一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng),系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊：采集系統(tǒng)的運行參數(shù)，并將參數(shù)上傳至主控模塊；電池均衡管理模塊：主控模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的系統(tǒng)工作參數(shù)，對單個電池的能量進行管理，使各單個電池能量均衡；溫度均衡管理模塊：采集系統(tǒng)工作時的溫度，通過降溫措施使溫度在一個動態(tài)范圍內(nèi)；主控模塊：對數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)進行分析處理，并根據(jù)這些參數(shù)控制和電池均衡管理模塊和溫度均衡管理模塊的工作狀態(tài)；電源模塊：為各個模塊提供穩(wěn)定的運行電壓。本實用新型通過檢測電池的外特性參數(shù)(如電壓、電流、溫度等)，采用適當?shù)乃惴?，實現(xiàn)電池內(nèi)部狀態(tài)(如容量和SOC等)的估算和監(jiān)控，這是電池管理系統(tǒng)有效運行的基礎和關(guān)鍵。
【專利說明】—種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于移動儲能【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]儲能技術(shù)主要用于平抑太陽能光伏發(fā)電/風力發(fā)電的波動，改善電網(wǎng)對新能源的吸納能力，同時兼有部分對電網(wǎng)谷電儲能峰值供電作用?？紤]兼顧分布式儲能與規(guī)模并網(wǎng)的應用，儲能系統(tǒng)宜采用模塊化組件搭建方式，自下而上主要包含電池模塊、電池管理系統(tǒng)、雙向儲能變流器、監(jiān)控保護系統(tǒng)四層構(gòu)架。其中，電池管理系統(tǒng)是整個移動儲能系統(tǒng)的充放電控制單元，同時兼顧對系統(tǒng)運行參數(shù)的采集，控制系統(tǒng)的安全運行，是移動儲能電站不可或缺的一部分。電池管理系統(tǒng)的均衡技術(shù)能夠改變不同電池間充放電的電流或充放累計電量，是解決電池成組一致性差異的關(guān)鍵技術(shù)。持續(xù)有效的電流均衡和正確的均衡控制策略，能夠防止電池出現(xiàn)一致性差異，在電池成組的使用壽命指標上有決定性的作用。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型提供一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測電池的狀態(tài)，采集系統(tǒng)的運行參數(shù)，在正確獲取電池的運行狀態(tài)后進行電池的的熱管理、電池均衡管理、充放電管理和故障報警等。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，所述管理系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)采集模塊:采集系統(tǒng)的運行參數(shù)，并將參數(shù)上傳至主控模塊；電池均衡管理模塊:主控模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的系統(tǒng)工作參數(shù)，對單個電池的能量進行管理，使各單個電池能量均衡；溫度均衡管理模塊:采集系統(tǒng)工作時的溫度，通過降溫措施使溫度在一個動態(tài)范圍內(nèi)；主控模塊:對數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)進行分析處理，并根據(jù)這些參數(shù)控制和電池均衡管理模塊和溫度均衡管理模塊的工作狀態(tài)；電源模塊:為各個模塊提供穩(wěn)定的運行電壓。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓檢測單元、電流檢測單元和絕緣性檢測單元，電壓檢測單元、電流檢測單元和絕緣性檢測單元將采集的數(shù)據(jù)傳送至主控模塊。所述電流檢測單元采用霍爾電流傳感器。所述數(shù)據(jù)采集模塊和主控模塊之間還連接有光耦隔離模塊，數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)、數(shù)字信號經(jīng)過光耦隔離模塊后輸入主控模塊。所述電池管理系統(tǒng)還包括隔離電源模塊，電源模塊經(jīng)隔離電源模塊得到電壓檢測、電流檢測、絕緣性檢測單元的供電電源。所述電源模塊輸入前端加入二極管完成反向保護，增強系統(tǒng)的抗干擾性。所述電池管理系統(tǒng)還包括顯示模塊，顯示模塊連接主控模塊。所述電池管理系統(tǒng)還包括報警模塊，報警模塊連接主控模塊。
[0005]本實用新型有如下積極效果:1)實時監(jiān)測電池狀態(tài)。通過檢測電池的外特性參數(shù)(如電壓、電流、溫度等)，采用適當?shù)乃惴?，實現(xiàn)電池內(nèi)部狀態(tài)(如容量和SOC等)的估算和監(jiān)控，這是電池管理系統(tǒng)有效運行的基礎和關(guān)鍵；(2)在正確獲取電池的狀態(tài)后進行熱管理、電池均衡管理、充放電管理、故障報警等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本實用新型【具體實施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0007]下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的實用新型構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。
[0008]電池管理系統(tǒng)指能夠?qū)崟r監(jiān)測動力電池的參數(shù)信息，估算電池的荷電狀態(tài)(Stateof Charge，S0C)，有效地對電池組容量進行管理和分配，具備完善的故障檢測、報警、數(shù)據(jù)處理及傳輸?shù)裙δ艿囊惶淄暾南到y(tǒng)。
[0009]本實用新型的電池管理系統(tǒng)包括主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、電池均衡管理模塊、溫度均衡管理模塊、電源模塊和繼電器控制模塊，主控模塊是整個電池管理系統(tǒng)的核心模塊，用于控制數(shù)據(jù)采集模塊進行系統(tǒng)運行參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，并對返回的數(shù)據(jù)進行分析處理，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，控制電池均衡管理模塊和溫度均衡管理模塊的工作狀態(tài)，使單個電池的電量均衡和整個系統(tǒng)的溫度，避免溫度過高，損壞儀器，減少使用壽命。主控模塊通過繼電器控制模塊來控制繼電器的吸合、斷開來控制電池組是否向外供電，電源模塊給各種用電器件提供穩(wěn)定電源。
[0010]數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓檢測單元、電流檢測單元和絕緣性檢測單元，鋰離子電池的電壓最能體現(xiàn)電池的狀況。它是鋰離子電池過充過放的依據(jù)，還可以通過測量端電壓初步估計鋰離子電池的S0C。在整車實際工況中，隨著電池組充放電的進行，電池組的電壓不斷變化，單體電池之間電壓的一致性也會大大影響電池組的性能，所以也有必要檢測每個單體電池的電壓。采用專用的電壓采集芯片對單體電池電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過光耦將數(shù)字信號傳至主控模塊，單體電池電壓的檢測精度為10mV。
[0011]電池組的工作電流和溫度也是電池組一個重要的參數(shù)，可以通過電流判斷其是否出現(xiàn)過放和過流，還可以通過安時法估算電池的S0C。電池組在整車的實際工況中，電流的變化范圍為-200A至+500A(精度:1A)之間，為了保證電流采集的精度，采用全范圍等精度較高的分流器檢測電池組總電流。信號經(jīng)調(diào)理后送入高速AD進行數(shù)模轉(zhuǎn)換和電流積分運算，數(shù)字信號經(jīng)光耦隔離后輸入主控模塊進行處理，電流的檢測一般采用霍爾電流傳感器。
[0012]絕緣性檢測單元用來測試判定動力電池組與車體絕緣是否達標，通過測量直流母線與電底盤之間的電壓，計算得到系統(tǒng)的絕緣電阻值。
[0013]溫度均衡管理模塊是電池系統(tǒng)管理的一個重要組成部分。電池在工作中產(chǎn)生的大量熱量受空間限制而累積，造成各處溫度不均勻從而影響電池單體的一致性。因此將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴重時還將導致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性。為了使電池組發(fā)揮最佳的性能和壽命，需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu)，對電池組進行熱管理。
[0014]檢測電池組的溫度一方面為了防止電池組溫度過高和溫差過大，防止發(fā)生安全事故；另一方面，根據(jù)電池組的溫度判斷電池的工作狀態(tài)，為SOC修正提供依據(jù)。檢測溫度一般是在電池組中加入多個溫度傳感器，檢測電池組中各個點的溫度。由于動力鋰離子電池組的電流往往比較大。溫度均衡管理模塊將系統(tǒng)溫度上傳到主控模塊后，主控模塊根據(jù)當前溫度判斷是否采取降溫措施，以避免電池間不平衡而降低性能；消除與失控溫度有關(guān)的潛在危險；通過使用空氣、液體與電池直接或間接接觸來主動或被動加熱/冷卻電池包；提供通風，保證電池所產(chǎn)生的潛在有害氣體能及時排出，從而保證電池能夠安全運行。
[0015]本實用新型的電池管理系統(tǒng)使用到的電源模塊為車載24V轉(zhuǎn)變成5V，采用隔離電源模塊得到電壓檢測、電流檢測、絕緣性檢測、溫度檢測用供電電源。在電源輸入前端加入二極管完成反向保護，兩級濾波電路有利于系統(tǒng)的抗干擾性。
[0016]電池荷電狀態(tài)(State of Charge, S0C)的準確估計是動力電池充放電控制和能源優(yōu)化管理的重要依據(jù)，直接影響電池的使用壽命?？梢姡姵厥Ｓ嚯娏康臏蚀_測量是非常關(guān)鍵的問題。但電池SOC不能直接測量，只能通過電池端電壓、充放電電流及內(nèi)阻等參數(shù)來估算其大小。而這些參數(shù)還會受到電池老化、環(huán)境溫度變化及汽車行駛狀態(tài)等多種不確定因素的影響，因此準確的SOC估計已成為電電池管理系統(tǒng)中亟待解決的問題。
[0017]選取電池充放電電流為系統(tǒng)輸入量，電池SOC為狀態(tài)變量，電池電壓為系統(tǒng)輸出量。離散系統(tǒng)中，在每個采樣點對電池特性參數(shù)進行采樣，作為系統(tǒng)輸入量，算法結(jié)合當前時刻測得的輸入量和上一時刻的狀態(tài)估計值，完成對狀態(tài)變量和輸出量的更新。本實用新型采用擴展卡爾曼濾波算法，計算電池的S0C，其迭代步驟如下:
[0018]步驟(I):首先確定參數(shù)Ak_1; Ck。
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[0026]步驟(4):獲得預測均方估計誤差Pk —，計算卡爾曼增益Lk。
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[0028]步驟(5):計算SOC的最優(yōu)估計xk+，均方估計誤差Pk+的最優(yōu)估計。
[0029]=?'+Mj卜》'.....卜⑴
[0030]上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述管理系統(tǒng)包括: 數(shù)據(jù)采集模塊:采集系統(tǒng)的運行參數(shù)，并將參數(shù)上傳至主控模塊； 電池均衡管理模塊:主控模塊根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊采集的系統(tǒng)工作參數(shù)，對單個電池的能量進行管理，使各單個電池能量均衡； 溫度均衡管理模塊:采集系統(tǒng)工作時的溫度，通過降溫措施使溫度在一個動態(tài)范圍內(nèi)； 主控模塊:對數(shù)據(jù)采集模塊的參數(shù)進行分析處理，并根據(jù)這些參數(shù)控制和電池均衡管理模塊和溫度均衡管理模塊的工作狀態(tài)； 電源模塊:為各個模塊提供穩(wěn)定的運行電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓檢測單元、電流檢測單元和絕緣性檢測單元，電壓檢測單元、電流檢測單元和絕緣性檢測單元將采集的數(shù)據(jù)傳送至主控模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電流檢測單元采用霍爾電流傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集模塊和主控模塊之間還連接有光耦隔離模塊，數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)、數(shù)字信號經(jīng)過光耦隔離模塊后輸入主控模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理系統(tǒng)還包括隔離電源模塊，電源模塊經(jīng)隔離電源模塊得到電壓檢測、電流檢測、絕緣性檢測單元的供電電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊輸入前端加入二極管完成反向保護，增強系統(tǒng)的抗干擾性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理系統(tǒng)還包括顯示模塊，顯示模塊連接主控模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理系統(tǒng)還包括報警模塊，報警模塊連接主控模塊。
【文檔編號】H02J7/00GK204068383SQ201420521050
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】姜廣宇, 王海松, 丁卓禹, 王 琦 申請人:安徽啟光能源科技研究院有限公司