CN117477717A - 一种储能电池组管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池组管理系统，涉及储能领域。本发明包括电池组、储能变流器PCS、能量管理系统EMS和消防系统，本发明解决了现有技术中电池组耗能高和共模电压高的问题，BMS系统通过电池管理单元BMU实时监测单体电池的电压、温度以及计算单体电池的SOC、SOH，且电池管理单元BMU具有主动无损均衡，提高了电池组的一致性，有效延长了电池寿命，BMS系统通过电池簇管理单元BCMU实时监测电池组的组端电压、电流、温度和绝缘电阻以及实时计算整组电池的SOC、SOH，BMS系统使得各组电池达到均等出力，避免出现单体电池共模电压高的现象，降低对电池组的损耗，确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间。

Description

一种储能电池组管理系统

技术领域

本发明涉及储能领域，特别涉及一种储能电池组管理系统。

背景技术

储能电池管理系统通常作为电网供电外的备用供电使用，当电网发生故障无法继续给负载供电时，系统将切换到电池供电模式以支持负载正常运行。由于单个电池的电压低不足以满足大多数负载供电需求，因此储能电池管理系统通常由多个单体电池串并联组成。公开号为CN114006060A的一种储能电池管理系统，通过以太网汇总数据，数据汇总速度快、效率高，也使得储能单元在安装时不用局限于集装箱内部，安装场地没有限制，提高了储能电池管理系统的灵活性，通过每个储能单元的内部电池簇设为不超过5个，单独为储能单元设置壳体有效解决了现有技术电池集装箱重量过大、运输困难的问题。上述专利在使用中存在以下问题，由于单体电池之间的差异性以及电池充放电过程中会出现共模电压高的现象，会影响电池组的正常供电以及电池组的稳定可靠工作，另外电池组工作电流大，且一般安装于密闭狭窄空间，因此电池组的温度往往很高会危害电池组寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储能电池组管理系统，BMS系统通过电池管理单元BMU实时监测单体电池的电压、温度以及计算单体电池的SOC、SOH，且电池管理单元BMU具有主动无损均衡，提高了电池组的一致性，有效延长了电池寿命，BMS系统通过电池簇管理单元BCMU实时监测电池组的组端电压、电流、温度和绝缘电阻以及实时计算整组电池的SOC、SOH，BMS系统使得各组电池达到均等出力，避免出现单体电池共模电压高的现象，降低对电池组的损耗，确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种储能电池组管理系统，包括：

电池组，用于充放电，所述电池组在平谷电价时段储存电能，在峰谷电价时段释放电能来产生效益，所述电池组由多个储能电池组成，储能电池为磷酸铁锂电池；

储能变流器PCS，用于控制储能电池的充电和放电过程，储能变流器PCS为一种进行逆变和整流的双向变流设备；

能量管理系统EMS，用于对储能电站进行能量管理和调度，通过接受上级云端网站平台的调度指令，控制储能电站充放电，通过所述能量管理系统EMS均衡处理充放电策略；

消防系统，用于保证储能电站的消防安全防护，为储能电站的电气安全提供探测、预警、灭火和报警全套的解决方案。

进一步地，所述电池组，包括：

电池架，用于电池组的放置，为电池组的放置提供合适的场所；

BMS系统，为电池管理系统，用于负责储能系统中电池组部分的管理和控制。

进一步地，所述BMS系统，包括：

电池管理单元BMU，用于实时监测所述电池组中单体电池的电压、温度，实时计算所述电池组中单体电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU，用于控制管理所述电池组整组电池的信息，采集整组电池的总电压、电流和温度，收集所述电池组单体电池的信息，对所述电池组出现的异常进行报警和保护。

进一步地，所述电池管理单元BMU，其中：

SOC为电池剩余容量状态，SOH为电池组健康度状态；

电池管理单元BMU包括主动无损均衡电池组的充放电，用于提高电池组的一致性；

电池管理单元BMU包括干接点输出，用于现场报警或远程控制；

电池管理单元BMU包括CAN通讯接口，用于实时上送数据和告警信息，达到远程监控电池组。

进一步地，所述电池簇管理单元BCMU，其中：

电池簇管理单元BCMU包括实时监测电池组的组端电压、电流、温度和绝缘电阻；

电池簇管理单元BCMU包括实时计算整组电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU包括CAN和RS485通讯接口，用于实时接收及上传数据和告警信息，达到远程监控电池组。

进一步地，所述储能变流器PCS为一种连接于电池系统与电网之间的实现电能双向转换的装置，储能变流器PCS控制储能电池的充电和放电过程，并进行交直流的变换，储能变流器PCS在无电网情况下直接为交流负载供电。

进一步地，所述能量管理系统EMS为储能控制器，储能控制器采用基于边缘计算的物联网架构，储能控制器采集储能变流器PCS、BMS、AC/DC母线数据，并上传到云端网络平台，通过云端网络平台下载决策模型实现储能系统的智能运行，多个储能控制器与储能路由器集成一套大的储能系统，储能控制器接收储能路由器的调度指令而完成对各个储能装置的控制。

进一步地，所述消防系统，包括；

感应单元，用于检测储能电站是否存在异常，包含烟雾传感器和温度传感器，通过烟雾传感器检测储能电站的烟雾浓度，通过温度传感器检测储能电站的温度变化；

预警单元，用于消防报警并提醒工作人员储能电站出现消防隐患，通过感应单元检测出异常，预警单元发出预警信号；

消防单元，用于及时扑灭消防隐患，采用七氟丙烷灭火装置，七氟丙烷作喷洒动作；

系统配电单元，用于确保电气安全稳定运行，当检测到预警单元发出的预警信号，系统配电单元将电池组进行关机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的储能电池组管理系统，BMS系统通过电池管理单元BMU和电池管理单元BMU对电池组部分进行管理和控制，电池管理单元BMU实时监测单体电池的电压、温度，以及实时计算单体电池的SOC、SOH，根据实时监测和计算的数据，电池管理单元BMU通过具备的主动无损均衡提高电池组的一致性，确保单体电池之间的电压、温度不存在差异性，有效延长了电池寿命，电池簇管理单元BCMU采集整组电池的总电压、电流和温度，收集单体电池的信息，对电池组出现的异常进行报警和保护，避免电池被过充、过放和过流，提高了储能电站的控制精度，具有功耗低、可靠性高和成本低的明显优势。

2、本发明的储能电池组管理系统，储能变流器PCS具备对电池双向充放电管理，延长电池寿命，对BMS系统交互干扰小，同时采用检测算法，保护电池安全运行，采用消防系统保证储能电站的消防安全，消防系统能为储能电站的电气安全提供探测、预警、灭火和报警全套的解决方案，确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间。

附图说明

图1为本发明的储能电站组成示意图；

图2为本发明的电池组与消防系统示意图。

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。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。

为了解决现有的由于单体电池之间的差异性以及电池充放电过程中会出现共模电压高的现象，会影响电池组的正常供电以及电池组的稳定可靠工作，另外电池组工作电流大，且一般安装于密闭狭窄空间，因此温度过高会危害电池组寿命的技术问题，请参阅图1-图2，本实施例提供以下技术方案：

一种储能电池组管理系统，包括：

电池组，用于充放电，所述电池组在平谷电价时段储存电能，在峰谷电价时段释放电能来产生效益，所述电池组由多个储能电池组成，储能电池为磷酸铁锂电池；

储能变流器PCS，用于控制储能电池的充电和放电过程，储能变流器PCS为一种进行逆变和整流的双向变流设备；

能量管理系统EMS，用于对储能电站进行能量管理和调度，通过接受上级云端网站平台的调度指令，控制储能电站充放电，通过所述能量管理系统EMS均衡处理充放电策略；

消防系统，用于保证储能电站的消防安全防护，为储能电站的电气安全提供探测、预警、灭火和报警全套的解决方案。

具体的，电池组的储能电池采用磷酸铁锂电池，磷酸铁锂电池难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性，采用户内或户外放置储能电站，储能电站布局分为配电室和电池室，电池室含电池组、消防系统和空调，空调可对电池室内的电池组降温，避免电池组产生的温度使电池室的温度过高，进而影响电池组的充放电工作，配电室含储能变流器PCS和能量管理系统EMS，配电室放置干粉灭火器作为备用灭火装置，为确保工厂配电网络安全稳定运行，同时在储能系统总进线处加负荷跟踪装置，信号传输到能量管理系统EMS做负荷跟踪控制，充电时，储能系统相当于负载，从电网取电，放电时，储能系统相当于电源，采取负荷跟踪模式控制储能系统放电电功率，电站与电网同步运行。

电池组，包括：

电池架，用于电池组的放置，为电池组的放置提供合适的场所；

BMS系统，为电池管理系统，用于负责储能系统中电池组部分的管理和控制。

BMS系统，包括：

电池管理单元BMU，用于实时监测所述电池组中单体电池的电压、温度，实时计算所述电池组中单体电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU，用于控制管理所述电池组整组电池的信息，采集整组电池的总电压、电流和温度，收集所述电池组单体电池的信息，对所述电池组出现的异常进行报警和保护。

电池管理单元BMU，其中：

SOC为电池剩余容量状态，SOH为电池组健康度状态；

电池管理单元BMU包括主动无损均衡电池组的充放电，用于提高电池组的一致性；

电池管理单元BMU包括干接点输出，用于现场报警或远程控制；

电池管理单元BMU包括CAN通讯接口，用于实时上送数据和告警信息，达到远程监控电池组。

电池簇管理单元BCMU，其中：

电池簇管理单元BCMU包括实时监测电池组的组端电压、电流、温度和绝缘电阻；

电池簇管理单元BCMU包括实时计算整组电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU包括CAN和RS485通讯接口，用于实时接收及上传数据和告警信息，达到远程监控电池组。

具体的，电池管理单元BMU可实时监测单体电池的电压、温度，同时实时计算单体电池的SOC、SOH，根据实时监测和计算的数据，电池管理单元BMU通过具备的主动无损均衡提高电池组的一致性，确保单体电池之间的电压、温度不存在差异性，有效延长了电池寿命，电池簇管理单元BCMU采集整组电池的总电压、电流和温度，收集单体电池的信息，对电池组出现的异常进行报警和保护，避免电池被过充、过放和过流，提高了储能电站的控制精度，具有功耗低、可靠性高和成本低的明显优势。

储能变流器PCS为一种连接于电池系统与电网之间的实现电能双向转换的装置，储能变流器PCS控制储能电池的充电和放电过程，并进行交直流的变换，储能变流器PCS在无电网情况下直接为交流负载供电。

具体的，储能变流器PCS实现暂态有功出力紧急响应和暂态电压紧急支撑，解决频率波动和电压暂降，具有维持电网稳定的作用，储能变流器PCS具有完善的保护功能，当输入电压或者电网出现异常情况时，均可以有效动作，保护智能变流器的安全运行，直到异常情况消失后，再继续并网发电。

具体的，储能变流器PCS，具备以下功能特点：

电网适应强，电能质量高，谐波小；防孤岛和孤岛运行，支持高/低/零压穿越，快速功率调度；带三相不平衡负载能力强；

电池全面管理，具备对电池双向充放电管理，延长电池寿命；对BMS系统交互干扰小，同时采用检测算法，保护电池安全运行；宽直流电压范围，适配多种电池；多运行模式，具备预充、恒流/恒压充电、恒功率充放电、恒流放电等模式；

转换效率高，三电平架构，最大效率达99％；1.1倍长期过载运行，提供更强电网支撑高能高效运行；待机功耗低，空载损耗低；

安全可靠，主动电网防护，具备监测故障及保护功能；运行状态实时监控，故障快速定位消除；

兼容性强，支持多机并联，满足MW功率等级需求；具备并网、离网运行，支持智能化自动并离网切换；正面维护，安装便捷，适应各种应用场地。

能量管理系统EMS为储能控制器，储能控制器采用基于边缘计算的物联网架构，储能控制器采集储能变流器PCS、BMS系统、AC/DC母线数据，并上传到云端网络平台，通过云端网络平台下载决策模型实现储能系统的智能运行，多个储能控制器与储能路由器集成一套大的储能系统，储能控制器接收储能路由器的调度指令而完成对各个储能装置的控制。

具体的，能量管理系统EMS对储能电站进行能量管理和调度，可以接受上级调度指令，控制储能电站充放电，也可以生成本地智能调度策略，通过能量管理系统EMS均衡处理充放电策略。放电时段能量管理系统EMS控制储能变流器PCS的放电功率，保证不往电网倒送电。

消防系统，包括；

感应单元，用于检测储能电站是否存在异常，包含烟雾传感器和温度传感器，通过烟雾传感器检测储能电站的烟雾浓度，通过温度传感器检测储能电站的温度变化；

预警单元，用于消防报警并提醒工作人员储能电站出现消防隐患，通过感应单元检测出异常，预警单元发出预警信号；

消防单元，用于及时扑灭消防隐患，采用七氟丙烷灭火装置，七氟丙烷作喷洒动作；

系统配电单元，用于确保电气安全稳定运行，当检测到预警单元发出的预警信号，系统配电单元将电池组进行关机。

具体的，感应单元通过烟雾传感器实时检测烟雾浓度，以及通过温度传感器实时检测温度变化，根据烟雾传感器和温度传感器检测的数据，实时掌握储能电站内的安全状况，一旦烟雾传感器和温度传感器检测出异常，立即通过预警单元发生声音和灯光的预警信号，以提醒工作人员储能电站出现消防隐患，并启用七氟丙烷灭火装置通过喷洒的方式进行灭火，同时系统配电单元立即将电池组进行关机，进而确保电气安全稳定运行。

工作原理：电池组充电时，储能系统相当于负载，从电网取电，电池组放电时，储能系统相当于电源，采取负荷跟踪模式控制储能系统放电电功率，电站与电网同步运行，此时储能电站放出电能，BMS系统通过电池管理单元BMU和电池管理单元BMU对电池组部分进行管理和控制，电池管理单元BMU实时监测单体电池的电压、温度，以及实时计算单体电池的SOC、SOH，电池管理单元BMU通过具备的主动无损均衡提高电池组的一致性，确保单体电池之间的电压、温度不存在差异性，有效延长了电池寿命，同时电池簇管理单元BCMU采集整组电池的总电压、电流和温度，收集单体电池的信息，对电池组出现的异常进行报警和保护，避免电池被过充、过放和过流，提高了储能电站的控制精度，具有功耗低、可靠性高和成本低的明显优势，而储能变流器PCS具备对电池双向充放电管理，延长电池寿命，并且采用消防系统实时检测储能电站的消防安全，消防系统能为储能电站的电气安全提供探测、预警、灭火和报警全套的解决方案，确保系统达到最佳运行状态和最长运行时间。

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披露的技术范围内，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 (8)

1.一种储能电池组管理系统，其特征在于，包括：

电池组，用于充放电，所述电池组在平谷电价时段储存电能，在峰谷电价时段释放电能来产生效益，所述电池组由多个储能电池组成，储能电池为磷酸铁锂电池；

储能变流器PCS，用于控制储能电池的充电和放电过程，储能变流器PCS为一种进行逆变和整流的双向变流设备；

能量管理系统EMS，用于对储能电站进行能量管理和调度，通过接受上级云端网站平台的调度指令，控制储能电站充放电，通过所述能量管理系统EMS均衡处理充放电策略；

消防系统，用于保证储能电站的消防安全防护，为储能电站的电气安全提供探测、预警、灭火和报警全套的解决方案。

2.如权利要求1所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述电池组，包括：

电池架，用于电池组的放置，为电池组的放置提供合适的场所；

BMS系统，为电池管理系统，用于负责储能系统中电池组部分的管理和控制。

3.如权利要求2所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述BMS系统，包括：

电池管理单元BMU，用于实时监测所述电池组中单体电池的电压、温度，实时计算所述电池组中单体电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU，用于控制管理所述电池组整组电池的信息，采集整组电池的总电压、电流和温度，收集所述电池组单体电池的信息，对所述电池组出现的异常进行报警和保护。

4.如权利要求3所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述电池管理单元BMU，其中：

SOC为电池剩余容量状态，SOH为电池组健康度状态；

电池管理单元BMU包括主动无损均衡电池组的充放电，用于提高电池组的一致性；

电池管理单元BMU包括干接点输出，用于现场报警或远程控制；

电池管理单元BMU包括CAN通讯接口，用于实时上送数据和告警信息，达到远程监控电池组。

5.如权利要求3所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述电池簇管理单元BCMU，其中：

电池簇管理单元BCMU包括实时监测电池组的组端电压、电流、温度和绝缘电阻；

电池簇管理单元BCMU包括实时计算整组电池的SOC、SOH；

电池簇管理单元BCMU包括CAN和RS485通讯接口，用于实时接收及上传数据和告警信息，达到远程监控电池组。

6.如权利要求1所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述储能变流器PCS为一种连接于电池系统与电网之间的实现电能双向转换的装置，储能变流器PCS控制储能电池的充电和放电过程，并进行交直流的变换，储能变流器PCS在无电网情况下直接为交流负载供电。

7.如权利要求1所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述能量管理系统EMS为储能控制器，储能控制器采用基于边缘计算的物联网架构，储能控制器采集储能变流器PCS、BMS、AC/DC母线数据，并上传到云端网络平台，通过云端网络平台下载决策模型实现储能系统的智能运行，多个储能控制器与储能路由器集成一套大的储能系统，储能控制器接收储能路由器的调度指令而完成对各个储能装置的控制。

8.如权利要求1所述的一种储能电池组管理系统，其特征在于，所述消防系统，包括；

感应单元，用于检测储能电站是否存在异常，包含烟雾传感器和温度传感器，通过烟雾传感器检测储能电站的烟雾浓度，通过温度传感器检测储能电站的温度变化；

预警单元，用于消防报警并提醒工作人员储能电站出现消防隐患，通过感应单元检测出异常，预警单元发出预警信号；

消防单元，用于及时扑灭消防隐患，采用七氟丙烷灭火装置，七氟丙烷作喷洒动作；

系统配电单元，用于确保电气安全稳定运行，当检测到预警单元发出的预警信号，系统配电单元将电池组进行关机。