[發(fā)明專利]一種基于多單元分選的雙向主動均衡蓄電池管理系統(tǒng)及控制方法

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• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN109217399A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 周錫衛(wèi)
• 申請（專利權）人: 周錫衛(wèi)
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于多單元分選的雙向主動均衡蓄電池管理系統(tǒng)及控制方法，主要包括：雙向充放電DC/DC模塊(1)、直流變壓器(2)、高壓正極直流母線(3)、高壓負極直流母線(4)、蓄電池組串負極端子(5)、蓄電池組串正極端子(6)、低壓正極直流母線(7)、低壓負極直流母線(8)、系統(tǒng)控制模塊(9)、電控開關驅動電路(10)、蓄電池參數(shù)采集模塊(11)、系統(tǒng)總線(12)、系統(tǒng)電源模塊(13)、通信接口電路(14)、信號參數(shù)采集線束(15)、電控開關驅動控制線(16)、上位控制機(17)、雙向儲能換流裝置(18)、外部通信鏈路(19)、第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第m蓄電池單體(Sm)、第n蓄電池單體(Sn)、第1蓄電池單體負極(S11)、第1蓄電池單體正極(S12)、第2蓄電池單體負極(S21)、第2蓄電池單體正極(S22)、第m蓄電池單體負極(Sm1)、第m蓄電池單體正極(Sm2)、第n蓄電池單體負極(Sn1)、第n蓄電池單體正極(Sn2)、第1電控選通開關(K1)、第2電控選通開關(K2)、第m電控選通開關(Km)、第n電控選通開關(Kn)、第1電控選通開關正極連接端(a1)、第1電控選通開關負極連接端(b1)、第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)、第2電控選通開關正極連接端(a2)、第2電控選通開關負極連接端(b2)、第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)、第m電控選通開關正極連接端(am)、第m電控選通開關負極連接端(bm)、第m電控選通開關蓄電池連接端(cm)、第n電控選通開關正極連接端(an)、第n電控選通開關負極連接端(bn)、第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)、第1蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T11)、第1蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T12)、第2蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T21)、第2蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T22)、第m蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tm1)、第1蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tm2)、第n蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tn1)、第n蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tn2)、蓄電池組串電流參數(shù)采集傳感器(Ti)，其中：

蓄電池組串按順序第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第m蓄電池單體(Sm)、第n蓄電池單體(Sn)排列，依次由第1蓄電池單體(S1)開始每一個蓄電池正極連接下一個蓄電池的負極，組成串聯(lián)的蓄電池組串并且蓄電池組串的第1蓄電池單體負極(S11)接入蓄電池組串負極端子(5)同時蓄電池組串最末的第n蓄電池單體正極(Sn2)接入蓄電池組串正極端子(6)，再由蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別通過高壓負極直流母線(4)和高壓正極直流母線(3)接入雙向儲能換流裝置(18)直流輸入側的負極和正極，構成蓄電池組串儲能系統(tǒng)的充放電電力路徑；

蓄電池組串按順序第1蓄電池單體(S1)、第2蓄電池單體(S2)、第m蓄電池單體(Sm)、第n蓄電池單體(Sn)排列，依次由第1蓄電池單體(S1)開始每一個蓄電池正極連接下一個蓄電池的負極，組成串聯(lián)的蓄電池組串并且蓄電池組串的第1蓄電池單體負極(S11)接入蓄電池組串負極端子(5)同時蓄電池組串最末的第n蓄電池單體正極(Sn2)接入蓄電池組串正極端子(6)，再由蓄電池組串負極端子(5)和蓄電池組串正極端子(6)分別通過高壓負極直流母線(4)和高壓正極直流母線(3)順次連接直流變壓器(2)和雙向充放電DC/DC模塊(1)，構成蓄電池組串均流充放電的電力供給與吸納雙向電力路徑；

第1蓄電池單體負極(S11)連接低壓負極直流母線(8)以及第1蓄電池單體正極(S12)連接第1電控選通開關(K1)的第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)，并由第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)通過第1電控選通開關正極連接端(a1)接入低壓正極直流母線(7)，同時低壓正極直流母線(7)和低壓負極直流母線(8)分別接入雙向充放電DC/DC模塊(1)的正極和負極，構成第1蓄電池單體(S1)進行均流的充放電電力路徑；

第2蓄電池單體負極(S21)通過第1蓄電池單體正極(S12)連接第1電控選通開關(K1)的第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)，并由第1電控選通開關蓄電池連接端(c1)通過第1電控選通開關負極連接端(b1)連接低壓負極直流母線(8)，以及第2蓄電池單體正極(S22)連接第2電控選通開關(K2)的第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)，并由第2電控選通開關蓄電池連接端(c2)通過第2電控選通開關正極連接端(a2)接入低壓正極直流母線(7)，同時低壓正極直流母線(7)和低壓負極直流母線(8)分別接入雙向充放電DC/DC模塊(1)的正極和負極，構成第2蓄電池單體(S2)進行均流的充放電電力路徑；

設定第n-1蓄電池為第m蓄電池，則第n蓄電池單體負極(Sn1)通過第m蓄電池單體正極(Sm2)連接第m電控選通開關(Km)的第m電控選通開關蓄電池連接端(cm)，并由第m電控選通開關蓄電池連接端(cm)通過第m電控選通開關負極連接端(bm)連接低壓負極直流母線(8)，以及第n蓄電池單體正極(Sn2)連接第n電控選通開關(Kn)的第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)，并由第n電控選通開關蓄電池連接端(cn)通過第n電控選通開關正極連接端(an)接入低壓正極直流母線(7)，同時低壓正極直流母線(7)和低壓負極直流母線(8)分別接入雙向充放電DC/DC模塊(1)的正極和負極，構成第n蓄電池單體(Sn)進行均流的充放電電力路徑；

系統(tǒng)控制模塊(9)通過系統(tǒng)總線(12)分別連接雙向充放電DC/DC模塊(1)、電控開關驅動電路(10)、蓄電池參數(shù)采集模塊(11)，構成系統(tǒng)監(jiān)測與控制鏈路；

電控開關驅動電路(10)通過電控開關驅動控制線(16)分別連接第1電控選通開關(K1)、第2電控選通開關(K2)、第m電控選通開關(Km)、第n電控選通開關(Kn)，構成蓄電池連接低壓正極直流母線(7)及低壓負極直流母線(8)的受控選通控制驅動鏈路；

蓄電池參數(shù)采集模塊(11)通過信號參數(shù)采集線束(15)分別連接第1蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T11)、第1蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T12)、第2蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T21)、第2蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(T22)、第n蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tn1)、第m蓄電池單體負極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tm1)、第m蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tm2)、第n蓄電池單體正極電壓及溫度參數(shù)采集傳感器(Tn2)以及蓄電池組串電流參數(shù)采集傳感器(Ti)，構成蓄電池電壓及溫度參數(shù)采集的信息鏈路；

系統(tǒng)電源模塊(13)分別連接雙向充放電DC/DC模塊(1)和系統(tǒng)控制模塊(9)，構成蓄電池管理系統(tǒng)的供電電力路徑；

系統(tǒng)控制模塊(9)連接通信接口電路(14)，并由通信接口電路(14)通過外部通信鏈路(19)分別鏈接上位控制機(17)和雙向儲能換流裝置(18)，構成蓄電池管理系統(tǒng)接受上位機控制并與上位控制機(17)和雙向儲能換流裝置(18)交互信息的通信鏈路；

一種基于多單元分選的雙向主動均衡蓄電池管理系統(tǒng)的主要控制方法為：

1)蓄電池管理系統(tǒng)通過系統(tǒng)電源模塊(13)上電啟動，自檢異常報警并接入故障處理模式；

2)自檢正常則系統(tǒng)運行，以及：

3)系統(tǒng)控制模塊(9)通過通信接口電路(14)與上位控制機(17)及雙向儲能換流裝置(18)交互信息，并接受上位控制機(17)的參數(shù)設置及執(zhí)行上位控制機(17)發(fā)出的指令；

4)系統(tǒng)控制模塊(9)根據(jù)實時監(jiān)測的蓄電池單體電壓、溫度參數(shù)及蓄電池組串電流參數(shù)，分析計算蓄電池的荷電狀態(tài)和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，當判斷蓄電池異常時立即報警進入故障處理模式；否則，當偏差大于等于設定的允許偏差值且在蓄電池組串進行充電時，通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值及電量值的蓄電池單體連接到雙向充放電DC/DC模塊(1)相連的低壓正極直流母線(7)和低壓負極直流母線(8)上，由系統(tǒng)控制模塊(9)控制雙向充放電DC/DC模塊(1)進行放電，使電壓值及電量值大于蓄電池組串平均電壓值及電量值的蓄電池單體放電至小于等于蓄電池組串平均電壓值及電量值或上位控制機(17)設定的值；

5)系統(tǒng)控制模塊(9)根據(jù)實時監(jiān)測的蓄電池單體電壓、溫度參數(shù)及蓄電池組串電流參數(shù)，分析計算蓄電池的荷電狀態(tài)和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，當判斷蓄電池異常時立即報警進入故障處理模式；否則，當偏差大于等于設定的允許偏差值且在蓄電池組串進行放電時，通過電控開關驅動控制線(16)控制選通電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值及電量值的蓄電池單體連接到雙向充放電DC/DC模塊(1)相連的低壓正極直流母線(7)和低壓負極直流母線(8)上，由系統(tǒng)控制模塊(9)控制雙向充放電DC/DC模塊(1)進行充電，使電壓值及電量值小于蓄電池組串平均電壓值及電量值的蓄電池單體充電至大于等于蓄電池組串平均電壓值及電量值或上位控制機(17)設定的值；

6)系統(tǒng)控制模塊(9)根據(jù)實時監(jiān)測的蓄電池單體電壓、溫度參數(shù)及蓄電池組串電流參數(shù)，分析計算蓄電池的荷電狀態(tài)和各蓄電池單體的電壓及電量的一致性，并根據(jù)設定的控制策略，系統(tǒng)控制模塊(9)按照設定的時間節(jié)拍，重復執(zhí)行2)至6)的運行流程。