CN110254289A - 一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，包括控制器、电池管理系统、光照检测模块、太阳能电池板、混合动力电池组、逆变器、继电器和充电桩，混合动力电池组通过逆变器连接公共电网，混合动力电池组通过继电器连接充电桩，控制器通过电池管理系统连接混合动力电池组，光照检测模块、太阳能电池板、继电器、逆变器分别与控制器相连，混合动力电池组包括新电池组与梯次电池组，新电池组与梯次电池组之间互相独立；电池管理系统通过对混合动力电池组电压、电流、温度数据的采集来控制混合动力电池组的充放电，以及控制新电池组和梯次电池组的切换。实现了退役电池的二次利用，能节约成本，同时延长使用寿命。

Description

一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统
技术领域
本发明涉及动力电池梯次利用领域，具体的涉及一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统。
背景技术
当动力电池无法再满足电动汽车的工作需求时，从电动汽车淘汰下来的动力电池梯级利用是电池储能的一种非常重要形式。通过对这些退役动力电池进行拆解、检测、修复、重组等工序可以实现退役动力电池的二次利用，经过重组后的锂离子动力电池的部分性能远超铅酸电池，可应用于低速电动车、储能设备及小型家电等。
随着国内首批电动汽车所使用的动力电池的退役，将会有大量的退役锂离子动力电池待利用。如何处理好这批退役动力电池成为了目前的重要研究方向，动力电池的梯次利用是这些退役电池回收后的主要处理方式之一。许多厂家和研究机构已经大力开展了退役动力电池梯次利用的技术方案研究。合理的使用退役动力电池可以减少环境污染、提高新能源的利用率以及降低电池生产成本。
退役电池在二次利用过程中受到诸多条件的限制，目前缺少一种既能够将退役动力电池二次利用起来、延长退役电池的使用寿命，又能够确保退役动力电池在二次利用中的安全性和可靠性的动力电池梯次利用方式。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种有效利用退役的梯次电池、安全性和可靠性高的基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统。
本发明采用的技术方案是：
一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，包括：控制器、电池管理系统、光照检测模块、太阳能电池板、混合动力电池组、逆变器、继电器和充电桩，所述混合动力电池组通过逆变器连接公共电网，混合动力电池组通过继电器连接充电桩，所述控制器通过电池管理系统连接混合动力电池组，所述光照检测模块、太阳能电池板、继电器、逆变器分别与控制器相连，所述混合动力电池组包括新电池组与梯次电池组，所述新电池组与梯次电池组之间互相独立；所述电池管理系统通过对混合动力电池组电压、电流、温度数据的采集来控制混合动力电池组的充放电，以及控制新电池组和梯次电池组的切换；所述控制器优先控制混合动力电池组给电动汽车充电，当混合动力电池组电量耗尽时切换公共电网直接为电动汽车充电，所述光照检测模块用于反馈外界光照强度，所述控制器根据接收的外界光照强度结合充电控制算法控制新旧动力电池的充电过程。
进一步的，所述电池管理系统包括BMS控制器、第一数据采集模块、第二数据采集模块、数据控制模块和主控单元，所述第一数据采集模块连接新电池组用于采集电流、电压和温度信息，所述第二数据采集模块连接梯次电池组用于采集电流、电压和温度信息，所述第一数据采集模块、第二数据采集模块皆与数据控制模块相连，所述BMS控制器与数据控制模块相连，通过接收第一数据采集模块、第二数据采集模块所传递的信号对采集的数据进行分析处理；所述主控单元通过数据控制模块与BMS控制器相连，主控单元分别连接新电池组和梯次电池组，主控单元接收BMS控制器发出的电池数据异常信号后进行新电池组和梯次电池组的切换。
进一步的，所述控制器的充电控制算法包括以下步骤：
S1：控制器判断是否有电动汽车停靠充电，如果有，则优先给电动汽车充电，如果没有，则执行步骤S2；
S2：采集当前光照强度，当光照强度高于所设置的光照强度第一临界值时，执行步骤三；当光照强度低于光照强度第一临界值高于光照强度第二临界值时，执行步骤S4；当光照强度低于第二临界值导致太阳能发电不足时，执行步骤S5；
S3：控制器控制新电池进行充电操作，在新电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S4：控制器控制梯次电池组进行充电操作，在梯次电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S5：控制器控制公共电网接入直接给电动汽车充电。
进一步的，所述第一数据采集模块数量与新电池组内新电池数量一致，每个第一数据采集模块单独连接一个新电池，所述第二数据采集模块数量与梯次电池组内梯次电池数量一致，每个第二数据采集模块单独连接一个梯次电池。
本发明的有益效果在于：
本技术方案通过电池管理系统实时采集电池组电流、电流及温度数据，当采集到的电池数据出现异常或者任一单独电池组电量不足时及时自动切换动力源。当混合动力电池组所剩电量不足以为电动汽车充电时则由公共电网自动接入提供电源。保证充电系统在任何环境下都能为电动汽车提供足够电能。
本技术方案采用由梯次电池与新电池混合组成得动力电池组，实现了退役电池的二次利用，能节约成本；梯次电池组与新电池组在充放电过程中相互独立，使得梯次电池的工作环境更为可控，延长其使用寿命；通过电池管理系统可以根据采集到的电压、电流、温度数据及时切换电源，既能更好的利用梯次电池也能对电池组及整个太阳能供电系统起到保护作用。
附图说明
图1为本发明太阳能电动汽车充电系统的原理框图；
图2为本发明电池管理系统的原理框图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
如图1所示为本发明的一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，包括：控制器1、电池管理系统2、光照检测模块3、太阳能电池板4、混合动力电池组5、逆变器6、继电器7和充电桩8，混合动力电池组5通过逆变器6连接公共电网，混合动力电池组5通过继电器7连接充电桩8，控制器1通过电池管理系统2连接混合动力电池组5，光照检测模块3、太阳能电池板4、继电器7、逆变器6分别与控制器1相连，混合动力电池组5包括新电池组与梯次电池组，新电池组与梯次电池组之间的充放电过程互相独立；电池管理系统2通过对混合动力电池组5电压、电流、温度数据的采集来控制混合动力电池组5的充放电，以及控制新电池组和梯次电池组的切换。
如图2所示，本发明中电池管理系统2为BMS，包括BMS控制器20、第一数据采集模块21、第二数据采集模块22、数据控制模块23和主控单元24，第一数据采集模块21连接新电池组用于采集新电池充放电过程中的电流、电压和温度信息，第二数据采集模块22连接梯次电池组用于采集梯次电池充放电过程中的电流、电压和温度信息，第一数据采集模块21数量与新电池组内新电池数量一致，每个第一数据采集模块21单独连接一个新电池，第二数据采集模块22数量与梯次电池组内梯次电池数量一致，每个第二数据采集模块22单独连接一个梯次电池。每一个电池配备两个继电器，分别接入到对应数据采集模块的两个模拟输入端，继电器的闭合由主控单元24控制，数据采集模块将实时采集到的新旧动力电池各自电压、电流以及温度数值通过A/D转换芯片进行AD转换，并将转换后的信号通过数据控制模块23传递给BMS控制器20。
第一数据采集模块21、第二数据采集模块22皆与数据控制模块23相连，BMS控制器20通过数据控制模块23接收第一数据采集模块21、第二数据采集模块22所传递的信号，然后对采集的数据进行分析处理；主控单元24通过数据控制模块23与BMS控制器20相连，主控单元24分别连接新电池组和梯次电池组，主控单元24接收BMS控制器20发出的电池数据异常信号后进行新电池组和梯次电池组的切换。
控制器1通过内设程序优先控制混合动力电池组5给停靠的电动汽车充电，当混合动力电池组5电量耗尽时，切换到公共电网直接为电动汽车充电。光照检测模块3内设有光照强度第一临界值和光照强度第二临界值，光照强度第一临界值大于光照强度第二临界值，控制器1通过光照检测模块3反馈的光照强度临界值，结合充电控制算法控制混合动力电池组5的充电过程。
其中，控制器的充电控制算法包括以下步骤：
S1：控制器判断是否有电动汽车停靠充电，如果有，则优先给电动汽车充电，如果没有，则执行步骤S2；
S2：采集当前光照强度，当光照强度高于所设置的光照强度第一临界值时，执行步骤三；当光照强度低于光照强度第一临界值高于光照强度第二临界值时，执行步骤S4；当光照强度低于第二临界值导致太阳能发电不足时，执行步骤S5；
因为太阳能电池板的开路电压随光照强度增大而增大，因此设置光照强度临界值可以起到对混合动力电池组5的保护及其工作条件的限制。
S3：控制器控制新电池进行充电操作，在新电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S4：控制器控制梯次电池组进行充电操作，在梯次电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S5：控制器控制公共电网接入直接给电动汽车充电。
本系统可以设置在停车棚内，例如将太阳能电池板4和光照检测模块3安装在棚顶，电池组、继电器、逆变器和控制器安装在停车棚的支架上，也可以将太阳能电池板4和光照检测模块3安装在室外，电池组、继电器、逆变器和控制器安装在地下停车位。
本发明在电动汽车充电、即电池组放电过程中，优先由新电池组开始放电，再由梯次电池组放电。电池管理系统2实时采集电池组电流、电流及温度数据并传送到BMS控制器20，当采集到的电池数据出现异常或者任一单独电池组电量不足时及时自动切换动力源。当混合动力电池组5所剩电量不足以继续为电动汽车充电时则由公共电网自动接入提供电源。保证系统在任何环境下都能为充电的电动汽车提供足够电能，并通过电池管理系统2对混合动力电池组5及整个太阳能供电系统起到一定的保护作用。
本技术方案采用由梯次电池与新电池混合组成得动力电池组，实现了退役电池的二次利用，能节约成本；梯次电池组与新电池组在充放电过程中相互独立，使得梯次电池的工作环境更为可控，延长其使用寿命；通过电池管理系统可以根据采集到的电压、电流、温度数据及时切换电源，既能更好的利用梯次电池也能对电池组及整个太阳能供电系统起到保护作用。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，其特征在于，包括：控制器(1)、电池管理系统(2)、光照检测模块(3)、太阳能电池板(4)、混合动力电池组(5)、逆变器(6)、继电器(7)和充电桩(8)，所述混合动力电池组(5)通过逆变器(6)连接公共电网，混合动力电池组(5)通过继电器(7)连接充电桩(8)，所述控制器(1)通过电池管理系统(2)连接混合动力电池组(5)，所述光照检测模块(3)、太阳能电池板(4)、继电器(7)、逆变器(6)分别与控制器(1)相连，所述混合动力电池组(5)包括新电池组与梯次电池组(52)，所述新电池组与梯次电池组之间互相独立；所述电池管理系统(2)通过对混合动力电池组(5)电压、电流、温度数据的采集来控制混合动力电池组(5)的充放电，以及控制新电池组和梯次电池组的切换；所述控制器(1)优先控制混合动力电池组(5)给电动汽车充电，当混合动力电池组(5)电量耗尽时切换公共电网直接为电动汽车充电，所述光照检测模块(3)用于反馈外界光照强度，所述控制器(1)根据接收的外界光照强度结合充电控制算法控制混合动力电池组(5)的充电过程。
2.根据权利要求1所述的基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，其特征在于：所述电池管理系统(2)包括BMS控制器(20)、第一数据采集模块(21)、第二数据采集模块(22)、数据控制模块(23)和主控单元(24)，所述第一数据采集模块(21)连接新电池组(51)用于采集电流、电压和温度信息，所述第二数据采集模块(22)连接梯次电池组用于采集电流、电压和温度信息，所述第一数据采集模块(21)、第二数据采集模块(22)皆与数据控制模块(23)相连，所述BMS控制器(20)与数据控制模块(23)相连，通过接收第一数据采集模块(21)、第二数据采集模块(22)所传递的信号对采集的数据进行分析处理；所述主控单元(24)通过数据控制模块(23)与BMS控制器(20)相连，主控单元(24)分别连接新电池组和梯次电池组，主控单元(24)接收BMS控制器(20)发出的电池数据异常信号后进行新电池组和梯次电池组的切换。
3.根据权利要求1-2任一项所述的基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，其特征在于：所述控制器的充电控制算法包括以下步骤：
S1：控制器判断是否有电动汽车停靠充电，如果有，则优先给电动汽车充电，如果没有，则执行步骤S2；
S2：采集当前光照强度，当光照强度高于所设置的光照强度第一临界值时，执行步骤三；当光照强度低于光照强度第一临界值高于光照强度第二临界值时，执行步骤S4；当光照强度低于第二临界值导致太阳能发电不足时，执行步骤S5；
S3：控制器控制新电池进行充电操作，在新电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S4：控制器控制梯次电池组进行充电操作，在梯次电池组充满电后控制逆变器将太阳能电池发出的电能直接并入公共电网；
S5：控制器控制公共电网接入直接给电动汽车充电。
4.根据权利要求2所述的基于新旧电池混合管理的太阳能电动汽车充电系统，其特征在于：所述第一数据采集模块(21)数量与新电池组内新电池数量一致，每个第一数据采集模块(21)单独连接一个新电池，所述第二数据采集模块(22)数量与梯次电池组内梯次电池数量一致，每个第二数据采集模块(22)单独连接一个梯次电池。
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