儲(chǔ)能電池分級管理及控制系統(tǒng)

王培侖

【摘 要】本文中，作者提出一種儲(chǔ)能電池分級管理及控制系統(tǒng)，將儲(chǔ)能電池的管理分為三個(gè)層次，各層級中的控制模塊分工協(xié)作，在各自的層級完成管理分配的工作，形成完整的儲(chǔ)能電池控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】鋰電池;儲(chǔ)能系統(tǒng);電池管理;主控模塊;總控模塊

1 引言

隨著國家對新能源開發(fā)利用的力度不斷加大，分布式發(fā)電技術(shù)及微電網(wǎng)也得到了快速發(fā)展，為了應(yīng)對新能源波動(dòng)大，供電不穩(wěn)定的問題，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，大容量的儲(chǔ)能技術(shù)顯得日益重要。

大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，要做到系統(tǒng)能夠安全、高效運(yùn)行，并盡可能延長電池使用壽命，就要求對儲(chǔ)能電池系統(tǒng)及系統(tǒng)中的每一節(jié)儲(chǔ)能電池進(jìn)行全方位、多角度、全生命周期的管理及控制[1-2]，隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)容量不斷變大，其電池串并聯(lián)數(shù)量也在大幅增加，系統(tǒng)中需要檢測及控制的變量也越來越多，傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)無法滿足大容量儲(chǔ)能系統(tǒng)的管理需求[3-4]。

本文為了解決上述問題，提出一種儲(chǔ)能電池分級管理及控制系統(tǒng)，將儲(chǔ)能電池的管理分為三個(gè)層次，各層級中的控制模塊分工協(xié)作，在各自的層級完成管理分配的工作，形成完整的儲(chǔ)能電池控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能電池分級及控制系統(tǒng)將儲(chǔ)能電池分為多個(gè)電池簇并聯(lián)到直流總線中，每個(gè)電池簇由若干節(jié)電池單體串聯(lián)組成，滿足系統(tǒng)電壓輸出要求，由此，每個(gè)電池簇可作為一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)使用，在某一簇出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)切斷該簇，使得故障電池簇不影響整個(gè)電池系統(tǒng)的使用。對某一簇電池的管理還可根據(jù)該簇串聯(lián)電池的數(shù)量分為多個(gè)電池模塊，每個(gè)電池模塊包括若干個(gè)電池單體，對電池模塊分別管理可減輕每個(gè)管理單元的工作量，同時(shí)提高管理單元對系統(tǒng)故障的響應(yīng)時(shí)間，對出現(xiàn)的電池故障做出快速處理。

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)從下到上分為從控->主控->總控三級管理單元。分別對應(yīng)電池系統(tǒng)中的電池單體、電池模塊及電池簇，該系統(tǒng)對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全管理、故障報(bào)警和應(yīng)急保護(hù)處理，對電池模塊、電池簇和電池系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全和優(yōu)化控制，可保證電池安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 從控單元

從控單元主要包括MCU、電池電壓采集模塊、電池溫度采集模塊，均衡模塊，熱管理模塊及通信模塊;MCU作為單元總控制器通過電壓檢測模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測儲(chǔ)能電池單體電壓，并根據(jù)采集到的電壓信息通過主動(dòng)均衡模塊對電池進(jìn)行均衡;通過溫度檢測模塊采集電池溫度，并根據(jù)溫度高低通過熱管理模塊對電池進(jìn)行加熱及散熱控制;通過CAN通信模塊與主控進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)上傳電池電壓、溫度信息及電池報(bào)警信息。

電壓檢測模塊由兩組LTC6804芯片組成，每個(gè)芯片可采集12串單體電壓信息，模塊最大可實(shí)現(xiàn)24串電池單體的信息采集。

為了應(yīng)對組內(nèi)電池電壓不均衡造成的容量木桶效應(yīng)，從控單元均衡模塊采用主動(dòng)均衡技術(shù)對組內(nèi)電池進(jìn)行均衡，將高電壓單體電池電量轉(zhuǎn)移到低電壓單體電池，以此保證電池電壓一致性，增大電池容量。

溫度檢測模塊根據(jù)檢測到的溫度判斷電池單體內(nèi)部溫度是否適宜電池工作，若內(nèi)部溫度高于上限設(shè)定值則啟動(dòng)風(fēng)扇，若內(nèi)部溫度低于下限設(shè)定值則啟動(dòng)加熱模塊，模塊的熱管理通過開出回路驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)。

從控單元與主控單元采用CAN總線連接，各從控單元根據(jù)主控單元召喚信息上傳各自電池電壓及溫度信息，溫度及電壓超限值采用主動(dòng)上傳方式，如此在出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)對故障進(jìn)行上傳并處理。

2.2 主控單元

主控單元負(fù)責(zé)管理一簇電池上的若干個(gè)從控單元，通過下發(fā)召喚命令方式獲取本簇電池單體信息并接收從控單元主動(dòng)上傳的報(bào)警信息;通過電流檢測模塊計(jì)算本簇電池組的充放電電流，以此計(jì)算電池組剩余電量（SOC）;通過可控開關(guān)控制電池簇在直流總線上的投切，當(dāng)檢測到電池充滿后，斷開與總線連接，當(dāng)檢測到電量不足時(shí)，閉合開關(guān)進(jìn)行補(bǔ)電，同時(shí)快速響應(yīng)總控模塊下發(fā)的用電要求，及時(shí)閉合開關(guān)向總線上設(shè)備供電;主控單元還可根據(jù)從控上傳報(bào)警信息及時(shí)斷開控制開關(guān)，可在某一電池簇出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)該簇與直流總線的隔離，確保系統(tǒng)可靠性及安全性。

2.3 總控單元

總控單元負(fù)責(zé)管理多個(gè)主控單元，總控單元具備就地顯示功能，可通過觸屏顯示系統(tǒng)中全部單體電池信息，并完成對電池模塊、電池簇和電池系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全和優(yōu)化控制，保證電池安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)通過觸屏還可實(shí)現(xiàn)參數(shù)的配置功能，不僅可以修改單元自身參數(shù)，還可通過CAN總線以下發(fā)命令形式實(shí)現(xiàn)對主控及從控單元的參數(shù)修改;總控單元具備強(qiáng)大的通信能力，具備多路RS485及CAN總線接口，實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)及能力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）的通信功能，實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)信息并接受監(jiān)控后臺(tái)及PCS的監(jiān)控指令。

3 結(jié)論

本文中，作者詳細(xì)介紹了一種儲(chǔ)能電池分級管理及控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將儲(chǔ)能電池的管理分為三個(gè)層次，適用于大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，對系統(tǒng)故障響應(yīng)速度快，提高了系統(tǒng)的安全性及穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：山東電工電氣集團(tuán)有限公司研發(fā)中心）