一种用于储能系统的智能并机方法与流程

1.本发明涉及储能电池领域，尤其涉及一种用于储能系统的智能并机方法。


背景技术：

2.在当下光伏储能广泛发展的大环境下，随着家庭储能系统对储能系统蓄电量的要求逐渐升高，单个电池包难以满足使用需求，多电池包并联使用的需求量日渐增长。多电池包并联时由于存在各个电池包初始电量不一，或由于暂时性的自我保护(即不允许充放电的状态)后与其它电池包电量不一，引起的电压压差过大，若强制将压差大的电池包并入同一功率回路，压差带来的大电流冲击可能会损坏bms(电池管理系统)或对电芯造成损伤。
3.对于目前拥有智能并机策略的储能系统，当系统内电池包陆续放空，电压已经很低的时候，由于锂离子电芯特性，在这个时候若外部充电电源到达，可能会造成本在放电的电池包电压突然升高而损坏bms或者电芯，而电压低且处于保护状态的电池包由于压差过大(即自身电压与外部电压的压差过大，所述外部电压即储能系统中负载两端或充电机两端的电压)无法充电，又由于bms是有功耗的，也会消耗电池电量，进而可能造成电压低处于保护状态的电池包严重过放。


技术实现要素：

4.为了在电池包并联使用的过程中，解决若强制将压差大的电池包并入同一功率回路，压差带来的大电流冲击可能会损坏bms或对电芯造成损伤的问题，以及电压低且处于保护状态的电池包由于无法充电而导致严重过放的问题，本发明提出了一种用于储能系统的智能并机方法，所述储能系统中包括主机与多台从机，所述主机与从机均为电池包，各电池包的正极端与电器设备的正极端连接，负极端通过电池包对应的预设充放电电路与电器设备的负极端连接；所述从机用于通过can总线向主机发送从机信息报文；所述智能并机方法包括步骤：
5.s1：启动储能系统，所述主机接收各从机发送的从机信息报文，所述从机信息报文中包含电池包的总电压、保护状态信息与并机状态；所述保护状态信息为在从机bms检测到对应电池包处于异常状态时控制电池包进入保护状态并上报主机的保护存在标志，或电池包未处于异常状态时上报主机的保护不存在标志，所述异常状态包含：电池包总电压高于上限值或低于下限值的状态；所述并机状态包括并机完成状态；
6.s2：通过主机获取保护状态信息为保护不存在标志的各从机为待选从机，并在待选从机中获取总电压最小或最大的待选从机为待并从机；
7.s3：通过主机下发上电指令至待并从机，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机；
8.s4：通过主机获取并机状态为并机完成状态的电池包为已并从机，获取各已并从机对应总电压中的最大电压值或者最小电压值，设定最大电压值或者最小电压值为基准电压值，获取储能系统中保护状态信息为保护不存在标志且并机状态不等于并机完成状态的
各从机为待筛从机，并通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，下发上电指令至各待并从机；
9.s5：所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机，返回步骤s4。
10.进一步地，所述步骤s3至步骤s4之间还包括步骤：
11.s31：通过主机判断是否存在并机状态为并机完成状态的从机信息报文，若是，则进入步骤s4，若否，则返回步骤s2。
12.进一步地，所述步骤s4中，通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，具体为：
13.通过基准电压值设定筛选条件，并筛选出满足筛选条件的待筛从机为待并从机；所述筛选条件为：
14.基准电压值-预设可浮动幅值≤待筛从机的总电压≤基准电压值+预设可浮动幅值。
15.进一步地，所述电池包处于保护状态时，其对应的预设充放电电路处于断开的状态。
16.进一步地，所述预设充放电电路包括：
17.第一开关mos管、第一mos管、第一mos管体二极管；所述电池包的负极端同时与第一开关mos管的一端、第一mos管的一端以及第一mos管体二极管的负极端连接；所述第一开关mos管在闭合时与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端、第一mos管体二极管的正极端以及第一mos管闭合时均与第二开关mos管的一端、第二mos管的一端以及第二mos管体二极管的正极端连接；所述第二开关mos管闭合时与第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端、第二mos管闭合时以及第二mos管体二极管的负极端均接入电器设备的负极端。
18.进一步地，所述电器设备为负载或者充电机；
19.当所述电器设备为负载时，所述储能系统通过智能并机方法对电池包进行放电并机，以给负载提供电能；
20.当所述电器设备为充电机时，所述储能系统通过智能并机方法对电池包进行充电并机，以给电池包储能电能。
21.进一步地，所述电池包通过智能并机方法进行放电并机的过程中，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路的具体步骤为：
22.控制第二开关mos管闭合后控制第一mos管闭合以开始放电预冲，此时，电池包正极端的电流依次通过负载正极端、负载负极端、第二电阻、第一mos管后流至电池包负极端，在放电预冲预设时长后，控制第二mos管闭合，并断开第二开关mos管，此时，所述待并从机并机完成。
23.进一步地，所述电池包通过智能并机方法进行充电并机的过程中，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路的具体步骤为：
24.控制第一开关mos管闭合后控制第二mos管闭合以开始充电预冲，此时，充电机正极端的电流依次通过电池包正极端、电池包负极端、第一电阻、第二mos管后流至充电机负极端，在充电预冲预设时长后，控制第一mos管闭合，并断开第一开关mos管，此时，所述待并从机并机完成。
25.进一步地，所述智能并机方法还包括：
26.a1：通过主机获取电器设备正极端与负极端之间的电压为外部电压，并累加储能系统中各电池包的总电压，得到总电压累加值；
27.a2：判断外部电压是否高于总电压累加值预设幅值，若是，则通过主机获取总电压低于基准电压值，且保护状态信息为保护不存在标志的电池包为待并从机；
28.a3：通过主机下发允许自充电指令至待并从机；
29.a4：所述待并从机接收到允许自充电指令后，开始进行充电并机，并在充电并机过程中执行步骤：
30.a41：通过待并从机实时监测其他任意电池包流向其自身的电流是否超过设定阈值，若是，则进入步骤a42，若否，则进入步骤a43；
31.a42：保持预设充放电电路为断开状态，并机失败，并机次数加1，判断并机次数是否大于等于预设并机次数，若是，则结束充电并机，若否，则在间隔预设时长后返回步骤a41；
32.a43：导通预设充放电电路，并机完成。
33.进一步地，所述步骤a4中，所述待并从机接收到允许自充电指令后，开始进行充电并机之前还包括：
34.所述待并从机判断自身的保护状态信息是否为保护不存在标志，并获取电器设备正极端与负极端之间的电压，相较于自身正极端与负极端之间电压的压差为外部压差，判断外部压差是否大于0，若是，则开始进行充电并机。
35.与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：
36.(1)本发明通过主机获取保护状态信息为保护不存在标志的各从机为待选从机，并在待选从机中获取总电压最小或最大的待选从机为待并从机，通过主机下发上电指令至待并从机，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机，从而完成储能系统的初始并机，在完成初始并机后，通过主机获取基准电压值，获取储能系统中保护状态信息为保护不存在标志且并机状态不等于并机完成状态的各从机为待筛从机，并通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，下发上电指令至各待并从机，所述待并从机接收到上电指令后开始进行并机，本发明通过对每个电池包设定的预设充放电电路以及接收到的从机信息报文，控制电池包负极端与电器设备负极端的连通状态，从而避免了强制将压差大的电池包并入同一功率回路，压差带来的大电流冲击可能会损坏bms或对电芯造成损伤的问题；
37.(2)本发明通过利用基准电压值设定的筛选条件，筛选出满足筛选条件的待筛从机为待并从机，提高了并机的安全性，避免了电池包处于异常状态时并入从机导致bms损坏或电芯损伤的问题，提高了电池包的使用寿命；
38.(3)本发明通过循环步骤s4与s5，以不断使解除了保护状态(保护状态信息赋值为保护不存在标志)的从机通过步骤s4与s5进行并机，以实现对电池包进行充电或者放电，从而解决了电压低且处于保护状态的电池包由于无法充电而导致严重过放的问题；
39.(4)本发明在智能并机的过程中同时通过步骤a1至a43进行并机，加快了并机速度，简化了并机流程。
附图说明
40.图1为一种用于储能系统的智能并机方法流程图；
41.图2为储能系统结构图；
42.图3为预设充放电电路结构图。
具体实施方式
43.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
44.实施例一
45.为了避免强制将压差大的电池包并入同一功率回路，压差带来的大电流冲击可能会损坏bms或对电芯造成损伤的问题，如图1所示，本发明提出了一种用于储能系统的智能并机方法，如图2所示，本实施例以3个电池包的连接为例进行展示，所述储能系统中包括主机与多台从机，所述主机与从机均为电池包，各电池包的正极端与电器设备的正极端连接，负极端通过电池包对应的预设充放电电路与电器设备的负极端连接；所述从机用于通过can总线向主机发送从机信息报文(各电池包之间处于同一can通讯网络或其它通讯网络)；所述智能并机方法包括步骤：
46.s1：启动储能系统，所述主机接收各从机发送的从机信息报文，所述从机信息报文中包含电池包的总电压、保护状态信息与并机状态；所述保护状态信息为在从机bms检测到对应电池包处于异常状态时控制电池包进入保护状态并上报主机的保护存在标志，或电池包未处于异常状态时上报主机的保护不存在标志，所述异常状态包含：电池包总电压高于上限值或低于下限值的状态；所述并机状态包括并机完成状态；所述电池包处于保护状态时，其对应的预设充放电电路处于断开的状态。
47.所述异常状态还包含：电池包温度超过预设值的状态等等；保护状态对应有解除条件，比如过温，那么等温度下降到正常温度了，就会解除保护；过压，等电压缓慢回落至设定范围内就会解除保护等等。
48.s2：通过主机获取保护状态信息为保护不存在标志的各从机为待选从机，并在待选从机中获取总电压最小或最大的待选从机为待并从机；
49.s3：通过主机下发上电指令至待并从机，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机；
50.如图2所示，所述预设充放电电路包括：
51.第一开关mos管mos1、第一mos管q1、第一mos管体二极管q1_d1；所述电池包的负极端b-同时与第一开关mos管mos1的一端、第一mos管q1的一端以及第一mos管体二极管q1_d1的负极端连接；所述第一开关mos管mos1在闭合时与第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端、第一mos管体二极管q1_d1的正极端以及第一mos管q1闭合时均与第二开关mos管mos2的一端、第二mos管q2的一端以及第二mos管体二极管q2_d1的正极端连接；所述第二开关mos管mos2闭合时与第二电阻r2的一端连接；所述第二电阻r2的另一端、第二mos管q2闭合时以及第二mos管体二极管q2_d1的负极端均接入电器设备的负极端p-。
52.需要说明的是，所述第一电阻与第二电阻也可以设置为一个电阻r，具体的设置位置见图3。
53.所述步骤s3至步骤s4之间还包括步骤：
54.s31：通过主机判断是否存在并机状态为并机完成状态的从机信息报文，若是，则进入步骤s4，若否，则返回步骤s2。
55.s4：通过主机获取并机状态为并机完成状态的电池包为已并从机，获取各已并从机对应总电压中的最大电压值或者最小电压值，设定最大电压值或者最小电压值为基准电压值，获取储能系统中保护状态信息为保护不存在标志且并机状态不等于并机完成状态的各从机为待筛从机，并通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，下发上电指令至各待并从机；
56.所述步骤s4中，通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，具体为：
57.通过基准电压值设定筛选条件，并筛选出满足筛选条件的待筛从机为待并从机；所述筛选条件为：
58.基准电压值-预设可浮动幅值≤待筛从机的总电压≤基准电压值+预设可浮动幅值。
59.本实施例中，所述预设可浮动幅值为3v。
60.本发明通过利用基准电压值设定的筛选条件，筛选出满足筛选条件的待筛从机为待并从机，提高了并机的安全性，避免了电池包处于异常状态时并入从机导致bms损坏或电芯损伤的问题，提高了电池包的使用寿命。
61.s5：所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机，返回步骤s4。
62.本发明通过循环步骤s4与s5，以不断使解除了保护状态(保护状态信息赋值为保护不存在标志)的从机通过步骤s4与s5进行并机，以实现对电池包进行充电或者放电，从而解决了电压低且处于保护状态的电池包由于无法充电而导致严重过放的问题。
63.所述电器设备为负载或者充电机；
64.当所述电器设备为负载时，所述储能系统通过智能并机方法对电池包进行放电并机，以给负载提供电能；
65.当所述电器设备为充电机时，所述储能系统通过智能并机方法对电池包进行充电并机，以给电池包储能电能。
66.所述电池包通过智能并机方法进行放电并机的过程中，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路的具体步骤为：
67.控制第二开关mos管闭合后控制第一mos管闭合以开始放电预冲，此时，电池包正极端b+的电流依次通过负载正极端p+、负载负极端p-、第二电阻、第一mos管后流至电池包负极端b-，在放电预冲预设时长后，控制第二mos管闭合，并断开第二开关mos管，此时，所述待并从机并机完成。
68.所述电池包通过智能并机方法进行充电并机的过程中，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路的具体步骤为：
69.控制第一开关mos管闭合后控制第二mos管闭合以开始充电预冲，此时，充电机正极端p+的电流依次通过电池包正极端b+、电池包负极端b-、第一电阻、第二mos管后流至充电机负极端p-，在充电预冲预设时长后(实现充电预冲功能)，控制第一mos管闭合，并断开第一开关mos管，此时，所述待并从机并机完成。
70.需要解释的是，预设充放电电路中的电器件都受对应电池包的bms控制，各个bms在储能系统中又受主机bms发出的can报文(比如上电指令)实现智能管理与控制。
71.所述智能并机方法还包括：
72.a1：通过主机获取电器设备正极端与负极端之间的电压为外部电压，并累加储能系统中各电池包的总电压，得到总电压累加值；
73.a2：判断外部电压是否高于总电压累加值预设幅值，若是(若是，则表示当前储能系统的总电流为充电电流，即整个储能系统处于充电状态)，则通过主机获取总电压低于基准电压值，且保护状态信息为保护不存在标志的电池包为待并从机；
74.a3：通过主机下发允许自充电指令至待并从机；
75.a4：所述待并从机接收到允许自充电指令后，开始进行充电并机，并在充电并机过程中执行步骤：
76.a41：通过待并从机实时监测其他任意电池包流向其自身的电流是否超过设定阈值，若是，则进入步骤a42，若否，则进入步骤a43；
77.a42：保持预设充放电电路为断开状态，并机失败，并机次数加1，判断并机次数是否大于等于预设并机次数，若是，则结束充电并机(即在该电池包的充电压差(外部压差)消失前，不再响应“允许自充电指令”，以保护电芯及bms)，若否，则在间隔预设时长后返回步骤a41；本实施例中，所述预设并机次数等于5次，预设时长为1分钟；
78.a43：导通预设充放电电路，并机完成。
79.需要说明的是，假设其它电池包停止充电，或者其它电池包开始转入放电状态，电压都会低下来，从而使该电池包的外部压差减小或消失；如果持续充电，那就意味着在其它电池包完成一个循环前，这个欠压的电池包基本没有机会完成并机了，等下一个循环电池包放电后再并入即可。
80.所述步骤a4中，所述待并从机接收到允许自充电指令后，开始进行充电并机之前还包括：
81.所述待并从机判断自身的保护状态信息是否为保护不存在标志，并获取电器设备正极端与负极端之间的电压，相较于自身正极端与负极端之间电压的压差为外部压差，判断外部压差是否大于0，若是(则表示存在外部压差)，则开始进行充电并机。
82.需要注意的是，电池包内的bms(电池管理系统)拥有充电压差检测功能，当外部电压高于电池电压1v以上时，bms可识别到，并认为该电池包当前处于充电状态。
83.另外，需要说明的是，并机是指使预设充放电电路的第一mos管、第二mos管最终闭合，能够有一个通畅的回路走电流；至于预充，是为了在形成通畅回路前，用电阻限制出较小电流，闭合不同的开关mos管可以对电池，或负载进行预充，使其电压抬升，从而在形成通畅回路之后压差减小，不至于产生很大的电流而损坏bms或者电芯。
84.并机动作有两种触发条件，一个是主机通过下发的can报文中的上电指令，第二个是在没有第一种触发条件下，主机发了允许自充电指令、且从机自己检测到了外部压差。这两种不同的并机触发条件，会使符号条件的电池包进行并机。第一种上电指令，意味着比较安全，主机认为接收到上电指令的bms闭合第一mos管与第二mos管后不会存在过流风险；第二种允许自充电指令，则表示主机认为各电池包存在过流风险，但是考虑该电池包如果不并机，会导致过放，所以在特定条件下允许该电池包进入充电并机流程。
85.本发明通过主机获取保护状态信息为保护不存在标志的各从机为待选从机，并在待选从机中获取总电压最小或最大的待选从机为待并从机，通过主机下发上电指令至待并从机，所述待并从机接收到上电指令后利用预设控制时序导通预设充放电电路，设定并机状态为并机完成状态并上报主机，从而完成储能系统的初始并机，在完成初始并机后，通过主机获取基准电压值，获取储能系统中保护状态信息为保护不存在标志且并机状态不等于并机完成状态的各从机为待筛从机，并通过基准电压值筛选出待筛从机中的待并从机，下发上电指令至各待并从机，所述待并从机接收到上电指令后开始进行并机，本发明通过对每个电池包设定的预设充放电电路以及接收到的从机信息报文，控制电池包负极端与电器设备负极端的连通状态，从而避免了强制将压差大的电池包并入同一功率回路，压差带来的大电流冲击可能会损坏bms或对电芯造成损伤的问题。
86.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
87.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
88.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
89.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。