锂电池储能管理系统及锂电池储能系统的制作方法

本发明涉及储能系统技术领域，尤其是涉及一种锂电池储能管理系统及锂电池储能系统。

背景技术：

随着绿色节能概念的推广，储能系统成为新能源行业发展的生力军之一，储能系统涵盖了电池行业、逆变器行业、计算机行业、互联网行业、供配电行业至少五大行业的技术融合，在进行技术融合的过程中，催生了对储能系统的数据化需求、责任明确化需求和安全性需求。

目前储能系统实施涉及bms(batterymanagementsystem，电池管理系统)厂家、pcs(powerconversionsystem，储能变流器)厂家、ems(energymanagementsystem，能源管理系统)厂家、电芯厂家、epc(engineeringprocurementconstruction，设计采购施工)厂家，功能既交叉又不完善；储能系统发生故障的原因可能涉及多个厂家，由于工作数据记录不全，导致责任交叉且责任归属不明确。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锂电池储能管理系统及锂电池储能系统，以缓解现有技术中数据记录不全，故障责任归属不明确的技术问题。

本发明提供的一种锂电池储能管理系统，包括：计算及控制模块、故障录波模块和信息采集装置；所述信息采集装置包括以下至少一种：环境变量采集模块、用电侧控制模块、发电侧控制模块、电表数据采集模块、pcs控制模块和电池控制单元；

所述信息采集装置、所述故障录波模块分别与所述计算及控制模块连接；

所述计算及控制模块在系统发生故障时，控制所述故障录波模块进行录波操作，以记录故障信息；所述故障信息包括所述信息采集装置在系统故障时刻所采集的信息；

所述计算及控制模块基于所述故障信息进行分析，确定所述故障对应的故障责任归属方。

进一步的，所述计算及控制模块还连接有历史数据存储模块；

所述计算及控制模块，实时获取所述用电侧控制模块、所述发电侧控制模块、所述电表数据采集模块、所述pcs控制模块和所述电池控制单元的工作数据，并将所述工作数据存储至所述历史数据存储模块。

进一步的，所述计算及控制模块还连接有历史数据网络接口、控制网络接口和调度网络接口；

所述计算及控制模块通过所述历史数据网络接口将存储于所述历史数据存储模块的工作数据传输至云平台；

所述计算及控制模块通过所述控制网络接口，对外提供配置信息远程修改及远程控制功能；

所述计算及控制模块通过所述调度网络接口，接收并执行电网侧的系统控制指令。

进一步的，所述计算及控制模块还连接有第一风扇控制模块和空调消防控制模块；

所述计算及控制模块根据所述环境变量采集模块采集的系统环境参数，判断所述系统环境参数超过预设阈值时，控制所述第一风扇控制模块和/或所述空调消防控制模块工作；所述环境参数包括以下至少一项：第一温度信息、湿度信息、烟雾信息和有害气体信息。

进一步的，所述电池控制单元、所述用电侧控制模块、所述发电侧控制模块、所述电表数据采集模块、所述pcs控制模块和所述空调消防控制模块分别通过一个通讯及安全继电器模块与所述计算及控制模块连接。

进一步的，所述电池控制单元包括：控制核心模块及多个电池模组控制模块；

每个所述电池模组控制模块通过一个通讯及安全链信号继电器与所述控制核心模块连接；每个所述电池模组控制模块分别与一个电池模组连接；所述电池模组包括多个串联的锂电池；

在所述电池模组发生故障，且与所述电池模组连接的通讯及安全链信号继电器自动断开后，所述控制核心模块控制其内部的通讯及安全继电器模块断开。

进一步的，所述控制核心模块包括：控制芯片及与其分别连接的温度采集模块、干接点输入模块、第二风扇控制模块、电流采样模块、绝缘监测模块、电池输入输出控制模块；

所述控制芯片通过ad转换电路获取所述温度采集模块采集的第二温度信息；

所述控制芯片通过cpu中断功能获取所述干接点输入模块的信号；

所述控制芯片通过干接点输出功能向所述第二风扇控制模块发送开启或断开指令；

所述控制芯片通过隔离模块、差分放大模块、所述ad转换电路，解析并计算所述电流采样模块采集的电流信号；

所述控制芯片获取所述绝缘监测模块监测到的系统的绝缘数据；

所述电池输入输出控制模块在所述电池模组的充放电回路发生过流或短路时自动断开，以对所述充放电回路进行保护。

进一步的，所述电池模组控制模块包括：风扇驱动模块、电池均衡模块、电压及温度采集模块；

所述控制核心模块通过所述电压及温度采集模块获取所述电池模组的电压信息和第三温度信息，在判断所述第三温度信息大于预设阈值时，控制所述风扇驱动模块工作，以驱动风扇进行温度控制；

所述控制核心模块在判断所述电池模组满足均衡策略时，控制所述电池均衡模块工作，以开启均衡操作。

进一步的，所述电池模组控制模块还包括：扩展温度控制模块及扩展温度采集模块；

所述扩展温度采集模块用于采集所述电池模组中单个电池或多个电池连接处的第四温度信息，并将所述第四温度信息发送至所述扩展温度控制模块；

所述扩展温度控制模块将所述第四温度信息发送至所述控制核心模块。

本发明还提供一种锂电池储能系统，包括：电池模组及如上一方面任一项所述的锂电池储能管理系统；

所述锂电池储能管理系统中的电池控制单元与所述电池模组连接；所述电池模组包括多个串连的锂电池。

本发明提供的锂电池储能管理系统中，信息采集装置、故障录波模块分别与计算及控制模块连接，其中，信息采集装置包括以下至少一种：环境变量采集模块、用电侧控制模块、发电侧控制模块、电表数据采集模块、pcs控制模块和电池控制单元；计算及控制模块在系统发生故障时，控制故障录波模块进行录波操作，以记录故障信息；该故障信息中包括了上述信息采集装置中多种模块在系统故障时刻所采集的信息；计算及控制模块基于上述故障信息进行分析，可以确定该故障对应的故障责任归属方。本发明基于上述系统架构，可以在故障发生时刻记录下多种模块对应的数据，从而确定出故障对应的责任归属方。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种锂电池储能管理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种锂电池储能管理系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种锂电池储能管理系统中电池控制单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种锂电池储能系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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为本发明实施例提供的一种锂电池储能管理系统的结构示意图，如图所示，该锂电池储能管理系统包括：计算及控制模块11、故障录波模块12和信息采集装置13。其中，信息采集装置13包括以下至少一种：环境变量采集模块131、用电侧控制模块132、发电侧控制模块133、电表数据采集模块134、pcs控制模块135和电池控制单元136；上述信息采集装置13、故障录波模块12分别与计算及控制模块11连接；计算及控制模块11在系统发生故障时，控制故障录波模块12进行录波操作，以记录故障信息；故障信息包括信息采集装置13在系统故障时刻所采集的信息；计算及控制模块基于故障信息进行分析，确定故障对应的故障责任归属方。

上述锂电池储能管理系统中的核心部件是计算及控制模块11，计算及控制模块11可以通过can总线或rs485和故障录波模块12进行数据交互，比如，当系统发生故障时，计算及控制模块11向故障录波模块12发送录波指令，故障录波模块12开始录波操作。

上述计算及控制模块11还可以与上述信息采集装置13中的任一种进行数据交互，如：计算及控制模块11通过can总线或rs485，得到电池控制单元136的详细数据和信息；上述电池控制单元可以包括一个或者多个。计算及控制模块11通过can总线或rs485和环境变量采集模块131进行通讯，获取系统温度、湿度、烟雾、有害气体等信息；计算及控制模块11通过can总线或者rs485对用电侧控制模块132进行数据交互，以实现对用电侧控制模块132或者发电侧控制模块133的管理和控制；计算及控制模块11通过rs485对电表数据采集模块134进行通讯，获得储能系统的电表信息；计算及控制模块11通过rs485或can总线和pcs控制模块135进行通讯，实现储能系统的充电控制、放电控制、离网控制。

在发生故障的时候，故障录波模块12在录波的同时，还可以将上述信息采集装置13将采集到的信息作为故障信息，计算及控制模块根据上述故障信息进行大数据分析，从而得到故障对应的责任归属方。本发明实施例能够基于上述系统架构，在故障发生时刻记录下多种模块对应的数据，从而确定出故障对应的责任归属方。

作为一种优选的实施方式，图2为示出了本发明实施例提供的另一种锂电池储能管理系统的结构示意图，如图所示，该锂电池储能管理系统除了包括与上一实施例类似的计算及控制模块210、故障录波模块201和多种信息采集装置外，还包括历史数据存储模块206。计算及控制模块210与历史数据存储模块206连接，计算及控制模块210实时获取用电侧控制模块211、发电侧控制模块212、电表数据采集模块213、pcs控制模块216和电池控制单元203的工作数据，并将工作数据存储至历史数据存储模块206。

进一步的，上述计算及控制模块210还连接有历史数据网络接口207、控制网络接口208和调度网络接口209；其中，计算及控制模块210通过历史数据网络接口207将存储于历史数据存储模块206的工作数据传输至云平台；计算及控制模块210通过控制网络接口208，对外提供配置信息远程修改及远程控制功能；计算及控制模块210通过调度网络接口209，接收并执行电网侧的系统控制指令。

实际应用中，计算及控制模块210可以通过i2c总线或spi(serialperipheralinterface，串行外设接口)等ttl电平信号，访问历史数据存储模块206，获取整个储能系统生命周期的数据；计算及控制模块210还可以通过上述历史数据网络接口207，对外通过以太网将储能系统数据传输给云平台，供数据查询；计算及控制模块210还可以通过控制网络接口208，通过互联网，对外提供储能系统配置权和控制权；计算及控制模块210还可以通过调度网络接口209，接收来自电网侧的储能系统指令，并基于该储能系统指令执行相应的操作。

需要说明的是，上述调度网络接口209接收的控制指令、上述控制网络接口208接收的控制指令和计算及控制模块210中的原始指令，三种指令的优先级依次递减，计算及控制模块210会依据优先级大小执行当前需要执行的指令。

出于系统安全性能的考虑，本申请实施例中计算及控制模块210还连接有第一风扇控制模块214和空调消防控制模块215；计算及控制模块210根据环境变量采集模块205采集的系统环境参数，判断系统环境参数超过预设阈值时，控制第一风扇控制模块214和/或空调消防控制模块215工作；环境参数包括以下至少一项：第一温度信息、湿度信息、烟雾信息和有害气体信息。

具体的，如果环境变量采集模块205所采集的环境参数中，第一温度信息大于预设温度阈值，那么计算及控制模块210会向第一风扇控制模块214或者空调消防控制模块215发送开启指令，以使对系统温度进行调节；或者当环境参数中烟雾信息中颗粒浓度超过预设浓度阈值时，计算及控制模块210会向空调消防控制模块215发送开启指令，以使空调消防模块工作，以保护储能系统。通过上述多种模块的相互配合，可以提高系统的安全性。

本实施例中，计算及控制模块210可以通过干接点信号对第一风扇控制模块214进行控制，来实现储能系统的温度控制。计算及控制模块210可以通过rs485或can总线调度空调消防控制模块215，对储能系统进行温湿度控制或进行消防灭火操作。

此外，上述电池控制单元203、用电侧控制模块211、发电侧控制模块212、电表数据采集模块213、pcs控制模块216与计算及控制模块210之间除了可以通过总线接口进行通讯外，还可以采用以下硬件方式进行控制：

电池控制单元203、用电侧控制模块211、发电侧控制模块212、电表数据采集模块213、pcs控制模块216、空调消防控制模块215分别通过一个通讯及安全继电器模块202与计算及控制模块210连接。这样，计算及控制模块210可以向通讯及安全继电器模块202发送指令，以使其断开或者连接，从而实现与上述任一模块的通讯。比如，电池控制单元203可以通过上述通讯及安全继电器模块202与计算及控制模块210形成硬件的安全及信息回路实现锂电池的安全防护；计算及控制模块210通过通讯及安全继电器模块202与发电侧控制模块212通讯，可以实现发电侧设备的通讯和安全链路控制；计算及控制模块210通过通讯及安全继电器模块202与用电侧控制模块211通讯，可以实现用电侧设备的通讯和安全链路控制等。

当然，上述锂电池储能管理系统中还包括有第一电源模块204，该第一电源模块204分别与计算及控制模块210和电池控制单元203连接，该第一电源模块204可以从电池控制单元203中取电，进而为系统进行供电。

图3示出了本申请实施例提供的一种电池控制单元的结构示意图，电池控制单元包括：控制核心模块31及多个电池模组控制模块32。

其中，每个电池模组控制模块32通过通讯及安全链信号继电器321与控制核心模块31连接，形成串联回路33；每个电池模组控制模块32分别与一个电池模组连接；电池模组包括多个串联的锂电池；在电池模组发生故障，且与电池模组连接的通讯及安全链信号继电器321自动断开后，控制核心模块31控制其内部的通讯及安全继电器模块317断开。

上述控制核心模块31为电池控制单元中的核心部件，通过第二电源模块319进行供电，第二电源模块319从电池模组中取电，经过dc/dc转换后，给控制核心模块31提供电源。控制核心模块31可以通过can总线或rs485或者通讯及安全链信号继电器321与每一个电池模组控制模块32对接，当某个电池模组发生故障时，与其连接的通讯及安全链信号继电器321自动断开后，控制核心模块31进一步控制其内部的通讯及安全继电器模块317中的继电器触点断开，以彻底阻断充放电过程，保护锂电池的安全。

如图3所示，控制核心模块31包括：控制芯片311及与其分别连接的温度采集模块315、干接点输入模块314、第二风扇控制模块313、电流采样模块312、绝缘监测模块318、电池输入输出控制模块316。

上述控制芯片311通过ad转换电路获取温度采集模块315采集的第二温度信息；控制芯片311通过cpu中断功能获取干接点输入模块314的信号；控制芯片311通过干接点输出功能向第二风扇控制模块313发送开启或断开指令；控制芯片311通过隔离模块、差分放大模块、ad转换电路，解析并计算电流采样模块312采集的电流信号；控制芯片311获取绝缘监测模块318监测到的系统的绝缘数据；电池输入输出控制模块316在电池模组的充放电回路发生过流或短路时自动断开，以对所述充放电回路进行保护。

具体实现的时候，控制芯片311通过ad转换电路获取温度采集模块315的温度信息；控制芯片311通过cpu中断功能，获取干接点输入模块314的信号；控制芯片311通过干接点输出功能，给第二风扇控制模块313下达开启、关断指令；控制芯片311通过隔离模块、差分放大模块、ad转换电路，解析并计算电流采样模块312获得的电流信号；控制芯片311通过检测电路，软件算法，采集绝缘监测模块318提供的数据，动态检测储能系统的绝缘情况；电池输入输出控制模块316主要是对储能系统充放电回路进行保护，当有过流、短路发生时候，该模块会自动断开充放电回路，保护系统。

进一步的，上述电池模组控制模块32包括：风扇驱动模块322、电池均衡模块323、电压及温度采集模块324；控制核心模块31通过电压及温度采集模块324获取电池模组的电压信息和第三温度信息，在判断第三温度信息大于预设阈值时，控制风扇驱动模块322工作，以驱动风扇进行温度控制；控制核心模块31在判断电池模组满足均衡策略时，控制电池均衡模块323工作，以开启均衡操作。

另外，为了满足客户多方面的需求，还可以增加扩展的模块，如电池模组控制模块32还包括：扩展温度控制模块326及扩展温度采集模块325；扩展温度采集模块325用于采集电池模组中单个电池或多个电池连接处的第四温度信息，并将第四温度信息发送至扩展温度控制模块326；扩展温度控制模块326将第四温度信息发送至控制核心模块31。

系统运行时，控制核心模块31可以采集电池模组中所有锂电池的电压、温度和电池模组的控制信息；扩展温度采集模块325采集电池模组的单电池温度和电池间连接处的温度信息，并将采集的温度信息发送至扩展温度控制模块326；当扩展温度控制模块326发生故障时，与其连接的通讯及安全链信号继电器321中的继电器触点断开；电池均衡模块323通过电压及温度采集模块324采集电池的温度和电压信号；当电池模组发生故障时，电池均衡模块323断开与其连接的通讯及安全链信号继电器321；电池模组控制模块32中，当锂电池温度过高时，控制核心模块31控制风扇驱动模块322工作，从而驱动风扇进行电池模组中锂电池的温度控制；电池模组和控制核心模块31之间通过通讯和安全继电器模块回路连接，当任何电池模组发生故障时，可以通过断开通讯和安全继电器模块中的继电器触点，以使电池模组停止充放电过程，从而提高整个系统的安全性；控制核心模块31通过温度采集模块315采集控制芯片311的内外温度，并通过第二风扇控制模块313实现控制核心模块31的温度控制；控制核心模块31通过电流采样模块312实现电池模组的电流采样，更进一步实现锂电池的soc计算，电流保护功能。

本发明实施例提供的锂电池储能管理系统，改变原有的锂电池储能架构，以锂电池安全为中心设计的管理系统，可以采集和统计系统中所有相关的数据；同时增加一套储能硬件安全链路，如通讯和安全继电器模块和通讯和安全链信号继电器，保证整个系统的安全性；还可以实现储能系统的核心功能：削峰填谷、需量控制、无功控制、温度控制、功耗控制、并网离网功能、远程调度、数据云化等功能，相比于现有的储能系统，功能更加完善、数据化程度更高，故障发生时可明确责任归属方，且安全性更高。

与现有技术相比，本发明实施例具有如下的有益效果：

(1)本申请提供的锂电池储能管理系统，可采集和记录储能系统电压、温度、控制、故障信息，并把采集信息转换成网络通讯协议，集成储能系统大数据，从而快速优化储能系统策略，快速定位故障，准确定义系统责任归属。

(2)本申请提供的锂电池储能管理系统，各个设备模块之间形成一条硬件安全链回路，使储能系统更加安全可靠。

(3)本申请提供的锂电池储能管理系统，以电池安全为中心，所有电池充放电指令均通过储能系统计算及控制模块统一计算。

本发明实施例还提供一种锂电池储能系统，参见图4所示，该系统包括：电池模组41及如上实施例所述的锂电池储能管理系统42；锂电池储能管理系统42中的电池控制单元421与电池模组41连接；电池模组41包括多个串连的锂电池。

本系统中包括有如上述实施例全部技术特征，同样可以实现上述功能，具体的工作过程参见上述装置实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考装置实施例中的对应过程，本申请中不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。