CN110048513A - 梯次利用车用动力电池储能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种梯次利用车用动力电池储能系统，其包括：至少一个梯次利用动力电池，其包括一个电池管理系统和一个电池包；至少一个直流控制单元，每一个直流控制单元分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池管理系统连接；至少一个储能变流器，每一个储能变流器分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池包连接，一直流控制单元、多个并联的梯次利用动力电池和一储能变流器构成一个支路；一交换机，其分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器连接，直流控制单元通过交换机与对应的储能变流器通讯连接；一储能监控系统，其通过交换机分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器通讯连接。本发明多维监控，提升了系统的运行稳定性和可靠性。

Description

梯次利用车用动力电池储能系统
技术领域
本发明涉及动力电池再利用技术领域，尤其涉及一种梯次利用车用动力电池储能系统。
背景技术
高效、节能、环保的新能源电动汽车，在环境日益恶化、石油能源日益枯竭的今天得到人们的重视并取得了较大发展，而电池PACK作为电动汽车的动力来源，在长时间使用后，电池会发生老化衰减，当电池的健康状况SOH下降到一定的值(比如80％以下)，可能就要被强制更换。
随着越来越多电动汽车的普及，会有更多的电动汽车的电池PACK，在其SOH下降至预设阈值后，就会被更换，而被更换下来的电池PACK，可以被回收利用到储能行业，在削峰填谷等储能应用领域继续起到梯次利用的作用。
由于应用的是退役后的车用动力电池，所以，车用动力电池在应用过程中，需要对车用动力电池的运行信息进行实时采集，以便根据该运行信息进行分析处理，以避免车用动力电池出现故障或者SOH过低的情况下，继续处于工作状态，从而提升车用动力电池的应用安全性，以及包含车用动力电池的储能系统的运行稳定性和可靠性，因此，如何保证采集到的运行信息，在任何情况下，均能传输至监控终端处，是当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种梯次利用车用动力电池储能系统，以解决现有车用动力电池在应用过程中，易于出现通讯线路故障后，运行信息无法传输至监控终端，以致储能系统的运行稳定性和可靠性差的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种梯次利用车用动力电池储能系统，其包括：
至少一个梯次利用动力电池，每一个梯次利用动力电池包括一个电池管理系统和一个电池包；
至少一个直流控制单元，每一个直流控制单元分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池管理系统连接；
至少一个储能变流器，每一个储能变流器分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池包连接，一个直流控制单元、多个并联的梯次利用动力电池和一个储能变流器构成一个支路；
一个交换机，其分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器连接，直流控制单元通过交换机与对应的储能变流器通讯连接；
一个储能监控系统，其通过交换机分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器通讯连接。
作为本发明的进一步改进，其还包括：
人机交互终端，其与交换机连接，人机交互终端用于接收用户输入的操作信息，以及用于显示储能监控系统发送的监控及处理信息。
作为本发明的进一步改进，
人机交互终端还用于接收用户输入的待接入动力电池的接入参数信息，并经交换机交互至储能监控系统；
储能监控系统还用于接收到接入参数信息时，根据接入参数信息判断在多个支路中是否存在满足预设接入条件的目标支路；若存在，生成直接接入提示信息，并将直接提示信息经交换机传输至人机交互终端；
人机交互终端还用于显示直接接入提示信息，以提示将待接入动力电池作为一个分路并联接入至目标支路。
作为本发明的进一步改进，其还包括：
储能监控系统还用于若不存在满足预设接入条件的目标支路，生成间接接入提示信息，并将间接接入提示信息经交换机传输至人机交互终端；
人机交互终端还用于显示间接接入提示信息，以提示重构一支路，并将待接入动力电池接入新的支路中。
作为本发明的进一步改进，接入参数信息包括端电压信息和辅助参数信息，辅助参数信息包括SOC值和/或最大容量值和/或品牌型号信息，预设接入条件为实际压差不超过预设压差阈值，且根据辅助参数信息计算得到的匹配度最高，其中，实际压差＝|端电压信息-支路电压信息|。
作为本发明的进一步改进，
电池管理系统获取自身对应的电池包的电池参数，并将电池参数经直流控制单元、交换机传输至储能监控系统；
储能监控系统根据电池参数判断与之对应的梯次利用电池包是否达到预设清退条件，若达到预设清退条件，则生成功率控制指令，并将功率控制指令发送至与待清退梯次利用动力电池对应的储能变流器；
储能变流器接收到功率控制指令时，执行功率控制指令，以降低与待清退梯次利用电池包对应分路的功率为0，并在分路的功率降为0时，生成清退提示信息，且将清退提示信息发送至人机交互终端；
人机交互终端，用于显示清退提示信息，以提示拆解待清退梯次利用电池包，以清退出当前储能系统。
作为本发明的进一步改进，电池参数包括SOH值和/或电池故障信息；预设清退条件包括SOH值超过预设清退阈值,和/或分析电池故障信息得到的故障诊断结果满足预设退出维修条件。
作为本发明的进一步改进，储能变流器包括：
变压器，其一端与外界输电网连接；
DC/AC转换器，其一端与变压器的另一端连接；
至少一个DC/DC转换器，其一端与DC/AC转换器连接，另一端与电池包连接。
作为本发明的进一步改进，其还包括：
公有云，其与储能监控系统连接，公有云接收到远程终端的远程控制命令时，控制储能监控系统，以获取当前储能系统的运行信息、依据运行信息进行分析处理得到分析处理结果、以及将运行信息和分析处理结果反馈至远程终端。
作为本发明的进一步改进，其还包括：
电能表，其与储能监控系统连接，电能表分别与电流输入端、电流输出端连接，电能表用于获取用电信息和供电信息，并将用电信息和供电信息发送至储能监控系统；
储能监控系统，还用于将用电信息和供电信息发送至人机交互终端；
人机交互终端，用于显示用电信息和供电信息。
与现有技术相比，本发明的直流控制单元、储能变流器、储能监控系统三者之间，两两相互通讯连接，因此，直流控制单元获取到的梯次利用动力电池的电池参数，不仅仅可以直接传输至储能监控系统，也可以经储能变流器传输至储能监控系统，从而降低了采集到的电池参数不能传输至储能监控系统的概率，进而提升了梯次利用车用动力电池储能系统的运行稳定性和可靠性；此外，若上述三者中任一一个出现异常，其他两个同时报警，既便于快速获知异常对象，也形成了多通道监控，进一步提升了车用动力电池储能系统的运行稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明梯次利用车用动力电池储能系统一个实施例的拓扑结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1展示了本发明梯次利用车用动力电池储能系统的一个实施例。在本实施例中，如图1所示，该梯次利用车用动力电池储能系统包括至少一个梯次利用动力电池1、至少一个直流控制单元(DCU)2、至少一个储能变流器(PCS)3、一个交换机(Switch)4和一个储能监控系统(EMS)5；其中，每一个梯次利用动力电池1包括一个电池管理系统(BMS)10和一个电池包(PACK)11。
具体地，每一个直流控制单元(DCU)2分别与多个并联的梯次利用动力电池1的电池管理系统(BMS)10连接；每一个储能变流器(PCS)3分别与多个并联的梯次利用动力电池1的电池包(PACK)11连接，一个直流控制单元(DCU)2、多个并联的梯次利用动力电池1和一个储能变流器(PCS)3构成一个支路；交换机(Switch)4分别与每一个直流控制单元(DCU)2、每一个储能变流器(PCS)3连接，直流控制单元(DCU)2通过交换机(Switch)4与对应的储能变流器(PCS)3通讯连接；储能监控系统(EMS)5通过交换机(Switch)4分别与每一个直流控制单元(DCU)2、每一个储能变流器(PCS)3通讯连接。
本实施例的直流控制单元、储能变流器、储能监控系统三者之间，两两相互通讯连接，因此，直流控制单元获取到的梯次利用动力电池的电池参数，不仅仅可以直接传输至储能监控系统，也可以经储能变流器传输至储能监控系统，从而降低了采集到的电池参数不能传输至储能监控系统的概率，进而提升了梯次利用车用动力电池储能系统的运行稳定性和可靠性；此外，若上述三者中任一一个出现异常，其他两个同时报警，既便于快速获知异常对象，也形成了多通道监控，进一步提升了车用动力电池储能系统的运行稳定性和可靠性。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图1，该梯次利用车用动力电池储能系统还包括人机交互终端(HMI)20。
其中，人机交互终端(HMI)20与交换机(Switch)4连接，人机交互终端(HMI)20用于接收用户输入的操作信息，以及用于显示储能监控系统(EMS)5发送的监控及处理信息。
本实施例通过设置一人机交互终端，既可以通过该人机交互终端显示储能监控系统获取到的监控信息，以及根据该监控信息进行分析处理得到的分析报告信息，也可以通过该人机交互终端对储能监控系统进行控制，以便监控人员即时获知梯次利用车用动力电池储能系统整体运行情况以及根据用户需求进行储能系统相关设备的操作控制，从而提升了用户使用体验。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，人机交互终端(HMI)20还用于接收用户输入的待接入动力电池的接入参数信息，并经交换机(Switch)4交互至储能监控系统(EMS)5。
在本实施例中，该接入参数信息包括端电压信息和辅助参数信息，辅助参数信息包括SOC值和/或最大容量值和/或品牌型号信息。
进一步地，储能监控系统(EMS)5还用于接收到接入参数信息时，根据接入参数信息判断在多个支路中是否存在满足预设接入条件的目标支路；若存在，生成直接接入提示信息，并将直接提示信息经交换机(Switch)4传输至人机交互终端(HMI)20。
在本实施例中，该预设接入条件为实际压差不超过预设压差阈值，且根据辅助参数信息计算得到的匹配度最高，其中，实际压差＝|端电压信息-支路电压信息|。
进一步地，人机交互终端(HMI)20还用于显示直接接入提示信息，以提示将待接入动力电池作为一个分路并联接入至目标支路。
具体地，假设待接入动力电池的端电压信息为V0，梯次利用车用动力电池储能系统当前有5个支路，分别为支路1、支路2、支路3、支路4和支路5，其中，支路1的支路电压信息为V1，支路2的支路电压信息为V2、支路3的支路电压信息为V3、支路4的支路电压信息为V4、以及支路5的支路电压信息为V5。
首先，筛选出实际压差不超过预设压差阈值的至少一个支路
第一个实际压差为A1，A1＝|V0-V1|；
第二个实际压差为A2，A2＝|V0-V2|；
第三个实际压差为A3，A3＝|V0-V3|；
第四个实际压差为A4，A4＝|V0-V4|；
第五个实际压差为A5，A5＝|V0-V5|；
预设压差阈值为A0，其中，A1＞A0，A2＜A0，A3＞A0，A4＜A0，A5＜A0，因此，A2、A4和A5是实际压差不超过预设压差阈值的支路。
其次，在筛选出的支路中，寻找匹配度最高的支路
上述筛选出来的支路为：支路2、支路4和支路5。
假设待接入动力电池的SOC值为D0、最大容量值为U0、以及品牌型号信息为E0。
支路2的均衡SOC值为D1、最大容量值为U1，以及品牌型号信息为E0；
支路4的均衡SOC值为D2、最大容量值为U2，以及品牌型号信息为E1；
支路5的均衡SOC值为D3、最大容量值为U3，以及品牌型号信息为E0；
其中，匹配度计算公式：H＝SOC匹配值+最大容量匹配值+型号匹配值，需要说明的是，本实施例中的SOC匹配值、最大容量匹配值和型号匹配值均可以根据用户的需求进行调整。
具体地，若待接入动力电池的SOC值与支路的SOC值的差值小于预设SOC差值阈值，则两者的SOC值匹配，即该支路的SOC匹配值为H1，否则，该支路的SOC匹配值为0。
其中，D4＝|D1-D0|小于预设SOC差值阈值，D5＝|D2-D0|大于预设SOC差值阈值，D6＝|D3-D0|小于预设SOC差值阈值，则说明支路2、支路5的SOC值与待接入动力电池的SOC值匹配，则支路2、支路5的SOC匹配值为H1，支路4的匹配值为0。
进一步地，若待接入动力电池的最大容量值与支路的最大容量值的差值小于预设最大容量差值阈值，则两者的最大容量值匹配，即该支路的最大容量匹配值为H2，否则，该支路的最大容量匹配值为0。
其中，U4＝|U1-U0|大于预设最大容量差值阈值，U5＝|U2-U0|大于预设最大容量差值阈值，U6＝|U3-U0|小于预设最大容量差值阈值，则支路5的最大容量值与待接入动力电池的最大容量值匹配，则支路2、支路4的最大容量匹配值为0,支路5的最大容量匹配值为H2。
进一步地，若待接入动力电池的品牌型号信息与支路的梯次利用电池包的品牌型号信息相同，则型号匹配值为H3，否则，型号匹配值为0。
其中，支路2、支路5的品牌型号信息与待接入动力电池的品牌型号信息相同，因此，支路2以及支路5的型号匹配值为H3，支路4的型号匹配值为0。
最后，确认匹配度最高的支路为目标支路
支路2的匹配度：H＝H+0+H3；
支路4的匹配度：H＝0+0+0；
支路5的匹配度：H＝H1+H2+H3；
由于支路5的匹配度最高，所以，最终确认支路5为目标支路。
需要说明的是，计算得到的H值最大，则说明该支路的匹配度更高。
需要说明的是，辅助参数信息可以是SOC值、最大容量值、品牌型号信息中的任一一种，也可以是SOC值、最大容量值、品牌型号信息任意两者的组合，甚至可以是SOC值、最大容量值、品牌型号信息三者的组合，都在本发明的保护范围以内。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，储能监控系统(EMS)5还用于若不存在满足预设接入条件的目标支路，生成间接接入提示信息，并将间接接入提示信息经交换机(Switch)4传输至人机交互终端(HMI)20。
人机交互终端(HMI)20还用于显示间接接入提示信息，以提示重构一支路，并将待接入动力电池接入新的支路中。
本实施例若需要接入新的动力电池时，首先获取待接入动力电池的接入参数信息，其次，根据接入参数信息在多个支路中查询满足预设接入条件的目标支路，最后，若存在，则提示将该待接入动力电池并联接入至目标支路中，因此，储能系统自动根据接入参数信息和预设接入条件确认目标支路，既提升了确认目标支路的速率，从而提升了接入速率，此外，根据接入参数信息和预设接入条件进行支路的选择，致使待接入动力电池并联接入目标支路后，储能系统既不会出现并入安全问题，从而提升了并入安全性，也不会影响储能系统的运行，从而提升了运行稳定性。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，电池管理系统(BMS)10获取自身对应的电池包(PACK)11的电池参数，并将电池参数经直流控制单元(DCU)2、交换机(Switch)4传输至储能监控系统(EMS)5。
在本实施例中，该电池参数包括SOH值和/或电池故障信息。
进一步地，储能监控系统(EMS)5根据电池参数判断与之对应的梯次利用电池包(PACK)11是否达到预设清退条件，若达到预设清退条件，则生成功率控制指令，并将功率控制指令发送至与待清退梯次利用动力电池1对应的储能变流器(PCS)3。
在本实施例中，预设清退条件包括SOH值超过预设清退阈值,和/或分析电池故障信息得到的故障诊断结果满足预设退出维修条件。
进一步地，储能变流器(PCS)3接收到功率控制指令时，执行功率控制指令，以降低与待清退梯次利用电池包(PACK)11对应分路的功率为0，并在分路的功率降为0时，生成清退提示信息，且将清退提示信息发送至人机交互终端(HMI)20。
在本实施例中，清退梯次利用电池包前，将待清退梯次利用电池包(PACK)11对应分路的功率为0，确稿了清退操作的安全性，从而提升了操作安全性。
进一步地，人机交互终端(HMI)20，用于显示清退提示信息，以提示拆解待清退梯次利用电池包(PACK)11，以清退出当前储能系统。
本实施例实时监测每一个梯次利用电池包的电池参数，当根据该电池参数判断与之对应的梯次利用电池包满足预设清退条件时，即时提醒进行清退，以提升储能系统的运行稳定性以及系统安全性。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图1，储能变流器(PCS)3包括变压器30、DC/AC转换器31和DC/DC转换器32。
其中，变压器30一端与外界输电网(Grid)连接；DC/AC转换器31一端与变压器30的另一端连接；DC/DC转换器32一端与DC/AC转换器31连接，另一端与电池包(PACK)11连接。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图1，该梯次利用车用动力电池储能系统还包括公有云40。
其中，公有云40与储能监控系统(EMS)5连接，公有云40接收到远程终端的远程控制命令时，控制储能监控系统(EMS)5，以获取当前储能系统的运行信息、依据运行信息进行分析处理得到分析处理结果、以及将运行信息和分析处理结果反馈至远程终端。
本市实施例通过设置公有云，既可以达到远程监控的目的，也可以达到梯次利用车用动力电池储能系统运行信息以及分析处理信息共享的目的。
在上述实施例的基础上，其他实施例中，参见图1，该梯次利用车用动力电池储能系统还包括电能表(Meter)50。
其中，电能表(Meter)50与储能监控系统(EMS)5连接，电能表(Meter)50分别与电流输入端、电流输出端连接，电能表(Meter)50用于获取用电信息和供电信息，并将用电信息和供电信息发送至储能监控系统(EMS)5；储能监控系统(EMS)5，还用于将用电信息和供电信息发送至人机交互终端(HMI)20；人机交互终端(HMI)20，用于显示用电信息和供电信息。
本实施例通过设置电能表，便于实施获知该梯次利用车用动力电池储能系统的用电信息和供电信息，以便监控人员根据该用户信息和供电信息进行辅助分析。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，其包括：
至少一个梯次利用动力电池，每一个梯次利用动力电池包括一个电池管理系统和一个电池包；
至少一个直流控制单元，每一个直流控制单元分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池管理系统连接；
至少一个储能变流器，每一个储能变流器分别与多个并联的梯次利用动力电池的电池包连接，一个直流控制单元、多个并联的梯次利用动力电池和一个储能变流器构成一个支路；
一个交换机，其分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器连接，所述直流控制单元通过所述交换机与对应的储能变流器通讯连接；
一个储能监控系统，其通过所述交换机分别与每一个直流控制单元、每一个储能变流器通讯连接。
2.根据权利要求1所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，其还包括：
人机交互终端，其与所述交换机连接，所述人机交互终端用于接收用户输入的操作信息，以及用于显示所述储能监控系统发送的监控及处理信息。
3.根据权利要求2所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，
所述人机交互终端还用于接收用户输入的待接入动力电池的接入参数信息，并经所述交换机交互至所述储能监控系统；
所述储能监控系统还用于接收到所述接入参数信息时，根据所述接入参数信息判断在多个支路中是否存在满足预设接入条件的目标支路；若存在，生成直接接入提示信息，并将所述直接提示信息经所述交换机传输至所述人机交互终端；
所述人机交互终端还用于显示所述直接接入提示信息，以提示将所述待接入动力电池作为一个分路并联接入至所述目标支路。
4.根据权利要求3所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，其还包括：
所述储能监控系统还用于若不存在满足预设接入条件的目标支路，生成间接接入提示信息，并将所述间接接入提示信息经所述交换机传输至所述人机交互终端；
所述人机交互终端还用于显示所述间接接入提示信息，以提示重构一支路，并将所述待接入动力电池接入新的支路中。
5.根据权利要求3所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，所述接入参数信息包括端电压信息和辅助参数信息，所述辅助参数信息包括SOC值和/或最大容量值和/或品牌型号信息，所述预设接入条件为实际压差不超过预设压差阈值，且根据所述辅助参数信息计算得到的匹配度最高，其中，所述实际压差＝|端电压信息-支路电压信息|。
6.根据权利要求2所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，
所述电池管理系统获取自身对应的电池包的电池参数，并将所述电池参数经所述直流控制单元、所述交换机传输至所述储能监控系统；
所述储能监控系统根据所述电池参数判断与之对应的梯次利用电池包是否达到预设清退条件，若达到预设清退条件，则生成功率控制指令，并将所述功率控制指令发送至与待清退梯次利用动力电池对应的储能变流器；
所述储能变流器接收到所述功率控制指令时，执行所述功率控制指令，以降低与待清退梯次利用电池包对应分路的功率为0，并在所述分路的功率降为0时，生成清退提示信息，且将所述清退提示信息发送至所述人机交互终端；
所述人机交互终端，用于显示所述清退提示信息，以提示拆解所述待清退梯次利用电池包，以清退出当前储能系统。
7.根据权利要求6所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，所述电池参数包括SOH值和/或电池故障信息；所述预设清退条件包括所述SOH值超过预设清退阈值,和/或分析所述电池故障信息得到的故障诊断结果满足预设退出维修条件。
8.根据权利要求1所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，所述储能变流器包括：
变压器，其一端与外界输电网连接；
DC/AC转换器，其一端与所述变压器的另一端连接；
至少一个DC/DC转换器，其一端与所述DC/AC转换器连接，另一端与所述电池包连接。
9.根据权利要求1所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，其还包括：
公有云，其与所述储能监控系统连接，所述公有云接收到远程终端的远程控制命令时，控制所述储能监控系统，以获取当前储能系统的运行信息、依据运行信息进行分析处理得到分析处理结果、以及将运行信息和分析处理结果反馈至所述远程终端。
10.根据权利要求1所述的梯次利用车用动力电池储能系统，其特征在于，其还包括：
电能表，其与所述储能监控系统连接，所述电能表分别与电流输入端、电流输出端连接，所述电能表用于获取用电信息和供电信息，并将所述用电信息和所述供电信息发送至所述储能监控系统；
所述储能监控系统，还用于将所述用电信息和供电信息发送至所述人机交互终端；
所述人机交互终端，用于显示所述用电信息和供电信息。
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