电池管理系统内的分级功率限制保护方法与流程

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种电池管理系统内的分级功率限制保护方法。

背景技术：

现有的调频储能系统在对电池管理系统的电池堆进行频繁反复的充放电操作的过程中，尤其处于充放电过程的充满或放空最后阶段，电池管理系统中的电池堆的电池参数的变化速率很快，譬如：电压变化速率很快，因此，易于出现过压或欠压、过流等情形。

为了避免电池堆处于过压或欠压或过流等情况下，则需要对电池堆进行保护。现有的保护策略为：当电池堆出现过压或欠压或过流等情况时，执行自动断闸的操作，从而起到保护电池堆的效果。

因此，现有的储能系统，电池管理系统出现异常情况而执行自动断闸的操作，起到保护电池堆的目的。但是，电池堆断闸后，需要运维人员对断闸后的电池堆进行分析、诊断、检修、确认安全等操作后，才能执行合闸操作，因此，存在维护时间长，维护人工成本高的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池管理系统内的分级功率限制保护方法，以解决现有的调频储能系统存在的维护时间长，维护成本高，且易于断闸的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电池管理系统内的分级功率限制保护方法，其包括如下步骤：

获取电池参数；

判断电池参数是否满足预设功率限制条件；

当电池参数满足预设功率限制条件时，确认多个预设告警等级中与电池参数对应的目标告警等级；

确认目标告警等级的多个预设告警中与电池参数对应的目标告警；

获取与目标告警对应的预设告警功率限制策略，且执行预设告警功率限制策略。

作为本发明的进一步改进，确认目标告警等级的多个预设告警中与电池参数对应的目标告警的步骤之后，还包括：

从当前时刻计时，且确认与目标告警对应的目标预设功率限制等待时长；

在目标预设功率限制等待时长内，重新获取电池参数，并根据重新获取的电池参数确认是否仍为目标告警。

作为本发明的进一步改进，电池参数包括电压信息、电流信息、合闸状态信息、通讯状态信息、温度信息、均衡状态信息和自检状态信息中的一种及其组合。

作为本发明的进一步改进，多个预设告警等级包括a告警等级、b告警等级、c告警等级和d告警等级，其中，a告警等级包括bms系统绝缘告警、bms内部接触器合闸状态告警、bms内部采集计算管理单元通讯状态告警，bms与pcs通讯状态告警，b告警等级包括bms检测的充放电过流告警、bms检测的电池电压告警，c告警等级包括bms检测的电池温度告警；d告警等级包括bms检测的电池均衡状态告警和bms检测的内部采集单元自检状态告警。

作为本发明的进一步改进，当目标告警等级为a告警等级时，对充电功率和放电功率同步限制，且限制至最小充电功率和最小放电功率。

作为本发明的进一步改进，当目标告警等级为b告警等级，且目标告警为bms检测的充放电过流告警时，对充电功率和放电功率同步限制，bms检测的充放电过流告警包括多个预设电流阈值，每一个预设电流阈值对应一个预设等待时长和预设限制功率值，越大的预设电流阈值对应的预设等待时长越短且对应的预设限制功率值越小。

作为本发明的进一步改进，当目标告警等级为b告警等级，且目标告警为bms检测的电池电压告警时，对充电功率或放电功率进行限制，bms检测的电池电压告警包括多个预设电压阈值，多个预设电压阈值构成多个电压区间，不同的电压区域对应不同的预设功率限制策略。

作为本发明的进一步改进，当目标告警等级为c告警等级，且目标告警为bms检测的电池温度告警时，对充电功率和放电功率同步限制，bms检测的电池温度告警包括多个预设温度阈值，多个预设温度阈值构成多个温度区间，不同的温度区间对应不同的预设功率限制策略。

作为本发明的进一步改进，当目标告警等级为d告警等级时，根据电池参数计算得到状态异常程度，当状态异常程度超过预设异常阈值时，逐步降低充电功率或放电功率，或暂停充电操作或放电操作。

与现有技术相比，本发明电池管理系统根据获取的电池参数，确认目标告警等级，且确认该目标告警等级中的目标告警，则执行与该目标告警对应的预设告警功率限制策略，至此，本案可以根据告警的不同等级，采用不同的功率限制策略，因此，大多数情况下，无需执行断闸操作，从而减少了人工维护的次数，进而既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。此外，不同的告警等级，采用不同的功率限制策略，因此，告警防护效果更佳，告警处理速率更快。

附图说明

图1为本发明调频储能系统一个实施例的框架结构示意图；

图2为本发明电池管理系统内的分级功率限制保护方法一个实施例的流程示意图；

图3为本发明电池管理系统内的分级功率限制保护方法另一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1展示了本发明调频储能系统的一个实施例。在本实施例中，该调频储能系统包括agc控制系统层、储能监控系统层、中压箱系统层和电池箱系统层，其中，该中压箱系统层包括多个中压箱系统，每一个中压箱系统包括多个储能变流器pcs和一个集控设备，该电池箱系统层包括多个电池箱系统，每一个电池箱系统包括多个电池管理系统，每一个电池管理系统对应一个储能变流器。

为了更加详细说明本发明的技术方案，以中压箱系统层包括4个中压箱系统、电池箱系统层包括4个电池箱系统为例，对本案进行详细说明。

参见图1，该调频储能系统包括agc控制系统层1、储能监控系统层2、中压箱系统层3和电池箱系统层4，其中，该中压箱系统层3包括第1个中压箱系统、第2个中压箱系统、第3个中压箱系统和第4个中压箱系统，该电池箱系统层4包括第1个电池箱系统、第2个电池箱系统、第3个电池箱系统和第4个电池箱系统。

具体地，第1个中压箱系统包括集控设备kq1、储能变流器pcs1-1、储能变流器pcs1-2、储能变流器pcs1-3、储能变流器pcs1-4；......；第4个中压箱系统包括集控设备kq4、储能变流器pcs4-1、储能变流器pcs4-2、储能变流器pcs4-3、储能变流器pcs4-4。

第1个电池箱系统包括电池管理系统bms1-1、电池管理系统bms1-2、电池管理系统bms1-3和电池管理系统bms1-4；......；第4个电池箱系统包括电池管理系统bms4-1、电池管理系统bms4-2、电池管理系统bms4-3和电池管理系统bms4-4。

进一步地，电池管理系统bmsi-j与储能变流器pcsi-j通信连接。

至此，己经详细介绍了本发明实施例调频储能系统的硬件结构。下面，将基于上述调频储能系统，提出本发明的各个实施例。

图2展示了本发明电池管理系统内的分级功率限制保护方法的一个实施例。在本实施例中，如图2所示，该电池管理系统内的分级功率限制保护方法，包括如下步骤：

步骤s1，获取电池参数。

在本实施例的基础上，其他实施例中，电池参数包括电压信息、电流信息、合闸状态信息、通讯状态信息、温度信息、均衡状态信息和自检状态信息中的一种及其组合。

步骤s2，判断电池参数是否满足预设功率限制条件；当电池参数满足预设功率限制条件时，则执行步骤s3。当电池参数不满足预设功率限制条件时，则执行步骤s6。

步骤s3，确认多个预设告警等级中与电池参数对应的目标告警等级。

在本实施例的基础上，其他实施例中，多个预设告警等级包括a告警等级、b告警等级、c告警等级和d告警等级。

需要说明的是，在本实施例中，可以根据电池参数的属性信息确认告警等级。

具体地，当电池参数的属性为温度信息时，则为c告警等级。

步骤s4，确认目标告警等级的多个预设告警中与电池参数对应的目标告警。

在本实施例的基础上，其他实施例中，a告警等级包括bms系统绝缘告警、bms内部接触器合闸状态告警、bms内部采集计算管理单元通讯状态告警，bms与pcs通讯状态告警，b告警等级包括bms检测的充放电过流告警、bms检测的电池电压告警，c告警等级包括bms检测的电池温度告警；d告警等级包括bms检测的电池均衡状态告警和bms检测的内部采集单元自检状态告警。

步骤s5，获取与目标告警对应的预设告警功率限制策略，且执行预设告警功率限制策略。

步骤s6，保持当前充电功率或放电功率继续运行。

在本实施例中，电池管理系统根据电池参数确认并未出现告警，保持当前运行状态即可。

本实施例电池管理系统根据获取的电池参数，确认目标告警等级，且确认该目标告警等级中的目标告警，则执行与该目标告警对应的预设告警功率限制策略，至此，本案可以根据告警的不同等级，采用不同的功率限制策略，因此，大多数情况下，无需执行断闸操作，从而减少了人工维护的次数，进而既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。此外，不同的告警等级，采用不同的功率限制策略，因此，告警防护效果更佳，告警处理速率更快。

图3展示了本发明电池管理系统内的分级功率限制保护方法的另一个实施例。在本实施例中，如图3所示，该电池管理系统内的分级功率限制保护方法，包括如下步骤：

步骤s10，获取电池参数。

该步骤s10与上述实施例的步骤s1类似，因此，在此不再赘述。

步骤s11，判断电池参数是否满足预设功率限制条件；当电池参数满足预设功率限制条件时，则执行步骤s12。当电池参数不满足预设功率限制条件时，则执行步骤s17。

该步骤s11与上述实施例的步骤s2类似，因此，在此不再赘述。

步骤s12，确认多个预设告警等级中与电池参数对应的目标告警等级。

该步骤s12与上述实施例的步骤s3类似，因此，在此不再赘述。

步骤s13，确认目标告警等级的多个预设告警中与电池参数对应的目标告警。

该步骤s13与上述实施例的步骤s4类似，因此，在此不再赘述。

步骤s14，从当前时刻计时，且确认与目标告警对应的目标预设功率限制等待时长。

步骤s15，在目标预设功率限制等待时长内，重新获取电池参数，并根据重新获取的电池参数确认是否仍为目标告警。当在目标预设功率限制等待时长内，确认仍为目标告警，则执行步骤s16。当在目标预设功率限制等待时长内，确认非目标告警，执行步骤s17。

步骤s16，获取与目标告警对应的预设告警功率限制策略，且执行预设告警功率限制策略。

该步骤s16与上述实施例的步骤s5类似，因此，在此不再赘述。

具体地，在本实施例的基础上，其他实施例中，当目标告警等级为a告警等级时，对充电功率和放电功率同步限制，且限制至最小充电功率和最小放电功率。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以如下例子为例，进行详细说明：

a告警等级包括:

1、bms系统绝缘告警warn1：与bms系统绝缘告警warn1对应的功率限制等待时长为time1,对储能变流器pcs额充电、放电功率大小限制分别为：chargelimit1，dischargelimit1；

在本实施例中，chargelimit1，dischargelimit1的大小根据用户的需求进行自由设置。

2、bms内部接触器合闸状态告警warn2：与bms内部接触器合闸状态告警warn2对应的功率限制等待时长为time2,对储能变流器pcs额充电、放电功率大小限制分别为：chargelimit2，dischargelimit2；

在本实施例中，chargelimit2，dischargelimit2的大小根据用户的需求进行自由设置。

3、bms内部采集计算管理单元通讯状态告警warn3：与bms内部采集计算管理单元通讯状态告警warn3对应的功率限制等待时长为time3,对储能变流器pcs额充电、放电功率大小限制分别为：chargelimit3，dischargelimit3；

在本实施例中，chargelimit3，dischargelimit3的大小根据用户的需求进行自由设置。

4、bms与pcs通讯状态告警warn4：与bms与pcs通讯状态告警warn4对应的功率限制等待时长为time4,对储能变流器pcs额充电、放电功率大小限制分别为：chargelimit4，dischargelimit4。

在本实施例中，chargelimit4，dischargelimit4的大小根据用户的需求进行自由设置。

在本实施例中，由于a告警等级的严重程度最高，因此，bms对pcs的可最大响应的充电功率或放电功率限制到0，防止电池管理系统bms运行中，事态进一步恶化。

譬如：bms内部采集设备通讯故障：通讯故障期间，部分电池的运行数据就不能正常被bms采集、收敛、计算，因此，会使得部分电池处于失去监控的状态，致使电池管理系统的充放电过程非常危险，因此，bms对pcs的可最大响应的充电功率或放电功率限制到0。

进一步地，在上述实施例的基础上，其他实施例中，当目标告警等级为b告警等级，且目标告警为bms检测的充放电过流告警时，对充电功率和放电功率同步限制，bms检测的充放电过流告警包括多个预设电流阈值，每一个预设电流阈值对应一个预设等待时长和预设限制功率值，越大的预设电流阈值对应的预设等待时长越短且对应的预设限制功率值越小。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以如下例子为例，进行详细说明：

b告警等级包括:

1、bms检测的充放电过流告警warn1：该bms检测的充放电过流告警warn1包括多个预设电流阈值。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以4个预设电流阈值为例进行详细说明，具体参见表1。

表1

其中，warn1_max1＞warn1_max2＞warn1_max3＞warn1_max4；

time1＜time2＜time3＜time4；

chargelimit1＜chargelimit2＜chargelimit3＜chargelimit4；

dischargelimit1＜dischargelimit2＜dischargelimit3＜dischargelimit4。

具体地，pcs接收到bms的限制功率指令时，功率逐步梯度下降至最小功率限制值，甚至可以降低至0，使得pcs处于待机状态。当pcs处于待机状态时，不再响应kq的功率调度指令，待告警解除时，bms解除功率限制，从而避免过流保护导致的断闸现象的发生。

在上述实施例的基础上，其他实施例中，当目标告警等级为b告警等级，且目标告警为bms检测的电池电压告警时，对充电功率或放电功率进行限制，bms检测的电池电压告警包括多个预设电压阈值，多个预设电压阈值构成多个电压区间，不同的电压区域对应不同的预设功率限制策略。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以如下例子为例，进行详细说明：

b告警等级包括:

1、bms检测的电池电压告警warn2：该bms检测的电池电压告警warn2包括多个预设电压阈值。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以8个预设电压阈值为例进行详细说明，具体参见表2。

表2

假设电池管理系统电压的运行阈值范围为：2.6v-3.65v，其中，v1＝2.6v，v8＝3.65v。

当放电过程中，电池管理系统当前电压小于v1＝2.6v，则处于欠压状态，即电池管理系统bms进行放电欠压断闸保护策略。

当充电过程中，电池管理系统当前电压大于v8＝3.65v，则处于过压状态，即电池管理系统bms进行充电过压断闸保护策略。

只有在这两种情况下，才会触发断闸保护策略，才需要人工维护，进而需要人工合闸，进而降低了断闸的概率，既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。

假设电池管理系统的当前电压为vd：当v4＜vd＜v5，譬如：v4＝2.9v，v5＝3.5v，bms不限制pcs的最大的充电、放电响应功率，即pcs接收kq发送的功率指令，根据该功率指令控制电池管理系统。

当v5＜vd＜v6，bms限制1/2的充电功率，不限制放电功率；

当v6＜vd＜v7，bms限制1/4的充电功率，不限制放电功率；

当v7＜vd＜v8，bms限制充电功率为0，不限制放电功率；具体地，不允许充电，允许放电，在充电过程中，逐步将充电功率按照不同过压阈值梯度减小，直至为0，从而有效防止充电顶端电压变化过快而突破过压阈值v8，发生断闸现象。

当v3＜vd＜v4，bms限制1/2的放电功率，不限制充电功率；

当v2＜vd＜v3，bms限制1/4的放电功率，不限制充电功率；

当v1＜vd＜v2，bms限制放电功率为0，不限制充电功率，具体地，不允许放电，允许充电，放电过程中，逐步将放电功率按照不同欠压阈值梯度减少，直至为0，从而有效防止放电底端电压变化过快而突破欠压阈值v1，发生断闸现象。

在上述实施例的基础上，其他实施例中，当目标告警等级为c告警等级，且目标告警为bms检测的电池温度告警时，对充电功率和放电功率同步限制，bms检测的电池温度告警包括多个预设温度阈值，多个预设温度阈值构成多个温度区间，不同的温度区间对应不同的预设功率限制策略。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以如下例子为例，进行详细说明：

c告警等级包括:

1、bms检测的电池温度告警warn1：该bms检测的电池温度告警warn1包括多个预设温度阈值。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以6个预设温度阈值为例进行详细说明，具体参见表3。

表3

假设电池管理系统bms的运行温度范围为：5℃-45℃，其中，temp1＝5℃，temp6＝45℃。

当处于充电、或放电过程中，电池管理系统采集的当前温度值tempd大于temp6，会引发bms进行过温保护，从而实现断闸操作，或者电池管理系统的当前温度值tempd小于temp1，会引发bms进行欠温保护，从而实现断闸操作，因此，只有在这两种情况下，才会触发断闸保护策略，才需要人工维护，进而需要人工合闸，进而降低了断闸的概率，既减少了维护成本，也提升了调频储能系统的运行稳定性能。

当temp3≤tempd≤temp4，譬如：temp3＝15℃，temp4＝35℃，bms不限制pcs的最大的充电、放电功率，即：pcs接收kq发送的功率指令，并根据该功率指令控制bms运行。

当temp2≤tempd≤temp3，或当temp4≤tempd≤temp5，譬如：temp2＝10℃，temp4＝40℃，bms同时限制1/2的充电功率和放电功率。

当temp1≤tempd≤temp2，或当temp5≤tempd≤temp6，bms同时限制充电功率和放电功率为0。

在上述实施例的基础上，其他实施例中，当目标告警等级为d告警等级时，根据电池参数计算得到状态异常程度，当状态异常程度超过预设异常阈值时，逐步降低充电功率或放电功率，或暂停充电操作或放电操作。

为了更加详细的说明本发明的技术方案，以如下例子为例，进行详细说明：

d告警等级包括:

1、bms检测的电池均衡状态告警，与该bms检测的电池均衡状态告警对应的功率限制等待时长，以及与该bms检测的电池均衡状态告警对应的均衡异常阈值。

2、bms检测的内部采集单元自检状态告警，与该bms检测的内部采集单元自检状态告警对应的功率限制等待时长，以及与该bms检测的内部采集单元自检状态告警对应的自检状态异常阈值。

在电池管理系统中，特定功能随着储能系统运行自动开启，譬如：均衡功能和自检功能等。当某些功能，发出短暂异常的情况下，经过bms综合分析其他各种运行参数得到状态异常程度，譬如：电压、温度和电流等。

如果状态异常程度，小于该均衡异常阈值，小于该自检状态异常阈值，不会影响到电池管理系统的安全运行，bms会保留限制pcs的充放电功率的能力，但是，暂时不做功率限制输出。

如果状态异常程度，超过该均衡异常阈值，或超过该自检状态异常阈值，bms会触发一定的充电、放电功率的功率限制指令给pcs，或减少甚至停止pcs对电池管理系统bms的充电、放电操作。

步骤s17，保持当前充电功率或放电功率继续运行。

该步骤s17与上述实施例的步骤s6类似，因此，在此不再赘述。

本实施例当初步确认告警后，在预设功率限制等待时长内进行验证，避免根据采集到的瞬间电池参数(具体地：瞬间告警，其余时间正常)进行功率限制操作，影响电池管理系统的稳定运行，进而提升了电池管理系统的运行稳定性能。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。