电池数据分布式存储系统及电化学储能电站电池管理系统 |
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| 申请号 | CN202211441204.X | 申请日 | 2022-11-17 | 公开(公告)号 | CN118051172A | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 许昌许继软件技术有限公司; 许继集团有限公司; 许继电气股份有限公司; | 发明人 | 谢青松; 徐军; 张鹏远; 张鹏; 王法宁; 阮仕双; 王卫星; 陈玉玺; 岳帅; 苑军军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 电池 数据分布式存储系统，以及使用该系统的电化学储能电站 电池管理系统 ，属于数据存储技术领域。电池数据分布式存储系统采用电池数据存储单元、电池簇数据存储单元、电池系统数据存储单元的三级存储架构，分别用于存储基本电池单元、电池簇和电池系统的电池数据，并且电池数据存储单元与电池簇数据存储单元之间、电池簇数据存储单元与电池系统数据存储单元之间采用数据传输连接，用于按照基本电池单元、电池簇、电池系统的顺序上传原始数据和/或处理后数据，实现对电池数据的精细化管理，同时大幅度减小了因某一个装置的数据存储机制失效或者装置故障，而导致数据丢失的概率，即提高了数据存储的可靠性， 支撑 运维和故障分析工作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电化学储能电站电池数据分布式存储系统，其特征在于，所包括电池系统数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池数据存储单元；所述电池数据存储单元，用于存储获取的基本电池单元原始数据，与所述电池簇数据存储单元数据传输连接；所述电池簇数据存储单元，用于存储基本电池单元数据和电池簇原始数据，与所述电池系统数据存储单元数据传输连接，所述基本电池单元数据为由所述电池数据存储单元上传的基本电池单元原始数据和/或所述基本电池单元原始数据经处理后的数据；所述电池系统数据存储单元，用于存储电池簇数据和电池系统原始数据，所述电池簇数据为由所述电池簇数据存储单元上传的电池簇原始数据和/或所述电池簇原始数据经处理后的数据。 |
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| 说明书全文 | 电池数据分布式存储系统及电化学储能电站电池管理系统技术领域[0001] 本发明涉及一种电池数据分布式存储系统，以及使用该电池数据分布式存储系统的电化学储能电站电池管理系统，属于数据存储技术领域。 背景技术[0002] 电力系统是一个稳态平衡的系统，发电站发电功率的总和需要与用户端用电功率总和相等，如果两者之间不一致，会造成整个电力系统的不稳定或故障。储能电站则是利用电能与其他能量之间的转换在电力能源与电力需求之间进行调节缓冲，从而调节电力系统峰谷用电问题。根据电能转换成其他的能源形式，一般储能电站分为电化学储能电站和抽水储能电站。 [0003] 电化学储能电站是采用电化学电池作为储能元件，可进行电能存储、转换及释放的电站。储能电站在运行过程中会产生大量的电池数据，包括电压、温度等电池采集数据，电压越限、温度越限等告警数据，接触器、断路器位置等状态数据，以及其他相关数据。这些数据对于储能电站的安全稳定运行及问题原因分析至关重要，将这些数据进行分类、分层存储及管理，为储能电站运维和科研人员研究提供高效数据支撑，是储能电站的一项重要工作。 [0004] 目前电化学储能电站的电池管理系统(BMS)一般为三级架构，包括电池管理单元(BMU)、电池簇管理单元(BCU)和电池系统管理单元(BSU)，一个电池堆配置1台BSU，1台BSU连接N台BCU，一台BCU连接N台BMU，架构见附图1所示。这用该架构的储能电站的数据存储主要由储能监控与能量管理系统(EMS)和电池管理系统(BMS)来完成。其中BMU负责电池电压、温度等数据采集，并将数据上送至BCU；BCU汇总其所连接的BMU数据及自身数据，并上送至BSU；BSU完成电池系统数据存储，并将部分数据上送EMS，EMS也要进行数据存储。 [0005] 采用该数据存储方式主要存在以下问题：数据由BMS的BSU及EMS来存储，一方面，BSU对电池堆数据及BMU、BCU上送的关于电池单体、电池簇的所有种类数据进行周期性存储，BSU向EMS上送电池堆数据，也上送部分种类的电池单体、电池簇数据，并非把所有种类的电池单体和电池簇数据都上送EMS。另一方面，目前储能电站运维人员主要依据BMS存储的电池数据对电池进行维护，一旦BSU数据存储机制失效或者装置故障，导致无法存取数据，则造成储能电池的维护失去数据支撑。更严重的情况下，如果储能电站发生安全事故，需要进行事故分析，则无法找到数据分析来源。 发明内容[0006] 本发明的目的是提供一种数据存储全面、安全可靠的电化学储能电站电池数据分布式存储系统，还提供一种使用该存储系统的储能电站电池系统。 [0007] 为了解决上述发明目的，本发明提供了一种电化学储能电站电池数据分布式存储系统，所包括电池系统数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池数据存储单元；所述电池数据存储单元，用于存储获取的基本电池单元原始数据，与所述电池簇数据存储单元数据传输连接；所述电池簇数据存储单元，用于存储基本电池单元数据和电池簇原始数据，与所述电池系统数据存储单元数据传输连接，所述基本电池单元数据为由所述电池数据存储单元上传的基本电池单元原始数据和/或所述基本电池单元原始数据经处理后的数据；所述电池系统数据存储单元，用于存储电池簇数据和电池系统原始数据，所述电池簇数据为由所述电池簇数据存储单元上传的电池簇原始数据和/或所述电池簇原始数据经处理后的数据。 [0008] 本发明的电化学储能电站电池数据分布式存储系统，采用由小到大分级设置的电池数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池系统数据存储单元的三级存储架构，分别针对基本电池单元(单体电池或电池插箱)、电池簇和电池系统进行配置，三级存储架构设计与电池系统架构相对应，一个电池系统数据存储单元可以对应设置若干个电池簇数据存储单元，一个电池簇数据存储单元可以设置若干个电池数据存储单元，对电池系统、电池簇和基本电池单元所产生的数据进行分层、分级、分类存储，实现了对电池数据的精细化管理。同时大幅度减小了因某一个装置的数据存储机制失效或者装置故障，而导致数据丢失的概率，即提高了数据存储的可靠性，支撑运维和故障分析工作。 [0009] 本发明的电池数据分布式存储系统中，电池数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池系统数据存储单元可以单独设置相应的存储设备，也可以分别整合在现有技术中的电池管理单元(BMU)、电池簇管理单元(BCU)和电池系统管理单元(BSU)所对应的设备中，以降低设备的复杂性，提高数据存储和传输的效率。 [0010] 本发明的电池数据分布式存储系统中，电池数据存储单元与电池簇数据存储单元之间、以及电池簇数据存储单元与电池系统数据存储单元之间的数据传输连接，可以保证不同存储单元之间可以进行数据传输。这种数据传输连接可以单独设置独立的连接方式，也可以利用现有技术中电池管理单元(BMU)、电池簇管理单元(BCU)和电池系统管理单元(BSU)之间的连接方式。这种数据传输连接可以采用有线连接(例如网线、光纤等)，也可以使用无线连接(例如5G、WIFI、ZigBee等)。 [0011] 本发明的电池数据分布式存储系统中，电池数据主要涉及单体电池或电池插箱的电压、温度和电池PACK电压、温度等原始数据，这些数据存储在电池数据存储单元中，并且通过数据传输连接上送至电池簇数据存储单元进行存储。电池簇数据主要涉及电池簇电压、电流、温度、开关状态等原始数据，这些数据存储在电池簇数据存储单元中，并且通过数据传输连接上送至电池系统数据存储单元进行存储。电池系统存储数据主要涉及开关状态、环境温湿度、消防状态等原始数据，这些数据存储在电池系统数据存储单元中。 [0012] 上述电池存储数据和电池簇存储数据可以根据实际需求进行处理，例如多个基本电池单元所产生的单体电池电压、温度等原始数据，整合后进行处理成为基本电池单元数据的一部分，存储在电池簇数据存储单元中；再例如多个电池簇所产生的电池簇电压、电流、温度、开关状态等原始数据，整合后进行处理成为电池簇数据的一部分，存储在电池系统数据存储单元中。数据的处理可以由能够获得相应数据的单独设备提供，也可以整合在相应的数据存储单元相应的设备中。 [0013] 本发明的电池数据分布式存储系统中，还可以采用四级存储架构，即在上述三级存储架构的基础上，增加储能电站数据存储单元，与所述电池系统数据存储单元数据传输连接，用于存储由电池系统数据存储单元上传的电池系统原始数据和/或所述电池系统原始数据经处理后的数据。 [0014] 作为进一步优化的方案，无论是三级存储架构还是四级存储架构，下级存储单元产生的数据(包括原始数据和处理后的数据)不仅向上一级存储单元上传，还可以继续向更上一级的存储单元上传并存储，最终汇总至最高级的存储单元，三级存储架构中汇总至电池系统数据存储单元，四级存储架构中汇总至储能电站数据存储单元，以保证底层数据和中间处理数据存储的完整性，例如在四级存储架构中，储能电站数据存储单元可以接收电池系统数据存储单元上传的电池数据，包括单体电池、电池插箱、电池簇、电池堆等完整数据。 [0015] 作为进一步优化的方案，关于原始数据的处理，可以采用单独的数据处理装置进行数据处理，每个数据存储单元或每级数据存储单元配备一个独立的数据处理装置，或者整个数据存储架构配备一个统一的数据处理装置，当然也可以将数据处理模块与相应的数据存储单元整合至一个设备当中，以提高数据存储、处理和传输的整体效率。例如，电池簇数据存储单元包括数据存储模块和数据处理模块，所述数据存储模块用于存储所述电池簇原始数据和基本电池单元数据，所述数据处理模块用于处理由所述电池数据存储单元上传的电池原始数据。再例如，电池系统数据存储单元包括数据存储模块和数据处理模块，所述数据存储模块用于存储所述的电池系统原始数据和电池簇数据，所述数据处理模块用于处理由所述电池簇数据存储单元上传的电池簇原始数据。 [0016] 本发明采用的电池数据分布式存储系统，电池数据可以实现分类、分级存储，还可以根据数据类型和实际工程需要，设置不同的存储周期。当电池处于充放电时，数据存储周期较短，当电池静置时，数据存储周期较长，提高电池数据存储的价值，降低数据存储压力。数据存储周期的设置，一是为了降低数据存储压力，二是为了提高数据价值。充放电时，电池电压、温度、电流等物理量变化速率明显高于电池静置时。尤其在完整充放电周期的起始端和末端，电池电压变化较快，事故发生的概率明显提高，此时提高数据存储频率，可为事故后分析提供更有价值的数据支撑。而电池静置时，电池的电压、温度、电流等数据量几乎不变或变化缓慢，危险性很小，可以降低存储频次，减少无用数据，同时也降低存储压力。 [0017] 本发明采用的电池数据分布式存储系统，可以根据存储故障情况设置数据存储策略。发生存储故障时一般会采用故障录波器进行处理，故障录波是一种基于故障录波信息的调度端电网故障诊断系统，故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较、对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。发生存储故障后，故障录波器可以从相应的数据存储单元中调取故障发生时、故障发生前和故障发生后的数据，以便对发生故障的原因进行分析。当出现电池系统故障时，如由于过压、欠压等导致电池系统回路断开，则可通过获取电池系统数据存储单元中的告警信息和电池单体数据进行电压变化率的分析，通过电压变化率等参数判断电池可继续使用或者需要更换。如果电池系统数据存储单元数据丢失，则可继续向下一级电池簇数据存储单元获取数据，依次类推。同时故障录波功能也可集成在数据存储单元中，由数据存储单元直接生成录波文件，便于调取分析。 [0018] 本发明还提供了一种电化学储能电站电池管理系统，包括电池系统管理单元(BSU)、电池簇管理单元(BCU)、电池管理单元(BMU)和电池数据分布式存储子系统，所述电池数据分布式存储子系统包括电池系统数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池数据存储单元；所述电池数据存储单元，用于存储从所述电池管理单元(BMU)获取的基本电池单元原始数据，与所述电池簇数据存储单元数据传输连接；所述电池簇数据存储单元，用于存储基本电池单元数据和从电池簇管理单元(BCU)获取的电池簇原始数据，与所述电池系统数据存储单元数据传输连接，所述基本电池单元数据为由所述电池数据存储单元上传的基本电池单元原始数据和/或所述基本电池单元原始数据经处理后的数据；所述电池系统数据存储单元，用于存储电池簇数据和从电池系统管理单元(BSU)获取的电池系统原始数据，所述电池簇数据为由所述电池簇数据存储单元上传的电池簇原始数据和/或所述电池簇原始数据经处理后的数据。 [0019] 本发明的电化学储能电站电池管理系统，其中的电池数据分布式存储系统也可以采用四级架构，增加储能电站数据存储单元；关于原始数据的处理，也可以采用单独的数据处理装置进行数据处理，或者将数据处理模块与数据存储单元整合至一个设备当中，以提高数据存储、处理和传输的整体效率。 [0020] 本发明的电化学储能电站电池管理系统，同样可以根据数据类型和实际工程需要，设置不同的存储周期，也可以根据存储故障情况设置数据存储策略。 [0021] 本发明的电化学储能电站电池管理系统中，各级的管理单元和数据存储单元均可以设置单独的设备，也可以采用整合多个单元的设备实现。例如，将电池系统管理单元与电池系统数据存储单元整合至一个设备当中，将电池簇管理单元与电池簇数据存储单元整合至一个设备当中，将电池管理单元与电池数据存储单元整合至一个设备当中，以提高数据的获取、存储、处理、传输的效率，降低电池系统设备复杂性。 附图说明[0022] 图1是现有技术中电化学储能电站的电池管理系统架构示意图； [0024] 图3是本申请电化学储能电站电池管理系统的一个具体实施例的架构示意图。 具体实施方式[0025] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0026] 以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。 [0027] 实施例1 [0028] 本实施例是本申请电池数据分布式存储系统的一个具体实施例。具体如图2所示，电池数据分布式存储系统整体为三级存储架构，包括一个电池系统数据存储单元，为三级数据存储；电池系统数据存储单元下设若干个电池簇数据存储单元，构成二级数据存储，并且这些电池簇数据存储单元与电池系统数据存储单元之间为数据传输连接；每个电池簇数据存储单元下设若干个电池数据存储单元，构成一级数据存储，并且这些电池数据存储单元与相应的电池簇数据存储单元之间为数据传输连接。 [0029] 电池数据存储单元，对应电池系统中单体电池或电池插箱设置，用于存储基本电池单元原始数据，该数据可以从基本电池单元获取，如单体电池或插有单体电池的电池插箱，或者从单体电池或电池插箱的管理单元获取数据。基本电池单元原始数据一般包括单体电池的电压、温度和电池PACK电压、温度等原始数据。电池数据存储单元可以向对应的电池簇数据存储单元上传数据。 [0030] 电池簇数据存储单元，对应电池系统中电池簇设置，包括数据存储模块和数据处理模块，数据存储模块用于存储基本电池单元数据以及电池簇原始数据，其中基本电池单元数据包括所有电池数据存储单元上传的基本电池单元原始数据，以及对这些原始数据进行处理后的数据，处理后的数据作为电池簇数据的一部分，其中数据处理是由电池簇数据存储单元的数据处理模块实现的。电池簇原始数据可以从电池簇或其管理单元获取，一般包括电池簇的电压、电流、温度、开关状态等数据。电池簇数据存储单元可以向电池系统数据存储单元上传数据。 [0031] 电池系统数据存储单元，对应电池系统设置，包括数据存储模块和数据处理模块，数据存储模块用于存储电池簇数据和电池系统原始数据，其中电池簇数据包括由所有电池簇数据存储单元上传的电池簇原始数据，以及对这些原始数据进行处理后的数据，其中数据查立是由电池系统数据存储单元的数据处理模块实现的。电池系统原始数据可以从电池系统或其管理单元获取，一般包括开关状态、环境温湿度、消防状态等数据。 [0032] 实施例2 [0033] 本实施例是本申请电化学储能电站电池管理系统的一个具体实施例。本实施例的电化学储能电站电池管理系统(BMS)采用现有技术的三级架构，即电池系统管理单元(BSU)、电池簇管理单元(BCU)、电池管理单元(BMU)，电池数据存储系统区别于现有技术，采用电池数据分布式存储子系统，该子系统采用四级存储架构，具体包括储能电站数据存储单元、电池系统数据存储单元、电池簇数据存储单元和电池数据存储单元。 [0034] 如图3所示，一个储能电站数据存储单元设置若干个电池系统数据存储单元，一个电池系统数据存储单元设置若干个电池簇数据存储单元，一个电池簇数据存储单元设置若干个电池数据存储单元。其中电池系统数据存储单元与对应的电池系统管理单元(BSU)整合，电池簇数据存储单元与对应的电池簇管理单元(BCU)整合，电池数据存储单元与对应的电池管理单元(BMU)整合。其中储能电站数据存储单元可以单独设置，也可以与储能监控与能量管理系统(EMS)整合。BMU与对应的BCU之间、BCU与对应的BSU之间、以及BSU与储能电站数据存储单元(整合EMS)之间采用数据传输连接，可以进行数据传输。 [0035] 其中电池数据存储单元(整合在BMU)、电池簇数据存储单元(整合在BCU)和电池系统数据存储单元(整合在BSU)的作用、数据存储、数据处理等内容与实施例1相同，在此不再复述。其中储能电站数据存储单元，用于存储由电池系统数据存储单元上传的电池系统原始数据和所述电池系统原始数据经处理后的数据。 |
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