用于储能系统电池管理优化的方法及电池安全管理系统

技术领域

本发明涉及电力储能技术领域，特别涉及一种用于储能系统电池管理优化的方法。此外，本发明还涉及一种电池安全管理系统。

背景技术

在化学电池的储能系统中，电池系统是由电芯并联串联组合形成模组，由1-n个模组形成一个插箱，由m个插箱组成一个电池簇。根据储能产品不同，每个储能产品中包含1-a个电池簇。在储能系统中，有电池管理系统BMS(Battery Management System)负责电池全寿命运行过程中的安全监测与保护。

在储能系统运行过程中，BMS实时监测电芯各类实时数据与报警阈值，识别当前电池系统的安全故障等级，根据故障等级做出相应的安全处理措施。例如发出不同等级的告警时，可采取不动作、控制系统停机并在告警解除后自动恢复、或者故障恢复并等待手动确认后系统运行。

现有的储能系统，一般要求寿命在10年以上，在储能系统的全寿命运行期间，BMS的告警判断对电芯的安全起着至关重要的作用。但是，在储能系统全寿命周期内，随着系统中电芯特性的变化，电芯一致性、电芯容量会发生变化，而BMS的告警阈值参数不能自动变化，需要运维人员根据经验去做调整。这样，就会导致可能的安全隐患，告警阈值参数调整不及时引起系统故障不能及时告警判断，手动设置的参数也可能不是与电芯当前状态最佳匹配的参数。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于储能系统电池管理优化的方法，以便于及时对储能系统中电池管理系统的告警阈值参数进行优化配置，从而利于储能系统的安全运行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于储能系统电池管理优化的方法，建立电池的告警阈值参数预估算法模型，将所述储能系统的规格、电芯类型、运行情况的信息数据作为所述告警阈值参数预估算法模型的输入，计算生成新的告警阈值参数，以覆盖所述储能系统的电池管理系统中原有的告警阈值参数；由所述电池管理系统基于新的所述告警阈值参数对所述储能系统进行监控管理。

进一步的，所述告警阈值参数预估算法模型的数据存储于所述储能系统的EMS控制器内；所述EMS控制器与云端数据平台连接，并接受所述云端数据平台对所述告警阈值参数预估算法模型的更新。

进一步的，所述运行情况的信息数据至少包括所述储能系统的运行时长和充放电次数。

进一步的，所述告警阈值参数包括模组电压、充电电流、放电电流、充电单体温度、单体温差、绝缘电阻、单体电压、模组温差、放电单体温度的报警上下限值和回差值中的至少一种。

进一步的，所述电池管理系统被配置为一级BMS和二级BMS；所述一级BMS用于电芯的电压、温度、SOC、SOH的信息采集，以及模组内的数据处理；

所述二级BMS用于电池簇的数据统计、数据告警阈值判断与监测，所述告警阈值参数位于所述二级BMS内，所述二级BMS基于所述告警阈值参数监控所述电池簇的运行情况，并发出相应的报警动作。

进一步的，所述告警阈值参数包括一级告警阈值参数、二级告警阈值参数和三级告警阈值参数，且各级的告警阈值参数对应的报警严重程度逐级增加。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的用于储能系统电池管理优化的方法，通过建立电池的告警阈值参数预估算法模型，利用该算法模型和储能系统的相关信息数据计算生成新的告警阈值参数，以供电池管理系统使用，从而可优化调整储能系统的告警阈值参数，实现对电芯特性的良好匹配，利于储能系统的安全运行。

此外，为电池安全管理系统中的电池管理系统设置EMS控制器，由EMS控制器来存储和计算调整电池管理系统的告警阈值参数，并接受来自云端数据平台的告警阈值参数预估算法模型的更新数据，可基于大数据获得更适合当前储能系统运行情况的算法模型，从而生成与电池特性更为匹配的告警阈值参数，有助于储能系统运行状态的改善。

另外，本发明还提供了一种电池安全管理系统，包括储能系统以及设于所述储能系统中的电池管理系统；所述电池安全管理系统还包括与所述电池管理系统通信连接的EMS控制器，所述EMS控制器中设有储能系统信息存储单元、BMS告警阈值存储模块、电池预估算法模型存储模块和运算模块；所述储能系统信息存储单元用于存储所述储能系统的规格、电芯类型、运行情况的信息数据；所述BMS告警阈值存储模块用于存储电池管理系统的告警阈值参数；所述电池预估算法模型存储模块用于存储所述告警阈值参数的调整计算模型数据；

所述运算模块基于所述调整计算模型以及所述储能系统信息存储单元中的信息数据生成新的所述告警阈值参数，并存储至所述BMS告警阈值存储模块内；所述电池管理系统获取所述BMS告警阈值存储模块内的所述告警阈值参数以覆盖原有的所述告警阈值参数。

进一步的，所述储能系统信息存储单元包括基本信息存储模块和运行信息存储模块，所述基本信息存储模块用于存储所述储能系统的规格、电芯类型的信息数据，所述运行信息存储模块用于存储所述储能系统的运行情况的信息数据。

进一步的，所述EMS控制器配置有外部通讯端口，所述EMS控制器通过所述外部通讯端口与外部通讯连接，以更新所述电池预估算法模型存储模块中的数据。

进一步的，所述储能系统配置有储能变流器，所述储能变流器接受所述EMS控制器的控制，执行对所述储能系统的充放电动作。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的电池安全管理系统，为电池安全管理系统中的电池管理系统设置EMS控制器，由EMS控制器来存储和计算调整电池管理系统的告警阈值参数，可及时根据储能系统的自身性能、运行情况等信息调整告警阈值参数，从而对储能系统中电池管理系统的告警阈值参数进行优化配置，利于储能系统的安全运行。

此外，基于储能系统的规格、功率大小、电芯类型等基本信息，以及储能系统的运行时长、充放电次数等运行信息，来对储能系统的告警阈值参数进行优化调整，不仅可在EMS控制器的电池预估算法模型存储模块支持下顺利完成计算，且可提高优化响应速度，改善储能系统的告警阈值参数的调整灵活性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的用于储能系统电池管理优化的方法的步骤流程示意图；

图2为本发明实施例二所述的电池安全管理系统的系统构成示意图；

图3为本发明实施例所述的EMS控制器的内部构成示意图；

附图标记说明：

1、EMS控制器；10、储能系统信息存储单元；11、BMS告警阈值存储模块；101、基本信息存储模块；102、运行信息存储模块；12、电池预估算法模型存储模块；13、外部通讯端口；14、运算模块；15、外部设备；

2、储能系统；

3、云端数据平台；30、通讯网络；

4、储能变流器；5、电池管理系统；

601、一级告警阈值参数；602、二级告警阈值参数；603、三级告警阈值参数。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，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，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，本发明所提到的储能变流器系指PCS(Power Conversion System)；EMS系指能量管理系统，EMS控制器是指用于能量管理系统控制管理的边缘端控制器。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种用于储能系统电池管理优化的方法，可优化调整储能系统的告警阈值参数，实现对电芯特性的良好匹配，利于储能系统的安全运行；其一种示例性步骤流程如图1所示。

整体而言，该方法首先建立电池的告警阈值参数预估算法模型，将储能系统2的规格、电芯类型、运行情况的信息数据作为告警阈值参数预估算法模型的输入，计算生成新的告警阈值参数，以覆盖储能系统2的电池管理系统5中原有的告警阈值参数。进而由电池管理系统5基于新的告警阈值参数对储能系统2进行监控管理。

其中，可以为将储能系统2配置EMS控制器1，以协同储能系统2的电池管理系统5工作，监控电池管理系统5的运行状态，并汇集由电池管理系统5采集的电池相关数据。此时，可以将告警阈值参数预估算法模型的数据存储于EMS控制器1内；同时，EMS控制器1与云端数据平台3连接，并接受云端数据平台3对告警阈值参数预估算法模型的更新数据，实现对模型的不断更新优化。

接受来自云端数据平台3的告警阈值参数预估算法模型的更新数据，可基于大数据获得更适合当前储能系统2运行情况的算法模型，从而生成与电池特性更为匹配的告警阈值参数，有助于储能系统2运行状态的改善。

在建立或者更新告警阈值参数预估算法模型时，需要根据储能系统2的运行情况的相关数据做对应的配置，这些运行情况的信息数据至少应包括储能系统2的运行时长和充放电次数等，以和储能系统2的运行情况更佳匹配。

上述的告警阈值参数可以包括模组电压、充电电流、放电电流、充电单体温度、单体温差、绝缘电阻、单体电压、模组温差、放电单体温度等各类电芯参数，进而包括这些参数的报警上下限值和回差值等，从而实现对储能系统2的全面监控和报警控制。

在电池管理系统5的配置中，本实施例的电池管理系统5设置两个层级，包括一级BMS和二级BMS。其中，一级BMS用于电芯的电压、温度、SOC、SOH的信息采集，以及模组内的数据处理；二级BMS用于电池簇的数据统计、数据告警阈值判断与监测，告警阈值参数位于二级BMS内，二级BMS基于所述告警阈值参数监控所述电池簇的运行情况，并发出相应的报警动作。

此外，上述的告警阈值参数设置有三级，包括一级告警阈值参数601、二级告警阈值参数602和三级告警阈值参数603；而且各级的告警阈值参数对应的报警严重程度逐级增加。针对不同等级的告警阈值参数被触发的情况，电池管理系统5可对储能系统2做出相应的警示或防护动作。

综上所述，本发明的用于储能系统电池管理优化的方法，通过建立电池的告警阈值参数预估算法模型，利用该算法模型和储能系统2的相关信息数据计算生成新的告警阈值参数，以供电池管理系统5使用，从而可优化调整储能系统2的告警阈值参数，实现对电芯特性的良好匹配，利于储能系统2的安全运行。

实施例二

本实施例涉及一种电池安全管理系统，其便于及时对储能系统2中电池管理系统5的告警阈值参数进行优化配置，从而利于储能系统2的安全运行；该电池安全管理系统的其一种示例性系统构成如图2和图3所示。

整体而言，该电池安全管理系统包括储能系统2、以及设于储能系统2中的电池管理系统5；同时电池安全管理系统还包括与电池管理系统5通信连接的EMS控制器1。EMS控制器1中设有储能系统信息存储单元10、BMS告警阈值存储模块11、电池预估算法模型存储模块12和运算模块14；储能系统信息存储单元10用于存储储能系统2的规格、电芯类型、运行情况的信息数据；BMS告警阈值存储模块11用于存储电池管理系统5的告警阈值参数；电池预估算法模型存储模块12用于存储告警阈值参数的调整计算模型数据；运算模块14基于调整计算模型以及储能系统信息存储单元10中的信息数据生成新的告警阈值参数，并存储至BMS告警阈值存储模块11内；电池管理系统5获取BMS告警阈值存储模块11内的告警阈值参数以覆盖原有的告警阈值参数。

基于上述的设计思想，下面详细阐述本实施例的具体实施方案。

如图3所示，储能系统信息存储单元10包括基本信息存储模块101和运行信息存储模块102；其中，基本信息存储模块101用于存储储能系统2的规格、电芯类型的信息数据，运行信息存储模块102用于存储储能系统2的运行情况的信息数据。并且，上述运行情况的信息数据至少应该包括储能系统2的运行时长和充放电次数等基本内容，以便于为新的告警阈值参数的确定提供准确的依据。

基于储能系统2的规格、功率大小、电芯类型等基本信息，以及储能系统2的运行时长、充放电次数等运行信息，来对储能系统2的告警阈值参数进行优化调整，不仅可在EMS控制器1的电池预估算法模型存储模块12支持下顺利完成计算，且可提高优化响应速度，改善储能系统2的告警阈值参数的调整灵活性。

另外，本实施例的电池管理系统5设置有两级，包括一级BMS和二级BMS；一级BMS用于电芯的电压、温度、SOC、SOH的信息采集，以及模组内的数据处理；二级BMS用于电池簇的数据统计、数据告警阈值判断与监测，告警阈值参数位于二级BMS内。电池管理系统5配置为两级，以分别对进行储能系统2中电芯的状态数据采集和告警判断监控，可改善电池管理系统5的运行性能。

上述的告警阈值参数设置于二级BMS中，而二级BMS中的告警阈值参数由EMS控制器1中的BMS告警阈值存储模块11内读取更新。如图2并结合图3所示，本实施例的告警阈值参数包括一级告警阈值参数601、二级告警阈值参数602和三级告警阈值参数603，且各级的告警阈值参数对应的告警严重程度逐级增加。将告警阈值参数配置为告警程度逐级增加的三级，可针对储能系统2的告警程度情况，及时进行相应的控制防护手段。

具体来说，一级告警阈值参数601、二级告警阈值参数602和三级告警阈值参数603的告警严重性逐级增加，每级告警都有各类参数的告警判断阈值参数。在告警阈值参数中，包含的告警阈值参数一般有：组端电压报警上限值/下限值/回差值、充电电流过流报警值/回差值、放电电流报警值/回差值、充电单体温度过温报警上限值/下限值/回差值、单体温差报警限值、绝缘电阻低报警值、单体电压报警上限值/下限值/回差值、模块温差报警上限值/回差值、放电单体温度报警上限值/下限值/回差值等。

在储能系统2的运行过程中，电池管理系统5实时监测各电芯的各类实时数据与报警阈值，识别当前储能系统2的安全故障等级，根据故障等级做出相应的安全处理措施。例如，当一级告警阈值参数601被触发而发出告警时，一般不动作；当二级告警阈值参数602被触发而发出告警时，一般控制系统停机，待告警解除后自动恢复；当三级告警阈值参数603被触发而发出告警时，一般控制系统跳机，故障恢复必须等待手动确认解除，方可手动启动系统运行。

此外，储能系统2配置有储能变流器4，储能变流器4接受EMS控制器1的控制执行对储能系统2的充放电动作。在储能系统2内设置储能变流器4，可控制对储能系统2的充放电状态，并可在告警等级达到对应等级时，由储能变流器4及时执行禁充/禁放动作。在相关的告警发生时，也可控制储能变流器4对储能系统2中的各电芯进行充满/放空操作，或者控制储能变流器4对储能系统2做禁充/禁放处理。

如图2所示，EMS控制器1配置有外部通讯端口13，EMS控制器1通过外部通讯端口13与外部通讯连接，以调整电池预估算法模型存储模块12中的数据。为EMS控制器1配置外部通讯端口13，从而实现EMS控制器1与外部数据平台或读写设备的连接，便于及时更新调整电池预估算法模型存储模块12中的模型数据。上述的外部设备15可以是笔记本、或者其它的用于EMS控制器1中相关参数数据读取和写入的设备。

此外，还可以设置云端数据平台3，并让EMS控制器1与云端数据平台3通过通讯网络30连接。利用云端数据平台3，可存储大量储能系统2的运行数据信息，进而可基于人工智能算法不断优化告警阈值参数的调整计算模型，从而针对不同的储能系统2提供最适宜的调整计算模型。通过大数据云平台的电芯寿命预估算法，融合系统运行工况、用户使用习惯等因素，综合得出系统当前最佳的储能系统2的告警阈值参数，具有良好的运行效果。

本实施例的电池安全管理系统当然可以只包含一套储能系统2，也可以包含多套储能系统2。本实施例的电池安全管理系统中设有多个储能系统2，各储能系统2的电池管理系统5均与EMS控制器1通信连接。为多个储能系统2配置一个EMS控制器1，可同时对多个储能系统2进行运行管理和监控，并针对储能系统2的运行情况及时调整储能系统2的告警阈值参数，实现各储能系统2的安全稳定运行。

综上所述，本实施例的电池安全管理系统，为电池安全管理系统中的电池管理系统5设置EMS控制器1，由EMS控制器1来存储和计算调整电池管理系统5的告警阈值参数，可及时根据储能系统2的自身性能、运行情况等信息调整告警阈值参数，从而对储能系统2中电池管理系统5的告警阈值参数进行优化配置，利于储能系统2的安全运行。

对于电池管理系统5中告警阈值参数的动态优化方法，可以在运行过程中，基于人工智能算法模型，进行自学习的自动优化，实现随着运行工况、负荷习惯、电网特性、电芯寿命的变化，实时得出当前最佳的告警阈值参数匹配，并基于本发明的电池安全管理系统加以实时更新优化实施。而在EMS控制器1中实现上述的过程，可提高优化响应速度，且告警阈值参数的配置使用更为灵活。

通过动态优化调整储能系统2的告警阈值参数，实现对电芯特性的最佳匹配，可以提高电芯运行的安全性，并延长电芯寿命；并且，有利于降低储能系统2安全事故的发生，延长系统寿命，从而提高用户收益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。