CN114559846A - 储能电站管理装置及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种储能电站管理装置及管理方法，所述储能电站管理装置包括：第一主控模块，用于采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，并据此对储能电站系统进行保护控制；第二主控模块，用于采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。本发明通过两个主控模块的结合替代BAMU的功能，实现了高速和实时性的兼顾，实现了对电池系统的实时响应和有效控制，对提高电池管理安全提供了坚实的基础。

Description

储能电站管理装置及管理方法
技术领域
本发明属于电池管理的技术领域，涉及一种电池管理装置，特别是涉及一种储能电站管理装置及管理方法。
背景技术
目前，储能系统具有运行功率大，接地要求高，隔离耐压要求高，抗干扰能力强，布线复杂等特点。另外，储能电站中电池数量规模大，数据量多，实时性要求高，这就决定着储能系统的通信需要具备长距离，复杂电磁环境下，高速，实时可靠的通信。考虑到这些因素，目前储能电站多采用三级架构电池管理系统，其包括BMU(Battery Manangement Unit，电池管理单元)、BCU(Battery Control Unit，电池控制单元)/BCMU(Battery ClusterManangement Unit、电池簇管理单元)和BAMU(Battery Array Management Unit，电池阵列管理单元)。上述单元存在的通信过程包括：BMU到BCMU、BCMU到BAMU以及BAMU到EMS(EnergyManagement System，能量管理系统)。
当前通信拓扑下，BCMU到BAMU通过一路通信总线实现全部的电池单体电压和电池温度数据传输，通信时间较长。高速可靠的信息传输是电池安全管理的基础，而通信时间过长成了电池安全管理一个重点需要克服的瓶颈。
因此，如何提供一种储能电站管理装置及管理方法，以解决现有技术无法在电池信息通信管理时兼顾高速和实时性等缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种储能电站管理装置及管理方法，用于解决现有技术无法在电池信息通信管理时兼顾高速和实时性的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种储能电站管理装置，所述储能电站管理装置包括：第一主控模块，与电池簇管理单元通信连接，用于采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制；第二主控模块，分别与所述第一主控模块、所述电池簇管理单元通信连接，用于采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
于本发明的一实施例中，所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
于本发明的一实施例中，所述第一主控模块为ARM模块，与所述电池簇管理单元CAN通信连接。
于本发明的一实施例中，所述第二主控模块为FPGA模块，与所述第一主控模块总线连接，与所述电池簇管理单元CAN通信连接。
于本发明的一实施例中，所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息通过以太网上传至电能管理系统。
于本发明的一实施例中，所述储能电站系统包括高压箱继电器和外接保护器件；所述第一主控模块根据所述第一优先级的电池信息，对所述高压箱继电器和/或所述外接保护器件进行控制。
于本发明的一实施例中，所述电池簇管理单元与至少两个电池管理单元通信连接，所述电池管理单元将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息上传至所述电池簇管理单元；所有的电池管理单元组成电池簇。
于本发明的一实施例中，所述第二主控模块还采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，将采集的第一优先级的电池信息传输至所述第一主控模块。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明另一方面提供一种储能电站管理方法，所述储能电站管理方法包括：利用第一主控模块采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制；所述第一主控模块与电池簇管理单元通信连接；利用第二主控模块采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；所述第二主控模块分别与所述第一主控模块、所述电池簇管理单元通信连接；令所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
于本发明的一实施例中，所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
如上所述，本发明所述的储能电站管理装置及管理方法，具有以下有益效果：
本发明通过两个主控模块的结合实现BAMU的硬件功能，实现了高速和实时性兼顾，实现了对电池系统的实时响应和有效控制，对提高电池管理安全提供了坚实的基础。另一方面，用于升级BAMU硬件时，不需要对BMU和BMCU做硬件升级和改动，改造成本低，改造时间短。
附图说明
图1显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的结构原理图。
图2显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的通信架构图。
图3显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的储能电站管理示意图。
图4显示为本发明的储能电站管理方法于一实施例中的原理流程图。
元件标号说明
1 储能电站管理装置
11 第一主控模块
12 第二主控模块
S41～S43 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明所述的储能电站管理装置及管理方法通过两个主控模块的结合替代BAMU的功能，实现了高速和实时性的兼顾，实现了对电池系统的实时响应和有效控制，对提高电池管理安全提供了坚实的基础。
以下将结合图1至图4详细阐述本实施例的一种储能电站管理装置及管理方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的储能电站管理装置及管理方法。
请参阅图1，显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的结构原理图。如图1所示，所述储能电站管理装置1包括：第一主控模块11和第二主控模块12。
所述第一主控模块11与电池簇管理单元通信连接，用于采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制。
所述第二主控模块12分别与所述第一主控模块11、所述电池簇管理单元通信连接，用于采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级。
所述第二主控模块12将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块11，由所述第一主控模块11将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
于一实施例中，所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
于一实施例中，所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息通过以太网上传至电能管理系统。
于一实施例中，所述储能电站系统包括高压箱继电器和外接保护器件；所述第一主控模块根据所述第一优先级的电池信息，对所述高压箱继电器和/或所述外接保护器件进行控制。具体地，所述保护动作信息为BCMU对高压箱继电器或其他外接控制，比如灭火器等相关保护器件的控制动作。
于一实施例中，所述电池簇管理单元与至少两个电池管理单元通信连接，所述电池管理单元将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息上传至所述电池簇管理单元；所有的电池管理单元组成电池簇。
于一实施例中，所述第二主控模块还采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，将采集的第一优先级的电池信息传输至所述第一主控模块。
请参阅图2，显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的通信架构图。如图2所示，所述第一主控模块为ARM(Advanced RISC Machines，高级RISC处理器)模块，与所述电池簇管理单元之间为CAN(Controller Area Network，控制器局域网)通信连接。
于一实施例中，所述第二主控模块为FPGA模块，与所述第一主控模块总线连接，与所述电池簇管理单元CAN通信连接。由此，采用基于FPGA开发的多路CAN通道，对储能电站中的电池簇数据实现独立采集。具体地，采集到的电池数据通过高速AHB或AXI总线传递到ARM处理器，对数据进行处理和上传。
于实际应用中，针对于BAMU的硬件升级，主控芯片采用FPGA加ARM Soc的解决方案替代原来单MCU(Microcontroller Unit，微控制单元或单片机)解决方案。其中FPGA模块负责多路CAN通道采集，ARM Soc模块负责数据集中处理与上传，及原BAMU系统的管理控制功能。
于不同的实施例中，针对FPGA加ARM Soc的硬件方案，可选择FPGA核与ARM Soc集成一体的芯片，如Xilinx ZYNQ系列，也可以扩展为独立FPGA芯片与独立MCU解决方案，如选择Xilinx Kintex-7系列与NXP的MCU进行组合。
针对BCMU硬件电路，为考虑通信可靠，大部分设计为双路CAN通信接口，其中一路用于主通信，另外一路用于冗余，因此所述储能电站管理装置的CAN接口从协议层面被分成了1+N路的通信结构，其中1路CAN用于总线式通信结构，即图2中标注的CAN0，连接各个BMU组成的BCMU上，作为传输所有簇的概要信息，故障信息和保护动作信息的CAN口；剩下的N路CAN口，即图2中标注的CAN1到CANn，各自独立连接到BCMU模块上用于上传电池电压信息，温度信息，均衡信息，故障信息等全部信息的CAN口。由此，可以实现将优先等级最高的关键信息，如故障信息或报警信息以最快的响应速度上传到主控，信息上传周期从10秒级周期降至0.1秒，实现对电池系统安全高效及时地保护。同时，1+N路的冗余设计结构，可以增加整个通信链路的可靠性。
请参阅图3，显示为本发明的储能电站管理装置于一实施例中的储能电站管理示意图。如图3所示，将本发明中储能电站的各个通信过程进行列表管理，形成表1的通信数据表。
表1通信数据表
Figure BDA0003524933330000051
在表1中，分三个通信过程：
BMU—>BCMU的通信过程中，通信方式为CAN，通信速度为250K/500K，通信数据包括：单体电池电压信息、单体电池温度信息、均衡状态信息、故障类信息以及BMU自身状态信息等。
BCMU—>BAMU(FPGA+ARM)的通信过程中，通信方式为CAN，通信速度为250K/500K，通信数据包括：电池包信息(单体电池电压信息、单体电池温度信息、均衡状态信息)、簇端信息(总电压、总电流、簇SOC-state of charge电池荷电状态、簇SOH-state of health电池健康状态、簇诊断信息、簇故障信息、簇配置信息等)和动作保护信息(高压箱控制断开)等。
BAMU—>EMS的通信过程中，通信方式为LAN(Local Area Network，局域网)，通信速度为100M/1000M，通信数据包括：遥测(电池系统电压、电流、功率SOC、SOH、绝缘值、累计充放电电量、电池簇类信息以及电池单体信息)、遥信(BMS内故障信息、簇类故障警告信息及单体类故障告警信息)和遥控(全充、全放、启动及停止)。
如图3所示，各个BMU组成的电池簇与电池簇管理单元的BCMU通过CAN通信连接，例如N个电池簇管理单元为n个高压控制箱，各个高压控制箱的第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息通过CAN0传输至ARM；各个高压控制箱的第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息等通过CAN1至CANn传输至FPGA，再由FPGA传输至ARM。此外，各个高压控制箱的第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息也通过CAN1至CANn传输至FPGA，再由FPGA传输至ARM，由此起到冗余作用。FPGA与ARM组成的BAMU再与监控管理系统或EMS以及PCS(Power Control System，功率转换系统)通信。
由表1可知，该通信拓扑形式下，以传输单体电池电压信息和单体电池温度信息为例，结合图2，通信过程包括以下6个步骤：
(1)BMU采集单体电池电压信息和单体电池温度信息。
(2)BMU通过CAN总线上传单体电池电压信息和单体电池温度信息至BCMU。
(3)BCMU接收BMU模块传来的单体电池电压信息和单体电池温度信息，并缓存所有BMU模块的电压和温度信息。
(4)BCMU通过CAN1至CANn总线上传所有电池簇的电压和温度信息到FPGA。
(5)FPGA接收BCMU数据，通过AHB或AXI总线传输至ARM，ARM缓存CAN总线上所有数据。
(6)ARM通过以太网上传所有电池电压和温度数据到EMS。
由表1可知，该通信拓扑形式下，以传输电池簇的概要信息，故障信息和保护动作信息为例，结合图2，通信过程包括以下3个步骤：
(1)BCMU根据BMU中各单体电池的信息及BMU自身状态信息形成电池簇的概要信息，故障信息和保护动作信息。
(2)BCMU通过CAN0总线上传所有电池簇的概要信息，故障信息和保护动作信息到ARM。
(3)ARM根据接收的电池簇的概要信息，故障信息和保护动作信息，控制储能电站中相关保护器件执行保护动作。
请参阅图4，显示为本发明的储能电站管理方法于一实施例中的原理流程图。如图4所示，所述储能电站管理方法具体包括以下几个步骤：
S41，利用第一主控模块采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制；所述第一主控模块与电池簇管理单元通信连接。
S42，利用第二主控模块采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；所述第二主控模块分别与所述第一主控模块、所述电池簇管理单元通信连接。
S43，令所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
于一实施例中，所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
由此，本发明提出了1+N路的CAN通信方式，同时解决采集时间过长和重要信息上传的及时性。基于EMS采集系统进行改进，减少硬件更换的数量成本以及硬件更换难易程度。FPGA通过软核IP方式实现多路CAN通道，通道数目可根据实际应用场景动态进行配置，相比于市面上已经推出的集成多路CAN的MCU，方案更易于实现，扩展性也更强。
本发明所述的储能电站管理方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
本发明所述的储能电站管理装置的原理与所述的储能电站管理方法一一对应，本发明所述的储能电站管理装置可以实现本发明所述的储能电站管理方法，但本发明所述的储能电站管理方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的储能电站管理装置的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
综上所述，本发明所述储能电站管理装置及管理方法可以通过两个主控模块的结合实现BAMU的硬件功能，实现了高速和实时性兼顾，实现了对电池系统的实时响应和有效控制，对提高电池管理安全提供了坚实的基础。另一方面，用于升级BAMU硬件时，不需要对BMU和BMCU做硬件升级和改动，改造成本低，改造时间短。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种储能电站管理装置，其特征在于，所述储能电站管理装置包括：
第一主控模块，与电池簇管理单元通信连接，用于采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制；
第二主控模块，分别与所述第一主控模块、所述电池簇管理单元通信连接，用于采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；
所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
2.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；
所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
3.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述第一主控模块为ARM模块，与所述电池簇管理单元CAN通信连接。
4.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述第二主控模块为FPGA模块，与所述第一主控模块总线连接，与所述电池簇管理单元CAN通信连接。
5.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息通过以太网上传至电能管理系统。
6.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述储能电站系统包括高压箱继电器和外接保护器件；
所述第一主控模块根据所述第一优先级的电池信息，对所述高压箱继电器和/或所述外接保护器件进行控制。
7.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述电池簇管理单元与至少两个电池管理单元通信连接，所述电池管理单元将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息上传至所述电池簇管理单元；所有的电池管理单元组成电池簇。
8.根据权利要求1所述的储能电站管理装置，其特征在于：
所述第二主控模块还采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，将采集的第一优先级的电池信息传输至所述第一主控模块。
9.一种储能电站管理方法，其特征在于，所述储能电站管理方法包括：
利用第一主控模块采集储能电站系统中第一优先级的电池信息，根据所述第一优先级的电池信息，对储能电站系统进行保护控制；所述第一主控模块与电池簇管理单元通信连接；
利用第二主控模块采集所述储能电站系统中第二优先级的电池信息；其中，所述第一优先级高于所述第二优先级；所述第二主控模块分别与所述第一主控模块、所述电池簇管理单元通信连接；
令所述第二主控模块将采集的第二优先级的电池信息传输至所述第一主控模块，由所述第一主控模块将所述第一优先级的电池信息和所述第二优先级的电池信息进行统一管理。
10.根据权利要求9所述的储能电站管理方法，其特征在于：
所述第一优先级的电池信息包括电池簇的概要信息、电池管理单元与电池簇管理单元的故障信息以及保护动作信息；
所述第二优先级的电池信息包括电池电压信息，温度信息和均衡信息。
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