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一种液冷一体储能电池管理系统的设计_潘明俊

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第42卷第2期浙江电力Vol.42.No.022023年2月Zhejiang Electric PowerFb25.2023种液冷一体储能电池管理系统的设计潘明俊,魏阳超,王峰,魏阳,李响(南京南瑞继保电气有限公司,南京211102)摘要:随着大容量、高功率密度储能的需求增长,液冷式储能成为行业发展趋势。液冷式电池模组容量大、电芯数量多、系统电压高,对电池管理系统实现电池数据采集、系统控制管理与系统运维功能提出了更高要求。提出了一种基于液冷一体储能系统的电池管理系统,介绍了整个系统通信架构以及各级管理单元的设计,闸述了各单元的功能配置。对比目前市场常见的4种被动均衡方案所存在的局限性,按照外置MOS的方案设计了被动均衡电路,实现了均衡控制并减少了人为补电操作。提出的系统已在实际工程中得到应用,获得了完整充放电循环数据曲线,验证了系统的可实施性。回▣关键词:液冷;电池管理系统;管理单元;被动均衡D01:10.19585/1zidl.202302008开放科学(资源服务)标识码(OSD):台Design of a management system for liquid-cooling integrated energy storage batteryPAN Mingjun,WEI Yangchao,WANG Feng,WEI Yang,LI Xiang(NR Electric Co.,Ltd.,Nanjing 211102,China)Abstract:With the increasing demand for energy storage with large capacity and high power density,liquid-coolingenergy storage has become the development trend of the industry.Featuring large capacity,large number of elec-trodes,and high system voltage,the liquid-cooling battery module makes higher demands on the battery manage-ment system in terms of battery data acquisition,system control management,and system operation and mainte-nance functions.This paper presents a battery management system based on a liquid-cooling integrated energy stor-age system.It introduces the communication architecture of the system and the design of management units at all lev-els and expounds the functional configuration of each unit.Four passive equalization schemes in the market are com-pared conceming their limitations.A passive equalization circuit is developed based on the external MOS to realizethe equalization control and reduce the manual power supply.The proposed scheme has been applied to practical en-gineering.A complete data curve of the charging and discharging cycle has been obtained to verify the practicabilityof the system.Keywords:liquid-cooling;battery management system;management unit;passive equalization0引言量大、电芯数量多、系统电压高,对电池管理系统实现实时电池数据采集、各子系统协调管控与目前主流电池储能系统有风冷和液冷两种。系统便捷运维功能提出很高的要求。液冷PACK常规风冷储能系统需要布置大量的风扇进行散热,(电池包)内的电芯数量大,电芯电量异常会带来并需要布置大面积的散热通道,电池模组需要配较大的补电维护工作量。目前市场上大多的储能置较多的电池机架。液冷式储能可以将原来的电池管理系统仍是针对风冷储能系统,针对液冷小容量模组改成大容量的电池模组,减少占地式储能系统的电池管理系统较少,现有的液冷一面积,从而诚少了储能舱占用的空间。在大力发体储能系统现场运维不便,系统内PACK管理单展储能市场背景下,储能电站容量持续增加,液元需单独下载程序、设置地址,将投入更多运维冷方案凭借制冷效率高、能耗低、容量大等优势,资源。占比快速提升,成为行业发展趋势。本文针对液冷式储能系统应用需求,设计了电池管理系统是储能系统中很重要的环节,一种基于液冷一体储能系统的电池管理系统。通过充、过放、温度异常等都可能影响电池寿命,过控制单元协调控制各子系统,减少了PACK管增加储能系统的维护成本)。液冷式电池模组容理单元程序下载、地址设置等维护工作,并在系(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net60第42卷统内设计蓝牙通信运维,为运维人员提供便捷运象的变电站事件)直通进行组网,控制单元与消防维接口。系统内设计均衡电路减少电池补电工作,系统间通过CAN接口进行通信,水冷系统通过解决液冷储能系统关键问题。RS485接口与控制单元进行通信。另外预留了以1液冷一体储能电池管理系统方案设计太网接口可以连通客户端显示控制单元采集的数据,或者通过手机蓝牙来连通控制单元。1.1系统架构设计本文设计了一款液冷一体储能系统,系统框图如图1所示。整个系统将储能变流器、高压控制水冷PACK管理单元3箱、水冷系统、消防系统与8套液冷PACK集成系统系统于一体。每个液冷PACK上安装一套PACK管理PACK管理单元2单元,系统高压箱控制箱里配置一套控制单元。PACK管理单元I控制单元为系统的控制中枢,负责协调储能变流人机器、水冷系统和消防系统,汇总各液冷PACK的控制单元数据并提供人机交互接口。PACK管理单元8PACK曾理单元7液冷PACK-4PACK管理单元4PACK管理单元(消防水冷系统液冷PACK-3PACK管理单元3PACK管理单元.电池管理系统夜冷PACK-2PACK管理单元2图2管理系统通信组网人机交互Fig.2 Communication network for management system单元控制单元夜冷PACK-1PACK管理单元I液冷一体储能电池管理系统硬件设计控制箱夜冷PACK-8PACK管理单元8根据总体系统设计架构,整个液冷一体储能夜冷PACK-7PACK管理单元7电池管理系统设计了两层装置,第一层为液冷PACK管理单元,第二层为控制单元。控制单元夜冷PACK-6PACK管理单元d安装于高压控制箱内部,并设计有基于手机APP变流器(应用程序)蓝牙通信或者P℃端以太网通信的人机液冷PACK-5PACK管理单元5交互单元。2.1液冷PACK管理单元图1液冷一体储能系统框图液冷PACK与常规风冷PACK相比,PACKFig.1 Block diagram of liquid-cooling integrated energy内部电芯的数量是风冷PACK的34倍,每个storage systemPACK管理单元需要实时监测52个电芯的单体电1.2管理系统通信组网压、单体温度并根据运行状态实时进行均衡管理基于系统设计了液冷电池管理系统的通信组与热管理。每个PACK为系统内独立的最小单元。网,如图2所示。整个电池管理系统主要是两级通每个液冷电池PACK都相应地配置一套信。PACK管理单元间通过以太网线作为媒介形PACK管理单元。设计框图如图3所示。每个成菊花链双环网通信,PACK管理单元首尾的通PACK管理单元支持52节电芯单体电压的采集功信节点连接到控制单元形成第一层通信组网。第能以及各通道的被动均衡功能,同时支持52路全二层为控制单元与各外设之间的通信组网。控制温度采集功能,可以根据工程配置需求设置温度单元与储能变流器之间通过GOOSE(面向通用对采集通道数。实时采集每个电芯的单体电压信息,(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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