本技術(shù)涉及電池管理系統(tǒng)，特別是涉及一種用于鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)及其堆控制器。

背景技術(shù)：

1、電池管理系統(tǒng)用于大型儲(chǔ)能電站等應(yīng)用場景的電池管理和控制。可實(shí)現(xiàn)與pcs（儲(chǔ)能變流器）、儲(chǔ)能管理系統(tǒng)（ems）等進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，優(yōu)化控制策略，保證電池管理系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2、電池管理系統(tǒng)的堆控制器是電池管理系統(tǒng)中最重要的控制設(shè)備，用于整個(gè)電池堆的控制，是電池管理系統(tǒng)最核心的部件，保證整個(gè)鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，并保障鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。堆控制器還與消防設(shè)備、水冷機(jī)組、電力儀表、pcs和ems等進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)全面控制。

3、目前的堆控制器，主要問題有：一，無法實(shí)現(xiàn)電池?cái)?shù)據(jù)的快速采集，目前采集主要以arm為主控芯片，主要采用can通訊進(jìn)行電池?cái)?shù)據(jù)采集，因此影響采集速度和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；二，目前堆控制器均采用linux系統(tǒng)，該系統(tǒng)無法處理實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的任務(wù)；三，無法對多種外部設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立通訊和控制，目前設(shè)備的rs485通訊接口和can通訊接口較少，很多接口都是復(fù)用，從安全和冗余角度考慮，需要更多的獨(dú)立接口進(jìn)行通訊和控制；四，堆控制器之間沒有實(shí)現(xiàn)通訊功能，因此在多堆的鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)中，不能很好的處理堆之間的數(shù)據(jù)交互；五，堆儲(chǔ)能電站采用多堆系統(tǒng)時(shí)，如果一個(gè)堆控制器出現(xiàn)通訊故障時(shí)，整個(gè)堆的故障狀態(tài)就無法上送到ems中，無法進(jìn)行故障判斷。

4、基于以上原因，就需要堆控制器能夠解決電池?cái)?shù)據(jù)快速采集，實(shí)時(shí)任務(wù)處理，外部設(shè)備獨(dú)立通訊，堆控制器之間的冗余通訊，堆之間的功率分配等問題。目前市場尚沒有一款可以具備這些功能的堆控制器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的是提供一種用于鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)及其堆控制器，結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，能夠提高電池?cái)?shù)據(jù)采樣及任務(wù)處理的實(shí)時(shí)性，增加外部設(shè)備通訊控制的獨(dú)立性和冗余性，還能夠?qū)崿F(xiàn)電池堆之間的數(shù)據(jù)交互及協(xié)調(diào)控制。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下方案：

3、一種用于鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)的堆控制器，一個(gè)所述堆控制器對應(yīng)一個(gè)電池堆，所述堆控制器包括：電路板以及設(shè)置在電路板上的zynq主控芯片，所述zynq主控芯片集成有兩個(gè)arm處理器和一個(gè)可編程邏輯單元fpga，兩個(gè)arm處理器與可編程邏輯單元fpga之間分別通過axi總線連接；

4、兩個(gè)arm處理器分別為第一arm處理器和第二arm處理器，所述第一arm處理器連接有若干個(gè)以太網(wǎng)接口，所述第二arm處理器連接有若干個(gè)rs485通訊接口和若干個(gè)can通訊接口；所述可編程邏輯單元fpga連接有3組光纖接口，其中，1組光纖接口用于與該堆控制器所對應(yīng)電池堆內(nèi)的簇控制器通訊連接，1組光纖接口用于與其他堆控制器通訊連接，1組光纖接口用于與其他堆控制器所對應(yīng)電池堆內(nèi)的簇控制器通訊連接。

5、進(jìn)一步地，所述以太網(wǎng)接口設(shè)置有2個(gè)，2個(gè)以太網(wǎng)接口分別用于與ems系統(tǒng)和pcs系統(tǒng)通訊連接；所述rs485通訊接口設(shè)置有4個(gè)，4個(gè)rs485通訊接口分別用于與液冷機(jī)組、消防設(shè)備、電力儀表、io模塊通訊連接，所述can通訊接口設(shè)置有1個(gè)，1個(gè)can通訊接口用于與絕緣檢測模塊通訊連接。

6、進(jìn)一步地，所述第一arm處理器移植linux系統(tǒng)，所述第二arm處理器為裸機(jī)核。

7、進(jìn)一步地，所述zynq主控芯片連接有eeprom電路、rtc實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、通訊狀態(tài)指示燈、flash電路、sd卡中的至少一種。

8、進(jìn)一步地，所述zynq主控芯片連接有電源轉(zhuǎn)換回路。

9、進(jìn)一步地，所述rs485通訊接口采用modbus_rtu通訊協(xié)議，所述can通訊接口采用can通訊協(xié)議，用于與ems系統(tǒng)連接的以太網(wǎng)接口采用iec104通訊協(xié)議，用于與pcs系統(tǒng)連接的以太網(wǎng)接口采用modbus_tcp通訊協(xié)議。

10、進(jìn)一步地，所述以太網(wǎng)接口為千兆網(wǎng)接口。

11、本實(shí)用新型還提供一種用于鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)，包括上述的堆控制器，還包括ems系統(tǒng)、pcs系統(tǒng)、液冷機(jī)組、消防設(shè)備、電力儀表、io模塊、絕緣檢測模塊、n臺(tái)簇控制器、m*n臺(tái)pack控制器，其中n為每個(gè)電池堆中與電池簇對應(yīng)的簇控制器的個(gè)數(shù)，m為每個(gè)電池簇中與電池pack對應(yīng)的pack控制器的個(gè)數(shù)；

12、其中，所述堆控制器通過2個(gè)以太網(wǎng)接口分別與ems系統(tǒng)和pcs系統(tǒng)通訊連接，通過4個(gè)rs485通訊接口分別與液冷機(jī)組、消防設(shè)備、電力儀表、io模塊通訊連接，通過1個(gè)can通訊接口與絕緣檢測模塊通訊連接，通過1組光纖接口與簇控制器通訊連接；所述pack控制器與其所在的電池簇的簇控制器通訊連接。

13、進(jìn)一步地，所述電池管理系統(tǒng)包括多個(gè)所述堆控制器，多個(gè)所述堆控制器對應(yīng)于多個(gè)電池堆，每個(gè)堆控制器通過光纖接口與相鄰的其他堆控制器通訊連接，并通過光纖接口與相鄰的其他堆控制器所對應(yīng)電池堆內(nèi)的簇控制器通訊連接。

14、根據(jù)本實(shí)用新型提供的具體實(shí)施例，本實(shí)用新型提供的用于鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)及其堆控制器公開了以下技術(shù)效果：

15、1）增加電池?cái)?shù)據(jù)采樣的實(shí)時(shí)性：zynq主控芯片的fpga部分通過光纖接口與簇控制器通訊，可以將電池電壓、溫度、soc、soh等電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，因?yàn)楣饫w通信速度快，傳輸數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性高，fpga的處理速度快，處理效率高，因此電池?cái)?shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳送到堆控制器進(jìn)行分析和處理；

16、2）增加信號處理和系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性：zynq主控芯片集成有兩個(gè)arm處理器和一個(gè)可編程邏輯單元fpga，其中一個(gè)arm處理器可以運(yùn)行l(wèi)inux系統(tǒng)，主要處理以太網(wǎng)相關(guān)的數(shù)據(jù)通訊，例如與ems、pcs之間的數(shù)據(jù)通訊，另一個(gè)arm處理器可以采用arm裸機(jī)核，主要處理與外部設(shè)備的通訊：例如與液冷機(jī)組、消防設(shè)備、電力儀表、開入開出（io）模塊、絕緣檢測模塊等通訊，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和保護(hù)處理，以及充放電控制等。通過兩個(gè)arm處理器和一個(gè)可編程邏輯單元fpga的相互配合增加信號處理和系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。

17、3）增加外部設(shè)備通訊控制的獨(dú)立性和冗余性：堆控制器的zynq連接4個(gè)rs485通訊接口和2個(gè)can通訊接口，4個(gè)rs485通訊接口與液冷機(jī)組、消防設(shè)備、電力儀表、開入開出（io）模塊通訊，1個(gè)can通訊接口與絕緣檢測模塊通訊，確保每個(gè)設(shè)備或者每一類設(shè)備都采用獨(dú)立的接口進(jìn)行連接和通訊，當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)接口損壞時(shí)，可以更換到同類型的接口上，實(shí)現(xiàn)rs485之間互為冗余；2個(gè)以太網(wǎng)接口可以分別與ems和pcs通訊，也實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立和互為冗余。

18、4）增加堆控制器之間的通訊功能：zynq主控芯片的fpga部分通過光纖接口與其他堆控制器進(jìn)行光纖通訊，完成堆控制器之間的數(shù)據(jù)交互，可以在一個(gè)系統(tǒng)中有多個(gè)電池堆時(shí)，在多個(gè)電池堆之間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

19、5）電池堆之間進(jìn)行故障狀態(tài)的冗余上送，當(dāng)某電池堆出現(xiàn)與ems的通訊故障時(shí)，故障堆可以通過其他的電池堆的堆控制器上送運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)，當(dāng)電池堆與電池簇的通訊故障時(shí)，電池簇的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)可以通過其他電池堆的堆控制器上送到ems，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和故障保護(hù)。

20、6）堆控制器具有更好的通用性：在不同的鋰電儲(chǔ)能的電池管理系統(tǒng)中，均可以適用此堆控制器，也可以在多套鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)并行適用時(shí)，布設(shè)多個(gè)此堆控制器。