CN115912540A - 一种储能电池混合管理系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池混合管理系统及控制方法，系统控制模块和混合电池，所述控制模块连接有信息采集模块和电压均衡模块，所述混合电池连接有开关模块，所述信息采集模块和电压均衡模块均与开关模块相连。本发明的一种储能电池混合管理系统即控制方法对不同种类电池进行安全监控及有效管理，提高蓄电池使用效率，对两个以上的电池簇进行监测与控制，监测到每个电池单体的电压、电流和温度，控制每个电池单体的电压与电流和温度，以保证混合电池系统在工作中出现问题可及时通过数据反馈，防止单体电池过充或者过放而损坏电池，保障系统运行环境安全，延长电池使用寿命，降低运行成本与后期维护成本。

Description

一种储能电池混合管理系统及控制方法

技术领域

本发明涉及储能电池管理技术领域，尤其是涉及一种储能电池混合管理系统及控制方法。

背景技术

随着锂电池和传统铅酸电池技术的快速发展，市面上流行的电池管理系统有很多，且管理方式也有很多，但是大多数储能电池管理系统只能管理同一种类电池、同一容量的电池。对于不同种类、不同容量的电池不能在同一储能系统中使用。究其原因，一方面，将多种电池并联在一起，运行状态复杂，各种过充、过放、过温都可能影响电池性能，其寿命会大幅下降，甚至导致损坏；另一方面，混合电池的均衡效果也非常差，不利于整体上的管理与优化。

发明内容

基于此，本发明针对目前没有可以对不同种类、不同容量的电池在同一储能系统中使用的问题，提供一种储能电池混合管理系统及控制方法，通过本发明，可以对不同种类、不同容量的电池进行安全监控及有效管理，避免混合电池的过充、过放、过温，均衡效果好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种储能电池混合管理系统，包括控制模块和混合电池，所述控制模块连接有信息采集模块和电压均衡模块，所述混合电池连接有开关模块，所述信息采集模块和电压均衡模块均与开关模块相连。本发明的一种储能电池混合管理系统，信息采集模块对各单体电池的状态数据进行采集，控制模块根据信号生成并发送控制指令，电压均衡模块用于均衡调节单体电池的电压，对不同种类、不同容量的电池进行安全监控及有效管理，避免混合电池的过充、过放、过温，均衡效果好。

作为本发明的优选方案，所述电压均衡模块包括主动电压均衡单元和被动电压均衡单元，所述主动电压均衡单元和被动电压均衡单元分别通过开关模块中的开关矩阵与混合电池相连，所述混合电池由多个单体电池组成。本发明包括主动电压均衡单元和被动电压均衡单元，控制模块根据信息监测单元所检测的电压、电流信息判断目前电池的工作状态，分析需要采用哪种均衡方式，控制开关单元切换到需要的均衡模式，实现动态均衡，达到效率最优化，均衡效果好。

作为本发明的优选方案，所述信息采集模块包括电流采集单元、电压采集单元和温度采集单元，所述电流采集单元和电压采集单元中均设有智能模拟量数字量采集器。电流采集单元、电压采集单元和温度采集单元均可对单体电池进行电压、电流和温度数据进行采集，同时温度采集单元还可以对环境温度进行检测，单体电池的电压、电流数据检测可以用来判断目前电池的工作状态，分析需要采用哪种均衡方式，还可以避免单体电池出现各种过充、过放现象。

作为本发明的优选方案，所述系统还包括显示单元与数据存储单元，所述显示单元与控制模块相连，所述数据存储单元与信息采集模块相连，所述数据存储单元连接有数据输出单元，所述数据输出单元与显示单元相连。信息监测单元和电量监测单元所检测的数据可以通过显示单元实时显示，使得系统的人性化得到充分体现。

作为本发明的优选方案，所述混合电池连接有电量监控单元，所述电量监控单元连接有电量管理单元，所述电量管理单元与控制模块相连，所述控制模块连接有充电单元，所述充电单元通过开关模块与混合电池相连。电量监控单元对混合电池的电量进行检测，有助于对电池的充放电过程的控制。

作为本发明的优选方案，所述系统还包括热量管理单元，所述热量管理单元与控制模块相连，所述控制模块控制热量管理单元控制环境和混合电池温度。热管理单元通过对监测单体电池和环境的温度数据进行分析。可以防止单体电池出现过温情况。

作为本发明的优选方案，所述显示单元包括上位机监控软件，上位机监控软件将信息采集单元所采集到的数据做曲线并进行显示。将数据拟合成曲线的形式进行展示更加直观。

一种储能电池混合管理控制方法，包括电池充电方法和电池放电方法，所述电池充电方法包括以下步骤：S1：电量监测单元对混合电池的全部单体电池的电量进行监测，并将检测结果发送给电量管理单元，电量管理单元对电量监测单元发送的电量监测数据进行判断，当有单体电池需要充电时，电量管理单元向控制模块发送充电信号；S2：控制模块接收到充电信号后，控制某一需要充电的单体电池对应的开关模块的充电开关闭合，充电单元为该单体电池进行充电；S3：电量监控单元实时对该充电的单体电池进行电量监测，并将电量监测数据发送给电量管理单元，电量管理单元对该充电单体电池的电量进行判断，当该单体电池的电量达到标准后，电量管理单元向控制模块发送停止充电信号，控制模块控制该单体电池对应的开关模块的充电开关断开，完成该单体电池的充电；S4：继续对下一需要充电的单体电池进行充电，重复S1-S3，直到所有的单体电池充电完成，结束充电。通过本发明的系统和方法对混合电池进行充电，以单体电池为单位进行充电，对不同种类的电池根据各自的情况进行充电，在充电过程中实时对电池的电量和温度数据进行监控，相比于以整体为单位均衡充电，有效延长了电池使用寿命。

作为本发明的优选方案，所述电池放电方法包括以下步骤：A1：控制模块检测负载是否有市电接入，若负载没有市电接入，则使用混合电池为负载供电；A2：控制模块控制放电的电池簇对应的开关模块的放电开关闭合，该电池簇为负载进行供电；电压采集单元对该放电的电池簇进行电压监测，并将电压监测数据发送给控制模块，控制模块对该放电的电池簇的电压进行判断，当该放电的电池簇的电压达到下电电压值后，控制模块控制该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关断开，换下一个电池簇进行放电；A3：重复A1-A2，直到控制模块检测到负载有市电接入，断开该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关，放电结束。通过本发明的系统和方法对混合电池进行放电（为负载供电），对不同种类的电池混合分成若干电池簇，以电池簇为单位根据各自的情况进行放电，在放电过程中实时对电池的电量和温度数据进行监控，延长电池使用寿命和备电时间，降低了运营商的经济成本。

作为本发明的优选方案，所述混合电池包含若干电池簇，所述电池簇包含若干电池包，所述电池包包含若干单体电池，所述单体电池为不同种类的电池。本发明对不同种类电池进行安全监控及有效管理，提高蓄电池使用效率，对两个以上的电池簇进行监测与控制，监测到每个电池单体的电压、电流和温度，控制每个电池单体的电压与电流和温度，以保证混合电池系统在工作中出现问题可及时通过数据反馈，防止单体电池过充或者过放而损坏电池，保障系统运行环境安全，延长电池使用寿命，降低运行成本与后期维护成本。

因此，本发明具有以下有益效果：本发明对不同种类电池进行安全监控及有效管理，提高蓄电池使用效率，对两个以上的电池簇进行监测与控制，监测到每个电池单体的电压、电流和温度，控制每个电池单体的电压与电流和温度，以保证混合电池系统在工作中出现问题可及时通过数据反馈，防止单体电池过充或者过放而损坏电池，保障系统运行环境安全，延长电池使用寿命，降低运行成本与后期维护成本。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的电池充电方法流程图；

图3是本发明的电池放电方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种储能电池混合管理系统，包括控制模块、混合电池、信息采集模块、电压均衡模块、显示单元、数据输出单元、数据存储单元、充电单元、热量管理单元、电量监控单元、电量管理单元和开关模块，控制模块与信息采集模块和电压均衡模块相连，混合电池与开关模块相连，信息采集模块和电压均衡模块均与开关模块相连。电压均衡模块包括主动电压均衡单元和被动电压均衡单元，主动电压均衡单元和被动电压均衡单元分别通过开关模块中的开关矩阵与混合电池相连，混合电池由多个单体电池组成。信息采集模块包括电流采集单元、电压采集单元和温度采集单元，电流采集单元和电压采集单元中均设有智能模拟量数字量采集器。显示单元与控制模块相连，数据存储单元与信息采集模块相连，数据存储单元与数据输出单元相连，数据输出单元与显示单元相连。混合电与电量监控单元相连，电量监控单元与电量管理单元相连，电量管理单元与控制模块相连，控制模块与充电单元相连，充电单元通过开关模块与混合电池相连。热量管理单元与控制模块相连，控制模块控制热量管理单元控制环境和混合电池温度。显示单元包括上位机监控软件，上位机监控软件将信息采集单元所采集到的数据做曲线并进行显示。混合电池包含若干电池簇，每个电池簇包含若干电池包，没电池包包含若干单体电池，单体电池为不同种类、不同容量的电池。

本发明的一种储能电池混合管理系统，信息采集模块对各单体电池的状态数据进行采集，控制模块根据信号生成并发送控制指令，电压均衡模块用于均衡调节单体电池的电压，对不同种类、不同容量的电池进行安全监控及有效管理，避免混合电池的过充、过放、过温，均衡效果好。

本发明包括主动电压均衡单元和被动电压均衡单元，控制模块根据信息监测单元所检测的电压、电流信息判断目前电池的工作状态，分析需要采用哪种均衡方式，控制开关单元切换到需要的均衡模式，实现动态均衡，达到效率最优化，均衡效果好。

电流采集单元、电压采集单元和温度采集单元均可对单体电池进行电压、电流和温度数据进行采集，同时温度采集单元还可以对环境温度进行检测，单体电池的电压、电流数据检测可以用来判断目前电池的工作状态，分析需要采用哪种均衡方式，还可以避免单体电池出现各种过充、过放现象。

信息监测单元和电量监测单元所检测的数据可以通过显示单元实时显示，使得系统的人性化得到充分体现。

电量监控单元对混合电池的电量进行检测，有助于对电池的充放电过程的控制。

热管理单元通过对监测单体电池和环境的温度数据进行分析，可以防止单体电池出现过温情况。

数据可视化：通过设计可视化界面以及数据连接，将混合电池的各项数据，主要是电池温度数据、电流数据、电压数据进行可视化，通过可视化界面更加清晰直观的了解电池的工作状态，上位机将数据拟合成曲线的形式进行展示，更加直观。

在该实施例中，信息采集模块通过总线和开关连接各节单体电池，用于采集各个电池的状态数据的模拟信号。单体电池的状态数据包括单节电池的电压、支路电流、温度、容量和工作状态中的至少一种。工作状态可为电池工作或断开等。另外，信息采集模块采集数据的方式为单数据线采集和/ 或双数据线采集。采集温度可用温度传感器，电流可用电流表，电压可用电压表等。

在该实施例中，混合电池包括至少一组锂电池和至少一组铅酸蓄电池，且每组锂电池中有多节锂电池串联，每组铅酸蓄电池中有多节铅酸蓄电池串联，锂电池组和铅酸蓄电池组并联。锂电池为磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池或二氧化锰锂电池中的一种或多种。一组锂电池或一组铅酸蓄电池为一条支路。两种电池的开路电压大致相同，并联后的锂电池和铅酸蓄电池可自动调整支路上的充放电电流。

数据存储单元提供数据存储服务，数据存储服务即云端BMS接收终端BMS上传的数据信息的存储容器，其中数据包括电池固件参数和动态数据。

控制模块用于根据采集的信息生成控制指令，并将该控制指令发送给开关模块，对混合电池中的各单体电池进行控制。控制模块可以为可编程逻辑控制单元或单片机等。通过控制模块可设置混合电池管理系统的参数，该参数包括电池的阈值电压、阈值电流、阈值温度、阈值电量等。

控制模块包括中央处理器、存储器、定时器与I/O口等，用来实现对电池充放电控制、电池数据存储、状态估算、均衡与保护、串联稳压与系统复位等一系列功能的管理与控制。

控制模块的功能如下：控制模块通过CAN总线获取信息采集模块电压、电流和温度信息，并在显示单元上进行显示；控制模块通过CAN总线获取电流采集单元和电压采集单元上的电压电流信息，判断当前充放电状态和充放电电压，控制充电开关的开关，实现安全保护；控制模块通过CAN总线获取温度采集单元所采集的温度信息，通过PID算法控制环境温度，实现恒温工作，保证安全；控制模块用于根据采集的信息生成控制指令，并将该控制指令发送给开关模块，对混合电池中的各单体电池进行控制；控制模块根据信息监测单元所检测的电压、电流信息判断目前电池的工作状态，分析需要采用哪种均衡方式，控制开关单元切换到需要的均衡模式。

本发明系统还可以设置电池状态估算模块，为使混合电池能够更高效的工作，由控制模块或上位机进行电池状态的估算，获取电池的SOC、SOH与RUL等信息，确保能够及时对电池进行维护，提高电池的使用效率，延长电池的工作时间。

需要说明的是，本发明中所提到的控制模块、信息采集模块、电压均衡模块、电压均衡模块、显示单元、数据存储单元、主动电压均衡单元、被动电压均衡单元、电流采集单元、电压采集单元、温度采集单元、电量监控单元、上位机监控、电池状态估算模块等均是现有技术中能够获得与实现的，且内部结构没有限定，只需要实现相应的功能即可。

一种储能电池混合管理控制方法，包括电池充电方法和电池放电方法，如图2所示电池充电方法包括以下步骤：S1：电量监测单元对混合电池的全部单体电池的电量进行监测，并将检测结果发送给电量管理单元，电量管理单元对电量监测单元发送的电量监测数据进行判断，当有单体电池需要充电时，电量管理单元向控制模块发送充电信号；S2：控制模块接收到充电信号后，控制某一需要充电的单体电池对应的开关模块的充电开关闭合，充电单元为该单体电池进行充电；S3：电量监控单元实时对该充电的单体电池进行电量监测，并将电量监测数据发送给电量管理单元，电量管理单元对该充电单体电池的电量进行判断，当该单体电池的电量达到标准后，电量管理单元向控制模块发送停止充电信号，控制模块控制该单体电池对应的开关模块的充电开关断开，完成该单体电池的充电；S4：继续对下一需要充电的单体电池进行充电，重复S1-S3，直到所有的单体电池充电完成，结束充电。通过本发明的系统和方法对混合电池进行充电，以单体电池为单位进行充电，对不同种类的电池根据各自的情况进行充电，在充电过程中实时对电池的电量和温度数据进行监控，相比于以整体为单位均衡充电，有效延长了电池使用寿命。

如图3所示，电池放电方法包括以下步骤：A1：控制模块检测负载是否有市电接入，若负载没有市电接入，则使用混合电池为负载供电；A2：控制模块控制放电的电池簇对应的开关模块的放电开关闭合，该电池簇为负载进行供电；电压采集单元对该放电的电池簇进行电压监测，并将电压监测数据发送给控制模块，控制模块对该放电的电池簇的电压进行判断，当该放电的电池簇的电压达到下电电压值后，控制模块控制该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关断开，换下一个电池簇进行放电；A3：重复A1-A2，直到控制模块检测到负载有市电接入，断开该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关，放电结束。通过本发明的系统和方法对混合电池进行放电（为负载供电），对不同种类的电池混合分成若干电池簇，以电池簇为单位根据各自的情况进行放电，在放电过程中实时对电池的电量和温度数据进行监控，延长电池使用寿命和备电时间，降低了运营商的经济成本。

因此，本发明具有以下有益效果：本发明对不同种类电池进行安全监控及有效管理，提高蓄电池使用效率，对两个以上的电池簇进行监测与控制，监测到每个电池单体的电压、电流和温度，控制每个电池单体的电压与电流和温度，以保证混合电池系统在工作中出现问题可及时通过数据反馈，防止单体电池过充或者过放而损坏电池，保障系统运行环境安全，延长电池使用寿命，降低运行成本与后期维护成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电池混合管理系统，其特征是，包括控制模块和混合电池，所述控制模块连接有信息采集模块和电压均衡模块，所述混合电池连接有开关模块，所述信息采集模块和电压均衡模块均与开关模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，所述电压均衡模块包括主动电压均衡单元和被动电压均衡单元，所述主动电压均衡单元和被动电压均衡单元分别通过开关模块中的开关矩阵与混合电池相连，所述混合电池由多个单体电池组成。

3.根据权利要求1所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，所述信息采集模块包括电流采集单元、电压采集单元和温度采集单元，所述电流采集单元和电压采集单元中均设有智能模拟量数字量采集器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，还包括显示单元与数据存储单元，所述显示单元与控制模块相连，所述数据存储单元与信息采集模块相连，所述数据存储单元连接有数据输出单元，所述数据输出单元与显示单元相连。

5.根据权利要求1所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，所述混合电池连接有电量监控单元，所述电量监控单元连接有电量管理单元，所述电量管理单元与控制模块相连，所述控制模块连接有充电单元，所述充电单元通过开关模块与混合电池相连。

6.根据权利要求1所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，还包括热量管理单元，所述热量管理单元与控制模块相连，所述控制模块控制热量管理单元控制环境和混合电池温度。

7.根据权利要求4所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，所述显示单元包括上位机监控软件，上位机监控软件将信息采集单元所采集到的数据做曲线并进行显示。

8.一种储能电池混合管理控制方法，适用于权利要求1-7任一项所述的一种储能电池混合管理系统，其特征是，包括电池充电方法和电池放电方法，所述电池充电方法包括以下步骤：

S1：电量监测单元对混合电池的全部单体电池的电量进行监测，并将检测结果发送给电量管理单元，电量管理单元对电量监测单元发送的电量监测数据进行判断，当有单体电池需要充电时，电量管理单元向控制模块发送充电信号；

S2：控制模块接收到充电信号后，控制某一需要充电的单体电池对应的开关模块的充电开关闭合，充电单元为该单体电池进行充电；

S3：电量监控单元实时对该充电的单体电池进行电量监测，并将电量监测数据发送给电量管理单元，电量管理单元对该充电单体电池的电量进行判断，当该单体电池的电量达到标准后，电量管理单元向控制模块发送停止充电信号，控制模块控制该单体电池对应的开关模块的充电开关断开，完成该单体电池的充电；

S4：继续对下一需要充电的单体电池进行充电，重复S1-S3，直到所有的单体电池充电完成，结束充电。

9.根据权利要求8所述的一种储能电池混合管理控制方法，其特征是，所述电池放电方法包括以下步骤：

A1：控制模块检测负载是否有市电接入，若负载没有市电接入，则使用混合电池为负载供电；

A2：控制模块控制放电的电池簇对应的开关模块的放电开关闭合，该电池簇为负载进行供电；电压采集单元对该放电的电池簇进行电压监测，并将电压监测数据发送给控制模块，控制模块对该放电的电池簇的电压进行判断，当该放电的电池簇的电压达到下电电压值后，控制模块控制该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关断开，换下一个电池簇进行放电；

A3：重复A1-A2，直到控制模块检测到负载有市电接入，断开该放电的电池簇对应的开关模块的放电开关，放电结束。

10.根据权利要求9所述的一种储能电池混合管理控制方法，其特征是，所述混合电池包含若干电池簇，所述电池簇包含若干电池包，所述电池包包含若干单体电池，所述单体电池为不同种类的电池。

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