CN206774638U - 一种大型储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大型储能系统，包含若干组BMU、若干BCU、一个BAU、工控屏和云平台，每个BMU包含n个电池组，连接储能系统的电池组用于采集电池状态数据，一个BCU连接若干个BMU，若干个BCU与一个BAU连接用于收集BMU、BCU数据并上传至BAU，BAU为上层管理单元控制储能系统充放电，工控屏与BAU连接用于实时显示储能系统的状态，云平台与BAU连接用于控制PCS对储能系统的充放电过程。本实用新型采用三层架构，提高数据处理功能，误差精度降到最低，提高电池利用率、延长电池使用寿命。

Description

一种大型储能系统

技术领域

本实用新型涉及一种储能系统，特别是一种大型储能系统。

背景技术

经过近5年的快速发展，国内储能技术正从小容量小规模的研究与示范向大容量规模化应用发展。储能，作为一个新兴产业正在崛起。储能的必要性体现在保障电网安全，实现全系统的能量管理，接纳可再生能源;经济性体现在优化设备的配置、提高全网的效率;技术先进性体现在相比于传统调峰、调频、旋转备用设备，其快速、准确的响应性和高效率等方面具有突出优势。目前储能行业正处于从小范围试点向大规模应用过渡的初始阶段，国内储能政策预期、全球范围内的各类型储能项目加速启动、行业巨头陆续加大投资布局等事件，都将对中国储能产业的发展形成持续不断的催化。

电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）电池管理系统（BMS）是电池与用户之间的纽带，主要对象是二次电池。 二次电池存在下面的一些缺点，如存储能量少、寿命短、串并联使用问题、使用安全性、电池电量估算困难等。电池的性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。 电池管理系统（BMS）主要就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。随着电池管理系统的发展，也会增添其它的功能。

目前的BMS采用整体式的模块化结构，数据处理精确度不高并且维护比较麻烦。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种大型储能系统，其采用多层架构，数据处理准确，维护方便。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种大型储能系统，其特征在于：包含若干组BMU、若干BCU、一个BAU、工控屏和云平台，每个BMU包含n个电池组，连接储能系统的电池组用于采集电池状态数据，一个BCU连接若干个BMU，若干个BCU与一个BAU连接用于收集BMU、BCU数据并上传至BAU，BAU为上层管理单元控制储能系统充放电，工控屏与BAU连接用于实时显示储能系统的状态，云平台与BAU连接用于控制PCS对储能系统的充放电过程。

进一步地，所述BAU包含MC9S12XEP100MAL芯片，MC9S12XEP100MAL芯片的3～9脚和12脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的1、2脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输入端，MC9S12XEP100MAL芯片的10、11脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输出端，MC9S12XEP100MAL芯片的12脚连接电容C49、C48一端，电容C49、C48另一端和MC9S12XEP100MAL芯片的14～22脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的35~37脚、39、40脚接地并且连接电容C54一端，电容C54另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的41、43脚、电感L7一端、电容C88一端和电容C53一端，电感L7另一端连接电源+5V，电容C88另一端接地，电容C53另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的44、45脚并接地，MC9S12XEP100MAL芯片的38脚连接电阻R131一端， MC9S12XEP100MAL芯片的42脚连接电阻R5一端，MC9S12XEP100MAL芯片的46脚连接电阻R402一端、晶振管X1一端、电容C28一端，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚连接电阻R402另一端、晶振管X1另一端、电容C34一端，电容C28另一端和电容C34另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚48脚连接电容C61、电容C55的一端连接，电容C61、电容C55的另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的49～52脚分别与电阻R30、R32、R118、R20一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的55脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的56脚连接电阻R155一端，电阻R155另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的59～64脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的65脚连接电容C99、电容C89一端，电容C99、电容C89另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的66～77脚、79、81脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的80脚连接电阻R207一端，MC9S12XEP100MAL芯片的82脚连接电阻R206一端，MC9S12XEP100MAL芯片的83、84脚连接电容C80一端、电容C56一端、电阻R237一端，电容C80另一端和电容C56另一端接地，电阻R237另一端、电阻R212、电阻R227一端连接电源+5V，电阻R212另一端连接电容C91一端，电阻R227另一端连接电容C90一端，电容C91、C90另一端接地并与电阻R234一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的85、86、87、94、95、96、97脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的98脚与电阻R216一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的99脚与电阻R217一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的106、108脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的107脚连接电容C46、电容C39、电感L3一端，电容C46和电容C39另一端接地，电感L3另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的112脚连接电阻R117一端，电阻R1176另一端连接电源+5V。

进一步地，所述MC9S12XEP100MAL芯片的54脚连接电阻R192一端，电阻R192另一端连接MOS管Q53的G极，MC9S12XEP100MAL芯片的53脚连接电阻R193一端，电阻R193另一端连接MOS管Q52的G极，MOS管Q53、Q52的S极连接电源+5V，MOS管Q53的D极连接电阻R196一端，电阻R196另一端连接双路二极管D61的1脚，MOS管Q52的D极连接电阻R301一端，电阻R301的另一端连接双路二极管D61的2脚，双路二极管D61的3、4脚接地。

进一步地，所述电阻R131的另一端连接U14的6脚，U14的7脚连接电阻R260一端，电阻R260另一端连接电阻R5的另一端另、电容C10一端、电阻R279一端和电阻R197一端，电容C10另一端和电阻R279一端接地，电阻R197另一端连接电源+5V和电阻R88一端，电阻R88另一端连接电容C118一端、U142脚，电容C118另一端和U14的3、4脚接地，U14的1、8脚连接。

进一步地，所述电阻R216的另一端连接时钟芯片U10的10脚和电阻R201一端，电阻R217的另一端连接时钟芯片U10的9脚和电阻R205一端，时钟芯片U10的11脚连接电阻R200的一端，时钟芯片U10的12脚、电阻R205、R201、R200的另一端和电容C83、C13一端连接电源+5V，电容C83、C13另一端连接时钟芯片U10的8脚并接地。

进一步地，所述BMU采用LTC6803芯片进行单体电压采集。

进一步地，所述BMU、BCU和BAU之间采用CAN总线连接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型采用三层架构，可以提供更准确的测量信息，提高数据处理功能，误差精度降到最低，能够避免或者承受各种误操作的压力，不会出现安全事故，能经受国标规定的绝缘耐压性能试验，在过程中应无击穿或闪络等破坏性放电现象，提高SOC估算精度等，从而提高电池利用率、延长电池使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的一种大型储能系统的示意图。

图2是本实用新型的一种大型储能系统的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图所示，本实用新型的一种大型储能系统，包含若干组BMU、若干BCU、一个BAU、工控屏和云平台，每组BMU包含n个BMU，每个BMU分别与储能系统的电池连接用于采集电池状态数据，每个BMU包含n个电池组，连接储能系统的电池组用于采集电池状态数据，一个BCU连接若干个BMU，若干个BCU与一个BAU连接用于收集BMU、BCU数据并上传至BAU，BAU为上层管理单元控制储能系统充放电，工控屏与BAU连接用于实时显示储能系统的状态，云平台与BAU连接用于控制PCS对储能系统的充放电过程。大型储能系统分为3级架构，BMU作为最底层，负责采集电池模组的电压、温度信息；BCU作为中间层管理单元，通过内部CAN1总线获取BMU上报的电压、温度信息，根据报警信息控制高压盒内继电器的动作，并将本组内的电压、温度、电流、绝缘信息上报给BAU做进一步处理；BAU作为上层管理单元，通过内部CAN2总线获取BCU上报的电压、温度、电流、绝缘、继电器状态信息，通过内部CAN2总线与监控屏通信，在监控屏上实时显示储能系统的状态，并通过外部CAN总线与PCS/EMS通信，控制PCS对储能系统的充放电过程。

BAU包含MC9S12XEP100MAL芯片，MC9S12XEP100MAL芯片的3～9脚和12脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的1、2脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输入端，MC9S12XEP100MAL芯片的10、11脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输出端，MC9S12XEP100MAL芯片的12脚连接电容C49、C48一端，电容C49、C48另一端和MC9S12XEP100MAL芯片的14～22脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的35~37脚、39、40脚接地并且连接电容C54一端，电容C54另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的41、43脚、电感L7一端、电容C88一端和电容C53一端，电感L7另一端连接电源+5V，电容C88另一端接地，电容C53另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的44、45脚并接地，MC9S12XEP100MAL芯片的38脚连接电阻R131一端， MC9S12XEP100MAL芯片的42脚连接电阻R5一端，MC9S12XEP100MAL芯片的46脚连接电阻R402一端、晶振管X1一端、电容C28一端，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚连接电阻R402另一端、晶振管X1另一端、电容C34一端，电容C28另一端和电容C34另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚48脚连接电容C61、电容C55的一端连接，电容C61、电容C55的另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的49～52脚分别与电阻R30、R32、R118、R20一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的55脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的56脚连接电阻R155一端，电阻R155另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的59～64脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的65脚连接电容C99、电容C89一端，电容C99、电容C89另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的66～77脚、79、81脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的80脚连接电阻R207一端，MC9S12XEP100MAL芯片的82脚连接电阻R206一端，MC9S12XEP100MAL芯片的83、84脚连接电容C80一端、电容C56一端、电阻R237一端，电容C80另一端和电容C56另一端接地，电阻R237另一端、电阻R212、电阻R227一端连接电源+5V，电阻R212另一端连接电容C91一端，电阻R227另一端连接电容C90一端，电容C91、C90另一端接地并与电阻R234一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的85、86、87、94、95、96、97脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的98脚与电阻R216一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的99脚与电阻R217一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的106、108脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的107脚连接电容C46、电容C39、电感L3一端，电容C46和电容C39另一端接地，电感L3另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的112脚连接电阻R117一端，电阻R1176另一端连接电源+5V。

MC9S12XEP100MAL芯片的54脚连接电阻R192一端，电阻R192另一端连接MOS管Q53的G极，MC9S12XEP100MAL芯片的53脚连接电阻R193一端，电阻R193另一端连接MOS管Q52的G极，MOS管Q53、Q52的S极连接电源+5V，MOS管Q53的D极连接电阻R196一端，电阻R196另一端连接双路二极管D61的1脚，MOS管Q52的D极连接电阻R301一端，电阻R301的另一端连接双路二极管D61的2脚，双路二极管D61的3、4脚接地。

电阻R131的另一端连接U14的6脚，U14的7脚连接电阻R260一端，电阻R260另一端连接电阻R5的另一端另、电容C10一端、电阻R279一端和电阻R197一端，电容C10另一端和电阻R279一端接地，电阻R197另一端连接电源+5V和电阻R88一端，电阻R88另一端连接电容C118一端、U142脚，电容C118另一端和U14的3、4脚接地，U14的1、8脚连接。

电阻R216的另一端连接时钟芯片U10的10脚和电阻R201一端，电阻R217的另一端连接时钟芯片U10的9脚和电阻R205一端，时钟芯片U10的11脚连接电阻R200的一端，时钟芯片U10的12脚、电阻R205、R201、R200的另一端和电容C83、C13一端连接电源+5V，电容C83、C13另一端连接时钟芯片U10的8脚并接地。

BAU作为上层管理单元，通过内部CAN2总线获取BCU上报的电压、温度、电流、绝缘、继电器状态信息，通过内部CAN2总线与监控屏通信，在监控屏上实时显示储能系统的状态，并通过外部CAN总线与PCS/EMS通信，控制PCS对储能系统的充放电过程。通过485协议与工控屏通信，定义通讯协议，工控屏系统信息显示、BCU详细信息、从板信息显示、系统报警信息汇总和BMU详细信息。使用FAT32系统，实时存储所有BMU BCU参数信息到SD卡，供后续查看，设计删除算法，剩余容量小于一定量时，删除指定日期前的文件，FAT32系统目前只支持删除单个文件，删除对应文件在FAT表中的簇链关系，更新FAT表和簇信息；但这样耗时太大，本系统设计算法可以删除整个文件夹，通过寻找文件夹的在FAT表中的簇链关系，找到下一个可用空闲簇，更新对应的FAT表和簇信息。利用TCP/IP协议实时上传数据到云服务器，云平台端编写设计接收程序，批量接收数据，处理后形成xml文件批量插入到数据库中，并在云平台前端实时展示；

BMU采用LTC6803芯片进行单体电压采集，最大测量误差为0.25%，整个系统能够在13ms之内完成单体电池的电压检测；并采用外部电路均衡方式，提高利用效率，并增大均衡电流；采用高精度的AD采样和精密的温度传感器，提高温度采样精度；采用车规级元器件，具有更宽的工作温度范围、更强的抗干扰性能，能适应复杂的环境，从而提高产品的稳定性。智能均衡控制：均衡技术能够提高电池一致性，从而提高电池利用率和使用寿命，采用智能化均衡压差控制、均衡开启个数控制、均衡温度控制，能够通过上位机进行所需阈值参数的配置，算法复杂度低、智能高效、易于实现。智能热管理技术：热管理技术用来改善电池工作环境温度，使电池工作在最佳环境温度。系统基于准确的温度监测，根据系统和环境情况，结合特有的控制策略对系统温度进行区域化、模块化、集体化控制，保证系统工作在均一化的最佳状态。

BCU采用独特电源设计方案，提高采样和通讯可靠性；采用隔离CAN通信，提高通信的稳定性和可靠性。选用了保护型元器件如TVS管，当电路中经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度（最高达1*10-12秒）使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏；合理的PCB设计方式，保证布局整齐、美观的同时，提高了产品的抗干扰性及稳定性。软件中采用电池组的内阻模型构建绝缘检测模型，并在该模型基础上增加可信度算法，根据电池组总电压的变化区间实现检测数据集的可信度度量，并选择可信度最大的二元数据集来估计系统绝缘阻抗，最后使用滑动平均滤波对计算结果进行处理从而抑制量测噪声的影响，提高了绝缘检测精度。

本实用新型使用三层架构，可以提供更准确的测量信息，提高数据处理功能，误差精度降到最低，能够避免或者承受各种误操作的压力，不会出现安全事故，能经受国标规定的绝缘耐压性能试验，在过程中应无击穿或闪络等破坏性放电现象，提高SOC估算精度等，从而提高电池利用率、延长电池使用寿命。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种大型储能系统，其特征在于：包含若干组BMU、若干BCU、一个BAU、工控屏和云平台，每个BMU包含n个电池组，连接储能系统的电池组用于采集电池状态数据，一个BCU连接若干个BMU，若干个BCU与一个BAU连接用于收集BMU、BCU数据并上传至BAU，BAU为上层管理单元控制储能系统充放电，工控屏与BAU连接用于实时显示储能系统的状态，云平台与BAU连接用于控制PCS对储能系统的充放电过程。

2.按照权利要求1所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述BAU包含MC9S12XEP100MAL芯片，MC9S12XEP100MAL芯片的3～9脚和12脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的1、2脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输入端，MC9S12XEP100MAL芯片的10、11脚连接脉冲宽度调制器PWM的两个输出端，MC9S12XEP100MAL芯片的12脚连接电容C49、C48一端，电容C49、C48另一端和MC9S12XEP100MAL芯片的14～22脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的35~37脚、39、40脚接地并且连接电容C54一端，电容C54另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的41、43脚、电感L7一端、电容C88一端和电容C53一端，电感L7另一端连接电源+5V，电容C88另一端接地，电容C53另一端连接MC9S12XEP100MAL芯片的44、45脚并接地，MC9S12XEP100MAL芯片的38脚连接电阻R131一端， MC9S12XEP100MAL芯片的42脚连接电阻R5一端，MC9S12XEP100MAL芯片的46脚连接电阻R402一端、晶振管X1一端、电容C28一端，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚连接电阻R402另一端、晶振管X1另一端、电容C34一端，电容C28另一端和电容C34另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的47脚48脚连接电容C61、电容C55的一端连接，电容C61、电容C55的另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的49～52脚分别与电阻R30、R32、R118、R20一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的55脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的56脚连接电阻R155一端，电阻R155另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的59～64脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的65脚连接电容C99、电容C89一端，电容C99、电容C89另一端接地，MC9S12XEP100MAL芯片的66～77脚、79、81脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的80脚连接电阻R207一端，MC9S12XEP100MAL芯片的82脚连接电阻R206一端，MC9S12XEP100MAL芯片的83、84脚连接电容C80一端、电容C56一端、电阻R237一端，电容C80另一端和电容C56另一端接地，电阻R237另一端、电阻R212、电阻R227一端连接电源+5V，电阻R212另一端连接电容C91一端，电阻R227另一端连接电容C90一端，电容C91、C90另一端接地并与电阻R234一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的85、86、87、94、95、96、97脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的98脚与电阻R216一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的99脚与电阻R217一端连接，MC9S12XEP100MAL芯片的106、108脚接地，MC9S12XEP100MAL芯片的107脚连接电容C46、电容C39、电感L3一端，电容C46和电容C39另一端接地，电感L3另一端连接电源+5V，MC9S12XEP100MAL芯片的112脚连接电阻R117一端，电阻R1176另一端连接电源+5V。

3.按照权利要求2所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述MC9S12XEP100MAL芯片的54脚连接电阻R192一端，电阻R192另一端连接MOS管Q53的G极，MC9S12XEP100MAL芯片的53脚连接电阻R193一端，电阻R193另一端连接MOS管Q52的G极，MOS管Q53、Q52的S极连接电源+5V，MOS管Q53的D极连接电阻R196一端，电阻R196另一端连接双路二极管D61的1脚，MOS管Q52的D极连接电阻R301一端，电阻R301的另一端连接双路二极管D61的2脚，双路二极管D61的3、4脚接地。

4.按照权利要求2所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述电阻R131的另一端连接U14的6脚，U14的7脚连接电阻R260一端，电阻R260另一端连接电阻R5的另一端另、电容C10一端、电阻R279一端和电阻R197一端，电容C10另一端和电阻R279一端接地，电阻R197另一端连接电源+5V和电阻R88一端，电阻R88另一端连接电容C118一端、U142脚，电容C118另一端和U14的3、4脚接地，U14的1、8脚连接。

5.按照权利要求2所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述电阻R216的另一端连接时钟芯片U10的10脚和电阻R201一端，电阻R217的另一端连接时钟芯片U10的9脚和电阻R205一端，时钟芯片U10的11脚连接电阻R200的一端，时钟芯片U10的12脚、电阻R205、R201、R200的另一端和电容C83、C13一端连接电源+5V，电容C83、C13另一端连接时钟芯片U10的8脚并接地。

6.按照权利要求1所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述BMU采用LTC6803芯片进行单体电压采集。

7.按照权利要求1所述的一种大型储能系统，其特征在于：所述BMU、BCU和BAU之间采用CAN总线连接。