一种储能电池管理系统、方法及应用与流程

1.本技术涉及电池技术领域，更具体地，涉及一种储能电池管理系统、一种储能电池管理方法、一种电子设备以及一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.储能电池管理系统通常作为电网供电外的备用供电使用，当电网发生故障无法继续给负载供电时，系统将切换到电池供电模式以支持负载正常运行。由于单个电池的电压低不足以满足大多数负载供电需求，因此储能电池管理系统通常由多个单体电池串并联组成。由于单体电池之间的差异性以及电池充放电过程中会出现电池电量不足或者电池过冲现象，会影响电池组的正常供电以及电池组的稳定可靠工作。因此在电池使用过程中需要对每一个单体电池电压进行检测和监控，然后采取均衡措施维持电池单元的特性一致。另外电池组工作电流大，且一般安装于密闭狭窄空间，因此电池组的温度往往很高会危害电池组寿命，需要电池组的进行状态检测。电池管理系统(bms)用于对电池状态检测以及管理，同时与用户进行交互和通信。
3.现有电池管理系统采用主从式拓扑结构，也称分布式结构，利用can总线进行各单元管理和通信，由于电池组具有多个单元均挂在同一个can总线下，当某一个节点出问题时，整个线路将无法正常工作。


技术实现要素：

4.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种储能电池管理系统、方法及其应用，旨在解决现有的电池管理系统的多个控制单元均挂在同一总线，导致某一个节点出问题时整个线路无法正常工作的问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种储能电池管理系统，包括：上位机，包括第一通信接口和第二通信接口；主控模块，包括相互冗余备份的第一主控单元和第二主控单元，分别通过各自的第三通信接口与所述上位机的所述第一通信接口连接，形成第一通信链路，以及通过各自的第四通信接口与所述上位机的所述第二通信接口连接，形成第二通信链路；若干个从控模块，分别通过各自的第七通信接口连接所述第一主控单元的第五通信接口和所述第二主控单元的第六通信接口，接入所述第一通信链路；以及通过各自的第八通信接口连接所述第二主控单元的第六通信接口和所述第一主控单元的第五通信接口，接入所述第二通信形链路；若干个电池模块，分别连接各自对应的所述从控模块，以由所述从控模块采集所述电池模块的状态信息并反馈至所述主控模块；充电接触器和放电接触器，分别由所述主控模块控制动作，其中所述充电接触器连接于所述电池模块与电网之间，所述放电接触器连接于所述电池模块与负载之间。
6.在本发明的一个实施例中，每个所述从控模块包括互为冗余备份的第一从控单元和第二从控单元，分别包括对应的所述第七通信接口和所述第八通信接口。
7.在本发明的一个实施例中，所述第一通信接口、所述第二通信接口、所述第三通信
接口、所述第四通信接口、所述第五通信接口、所述第六通信接口、所述第七通信接口和所述第八通信接口皆采用can通信接口。
8.在本发明的一个实施例中，所述充电接触器包括互为冗余备份的第一充电接触单元和第二充电接触单元，分别连接所述第一主控单元和所述第二主控单元；所述放电接触器包括互为冗余备份的第一放电接触单元和所述第二放电接触单元，分别连接所述第一主控单元和所述第二主控单元。
9.在本发明的一个实施例中，所述充电接触器和所述放电接触器通过变换器连接所述电网和所述负载。
10.按照本发明的第二个方面，还提供了一种储能电池管理方法，适用于上述任意一个实施例所述的储能电池管理系统，其包括：由主控模块获取上位机的控制指令，根据所述控制指令控制充电接触器闭合时电网对电池模块充电，控制放电接触器闭合时负载对电池模块放电；其中，所述主控模块的第一控制单元和第二控制单元通过各自的第三通信接口和第四通信接口连接所述上位机的第一通信接口和第二通信接口，形成双通信链路冗余备份；由从控模块获取对应电池模块的状态信息并反馈至所述主控模块，所述主控模块将所述状态信息转发至所述上位机，形成控制闭环；其中，所述从控模块通过各自的第七通信接口连接所述第一主控单元的第五通信接口和所述第二主控单元的第六通信接口，接入所述第一通信链路；以及通过各自的第八通信接口连接所述第二主控单元的第六通信接口和所述第一主控单元的第五通信接口，接入所述第二通信形链路，形成所述主控模块与所述从控模块之间的交叉冗余备份。
11.在本发明的一个实施例中，所述由从控模块获取对应电池模块的状态信息并反馈至所述主控模块，包括：由各个所述从控模块互为冗余备份的第一从控单元和第二从控单元皆获取对应电池模块的状态信息，并由所述第一从控单元和所述第二从控单元反馈至所述主控单元。
12.在本发明的一个实施例中，所述根据所述控制指令控制充电接触器闭合时电网对电池模块充电，控制放电接触器闭合时负载对电池模块放电，包括：由所述第一主控单元和所述第二主控单元分别连接所述充电接触器互为冗余备份的第一充电接触单元和第二充电接触单元，以及所述放电接触器互为冗余备份的第一放电接触单元和第二放电接触单元，以发送控制指令控制所述充电接触器和所述放电接触器动作。
13.按照本发明的第三个方面，还提供了一种电子设备，其包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行上述任一个实施例所述方法的步骤。
14.按照本发明的第四个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运行时，使得所述访问认证设备执行上述任一个实施例所述方法的步骤。
15.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果：
16.1)通过将主控模块在硬件电气设计上双冗余热备份，两主控单元各包括四路通信接口，其第三、第四通信接口分别连接上位机的第一、第二通信接口，形成相互备份的两条通信网络，并且第一主控单元的第五通信接口和第二主控单元的第六通信接口连接从控单
元的第七通信接口，第二主控单元的第五通信接口和第一主控单元的第六通信接口连接从控单元的第八通信接口，实现了主控单元和从控单元之间交叉冗余备份的通信架构，两路通信网络的抗干扰能力大大增强，即使主控模块第五或第六通信接口故障，其接入的两路通信网络仍然可以稳定运行；
17.2)从控单元、充电接触器和放电接触器均采用1 1冗余热备份确保模块自身的可靠运行，各模块之间的连线均采用并行的两根连线确保连线的可靠性，能够适用于对供电系统可靠性有要求的场合。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本技术实施例提供的一种储能电池管理系统的结构示意图；
20.图2为本技术实施例提供的一种储能电池管理方法的流程图。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
23.如图1所示，本发明第一实施例提出一种储能电池管理系统(battery manage system，bms)，例如包括：上位机、主控模块、若干个从控模块、与从控模块一一对应的若干个电池模块、充电接触器、放电接触器以及充电接触器控制接入的供电电网和放电接触器控制接入的负载。
24.其中，提到的上位机例如为个人计算机、手持设备、便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、可编辑的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、或者包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。该上位机与主控模块之间通信例如采用1 1热备份方式，具体的，上位机包括第一通信接口和第二通信接口，主控模块具有的第三通信接口与上位机的第一通信接口连接，形成第一通信链路，第四通信接口与上位机的第二通信接口连接，形成第二通信链路。
25.进一步的，主控模块例如包括相互冗余备份的第一主控单元和第二主控单元，提到的主控单元为电池管理单元(battery management unit，bmu)，用于与上位机通讯交互，获取上位机控制指令控制充电接触器闭合时电网对电池模块充电，控制放电接触器闭合时负载对电池模块放电。
26.两个主控单元除了各具有上述第三通信接口和第四通信接口外还具有第五通信接口和第六通信接口，若干个从控模块分别通过各自的第七通信接口连接第一主控单元的第五通信接口和第二主控单元的第六通信接口，接入所述第一通信链路；以及通过各自的第八通信接口连接第二主控单元的第六通信接口和第一主控单元的第五通信接口，接入所述第二通信形链路。如此一来，实现了主控单元和从控单元之间交叉冗余备份的通信架构，两路通信网络的抗干扰能力大大增强，即使主控模块第五或第六通信接口故障，其接入的两路通信网络仍然可以稳定运行。
27.进一步的，各从控模块例如包括互为冗余备份的第一从控单元和第二从控单元，该第一从控单元和第二从控单元皆包括对应的第七通信接口和第八通信接口，以上述交叉冗余备份的方式与第一主控单元和第二主控单元相连接，以此进一步提高系统的可靠性。其中，提到的从控单元为单体监控单元(cell monitor unit，cmu)，用于测量对应电池模块的电压、电流和温度等状态信息，并反馈至主控模块bmu。bmu可对cmu传送的数据进行评估，如果数据异常，则对电池进行保护，发出降低电流的要求，或者切断充放电通路，以避免电池超出许可的使用条件，同时还对电池的电量、温度进行管理。另外，还可根据先前设计的控制策略，判断需要警示的参数和状态，并将警示信息发给上位机，最终传达给操作人员。
28.进一步的，所述第一通信接口、所述第二通信接口、所述第三通信接口、所述第四通信接口、所述第五通信接口、所述第六通信接口、所述第七通信接口和所述第八通信接口例如皆采用can通信接口，以在上位机、主控模块和从控模块之间形成两条can总线通讯网路，提高系统的可靠性。
29.充电接触器连接于所述电池模块与电网之间，所述放电接触器连接于所述电池模块与负载之间，由主控模块进行控制，实现充电电路和放电电路的通断。具体的，例如主控单元接收到电池组状态信息后进行判断处理，如果电池组处于满充状态则主控单元控制放电接触器闭合，使得电池组对负载放电；如果电池组电量低于一定程度则主控单元控制充电接触器闭合，使得电网对电池组充电。充电接触器与电网之间以及放电接触器与负载之间连接变换器，实现交流-直流变换或者直流-交流变换。
30.进一步的，充电接触器例如包括互为冗余备份的第一充电接触单元和第二充电接触单元，分别连接第一主控单元和第二主控单元；放电接触器包括互为冗余备份的第一放电接触单元和所述第二放电接触单元，分别连接第一主控单元和第二主控单元，如此一来，从控单元、充电接触器和放电接触器均采用1 1冗余热备份确保模块自身的可靠运行，各模块之间的连线均采用并行的两根连线确保连线的可靠性，能够适用于对供电系统可靠性有要求的场合。
31.综上所述，本发明第一实施例提出的一种储能电池管理系统，通过将主控模块在硬件电气设计上双冗余热备份，两主控单元各包括四路通信接口，其第三、第四通信接口分别连接上位机的第一、第二通信接口，形成相互备份的两条通信网络，并且第一主控单元的第五通信接口和第二主控单元的第六通信接口连接从控单元的第七通信接口，第二主控单元的第五通信接口和第一主控单元的第六通信接口连接从控单元的第八通信接口，实现了主控单元和从控单元之间交叉冗余备份的通信架构，两路通信网络的抗干扰能力大大增强，即使主控模块第五或第六通信接口故障，其接入的两路通信网络仍然可以稳定运行；从控单元、充电接触器和放电接触器均采用1 1冗余热备份确保模块自身的可靠运行，各模块
之间的连线均采用并行的两根连线确保连线的可靠性，能够适用于对供电系统可靠性有要求的场合。
32.本发明第二实施例还提出一种储能电池管理方法，例如包括步骤s1：由主控模块获取上位机的控制指令，根据所述控制指令控制充电接触器闭合时电网对电池模块充电，控制放电接触器闭合时负载对电池模块放电；其中，所述主控模块的第一控制单元和第二控制单元通过各自的第三通信接口和第四通信接口连接所述上位机的第一通信接口和第二通信接口，形成双通信链路冗余备份；步骤s2：由从控模块获取对应电池模块的状态信息并反馈至所述主控模块，所述主控模块将所述状态信息转发至所述上位机，形成控制闭环；其中，所述从控模块通过各自的第七通信接口连接所述第一主控单元的第五通信接口和所述第二主控单元的第六通信接口，接入所述第一通信链路；以及通过各自的第八通信接口连接所述第二主控单元的第六通信接口和所述第一主控单元的第五通信接口，接入所述第二通信形链路，形成所述主控模块与所述从控模块之间的交叉冗余备份。
33.值得一提的是，本发明第二实施例公开的储能电池管理方法适用于前述第一实施例中提出的储能电池管理系统，具体的储能电池管理系统的结构和功能可参考第一实施例中所述的内容，为了简洁在此不再详细讲述，且本实施例提供的连发型导弹发控方法具有与第一实施例提供的储能电池管理系统相同的有益效果。
34.另外，本发明第三实施例还提供一种电子设备，例如包括：至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元执行如第一实施例所述的方法，且本实施例提供的电子设备的有益效果与第一实施例提供的储能电池管理方法的有益效果相同。
35.另外，本发明第四实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述储能电池管理方法的步骤，且本实施例提供的计算机可读存储介质的有益效果与第三实施例提供的储能电池管理方法的有益效果相同。
36.其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、dvd、cd-rom、微型驱动器以及磁光盘、rom、ram、eprom、eeprom、dram、vram、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器ic)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
37.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
38.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
39.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连
接，可以是电性或其它的形式。
40.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
41.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
42.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：u盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
43.本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取器(random access memory，ram)、磁盘或光盘等。
44.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
45.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
46.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。