一种船舶电池管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种电池技术，特别涉及一种船舶电池管理系统。

背景技术：

随着新能源技术的发展和人们对船舶性能要求的提高，纯电动船舶和混合动力船舶近年来得到越来越多的应用。但目前的纯电动船舶和混合动力船舶的电池管理系统基本上都采用常规的车用电池管理系统。

由于船舶的工作环境不同于陆用产品，规范对船用电池动力系统的控制和安全保护要求都与车用电池管理系统有很大区别；船舶不具有汽车的批量化生产特点，不同船舶设计的动力电池的电压等级、容量、冷却方式、布置型式和散热条件等因素不尽相同。为船舶定制化设计锂电池系统成本高，开发周期长，因此设计一种通用型船舶电池管理系统具有重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型是针对船舶电池管理个性化强不适合通用电池管理系统的问题，提出了一种船舶电池管理系统采用多级管理方法，灵活方便，电池管理系统通过配置参数，可满足不同船舶电池动力系统的管理需求。

本实用新型的技术方案为：一种船舶电池管理系统，包括船舶交流电网、隔离变压器、断路器、变流器、电池簇、强电控制模块、总电池管理系统BMS、本地显示器、监测报警系统和电力推进负载；船舶交流电网经过隔离变压器隔离后，又通过闭合的断路器后经过变流器将交流电转变成直流电后为各电池簇进行充电；各电池簇的电能经变流器逆变成交流电后通过断路器为电力推进负载供电；各电池簇由强电控制模块和总电池管理系统进行控制和管理；总电池管理系统BMS将动力电池的各状态信息和故障报警信息传送至船舶监测报警系统；总电池管理系统BMS将各种信息通讯至本地显示器；船舶电池管理系统包括多个并联的电池簇，每个电池簇包括一个簇电池管理系统CBMS和若干个串联的电池包，每个电池包包括一个包电池管理系统BBMS和一个电池箱，每个电池箱由若干个电池单体先串联后并联而成，包电池管理系统BBMS、簇电池管理系统CBMS和总电池管理系统BMS依次通过CAN总线进行通讯，强电控制模块接在变流器输出端与总电池管理系统BMS之间。

所述强电控制模块包括与变流器输出端连接的放电控制模块、充电控制模块和保护模块，强电控制模块通过CAN总线与总电池管理系统BMS进行数据交换；强电控制模块还包括对电池簇进行检测监测的冷却系统检测模块、绝缘检测模块、总电流检测模块、总电压检测模块和总电量检测模块，监测数据通过CAN总线送总电池管理系统BMS。

所述总电池管理系统BMS与本地显示器进行通讯，将电池的状态信息发送至本地显示器进行显示，同时接收来自本地显示器的电池参数配置信息；总电池管理系统BMS与监测报警系统进行通讯，总电池管理系统BMS设有RS232、RS485和以太网三种通讯接口，可按照MODBUS RTU协议或者MODBUS TCP协议两种通讯协议将动力电池的各状态信息和故障报警信息传送至船舶监测报警系统；总电池管理系统BMS与电力推进负载进行通讯，总电池管理系统BMS输出电池功率和报警信号至电力推进负载。

所述包电池管理系统BBMS和电池箱里的电压测量模块、温度测量模块、电流测量模块和均衡模块进行通讯，包电池管理系统BBMS采集各个电池单体的电压、温度信号送簇电池管理系统CBMS，包电池管理系统BBMS输出充放电控制信号到各个电池单体。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型一种船舶电池管理系统，采用单体、电池包、电池簇、电池系统多级管理方法，避免了大数目电池单体成组的集成难度和控制难度；可通过配置本地显示器上或者总电池管理系统BMS程序中的电池单体参数和电池成组架构，从而使各级电池管理系统满足不同船舶电池动力系统的实际控制要求；BMS设有RS232通讯接口、RS485通讯接口和以太网通讯接口，可以按照MODBUS RTU协议（RS232和RS485通讯接口）或者MODBUS TCP协议（以太网通讯接口）将动力电池的各状态信息和故障报警信息传送至船舶监测报警系统，满足船舶电气电子产品的规范要求；BMS 会根据电池实时状态计算出动力电池所允许的功率限值，并通过硬线（模拟量信号）将功率限值传送至电力推进负载，电力推进负载将根据此值对推进负载进行功率限制，可以有效地防止电池因过载而导致推进系统停机，符合船舶的设备保护和航行安全的要求；BMS会将电池的综合报警和综合故障信号通过硬线（开关量信号）传送至电力推进负载，电力推进负载将根据此信号做启动联锁和应急停车控制，符合船舶的设备安全保护要求。

附图说明

图1为本实用新型船舶电池管理系统总体结构图；

图2为本实用新型系统中强电控制模块工作图；

图3为本实用新型系统中总电池管理系统BMS工作图；

图4为本实用新型系统中包电池管理系统BBMS工作图；

图5为本实用新型系统中本地显示器主页界面示意图。

具体实施方式

如图1所示船舶电池管理系统总体结构图，包括船舶交流电网1、隔离变压器2、断路器3、变流器4、电池簇5、强电控制模块6、总电池管理系统BMS7、本地显示器8、监测报警系统9、电力推进负载10。

一种船舶电池管理系统，可实现以下三种能量流过程。a.经过隔离变压器2隔离后的船舶交流电网1直接为电力推进负载10供电。b.船舶交流电网1经过隔离变压器2隔离后，又通过闭合的断路器3后经过变流器4将交流电转变成直流电后为各电池簇5进行充电。c.各电池簇5的电能经变流器4逆变成交流电后通过断路器为电力推进负载10供电。

其中电池簇5由一个簇电池管理系统CBMS5-1和若干个并联的电池包5-2组成。每个电池包5-2又由一个包电池管理系统BBMS5-2-2和一个电池箱5-2-1组成，电池箱5-2-1由若干个电池单体5-2-1-5先串联后并联而成。

为了避免大量电池单体5-2-1-5集中成组的集成和管理难度，本实用新型采用多级电池管理的方式，即配置若干个电池簇5并联供电，各电池簇5由强电控制模块6和总电池管理系统7进行控制和管理。如图2所示强电控制模块工作图，其中强电控制模块6中设有与变流器4输出端连接的放电控制模块6-1、充电控制模块6-2和保护模块6-3，对整体电池系统进行充放电过程的监测、控制和保护，强电控制模块通过CAN总线与总电池管理系统BMS进行数据交换；强电控制模块还有对电池簇5进行检测监测的冷却系统检测模块6-4、绝缘检测模块6-5、总电流检测模块6-6、总电压检测模块6-7和总电量检测模块6-8，对整体电池系统的冷却、绝缘、电压、电流和SOC进行监测。强电控制模块6用来检测整体电池系统的状态并将数据通过CAN总线送总电池管理系统BMS7。

如图3所示总电池管理系统BMS工作图，a．与本地显示器8进行通讯，总电池管理系统BMS7将电池的状态信息发送至本地显示器8进行显示，同时可以接收来自本地显示器8的电池参数配置信息。b．与监测报警系统9进行通讯，总电池管理系统BMS7设有RS232、RS485和以太网三种通讯接口，可以按照MODBUS RTU协议（RS232和RS485通讯接口）或者MODBUS TCP协议（以太网通讯接口）两种通讯协议将动力电池的各状态信息和故障报警信息传送至船舶监测报警系统，满足船舶电气电子产品的规范要求。c．与电力推进负载10进行通讯，总电池管理系统BMS7根据电池状态计算出动力电池所允许的功率限值，并通过硬线（模拟量信号）传送至电力推进负载，用以使电力推进负载10实时对推进负载进行功率限制，可有效防止电池因过载而导致推进系统停机；同时将动力电池的综合报警和综合故障信号通过硬线（开关量信号）传送至电力推进负载，用以使电力推进负载做启动联锁和应急停车控制，符合船舶的设备安全保护要求。

船舶电池管理系统具有三级电池管理系统，包电池管理系统BBMS5-2-2，簇电池管理系统CBMS5-1和总电池管理系统BMS7。三级电池管理系统之间通过CAN总线进行通讯。包电池管理系统BBMS5-2-2负责底层电池单体的管理；簇电池管理系统CBMS5-1位于中间，连接包电池管理系统BBMS5-2-2和总电池管理系统BMS7，对电池簇进行管理；总电池管理系统BMS7位于顶层，一方面负责对内部各并联的电池簇进行总体管理，另一方面负责以下对外通讯。

如图4所示包电池管理系统BBMS工作图，包电池管理系统BBMS通过和电池箱里的电压测量模块、温度测量模块、电流测量模块和均衡模块进行通讯，从而实现包电池管理系统BBMS对各个电池单体的电压、温度信号的采集以及充放电控制。

所述的总电池管理系统BMS设有RS232通讯接口、RS485通讯接口和以太网通讯接口，可根据实际需要选择其中的一种通讯接口与船舶监测报警进行通讯。所述总电池管理系统BMS会按照MODBUS RTU协议（RS232和RS485通讯接口）或者MODBUS TCP协议（以太网通讯接口）将动力电池的各状态信息和故障报警信息传送至船舶监测报警系统，确保轮机员了解动力电池的状态。

所述的总电池管理系统BMS 会根据电池的SOC、温度、电压等一系列参数计算出动力电池所允许的功率限值，并通过硬线（模拟量信号）传送至电力推进负载，电力推进负载将根据此值对推进负载进行功率限制，从而保护电池组。

所述的总电池管理系统BMS 会将动力电池的综合报警和综合故障信号通过硬线（开关量信号）传送至电力推进负载，电力推进负载将根据此信号做启动联锁和应急停车控制。

如图5所示本地显示器主页界面示意图，电池管理系统具有一个本地显示器，总电池管理系统BMS将各种信息通讯至本地显示器8，本地显示器设置有用户管理界面、主界面，参数配置界面、故障报警界面、电池簇界面、电池包界面、单体电池界面。