一种电池插箱维护装置的制作方法

1.本实用新型属于电化学储能领域，具体涉及一种电池插箱维护装置。


背景技术：

2.目前大规模电化学储能系统对储能电堆的容量需求越来越大，电堆中大量电池插箱串并联成为储能系统扩容的主要手段。实际项目中一般采用1-10个电池并联为一个电池模组，再将12-24个电池模组串联，形成一个电池插箱，电池插箱是电堆维护时的最小操作单元。一般多个电池插箱经过串联而成一个电池簇，电池簇电压一般与储能变流器直流电压范围匹配。每台储能变流器的直流侧接入多个并联的电池簇，形成电堆。如图1所示。
3.但串并联后每个电池的不一致性成为了电堆整体性能的制约因素。电堆中的单个电池达到充放电截止电压后，整个电堆不得不停止充放电，否则将导致电池故障，甚至引起火灾等事故。
4.而目前的解决方案是采用电池管理系统，该系统不仅监测每个电池的电压、温度等运行状况，而且采用主动均衡或被动均衡等方式，使单个电池插箱内，充电时电压较高的电池少充电、放电时电压较低的电池少放电，如图2所示。目前储能电堆容量越来越大、电池数越来越多，但电池管理系统均衡能力有限，且只能管理单个电池插箱内部的电池间均衡，实际项目中往往还是会出现电堆的短板效应。
5.一些厂商提出不同方案，在使用电池管理系统的基础上，在电池插箱上设置维护接口，每个维护接口与该电池插箱中的各个电池连接,每隔一定周期，使用外部的“均衡器”强制拉平不一致的电池，即定期维保。但此方案存在外部“均衡器”无法和能量管理系统及电池管理系统通信，造成补电效率低。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，即成组电池的不一致性，提出一种电池插箱维护装置，能够与现有电化学储能系统中的能量管理系统、电池管理系统进行通信，由能量管理系统判别哪些电池插箱需要均衡以及各电芯需要均衡的容量，再由电池插箱维护装置对电池插箱实施大电流的主动均衡，增大均衡电流，强制拉平不一致的电池。
7.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
8.本实用新型提供了一种电池插箱维护装置，所述电池插箱维护装置包括：人机界面、主控单元、dc/dc变换电路、dc/ac变换电路；
9.所述人机界面、dc/dc变换电路分别与主控单元连接；
10.所述dc/dc变换电路与dc/ac变换电路连接；
11.所述人机界面能够与能量管理系统进行通信；
12.所述主控单元能够与电池管理系统进行通信；
13.所述dc/ac变换电路能够与外部电源连接。
14.本实用新型的进一步改进在于：
15.所述主控单元与多个dc/dc变换电路连接；
16.所有dc/dc变换电路分别与dc/ac变换电路连接；
17.每个dc/dc变换电路上连接有一组均衡线束；
18.每组均衡线束的一端与一个dc/dc变换电路连接，另一端能够与电池插箱上的维护接口连接。
19.本实用新型的进一步改进在于：
20.所述主控单元包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的通讯模块、辅助电源模块；
21.每个dc/dc变换电路分别与主控芯片连接。
22.优选的，所述通讯模块采用can通讯模块。
23.优选的，所述辅助电源模块采用24vdc辅助电源模块。
24.优选的，所述人机界面通过modbustcp协议与能量管理系统进行通信。
25.优选的，所述主控芯片通过can总线协议与电池管理系统进行通信。
26.优选的，所述人机界面通过can总线协议与主控芯片进行通信。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型装置是可手持移动的，并增大了均衡电流，而且本实用新型装置能够与电化学储能系统中的能量管理系统、电池管理系统进行通信，提高了补电效率。
附图说明
28.图1是传统直流侧系统的一次拓扑图。
29.图2是现有电池管理系统的均衡拓扑图。
30.图3是本实用新型电池插箱维护装置的硬件拓扑结构图。
31.图4是本实用新型电池插箱维护装置中的主控单元结构图；
32.图5是本实用新型电池插箱维护装置的工作过程流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：
34.电化学储能系统可实现电能与化学能之间的相互转化，具有能量储存与释放功能的系统，其包括电池管理系统、能量管理系统、电池插箱、交直流逆变装置等设备，在每个电池插箱上设置有维护接口，每个维护接口与该电池插箱内的多个电池连接。
35.本实用新型为一种电池插箱外部使用的可移动的电池插箱维护装置，本实用新型的电池插箱维护装置能够通过电池插箱上的维护接口对电堆中均衡性偏离较大的电池插箱实施大电流的主动均衡，强制拉平不一致的电池。
36.本实用新型装置的实施例如下：
37.【实施例一】
38.本实用新型的电池插箱维护装置包括：人机界面、主控单元、dc/dc变换电路、dc/ac变换电路。所述人机界面可以采用现有的多种人机界面，其通过 modbustcp等协议与现有的能量管理系统进行通信，主控单元通过can总线协议与现有的电池管理系统通信，dc/
dc变换电路能够与电池插箱的维护接口连接， dc/ac变换电路与外部电源相连。
39.【实施例二】
40.如图3所示，具体的，主控单元与多个dc/dc变换电路连接，所有dc/dc 变换电路分别与dc/ac变换电路连接，同时每个dc/dc变换电路通过均衡线束与电池插箱上的维护接口连接。
41.更具体的，每个dc/dc变换电路上连接有一组均衡线束，每组均衡线束的一端与一个dc/dc变换电路连接，另一端能够与电池插箱上的维护接口连接，均衡线束与维护接口的连接可以采用现有的多种连接，例如可以将本实用新型装置的多条均衡线束的另一端设置在一个插头内，使用时，将本实用新型装置的插头插入到电池插箱上的维护接口内即可实现各组均衡线束与电池插箱内的各个电池的连接。
42.图3所示的实施例中的24v/5v*16中的16是指可同时均衡电池插箱内的16 节电池，24v/5v指dc/dc变换电路的电压等级，均衡线束*16为16组均衡线束。
43.【实施例三】
44.如图4所示，所述主控单元包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的通讯模块、辅助电源模块，dc/dc变换电路分别与主控芯片连接。优选的，所述通讯模块采用can通讯模块，所述辅助电源模块采用24vdc辅助电源模块，这些芯片、模块均为现有成熟产品，对于引脚之间的连接关系不再赘述，根据实际选用的产品进行连接即可。
45.因为现有的电池管理系统采用的是从控模块，其体积受到系统的限制，所以目前市场上的电池管理系统产品最大均衡电流只有5a，而本实用新型装置相对来说体积不受限制，且数量少，因此可以使用大功率的模块和线束，进而使得均衡电流达到了10a，因此利用本实用新型增大了均衡电流。而且，本实用新型装置能够与能量管理系统和电池管理系统进行通信，且具有防错接功能。另外，本实用新型是一个独立的装置，能够手持该装置进行移动。
46.利用本实用新型装置对电池插箱进行维护的方法如下：
47.所述方法从能量管理系统获取均衡任务，并从电池管理系统获取电池信息，根据均衡任务和电池信息对电池插箱进行维护。具体的，对电池插箱进行维护时，利用本实用新型电池插箱维护装置的人机界面与能量管理系统通过 modbustcp协议进行通信获取均衡任务；人机界面通过can总线协议将均衡任务发送给主控单元，主控单元通过can总线协议与电池管理系统进行通信获取电池信息；主控单元根据均衡任务和电池信息控制执行大电流的均衡。
48.具体的，如图5所示，使用本实用新型对电池插箱进行维护的实施例如下：
49.【实施例四】
50.维护方法包括：
51.(1)在监控室内，将上述电池插箱维护装置与能量管理系统连接，两者进行通信，能量管理系统将均衡任务发送给电池插箱维护装置，即在监控室利用人机界面与能量管理系统进行通信获取均衡任务。
52.均衡任务具体包括：电堆号、电池簇号、电池插箱号、需均衡容量、各电芯当前电压、soc和均衡保护告警参数等，均衡任务可以采用现有的多种算法获得，在此不再赘述。
53.(2)将电池插箱维护装置移动到目标电堆处，将电池插箱维护装置移动到目标电
堆处，将电池插箱维护装置上的均衡线束与目标电池插箱的维护接口连接，将电池插箱维护装置上的通信线与电池管理系统连接，将电池插箱维护装置的电源线与外部电源连接(电源线将dc/ac转换电路与外部电源连接)。
54.(3)电池管理系统识别到电池插箱维护装置后(电池管理系统采用现有方法实现对电池插箱维护装置的识别，在此不再赘述。)，电池插箱维护装置从电池管理系统采集目标电池插箱的数据，所述数据包括电堆号、电池簇号等。
55.(4)电池插箱维护装置判断采集到的数据与均衡任务是否一致(通过判断电堆号、电池簇号与均衡任务中的电堆号、电池簇号是否一致即可，采用现有简单算法进行判断，在此不再赘述)，如果是，则执行预充，预充完毕后转入步骤(5)；如果否，则返回步骤(2)，即重新接入正确的目标电池插箱(即插入到另外一个电池插箱的维护接口)。
56.(5)判断目标电池插箱是否正确，如果是，则执行均衡，均衡结束后转入步骤(6)，如果否，则返回步骤(2)，即重新接入正确的目标电池插箱。至此一个均衡任务执行完毕。
57.充电时，电池插箱的电压会发生变化，在充电过程中，电池插箱维护装置是与电池管理系统进行通信的，通过电池管理系统采集的电压可以获得电池插箱的电压，并判断电池插箱的电压是否发生变化(可以采用现有多种方法判断电压是否发生变化，例如可以设定阈值，电压的差值大于阈值即判定发生了变化。)，如果是，则目标电池插箱是正确，如果否，则目标电池插箱是错误的，即所连电池插箱并不是目标电池插箱。
58.上述步骤(4)、(5)中涉及的预充、均衡均是现有技术，其中，预充指短时充电，均衡就是对电量多的放电、对电量少的充电，来达到电池和电池间电量的均衡。本实用新型在预充后通过电压的变化来判断接入的电池插箱正确后，再进行均衡充放电，这样通过步骤(4)、(5)实现了防接错功能，避免了对电池进行了错误的均衡。
59.另外，在步骤(5)进行均衡的过程中，如果出现故障，则进行均衡故障报错，同时断开电源线、通信线、均衡线束，然后转入步骤(6)，至此一个均衡任务执行完毕。
60.(6)返回步骤(2)，即将电池插箱维护装置移动到下一个目标电堆，继续执行步骤(2)到步骤(5)，或将电池插箱维护装置移动到监控室，使得电池插箱维护装置与能量管理系统通信，将所有的均衡过程及结果的信息上传给能量管理系统。
61.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。
62.在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
63.最后应说明的是，上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。