一种主动均衡的储能系统用电池管理系统及方法与流程

本发明涉及电力系统储能的，尤其涉及一种主动均衡的储能系统用电池管理系统及方法。

背景技术：

1、随着新能源发电装机规模不断扩张，新能源发电在电网中的比例越来越高，但由于新能源发电单机容量小、数量多、布点分散，且具有显著的间歇性、波动性、随机性等特征，高比例新能源并网势必对电力系统供需平衡、安全稳定控制等带来前所未有的挑战，而储能系统是调节新能源发电与电力系统供需不平衡的重要电力设施。其中电化学储能具有容量大、响应快等特点，是储能系统重要的发展方向。

2、电池管理单元是电化学储能系统的基本组成，一般具有实时采集电池单体电压、电池电压均衡等功能。主动均衡是目前对电池模组进行均衡控制的一种常用方式。主动均衡以电量转移的方式进行均衡，具有效率高，损失小的优点。

3、然而，主动均衡在使用过程中仍然存在以下缺点：一是大部分主动均衡需依托昂贵芯片和变压器组合的方式，导致硬件电路体积较大且成本较高；二是均衡控制逻辑复杂，均衡电路故障存在电池短路等安全隐患。

技术实现思路

1、为了实现低成本、简单、可靠、低损耗的主动均衡功能，本发明提供一种主动均衡的储能系统用电池管理系统及方法。

2、本发明提供的一种主动均衡的储能系统用电池管理系统及方法采用如下的技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种主动均衡的储能系统用电池管理系统，包括：

4、电池模组、主动均衡回路、非隔离电源、电压采集模块、控制模块、电平转换模块；

5、所述电池模组由多节电池单体串联组成；

6、所述主动均衡回路包括多个总路mos管和多个支路mos管，所述支路mos管两两一组且分别串联在电池单体的两端，所述支路mos管用于控制电池单体所在回路的通断，所述总路mos管用于控制支路mos管所在回路的通断；

7、所述非隔离电源的输入与电池模组(1)连接，所述非隔离电源(4)的输出通过主动均衡回路与电池模组的电池单体连接，将电池模组电压降压转换为可设置的电池单体电压，用于给电池单体充电；

8、所述电压采集模块包括多路模拟开关和模数转换芯片adc，用于采集电池单体电压；

9、所述控制模块分别与电平转换模块、电压采集模块通信连接；

10、所述电平转换模块响应于控制模块的控制信号，进而控制主动均衡回路中的mos管的开通与关断。

11、通过采用上述技术方案，对电池模组进行主动均衡操作时，多路模拟开关负责依次将每个电池单体的电压信号接入到模数转换芯片adc，adc将模拟电压信号转换为数字信号，供控制模块读取和处理，控制模块根据读取的电压数据，判断电池模组的电压状态，并决定是否需要进行均衡操作。

12、通过电压采集模块监测每个电池单体的电压。如果发现某些电池单体电压过低，控制模块会发送信号给电平转换模块。电平转换模块响应控制模块的信号，通过控制总路mos管与支路mos管的开通与关断，实现电池模组与电池单体之间的电荷转移，达到电压均衡。总路mos管与支路mos管用于控制整个主动均衡回路的通断，确保在不需要均衡时，整个回路处于断开状态。

13、非隔离电源通过其内部的电路和控制元件，将电池模组的电压降压转换为可设置的适合电池单体充电的电压，并通过主动均衡回路，将电能分配给需要充电的电池单体，实现对电池单体的主动均衡功能，使电池模组中各个电池单体之间的压差小于规定值。

14、进一步的，所述总路mos管设置为四个nmos管，其中两个总路mos管与非隔离电源(4)的输出正极连接，另外两个总路mos管与非隔离电源(4)的输出负极连接；

15、所述与非隔离电源(4)输出正极连接的两个总路mos管的s极与支路mos管连接，所述与非隔离电源(4)输出正极连接的两个总路mos管的g极与电平转换模块(7)的输出端连接，所述与非隔离电源(4)输出正极连接的两个总路mos管的d极与非隔离电源(4)的输出正极连接；所述与非隔离电源(4)输出负极连接的两个总路mos管的d极与支路mos管连接，所述与非隔离电源(4)输出负极连接的两个总路mos管的g极与电平转换模块(7)的输出端连接，所述与非隔离电源(4)输出负极连接的两个总路mos管的s极与非隔离电源(4)的输出负极连接；

16、四个总路mos管两两一组，一组用于控制单数电池单体所连接的支路通断，另一组用于控制双数电池单体所连接的支路通断；

17、所述支路mos管为nmos管，所述支路mos管的组数比电池单体的数量多一组，保证每个电池单体的两端均能串联两个支路mos管，所述支路mos管的g极与电平转换模块的输出端连接。

18、通过采用上述技术方案，电压采集模块通过多路模拟开关和模数转换芯片adc监测每个电池单体的电压。控制模块接收电压采集模块的数据，并判断电池模组中是否存在电压不均衡的情况。如果存在电压不均衡，控制模块会发送控制信号给电平转换模块。电平转换模块根据控制信号控制总路mos管和支路mos管的开通与关断。通过控制总路mos管和支路mos管，电池模组的电能通过非隔离电源补充到电压过低的电池单体。总路mos管与支路mos管用于控制整个均衡回路的通断，确保在不需要均衡时，整个回路处于断开状态，降低功耗和减少热量产生。在充电过程中，控制模块和电压采集模块会持续监测电池单体的电压，以确保充电过程的安全和有效。

19、进一步的，所述总路mos管分别为qa、qb、qc、qd，所述qa、qb、qc、qd分别通过sa、sb、sc、sd与电平转换模块连接，所述qa、qb连接在非隔离电源输出端的正极，所述qc、qd连接在非隔离电源输出端的负极，所述qa、qd分别与双数电池单体所连接的支路mos管连接，所述qb、qc分别与单数电池单体所连接的支路mos管连接；

20、当sa和sd同为高电平时，所述qa和qd一同导通，此时sb和sc同为低电平，所述qb和qc一同关断；当sb和sc同为高电平时，所述qb和qc一同导通，此时sa和sd同为低电平，所述qa和qd一同关断。

21、进一步的，所述支路mos管与电池单体之间设有保险丝，所述保险丝用于断开发生短路故障的主动均衡回路，保护电池模组。

22、进一步的，位于同一组的两个支路mos管的s极相互连接，且一个支路mos管的d极与保险丝连接，另一个支路mos管的d极与总路mos管连接。

23、进一步的，定义多组支路mos管分别为q0、q0’、q1、q1’、q2、q2’……qn、qn’，多组支路mos管分别通过s0、s1、s2、s3……sn与电平转换模块连接，信号si属于s0-sn，若si为高电平，对应的两个支路mos管qi和qi’导通，则同时只能允许信号si-1或si+1中的任意一个为高电平，对应支路mos管导通；s0-sn中的其他信号都必须为低电平，对应支路mos管关闭；保证非隔离电源一次只能为一个电池单体充电。

24、进一步的，所述控制模块采用fpga器件，用于执行主动均衡控制与逻辑闭锁操作。

25、第二方面，本发明提供一种主动均衡的储能系统用电池管理方法，包括：

26、所述电压采集模块实时采集电池模组内所有电池单体的电压，所述控制模块选出电压最低的一个电池单体作为充电对象；

27、所述控制模块经过电平转换模块将0-3.3v的电平信号转换为0-12v的电平信号，进而控制主动均衡回路中所有mos管关断；

28、所述控制模块经过电平转换模块控制主动均衡回路中与被选为充电对象的电池单体相对应的一组总路mos管和两组支路mos管开通，开始充电；

29、非隔离电源完成对当前电池单体的充电操作后，重复执行上述步骤，直到电池模组中各个电池单体之间的压差小于规定值；

30、所述控制模块经过电平转换模块将0-3.3v的电平信号转换为0-12v的电平信号，进而控制主动均衡回路中所有mos管关断，结束主动均衡操作。

31、第三方面，本发明提供一种智能终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述一种主动均衡的储能系统用电池管理方法的计算机程序。

32、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述一种主动均衡的储能系统用电池管理方法的计算机程序。

33、综上所述，与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：

34、本发明所述的一种主动均衡的储能系统用电池管理系统及方法，能够低成本实时采集电池单体电压；实现低成本、简单、可靠、低损耗、高电流的主动均衡功能；实现均衡回路故障隔离功能和均衡控制逻辑闭锁功能。