CN116632985B - 一种储能簇内箱间均衡电池系统及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能簇内箱间均衡电池系统及其实现方法，系统包括由PDUm和PACKn组成的储能簇；PDU内设BCU，PACK内设置BMU，PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC并联,隔离双向DC/DC和BMU通过CAN0总线通信，PACK与PDU之间通过CAN1总线通信，BCU之间通过CAN2总线通信。本发明的电池堆内簇间PACK可混用、任意串联；可使储能簇内PACK间存在的压差或SOC差异等问题在电池簇运行的情况下进行箱间低损耗均衡；可以旁路掉故障PACK，保证电池簇的正常运行；储能簇内PACK间通信及堆内簇间通信总线可以不需要人工配置匹配电阻，实现自动配置。

Description

一种储能簇内箱间均衡电池系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及新能源储能模块技术领域，尤其涉及一种储能簇内箱间均衡电池系统及其实现方法。
背景技术
随着新能源行业的迅猛发展，锂电池的应用在各种场景都很普遍。在储能电池场景中，既需要电池组安装调试方便，也需要电池组故障率低、售后频次低。
但现有储能电池系统存在以下问题：
1）现有储能电池簇间串联PACK无法通用，生产、组装、测试不方便，成本高；
2）现有储能电池簇内某个PACK出现故障导致整个电池簇故障，无法使用，售后及使用成本高；
3）现有储能簇内及簇间通信总线上终端电阻需要人工识别匹配，容易出现通信质量差，无法短期内发现问题。
即现有储能电池系统簇间PACK无法通用，存在生产、组装、测试、售后等方面的不方便问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种储能簇内箱间均衡电池系统及其实现方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种储能簇内箱间均衡电池系统，包括由一个电源分配单元和多个串联连接的电池箱组成的储能簇，不同储能簇的电源分配单元标记为PDUm，m为正整数，任一电池箱标记为PACKn，n为正整数；
需要说明的是，本题目中“储能簇内箱间均衡”是指要解决一个储能簇内部的多个电池箱之间的均衡配置问题；本发明就是要实现电池簇内任意电池PACK（包装成电池箱）串联使用成簇且不会发生由于PACK之间由于电压、内阻、SOC不一致导致的簇容量不足、单体差异过大等问题；解决单电池箱故障导致电池簇故障问题；解决各电池箱通信总线匹配电阻配置问题；解决电池簇通信总线匹配电阻配置问题。
任一PDUm内设置一个电池管理系统主板（BCU），任一PACKn内设置一个电池管理系统子板（BMU），不同储能簇的电池管理系统主板标记为BCUm，m为正整数，任一电池箱内的电池管理系统子板标记为BMUn，n为正整数；
任一储能簇内的PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC进行并联,任一电池箱内的隔离双向DC/DC和对应的BMUn通过CAN0总线通信，任一储能簇内PACKn与对应的PDUm之间通过CAN1总线通信，相邻BCUm之间通过CAN2总线通信；
PACKn内的电池模组一侧电极设有第一接触器KM1，电池模组两侧电极之间设有短接线，短接线设有第二接触器KM2，用于控制电池箱的短接；
PDUm两端电极分别设有第三接触器KM3和第四接触器KM4，用于控制该储能簇的开关。
优选地，隔离双向DC/DC具体是指双主动桥隔离双向DC/DC变换器。
优选地，PACK1至PACKn插箱串联与PDU连接时，CAN1总线BCU端默认配置匹配电阻R2，各BMU自检完并确定地址后,最远端BMUn输出干接点1且配置匹配电阻R1，保证CAN1总线通信良好，无需人工干预配置。
优选地，所有BCUm在自检完成后，最远端BCUm输出干接点2，保证CAN2总线通信良好，无需人工干预配置。
进一步地，所有BCUm通过CAN2总线与电池管理系统（BMS）通信，任一储能簇内设有温度传感器（TS）和电流传感器（CS）以及相应的线束，用于监测该储能簇的硬件温度和电路安全，且温度传感器（TS）和电流传感器（CS）与对应的BCUm通信，通过电池管理系统（BMS）统一管理。
更进一步地，电池管理系统控制一个电池堆，电池堆内各储能簇之间的PACKn均能混用、任意串联，从而在接线时方便就近接线。
优选地，各PACKn信息通过CAN1总线上传信息至对应的BCUm,BCUm判断各PACKn间压差及SOC差在阈值范围内，并且无其它故障时，各PACKn内BMU控制KM1吸合，KM2断开，隔离双向DC/DC不工作。
前述一种储能簇内箱间均衡电池系统的实现方法，包括以下步骤：
S100、最高电压PACKn内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V2+、V2-,最低电压PACK内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V1+、V1-，最高及最低电压PACK随实时电压值由BMU发出指令控制；避免由于PACK间压差或SOC差异过大导致电池簇容量不足问题，并保证了簇间PACK的通用性；
具体地，相邻隔离双向DC/DC输出V2+、V2-的一侧通过并联相互连接，某一隔离双向DC/DC输出V1+、V1-的一侧通过并联与对应的电池模组并联连接，从而实现前述“任一储能簇内的PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC进行并联”；
S200、BMUn自检判断PACKn存在故障时，PACKn内BMU控制KM1断开后，KM2吸合，旁路故障PACKn，保证整簇电池系统正常运行；PACKn故障恢复后，BMUn控制KM2断开后，KM1吸合。
优选地，隔离双向DC/DC输出V1+、V1-的一侧设有熔断器F2，对应电池模组电极一侧和PDU输出电极一侧均设有熔断器F1（且对应的电池模组电极和PDU输出电极电压信号为相反），PDU输出电极一侧还设有荧光信号FL1。
优选地，S200具体包括以下步骤：
S201、簇储能内PACKn间存在压差、SOC差异问题，可以在电池簇运行的情况下进行箱间低损耗均衡，电压、SOC高的PACKn给电压、SOC低的PACKn充电；
S202、当存在电池堆内储能簇间的PACKn混用串联的情况时，簇内PACKn间通信及堆内簇间通信总线可以不需要人工配置匹配电阻，实现自动配置；
S203、储能簇内某个或多个PACKn出现故障时可以旁路掉故障PACKn，保证储能簇的正常运行；当多个储能簇均出现某个或多个PACKn故障时，储能簇间的PACKn进行相互补充，实现簇间电压及SOC的均衡。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的电池堆内簇间PACK可以混用，任意串联；
2.本发明的储能簇内PACK间存在的压差或SOC差异等问题可以在电池簇运行的情况下进行箱间低损耗均衡（电压、SOC高PACK给低PACK充电）；
3.本发明的储能簇内某个或多个PACK出现故障时可以旁路掉故障PACK，保证电池簇的正常运行；
4.本发明的储能簇内PACK间通信及堆内簇间通信总线可以不需要人工配置匹配电阻，实现自动配置。
5.在以上基础上，本发明在电池生产时可实现以下便利：
1）生产、测试不需要系统测试，只需要标准PACK生产、测试，降低生产、测试成本及周期；
2）可现场组装、调试、售后方便；
3）解决了PACK故障导致的整簇电池系统故障，客户使用感官好。
附图说明
图1为本发明提出的一种储能簇内箱间均衡电池系统的电路及信号连接示意图；
图2为本发明提出的一种储能簇内箱间均衡电池系统中任一PDUm的内部电路及信号连接示意图；
图3为本发明提出的一种储能簇内箱间均衡电池系统中任一PACKn的内部电路及信号连接示意图；
图4为本发明提出的一种储能簇内箱间均衡电池系统的实现方法所得的系统框架图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
参照图1-3，一种储能簇内箱间均衡电池系统，包括由一个电源分配单元和多个串联连接的电池箱组成的储能簇，不同储能簇的电源分配单元标记为PDUm，m为正整数，任一电池箱标记为PACKn，n为正整数；
任一PDUm内设置一个电池管理系统主板（BCU），任一PACKn内设置一个电池管理系统子板（BMU），不同储能簇的电池管理系统主板标记为BCUm，m为正整数，任一电池箱内的电池管理系统子板标记为BMUn，n为正整数；
任一储能簇内的PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC进行并联,任一电池箱内的隔离双向DC/DC和对应的BMUn通过CAN0总线通信，任一储能簇内PACKn与对应的PDUm之间通过CAN1总线通信，相邻BCUm之间通过CAN2总线通信；
PACKn内的电池模组一侧电极设有第一接触器KM1，电池模组两侧电极之间设有短接线，短接线设有第二接触器KM2，用于控制电池箱的短接；
PDUm两端电极分别设有第三接触器KM3和第四接触器KM4，用于控制该储能簇的开关。
另外，隔离双向DC/DC具体是指双主动桥隔离双向DC/DC变换器。
当PACK1至PACKn插箱串联与PDU连接时，CAN1总线BCU端默认配置匹配电阻R2，各BMU自检完并确定地址后,最远端BMUn输出干接点1且配置匹配电阻R1，保证CAN1总线通信良好，无需人工干预配置。
所有BCUm在自检完成后，最远端BCUm输出干接点2，保证CAN2总线通信良好，无需人工干预配置。
所有BCUm通过CAN2总线与电池管理系统（BMS）通信，任一储能簇内设有温度传感器（TS）和电流传感器（CS）以及相应的线束，用于监测该储能簇的硬件温度和电路安全，且温度传感器（TS）和电流传感器（CS）与对应的BCUm通信，通过电池管理系统（BMS）统一管理。
各PACKn信息通过CAN1总线上传信息至对应的BCUm,BCUm判断各PACKn间压差及SOC差在阈值范围内，并且无其它故障时，各PACKn内BMU控制KM1吸合，KM2断开，隔离双向DC/DC不工作。
优选地，隔离双向DC/DC输出V1+、V1-的一侧设有熔断器F2，对应电池模组电极一侧和PDU输出电极一侧均设有熔断器F1（且对应的电池模组电极和PDU输出电极电压信号为相反），PDU输出电极一侧还设有荧光信号FL1，用于标识。
实施例二：
在实施例1的基础上，电池管理系统控制一个电池堆，电池堆内各储能簇之间的PACKn均能混用、任意串联，从而在接线时方便就近接线。
实施例三：
一种储能簇内箱间均衡电池系统的实现方法，包括以下步骤：
S100、最高电压PACKn内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V2+、V2-,最低电压PACK内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V1+、V1-，最高及最低电压PACK随实时电压值由BMU发出指令控制；避免由于PACK间压差或SOC差异过大导致电池簇容量不足问题，并保证了簇间PACK的通用性；
具体地，相邻隔离双向DC/DC输出V2+、V2-的一侧通过并联相互连接，某一隔离双向DC/DC输出V1+、V1-的一侧通过并联与对应的电池模组并联连接，从而实现前述“任一储能簇内的PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC进行并联”；
S200、BMUn自检判断PACKn存在故障时，PACKn内BMU控制KM1断开后，KM2吸合，旁路故障PACKn，保证整簇电池系统正常运行；PACKn故障恢复后，BMUn控制KM2断开后，KM1吸合。
S200具体包括以下步骤：
S201、簇储能内PACKn间存在压差、SOC差异问题，可以在电池簇运行的情况下进行箱间低损耗均衡，电压、SOC高的PACKn给电压、SOC低的PACKn充电；
S202、当存在电池堆内储能簇间的PACKn混用串联的情况时，簇内PACKn间通信及堆内簇间通信总线可以不需要人工配置匹配电阻，实现自动配置；
S203、储能簇内某个或多个PACKn出现故障时可以旁路掉故障PACKn，保证储能簇的正常运行；当多个储能簇均出现某个或多个PACKn故障时，储能簇间的PACKn进行相互补充，实现簇间电压及SOC的均衡。
实施例四：
在实施例1-3的组合基础上，构成系统框架图，如图4所示，其中包括电路控制和信号控制两个方面，其中电路控制不仅包括PACKn之间的串联连接，还包括隔离双向DC/DC之间的并联连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种储能簇内箱间均衡电池系统，包括由一个电源分配单元和多个串联连接的电池箱组成的储能簇，其特征在于，不同所述储能簇的电源分配单元标记为PDUm，m为正整数，任一所述电池箱标记为PACKn，n为正整数；
任一所述PDUm内设置一个电池管理系统主板，任一所述PACKn内设置一个电池管理系统子板，不同所述储能簇的电池管理系统主板标记为BCUm，m为正整数，任一所述电池箱内的电池管理系统子板标记为BMUn，n为正整数；
任一所述储能簇内的PACK1至PACKn之间进行插箱串联且通过隔离双向DC/DC进行并联,任一电池箱内的隔离双向DC/DC和对应的BMUn通过CAN0总线通信，任一所述储能簇内PACKn与对应的PDUm之间通过CAN1总线通信，相邻BCUm之间通过CAN2总线通信；
所述PACKn内的电池模组一侧电极设有第一接触器KM1，电池模组两侧电极之间设有短接线，所述短接线设有第二接触器KM2，用于控制电池箱的短接；
所述PDUm两端电极分别设有第三接触器KM3和第四接触器KM4，用于控制该储能簇的开关；
所述PACK1至PACKn插箱串联与PDU连接时，CAN1总线BCU端默认配置匹配电阻R2，各BMU自检完并确定地址后,最远端BMUn的输出干接点1配置匹配电阻R1，保证CAN1总线通信良好，无需人工干预配置；
所有所述BCUm在自检完成后，最远端BCUm输出干接点2，保证CAN2总线通信良好，无需人工干预配置；
所有所述BCUm通过CAN2总线与电池管理系统通信，任一所述储能簇内设有温度传感器和电流传感器以及相应的线束，用于监测该储能簇的硬件温度和电路安全，且温度传感器和电流传感器与对应的BCUm通信，通过电池管理系统统一管理；
所述电池管理系统控制一个电池堆，电池堆内各储能簇之间的PACKn均能混用、任意串联；
各PACKn信息通过CAN1总线上传信息至对应的BCUm,BCUm判断各PACKn间压差及SOC差在阈值范围内，并且无故障时，各PACKn内BMU控制KM1吸合，KM2断开，隔离双向DC/DC不工作。
2.根据权利要求1所述的一种储能簇内箱间均衡电池系统，其特征在于，所述隔离双向DC/DC是指双主动桥隔离双向DC/DC变换器。
3.权利要求1所述的一种储能簇内箱间均衡电池系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、最高电压PACKn内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V2+、V2-,最低电压PACK内BMU通过CAN0总线控制隔离双向DC/DC输出V1+、V1-，最高及最低电压PACK随实时电压值由BMU发出指令控制；避免由于PACK间压差或SOC差异过大导致电池簇容量不足问题，并保证了簇间PACK的通用性；所述隔离双向DC/DC输出V1+、V1-的一侧设有熔断器F2；
S200、BMUn自检判断PACKn存在故障时，PACKn内BMU控制KM1断开后，KM2吸合，旁路故障PACKn，保证整簇电池系统正常运行；PACKn故障恢复后，BMUn控制KM2断开后，KM1吸合；
所述S200具体包括以下步骤：
S201、储能簇内PACKn间存在的压差或SOC差异问题在电池簇运行的情况下进行箱间低损耗均衡，电压、SOC高的PACKn给电压、SOC低的PACKn充电；
S202、当存在电池堆内储能簇间的PACKn混用串联的情况时，簇内PACKn间通信及堆内簇间通信总线不需要人工配置匹配电阻，实现自动配置；
S203、储能簇内某个或多个PACKn出现故障时，旁路掉故障PACKn，保证储能簇的正常运行；当多个储能簇均出现某个或多个PACKn故障时，储能簇间的PACKn进行相互补充，实现簇间电压及SOC的均衡。
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