CN110247465A - 电池模组能量循环系统 - Google Patents

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    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
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Abstract

本申请提供一种电池模组能量循环系统，至少包括能量调节模块，所述能量调节模块用于接收测试电机组中的电池包释放的放电电流，并根据所述放电电流进行能量转换，将转换后的能量进行存储，减少了能量的损耗，减少了储能设备的生产成本。

Description

电池模组能量循环系统
技术领域
本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种电池模组能量循环系统。
背景技术
近几十年来，电能存储技术的研究和发展一直受到各国能源、交通、电力、电讯等部门的重视。电能的存储是伴随着电力工业发展一直存在的问题，迄今为止也没有一种非常完美的储能技术，但经过几代科学家的努力，一些比较成熟的储能技术在各行各业发挥着重要的作用。储能的优点有很多，节能、环保、经济。高效、安全、可行性高的储能方法和装置对于工厂的节能降耗显得尤为重要。
目前，对于工厂生产的储能设备进行测试的时候，将储能设备安装在测试装置上，在放电过程中会将能量导入到交流电网中，无法将测试放电过程中的能量进行有效利用，造成能源的浪费。
发明内容
本申请实施例提供一种电池模组能量循环系统，用以解决现有技术中无法将储能设备放电过程中的能量再利用的问题。
本申请实施例提供一种电池模组能量循环系统，至少包括能量调节模块，所述能量调节模块用于接收测试电机组中的电池包释放的放电电流，并根据所述放电电流进行能量转换，将转换后的能量进行存储。
可选地，所述系统还包括测试电机组，所述测试电机组包括至少一路的充放电机，每路充放电机上设置有电池包，所述测试电机组用于对至少一个所述电池包进行放电。
可选地，所述系统还包括超级电容器组，所述超级电容器组的两端分别与公共地和所述测试电机组的输出端相连，所述超级电容器组用于吸收所述电池包放电过程中的冲击电流和冲击电压。
可选地，所述超级电容器组包括至少两个电容器，所述电容器以串联和/或并联的方式连接。
可选地，所述能量调节模块包括储能开关和升压变压器，其中，所述储能开关用于产生脉冲信号，所述升压变压器用于根据所述储能开关产生的脉冲信号，对所述测试电机组的输出电压进行变换，获得变换后的电压。
可选地，所述储能开关为IGBT模块。
可选地，所述升压变压器为脉冲变压器。可选地，所述能量调节模块还包括整流滤波单元，所述整流滤波单元用于将经过所述升压变压器得到的交流电转换成直流电。
可选地，所述系统还包括储能电池组，所述储能电池组的两端分别与公共地和所述能量调节模块的输出端相连，用于存储所述能量调节模块所提供的能量。
可选地，所述储能电池组存储的能量用于给电池充电。
本申请提供的电池模组能量循环系统，通过将储能设备在放电测试过程中的产生的电流经过能量调节模块的转换并进行能量存储，减少了能量的损耗，减少了储能设备的生产成本。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本申请实施例提供的电池模组能量循环系统的结构示意图；
图2为本申请又一实施例提供的电池模组能量循环系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的对电池模组进行充放电测试的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的DC-AC电压转换电路的示意图；
图5为本申请实施例提供的经过DC-AC电压转换电路得到的电压信号的示意图。
附图标记：
1-测试电机组；2-超级电容器组；3-能量调节模块；
4-储能电池组；5-绿色能源接入。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1为本申请实施例提供的电池模组能量循环系统的结构示意图，如图1所示，所示系统至少包括：能量调节模块20，所述能量调节模块20用于接收测试电机组中的电池包释放的放电电流，并根据所述放电电流进行能量转换，将转换后的能量进行存储。
可选地，本申请实施例提供的系统还可以包括测试电机组10、储能电池组30。
其中，测试电机组10中的电池包用于产生放电电流，能量调节模块20根据所产生的放电电流进行能量转换，并将转换后的能量进行存储，在本申请实施例中可存储在储能电池组30中。
在实际的使用过程中，生产好的电池包在出厂前都需要进行出厂检验，尤其是对电池包进行充放电测试，进一步地对电池包的性能进行检测。在对电池包的放电测试过程中，将生产好的电池包即充满电的电池包安装于测试电机组上，并开启电源，电池包就开始进行放电，并产生放电电流。
为了不浪费掉电池包放电过程中释放的电能，本申请实施例提供了能量调节模块，对电池包放电过程中所产生的电能进行回收再利用，具体地，通过对电池包的放电电流进行控制，从而对电池包所产生的电能进行转换，并将转换后能量进行存储，在此过程中，不会将电池包放电测试过程中的能量进行损耗，放电完成后将能量存储起来。
本申请提供的电池模组能量循环系统，通过将储能设备在放电测试过程中的产生的电流经过能量调节模块的转换并进行存储，减少了能量的损耗，减少了储能设备的生产成本。
可选地，所述系统还包括测试电机组，所述测试电机组包括至少一路的充放电机，每路充放电机上设置有电池包，所述测试电机组用于对至少一个所述电池包进行放电。
在上述实施例的基础上，所述系统还包括测试电机组，所述测试电机组包括多组充放电设备和放电控制系统，其中，充放电设备可以是充放电机，测试电机组按照电池模组中电池包的工艺控制要求，对不同类型的电池包的性能参数进行检测及评价，例如，性能参数至少包括放电电压、放电电流、放电功率、直流内阻、动静态电压差、温差等；尤其是在放电的过程中，对上述的性能参数进行检测。
具体地，测试电机组中电池包进行放电，产生放电电流，能量调节模块通过对电池包的放电电流进行控制，从而对电池包所产生的电能进行转换，并将转换后能量进行存储，在此过程中，不会将电池包放电测试过程中的能量进行损耗，放电完成后将能量存储起来。
可选地，所述系统还包括超级电容器组，所述超级电容器组的两端分别与公共地和所述测试电机组的输出端相连，所述超级电容器组用于吸收所述电池包放电过程中的冲击电流和冲击电压。
可选地，所述超级电容器组包括至少两个电容器，所述电容器以串联和/或并联的方式连接。
在上述实施例的基础上，图2为本申请又一实施例提供的电池模组能量循环系统的结构示意图，如图2所示，其中，电池模组能量循环系统不仅包括测试电机组1和能量调节模块3，还包括超级电容器组2，即所述超级电容器组的两端分别与公共地和所述测试电机组的输出端相连，所述超级电容器组用于吸收所述电池包放电过程中的冲击电流和冲击电压；其中，测试电机组1在本申请实施例中包括7路充放电机，且每路充放电机可安装一个电池包，在测试电机组1和能量调节模块3之间增加了一个超级电容器组2。
由于在电池包放电的过程中，会产生大量的电流，电量也很大，如此大的电流会对后续电路中的元器件造成损害，因此，本申请实施例提供一超级电容器组，用于吸收所述电池包放电过程中的冲击电流和冲击电压，即将电池包放电过程的大电流进行暂时的存储和电流速度的减缓，避免对后续的元器件造成大的冲击。
具体地，电池包充放电测试中，充电、放电电流比较大，充电电流0.5C，放电电流3C(最大可达500-600A)，其中，1C表示1倍的电流；放电持续时间短，充电持续时间长；充放电电压DC300-400V。
超级电容器组的容量可以根据充放电电池组的性能参数进行计算，来选择合适的超级电容器组，如果测试电机组中多组充放电机中的电池包同时放电，由于充放电电池组的电流电压越大，所要选择的超级电容器组可承受的能量也越大，相对应的，成本也会越高。
需要说明的是，超级电容器组中的电容器可根据电池包的相关参数进行设定，并通过对电容器进行串联、并联或者串联和并联组合，得到一个符合条件的超级电容器组。
虽然，超级电容器组可以减缓充放电流的冲击，但是在系统的运行过程中也需要对超级电容器组进行保护，本申请实施例中优选地，通常采用最多两组电池包可同时进行放电，选择的超级电容器组为400V、100F的电容器组，因此，需要对充放电机的工作状态进行控制，具体的控制流程如图3所示：
101：开始；将测试电池组中的充放电机开启；
102：扫码；生产的每个电池包都有自己的条码，将要测试的电池包在充放电机的扫码区进行扫描，充放电机就识别到是什么型号的电池包；
103：充放电测试程序选择；充放电机按照识别的电池包选择相对应的充放电测试程序；
104：检查是否有其他设备运行，若没有，则执行105；若有其他设备运行，则执行106；
在选择好程序后，充放电机会检查该设备上是否还有别的设备进行运行，例如还未完成充放电检测的电池包，若没有检测到设备，则执行105；若检测到设备，则执行106；
105：设置电池包的监测条件；如果在充放电机上没有检测到其他设备运行，则设置上述扫码的电池包的需要监测条件，例如：限制电压、限制电流、温度等。
106：等待10s后，继续执行104；
如果在充放电机上没有检测到其他设备运行，则等待一定时间后，再检测是否有其他设备运行，直到检测到没有其他设备运行为止。
107：运行设备；
在设置好监测条件后，充放电机开始运行，电池包的充放电测试也开始进行。
108：充放电测试结束。
具体地，测试电机组中电池包进行放电后，产生放电电流，所述放电电流经过所述超级电容器组，将电量进行暂时存储，并减缓电流速度，减缓后的电流进入到能量调节模块中，能量调节模块通过对减缓后的放电电流进行控制，从而对电池包所产生的电能进行转换，并将转换后能量进行存储，在此过程中，不会将电池包放电测试过程中的能量进行损耗，放电完成后将能量存储起来。
本申请实施例中选择超级电容器组进行蓄电降流，实现快速电能吸收，避免对电网、变压器、储能蓄电池的冲击。
可选地，所述能量调节模块包括储能开关和升压变压器，其中，所述储能开关用于产生脉冲信号，所述升压变压器用于根据所述储能开关产生的脉冲信号，对所述测试电机组的输出电压进行变换，获得变换后的电压。
在上述实施例的基础上，所述能量调节模块执行的DC-AC-DC升压转换，其中，所述储能开关和升压变压器用于实现DC-AC的转换，其中，所述储能开关用于产生脉冲信号，所述升压变压器用于根据所述储能开关产生的脉冲信号，对所述测试电机组的输出电压进行变换，获得变换后的电压，其中，电压的转换比可以根据实际的需要进行设定，在本申请实施例中选择电压转换比为1:1.2。
在本申请实施例中，所述升压变压器为脉冲变压器；
所谓脉冲变压器是一种宽频变压器，脉冲变压器的结构和一般控制变压器类似，由导电的绕组和导磁的铁心构成了脉冲变压器的核心部分。不过绝大多数脉冲变压器铁心做成环形，材料一般为坡莫合金或锰锌铁淦氧磁性瓷等；其绕组是双边或三边的，第三边绕组一般是为改善某种性能而设置的，绕组特点是通过改变副绕组的绕向来改变输出端脉冲信号的极性。
脉冲变压器工作原理利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通Φ1。右面铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，Φσ基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证Φ1为正弦波，其中，Φσ表示漏磁通。
在晶体管(或电子管)脉冲振荡器中使集电极(阳极)和基极(栅极)间得到强耦合；采用若干个次级绕组，以便得到几个不同幅值的脉冲，使电子管的板极回路和栅极回路，或晶体管的集电极与基极间形成正反馈，以便产生自激振荡等。
脉冲变压器是一个作业在暂态中的变压器，也即是说，脉冲进程在时间短的时间内发作，一个顶部滑润的方波，而通常变压器是作业在接连不变的磁化中的其交变信号是按正弦波形改变。脉冲信号是重复周期，一定距离的且只有正极或负极的电压。
在本申请实施例中的脉冲变压器采用的是升压变压器，用于将超级电容器组的输出电压进行升压，以给后续的电池包进行补电。
可选地，所述储能开关为IGBT模块。
在上述实施例的基础上，具体地，由于电池包测试过程中，电流为500-600A，电压为300-400V,在本申请实施例中的能量调节模块中的储能开关采用最新的碳化硅工艺IGBT，用PWM脉宽调制法直接生成PWM波形提供升压变压器电压。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域，且IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点。
具体地，所述根据所述放电电流进行能量转换，具体为：
所述储能开关产生的脉冲信号对所述放电电流进行调制，获得调制后的电流，所述升压变压器根据调制后的电流，将所述测试电机组释放的直流电转换成交流电；
整流滤波单元，对得到的所述交流电进行整流滤波获得升高后的直流电压。
具体地，具体地，测试电机组中电池包进行放电后，产生放电电流，所述放电电流经过所述超级电容器组，将电量进行暂时存储，并减缓电流速度，减缓后的电流进入到能量调节模块中，能量调节模块通过对减缓后的放电电流进行控制，从而对电池包所产生的电能进行转换，并将转换后能量进行存储，在此过程中，不会将电池包放电测试过程中的能量进行损耗，放电完成后将能量存储起来。
其中，所述能量调节模块根据所述放电电流进行能量转换，分别对电流和电压进行转换，即所述能量调节模块执行的DC-AC-DC升压转换，其中，储能开关和变压器用于执行DC-AC的升压转换，AC-DC的转换采用整流滤波单元来实现，所述整流滤波单元采用桥式整流滤波电路，用于将经过所述脉冲变压器得到的交流信号通过整流电路转换成直流信号，并对得到的直流信号进行滤波，得到升高后的直流电压。
在上述实施例基础上，具体地，DC-AC回路采用脉冲变压器、IGBT生成频率为50Hz脉冲信号、占空比可调来控制DC-AC的电流，控制能量转换速度；具体的升压电路图如图4所示，得到的升压后的电压如图5所示。
具体地，IGBT模块中占空比控制如下所述：设定检测超级电容电压组两端的电压为U1和储能电池组两端的电压为U2及储能电池组充电电流I；并计算其差值△U；Ui占空比记为K；
若△U≤0V或I>500A；则Ui占空比输出0％；(防止电流超调)
若U1>400V；则Ui占空比输出20％,关闭储能蓄电池充电回路，超级电容的电量经电阻回路释放；(防止电压超调)
若50V＞△U＞0V且U2<300V则0<K<50％；PID调节K值控制储能电池组充电电流50A；
若100V＞△U≥50V且U2<300V则0<K<30％；PID调节K控制储能电池组充电电流300A；
若50V＞△U＞0V且U2≥300V则0<K<60％；PID调节K值横流控制储能电池组充电电流100A；
若100V＞△U≥50V且U2≥300V则0<K<30％；PID调节K控制储能电池组充电电流300A；
通过调节IGBT模块的占空比，检测超级电容器组的电压及储能电池组的电压，并计算两者的差值，实现对所述储能电池组无超调的充电，并通过对储能电池组中的充电电流进行检测，实现电流的无超调。
本申请实施例提供的占空比的控制方法，可以实现电池包在充放电时电压和电流均无超调，产品安全和品质得到提高，储能系统无着火风险。
可选地，所述系统还包括储能电池组，所述储能电池组的两端分别与公共地和所述能量调节模块的输出端相连，用于存储所述能量调节模块所提供的能量。
在上述实施例的基础上，所述系统还包括储能电池组4，如图2所示，用于将电池包放电过程中的能量进行储存，满电释放及电池包工艺补电。
可选地，所述储能电池组还接入太阳能、风能等清洁能源和波峰波谷的电网电能。
在上述实施例的基础上，所述储能电池组不仅可以存储电池包放电过程中的能量，还可以将太阳能风能等绿色能源接入5或者是其他清洁能源的引入，也就是图2中的绿色能源接入5；还可以是波峰波谷的电网电能接入。在上述各类能量接入进行存储，可以在工厂内部能量循环。
可选地，所述储能电池组存储的能量用于给电池充电。
在上述实施例的基础上，在将整流滤波单元处理后的能量进行存储后，可采用降压方案，即采用电容和固态继电器，通过降压开关即固态继电器直接降压后，用储能电池组的能源直接给电池包补电。
具体地，如图2所示，在测试电机组的一组充放电机上放置电池包，开始放电，电池包产生巨大的电流，通过超级电容器的过程中，超级电容器将电池包的放电电流进行的短暂存储，并对电流的速度进行减缓，电流开始慢慢流向储能开关，通过储能开关和升压变压器的配合，将直流电转换成交流电，并通过升压变压器将超级电容器两端的电压升高，进而将交流电通过整流滤波单元再次转换成直流电，并在储能电池组进行存储，进而对电池包进行充电。在整个的过程中，将电池包放电过程中的电能进行了循环利用，节省能源，避免了能源的浪费。
本申请实施例提供的电池模组能量循环系统，适用于包括方形铝壳、软包、固态电芯组成的所有BEV(Battery Electric Vehicle，蓄电池电动汽车)乘用车电池模组及电池包的生产；提高电池包生产过程中的能耗损失，降低生产成本，电池包在充放电时电压和电流无超调，优化生产工艺，提高电池实用寿命，设备成本低。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种电池模组能量循环系统，其特征在于，至少包括能量调节模块，所述能量调节模块用于接收测试电机组中的电池包释放的放电电流，并根据所述放电电流进行能量转换，将转换后的能量进行存储。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括测试电机组，所述测试电机组包括至少一路的充放电机，每路充放电机上设置有电池包，所述测试电机组用于对至少一个所述电池包进行放电。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括超级电容器组，所述超级电容器组的两端分别与公共地和所述测试电机组的输出端相连，所述超级电容器组用于吸收所述电池包放电过程中的冲击电流和冲击电压。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述超级电容器组包括至少两个电容器，所述电容器以串联和/或并联的方式连接。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述能量调节模块包括储能开关和升压变压器，其中，所述储能开关用于产生脉冲信号，所述升压变压器用于根据所述储能开关产生的脉冲信号，对所述测试电机组的输出电压进行变换，获得变换后的电压。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述储能开关为IGBT模块。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述升压变压器为脉冲变压器。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述能量调节模块还包括整流滤波单元，所述整流滤波单元用于将经过所述升压变压器得到的交流电转换成直流电。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括储能电池组，所述储能电池组的两端分别与公共地和所述能量调节模块的输出端相连，用于存储所述能量调节模块所提供的能量。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述储能电池组存储的能量用于给电池充电。
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