CN106655416A - 一种电池阶梯利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池阶梯利用系统，包括电池筛选单元，用于对电池包中每一电池单体进行二次辨识、判别、分类；电池匹配二次成组单元，用于把经过电池筛选单元筛选后的电池单体进行二次成组；二次成组后的电池包；电池充放电管理单元，控制电池包的充放电；带主动均衡的电池管理单元，管理并控制整个电池阶梯利用系统的能量按需流动，接受调度指令储能/释能。本发明可大大提升电池筛选的效率、提升电池二次阶梯利用的经济效益，具有技术先进、思维新颖、市场推广价值高等特点。

Description

一种电池阶梯利用系统

技术领域

本发明属于化学储能利用领域，具体讲涉及一种电池阶梯利用系统。

背景技术

中关村储能产业技术联盟今年6月发布的《储能产业研究白皮书2015》预测，到2020年，中国储能市场容量能达到67GW。另外，随着电动汽车市场的快速发展，将会持续退装海量的二手锂电池，预计到2020年，会有超过10GWh的退役动力电池规模，电池退役数量大、回收再处理成本高、电池一致性差，残存容量大、尚有一定使用寿命，二次利用市场空白。电池回收和再利用问题已经上升到国家政策层面。

目前有关电池回收二次阶梯利用技术，还处于研讨阶段，主流的技术主要是通过常规的技术手段，如通过外加充放电系统，给电池包进行充放电，检测并计算其充电和放电效能，简单判断其是否具有二次阶梯利用价值。该方法和技术比较粗放，二次电池阶梯利用率较低。如一些电池包，因少量电池单体损坏或者容量性能较低，会导致整个电池包容量、充放电效能较低，若用传统方法和技术检测判断，该电池包无二次阶梯利用价值，其实该电池包内其他大量电池单体尚具备较好的储能性能，若直接报废，经济效能极差，浪费严重。

基于本发明的一种电池阶梯利用系统，有效解决了以上问题，具有精准检测、利用，可对退役下来的电池包所含的每个电池单体进行检测、筛选、再成组，有效避免了因极个别的单体电池性能较低，影响整个电池包的性能，使得电池二次阶梯利用效能最大化，通过本发明的实施，可大大提升电池筛选的效率、提升电池二次阶梯利用的经济效益，具有技术先进、思维新颖、市场推广价值高等特点。

本发明创新性地提出把新能源汽车退役下来的动力电池阶梯再利用，解决了新能源汽车退役下来的电池容量损失不太大，价格低廉，但报废回收成本高的问题；也破解了日益发展迅猛的新能源汽车退役电池报废、回收成本高的难题。该发明具有理念超前，技术创新、先进，方案新颖的特点，符合目前及未来技术及经济发展趋势。相比加快电力通道建设，抽水蓄能、增设新的化学储能具有明显的价格优势和可操作空间，具有巨大的经济和社会效益。

发明内容

针对现有技术和新能源自身现状存在的问题，本发明提供一种电池阶梯利用系统。本发明具有极强的创新性。具有能源利用理念超前、方案新颖，原理简单、系统简洁、解决新能源汽车退役电池问题效果显著显，可有效提升新能源汽车的收益。整个电池阶梯利用系统具有运行稳定、可靠、智能化程度高，可实现真正意义上的新能源再利用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电池阶梯利用系统，包括：

电池筛选单元，用于对电池包中每一电池单体进行二次辨识、判别、分类；

电池匹配二次成组单元，用于把经过电池筛选单元筛选后的电池单体进行二次成组；

二次成组后的电池包；

电池充放电管理单元，控制电池包的充放电；

带主动均衡的电池管理单元，管理并控制整个电池阶梯利用系统的能量按需流动，接受调度指令储能/释能。

电池筛选单元通过对电池包中每一电池单体多次充放电的过程，计算其有效可用容量、每一电池单体电压、放电电流、温度信息，进行二次辨识、判别、分类。

电池筛选单元包含具备电流检测功能、电压检测功能、采样功能的采样板，和具有处理器的所述控制板。

电池充放电管理单元是一种能量可以双向流动的能量管理单元，其能够通过二次成组后的电池包向外释能，也能够向二次成组后的电池包充电。

电池充放电管理单元包括基于电力电子开关组成的三相全桥变换单元，其中电力电子开关为绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。

带主动均衡的电池管理单元是电池阶梯利用系统的核心控制单元，其管理并控制整个电池阶梯利用系统的能量按需流动，接受调度指令储能/释能。

带主动均衡的电池管理单元主要包含具有电流采集、电压采集、电池芯温度采集功能的采集板、具有实时监测并控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩阵型电子开关能量均衡板。

所述能量均衡板主要包含由高速P沟道和N沟通金属氧化物半导体效应晶体管组成的矩阵型电子开关。

带主动均衡的电池管理单元，包括远程监控系统和通讯系统。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种电池阶梯利用系统，具有针对性强、可有效解决因新能源汽车快速发展带来的退役电池数量庞大；相比直接报废处理，需要消耗巨大能源、企业需要支付巨额报废费用的技术方法，具有明显的经济性优势和社会效益。与现有直接报废、拆解的处理方式相比，具有绿色、环保、循环再利用的巨大技术优势。

2、本发明电池充放电管理系统主要由基于高速电力电子开关组成的三相全桥变换单元，其中电力电子开关为基于主流的绝缘栅双极性晶体管IGBT，具有工作稳定可靠、开关速度快、自身损耗低，功率密度大、寿命长、动态响应快等优点。

3、本发明带主动均衡的电池管理单元，具有实时监测电池系统内电池单体的状态，可实时进行内部各电池单体间的主动均衡，实现在充放电时，储能和释能效能最大化，电池包总体容量最大化的效果，与现有被动均衡技术相比，具有节能、高效、电池容量利用率高、电能释放长、使用寿命长的优势。

4、本发明带主动均衡的电池管理单元，其自身带远程监控系统，可实时通过云端上传电池状态，可通过远方进行监测、控制，从而实现系统高可靠性工作。

5、本发明带主动均衡的电池管理单元，自身具有强大的通讯交互能力。

附图说明

图1为电池阶梯利用系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，电池阶梯利用系统1包含电池筛选单元11、电池匹配二次成组单元12、电池充放电管理单元13、二次成组后的电池包14、带主动均衡的电池管理单元15。

所述电池筛选单元11是整个电池阶梯利用系统的输入口，所有退役下来的电池包首先经过电池筛选单元进行逐个检测、甄别、信息编码，进行电池的分类、电气性能信息录入；经过电池筛选单元11处理的电池包，会送到电池匹配二次成组单元，根据电池筛选单元传递的电气性能信息，进行电池单体的二次拆解、二次串并连接成组，并经过自动化的激光焊、和短接铜排，进行二次电池模组的组配，形成标准的电池单元模组，经过电池匹配二次成组单,12的处理，形成的电池单元模组再次经过组配，形式电池包14，电池包14内增设电气回路、检测线束、机械部件，通过在电池包14内加装带主动均衡的电池管理单元15，形成具有可二次阶梯利用的电池包14，最后通过电池充放电管理单元13进行电池包的充放电测试，进一步检测二次成组的电池性能。通过整个系统的实时，可确保退役下来的二次电池性能利用最大化。

电池筛选单元11实现对电池回收后的电池包进行二次筛选，本环节主要对相同类别、状态信息接近的电池包进行电池单体的电性能测试、筛选。通过对其多次充放电的过程，计算其有效可用容量、每一块电池单体电压、放电电流、温度信息进行二次辨识、判别、分类。该环节主要实现把电池包内单体容量低、使用寿命短或者放电/储能能力弱的单体筛选出来，更换成性能与剩余单体接近的电池芯，从而实现整个电池包阶梯利用效能最大化的目的。电池筛选单元11为一套电池状态检测系统硬件和软件、电池包充放电管理系统硬件和软件组成，其中电池筛选单元11所述检测硬件包含具备12路电流检测、12路电压检测功能的采样板，基于高速数字处理器控制板，所述采样板上具有霍尔型电流传感器、霍尔型电压传感器；所述控制板具有高速数字控制器、高精度12位AD采样芯片。

电池匹配二次成组单元12，实现把经过电池筛选单元11筛选后的电池单体进行二次成组，所述二次成组主要是对筛选后的电池单体进行二次串联连接和并联连接，通过激光焊，和短接铜排进行端子的高温焊接、电气连接，成组成更大容量和电压等级的电池组，便于后期组配成包。经过二次成组后的电池组可确保，整体容量、寿命、储能、放电能力达到效能最大化，主要通过电池匹配二次成组系统平台，实现电池单体和电池包再均衡分配。

电池充放电管理单元13、二次成组后的电池包14、带主动均衡的电池管理单元15，三者组成一体，协调配合使用，实现电池二次阶梯利用的功能。电池充放电管理单元13是一套能量可以双向流动的能量管理单元，即其可以通过电池包向其他系统释能，也可以通过其他向电池包充电。电池充放电管理单元包括基于高速电力电子开关组成的三相全桥变换单元，其中电力电子开关为基于主流的绝缘栅双极性晶体管IGBT，具有工作稳定可靠、开关速度快、自身损耗低，功率密度大、寿命长、动态响应快等优点。电池充放电管理单元13受控于带主动均衡的电池管理单元。二次成组后的电池包14是根据实际需要，自行成组构建成一定容量，具有一定储能和释能能力的储能系统。该成组后的电池包14的电池系统所含电池单体容量等级接近、电压值接近，释放电流的能力接近。带主动均衡的电池管理单元15是电池阶梯利用系统1的核心控制单元，其管理并控制整个电池阶梯利用系统1的能量按需流动，接受远端和调度指令储能和释能，从而有效平抑用电负荷和发电高峰的时域性差异。带主动均衡的电池管理单元15主要由一套硬件平台和软件平台组成。硬件平台主要包含具有电流采集、电压采集、电池芯温度采集功能的采集板、具有实时监测并控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩阵型电子开关能量均衡板。所述采集板主要包含有霍尔型电流传感器芯片、霍尔型电压传感器芯片、宽范围、高精度热电偶传感器；所述控制板主要包含高速数字处理器、高精度模数转换器，所述能量均衡板主要包含由高速P沟道和N沟通金属氧化物半导体效应晶体管组成的矩阵型电子开关，实现能量均衡功能，具有速度快、能耗低的特点。负责实现成组后的电池状态检测、容量检测、温度检测、执行远方调度指令。软件平台负责实现控制算法构建，系统保护、通讯。带主动均衡的电池管理单元，具有实时监测电池系统内电池单体的状态，可实时进行内部各电池单体间的主动均衡，实现在充放电时，储能和释能效能最大化，电池包总体容量最大化的效果，与现有被动均衡技术相比，具有节能、高效、电池容量利用率高、电能释放长、使用寿命长的优势。带主动均衡的电池管理单元，其自身带远程监控系统，可实时通过云端上传电池状态，可通过远方进行监测、控制，从而实现系统高可靠性工作，自身具有强大的通讯交互能力，可和其他系统调度部门实时无缝对接，便于系统调节、调度。

电池阶梯利用系统利用新能源汽车退役下来的动力电池，尚存在较大残存容量和寿命的特点，经过本发明系统的处理，再次利用在储能领域，破解了日益发展迅猛的新能源汽车退役电池报废、回收成本高的难题。

Claims (9)

1.一种电池阶梯利用系统，其特征在于，包括：

电池筛选单元，用于对电池包中每一电池单体进行二次辨识、判别、分类；

电池匹配二次成组单元，用于把经过电池筛选单元筛选后的电池单体进行二次成组；

二次成组后的电池包；

电池充放电管理单元，控制电池包的充放电；

带主动均衡的电池管理单元，管理并控制整个电池阶梯利用系统的能量按需流动，接受调度指令储能/释能。

2.如权利要求1所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，电池筛选单元通过对电池包中每一电池单体多次充放电的过程，计算其有效可用容量、每一电池单体电压、放电电流、温度信息，进行二次辨识、判别、分类。

3.如权利要求2所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，电池筛选单元包含具备电流检测功能、电压检测功能、采样功能的采样板，和具有处理器的所述控制板。

4.如权利要求1所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，电池充放电管理单元是一种能量可以双向流动的能量管理单元，其能够通过二次成组后的电池包向外释能，也能够向二次成组后的电池包充电。

5.如权利要求1所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，电池充放电管理单元包括基于电力电子开关组成的三相全桥变换单元，其中电力电子开关为绝缘栅双极性晶体管（IGBT）。

6.如权利要求1所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，带主动均衡的电池管理单元是电池阶梯利用系统的核心控制单元，其管理并控制整个电池阶梯利用系统的能量按需流动，接受调度指令储能/释能。

7.如权利要求6所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，带主动均衡的电池管理单元主要包含具有电流采集、电压采集、电池芯温度采集功能的采集板、具有实时监测并控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩阵型电子开关能量均衡板。

8.如权利要求7所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，所述能量均衡板主要包含由高速P沟道和N沟通金属氧化物半导体效应晶体管组成的矩阵型电子开关。

9.如权利要求6所述的一种电池阶梯利用系统，其特征在于，带主动均衡的电池管理单元，包括远程监控系统和通讯系统。