CN204497784U - 液流储能电池充放电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液流储能电池充放电控制系统，包括主控板和至少两个控制单元，每个控制单元连接一个数据采集调理电路，数据采集调理电路采集电池模组的参数信息经控制单元发送给主控板。控制单元包括微处理器和充放电控制单元，微处理器接收数据采集调理电路的数据信息上传给主控板，并接收主控板的指令控制充放电控制单元。本实用新型提供的液流储能电池充放电控制系统及方法，针对液流储能电池高压大容量的特点，依据精准的SOC计算结果作为充放电控制依据。控制精度高。

Description

液流储能电池充放电控制系统

技术领域

本实用新型属于液流储能技术领域，具体涉及一种液流储能电池充放电控制系统。

背景技术

目前，中国电力负荷增长迅速，不少地区出现了电力供需的矛盾，特别是在迎峰度冬夏期间，高峰负荷往往受到发电能力和电网安全的限制，需要按地区和时间合理安排电力负荷，调配电力供应以充分利用电能，缓解电网压力而电池储能系统是当今电网系统的重要组成部分之一，对液流电池的充放电过程进行监测和控制是防止液流电池过充的重要手段，目前常用的电池充放电控制方式通常以电压或电流为判断依据，对电池的充放电过程进行控制，如恒压限流充电等，但是，恒压限流的充电控制方式其精度较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种液流储能电池充放电控制系统，针对液流储能电池高压大容量的特点，依据精准的SOC计算结果作为充放电控制依据。

本实用新型的技术方案是：一种液流储能电池充放电控制系统，包括主控板和至少两个控制单元，每个控制单元连接一个数据采集调理电路，数据采集调理电路采集电池模组的参数信息经控制单元发送给主控板。所述控制单元包括微处理器和充放电控制单元，微处理器接收数据采集调理电路的数据信息上传给主控板，并接收主控板的指令控制充放电控制单元。所述数据采集调理电路包括信息采集单元、多采样率处理单元和信号预处理单元，将采集到的数据经预处理后变成离散信号，根据抽样因子对离散振动信号进行多采样率处理。所述信息采集单元包括温度检测单元、电压检测单元和电流采样单元。所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。所述数据采集调理电路和控制单元之间还连接有光耦隔离模块，数据采集调理电路采集的数字信号经过光耦隔离模块后输入控制单元。

本实用新型有如下积极效果：本实用新型系统通过SOC状态来判进行充放电控制，相比于传统的单一电流控制，精度更高。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的系统结构图；

图2为本实用新型具体实施方式的工作流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

首先，将整个电池系统分为多个模块，本实用新型选用4组，每个模块对应一组充放电管理控制单元。最后由主控板统一管理。硬件电路框图如图1：控制单元分别控制对应的电池模组的充放电控制过程，由主控板来匹配4个单元之间的工作的平衡性。其控制依据并不以通常的电压电流作为主判别依据，而是依据电池的电池荷电状态(State of Charge，SOC)作为判别依据，辅以电压电流为判据的保护功能。这样能更准确的控制电池的工作过程，更好的延长电池的循环寿命和更准确的体现电池的工作状态。

电池荷电状态(State of Charge，SOC)的准确估计是动力电池充放电控制和能源优化管理的重要依据，直接影响电池的使用寿命。可见，电池剩余电量的准确测量是非常关键的问题。但电池SOC不能直接测量，只能通过电池端电压、充放电电流及内阻等参数来估算其大小。而这些参数还会受到电池老化、环境温度变化及汽车行驶状态等多种不确定因素的影响，因此准确的SOC估计已成为电池管理系统中亟待解决的问题。

储能系统包含多组电池模组，为了更好的利用可再生能源，最大限度的保护电池模组，主控板对电池模组的充放电电流以及电压进行测量，以估算电池模组内电池储量，避免对电池过度充放。

控制单元通过数据采集调理电路连接电池模组，数据采集调理电路采集电池模组的充放电电流、电压和温度。本实用新型的数据采集调理电路集成了信息采集单元、信号预处理单元和多采样率处理单元，首先，信息采集单元包括温度检测单元、电压检测单元和电流采样单元。信息采集单元采集电池模组的充放电电流和电压，并将采集到的电流和电压信号经预处理后变成离散信号；然后，根据抽样因子对离散振动信号进行多采样率处理，然后通过RS485或者RS232发送到控制单元，通过控制单元分析接收到的信号来识别设备的状态。多采样率信号处理技术通过一个信号处理系统中采用两个或两个以上的采样速率，可以减少存储量、降低计算复杂度，以便于信号的存储、传递和处理，多采样率信号处理首先得到抽样因子，再根据抽样因子来构造低通滤波器，对振动信号抗混叠低通滤波后进行二次抽样处理。控制单元包括微处理器和充放电控制单元，微处理器接收数据采集调理电路的数据信息上传给主控板，并接收主控板的指令控制充放电控制单元。

电池组在实际工况中，电流的变化范围为-200A至+500A(精度：1A)之间，为了保证电流采集的精度，采用全范围等精度较高的分流器检测电池组总电流，信号经调理后送入高速AD进行数模转换和电流积分运算，数字信号经光耦隔离后输入主控模块进行处理，电流的检测一般采用霍尔电流传感器。

检测电池模组的温度一方面为了防止电池组温度过高和温差过大，防止发生安全事故；另一方面，根据电池组的温度判断电池模组的工作状态，为SOC修正提供依据。检测温度一般是在电池组中加入多个温度传感器，检测电池组中各个点的温度。

选取电池充放电电流为系统输入量，电池SOC为状态变量，电池电压为系统输出量。离散系统中，在每个采样点对电池特性参数进行采样，作为系统输入量，算法结合当前时刻测得的输入量和上一时刻的状态估计值，完成对状态变量和输出量的更新。本实用新型采用扩展卡尔曼滤波算法，计算电池的SOC，其迭代步骤如下：

步骤(1)：首先确定参数A_k－1，C_k。

$A_{k-1}=\frac{\∂f(x_{k-1},u_{k-1})}{{\∂x}_{k-1}}=1---\left(1\right)$

$C_k=\frac{{\∂y}_k}{{\∂x}_k}=\frac{K_1}{x_k^2}-K_2+\frac{K_3}{x_k}-\frac{K_4}{1-x_4}---\left(2\right)$

步骤(2)：获得一个初始的SOC值SOC₀和均方估计误差初始值P₀ ⁺。

$x_0^{+}={\mathrm{SOC}}_0,P_0^{+}=\mathrm{var}\left(x_0\right)---\left(3\right)$

步骤(3)：获得预测SOC值x_k ^－和预测电压值y_k ^－。

$x_k^{-}=x_{k-1}^{+}-\left(\frac{{\mathrm{\η}}_i\mathrm{\Δt}}{{\mathrm{\η}}_T{Q}_n}\right)i_k---\left(4\right)$

$y_k^{-}=K_0-{\mathrm{Ri}}_k-\frac{K_1}{x_k^{-}}-K_2{x}_k^{-}+K_3\ln \left(x_k^{-}\right)+K_4\ln (1-x_k^{-})---\left(5\right)$

步骤(4)：获得预测均方估计误差P_k ^－，计算卡尔曼增益L_k。

$P_k^{-}=A_{k-1}{P}_{k-1}^{+}{A}_{k-1}^T+D_w,L_k=\frac{P_k^{-}{C}_k^T}{C_k{P}_k^{-}{C}_k^T+D_w}---\left(6\right)$

步骤(5)：计算SOC的最优估计x_k ⁺，均方估计误差P_k ⁺的最优估计。

$x_k^{+}=x_k^{-}+L_k(y_k^{+}-y_k^{-}),P_k^{+}=(1-L_k{C}_k)P_k^{-}---\left(7\right)$

在充放电过程中再依据各个模组的SOC值分别匹配每个充放电控制单元的充放电功率，以保证系统的稳定和电池的最大化利用。同时在运行过程中若发生故障，可单独切断某一个单元，不会影响整个系统的运行。在运行完成后可在进行系统的维修，有利于在系统的连续运行。

如图2，为充放电控制过程,系统启动后，系统对电池的SOC值进行读取后，根据预设的阈值进行比对，同时根据外部输入指令进行综合处理，判断此时应进入充电态或者放电态。若进入放电态后，根据预设时间阈值，读取SOC值，然后根据此时电池的SOC值，选取当前SOC对应的放电曲线，设定好放电电流，控制系统对外放电，以保证电池能量得到最大化利用。同时根据电池的剩余SOC值判断电池是否已经放电结束。若进入充电态后，根据预设时间阈值，读取SOC值，然后根据此时电池的SOC值，选取当前SOC对应的充电曲线，设定好充电电流，控制系统对电池进行充电，以确保电池能够充电完全且不会发生过充的情况，同时根据电池的剩余SOC值判断电池是否已经充电结束。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：包括主控板和至少两个控制单元，每个控制单元连接一个数据采集调理电路，数据采集调理电路采集电池模组的参数信息经控制单元发送给主控板。

2.根据权利要求1所述的液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：所述控制单元包括微处理器和充放电控制单元，微处理器接收数据采集调理电路的数据信息上传给主控板，并接收主控板的指令控制充放电控制单元。

3.根据权利要求1所述的液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：所述数据采集调理电路包括信息采集单元、多采样率处理单元和信号预处理单元，将采集到的数据经预处理后变成离散信号，根据抽样因子对离散振动信号进行多采样率处理。

4.根据权利要求3所述的液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：所述信息采集单元包括温度检测单元、电压检测单元和电流采样单元。

5.根据权利要求4所述的液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：所述电流采样单元采用霍尔电流传感器。

6.根据权利要求1所述的液流储能电池充放电控制系统，其特征在于：所述数据采集调理电路和控制单元之间还连接有光耦隔离模块，数据采集调理电路采集的数字信号经过光耦隔离模块后输入控制单元。