基于蓝牙传输的大型储能电池管理系统的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种基于蓝牙传输的大型储能电池管理系统。


背景技术：

2.目前市面上的大型储能系统主要有一个主控多个从控、一个主控多个簇控及簇空带多个从控的模式。其中，现有的大型储能系统与外部pcs交互是通过主控发送数据交换，而人机交互是通过工控屏控制与数据读取。
3.在现有技术的基础下，单簇大型储能系统必须得把从控与主控的通讯与供电通过线束进行链接，主控与工控屏的通讯和交互也需要单独的供电和通讯线链接，人机控制需要通过工控屏进行数据读取和操作控制系统。因此，现有的大型储能系统存在系统庞大、系统衔接复杂、调试时间长的问题，同时，现有的大型储能系统的组装时需要很多人工进行组装。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述问题，而提供一种线路简化、稳定可靠的基于蓝牙传输的大型储能电池管理系统。
5.为了实现上述目的，本发明提供的一种基于蓝牙传输的大型储能电池管理系统，该电池管理系统包括：从控单元，其采集电池组的运行数据、诊断电池组的故障、计算电池组均衡开启条件并调整电池组均衡状态；簇控单元，与从控单元通过蓝牙连接并通信，其接收所述从控单元发出的数据、采集电池组运行数据、诊断从控单元和电池组故障、处理接收和采集的数据、发送输入输出控制指令；主控单元，与簇控单元通过蓝牙连接并通信，其接收簇控单元发出的数据、采集系统运行数据、诊断系统故障、处理接收和采集的数据，向簇控单元发送控制指令。
6.所述从控单元通过第一协议与所述簇控单元进行通信，所述簇控单元通过第二协议与所述主控单元进行通信；所述主控单元通过第三协议与所述从控单元进行通信。
7.进一步地，所述簇控单元设有多个，多个所述簇控单元分别与所述主控单元通过蓝牙连接并通信，每个所述簇控单元分别通过蓝牙连接有多个从控单元。
8.进一步地，所述从控单元设有第一拨码开关及第二拨码开关，所述第一拨码开关确定所述从控单元的所属簇控地址，所述第二拨码开关确定所述从控单元的所属从控地址；所述簇控单元设有第三拨码开关，所述第三拨码开关确定所述簇控单元的簇控地址；所述主控单元设有第四拨码开关，所述主控单元通过第四拨码开关预设的拨码地址确定。
9.所述从控单元包括第一蓝牙模块、第一采集模块及第一处理模块，所述第一蓝牙模块、第一采集模块分别与所述第一处理模块连接，所述第一蓝牙模块与所述簇控单元通
信，所述第一采集模块采集电池组的温度和单体电压数据，所述第一处理模块诊断电池组的故障，所述电池组的故障包括单体过压告警和保护、单体欠压告警和保护、温度过温告警和保护、温度低温告警和保护；所述第一处理模块还可通过计算均衡开启条件自主调整均衡状态及执行触控单元发送的调整电池组均衡状态指令。
10.所述簇控单元包括第二蓝牙模块、第三蓝牙模块、第二采集模块及第二处理模块，所述第二蓝牙模块与从控单元通信，所述第三蓝牙模块与主控单元通信，所述第二采集模块采集簇电压、簇电流及数据输入信号，所述第二处理模块处理从控单元发送的数据，分析判断从控单元的故障状态并向从控单元发送控制指令；所述第二处理模块诊断从控单元和电池组故障，所述故障包括从控掉线、总压过压告警和保护、总压欠压告警和保护、充电过来告警和保护、放电过流告警和保护、短路保护、反接保护；所述第二处理模块根据第二采集模块采集的数据计算电池电量及电池容量，所述第二处理模块控制充、放电及预充电开关的通断。
11.所述主控单元包括第四蓝牙模块、第三采集模块及第三处理模块，所述第四蓝牙模块与簇控单元通信，所述第三采集模块采集系统总电流、总电压及其他干接点输入数据，所述第三处理模块根据接收的数据判断簇控单元是否故障，并向有故障的簇控单元发送控制指令；所述第三处理模块诊断系统故障并根据相应逻辑进行控制。
12.在一些实施例中，还包括过程控制单元及发动机管理单元，所述过程控制单元或发动机管理单元分别与主控单元通过蓝牙连接并通信，所述过程控制单元或发动机管理单元接收所述主控单元发出的控制信息。
13.在一些实施例中，还包括云端，其与主控单元无线连接并通信，所述云端通过主控单元发送控制簇控单元与主控单元的连接状态的指令。
14.在一些实施例中，还包括控制终端，其与主控单元无线连接，所述控制终端用于查看主控单元、簇控单元、从控单元信息，并设置通信参数协议及控制参数。
15.本发明的有益效果为：本发明的从控单元、簇控单元及主控单元之间通过蓝牙连接并通信，无需使用线束连接，从而可避免由于大量线束造成系统结构复杂的问题，不仅结构简单，且无需专业的人员进行接线，大大降低成本，且连接稳定可靠。另一方面，可避免现有的线束连接出现故障时，需要到现场排除的问题，可降低人员安全问题，还可降低用工成本。
附图说明
16.图1是本发明的系统结构示意图。
17.图2是本发明的系统结构框图。
18.图3是蓝牙加密原理示意图。
19.图4是本发明的从控单元的工作原理图。
20.图5是本发明的簇控单元的工作原理图。
21.图6是本发明的主控单元的工作原理图。
具体实施方式
22.下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
23.如图1所示，本发明的基于蓝牙传输的大型储能电池管理系统包括从控单元10、簇控单元20及主控单元30，其中，从控单元10与簇控单元20之间通过蓝牙连接并通信，簇控单元20与主控单元30之间通过蓝牙连接并通信。
24.所谓蓝牙技术，实际上是一种短距离无线通信技术，利用“蓝牙”技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网。
25.蓝牙技术的主从关系：蓝牙技术规定每一对设备之间进行蓝牙通讯时，必须一个为主角色，另一为从角色，才能进行通信，通信时，必须由主端进行查找，发起配对，建链成功后，双方即可收发数据。理论上，一个蓝牙主端设备，可同时与7个蓝牙从端设备进行通讯。一个具备蓝牙通讯功能的设备，可以在两个角色间切换，平时工作在从模式，等待其它主设备来连接，需要时，转换为主模式，向其它设备发起呼叫。一个蓝牙设备以主模式发起呼叫时，需要知道对方的蓝牙地址，配对密码等信息，配对完成后，可直接发起呼叫。
26.蓝牙技术的呼叫过程：蓝牙主端设备发起呼叫，首先是查找，找出周围处于可被查找的蓝牙设备。主端设备找到从端蓝牙设备后，与从端蓝牙设备进行配对，此时需要输入从端设备的pin码，也有设备不需要输入pin码。配对完成后，从端蓝牙设备会记录主端设备的信任信息，此时主端即可向从端设备发起呼叫，已配对的设备在下次呼叫时，不再需要重新配对。已配对的设备，作为从端的蓝牙耳机也可以发起建链请求，但做数据通讯的蓝牙模块一般不发起呼叫。链路建立成功后，主从两端之间即可进行双向的数据或语音通讯。在通信状态下，主端和从端设备都可以发起断链，断开蓝牙链路。
27.蓝牙技术的数据传输：蓝牙数据传输应用中，一对一串口数据通讯是最常见的应用之一，蓝牙设备在出厂前即提前设好两个蓝牙设备之间的配对信息，主端预存有从端设备的pin码、地址等，两端设备加电即自动建链，透明串口传输，无需外围电路干预。一对一应用中从端设备可以设为两种类型，一是静默状态，即只能与指定的主端通信，不被别的蓝牙设备查找；二是开发状态，既可被指定主端查找，也可以被别的蓝牙设备查找。
28.蓝牙技术的加密算法：蓝牙加密算法为数据包中的净荷加密。由于密钥长度从8比特到128比特不等，信息交互双方必须通过协商确定密钥长度。
29.在蓝牙技术中，用户信息作为分组的有效载荷进行加密保护，这通过采用流密码e0来实现。e0利用主节点地址、26bit的主节点实时时钟和加密密钥kc作为输入。它由三部分组成，第一部分执行初始化（生成有效载荷字），第二部分生成密钥流，第三部分完成加密和解密，如图3所示。
30.第二部分是该密码系统的主要部分，并也将用于初始化过程中。密钥流使用求和流密生成器产生，该流密算法由massey和rueppel提出，对其强度的评估也得到了很好的结果。
31.最后就是流加密算法的加密过程。将数据流与密码算法生成二进制流比特进行异或运算。对于加密规则，流加密算法用于将加密位按位模2并加到数据流上，然后通过无线接口进行传输。对每一分组的有效载荷的加密是单独进行的，它发生在crc校验之后，fec编
码之前。由于加密是对称的，解密使用完全和加密相同的密钥和相同的方法实现。
32.基于蓝牙技术，从控单元10、簇控单元20及主控单元30之间无需通过线束连接，不仅结构简单，安装方便快捷，且连接稳定可靠。具体地，从控单元10通过第一协议与簇控单元20进行通信，簇控单元20通过第二协议与主控单元30进行通信。其中，第一协议、第二协议可为出厂设置，也可通过用户自定义，从而确保通信的可靠性。
33.如图1所示，簇控单元20的数量设有一个或多个，且多个簇控单元20分别与主控单元30通过蓝牙连接并通信，每个簇控单元20分别通过蓝牙连接有多个从控单元10。在从控单元10上安装有拨码开关，再按1、2、3的顺序依次拨码，以确认从机地址。在乱序安装完后，根据实际应用要求，拨码相应地址，不需要连线安装，即可确认地址的可靠性和通讯的可靠性。本实施例中，每个从控单元10分别设有第一拨码开关14及第二拨码开关15，其中，第一拨码开关14及第二拨码开关15均为5位地址拨码开关，第一拨码开关14确定从控单元10的所属簇控地址，第二拨码开关15确定从控单元10所属从控地址。在簇控单元20设有第三拨码开关25，该第三拨码开关25为5位地址拨码开关，拨码地址代表簇控单元20与主控单元30的主从之分和簇控单元之间的地址之分。在主控单元30设有第四拨码开关34，该第四拨码开关34可通过预设拨码地址确定主控单元30。例如，当预设的主控单元的拨码地址为0时，与之通信的拨码地址即为0。
34.如图1、图2及图4所示，从控单元10是整个系统的前端采集，其具有采集电池组的运行数据、诊断电池组的故障、计算电池组均衡开启条件并调整电池组均衡状态的功能。该从控单元10包括第一蓝牙模块11、第一采集模块12及第一处理模块13，其中，第一蓝牙模块11与簇控单元20无线连接并通信，第一采集模块12采集电池组的温度和单体电压数据。第一处理模块13诊断电池组的故障，具体包括：单体过压告警和保护、单体欠压告警和保护、温度过温告警和保护、温度低温告警和保护、单体断线诊断、温度断线诊断等。
35.第一处理模块13还具有地址编译功能，其编译第一拨码开关14及第二拨码开关15的地址。具体地，当第一个拨码开关拨码至1，则代表这这个从控单元属于簇控单元1控制，从控单元10收到第一拨码开关14信号后，对自己的地址编译为1。在收到第二拨码开关拨码为2后，从控单元10收到拨码开关信号，识别后，对自己的id地址编译为2，则此从控单元10的身份地址为簇控单元1的第二个从控单元。有了拨码地址，可以清晰的区分簇控单元与从控单元，从控单元与从控单元之间的身份，能避免了数据的紊乱和确保了数据的准确性，进而确保了系统的稳定性和可靠性。
36.第一处理模块13可计算最高最低单体电压和计算最高最低温度值，还可以计算平均电压和平均温度，压差及温差数据。在数据量超大的系统下，从控单元10分摊了大部分的数据处理工作任务。
37.第一处理模块13具有均衡能力，主要包括自主均衡开启、自主均衡关闭及执行簇控单元20的强制均衡开启和关闭指令。第一处理模块13具有自主均衡能力，产品支持被动均衡，即电阻消耗式均衡。第一处理模块13兼容充电均衡和非放电状态下的均衡。具体地，充电需要簇控单元20采集到充电电流后，符合均衡开启条件下，再下发均衡允许指令，第一处理模块13通过第一协议，收到均衡指令后，进入均衡。通过第一协议，簇控单元20收到从控单元10的数据后，簇控单元20根据预先设置的均衡开启条件，例如均衡开启压差和均衡开启电压，以及均衡开启温度范围，或是否需要充电状态。计算分析出哪些从控单元10需要
均衡、哪些从控单元10不需要均衡，针对性地对从控单元10下发均衡指令。例如，簇控单元20依据从控单元10上传的数据计算分析后，得到第一个从控单元10和第三个从控单元10的单体符合均衡开启条件，则簇控单元20下发的均衡指令给第一个从控单元10和第三个从控单元10，不下发均衡指令给其它从控单元10，均衡指令附带地址标识，所以可以实现精准均衡，尽可能的保持电池的一致性。当第一个从控单元10和第三个从控单元10收到簇控单元20下发的均衡指令后，第一个从控单元10和第三个从控单元10根据数据计算和处理，得到最低和最高单体值并计算出压差，且对采集的电芯温度值进行判定，在第一个从控单元10和第三个从控单元10计算满足均衡开启条件下，第一个从控单元10和第三个从控单元10打开符合均衡开启电压、且与最低电压值比较后得压差也符合均衡开启压差的所有单体的均衡通道开关，但奇偶通道互斥，奇偶通道以1秒一个周期的轮询进行被动均衡，使得系统在综合工况下，保持电池的一致性。在系统选择非放电状态下开启均衡时，即充电状态和待机状态均可以均衡。簇控单元20通过第一协议，在判定相应从控单元10数据符合均衡开启条件下，针对符合均衡开启的从控单元10直接下发均衡使能指令，从控单元10根据指令，自主决定是否进入均衡，均衡过程同上。直至单体均衡到均衡关闭电压或从控单元10内压差达到均衡关闭压差以及均衡过程出现温度故障保护或其它故障保护，或系统进入放电过程，则退出均衡。
38.从控单元10在自己处理前端采集的数据和微计算数据和均衡状态、诊断状态、故障状态、告警状态后，从控单元10通过第一蓝牙模块11对上述处理的数据进行蓝牙加密协议上传给簇控单元20进行数据控制。此外，从控单元10还可单独与上位机通信，也可与控制终端通信。
39.如图1、图2及图5所示，簇控单元20是整个系统的数据处理控制中心，其具有接收数据、采集电池组运行数据、诊断从控单元和电池组故障、处理接收和采集的数据、发送输入输出控制指令功能。该簇控单元20包括第二蓝牙模块21、第三蓝牙模块22、第二采集模块23及第二处理模块24，其中，第二蓝牙模块21通过第一协议与从控单元10的第一蓝牙模块11进行加密蓝牙协议通讯，第二蓝牙模块21通过与第二处理模块24交互，从而接收每个从控单元10上传的信息。第二处理模块24拥有数据整理功能，轮询收集所属簇控单元的从控单元数据，并对这些数据进行显示和根据所有从控单元10信息分析判断，上传系统是否需要处于故障状态或正常状态的条件之一。第二采集模块23还有分流器采集簇电流和系统集成模块采集总压及数据输入信号，计算soc（电池电量）和soh（电池容量，电池健康度）、计算从控最高最低单体及从控号和位号、计算从控最高最低温度及从控号和位号。其中，soc=剩余容量/满充容量，soh=满充容量/标称容量。第二处理模块24还具有输出控制、di(digital input)和do(digital output)功能、干接点、风扇、加热、故障诊断等功能。其中，第二处理模块24拥有诊断功能如下：诊断从控掉线、电流采集线断线、总电压采集线诊断、通讯异常、总压过压告警和保护、总压欠压告警和保护、充电过流告警和保护、放电过流告警和保护、短路保护、反接保护、簇继电器粘连、环境温度过高过低告警和保护等。do功能中，具有三路继电器，其中，一路充电继电器、一路放电继电器、一路预充继电器。
40.第二处理模块24主要负责系统运行，在功能上，第二处理模块24进行一些逻辑判断和具有输入输出控制功能，簇控单元20在需要充电下，闭合充放电继电器，断开预充继电器，系统充电。在收到从控单元10严重故障或簇控自身诊断出故障时，断开充电继电器，等
故障恢复或放电，放电过程与充电过程相同。簇控单元20还有预充功能，簇控单元20与主控单元30通讯后，主控单元30可以依据簇控单元20的总压与其他簇总压比较，在预充范围内，收到主控单元30下发的簇均衡指令，第二处理模块24闭合预充电路，对系统进行小电流补电，至充满或退出预充。第二处理模块24还具有地址编译功能，其编译第三拨码开关25的地址，该拨码地址代表了簇控单元20与主控单元30的主从之分和簇控单元20之间的地址之分。此外，第二处理模块24还负责将第三蓝牙模块22将簇控单元20的所有信息进行加密蓝牙协议上传至主控单元30。此外，触控单元20还可独立与上位机通信，也可与控制终端通信。
41.如图1、图2及图6所示，主控单元30是唯一的系统对外数据处理中心，其具有接收簇控单元20发出的数据、采集系统运行数据、诊断系统故障、处理接收和采集的数据，向簇控单元20发送控制指令功能。该主控单元30包括第四蓝牙模块31、第三采集模块32及第三处理模块33，其中，第四蓝牙模块31通过第三协议与第三蓝牙模块22通信，通过第四拨码开关34确认主控单元30的地位，本实施例中，拨码地址为0是主控单元30。第四蓝牙模块31通过第三协议与第三蓝牙模块22进行加密蓝牙协议通讯，第四蓝牙模块31通过与第三处理模块33交互，收集簇控单元20上传的关键信息，如簇最高总压、簇电量、簇电流、故障过压保护、从控掉线、总压过高保护等数据。第三处理模块33收到簇控间上传的严重故障后，下发断开相应的继电器指令，如充电故障，下发断开充电继电器指令，放电同理。如果在多个簇控单元系统下，主控发现一个簇控单元20有严重故障，让其断开输出和输入后，整个大型储能系统仍然可以正常运行。如果多个簇控单元20故障，超出系统的输入输出范围，第三处理模块33断开总输入继电器或输出继电器，在第三处理模块33判断输入输出恢复至允许范围内，则第三处理模块33闭合总输入和输出继电器，系统恢复正常运行。第三处理模块33还具有计算能力，具体为：计算soh、soc、计算簇最高最低单体及簇控号和从控号及位号、计算簇最高最低温度及簇控号和从控号及位号及计算簇最高最低总压及簇号。
42.在一些实施例中，主控单元30设有第五蓝牙模块35，主控单元30通过第五蓝牙模块35与过程控制单元40或发动机管理单元50，第五蓝牙模块35将主控单元30的信息通过第四协议进行加密蓝牙协议上传至向过程控制单元40或发动机管理单元50进行数据控制。
43.在一些实施例中，还设有云端60，其与主控单元30无线连接并通信，本实施例中，主控单元30通过网线与云端60进行通信和数据控制。云端可监控大型储能的数据和进行终极控制。主控单元30具有发送超级控制指令功能，具体地，当在云端60，人工巡视数据中认为系统处于非常严重状态或人工检修有必要下电，可通过主控单元30一键下发断开簇控单元20和主控单元30的输入输出继电器，解除危险后，也可以通过主控单元30，一键闭合所有簇控单元和主控单元的输入输出继电器。
44.第三采集模块32采集系统总电流、系统总电压及系统其他干接点输入信息。第三处理模块33具有诊断功能，主要诊断簇掉线、与过程控制单元40或发动机管理单元50通讯异常、与簇控单元通信异常、主继电器粘连、系统过流保护等，诊断后根据相应逻辑进行控制处理。
45.正常情况下，主控单元30不直接参与控制从控单元10，但因为主控单元30拥有比较宽裕的内存计算，在接收到簇控单元20上传的从控单元10信息时，会根据相应信息针对性的对簇控单元20的数据进行处理。例如，主控单元30分析到第一个簇控单元20有第二个
从控单元10单体未上传，但簇控单元20未上传从控单元10掉线保护，此时，主控单元30会进行数据多轮监控分析，仍然有此问题，主控单元30会模拟第一个簇控单元20下发监控指令，如果第二个从控单元10回了信息数据是正确的，但仍然发现簇控单元有未上传第二个从控单元10信息的情况，主控单元30则判定此第一个簇控单元20判定失误，记录簇控单元20故障一次，如果此时，进入充放电，主控单元30检测到第一个簇控单元20上传的从控单元信息，仍然漏上传第二个从控单元10数据的状态，且第一个簇控单元20此时未上传第二个从控单元10掉线故障，也正常进入充放电，则主控单元30确定判定第一个簇控单元20存在故障。主控单元30下发断开第一个簇控单元20的充放电指令，簇控单元20断开充放电指令后，并下发重启第一个簇控单元20的指令。簇控单元20重启后，主控单元30再次轮询监测一遍簇控单元信息，如果监测一个簇控单元20的数据恢复正常，则簇控单元20自主根据并簇条件并入系统，系统正常运行，如果簇控单元20仍然未监测到从控单元10的状态上传给主控，主控单元30则下发强制休眠指令给第一个簇控单元20，未收到主控单元30的激活指令，簇控单元20在系统充放电过程中，不激活，而其它簇控单元则正常参与系统运行。
46.在一些实施例中，该系统还包括控制终端70，其与主控单元30无线连接，该控制终端70用于查看主控单元30、簇控单元20、从控单元10信息，并设置通信参数协议及控制参数。具体地，可以通过输入密码后和相关密令，获取现场的所有系统状态，控制终端70可以根据点击想要的id内容，读取相应的主控单元信息、簇控单元信息、从控单元信息。例如，在发生故障后，可以在控制终端70与主控单元30连接后，控制终端70提示故障位置，点击相应的故障，控制终端70会跳入到对应故障簇控或从控的信息页面，提示出故障。在授权下，可以进行参数协议和系统充放电继电器控制等关键操作、整个数据连接过程彼此不会干扰。此外，主控单元30还可与独立上位机通信。
47.如图1、图2所示，本发明的数据传输过程为：从控单元10的第一蓝牙模块11通过第一协议与簇控单元20的第二蓝牙模块21通信，从而将从控单元10的数据传送至簇控单元20，簇控单元20的第三蓝牙模块22通过第二协议与主控单元30的第四蓝牙模块31通信，从而将簇控单元20的数据传送至主控单元30进行数据分析及处理，主控单元30的控制数据通过第五蓝牙模块35传送至过程控制单元40或发动机管理单元50，主控单元30的数据还可传送给云端60和控制终端，从而实现远程控制及人机交互。
48.尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。