CN208369223U - 后备蓄电池储能放电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种后备蓄电池储能放电控制系统，包括监测模块、主控制器和电源监控器，其中所述监测模块分别与后备蓄电池中的每节电池连接，并检测所述后备蓄电池的荷电量和健康状态；所述主控制器连接到监测模块的输出端，并根据预设的峰时电价时段、谷时电价时段、平时电价时段以及监测模块的输出向所述电源监控器及逆变器发送指令；所述电源监控器的输入端连接到主控制器的输出端，并通过控制电源模块的输出电压使所述后备蓄电池处于充电、放电或不充电也不放电的状态。本实用新型根据后备蓄电池的荷电量和健康状态，控制后备蓄电池进行峰时放电、谷时充电，能够在保障供电安全前提下，利用后备蓄电池的富余容量，实现削峰填谷利用。

Description

后备蓄电池储能放电控制系统

技术领域

本实用新型涉及电力相关领域，更具体地说，涉及一种后备蓄电池储能放电控制系统。

背景技术

蓄电池广泛应用于电力系统变电站操作电源、不间断电源系统(UPS)、通信基站电源、应急电源(EPS)等领域，作为后备电源。

随着国家电网系统不断发展，供电需求进一步得到满足，突发性的停电概率不断减少。这种情况下，作为后备电源，蓄电池组长期处于一种浮充状态。由于电池制造工艺等客观因素，蓄电池在整组使用时，存在状态上差异，表现出不均衡性，部分电池由于长期处于过充状态而产生失水，或欠充产生硫酸盐化的现象，从而影响整组电池使用寿命。为保证安全，需对蓄电池进行定期维护，例如根据广东电网公司电源管理规定，新安装的阀控蓄电池在验收时应进行全容量核对性充放电，以后每2～3年应进行1次全容量核对性充放电，运行了6年以后的阀控蓄电池，宜每年进行1次全容量核对性充放电。但是目前核容放电多为人工操作，而且一次性放电、回充时间很长，在达到深度放电时刻，如果出现停电，电池组因为没有足够的电量无法供电，增加了供电不安全性。核容放电电能通过放电负载以热能释放，费工费时，且有一定能源浪费，一次核容放电一般也解决不了电池活化问题。再者，诸如偏远的变电站，特别是移动基站的后备电池，地点环境也相当恶劣，缺乏监督，完全靠人工维护实际上是大打折扣的。

行业内，一般蓄电池单节出厂的设计寿命为8到10年，但是，由于蓄电池成组使用，客观上存在差异造成状态不均衡，在长期浮充环境下，有长期欠充或者过充现象，造成盐化或者失水，电池加剧老化，使得整组普遍的使用寿命只能达到5年左右，到了5年后，这批电池就要被全部更换掉，这样造成的问题是电池成组使用寿命大大缩短了，购买成本增加了，同时造成了使用效率降低，极大的浪费，从节约、节能、环保方面看造成负面影响。

为了蓄电池系统的运行安全，其日常维护和监测方面至关重要。目前在后备电源领域，很多对电池监测还是不够充分，多数仅仅是监测电压状态的指标，系统也较为简单，不能够或者很难对蓄电池的全生命周期内电池状态做精确研判，更加谈不上削峰填谷的能力了。仅仅依靠蓄电池电压值、工作电流以及通过电压简单估计的电池剩余电量已经不能满足需求。随着电池管理系统(BMS)技术的发展，工程应用领域对蓄电池状态信息的获取也越来越细化与严格。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述后备蓄电池状态影响削峰填谷能力的问题，提供一种后备蓄电池储能放电控制系统。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种后备蓄电池储能放电控制系统，所述后备蓄电池连接到直流供电线，且所述直流供电线还与直流负载以及分别连接到市电的电源模块以及逆变器连接，所述后备蓄电池包括多个电池小组，且每一电池小组包括多节电池，所述系统包括监测模块、主控制器和电源监控器，其中所述监测模块分别与后备蓄电池中的每节电池连接，并检测所述后备蓄电池的荷电量和健康状态；所述主控制器连接到监测模块的输出端，并根据预设的峰时电价时段、谷时电价时段、平时电价时段以及监测模块的输出向所述电源监控器及逆变器发送指令；所述电源监控器的输入端连接到主控制器的输出端，并通过控制电源模块的输出电压使所述后备蓄电池处于充电、放电或不充电也不放电的状态；所述逆变器的输入端连接到主控制器的输出端，并根据所述主控制器的输出工作在旁路模式或逆变模式。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述监测模块包括多个电池监测终端以及一个检测单元；

所述多个电池监测终端分别检测所述后备蓄电池中每节电池的性能参数，所述多个电池监测终端与多个电池小组一一对应连接，且每一所述电池监测终端与对应电池小组中的每节电池连接；

所述检测单元用于检测所述后备蓄电池的总电压以及充放电电流，并根据所述后备蓄电池的总电压和充放电电流，以及所述后备蓄电池中每节电池性能参数，进一步得到每节电池的荷电量和健康状态以及所述后备蓄电池的荷电量和健康状态。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述电池监测终端检测的每节电池的性能参数包括电池电压、电池欧姆电阻、电池极化内阻、电池极化电容以及电池温度。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述电池监测终端通过电力线与所述检测单元连接。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述主控制器包括控制单元，所述控制单元用于预估一天各峰时电价时段放电时长、谷时电价时段的充电时长；所述主控制器结合所述放电时长和充电时长向所述电源监控器及逆变器发送指令。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述主控制器通过RS232或RS485通信线与电源监控器、逆变器连接，所述电源监控器通过RS232或RS485通信线与电源模块连接。

在本实用新型所述的后备蓄电池储能放电控制系统中，所述主控制器通过GPRS无线通信方式与云服务器通信连接。

本实用新型的后备蓄电池储能放电控制系统具有以下有益效果：根据后备蓄电池的荷电量和健康状态，控制后备蓄电池进行峰时放电、谷时充电，能够在保障供电安全前提下，利用后备蓄电池的富余容量，实现削峰填谷利用。削峰填谷使得后备蓄电池的适当充放电，有利于电池活化维护，延长寿命周期，同时放电负载为本地的直流设备，无论从节约能源、环保保护、经济效益上都是有着重要意义。

附图说明

图1是本实用新型后备蓄电池储能放电控制系统实施例的示意图；

图2是电源模块在各时段的输出电压的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型后备蓄电池储能放电控制系统实施例的示意图，该后备蓄电池储能放电控制系统可应用于电力系统变电站、不间断电源系统、通信基站电源、应急电源等，并实现上述设备中后备蓄电池的管理。上述后备蓄电池连接到直流供电线，且直流供电线还与直流负载15(为本地所有以直流电为电源的装置与设备)、电源模块11(可将市电转换为直流电)以及逆变器16(可为本地交流负载提供电源，同时能够与电池管理系统的主控制器通过RS485方式通信，并根据主控制器的指令切换工作模式)连接，其中电源模块11以及逆变器16分别连接到直流供电线。后备蓄电池包括多个电池小组，且每一电池小组包括多节电池。

本实施例的后备蓄电池储能放电控制系统包括主控制器14、监测模块和电源监控器12，其中主控制器14分别与监测模块、逆变器16以及电源监控器12连接；监测模块与后备蓄电池连接，并用于检测后备蓄电池的荷电量和健康状态；电源监控器12与各个电源模块11分别连接，并用于分别控制电源模块11的工作状态。具体地，上述主控制器14、电源监控器12以及逆变器16可分别由电池管理系统中的主控制器、电源监控器及逆变器结合相应地软件实现。并且电源模块11具有可扩展RS485/232通信接口，并通过可扩展RS485/232通信接口与对其进行控制管理的电源监控器12相互通信；电源监控器12同样具有可扩展RS485/232通信接口，并能与电源模块11相互通信，控制电源模块11的电压输出；主控制器14同样通过可扩展RS485/232通信接口分别与逆变器16、电源监控器12通信。

上述主控制器14根据预设的峰时电价时段、谷时电价时段、平时电价时段以及监测模块的输出向电源监控器12及逆变器16发送指令；电源监控器12通过控制电源模块11的输出电压使后备蓄电池处于充电、放电或不充电也不放电的状态；逆变器16则根据主控制器14的输出工作在旁路模式或逆变模式。

具体地，结合图2，在峰时电价时段且监测模块测得的后备蓄电池的荷电量和健康状态满足预设条件时，电源监控器12根据主控制器14的指令调整电源模块11的输出电压到图2所示的第一电压，使电源模块11不向直流供电线输出供电电流，同时主控制器使逆变器16切换到由直流供电线供电的逆变模式。此时，后备蓄电池通过直流供电线为直流负载15提供工作电流，逆变器16处于逆变模式，其将后备蓄电池的直流供电逆变成交流电，为交流负载(如空调等)供电。

在谷时电价时段且监测模块测得的后备蓄电池的荷电量和健康状态满足预设条件时，电源监控器12根据主控制器14的指令调整电源模块11的输出电压到高于图2所示的第三电压，使电源模块11通过直流供电线向后备蓄电池输出充电电流、向直流负载15输出工作电流，同时主控制器使逆变器16切换到由市电供电的旁路模式。此时，电源模块11对后备蓄电池充电，同时对直流负载15供电，逆变器16保持旁路输出(即由市电供电)，为交流负载提供电能。

在平时电价时段，电源监控器12根据主控制器14的指令调整电源模块11的输出电压到图2所示的第二电压，使电源模块11通过直流供电线向直流负载15输出工作电流，同时主控制器使逆变器16切换到由市电供电的旁路模式。此时，电源模块11对直流负载15供电，后备蓄电池不充电也不放电，逆变器16保持在旁路输出状态。

在本地范围外，主控制器14可通过GPRS无线通信方式与云服务器通信连接，主控制器14可将监测模块通过PLC通信发来的后备蓄电池状态数据(包括荷电量和健康状态)、电源监控器12通过RS485通信协议发来的电源模块数据，以GPRS通信方式上传到云服务器，系统管理员通过以太网访问云服务器，实现数据交换；客户终端可以通过移动设备安装的APP，通过移动无线网路(3G/4G)访问与服务器，实时查看电池的监控数据。具体地，系统管理员可通过云服务器，将上述削峰填谷控制所需的设置参数发送给主控制器14，主控制器14将参数通过485通信发送至电源监控器12以及逆变器16，实施电源模块11输出电压参数设置以及逆变器16的输出模式的调节，联合电池管理系统实时监测的后备蓄电池状态数据，在保证后备蓄电池可用容量安全的前提下，由电源监控器12执行削峰填谷操作，并使逆变器执行模式切换命令，通过调节电源模块11输出电压以及逆变器16旁路输出、逆变输出模式切换，实现削峰填谷的储能操作。

上述监测模块具体可包括多个电池监测终端13以及一个检测单元(该检测单元可集成到主控制器14中，也可由独立的硬件实现)，且上述多个电池监测终端13通过电力线载波通讯与主控制器14通信连接。上述多个电池监测终端13与多个电池小组一一对应连接，且每一电池监测终端13与对应电池小组中的每节电池连接，并分别检测对应电池小组中每节电池的性能参数。

检测单元用于根据每节电池的性能参数获取对应电池的荷电量和健康状态，该检测单元还用于检测后备蓄电池的总电压和充放电电流，并根据后备蓄电池的总电压和充放电电流，以及后备蓄电池中每节电池的荷电量和健康状态，进一步得到后备蓄电池的荷电量和健康状态。具体地，检测单元接收各电池监测终端13传送来的整个后备蓄电池中各节电池的性能参数，包括电池电压、电池欧姆电阻、电池极化内阻、电池极化电容、电池温度等，并以此对各节电池进行诊断，分析每节电池的荷电量和健康状态，并进一步得到整个后备蓄电池的荷电量和健康状态。

上述主控制器14还包括控制单元，该控制单元对后备蓄电池中所有电池的性能参数进行分析后，在保证安全的情况下，利用后备蓄电池的富余容量，根据电价的峰谷时段，调节电源模块11输出电压，执行电力削峰填谷任务。

相应地，上述预设条件包括：后备蓄电池的荷电量高于第一安全阈值、任一节电池的荷电量高于第二安全阈值以及任一节电池的温度低于温度保护阈值。特别地，第一安全阈值为所述后备蓄电池最高荷电量的50％；所述第二安全阈值为单节电池的最高荷电量的50％。一旦监测模块检测到后备蓄电池的荷电量和健康状态不满足预设条件，主控制器14即向电源监控器12发送指令，调整电源模块11的输出电压到第二电压，使电源模块11通过直流供电线向直流负载15输出工作电流，后备蓄电池不充电也不放电，同时使逆变器16切换到由市电供电的旁路模式。

特别地，在对后备蓄电池的放电及充电过程中，监测模块实时监测各节电池的温度，测试周期小于1分钟/次，一有异常立即停止放电或充电，电池进入不充不放状态，防止发生火灾事故；在后备蓄电池放电过程中，监测模块还对后备蓄电池进行实时监测，测试周期小于1分钟/次，保证后备蓄电池电压及单节电池电压不低于保护限值，防止损坏电池，并确保所需的电池续航时间。

上述控制单元还以每天第一次峰时电价开始时刻为起始点，以该时刻后备蓄电池的荷电量为初始值，在以安全阈值为约束条件下，预估一天各峰时电价时段放电时长，谷时电价时段的充电时长，并根据上述时长使电源监控器12控制电源模块11的输出电压。例如在峰时电价时段，一旦达到上述放电时长，主控制器14即向电源监控器12发送指令，调高电源模块11的输出电压到第二电压，使电源模块11通过直流供电线向直流负载15输出工作电流，后备蓄电池不充电也不放电，同时使逆变器16切换到由市电供电的旁路模式；而在谷时电价时段，一旦达到上述充电时长，主控制器14即向电源监控器12发送指令，调低电源模块11的输出电压到第二电压，使电源模块11通过直流供电线向直流负载15输出工作电流，后备蓄电池不充电也不放电，同时使逆变器16保持由市电供电的旁路模式。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种后备蓄电池储能放电控制系统，所述后备蓄电池连接到直流供电线，且所述直流供电线还与直流负载以及分别连接到市电的电源模块、逆变器连接，所述后备蓄电池包括多个电池小组，且每一电池小组包括多节电池，其特征在于，所述系统包括监测模块、主控制器和电源监控器，其中所述监测模块分别与后备蓄电池中的每节电池连接；所述主控制器连接到监测模块的输出端，并向所述电源监控器及逆变器发送指令；所述电源监控器的输入端连接到主控制器的输出端，并通过控制电源模块的输出电压使所述后备蓄电池处于充电、放电或不充电也不放电的状态；所述逆变器的输入端连接到主控制器的输出端，并根据所述主控制器的输出工作在旁路模式或逆变模式。

2.根据权利要求1所述的后备蓄电池储能放电控制系统，其特征在于，所述监测模块包括多个电池监测终端以及一个检测单元；

所述多个电池监测终端分别检测所述后备蓄电池中每节电池的性能参数，所述多个电池监测终端与多个电池小组一一对应连接，且每一所述电池监测终端与对应电池小组中的每节电池连接；

所述检测单元用于检测所述后备蓄电池的总电压以及充放电电流。

3.根据权利要求2所述的后备蓄电池储能放电控制系统，其特征在于，所述电池监测终端通过电力线与所述检测单元连接。

4.根据权利要求2所述的后备蓄电池储能放电控制系统，其特征在于，所述主控制器通过RS232或RS485通信线与电源监控器、逆变器连接，所述电源监控器通过RS232或RS485通信线与电源模块连接。

5.根据权利要求2所述的后备蓄电池储能放电控制系统，其特征在于，所述主控制器通过GPRS无线通信方式与云服务器通信连接。