專利名稱：一種電池堆控制系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池堆控制系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
電池作為一種重要的儲能器件，在生活中被廣泛應(yīng)用，而在大型電站中電池可以 作為電能儲存設(shè)備和電源調(diào)節(jié)器件。電站的儲能機組中使用大量電池，以電池包串聯(lián)的方 式連接成電池串，組成一個電池組，由若干可以投切到直流端電網(wǎng)的電池組構(gòu)成的工作模 式稱之為電池堆。由于每個電池組的工況都各不相同，如何從電池堆中選擇適合的電池組 進行并網(wǎng)和離網(wǎng)是保證系統(tǒng)安全的基本前提，是提高電能質(zhì)量和提高電池使用效率的重要 舉措。
當前大多數(shù)儲能電站均采用人工控制電池組的并網(wǎng)和離網(wǎng)，或者以簡單的方式將 電池組并網(wǎng)或離網(wǎng)，如果選擇不合適的電池組并網(wǎng)，例如電池組之間壓差過大，會使電壓高 的一組電池組對電壓低的一組電池組產(chǎn)生巨大的沖擊電流，因此這種方式不但不能保證電 網(wǎng)和電池組的安全，也不能使電池組得到充分的利用。電池組，特別是工作中的電池組的工 況信息時時都在發(fā)生變化，人工控制方法實時性不強，適合并網(wǎng)時未能及時將電池組并網(wǎng) 而需要離網(wǎng)時未能將電池組切除，是當前儲能控制系統(tǒng)的一大不足。發(fā)明內(nèi)容
針對目前大多數(shù)儲能電站采用人工控制電池組的并網(wǎng)和離網(wǎng)而不能保證電網(wǎng)和 電池組安全、不能使電池組得到充分利用的問題，本發(fā)明提出一種電池堆控制系統(tǒng)及其控 制方法，有效保證電池組和電網(wǎng)安全，并且能使電池組得到充分利用。
一種電池堆控制系統(tǒng)，所述電池堆控制系統(tǒng)包括堆電池管理器、至少兩個電池組 以及與至少兩個電池組一一對應(yīng)的選擇控制單元，所述選擇控制單元包括接觸器、用于采 集電池組相關(guān)信息的主電池管理器和從電池管理器，所述每個電池組通過對應(yīng)的接觸器與 直流電網(wǎng)電連接，所述主電池管理器、從電池管理器分別與對應(yīng)的電池組中的每一節(jié)電池 連接，所述主電池管理器與從電池管理器連接，所述堆電池管理器與所有的選擇控制單元 的主電池管理器連接，主電池管理器和從電池管理器實時采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息并 發(fā)送給堆電池管理器，所述堆電池管理器用于根據(jù)接收到的電池組的相關(guān)信息發(fā)出命令給 對應(yīng)的主電池管理器，主電池管理器根據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器的閉合或斷開。
進一步地，所述電池組包括至少兩節(jié)電池，所述主電池管理器和從電池管理器分 別與電池組內(nèi)的每一節(jié)電池相連。
進一步地，所述主電池管理器與從電池管理器之間以及堆電池管理器與主電池管 理器之間均采用CAN總線連接。
一種電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括主電池管理器和從電池管理器實時采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息，并將相關(guān)信息發(fā)送 給堆電池管理器；堆電池管理器根據(jù)接收到的電池組的相關(guān)信息發(fā)出命令給對應(yīng)的主電池管理器，主電 池管理器根據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器的閉合或斷開。
進一步地，所述主電池管理器和從電池管理器采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息包括 電池組的總電壓、電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值以及總電流，所述從電池 管理器采集電池組的總電壓以及電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值并發(fā)送給 主電池管理器，所述主電池管理器采集電池組的總電流。
進一步地，所述主電池管理器采集電池組的總電流，并根據(jù)總電流計算出電池組 的S0C，并將計算出的電池組SOC以及接收到的電池組總電壓以及電池組內(nèi)單節(jié)電池的最 大電壓值和最小電壓值發(fā)送給堆電池管理器。
進一步地，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的總電壓、SOC以及電池組內(nèi)單節(jié)電 池的最大電壓值和最小電壓值選擇出合適的電池組進行并網(wǎng)或離網(wǎng)，并發(fā)送命令給對應(yīng)的 主電池管理器，對應(yīng)的主電池管理器控制所連接的接觸器閉合或斷開。
進一步地，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的總電壓選擇電池組的方法包括 步驟a、設(shè)定電壓壓差、SOC差以及單節(jié)電池的高壓告警值和低壓告警值；步驟b、選擇電壓壓差在設(shè)定范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)的電池組。
進一步地，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的SOC選擇電池組的方法包括 步驟C、從步驟b中選出的電池組中選擇SOC差在設(shè)定范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)電池組。
進一步地，所述堆電池管理器根據(jù)電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值 選擇電池組的方法包括步驟d、將步驟c中選出的電池組中單節(jié)電池的電壓最大值和電壓最小值與高壓告警 值和低壓告警值相比較，如果電池組中的單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值或 者單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則放棄該電池組進行并網(wǎng)，確定其余的 電池組為最終并網(wǎng)的電池組；如果電池組中沒有出現(xiàn)單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高 壓告警值且單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則確定步驟c選出的電池組為 最終并網(wǎng)的電池組。
進一步地，所述從電池管理器還采集并網(wǎng)中的電池組的溫度，并將采集到的溫度 發(fā)送給主電池管理器，主電池管理器將接收到的溫度信息傳遞給堆電池管理器。
進一步地，所述堆電池管理器將接收到的每個電池組的溫度信息與預(yù)先設(shè)定的溫 度值進行比較，當接收到的溫度大于預(yù)先設(shè)定的溫度值時，堆電池管理器發(fā)出命令給對應(yīng) 的主電池管理器，主電池管理器控制對應(yīng)的接觸器斷開。
本發(fā)明提供的一種電池堆控制系統(tǒng)及其控制方法，主電池管理器和從電池管理器 采集電池組相關(guān)信息，堆電池管理器根據(jù)電池組的相關(guān)信息選擇電池組進行并網(wǎng)或離網(wǎng)， 避免電池組之間產(chǎn)生沖擊電流，有效保證電網(wǎng)和電池組安全，使電池組得到充分利用。
圖1為本發(fā)明提供的一種實施例的電池堆控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的一種實施例的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
如附圖1所示，一種電池堆控制系統(tǒng)，包括堆電池管理器3、至少兩個電池組1、以 及與至少兩個電池組一一對應(yīng)的選擇控制單元2，所述選擇控制單元2包括接觸器21、用于 采集電池組相關(guān)信息的主電池管理器22和從電池管理器23，每個電池組I通過對應(yīng)的接 觸器21與直流電網(wǎng)電連接，所述主電池管理器22、從電池管理器23分別與對應(yīng)的電池組I 中的每一節(jié)電池連接，主電池管理器22與從電池管理器23連接，堆電池管理器3與所有選 擇控制單元2的主電池管理器22連接，用于進行信息傳遞，主電池管理器22和從電池管理 器23實時采集對應(yīng)的電池組I的相關(guān)信息并發(fā)送給堆電池管理器3，堆電池管理器3用于 根據(jù)接收到的電池組I的相關(guān)信息發(fā)出命令給對應(yīng)的主電池管理器22，主電池管理器22根 據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器21的閉合或斷開。
電池組I的數(shù)量根據(jù)實際需要設(shè)定。
電池組I內(nèi)包括至少兩節(jié)電池，電池的數(shù)量也根據(jù)實際需要設(shè)定，電池之間為串 聯(lián)連接，電池組I的正極與接觸器21的一端連接，接觸器21的另一端與直流電網(wǎng)的正極相 連，電池組I的負極與直流電網(wǎng)的負極連接，主電池管理器22和從電池管理器23分別與電 池組I內(nèi)的每一節(jié)電池連接。
主電池管理器22與從電池管理器23之間以及堆電池管理器3與主電池管理22 器之間均采用CAN總線連接，用于進行信息的傳遞。
一種電池堆控制方法，所述電池堆控制方法包括主電池管理器22和從電池管理器23實時采集電池組相關(guān)信息，并將信息發(fā)送給堆電 池管理器3 ；堆電池管理器3根據(jù)接收到的電池組的相關(guān)信息選擇電池組I進行并網(wǎng)，發(fā)出相應(yīng)命 令給對應(yīng)的主電池管理器22，主電池管理器22根據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器21閉合。
優(yōu)選地，主電池管理器22和從電池管理器23采集對應(yīng)的電池組I的相關(guān)信息包 括電池組I的總電壓、電池組I內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值以及總電流,主電池 管理器22采集電池組I的總電流，從電池管理器23采集電池組I的總電壓以及電池組內(nèi) 單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值；從電池管理器23將采集到的總電壓以及電池組內(nèi) 單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值發(fā)送給主電池管理器22。
主電池管理器22根據(jù)采集到的總電流計算電池組I的S0C，計算SOC的方法為本 領(lǐng)域技術(shù)人員公知。
主電池管理器22將接收到的總電壓、電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電 壓值以及計算出的SOC傳遞給堆電池管理器3，堆電池管理器3接收每一個電池組I對應(yīng)的 主電池管理器22發(fā)送的電池組I的總電壓值、電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓 值以及SOC值，對當前的電池組I的總電壓、電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值 以及SOC進行分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇出合適的電池組進行并網(wǎng)。
如附圖2所示，堆電池管理器3首先根據(jù)電池組的總電壓選擇可并網(wǎng)的電池組，堆 電池管理器3根據(jù)每個電池組I的總電壓選擇電池組的方法包括步驟a、設(shè)定電壓壓差、SOC差以及單節(jié)電池的高壓告警值和低壓告警值；步驟b、選擇在壓差范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)的電池組。
電壓壓差、SOC差根據(jù)系統(tǒng)的實際情況設(shè)定，單節(jié)電池的高壓告警值和低壓告警值 根據(jù)電池本身的性能設(shè)定。
根據(jù)S0C，堆電池管理器3再從步驟b中選擇的電池組中作進一步選擇，方法包 括步驟c、從步驟b中選出的電池組中選擇SOC差在設(shè)定范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)電池組。
根據(jù)電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值，堆電池管理器3再從步驟c 中選擇的電池組中再作進一步選擇，方法包括步驟d、將步驟c中選出的電池組中單節(jié)電池的電壓最大值和電壓最小值與高壓告警 值和低壓告警值相比較，如果電池組中的單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值或 者單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則放棄該電池組進行并網(wǎng)，保持對應(yīng)的 接觸器21斷開，如果該電池組已經(jīng)并網(wǎng)則控制對應(yīng)的接觸器21斷開，確定其余的電池組為 最終并網(wǎng)的電池組；如果電池組中沒有出現(xiàn)單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值 且單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則確定步驟c選出的電池組為最終并網(wǎng) 的電池組。
因為電池在工作中高電壓的電池會對低電壓的電池產(chǎn)生沖擊電流，因此要排除單 節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值或者單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓 告警值對應(yīng)的電池組。
堆電池管理器3確定最終并網(wǎng)的電池組，發(fā)送相關(guān)命令給對應(yīng)的主電池管理器 22，對應(yīng)的主電池管理器22控制所連接的接觸器21閉合，電池組并網(wǎng)工作。
因為并網(wǎng)工作的電池組工況處于實時變化中，當離網(wǎng)的電池組的總電壓、SOC符合 電壓差和SOC差的要求時，堆電池管理器3向?qū)?yīng)的主電池管理器22發(fā)送命令，主電池管 理器22控制對應(yīng)的接觸器21吸合，使離網(wǎng)的電池組并網(wǎng)與其他電池組一起工作。
以下通過具體實施例進一步說明本發(fā)明。
假設(shè)采用6組電池組，分別設(shè)置組號a、b、c、d、e和f，每個電池組為240節(jié)電池串 聯(lián)，總電壓約為800V，放電完畢時電池組的SOC為0%，充滿電時電池組的SOC為100%，電池 組內(nèi)單節(jié)電池的電壓正常值為3. 3V，低壓告警值為2. 8V，高壓告警值為3. 6V。
出于安全考慮，電池組并網(wǎng)的要求如下a.允許并網(wǎng)的電池組要求總電壓壓差不超過IOV ;b.允許并網(wǎng)的電池組要求SOC差不超過20%;電池組并網(wǎng)操作分為并網(wǎng)充電和并網(wǎng)放電，首先以并網(wǎng)充電的實施例進行說明。
堆電池管理器3接收主電池管理器22和從電池管理器23發(fā)送的對應(yīng)的電池組的 電壓值、SOC值以及組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值，信息如下
權(quán)利要求
1.一種電池堆控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池堆控制系統(tǒng)包括堆電池管理器、至少兩個電池組以及與至少兩個電池組一一對應(yīng)的選擇控制單元，所述選擇控制單元包括接觸器、用于采集電池組相關(guān)信息的主電池管理器和從電池管理器，所述每個電池組通過對應(yīng)的接觸器與直流電網(wǎng)電連接，所述主電池管理器、從電池管理器分別與對應(yīng)的電池組中的每一節(jié)電池連接，所述主電池管理器與從電池管理器連接，所述堆電池管理器與所有的選擇控制單元的主電池管理器連接，主電池管理器和從電池管理器實時采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息并發(fā)送給堆電池管理器，所述堆電池管理器用于根據(jù)接收到的電池組的相關(guān)信息發(fā)出命令給對應(yīng)的主電池管理器，主電池管理器根據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器的閉合或斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池堆控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組包括至少兩節(jié)電池，所述主電池管理器和從電池管理器分別與電池組內(nèi)的每一節(jié)電池相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池堆控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主電池管理器與從電池管理器之間以及堆電池管理器與主電池管理器之間均采用CAN總線連接。
4.一種電池堆控制系統(tǒng)的控制方法,所述電池堆控制系統(tǒng)為權(quán)利要求1-3中任意一項所述的電池堆控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制方法包括 主電池管理器和從電池管理器實時采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息，并將相關(guān)信息發(fā)送給堆電池管理器； 堆電池管理器根據(jù)接收到的電池組的相關(guān)信息發(fā)出命令給對應(yīng)的主電池管理器，主電池管理器根據(jù)命令控制對應(yīng)的接觸器的閉合或斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述主電池管理器和從電池管理器采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息包括電池組的總電壓、電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值以及總電流，所述從電池管理器采集電池組的總電壓以及電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值并發(fā)送給主電池管理器，所述主電池管理器采集電池組的總電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述主電池管理器采集電池組的總電流，并根據(jù)總電流計算出電池組的SOC，并將計算出的電池組SOC以及接收到的電池組總電壓以及電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值發(fā)送給堆電池管理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的總電壓、SOC以及電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值選擇出合適的電池組進行并網(wǎng)或離網(wǎng)，并發(fā)送命令給對應(yīng)的主電池管理器，對應(yīng)的主電池管理器控制所連接的接觸器閉合或斷開。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的總電壓選擇電池組的方法包括 步驟a、設(shè)定電壓壓差、SOC差以及單節(jié)電池的高壓告警值和低壓告警值； 步驟b、選擇電壓壓差在設(shè)定范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)的電池組。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述堆電池管理器根據(jù)每個電池組的SOC選擇電池組的方法包括 步驟C、從步驟b中選出的電池組中選擇SOC差在設(shè)定范圍內(nèi)的電池組為可并網(wǎng)電池組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述堆電池管理器根據(jù)電池組內(nèi)單節(jié)電池的最大電壓值和最小電壓值選擇電池組的方法包括 步驟d、將步驟c中選出的電池組中單節(jié)電池的電壓最大值和電壓最小值與高壓告警值和低壓告警值相比較，如果電池組中的單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值或者單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則放棄該電池組進行并網(wǎng)，確定其余的電池組為最終并網(wǎng)的電池組；如果電池組中沒有出現(xiàn)單節(jié)電池的最大電壓值大于或等于高壓告警值且單節(jié)電池的最小電壓值小于或等于低壓告警值，則確定步驟c選出的電池組為最終并網(wǎng)的電池組。
11.根據(jù)權(quán)利要5所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述從電池管理器還采集并網(wǎng)中的電池組的溫度信息，并將采集到的溫度信息發(fā)送給主電池管理器，主電池管理器將接收到的溫度信息傳遞給堆電池管理器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池堆控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述堆電池管理器將接收到的每個電池組的溫度信息與預(yù)先設(shè)定的溫度值進行比較，當接收到的溫度大于預(yù)先設(shè)定的溫度值時，堆電池管理器發(fā)出命令給對應(yīng)的主電池管理器，主電池管理器控制對應(yīng)的接觸器斷開。
全文摘要
一種電池堆控制系統(tǒng)及其控制方法，直流電網(wǎng)與電池堆控制系統(tǒng)電連接，電池堆控制系統(tǒng)包括堆電池管理器、至少兩個電池組、與至少兩個電池組一一對應(yīng)的選擇控制單元，選擇控制單元包括接觸器、主電池管理器和從電池管理器，主電池管理器和從電池管理器采集對應(yīng)的電池組的相關(guān)信息并發(fā)送給堆電池管理器，堆電池管理器選擇合適的電池組進行并網(wǎng)，有效保證電池組的安全，使電池組得到充分利用。
文檔編號H02J3/28GK103023053SQ20111029865
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者宋炳坤, 羅紅斌, 易行云, 尹韶文 申請人:比亞迪股份有限公司