接到电网，或者经升压变压器连接到电网。每个电池包具有一个电池管理单元(Battery Management Unit，BMU)，每个电池簇具有一个电池簇管理单元(BatteryCluster Management Unit，BCMU)，各个BCMU与电池堆管理单元(Battery StackManagement Unit，BSMU)通讯，BSMU与EMS通讯，BSMU还通过RS485或CAN总线与PCS通讯，EMS与PCS通讯，监视PCS的运行状态，控制PCS按策略运行。

现有储能电池管理系统中，BCMU与BMU通讯、BSMU与BCMU通讯均采用CAN总线通讯方式，在储能系统中电池簇数量通常是非常庞大的，BCMU从BMU处获取电池包的电芯数据，BSMU又需要从BCMU处采集大量数据，而CAN通讯报文短，有效传输位较少，完全采集一次全体数据的周期比较长，对电站数据进行分析时所用的电芯数据同步性较差，如何提高电芯数据采集效率是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施方式提供了一种储能电池管理系统，提高了电芯数据采集效率。

根据第一方面，本发明提供了一种储能电池管理系统，所述系统包括储能单元、储能单元组控制器以及能量管理系统，其中：所述储能单元包括储能单元控制器、多个电池簇管理单元和多个电池簇，所述电池簇与所述电池簇管理单元一一对应连接，多个所述电池簇管理单元并联连接，经汇流与所述储能单元控制器通讯连接，所述电池簇管理单元用于采集单个电池簇数据，所述储能单元控制器用于采集全部电池簇管理单元的数据；所述储能单元组控制器通过以太网与汇流后的多个所述储能单元控制器通讯连接，以构成储能单元组，所述储能单元组控制器用于采集全部储能单元控制器的数据；所述能量管理系统通过以太网与汇流后的多个所述储能单元组控制器通讯连接，所述能量管理系统用于采集全部储能单元组的数据。

可选地，所述储能单元包括壳体，用于容纳所述储能单元内的器件，每个储能单元内的所述电池簇数量不大于五个。

可选地，所述壳体内部包括多个隔板，所述隔板用于将各个电池簇独立分隔。

可选地，所述系统还包括储能变流器，其中，所述储能单元内的各个电池簇的正极和负极分别汇总形成所述储能单元的正极和负极，多个储能单元的正极和负极分别汇总形成所述储能单元组的正极和负极，所述储能单元组的正极和负极分别连接至所述储能变流器的直流输入正极和直流输入负极。

可选地，所述电池簇内包括多个电池包和多个电池管理单元，所述电池包与所述电池管理单元一一对应连接，所述电池管理单元用于对电池包内的电芯进行电压、温度和电流采样，所述电池管理单元经汇流与所述电池簇管理单元通讯连接。

可选地，所述能量管理系统还用于分析采集到的全部储能单元组的数据。

可选地，所述储能单元控制器还用于控制所述储能单元的工作状态。

可选地，所述储能单元还包括：消防装置，与所述储能单元控制器通讯连接，用于在所述储能单元温度大于预设温度时释放灭火剂，对所述储能单元进行降温。

可选地，所述系统还包括：空调装置，与所述能量管理系统通讯连接，用于维持储能电池管理系统整体温度在预设范围内。

可选地，所述系统还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有用于控制所述储能电池管理系统工作的计算机指令。

本申请提供的技术方案，具有如下优点：

本申请提供的技术方案，将较少的电池簇打包为储能单元，将每个电池簇采集的电芯数据汇总给储能单元的储能单元控制器，之后储能单元控制器再通过以太网将数据汇总给储能单元组的储能单元组控制器，最终多个储能单元组控制器将采集的数据上报给能量管理系统。通过建立多级储能电池管理系统，从而使得大量电池簇的数据不用通过CAN总线在电池堆管理单元进行汇总，而是将整体电池簇划分为多个小部分，再将各个小部分的汇总数据通过以太网进行汇总。通过以太网汇总数据，数据汇总速度快、效率高，不仅解决了使用CAN总线汇总大量电池簇数据效率低的问题，结合以太网通过交换机建立控制器连接的方式，使得储能单元在安装时不用局限于集装箱内部，安装场地没有限制，提高了储能电池管理系统的灵活性。

此外，每个储能单元的内部电池簇设为不超过5个，单独为储能单元设置壳体有效解决了现有技术电池集装箱重量过大、运输困难的问题。将壳体内部设置多个隔板、将各个电池簇分隔开来，避免了由于热失控导致一个电池簇失火后，殃及其他电池簇的情况，从而实现有效阻隔热失控、精准热管理的功能，提高了本系统的安全性。此外，设置空调装置和各个储能单元的消防装置，可以有效保持整体储能电池管理系统的温度，并对储能单元进行精准降温。不仅进一步提高了储能电池管理系统的安全性，还降低了出现热失控时的灭火成本。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了传统集装箱储能电池管理系统的结构示意图；

图2示出了本发明一个实施方式中储能电池管理系统的结构示意图；

图3示出了本发明一个实施方式中一种电子设备的结构示意图。

图中标记为，1-储能单元，2-储能单元控制器，3-储能单元组控制器，4-电池簇管理单元，5-能量管理系统，6-储能变流器，7-储能单元组。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，在一个实施方式中，一种储能电池管理系统，包括储能单元1、多个电池簇、电池簇管理单元4、储能单元控制器2、储能单元组控制器3和能量管理系统5，其中：

储能单元1包括储能单元控制器2、多个电池簇管理单元4和多个电池簇，电池簇与电池簇管理单元4一一对应连接，多个电池簇管理单元4并联连接，经汇流与储能单元控制器2通讯连接，电池簇管理单元4用于采集单个电池簇数据，储能单元控制器2用于采集全部电池簇管理单元4的数据。具体地，本实施例中储能单元控制器2与电池簇管理单元4通过CAN总线连接，电池簇管理单元4用于采集电池簇内多个电池包的整体电压、温度和电流。将大量电池簇划分为多个小部分，即储能单元1，每个储能单元1中的电池簇数量不会太多，储能单元1管理器采集电池簇管理单元4的数量较少，采集时间较短，从而通过CAN总线的方式采集各个电池簇的电压、电流、温度等电池参数其影响不大，不会出现数据同步性相差较大的情况。

其中，储能单元组控制器3通过以太网与汇流后的多个储能单元控制器2通讯连接，以构成储能单元组7，储能单元组控制器3用于采集全部储能单元控制器2的数据。具体地，大量的电池簇被划分为储能单元1之后，每个储能单元1的储能单元控制器2通过网口连接到交换机，储能单元组控制器3通过网线和交换机连接到储能单元1的交换机上，实现储能单元控制器2和储能单元组控制器3的以太网连接，通过以太网采集大量的上一级的电池簇数据，其数据传输快、传输准确，解决了现有技术数据同步性相差较大的问题。并且通过交换机和网线将各个储能单元1汇总连接，与现有技术的集装箱式储能系统相比，对于场地要求低，元器件摆放灵活性高，大大提高了安装的便利性。

其中，能量管理系统5通过以太网与汇流后的多个储能单元组控制器3通讯连接，能量管理系统5用于采集全部储能单元组7的数据。多个储能单元组控制器3最终汇流到能量管理系统5处，以便于整体系统的数据采集汇总，并且通过能量管理系统5可以直接对采集的数据进行分析，判断各个电池簇是否处于正常运行状态，并针对不正常运行的电池簇发出关闭或者进行其他处理的指令。

具体地，在一实施例中，储能单元1包括壳体，用于容纳储能单元1内的器件，每个储能单元1内的电池簇数量在五个以下。具体地，传统集装箱式的电池储能系统，集装箱内的电池堆数量较多，集装箱装满电池簇，重量可以达到40吨，电池簇之间放置很难保证严密，运输时产生的震动会对堆电池包产生影响，若加强结构设计，会增加成本。如果长距离运输，运输方会因安全问题拒绝运输。如果将电池包拆分运往电站，再现场安装，会增加人工成本。从而对每个储能单元1设置壳体，每个壳体内部只容纳不超过5个电池簇，电池簇之间缝隙较小，壳体的外形不用做强制要求，只需要壳体整体紧密包裹内部的电池簇即可。从而在长距离运输时，储能单元1可以拆分到多个交通工具内进行运输，不仅提高了装车效率，还提高了运输安全性。并且储能单元1在运输到目的地后，只需要交换机和网线将多个储能单元1和其他控制器连接到以太网即可组成整体的储能电池管理系统，安装方便、人工成本极低。大大降低了储能电池管理系统的运输难度。

具体地，在一实施例中，壳体内部包括多个隔板，隔板用于将各个电池簇独立分隔。具体地，传统的集装箱储能系统，如果遇到电芯故障导致的热失控，舱内的电池簇都在同一个环境中，非常容易蔓延，加上锂电池的特性，会很快引发火灾。历史中很多集装箱储能系统案例，发生热失控后，火灾很快蔓延，无法对热失控进行物理隔离。因此，本发明实施例提供的储能单元1壳体内部包含多个隔板，将每个电池簇单独分隔存放，不仅有效阻隔热失控、还可以实现精准的热管理，每个电池簇的电池温度差可达3℃以内。并且，隔板式壳体使得电池簇放置更加稳定，提高了运输过程中的稳定性和安全性。

具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的一种储能电池管理系统，还包括储能变流器6，其中储能单元1内的各个电池簇的正极和负极分别汇总形成储能单元1的正极和负极，多个储能单元1的正极和负极分别汇总形成储能单元组7的正极和负极，储能单元组7的正极和负极分别连接至储能变流器6的直流输入正极和直流输入负极。具体地，储能变流器6也称双向变流器，可以将电网交流电转换成直流电给电池充电，也可以将电池直流电，转化成交流电送往电网或负载。设置储能变流器6与各个储能单元组7连接，实现储能电池管理系统为外部交流电网提供电能的功能，以及利用外部交流电网对电池簇充电的功能。

具体地，在一实施例中，电池簇内包括多个电池包和电池管理单元，每个电池包与一个电池管理单元通讯连接，电池管理单元用于对电池包内的电芯进行电压、温度和电流采样，电池管理单元经汇流与电池簇管理单元4通讯连接。具体地，通过对电池簇内每个电池包均设置一个电池管理单元，可以详细对每个电池包地电芯进行数据采集和分析，为整体系统定位故障电芯的位置提供更加精准地数据支持。

具体地，在一实施例中，储能单元控制器2还用于控制储能单元1的工作状态。具体地，通过能量管理系统5发送状态变换指令到储能单元组控制器3，储能单元组控制器3再发送状态变换指令到指定的储能单元控制器2处，使得接收到状态变换指令的储能单元控制器2，对储能单元1进行包括但不限于开启或关闭的状态转换操作。从而在某一个储能单元1发生热失控等故障时，对其及时关闭或者进行其他处理。针对不太严重的故障，可以不用将全部电池簇或整体储能电池管理系统关闭，保证储能系统持续供电，提高了储能电池管理系统的稳定性和可靠性。

具体地，在一实施例中，储能单元1中还包括消防装置，与储能单元控制器2通讯连接，用于在储能单元1温度高于预设温度时释放灭火剂，对储能单元1进行降温。具体地，通常储能系统地电池簇是由锂电池构成的，锂电池在震动、压力、高温等情况下很容易出现着火地情况，因此，在每个储能单元1中设置一消防装置，用于在发现某个储能单元1热失控时，储能单元控制器2命令消防装置释放Halon、FE-36等灭火剂对储能单元1进行处理。进一步提高了储能电池管理系统的安全性和可靠性。

具体地，在一实施例中，本发明实施例提供的一种储能电池管理系统，还包括空调装置，与能量管理系统5通讯连接，用于维持储能电池管理系统整体温度在预设范围内，提高了储能电池管理系统的可靠性和稳定性。

通过上述各个组成部分，本申请提供的技术方案，将电池簇打包为较小的储能单元1，将每个电池簇采集的电芯数据汇总给储能单元1的储能单元控制器2，之后储能单元控制器2再通过以太网将数据汇总给储能单元组7的储能单元组控制器3，最终多个储能单元组控制器3将采集的数据上报给能量管理系统5。通过建立多级储能电池管理系统，从而使得大量电池簇的数据不用通过CAN总线在电池堆管理单元进行汇总，而是将整体电池簇划分为多个小部分，再将各个小部分的汇总数据通过以太网进行汇总。通过以太网汇总数据，数据汇总速度快、效率高，不仅解决了使用CAN总线汇总大量电池簇数据效率低的问题，结合以太网通过交换机建立控制器连接的方式，使得储能单元1在安装时不用局限于集装箱内部，安装场地没有限制，提高了储能电池管理系统的灵活性。

此外，每个储能单元1的内部电池簇设为不超过5个，单独为储能单元1设置壳体有效解决了现有技术电池集装箱重量过大、运输困难的问题。将壳体内部设置多个隔板、将各个电池簇分隔开来，避免了由于热失控导致一个电池簇失火后，殃及其他电池簇的情况，从而实现有效阻隔热失控、精准热管理的功能，提高了本系统的安全性。此外，设置空调装置和各个储能单元1的消防装置，可以有效保持整体储能电池管理系统的温度，并对储能单元1进行精准降温。不仅进一步提高了储能电池管理系统的安全性，还降低了出现热失控时的灭火成本。

图3示出了本发明实施例的一种电子设备，该设备包括处理器901和存储器902，可以通过总线或者其他方式连接，图3中以通过总线连接为例。

处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电池管理系统，其特征在于，所述系统包括储能单元、储能单元组控制器以及能量管理系统，其中：

所述储能单元包括储能单元控制器、多个电池簇管理单元和多个电池簇，所述电池簇与所述电池簇管理单元一一对应连接，多个所述电池簇管理单元并联连接，经汇流与所述储能单元控制器通讯连接，所述电池簇管理单元用于采集单个电池簇数据，所述储能单元控制器用于采集全部电池簇管理单元的数据；

所述储能单元组控制器通过以太网与汇流后的多个所述储能单元控制器通讯连接，以构成储能单元组，所述储能单元组控制器用于采集全部储能单元控制器的数据；

所述能量管理系统通过以太网与汇流后的多个所述储能单元组控制器通讯连接，所述能量管理系统用于采集全部储能单元组的数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能单元包括壳体，用于容纳所述储能单元内的器件，每个储能单元内的所述电池簇数量不大于五个。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述壳体内部包括多个隔板，所述隔板用于将各个电池簇独立分隔。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括储能变流器，其中，

所述储能单元内的各个电池簇的正极和负极分别汇总形成所述储能单元的正极和负极，多个储能单元的正极和负极分别汇总形成所述储能单元组的正极和负极，所述储能单元组的正极和负极分别连接至所述储能变流器的直流输入正极和直流输入负极。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池簇内包括多个电池包和多个电池管理单元，所述电池包与所述电池管理单元一一对应连接，所述电池管理单元用于对电池包内的电芯进行电压、温度和电流采样，所述电池管理单元经汇流与所述电池簇管理单元通讯连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量管理系统还用于分析采集到的全部储能单元组的数据。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能单元控制器还用于控制所述储能单元的工作状态。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能单元还包括：

消防装置，与所述储能单元控制器通讯连接，用于在所述储能单元温度大于预设温度时释放灭火剂，对所述储能单元进行降温。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

空调装置，与所述能量管理系统通讯连接，用于维持储能电池管理系统整体温度在预设范围内。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有用于控制所述储能电池管理系统工作的计算机指令。

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