一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置的制作方法

本实用新型属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置。

背景技术：

储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术。储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微电网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术；储能系统可广泛应用于电力系统的发、输、配、用各个环节，可以提高电网运行安全性、可靠性及灵活性，被各方认为具有广阔的发展机遇和应用前景。

目前电力存储的主要介质是电化学电池储能系统，对电池性能的要求是大容量、长寿命、快速响应和可受控充放电，现有锂离子电池、铅炭蓄电池已具有市场可以接受的能量密度比和功率密度比、良好的充放电效率和灵活的成组方式，基本上可满足目前电力系统中的大规模储能要求。

不过由于蓄电池本身的固有特性，是具有明显的非线性、不一致性和时变特性，其在长期充放电过程中易受各单体电池间充电接受能力的差异影响，造成电池之间的离散性加大、性能衰减加剧，进而影响使用寿命，同时不一致性的短板效应造成储能系统利用率降低并且极易产生缺陷蓄电池单体发生过充或过放并有可能会产生威胁安全的严重后果。因此，设计电池管理系统来对蓄电池进行监测和不一致性的均衡处理并有效管理尤为重要。由此，各种储能蓄电池管理系统BMS不断出现并得到应用。

现有技术对储能系统的蓄电池组串进行管理大多采用分层集中监测管理，受到监测电路模块I/O接口数量限制，一个监测管理电路模块监测和管理蓄电池组串中的数个或数十个单体蓄电池连接的蓄电池组或蓄电池包，再由多个连接监测管理电路模块的蓄电池组或蓄电池包串联构成蓄电池组串并由上一级管理模块进行管控，MW级的储能系统往往超过三个层级的管理控制；另外对于较大规模的储能系统，蓄电池单体和蓄电池包体量比较大，每个蓄电池(或蓄电池包)长达数十公分，每个监测电路模块需要连接数个或数十个蓄电池单体，每一个蓄电池都要连接多个信号采集传感器并且连接距离不等，这样连接大量不等长的线束，不仅费工费时极易出错，而且还会影响监测精度和一致性，降低储能系统运行的可靠性。

由于蓄电池组串的多个单体蓄电池之间的不一致性，造成各个单体蓄电池电量的不一致，有多有少；需要进行主动均衡，移多补少并需要在一个充放电循环中完成均衡工作。现有技术大多采用在蓄电池组串内的两个电能差距大的蓄电池单体之间以多补少，而且均衡电流一般只有2A至5A，对于储能蓄电池单体容量1000A以上是常用的规格，现有技术一次充放电循环过程能够均衡的能力不足3％，特别是通常蓄电池组串有230个单体蓄电池以上，其均衡能力对于储能系统而言是杯水车薪，电能均衡效果是非常有限的，根本不能满足实际应用需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷与不足，在充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，并在基础上创新设计了每一个单体蓄电池可以独立受控接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡的均衡电量充放电辅助储能系统，可以同时对多个单体蓄电池进行均衡。其具体技术方案是：一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，主要包括：蓄电池单体信号监测模块、正极电压信号采集传感器、负极电压信号采集传感器、温度信号采集传感器、电流信号采集传感器、蓄电池主体、单体蓄电池正极接线柱、单体蓄电池负极接线柱、均衡电量充放电蓄电池正极连接端子、均衡电量充放电蓄电池负极连接端子、均衡电量充放电模块接入的正极接线柱、均衡电量充放电模块接入的负极接线柱、通信接口、外接通信链路、上位管理控制机、电能均衡电量充放电辅助储能系统、电能均衡正极直流母线、电能均衡负极直流母线、单体蓄电池正极与相邻单体蓄电池连线、单体蓄电池负极与相邻单体蓄电池连线，其中：

蓄电池单体信号监测模块连接正极电压信号采集传感器，并由正极电压信号采集传感器连接单体蓄电池正极接线柱，构成正极电压信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块连接负极电压信号采集传感器，并由负极电压信号采集传感器连接单体蓄电池负极接线柱，构成负极电压信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块连接温度信号采集传感器，并由温度信号采集传感器连接单体蓄电池负极接线柱，构成蓄电池温度信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块连接电流信号采集传感器，并由电流信号采集传感器连接单体蓄电池正极接线柱或蓄电池组串中的两个相邻单体蓄电池正负极串联的连线上，构成蓄电池电流信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块通过通信接口连接外接通信链路并由外接通信链路与上位管理控制机连接，构成蓄电池单体信号监测模块与上位管理控制机交互信息的通信链路；

蓄电池主体与单体蓄电池正极接线柱和单体蓄电池负极接线柱连接，构成单体蓄电池；

蓄电池主体通过单体蓄电池正极接线柱连接均衡电量充放电蓄电池正极连接端子并由均衡电量充放电蓄电池正极连接端子通过蓄电池单体信号监测模块的均衡电量充放电模块接入的正极接线柱连接电能均衡电量充放电辅助储能系统的电能均衡正极直流母线，构成单体蓄电池接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统的正极直流电力路径；

蓄电池主体通过单体蓄电池负极接线柱连接均衡电量充放电蓄电池负极连接端子并由均衡电量充放电蓄电池负极连接端子通过蓄电池单体信号监测模块的均衡电量充放电模块接入的负极接线柱连接电能均衡电量充放电辅助储能系统的电能均衡负极直流母线，构成单体蓄电池接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统的负极直流电力路径。

一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，所述蓄电池单体信号监测模块主要包括：嵌入式微处理器、时钟电路、程序模块、数据存储电路、信号采集处理电路、多传感器接口电路、电控开关驱动电路、外部通信接口电路、外部无线通信接口电路、电源电路、连接蓄电池正极电控开关、连接蓄电池负极电控开关、内部总线、连接蓄电池正极接线端子、连接蓄电池负极接线端子，其特征是：

嵌入式微处理器通过内部总线分别连接时钟电路、程序模块、数据存储电路、信号采集处理电路、电控开关驱动电路、外部通信接口电路、外部无线通信接口电路，构成动态监测模块监控链路；

电源电路连接嵌入式微处理器，构成蓄电池单体信号监测模块供电电力路径；

嵌入式微处理器通过内部总线连接信号采集处理电路，并由信号采集处理电路通过多传感器接口电路分别连接多个相应传感器，构成蓄电池信号采集链路；

嵌入式微处理器通过内部总线分别连接外部通信接口电路和外部无线通信接口电路，并由外部通信接口电路及外部无线通信接口电路内部连接的通信接口经外接通信链路与上位管理控制机链接交换信息，构成蓄电池单体信号监测模块与上位管理控制机的通信链路。

一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，所述电流信号采集传感器的特征是：对于由多个单体蓄电池串联构成的蓄电池组串，只要在蓄电池组串的任意一个单体蓄电池正极接线柱或蓄电池组串中的任意相邻的两个单体蓄电池正负极串联的单体蓄电池正极与相邻单体蓄电池连线或单体蓄电池负极与相邻单体蓄电池连线上连接一个电流信号采集传感器，即可完成蓄电池组串的电流信号采集。

本实用新型一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，实现单体蓄电池的动态动态监测，并且创新设计了每一个单体蓄电池可以独立接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统，同时可以对蓄电池组串中的多个任意的单体蓄电池进行均衡，保证了均衡的有效性。本实用新型安装方便、省去了长短不齐的众多信号采集线束，增强了储能系统的可靠性，不仅大幅提升了监测精度，也提高了监测过程中的一致性，节省了现场的大量人力物力，缩短了安装调试的宝贵时间，取得了显著的技术效果。

附图说明

图1是一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置的构成原理框图。

图2是蓄电池单体信号监测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对一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置给予说明，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单体蓄电池动态监测均衡装置，主要包括：蓄电池单体信号监测模块(1)、正极电压信号采集传感器(2)、负极电压信号采集传感器(3)、温度信号采集传感器(4)、电流信号采集传感器(5)、蓄电池主体(6)、单体蓄电池正极接线柱(7)、单体蓄电池负极接线柱 (8)、均衡电量充放电蓄电池正极连接端子(9)、均衡电量充放电蓄电池负极连接端子(10)、均衡电量充放电模块接入的正极接线柱(11)、均衡电量充放电模块接入的负极接线柱(12)、通信接口(13)、外接通信链路(14)、上位管理控制机(15)、电能均衡电量充放电辅助储能系统(16)、电能均衡正极直流母线(17)、电能均衡负极直流母线(18)、单体蓄电池正极与相邻单体蓄电池连线(19)、单体蓄电池负极与相邻单体蓄电池连线(20)，其中：

蓄电池单体信号监测模块(1)连接正极电压信号采集传感器(2)，并由正极电压信号采集传感器(2)连接单体蓄电池正极接线柱(7)，构成正极电压信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块(1)连接负极电压信号采集传感器(3)，并由负极电压信号采集传感器(3)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成负极电压信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块(1)连接温度信号采集传感器(4)，并由温度信号采集传感器(4)连接单体蓄电池负极接线柱(8)，构成蓄电池温度信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块(1)连接电流信号采集传感器(5)，并由电流信号采集传感器(5)连接单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的两个相邻单体蓄电池正负极串联的连线上，构成蓄电池电流信号采集链路；

蓄电池单体信号监测模块(1)通过通信接口(13)连接外接通信链路 (14)并由外接通信链路(14)与上位管理控制机(15)连接，构成蓄电池单体信号监测模块(1)与上位管理控制机(15)交互信息的通信链路；

蓄电池主体(6)与单体蓄电池正极接线柱(7)和单体蓄电池负极接线柱(8)连接，构成单体蓄电池；

蓄电池主体(6)通过单体蓄电池正极接线柱(7)连接均衡电量充放电蓄电池正极连接端子(9)并由均衡电量充放电蓄电池正极连接端子(9)通过蓄电池单体信号监测模块(1)的均衡电量充放电模块接入的正极接线柱(11) 连接电能均衡电量充放电辅助储能系统(16)的电能均衡正极直流母线(17)，构成单体蓄电池接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统的正极直流电力路径；

蓄电池主体(6)通过单体蓄电池负极接线柱(8)连接均衡电量充放电蓄电池负极连接端子(10)并由均衡电量充放电蓄电池负极连接端子(10)通过蓄电池单体信号监测模块(1)的均衡电量充放电模块接入的负极接线柱(12) 连接电能均衡电量充放电辅助储能系统(16)的电能均衡负极直流母线(18)，构成单体蓄电池接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统的负极直流电力路径。

如图2所示，一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，所述蓄电池单体信号监测模块(1)主要包括：嵌入式微处理器(101)、时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、多传感器接口电路(106)、电控开关驱动电路(107)、外部通信接口电路(108)、外部无线通信接口电路(109)、电源电路(110)、连接蓄电池正极电控开关(111)、连接蓄电池负极电控开关(112)、内部总线(113)、连接蓄电池正极接线端子(121)、连接蓄电池负极接线端子(122)，其特征是：

嵌入式微处理器(101)通过内部总线(113)分别连接时钟电路(102)、程序模块(103)、数据存储电路(104)、信号采集处理电路(105)、电控开关驱动电路(107)、外部通信接口电路(108)、外部无线通信接口电路(109)，构成动态监测模块监控链路；

电源电路(110)连接嵌入式微处理器(101)，构成蓄电池单体信号监测模块(1)供电电力路径；

嵌入式微处理器(101)通过内部总线(113)连接信号采集处理电路(105)，并由信号采集处理电路(105)通过多传感器接口电路(106)分别连接多个相应传感器，构成蓄电池信号采集链路；

嵌入式微处理器(101)通过内部总线(113)分别连接外部通信接口电路(108)和外部无线通信接口电路(109)，并由外部通信接口电路(108)及外部无线通信接口电路(109)内部连接的通信接口(13)经外接通信链路(14) 与上位管理控制机(15)链接交换信息，构成蓄电池单体信号监测模块(1)与上位管理控制机(15)的通信链路。

一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，所述电流信号采集传感器(5) 的特征是：对于由多个单体蓄电池串联构成的蓄电池组串，只要在蓄电池组串的任意一个单体蓄电池正极接线柱(7)或蓄电池组串中的任意相邻的两个单体蓄电池正负极串联的单体蓄电池正极与相邻单体蓄电池连线(19)或单体蓄电池负极与相邻单体蓄电池连线(20)上连接一个电流信号采集传感器(5)，即可完成蓄电池组串的电流信号采集。

本实用新型一种基于单体蓄电池动态监测均衡装置，充分利用微电子技术发展成果，采用高性价比的嵌入式微处理器构成的蓄电池单体监测模块，实现单体蓄电池的动态动态监测，并且创新设计了每一个单体蓄电池可以独立接入蓄电池组串以外的直流移多补少电能均衡电量充放电辅助储能系统，同时可以对蓄电池组串中的多个任意的单体蓄电池进行均衡，保证了均衡的有效性。本实用新型安装方便、省去了长短不齐的众多信号采集线束，增强了储能系统的可靠性，不仅大幅提升了监测精度，也提高了监测过程中的一致性，节省了现场的大量人力物力，缩短了安装调试的宝贵时间，取得了显著的技术效果。