换电站电池包管理系统及方法与流程

1.本发明实施例涉及换电站管理技术，尤其涉及一种换电站电池包管理系统及方法。


背景技术：

2.换电站内储存有大量车载电池包，在换电站的运营间歇期，可以作为储能站向电网提供临时增容或者削峰填谷的服务。
3.但是，由于车载电池包在进入换电站时，荷电状态存在很大的差异性，因而，无法通过常规储能站的控制方式，实现临时增容或者削峰填谷。并且，车载电池包在使用过程中，随着使用次数的增加，车载电池包内部会出现性能衰减，单体差异等情况，如果不加以监测和管理，则会使车载电池包的寿命下降，甚至会发生使用风险。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种换电站电池包管理系统及方法，以实现提高对电池包进行充放电的灵活性和可靠性，并降低了空间和经济成本的效果。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种换电站电池包管理系统，该系统包括：
6.电池包组合模块，用于对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡；
7.双向逆变器，与所述电池包组合模块相连接，用于通过目标电网为所述电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过所述电池包组合模块中的各存储电池包向所述目标电网放电；
8.总控模块，与所述电池包组合模块和所述双向逆变器分别连接，用于获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于所述目标参数控制所述双向逆变器运行，其中，所述目标参数包括荷电状态或充放电数据。
9.第二方面，本发明实施例还提供了一种换电站电池包管理方法，该方法包括：
10.基于电池包组合模块，对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡；
11.基于双向逆变器，通过目标电网为所述电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过所述电池包组合模块中的各存储电池包向所述目标电网放电；
12.基于总控模块，获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于所述目标参数控制所述双向逆变器运行，其中，所述目标参数包括荷电状态或充放电数据。
13.本发明实施例的技术方案，通过电池包组合模块对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡，基于双向逆变器，通过目标电网为电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过电池包组合模块中的各存储电池包向目标电网放电，基于总控模块获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器运行，解决了换电站对每个电池包分别进行充放电时，故障点较多的问题，以及每个电池包单独放置造成的空间利用率低的问题，实现了提高对电池包进行充放电的灵活性和可靠性，并降低了空间和经济成本的效果。
附图说明
14.为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
15.图1为本发明实施例一所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图；
16.图2为本发明实施例二所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图；
17.图3为本发明实施例三所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图；
18.图4为本发明实施例三所提供的一种换电站内控制拓扑图；
19.图5为本发明实施例四所提供的一种换电站电池包管理方法的流程示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
21.实施例一
22.图1为本发明实施例一所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图，本实施例可适用于在换电站对电池包进行存储以及充放电的情况，该系统可以执行换电站电池包管理方法，该系统可以通过软件和/或硬件的形式实现，该硬件可以是电子设备，可选的，电子设备可以是移动终端、pc端、服务器等。
23.如图1所示，本实施例的换电站电池包管理系统包括：电池包组合模块1、双向逆变器2以及总控模块3。
24.其中，电池包组合模块1，用于对并联的预设数量的存储电池包11进行电量均衡；双向逆变器2，与电池包组合模块1相连接，用于通过目标电网为电池包组合模块1中的各存储电池包11充电，以及通过电池包组合模块1中的各存储电池包11向目标电网放电；总控模块3，与电池包组合模块1和双向逆变器2分别连接，用于获取各存储电池包11的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器2运行，其中，目标参数包括荷电状态或充放电数据。
25.电池包组合模块1，用于对并联的预设数量的存储电池包11进行电量均衡。
26.其中，存储电池包11可以是存放在换电站的各电池包。预设数量可以是至少两个。
27.具体的，通过电池包组合模块1可以将预设数量的存储电池包11进行并联，进而，可以将并联连接的这些存储电池包11进行电量均衡，以使相互并联的各存储电池包11的电量差别较小。
28.需要说明的是，在换电站电池包管理系统中可以具有多个电池包组合模块1，针对每个电池包组合模块1，可以对该电池包组合模块1中的各个存储电池包11进行电量均衡。
29.示例性的，预设数量为4，则可以将每4个存储电池包11并联组成一个电池包组合模块1。
30.双向逆变器2，与电池包组合模块1相连接，用于通过目标电网为电池包组合模块1中的各存储电池包11充电，以及通过电池包组合模块1中的各存储电池包11向目标电网放
电。
31.其中，双向逆变器2可以是acdc双向逆变器，即可以将直流电变换成交流电，也可以将交流电变换成直流电的逆变器。目标电网可以是为换电站供电的电力网。
32.具体的，通过双向逆变器2可以将目标电网中的电能输入至电池包组合模块1中，以达到为电池包组合模块1中各存储电池包11充电的目的。通过双向逆变器2可以将电池包组合模块1的电能输入至目标电网中，以达到将电池包组合模块1中各存储电池包11中的电能投放至目标电网的目的。
33.需要说明的是，在目标电网存在电量缺口，且换电站中各存储电池包11的电量充足时，目标电网可以从存储电池包11中获取电能，以进行应急处理。
34.总控模块3，与电池包组合模块1和双向逆变器2分别连接，用于获取各存储电池包11的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器2运行。
35.其中，电池管理系统(battery management system，bms)是用于智能化管理及维护各个存储电池包11，防止出现过充电和过放电，延长存储电池包11的使用寿命，监控存储电池包11的状态的系统。目标参数包括荷电状态或充放电数据等与电池包充放电相关的参数。荷电状态(super capacitor state of charge，soc)可以是剩余电量百分比。充放电数据可以是与电池电量和充放电操作相关的数据，可以包括待充电或待放电的电量、当前的电量，还可以包括总充电次数、总放电次数、每次充电的充电时间以及每次放电的放电时间等。
36.具体的，总控模块3从各存储电池包11的电池管理系统中获取与各存储电池包11相对应的目标参数，根据目标参数中的充放电数据可以确定当前是待充电还是待放电，并且可以根据各存储电池包11的荷电状态进行分析还需充电或放电的电量，避免过充电或过放电的情况。进而，若当前是待充电，则控制双向逆变器2运行，以通过目标电网对电池包组合模块1中的各存储电池包11充电，若当前是待放电，则控制双向逆变器2运行，以通过电池包组合模块1中的各存储电池包11向目标电网放电。
37.本发明实施例的技术方案，通过电池包组合模块对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡，基于双向逆变器，通过目标电网为电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过电池包组合模块中的各存储电池包向目标电网放电，基于总控模块获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器运行，解决了换电站对每个电池包分别进行充放电时，故障点较多的问题，以及每个电池包单独放置造成的空间利用率低的问题，实现了提高对电池包进行充放电的灵活性和可靠性，并降低了空间和经济成本的效果。
38.实施例二
39.图2为本发明实施例二所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图。如图2所述，总控模块3包括电池管理单元31和能源管理单元32。
40.其中，电池管理单元31，与各存储电池包11的电池管理系统相连接，用于获取各电池管理系统中的目标参数，并将目标参数发送至能源管理单元32；能源管理单元32，与电池管理单元31相连接，接收目标参数，当接收到目标指令时，根据目标指令与目标参数，控制双向逆变器2运行，其中，目标指令包括充电指令或放电指令。
41.电池管理单元31，与电池包组合模块1中的各存储电池包11的电池管理系统相连
接，用于获取各电池管理系统中的目标参数，并将目标参数发送至能源管理单元32。
42.具体的，电池管理单元31可以获取电池包组合模块1中的各存储电池包11的电池管理系统中的信息和数据，因此，电池管理单元31可以获取各电池管理系统中的目标参数，并将目标参数发送至能源管理单元32，以便于后续通过能源管理单元32对电池包组合模块1中的各存储电池包11进行分析和管理。
43.能源管理单元32，与电池管理单元31相连接，接收目标参数，当接收到目标指令时，根据目标指令与目标参数，控制双向逆变器2运行。
44.其中，目标指令包括充电指令或放电指令。充电指令可以是触发对存储电池包11进行充电操作的指令。放电指令可以是触发将存储电池包11内的电能放出的指令。
45.具体的，能源管理单元32接收电池管理单元31发送的目标参数，并在接收到目标指令时，结合目标参数判断需要充电或放电的电量，进而，根据目标指令控制双向逆变器2运行，以实现各存储电池包11的充电或放电。并且，可以通过对目标参数分析，确定双向逆变器2的运行时间、电流量等，以避免过充电或过放电的情况。
46.可选的，如图2所示，电池包组合模块1，包括：预设数量的存储电池包11、双向变流器以12及投切模组13。
47.其中，投切模组13中包括预设数量的继电器131，每个继电器131的第一端口和与继电器131相对应的一个存储电池包11相连接，每个继电器131的第二端口与双向变流器12相连接。继电器131的第一端口和第二端口可以是继电器131的两个连接端口，即可以通过各继电器131控制双向变流器12与各存储电池包11之间的电路通断。双向变流器12可以是dc/dc，也就是将某一电压等级的直流电变换其他电压等级直流电的装置。
48.可选的，在上述各实施例的基础上，总控模块3还用于执行如下操作：
49.当检测到电池包组合模块1中存在预设数量的存储电池包11时，与各存储电池包11的电池管理系统建立通信连接，并获取各存储电池包11的荷电状态，根据各荷电状态，确定投切模组13中各继电器131的目标开关状态。
50.其中，目标开关状态可以是各继电器的开关状态，即每个继电器的开关状态可以相同也可以不同。
51.具体的，当总控模块3检测到电池包组合模块1中存在预设数量的存储电池包11时，可以确定需要对预设数量的存储电池包11进行后续的充电或放电操作，在进行充电或放电操作之前，需要对各存储电池包11进行电量均衡处理。因此，总控模块3可以获取各存储电池包11的荷电状态，根据各荷电状态，确定进行电量均衡处理时，哪些存储电池包11需要充电，哪些存储电池包11需要放电，进而，可以确定投切模组13中各继电器131的目标开关状态，以通过各存储电池包11之间的电量转移来实现电量均衡。
52.控制各继电器131的开关状态为目标开关状态，以通过双向变流器12对各存储电池包11进行电量均衡。
53.当检测到各电池管理系统中的荷电状态达到均衡时，控制各继电器131断开。
54.具体的，总控模块3可以控制各继电器131的开关状态为目标开关状态，此时，各存储电池包11可以通过双向变流器2实现电量的转移，以达到电量均衡的状态。当检测到各电池管理系统中的荷电状态达到均衡时，表示各存储电池包11中的电量处于彼此平衡的状态，即电量基本一致，此时，控制各继电器131断开，完成电量均衡处理。
55.可选的，如图2所示，双向逆变器2的第一端口与目标电网相连接，双向逆变器2的第二端口分别与预设数量的接触器4的第一端口相连接，每个接触器4的第二端口和与接触器相对应的一个存储电池包11相连接。
56.其中，接触器4可以是连接在双向逆变器2和各存储电池包11之间的装置，用于控制双向逆变器2和各存储电池包11之间电路的通断。接触器4的第一端口和第二端口可以是接触器4的两个连接端口。
57.可选的，在上述各实施例的基础上，总控模块3还用于执行如下操作：
58.当接收到充电指令，且各存储电池包11达到均衡时，控制各接触器4闭合，并通过双向逆变器12，使目标电网对电池包组合模块1充电。
59.具体的，当接收到充电指令时，表明需要对电池包组合模块中的各存储电池包11进行充电，但是，在充电之前需要保证各存储电池包11已进行均衡处理。若在接收到充电指令之前，就已经完成各存储电池包11的均衡处理，则执行充电操作；若在接收到充电指令之前，还未完成各存储电池包11的均衡处理，则等待各存储电池包11均衡处理完成再执行充电操作。当检测到各存储电池包11达到均衡时，表明可以进行充电操作，此时，控制各接触器4闭合，并通过双向逆变器12使得目标电网对电池包组合模块1中的各存储电池包11进行充电。
60.可选的，在上述各实施例的基础上，总控模块3还用于执行如下操作：
61.当接收到放电指令，且各存储电池包11达到目标放电条件时，控制各接触器4闭合，并通过双向逆变器12，使电池包组合模块1向目标电网放电。
62.其中，目标放电条件可以是预先设置的存储电池包11能够向外放电的条件，例如：是否完成均衡、是否满足荷电状态阈值以及工作状态是否空闲等。
63.具体的，当接收到放电指令时，表明需要对电池包组合模块中的各存储电池包11执行放电。但是，在放电之前需要保证各存储电池包11达到目标放电条件。例如：各存储电池包11已完成均衡，且处于空闲状态，并且，各存储电池包11的荷电状态均超过荷电状态阈值(例如：80％、90％等)。若各存储电池包11未达到目标放电条件，则说明不适合通过电池包组合模块1中的各存储电池包11进行放电。若各存储电池包11达到目标放电条件，则通过控制各接触器4闭合控制双向逆变器2与各存储电池包11之间的电连接情况，以到达将电池包组合模块1中的电能输送值目标电网的目的。
64.可选的，在上述各实施例的基础上，总控模块3还用于执行如下操作：
65.当接收到对各存储电池包11进行电量均衡的指令，且检测到存在至少一个存储电池包11无法完全均衡时，通过控制与无法完全均衡的至少一个存储电池包11相对应接触器4的通断状态，对至少一个存储电池包11进行充电或放电。
66.具体的，当接收到对各存储电池包11进行电量均衡的指令，且检测到存在至少一个存储电池包11无法完全均衡时，需要对无法完全均衡的各存储电池包11进行单独的充电或放电处理，即无法与均衡完成的各存储电池包一同充电或放电。此时，可以通过控制与无法完全均衡的各存储电池包11对应的接触器4来单独对这些存储电池包进行单独的充电或放电处理。
67.可选的，在上述各实施例的基础上，总控模块3还用于执行如下操作：
68.当接收到对至少一个存储电池包11的健康检测指令时，在运营间歇期，对至少一
个存储电池包11进行电池性能检测，并获取至少一个存储电池包11的充放电数据；根据电池性能检测的检测结果以及充放电数据生成与至少一个存储电池包11对应的健康检测报告。
69.其中，运营间歇期表示换电站的空闲期。电池性能检测可以是确定电池性能的测试，例如：根据gb/t31486-2015标准试验进行电池性能检测等。充放电数据可以是存储电池包11的日常充放电数据。健康检测报告可以是用于描述存储电池包的健康程度，使用程度，寿命程度等的信息集合。
70.具体的，当接收到对至少一个存储电池包11的健康检测指令时，判断是否处于运营间歇期，若否，则等待处于运营间歇期时，再执行健康检测指令；若是，则执行健康检测指令。执行健康检测指令时，可以对健康检测指令进行解析，确定健康检测指令想要检测的至少一个存储电池包11，并对这些存储电池包11进行电池性能检测，同时，获取这些存储电池包11的充放电数据。进而，将这些存储电池包11电池性能检测的检测结果以及充放电数据进行整合和分析，生成与这些存储电池包11对应的健康检测报告。
71.本发明实施例的技术方案，通过电池包组合模块对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡，基于双向逆变器，通过目标电网为电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过电池包组合模块中的各存储电池包向目标电网放电，基于总控模块获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器运行，解决了换电站对每个电池包分别进行充放电时，故障点较多的问题，以及每个电池包单独放置造成的空间利用率低的问题，实现了提高对电池包进行充放电的灵活性和可靠性，并降低了空间和经济成本的效果。
72.实施例三
73.在上述各实施例的基础上，图3为本发明实施例三所提供的一种换电站电池包管理系统的结构示意图。如图3所述，包括电网(目标电网)、断路器qf、双向逆变器pcs、双向变流器bl(双向变流器)、电池包pk(存储电池包)、投切模组tq、接触器km以及高低压联络回路组成。
74.其中，双向逆变器主要实现对电池包的充放电功能。双向变流器主要实现对电池包之间差异性的主动均衡，对接各电池包进行充放电对接管理。投切模组是各电池包之间均衡时，完成电池包间回路通断的投切硬件组合。ems(engine management system，发动机管理系统)(主控模块)主要实现整个换电站内能量管理调度控制。综合电池管理系统(zbms)为换电站内各电池包并联组合形成新的电池系统(电池包组合模块)所对应的电池管理系统，即对新的电池系统进行充放电控制管理的一级监控器。zbms主要包含电池包通讯接口、与双向逆变器设备通讯接口、对电池系统充放电回路电参数监测、对双向逆变器与电池包间继电器投切控制和与ems通讯接口等功能。投切模组主要实现电池包与双向变流器和电池包之间回路的连接。如图1所示，每个电池包均可以连接到双向变流器的2个直流接口。电池包与双向变流器两端直流口连接继电器与电池包和双向逆变器接口连接继电器之间做闭锁控制。
75.示例性的，换电站内每4个电池包并联成组形成一个新的电池系统，每个新的电池系统配备1台acdc双向逆变器，1台dcdc双向变流器，1个投切模组以及1个zbms控制板，形成1个500kw/1mwh的系统。例如：整个换电站8块282kwh的电池系统与pcs等设备形成计可支持
换电又具备1mw/2mwh的换储系统。双向逆变器功率按照成组电池包0.5c充电功率选择630kw规格，dcdc双向变流器按照0.1c选择30kw规格。继电器规格按照电池包0.1c容量加0.25保护系数选择。电池包与双向逆变器连接回路上的继电器规格按照电池包0.5c容量加0.25保护系数选择。
76.换电站内电池的管理功能的实现流程为：
77.电池包进入电池舱室后先进行包间均衡，然后由双向逆变器统一进行充电，当外部有储能需求时由ems根据运行情况进行判断是否进入储能模式。换电站内控制拓扑图如图4所示。
78.具体的，电池包进入电池舱室后由zbms对各电池包信息进行采集然后上传switch-ems(具有选择功能的ems)，switch-ems计算出子系统内电池荷电状态，得出所有电池包均衡目标，然后通过控制投切模组实现不同电池包间与双向变流器形成回路，在switch-ems控制下由双向变流器进行充放电，以完成对电池包间的均衡。针对无法完全均衡的单独电池包，通过switch-ems控制双向逆变器和zbms控制与该电池包对应的继电器进行单独充放电。在均衡完成后，通过switch-ems控制zbms和双向逆变器对子系统进行充电。当站内switch-ems接受到外部能量需求命令(放电需求)时，根据换电站内各电池运营情况判断是否调度双向逆变器进行放电实现(是否达到目标放电条件)。
79.由于换电站具备充放电功能，故在整站控制中可以有针对性的制定电池检测策略，结合运营间歇期，经由客户端下单，通过云端对电池进行健康检测，例如：站内系统根据gb/t 31486-2015标准试验进行电池性能检测，结合电池日常充放电数据出具健康检测报告。
80.本实施例的技术方案，通过换电站电池包管理系统的设计、电量均衡控制回路以及控制策略的设计、投切模组的设计以及综合电池管理系统的设计，减少了换电站内的设备数量，降低了空间成本和经济成本，并且既可以实现对单个电池包的充放电，也可以实现对整组电池包的充放电，提升了充放电的灵活性和可靠性。
81.实施例四
82.图5为本发明实施例四所提供的一种换电站电池包管理方法的流程示意图，本实施例可适用于在换电站对电池包进行存储以及充放电的情况，该方法可以由换电站电池包管理系统执行。
83.如图5所示，本实施例的方法具体包括如下步骤：
84.s410、基于电池包组合模块，对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡。
85.s420、基于双向逆变器，通过目标电网为电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过电池包组合模块中的各存储电池包向目标电网放电。
86.s430、基于总控模块，获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器运行。
87.其中，目标参数包括荷电状态或充放电数据。
88.可选的，所述总控模块包括电池管理单元和能源管理单元；基于电池管理单元，获取各所述电池管理系统中的目标参数，并将所述目标参数发送至所述能源管理单元；基于能源管理单元，接收所述目标参数，当接收到目标指令时，根据所述目标指令与所述目标参数，控制所述双向逆变器运行，其中，所述目标指令包括充电指令或放电指令。
89.可选的，所述电池包组合模块，包括：预设数量的存储电池包、双向变流器以及投切模组；其中，投切模组中包括所述预设数量的继电器，每个继电器的第一端口和与所述继电器相对应的一个存储电池包相连接，每个继电器的第二端口与所述双向变流器相连接。
90.可选的，基于总控模块，当检测到电池包组合模块中存在预设数量的存储电池包时，与各存储电池包的电池管理系统建立通信连接，并获取各存储电池包的荷电状态，根据各荷电状态，确定所述投切模组中各继电器的目标开关状态；控制所述各继电器的开关状态为所述目标开关状态，以通过所述双向变流器对所述各存储电池包进行电量均衡；当检测到所述各电池管理系统中的荷电状态达到均衡时，控制所述各继电器断开。
91.可选的，所述双向逆变器的第一端口与所述目标电网相连接，所述双向逆变器的第二端口分别与所述预设数量的接触器的第一端口相连接，每个接触器的第二端口和与所述接触器相对应的一个存储电池包相连接。
92.可选的，基于总控模块，当接收到充电指令，且各存储电池包达到均衡时，控制各接触器闭合，并通过所述双向逆变器，使所述目标电网对所述电池包组合模块充电。
93.可选的，基于总控模块，当接收到放电指令，且各存储电池包达到目标放电条件时，控制各接触器闭合，并通过所述双向逆变器，使所述电池包组合模块向所述目标电网放电。
94.可选的，基于总控模块，当接收到对各存储电池包进行电量均衡的指令，且检测到存在至少一个存储电池包无法完全均衡时，通过控制与无法完全均衡的至少一个存储电池包相对应接触器的通断状态，对所述至少一个存储电池包进行充电或放电。
95.可选的，基于总控模块，当接收到对至少一个存储电池包的健康检测指令时，在运营间歇期，对所述至少一个存储电池包进行电池性能检测，并获取所述至少一个存储电池包的充放电数据；根据所述电池性能检测的检测结果以及所述充放电数据生成与所述至少一个存储电池包对应的健康检测报告。
96.本发明实施例的技术方案，通过电池包组合模块对并联的预设数量的存储电池包进行电量均衡，基于双向逆变器，通过目标电网为电池包组合模块中的各存储电池包充电，以及通过电池包组合模块中的各存储电池包向目标电网放电，基于总控模块获取各存储电池包的电池管理系统中的目标参数，并基于目标参数控制双向逆变器运行，解决了换电站对每个电池包分别进行充放电时，故障点较多的问题，以及每个电池包单独放置造成的空间利用率低的问题，实现了提高对电池包进行充放电的灵活性和可靠性，并降低了空间和经济成本的效果。
97.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。