CN107275691B - 电池组管控系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池组管控系统，包括控制器、若干个开关矩阵模块和若干个可重构电池组；所述控制器分别连接所述若干个开关矩阵模块；所述可重构电池组包括若干个子电池组和传感器；所述子电池组包括若干个退役电池单体和若干个开关。所述控制器可以通过所述传感器获取所述若干个子电池组中的各个所述若干个退役电池单体的电池状态信息，并根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体的拓扑结构信息，最后通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式。基于此实时调节所述退役电池单体间的连接结构，实现各可重构电池组的均衡控制，提高可重构电池组的工作效率。

Description

电池组管控系统及控制方法
技术领域
本发明涉及退役电池再利用技术领域，特别是涉及一种电池组管控系统及控制方法。
背景技术
随着新能源汽车行业的发展，应用于汽车上的动力电池的产量逐步提高。新能源汽车对动力电池的要求较高，当动力电池不满足要求时，动力电池将被替换下来。目前，替换下来的动力电池单体通常用于配对成电池组，用于建设退役电池储能系统。
但是，不同的退役动力电池单体间具有差异性，会影响在工作状态下的电池组的一致性，从而影响电池组的工作效率。
发明内容
基于此，有必要针对不同的退役动力电池单体间具有差异性，会影响在工作状态下的电池组的一致性的缺陷，提供一种电池组管控系统及控制方法。
一种电池组管控系统，包括控制器、若干个开关矩阵模块和若干个可重构电池组；所述控制器分别连接所述若干个开关矩阵模块；所述可重构电池组包括若干个子电池组和传感器；所述子电池组包括若干个退役电池单体和若干个开关；所述若干个开关矩阵模块对应连接所述若干个开关，所述控制器通过所述传感器分别连接所述若干个退役电池单体，所述若干个开关与所述若干个退役电池单体一一对应连接。
一种电池组管控系统的控制方法，采用所述的电池组管控系统，其控制方法包括步骤：
通过传感器获取所述若干个子电池组中的各个所述若干个退役电池单体的电池状态信息；
根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体的拓扑结构信息；
通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式。
通过本发明所提供的电池组管控系统及控制方法，所述控制器可以通过所述传感器获取所述若干个子电池组中的各个所述若干个退役电池单体的电池状态信息，并根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体的拓扑结构信息，最后通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式。基于此实时调节所述退役电池单体间的连接结构，实现各可重构电池组的均衡控制，提高可重构电池组的工作效率。
附图说明
图1为一实施例的电池组管控系统的模块连接结构图；
图2为同一子电池组内的退役电池单体与开关的连接结构图；
图3为退役电池单体的串联连接示意图；
图4为退役电池单体的并联连接示意图；
图5为一优选实施例的电池组管控系统的模块连接结构图；
图6为一实施例的电池组管控系统的控制方法流程图；
图7为一优选实施例的电池组管控系统的控制方法流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
在一实施例中，如图1所示，为一实施例的电池组管控系统的模块连接结构图，包括控制器101、若干个开关矩阵模块102和若干个可重构电池组103；所述控制器101分别连接所述若干个开关矩阵模块102；所述可重构电池组103包括若干个子电池组113和传感器123；所述子电池组113包括若干个退役电池单体133和若干个开关143；所述若干个开关矩阵模块102对应连接所述若干个开关143，所述控制器101通过所述传感器123分别连接所述若干个退役电池单体133，所述若干个开关143与所述若干个退役电池单体133一一对应连接。
其中，控制器101通过所述传感器123对每个所述退役电池单体133的电压信息、电流信息和温度信息进行检测，传感器123将检测到的每个所述退役电池单体133的电压信息、电流信息和温度信息传输到所述控制器101。优选地，不同子电池组113间并联连接。优选地，所述传感器123以CAN总线(Controller Area Network,CAN总线)通信的方式将所述电压信息、电流信息和温度信息传输到所述控制器101。所述控制器101根据所述电压信息、电流信息和温度信息计算出所述若干个退役电池单体的拓扑结构信息，即计算出不同退役电池单体间的最佳连接结构。进一步地，控制器101根据所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块102，控制所述若干个开关143的通断，改变所述若干个退役电池单体133的连接形式。
通过本实施例所提供的电池组管控系统，所述控制器101可以通过所述传感器123获取所述若干个子电池组113中的各个所述若干个退役电池单体133的电池状态信息，并根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体133的拓扑结构信息，最后通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块102，控制所述若干个开关143的通断，改变所述若干个退役电池单体133的连接形式。基于此实时调节所述退役电池单体133间的连接结构，实现各可重构电池组103的均衡控制，提高可重构电池组103的工作效率。
优选地，控制器101还可以根据所述电压信息、电流信息和温度信息计算各个退役电池单体133的SOH(State of Health，电池健康状况)和SOC(State of Charge，电池剩余电量)。由于可重构电池组103的性能是由性能最差的退役电池单体133决定的，因此控制器101可以根据各个退役电池单体133的SOH和SOC计算出性能最差的退役电池单体133，通过控制对应的开关矩阵模块102断开所述性能最差的退役电池单体133两极的开关，将所述性能最差的退役电池单体133旁路，以提升所述性能最差的退役电池单体133所在的可重构电池组103的性能和工作效率。
通过本实施例所提供的电池组管控系统，所述控制器101可以通过所述传感器123获取所述若干个子电池组113中的各个所述若干个退役电池单体133的电池状态信息，并根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体133的拓扑结构信息，最后通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块102，控制所述若干个开关143的通断，改变所述若干个退役电池单体133的连接形式。基于此实时调节所述退役电池单体133间的连接结构，实现各可重构电池组103的均衡控制，提高可重构电池组103的工作效率。
在一实施例中，如图2所示，为同一子电池组内的退役电池单体与开关的连接结构图，所述若干个开关143包括若干个第一开关201、若干个第二开关202、若干个第三开关203、若干个第四开关204和若干个第五开关205；各个所述退役电池单体133的正极分别连接一个所述第一开关201，并通过所述第一开关201互相连接，各个所述退役电池单体133的负极分别连接一个所述第二开关202，并通过所述第二开关202后互相连接；相邻两个退役电池单体133的正极之间再通过一个所述第三开关203相连接，相邻两个退役电池单体133的负极之间再通过一个所述第四开关204相连接；同一子电池组113的各个退役电池单体133，从第一个退役电池单体133开始，所述各个退役电池单体133的负极再通过一个所述第五开关205连接下一个相邻的退役电池单体133的正极。
通过本实施例所提供的退役电池单体与开关的连接结构，所述控制器101通过所述开关矩阵模块102控制各个所述开关143的通断，以改变所述若干个退役电池单体133的连接形式，针对不同退役电池单体133的性能差异调整连接结构，使所述可重构电池组103能够达到最佳的工作效率。同时，改变各个所述开关143的通断可以将出现异常的退役电池单体133旁路，提高整个可重构电池组103的可靠性。
所述控制器101可以通过所述开关矩阵模块102控制各个所述开关143的通断，以改变所述若干个退役电池单体的连接形式。其中，所述开关矩阵模块102和所述若干个开关143可以选择合适的开关器件。优选地，所述若干个开关143为mosfet管开关，所述若干个开关矩阵模块102为mosfet管开关矩阵模块。
为了更好地理解如何通过控制所述开关143的通断去改变所述若干个退役电池单体的连接形式，以下通过两个例子说明。例1：如图3所示，为退役电池单体的串联连接示意图，该子电池组113中包括4个退役电池单体133，分别为第一电池单体301、第二电池单体302、第三电池单体303和第四电池单体304，控制器101通过控制所述开关矩阵模块102闭合与第一电池单体301的正极相连接的第一开关201，闭合与所述第四电池单体304的负极相连接的第二开关202，闭合全部第五开关205，其余开关143全部断开。基于此，将所述第一电池单体301、第二电池单体302、第三电池单体303和第四电池单体304实现串联连接。
例2：如图4所示，为退役电池单体的并联连接示意图，该子电池组113包括4个退役电池单体133，分别为第一电池单体401、第二电池单体402、第三电池单体403和第四电池单体404，控制器101通过控制所述开关矩阵模块102闭合与第一电池单体401的正极相连接的第一开关201，闭合与第二电池单体402的负极相连接的第二开关202，闭合与第三电池单体403的正极相连接的第一开关201，闭合与第四电池单体404的负极相连接的第二开关202，闭合第一电池单体401与第二电池单体402间的第五开关205，闭合第三电池单体403与第四电池单体404间的第五开关205，其余开关143全部断开。基于此，将所述第一电池单体401与第二电池单体402串联、第三电池单体403和第四电池单体404串联后实现并联连接。
在一优选实施例中，如图5所示，为一优选实施例的电池组管控系统的模块连接结构图，所述电池组管控系统还包括双向逆变器501、若干个低压配电柜502和若干个电池交换机503；所述双向逆变器501一端用于连接电网，另一端分别连接所述若干个低压配电柜502，所述若干个低压配电柜502与所述若干个电池交换机503一一对应连接，所述若干个电池交换机503与所述若干个可重构电池组103一一对应连接，所述控制器101分别连接所述若干个电池交换机503。
其中，所述双向逆变器501包括交流断路器、交流接触器、交流侧滤波器、隔离变压器、直流侧滤波器和直流接触器；所述交流断路器的一端用于连接电网，所述交流断路器的另一端通过所述交流接触器连接所述交流侧滤波器的一端，所述交流侧滤波器的另一端通过所述隔离变压器连接所述直流侧滤波器的一端，所述直流侧滤波器的另一端通过所述直流接触器分别连接所述若干个低压配电柜。
其中，在控制器101在根据所述电压信息、电流信息和温度信息计算出各退役电池单体133的SOC后，若所述SOC低于预设值，通过双向逆变器501将电网的电能转化成充电电流，并通过低压配电柜502配送至每个电池交换机503中，再通过每个电池交换机503对对应的可重构电池组103进行充电。相应地，控制器101可以控制电池交换机503，将所述可重构电池组103中的电能通过双向逆变器501馈入电网线路中。基于此，通过双向逆变器501实现电网与可重构电池组103的电能的双向转换，使所述可重构电池组103能够实现削峰填谷，实现与电网间的互相调控。
在一实施例中，所述电池组管控系统还包括服务器，所述服务器连接所述控制器101。
其中，通过无线连接的方式连接控制器101，服务器可以向控制器101获取可重构电池组103的各种状态信息，包括各所述退役电池单体的电压信息、电流信息和温度信息。同时，通过服务器可以向控制器101下达指令，通过控制器101对可重构电池组进行控制，包括改变所述退役电池单体133的连接结构和对所述可重构电池组103进行充放电。基于此实现对可重构电池组103的远程控制。
在一实施例中，如图6所示，为一实施例的电池组管控系统的控制方法流程图，包括步骤：
S601，通过传感器123获取所述若干个子电池组113中的各个所述若干个退役电池单体133的电池状态信息。
其中，控制器101通过传感器获取所述退役电池单体的电池状态信息。优选地，所述电池状态信息包括退役电池单体133的电压信息、电流信息和温度信息。
S602，根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体133的拓扑结构信息。
其中，所述若干个退役电池单体133的拓扑结构信息包括若干个退役电池单体133的连接结构。优选地，控制器101根据所述电池状态信息，计算出若干个退役电池单体133的最佳连接结构，所述若干个退役电池单体133根据所述最佳连接结构连接，可使该子电池组113输出最大功率，使所述可重构电池组103获得最大收益。
S603，通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块102，控制所述若干个开关143的通断，改变所述若干个退役电池单体133的连接形式。
通过本实施例所提供的电池组管控系统的控制方法，所述控制器101可以通过所述传感器123获取所述若干个子电池组113中的各个所述若干个退役电池单体133的电池状态信息，并根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体133的拓扑结构信息，最后通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块102，控制所述若干个开关143的通断，改变所述若干个退役电池单体133的连接形式。基于此实时调节所述退役电池单体133间的连接结构，实现各可重构电池组103的均衡控制，提高可重构电池组103的工作效率。
在一优选实施例中，如图7所示，为一优选实施例的电池组管控系统的控制方法流程图，包括步骤：
S701，根据所述电池状态信息计算所述可重构电池组的剩余容量值和最佳充电电流值。
S702，若所述剩余容量值小于预设的容量值，则控制所述电池交换机对各个所述退役电池单体进行充电，并将充电电流值调整为最佳充电电流值。
其中，控制器101可以根据所述电池状态信息计算所述可重构电池组的剩余容量值(SOC)和最佳充电电流值，并通过控制电池交换机503调整充电电流，为所述可重构电池组103提供最佳充电电流值的充电电流，防止充电电流过大导致所述可重构电池组出现温度过高或过度充电等异常情况。
在一实施例中，所述电池组管控系统的控制方法还包括步骤：
通过服务器获取控制指令；根据所述控制指令控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式；
和/或，
通过服务器获取控制指令；根据所述控制指令控制所述电池交换机对各个所述退役电池单体进行充电并调整充电电流值。
其中，所述服务器可以向所述控制器101下达控制指令，通过控制器101改变所述若干个退役电池单体133的连接形式或对各个所述退役电池单体进行充电并调整充电电流值，同时结合所述若干个退役电池单体133的最佳连接结构和最佳充电电流，使所述可重构电池组103获得最佳充电。优选地，所述服务器还可以向所述控制器101下达控制指令，通过控制器101控制所述电池交换机503执行放电操作，将所述可重构电池组103中的电能分别通过通过低压配电柜502和双向逆变器501馈入电网中，使所述可重构电池组103能够实现削峰填谷，实现与电网间的互相调控。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种电池组管控系统，其特征在于，包括控制器、若干个开关矩阵模块和若干个可重构电池组；所述控制器分别连接所述若干个开关矩阵模块；所述可重构电池组包括若干个子电池组和传感器；所述子电池组包括若干个退役电池单体和若干个开关；所述若干个开关矩阵模块对应连接所述若干个开关，所述控制器通过所述传感器分别连接所述若干个退役电池单体，所述若干个开关与所述若干个退役电池单体一一对应连接；所述若干个开关包括若干个第一开关、若干个第二开关、若干个第三开关、若干个第四开关和若干个第五开关；各个所述退役电池单体的正极分别连接一个所述第一开关，并通过所述第一开关互相连接，各个所述退役电池单体的负极分别连接一个所述第二开关，并通过所述第二开关后互相连接；相邻两个退役电池单体的正极之间再通过一个所述第三开关相连接，相邻两个退役电池单体的负极之间再通过一个所述第四开关相连接；同一子电池组的各个退役电池单体，从第一个退役电池单体开始，所述各个退役电池单体的负极再通过一个所述第五开关连接下一个相邻的退役电池单体的正极。
2.根据权利要求1所述的电池组管控系统，其特征在于，还包括双向逆变器、若干个低压配电柜和若干个电池交换机；所述双向逆变器一端用于连接电网，另一端分别连接所述若干个低压配电柜，所述若干个低压配电柜与所述若干个电池交换机一一对应连接，所述若干个电池交换机与所述若干个可重构电池组一一对应连接，所述控制器分别连接所述若干个电池交换机。
3.根据权利要求2所述的电池组管控系统，其特征在于，所述双向逆变器包括交流断路器、交流接触器、交流侧滤波器、隔离变压器、直流侧滤波器和直流接触器；所述交流断路器的一端用于连接电网，所述交流断路器的另一端通过所述交流接触器连接所述交流侧滤波器的一端，所述交流侧滤波器的另一端通过所述隔离变压器连接所述直流侧滤波器的一端，所述直流侧滤波器的另一端通过所述直流接触器分别连接所述若干个低压配电柜。
4.根据权利要求1所述的电池组管控系统，其特征在于，还包括服务器，所述服务器连接所述控制器。
5.根据权利要求1所述的电池组管控系统，其特征在于，所述若干个开关为mosfet管开关，所述若干个开关矩阵模块为mosfet管开关矩阵模块。
6.一种电池组管控系统的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至5任意一项所述的电池组管控系统，其控制方法包括步骤：
通过传感器获取所述若干个子电池组中的各个所述若干个退役电池单体的电池状态信息；
根据所述电池状态信息计算所述若干个退役电池单体的拓扑结构信息；
通过所述拓扑结构信息控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式。
7.根据权利要求6所述的电池组管控系统的控制方法，其特征在于，所述电池状态信息包括退役电池单体的电压信息、电流信息和温度信息。
8.根据权利要求6所述的电池组管控系统的控制方法，其特征在于，在所述通过传感器获取所述若干个子电池组中的各个所述若干个退役电池单体的电池状态信息的步骤之后，
还包括步骤：
根据所述电池状态信息计算所述可重构电池组的剩余容量值和最佳充电电流值；
若所述剩余容量值小于预设的容量值，则控制电池交换机对各个所述退役电池单体进行充电，并将充电电流值调整为最佳充电电流值。
9.根据权利要求6所述的电池组管控系统的控制方法，其特征在于，还包括步骤：
通过服务器获取控制指令；根据所述控制指令控制所述若干个开关矩阵模块，控制所述若干个开关的通断，改变所述若干个退役电池单体的连接形式；
和／或，
通过服务器获取控制指令；根据所述控制指令控制电池交换机对各个所述退役电池单体进行充电并调整充电电流值。
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