一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的方法與系統(tǒng)。直流母線從外部供電設(shè)備獲得電能，并提供給用電器。多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線對接配置，實現(xiàn)多模塊備份電池或電池組與直流母線的實時充、放電控制，以及檢測報警等功能。當直流母線電壓降低到閾值時，多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，使得直流母線恢復正常電壓范圍；當直流母線恢復到正常電壓供電后，直流母線通過充電功能電路，對多模塊電池或電池組進行連續(xù)或間歇充電，以保證多模塊電池或電池組可以維持能隨時重新對直流母線進行放電的能力。
【專利說明】一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于供電或配電的電路裝置或系統(tǒng)、以及電能存儲系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及備份電池管理系統(tǒng)與相應直流母線的對接交互技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有技術(shù)中的電池管理系統(tǒng)多采用集中式電池管理系統(tǒng)，其主要包括電池組的總電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)的采集電路，電壓的隔離電路，高壓和風扇的開關(guān)控制電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，數(shù)據(jù)存儲和傳輸模塊等等。集中式電池管理系統(tǒng)的工作原理是由前端的數(shù)據(jù)采集模塊進行電壓、電流和溫度的采集，然后對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換、處理和存儲，以及一些必要的控制，最后達到對電池的監(jiān)控作用，以保證電池工作的安全性。
[0003]集中式電池管理系統(tǒng)的不足之處主要有以下幾點:
[0004](I)對電池組進行信號采集，不能檢測到每個電池單體，精度差，對信號處理要求聞;
[0005](2)其可擴展性較弱，應變能力不強，難以適應負載變化；
[0006](3)當電池故障時只能替換整個電池組。
[0007]直流母線采用多模塊備份電池管理系統(tǒng)是一種先進的直流母線備份應急供電方法。這是在多模塊備份電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)后才產(chǎn)生的結(jié)合方法，可以有效地克服集中式方式的缺陷。
[0008]多模塊備份電池管理系統(tǒng)是一個由軟件和硬件設(shè)備組合而成的系統(tǒng)，其基本功能有:I)監(jiān)測電池組以及單體電池的工作情況，例如單節(jié)電池的電壓、電池組總電壓、工作電流、環(huán)境溫度等；2)管理電池的工作情況，通過電池的開路電壓和充、放電電流計算電池的剩余電量，避免出現(xiàn)過充、過放、過熱等情況；3)保護電池，及時報警，避免電池工作在極端的條件下發(fā)生電池壽命縮短，損壞，甚至發(fā)生爆炸、起火等危害人身安全的事故。
[0009]根據(jù)多模塊備份電池管理系統(tǒng)的管理功能，將之與交流或直流母線對接，以期在交流或直流母線出現(xiàn)供電故障時可以及時有效地實現(xiàn)備份功能，來全部或部分的擔負起對用電器的供電職能。多模塊備份電池管理系統(tǒng)和交流或直流母線的對接及配置技術(shù)是該系統(tǒng)實現(xiàn)母線故障應急供電和備份功能的關(guān)鍵技術(shù)。
[0010]以分布式供電系統(tǒng)為例，多基于直流母線架構(gòu)，如圖1所示，光伏電池陣列、燃料電池、蓄電池、儲能裝置、以及其他形式的分布式發(fā)電單元等通過DC/DC轉(zhuǎn)換接入直流總線，直流總線再通過DC/DC轉(zhuǎn)換、或者DC/AC等接入電網(wǎng)或連接交/直流負載?，F(xiàn)有直流母線架構(gòu)下的多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接管理技術(shù)是技術(shù)難點與熱點?；谥绷髂妇€方式的分布式能量管理技術(shù)重點在于解決供、需、儲三者的宏觀關(guān)系上，目前已有的技術(shù)方案缺少宏觀管理下的多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線對接的系統(tǒng)與微觀管理技術(shù)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用分布式電池管理系統(tǒng)的優(yōu)點主要有以下幾點:[0012]( I)具有更聞的能源利用效率；
[0013](2)其可靠性更高，可用性更好；
[0014]其穩(wěn)定性更高，支持大容量儲能，并且可靈活擴容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本實用新型提出了一種多模塊電池或電池組與直流母線對接的系統(tǒng)，用于實現(xiàn)多模塊電池或電池組對直流母線的實時放電控制，以及實現(xiàn)對直流母線進行充電以實時備用，可選的超級電容組進行平滑過渡。
[0016]參見圖2，示出了直流母線和多模塊備份電池管理系統(tǒng)的關(guān)系示意圖。本實用新型的對接系統(tǒng)包括直流母線、多模塊備份電池管理系統(tǒng)等；直流母線連接由AC/DC、DC/DC或其他供電方法提供的直流電能、以及用電設(shè)備，具體來說，如圖2所示，直流母線12V(或者其它電壓值，如48V等)從供電設(shè)備(如AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換器電源或其它供電方法)處獲得電流，提供給用電器(如服務器)。多模塊備份電池管理系統(tǒng)通過對接和配置的系統(tǒng)掛在直流母線上，實現(xiàn)多模塊備份電池或電池組與直流母線的實時充、放電控制，以及檢測報警等功能。
[0017]根據(jù)本實用新型，本實用新型一方面涉及一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的系統(tǒng)，其中，直流母線與外部供電設(shè)備以及用電器串聯(lián)連接，直流母線從外部供電設(shè)備獲得電能，并提供給用電器；實時監(jiān)測直流母線電壓值，以及實時監(jiān)測多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作模式，多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線對接配置，根據(jù)直流母線的電壓值對直流母線進行實時充、放電控制，以及檢測報警功能。多模塊備份電池管理系統(tǒng)包括多模塊電池或電池組。
[0018]當監(jiān)測到直流母線電壓降低到閾值時，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在供電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通放電支路，多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，直到直流母線恢復到正常電壓范圍后，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，斷開放電支路。當監(jiān)測到直流母線恢復到正常電壓供電后，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通充電支路，直流母線對多模塊電池或電池組充電，以保證多模塊電池或電池組可以維持能隨時重新對直流母線進行放電的能力。當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，在多模塊電池或電池組與直流母線之間通過控制開關(guān)連接充電功能電路，通過充電功能電路控制對多模塊電池或電池組進行連續(xù)或間歇充電。
[0019]可選地，在多模塊電池或電池組與直流母線之間，設(shè)置與上述放電支路和上述充電支路并聯(lián)的超級電容組支路，協(xié)助多模塊電池或電池組在對直流母線放電或充電過程的平滑過渡；當直流母線電壓降低到閾值時，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，將超級電容組接入，協(xié)助多模塊電池或電池組對直流母線放電；當直流母線恢復到正常電壓供電后，直流母線對超級電容組充電，以備隨時協(xié)助多模塊電池或電池組的放電動作。當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，將充電功能電路通過控制開關(guān)連接到超級電容，通過充電功能電路控制對超級電容進行連續(xù)或間歇充電。
[0020]根據(jù)本實用新型，本實用新型另一方面涉及一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的系統(tǒng)，其中，直流母線與外部供電設(shè)備以及用電器串聯(lián)連接，直流母線從外部供電設(shè)備獲得電能，并提供給用電器；多模塊備份電池管理系統(tǒng)，與直流母線對接配置，根據(jù)實時監(jiān)測的直流母線電壓值對直流母線進行實時充、放電控制，以及檢測報警功能。多模塊備份電池管理系統(tǒng)包括多模塊電池或電池組。
[0021]多模塊電池或電池組與直流母線之間連接放電支路，放電支路包括一個或多個控制開關(guān)，當監(jiān)測到直流母線電壓降低到閾值時，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在供電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通放電支路，多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，直至I埴流母線恢復到正常電壓范圍后，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，斷開放電支路。多模塊電池或電池組與直流母線之間連接充電支路，放電支路包括一個或多個控制開關(guān)，當監(jiān)測到直流母線恢復到正常電壓供電后，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通充電支路，直流母線對多模塊電池或電池組充電，以保證多模塊電池或電池組可以維持能隨時重新對直流母線進行放電的能力。充電支路上還串聯(lián)連接充電功能電路；當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，在多模塊電池或電池組與直流母線之間通過控制開關(guān)連接充電功能電路，通過充電功能電路控制對多模塊電池或電池組進行連續(xù)或間歇充電。
[0022]可選地，在多模塊電池或電池組與直流母線之間設(shè)置超級電容組支路，其與放電支路和充電支路并聯(lián)；超級電容組支路協(xié)助多模塊電池或電池組在對直流母線放電或充電過程的平滑過渡；當直流母線電壓降低到閾值時，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，將超級電容組接入，協(xié)助多模塊電池或電池組對直流母線放電；當直流母線恢復到正常電壓供電后，直流母線對超級電容組充電，以備隨時協(xié)助多模塊電池或電池組的放電動作。充電功能電路通過控制開關(guān)連接到超級電容；當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，通過充電功能電路控制對超級電容進行連續(xù)或間歇充電。
[0023]由此可見，本實用新型將多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線對接和配置在一起，同時實現(xiàn)多種功能:
[0024]1.從直流母線取電對多模塊備份電池管理系統(tǒng)中的電池或電池組進行及時充電；
[0025]2.對直流母線的供電故障進行實時檢測和響應；
[0026]3.實現(xiàn)對直流母線或通過直流母線的放電來部分或全部替代直流母線原有用電器負載的供電職能；
[0027]4.在放電轉(zhuǎn)換過程中保持直流母線電壓和電流的規(guī)格滿足用電器負載的要求，并實現(xiàn)均流等功能；
[0028]5.其他為有效實現(xiàn)對直流母線供電故障進行備份供電的功能，等等。
[0029]四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是基于直流母線架構(gòu)下的分布式供電系統(tǒng)；
[0031]圖2是直流母線和多模塊備份電池管理系統(tǒng)的關(guān)系示意圖；
[0032]圖3是直流母線和多模塊備份電池管理系統(tǒng)對接和配置的系統(tǒng)示意圖。
[0033]五、【具體實施方式】
[0034]如圖3所示，為直流母線和多模塊備份電池管理系統(tǒng)對接和配置的系統(tǒng)示意圖。其中，該系統(tǒng)包括直流母線、多模塊電池或電池組、充電功能電路、開關(guān)電路及其控制電路、超級電容(可選)等組成；直流母線與多模塊電池或電池組通過放電支路或者充電支路實現(xiàn)電連接，開關(guān)電路及其控制電路分別設(shè)置在放電支路和充電支路上，對該支路進行導通或關(guān)斷的控制。
[0035]圖3中所列開關(guān)Kl至K6均可以采用單向或者雙向開關(guān)。具體開關(guān)類型可以根據(jù)實際設(shè)計需要選擇，本實用新型的技術(shù)方案包括所有可能的開關(guān)類型和開關(guān)形式。具體地，開關(guān)Kl和K2在充電路徑上實現(xiàn)充電功能的開啟和關(guān)閉。按照系統(tǒng)的功能和具體實現(xiàn)的要求，開關(guān)Kl和K2可能只用一個，或者兩個都用，或者會與圖3中其它開關(guān)合并等等，其用于通過開關(guān)控制信號完成充電功能的即時實現(xiàn)。開關(guān)K3和K4也是由開關(guān)控制信號控制，來實現(xiàn)超級電容(組)的放電。開關(guān)K3和K4可能只用一個，或者兩個都用，或者會與圖3中其它開關(guān)合并等等，其用于通過開關(guān)控制信號完成超級電容(組)放電的即時實現(xiàn)。開關(guān)K5用于對超級電容(組)進行充電。開關(guān)K6用于控制從多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，放電電流擔負起負載的用電需求，從而部分或全部的替代直流母線原有的供電功能。
[0036]圖3中所示意的對接系統(tǒng)具體工作原理如下:
[0037]實時監(jiān)測直流母線電壓值，當直流母線因為上一級供電設(shè)備出現(xiàn)故障或者任何其他原因引起電壓降低到閾值時，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在供電模式，控制裝置發(fā)出開關(guān)控制信號，對接裝置自動打開開關(guān)K6 (即開關(guān)K6閉合)，多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，以達到直流母線恢復正常電壓范圍的目的，保證用電器的連續(xù)工作。
[0038]當直流母線原有的上一級供電設(shè)備恢復供電和支持母線電壓后，即直流母線恢復到正常電壓供電后，開關(guān)K6將關(guān)斷(即開關(guān)K6打開)，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式。在不進行輔助供電時，開關(guān)Kl和K2將由控制信號進行操作，即接通開關(guān)Kl和K2以在多模塊電池或電池組與直流母線之間連通充電功能電路，直流母線通過充電功能電路，控制對多模塊電池組進行連續(xù)或間歇充電，以保證多模塊電池組系統(tǒng)可以維持能隨時重新對直流母線進行放電的能力。
[0039]可選地，可以在多模塊電池或電池組與直流母線之間連接超級電容(組)支路，該支路與放電支路或者充電支路均為并聯(lián)關(guān)系。開關(guān)K3和開關(guān)K4是控制超級電容組支路的開關(guān)，用于將超級電容組接入對直流母線的放電，協(xié)助多模塊電池組在對直流母線放電或退出放電過程的平滑過渡。開關(guān)K5也由控制信號操作，完成對超級電容組的充電功能，以備隨時協(xié)助多模塊電池組的放電或退出放電的動作。充電功能電路通過控制開關(guān)連接到超級電容；當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，通過充電功能電路控制對超級電容進行連續(xù)或間歇充電。
[0040]本實用新型中多模塊電池系統(tǒng)和直流母線對接的系統(tǒng)的運作，如各開關(guān)的協(xié)調(diào)動作、時間先后、長短等，可以基于不同的算法、根據(jù)工程需要加以設(shè)置。
[0041]由此可見，本實用新型提出了在多模塊電池或電池組與直流母線之間的對接系統(tǒng)，其用于實現(xiàn)放電、充電和其它一些功能。這些功能的路徑可以獨立分開，也可以組合在一起。本實用新型所提出的對接和配置的系統(tǒng)僅是一個示例，本實用新型可以包含其它未示出的類似結(jié)構(gòu)和類似系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種多模塊備份電池管理系統(tǒng)與直流母線的對接及配置的系統(tǒng)，包括: 直流母線，與外部供電設(shè)備以及用電器串聯(lián)連接，直流母線從外部供電設(shè)備獲得電能，并提供給用電器； 其特征在于: 多模塊備份電池管理系統(tǒng)，與直流母線對接配置，根據(jù)實時監(jiān)測的直流母線電壓值對直流母線進行實時充、放電控制，以及檢測報警功能。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于多模塊備份電池管理系統(tǒng)包括多模塊電池或電池組。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于多模塊電池或電池組與直流母線之間連接放電支路，放電支路包括一個或多個控制開關(guān)，當監(jiān)測到直流母線電壓降低到閾值時，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在供電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通放電支路，多模塊電池或電池組對直流母線進行放電，直到直流母線恢復到正常電壓范圍后，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，斷開放電支路。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于多模塊電池或電池組與直流母線之間連接充電支路，放電支路包括一個或多個控制開關(guān)，當監(jiān)測到直流母線恢復到正常電壓供電后，多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，接通充電支路，直流母線對多模塊電池或電池組充電，以保證多模塊電池或電池組可以維持能隨時重新對直流母線進行放電的能力。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于充電支路上還串聯(lián)連接充電功能電路；當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，在多模塊電池或電池組與直流母線之間通過控制開關(guān)連接充電功能電路，通過充電功能電路控制對多模塊電池或電池組進行連續(xù)或間歇充電。
6.如權(quán)利要求3、或4、或5所述的系統(tǒng)，其特征在于: 超級電容組支路，與放電支路和充電支路并聯(lián)，連接在多模塊電池或電池組與直流母線之間； 超級電容組支路協(xié)助多模塊電池或電池組在對直流母線放電或充電過程的平滑過渡；當直流母線電壓降低到閾值時，控制電路發(fā)出開關(guān)控制信號，將超級電容組接入，協(xié)助多模塊電池或電池組對直流母線放電；當直流母線恢復到正常電壓供電后，直流母線對超級電容組充電，以備隨時協(xié)助多模塊電池或電池組的放電動作。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于充電功能電路通過控制開關(guān)連接到超級電容；當監(jiān)測到多模塊備份電池管理系統(tǒng)工作在充電模式下時，通過充電功能電路控制對超級電容進行連續(xù)或間歇充電。
【文檔編號】H02J7/34GK203562822SQ201320542495
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】慈松, 王強文 申請人:慈松