CN114844199A - 一种用于储能系统的不间断bms系统 - Google Patents

一种用于储能系统的不间断bms系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的属于储能技术领域，具体为一种用于储能系统的不间断BMS系统，包括均衡开关矩阵、高压盒、外总压VB+和外总压VB‑，所述高压盒中分别设有开关电源、BMS电池系统和高压接触器，所述开关电源的正负极分别与所述均衡开关矩阵的正负极和所述BMS电池系统的正负极电性连接，并构成电源回路，所述电源回路中电性连接电容C，所述电容C电性连接在所述开关电源与所述均衡开关矩阵之间的正负极上，本发明可以维持系统的不间断正常运行，不受电源异常的影响，能够正常持续的对电芯进行运行状态监控，SOC估算，均衡管理等，保证对电池数据记录的完整性，有利于对电池的寿命预算提供有力的数据支撑。

Description

一种用于储能系统的不间断BMS系统
技术领域
本发明涉及储能技术领域，具体为一种用于储能系统的不间断BMS系统。
背景技术
储能系统一般包含由一定数量的电芯串联或并联组成的模组，多个模组串联组成的电池系统，在此电池系统上匹配电池管理系统BMS。BMS可以实现对每个电芯的电压和温度进行实时监控，对电芯产生故障进行告警和保护，能够管理电池进行充/放电，统计电芯的运行数据，并估算出电芯SOC等重要数据的系统。储能系统中使用的BMS一般都带有主动均衡管理功能，能够对电芯主动进行充/放电均衡，以保证所有电芯的一致性，期望能够充入和放出更多的电量，为客户带来更多的收益。
储能系统中的BMS通常与高压盒配套使用。高压盒中包含：供电电源，正接触器，负接触器，预充接触器等核心器件。通常由BMS来控制高压盒内部的接触器动作，对外形成通路，来对完成正常的充放电操作。如图1所示，高压盒内部单独的开关电源负责对BMS内部的接触器以及充放电均衡进行供电，开关电源的稳定性对BMS控制系统的正常来说是非常重要的。
然而在储能系统长时间实际运行中，开关电源电压波动，接触松动或者瞬时掉电的情况都会导致系统出现BMS监控断续，充放电控制被打断，接触器误动作等问题，直接影响系统的稳定性和安全性。
因此，发明一种用于储能系统的不间断BMS系统。
发明内容
鉴于上述和/或现有一种用于储能系统的不间断BMS系统中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种用于储能系统的不间断BMS系统，能够解决上述提出现有的问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种用于储能系统的不间断BMS系统，其包括均衡开关矩阵、高压盒、外总压VB+和外总压VB-，所述高压盒中分别设有开关电源、BMS电池系统和高压接触器，所述开关电源的正负极分别与所述均衡开关矩阵的正负极和所述BMS电池系统的正负极电性连接，并构成电源回路，所述电源回路中电性连接电容C，所述电容C电性连接在所述开关电源与所述均衡开关矩阵之间的正负极上。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述BMS电池系统的一端电性连接高压接触器，所述均衡开关矩阵的一端电性连接BMS电池系统。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述均衡开关矩阵的正负极通过高压接触器分别与外总压VB+和外总压VB-相连接。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述高压接触器中分别设有主负接触器、主正接触器、预充电阻和预充接触器，所述均衡开关矩阵的负极电性连接主负接触器，所述主负接触器的一端电性连接外总压VB-。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述均衡开关矩阵的正极电性连接主正接触器和预充电阻，所述主正接触器的一端电性连接外总压VB+，所述预充电阻的一端电性连接预充接触器，所述预充接触器的一端电性连接外总压VB+。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述主正接触器与所述预充电阻和所述预充接触器并联连接，且预充电阻和预充接触器串联连接。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述开关电源工作电压为Udc，所述开关电源在正常工作情况下，电容C两端的电压Uc是一个稳定值，正常的电压波动误差为±U；
所述开关电源在异常或短时断开时，电容C两端的电压波动误差同时满足以下两个条件时可以判定开关电源的电压处于异常状态；
条件一：电压变化率du/dt到某一阈值；
条件二：电压降低到某一阈值Ue其中Ue要满足大于maxUmin-bms，Umin-relay。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述BMS电池系统实时监测电容C两端的电压波动误差绝对值≤U,此时BMS电池系统进行正常的监控，充/放电均衡管理，同时保持对接触器的稳定控制。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述BMS电池系统控制算法监测到开关电源电压异常状态后，立即进入系统不间断供电控制逻辑，该逻辑将控制均衡开关矩阵，对一定数量的电芯进行放电均衡控制，电芯的放电电压Ubat会供给电源回路，使电容C两端的电压能维持系统的正常运行，以保证BMS电池系统对电芯的实时监测和管理，同时保证对高压接触器的稳定控制。
作为本发明所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统的一种优选方案，其中：所述开关电源在恢复正常工作后，此时BMS电池系统控制算法监测到电容C两端的电压恢复到Udc，并且持续一定的时间后，判定开关电源的异常状态恢复，BMS电池系统退出不间断供电控制逻辑，恢复到正常的电池管理算法控制。
与现有技术相比：
1.本发明可以维持系统的不间断正常运行，不受电源异常的影响，能够正常持续的对电芯进行运行状态监控，SOC估算，均衡管理等，保证对电池数据记录的完整性，有利于对电池的寿命预算提供有力的数据支撑；
1.本发明能够维持BMS对高压盒中接触器的正常控制，避免抖动、误动作或者因掉电而强制断开的情况，保证系统对外的稳定性和高可靠性。
附图说明
图1为本发明不间断BMS及其控制系统图；
图2为本发明传统BMS及其控制系统图。
图中：均衡开关矩阵100、高压盒200、开关电源210、电容C220、BMS电池系统230、高压接触器240、主负接触器241、主正接触器242、预充电阻243、预充接触器244、外总压VB+300、外总压VB-400。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种用于储能系统的不间断BMS系统，请参阅图1-图2，包括均衡开关矩阵100、高压盒200、外总压VB+300和外总压VB-400，高压盒200中分别设有开关电源210、BMS电池系统230和高压接触器240，开关电源210的正负极分别与均衡开关矩阵100的正负极和BMS电池系统230的正负极电性连接，并构成电源回路，电源回路中电性连接电容C220，电容C220电性连接在开关电源210与均衡开关矩阵100之间的正负极上，BMS电池系统230的一端电性连接高压接触器240，均衡开关矩阵100的一端电性连接BMS电池系统230，均衡开关矩阵100的正负极通过高压接触器240分别与外总压VB+300和外总压VB-400相连接，高压接触器240中分别设有主负接触器241、主正接触器242、预充电阻243和预充接触器244，均衡开关矩阵100的负极电性连接主负接触器241，主负接触器241的一端电性连接外总压VB-400，均衡开关矩阵100的正极电性连接主正接触器242和预充电阻243，主正接触器242的一端电性连接外总压VB+300，预充电阻243的一端电性连接预充接触器244，预充接触器244的一端电性连接外总压VB+300，主正接触器242与预充电阻243和预充接触器244并联连接，且预充电阻243和预充接触器244串联连接。
开关电源210工作电压为Udc，开关电源210在正常工作情况下，电容C220两端的电压Uc是一个稳定值，正常的电压波动误差为±U0；
开关电源210在异常或短时断开时，电容C220两端的电压波动误差同时满足以下两个条件时可以判定开关电源210的电压处于异常状态；
条件一：电压变化率du/dt到某一阈值；
条件二：电压降低到某一阈值Ue其中Ue要满足大于maxUmin-bms，Umin-relay；
BMS电池系统230实时监测电容C220两端的电压波动误差绝对值≤U0,此时BMS电池系统230进行正常的监控，充/放电均衡管理，同时保持对接触器的稳定控制；
BMS电池系统230控制算法监测到开关电源210电压异常状态后，立即进入系统不间断供电控制逻辑，该逻辑将控制均衡开关矩阵100，对一定数量的电芯进行放电均衡控制，电芯的放电电压Ubat会供给电源回路，使电容C220两端的电压能维持系统的正常运行，以保证BMS电池系统230对电芯的实时监测和管理，同时保证对高压接触器240的稳定控制；
开关电源210在恢复正常工作后，此时BMS电池系统230控制算法监测到电容C220两端的电压恢复到Udc，并且持续一定的时间后，判定开关电源210的异常状态恢复，BMS电池系统230退出不间断供电控制逻辑，恢复到正常的电池管理算法控制。
工作原理：
1.系统初次上电，在开关电源210闭合供电后，BMS电池系统230进行上电自检，无故障，且电池组内总压(电池侧)在正常范围后，启动高压盒200上电控制逻辑，首先闭合主负接触器241，再闭合预充接触器244进行预充，当检测到外总压VB+300和外总压VB-400达到内总压的90％以上时，再闭合主正接触器242，然后断开预充接触器244，电池组对外形成连通状态；
2.完成正常的高压盒200上电逻辑后，BMS电池系统230进入正常的监测状态，除了完成对电芯的实时状态监测外，还对供电回路中的电容C220两端的电压UC进行实时监控，开关电源210正常工作时的电压为Udc，电容C220两端的电压Uc是一个稳定值，正常的电压波动误差为±U0，BMS电池系统230实时监测电容C220两端的电压波动误差绝对值≤U0，此时BMS电池系统230进行正常的监控，充/放电均衡管理等，同时保持对接触器的稳定控制；
3.系统运行过程中，当发生供电电源异常的情况，必然会引起Udc电压快速跌落，但是因为电容C220中储存了一部分电能依然能维持系统的短时供电，随着系统用电的消耗，电容C220两端的电压Uc也会在短时间内快速下降；
4.BMS电池系统230控制算法会监测开关电源210电压，进行系统不间断供电控制逻辑判断：
(1)Uc电压跌落变化率duc/dt到某一阈值；
(2)Uc降低到系统最低供电电压Umin；(Umin要满足大于max(Umin-bms，Umin-relay)，其中Umin-bms为BMS电池系统230的最低供电电压，Umin-relay为高压接触器240供电的最低电压)；
(3)当上述(1)(2)这两个条件满足其一时可以判定开关电源210的电压处于异常状态；不满足则跳出当前逻辑；
(4)根据电芯的电压按从高到低进行快速排序；
(5)将排序后的电芯电压从高到低依次进行叠加；参与叠加电压的电芯的数量满足以下条件：叠加后的电压值Ubat低于Udc，同时要高于系统最低供电电压Umin；(例如：Udc为24V，系统最低供电电压Umin为15V，那么Ubat要满足15V<Ubat<24V)；
(6)获取参与叠加电压电芯的编号；
(7)控制均衡开关矩阵100对参与叠加电压的电芯进行放电均衡；
(8)放电均衡持续60S后，关断所有均衡开关矩阵100(避免对某几个电芯持续放电导致电芯亏电)；
(9)回到(1)循环执行；
5.当开关电源210恢复正常工作后，此时BMS电池系统230控制算法监测到电容C220两端的电压恢复到Udc，并且持续一定的时间后，判定开关电源210的异常状态恢复，BMS电池系统230退出不间断供电控制逻辑，恢复到正常的电池管理算法控制。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于储能系统的不间断BMS系统，包括均衡开关矩阵(100)、高压盒(200)、外总压VB+(300)和外总压VB-(400)，所述高压盒(200)中分别设有开关电源(210)、BMS电池系统(230)和高压接触器(240)，其特征在于，所述开关电源(210)的正负极分别与所述均衡开关矩阵(100)的正负极和所述BMS电池系统(230)的正负极电性连接，并构成电源回路，所述电源回路中电性连接电容C(220)，所述电容C(220)电性连接在所述开关电源(210)与所述均衡开关矩阵(100)之间的正负极上。
2.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述BMS电池系统(230)的一端电性连接高压接触器(240)，所述均衡开关矩阵(100)的一端电性连接BMS电池系统(230)。
3.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述均衡开关矩阵(100)的正负极通过高压接触器(240)分别与外总压VB+(300)和外总压VB-(400)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述高压接触器(240)中分别设有主负接触器(241)、主正接触器(242)、预充电阻(243)和预充接触器(244)，所述均衡开关矩阵(100)的负极电性连接主负接触器(241)，所述主负接触器(241)的一端电性连接外总压VB-(400)。
5.根据权利要求4所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述均衡开关矩阵(100)的正极电性连接主正接触器(242)和预充电阻(243)，所述主正接触器(242)的一端电性连接外总压VB+(300)，所述预充电阻(243)的一端电性连接预充接触器(244)，所述预充接触器(244)的一端电性连接外总压VB+(300)。
6.根据权利要求4所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述主正接触器(242)与所述预充电阻(243)和所述预充接触器(244)并联连接，且预充电阻(243)和预充接触器(244)串联连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述开关电源(210)工作电压为Udc，所述开关电源(210)在正常工作情况下，电容C(220)两端的电压Uc是一个稳定值，正常的电压波动误差为±U0；
所述开关电源(210)在异常或短时断开时，电容C(220)两端的电压波动误差同时满足以下两个条件时可以判定开关电源(210)的电压处于异常状态；
条件一：电压变化率du/dt到某一阈值；
条件二：电压降低到某一阈值Ue(其中Ue要满足大于max(Umin-bms，Umin-relay)。
8.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述BMS电池系统(230)实时监测电容C(220)两端的电压波动误差绝对值≤U0,此时BMS电池系统(230)进行正常的监控，充/放电均衡管理，同时保持对接触器的稳定控制。
9.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述BMS电池系统(230)控制算法监测到开关电源(210)电压异常状态后，立即进入系统不间断供电控制逻辑，该逻辑将控制均衡开关矩阵(100)，对一定数量的电芯进行放电均衡控制，电芯的放电电压Ubat会供给电源回路，使电容C(220)两端的电压能维持系统的正常运行，以保证BMS电池系统(230)对电芯的实时监测和管理，同时保证对高压接触器(240)的稳定控制。
10.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的不间断BMS系统，其特征在于，所述开关电源(210)在恢复正常工作后，此时BMS电池系统(230)控制算法监测到电容C(220)两端的电压恢复到Udc，并且持续一定的时间后，判定开关电源(210)的异常状态恢复，BMS电池系统(230)退出不间断供电控制逻辑，恢复到正常的电池管理算法控制。
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