本發(fā)明涉及儲能管理，特別涉及基于autbus的儲能電池管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著各國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球能源需求顯著增加，有限的傳統(tǒng)能源在不久的將來將很難滿足需求，再加上各國“減碳”目標(biāo)的提出，可再生能源的開發(fā)利用變得更加迫切。占地球面積71％的海洋是綠色能源的寶庫，海洋能被認(rèn)為是儲量最大的可再生能源之一，主要包括狹義上的波浪能、潮汐能、潮流能、溫差能以及廣義上的海上風(fēng)電、海洋生物質(zhì)能以及海上浮式光伏等，其中，無論是何種發(fā)電方式，都需要依靠儲能電池進(jìn)行能源的存儲，但是，由于不同廠家、不同型號、不同年限的儲能電池，其在儲能能力和儲能壽命上都會出現(xiàn)一定的差異，就好比，沒有世界上沒有兩片完全一樣的樹葉，即使是同一個(gè)儲能電池中的供電單元，也會存在差異，這就導(dǎo)致無法針對性的進(jìn)行管理和控制。

2、目前，現(xiàn)有專利公布號為：cn103227494b的中國專利公開了一種儲能電池管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式3層管理體系，包括底層bmu,中層bcms和頂層bams。其中，底層bmu包括電壓溫度測量模塊、補(bǔ)電放電均衡模塊。中層bcms是電池管理系統(tǒng)的核心，包括電壓溫度處理模塊，均衡控制模塊，繼電器控制模塊、ad采集模塊，核心參數(shù)計(jì)算模塊。頂層bams包括電池信息匯總模塊、系統(tǒng)報(bào)警信息處理模塊、bams_pcs通訊模塊、bams_上層監(jiān)控系統(tǒng)通訊模塊。該系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)內(nèi)部使用can2.0b通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息傳遞。bams與能量轉(zhuǎn)換pcs系統(tǒng)和上層監(jiān)控系統(tǒng)通訊均采用modbustcp協(xié)議。雖然通過3層管理體系將所有的儲能電池匯總在一起，但是卻無法針對儲能電池組的使用情況進(jìn)行準(zhǔn)確且及時(shí)的響應(yīng)，導(dǎo)致電池?fù)p壞時(shí)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行排查與更換，同時(shí)無法充分利用各個(gè)儲能單元?dú)堄嗟氖褂脡勖涣碛蓪＠继枮椋篶n110148800a的中國專利公開了一種鋰電池儲能管理系統(tǒng)及鋰電池儲能系統(tǒng)，涉及儲能系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，管理系統(tǒng)中，信息采集裝置、故障錄波模塊分別與計(jì)算及控制模塊連接，其中，信息采集裝置包括以下至少一種：環(huán)境變量采集模塊、用電側(cè)控制模塊、發(fā)電側(cè)控制模塊、電表數(shù)據(jù)采集模塊、pcs控制模塊和電池控制單元；計(jì)算及控制模塊在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，控制故障錄波模塊進(jìn)行錄波操作，以記錄故障信息；該故障信息中包括了上述信息采集裝置中多種模塊在系統(tǒng)故障時(shí)刻所采集的信息；計(jì)算及控制模塊基于上述故障信息進(jìn)行分析，確定該故障對應(yīng)的故障責(zé)任歸屬方。但還是無法充分利用儲能電池組殘余的使用壽命，存在資源利用差以及響應(yīng)效率差的問題。

3、但在上述技術(shù)方案實(shí)施的過程中，發(fā)現(xiàn)至少存在如下技術(shù)問題：

4、由于不同的使用環(huán)境下，儲能電池的使用壽命也會發(fā)生不同程度的衰減，常見的衰減因素包括高溫老化、低溫老化、大電流充放電、過壓/欠壓充放等，這也都會影響儲能電池的使用壽命，而且，即使是同一型號、同一廠家生產(chǎn)的同一批電池也會存在差異，這些差異會隨著使用年限或使用環(huán)境的增加，不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致各個(gè)儲能電池之間出現(xiàn)使用差異，而現(xiàn)有的儲能電池控制系統(tǒng)，只能通過檢測儲能電池的充放電情況，來判斷儲能電池的好壞，這種檢測不但不全面，同時(shí)還無法根據(jù)電池的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致一些還能使用的電池被換下，嚴(yán)重影響資源的利用，其次，現(xiàn)有的儲能電池，其內(nèi)部的供電單元主要串聯(lián)的形式連接成一個(gè)整體，這就導(dǎo)致，其中任意一個(gè)供電單元發(fā)生損壞，整個(gè)儲能電池都無法使用，而且故障供電單元排查也只能采用一一排查的方式，浪費(fèi)人力物力，為此，我們提出基于autbus的儲能電池管理系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于autbus的儲能電池管理系統(tǒng)，以autbus網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵜浇?，對采集到的工作參?shù)進(jìn)行傳輸，能夠提高遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男剩瑴p小丟包率；通過對儲能單元的工作參數(shù)進(jìn)行綜合分析，得到一個(gè)能夠評判供電單元健康狀況的儲能健康預(yù)測值，再根據(jù)得到的儲能健康預(yù)測值，控制電路切換單元的工作狀態(tài)，從而對故障儲能單元進(jìn)行快速且準(zhǔn)確的響應(yīng)，同時(shí)利用電路切換單元的切換效果，減小維修的影響范圍以及維修的難度，解決現(xiàn)有儲能電池管理系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，無法準(zhǔn)確且快速響應(yīng)的技術(shù)問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、基于autbus的儲能電池管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

6、參數(shù)采集模塊，利用autbus網(wǎng)絡(luò)采集儲能電池組以及供電單元的工作參數(shù)，工作參數(shù)包括電壓、電流、工作溫度；

7、其中，若干供電單元依次串聯(lián)，且供電單元的外部連接有電路切換單元；

8、在供電單元故障或維修時(shí)，觸發(fā)對應(yīng)的電路切換單元，將該供電單元前后兩個(gè)供電單元串聯(lián)，并接入備用供電單元；

9、參數(shù)核對模塊：將供電單元的工作參數(shù)與預(yù)設(shè)的參數(shù)區(qū)間對比，若供電單元的工作參數(shù)在參數(shù)區(qū)間內(nèi)，則不做響應(yīng)；反之，則發(fā)出參數(shù)預(yù)警；并根據(jù)參數(shù)預(yù)警，調(diào)取與該供電單元對應(yīng)的電路切換單元；

10、儲能核對模塊，依據(jù)采集的供電單元的工作參數(shù)，搭建儲能電池計(jì)算模型，得到儲能電池組的儲能功率，并將儲能功率與儲能電池組工作功率之間差值的絕對值，同預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間對比；

11、在儲能功率與儲能電池組工作功率之間差值的絕對值，超過預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間時(shí)，發(fā)出矯正預(yù)警；

12、數(shù)據(jù)分析模塊：在發(fā)出矯正預(yù)警時(shí)，調(diào)取并對該儲能電池組中供電單元的工作參數(shù)進(jìn)行分析，搭建供電單元分析計(jì)算模型，生成儲能健康預(yù)測值gwkt，依據(jù)儲能健康預(yù)測值gwkt的大小依次開啟故障供電單元對應(yīng)的電路切換單元；

13、在儲能功率與儲能電池組工作功率之間差值的絕對值小于標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間的中位數(shù)時(shí)，停止；

14、狀態(tài)評估模塊：依據(jù)故障供電單元斷開前的工作參數(shù)以及對應(yīng)的儲能健康預(yù)測值gwkt，生成故障供電單元的狀態(tài)評估值unqt，根據(jù)狀態(tài)評估值unqt的大小開啟對應(yīng)的供電策略；

15、進(jìn)一步的，該系統(tǒng)還包括：

16、均衡調(diào)控模塊：根據(jù)儲能電池組的工作參數(shù)設(shè)置上限電流閾值和下限電流閾值，并與發(fā)電單元發(fā)出充電電流比對；

17、當(dāng)充電電流≥上限電流閾值時(shí)，開啟儲能電池組與發(fā)電單元的供電電路；

18、當(dāng)充電電流＜下限電流閾值時(shí)，斷開儲能電池組與發(fā)電單元的供電電路；

19、當(dāng)上限電流閾值＞充電電流≥下限電流閾值時(shí)，不做響應(yīng)。

20、進(jìn)一步的，供電單元的工作溫度通過ntc熱敏電阻進(jìn)行檢測，并將溫度與阻值之間的關(guān)系式轉(zhuǎn)換為溫度與電壓之間的關(guān)系式，溫度與電壓之間的關(guān)系式如下：

21、

22、式中,ut為熱敏電阻在t溫度下的電壓，it為熱敏電阻在t溫度下的電流，rt為熱敏電阻在t溫度下的阻值，r為熱敏電阻在tn常溫下的標(biāo)準(zhǔn)阻值，e為常數(shù)，b為熱敏電阻的熱敏常數(shù)。

23、進(jìn)一步的，參數(shù)采集模塊包括采集單元、轉(zhuǎn)換單元和邊緣控制單元；

24、其中，所述采集單元通過轉(zhuǎn)換單元將已有的工業(yè)通訊轉(zhuǎn)化為autbus通訊；所述轉(zhuǎn)換單元通過autbus總線進(jìn)行組網(wǎng)并接入邊緣控制單元中；所述邊緣控制單元對工作參數(shù)進(jìn)行分析處理后，發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。

25、進(jìn)一步的，儲能電池組的儲能功率包括標(biāo)準(zhǔn)輸出功率p出以及標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載功率p負(fù)，儲能電池組工作參數(shù)包括供電電壓uz、供電電流iz，所依據(jù)的公式如下：

26、

27、式中，uoc為供電單元的開路電壓，i為供電單元的負(fù)載電流，n為儲能電池組中供電單元的數(shù)量；

28、

29、式中，ud為供電單元的端電壓；

30、當(dāng)|p出-p負(fù)-uziz|＞標(biāo)準(zhǔn)閾值時(shí)，則發(fā)出矯正預(yù)警；

31、當(dāng)|p出-p負(fù)-uziz|≤標(biāo)準(zhǔn)閾值時(shí)，則不作響應(yīng)。

32、進(jìn)一步的，在系統(tǒng)發(fā)出矯正預(yù)警的條件下，獲取矯正預(yù)警持續(xù)時(shí)間t內(nèi)供電單元的工作參數(shù)，生成儲能健康預(yù)測值gwkt，儲能健康預(yù)測值gwkt所依據(jù)的公式如下：

33、

34、式中，為矯正預(yù)警持續(xù)時(shí)間t內(nèi)供電單元溫度的平均值，pg為供電單元的供電功率，umax為矯正預(yù)警持續(xù)時(shí)間t內(nèi)供電單元端電壓ud的最大值，umin為矯正預(yù)警持續(xù)時(shí)間t內(nèi)供電單元端電壓ud的最小值，k、w、v分別為供電單元溫度、供電單元供電功率以及供電單元端電壓的預(yù)設(shè)權(quán)重系數(shù)，且w＞k＞v＞0，a為常數(shù)修正系數(shù)。

35、進(jìn)一步的，電路切換單元的切換步驟如下：

36、步驟一：依據(jù)儲能健康預(yù)測值gwkt的大小對供電單元進(jìn)行排序；

37、步驟二：按照步驟一所排順序，依次開啟供電單元對應(yīng)的電路切換單元；

38、步驟三：在開啟電路切換單元的同時(shí)重新計(jì)算電池組的儲能功率，當(dāng)儲能功率與儲能電池組工作功率之間差值的絕對值趨近于標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間時(shí)，保持該電路切換單元開啟后的工作狀態(tài)；

39、步驟四：直至儲能功率與儲能電池組工作功率之間差值的絕對值小于標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間的中位數(shù)，電路切換單元停止響應(yīng)。

40、進(jìn)一步的，生成故障供電單元的狀態(tài)評估值unqt，所依據(jù)的公式如下：

41、

42、式中，lr為故障供電單元的實(shí)際電能容量，lb為故障供電單元的額定電能容量，c為修正因子，1＞c＞0；

43、將得到的狀態(tài)評估值unqt與預(yù)設(shè)的損耗閾值組進(jìn)行比對，損耗閾值組包括第一損耗閾值和第二損耗閾值，第一損耗閾值＜第二損耗閾值；

44、當(dāng)狀態(tài)評估值unqt≥第二損耗閾值或gwkt＜1時(shí)，則發(fā)出一級預(yù)警，并開啟一級供電策略；

45、當(dāng)?shù)诙p耗閾值＞狀態(tài)評估值unqt≥第一損耗閾值，且gwkt＞1時(shí)，則發(fā)出二級預(yù)警，并開啟二級供電策略；

46、當(dāng)狀態(tài)評估值unqt＜第一損耗閾值，且gwkt＞1時(shí)，則不做響應(yīng)。

47、進(jìn)一步的，在檢測到一級預(yù)警信號時(shí)，執(zhí)行一級供電策略，執(zhí)行一級供電策略的過程如下：

48、開啟故障供電單元對應(yīng)的電路切換單元，將故障供電單元從儲能電池組中剝離；

49、根據(jù)剝離故障供電單元的數(shù)量，接入相同數(shù)量的備用供電單元；

50、檢測儲能電池組的工作參數(shù)是否回歸到預(yù)設(shè)的參數(shù)區(qū)間，若儲能電池組的工作參數(shù)在預(yù)設(shè)的參數(shù)區(qū)間內(nèi)，則執(zhí)行二級供電策略；若儲能電池組的工作參數(shù)不在預(yù)設(shè)的參數(shù)區(qū)間內(nèi)，則關(guān)閉該儲能電池組。

51、進(jìn)一步的，執(zhí)行二級供電策略時(shí)的過程如下：

52、計(jì)算故障供電單元的儲能上限pc，所依據(jù)的公式如下：

53、pc＝ωn×lb

54、式中，ωn為第n年供電單元的儲能；

55、充電：當(dāng)供電單元的電能容量達(dá)到儲能上限pc的90％時(shí)，開啟供電單元對應(yīng)的電路切換單元，將該供電單元從儲能電池組中剝離，根據(jù)剝離供電單元的數(shù)量，接入相同數(shù)量的備用供電單元；

56、放電：當(dāng)供電單元的電能容量達(dá)到儲能上限pc的80％時(shí)，開啟供電單元對應(yīng)的電路切換單元，將備用供電單元從儲能電池組中剝離，再將充電時(shí)剝離的供電單元接入儲能電池組。

57、(三)有益效果

58、1、本發(fā)明基于autbus的儲能電池管理系統(tǒng)，以autbus網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵜浇椋瑢Σ杉降墓ぷ鲄?shù)進(jìn)行傳輸，能夠提高遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男?，減小丟包率；通過對儲能單元的工作參數(shù)進(jìn)行綜合分析，得到一個(gè)能夠評判供電單元健康狀況的儲能健康預(yù)測值，再根據(jù)得到的儲能健康預(yù)測值，控制電路切換單元的工作狀態(tài)，從而對故障儲能單元進(jìn)行快速且準(zhǔn)確的響應(yīng)，同時(shí)利用電路切換單元的切換效果，減小維修的影響范圍以及維修的難度；

59、2、通過調(diào)取故障供電單元斷開前的工作參數(shù)以及對應(yīng)的儲能健康預(yù)測值gwkt，得到故障供電單元的狀態(tài)評估值unqt，之后再依據(jù)得到的狀態(tài)評估值unqt的大小，調(diào)取對應(yīng)的供電策略，從而充分利用儲能單元，減小經(jīng)濟(jì)與資源的損耗，同時(shí)不會影響儲能電池組以及儲能系統(tǒng)整體的儲能效率；通過先將得到的工作參數(shù)與預(yù)設(shè)的參數(shù)區(qū)間閾值對比，再由儲能功率與工作功率之間的差值，同標(biāo)準(zhǔn)閾值區(qū)間對比，能夠減小所需計(jì)算的工作量；

60、綜上所述，本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對供電單元進(jìn)行全方位評估分析，提高能源利用效率、電池的健康管理與維護(hù)能力，以及儲能電網(wǎng)的穩(wěn)定性評估能力。