CN209159468U - 一种快速响应的储能蓄电池bms系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电化学蓄电池储能应用技术领域，具体涉及一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，采用组串及电池监测控制模块实时采集全体电池单体的电压、电流、温度等参数并进行计算SOC、SOH以及分析生成SOE参数，同时分析、记录、操控界面模块显示以及与上位机监控系统交互信息，实现电池储能系统的健康运行和全电池单体的监测管理与运维调控；通过硬件阈值比较器电路快速比较及在超过设置的正常电压和温度范围限制值时生成开关信号，并立即通过超限驱动信号总线由组串及电池监测控制模块通过继电器通断控制驱动线发出控制电池组串继电器断开的控制指令，完成毫秒级快速控制电池组串与储能变流器之间电力路径断开的动作，确保电池单体损伤时储能系统的安全。

Description

一种快速响应的储能蓄电池BMS系统

技术领域

本实用新型属于电化学蓄电池储能应用技术领域，具体涉及一种快速响应的储能蓄电池BMS系统。

背景技术

蓄电池储能系统是电动汽车新能源电力和智能电网及能源互联网的重要组成部分，特别是电化学蓄电池储能系统是由多个单元蓄电池单体连接组成的蓄电池组串进入储能变流器设备进行充放电，受控完成电力调节和充放电。由于各个蓄电池单体的本身物理及化学特性具有一定的差异，加上安装运行过程中环境温度的差别，使得蓄电池组串中的蓄电池产生电压、电量上的不一致性，容易产生电池单体的过充过放并影响了蓄电池组串整体的效率及利用率，也带来了安全隐患。

故此，对蓄电池运行的实时监测、充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量等电能一致性均衡控制是储能系统安全、健康、高效运行的关键；对于大规模储能系统采用的蓄电池单体数量巨大，采取用于检测电池模块中的电池单体信息的电池模块管理单元BMU、电池簇管理单元BCMS、用于监测电池系统的BAMS，大多分分为三个层级进行管控，蓄电池模块单体电池监测采样模块负责蓄电池状态参数的实时监测及信号采集并由上一级电池簇管理单元处理电池簇、模块及单体状态(电压、电压、电流、温度、SOC等)，对充放电过程进行安全管理，现有技术的电池模块管理单元BMU只能采集电池参数信号，需要电池系统的BAMS计算、分析后生成数字编码形式的指令进行调控，在电池单体损伤后往往在毫秒级达到危险状况时，不能得到及时处理，大大增加了恶性事故发生的概率，给储能系统造成不可估量的风险。

发明内容

为了解决储能系统蓄电池管理中现有技术的缺陷，防止电池储能系统发生恶性事故，本实用新型提出一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，主要包括：组串及电池监测控制模块、电池组串汇流柜、储能变流器、上位机监控系统、电池信号采集总线、超限驱动信号总线、电池组串继电器、电池组串熔断器、继电器通断控制驱动线、电池组串电流信号采集线、电流传感器、通信网络、第1电池单体、第2电池单体、第N电池单体、第1电池信号采集线、第2电池信号采集线、第N电池信号采集线、第N+1电池信号采集线、第1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路，其中：

第1电池单体、第2电池单体、第N电池单体每两个相邻电池正负极相连，构成一个电池组串，其电池组串正极顺次通过电池组串熔断器及电池组串继电器连接电池组串汇流柜连接电池组串的正极端子，其电池组串负极连接电池组串汇流柜连接电池组串的负极端子，再由电池组串汇流柜连接PCS的正极端子及负极端子分别储能变流器的正极和负极，构成电池组串的充放电储能系统；

组串及电池监测控制模块通过电池信号采集总线连接的第1电池信号采集线、第2电池信号采集线、第N电池信号采集线、第N+1电池信号采集线分别连接相应的第1电池单体、第2电池单体、第N电池单体正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据的实时监测采集链路；

组串及电池监测控制模块通过超限驱动信号总线顺次通过第1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路及相应的第1电池信号采集线、第2电池信号采集线、第N电池信号采集线、第N+1电池信号采集线分别连接相应的第1电池单体、第2电池单体、第N电池单体正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据超限实时驱动信号传输链路；

组串及电池监测控制模块通过继电器通断控制驱动线连接电池组串继电器，构成控制电池组串与储能变流器之间电力路径通断的控制路径；

组串及电池监测控制模块通过电池组串电流信号采集线连接安装在电池组串电力路径上的电流传感器，构成电池组串充放电电流实时监测的信息链路；

组串及电池监测控制模块通过通信网络连接上位机监控系统，构成储能系统运行及电池监测的实时监控链路。

所述一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，其特征是组串及电池监测控制模块主要包括：监测采样监控模块总线、嵌入式处理器、数据存储器、时钟电路、电源电路、通信处理电路、继电器通断驱动电路、电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、操控界面模块，其中：

由嵌入式处理器通过监测采样监控模块总线分别连接数据存储器、时钟电路、电源电路、通信处理电路、继电器通断驱动电路、电压采样电路、电流采样电路、温度采样电路、绝缘检测电路、操控界面模块，构成蓄电池模块对全电池单体实时监测采样以及电压、温度超限的管控链路。

本实用新型属于电化学蓄电池储能应用技术领域，具体涉及一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，采用组串及电池监测控制模块实时采集全体电池单体的电压、电流、温度等参数并进行计算SOC、SOH以及分析生成SOE参数，同时分析、记录、操控界面模块显示以及与上位机监控系统交互信息，实现电池储能系统的健康运行和全电池单体的监测管理与运维调控；通过硬件阈值比较器电路快速比较及在超过设置的正常电压和温度范围限制值时生成开关电信号，并立即通过超限驱动信号总线由组串及电池监测控制模块通过继电器通断控制驱动线发出控制电池组串继电器断开的非数字编码信号的电信号控制指令，完成毫秒级的快速控制电池组串与储能变流器之间电力路径断开的动作，确保电池单体损伤时储能系统的安全。

附图说明

图1为一种快速响应的储能蓄电池BMS系统的构成及原理示意图。

图2为组串及电池监测控制模块的构成及原理示意图。

具体实施方式

作为实施例子，结合附图对一种快速响应的储能蓄电池BMS系统给予说明，但是，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。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，一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，主要包括：组串及电池监测控制模块(1)、电池组串汇流柜(2)、储能变流器(3)、上位机监控系统(4)、电池信号采集总线(5)、超限驱动信号总线(6)、电池组串继电器 (7)、电池组串熔断器(8)、继电器通断控制驱动线(9)、电池组串电流信号采集线(10)、电流传感器(20)、通信网络(30)、第1电池单体(11)、第2 电池单体(12)、第N电池单体(1N)、第1电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1电池信号采集线(2N+1)、第1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(31)、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(32)、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N)、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N+1)，其中：

第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)每两个相邻电池正负极相连，构成一个电池组串，其电池组串正极顺次通过电池组串熔断器(8)及电池组串继电器(7)连接电池组串汇流柜(2)连接电池组串的正极端子，其电池组串负极连接电池组串汇流柜(2)连接电池组串的负极端子，再由电池组串汇流柜(2)连接PCS的正极端子及负极端子分别储能变流器(3) 的正极和负极，构成电池组串的充放电储能系统；

组串及电池监测控制模块(1)通过电池信号采集总线(5)连接的第1 电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1电池信号采集线(2N+1)分别连接相应的第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据的实时监测采集链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过超限驱动信号总线(6)顺次通过第 1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(31)、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(32)、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N)、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N+1)及相应的第1电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1 电池信号采集线(2N+1)分别连接相应的第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据超限实时驱动信号传输链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过继电器通断控制驱动线(9)连接电池组串继电器(7)，构成控制电池组串与储能变流器(3)之间电力路径通断的控制路径；

组串及电池监测控制模块(1)通过电池组串电流信号采集线(10)连接安装在电池组串电力路径上的电流传感器(20)，构成电池组串充放电电流实时监测的信息链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过通信网络(30)连接上位机监控系统(4)，构成储能系统运行及电池监测的实时监控链路；

一种快速响应的储能蓄电池BMS系统的运行控制方法为：

组串及电池监测控制模块(1)根据通过电池组串电流信号采集线(10) 和电池信号采集总线(5)实时采集电压、温度、电流信号数据，并计算SOC、 SOH以及分析生成SOE参数，同时记录、操控界面模块(112)显示以及与上位机监控系统(4)交互信息，实现电池储能系统的健康运行和全电池单体的监测管理与运维及调控；

储能蓄电池BMS系统正常运行时，组串及电池监测控制模块(1)及电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路实时监测全电池单体的电压、温度信号并通过硬件阈值比较器电路快速比较及在超过设置的正常电压和温度范围限制值时生成开关电信号，并且立即通过超限驱动信号总线(6)由组串及电池监测控制模块(1)通过继电器通断控制驱动线(9)发出控制电池组串继电器(7) 断开的电信号控制指令，完成毫秒级的快速控制电池组串与储能变流器(3)之间电力路径断开的动作，确保电池单体损伤时储能系统的安全。

如图2所示，一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，其特征是组串及电池监测控制模块主要包括：监测采样监控模块总线(106)、嵌入式处理器(101)、数据存储器(102)、时钟电路(103)、电源电路(104)、通信处理电路(105)、继电器通断驱动电路(107)、电压采样电路(108)、电流采样电路(109)、温度采样电路(110)、绝缘检测电路(111)、操控界面模块(112)，其中：

由嵌入式处理器(101)通过监测采样监控模块总线(106)分别连接数据存储器(102)、时钟电路(103)、电源电路(104)、通信处理电路(105)、继电器通断驱动电路(107)、电压采样电路(108)、电流采样电路(109)、温度采样电路(110)、绝缘检测电路(111)、操控界面模块(112)，构成蓄电池模块对全电池单体实时监测采样以及电压、温度超限的管控链路。

本实用新型属于电化学蓄电池储能应用技术领域，具体涉及一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，采用组串及电池监测控制模块实时采集全体电池单体的电压、电流、温度等参数并进行计算SOC、SOH以及分析生成SOE参数，同时分析、记录、操控界面模块显示以及与上位机监控系统交互信息，实现电池储能系统的健康运行和全电池单体的监测管理与运维调控；通过硬件阈值比较器电路快速比较及在超过设置的正常电压和温度范围限制值时生成开关信号，并立即通过超限驱动信号总线由组串及电池监测控制模块通过继电器通断控制驱动线发出控制电池组串继电器断开的控制指令，完成毫秒级的快速控制电池组串与储能变流器之间电力路径断开的动作，确保电池单体损伤时储能系统的安全。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，主要包括：组串及电池监测控制模块(1)、电池组串汇流柜(2)、储能变流器(3)、上位机监控系统(4)、电池信号采集总线(5)、超限驱动信号总线(6)、电池组串继电器(7)、电池组串熔断器(8)、继电器通断控制驱动线(9)、电池组串电流信号采集线(10)、电流传感器(20)、通信网络(30)、第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)、第1电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1电池信号采集线(2N+1)、第1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(31)、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(32)、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N)、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N+1)，其中：

第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)每两个相邻电池正负极相连，构成一个电池组串，其电池组串正极顺次通过电池组串熔断器(8)及电池组串继电器(7)连接电池组串汇流柜(2)连接电池组串的正极端子，其电池组串负极连接电池组串汇流柜(2)连接电池组串的负极端子，再由电池组串汇流柜(2)连接PCS的正极端子及负极端子分别储能变流器(3)的正极和负极，构成电池组串的充放电储能系统；

组串及电池监测控制模块(1)通过电池信号采集总线(5)连接的第1电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1电池信号采集线(2N+1)分别连接相应的第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据的实时监测采集链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过超限驱动信号总线(6)顺次通过第1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(31)、第2电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(32)、第N电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N)、第N+1电池电压温度阈值比较超限驱动信号电路(3N+1)及相应的第1电池信号采集线(21)、第2电池信号采集线(22)、第N电池信号采集线(2N)、第N+1电池信号采集线(2N+1)分别连接相应的第1电池单体(11)、第2电池单体(12)、第N电池单体(1N)正极及负极，构成全电池单体的电压、温度信号数据超限实时驱动信号传输链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过继电器通断控制驱动线(9)连接电池组串继电器(7)，构成控制电池组串与储能变流器(3)之间电力路径通断的控制路径；

组串及电池监测控制模块(1)通过电池组串电流信号采集线(10)连接安装在电池组串电力路径上的电流传感器(20)，构成电池组串充放电电流实时监测的信息链路；

组串及电池监测控制模块(1)通过通信网络(30)连接上位机监控系统(4)，构成储能系统运行及电池监测的实时监控链路。

2.根据权利要求1所述一种快速响应的储能蓄电池BMS系统，其特征是组串及电池监测控制模块主要包括：监测采样监控模块总线(106)、嵌入式处理器(101)、数据存储器(102)、时钟电路(103)、电源电路(104)、通信处理电路(105)、继电器通断驱动电路(107)、电压采样电路(108)、电流采样电路(109)、温度采样电路(110)、绝缘检测电路(111)、操控界面模块(112)，其中：

由嵌入式处理器(101)通过监测采样监控模块总线(106)分别连接数据存储器(102)、时钟电路(103)、电源电路(104)、通信处理电路(105)、继电器通断驱动电路(107)、电压采样电路(108)、电流采样电路(109)、温度采样电路(110)、绝缘检测电路(111)、操控界面模块(112)，构成蓄电池模块对全电池单体实时监测采样以及电压、温度超限的管控链路。