專利名稱：儲能電站中的電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，屬于電能管理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
“儲能電站”是現(xiàn)代化城市為節(jié)約和調(diào)度電能而建立的一種小型電站。據(jù)估算，一個由20個電池模塊組成的兆瓦級“儲能電站”，可滿足若干個居民小區(qū)或多幢商務(wù)樓宇一天的非動力用電之需。儲能電站不僅可以應(yīng)對電網(wǎng)中斷或大面積停電等突發(fā)事件，而且可以起到對電能“削峰填谷”的調(diào)節(jié)作用。在電能富余時將電能存儲，電能不足時將存儲的電能逆變后向電網(wǎng)輸出。它具備能量轉(zhuǎn)化效率高，綠色環(huán)保無污染等眾多優(yōu)勢，同時，對于電網(wǎng)的安全運行及發(fā)電廠的科學(xué)建設(shè)也有著相當重要的意義。儲能電站具體的運作模式如同儲電銀行，在用電低谷期儲存富余的電，在用電高峰期調(diào)度使用。從而減少電能浪費及線損，增加線路和設(shè)備使用壽命；優(yōu)化系統(tǒng)電源布局， 改善電能質(zhì)量。儲能站中的電池在電網(wǎng)中的應(yīng)用主要分跟蹤負荷式和跟蹤電源式兩種，可以保障可再生能源功率的平滑輸出，降低功率預(yù)測偏差，也可以采用分布式儲能技術(shù)解決局部電壓控制問題，促進節(jié)能減排、設(shè)備應(yīng)用充分高效、減少資源浪費、提高用電可靠性、改善電能質(zhì)量。儲能技術(shù)的突破或?qū)⒛軌蚓徑獠煌娏χg的利益之爭，推動新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更重要的是能夠高效利用清潔能源，改變我國能源構(gòu)成比例，促進節(jié)能減排。更大的意義在于大力推動中國的儲能技術(shù)研發(fā)，促進儲能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，這將促進我國新能源科技的發(fā)展。但是目前的儲能電站使用的電池管理系統(tǒng)還存在可靠性差、電能質(zhì)量不高的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是為了解決目前的儲能電站使用的電池管理系統(tǒng)還存在可靠性差、電能質(zhì)量不高的問題，提供了一種儲能電站中的電池管理系統(tǒng)。本實用新型所述儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，它包括主控模塊、測控模塊、η個中間控制模塊和η個電池單體陣列模塊，主控模塊通過CAN總線與儲能電站之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過RS485接口與測控模塊之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過RS232接口與儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過CAN總線與η個中間控制模塊之間實現(xiàn)通信，每個中間控制模塊與一個電池單體陣列模塊相連，η為大于10的自然數(shù)。本實用新型的優(yōu)點本實用新型將儲能電站接在升壓變壓器低壓側(cè)0. 4KV處接入，主要考慮削峰填谷、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、配合新能源接入等功能應(yīng)用。主要由蓄電池、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)、儲能站監(jiān)控系統(tǒng)等組成。儲能站將實現(xiàn)提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、配合新能源接入等功能。提高電能質(zhì)量通過有功、無功功率控制等手段實現(xiàn)。與新能源配合是指儲能站與站內(nèi)的光伏、風電等系統(tǒng)配合，平衡間歇式能源的輸出，為電網(wǎng)提供高質(zhì)量電能。儲能電池堆使用壽命大于30年。

圖1為本實用新型所述儲能電站的電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為主控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是主控模塊的對時功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是中間控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是測控模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是測控模塊的均衡模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，它包括主控模塊1、測控模塊6、n個中間控制模塊4和η個電池單體陣列模塊5，主控模塊1通過CAN總線與儲能電站2之間實現(xiàn)通信，主控模塊1通過RS485接口與測控模塊6之間實現(xiàn)通信，主控模塊1通過RS232接口與儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)3之間實現(xiàn)通信，主控模塊1通過CAN總線與η個中間控制模塊4之間實現(xiàn)通信，每個中間控制模塊 4與一個電池單體陣列模塊5相連，η為大于10的自然數(shù)。儲能電站2接在升壓變壓器低壓側(cè)0.4KV處接入，主要考慮削峰填谷、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、配合新能源接入等功能應(yīng)用。主要由蓄電池(η個電池單體陣列模塊5)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、儲能電站2、儲能站監(jiān)控系統(tǒng)3等組成。儲能電站2將實現(xiàn)提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行、配合新能源接入等功能。提高電能質(zhì)量通過有功、無功功率控制等手段實現(xiàn)， 有功控制是指通過儲能站監(jiān)控系統(tǒng)3接收來自遠方調(diào)度的有功控制指令，或按照就地頻率測量以及對頻率調(diào)整的需求來控制電池系統(tǒng)充、放電狀態(tài)；無功控制是指通過儲能站監(jiān)控系統(tǒng)3接收來自遠方調(diào)度的無功控制指令對PCS進行控制。孤網(wǎng)運行是指按照設(shè)定的條件脫離主網(wǎng)，在容量范圍內(nèi)為部分負荷提供符合電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的電能。與新能源配合是指儲能站與站內(nèi)的光伏、風電等系統(tǒng)配合，平衡間歇式能源的輸出，為電網(wǎng)提供高質(zhì)量電能。儲能電池堆使用壽命不小于30年(按照每天充放電一次計)，或充放電循環(huán)壽命不小于18000次。本實施方式所述電池管理系統(tǒng)無論在儲能電站2充電過程中還是放電過程中都能可靠的完成電池單體陣列模塊5中的電池狀態(tài)的實時監(jiān)控和故障診斷，并通過總線的方式告知儲能電站2或儲能站監(jiān)控系統(tǒng)3，以便采用更加合理的控制策略，對電池單體陣列模塊5中的蓄電池可能出現(xiàn)的故障進行報警并保護其本體，對蓄電池單體及模塊的運行進行優(yōu)化控制，保證蓄電池安全、可靠、穩(wěn)定的運行。本實施方式所述電池管理系統(tǒng)完成的功能為單體電芯電壓檢測；儲能電站2總電壓的檢測；充放電電流的檢測；電池溫度的檢測；儲能電站2的SOC的估測，SOC (state of charge，荷電狀態(tài))。當蓄電池使用一段時間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值，常用百分數(shù)表示。SOC= 1即表示為電池充滿狀態(tài)?？刂菩铍姵剡\行時必須考慮其荷電狀態(tài)；儲能電站SOH的估測，蓄電池的內(nèi)阻是反映運行中蓄電池健康狀態(tài) (SOH)的一項重要的參數(shù)，內(nèi)阻值如明顯的變化，表明單體電池的性能也發(fā)生明顯的變化。 在運行中應(yīng)定期進行測試，測試周期為一季度到一年。不同的內(nèi)阻儀器測試的結(jié)果偏差較大，且同一蓄電池內(nèi)阻進行縱向比較才與SOH有較高的相關(guān)性。因此，蓄電池投運6個月性能穩(wěn)定后應(yīng)用內(nèi)阻測試儀記錄蓄電池內(nèi)阻的原始值作為基準值。在以后的運行中定期測量蓄電池的內(nèi)阻并與值相比較。當內(nèi)阻值與基準值偏差超過30%時就要引起注意，應(yīng)采用容量測試等更精確的措施來確定蓄電池的SOH ；絕緣電阻檢測；電池故障檢測及實時報警；自診斷有無內(nèi)部電路故障等，并發(fā)出報警信號；與儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)3通信，向其提供的實時電池及系統(tǒng)狀態(tài)信息，并可接受其下達的運行參數(shù)及報警閥值等信息(CAN)；具有操作權(quán)限密碼管理功能，任何改變運行方式和運行參數(shù)的操作均需要權(quán)限確認。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，主控模塊1包括主控模塊CPUl-I、主控電源變換模塊1-2、主控指示燈1-3、主控看門狗1-4、主控存儲器1-5、主控系統(tǒng)時鐘1-6、對時功能模塊1-7、RS485模塊1_8、外部 CAN接口電路1-9、內(nèi)部CAN接口電路1-10、主控電流SOC模塊1-11、高壓電路控制保護模塊1-12和絕緣檢測模塊1-13，主控模塊CPUl-I的輸入端與主控電源變換模塊1-2的輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第一輸入輸出端與主控指示燈1-3的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第二輸入輸出端與主控看門狗1-4的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第三輸入輸出端與主控存儲器1-5的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第四輸入輸出端與主控系統(tǒng)時鐘1-6的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第五輸入輸出端通過RS232模塊與對時功能模塊1_7的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第六輸入輸出端通過隔離電路與RS485模塊1_8的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第七輸入輸出端通過隔離電路與外部CAN接口電路1_9的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第八輸入輸出端通過隔離電路與內(nèi)部CAN接口電路1_10的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第九輸入輸出端通過隔離電路與主控電流SOC模塊1_11的輸入輸出端相連，主控模塊CPUl-I的第十輸入輸出端通過隔離電路與高壓電路控制保護模塊1-12 的第一輸入輸出端相連，高壓電路控制保護模塊1-12的第二輸入輸出端與絕緣檢測模塊 1-13的輸入輸出端相連。主控電源變換模塊1-2利用220V供電，通過電源變換器得到三路隔離電源，輸出電壓均為5V，但有功率和耐壓得區(qū)別，所以不能混用。其中第一路輸出的功率最大，用于主控模塊CPUl-I供電；第二路供內(nèi)部CAN接口電路1-10使用，第三路供主控電流SOC模塊 1-11使用，其余隔離電源采用DC-DC模塊。主控指示燈1-3包括電源指示燈和運行狀態(tài)指示燈。反映出系統(tǒng)各個模塊是否正常運行。主控看門狗1-4采用硬件看門狗。主控存儲器1-5為一個記錄系統(tǒng)參數(shù)，一個記錄運行數(shù)據(jù)。所述系統(tǒng)參數(shù)包括不均衡參數(shù)、不匹配電壓閥值、嚴重故障參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)頁碼、歷史數(shù)據(jù)滿標志、故障數(shù)據(jù)頁碼、故障數(shù)據(jù)滿標志、最大允許充電電壓、總電壓閥值、電流閥值、電流通道零點、電壓通道零點、絕緣電流通道零點、絕緣電壓通道零點、電流常數(shù)、充電常數(shù)、放電常數(shù)、絕緣電流常數(shù)、絕緣電壓常數(shù)，SOC等等。其中S0C，歷史、故障數(shù)據(jù)頁碼作備份。所述運行數(shù)據(jù)包括運行歷史記錄，故障記錄，運行數(shù)據(jù)和故障記錄按頁分段，一頁未寫滿，下一記錄另起一頁。其中歷史記錄方式每2分鐘(時間可調(diào))記錄一條運行記錄至歷史數(shù)據(jù)地址，記錄滿后，將歷史記錄滿標志置位，并在從第0開始覆蓋以前記錄。故障記錄方式當出現(xiàn)故障的時候， 寫一條記錄，如果故障未恢復(fù)也未變化，則每隔3分鐘記錄一條，如果故障變化，則出現(xiàn)新的故障就記錄一條。主控系統(tǒng)時鐘1-6用于提供系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)的發(fā)生時間，也可用于自放電的處理。RS485模塊1_8為主控模塊1和測控模塊6之間通信提供端口電路。測控模塊6 設(shè)置在室內(nèi)，其它組件設(shè)置在室外。外部CAN接口電路1-9為主控模塊1與儲能電站2之間通信提供端口電路。將電池的重要參數(shù)或事件傳送至儲能電站2。內(nèi)部CAN接口電路1-10為主控模塊1與中間控制模塊4之間通信提供端口電路。用于組建中間控制模塊4網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由η個中間控制模塊4系統(tǒng)組成，用于主控模塊1接收中間控制模塊4所采集到的信息，并下發(fā)各種指令。主控電流SOC模塊1-11讀取中間控制模塊4反饋回來的電流數(shù)據(jù)，完成電流的測量和AH(安時)累計。電流采樣周期100mS。所述電池管理系統(tǒng)上電以后，主控模塊1首先依次調(diào)用電池數(shù)據(jù)，讀取充滿電標志位，如果所有的從中間控制模塊4返回的電池充滿電標志均置位，則利用最低電壓得到初始化S0C，同時，清除充電滿標志位；如果從中間控制模塊4返回的電池充滿電標志未置位，則從錯誤標識EE內(nèi)讀出S0C，并以此為依據(jù)進行安時積分的辦法進行SOC估算。高壓電路控制保護模塊1-12 由于儲能電站2的電壓較高(達到700V以上)，故單獨設(shè)計高壓電自動斷路控制器模塊，實時監(jiān)控高壓電路的電氣狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)異常后通過狀態(tài)線輸出故障狀態(tài)并作出相應(yīng)的動作，在系統(tǒng)短路或其他危險的情況下自動切斷高壓電輸出，用以保證系統(tǒng)安全。絕緣檢測模塊1-13 檢測動力電池與儲能電站外殼之間的絕緣電阻，并按照國家電動汽車GS/T 18384. 1 18384. 3-2001相關(guān)標準對絕緣進行分級，分級編號、標準和建議參見下表。
故障級別絕緣電阻建議0> 500 Ω/V正常1介于100 Ω /V與500 Ω /V之間需及時維護
權(quán)利要求1.儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，它包括主控模塊(1)、測控模塊(6)、η個中間控制模塊(4)和η個電池單體陣列模塊(5)，主控模塊(1)通過CAN總線與儲能電站( 之間實現(xiàn)通信，主控模塊(1)通過RS485 接口與測控模塊(6)之間實現(xiàn)通信，主控模塊(1)通過RS232接口與儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)(3) 之間實現(xiàn)通信，主控模塊(1)通過CAN總線與η個中間控制模塊(4)之間實現(xiàn)通信，每個中間控制模塊(4)與一個電池單體陣列模塊(5)相連，η為大于10的自然數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，主控模塊(1)包括主控模塊CPU(I-I)、主控電源變換模塊(1-2)、主控指示燈(1-3)、主控看門狗(1-4)、主控存儲器(1-5)、主控系統(tǒng)時鐘(1-6)、對時功能模塊(1-7)、RS485模塊(1_8)、外部CAN接口電路(1-9)、內(nèi)部CAN接口電路(1-10)、主控電流SOC模塊(1_11)、高壓電路控制保護模塊 (1-12)和絕緣檢測模塊(1-13)，主控模塊CPU(I-I)的輸入端與主控電源變換模塊(1-2)的輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第一輸入輸出端與主控指示燈(1- 的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第二輸入輸出端與主控看門狗(1-4)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第三輸入輸出端與主控存儲器(1-5)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第四輸入輸出端與主控系統(tǒng)時鐘(1-6)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第五輸入輸出端通過RS232模塊與對時功能模塊(1_7)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第六輸入輸出端通過隔離電路與RS485模塊(1_8)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU (1-1)的第七輸入輸出端通過隔離電路與外部CAN接口電路(1-9)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第八輸入輸出端通過隔離電路與內(nèi)部CAN接口電路(1-10)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第九輸入輸出端通過隔離電路與主控電流SOC模塊(1-11)的輸入輸出端相連，主控模塊CPU(I-I)的第十輸入輸出端通過隔離電路與高壓電路控制保護模塊(1-12) 的第一輸入輸出端相連，高壓電路控制保護模塊(1-1 的第二輸入輸出端與絕緣檢測模塊(1-13)的輸入輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，對時功能模塊 (1-7)包括 GPS (1-7-1)、IRIG-B 碼發(fā)生器(1-7-2)、B 解碼器(1-7-3)，GPS (1-7-1)接收 GPS 數(shù)據(jù)波，GPS(l-7-l)的輸出端與^IG-B碼發(fā)生器(1-7- 的輸入端相連，IRIG-B碼發(fā)生器 (1-7-2)的輸出端與B解碼器(1-7-3)的輸入端相連，B解碼器(1_7_3)的第一輸出端與儲能電站⑵的輸入端相連，B解碼器(1-7-3)的第二輸出端與主控模塊CPU(I-I)的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，中間控制模塊 (4)包括中間控制模塊CPU(4-1)、中間控制模塊電源變換模塊G-2)、中間控制模塊指示燈 G-3)、中間控制模塊看門狗G-4)、中間控制模塊存儲器G-5)、中間控制模塊內(nèi)部CAN接口電路(4-6)和中間控制模塊電流SOC檢測模塊0-7)，中間控制模塊CPU(4-1)的輸入端與中間控制模塊電源變換模塊(4- 的輸出端相連，中間控制模塊CPU(4-1)的第一輸入輸出端與中間控制模塊指示燈G-3)的輸入輸出端相連，中間控制模塊CPU(4-1)的第二輸入輸出端與中間控制模塊看門狗G-4)的輸入輸出端相連，中間控制模塊CPU(4-1)第三輸入輸出端與中間控制模塊存儲器G-5)的輸入輸出端相連，中間控制模塊CPU (4-1)的第四輸入輸出端通過隔離電路與中間控制模塊內(nèi)部CAN接口電路(4-6)相連，中間控制模塊CPU(4-1)的第五輸入輸出端通過隔離電路與中間控制模塊電流SOC檢測模塊G-7)的輸入輸出端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，測控模塊(6)包括測控模塊CPU(6-1)、測控電源變換模塊(6-2)、測控指示燈(6-3)、測控看門狗(6_4)、測控存儲器(6-5)、均衡模塊(6-6)、電壓檢測模塊(6-7)、溫度檢測模塊(6-8)、測控CAN模塊 (6-9)和測控內(nèi)部CAN模塊(6-10)，測控模塊CPU(6-1)的輸入端與測控電源變換模塊(6-2)的輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第一輸入輸出端與測控指示燈(6-3)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第二輸入輸出端與測控看門狗(6-4)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第三輸入輸出端與測控存儲器(6-5)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第四輸入輸出端通過隔離電路與均衡模塊(6-6)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第五輸入輸出端通過隔離電路與電壓檢測模塊(6-7)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU (6-1)的第六輸入輸出端通過隔離電路與溫度檢測模塊(6-8)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第七輸入輸出端通過隔離電路與測控CAN模塊(6-9)的輸入輸出端相連，測控模塊CPU(6-1)的第八輸入輸出端通過隔離電路與測控內(nèi)部CAN模塊(6-10)的輸入輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，均衡模塊(6-6)包括2m-l個單體電池BiJm-I個支路均衡電阻Rdm個支路開關(guān)。、干路均衡電阻&、干路開關(guān)K、第一光耦繼電器K1、第二光耦繼電器K2、第三光耦繼電器K3和第四光耦繼電器K4，其中，i = 1,2, ... , 2m-1, j = 1, 2,…，2m,2m-l個單體電池Bi串聯(lián)，每個單體電池Bi的兩端都并聯(lián)設(shè)置均衡支路，所述均衡支路由一個支路均衡電阻R和一個支路開關(guān)h串聯(lián)組成，奇數(shù)位的支路開關(guān)h所在均衡支路并聯(lián)，偶數(shù)位的支路開關(guān)^所在均衡支路并聯(lián)，兩條并聯(lián)支路的輸出端之間串聯(lián)干路均衡電阻&和干路開關(guān)K，偶數(shù)位的并聯(lián)支路的輸出端還與第一光耦繼電器Kl的一端相連，偶數(shù)位的并聯(lián)支路的輸出端還與第四光耦繼電器K4的一端相連，奇數(shù)位的并聯(lián)支路的輸出端還與第二光耦繼電器K2的一端相連，第二光耦繼電器K2 的另一端與第一光耦繼電器Kl的另一端相連，并作為5V電源的正極輸入端，奇數(shù)位的并聯(lián)支路的輸出端還與第三光耦繼電器K3的一端相連，第三光耦繼電器K3的另一端與第四光耦繼電器K4的另一端相連，并作為5V電源的負極輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，其特征在于，電池單體陣列模塊(5)由多塊電池單體串并聯(lián)組成。
專利摘要儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，屬于電能管理領(lǐng)域，本實用新型為解決目前的儲能電站使用的電池管理系統(tǒng)還存在可靠性差、電能質(zhì)量不高的問題。本實用新型所述儲能電站中的電池管理系統(tǒng)，它包括主控模塊、測控模塊、n個中間控制模塊和n個電池單體陣列模塊，主控模塊通過CAN總線與儲能電站之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過RS485接口與測控模塊之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過RS232接口與儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)之間實現(xiàn)通信，主控模塊通過CAN總線與n個中間控制模塊之間實現(xiàn)通信，每個中間控制模塊與一個電池單體陣列模塊相連。
文檔編號H02J7/00GK202190107SQ20112032442
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者孔令敏, 王中秋, 趙俊義 申請人:哈爾濱冠拓電源設(shè)備有限公司