储能电池管理系统和双向dcdc变换器同步管理方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法及装置；其方法包括：设定测量基准；判断电驱动系统工况；若为动态工况，双向DCDC变换器发送同步信号给储能电池管理系统；建立双向DCDC变换器与储能电池管理系统的同步连接，并采集当前储能电池的参数用于下一步计算；该方法将双向DCDC变换器的参数变化量与测量基准比较来确定电驱动系统的工况，时效性更好；建立储能电池管理系统与双向DCDC变换器同步工作模式，储能电池管理系统能够实时跟踪储能电池的工况变化，调整自身的检测和管理策略，可以精确提供系统的能量状态和功率状态，延长电池系统的寿命的同时，提高电池系统的可靠性。
【专利说明】储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法及装 CP3
【技术领域】
[0001] 本发明涉及管理储能电池的系统，特别是一种储能电池管理系统和双向D⑶C变 换器同步管理方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在智能电网和微网等大型储能系统以及分布式储能系统应用中，常采用一种直流 总线的连接方式，该连接方式是储能电池模块通过一种双向D⑶C变换器（Bi-directional DC/DC Converter，双向直流-直流变换器）接入直流总线，需要接收能量的时候，电网通过 直流总线向储能电池充电；需要向电网送电的时候，储能电池通过双向DCDC变换器向直流 总线发电，并通过逆变系统向电网输电。传统储能电池管理系统会实时监控电池状态，对电 池状态做出评估，将评估结果直接发送给能量管理模块或者负载单元。储能电池管理系统 是相对独立的系统，只有储能电池管理系统向能量管理模块或者负载单元的信息发送以及 向双向DCDC变换器的能量传输，这是一种单向信息传递模式，带来以下两个局限：1)由于 储能电池管理系统无法感知工况的变化，属于一种盲测方式，无法判断检测数据时效性，更 多的是对电池静态特性进行评估，实时性较差；2)受电池性能和状态的评估限制，能量管 理模块获得的电池状态动态特性信息受到限制，从而双向DCDC变换器、电机、逆变器等负 载无法精确控制，影响整个系统的效率，无法精确提供系统的能量状态和功率状态，同时电 池系统的寿命和可靠性也受到影响。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决上述问题提供一种储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理 方法及装置，实现双向D⑶C变换器与储能电池管理系统的同步工作，克服了双向Drac变换 器与储能管理系统之间为单向信息传递所带来的缺陷。
[0004] 本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：储能电池管理系统和双向DCDC变 换器同步管理方法，包括如下步骤：
[0005] 设定测量基准；
[0006] 判断电驱动系统工况；
[0007] 若为动态工况，双向Drac变换器发送同步信号给储能电池管理系统；
[0008] 建立双向Drac变换器与储能电池管理系统的同步连接，并采集储能电池的参数 用于下一步计算。经过计算更新电池参数表，同时将计算结果发送给能量管理模块。
[0009] 进一步，所述设定测量基准包括：定义参数随时间变化的测量窗口或定义参数随 时间变化曲线的变化率。
[0010] 进一步，所述判断电驱动系统工况包括：参数变化量小于测量窗口下限，或者小于 参数随时间变化曲线的变化率，若至少满足两个条件中的一个，则判定电驱动系统处于静 态工况；参数变化量大于测量窗口上限，或者大于参数随时间变化曲线的变化率，若至少满 足两个条件中的一个，则判定电驱动系统处于动态工况；参数变化量处于测量窗口下限与 测量窗口上限之间，或者等于参数随时间变化曲线的变化率，若至少满足两个条件中的一 个，则判定电驱动系统处于静态工况。
[0011] 进一步，所述双向ECDC变换器发送同步信号给储能电池管理系统包括：双向ECDC 变换器发布同步信号通过广播信号或者信号线传输给储能电池管理系统。
[0012] 储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理装置，包括设于储能电池管理系 统的测量基准设定模块、工况判断模块、同步连接模块、采集模块和运算模块；
[0013] 测量基准设定模块，用于定义参数随时间变化的测量窗口或变化率；
[0014] 工况判断模块，通过所述测量基准判断电驱动系统工况并将判断结果发送给双向 DCDC变换器；
[0015] 同步连接模块，用于接收双向D⑶C变换器发送的同步信号，并建立双向D⑶C变换 器与储能电池管理系统的同步连接；
[0016] 采集模块，用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池的参数；
[0017] 运算模块，用于计算采集的参数。
[0018] 进一步，所述采集模块包括电池传感器，用于检测储能电池参数并发送给储能电 池管理系统。
[0019] 进一步，双向ECDC变换器与储能管理系统通过信号线连接。
[0020] 另一种实现储能电池系统和双向Drac变换器同步管理的装置：包括设于双向 DCDC变换器的测量基准设定模块和工况判断模块以及设于储能电池管理系统的同步连接 模块、采集模块和运算模块；
[0021] 测量基准设定模块，用于定义参数随时间变化的测量窗口或变化率；
[0022] 工况判断模块，通过所述测量基准判断电驱动系统工况并向储能电池管理系统发 送同步信号；
[0023] 同步连接模块，用于接收工况判断模块发送的同步信号并建立，双向Drac变换器 与储能电池管理系统的同步连接；
[0024] 采集模块，用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池的参数；
[0025] 运算模块，用于计算采集的参数。
[0026] 进一步，所述采集模块包括电池传感器，用于检测储能电池参数并发送给储能电 池管理系统。
[0027] 进一步，双向ECDC变换器与储能管理系统通过信号线连接。
[0028] 本发明的有益效果是：本发明实现双向Drac变换器和储能管理系统的同步工作， 改变了传统的储能电池管理系统相对单一的工作模式；设定测量基准，将双向DCDC变换器 的参数变化量与测量基准比较来确定电驱动系统的工况，时效性更好，因为设定了测量窗 口下限和测量窗口上限，本发明具有两个阈值，两个阈值之间的区域是回滞区，该设计增加 了抗干扰能力，使得检测结果更加准确；建立储能电池管理系统与双向DCDC变换器同步工 作模式，储能电池管理系统能够实时跟踪储能电池的工况变化，调整自身的检测和管理策 略，通过对电池状态的静态检测和动态管理，实现动态参数测量和运算，可以精确提供电驱 动系统的能量状态和功率状态，延长电池系统的寿命的同时，提高电池系统的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是本发明第一实施例中储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理方法 流程图；
[0030] 图2是本发明第二实施例中储能电池管理系统和双向ECDC变换器同步管理装置 结构示意图；
[0031] 图3是本发明第三实施例中储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理装置 结构示意图；
[0032] 图4是本发明第四实施例中储能电池管理系统和双向IX：DC变换器同步管理装置 结构示意图；
[0033] 图5是本发明第五实施例中储能电池管理系统和双向IX：DC变换器同步管理方法 流程图；
[0034] 图6是本发明第五实施例储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法中 放电幅度随时间变化图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0036] 第一实施例：
[0037] 如图1所示，本发明提供一种储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理方 法，包括如下步骤：
[0038] 步骤100 :设定测量基准；
[0039] 步骤110 :判断电驱动系统（即整车系统）工况；
[0040] 步骤120 :若为动态工况，双向ECDC变换器发送同步信号给储能电池管理系统；
[0041] 步骤130 :建立双向Drac变换器与储能电池管理系统的同步连接，并采集当前储 能电池的参数用于下一步计算。经过计算更新电池参数表，同时将计算结果发送给能量管 理模块。
[0042] 本方法设定测量基准，将双向DCDC变换器的参数变化量与测量基准比较来确定 电驱动系统的工况，时效性更好；建立储能电池管理系统与双向DCDC变换器同步工作模 式，储能电池管理系统能够实时跟踪储能电池的工况变化，调整自身的检测和管理策略，通 过对储能电池状态的静态检测和动态管理，实现动态参数测量和运算。根据工况判断结果 决定是否发送同步信号给储能电池管理系统的设计，搭建了储能电池管理系统与双向Drac 变换器的连接桥梁，储能电池管理系统可以感知电驱动系统工况的变化，检测到的数据的 时效性更好。
[0043] 第二实施例：
[0044] 如图2所示，本发明还提供一种储能电池管理系统2和双向IX：DC变换器1同步管 理装置，包括设于储能电池管理系统2的测量基准设定模块21、工况判断模块22、同步连接 模块23、采集模块24和运算模块25 ;
[0045] 测量基准设定模块21，用于定义参数随时间变化的测量窗口，或者定义参数随时 间变化曲线的变化率；
[0046] 工况判断模块22,通过所述测量基准判断电驱动系统工况并将判断结果发送给双 向DCDC变换器I ;
[0047] 同步连接模块23,用于接收双向ECDC变换器1发送的同步信号并建立双向ECDC 变换器1与储能电池管理系统2的同步连接；其中，双向IX：DC变换器1与储能电池管理系 统2通过信号线连接，通过电平变化或者上升沿/下降沿触发实现同步；双向DCDC变换器 1与储能电池管理系统2的另一种同步触发方式是通过通信协议连接，以广播的方式触发；
[0048] 采集模块24,用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池5的参数；
[0049] 运算模块25,用于计算采集的参数。
[0050] 经过计算更新电池参数表，同时将计算结果发送给能量管理模块3。在本实施例中 储能电池管理系统包括采集模块25,可以作为传感器使用。
[0051] 数据采集的另一种实现方式是采用电池传感器4,用于检测储能电池5参数并发 送给储能电池管理系统2。
[0052] 双向IX：DC变换器1与储能电池管理系统2连接实现同步工作，改变了传统的储 能电池管理系统相对单一的工作模式；双向DCDC变换器1可以预测和控制系统工况，协调 BMS (Battery Management System,电池管理系统）进行同步检测和管理。
[0053] 第三实施例：
[0054] 如图3所示是另一种实现储能电池系统32和双向IX：DC变换器31同步管理的装 置，包括设于双向D⑶C变换器31的测量基准设定模块311和工况判断模块312以及设于 储能电池管理系统32的同步连接模块321、采集模块323和运算模块322 ;
[0055] 测量基准设定模块311，用于定义参数随时间变化的测量窗口；
[0056] 工况判断模块312,通过所述测量窗口判断电驱动系统工况并向储能电池管理系 统32发送同步信号；
[0057] 同步连接模块321，用于接收工况判断模块312发送的同步信号并建立双向IX：DC 变换器31与储能电池管理系统32的同步连接；
[0058] 采集模块323,用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池5的参数；
[0059] 运算模块322,用于计算采集的参数。
[0060] 经过计算更新电池参数表，同时将计算结果发送给能量管理模块3,该模块可以独 立于双向DCDC变换器31 (如本实施例所示），也可以嵌入其内部形成智能双向DCDC变换器 (如第四实施例所示）。
[0061] 在本实施例中储能电池管理系统包括采集模块323,可以作为传感器使用。
[0062] 数据采集的另一种实现方式是采用电池传感器4,用于检测储能电池5参数并发 送给储能电池管理系统32。
[0063] 第四实施例：
[0064] 如图4所示是将能量管理模块413集成于双向IX：DC变换器41中形成智能双向 DCDC变换器的结构示意图，包括设于双向DCDC变换器41的测量基准设定模块411、工况判 断模块412和能量管理模块413以及设于储能电池管理系统42的同步连接模块421、采集 模块423和运算模块422 ;
[0065] 测量基准设定模块411，用于定义参数随时间变化的变化曲线的变化率；
[0066] 工况判断模块412,通过与所述变化率比较判断电驱动系统工况并向储能电池管 理系统42发送同步信号；
[0067] 同步连接模块421，用于接收工况判断模块412发送的同步信号并建立双向ECDC 变换器41与储能电池管理系统42的同步连接；
[0068] 采集模块423,用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池5的参数；
[0069] 运算模块422,用于计算采集的参数。
[0070] 经过计算更新电池参数表，同时将计算结果发送给能量管理模块413。
[0071] 在本实施例中储能电池管理系统42包括采集模块423,可以作为传感器使用。
[0072] 数据采集的另一种实现方式是采用电池传感器4,用于检测储能电池5参数并发 送给储能电池管理系统42。
[0073] 将能量管理模块413集成于双向IX：DC变换器41中形成智能双向IX：DC变换器，在 没有改变原有控制体系的基础上节约了空间，减少了整个装置在电动车中占用的空间。
[0074] 第五实施例：
[0075] 如图5所示，本实施例以电动汽车加速为例说明储能电池管理系统和双向DCDC变 换器同步管理方法，当双向DCDCD变换器的能量管理单元接收到放电信号后，根据放电幅 度随时间的变化来判断是否符合进行储能电池动态参数的测量工况要求，如果满足要求， 发送同步信号，该同步信号包括工况模式、参数选择等信息，通知储能电池管理系统进行相 应工作。该方法包括：
[0076] 设定测量基准，本实施例以定义参数随时间变化的测量窗口为例进行具体说明 (作为本实施例测量基准的替代方案可以是定义参数随时间变化的变化曲线的变化率，t匕 较参数与变化率的大小来确定系统工况，或者综合考虑测量窗口和参数的变化率来确定系 统的工况）；其包括测量窗口下限和测量窗口上限，定义参数随时间的变化量是5%的点作 为测量窗口下限，定义参数随时间的变化量是8%的点作为测量窗口上限；
[0077] 判断储能电池工况，即根据双向Drac变换器的放电幅度（能量）随时间的变化量 与测量窗口比较，若所述参数变化量小于测量窗口下限，则判断为静态工况，若所述参数变 化量大于测量窗口上限，则判断为动态工况；若参数变化量处于测量窗口下限与测量窗口 上限之间，则判定电驱动系统处于静态工况。
[0078] 判断为动态工况，则双向Drac变换器发送同步信号给储能电池管理系统，双向 DCDC变换器发布同步信号通过广播信号或者信号线传输给储能电池管理系统；
[0079] 建立双向Drac变换器与储能电池管理系统的同步连接，可以通过连接二者的信 号线的电平变化或者上升沿/下降沿触发实现同步；另一种同步触发方式是通过通信协议 连接，以广播的方式触发；储能电池管理系统采集当前储能电池的参数，用于下一步计算。
[0080] 具体过程如下：
[0081] 步骤500 :设定测量窗口，包括测量窗口下限和测量窗口上限，定义参数随时间的 变化量是5%的点作为测量窗口下限，定义参数随时间的变化量是8%的点作为测量窗口 上限；且变化量是5%的点和变化量是8%的点均带有回滞特性，提高了系统的抗干扰性； 例如：定义电压随时间变化的测量窗口 W(Vmin，Vmax),或者定义电流随时间变化的测量窗口 W(Imin，1_)，或者定义功率随时间变化的测量窗口 W(Pmin，Pmax),或者定义能量随时间变化 的测量窗口 W (Emin，Emax)等。
[0082] 步骤501 :双向DCDC变换器判断电驱动系统工况；将限定时间内的放电幅度与测 量窗口比较。
[0083] 步骤502 :判断是否为动态工况；若单位时间内的参数变化量大于测量窗口上限， 则判断为动态工况（即工况发生变化，可能为充电状态或放电状态）；
[0084] 若该单位时间内的参数变化量小于测量窗口下限，则判断为储能电池处于静态工 况（即储能电池管理系统闲置状态）；
[0085] 若单位时间内的参数的变化量处于测量窗口下限与上限之间，则判断为储能电池 处于静态工况（工况变化缓慢状态）。
[0086] 步骤503 :若判断是动态工况，则双向D⑶C变换器发送同步信号给储能电池管理 系统。
[0087] 步骤504 :若判断是静态工况，则实时调整储能电池管理系统的工作模式和功耗 控制，进行监测和校准工作；实时调整储能电池管理系统的工作模式，实现开路电压检测， 电池的状态信息和电池稳态管理，电流I，电压V，时间T，电池 SOC (State Of Charge,荷电 状态）、电池 SOP (State Of Power，功率状态）和电池 SOE (State Of Energy，能量状态）校 准，功耗控制，电池均衡控制，多路通道校准，故障诊断和维护等功能，并继续执行步骤501 判断电驱动系统工况，准备接收外部工况变化指令。
[0088] 步骤505 :储能电池管理系统接收同步信号；同步信号通过通讯口发布广播信号 传输或者通过信号线直接连接进行传输。
[0089] 步骤506 :判断是否为已建立同步连接；如果否，则执行步骤507,如果是，则直接 执行步骤508。
[0090] 步骤507 :建立双向D⑶C变换器与储能电池管理系统的同步连接。
[0091] 步骤508 :储能电池管理系统采集同步连接建立时刻的参数并标记，同时进行简 单运算；并判断双向DCDC变换器是否发布同步信号；
[0092] 当为放电状态时，储能电池将通过双向DCDC变换器向直流总线放电，执行步骤 503发布同步信号给储能电池管理系统；储能电池管理系统向电池传感器发送电池参数采 集指令，电池传感器接收指令并采集极化电阻、欧姆电阻等参数实时传输给储能电池管理 系统，储能电池管理系统存储该参数并标记为有效；若该参数被读取，则改变存储器中该位 置的标记，此时该数据失效。储能电池管理系统对采集参数进行简单运算，运算结果标记为 有效，若该结果被读取，则改变标记，此时结果失效。
[0093] 当为充电状态时，直流总线将要通过双向DCDC变换器向储能电池充电，执行步骤 503发布同步信号给储能电池管理系统；储能电池管理系统向电池传感器发送电池参数采 集指令，电池传感器接收指令并采集极化电阻、欧姆电阻等参数实时传输给储能电池管理 系统；储能电池管理系统存储该参数并标记为有效；若该参数被读取，则改变存储器中该 位置的标记，此时该数据失效。运算结果标记为有效，若该结果被读取，则改变标记，此时结 果失效。
[0094] 步骤509 :将运算结果发送给能量管理模块，判断运算结果是否有效；如果有效， 则执行步骤510，否则，执行步骤501。
[0095] 步骤510 :更新电池参数表，确定有效参数。例如A(S0C，T，R)，B(S0C，T，R)……， 更新电池参数表即为更新A' (SOC'，T'，R' )，B' (SOC'，T'，R')……，同时运算更 新储能电池 SOC，SOE和SOP等。
[0096] 图6给出放电幅度随时间变化图，图中：
[0097] T1-T2:放电量小于测量窗口下限或处于窗口上、下限之间，判断为静态工况，进行 监测或校准工作；
[0098] T2 :放电量大于测量窗口上限，判断为动态工况，且为状态变化前，双向ECDC变换 器发布同步信号，并通知储能电池管理系统记录下当前状态参量数据，并标记；
【权利要求】
1. 储能电池管理系统和双向Drac变换器同步管理方法，其特征在于，包括如下步骤： 设定测量基准； 判断电驱动系统工况； 若为动态工况，双向Drac变换器发送同步信号给储能电池管理系统； 建立双向Drac变换器与储能电池管理系统的同步连接，并采集储能电池的参数用于 下一步计算。
2. 根据权利要求1所述的储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法，其特征 在于，所述设定测量基准包括：定义参数随时间变化的测量窗口或定义参数随时间变化曲 线的变化率。
3. 根据权利要求2所述的储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法，其特征 在于，所述判断电驱动系统工况包括：参数变化量小于测量窗口下限，或者小于参数随时间 变化曲线的变化率，若至少满足两个条件中的一个，则判定电驱动系统处于静态工况；参数 变化量大于测量窗口上限，或者大于参数随时间变化曲线的变化率，若至少满足两个条件 中的一个，则判定电驱动系统处于动态工况；参数变化量处于测量窗口下限与测量窗口上 限之间，或者等于参数随时间变化曲线的变化率，若至少满足两个条件中的一个，则判定电 驱动系统处于静态工况。
4. 根据权利要求3所述的储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方法，其特征 在于，所述双向Drac变换器发送同步信号给储能电池管理系统包括：双向Drac变换器发布 同步信号，通过广播信号或者信号线传输给储能电池管理系统。
5. 实现权利要求1-4任一项所述的储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方 法的装置，其特征在于，包括设于储能电池管理系统的测量基准设定模块、工况判断模块、 同步连接模块、采集模块和运算模块； 测量基准设定模块，用于定义参数随时间变化的测量窗口或变化率； 工况判断模块，通过所述测量基准判断电驱动系统工况并将判断结果发送给双向Drac 变换器； 同步连接模块，用于接收双向DCDC变换器发送的同步信号并建立双向DCDC变换器与 储能电池管理系统的同步连接； 采集模块，用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池的参数； 运算模块，用于计算采集的参数。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采集模块包括电池传感器，用于检测 储能电池参数并发送给储能电池管理系统。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，双向DCDC变换器与储能管理系统通过信 号线连接。
8. 实现权利要求1-4任一项所述的储能电池管理系统和双向DCDC变换器同步管理方 法的装置，其特征在于，包括设于双向DCDC变换器的测量基准设定模块和工况判断模块以 及设于储能电池管理系统的同步连接模块、采集模块和运算模块； 测量基准设定模块，用于定义参数随时间变化的测量窗口或变化率； 工况判断模块，通过所述测量基准判断电驱动系统工况并向储能电池管理系统发送同 步信号； 同步连接模块，用于接收工况判断模块发送的同步信号并建立双向DCDC变换器与储 能电池管理系统的同步连接； 采集模块，用于采集电驱动系统工况变化前后储能电池的参数； 运算模块，用于计算采集的参数。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述采集模块包括电池传感器，用于检测 储能电池参数并发送给储能电池管理系统。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，双向IX：DC变换器与储能管理系统通过信 号线连接。
【文档编号】H02J3/32GK104393611SQ201410593409
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】侯晓华, 刘郢, 郭维 申请人:苏州易美新思新能源科技有限公司