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储能电站中电池管理系统的研究

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：赵喜奎

[导读] 摘要：本文研究了储能电站中的电池管理系统解决了目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。

        (大唐黑龙江新能源开发有限公司黑龙江哈尔滨 150000)
        摘要：本文研究了储能电站中的电池管理系统解决了目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。
        1 引言
        “储能电站”是现代化城市为节约和调度电能而建立的一种小型电站。据估算，一个由20个电池模块组成的兆瓦级 “储能电站”，可满足若干个居民小区或多幢商务楼宇一天的非动力用电之需。储能电站不仅可以应对电网中断或大面积停电等突发事件，而且可以起到对电能“削峰填谷”的调节作用。在电能富余时将电能存储，电能不足时将存储的电能逆变后向电网输出。它具备能量转化效率高，绿色环保无污染等众多优势，同时，对于电网的安全运行及发电厂的科学建设也有着相当重要的意义。
        关键词：储能电站电池管理系统削峰填谷提高电能质量
        2 储能电站中电池管理系统的技术路线
        2.1主要技术原理
        储能站接在升压变压器低压侧0.4KV处接入，主要考虑削峰填谷、提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能应用。主要由蓄电池、蓄电池管理系统（BMS）、能量转换系统（PCS）、储能站监控系统等组成。储能站将实现提高电能质量、孤网运行、配合新能源接入等功能。提高电能质量通过有功、无功功率控制等手段实现，有功控制是指通过储能站监控系统接收来自远方调度的有功控制指令，或按照就地频率测量以及对频率调整的需求来控制电池系统充、放电状态；无功控制是指通过储能站监控系统接收来自远方调度的无功控制指令对PCS进行控制。孤网运行是指按照设定的条件脱离主网,在容量范围内为部分负荷提供符合电网电能质量要求的电能。与新能源配合是指储能站与站内的光伏、风电等系统配合，平衡间歇式能源的输出，为电网提供高质量电能。储能电池堆使用寿命不小于30年（按照每天充放电一次计），或充放电循环寿命不小于18000次。
        2.2 主要技术路线
        电池管理系统无论在储能电站充电过程中还是放电过程中都能可靠的完成电池状态的实时监控和故障诊断，并通过总线的方式告知PCS或储能站监控系统，以便采用更加合理的控制策略，对蓄电池可能出现的故障进行报警并保护其本体，对蓄电池单体及模块的运行进行优化控制，保证蓄电池安全、可靠、稳定的运行。为了储能电站的运行需要，电池管理系统按照如下的方案进行设计和实现。
        1.电池基本参数
        2.储能电站需单体电芯数量：（1*4*12）*（2*25）*10*2=48000节
        3.单体电芯标称电压：2.3V
        4.单体电芯标称容量：50AH
        5.储能电站额定直流电压：27.6*25=690V
        6.电池类型：锂离子电池
        7.电池组保护参数及报警阀值
        8.运行模式：储能电站充电及放电
        2.3储能电站中电池管理系统结构图
        如下图1所示。该系统由主控制模块（BCU）、中间控制模块（MBCU）和最小测控模块（LBCU）组成。LBCU模块通过内部CAN总线与MBCU通信。MBCU模块通过CAN总线与BCU通信。BCU与PCS通过CAN总线通信，与监控系统通过RS232通信（如储能电站监控系统为以太网接口，则主板相应增加以太网模块）。

        2.4电池管理系统控制模块（BCU）组成
        1.电源变换：利用220V供电，通过电源变换器得到3路隔离电源，输出电压均为5V，但有功率和耐压得区别，所以不能混用。
        2.指示灯：包括电源指示灯和运行状态指示灯。反映出系统各个模块是否正常运行。
        3.看门狗：采用硬件看门狗。
        4.存储器：一个记录系统参数，一个记录运行数据。
        5. 运行参数存储器记录数据：运行历史记录，故障记录，运行数据和故障记录按页分段，一页未写满，下一记录另起一页。
        6. 历史记录方式：每2分钟（时间可调）记录一条运行记录至历史数据地址，记录满后，将历史记录满标志置位，并在从第0开始覆盖以前记录。
        7. 故障记录方式：当出现故障的时候，写一条记录，如果故障未恢复也未变化，则每隔3分钟记录一条，如果故障变化，则出现新的故障就记录一条。
        8. 系统时钟：用于提供系统记录数据的发生时间，也可用于自放电的处理。
        9. 高压电路控制保护模块：由于储能电站电压较高（达到700V以上），故单独设计高压电自动断路控制器模块，实时监控高压电路的电气状态，在发现异常后通过状态线输出故障状态并作出相应的动作，在系统短路或其他危险的情况下自动切断高压电输出，用以保证系统安全。
        10.绝缘检测：检测动力电池与储能电站外壳之间的绝缘电阻，并按照国家电动汽车GS/T 18384.1~ 18384. 3-2001相关标准对绝缘进行分级表。
        11.电流SOC：读取MBCU反馈回来的电流数据，完成电流的测量和AH累计。SOH估算：根据系统采集参数及电池初始参数估算SOH。
        12. 内阻估算：根据系统采集参数估算电池内阻。
        13. 内部CAN：用于组建内部MBCU网络，该网络由10个MBCU系统组成，用于接收MBCU所采集到的信息，并下发各种指令。
        14. CAN1：用于与PCS之间通讯，将电池的重要参数或事件传送至PCS。
        15. RS—485：主控模块和测控模块之间的通讯接口；B解码器和CPU通信。
        16. RS—232：用于与储能电站监控系统连接，进行数据监控或用户程序下载及参数修改。
        3 总结
        本文研究了储能电站中的电池管理系统的技术原理、技术路线及组成。改善了目前的储能电站使用的电池管理系统还存在可靠性差、电能质量不高的问题。解决了在用电低谷期储存富余的电，在用电高峰期调度使用，从而减少电能浪费及线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。
        参考文献：
        1.牛赛储能技术研究及其在智能电网中的应用郑州大学，2011
        2.项宏发高安全性锂离子电池电解质研究中国科学技术在大学，2009
        3.袁永军纯电动汽车用电池管理系统研究上海，同济大学，2009