[发明专利]一种用于电网储能电站的电池模块管理方法

摘要

本发明涉及一种用于电网储能电站的电池模块管理方法，属于电网储能系统技术领域。首先向电池单体管理单元请求采样数据，启动电池模块管理单元的模拟量采样功能，获得电池原始状态数据，并结合历史状态数据，处理得到实时状态数据；根据实时状态数据进行故障诊断，同时根据电池电量估计算法计算电池剩余电量；根据实时状态数据和电池剩余电量实现模块均衡与模块散热算法，输出模块均衡装置和模块散热风扇的启停控制信号；向顶层电池管理单元上报实时状态数据、电池组剩余电量、模块均衡装置和模块散热风扇的状态，同时更新历史状态数据，进入下一轮循环。本发明的实施例对电池模块进行了有效的管理，提高了储能电站运行的安全性和经济效益。

主权项

1.一种用于电网储能电站的电池模块管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）定义一个时间序列t＝{t_k|k＝1,2,3,...,n}，时间序列中t_k表示第k时刻，第k个循环周期为第k时刻至第k+1时刻，第k个循环周期的时间长度为T_s；电网储能电站中的M个电池单体管理单元和一个电池模块管理单元在第k时刻到来时，M个电池单体管理单元向电池模块管理单元发送M*N个电池单体的电池单体电压{u_ci,k|i＝1,2,3,...,M*N}和电池单体温度{T_ci,k|i＝1,2,3,...,M*N}，同时电池模块管理单元采集M个电池模块的电池模块电压{u_mi,k|i＝1,2,3,...,M}、M个电池模块互相串联后的电池组电压u_p,k以及电池组电流i_p,k，并由上述各原始数据构成电网储能电站中第k个循环周期的电池模块管理原始数据数组Data_k,k＝1,2,3,...,n：Data_k＝[u_c1,k,u_c2,k,...,u_cM*N,k,T_c1,k,T_c2,k,...,T_cM*N,k,u_m1,k,u_m2,k,...,u_mM,k,u_p,k,i_p,k],k＝1,2,3,...,n；（2）对第k个循环周期的电池模块管理原始数据数组Data_k,k＝1,2,3,...,n进行数字滤波，滤波方法为其中{a_i|0＜a_i＜1,i＝1,2,3,...,l}为系数，且l为滤波过程中所用电池模块管理原始数据数组的个数，l的取值范围为5-10，得到第k个循环周期的电池模块管理滤波数据数组k＝1,2,3,...,n：Data‾k=[u‾c1,k,u‾c2,k,...,u‾cM*N,k,T‾c1,k,T‾c2,k,...,T‾cM*N,k,u‾m1,k,u‾m2,k,...,u‾mM,k,u‾p,k,i‾p,k],]]>k＝1,2,3,...,n数组中包括M*N个电池单体的电池单体电压和电池单体温度{T‾ci,k|i=1,2,3,...,M*N},]]>M个电池模块的电池模块电压{u‾mi,k|i=1,2,3...,M},]]>互相串联后的M个电池模块的电池组电压以及电池组电流对电池模块管理滤波数据数组进行处理，得到M个电池模块内的电池单体电压最大值最小值{u‾minci,k|i=1,2,3,...,M}]]>和平均值{u‾aver,ci,k|i=1,2,3,...,M},]]>M个电池模块内的电池单体温度最大值{T‾maxci,k|i=1,2,3,...,M},]]>最小值{T‾minci,k|i=1,2,3,...,M}]]>和平均值M个电池模块所有M*N个电池单体的电池单体电压最大值最小值和平均值M个电池模块所有M*N个电池单体的电池单体温度最大值最小值和平均值M个电池模块的电池模块电压最大值最小值和平均值以上所有的最大值、最小值和平均值构成第k个循环周期的电池模块管理特征数据；（3）根据上述第k个循环周期的电池模块管理特征数据以及上述第k个循环周期的电池模块管理滤波数据数组中互相串联后的M个电池模块的电池组电压以及电池组电流对电网储能电站进行故障诊断，包括以下步骤：（3-1）设定电池单体的过压保护阈值V_CP,c和电池单体的过压预警阈值V_CA,c，电池单体的过压保护阈值V_CP,c和电池单体的过压预警阈值V_CA,c的范围分别为3.5-4V，且V_CP,c＞V_CA,c，若M个电池模块所有M*N个电池单体电压最大值大于V_CP,c，则判定电池单体出现过压保护故障，并根据M个电池模块内的电池单体电压最大值确定电池单体过压保护故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体过压保护故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体电压最大值大于V_CA,c，则判定电池单体出现过压预警故障，并根据M个电池模块内的电池单体电压最大值确定电池单体过压预警故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体过压预警故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体电压最大值小于或等于V_CA,c，则进行步骤（3-2）的故障诊断；（3-2）设定电池单体的欠压保护阈值V_DP,c和电池单体的欠压预警阈值V_DA,c，电池单体的欠压保护阈值V_DP,c和电池单体的欠压预警阈值V_DA,c的范围分别为2.5-3V，且V_DP,c＜V_DA,c，若M个电池模块所有M*N个电池单体电压最小值小于V_DP,c，则判定电池单体出现欠压保护故障，并根据M个电池模块内的电池单体电压最小值确定电池单体欠压保护故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体欠压保护故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体电压最小值小于V_DA,c，则判定电池单体出现欠压预警故障，并根据M个电池模块内的电池单体电压最小值确定电池单体欠压预警故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体欠压预警故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体电压最小值大于或等于V_DA,c，则进行步骤（3-3）故障诊断；；（3-3）设定电池单体的高温保护阈值T_UP,c和电池单体的高温预警阈值T_UA,c，电池单体的高温保护阈值T_UP,c和电池单体的高温预警阈值T_UA,c的范围分别为50-60℃，且T_UP,c＞T_UA,c，若M个电池模块所有M*N个电池单体温度最大值大于T_UP,c，则判定电池单体出现过温保护故障，并根据M个电池模块内的电池单体温度最大值确定电池单体高温保护故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体高温保护故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体温度最大值大于T_UA,c，则判定电池单体出现高温预警故障，并根据M个电池模块内的电池单体温度最大值确定电池单体高温预警故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有发生电池单体高温预警故障，且M个电池模块中所有M*N个电池单体温度最大值小于或等于T_UA,c，则进行步骤（3-4）故障诊断；（3-4）设定电池单体的温差过大保护阈值ΔT_P,c和电池单体的温差过大预警阈值ΔT_A,c，电池单体的温差过大保护阈值ΔT_P,c和电池单体的温差过大预警阈值ΔT_A,c的范围分别为5-10℃，且ΔT_P,c＞ΔT_A,c，若M个电池模块内的电池单体温度最大值与最小值之差大于ΔT_P,c，则判定电池单体出现温差过大保护故障，并根据i确定电池单体温差过大保护故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体高温保护故障，且M个电池模块内的电池单体温度最大值与最小值之差大于ΔT_A,c，则判定电池单体出现温差过大预警故障，并根据i确定电池单体温差过大保护故障所在的电池单体位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池单体温差过大预警故障，且M个电池模块内的电池单体温度最大值与最小值之差小于或等于ΔT_A,c，则进行步骤（3-5）故障诊断；（3-5）设定电池模块的过压保护阈值V_CP,m和电池模块的过压预警阈值V_CA,m，电池模块的过压保护阈值V_CP,m和电池模块的过压预警阈值V_CA,m的范围分别为[0.95*N*V_CP,c,N*V_CP,c]和[0.95*N*V_CA,c,N*V_CA,c]，且V_CP,m＞V_CA,m，若M个电池模块的电池模块电压最大值大于V_CP,m，则判定电池模块出现过压保护故障，并根据M个电池模块的电池模块电压确定电池模块过压保护故障所在的电池模块位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池模块过压保护故障，且M个电池模块的电池模块电压最大值大于V_CA,m，则判定电池模块出现过压预警故障，并根据M个电池模块的电池模块电压确定电池模块过压预警故障所在的电池模块位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池模块过压预警故障，且M个电池模块的电池模块电压最大值小于或等于V_CA,m，则进行步骤（3-6）故障诊断；（3-6）设定电池模块的过压保护阈值V_DP,m和电池模块的过压预警阈值V_DA,m，电池模块的过压保护阈值V_DP,m和电池模块的过压预警阈值V_DA,m的范围分别为[N*V_DP,c,1.05*N*V_DP,c]和[N*V_DA,c,1.05*N*V_DA,c]，且V_DP,m＜V_DA,m，若M个电池模块的电池模块电压最小值小于V_DP,m，则判定电池模块出现欠压保护故障，并根据M个电池模块的电池模块电压确定电池单体欠压保护故障所在的电池模块位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池模块欠压保护故障，且M个电池模块的电池模块电压最小值小于V_DA,m，则判定电池模块出现欠压预警故障，并根据M个电池模块的电池模块电压确定电池模块欠压预警故障所在的电池模块位置，并将该位置信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池模块欠压预警故障，且M个电池模块的电池模块电压最小值大于或等于V_DA,m，则进行步骤（3-7）故障诊断；（3-7）设定电池组的过压保护阈值V_CP,p和电池组的过压预警阈值V_CA,p，电池组的过压保护阈值V_CP,p和电池组的过压预警阈值V_CA,p的范围分别为[0.95*M*V_CP,m,N*V_CP,m]和[0.95*N*V_CA,m,N*V_CA,m]，且V_CP,p＞V_CA,p，若电池组电压大于V_CP,p，则判定电池组出现过压保护故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组过压保护故障，且电池组电压大于V_CA,p，则判定电池组出现过压预警故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组过压预警故障，且电池组电压小于或等于V_CA,p，则进行步骤（3-8）故障诊断；（3-8）设定电池组的欠压保护阈值V_DP,p和电池组的欠压预警阈值V_DA,p，电池组的欠压保护阈值V_DP,p和电池组的欠压预警阈值V_DA,p的范围分别为[N*V_DP,m,1.05*N*V_DP,m]和[N*V_DA,m,1.05*N*V_DA,m]，且V_DP,p＜V_DA,p，若电池组电压小于V_DP,p，则判定电池组出现欠压保护故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组欠压保护故障，且电池组电压小于V_DA,p，则判定电池组出现欠压预警故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组欠压预警故障，且电池组电压小于或等于V_DA,p，则进行步骤（3-9）故障诊断；（3-9）设定电池组的过流保护阈值I_P,p和电池组的过流预警阈值I_A,p，电池组的过流保护阈值I_P,p和电池组的过流预警阈值I_A,p的范围是电池组容量的1.2-1.5倍，且I_P,p＞I_A,p，若电池组电流的绝对值大于I_P,p，则判定电池组出现过流保护故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组过流保护故障，且电池组电流大于I_A,p，则判定电池组出现过流预警故障，并将该故障信息上报到电网储能电站的监控系统，若没有出现电池组过流预警故障，且电池组电流小于或等于I_A,p，则完成故障诊断；（4）根据第k个循环周期的电池组电流采用安时积分法，通过下式：{SOCmi,k=i‾p,k*Ts+SOCmi,k-1|i=1,2,3,...,M},]]>SOCp,k=i‾p,k*Ts+SOPp,k-1,]]>计算得到第k个循环周期M个电池模块的剩余电量SOC_mi,k和电池组的剩余电量SOC_p,k；（5）根据上述第k个循环周期的电池模块电压最大值最小值M个电池模块电压及电池组电流对M个电池模块进行均衡控制，设定均衡电流阈值I_balance，I_balance的取值范围为5-20A，设定均衡电压阈值V_balance，V_balance的取值范围为300-1000mV，若电池组电流的绝对值大于I_balance，或/和电池模块电压最大值与最小值之差小于V_balance，则不对电池组中的电池模块进行均衡处理，若电池组电流的绝对值小于I_balance，且电池模块电压最大值与最小值之差大于V_balance，则对与电池模块电压最大值相对应的电池模块以及与电池模块电压最小值对应的电池模块进行均衡处理，同时遍历电池组中M个电池模块的电池模块电压将每个电池模块电压分别与电池模块的电压最大值和电压最小值比较，得到两个差值，若两个差值中的一个或两个的绝对值大于V_balance，则对相应的电池模块进行均衡处理；（6）根据上述第k个循环周期M个电池模块内的M个电池单体温度最大值{T‾maxci,k|i=1,2,3,...,M}]]>和最小值{T‾minci,k|i=1,2,3,...,M}]]>进行模块散热控制，设定散热控制高温阈值T_heatdisp，T_heatdisp的取值范围为50-60℃，设定散热控制温差阈值ΔT_heatdisp，ΔT_heatdisp的取值范围为4-5℃，将M个电池单体温度最大值分别与T_heatdisp比较，若大于T_heatdisp，则对相应的电池模块进行模块散热控制，若小于或等于T_heatdisp，则不对相应的电池模块进行模块散热控制，M个电池单体温度最大值分别与对应的最小值作差，得到{T‾maxci,k-T‾minci,k|i=1,2,3,...,M},]]>若T‾maxci,k-T‾minci,k]]>大于ΔT_heatdisp，则对相应的电池模块进行模块散热控制，若小于或等于ΔT_heatdisp，则不对相应的电池模块进行模块散热控制；（7）将第k个循环周期的电池模块管理滤波数据数组M个电池模块剩余电量{SOC_mi,k|i＝1,2,3,...,M}和电池组剩余电量SOC_p,k上报至电网储能电站中的监控系统，完成第k个循环周期，并进入第k+1个循环周期。