专利名称：一种电池堆控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电池堆控制系统及其控制方法。
背景技术：
电池作为一种重要的储能器件，在生活中被广泛应用，而在大型电站中电池可以 作为电能储存设备和电源调节器件。电站的储能机组中使用大量电池，以电池包串联的方 式连接成电池串，组成一个电池组，由若干可以投切到直流端电网的电池组构成的工作模 式称之为电池堆。由于每个电池组的工况都各不相同，如何从电池堆中选择适合的电池组 进行并网和离网是保证系统安全的基本前提，是提高电能质量和提高电池使用效率的重要 举措。
当前大多数储能电站均采用人工控制电池组的并网和离网，或者以简单的方式将 电池组并网或离网，如果选择不合适的电池组并网，例如电池组之间压差过大，会使电压高 的一组电池组对电压低的一组电池组产生巨大的冲击电流，因此这种方式不但不能保证电 网和电池组的安全，也不能使电池组得到充分的利用。电池组，特别是工作中的电池组的工 况信息时时都在发生变化，人工控制方法实时性不强，适合并网时未能及时将电池组并网 而需要离网时未能将电池组切除，是当前储能控制系统的一大不足。发明内容
针对目前大多数储能电站采用人工控制电池组的并网和离网而不能保证电网和 电池组安全、不能使电池组得到充分利用的问题，本发明提出一种电池堆控制系统及其控 制方法，有效保证电池组和电网安全，并且能使电池组得到充分利用。
一种电池堆控制系统，所述电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组 以及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，所述选择控制单元包括接触器、用于采 集电池组相关信息的主电池管理器和从电池管理器，所述每个电池组通过对应的接触器与 直流电网电连接，所述主电池管理器、从电池管理器分别与对应的电池组中的每一节电池 连接，所述主电池管理器与从电池管理器连接，所述堆电池管理器与所有的选择控制单元 的主电池管理器连接，主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息并 发送给堆电池管理器，所述堆电池管理器用于根据接收到的电池组的相关信息发出命令给 对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。
进一步地，所述电池组包括至少两节电池，所述主电池管理器和从电池管理器分 别与电池组内的每一节电池相连。
进一步地，所述主电池管理器与从电池管理器之间以及堆电池管理器与主电池管 理器之间均采用CAN总线连接。
一种电池堆控制系统的控制方法，所述控制方法包括主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息，并将相关信息发送 给堆电池管理器；堆电池管理器根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电 池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。
进一步地，所述主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息包括 电池组的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，所述从电池 管理器采集电池组的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值并发送给 主电池管理器，所述主电池管理器采集电池组的总电流。
进一步地，所述主电池管理器采集电池组的总电流，并根据总电流计算出电池组 的S0C，并将计算出的电池组SOC以及接收到的电池组总电压以及电池组内单节电池的最 大电压值和最小电压值发送给堆电池管理器。
进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压、SOC以及电池组内单节电 池的最大电压值和最小电压值选择出合适的电池组进行并网或离网，并发送命令给对应的 主电池管理器，对应的主电池管理器控制所连接的接触器闭合或断开。
进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压选择电池组的方法包括 步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值；步骤b、选择电压压差在设定范围内的电池组为可并网的电池组。
进一步地，所述堆电池管理器根据每个电池组的SOC选择电池组的方法包括 步骤C、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。
进一步地，所述堆电池管理器根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值 选择电池组的方法包括步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警 值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或 者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，确定其余的 电池组为最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高 压告警值且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为 最终并网的电池组。
进一步地，所述从电池管理器还采集并网中的电池组的温度，并将采集到的温度 发送给主电池管理器，主电池管理器将接收到的温度信息传递给堆电池管理器。
进一步地，所述堆电池管理器将接收到的每个电池组的温度信息与预先设定的温 度值进行比较，当接收到的温度大于预先设定的温度值时，堆电池管理器发出命令给对应 的主电池管理器，主电池管理器控制对应的接触器断开。
本发明提供的一种电池堆控制系统及其控制方法，主电池管理器和从电池管理器 采集电池组相关信息，堆电池管理器根据电池组的相关信息选择电池组进行并网或离网， 避免电池组之间产生冲击电流，有效保证电网和电池组安全，使电池组得到充分利用。
图1为本发明提供的一种实施例的电池堆控制系统的结构示意图。
图2为本发明提供的一种实施例的电池堆控制系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，一种电池堆控制系统，包括堆电池管理器3、至少两个电池组1、以 及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元2，所述选择控制单元2包括接触器21、用于 采集电池组相关信息的主电池管理器22和从电池管理器23，每个电池组I通过对应的接 触器21与直流电网电连接，所述主电池管理器22、从电池管理器23分别与对应的电池组I 中的每一节电池连接，主电池管理器22与从电池管理器23连接，堆电池管理器3与所有选 择控制单元2的主电池管理器22连接，用于进行信息传递，主电池管理器22和从电池管理 器23实时采集对应的电池组I的相关信息并发送给堆电池管理器3，堆电池管理器3用于 根据接收到的电池组I的相关信息发出命令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22根 据命令控制对应的接触器21的闭合或断开。
电池组I的数量根据实际需要设定。
电池组I内包括至少两节电池，电池的数量也根据实际需要设定，电池之间为串 联连接，电池组I的正极与接触器21的一端连接，接触器21的另一端与直流电网的正极相 连，电池组I的负极与直流电网的负极连接，主电池管理器22和从电池管理器23分别与电 池组I内的每一节电池连接。
主电池管理器22与从电池管理器23之间以及堆电池管理器3与主电池管理22 器之间均采用CAN总线连接，用于进行信息的传递。
一种电池堆控制方法，所述电池堆控制方法包括主电池管理器22和从电池管理器23实时采集电池组相关信息，并将信息发送给堆电 池管理器3 ；堆电池管理器3根据接收到的电池组的相关信息选择电池组I进行并网，发出相应命 令给对应的主电池管理器22，主电池管理器22根据命令控制对应的接触器21闭合。
优选地，主电池管理器22和从电池管理器23采集对应的电池组I的相关信息包 括电池组I的总电压、电池组I内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流,主电池 管理器22采集电池组I的总电流，从电池管理器23采集电池组I的总电压以及电池组内 单节电池的最大电压值和最小电压值；从电池管理器23将采集到的总电压以及电池组内 单节电池的最大电压值和最小电压值发送给主电池管理器22。
主电池管理器22根据采集到的总电流计算电池组I的S0C，计算SOC的方法为本 领域技术人员公知。
主电池管理器22将接收到的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电 压值以及计算出的SOC传递给堆电池管理器3，堆电池管理器3接收每一个电池组I对应的 主电池管理器22发送的电池组I的总电压值、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压 值以及SOC值，对当前的电池组I的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值 以及SOC进行分析，根据分析结果选择出合适的电池组进行并网。
如附图2所示，堆电池管理器3首先根据电池组的总电压选择可并网的电池组，堆 电池管理器3根据每个电池组I的总电压选择电池组的方法包括步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值；步骤b、选择在压差范围内的电池组为可并网的电池组。
电压压差、SOC差根据系统的实际情况设定，单节电池的高压告警值和低压告警值 根据电池本身的性能设定。
根据S0C，堆电池管理器3再从步骤b中选择的电池组中作进一步选择，方法包 括步骤c、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。
根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值，堆电池管理器3再从步骤c 中选择的电池组中再作进一步选择，方法包括步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警 值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或 者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，保持对应的 接触器21断开，如果该电池组已经并网则控制对应的接触器21断开，确定其余的电池组为 最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值 且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为最终并网 的电池组。
因为电池在工作中高电压的电池会对低电压的电池产生冲击电流，因此要排除单 节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压 告警值对应的电池组。
堆电池管理器3确定最终并网的电池组，发送相关命令给对应的主电池管理器 22，对应的主电池管理器22控制所连接的接触器21闭合，电池组并网工作。
因为并网工作的电池组工况处于实时变化中，当离网的电池组的总电压、SOC符合 电压差和SOC差的要求时，堆电池管理器3向对应的主电池管理器22发送命令，主电池管 理器22控制对应的接触器21吸合，使离网的电池组并网与其他电池组一起工作。
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
假设采用6组电池组，分别设置组号a、b、c、d、e和f，每个电池组为240节电池串 联，总电压约为800V，放电完毕时电池组的SOC为0%，充满电时电池组的SOC为100%，电池 组内单节电池的电压正常值为3. 3V，低压告警值为2. 8V，高压告警值为3. 6V。
出于安全考虑，电池组并网的要求如下a.允许并网的电池组要求总电压压差不超过IOV ;b.允许并网的电池组要求SOC差不超过20%;电池组并网操作分为并网充电和并网放电，首先以并网充电的实施例进行说明。
堆电池管理器3接收主电池管理器22和从电池管理器23发送的对应的电池组的 电压值、SOC值以及组内单节电池的最大电压值和最小电压值，信息如下
权利要求
1.一种电池堆控制系统，其特征在于，所述电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组以及与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，所述选择控制单元包括接触器、用于采集电池组相关信息的主电池管理器和从电池管理器，所述每个电池组通过对应的接触器与直流电网电连接，所述主电池管理器、从电池管理器分别与对应的电池组中的每一节电池连接，所述主电池管理器与从电池管理器连接，所述堆电池管理器与所有的选择控制单元的主电池管理器连接，主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息并发送给堆电池管理器，所述堆电池管理器用于根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。
2.根据权利要求1所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述电池组包括至少两节电池，所述主电池管理器和从电池管理器分别与电池组内的每一节电池相连。
3.根据权利要求1所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述主电池管理器与从电池管理器之间以及堆电池管理器与主电池管理器之间均采用CAN总线连接。
4.一种电池堆控制系统的控制方法,所述电池堆控制系统为权利要求1-3中任意一项所述的电池堆控制系统，其特征在于，所述控制方法包括 主电池管理器和从电池管理器实时采集对应的电池组的相关信息，并将相关信息发送给堆电池管理器； 堆电池管理器根据接收到的电池组的相关信息发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器根据命令控制对应的接触器的闭合或断开。
5.根据权利要求4所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息包括电池组的总电压、电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值以及总电流，所述从电池管理器采集电池组的总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值并发送给主电池管理器，所述主电池管理器采集电池组的总电流。
6.根据权利要求5所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述主电池管理器采集电池组的总电流，并根据总电流计算出电池组的SOC，并将计算出的电池组SOC以及接收到的电池组总电压以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值发送给堆电池管理器。
7.根据权利要求6所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压、SOC以及电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择出合适的电池组进行并网或离网，并发送命令给对应的主电池管理器，对应的主电池管理器控制所连接的接触器闭合或断开。
8.根据权利要求7所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的总电压选择电池组的方法包括 步骤a、设定电压压差、SOC差以及单节电池的高压告警值和低压告警值； 步骤b、选择电压压差在设定范围内的电池组为可并网的电池组。
9.根据权利要求8所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据每个电池组的SOC选择电池组的方法包括 步骤C、从步骤b中选出的电池组中选择SOC差在设定范围内的电池组为可并网电池组。
10.根据权利要求9所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器根据电池组内单节电池的最大电压值和最小电压值选择电池组的方法包括 步骤d、将步骤c中选出的电池组中单节电池的电压最大值和电压最小值与高压告警值和低压告警值相比较，如果电池组中的单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值或者单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则放弃该电池组进行并网，确定其余的电池组为最终并网的电池组；如果电池组中没有出现单节电池的最大电压值大于或等于高压告警值且单节电池的最小电压值小于或等于低压告警值，则确定步骤c选出的电池组为最终并网的电池组。
11.根据权利要5所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述从电池管理器还采集并网中的电池组的温度信息，并将采集到的温度信息发送给主电池管理器，主电池管理器将接收到的温度信息传递给堆电池管理器。
12.根据权利要求11所述的电池堆控制系统的控制方法，其特征在于，所述堆电池管理器将接收到的每个电池组的温度信息与预先设定的温度值进行比较，当接收到的温度大于预先设定的温度值时，堆电池管理器发出命令给对应的主电池管理器，主电池管理器控制对应的接触器断开。
全文摘要
一种电池堆控制系统及其控制方法，直流电网与电池堆控制系统电连接，电池堆控制系统包括堆电池管理器、至少两个电池组、与至少两个电池组一一对应的选择控制单元，选择控制单元包括接触器、主电池管理器和从电池管理器，主电池管理器和从电池管理器采集对应的电池组的相关信息并发送给堆电池管理器，堆电池管理器选择合适的电池组进行并网，有效保证电池组的安全，使电池组得到充分利用。
文档编号H02J3/28GK103023053SQ20111029865
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者宋炳坤, 罗红斌, 易行云, 尹韶文 申请人:比亚迪股份有限公司