一种储能电池系统和安全控制方法与流程

1.本发明涉及储能系统技术领域，特别涉及一种储能电池系统和安全控制方法。


背景技术：

2.目前，在储能行业，锂离子电池因能量密度高、循环寿命长等特点而成为一种非常重要的新型储能介质，广泛应用于风力、光伏等可再生能源发电储能配套、电网调峰调频和工商业峰谷套利等大型储能场景。
3.如图1所示，现有的储能电池系统包括电池管理系统(bms)、储能变流器(pcs)、能量管理系统(ems)。电池管理系统(bms)采集电池信息并上传至能量管理系统(ems)，能量管理系统(ems)根据电池状态及制定的策略，发送指令给储能变流器(pcs)进行充放电控制。当出现安全故障时，电池管理系统(bms)可以将故障信息上传给能量管理系统(ems)及储能变流器(pcs)，使能量管理系统(ems)及储能变流器(pcs)执行保护动作。
4.然而，由于储能电池系统中，数量庞大的单体电池根据串并联方式相连形成多个高电压和大电流，而在系统充放电过程出现了安全故障时，依托设备间多层信息传递及处理，直至储能变流器(pcs)最终保护动作的完成，系统可能因为响应不及时，而造成电池管理系统(bms)、电池等设备的损坏甚至造成更大的危险。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种储能电池系统和安全控制方法，以解决现有技术中的储能电池系统在发生安全故障时响应不及时的问题。
6.本发明实施例提供了一种储能电池系统，储能电池系统包括多个电池簇、电池管理系统、能量管理系统和储能变流器，还包括汇流保护装置和系统紧急信号装置；所述汇流保护装置包括总正汇流排、总负汇流排和直流断路器，所述汇流保护装置的总正汇流排和总负汇流排分别与多个所述电池簇相连，所述汇流保护装置还与所述储能变流器相连；所述电池管理系统包括检测控制单元，所述检测控制单元分别与所述电池簇和所述直流断路器相连，并配置为采集电池簇状态信息，将所述电池簇状态信息与预设阈值比较，根据比较结果控制所述直流断路器的通断；所述系统紧急信号装置与所述直流断路器相连，控制所述直流断路器的通断。
7.具体地，所述检测控制单元通过第一干接点与所述直流断路器的第一触点相连；所述系统紧急信号装置通过第二干接点与所述直流断路器的第二触点相连。
8.具体地，所述系统紧急信号装置与所述检测控制单元的触发端相连。
9.具体地，所述检测控制单元分别与所述能量管理系统和所述储能变流器相连。
10.具体地，所述系统紧急信号装置与所述储能变流器相连。
11.具体地，所述储能电池系统还包括辅助供电设备，所述系统紧急信号装置与所述辅助供电设备相连。
12.具体地，所述系统紧急信号装置包括继电器，所述继电器的控制电路分别与急停
按钮信号发生装置、水浸系统报警信号装置、消防系统报警信号装置相连，所述继电器与所述直流断路器相连。
13.本发明实施例还提供了一种储能系统的安全控制方法，所述储能电池系统包括多个电池簇、电池管理系统、能量管理系统、储能变流器、汇流保护装置和系统紧急信号装置，所述汇流保护装置包括总正汇流排、总负汇流排和直流断路器，所述汇流保护装置的总正汇流排和总负汇流排分别与多个所述电池簇相连，所述汇流保护装置还与所述储能变流器相连；所述电池管理系统包括检测控制单元，所述检测控制单元分别与所述电池簇和所述直流断路器相连，所述系统紧急信号装置与所述直流断路器相连，所述安全控制方法包括：所述电池管理系统通过所述检测控制单元检测并判断是否执行保护动作；若判定执行，则控制所述汇流保护装置执行保护动作；所述系统紧急信号装置根据故障信号控制所述汇流保护装置执行保护动作。
14.具体地，所述电池管理系统通过所述检测控制单元(210)检测并判断是否执行保护动作的步骤还包括：若判定不执行，则将电池簇状态信息实时通知所述能量管理系统和所述储能变流器，所述能量管理系统和所述储能变流器记录事件；若判定执行，上传故障信息至所述能量管理系统和所述储能变流器，所述能量管理系统和所述储能变流器相应执行保护动作，所述电池管理系统执行自我保护动作。
15.具体地，所述系统紧急信号装置根据故障信号控制所述汇流保护装置执行保护动作还包括步骤：所述系统紧急信号装置与所述电池管理系统相连，并根据故障信号，通知所述电池管理系统执行保护动作，和/或所述系统紧急信号装置与所述储能变流器相连，并根据故障信号通知储能变流器执行保护动作，和/或所述系统紧急信号装置与辅助供电设备相连，并根据故障信号控制所述辅助供电设备的主空开处于开闸以断开供电回路。
16.本发明提供的储能电池系统和安全控制方法，能够自动断开直流主回路，避免了在安全故障时，系统充放电对电池管理系统、电池等设备的损坏和危险，可快速、可靠地退出充放电状态，降低安全风险。
附图说明
17.图1是现有的一种储能电池系统的连接示意图。
18.图2是本发明第一实施例的储能电池系统的连接示意图。
19.图3是本发明第二实施例的储能电池系统的连接示意图。
20.图4是本发明第三实施例的储能电池系统的安全控制方法的流程图。
21.图5是本发明第四实施例的储能电池系统的安全控制方法的流程图。
具体实施方式
22.为更进一步阐述本发明为实现预期目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的储能电池系统和安全控制方法的具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。
23.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预期目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与
说明之用，并非用来对本发明加以限制。
24.第一实施例
25.请参阅图2，图2是本发明第一实施例的储能电池系统的连接示意图。本实施例的储能电池系统包括多个电池簇100、电池管理系统200、能量管理系统300和储能变流器400，储能电池系统还包括汇流保护装置500和系统紧急信号装置600；汇流保护装置500包括总正汇流排、总负汇流排和直流断路器510，汇流保护装置500的总正汇流排和总负汇流排分别与多个电池簇100相连，汇流保护装置500还与储能变流器400相连；电池管理系统200包括检测控制单元210，检测控制单元210分别与电池簇100和直流断路器510相连，并配置为采集电池簇状态信息，将电池簇状态信息与预设阈值比较，根据比较结果控制直流断路器510的通断；系统紧急信号装置600与直流断路器510相连，控制直流断路器510的通断。
26.在本发明一实施例中，检测控制单元210通过第一干接点与直流断路器510的第一触点相连；系统紧急信号装置600通过第二干接点与直流断路器510的第二触点相连。通过干接点方式的连接，系统在发生安全故障时，可快速可靠地做出响应。
27.在本发明一实施例中，直流断路器510的第一触点和第二触点都为常开触点，并分别接入直流断路器510的控制电路中。
28.在本发明一实施例中，电池簇100可以包括串并联连接的若干个电池，电池簇100的总正接口和总负接口分别依次地连接到电池管理系统200和汇流保护装置500。在一实施例中，电池簇100的总正接口与汇流保护装置500的总正汇流排对应相连，电池簇100的总负接口与汇流保护装置500的总负汇流排对应相连。
29.在本发明一实施例中，系统紧急信号装置600与储能变流器400相连，则在发生周边安全故障时，通知储能变流器400执行保护动作。在一实施例中，系统紧急信号装置600通过干接点与储能变流器400相连。
30.在本发明一实施例中，电池管理系统200可以通过can总线与电池簇100相连。在本发明一实施例中，电池管理系统200可以通过can总线或者modbus总线与储能变流器400相连。在本发明一实施例中，电池管理系统200可以通过modbus总线与能量管理系统300相连。在本发明一实施例中，能量管理系统300可以通过modbus总线与储能变流器400相连。
31.具体地，如图2所示，本实施例的储能电池系统中的连接包括电力连接和通讯连接。从电力连接上看，在直流断路器510导通时，电池簇100可以通过电池管理系统200，并通过汇流保护装置500的总正汇流排和总负汇流排与储能变流器400电性相连，以进行充放电的能量传递。从通讯连接上看，电池管理系统200可以分别与电池簇100、汇流保护装置500、能量管理系统300和储能变流器400相连，能量管理系统300还和储能变流器400相连，系统紧急信号装置600可以与汇流保护装置500相连，还可以分别与电池管理系统200、储能变流器400和辅助供电设备700相连。
32.在发生安全故障时，若安全故障与电池相关因素，可以将该安全故障设为内部安全故障。检测控制单元210采集电池簇状态信息例如电池的电压值、电流值、温度值等，并将电池簇状态信息与预设阈值比较，例如将电池簇状态信息中的电压值与预设电压阈值比较，或者将电池簇状态信息中的电流值与预设电流阈值比较，或者将电池簇状态信息中的温度值与预设温度值比较等，根据比较结果控制直流断路器510的通断，以防止电池过充放、有过电压或过电流流经电池、电池温度过高等的发生。从而，在发生内部安全故障时，储
能电池系统能够自动断开直流主回路，避免了在安全故障时，系统充放电对电池管理系统200、电池等设备的损坏和危险，可快速、可靠地退出充放电状态，降低安全风险。
33.在发生安全故障时，若安全故障与非电池相关因素例如急停、浸水、起火等相关，可以将该安全故障设为周边安全故障。系统紧急信号装置600可以分别与急停按钮信号发生装置620、水浸系统报警信号装置630、消防系统报警信号装置640等相连以接收多路故障信号。系统紧急信号装置600在接收到任一路的故障信号时，控制直流断路器510断开。从而，在发生周边安全故障时，储能电池系统能够自动断开直流主回路，避免了在安全故障时，系统充放电对电池管理系统200、电池等设备的损坏和危险，可快速、可靠地退出充放电状态，降低安全风险。
34.在本发明一实施例中，检测控制单元210可以与报警装置相连，根据比较结果控制是否生成内部报警信号至报警装置。
35.在本发明一实施例中，检测控制单元210可以接收能量管理系统300、储能变流器400或者其他装置发送的内部报警信号，并根据内部报警信号进行工作，即配置在接收内部报警信号时触发进行检测和阈值比较。
36.在本发明一实施例中，检测控制单元210分别与能量管理系统300和储能变流器400相连通讯。在一实施例中，所检测控制单元210通过干接点分别与能量管理系统300和储能变流器400相连通讯。则在检测控制单元210将电池簇状态信息与预设阈值比较，根据比较结果控制直流断路器510的通断的同时，检测控制单元210还可以根据比较结果，控制能量管理系统300和储能变流器400是否执行保护动作。
37.在本发明一实施例中，检测控制单元210还可以配置为将电池簇状态信息与预设阈值比较，根据比较结果选择是将电池簇状态信息实时通知能量管理系统300和储能变流器400，或者选择是通知能量管理系统300和储能变流器400执行保护动作。从而，通过阈值比较可判断安全故障的严重程度，选择不同的通信。
38.在本发明一实施例中，储能变流器400还包括电网接入端，以连接电网。
39.在本发明一实施例中，储能电池系统还包括辅助供电设备700，系统紧急信号装置600与辅助供电设备700相连。在一实施例中，系统紧急信号装置600可以通过干接点与辅助供电设备700相连。具体地，系统紧急信号装置600在接收到故障信号时，不仅控制直流断路器510断开，还控制辅助供电设备700使辅助供电设备700的主空开处于开闸，断开供电回路，切断电网的连接，提高了系统的安全性。
40.第二实施例
41.请参阅图3，图3是本发明第二实施例的储能电池系统的连接示意图。本实施例提供了一种储能电池系统，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。在本实施例中，一种储能电池系统中，系统紧急信号装置600包括继电器610，继电器610的控制电路分别与急停按钮信号发生装置620、水浸系统报警信号装置630、消防系统报警信号装置640相连，继电器610与直流断路器510相连。
42.然而，本发明实施例的继电器610的控制电路并不局限于分别与急停按钮信号发生装置620、水浸系统报警信号装置630、消防系统报警信号装置640相连，还可以与其他信号发生装置或者报警信号装置等相连，以实现多路故障信号的可靠汇集，相应的技术方案
均属于本发明的保护范围。
43.在本发明一实施例中，继电器610的控制电路包括第一常闭干接点，第二常闭干接点和第三常闭干接点；第一常闭干接点与急停按钮信号发生装置620相连，第二常闭干接点与水浸系统报警信号装置630相连，第三常闭干接点与消防系统报警信号装置640相连，第一常闭干接点、第二常闭干接点和第三常闭干接点串联在一个常闭回路。
44.具体地，急停按钮信号发生装置620、水浸系统报警信号装置630、消防系统报警信号装置640任一装置检测发出故障信号时，将使得第一常闭干接点、第二常闭干接点和第三常闭干接点中相应的常闭干接点对应的开关单元断开，进而继电器610的控制电路路处于断开状态，继电器610将输出干接点信号至汇流保护装置500中的直流断路器510，以控制直流断路器510断开。
45.第三实施例
46.请参阅图4，图4是本发明第三实施例的储能电池系统的安全控制方法的流程图。请同时参考图2、图3和图4。
47.基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种储能电池系统的安全控制方法，储能电池系统包括多个电池簇100、电池管理系统200、能量管理系统300、储能变流器400、汇流保护装置500和系统紧急信号装置600，汇流保护装置500包括总正汇流排、总负汇流排和直流断路器510，汇流保护装置500的总正汇流排和总负汇流排分别与多个电池簇100相连，汇流保护装置500还与储能变流器400相连；电池管理系统200包括检测控制单元210，检测控制单元210分别与电池簇100和直流断路器510相连，系统紧急信号装置600与直流断路器510相连，安全控制方法包括：
48.s1、电池管理系统200通过检测控制单元210检测并判断是否执行保护动作；若判定执行，则控制汇流保护装置500执行保护动作。
49.在本发明一实施例中，电池管理系统200检测并判断是否执行保护动作的步骤包括：采集电池簇状态信息，将电池簇状态信息与预设阈值比较，根据比较结果判断是否执行保护动作。
50.具体地，电池管理系统200可以采集电池簇状态信息例如电池的电压值、电流值、温度值等，检测并判断是否执行保护动作，可以将电池簇状态信息与预设阈值比较，例如将电池簇状态信息中的电压值与预设电压阈值比较，或者将电池簇状态信息中的电流值与预设电流阈值比较，或者将电池簇状态信息中的温度值与预设温度值比较等，根据比较结果控制汇流保护装置500是否执行保护动作。
51.在本发明一实施例中，汇流保护装置500执行保护动作的步骤包括：控制直流断路器510的断开以断开直流主回路。
52.s2、系统紧急信号装置600根据故障信号控制汇流保护装置500执行保护动作。
53.具体地，系统紧急信号装置600在发生周边安全故障即安全故障与非电池相关因素例如急停、浸水、起火等相关时，接收相应的故障信号，控制汇流保护装置500执行保护动作，例如控制直流断路器510断开，以断开直流主回路。
54.在本发明一实施例中，电池管理系统200通过检测控制单元210检测并判断是否执行保护动作之前包括步骤：电池管理系统200接收触发信号，并根据触发信号进行检测并判断是否执行保护动作。触发信号可以是来自于能量管理系统300、储能变流器400或者紧急
信号装置等。其中，若触发信号来自于能量管理系统300或者储能变流器400等，可用于判定发生内部安全故障，若触发信号来自于紧急信号装置，可用于判定发生周边安全故障。
55.需要说明的是，本实施例的安全控制方法并不限制s1步骤和s2步骤有先后顺序，例如在实施时，根据发生内部安全故障，优先执行s1步骤；根据发生周边安全故障，优先执行s2步骤，也可同时执行s1步骤。
56.从而，本实施例的储能电池系统的安全控制方法，储能电池系统能够自动控制汇流保护装置500执行保护动作例如断开直流主回路，避免了在安全故障时，系统充放电对电池管理系统200、电池等设备的损坏和危险，可快速、可靠地退出充放电状态，降低安全风险。
57.第四实施例
58.请参阅图5，图5是本发明第四实施例的储能电池系统的安全控制方法的流程图。本实施例提供一储能电池系统的安全控制方法，其原理及产生的技术效果和第三实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第三实施例中相应内容。
59.在本发明一实施例中，电池管理系统200通过检测控制单元210检测并判断是否执行保护动作的步骤还包括：若判定不执行，则将电池簇状态信息实时通知能量管理系统300和储能变流器400，能量管理系统300和储能变流器400记录事件；若判定执行，上传故障信息至能量管理系统300和储能变流器400，能量管理系统300和储能变流器400相应执行保护动作，电池管理系统200执行自我保护动作。从而，若发生安全故障，汇流保护装置500、能量管理系统300、储能变流器400和电池管理系统200都相应执行保护动作，可形成多重保护，增加了系统的安全性。
60.在本发明一实施例中，系统紧急信号装置600根据故障信号控制汇流保护装置500执行保护动作还包括步骤：系统紧急信号装置600与电池管理系统200相连，并根据故障信号，通知电池管理系统200执行保护动作。在一实施例，电池管理系统200执行保护动作包括步骤：电池管理系统200通过检测控制单元210检测并判断是否执行保护动作。则通过电池管理系统200执行保护动作，增加了系统的安全性。
61.在本发明一实施例中，系统紧急信号装置600根据故障信号控制汇流保护装置500执行保护动作还包括步骤：系统紧急信号装置600与储能变流器400相连，并根据故障信号，通知储能变流器400执行保护动作。则在发生周边安全故障时，系统紧急信号装置600可以通知储能变流器400执行保护动作，增加了系统的安全性。在一实施例中，储能变流器400执行保护动作的步骤包括：断开储能变流器400中的直流开关。
62.在本发明一实施例中，系统紧急信号装置600根据故障信号控制汇流保护装置500执行保护动作还包括步骤：系统紧急信号装置600与辅助供电设备700相连，并根据故障信号控制辅助供电设备700的主空开处于开闸以断开供电回路，增加了系统的安全性。但本发明不局限于此，系统紧急信号装置600也可以根据故障信号控制脱钩器动作使主空开处于开闸以断开供电回路，增加了系统的安全性。
63.在本发明一实施例中，控制汇流保护装置执行保护动作的步骤还包括：电池管理系统200通过干接点控制汇流保护装置500执行保护动作；和/或系统紧急信号装置600通过干接点控制汇流保护装置500执行保护动作。在本发明一实施例中，通知电池管理系统200执行保护动作的步骤还包括：系统紧急信号装置600通过干接点通知电池管理系统200执行
保护动作。在本发明一实施例中，通知储能变流器400执行保护动作的步骤还包括：系统紧急信号装置600通过干接点通知储能变流器400执行保护动作。发明一实施例中，控制辅助供电设备700使主空开处于开闸以断开供电回路的步骤还包括：系统紧急信号装置600通过干接点控制辅助供电设备700使主空开处于开闸以断开供电回路。通过干接点方式的连接，系统在发生安全故障时，可快速可靠地做出响应。
64.在本发明一实施例中，系统紧急信号装置600根据故障信号控制汇流保护装置500执行保护动作之前包括步骤：系统紧急信号装置600汇集多路故障信号。在一实施例中，故障信号根据急停按钮被触发、水浸系统报警或者消防系统报警触发生成。具体地，系统紧急信号装置600可以汇集多路故障信号，可以但不局限如利用继电器610通过干接点等分别与急停按钮信号发生装置620、水浸系统报警信号装置630、消防系统报警信号装置640等相连，则急停按钮被触发、水浸系统报警或者消防系统报警等，都可发送故障信号至系统紧急信号装置600，然后，系统紧急信号装置600控制汇流保护装置500执行保护动作，例如控制直流断路器510断开，以断开直流主回路。
65.本发明实施例提供的储能电池系统和安全控制方法，能够自动断开直流主回路，避免了在安全故障时，系统充放电对电池管理系统、电池等设备的损坏和危险，可快速、可靠地退出充放电状态，降低安全风险。
66.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离发明技术方案内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。