一种自带多种通讯方式的智能锂电池系统的制作方法

本发明属于储能锂电池智能管理，具体涉及一种集成多通讯方式、具备自适应充放电调控功能的智能锂电池系统。

背景技术：

1、目前，通信基站、家庭储能场景所使用的智能锂电池系统，充放电管控模式普遍采用传统固定参数控制逻辑，通讯方式单一固化，无法适配复杂电网工况和多元化组网运维需求。

2、在放电管控方面，传统电池包采用直通输出模式，电池最大输出功率、输出电流均为固定限值。常规控制逻辑为：仅当母线电压低于电池组输出电压、且负载功率大于等于电池额定输出功率时，电池方可满功率放电；若母排接入其他供电设备，导致母线电压高于或等于电池预设输出电压时，电池包会出现无法放电、放电功率骤降的问题，严重限制电池储能利用率，无法满足负载持续供电和能源调度需求。

3、在充电管控方面，传统锂电池采用"恒流充电+末端恒压浮充"的固定充电策略，充电电流、充电时长均为固定参数，无动态调节能力。而现有储能场景普遍具备峰、谷、平阶梯电价机制，行业亟需电池系统可根据电价时段、负载用电需求动态调整充放电功率与时长，实现能源最优调度、最大化经济收益。传统固定模式充电方案无法适配峰谷电价差异化调控需求，能源利用效率低、经济效益差。

4、同时，现有智能锂电池通讯架构单一，大多仅配置单一rs485或can工业通讯接口，仅支持本地近距离调试，无法实现远程无线运维、云端数据交互、多平台组网适配，难以满足现代储能设备智能化、无人化、远程化的运维管理需求，场景适配性极差。

5、综上所述，现有技术存在以下缺陷：

6、（1）放电适配性差：直通放电逻辑受母线电压波动影响极大，电网抖动、外接电源介入导致母线电压变化时，电池无法稳定放电，储能输出稳定性不足。

7、（2）充电策略僵化：充电参数固定，无法结合峰谷平电价、后续放电需求动态调节充电功率与时长，能源调度不合理，经济收益低。

8、（3）通讯能力单一：仅支持传统工业通讯，无有线网络、无线物联网通讯能力，无法对接云端平台、网管系统，智能化运维能力缺失。

9、（4）场景通用性弱：单设备仅能适配单一场景，无法同时满足通信基站、家庭储能等多场景差异化需求，设备通用性差、部署成本高。

10、针对现有技术存在的放电不稳定、充电策略僵化、通讯方式单一、场景适配性差等缺陷，本发明提供一种自带多种通讯方式的智能锂电池系统，旨在通过集成多模态通讯模块、设计自适应充放电算法，解决传统电池无法适配母线电压波动、无法匹配峰谷电价最优调度、无法多场景智能化运维的行业痛点，实现电池充放电动态精准调控、多场景通用适配、远程智能化管理，大幅提升储能利用率与经济收益。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种自带多种通讯方式的智能锂电池系统，解决核电仪控试验中图纸查阅效率低、数据未结构化、多格式通用性差、缺乏一体化管理的问题。

2、一种自带多种通讯方式的智能锂电池系统，包括锂电池储能模组、bms主控模块、多通讯集成模块、dc/dc功率调节模块和数据采集模块。

3、所述锂电池储能模组与dc/dc功率调节模块电连接，用于存储和释放电能。

4、所述数据采集模块分别与锂电池储能模组和外部母线电连接，用于实时采集电芯电压、单体温度、母线电压vbus、放电电流和电池荷电状态soc，并将采集数据传输至bms主控模块。

5、所述多通讯集成模块与bms主控模块电连接，板载集成rs485工业通讯接口、can2.0b工业通讯接口、lan以太网通讯模块、4g全网通无线通讯模块和内置gps定位单元的防盗监测模块，全部单元集成于同一块主控电路板。

6、所述bms主控模块分别与多通讯集成模块、dc/dc功率调节模块和数据采集模块电连接，通过多通讯集成模块接收云端平台下发的调控指令，执行自适应放电调控算法和峰谷平电价自适应充电算法，输出控制信号驱动dc/dc功率调节模块完成动态功率调控。

7、进一步地，所述多通讯集成模块中：

8、rs485工业通讯接口兼容modbus-rtu协议，支持多电池簇并联组网，用于本地现场调试和电池集群联动控制；can2.0b工业通讯接口默认波特率为500kbps，用于毫秒级同步电芯电压、单体温度和故障告警原始数据；两路工业通讯总线硬件隔离、相互独立，运维人员无需外网联网即可完成设备检修、参数配置和固件烧录。

9、进一步地，所述lan以太网通讯模块搭载10/100m自适应rj45网口，硬件底层内置snmpv3协议栈和mqtt3.1.1协议栈，双协议栈同时在线并行运行，无需硬件切换。

10、snmpv3协议栈用于对接通信基站机房网管系统，网管平台直接读取电池设备拓扑、母线电压、soc和故障告警信息，支持定时在线巡检、故障主动上报和资产台账管理。

11、mqtt3.1.1协议栈用于对接云端储能能源调度平台，云端平台下发自适应电压偏移量voffset、谷/峰/平价时段时分参数和充放电功率阈值调控指令。

12、lan网口支持dhcp自动分配ip和静态ip双配置模式，内置断线重连机制。

13、进一步地，所述4g全网通无线通讯模块内置移动、联通、电信三模全网通模块，作为lan有线网口的冗余备用通讯链路。bms主控模块实时检测lan网口心跳数据包，当有线网络断开后100ms内自动切换至4g通道传输数据，通讯切换无间断。4g模块支持物联网卡低功耗休眠策略，设备稳态运行时降低数据上报频率。

14、进一步地，所述防盗监测模块集成gps定位单元，实时采集设备经纬度位置数据，定位信息和防盗告警信号复用lan以太网和4g无线两路通讯通道同步上传云端平台。防盗监测模块实时监测柜体门磁信号和设备移位震动信号，一旦触发异动告警，立即通过lan和4g双通道同步推送告警信息至运维后台与管理员终端，同时bms主控模块锁死dc/dc功率调节模块的充放电输出回路。

15、进一步地，所述自适应放电调控算法包括基础恒压差放电控制逻辑：

16、云端平台通过lan或4g通讯下发自适应电压偏移量voffset至bms主控模块；数据采集模块实时采集母线电压vbus，bms主控模块计算dc/dc输出基准电压：

17、setbus = vbus + voffset    （1）

18、bms主控模块将setbus指令下发至dc/dc功率调节模块，dc/dc功率调节模块控制电池输出电压比母线电压固定高出voffset，保证电池具备持续放电驱动力。该设计仅小幅抬升输出压差，几乎不会对系统并联铅酸电池充电，延长混合储能系统铅酸电池使用寿命。

19、系统实时读取电池soc，若soc低于预设放电停止阈值则控制dc/dc切断放电回路，若soc高于阈值则持续执行恒压差放电并循环采集母线电压动态修正输出基准电压。

20、进一步地，所述自适应放电调控算法还包括峰价放电动态升压功率维持机制：

21、设备处于峰价时段th放电时，bms主控模块持续统计当前周期平均放电功率pavg，同步实时采集瞬时放电功率preal。当preal ≤ 0.8 × pavg时，判定实时放电功率低于周期平均功率20%，输出功率不足，无法达到预设削峰效果。bms主控模块自动增大电压偏移量voffset，抬高dc/dc输出基准电压setbus，扩大电池与母线之间输出压差以提升放电电流。升压完成后重新采集preal，循环迭代调整voffset直至preal恢复至0.8×pavg以上。电压偏移量voffset设置可调上限，dc/dc输出电压不超过电芯安全输出区间，避免过压损伤电池与后端负载。

22、进一步地，所述峰谷平电价自适应充电算法包括：

23、系统支持谷价时段tl、平价时段tm、峰价时段th独立配置具体小时和分钟，全时段默认执行谷价最大功率充电、峰价最大功率放电的基础策略，同时增设智能平价补电判断逻辑。

24、谷价时段tl，系统控制电池以最大允许充电功率pcmax恒功率充电，直至电池充满或谷价时段结束，最大化囤积低价电能。

25、峰价时段th，系统控制电池以最大允许放电功率pdmax恒功率放电，最大化消耗储能、削减高峰电费支出。

26、平价时段tm，不默认充电，仅根据下一峰价放电需求进行智能预判补电。

27、进一步地，所述平价时段智能预判补电包括以下步骤：

28、第一步，计算下一峰价时段满功率放电所需总电量：

29、qneed = (pdmax × th) / vbat    （2）

30、其中，vbat为电池平均工作电压，th为下一周期峰价总放电时长。

31、第二步，计算谷价充电结束后电池当前可用剩余电量：

32、qnow = licap × soc    （3）

33、其中，licap为电池额定总容量，soc为谷价时段满功率充电结束后电池荷电状态。

34、第三步，供需判定与平价补电策略：

35、场景1：当qnow < qneed时，判定下一峰价时段可完全满功率放电且时长充足，现有电量无法支撑全程满放，系统自动开启平价补电。计算需要补充的电量：

36、qsupply = qneed - qnow    （4）

37、结合平价可用时长tm，自适应计算平价充电功率：

38、pcharge = qsupply × vbat / tm    （5）

39、在不超过电池最大充电功率pcmax和最大充电电流限值的前提下，精准补齐缺口电量，保证峰价时段电量恰好完全耗尽，无剩余电量浪费、无峰期断电亏空。

40、场景2：当qnow ≥ qneed时，当前谷价囤积电量可完全覆盖下一峰价满功率放电需求，平价时段不充电、保持待机静默，避免电量冗余积压，保证下一谷价时段soc归零，循环最优调度。

41、本发明算法摒弃传统固定时长、固定电流的充电模式，以峰价最大放电需求为唯一锚点，反向倒推谷价充电量、平价补电量：谷价全力储电、峰价全力放电、平价按需补电，精准匹配全天三时段电价规则，彻底实现"峰期电量刚好放完、谷期电量充分利用、平价电量零浪费"的最优能源调度策略，最大化储能系统套利收益。

42、进一步地，所述多通讯集成模块的全部通讯通道硬件独立、数据总线逻辑隔离，支持多链路同时并行工作，不同业务数据分流传输、互不干扰：

43、rs485和can2.0b承担本地现场调试和多电池集群联动控制业务；

44、lan-snmp对接通信基站本地机房网管系统；

45、lan-mqtt对接云端储能能源调度平台；

46、4g全网通作为有线链路冗余备份，传输告警、定位和离线缓存数据。

47、整套多通讯架构实现本地现场、机房内网和远程云端三层全维度同步管控，解决传统锂电池单一通讯仅能适配单一运维场景的缺陷。

48、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

49、（1）多通讯一体化集成：板载集成rs485、can2.0b、lan双协议、4g全网通和gps防盗五路通讯与安防单元，单款硬件无需改版即可适配通信基站备电、家庭储能、工商业削峰填谷三类业务场景，硬件通用化程度高，大幅降低多版本研发、生产、物料库存成本。

50、（2）lan双协议并行创新：硬件底层内置snmpv3与mqtt3.1.1双协议栈同时在线运行，snmpv3直接对接运营商基站机房网管，无需协议转换网关；mqtt3.1.1对接云端储能调度平台，实现区域储能集中远程能源调度。

51、（3）4g冗余无缝切换：4g模块作为有线链路冗余备份，有线网络断开后100ms内自动切换，保障无人值守站点数据不离线，适配无有线网线覆盖的户外偏远基站和分布式家庭储能场景。

52、（4）自适应放电稳定输出：基于动态电压偏移的恒压差放电控制，保证电池输出电压始终高于母线电压voffset，解决传统直通放电受母线电压波动影响无法放电的问题；峰价时段动态升压功率维持机制，确保削峰放电功率稳定，提升套利收益。

53、（5）峰谷电价智能调度：以峰价最大放电需求为锚点反向倒推充放电策略，平价时段智能预判补电，实现峰期电量刚好放完、谷期电量充分利用、平价电量零浪费，最大化储能系统套利收益。

54、（6）防盗通讯联动：gps定位与防盗告警复用现有通讯链路，异动告警时同步推送并锁死充放电输出，无需额外增设独立通讯硬件，硬件集成度更高。