一种集装箱储能柔性电池管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种集装箱储能柔性电池管理系统及方法，该电池管理系统应用于m行n列电池组形成的电池系统，m、n均为大于零的正整数；包括电池管理单元和电池控制单元；电池管理单元设置于每个电池组内，用于采集每个电池组的实时状态，并将每个电池组的实时状态传输至电池控制单元；及根据电池控制单元传输来的电池组组合指令，控制对应电池组是否参与整个电池系统的充放电工作；电池控制单元，用于根据每个电池组的实时状态，进行数据处理计算，得到电池组组合指令；并将电池组组合指令传输至电池管理单元，实现整体电池系统中的电池组柔性串并联。本发明专利技术提高了电池组串并联的灵活性和集装箱储能电芯利用率，电池系统紧急故障情况时系统响应快。时系统响应快。时系统响应快。

【技术实现步骤摘要】
一种集装箱储能柔性电池管理系统及方法


[0001]本专利技术涉及集装箱储能的电池管理系统
，具体涉及一种集装箱储能柔性电池管理系统及方法。

技术介绍

[0002]现在集装箱储能的电池管理系统方案是多簇电池包并联，每簇电池包基于电芯的并联之后再串联，通过电池管理系统(BMS)的采集线束监控电芯的电压和温度情况来实现对电芯的管理；电芯之间的串并联靠的是铜排通过激光焊接技术把电芯的正负极与铜排连接在一起，紧固的硬连接，硬连接要求接触面必须是紧密接触的，这样过电流时才不会出现严重发热的情况；汇聚只有会形成总正和总负两条线路，总回路上会增加一个高压盒(BDU)，BDU包含主正主负继电器、保险丝、铜排、预充继电器、防呆插座等高压器件。
[0003]常规的方案存在如下问题：1)、任意串中并联的电芯损坏后，该簇电池组不能使用；2)、任意串中连接铜排出现故障，该簇电池组不能使用；3)、电芯一致性特别差的情况下，整个系统的容量将大大减少，BMS均衡功能针对一致性较大的情况下，作用是很小；4)、任意电芯出现问题后，不能及时将该电芯隔离开，仍然串联在回路中，总回路的继电器需要微控制单元(MCU)判断故障时间，下发控制指令时间，继电器响应时间，三种时间加在一起会导致反应偏慢；5)、针对电芯的串并联焊接工艺要求非常高，一旦虚焊就会导致整个系统出现问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是现在集装箱储能的电池管理系统中电池组的串并联是先单簇串联后再各簇并联的固定形式，存在电池组串并联灵活性差，集装箱储能电芯利用率偏低，电池系统紧急故障情况时系统响应慢等问题。
[0005]本专利技术目的在于提供一种集装箱储能柔性电池管理系统及方法，提出了一种可重构的集装箱储能电池管理系统方案，第一，本专利技术具有柔性串并联的优点，通过在每电池组内增加一个电池管理单元BMU，通过电池管理单元BMU内部的充放电MOS开关实现整个系统的串并联，提高了电池组串并联的灵活性。第二，本专利技术具有自动将不满足使用要求的电池组从工作状态调整成闲置状态，该系统方案中设计有一个电池控制单元BPU，该电池控制单元BPU是实时针对电池管理单元BMU工作状态进行管控，通过管控电池管理单元BMU实现整体串并联，提高集装箱储能电芯利用率。第三，本专利技术针对短路故障采用硬件保护的策略，具有响应速度快、响应精准的优点，柔性串并联可实时进行调整，调整速率快，可以让故障电池组从工作状态调整成非工作状态，同时可以重新利用剩余的电池组组成新的动力供给侧给负载供电，提高了系统使用率。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种集装箱储能柔性电池管理系统，该电池管理系统应用于m行n列电池组形成的电池系统，m、n均为大于零的正整数；该电池管理系统包括电池管
理单元和电池控制单元；
[0008]电池管理单元设置于每个电池组内，即每个电池组内均设置一个电池管理单元BMU，用于采集每个电池组的实时状态，并将每个电池组的实时状态传输至电池控制单元；及根据电池控制单元传输来的电池组组合指令，控制对应电池组是否参与整个电池系统的充放电工作；
[0009]电池控制单元，用于根据每个电池组的实时状态，进行数据处理计算，得到电池组组合指令；并将电池组组合指令传输至电池管理单元，实现整体电池系统中的电池组柔性串并联。
[0010]进一步地，电池系统中同列的电池组依次串联，同行的电池组并联；电池系统整体并联输出。
[0011]进一步地，电池管理单元具体设置于每个电池组正极高压输出回路上，通过MOS管闭合实现高压输出回路的联通，联通后给负载提供动力源。
[0012]进一步地，电池管理单元包括采集芯片、电流传感器、充电MOS管、放电MOS管、MCU控制器和烟雾传感器；采集芯片、电流传感器、充电MOS管、放电MOS管和烟雾传感器均连接MCU控制器；
[0013]采集芯片，用于采集电池组内单体电芯的温度和电压；
[0014]电流传感器，用于采集电池组充放电的电流；
[0015]烟雾传感器，用于监测电池组内是否出现因电芯失效导致的热失控；
[0016]充电MOS管，用于通过切断/闭合电池组来控制实现该电池组的充电功能；
[0017]放电MOS管，用于控制切断/闭合电池组来控制实现该电池组的放电功能；
[0018]MCU控制器，用于控制将采集芯片、电流传感器和烟雾传感器采集的电池组的实时状态传输至电池控制单元，及控制充电MOS管、放电MOS管切断或者闭合电池组，以实现该电池组是否参与整个电池系统的充放电工作。
[0019]进一步地，电池管理单元还包括地址分配器，地址分配器连接MCU控制器；
[0020]地址分配器，用于将多个电池管理单元进行CAN总线通讯时分配不同的CANID地址。
[0021]进一步地，电池控制单元采用柔性策略法进行数据处理计算，得到电池组组合指令；
[0022]柔性策略法是基于负载需求放电能力、电芯电压状态、电芯温度状态、电池组充放电的电流状态以及电池组是否出现热失控因素，计算出最大能满足负载需求的电池系统组成方案作为电池组组合指令。
[0023]进一步地，该电池管理系统应用于8行4列电池组形成的电池系统，实现以下电能输出：
[0024]当某列中的电池组出现故障情况下，该电池管理系统能够避开该电池组，形成最大能力3/4电池系统来供电；
[0025]当三列中电池组出现故障情况下，该电池管理系统能够形成最大能力1/4电池系统来供电，至少保证整个系统有电能输出。
[0026]第二方面，本专利技术又提供了一种集装箱储能柔性电池管理方法，该方法应用于所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统；该电池管理方法包括：
[0027]通过电池管理单元采集每个电池组的实时状态，并将每个电池组的实时状态传输至电池控制单元；
[0028]电池控制单元根据每个电池组的实时状态，采用柔性策略法进行数据处理计算，得到电池组组合指令；并将电池组组合指令传输至电池管理单元，
[0029]电池管理单元根据电池控制单元传输来的电池组组合指令，控制对应电池组是否参与整个电池系统的充放电工作，实现整体电池系统中的电池组柔性串并联。
[0030]进一步地，柔性策略法是基于负载需求放电能力、电芯电压状态、电芯温度状态、电池组充放电的电流状态以及电池组是否出现热失控因素，计算出最大能满足负载需求的电池系统组成方案作为电池组组合指令。
[0031]进一步地，该电池管理方法具体包括：
[0032]当所有电池组都正常，且负载要求放电能力较大时，则电池组内的所有充电MOS管和放电MOS管处于闭合状态，这时电池系统的容量是多个电池组并联之和，电池系统的电压是多个电池组串联之和；
[0033]当部分电池组异常或压差较大，且负载要求放电能力较小时，则电池控制单元计算出电池组组合指令，并通过CAN总线通讯将电池组组合指令发送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，该电池管理系统应用于m行n列电池组形成的电池系统，m、n均为大于零的正整数；该电池管理系统包括电池管理单元和电池控制单元；所述电池管理单元设置于每个电池组内，用于采集每个电池组的实时状态，并将每个电池组的实时状态传输至电池控制单元；及根据所述电池控制单元传输来的电池组组合指令，控制对应电池组是否参与整个电池系统的充放电工作；所述电池控制单元，用于根据每个电池组的实时状态，计算得到电池组组合指令；并将所述电池组组合指令传输至电池管理单元，实现整体电池系统中的电池组柔性串并联。2.根据权利要求1所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，所述电池系统中同列的电池组依次串联，同行的电池组并联；所述电池系统整体并联输出。3.根据权利要求1所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元具体设置于每个电池组正极高压输出回路上。4.根据权利要求1所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元包括采集芯片、电流传感器、充电MOS管、放电MOS管、MCU控制器和烟雾传感器；所述采集芯片、电流传感器、充电MOS管、放电MOS管和烟雾传感器均连接MCU控制器；采集芯片，用于采集电池组内单体电芯的温度和电压；电流传感器，用于采集电池组充放电的电流；烟雾传感器，用于监测电池组内是否出现因电芯失效导致的热失控；充电MOS管，用于通过切断/闭合电池组来控制实现该电池组的充电功能；放电MOS管，用于控制切断/闭合电池组来控制实现该电池组的放电功能；MCU控制器，用于控制将采集芯片、电流传感器和烟雾传感器采集的电池组的实时状态传输至所述电池控制单元，及控制充电MOS管、放电MOS管切断或者闭合电池组，以实现该电池组是否参与整个电池系统的充放电工作。5.根据权利要求4所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，所述电池管理单元还包括地址分配器，所述地址分配器连接MCU控制器；地址分配器，用于将多个电池管理单元进行CAN总线通讯时分配不同的CANID地址。6.根据权利要求1所述的一种集装箱储能柔性电池管理系统，其特征在于，所述电池控制单元采用柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙周，张奥，李杰，李星，冷邦平，黄杰，黄小燕，
申请(专利权)人：四川欣智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：