一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，用于對電池模塊中的各個電池組以及每個所述電池組中的各個儲能電池進行管理，每個所述電池組中儲能電池通過斷路器串聯(lián)起來，每個所述電池組連接光伏發(fā)電系統(tǒng)及一個充電樁；包括：主控制器，以及與電池組數(shù)量相同的霍爾電流傳感器和繼電器，以及與所述儲能電池數(shù)量相同的霍爾電壓傳感器；所述霍爾電流傳感器和所述繼電器均一一對應地位于每個所述電池組的斷路器上；所述霍爾電壓傳感器一一對應地位于該電池模塊的每個所述儲能電池上；所述主控制器分為主控制板，以及與所述主控制板連接的，與所述電池組數(shù)量相同的從控制板，每塊所述從控制板對應連接一個電池組上斷路器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器和繼電器。
【專利說明】
一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及輸配電用一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]換電儲能系統(tǒng)是一種將分布式發(fā)電系統(tǒng)，比如光伏發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能通過電池模塊存儲起來，供充電粧等使用，屬于一種微網(wǎng)系統(tǒng)。換電儲能系統(tǒng)中的關鍵部分是電池管理系統(tǒng)，其對于電池模塊中各個電池組，以及每個電池組中儲能電池進行管理，以保證整個換電儲能系統(tǒng)的安全運行。但是分布式發(fā)電系統(tǒng)具有嚴重的不穩(wěn)定性，發(fā)電功率波動很大，因此目前的電池管理系統(tǒng)不能用于換電儲能系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其能根據(jù)換電儲能系統(tǒng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)的特點，對電池模塊進行針對性的，多層次的保護。
[0004]實現(xiàn)上述目的的一種技術方案是:一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，用于對電池模塊中的各個電池組以及每個所述電池組中的各個儲能電池進行管理，每個所述電池組中儲能電池通過斷路器串聯(lián)起來，每個所述電池組連接光伏發(fā)電系統(tǒng)及一個充電粧；包括:
[0005]主控制器，以及與電池組數(shù)量相同的霍爾電流傳感器和繼電器，以及與所述儲能電池數(shù)量相同的霍爾電壓傳感器；所述霍爾電流傳感器和所述繼電器均一一對應地位于每個所述電池組的斷路器上；所述霍爾電壓傳感器一一對應地位于該電池模塊的每個所述儲能電池上；
[0006]所述主控制器分為主控制板，以及與所述主控制板連接的，與所述電池組數(shù)量相同的從控制板，每塊所述從控制板對應連接一個電池組上斷路器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器和繼電器。
[0007]進一步的，所述換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，還包括位于所述電池模塊中各個儲能電池上的溫度傳感器，所述溫度傳感器與該儲能電池所在電池組的斷路器連接的從控制板連接。
[0008]進一步的，所述電池模塊置于一個電池模塊箱內，所述電池模塊箱上設有散熱風扇，該換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)設有一個位于該電池模塊箱內的總溫度傳感器，所述總溫度傳感器連接主控制板，所述主控制板連接所述散熱風扇。
[0009]進一步的，所述主控制板與外接的儲能監(jiān)測系統(tǒng)通過通信模塊進行連接。
[0010]進一步的，所述主控制器的主控制板與從控制板之間，所述從控制板與所述斷路器、所述繼電器、所述霍爾電壓傳感器和所述霍爾電壓傳感器之間均通過CAN總線連接。
[0011]進一步的，所述主控制板通過一變流器連接220V市電電源。
[0012]進一步的，還包括絕緣監(jiān)測模塊，所述絕緣檢測模塊連接在每個所述電池組的斷路器的兩端。
[0013]再進一步的，所述絕緣檢測模塊連接220V市電電源。
[0014]進一步的，在所述換電儲能系統(tǒng)充電過程中，任意一個所述從控制板根據(jù)霍爾電壓傳感器測量得到的儲能電池的電壓，對儲能電池的剩余電量進行估算，并將電壓達到上限截止電壓或下限截止電壓的儲能電池切出該電池組。
[0015]進一步的，任意一個所述從控制板通過霍爾電流傳感器檢測對應電池組的充電電流或放電電流，并在充電電流超過充電電流的短路保護限值，或者放電電流超過放電電流的短路保護限值時，切斷所述斷路器和所述繼電器。
[0016]采用了本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)的技術方案，用于對電池模塊中的各個電池組以及每個所述電池組中的各個儲能電池進行管理，每個所述電池組中儲能電池通過斷路器串聯(lián)起來，每個所述電池組連接光伏發(fā)電系統(tǒng)及一個充電粧；包括:主控制器，以及與電池組數(shù)量相同的霍爾電流傳感器和繼電器，以及與所述儲能電池數(shù)量相同的霍爾電壓傳感器；所述霍爾電流傳感器和所述繼電器均一一對應地位于每個所述電池組的斷路器上；所述霍爾電壓傳感器一一對應地位于該電池模塊的每個所述儲能電池上；所述主控制器分為主控制板，以及與所述主控制板連接的，與所述電池組數(shù)量相同的從控制板，每塊所述從控制板對應連接一個電池組上斷路器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器和繼電器。其技術效果是:能根據(jù)換電儲能系統(tǒng)中分布式發(fā)電系統(tǒng)的特點，對電池模塊進行從儲能電池、電池組到電池模塊的，具有針對性的，多層次的保護，保證整個換電儲能系統(tǒng)的安全運行。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]請參閱圖1，本發(fā)明的發(fā)明人為了能更好地對本發(fā)明的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例，并結合附圖進行詳細地說明。
[0019]換電儲能系統(tǒng)主要是為了能將光伏發(fā)電組件所發(fā)的電能儲存起來，用于充電粧的充電。換電儲能系統(tǒng)包括電池模塊以及對該電池模塊進行管理的電池管理系統(tǒng)。電池模塊位于一個電池模塊箱內，該電池模塊箱配備散熱風扇。儲能電池模塊是由多個電池組并聯(lián)而成的，每個所述電池組連接一個充電粧。每個所述電池組是由相同數(shù)量的儲能電池，通過斷路器7串聯(lián)而成的。本實施例中，儲能電池為磷酸鐵鋰電池。
[0020]本實施例中，本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)負責對儲能電池模塊的運行工況，即對儲能電池模塊中的各個儲能電池的電壓，溫度、剩余電量進行實時監(jiān)測，完成儲能電池模塊中各個儲能電池的均衡保護，對儲能電池模塊中的各個電池組的電流進行實時監(jiān)測，完成儲能電池模塊中各個電池組的均衡保護，根據(jù)各個儲能電池，以及每個電池組的運行狀況調整充放電策略。
[0021]本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，包括主控制器1、絕緣監(jiān)測模塊2和位于每個儲能電池上的霍爾電壓傳感器31，位于每個電池組上霍爾電流傳感器32和溫度傳感器4、位于每個電池組上的繼電器5，和位于電池模塊箱內的總溫度傳感器6。繼電器5位于斷路器7上，將斷路器7在與光伏發(fā)電系統(tǒng)連接的充電狀態(tài)，以及與充電粧連接的放電狀態(tài)之間進行切換。
[0022]其中，主控制器I為ZBCMS型控制器，分為主控制板11、與所述電池組數(shù)量相同的從控制板12，以及存儲芯片13。主控制板11和從控制板12之間通過CAN總線連接，用于主控制板11和從控制板12之間的通信，以及主控制板11對從控制板12的供電。
[0023]其中，主控制板11的通過第一變流器連接220V市電電源，所述第一變流器將220V市電電源轉變成12/24V直流電源對主控制板11和從控制板12進行供電。
[0024]其中，每塊從控制板12對應連接一個電池組上的霍爾電流傳感器32，霍爾電流傳感器32位于斷路器7上，以及該電池組中每個儲能電池上的霍爾電壓傳感器31以及溫度傳感器4。
[0025]其中從控制板12通過霍爾電流傳感器32檢測該電池組在充電時的充電電流的大小，以及放電時放電電流的大小，通過溫度傳感器4，檢測各個儲能電池表面的溫度，以保證電池模塊的整體安全。
[0026]每塊從控制板12通過位于該電池組中每個儲能電池上的霍爾電壓傳感器31，檢測每個儲能電池的電壓，并估算剩余電量。在充電過程中，若發(fā)現(xiàn)該電池組中任意一個儲能電池的電壓高于上限截止電壓或，或在放電過程中發(fā)現(xiàn)任意一個儲能電池的電壓低于下限截止電壓，則將通過所述斷路器7隔離出該電池組。
[0027]同時主控制板12對電池模塊中各個儲能電池進行離散性分析，以保證每個儲能電池都處于正常工作的狀態(tài)。
[0028]總溫度傳感器6連接主控制板11，同時主控制板11連接電池模塊箱上的散熱風扇，當總溫度傳感器6檢測到電池模塊箱內的溫度超過限值時，通過主控制板11打開接電池模塊箱上的散熱風扇，從而對電池模塊箱內的電池模塊進行降溫，同時暫停電池模塊中所有電池組的充放電。
[0029]存儲芯片13通過CAN總線，連接主控制板11，并通過主控制板11讀取各個從控制板12的數(shù)據(jù)，支持不低于兩個月的數(shù)據(jù)存儲和導出。
[0030]因此，主控制器I具有多層安全保護:從儲能電池、電池組，電池模塊、從而保證了換電儲能系統(tǒng)的安全性、可靠性。
[0031]主控制器I中，主控制板11和從控制板12之間，主控制板11與總溫度傳感器6之間，主控制板11與存儲芯片13之間，從控制板12與對應電池組的霍爾電壓傳感器31之間，與各個霍爾電流傳感器32之間，與各個溫度傳感器4之間，與斷路器7之間，與繼電器5之間均通過CAN總線連接，因此主控制器I具有強大的通訊功能，抗干擾能力強，運算高速可靠，易于擴展。
[0032]從控制板12通過檢測一個電池組在充電時的充電電流的大小，以及放電時放電電流的大小，防止任意一個儲能電池過充過放，同時通過所絕緣監(jiān)測模塊2對一個電池組和該電池組中的各個儲能電池進行絕緣檢測、及時發(fā)現(xiàn)電池組的連接故障并告警。同時技術人員還可通過主控制板，對電池組中每個儲能電池的上限截止電壓、低于下限截止電壓進行設定。
[0033]當任意一個電池組的充電電流高于充電電流的短路保護限值，以及放電電流高于放電電流的短路保護限值，與該電池組對應的從控制板12，及時切斷該電池組的斷路器7和繼電器5，停止對該電池組的充放電并報警。充電電流的短路保護限值，以及放電電流高于放電電流的短路保護限值。同時對于該電池組上斷路器7的操作寫入存儲芯片13。
[0034]霍爾電流傳感器32的電流采集的誤差小于等于1%，采集周期為50ms，
[0035]從控制板12通過位于該電池組中每個儲能電池上的霍爾電壓傳感器31，檢測每個儲能電池的電壓，并估算剩余電量時，對于剩余電量估算的誤差小于等于5%。存儲芯片13的存儲容量大于等于存儲容量256Mb。
[0036]絕緣監(jiān)測模塊2第二通過變流器連接220V市電電源，所述第二變流器將220V市電電源轉變成12/24V直流電源對絕緣監(jiān)測模塊2進行供電。絕緣監(jiān)測模塊2連接在各個電池組的斷路器7連接，用于對各個電池組的絕緣阻抗，以及總的電壓，以輔助診斷電池模塊中各個電池組連接的安全性，絕緣檢測模塊2的電壓量程為O?900V，測量精度為IV，絕緣阻抗的量程為O?1kQ。
[0037]本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)中還設有通信模塊9，用于主控制器I的主控制板11與外接的儲能監(jiān)測系統(tǒng)，以及用于將電池模塊與充電粧連接的變流器連接并進行通信。逆變器用于將該電池組內的電能轉變成能充入電動汽車的電能。
[0038]本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)上傳給儲能監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括:每個儲能電池電壓，每個電池組中，電壓最高和電壓最低的儲能電池的電壓和位置；每個電池組中，溫度最高和溫度最低的儲能電池的溫度和位置；每個電池組的總電壓；每個電池組的充電電流和放電電流；每個電池組的絕緣阻抗；任意一個儲能電池的過壓的時間和電壓、過流的時間和電流、過溫的時間和溫度等故障信息。
[0039]本發(fā)明的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)從儲能監(jiān)測系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)包括電池模塊中任意一個電池組啟動接入或退出運行命令并提供24V的直流電源信號，最大電流輸出不超1A。
[0040]本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權利要求書范圍內。
【主權項】
1.一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，用于對電池模塊中的各個電池組以及每個所述電池組中的各個儲能電池進行管理，每個所述電池組中儲能電池通過斷路器串聯(lián)起來，每個所述電池組連接光伏發(fā)電系統(tǒng)及一個充電粧；其特征在于包括: 主控制器，以及與電池組數(shù)量相同的霍爾電流傳感器和繼電器，以及與所述儲能電池數(shù)量相同的霍爾電壓傳感器；所述霍爾電流傳感器和所述繼電器均一一對應地位于每個所述電池組的斷路器上；所述霍爾電壓傳感器一一對應地位于該電池模塊的每個所述儲能電池上； 所述主控制器分為主控制板，以及與所述主控制板連接的，與所述電池組數(shù)量相同的從控制板，每塊所述從控制板對應連接一個電池組上斷路器、霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器和繼電器。2.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:其還包括位于所述電池模塊中各個儲能電池上的溫度傳感器，所述溫度傳感器與該儲能電池所在電池組的斷路器連接的從控制板連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池模塊置于一個電池模塊箱內，所述電池模塊箱上設有散熱風扇，該換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)設有一個位于該電池模塊箱內的總溫度傳感器，所述總溫度傳感器連接主控制板，所述主控制板連接所述散熱風扇。4.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制板與外接的儲能監(jiān)測系統(tǒng)通過通信模塊進行連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制器的主控制板與所述從控制板之間，所述從控制板與所述斷路器、所述繼電器、所述霍爾電壓傳感器和所述霍爾電壓傳感器之間均通過CAN總線連接。6.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述主控制板通過一變流器連接220V市電電源。7.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:其還包括絕緣監(jiān)測模塊，所述絕緣檢測模塊連接在每個所述電池組的斷路器的兩端。8.根據(jù)權利要求7所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述絕緣檢測模塊連接220V市電電源。9.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:在所述換電儲能系統(tǒng)充電過程中，任意一個所述從控制板根據(jù)霍爾電壓傳感器測量得到的儲能電池的電壓，對儲能電池的剩余電量進行估算，并將電壓達到上限截止電壓或下限截止電壓的儲能電池切出該電池組。10.根據(jù)權利要求1所述的一種換電儲能系統(tǒng)用電池管理系統(tǒng)，其特征在于:任意一個所述從控制板通過霍爾電流傳感器檢測對應電池組的充電電流或放電電流，并在充電電流超過充電電流的短路保護限值，或者放電電流超過放電電流的短路保護限值時，切斷所述斷路器和所述繼電器。
【文檔編號】H02H7/18GK105990868SQ201510072453
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】王偉峰, 馮文俊, 解蕾, 楊嘉俊, 廖強強, 仲雋偉
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司, 上海英同電氣有限公司, 上海電力實業(yè)有限公司