CN115224763A - 一种电池储能管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池储能管理技术领域，公开了一种储能管理系统及方法，所述系统包括：依次连接的电池模块、电池管理模块、太阳能控制模块、储能控制模块，以及分别与所述电池管理模块和所述储能控制模块相连的双向逆变模块相连接；所述储能控制模块用于计算从所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块充入所述电池模块中的可再生能源电量和市电电量，并根据所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比。本发明通过储能控制模块实现了市电能源和可再生能源对电池进行不同方式的充电以及对不同充电方式的区分，同时还对不同充电方式的充电电量进行统计计算，提高了充电电量的精细化管理程度。

Description

一种电池储能管理系统及方法

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，特别是涉及一种电池储能管理系统及方法。

背景技术

由于便携式储能产品具有容量大、功率大、适应场景多等特点，其应用越来越广泛。常见的便携式储能产品主要有锂电池组和逆变器等关键部分组成，锂电池组通过单颗电芯按照一定的串并联在一起，提供电量，逆变器把直流转变为交流并输出。

常见的便携式储能产品的充电方式有两种，一种是采用市电的交流电，通过适配器转换为直流电为便携式储能设备充电；另外一种利用光伏板，采用直流方式便携式储能设备充电。这些充电方式都需要通过储能管理系统来进行管理，但是现在的便携式储能管理系统，不管是通过双向逆变或者电源适配器给储能产品充电，或者接入光伏板，通过MPPT给储能产品充电，都无法辨别储能电量是否为可再生能源，电量管理粒度比较粗糙，而在用户端，用户也无法获取可再生能源电量以及占比的利用率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种电池储能管理系统及方法，能够通过便携式储能设备和储能管理系统，实现市电的交流电充电和光伏板转换的可再生能源充电的区别控制和计算，提高了便携式储能产品电量管理的精细化程度。

第一方面，本发明提供了一种电池储能管理系统，所述系统包括：

依次连接的电池模块、电池管理模块、太阳能控制模块、储能控制模块，以及分别与所述电池管理模块和所述储能控制模块相连的双向逆变模块相连接；

所述电池管理模块用于采集所述电池模块在充放电过程中的电量数据，并对所述电量数据进行监控；

所述太阳能控制模块用于检测外接的太阳能光伏电路板的输出电流和电压，计算所述太阳能光伏电路板的输出功率，通过所述电池管理系统对所述电池模块进行太阳能充电，并对所述太阳能充电的输出功率进行控制；

所述双向逆变模块用于将交流电和直流电进行双向逆变，分别为所述电池模块和外接设备进行充电；

所述储能控制模块用于计算从所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块充入所述电池模块中的可再生能源电量和市电电量，并根据所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比。

进一步地，所述太阳能控制模块的一端连接到所述电池管理模块，所述太阳能控制模块的另一端连接到安德森接口，且所述太阳能控制模块通过信号线连接到所述储能控制模块；

所述双向逆变模块的一端连接到所述电池管理模块，所述双向逆变模块的另一端连接到AC插座，且所述双向逆变模块通过信号线连接到所述储能控制模块。

进一步地，所述双向逆变模块包括AC-DC工作模块和DC-AC工作模块；

所述AC-DC工作模块用于将交流电通过整流变为直流电，并在所述储能控制模块的控制下通过所述电池管理模块对所述电池模块进行充电；

所述DC-AC工作模块用于将所述电池模块输出的直流电，经过两级DC电路逆变为交流电，并在所述储能控制模块的控制下通过所述电池管理模块为外接设备供电。

进一步地，所述储能控制模块包括电量计算模块和物联网模块；

所述电量计算模块用于计算通过所述太阳能控制模块充入所述电池模块中的所述可再生能源电量、以及通过所述双向逆变模块充入所述电池模块中的所述市电电量；

所述物联网模块用于将所述可再生能源电量和所述市电电量传输到云端服务器。

进一步地，所述电量计算模块还包括电量统计模块，所述电量统计模块用于根据所述可再生能源电量和所述市电电量进行电量统计，得到电量统计结果，所述电量统计结果包括所述可再生能源电量的占比和不同时间段内的电量占比。

进一步地，所述电量计算模块还包括积分统计模块，所述积分统计模块用于采集所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块对所述电池模块进行充电的第一输出功率和第二输出功率，并分别对所述第一输出功率和所述第二输出功率进行积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分；

所述物联网模块用于将所述可再生能源功耗积分和所述市电能源功耗积分传输到所述云端服务器。

进一步地，所述太阳能控制模块用于通过混合算法计算所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值，所述混合算法包括粒子群算法和遗传算法。

第二方面，本发明提供了一种电池储能管理方法，所述方法包括：

太阳能控制模块通过安德森接口接入太阳能光伏电路板，通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值，并通过电池管理模块为电池模块进行充电；

双向逆变模块通过AC插座接入市电，将交流电逆变为直流电后通过所述电池管理模块为所述电池模块进行充电，并将所述电池模块中的直流电逆变为交流电为外接设备供电；

储能控制模块通过串行通讯接口获取所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块的工作模式，并分别计算所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块向所述电池模块中充入的可再生能源电量和市电电量；

所述储能控制模块按照时间轴将所述可再生能源电量和所述市电电量传输到云端服务器进行存储；

所述储能控制模块根据所述云端服务器中存储的所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比和不同时间段的电量占比。

进一步地，所述通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值的具体步骤包括：

通过粒子群算法随机采用若干个充电电压进行充电，分别得到所述充电电压对应的充电功率值；

通过遗传算法对若干组所述充电电压和所述充电功率值进行最优筛选，得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值。

进一步地，所述方法还包括：

所述储能控制模块采集所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块对所述电池模块进行充电的第一输出功率和第二输出功率，分别对所述第一输出功率和第二输出功率进行积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分，并将所述可再生能源功耗积分和所述市电能源功耗积分传输到所述云端服务器。

上述本发明提供了一种电池储能管理系统及方法。通过所述系统，对市电的交流电充电和太阳能光伏电路板转换的可再生能源充电进行区别控制和计算，实现了市电和可再生能源充电的智能区分，并通过对市电充电电量和可再生能源充电电量的计算和分析，实现精细化电量管理的目的，同时还对市电充电和太阳能充电的功率进行单独积分，提供两种充电方法的时间和电量的占比，对进行碳积分交易提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池储能管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电池储能管理方法的流程示意图。

具体实施方式

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

请参阅图1，本发明第一实施例提出的一种电池储能管理系统，所述系统包括：依次连接的电池模块1、电池管理模块2、太阳能控制模块3和储能控制模块5，电池管理模块2和储能控制模块5分别与双向逆变模块4相连接。

本实施例中的电池模块1为锂电池包，即把单颗电芯通过一定的串并联组合在一起，形成锂电池包，优选的，本实施例采用了15串磷酸铁锂电池作为电池模块1，并设置了输出电压为48V，应当理解的是，本实施例中使用的具体参数只是优选而非具体限定，在此以及后续中将不再一一赘述。

在本管理系统中，电池模块1的正负极以及每串电芯信号都连接到电池管理模块2上；太阳能控制模块3的输出端连接到电池管理模块2，而输入端则连接到安德森接口，并且通过信号线连接到储能控制模块5，从而实现与储能控制模块5之间的串口通讯；双向逆变模块4的输入端连接到电池管理模块2，而输出端的交流LN则接到AC插座上，并且同样的通过信号线连接到储能控制模块5，从而实现与储能控制模块5之间的串口通讯，本实施例中优选的使用了RS485串口通讯来实现太阳能控制模块3和双向逆变模块4与储能控制模块5之间的串口通讯。通过各个模块之间的这种连接关系，储能控制模块5通过485通讯接口可以与各个模块连接在一起，组成一个有机整体从而实现协调工作。

本实施例中的电池管理模块2是与电池模块1直接关联的部分，主要用于采集电池模块1在充放电过程中的电量数据，这些电量数据包括电压、温度、电流和电阻等数据，并且还可以对这些电量数据进行监控从而判断电池模块1的工作状态是否正常，从而实现对电池模块1工作状态的全面管理。

与电池管理模块2相连接的太阳能控制模块3主要用于检测太阳能光伏电路板的输入电流和电压，并控制输出功率，其中太阳能光伏电路板通过安德森接口接入本实施例的储能管理系统中，当然实际上多种可再生能源均可以应用于本实施例中，比如风力发电机，由于风力发电机输出是一个直流，也可以直接接入安德森接口充电。

在此仅以太阳能光伏电路板为例，由于太阳强度以及环境温度都会影响太阳能光伏电路板输出功率发生较大的变化，因此需要一定的算法来搜寻太阳能光伏电路板的最大输出功率值，本实施例中优选的采用了混合算法来搜寻太阳能光伏电路板的最大输出功率值，即采用粒子群算法PSO和遗传算法GA相结合的算法，其中，粒子群算法PSO随机采用多个充电电压进行充电并计算得到对应的多个充电功率值，将多组充电电压和充电功率值进行记录，然后通过遗传算法对多组充电电压和充电功率值进行最优筛选，从而得到当前环境下太阳能光伏电路板输出的最大功率值，具体的计算过程参阅粒子群算法和遗传算法的常规计算过程即可，在此不再一一赘述。本实施例通过预先设置的混合算法，可以对太阳能光伏电路板的充电功率进行准确的计算，为后续的电量区分提供了准确的依据，当然还可以使用其他的算法对最大输出功率进行计算，具有相同或者相似功能的算法均可以应用于本实施例中。

本实施例中的电池模块1可以通过两种方式进行充电，即除了上述通过太阳能控制模块3对电池模块1进行可再生能源电量的充电之外，还可以通过常规市电对电池模块1进行充电，在本实施例中通过双向逆变模块4来实现电池模块1的市电充电，双向逆变模块4主要用于交流电和直流电的双向逆变，其中包括两种工作模块：

AC-DC工作模块41工作时，双向逆变模块4将通过AC插座接入的市电交流电通过整流，转换为直流电，并在储能控制模块5的控制下通过电池管理模块2对电池模块1进行充电；

DC-AC工作模块42工作时，双向逆变模块4将电池模块1输出的直流电经过两级DC电路逆变为交流电进行输出，从而为外接的电器设备进行供电。

通过上述的两种工作模式，双向逆变模块4不仅能够为电池模块1提供市电充电，而且实现了电池模块1对外接电器设备的供电，当然，本实施例中的储能管理系统除了可以实现便携式储能充电的功能之外，还提供了充电方式的区分以及精细化电量的管理，需要说明的是，双向逆变模块4的工作模式的控制是由储能控制模块5来实现的，即由储能控制模块5来对DC/AC的开关进行控制。

本实施例中的储能控制模块5除了通过控制电池管理模块2对电池模块1进行充放电管理之外，还可以根据充电功率来计算充入电池模块1中的充电电量以及对计算得到的电量数据进行云端的传输和存储，具体为：

储能控制模块5包括电量计算模块51和物联网模块52，其中，电量计算模块51主要用于通过485串口通讯来分别获取太阳能控制模块3和双向逆变模块4的工作状态，从而计算太阳能控制模块3和双向逆变模块4分别充入电池模块1中的可再生能源电量和市电电量，结合这两种电量，电量计算模块51可以计算可再生能源电量的占比，从而实现了市电充电和可再生能源充电的充电方式的精确区分。

通过电量计算模块51计算得到的数据会通过物联网模块52进行传输，物联网模块52实现了具有本实施例的储能管理系统的储能设备与互联网的连接，从而实现了数据的云储存，并且根据云端服务器中存储的大量的电量数据，电量计算模块51还包括电量统计模块511，电量统计模块511可以根据存储的这些电量数据对用电时间进行统计，从而实现不同时间段的电量占比计算，并且还可以通过图表的形式对统计结果进行展示，比如本实施例中可以实现(日、月、年)用电量、(日、月、年)市电充电量、(日、月、年)可再生能源充电量、可再生能源充电量占比等多种形式的图表展示，在可以准确区分市电和可再生能源的不同充电方式之外，还提高了电量管理的精细化程度。

进一步地，本实施例中的电量计算模块51还包括积分统计模块512，积分统计模块512可以获取太阳能控制模块3和双向逆变模块4对电池模块1充电的第一输出功率和第二输出功率，并且对第一输出功率和第二输出功率进行单独积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分，并且通过物联网模块52将这两种积分上传到云端服务器进行存储，这种功耗积分代表了产品能耗的高低，在节能减排脱碳的环境要求下，本实施例通过对功耗积分的计算对下一步进行碳积分交易提供了技术支持。

本实施例提供的一种储能管理系统，相比传统的管理系统只能实现对电池进行充电的管理无法区分充电方式的问题，本发明将市电充电和可再生能源充电进行结合，并通过储能管理模块对两种充电方式进行管理的同时，还通过对充电电量和充电功率的计算，实现了不同充电方式的区分，并根据获取的电量数据进行统计计算，从而进一步实现了充电电量的精细化管理，并为后续的节能减排提供了技术支撑。

请参阅图2，基于同一发明构思，本发明第二实施例提出的一种储能管理方法，包括步骤S10～S50：

步骤S10，太阳能控制模块通过安德森接口接入太阳能光伏电路板，通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值，并通过电池管理模块为电池模块进行充电；

步骤S20，双向逆变模块通过AC插座接入市电，将交流电逆变为直流电后通过所述电池管理模块为所述电池模块进行充电，并将所述电池模块中的直流电逆变为交流电为外接设备供电；

步骤S30，储能控制模块通过串行通讯接口获取所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块的工作模式，并分别计算所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块向所述电池模块中充入的可再生能源电量和市电电量；

步骤S40，所述储能控制模块按照时间轴将所述可再生能源电量和所述市电电量传输到云端服务器进行存储；

步骤S50，所述储能控制模块根据所述云端服务器中存储的所述可再生能源电量和所述市电电量，计算不同时间段的电量占比和所述可再生能源电量的占比。

进一步地，步骤S10中所述通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值的具体步骤包括：

步骤S101，通过粒子群算法随机采用若干个充电电压进行充电，分别得到所述充电电压对应的充电功率值；

步骤S102，通过遗传算法对若干组所述充电电压和所述充电功率值进行最优筛选，得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值。

进一步地，所述方法还包括：

步骤S60，所述储能控制模块采集所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块对所述电池模块进行充电的第一输出功率和第二输出功率，分别对所述第一输出功率和第二输出功率进行积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分，并将所述可再生能源功耗积分和所述市电能源功耗积分传输到所述云端服务器。

本发明实施例提出的储能管理方法的技术特征和技术效果与本发明实施例提出的系统相同，在此不予赘述。上述储能管理系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

综上，本发明实施例提出的一种储能管理系统及方法，所述系统包括依次连接的电池模块、电池管理模块、太阳能控制模块和储能控制模块，所述电池管理模块和所述储能控制模块分别与双向逆变模块相连接；所述储能控制模块用于计算从所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块充入所述电池模块中的可再生能源电量和市电电量，并根据所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比。本实施例通过储能控制模块对电池模块的充放电进行控制之外，还通过计算不同充电方式充入电池的电量来实现可再生能源和市电能源充电的区分，并通过对电量的统计计算，实现了充电电量的精细化管理。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池储能管理系统，其特征在于，包括：

依次连接的电池模块、电池管理模块、太阳能控制模块、储能控制模块，以及分别与所述电池管理模块和所述储能控制模块相连的双向逆变模块相连接；

所述电池管理模块用于采集所述电池模块在充放电过程中的电量数据，并对所述电量数据进行监控；

所述太阳能控制模块用于检测外接的太阳能光伏电路板的输出电流和电压，计算所述太阳能光伏电路板的输出功率，通过所述电池管理系统对所述电池模块进行太阳能充电，并对所述太阳能充电的输出功率进行控制；

所述双向逆变模块用于将交流电和直流电进行双向逆变，分别为所述电池模块和外接设备进行充电；

所述储能控制模块用于计算从所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块充入所述电池模块中的可再生能源电量和市电电量，并根据所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比。

2.根据权利要求1所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述太阳能控制模块的一端连接到所述电池管理模块，所述太阳能控制模块的另一端连接到安德森接口，且所述太阳能控制模块通过信号线连接到所述储能控制模块；

所述双向逆变模块的一端连接到所述电池管理模块，所述双向逆变模块的另一端连接到AC插座，且所述双向逆变模块通过信号线连接到所述储能控制模块。

3.根据权利要求1所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述双向逆变模块包括AC-DC工作模块和DC-AC工作模块；

所述AC-DC工作模块用于将交流电通过整流变为直流电，并在所述储能控制模块的控制下通过所述电池管理模块对所述电池模块进行充电；

所述DC-AC工作模块用于将所述电池模块输出的直流电，经过两级DC电路逆变为交流电，并在所述储能控制模块的控制下通过所述电池管理模块为外接设备供电。

4.根据权利要求1所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述储能控制模块包括电量计算模块和物联网模块；

所述电量计算模块用于计算通过所述太阳能控制模块充入所述电池模块中的所述可再生能源电量、以及通过所述双向逆变模块充入所述电池模块中的所述市电电量；

所述物联网模块用于将所述可再生能源电量和所述市电电量传输到云端服务器。

5.根据权利要求4所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述电量计算模块还包括电量统计模块，所述电量统计模块用于根据所述可再生能源电量和所述市电电量进行电量统计，得到电量统计结果，所述电量统计结果包括所述可再生能源电量的占比和不同时间段内的电量占比。

6.根据权利要求4所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述电量计算模块还包括积分统计模块，所述积分统计模块用于采集所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块对所述电池模块进行充电的第一输出功率和第二输出功率，并分别对所述第一输出功率和所述第二输出功率进行积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分；

所述物联网模块用于将所述可再生能源功耗积分和所述市电能源功耗积分传输到所述云端服务器。

7.根据权利要求1所述的电池储能管理系统，其特征在于，所述太阳能控制模块用于通过混合算法计算所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值，所述混合算法包括粒子群算法和遗传算法。

8.一种电池储能管理方法，其特征在于，包括：

太阳能控制模块通过安德森接口接入太阳能光伏电路板，通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值，并通过电池管理模块为电池模块进行充电；

双向逆变模块通过AC插座接入市电，将交流电逆变为直流电后通过所述电池管理模块为所述电池模块进行充电，并将所述电池模块中的直流电逆变为交流电为外接设备供电；

储能控制模块通过串行通讯接口获取所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块的工作模式，并分别计算所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块向所述电池模块中充入的可再生能源电量和市电电量；

所述储能控制模块按照时间轴将所述可再生能源电量和所述市电电量传输到云端服务器进行存储；

所述储能控制模块根据所述云端服务器中存储的所述可再生能源电量和所述市电电量，计算所述可再生能源电量的占比和不同时间段的电量占比。

9.根据权利要求8所述的电池储能管理方法，其特征在于，所述通过混合算法计算得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值的具体步骤包括：

通过粒子群算法随机采用若干个充电电压进行充电，分别得到所述充电电压对应的充电功率值；

通过遗传算法对若干组所述充电电压和所述充电功率值进行最优筛选，得到所述太阳能光伏电路板的最大输出功率值。

10.根据权利要求8所述的电池储能管理方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述储能控制模块采集所述太阳能控制模块和所述双向逆变模块对所述电池模块进行充电的第一输出功率和第二输出功率，分别对所述第一输出功率和第二输出功率进行积分，得到可再生能源功耗积分和市电能源功耗积分，并将所述可再生能源功耗积分和所述市电能源功耗积分传输到所述云端服务器。

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