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鍵。
【專利說明】—種移動儲能電站的電池管理系統(tǒng)

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

【背景技術】
[0002]儲能技術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鍵技術。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ǎ瑢崿F(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)結構圖。

【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】如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、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，以幫助本領域技術人員對本實用新型的實用新型構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
[0008]電池管理系統(tǒng)指能夠實時監(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)調理后送入高速AD進行數(shù)模轉換和電流積分運算，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)化電池包的結構，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?，電池剩余電量的準確測量是非常關鍵的問題。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。
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[0030]上面結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思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經(jīng)改進將本實用新型的構思和技術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