[发明专利]一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法

摘要

本发明属于蓄电池储能技术领域，具体涉及一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法。本发明利用多单元分选的双向主动均衡方法，将蓄电池组串作为均衡电力的电源和负载，同时对蓄电池组串中多个非相连蓄电池单体进行有效主动均流均衡调控，可以有效的实现蓄电池运行的高精度实时监测、精准科学的充放电电流控制、蓄电池组串各蓄电池单体的电压和电量一致性主动有效的均衡调是蓄电池，可以在每一次充电放电过程中实现蓄电池组串均衡控制，达到有效的蓄电池组串电压及电量的一致性管控，实现蓄电池储能系统的安全、健康、高效运行，对储能系统应用具有重大积极意义。

主权项

1.一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统及控制方法，主要包括：双向充放电DC/DC模块(1)、直流变压器(2)、高压正极直流母线(3)、高压负极直流母线(4)、蓄电池组串负极端子(5)、蓄电池组串正极端子(6)、低压正极直流母线(7)、低压负极直流母线(8)、系统控制模块(9)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)、系统总线(12)、系统电源模块(13)、通信接口电路(14)、信号参数采集线束(15)、电控开关驱动控制线(16)、上位控制机(17)、双向储能换流装置(18)、外部通信链路(19)、第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第m蓄电池单体(Sm)、第n蓄电池单体(Sn)、第1蓄电池单体负极(S11)、第1蓄电池单体正极(S12)、第2蓄电池单体负极(S21)、第2蓄电池单体正极(S22)、第m蓄电池单体负极(Sm1)、第m蓄电池单体正极(Sm2)、第n蓄电池单体负极(Sn1)、第n蓄电池单体正极(Sn2)、第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第m电控选通开关(Km)、第n电控选通开关(Kn)、第1电控选通开关正极连接端(a1)、第1电控选通开关负极连接端(b1)、第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)、第2电控选通开关正极连接端(a2)、第2电控选通开关负极连接端(b2)、第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)、第m电控选通开关正极连接端(am)、第m电控选通开关负极连接端(bm)、第m电控选通开关蓄电池连接端(cm)、第n电控选通开关正极连接端(an)、第n电控选通开关负极连接端(bn)、第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)、第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第m蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tm1)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tm2)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)、蓄电池组串电流参数采集传感器(Ti)，其中：蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第m蓄电池单体(Sm)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)开始每一个蓄电池正极连接下一个蓄电池的负极，组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)同时蓄电池组串最末的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)接入双向储能换流装置(18)直流输入侧的负极和正极，构成蓄电池组串储能系统的充放电电力路径；蓄电池组串按顺序第1蓄电池单体(S1)、第2蓄电池单体(S2)、第m蓄电池单体(Sm)、第n蓄电池单体(Sn)排列，依次由第1蓄电池单体(S1)开始每一个蓄电池正极连接下一个蓄电池的负极，组成串联的蓄电池组串并且蓄电池组串的第1蓄电池单体负极(S11)接入蓄电池组串负极端子(5)同时蓄电池组串最末的第n蓄电池单体正极(Sn2)接入蓄电池组串正极端子(6)，再由蓄电池组串负极端子(5)和蓄电池组串正极端子(6)分别通过高压负极直流母线(4)和高压正极直流母线(3)顺次连接直流变压器(2)和双向充放电DC/DC模块(1)，构成蓄电池组串均流充放电的电力供给与吸纳双向电力路径；第1蓄电池单体负极(S11)连接低压负极直流母线(8)以及第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关正极连接端(a1)接入低压正极直流母线(7)，同时低压正极直流母线(7)和低压负极直流母线(8)分别接入双向充放电DC/DC模块(1)的正极和负极，构成第1蓄电池单体(S1)进行均流的充放电电力路径；第2蓄电池单体负极(S21)通过第1蓄电池单体正极(S12)连接第1电控选通开关(K1)的第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)，并由第1电控选通开关蓄电池连接端(c1)通过第1电控选通开关负极连接端(b1)连接低压负极直流母线(8)，以及第2蓄电池单体正极(S22)连接第2电控选通开关(K2)的第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)，并由第2电控选通开关蓄电池连接端(c2)通过第2电控选通开关正极连接端(a2)接入低压正极直流母线(7)，同时低压正极直流母线(7)和低压负极直流母线(8)分别接入双向充放电DC/DC模块(1)的正极和负极，构成第2蓄电池单体(S2)进行均流的充放电电力路径；设定第n‑1蓄电池为第m蓄电池，则第n蓄电池单体负极(Sn1)通过第m蓄电池单体正极(Sm2)连接第m电控选通开关(Km)的第m电控选通开关蓄电池连接端(cm)，并由第m电控选通开关蓄电池连接端(cm)通过第m电控选通开关负极连接端(bm)连接低压负极直流母线(8)，以及第n蓄电池单体正极(Sn2)连接第n电控选通开关(Kn)的第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)，并由第n电控选通开关蓄电池连接端(cn)通过第n电控选通开关正极连接端(an)接入低压正极直流母线(7)，同时低压正极直流母线(7)和低压负极直流母线(8)分别接入双向充放电DC/DC模块(1)的正极和负极，构成第n蓄电池单体(Sn)进行均流的充放电电力路径；系统控制模块(9)通过系统总线(12)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)、电控开关驱动电路(10)、蓄电池参数采集模块(11)，构成系统监测与控制链路；电控开关驱动电路(10)通过电控开关驱动控制线(16)分别连接第1电控选通开关(K1)、第2电控选通开关(K2)、第m电控选通开关(Km)、第n电控选通开关(Kn)，构成蓄电池连接低压正极直流母线(7)及低压负极直流母线(8)的受控选通控制驱动链路；蓄电池参数采集模块(11)通过信号参数采集线束(15)分别连接第1蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T11)、第1蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T12)、第2蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(T21)、第2蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(T22)、第n蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tn1)、第m蓄电池单体负极电压及温度参数采集传感器(Tm1)、第m蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tm2)、第n蓄电池单体正极电压及温度参数采集传感器(Tn2)以及蓄电池组串电流参数采集传感器(Ti)，构成蓄电池电压及温度参数采集的信息链路；系统电源模块(13)分别连接双向充放电DC/DC模块(1)和系统控制模块(9)，构成蓄电池管理系统的供电电力路径；系统控制模块(9)连接通信接口电路(14)，并由通信接口电路(14)通过外部通信链路(19)分别链接上位控制机(17)和双向储能换流装置(18)，构成蓄电池管理系统接受上位机控制并与上位控制机(17)和双向储能换流装置(18)交互信息的通信链路；一种基于多单元分选的双向主动均衡蓄电池管理系统的主要控制方法为：1)蓄电池管理系统通过系统电源模块(13)上电启动，自检异常报警并接入故障处理模式；2)自检正常则系统运行，以及：3)系统控制模块(9)通过通信接口电路(14)与上位控制机(17)及双向储能换流装置(18)交互信息，并接受上位控制机(17)的参数设置及执行上位控制机(17)发出的指令；4)系统控制模块(9)根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且在蓄电池组串进行充电时，通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的蓄电池单体连接到双向充放电DC/DC模块(1)相连的低压正极直流母线(7)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制双向充放电DC/DC模块(1)进行放电，使电压值及电量值大于蓄电池组串平均电压值及电量值的蓄电池单体放电至小于等于蓄电池组串平均电压值及电量值或上位控制机(17)设定的值；5)系统控制模块(9)根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，当判断蓄电池异常时立即报警进入故障处理模式；否则，当偏差大于等于设定的允许偏差值且在蓄电池组串进行放电时，通过电控开关驱动控制线(16)控制选通电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的蓄电池单体连接到双向充放电DC/DC模块(1)相连的低压正极直流母线(7)和低压负极直流母线(8)上，由系统控制模块(9)控制双向充放电DC/DC模块(1)进行充电，使电压值及电量值小于蓄电池组串平均电压值及电量值的蓄电池单体充电至大于等于蓄电池组串平均电压值及电量值或上位控制机(17)设定的值；6)系统控制模块(9)根据实时监测的蓄电池单体电压、温度参数及蓄电池组串电流参数，分析计算蓄电池的荷电状态和各蓄电池单体的电压及电量的一致性，并根据设定的控制策略，系统控制模块(9)按照设定的时间节拍，重复执行2)至6)的运行流程。