高压储能短时功率输出系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理。本发明专利技术通过采用高功率电池体系，经过散热设计、绝缘设计、力学设计，实现了可靠性高功率特性输出；将储能电池系统、高压控制系统、集成控制系统经模块化设计、集成化组装，实现了模块化可扩展集成设计。实现了模块化可扩展集成设计。实现了模块化可扩展集成设计。

【技术实现步骤摘要】
高压储能短时功率输出系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，具体地，涉及一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]适应未来智能化战争的新型高功率武器装备(尤其是电源)的发展面临着长期有效可靠运行要求的挑战，对于兼顾高能量密度高倍率密度的电源体系的需求越来越明显。考虑到未来战争存在着使用环境复杂、地域跨度大、使用频次较多，使用间隔不定等不确定因素，所以如何能够保证高压大功率电源装置在任何地域任何条件下都能够有效长期稳定使用，这包括是否能够保证武器的再次使用，或者能够保证武器使用多长时间，这对于未来战争来说是非常重要的。
[0003]激光武器、车载启动电源、瞬时起重、大型计算数据中心等应用领域强烈需求高压大功率模块电源系统，这些系统共同的需求是本身需要一定能量供给的同时在短时间内需要大电流的输出，采用传统的储能系统倍率放电能力不足，而采用超级电容器等高功率器件则能量密度不足，不能满足应用需求。因此开发高压环境下大功率储能电源系统由其必要性。
[0004]目前民用储能技术已渐趋成熟，其放电倍率一般为0.5C，峰值倍率不超过2C，而高功率系统并没有大规模的示范和能力，采用传统柴油机的模式还是主流，通过电池储能进行高功率系统的开发国内还处于空白。因此通过对高压储能短时功率输出系统技术的开发，研制和建设基于高功率电池开发军民融合型高可靠大功率储能电源系统，针对不同使用环境下短时大电流应用要求，开发高功率系统及其控制系统，具有广阔的应用前景。
[0005]专利文献CN107196419A(申请号：CN201710526492.1)公开了一种提供短时大功率供给的能量存储单元及方法，单相小功率电源(交流或直流，不大于6KW)输入经整流升压装置、DC
‑
DC变换模块和输出整流滤波模块，将电荷送往多个大容量电容模组和中容量电容模组组成的大容量储能器，该过程在几百秒的时间内完成。在大容量储能器储能完成后，可以对外提供单相短时大功率输出，满足电机直驱式操动机构的电源需求。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种高压储能短时功率输出系统及其控制方法。
[0007]根据本专利技术提供的高压储能短时功率输出系统，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；
[0008]所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；
[0009]高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理。
[0010]优选的，所述储能电池系统包括：
[0011]储能模组，由三个1并28串的8Ah高功率磷酸铁锂方壳电池组串联而成；
[0012]控制模块，包括BMU、熔断器和高压开关；
[0013]散热模块，包括水冷板、导热绝缘垫和导热胶；
[0014]储能电池系统产生的热量通过底部水冷板换热降温，通过螺栓将储能模组固定在水冷板上，导热绝缘垫在储能模组与水冷板之间，储能模组与导热绝缘垫之间添有导热胶。
[0015]优选的，所述储能电池系统还包括：
[0016]力学模块，包括钢扎带、模组顶部固定板、固定条、模组固定螺栓和箱体框架；
[0017]绝缘模块，包括模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板和绝缘导热垫；
[0018]通过钢扎带把模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板绑扎起来，使电池组四周都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫进行绝缘；
[0019]所述集成控制系统包括充电机控制箱及其内置的恒流源、配电箱、刹车指控和通信板，所述配电箱、刹车指控和通信板均与恒流源连接。
[0020]优选的，在高压控制系统的高压回路中配置熔断器，对充放电回路进行保护。
[0021]优选的，所述BMS主控单元通过继电器分别控制充放电回路，并配置指示灯和开关按键；
[0022]所述BMS主控单元用于通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，控制电池工作在预设的工况，同时与整机控制系统进行信息交换。
[0023]优选的，所述高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min。
[0024]优选的，所述高压储能短时功率输出系统最大压差告警值为200mV，单体过充告警电压为3.65
±
0.05V，单体电池过放告警值2.70
±
0.05V，充电过流保护值60A，过放保护电流200A，放电高温保护值65
±
3℃，放电低温保护值
‑
20
±
3℃，充电高温保护值45
±
3℃，充电低温保护值0
±
3℃。
[0025]优选的，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的充电命令后，激活储能电池系统中的BMU，根据BMU采集到的电池总电压，高压控制系统充电机控制器确定充电策略；
[0026]高压控制系统充电机控制器将充电电压、充电电流通过CAN发送给充电机，充电机根据接收到的充电策略进行充电，并在充电过程中根据不同的电池总电压更改不同的充电策略，通过监测单体电池电压及实时的充电电流，并通过CAN通信网络与充电机进行信息交互，从而达到最优于电池的充电模式控制，磷酸铁锂电池单体充电截止电压为3.6V，钛酸锂电池单体充电截止电压为2.7V。
[0027]优选的，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的放电命令后，激活储能电池系统中的BMU，BMU控制闭合正预充继电器和负预充继电器，3秒后闭合主负继电器进行预放电，当负载母线达到电池总电压的90％后，关闭正预充继电器和负预充继电器，并打开主正继电器进行放电，磷酸铁锂电池单体放电截止电压为2.5V，钛酸锂电池单体充电截止电压为1.5V；
[0028]高压控制系统中BMS通过接收集成控制系统控制器CAN指令控制储能电池系统中的BMU进行关闭充放电工作，BMS收到关机命令或收到刹车指令后，强制关闭所有充放电继
电器，进入空闲态。
[0029]优选的，储能电池系统的前面板上设有急停开关、通讯接口、总正输出航插、总负输出航插、箱体进水口和箱体出水口。
[0030]优选的，高压控制系统前面板上设有储能电池系统的功率充放电接口、功率放电输出接口、BMU供电接口、CAN通讯接口、电脑调试CAN通讯接口、充电机220V充电接口和冷却水输入输出接口。
[0031]根据本专利技术提供的高压储能短时功率输出系统的控制方法，包括：
[0032]步骤1：监测荷电状态SOC，在预设荷电状态SOC范围内进行充放电；
[0033]步骤2：对温度进行检测，当温度大于45℃时，启动水冷机；当电池温度下降到45度及以下时，开始充放电工作，并在充放电过程中继续冷却；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压储能短时功率输出系统，其特征在于，包括储能电池系统、高压控制系统和集成控制系统；所述高压控制系统包括高压充电机、BMS主控单元；高压充电机的水冷回路与储能电池系统相连，通过高压充电机直接对储能电池系统进行充电；BMS主控单元从集成控制系统取电，通过CAN通讯对储能电池系统进行供电及管理；储能模组，由三个1并28串的8Ah高功率磷酸铁锂方壳电池组串联而成；控制模块，包括BMU、熔断器和高压开关；散热模块，包括水冷板、导热绝缘垫和导热胶；储能电池系统产生的热量通过底部水冷板换热降温，通过螺栓将储能模组固定在水冷板上，导热绝缘垫在储能模组与水冷板之间，储能模组与导热绝缘垫之间添有导热胶；所述储能电池系统还包括：力学模块，包括钢扎带、模组顶部固定板、固定条、模组固定螺栓和箱体框架；绝缘模块，包括模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板和绝缘导热垫；通过钢扎带把模组端绝缘板、模组中间绝缘板、模组侧边绝缘板和电池间绝缘板绑扎起来，使电池组四周都有绝缘板包裹，电池组的底部再用导热绝缘垫进行绝缘；所述集成控制系统包括充电机控制箱及其内置的恒流源、配电箱、刹车指控和通信板，所述配电箱、刹车指控和通信板均与恒流源连接。2.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，在高压控制系统的高压回路中配置熔断器，对充放电回路进行保护。3.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述BMS主控单元通过继电器分别控制充放电回路，并配置指示灯和开关按键；所述BMS主控单元用于通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，控制电池工作在预设的工况，同时与整机控制系统进行信息交换。4.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述高压储能短时功率输出系统冷却方式为水冷，且入水口温度为24℃～26℃，入水口流量为2.5L/min。5.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，所述高压储能短时功率输出系统最大压差告警值为200mV，单体过充告警电压为3.65
±
0.05V，单体电池过放告警值2.70
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0.05V，充电过流保护值60A，过放保护电流200A，放电高温保护值65
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3℃，放电低温保护值
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20
±
3℃，充电高温保护值45
±
3℃，充电低温保护值0
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3℃。6.根据权利要求1所述的高压储能短时功率输出系统，其特征在于，高压控制系统中BMS收到集成控制系统的充电命令后，激活储能电池系统中的BMU，根据BMU采...

【专利技术属性】
技术研发人员：余洋，黄军，许东，郭文涛，闵凡奇，刘新伟，安石峰，王亮，黄家俊，熊文波，韩修远，黄嘉烨，王德佳，罗伟林，黄玉良，郭之泓，万烨，袁百玲，邵雷军，刘辉，
申请(专利权)人：上海动力储能电池系统工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：