一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統的製作方法
2023-09-20 13:02:45
專利名稱：一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電池管理系統，具體是指一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的大規模鋰電池組的電池管理系統。
背景技術：
目前，隨著世界電力需求的持續增長和新能源產業的不斷發展，迫切需要大容量儲能系統與之相配套，平滑電力負荷，提高設備運行效率和經濟性，解決可再生能源發展的瓶頸問題。大容量儲能系統一般都是指兆瓦級，目前，大多數儲能系統採用多個鋰電池直接並聯的方式成組，以達到提高系統容量的目的；多電池並聯雖然能夠無限的提高電池組的容量，但是以這種方式成組的系統複雜，電池之間容易出現環流，損壞電池壽命，且系統維護困難。總結來說，現有的大規模儲能系統具有以下不足和缺點 I) 成組複雜，一般採用電池先並聯後串聯，或者先串聯後並聯的成組方式，中間沒有增加隔離模塊，模組之間容易產生環流，損壞電池；2) 維護困難，多個單體並聯作為系統的一個單體模塊，電池出現故障時，不利於對故障電池進行定位及及時對電池進行維護、更換。3) 擴展難度大，當需要提高系統的容量時，由於每個子系統不是獨立運作的，需要將系統暫停運作，並重新設計；當某一個子系統接入儲能系統時，由於電池組之間可能存在總電壓差異，接入瞬間，負責接入子系統的接觸器有可能產生「打火」現象，從而損壞高壓器件。4) 通訊接口不統一，儲能管理系統大多採用CAN、RS485等通訊接口，不利於與其他系統的對接；同時，由於儲能系統數據量巨大，數據容易丟失，不能保證數據的實時傳輸。5) 電池充放電不均衡，由於每簇電池通過高壓接觸器並聯儲能系統，沒有做任何隔離措施，電池組在充放電過程中，難以保證均衡，不利於實現獨立控制。以上不足，導致目前的儲能系統的應用未達到智能化，這在工程設計、生產測試、運行維護等方面都帶來極不方便，效率較低，妨礙儲能系統大範圍的推廣應用。
發明內容針對上述問題，本實用新型提供一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統。本實用新型採取的技術方案為一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，包括多個儲能節點、功率控制模塊及與功率控制模塊通訊的監控調度系統，其特徵在於:每個儲能節點包括電池組、對應該電池組的電池管理子系統、電源轉換模塊及高壓保護模塊；所述高壓保護模塊與電池組連接，電源轉換模塊一端與高壓保護模塊連接，另一端與直流母線連接；電池管理子系統與電池組、電源轉換模塊及高壓保護模塊均連接，實現電池組狀態數據採集、高壓保護模塊控制及電源轉換模塊控制；所述各儲能節點內的電池管理子系統與監控調度系統及功率控制模塊均連接；各儲能節點內的電源轉換模塊均與功率控制模塊連接。優選的，所述電池管理子系統與電源轉換模塊通過冗餘幹節點實現節點的獨立運行。優選的，所述電池管理子系統與監控調度系統通過乙太網連接。優選的，所述電源轉換模塊與功率控制模塊通過CAN總線連接。優選的，所述電池組內電池採用單並多串方式成組，即在一個電池組內部電池單體採用並聯方式連接，各電池組之間採用串聯方式連接。 本實用新型所述電池管理系統採用分布式儲能拓撲結構，每個分布式儲能節點處電池組採用單並多串方式成組，通過電源轉換模塊相互隔離，並由管理子系統對各電池組獨立管理，智能化程度高；各節點通過乙太網模塊組網，結合自適應的通信協議，實現由後臺系統集中對各節點進行調度、監控和控制。其功能優勢具體體現在以下幾個方面(I)採用電源轉換模塊對節點進行隔離處理，能夠有效防止電池組間電壓不平衡造成的環流以及高壓器件接入瞬間的「打火」現象；(2)系統節點電池組結構簡單，可對電池進行全方位故障診斷定位，避免電池間複雜的電氣幹擾；(3)系統節點獨立運行，節點內部電池出現故障，可由節點內管理子系統對故障電池位置進行屏蔽處理，保證系統的不間斷運行；(4)系統擴展簡單，系統節點可自我控制和調節，能夠獨立完成充放電，通過乙太網組網，由後臺系統實時監控調度，可實現系統的無限擴展；(5)系統節點可根據自身的參數及需求，智能調整能量的輸入、輸出。
圖I所述電池管理系統的結構組成示意框圖。
具體實施方式
為了便於本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本實用新型進行進一步詳細描述。如圖1，本實用新型所揭示的電池管理系統採用分布式儲能拓撲結構設計，系統內設一功率控制模塊、一監控調度系統及多個獨立的智能化電池組模塊組成的儲能節點，功率控制模塊與監控調度系統採用TCP/IP協議實現通訊，共同對下設的若干個智能化電池組模塊進行監控和管理。其中，每個智能化電池組模塊(儲能節點)包括電池組、對應該電池組的電池管理子系統、電源轉換模塊及高壓保護模塊。電池組內電池採用單並多串方式成組。所述高壓保護模塊與電池組連接，電源轉換模塊一端與高壓保護模塊連接，另一端與直流母線連接。電池管理子系統與電池組對電池組狀態數據進行採集，與電源轉換模塊及高壓保護模塊連接，對兩個模塊進行控制；同時各儲能節點內的電池管理子系統與監控調度系統通過乙太網連接組網，與功率控制模塊通過CAN總線連接。各儲能節點內的電源轉換模塊均與功率控制模塊也連接，監控調度系統通過功率控制模塊進而對各電源轉換模塊進行控制。每個儲能節點下的電池組內設多個電池模塊及多個電池管理單元BMU，還可設置電壓檢測、溫度檢測以及風機控制、均衡控制等單元。一個電池管理單元BMU可管理多個電池模塊，通過電壓檢測、溫度檢測等單元採集電池模塊狀態數據，並通過CAN總線傳遞給與其對應的電池管理子系統。電池管理子系統根據採集到的電池狀態數據執行均衡控制或風機控制等操作。同時電池管理子系統也會將電池狀態數據上傳至監控調度系統，也接受監控調度系統的總體調度控制。本實施例中，電池管理子系統與電源轉換模塊通過冗餘幹節點實現節點的獨立運行，即一個功率控制模塊和監控調度系統下配置多個節點，包括滿足正常使用時負荷的節點，也包括多個備用節點，當系統發生故障時，冗餘配置的部分接入並承擔故障部分的工作，便於維修維護，同時不影響系統的正常運行，可減少系統的故障時間。由於系統內電池採用單並多串方式成組，即在一個電池組內部電池單體採用並聯方式連接，各電池組之間 採用串聯方式連接。系統內各節點科獨立運行，一個電池組內部並聯的電池出現故障，可由節點內管理子系統對故障電池位置進行屏蔽處理，保證系統的不間斷運行，同時管理子系統也將該故障信息上報，監控調度系統可根據系統運行情況作整體調度。採用本實用新型所述電池管理系統對由多簇鋰電池組並聯組成的大規模電池組進行管理控制，實現對用電設備的不間斷供電，並具有移峰填谷作用，降低配電和用電成本。所述電池管理系統可平滑電池組聯合發電功率的波動性，增強電池組可控性，減少電力系統的備用容量，提高供電可靠性；還可跟蹤發電計劃出力，提高聯合發電的預測性，減小出力偏差。本實用新型中未具體介紹的功能模塊，均可採用本領域常用技術手段，在此不再贅述。上述實施例為本實用新型實現的優選方案，並非限定性窮舉，在相同構思下本實用新型還可以有其他變換形式，需要說明的是，在不脫離本實用新型構思前提下，任何顯而易見的替換和微小變化均在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，包括多個儲能節點、功率控制模塊及與功率控制模塊通訊的監控調度系統，其特徵在於， 每個儲能節點包括電池組、對應該電池組的電池管理子系統、電源轉換模塊及高壓保護模塊；所述高壓保護模塊與電池組連接，電源轉換模塊一端與高壓保護模塊連接，另一端與直流母線連接； 電池管理子系統與電池組、電源轉換模塊及高壓保護模塊均連接，實現電池組狀態數據採集、高壓保護模塊控制及電源轉換模塊控制； 所述各儲能節點內的電池管理子系統與監控調度系統及功率控制模塊均連接；各儲能節點內的電源轉換模塊均與功率控制模塊連接。
2.根據權利要求I所述的適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，其特徵在於所述電池管理子系統與電源轉換模塊通過冗餘幹節點實現節點的獨立運行。
3.根據權利要求I所述的適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，其特徵在於所述電池管理子系統與監控調度系統通過乙太網連接。
4.根據權利要求I所述的適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，其特徵在於所述電源轉換模塊與功率控制模塊通過CAN總線連接。
5.根據權利要求I所述的適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，其特徵在於所述電池組內電池採用單並多串方式成組，即在一個電池組內部電池單體採用並聯方式連接，各電池組之間採用串聯方式連接。
6.根據權利要求I所述的適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，其特徵在於所述功率控制模塊及監控調度系統之間通過TCP/IP協議通訊。
專利摘要本實用新型涉及一種適用於多簇鋰電池組並聯使用的電池管理系統，包括多個儲能節點、功率控制模塊及監控調度系統。每個儲能節點包括電池組、電池管理子系統、電源轉換模塊及高壓保護模塊；高壓保護模塊與電池組連接，電源轉換模塊與高壓保護模塊連接；電池管理子系統與電池組、電源轉換模塊及高壓保護模塊均連接；各儲能節點內的電池管理子系統與監控調度系統及功率控制模塊均連接；各儲能節點內的電源轉換模塊均與功率控制模塊連接。本實用新型對由多簇鋰電池組並聯組成的大規模電池組進行管理控制，實現對用電設備的不間斷供電，可平滑電池組聯合發電功率的波動性，增強電池組可控性，提高供電可靠性。
文檔編號H02J7/00GK202712883SQ201220136040
公開日2013年1月30日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者劉飛, 文鋒, 阮旭松, 鄧錦熾 申請人:惠州市億能電子有限公司