CN110518667B - 一种梯次利用电池并联系统及其控制方法 - Google Patents

一种梯次利用电池并联系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种梯次利用电池并联系统及其控制方法，包括电池模块和DC/DC电力变换模块；所述电池模块包括供电电池模块和电池管理模块，所述供电电池模块包括多组相互并联的电池组，每组并联的电池组分别由若干电池包串联组成；所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，所述终端控制模块根据接收到电池管理模块发送的数据判断电池并联系统的工作模式，并向DC/DC电力变换模块发送充电或放电指令；所述DC/DC电力变换模块根据终端控制模块的控制指令，对各并联电池组进行充电或放电操作；本公开所述的电池并联系统中电池包(组)无需拆解，降低了电池梯次利用的成本，同时提升了电池梯次利用的安全性。

Description

一种梯次利用电池并联系统及其控制方法
技术领域
本公开涉及动力电池技术领域，特别涉及一种梯次利用电池并联系统及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
在电动车产业的带动下，电池也进入快速发展期，与此同时，动力电池的性能随着其不断循环使用而衰减，性能衰减到新电池的80％时，将不能满足电动汽车的使用标准。对退役动力电池的回收再利用，可以减少对因动力电池中正极材料、电解质等如果不能经过完善处理，而对环境可能造成的巨大污染，还可以减少对大量稀缺金属的进口。通过动力锂电池的梯次利用，可以适当延长动力锂电池寿命周期，提高能源利用率，并且间接降低了动力锂电池的成本。
本公开发明人发现，现有技术中退役锂电池的梯次利用是通过一定的评价标准进行外结构拆解、电芯检测、筛选分类，然后再进行梯次再利用，然而进行外结构拆解、电芯检测的过程需要专业操作，操作复杂，作业成本高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种梯次利用电池并联系统、控制方法、电池及电动车，电池包(组)无需拆解，降低了电池梯次利用的成本，提升了电池梯次利用的安全性。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
第一方面，本公开提供了一种梯次利用电池并联系统；
一种梯次利用电池并联系统，包括电池模块和DC/DC电力变换模块；
所述电池模块包括供电电池模块和电池管理模块，所述供电电池模块包括多组相互并联的电池组，每组并联的电池组分别由若干分电池组或电池包串联组成；
所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，对供电电池模块进行实时数据采集，并根据采集的数据进行SOC及SOH计算，进行均衡管理，同时将采集到的数据和计算后的结果传输给终端控制模块；
所述均衡管理具体为：当电池组电压差过大时，进行均衡管理降低电池组电芯压差，达到均衡目的；
所述终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式，当电池并联系统需要充电或放电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电或放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电或放电指令；
每组并联的电池组分别连接有一个DC/DC电力变换模块，各DC/DC电力变换模块根据终端控制模块的控制指令，对各并联的电池组进行充电或放电操作。
作为可能的一些实现方式，所述的DC\DC电力变换模块包括DC\DC变换器、DC\DC变换器控制电路和通信电路。
作为可能的一些实现方式，每组并联的电池组的总电压在DC\DC电力变换模块正常工作电压范围内。
作为可能的一些实现方式，并联的电池组的数量与DC\DC电力变换模块的数量相同；
进一步的，所述的每串供电电池组采用独立DC\DC电力变换模块与直流母线相连。
作为进一步的限定，每组串联供电电池组对应的DC\DC电力变换模块相同，DC\DC电力变换模块的具体控制参数根据相应电池组的电压进行调节。
作为可能的一些实现方式，每组并联的电池组中串联连接的退役电池包或电池组的电芯参数一致且电芯数量相同；
作为可能的一些实现方式，每组电池组的总电压相近。
作为可能的一些实现方式，所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，根据电池状态调整控制参数，选择控制策略，确定实施具体充电或者放电动作以利于电池的运行；
作为可能的一些实现方式，电池管理模块用于对供电电池模块的电压和温度进行实时数据采集。
第二方面，本公开提供了一种梯次利用电池并联系统的控制方法，利用本公开所述的梯次利用电池并联系统，步骤如下：
终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式；
当电池并联系统需要放电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送放电指令，各并联的电池组并联放电；
放电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统的各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压低于放电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止放电。
作为可能的一些实现方式，当电池并联系统需要充电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电指令，各并联的电池组分别放电；
充电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统的各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压高于充电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止充电。
第三方面，本公开提供了一种电池，包括本公开所述的梯次利用电池并联系统。
第四方面，本公开提供了一种电池，利用本公开所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
第五方面，本公开提供了一种电动车，包括本公开所述的梯次利用电池并联系统。
第六方面，本公开提供了一种电动车，利用本公开所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述的电池并联系统的电池包(组)无需拆解，降低了电池梯次利用的成本，同时提升了电池梯次利用的安全性。
本公开所述的电池并联系统可兼容各种电压等级电池包(组)，对电池包(组)总电压要求低，应用范围广。
本公开所述的电池并联系统充分利用电池包(组)的电池管理模块，通过电池管理模块获取充放电参数信息及电池运行参数信息，参考电池运行参数信息对电池包(组)进行控制。
本公开所述的电池并联系统根据并联各电池组支路电流计算单体SOC，根据每组电池的剩余容量及健康状态分配其输出电流，从而控制每组电池的放电电流大小和放电深度，避免过放和过流，可使整个电池组中电池的放电时间同步，而且确保系统不因为某一组电池出现问题而导致系统故障，甚至损害电池组，提高了系统的稳定裕度。
本公开所述的电池并联系统DC\DC电力变换模块可以移植，可以通用，同时可使布局更灵活。
附图说明
图1为现有技术中传统的梯次利用电池并联系统示意图。
图2为本公开实施例1所述的梯次利用电池并联系统示意图。
图3为本公开实施例2所述的梯次利用电池并联系统的控制方法流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
如图1所示，目前，现有技术中的梯次利用电池并联系统是直接的将一些通过一定的评价标准进行外结构拆解、电芯检测和筛选分类的单个的电池包或分电池组进行并联，然后再进行梯次再利用；然而进行外结构拆解、电芯检测的过程需要专业操作，操作复杂，作业成本高；因此，本公开是在考虑到现有技术中不足情况下做出的。
如图2所示，本公开实施例1提供了一种梯次利用电池并联系统，本实施例的梯次利用电池并联系统包括电池模块和DC/DC电力变换模块；
所述电池模块包括供电电池模块和电池管理模块，所述供电电池模块包括多组相互并联的电池组，每组并联的电池组分别由若干分电池组或电池包串联组成；
所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，对供电电池模块进行实时数据采集，并根据采集的数据进行SOC及SOH计算，进行均衡管理，同时将采集到的数据和计算后的结果传输给终端控制模块；
所述终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式，当电池并联系统需要充电或放电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电或放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电或放电指令；
每组并联的电池组分别连接有一个DC/DC电力变换模块，各DC/DC电力变换模块根据终端控制模块的控制指令，对各并联的电池组进行充电或放电操作。
所述的DC\DC电力变换模块包括DC\DC变换器、DC\DC变换器控制电路和通信电路。
供电电池模块包括若干并联的电池组，每组并联的电池组又分别由若干分电池组串联组成，其中每组分电池组由若干退役电池包(组)串联连接组成，亦即：供电电池模块采用退役电池包(组)先串联后并联连接。
图2中为n组并联的电池组，其中B11、B12、……Bnz均为退役电池包(组)；(B11、B12、……B1x)、(B21、B22、……B2y)……(Bn1、Bn2、……Bnz)等各个退役电池包(组)分别串联组成电压相近的并联电池组；每串并联电池组各自连接一个DC\DC电力变换模块，DC\DC电力变换模块经母线并联。
所述的每个DC\DC电力变换模块相同，电池放电时，每个DC\DC电力变换模块都输出相同的电压到直流母线；电池放电时，每个DC\DC电力变换模块根据所连接的电池组电压调节控制参数，分别对电池组进行充电。
所述的并联电池组，各组并联的电池组的总电压不需要完全一致，只需在DC\DC电力变换模块正常工作电压范围内。
每串电池组由退役电池包(组)串联组成，每个串联的电池包(组)电压无需一致，每个串联的电池包(组)的电芯串数也无要求。亦即：图2中，各串并联电池组中电池包(组)的数量x、y、……z不必相等，各电池包(组)B11、B12、……B1x中的电芯串数a1、a2、……ax也不必相等。
每串电池组中串联连接的退役电池包(组)，其电芯参数需要一致，以保证最大限度利用电池容量。以图2中第一串电池组为例，电池包(组)B11、B12、……B1x中电芯参数需要一致。
所述的退役电池包(组)包括其对应的电池管理模块，电池管理模块通过监控电流方向及大小监控充电、放电状态，并对供电电池模块中各并联的电池组进行实时数据(包括电压、温度)采集，对所采集的数据分析及计算，并根据采集的数据进行每个电池包的SOC及SOH计算，进行均衡管理，同时将数据上报于终端控制系统。
实施例2：
如图3所示，本公开实施例2提供了一种梯次利用电池并联系统的控制方法，利用本公开实施例1所述的梯次利用电池并联系统，步骤如下：
终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式；
当电池并联系统需要放电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送放电指令，各并联的电池组并联放电；
放电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统的各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压低于放电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止放电。
当电池并联系统需要充电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电指令，各并联的电池组分别放电；
充电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统的各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压高于充电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止充电。
实施例3：
本公开实施例3提供了一种电池，包括本公开实施例1所述的梯次利用电池并联系统。
实施例4：
本公开实施例4提供了一种电池，利用本公开实施例2所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
实施例5：
本公开实施例5提供了一种电动车，包括本公开实施例1所述的梯次利用电池并联系统。
实施例6：
本公开实施例6提供了一种电动车，利用本公开实施例2所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种梯次利用电池并联系统，其特征在于，包括电池模块和DC/DC电力变换模块；
所述电池模块包括供电电池模块和电池管理模块，所述供电电池模块包括多组相互并联的电池组，每组并联的电池组分别由若干分电池组或电池包串联组成；
所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，对供电电池模块进行实时数据采集，根据采集的数据对每个电池包进行SOC及SOH计算，进行均衡管理，并将采集到的数据和计算后的结果传输给终端控制模块；所述终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式，当电池并联系统需要充电或放电时，根据不同并联的电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电或放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电或放电指令；各并联的电池组进行充电或并联放电；
每组并联的电池组分别连接有一个DC/DC电力变换模块，所述DC/DC电力变换模块根据终端控制模块的控制指令，对各并联电池组进行充电或放电操作；
每组串联供电电池组对应的DC\DC电力变换模块相同，DC\DC电力变换模块的具体控制参数根据相应电池组的电压进行调节。
2.如权利要求1所述的梯次利用电池并联系统，其特征在于，每组并联的电池组的总电压在DC\DC电力变换模块正常工作电压范围内；
或，所述DC\DC电力变换模块包括DC\DC变换器、DC\DC变换器控制电路和通信电路。
3.如权利要求1所述的梯次利用电池并联系统，其特征在于，并联的电池组的数量与DC\DC电力变换模块的数量相同；
进一步的，每串供电电池组采用独立DC\DC电力变换模块与直流母线相连。
4.如权利要求1所述的梯次利用电池并联系统，其特征在于，每组并联的电池组中串联连接的退役电池包或分电池组的电芯参数一致且电芯数量相同；
或，每组并联的电池组的总电压相近。
5.如权利要求1所述的梯次利用电池并联系统，其特征在于，所述电池管理模块用于监测供电电池模块的充电或放电情况，根据电池状态调整控制参数，选择控制策略，确定实施具体充电或者放电动作以利于电池的运行；
或，电池管理模块用于对供电电池模块的电压和温度进行实时数据采集。
6.一种梯次利用电池并联系统的控制方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的梯次利用电池并联系统，步骤如下：
终端控制模块根据接收到的数据判断电池并联系统的工作模式；
当电池并联系统需要放电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的放电电流，并向DC/DC电力变换模块发送放电指令，各并联的电池组并联放电；
放电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统中各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压低于放电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止放电。
7.如权利要求6所述的梯次利用电池并联系统的控制方法，其特征在于，当电池并联系统需要充电时，根据不同并联电池组的电池SOC状况和剩余容量，设置具体并联电池组的充电电流，并向DC/DC电力变换模块发送充电指令，各并联的电池组分别充电；
充电操作的同时，电池管理模块实时监控电池并联系统中各个电池组中电池包或分电池组的参数并保持与终端控制模块的通信；
当电池组的电芯电压高于充电截止阈值时，终端控制模块控制相应电池组的DC/DC电力换模块终止充电。
8.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的梯次利用电池并联系统；
或，利用权利要求6-7任一项所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
9.一种电动车，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的梯次利用电池并联系统；
或，利用权利要求6-7任一项所述的梯次利用电池并联系统的控制方法。
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