CN114336981A - 一种储能电站的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种储能电站的控制系统，储能电站通过主开关给BMS模块发送控制信号的方式控制电池模组的通断，BMS模块内置MOS管开关，电池模组的负极通过MOS管开关与逆变器的输入端相连，主控模块的电池端也通过MOS管开关与电池模组的负极相连，MOS管开关根据主开关的开关信号控制电池模组的接通和关断，主控模块可以根据温度和电流大小接管控制权，以实现储能电站AC放电自动保护，确保储能电站的使用安全性，由于MOS管开关通过极低功耗的信号电压就能快速控制大电流的通断，利用BMS模块的驱动电路，结合主控模块的控制软件，大大提高了储能电站的控制精度，具有功耗低、可靠性高和成本低的明显优势。

Description

一种储能电站的控制系统

技术领域

本发明涉及储能电源技术领域，具体涉及一种储能电站的控制系统。

背景技术

储能电源主要由逆变器、电池模组和控制器等组成，用于电能的存储和转换，能够作为各种用电器的供电电源，作为一种清洁能源，储能电源具有广泛的应用，例如：自备电源，应急用电，缺电地区的供电和发电等。

现有的小型储能电源通常功能较弱，充电和放电功率都较小，控制精度不够，成本较高，难以满足储能电站高精度、大功率、大容量的使用要求。此外，现有技术的储能电源控制系统硬件成本较高，难以适应电站成本控制的要求。

针对上述储能电源控制系统的不足，本发明提供一种储能电站的控制系统，采用BMS（电池管理系统，为BatteryManagementSystem的缩写）模块和主控模块实现电站充放电控制、热能管理和人机交互控制，大大提高了系统的控制精度和可靠性，BMS模块内置MOS管开关和驱动电路，与主控模块的软件配合使用大大降低了系统硬件成本和功耗，并在此基础上增加了物联网控制和多重系统保护等功能，具有成本低、功耗低和智能化水平高的明显优势。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种储能电站的控制系统。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种储能电站的控制系统，该系统包括逆变器、主控模块、电池模组、BMS模块、主开关、AC输出接口、DC输出接口和充电接口，其中：

所述逆变器的输入端与电池模组相连，所述逆变器中设有升压模块和逆变模块，所述升压模块将来自电池模组的低压直流电转换为高压直流电，所述逆变模块将高压直流电转换为市电交流电，并且通过连接逆变器的输出端的AC输出接口输出；

所述主控模块中设有充电端、电池端和DC输出接口，所述主控模块的充电端与充电接口相连，所述充电接口与外部供电源相连，所述主控模块的电池端与电池模组相连，所述主控模块将外部供电源的输出转换为充电电压和充电电流并通过电池端给电池模组充电，所述主控模块将电池模组的输出转换为稳定输出直流电，并通过DC输出接口输出；

所述电池模组的负极与BMS模块相连，所述BMS模块中设有MOS管开关，电池模组的负极通过MOS管开关与逆变器的输入端相连，所述主控模块的电池端通过MOS管开关与电池模组的负极相连，所述MOS管开关根据主开关的开关信号控制电池模组的接通和关断，当主开关打开时，电池模组与逆变器的输入端接通，并且电池模组向主控模块的电池端供电。

进一步的，所述主开关通过主控模块与BMS模块相连，所述BMS模块中包含有驱动电路，主开关的开关信号通过主控模块发送给驱动电路，所述驱动电路控制相应MOS管实现MOS管开关的开关动作。

进一步的，所述BMS模块中设置有电流传感器，用于检测电池模组的放电电流或充电电流，BMS模块根据检测到的电流，利用积分算法计算电池模组的剩余电量SOC，并将计算出的剩余电量SOC数据发送给主控模块。

进一步的，所述BMS模块中设置有电压传感器，用于检测电池模组的放电电压或充电电压，BMS模块根据检测到的电压和电流计算电池模组的放电功率或充电功率，并将检测到的电压和电流以及计算出的功率数据发送给主控模块。

进一步的，所述主控模块连接有用于冷却储能电站的风扇、以及用于采集储能电站温度的温度传感器，主控模块根据采集到的温度控制风扇的工作状态。

进一步的，所述主控模块与储能电站的显示屏和WiFi监控器相连，主控模块给显示屏和WiFi监控器发送显示至少包含剩余电量SOC、电压、电流和功率的监测数据，并由主控模块接收来自显示屏和WiFi监控器的控制数据。

进一步的，所述外部供电源包含太阳能电池板、市电AC、汽车电源、风力发电机和燃油发电机中的一种或多种。

进一步的，所述稳定输出直流电包含稳定的12V、24V或USB直流电。

进一步的，该系统还包括AC开关，所述AC开关通过主控模块连接逆变器，并且AC开关联动主开关，在打开主开关后AC开关才起作用，AC开关向逆变器发送控制信号使其开机工作。

进一步的，所述BMS模块的充、放电为同口，即BMS模块的充电端口与放电端口相同。

本发明的有益效果是:

本发明储能电站通过主开关给BMS模块发送控制信号的方式控制电池模组的通断，主控模块可以根据温度和电流大小接管控制权，以实现储能电站AC放电自动保护，确保储能电站的使用安全性，由于MOS管开关通过极低功耗的信号电压就能快速控制大电流的通断，利用BMS模块的驱动电路，结合主控模块的控制软件，大大提高了储能电站的控制精度，具有功耗低、可靠性高和成本低的明显优势。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图1所示，一种储能电站的控制系统，主要包括逆变器、主控模块、电池模组、BMS模块、风扇和各种接口等，主控模块上集成设置或连接有充电接口、AC输出接口、DC输出接口和显示屏等，可提供各种直流和交流输出；本实施例的储能电站具有多种充电方式：可以从太阳能电池板、市电AC、汽车电源、风力发电机和燃油智能发电机等各种交流或直流电源给电池模组充电；逆变器内置升压模块和逆变模块，能够把来自电池模组的直流电转换为市电交流电，逆变器的输出端与AC输出接口相连，储能电站通过主控模块和BMS模块实现各种充电、输出控制和保护功能；图1中的空心单向箭头表示控制信号的发送方向，空心双向箭头表示控制信号的双向连接，既可发送也能接收，实心单向箭头表示主回路电能的流动方向，实心双向箭头表示主回路电能双向流动，既有充电也有放电。

如图1所示，本发明的电池模组、BMS模块、显示屏、主开关、AC开关、上位机和WiFi监控器都与主控模块双向连接；其中，电池模组和BMS模块与主控模块之间有双向的主回路电能流动，BMS模块接收电池模组的检测信号，主控模块通过BMS模块对储能电站的充电和放电进行控制和保护；逆变器由电池模组供电，两者之间通过BMS模块控制通断，即逆变器的输入端通过BMS模块与电池模组相连；电池模组的充放电数据都会通过BMS模块发送给主控模块，主控模块根据用户操作控制储能电站的充电和放电，并对储能电站输出和充电接口进行控制和保护。

如图1所示，本发明电池模组的负极与BMS模块相连，BMS模块中设置有MOS管开关和驱动电路，驱动电路根据控制信号驱动MOS管实现开关动作；在本实施例中，电池模组的负极通过MOS管开关与逆变器的输入端负极相连，主控模块设置有充电端和电池端，主控模块的电池端负极也通过MOS管开关与电池模组的负极相连；电池模组的正极与逆变器输入端的正极直接相连，主控模块电池端的正极也与电池模组的正极直接相连；本发明储能电站上设置有控制电站开机或关机的主开关，主开关给BMS模块中的驱动电路发送开关控制信号，驱动电路根据控制信号驱动MOS管实现开关动作；由于MOS管开关串联在逆变器和电池模组之间，同时也串联在主控模块和电池模组之间，通过MOS管开关就能控制逆变器和主控模块供电的通断；主开关与BMS模块的控制端相连，当主开关打开时，将开关信号发送给BMS模块的驱动电路，驱动电路控制MOS管开关闭合，这样电池模组负极与逆变器输入端负极就接通了，并且电池模组负极与主控模块的电池端负极也接通了，由于逆变器和主控模块正极与电池模组正极始终处于接通状态，此时电池模组就能向逆变器和主控模块供电。

本实施例的储能电站还设置有AC开关，主开关闭合后虽然电池模组在给逆变器输入端供电，但是逆变器仍然处于关机状态，此时必须通过AC开关给逆变器发送开机控制信号逆变器才能开机工作，并且要使得主开关打开后AC开关才能起作用；AC开关与主控模块相连，主控模块接收到AC开关的开机信号后先要判断是否满足开机条件，条件满足后再向逆变器发送开机指令开机，当电池模组电压不足或储能电站存在异常时，即使AC开关打开，逆变器也不会开机，从而起到保护作用。

逆变器设置有升压模块和逆变模块，升压模块通过推挽电路将来自电池模组的低压直流电转换为高压直流电，推挽电路先将直流电转换为高频交流脉冲，然后通过高压变压器升压，升压后再将交流脉冲整流为高压直流电；然后高压直流电输入给逆变模块，逆变模块通过IGBT电路将高压直流电转换为市电交流电，逆变器的输出端与AC输出接口相连；由于升压模块处理之后电压较高，变压器可以做的很小，减小了逆变器体积，也降低了成本。

如图1所示，主控模块的充电端与充电接口相连，充电接口可以与太阳能电池板、市电AC、汽车电源、风力发电机和各种燃油发电机相连，用来为储能电站提供充电能源；主控模块的电池端与电池模组相连，主控模块中设置有相应的充电电路，充电电路将外部供电源的输出转换为充电电压和充电电流并通过电池端给电池模组充电。

如图1所示，在本实施例中，主控模块内包含DC输出模块，DC输出模块从电池模组取电，DC输出模块将电池模组的输出转换为稳定的12V、24V或USB直流电，DC输出模块与DC输出接口相连，储能电站通过DC输出接口输出直流电；DC输出模块实时检测输出的DC电流大小，根据输出电流大小控制输出的接通和关断，输出电流过大时切断输出，以实现DC输出接口的过载或短路保护。

如图1所示，在本实施例中，BMS模块是充、放电同口的，即BMS模块上连接充电端口与放电端口相同，电池模组和BMS模块结合后只有一对正负极端口，既可以用来充电，也可以用来放电，其中电池模组的负极端口上连接有BMS模块；BMS模块中设置有电压传感器和电流传感器，用于检测电池模组放电或充电的电压和电流，BMS模块根据检测到的电压和电流计算电池模组的放电或充电功率，BMS模块根据检测到的电流，利用积分算法计算电池模组的剩余电量SOC，并将检测到的电压和电流以及计算出的功率和剩余电量SOC数据发送给主控模块。

储能电站通过风扇给逆变器、电池模组和BMS模块冷却散热，在本实施例中，主控模块内设置有散热控制模块，主控模块连接有多个温度传感器和风扇，温度传感器将储能电站内部各个温度监测点的温度信号发送给主控模块，主控模块对温度进行实时监测，散热控制模块根据采集到的温度控制风扇的工作状态；当主控模块采集到温度较高时，散热控制模块自动控制风扇运转，为储能电站散热，如果温度过高，超过设定的阈值，主控模块将自动关闭储能电站输入或输出以进行过温保护，确保储能电站使用安全性。

如图1所示，在本实施例中，主控模块与储能电站的显示屏、WiFi监控器和上位机双向相连，由主控模块给显示屏、WiFi监控器和上位机发送监测数据，并由主控模块接收来自显示屏、WiFi监控器和上位机的控制数据；其中主控模块给显示屏发送输出功率、充电功率、剩余电量SOC和充放电剩余时间等显示数据，主控模块也接收来自显示屏人机交互按钮的控制数据，设置储能电站参数，控制显示屏的显示内容；主控模块通过MODBUS通讯协议与上位机电脑双向相连，能够用电脑实时监测和调整主控模块的控制参数数据；主控模块与储能电站的WIFI监控器双向连接，主控模块将数据参数发送给WIFI监控器，也可以接收来自WIFI监控器的控制参数，手机APP与WiFi监控器连接后可实现对储能电站的智能监测和控制。

本发明在电池模组负极与逆变器和主控模块之间串联BMS模块，在储能电站上设置控制BMS模块MOS管的主开关，并在主控模块上连接AC开关、温度传感器、风扇和各种控制接口，大大提高了系统的控制精度和散热性能，带升压模块的逆变器减小了电站体积，采用MOS管开关的通断控制大大降低了系统成本，并在此基础上增加了显示屏、WiFi监控器、上位机通讯功能和系统保护等功能，具有成本低、控制精度高和智能化水平高的优点，非常适合应用于储能电站产品，具有明显的技术优势和生产销售前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电站的控制系统，其特征在于，该系统包括逆变器、主控模块、电池模组、BMS模块、主开关、AC输出接口、DC输出接口和充电接口，其中：

所述逆变器的输入端与电池模组相连，所述逆变器中设有升压模块和逆变模块，所述升压模块将来自电池模组的低压直流电转换为高压直流电，所述逆变模块将高压直流电转换为市电交流电，并且通过连接逆变器的输出端的AC输出接口输出；

所述主控模块中设有充电端、电池端和DC输出接口，所述主控模块的充电端与充电接口相连，所述充电接口与外部供电源相连，所述主控模块的电池端与电池模组相连，所述主控模块将外部供电源的输出转换为充电电压和充电电流并通过电池端给电池模组充电，所述主控模块将电池模组的输出转换为稳定输出直流电，并通过DC输出接口输出；

所述电池模组的负极与BMS模块相连，所述BMS模块中设有MOS管开关，电池模组的负极通过MOS管开关与逆变器的输入端相连，所述主控模块的电池端通过MOS管开关与电池模组的负极相连，所述MOS管开关根据主开关的开关信号控制电池模组的接通和关断，当主开关打开时，电池模组与逆变器的输入端接通，并且电池模组向主控模块的电池端供电。

2.根据权利要求1所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述主开关通过主控模块与BMS模块相连，所述BMS模块中包含有驱动电路，主开关的开关信号通过主控模块发送给驱动电路，所述驱动电路控制相应MOS管实现MOS管开关的开关动作。

3.根据权利要求2所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述BMS模块中设置有电流传感器，用于检测电池模组的放电电流或充电电流，BMS模块根据检测到的电流，利用积分算法计算电池模组的剩余电量SOC，并将计算出的剩余电量SOC数据发送给主控模块。

4.根据权利要求3所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述BMS模块中设置有电压传感器，用于检测电池模组的放电电压或充电电压，BMS模块根据检测到的电压和电流计算电池模组的放电功率或充电功率，并将检测到的电压和电流以及计算出的功率数据发送给主控模块。

5.根据权利要求4所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述主控模块连接有用于冷却储能电站的风扇、以及用于采集储能电站温度的温度传感器，主控模块根据采集到的温度控制风扇的工作状态。

6.根据权利要求5所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述主控模块与储能电站的显示屏和WiFi监控器相连，主控模块给显示屏和WiFi监控器发送显示至少包含剩余电量SOC、电压、电流和功率的监测数据，并由主控模块接收来自显示屏和WiFi监控器的控制数据。

7.根据权利要求1所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述外部供电源包含太阳能电池板、市电AC、汽车电源、风力发电机和燃油发电机中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述稳定输出直流电包含稳定的12V、24V或USB直流电。

9.根据权利要求1所述的储能电站的控制系统，其特征在于，该系统还包括AC开关，所述AC开关通过主控模块连接逆变器，并且AC开关联动主开关，在打开主开关后AC开关才起作用，AC开关向逆变器发送控制信号使其开机工作。

10.根据权利要求1所述的储能电站的控制系统，其特征在于，所述BMS模块的充、放电为同口，即BMS模块的充电端口与放电端口相同。

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