CN208723038U - 一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，是基于蓄电池疲劳监测及动态维护技术的储能系统，采用创新的全部单体蓄电池实时监测以及动态在线维护技术和系统架构，特征是对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测和分析，对比其厂家给出的相关特性曲线、系统运行的历史数据的条件数据曲线包络并根据偏差度标注每一个电池单体的疲劳度；系统根据蓄电池的疲劳度进行充放电控制和维护性充放电管理，使得蓄电池储能系统运行在安全、健康的状态，系统通过自动智能化调控，提高蓄电池储能系统的安全性和使用效率。

Description

一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统

技术领域

本实用新型属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统。

背景技术

储能蓄电池应用越来越广泛、规模越来越大，其安全问题也日益突出，不容小视。人人皆知不能疲劳驾车，人疲劳了状态变得很差，容易出事故。蓄电池应用有存在类似的现象，蓄电池在高温和低温以及大功率下充放电，会产生“疲劳现象”，不能健康、正常出力，并且容易受到损伤，发生事故。

为了避免或减少蓄电池的疲劳过力运行，避免蓄电池损伤和事故的发生，基于蓄电池疲劳监测及动态维护技术的储能系统采用创新的全部单体蓄电池实时监测以及动态在线维护，对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测和分析，比较分析厂家给出的相关特性曲线、蓄电池运行的历史数据数据曲线包络并根据偏差度标注每一个电池单体的疲劳度；系统根据蓄电池的疲劳度进行充放电控制和维护性充放电，使得蓄电池储能系统运行在安全、健康的状态，系统通过自动智能化调控，提高蓄电池储能系统的安全性和使用效率。

发明内容

为了解决上述问题，使得蓄电池储能系统能够安全、高效、长期稳定运行，本实用新型提出了一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，主要包括：电池汇流监测控制柜、换流电路模块、换流器正极直流母线、换流器负极直流母线、输入输出电力线路、系统监控总线、电网、系统主控模块、电池组串正极电力线、电池组串负极电力线、电池汇流监测控制柜电池正极端子、电池汇流监测控制柜电池负极端子、电池汇流监测控制柜汇流正极端子、电池汇流监测控制柜汇流负极端子、电池组串正极通断开关、电池组串负极通断开关、电池组串、电池监测电路模块、电池组串第一监测传感器、电池组串第二监测传感器、电池组串第i监测传感器、电池组串第m监测传感器、电池组串第一单体蓄电池、电池组串第二单体蓄电池、电池组串第m单体蓄电池，其中：

将电池组串第一单体蓄电池、电池组串第二单体蓄电池、电池组串第m 单体蓄电池正负极异性顺次连接，构成电池组串；

电池组串的电池组串正极电力线通过电池组串正极通断开关连接电池汇流监测控制柜电池正极端子并通过电池汇流监测控制柜汇流正极端子连接换流器正极直流母线；同时电池组串的电池组串负极电力线通过电池组串负极通断开关连接电池汇流监测控制柜电池负极端子并通过电池汇流监测控制柜汇流负极端子连接换流器负极直流母线，构成储能蓄电池系统并且其分别通过换流器正极直流母线、换流器负极直流母线接入换流电路模块的正极与负极，再由换流电路模块通过输入输出电力线路接入电网，构成储能蓄电池的充放电电力路径；

电池监测电路模块分别通过电池组串第一监测传感器、电池组串第二监测传感器、电池组串第i监测传感器、电池组串第m监测传感器顺次接入电池组串的每一个单体蓄电池正极与负极且组串连接的监测传感器比组串的单体蓄电池多一个，由此构成电池组串的全部单体蓄电池独立监测的信息链路；

系统主控模块通过系统监控总线分别连接电池汇流监测控制柜、换流电路模块、电池组串正极通断开关、电池组串负极通断开关、电池监测电路模块，构成储能蓄电池监测管控信息链路；

基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统由系统主控模块通过系统监控总线实时监测电池汇流监测控制柜、换流电路模块、电池组串正极通断开关、电池组串负极通断开关、电池监测电路模块运行状态，发现异常和故障时通过 I/O驱动电路连接的人工操控界面、提示信息处理电路、外部信息网络通信接口电路发出警告信息或发出停机控制指令；

系统主控模块通过系统监控总线连接电池监测电路模块并实时监测电池组串中第一单体蓄电池、电池组串第二单体蓄电池、电池组串第m单体蓄电池每一个单体蓄电池，系统主控模块对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测的信息链路。

所述一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，其特征是：系统主控模块主要由控制模块内部总线、控制模块电源电路、嵌入式控制器系统电路、时钟电路、数据存储电路、通信控制电路、预置程序电路、I/O驱动电路、提示信息处理电路、人工操控界面、模块通信接口电路、外部信息网络通信接口电路组成，其中：

嵌入式控制器系统电路通过控制模块内部总线分别连接时钟电路、数据存储电路、通信控制电路、预置程序电路、I/O驱动电路、提示信息处理电路以及由通信控制电路分别连接模块通信接口电路、外部信息网络通信接口电路和 I/O驱动电路连接人工操控界面，构成基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统的系统主控模块，实施蓄电池疲劳监测及动态维护和充放电调控。

一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，根据单体蓄电池疲劳程度实施蓄电池动态维护的控制策略；需要维护的迫切程度与疲劳度正相关，承担出力的的能力与疲劳度负相关。蓄电池组串的控制参考值的依据是单体蓄电池疲劳度最大的单体蓄电池疲劳度值，影响蓄电池组串的运行安全；也是蓄电池组串安全运行的判别值，由此监测和控制蓄电池组串的安全、健康的运行。

本实用新型基于蓄电池疲劳监测及动态维护技术的储能系统采用创新的全部单体蓄电池实时监测以及动态在线维护，特征是对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测和分析，比对其厂家给出的相关特性曲线、系统运行的历史数据的条件数据曲线包络并根据偏差度标注每一个电池单体的疲劳度；系统根据蓄电池的疲劳度进行充放电控制和维护性充放电管理，使得蓄电池储能系统运行在安全、健康的状态，系统通过自动智能化调控，提高蓄电池储能系统的安全性和使用效率。

附图说明

图1是一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统的构成原理框图。

图2是储能系统的系统主控模块的构成原理框图。

具体实施方式

作为实施例子，结合图1对一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统给予说明，但是，本实用新型的技术与方案不限于本实施例子给出的内容。

如图1所示，本实用新型提出一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，主要包括：电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、换流器正极直流母线(3)、换流器负极直流母线(4)、输入输出电力线路(5)、系统监控总线(6)、电网(7)、系统主控模块(8)、电池组串正极电力线(31)、电池组串负极电力线(32)、电池汇流监测控制柜电池正极端子(101)、电池汇流监测控制柜电池负极端子(111)、电池汇流监测控制柜汇流正极端子(201)、电池汇流监测控制柜汇流负极端子(211)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池组串(Z1)、电池监测电路模块(S1)、电池组串第一监测传感器(S11)、电池组串第二监测传感器(S12)、电池组串第i监测传感器(S1i)、电池组串第m监测传感器(S1m)、电池组串第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)，其中：

将电池组串第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)正负极异性顺次连接，构成电池组串(Z1)；

电池组串的电池组串正极电力线通过电池组串正极通断开关(K1)连接电池汇流监测控制柜电池正极端子(101)并通过电池汇流监测控制柜汇流正极端子(201)连接换流器正极直流母线(3)；同时电池组串(Z1)的电池组串负极电力线(32)通过电池组串负极通断开关(K2)连接电池汇流监测控制柜电池负极端子(111)并通过电池汇流监测控制柜汇流负极端子(211)连接换流器负极直流母线(4)，构成储能蓄电池系统并且其分别通过换流器正极直流母线(3)、换流器负极直流母线(4)接入换流电路模块(2)的正极与负极，再由换流电路模块(2)通过输入输出电力线路(5)接入电网(7)，构成储能蓄电池的充放电电力路径；

电池监测电路模块(S1)分别通过电池组串第一监测传感器(S11)、电池组串第二监测传感器(S12)、电池组串第i监测传感器(S1i)、电池组串第m 监测传感器(S1m)顺次接入电池组串(Z1)的每一个单体蓄电池正极与负极且组串连接的监测传感器比组串的单体蓄电池多一个，由此构成电池组串(Z1) 的全部单体蓄电池独立监测的信息链路；

系统主控模块(8)通过系统监控总线(6)分别连接电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池监测电路模块(S1)，构成储能蓄电池监测管控信息链路；

一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统的运行控制方法为：

基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统开启后，系统主控模块(8) 通过系统监控总线(6)实时监测电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池监测电路模块(S1)运行状态，发现异常和故障时通过I/O驱动电路(95)连接的人工操控界面(97)、提示信息处理电路(96)、外部信息网络通信接口电路(932)发出警告信息或发出停机控制指令；

正常运行时，系统主控模块(8)通过系统监控总线(6)连接电池监测电路模块(S1)并实时监测电池组串中第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)每一个单体蓄电池，系统主控模块(8)对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测和分析，读取数据存储电路(92)存储的厂家给出的相关特性曲线数据和系统运行的历史数据，记录并根据偏差度标注每一个电池单体的疲劳度，根据单体蓄电池疲劳程度实施蓄电池动态维护的控制策略，需要维护的迫切程度与疲劳度正相关，承担出力的的能力与疲劳度负相关。

由于蓄电池在不同的温度和功率条件下其功率能力不同，同时表现出了的疲劳程度也不同，疲劳度是一个动态指标是用来衡量和反映当前运行表现能力的参数，疲劳度越大说明能力透支越大，越应该修养和维护；一个确定疲劳度的方法是定时将当前蓄电池监测的动态实测值A(至少包括功率、温度、电量、本次工作时长、总工作累计时长等参数)与相应的蓄电池产品出厂给出的标准运行曲线参数值B相比较，用得到的偏差值C(取绝对值)来衡量蓄电池的疲劳度F(为正数值)，与标准运行曲线参数越接近其疲劳度越低；系统初始设定：动态实测值A-B＝C，F＝C/B；调控因子为δ，δ＝1-C/B；δ为判别对蓄电池需要维护干预的参数区域，即：w1≤δ≤w2，本实施例子以某厂家的铅炭储能蓄电池为例，δ取值在w1＝0.7至w2＝1.2范围，δ的数值≤0.7或≥1.15时需要报警进行人工干预和维护，δ的数值在q1＝0.95至q2＝1.2范围时不需维护；每一次疲劳度分析测算的数据作为历史数据保存及更新，用于下一次的分析和对生产厂提供的标准运行曲线参数调整，减少蓄电池物理特性与标准运行曲线参数的偏差，将δ的数值作为调整蓄电池充放电功率的调控因子实时调控功率控制指令，防止蓄电池疲劳状态下进行过大的功率充放电，减少蓄电池的损伤；其中：

w1为蓄电池需要维护干预的参数区域下限，区域中的最小值，取决于蓄电池产品出厂给出的标准运行曲线参数下限值，不同厂家、不同产品参数值不同，本实施例子w1为0.7；

w2为蓄电池需要维护干预的参数区域上限，区域中的最大值，取决于蓄电池产品出厂给出的标准运行曲线参数上限值，不同厂家、不同产品参数值不同，本实施例子w2为1.2；

q1为蓄电池产品出厂给出的正常允许偏差范围的下限，不同厂家、不同产品参数值不同，本实施例子q1为0.95；

q2为蓄电池产品出厂给出的正常允许偏差范围的上限，不同厂家、不同产品参数值不同，本实施例子q2为1.15；

如图2所示，所述一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，其特征是：系统主控模块(8)主要由控制模块内部总线(99)、控制模块电源电路(98)、嵌入式控制器系统电路(90)、时钟电路(91)、数据存储电路(92)、通信控制电路(93)、预置程序电路(94)、I/O驱动电路(95)、提示信息处理电路(96)、人工操控界面(97)、模块通信接口电路(931)、外部信息网络通信接口电路(932)组成，其中：

嵌入式控制器系统电路(90)通过控制模块内部总线(99)分别连接时钟电路(91)、数据存储电路(92)、通信控制电路(93)、预置程序电路(94)、 I/O驱动电路(95)、提示信息处理电路(96)以及由通信控制电路(93)分别连接模块通信接口电路(931)、外部信息网络通信接口电路(932)和I/O驱动电路(95)连接人工操控界面(97)，构成基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统的系统主控模块(8)，实施蓄电池疲劳监测及动态维护和充放电调控。

一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，根据单体蓄电池疲劳程度实施蓄电池动态维护的控制策略；需要维护的迫切程度与疲劳度正相关，承担出力的的能力与疲劳度负相关。蓄电池组串的控制参考值的依据是单体蓄电池疲劳度最大的单体蓄电池疲劳度值，影响蓄电池组串的运行安全；也是蓄电池组串安全运行的判别值，由此监测和控制蓄电池组串的安全、健康的运行。

本实用新型基于蓄电池疲劳监测及动态维护技术的储能系统采用创新的全部单体蓄电池实时监测以及动态在线维护，特征是对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测和分析，关注其厂家给出的相关特性曲线、系统运行的历史数据的条件数据曲线包络并根据偏差度标注每一个电池单体的疲劳度；系统根据蓄电池的疲劳度进行充放电控制和维护性充放电管理，使得蓄电池储能系统运行在安全、健康的状态，系统通过自动智能化调控，提高蓄电池储能系统的安全性和使用效率。

Claims (2)

1.一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，主要包括：电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、换流器正极直流母线(3)、换流器负极直流母线(4)、输入输出电力线路(5)、系统监控总线(6)、电网(7)、系统主控模块(8)、电池组串正极电力线(31)、电池组串负极电力线(32)、电池汇流监测控制柜电池正极端子(101)、电池汇流监测控制柜电池负极端子(111)、电池汇流监测控制柜汇流正极端子(201)、电池汇流监测控制柜汇流负极端子(211)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池组串(Z1)、电池监测电路模块(S1)、电池组串第一监测传感器(S11)、电池组串第二监测传感器(S12)、电池组串第i监测传感器(S1i)、电池组串第m监测传感器(S1m)、电池组串第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)，其中：

将电池组串第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)正负极异性顺次连接，构成电池组串(Z1)；

电池组串的电池组串正极电力线通过电池组串正极通断开关(K1)连接电池汇流监测控制柜电池正极端子(101)并通过电池汇流监测控制柜汇流正极端子(201)连接换流器正极直流母线(3)；同时电池组串(Z1)的电池组串负极电力线(32)通过电池组串负极通断开关(K2)连接电池汇流监测控制柜电池负极端子(111)并通过电池汇流监测控制柜汇流负极端子(211)连接换流器负极直流母线(4)，构成储能蓄电池系统并且其分别通过换流器正极直流母线(3)、换流器负极直流母线(4)接入换流电路模块(2)的正极与负极，再由换流电路模块(2)通过输入输出电力线路(5)接入电网(7)，构成储能蓄电池的充放电电力路径；

电池监测电路模块(S1)分别通过电池组串第一监测传感器(S11)、电池组串第二监测传感器(S12)、电池组串第i监测传感器(S1i)、电池组串第m监测传感器(S1m)顺次接入电池组串(Z1)的每一个单体蓄电池正极与负极且组串连接的监测传感器比组串的单体蓄电池多一个，由此构成电池组串(Z1)的全部单体蓄电池独立监测的信息链路；

系统主控模块(8)通过系统监控总线(6)分别连接电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池监测电路模块(S1)，构成储能蓄电池监测管控信息链路；

基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统由系统主控模块(8)通过系统监控总线(6)实时监测电池汇流监测控制柜(1)、换流电路模块(2)、电池组串正极通断开关(K1)、电池组串负极通断开关(K2)、电池监测电路模块(S1)运行状态，发现异常和故障时通过I/O驱动电路(95)连接的人工操控界面(97)、提示信息处理电路(96)、外部信息网络通信接口电路(932)发出警告信息或发出停机控制指令；

系统主控模块(8)通过系统监控总线(6)连接电池监测电路模块(S1)并实时监测电池组串中第一单体蓄电池(11)、电池组串第二单体蓄电池(12)、电池组串第m单体蓄电池(1m)每一个单体蓄电池，构成系统主控模块(8)对每一个电池单体的电压、电量、温度进行监测的信息链路。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统，其特征是：系统主控模块(8)主要由控制模块内部总线(99)、控制模块电源电路(98)、嵌入式控制器系统电路(90)、时钟电路(91)、数据存储电路(92)、通信控制电路(93)、预置程序电路(94)、I/O驱动电路(95)、提示信息处理电路(96)、人工操控界面(97)、模块通信接口电路(931)、外部信息网络通信接口电路(932)组成，其中：

嵌入式控制器系统电路(90)通过控制模块内部总线(99)分别连接时钟电路(91)、数据存储电路(92)、通信控制电路(93)、预置程序电路(94)、I/O驱动电路(95)、提示信息处理电路(96)以及由通信控制电路(93)分别连接模块通信接口电路(931)、外部信息网络通信接口电路(932)和I/O驱动电路(95)连接人工操控界面(97)，构成基于蓄电池疲劳监测及动态维护的储能系统的系统主控模块(8)，并且由数据存储电路(92)存储厂家给出的相关特性曲线数据和系统运行的历史数据作为实施蓄电池疲劳监测及动态维护和充放电调控的依据。