本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池領(lǐng)域，尤其是一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

電池管理系統(tǒng)（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM），電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）是連接車載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測；電池狀態(tài)估計(jì)；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)充控制；均衡管理和熱管理等。

儲(chǔ)能系統(tǒng)是由多個(gè)電池簇匯流組成，而電池簇是由多個(gè)電池PACK組成，一簇電池是一個(gè)獨(dú)立的單元，電池簇電壓一般在DC 800～1000V，電流一般從±0～±400A之間（以放電電流方向?yàn)檎?，電氣設(shè)計(jì)中要控制這簇電池正常分?jǐn)?、過流保護(hù)、過壓、失壓保護(hù)和短路保護(hù)，就需要一系列的保護(hù)元器件。一般來說，保護(hù)線路采用斷路器就可以滿足這個(gè)要求，但目前國際品牌塑殼斷路器的額定電壓為DC 750V，低于常規(guī)的電池簇的電壓大??；電池簇電流又分充電和放電兩個(gè)方向電流，傳統(tǒng)的直流斷路器在額定電壓、電流方向都不滿足這個(gè)要求；另外，帶電操斷路器的價(jià)格昂貴，安裝尺寸大，同時(shí)斷路器的維護(hù)和更換需要專業(yè)人員才能進(jìn)行，設(shè)備維護(hù)成本高；儲(chǔ)能產(chǎn)品一般應(yīng)用在無人區(qū)、海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)等地方，斷路器系列產(chǎn)品的后期服務(wù)也得不到保障。

電池簇匯流后要與雙向逆變器PCS連接，而雙向逆變器PCS直流測有一個(gè)大電容，而電容是儲(chǔ)能元件，在電容長時(shí)間沒通電的情況下，電容的兩端的電壓會(huì)逐漸變小，當(dāng)電容靜止很久時(shí)，電路瞬間閉合，這時(shí)候電路中的電阻主要是導(dǎo)線與開關(guān)的電阻，一般遠(yuǎn)小于20mΩ，則電容的充電電流將會(huì)很大；在一般系統(tǒng)中，充電電壓以820V為例，則充電電流將高達(dá)I=820/20mΩ=41kA，一般器件必然損毀，熔斷器也有可能熔斷，還會(huì)影響系統(tǒng)其他電氣元件，系統(tǒng)安全性低，所以需要控制電容的充電過程，而現(xiàn)有的電池簇控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)預(yù)充電電路時(shí)斷路器的控制策略復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種適用性強(qiáng)、操作安全、維修方便的儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)及其控制方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)包括多個(gè)電池模組串聯(lián)的電池簇、用于測量電池簇工作狀態(tài)的電流傳感器、預(yù)充電電路、控制器、電源和具有第一電容的雙向逆變器，所述電池簇通過預(yù)充電電路與雙向逆變器連接，所述電流傳感器的輸出端與控制器的輸入端連接，所述電源的輸出端與控制器的輸入端連接，所述控制器與預(yù)充電電路連接；

所述預(yù)充電電路包括第一直流接觸器、預(yù)充電直流接觸器、預(yù)充電電阻和第二直流接觸器；

所述電池簇的總正極與第一直流接觸器的主觸頭正接線柱連接，所述第一直流接觸器的主觸頭負(fù)接線柱與雙向逆變器的第一電容的上端連接，所述雙向逆變器的第一電容的下端與第二直流接觸器的主觸頭負(fù)接線柱連接，所述第二直流接觸器的主觸頭正接線柱與電池簇的總負(fù)極連接，所述預(yù)充電電阻的一端與第一直流接觸器的主觸頭正接線柱連接，所述預(yù)充電電阻的另一端與預(yù)充電直流接觸器的主觸頭正接線柱連接，所述預(yù)充電直流接觸器的主觸頭負(fù)接線柱與第一直流接觸器的主觸頭負(fù)接線柱連接；所述控制器分別控制第一直流接觸器、預(yù)充電直流接觸器和第二直流接觸器的線圈得失電。

進(jìn)一步地，所述第一直流接觸器和第二直流接觸器的通斷反饋觸頭的接線柱分別與控制器連接。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)還包括線路保護(hù)電路，所述線路保護(hù)電路包括熔斷器，所述電池簇的總正極通過熔斷器與第一直流接觸器的主觸頭正接線柱連接。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)還包括可帶載操作的隔離檢修電路，所述預(yù)充電電路通過隔離檢修電路與雙向逆變器連接。

進(jìn)一步地，所述隔離檢修電路包括隔離開關(guān)或單極開關(guān)。

進(jìn)一步地，所述控制器包括電池管理系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述電流傳感器包括霍爾電流傳感器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于所述的儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1、控制器控制預(yù)充電直流接觸器和第二直流接觸器接通，直到第一電容充電達(dá)到預(yù)定容量時(shí)，斷開預(yù)充電直流接觸器并接通第一直流接觸器，儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)合閘完成；

S2、控制器根據(jù)電路的電流流向控制第一直流接觸器和第二直流接觸器按不同順序分閘。

進(jìn)一步地，所述步驟S2包括以下步驟：

S21、電流傳感器檢測電池簇的工作狀態(tài)即電路的電流流向并將電池簇的工作狀態(tài)信息發(fā)送至控制器，所述電池簇的工作狀態(tài)包括空載狀態(tài)和帶載狀態(tài)，所述帶載狀態(tài)包括帶載放電狀態(tài)和帶載充電狀態(tài)；

S22、控制器根據(jù)電池簇的工作狀態(tài)信息控制第一直流接觸器和第二直流接觸器按照不同順序分閘。

進(jìn)一步地，所述步驟S22包括以下步驟：

S221、電池簇空載或帶載放電時(shí)，控制器控制第一直流接觸器分閘后，控制第二直流接觸器分閘；

S222、電池簇帶載充電時(shí)，控制器控制第二直流接觸器分閘后，控制第一直流接觸器分閘。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)加入預(yù)充電電路，控制器控制直流接觸器的接通順序，使系統(tǒng)接通時(shí)的沖擊電流變?yōu)榭煽?，杜絕了系統(tǒng)接通時(shí)的大電流燒壞電氣元件和線路的現(xiàn)象，同時(shí)也保護(hù)了儲(chǔ)能電池簇本體；控制器結(jié)合電流傳感器控制預(yù)充電電路的分?jǐn)?，保證直流接觸器的正常分閘，延長了系統(tǒng)的使用壽命；直流接觸器的可控性和分?jǐn)啻螖?shù)高，而且接觸器更換方便，一般人員就能操作，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本；系統(tǒng)器件均是高壓適用器件，系統(tǒng)電氣安全性高，直流接觸器是真空器件，可以在高海拔地區(qū)和海島上使用。

本發(fā)明的另一有益效果是：本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法控制直流接觸器的合閘順序?qū)崿F(xiàn)預(yù)充電，使合閘時(shí)的沖擊電流變?yōu)榭煽?，杜絕了合閘時(shí)大電流燒壞電氣元件和線路的現(xiàn)象，根據(jù)電路的電流流向控制直流接觸器的分閘順序，保障直流接觸器的正常分閘，保障直流接觸器的使用壽命，延長了系統(tǒng)的使用壽命。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖；

圖3是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)，參考圖1和圖2，圖1是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)包括多個(gè)電池模組串聯(lián)的電池簇1、用于測量電池簇工作狀態(tài)的電流傳感器TA、預(yù)充電電路2、控制器、電源和具有第一電容C1的雙向逆變器PCS，所述電池簇1由電池PACK1、PACK2、……PACKN前后串聯(lián)組成，所述電池簇1通過預(yù)充電電路2與雙向逆變器PCS連接，所述電流傳感器TA的輸出端與控制器的輸入端連接，所述電源的輸出端與控制器的輸入端連接，所述控制器與預(yù)充電電路2連接；

所述預(yù)充電電路2包括第一直流接觸器KM1、預(yù)充電直流接觸器KM3、預(yù)充電電阻R1和第二直流接觸器KM2，所述第一直流接觸器KM1、預(yù)充電直流接觸器KM3和第二直流接觸器KM2均為單極性直流接觸器；

所述電池簇1的總正極與第一直流接觸器KM1的主觸頭正接線柱+A1連接，所述第一直流接觸器KM1的主觸頭負(fù)接線柱-A2與雙向逆變器PCS的第一電容C1的上端連接，所述雙向逆變器PCS的第一電容C1的下端與第二直流接觸器KM2的主觸頭負(fù)接線柱-A2連接，所述第二直流接觸器KM2的主觸頭正接線柱+ A1與電池簇1的總負(fù)極連接，所述預(yù)充電電阻R1的一端與第一直流接觸器KM1的主觸頭正接線柱+A1連接，所述預(yù)充電電阻R1的另一端與預(yù)充電直流接觸器KM3的主觸頭正接線柱+ A1連接，所述預(yù)充電直流接觸器KM3的主觸頭負(fù)接線柱-A2與第一直流接觸器KM1的主觸頭負(fù)接線柱-A2連接；所述控制器分別控制第一直流接觸器KM1、預(yù)充電直流接觸器KM3和第二直流接觸器KM2的線圈得失電，即第一直流接觸器KM1、預(yù)充電直流接觸器KM3和第二直流接觸器KM2的線圈的兩個(gè)接線柱與控制器連接，如圖2所示，第一直流接觸器KM1和第二直流接觸器的線圈的正接線柱為+（紅），負(fù)接線柱為-（黑）；預(yù)充電直流接觸器KM3的線圈的正接線柱為+（白），負(fù)接線柱為-（白）；所述控制器可以使用電池管理系統(tǒng)BMS來實(shí)現(xiàn)，電池管理系統(tǒng)BMS可以接受電流傳感器檢測的電池簇的工作狀態(tài)信息，也可以發(fā)送控制信號(hào)控制預(yù)充電電路的通斷。

在本實(shí)施例中，本發(fā)明一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)加入預(yù)充電電路，控制器控制直流接觸器的接通順序，使系統(tǒng)接通時(shí)的沖擊電流變?yōu)榭煽兀@個(gè)過程中電壓通過預(yù)充電電阻R1得到控制，同時(shí)第一電容C1也得到了充電過程，直流接觸器再合閘，電路中就不會(huì)有大電流，杜絕了系統(tǒng)接通時(shí)的大電流燒壞電氣元件和線路的現(xiàn)象，同時(shí)也保護(hù)了儲(chǔ)能電池簇本體。

另外，由于直流接觸器的滅弧原理導(dǎo)致直流接觸器不能反向分閘（對(duì)電流方向而言），即直流接觸器分閘時(shí)，需要在電流從直流接觸器的主觸頭正接線柱流向主觸頭負(fù)接線柱的時(shí)候分閘，才不會(huì)產(chǎn)生電火花損壞直流接觸器。因此，本發(fā)明中，利用電流傳感器檢測電池簇的工作狀態(tài)，控制器控制預(yù)充電電路的分?jǐn)?，保證直流接觸器的正常分閘，延長了系統(tǒng)的使用壽命。

直流接觸器的可控性和分?jǐn)啻螖?shù)高，而且接觸器更換方便，一般人員就能操作，降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本；系統(tǒng)器件均是高壓適用器件，系統(tǒng)電氣安全性高，直流接觸器是真空器件，可以在高海拔地區(qū)和海島上使用，適應(yīng)性強(qiáng)。直流接觸器結(jié)構(gòu)簡單、占地和使用非常靈活，安全性能和實(shí)用性能都得到滿足。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖2，圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖，所述第一直流接觸器KM1和第二直流接觸器KM2的通斷反饋觸頭的接線柱分別與控制器連接，如圖2所示，通斷反饋觸頭的兩個(gè)接線柱標(biāo)號(hào)為白TE。所述通斷反饋觸頭用于向控制器反饋第一直流接觸器和第二直流接觸器的通斷狀態(tài)，幫助控制器更好地控制預(yù)充電電路中直流接觸器的分合閘。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖2，圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)還包括線路保護(hù)電路3，所述線路保護(hù)電路3包括熔斷器FU1，所述電池簇1的總正極通過熔斷器FU1與第一直流接觸器KM1的主觸頭正接線柱+A1連接。本發(fā)明選用熔斷器作為線路的主要保護(hù)電路，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)控制器例如電池管理系統(tǒng)BMS無法管控的過流或者短路情況時(shí)，熔斷器可及時(shí)斷開電路以保護(hù)電池電路，阻止電氣大事故的發(fā)生，增強(qiáng)儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的安全性能。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，參考圖2，圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖，所述儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)還包括可帶載操作的隔離檢修電路4，所述預(yù)充電電路2通過隔離檢修電路4與雙向逆變器PCS連接。進(jìn)一步地，所述隔離檢修電路4包括隔離開關(guān)QS1或單極開關(guān)。

在本實(shí)施例中，本發(fā)明采用隔離開關(guān)QS1將電池簇1和預(yù)充電電路2與雙向逆變器PCS隔離開。當(dāng)電力系統(tǒng)的線路需要檢修時(shí)，在物理上使這一簇電池脫離儲(chǔ)能電池陣列系統(tǒng)，保證檢修的安全進(jìn)行；同時(shí)隔離開關(guān)可以帶載操作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)單簇電池出現(xiàn)故障時(shí)可以迅速帶載分合閘，隔離開關(guān)的帶載操作性和隔離電源功能使系統(tǒng)更安全，檢修更為方便，隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、占地和使用非常靈活，安全性能和實(shí)用性能都得到滿足。進(jìn)一步地，隔離檢修電路4也可采用與隔離開關(guān)等性能的單極開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)成本低，且節(jié)省安裝空間，可以采用一個(gè)或者兩個(gè)單極開關(guān)設(shè)置在預(yù)充電電路與雙向逆變器PCS之間，將它們隔離開來。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電流傳感器包括霍爾電流傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅髯鳛殡姶攀诫娏骰ジ衅鞯囊环N，是常用的電流傳感器，其傳感性能好，準(zhǔn)確度高且穩(wěn)定性好。

一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于所述的儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)，參考圖3，圖3是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法的步驟流程圖，包括以下步驟：

S1、控制器控制預(yù)充電直流接觸器和第二直流接觸器接通，直到第一電容充電達(dá)到預(yù)定容量時(shí)，斷開預(yù)充電直流接觸器并接通第一直流接觸器，儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)合閘完成；

S2、控制器根據(jù)電路的電流流向控制第一直流接觸器和第二直流接觸器按不同順序分閘。

在本實(shí)施例中，預(yù)充電直流接觸器和第二直流接觸器接通后，第一電容進(jìn)行充電，充電過程中，控制器監(jiān)控電容的電容量，所述電容量可由電容本身參數(shù)、電路中電壓電流數(shù)據(jù)和時(shí)間所確定，直到第一電容充電完成至少85%時(shí)，即第一電容充電達(dá)到85%電容量以上時(shí)，斷開預(yù)充電直流接觸器并接通第二直流接觸器，合閘完成，這個(gè)過程中電壓通過預(yù)充電電阻得到控制，同時(shí)第一電容也得到了充電過程，則不會(huì)產(chǎn)生瞬間大電流損壞電路器件。

電化學(xué)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)有充電和放電兩個(gè)過程，參考圖2，圖2是本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的一具體實(shí)施例電路示意圖，電池簇1帶載充電時(shí)，電流從雙向逆變器PCS的正極流向電池簇1的正極，然后通過電池簇1流到雙向逆變器PCS的負(fù)極；電池簇1帶載放電時(shí)，電流是從電池簇1的正極流向雙向逆變器PCS的正極，所以充電電流和放電電流方向相反，現(xiàn)規(guī)定儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)在放電時(shí)的電流方向?yàn)檎?，充電時(shí)電流方向就為負(fù)。電流從直流接觸器的主觸頭正接線柱流向主觸頭負(fù)接線柱時(shí)分?jǐn)嘟佑|器為正常分?jǐn)?，即直流接觸器帶載分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，電流方向必須是從直流接觸器的主觸頭接線柱+A1流向主觸頭接線柱-A2；若在電流從直流接觸器的主觸頭負(fù)接線柱流向主觸頭正接線柱時(shí)分?jǐn)嘟佑|器即反向帶載分?jǐn)?，直流接觸器的使用壽命不大于20次。因此，本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法根據(jù)電路的電流流向控制第一直流接觸器KM1和第二直流接觸器KM2按不同順序分閘，保證直流接觸器正常分閘，保證直流接觸器的使用壽命。

本發(fā)明中一種儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的控制方法控制直流接觸器的合閘順序?qū)崿F(xiàn)預(yù)充電，使合閘時(shí)的沖擊電流變?yōu)榭煽?，杜絕了合閘時(shí)大電流燒壞電氣元件和線路的現(xiàn)象；控制直流接觸器的分閘順序，使直流接觸器正常分閘，保障直流接觸器的使用壽命，延長了系統(tǒng)的使用壽命。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2包括以下步驟：

S21、電流傳感器檢測電池簇的工作狀態(tài)即電路的電流流向并將電池簇的工作狀態(tài)信息發(fā)送至控制器，所述電池簇的工作狀態(tài)包括空載狀態(tài)和帶載狀態(tài)，所述帶載狀態(tài)包括帶載放電狀態(tài)和帶載充電狀態(tài)；

S22、控制器根據(jù)電池簇的工作狀態(tài)信息控制第一直流接觸器和第二直流接觸器按照不同順序分閘。

在本實(shí)施例中，通過電流傳感器檢測電池簇的工作狀態(tài)以獲知電路中電流的流向，控制器根據(jù)電流流向即可以確定第一直流接觸器和第二直流接觸器的分閘順序，控制在當(dāng)前的電流流向時(shí)能正常分?jǐn)嗟闹绷鹘佑|器先分閘，即可以保證電路不產(chǎn)生電火花損壞直流接觸器。

作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S22包括以下步驟：

S221、電池簇空載或帶載放電時(shí)，控制器控制第一直流接觸器分閘后，控制第二直流接觸器分閘；

S222、電池簇帶載充電時(shí)，控制器控制第二直流接觸器分閘后，控制第一直流接觸器分閘。

在本發(fā)明中，霍爾電流傳感器通過檢測電池簇電壓的正負(fù)和大小判斷儲(chǔ)能電池簇是在帶載充電、帶載放電或者空載狀態(tài)，以得知電路的電流方向，本實(shí)施例中，帶載充電狀態(tài)時(shí)電壓為負(fù)，帶載放電狀態(tài)時(shí)電壓為正，空載狀態(tài)時(shí)電壓為0。當(dāng)電池簇空載或者帶載放電時(shí)，控制器（如電池管理系統(tǒng)）發(fā)送命令分?jǐn)嗟谝恢绷鹘佑|器KM1，此時(shí)的電流是從第一直流接觸器KM1的接線柱+A1流向接線柱-A2，第一直流接觸器KM1正常分閘，再分?jǐn)嗟诙绷鹘佑|器KM2。

儲(chǔ)能電池簇帶載充電時(shí)，控制器（如電池管理系統(tǒng)）發(fā)送命令分?jǐn)嗟诙绷鹘佑|器KM2再分?jǐn)嗟谝恢绷鹘佑|器KM1，此時(shí)的電流是從第二直流接觸器KM2的接線柱+A1流向接線柱-A2。

控制器通過判斷電路的電流方向控制分?jǐn)嗄囊粋€(gè)直流接觸器以保證每一次分?jǐn)嘀绷鹘佑|器都是電流從直流接觸器的接線柱+A1流向-A2，從而保證了直流接觸器的使用壽命和儲(chǔ)能電池簇控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。