专利名称：储能电站中的电池管理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种储能电站中的电池管理系统，属于电能管理领域。
背景技术：
“储能电站”是现代化城市为节约和调度电能而建立的一种小型电站。据估算，一个由20个电池模块组成的兆瓦级“储能电站”，可满足若干个居民小区或多幢商务楼宇一天的非动力用电之需。储能电站不仅可以应对电网中断或大面积停电等突发事件，而且可以起到对电能“削峰填谷”的调节作用。在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出。它具备能量转化效率高，绿色环保无污染等众多优势，同时，对于电网的安全运行及发电厂的科学建设也有着相当重要的意义。储能电站具体的运作模式如同储电银行，在用电低谷期储存富余的电，在用电高峰期调度使用。从而减少电能浪费及线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局， 改善电能质量。储能站中的电池在电网中的应用主要分跟踪负荷式和跟踪电源式两种，可以保障可再生能源功率的平滑输出，降低功率预测偏差，也可以采用分布式储能技术解决局部电压控制问题，促进节能减排、设备应用充分高效、减少资源浪费、提高用电可靠性、改善电能质量。储能技术的突破或将能够缓解不同电力之间的利益之争，推动新能源产业的快速发展，更重要的是能够高效利用清洁能源，改变我国能源构成比例，促进节能减排。更大的意义在于大力推动中国的储能技术研发，促进储能产业化应用，这将促进我国新能源科技的发展。但是目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。
发明内容本实用新型目的是为了解决目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题，提供了一种储能电站中的电池管理系统。本实用新型所述储能电站中的电池管理系统，它包括主控模块、测控模块、η个中间控制模块和η个电池单体阵列模块，主控模块通过CAN总线与储能电站之间实现通信，主控模块通过RS485接口与测控模块之间实现通信，主控模块通过RS232接口与储能电站监控系统之间实现通信，主控模块通过CAN总线与η个中间控制模块之间实现通信，每个中间控制模块与一个电池单体阵列模块相连，η为大于10的自然数。本实用新型的优点本实用新型将储能电站接在升压变压器低压侧0. 4KV处接入，主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能应用。主要由蓄电池、蓄电池管理系统(BMS)、能量转换系统(PCS)、储能站监控系统等组成。储能站将实现提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能。提高电能质量通过有功、无功功率控制等手段实现。与新能源配合是指储能站与站内的光伏、风电等系统配合，平衡间歇式能源的输出，为电网提供高质量电能。储能电池堆使用寿命大于30年。
图1为本实用新型所述储能电站的电池管理系统的结构示意图；图2为主控模块的结构示意图；图3是主控模块的对时功能模块的结构示意图；图4是中间控制模块的结构示意图；图5是测控模块的结构示意图；图6是测控模块的均衡模块的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述储能电站中的电池管理系统，它包括主控模块1、测控模块6、n个中间控制模块4和η个电池单体阵列模块5，主控模块1通过CAN总线与储能电站2之间实现通信，主控模块1通过RS485接口与测控模块6之间实现通信，主控模块1通过RS232接口与储能电站监控系统3之间实现通信，主控模块1通过CAN总线与η个中间控制模块4之间实现通信，每个中间控制模块 4与一个电池单体阵列模块5相连，η为大于10的自然数。储能电站2接在升压变压器低压侧0.4KV处接入，主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能应用。主要由蓄电池(η个电池单体阵列模块5)、电池管理系统(BMS)、储能电站2、储能站监控系统3等组成。储能电站2将实现提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能。提高电能质量通过有功、无功功率控制等手段实现， 有功控制是指通过储能站监控系统3接收来自远方调度的有功控制指令，或按照就地频率测量以及对频率调整的需求来控制电池系统充、放电状态；无功控制是指通过储能站监控系统3接收来自远方调度的无功控制指令对PCS进行控制。孤网运行是指按照设定的条件脱离主网，在容量范围内为部分负荷提供符合电网电能质量要求的电能。与新能源配合是指储能站与站内的光伏、风电等系统配合，平衡间歇式能源的输出，为电网提供高质量电能。储能电池堆使用寿命不小于30年(按照每天充放电一次计)，或充放电循环寿命不小于18000次。本实施方式所述电池管理系统无论在储能电站2充电过程中还是放电过程中都能可靠的完成电池单体阵列模块5中的电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知储能电站2或储能站监控系统3，以便采用更加合理的控制策略，对电池单体阵列模块5中的蓄电池可能出现的故障进行报警并保护其本体，对蓄电池单体及模块的运行进行优化控制，保证蓄电池安全、可靠、稳定的运行。本实施方式所述电池管理系统完成的功能为单体电芯电压检测；储能电站2总电压的检测；充放电电流的检测；电池温度的检测；储能电站2的SOC的估测，SOC (state of charge，荷电状态)。当蓄电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。SOC= 1即表示为电池充满状态。控制蓄电池运行时必须考虑其荷电状态；储能电站SOH的估测，蓄电池的内阻是反映运行中蓄电池健康状态 (SOH)的一项重要的参数，内阻值如明显的变化，表明单体电池的性能也发生明显的变化。 在运行中应定期进行测试，测试周期为一季度到一年。不同的内阻仪器测试的结果偏差较大，且同一蓄电池内阻进行纵向比较才与SOH有较高的相关性。因此，蓄电池投运6个月性能稳定后应用内阻测试仪记录蓄电池内阻的原始值作为基准值。在以后的运行中定期测量蓄电池的内阻并与值相比较。当内阻值与基准值偏差超过30%时就要引起注意，应采用容量测试等更精确的措施来确定蓄电池的SOH ；绝缘电阻检测；电池故障检测及实时报警；自诊断有无内部电路故障等，并发出报警信号；与储能电站监控系统3通信，向其提供的实时电池及系统状态信息，并可接受其下达的运行参数及报警阀值等信息(CAN)；具有操作权限密码管理功能，任何改变运行方式和运行参数的操作均需要权限确认。
具体实施方式
二 下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，主控模块1包括主控模块CPUl-I、主控电源变换模块1-2、主控指示灯1-3、主控看门狗1-4、主控存储器1-5、主控系统时钟1-6、对时功能模块1-7、RS485模块1_8、外部 CAN接口电路1-9、内部CAN接口电路1-10、主控电流SOC模块1-11、高压电路控制保护模块1-12和绝缘检测模块1-13，主控模块CPUl-I的输入端与主控电源变换模块1-2的输出端相连，主控模块CPUl-I的第一输入输出端与主控指示灯1-3的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第二输入输出端与主控看门狗1-4的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第三输入输出端与主控存储器1-5的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第四输入输出端与主控系统时钟1-6的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第五输入输出端通过RS232模块与对时功能模块1_7的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第六输入输出端通过隔离电路与RS485模块1_8的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第七输入输出端通过隔离电路与外部CAN接口电路1_9的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第八输入输出端通过隔离电路与内部CAN接口电路1_10的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第九输入输出端通过隔离电路与主控电流SOC模块1_11的输入输出端相连，主控模块CPUl-I的第十输入输出端通过隔离电路与高压电路控制保护模块1-12 的第一输入输出端相连，高压电路控制保护模块1-12的第二输入输出端与绝缘检测模块 1-13的输入输出端相连。主控电源变换模块1-2利用220V供电，通过电源变换器得到三路隔离电源，输出电压均为5V，但有功率和耐压得区别，所以不能混用。其中第一路输出的功率最大，用于主控模块CPUl-I供电；第二路供内部CAN接口电路1-10使用，第三路供主控电流SOC模块 1-11使用，其余隔离电源采用DC-DC模块。主控指示灯1-3包括电源指示灯和运行状态指示灯。反映出系统各个模块是否正常运行。主控看门狗1-4采用硬件看门狗。主控存储器1-5为一个记录系统参数，一个记录运行数据。所述系统参数包括不均衡参数、不匹配电压阀值、严重故障参数、历史数据页码、历史数据满标志、故障数据页码、故障数据满标志、最大允许充电电压、总电压阀值、电流阀值、电流通道零点、电压通道零点、绝缘电流通道零点、绝缘电压通道零点、电流常数、充电常数、放电常数、绝缘电流常数、绝缘电压常数，SOC等等。其中S0C，历史、故障数据页码作备份。所述运行数据包括运行历史记录，故障记录，运行数据和故障记录按页分段，一页未写满，下一记录另起一页。其中历史记录方式每2分钟(时间可调)记录一条运行记录至历史数据地址，记录满后，将历史记录满标志置位，并在从第0开始覆盖以前记录。故障记录方式当出现故障的时候， 写一条记录，如果故障未恢复也未变化，则每隔3分钟记录一条，如果故障变化，则出现新的故障就记录一条。主控系统时钟1-6用于提供系统记录数据的发生时间，也可用于自放电的处理。RS485模块1_8为主控模块1和测控模块6之间通信提供端口电路。测控模块6 设置在室内，其它组件设置在室外。外部CAN接口电路1-9为主控模块1与储能电站2之间通信提供端口电路。将电池的重要参数或事件传送至储能电站2。内部CAN接口电路1-10为主控模块1与中间控制模块4之间通信提供端口电路。用于组建中间控制模块4网络，该网络由η个中间控制模块4系统组成，用于主控模块1接收中间控制模块4所采集到的信息，并下发各种指令。主控电流SOC模块1-11读取中间控制模块4反馈回来的电流数据，完成电流的测量和AH(安时)累计。电流采样周期100mS。所述电池管理系统上电以后，主控模块1首先依次调用电池数据，读取充满电标志位，如果所有的从中间控制模块4返回的电池充满电标志均置位，则利用最低电压得到初始化S0C，同时，清除充电满标志位；如果从中间控制模块4返回的电池充满电标志未置位，则从错误标识EE内读出S0C，并以此为依据进行安时积分的办法进行SOC估算。高压电路控制保护模块1-12 由于储能电站2的电压较高(达到700V以上)，故单独设计高压电自动断路控制器模块，实时监控高压电路的电气状态，在发现异常后通过状态线输出故障状态并作出相应的动作，在系统短路或其他危险的情况下自动切断高压电输出，用以保证系统安全。绝缘检测模块1-13 检测动力电池与储能电站外壳之间的绝缘电阻，并按照国家电动汽车GS/T 18384. 1 18384. 3-2001相关标准对绝缘进行分级，分级编号、标准和建议参见下表。
故障级别绝缘电阻建议0> 500 Ω/V正常1介于100 Ω /V与500 Ω /V之间需及时维护
权利要求1.储能电站中的电池管理系统，其特征在于，它包括主控模块(1)、测控模块(6)、η个中间控制模块(4)和η个电池单体阵列模块(5)，主控模块(1)通过CAN总线与储能电站( 之间实现通信，主控模块(1)通过RS485 接口与测控模块(6)之间实现通信，主控模块(1)通过RS232接口与储能电站监控系统(3) 之间实现通信，主控模块(1)通过CAN总线与η个中间控制模块(4)之间实现通信，每个中间控制模块(4)与一个电池单体阵列模块(5)相连，η为大于10的自然数。
2.根据权利要求1所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，主控模块(1)包括主控模块CPU(I-I)、主控电源变换模块(1-2)、主控指示灯(1-3)、主控看门狗(1-4)、主控存储器(1-5)、主控系统时钟(1-6)、对时功能模块(1-7)、RS485模块(1_8)、外部CAN接口电路(1-9)、内部CAN接口电路(1-10)、主控电流SOC模块(1_11)、高压电路控制保护模块 (1-12)和绝缘检测模块(1-13)，主控模块CPU(I-I)的输入端与主控电源变换模块(1-2)的输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第一输入输出端与主控指示灯(1- 的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第二输入输出端与主控看门狗(1-4)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第三输入输出端与主控存储器(1-5)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第四输入输出端与主控系统时钟(1-6)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第五输入输出端通过RS232模块与对时功能模块(1_7)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第六输入输出端通过隔离电路与RS485模块(1_8)的输入输出端相连，主控模块CPU (1-1)的第七输入输出端通过隔离电路与外部CAN接口电路(1-9)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第八输入输出端通过隔离电路与内部CAN接口电路(1-10)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第九输入输出端通过隔离电路与主控电流SOC模块(1-11)的输入输出端相连，主控模块CPU(I-I)的第十输入输出端通过隔离电路与高压电路控制保护模块(1-12) 的第一输入输出端相连，高压电路控制保护模块(1-1 的第二输入输出端与绝缘检测模块(1-13)的输入输出端相连。
3.根据权利要求2所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，对时功能模块 (1-7)包括 GPS (1-7-1)、IRIG-B 码发生器(1-7-2)、B 解码器(1-7-3)，GPS (1-7-1)接收 GPS 数据波，GPS(l-7-l)的输出端与^IG-B码发生器(1-7- 的输入端相连，IRIG-B码发生器 (1-7-2)的输出端与B解码器(1-7-3)的输入端相连，B解码器(1_7_3)的第一输出端与储能电站⑵的输入端相连，B解码器(1-7-3)的第二输出端与主控模块CPU(I-I)的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，中间控制模块 (4)包括中间控制模块CPU(4-1)、中间控制模块电源变换模块G-2)、中间控制模块指示灯 G-3)、中间控制模块看门狗G-4)、中间控制模块存储器G-5)、中间控制模块内部CAN接口电路(4-6)和中间控制模块电流SOC检测模块0-7)，中间控制模块CPU(4-1)的输入端与中间控制模块电源变换模块(4- 的输出端相连，中间控制模块CPU(4-1)的第一输入输出端与中间控制模块指示灯G-3)的输入输出端相连，中间控制模块CPU(4-1)的第二输入输出端与中间控制模块看门狗G-4)的输入输出端相连，中间控制模块CPU(4-1)第三输入输出端与中间控制模块存储器G-5)的输入输出端相连，中间控制模块CPU (4-1)的第四输入输出端通过隔离电路与中间控制模块内部CAN接口电路(4-6)相连，中间控制模块CPU(4-1)的第五输入输出端通过隔离电路与中间控制模块电流SOC检测模块G-7)的输入输出端相连。
5.根据权利要求1所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，测控模块(6)包括测控模块CPU(6-1)、测控电源变换模块(6-2)、测控指示灯(6-3)、测控看门狗(6_4)、测控存储器(6-5)、均衡模块(6-6)、电压检测模块(6-7)、温度检测模块(6-8)、测控CAN模块 (6-9)和测控内部CAN模块(6-10)，测控模块CPU(6-1)的输入端与测控电源变换模块(6-2)的输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第一输入输出端与测控指示灯(6-3)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第二输入输出端与测控看门狗(6-4)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第三输入输出端与测控存储器(6-5)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第四输入输出端通过隔离电路与均衡模块(6-6)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第五输入输出端通过隔离电路与电压检测模块(6-7)的输入输出端相连，测控模块CPU (6-1)的第六输入输出端通过隔离电路与温度检测模块(6-8)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第七输入输出端通过隔离电路与测控CAN模块(6-9)的输入输出端相连，测控模块CPU(6-1)的第八输入输出端通过隔离电路与测控内部CAN模块(6-10)的输入输出端相连。
6.根据权利要求5所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，均衡模块(6-6)包括2m-l个单体电池BiJm-I个支路均衡电阻Rdm个支路开关。、干路均衡电阻&、干路开关K、第一光耦继电器K1、第二光耦继电器K2、第三光耦继电器K3和第四光耦继电器K4，其中，i = 1,2, ... , 2m-1, j = 1, 2,…，2m,2m-l个单体电池Bi串联，每个单体电池Bi的两端都并联设置均衡支路，所述均衡支路由一个支路均衡电阻R和一个支路开关h串联组成，奇数位的支路开关h所在均衡支路并联，偶数位的支路开关^所在均衡支路并联，两条并联支路的输出端之间串联干路均衡电阻&和干路开关K，偶数位的并联支路的输出端还与第一光耦继电器Kl的一端相连，偶数位的并联支路的输出端还与第四光耦继电器K4的一端相连，奇数位的并联支路的输出端还与第二光耦继电器K2的一端相连，第二光耦继电器K2 的另一端与第一光耦继电器Kl的另一端相连，并作为5V电源的正极输入端，奇数位的并联支路的输出端还与第三光耦继电器K3的一端相连，第三光耦继电器K3的另一端与第四光耦继电器K4的另一端相连，并作为5V电源的负极输入端。
7.根据权利要求1所述的储能电站中的电池管理系统，其特征在于，电池单体阵列模块(5)由多块电池单体串并联组成。
专利摘要储能电站中的电池管理系统，属于电能管理领域，本实用新型为解决目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。本实用新型所述储能电站中的电池管理系统，它包括主控模块、测控模块、n个中间控制模块和n个电池单体阵列模块，主控模块通过CAN总线与储能电站之间实现通信，主控模块通过RS485接口与测控模块之间实现通信，主控模块通过RS232接口与储能电站监控系统之间实现通信，主控模块通过CAN总线与n个中间控制模块之间实现通信，每个中间控制模块与一个电池单体阵列模块相连。
文档编号H02J7/00GK202190107SQ20112032442
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者孔令敏, 王中秋, 赵俊义 申请人:哈尔滨冠拓电源设备有限公司