CN115514067A - 一种储能蓄电池组管理系统装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种储能蓄电池组管理系统装置，属于储能蓄电池技术领域，本发明数字隔离技术使物理通讯接口，安全可靠；通讯方式采用模块化设计，可使同一装置满足于各种应用场景，无需通过各种场景再进定制开发，提高生产管理水平；同一储能场景中可支持4路蓄电池组管理，单组可达108颗，一个系统即可完成同一场景的蓄电池管理，节约成本；站端与云端通讯协议均采用私有保密协议，传输安全可靠；采用远程核容方式和内阻趋势判断，减少人员上站巡检，无人值守，采用多个独立的储能子模块组成储能模组，每个储能子模块的结构相同，均带有短路自检保护的功能。

Description

一种储能蓄电池组管理系统装置
技术领域
本发明涉及储能蓄电池技术领域，具体讲是一种储能蓄电池组管理系统装置。
背景技术
随着电力事业的不断发展，人们的生活已经离不开电能，蓄电池组是一种独立可靠的电源，它不受交流电源影响，在发电厂或变电站内发生任何事故时，甚至在全厂、全站交流电源都停电的情况下，仍能保证直流系统中的用电设备可靠而连续地工作，且电压平稳；同时还可以作为全厂、全站的事故照明电源，是保证供电电源不中断的最后屏障，蓄电池作为变电站内直流系统的后备电源，在充电机停电时提供给直流母线220V电压，蓄电池电压2.1V，在蓄电池室内共104个蓄电池构成220V，单体蓄电池的放电截止阈值一般是1.8V，蓄电池组的截止阈值是由直流母线标称电压决定，达到单体蓄电池或整组蓄电池的放电截止电压即终止放电。
现有技术中蓄电池在长期使用的情况下可能会产生损坏情况，出现内部短路，如果不进行处理，会造成整个蓄电池组的短路损坏，现有的储能系统大部分都不具备这类识别保护功能，少数能够保护的也只对整个系统进行保护，某一蓄电池出现短路故障，整个蓄电池组均停止工作，这样虽然保护了蓄电池组，但是会造成系统的中断，无法正常工作，现有的储能场景，蓄电池组管理系统装置功能单一，只能满足基本的数据采集传输，缺乏完整的管理体系，监测的电池组有限，大型储能场景需要多套系统的架构才能够满足用户需求，资源利用率低，成本较高。且同一套系统设备不能满足多通讯场景需求，需要单独定制开发。不能够完全有效的管理远端站端设备需要被管理的电池组单元，不能够达到无人值守管理的要求，现有技术中蓄电池在长期使用的情况下可能会产生损坏情况，出现内部短路，如果不进行处理，会造成整个蓄电池组的短路损坏，现有的储能系统大部分都不具备这类识别保护功能，少数能够保护的也只对整个系统进行保护，某一蓄电池出现短路故障，整个蓄电池组均停止工作，这样虽然保护了蓄电池组，但是会造成系统的中断，无法正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能蓄电池组管理系统装置，以解决上述背景技术中提出现有技术中蓄电池在长期使用的情况下可能会产生损坏情况，出现内部短路，如果不进行处理，会造成整个蓄电池组的短路损坏，现有的储能系统大部分都不具备这类识别保护功能，少数能够保护的也只对整个系统进行保护，某一蓄电池出现短路故障，整个蓄电池组均停止工作，这样虽然保护了蓄电池组，但是会造成系统的中断，无法正常工作，现有的储能场景，蓄电池组管理系统装置功能单一，只能满足基本的数据采集传输，缺乏完整的管理体系，监测的电池组有限，大型储能场景需要多套系统的架构才能够满足用户需求，资源利用率低，成本较高。且同一套系统设备不能满足多通讯场景需求，需要单独定制开发。不能够完全有效的管理远端站端设备需要被管理的电池组单元，不能够达到无人值守管理的要求，现有技术中蓄电池在长期使用的情况下可能会产生损坏情况，出现内部短路，如果不进行处理，会造成整个蓄电池组的短路损坏，现有的储能系统大部分都不具备这类识别保护功能，少数能够保护的也只对整个系统进行保护，某一蓄电池出现短路故障，整个蓄电池组均停止工作，这样虽然保护了蓄电池组，但是会造成系统的中断，无法正常工作的问题。
本发明的技术方案是：包括有蓄电池组管理系统，所述蓄电池组管理系统由数据通讯模块、电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断、环境温湿度传感器采集模块、电池组显控单元、监控平台、储能子模块、异常管理模块、稳压模块、测量单元、电力供应单元、电池状态检测模块、储能电池保护模块以及云端大数据平台组成，所述蓄电池组管理系统各模块之间相互连接；
所述数据通讯模块，采用RS485接口自定义保密私有协议对整体电池组内所有电池组单元BMU设备进行数据汇总；
所述储能子模块有多个，多个所述储能子模块之间串联连接后输出电压到稳压模块，多个所述储能子模块还单独连接异常管理模块，所述储能子模块包括三极管V3、电容C1、电阻R1和光耦合器IC1；
所述异常管理模块连接有报警模块、无线传输模块还包括有显示器模块，所述显示器为液晶显示器；
所述稳压模块分别连接调压器和逆变器，所述调压器的输出端分别连5VUSB接口和直流输出接口，所述逆变器的输出端分别连接交流220V接口和交流380V接口；
所述测量单元，其被配置成测量蓄电池储能系统中的多个串联的模块或电池的充电状态；
所述电力供应单元，其被配置成基于多个模块或电池的充电状态而将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一；
所述电池状态检测模块包括旁路控制模块、旁路开关、电压传感器以及温度传感器，所述旁路控制模块分别与旁路开关、电压传感器以及温度传感器电性连接；
所述储能电池保护模块，包括有电流检测电阻模块、充放电MOS开关模块、限流电路模块、模拟前端IC模块以及MCU控制模块；
进一步的，所述电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断，环境温湿度传感器采集，对蓄电池性能趋势进行判断，通过RS232总线与电池组显控单元、监控平台等可进行信息交互(均采用私有保密协议)，保证蓄电池组高效、可靠、安全运行为云端大数据平台提供完整的数据支撑。支持对外部设备蓄电池组充电机管理控制功能，远程核容功能。
进一步的，所述数据通讯模块，采用B0303S-1WR2&TPT7487构成数据通讯通道隔离技术，所述蓄电池组管理系统，与云端通讯方式采用模块化设计，一套系统支持4G/WIFI/LAN/NB通讯方式，所述蓄电池组管理系统，支持4组蓄电池组，单组蓄电池可达108颗蓄电池，采用远程核容控制方式。
进一步的，所述异常管理模块为CH32系列单片机，所述报警模块为扬声器以及闪烁灯一种或者多种，所述无线传输模块采用GSM通讯芯片。
进一步的，所述DC电力供应单元为所述电力供应系统的构造的操作供应DC电力。
进一步的，当所述电力供应系统没有工作时，所述DC电力供应单元将DC电力供应给所述多个模块之一或所述多个电池之一，所述DC电力供应单元是不间断电源，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。
进一步的，所述测量单元包括电压测量单元，用于测量所述多个模块或所述多个电池的电压，所述测量单元包括电流测量单元，用于测量所述多个电池或所述多个模块的电流。
进一步的，所述旁路控制单元包括电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元，所述电压均衡度计算单元与电压传感器电性连接，所述温度临界量计算单元与温度传感器电性连接，所述电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元分别对旁路开关进行控制。
进一步的，所述模拟前端IC模块连接有用于检测储能电池中各电池电压均衡性的电压均衡性检测模块、用于检测储能电池电芯电压的电芯电压检测模块、用于将检测的均衡性电压模拟信号和电芯电压模拟信号转换成数字信号的检测电压模数转换模块、用于检测储能电池温度的温度检测模块，所述MCU控制模块连接有与电流检测电阻模块连接用于检测储能电池电流的电流检测模块、用于驱动充放电MOS开关模块开关从而实现储能电池保护的MOS管驱动模块。
进一步的，所述DC电力供应单元和所述蓄电池储能系统之间转换由所述DC电力供应单元供应的DC电力的大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器将转换大小后的DC电力供应给所述蓄电池储能系统。
本发明通过改进在此提供一种储能蓄电池组管理系统装置，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
本发明数字隔离技术使物理通讯接口，安全可靠；通讯方式采用模块化设计，可使同一装置满足于各种应用场景，无需通过各种场景再进定制开发，提高生产管理水平；同一储能场景中可支持4路蓄电池组管理，单组可达108颗，一个系统即可完成同一场景的蓄电池管理，节约成本；站端与云端通讯协议均采用私有保密协议，传输安全可靠；采用远程核容方式和内阻趋势判断，减少人员上站巡检，无人值守，采用多个独立的储能子模块组成储能模组，每个储能子模块的结构相同，均带有短路自检保护的功能，用光耦合器结合三极管开关元件的形式对电路中的直流负载进行保护，遇到短路情况时，不仅能够断开该路储能子模块的供电线路，还能够发出灯光指示，同时各个储能子系统还单独与单片机相连接，出现异常情况时会发出报警声，提醒使用者排查问题，系统通过稳压模块、调压器和逆变器能够输出5VUSB供电电压、直流电压、220V交流电压以及380V交流电压，满足不同的用户需求，当蓄电池发生故障时，可以通过控制旁路开关的闭合以及通电开关的打开，使故障蓄电池短路后，保证其他蓄电池的正常放电，储能电池保护模块用于储能电池保护，与储能电池通过通信线连接即可，实现对储能电池过流、高温、过充、过放、短路等保护。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1为一种储能蓄电池组管理系统装置结构框图；
图2为电路设计拓扑图；
图3为可插拔通讯模块识别方式；
图4为远程核容方式图一；
图5为远程核容方式图二；
图6为远程核容方式图三。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明通过改进在此提供一种储能蓄电池组管理系统装置，如图所示，包括有蓄电池组管理系统，蓄电池组管理系统由数据通讯模块、电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断、环境温湿度传感器采集模块、电池组显控单元、监控平台、储能子模块、异常管理模块、稳压模块、测量单元、电力供应单元、电池状态检测模块、储能电池保护模块以及云端大数据平台组成，蓄电池组管理系统各模块之间相互连接；
数据通讯模块，采用RS485接口自定义保密私有协议对整体电池组内所有电池组单元BMU设备进行数据汇总；
储能子模块有多个，多个储能子模块之间串联连接后输出电压到稳压模块，多个储能子模块还单独连接异常管理模块，储能子模块包括三极管V3、电容C1、电阻R1和光耦合器IC1；
异常管理模块连接有报警模块、无线传输模块还包括有显示器模块，显示器为液晶显示器；
稳压模块分别连接调压器和逆变器，调压器的输出端分别连5VUSB接口和直流输出接口，逆变器的输出端分别连接交流220V接口和交流380V接口；
测量单元，其被配置成测量蓄电池储能系统中的多个串联的模块或电池的充电状态；
电力供应单元，其被配置成基于多个模块或电池的充电状态而将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一；
电池状态检测模块包括旁路控制模块、旁路开关、电压传感器以及温度传感器，旁路控制模块分别与旁路开关、电压传感器以及温度传感器电性连接；
储能电池保护模块，包括有电流检测电阻模块、充放电MOS开关模块、限流电路模块、模拟前端IC模块以及MCU控制模块；
电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断，环境温湿度传感器采集，对蓄电池性能趋势进行判断，通过RS232总线与电池组显控单元、监控平台等可进行信息交互(均采用私有保密协议)，保证蓄电池组高效、可靠、安全运行为云端大数据平台提供完整的数据支撑。支持对外部设备蓄电池组充电机管理控制功能，远程核容功能。
数据通讯模块，采用B0303S-1WR2&TPT7487构成数据通讯通道隔离技术，蓄电池组管理系统，与云端通讯方式采用模块化设计，一套系统支持4G/WIFI/LAN/NB通讯方式，蓄电池组管理系统，支持4组蓄电池组，单组蓄电池可达108颗蓄电池，采用远程核容控制方式。
异常管理模块为CH32系列单片机，报警模块为扬声器以及闪烁灯一种或者多种，无线传输模块采用GSM通讯芯片。
DC电力供应单元为电力供应系统的构造的操作供应DC电力。
当电力供应系统没有工作时，DC电力供应单元将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一，DC电力供应单元是不间断电源，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。
测量单元包括电压测量单元，用于测量多个模块或多个电池的电压，测量单元包括电流测量单元，用于测量多个电池或多个模块的电流。
旁路控制单元包括电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元，电压均衡度计算单元与电压传感器电性连接，温度临界量计算单元与温度传感器电性连接，电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元分别对旁路开关进行控制。
模拟前端IC模块连接有用于检测储能电池中各电池电压均衡性的电压均衡性检测模块、用于检测储能电池电芯电压的电芯电压检测模块、用于将检测的均衡性电压模拟信号和电芯电压模拟信号转换成数字信号的检测电压模数转换模块、用于检测储能电池温度的温度检测模块，MCU控制模块连接有与电流检测电阻模块连接用于检测储能电池电流的电流检测模块、用于驱动充放电MOS开关模块开关从而实现储能电池保护的MOS管驱动模块。
DC电力供应单元和蓄电池储能系统之间转换由DC电力供应单元供应的DC电力的大小的DC/DC变换器，DC/DC变换器将转换大小后的DC电力供应给蓄电池储能系统。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：包括有蓄电池组管理系统，所述蓄电池组管理系统由数据通讯模块、电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断、环境温湿度传感器采集模块、电池组显控单元、监控平台、储能子模块、异常管理模块、稳压模块、测量单元、电力供应单元、电池状态检测模块、储能电池保护模块以及云端大数据平台组成，所述蓄电池组管理系统各模块之间相互连接；
所述数据通讯模块，采用RS485接口自定义保密私有协议对整体电池组内所有电池组单元BMU设备进行数据汇总；
所述储能子模块有多个，多个所述储能子模块之间串联连接后输出电压到稳压模块，多个所述储能子模块还单独连接异常管理模块，所述储能子模块包括三极管V3、电容C1、电阻R1和光耦合器IC1；
所述异常管理模块连接有报警模块、无线传输模块还包括有显示器模块，所述显示器为液晶显示器；
所述稳压模块分别连接调压器和逆变器，所述调压器的输出端分别连5VUSB接口和直流输出接口，所述逆变器的输出端分别连接交流220V接口和交流380V接口；
所述测量单元，其被配置成测量蓄电池储能系统中的多个串联的模块或电池的充电状态；
所述电力供应单元，其被配置成基于多个模块或电池的充电状态而将DC电力供应给多个模块之一或多个电池之一；
所述电池状态检测模块包括旁路控制模块、旁路开关、电压传感器以及温度传感器，所述旁路控制模块分别与旁路开关、电压传感器以及温度传感器电性连接；
所述储能电池保护模块，包括有电流检测电阻模块、充放电MOS开关模块、限流电路模块、模拟前端IC模块以及MCU控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述电池组SOC/SOH估算、组端电压采集、组端电流采集、电池组绝缘检测、故障诊断，环境温湿度传感器采集，对蓄电池性能趋势进行判断，通过RS232总线与电池组显控单元、监控平台等可进行信息交互(均采用私有保密协议)，保证蓄电池组高效、可靠、安全运行为云端大数据平台提供完整的数据支撑。支持对外部设备蓄电池组充电机管理控制功能，远程核容功能。
3.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述数据通讯模块，采用B0303S-1WR2&TPT7487构成数据通讯通道隔离技术，所述蓄电池组管理系统，与云端通讯方式采用模块化设计，一套系统支持4G/WIFI/LAN/NB通讯方式，所述蓄电池组管理系统，支持4组蓄电池组，单组蓄电池可达108颗蓄电池，采用远程核容控制方式。
4.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述异常管理模块为CH32系列单片机，所述报警模块为扬声器以及闪烁灯一种或者多种，所述无线传输模块采用GSM通讯芯片。
5.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述DC电力供应单元为所述电力供应系统的构造的操作供应DC电力。
6.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：当所述电力供应系统没有工作时，所述DC电力供应单元将DC电力供应给所述多个模块之一或所述多个电池之一，所述DC电力供应单元是不间断电源，用于防止在停电期间电力供应系统的操作中断。
7.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述测量单元包括电压测量单元，用于测量所述多个模块或所述多个电池的电压，所述测量单元包括电流测量单元，用于测量所述多个电池或所述多个模块的电流。
8.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述旁路控制单元包括电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元，所述电压均衡度计算单元与电压传感器电性连接，所述温度临界量计算单元与温度传感器电性连接，所述电压均衡度计算单元以及温度临界量计算单元分别对旁路开关进行控制。
9.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述模拟前端IC模块连接有用于检测储能电池中各电池电压均衡性的电压均衡性检测模块、用于检测储能电池电芯电压的电芯电压检测模块、用于将检测的均衡性电压模拟信号和电芯电压模拟信号转换成数字信号的检测电压模数转换模块、用于检测储能电池温度的温度检测模块，所述MCU控制模块连接有与电流检测电阻模块连接用于检测储能电池电流的电流检测模块、用于驱动充放电MOS开关模块开关从而实现储能电池保护的MOS管驱动模块。
10.根据权利要求1所述的一种储能蓄电池组管理系统装置，其特征在于：所述DC电力供应单元和所述蓄电池储能系统之间转换由所述DC电力供应单元供应的DC电力的大小的DC/DC变换器，所述DC/DC变换器将转换大小后的DC电力供应给所述蓄电池储能系统。
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