CN111541284A - 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法 - Google Patents

一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111541284A
CN111541284A CN202010343348.6A CN202010343348A CN111541284A CN 111541284 A CN111541284 A CN 111541284A CN 202010343348 A CN202010343348 A CN 202010343348A CN 111541284 A CN111541284 A CN 111541284A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy storage
voltage
battery pack
control
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010343348.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111541284B (zh
Inventor
王英
侯冬冬
袭著燕
赵悦
朱运海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
High Tech Industry Pilot Test Base Of Shandong Academy Of Sciences Business Park For Overseas Students Of Shandong Academy Of Sciences
Original Assignee
High Tech Industry Pilot Test Base Of Shandong Academy Of Sciences Business Park For Overseas Students Of Shandong Academy Of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by High Tech Industry Pilot Test Base Of Shandong Academy Of Sciences Business Park For Overseas Students Of Shandong Academy Of Sciences filed Critical High Tech Industry Pilot Test Base Of Shandong Academy Of Sciences Business Park For Overseas Students Of Shandong Academy Of Sciences
Priority to CN202010343348.6A priority Critical patent/CN111541284B/zh
Publication of CN111541284A publication Critical patent/CN111541284A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111541284B publication Critical patent/CN111541284B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本公开提出了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法，系统包括储能电池组、充电放电系统和主控系统，所述主控系统监控充放电系统，且与通讯总线连接，所述储能电池组由电芯模组通过并联或者先并后串的方式组成，电芯模组由电芯模块并联构成，电芯模块由电芯与控制电路构成；电芯模组上设有微处理器，微处理器负责监测电芯模组的参数和控制各单节电芯；总处理器与各个电芯模组的微处理器通过通讯总线相连，总处理器与微处理器协同工作；该系统较好地解决了退役锂电池电芯参数不一致的应用问题，结合系统充电、放电和空闲模式控制方法，有效地提高了退役锂电池的稳定性和安全性，满足通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场合的应用要求。

Description

一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法
技术领域
本公开涉及锂电池储能相关技术领域，具体的说，是涉及一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法。
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信息，并不必然构成在先技术。
新能源汽车的大力推广，使锂电池获得了广泛应用，随着时间的推移，退役锂电池的处理已成为当今必须解决的问题。从新能源汽车退役的锂电池，剩余容量大部分在50％以上，有的甚至能达到80％以上。因此，国家提倡将该部分锂电池再次应用到通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场合，不但节约能源，避免环境污染，而且大幅降低了锂电池的回收成本。
退役锂电池电芯的剩余容量和内阻一致性较差，在组成储能供电系统工作时，会导致各电芯充放电不均衡，内阻大的电芯会发热严重，甚至引起火灾。现有的新能源汽车锂电池管理系统针对参数一致性较好的新锂电池电芯设计，不适用于通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场合。因此，设计一种利用退役锂电池、并且兼容电芯参数一致性差的储能应急供电系统，满足通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场所安全性和稳定性需求，是非常必要的。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法，该系统通过电芯控制电路和电芯模组拓扑结构解决了退役锂电池电芯参数不一致的应用问题；结合该系统的控制方法有效地提高了退役锂电池的稳定性和安全性，较好地满足了通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场合的应用要求。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一个或多个实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统，包括储能电池组S303、充电系统、放电系统和主控系统S405，所述储能电池组S303由电芯模组S302串联或者先并后串的拓扑方式连接组成，储能电池组S303设有总处理器、微欧电阻S301、电源正负极端子和通讯总线接口，所述总处理器、主控系统S405与通讯总线接口相连；所述微欧电阻串联在储能电池组正极或者负极的主干路上；所述主控系统S405连接充电系统和放电系统；所述充电系统和放电系统分别连接储能电池组S303的正极、负极端子；
所述电芯模组S302包括电芯模块S201、毫欧电阻S202和微处理器，所述电芯模块S201包括控制开关S101、电压采样点S102和单节电芯S103，所述控制开关S101与单节电芯S103正极串联，电压采样点S102位于控制开关S101与单节电芯S103正极之间；
所述电芯模组S302内的所有电芯模块S201采用并联拓扑方式连接，所述毫欧电阻S202设置在电芯模块S201并联后的正极或负极的主干路上,所述电芯模组S302内的微处理器连接该电芯模组的毫欧电阻S202，所述微处理器分别连接该电芯模组S302内的所有控制开关S101，分别连接该电芯模组S302内的所有电压采样点S102，还连接储能电池组S303的通讯总线接口。
更进一步，提供了一种用于单节电芯的控制开关电路，该电路由两支同型号MOS管构成，所述两支MOS管的两个D极或者S极连接，另外两个S极或者D极作为控制开关的两个端点，两支MOS管的G极共同接入微处理器的同一控制端。
一个或多个实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，所述控制方法包括充电模式控制方法、放电模式控制方法、空闲模式控制方法和模式转换控制方法。
更进一步，所述模式转换控制方法包括：
(1)当输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于设定第一阈值时，触发模式迁移，完成从充电控制模式到空闲控制模式的转换控制；
(2)当输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303的总电压低于设定第二阈值时，触发模式迁移，完成从空闲控制模式到充电控制模式的转换控制；
(3)当输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于设定第三阈值时，触发模式迁移，完成从空闲控制模式到放电控制模式的转换控制；
(4)当输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组S303的总电压低于设定第三阈值时，触发模式迁移，完成从放电控制模式到空闲控制模式的转换控制；
(5)当输入电压恢复到负载允许范围时，触发模式迁移，完成从放电控制模式到充电控制模式的转换控制。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开提出的利用退役锂电池的储能应急供电系统通过充电系统、放电系统、主控系统、储能电池组、电芯模组和电芯模块的控制电路，实现系统的参数监测和单节电芯控制；通过储能电池组总处理器的协调和电芯模组微处理器的判断，解决了退役锂电池电芯参数不一致的应用问题；结合系统的不同模式控制方法有效地提高了退役锂电池的稳定性和安全性，较好地满足了通讯铁塔、移动电源等储能应急供电系统的应用需求。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的限定。
图1是本公开的单节电芯模块的控制电路图；
图2是本公开的单节电芯的控制开关电路图；
图3是本公开的电芯模组的组成拓扑图；
图4是本公开的储能电池组组成示意图；
图5是本公开的储能应急供电系统组成结构图；
图6是本公开的通讯总线拓扑图；
图7是本公开的储能应急供电系统控制模式迁移状态图；
图8是本公开的储能应急供电系统充电模式控制方法流程图；
图9是本公开的储能应急供电系统放电模式控制方法流程图；
图10是本公开的储能应急供电系统空闲模式控制方法流程图。
其中，
S101.控制开关，S102.电压采样点，S103.单节电芯；
S201.电芯模块，S202.毫欧电阻；
S301.微欧电阻，S302.电芯模组，S303.储能电池组；
S401.充电控制电路，S402.放电控制电路，S403.充电控制开关，S404.放电控制开关；
S501.从初始模式到充电控制模式的迁移条件，
S502.从充电控制模式到空闲控制模式的迁移条件，
S503.从空闲控制模式到充电控制模式的迁移条件，
S504.从空闲控制模式到放电控制模式的迁移条件，
S505.从放电控制模式到空闲控制模式的迁移条件，
S506.从放电控制模式到充电控制模式的迁移条件。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。
实施例1
在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，一种利用退役锂电池的储能应急供电系统，包括储能电池组S303、充电系统、放电系统和主控系统S405，所述储能电池组S303由电芯模组S302串联或者先并后串的拓扑方式连接组成，储能电池组S303设有总处理器、微欧电阻S301、电源正负极端子和通讯总线接口，所述总处理器、主控系统S405与通讯总线接口相连；所述微欧电阻串联在储能电池组正极或者负极的主干路上；所述主控系统S405连接充电系统和放电系统；所述充电系统和放电系统分别连接储能电池组S303的正极、负极端子；
所述电芯模组S302包括电芯模块S201、毫欧电阻S202和微处理器，所述电芯模块S201包括控制开关S101、电压采样点S102和单节电芯S103，所述控制开关S101与单节电芯S103正极串联，电压采样点S102位于控制开关S101与单节电芯S103正极之间；
所述电芯模组S302内的所有电芯模块S201采用并联拓扑方式连接，所述毫欧电阻S202设置在电芯模块S201并联后的正极或负极的主干路上,所述电芯模组S302内的微处理器连接该电芯模组S302的毫欧电阻S202，所述微处理器分别连接该电芯模组S302内的所有控制开关S101，分别连接该电芯模组S302内的所有电压采样点S102，还连接储能电池组S303的通讯总线接口。
实施例中微欧电阻S301的取值是根据供电系统的充放电电流确定。由于利用退役锂电池组成的的储能应急供电系统容量较大，总电流一般在100A以上；考虑散热和测量误差，微欧电阻S301的功率消耗优选控制在0.5～3W。以总电流为100A为例，对应的微欧电阻S301值为50～300uΩ。当微欧电阻S301取值50uΩ时，微欧电阻S301两侧的压降为5mV，5mV的直流信号对AD采样电路和AD转换器的精度要求较高，测量误差往往偏大；而当微欧电阻S301取值300uΩ时，微欧电阻S301两侧的压降为30mV，30mV的直流信号对AD采样电路和AD转换器的精度要求就要小很多，测量误差相对较小。微欧电阻S301的取值，是功率消耗、散热和测量误差的一个折中选择。通过多次实验对比，推荐微欧电阻S301的功率消耗取1.5W，以100A电流为例，此时电阻为150uΩ，微欧电阻S301两端压降为15mV，既符合功率消耗，也较好地控制了测量误差，为最优选择。
实施例中毫欧电阻S202的取值是根据电芯模组S302并联多少节电芯确定。电池厂家会提供单节电芯的最大放电电流，因此可以计算出电芯模组S302的最大放电电流。与微欧电阻S301的取值原则相同，在确定电芯模组S302最大放电电流的情况下，首先根据储能电池组S303的散热设计要求确定电芯模组S302的发热功率，然后根据毫欧电阻S202的发热功率、电路设计精度和测量误差，共同确定毫欧电阻S202的取值。
该实施例中的电芯模块S201的内部结构如图1所示，在模块中通过增加控制开关S101和电压采样点S102对单节电芯进行周期采样监测、控制，起到及时切除储能电池组中不良电芯的作用，从而保证储能应急供电系统的稳定性和安全性。
更进一步，控制开关S101的实现电路由两支同型号MOS管构成，所述两支MOS管的两个D极或者S极连接，另外两个S极或者D极作为控制开关的两个端点，两支MOS管的G极共同接入微处理器的同一控制端。所述控制开关S101使用P-MOS管时的实现电路如图2所示，以此例说明该电路工作原理。
当控制端接入S1极和S2极的较高电压值时；两个P-MOS管均截止，开关断开。
如果S2极的电压高于S1极的电压，当S2极的电压接入地电平时，则2号P-MOS管导通，电流通过S2极流到D2极，体二极管d2截止；1号P-MOS管截止，电流通过体二极管d1流过，开关实现从S2极端子到S1极端子导通。
如果S1极的电压高于S2极的电压，当S1极的电压接入地电平时，则1号P-MOS管导通，电流通过S1极流到D1极，体二极管d1截止；2号P-MOS管截止，电流通过体二极管d2流过，开关实现从S1极端子到S2极端子导通。
因此，本开关的特点为通过一个控制端的高低电平，实现了退役锂电池单节电芯充放电的开关控制。该开关电路同时兼容充电和放电电路功能，可以双向导通，较好地解决了退役锂电池单节电芯充放电时开关两端电平不确定的控制难题；与采用两路开关电路相比，较大地节约了电路体积和成本。需要特别说明的是本开关实现电路中的P-MOS管完全可以替换成N-MOS管，同样可以满足该开关的功能要求。
该实施例中的电芯模组S302如图3所示，电芯模组S302是由多个电芯模块S201并联而成，在总干路上串联毫欧电阻S202以测量模组电流，在电芯模组S302中通过各电芯的开路电压-容量曲线得到电芯的剩余容量，通过电芯模组S302的总电流、总电压实时估算该模组的放电、充电和剩余容量，这种实现方式虽然增加了单节电芯的控制开关S101，但可以准确地测量单节电芯的开路电压，准确地估算单节电芯的剩余容量，如果发现哪节电芯过充或者过放，可以及时切除该节电芯，实现了以电芯模组S302为模块的单节电芯的分布式控制。由于储能电池组由多个电芯模组S302并联或者先并后串组成，当该电芯模组S302中发现不良电芯时，可以直接切除该电芯，并把模组的所有电芯状态通过通讯总线发送到总处理器，实现对储能电池组每节电芯进行独立监测和控制，这种设计方案保证了系统的安全性和可靠性。
该实施例中的储能电池组S303的组成为电芯模组S302以串联或先并后串的方式组成。图4公开了其中一种五并七串的储能电池组拓扑组成方式。
该实施例中的通讯总线拓扑如图6所示，储能电池组S303的总处理器通过通讯总线连接各电芯模组S302的微处理器和主控系统S405，总处理器与各电芯模组S302的微处理器通过通讯总线实现数据交互，实现了储能电池组S303的总处理器以分布式策略实现对单节电芯的测量和控制，保证了数据测量的同步，进一步提高了系统计算的准确性和可靠性。
更进一步，该储能电池组S303的总处理器可以通过有线网络或无线网络方式接入云服务平台，存储该储能电池组S303的总电压和总电流、各电芯模组S302电压和电流、电芯模块S201的开关状态和电芯电压传输到云平台数据库，这些测量数据为分析、计算和设计阈值时使用，也可以由云平台推送到客户机或智能端终设备，供工作人员巡检使用。所述有线网络优选以太网；所述无线网络包括但不限于wifi、NBIOT、Zigbee、2G/3G/4G/5G移动网络。
该实施例中，更进一步，该储能电池组S303的总处理器的通讯总线为有线方式，包括但不限于CAN、RS-485、RS-232、以太网总线。由于CAN总线实时性好，自带数据校验；RS-485总线应用广泛，考虑系统的兼容性，实施中优选CAN和RS-485通讯总线。
本实施例中的主控系统、总处理器、微处理器与通讯总线、毫欧电阻S202、控制开关S101、电压采样点S102的连接包括直接连接和间接连接。直接连接为不使用外围电路或者扩展电路进行连接，直接使用处理器片上资源进行连接；间接连接为处理器利用外围电路或扩展电路实现电路连接，以完成所需要的控制、采样或者总线通讯电路功能。
实施例2
本实施例公开了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的典型实现方式。如图5所示，充电系统包括电源输入端子、充电控制电路S401、充电控制开关S403，所述放电系统包括电源输出端子、放电控制电路S402、放电控制开关S404；
主控系统S405分别连接并控制充电控制电路S401、放电控制电路S402、充电控制开关S403和放电控制开关S404；
所述电源输入端子连接充电控制电路S401输入端，充电控制电路S401输出端与充电控制开关S403串联后接入储能电池组S303对应的正极和负极端子；
所述电源输出端子连接放电控制电路S402输出端，放电控制电路S402输入端与放电控制开关S404串联后接入储能电池组S303对应的正极和负极端子。
本实施例中主控系统、总处理器与其它电路的连接的含义与实施例1的总处理器的连接的含义相同。
本实施例提供了储能应急供电系统的一种典型实施方式，该方式使充电、放电进行完全分离，提升了系统的安全性和可靠性。
实施例3
本实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法。如图7所示，所述控制方法包括初始模式控制方法、充电模式控制方法、放电模式控制方法、空闲模式控制方法和各模式之间的转换控制方法。其中，初始模式是一个系统初始自检模式，在该模式下系统进行自身参数检测，识别自身是否存在故障，进一步提高系统的安全性。
从初始模式到充电控制模式的迁移条件S501：储能应急供电系统从离线到在线以后，首先进入初始模式，然后开始检测系统自身是否存在故障，如果存在故障则发出报警，否则自动进入充电控制模式。
从充电控制模式到空闲控制模式的迁移条件S502：当输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于设定第一阈值时，触发该条件，完成模式迁移。第一阈值为电池组可承受的最大工作容量时的电压值乘以一个降额系数。
从空闲控制模式到充电控制模式的迁移条件S503：当输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303电压低于设定第二阈值时，触发该条件，完成模式迁移。
第一阈值大于第二阈值，这样是为了防止系统在充电控制模式和空闲控制模式之间来回振荡，有利于提高系统的稳定性。
从空闲控制模式到放电控制模式的迁移条件S504：当输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于设定第三阈值时，触发该条件，完成模式迁移。
从放电控制模式到空闲控制模式的迁移条件S505：当输入电压偏离负载正常允许范围，且储能电池组S303的总电压低于设定第三阈值时，触发该条件，完成模式迁移。
从放电控制模式到充电控制模式的迁移条件S506：当输入电压恢复到负载允许范围时，触发该条件，完成模式迁移。
在控制模式迁移中，不设置从充电控制模式到放电控制模式的迁移，是为了防止储能电池组S303从充到放的瞬间冲击，中间通过空闲控制模式进行缓冲，有效提高了系统的安全性和可靠性，延长电池组的使用寿命。
本实施例中的四种模式状态中，初始状态不是必须的，本领域技术人员不需要通过创造性劳动就可以想到，把初始模式与其它三种模式中的任意一种模式合并，作为状态图的初始状态，均不影响系统功能，只是检测参数的顺序调整。因此，通过合并初始模式状态到其它模式状态的技术方案显然落入本设公开的保护范围。
以18650锂电池,采用五并七串联组成的电池包为例说明实施例中阈值的选择方法，电池包的构成原理图如图4所示。表1为18650锂电池厂家提供的单节电芯的开路电压与电芯剩余容量的关系对应表。
根据表1选择18650锂电池实施例中的阈值，为了保证系统安全，对退役锂电池的容量采用降额使用策略。以此为原则确定以下各个阈值。
表1 18650锂电池电压与电芯剩余容量关系图
Figure BDA0002469266160000121
Figure BDA0002469266160000131
第一阈值取约95％容量时的开路电压值，为4.13×7＝28.91V；
第二阈值取90％容量时的开路电压值，为4.06×7＝28.42V；
第三阈值取10％容量时的开路电压值，为3.68×7＝25.76V；
第四阈值取单节电芯的过充极限电压值，一般取4.40V，此值也可以根据电池厂家推荐确定。
第五阈值取单节电芯5％容量时的开路电压值，为3.45V。
ΔV1取电压理论值的1％，电芯模组的理论值容量与实际容量相差为5～10％。ΔV1的值越小，电芯模组的测量容量越接近实际容量，但电芯模组对各电芯的检测越频繁。
ΔV2为储能电池组空闲模式下各电芯模组的电压偏差值，由于此时没有负载，一般取ΔV1的60％，为电压理论值的0.6％。
ΔI1的取值与电芯模组并联电芯个数有关。当电芯个数为5～10时，一般取电芯个数乘以0.2％；当电芯个数为20～50时，一般取电芯个数乘以0.15％；当电芯个数大于50个时，一般取电芯个数乘以0.12％。与ΔV1一样，值越小要求电芯模组内各电芯越均衡，但电芯模组对各电芯的检测越频繁。
ΔI2的值极小，为毫安级，优选0.5毫安。ΔI2是各个电芯模组的电压不均衡而引起的储能电池组内部各电芯模组之间的充-放电电流，由于各电芯模组内部串有毫欧电阻和导线电阻，因此该电流会引起储能电池组内部的温升，对于很多电芯模组组成的储能电池组，必须对该值进行监测，一般该值取0.5毫安即可有效对过充/过放的不良电芯进行剔除。总处理器可以根据各电芯模组内部的开关状态对该值进行优化修正。
储能电池组其它拓扑组成结构均可根据此原则确定第一阈值、第二阈值、第三阈值、第四阈值、第五阈值、ΔV1、ΔV2、ΔI1和ΔI2。
实施例4
从实施例3，更进一步，如图8所示，本实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的充电模式控制方法，包括如下步骤：
步骤1、输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303的总电压低于第二阈值；或者放电模式下输入电压恢复到负载允许范围，且储能电池组S303的总电压低于第一阈值；
步骤2、主控系统S405关闭放电系统，开启充电系统，进入充电模式；
步骤3、在充电过程中，总处理器周期性检测储能电池组S303的总电压和总电流，并通过通讯总线发送到各个电芯模组S302；
步骤4、电芯模组S302根据储能电池组S303的拓扑结构计算出该电芯模组S302的电压和电流理论值，对比该电芯模组S302实际测得的电压和电流值，如果电压理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV1，或者电流理论值与实测值的差的绝对值大于ΔI1，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组S302的微处理器依次断开控制开关S101，断开时检测电压采样点S102的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组S302的电压值或者高于第四阈值，则不再闭合控制开关S101，否则闭合控制开关S101继续对该电芯充电；
步骤6、总处理器测得储能电池组S303的总电压值高于第一阈值或者负载电压偏离允许范围时，储能电池组S303充电模式结束，否则进入步骤3。
本实施例在电池组充电的过程中，增加了测量总电压、总电流、电芯模组电压、电芯模组电流和单节电芯开路电压，通过开关对单节电芯进行控制，有利于及时发现过充/过放的不良电芯，并及时进行切除，提高系统的安全性，杜绝隐患。
实施例5
从实施例3，更进一步，如图9所示，本实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的放电模式控制方法，包括如下步骤：
步骤1、输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于第三阈值；
步骤2、主控系统S405关闭充电系统，开启放电系统，进入放电模式；
步骤3、在放电的过程中，总处理器周期性检测储能电池组S303的总电压和总电流，并通过通讯总线发送到各个电芯模组S302；
步骤4、电芯模组S302根据储能电池组S303的拓扑结构计算出该电芯模组S302的电压和电流理论值，对比该电芯模组S302实际测得的电压和电流值，如果电压理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV1，且电流理论值与实测值的差的绝对值大于ΔI1，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组S302的微处理器依次断开控制开关S101，断开时检测电压采样点S102的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组S302的电压值或者低于第五阈值，则不再闭合控制开关S101，否则闭合控制开关S101继续让该电芯放电；
步骤6、总处理器测得储能电池组S303的总电压值低于第三阈值或输入电压恢复到负载允许范围时，储能电池组S303放电模式结束，否则进入步骤3。
本实施例在储能电池组放电的过程中，通过对单节电芯进行控制，防止放电慢的电芯给放电快的电芯充电，降低电池组的内部损耗，提高了电池组电芯放电曲线的一致性，提升了电池组的容量利用率。
实施例6
从实施例3，更进一步，如图10所示，本实施例提供了一种利用退役锂电池的储能应急供电系统的空闲模式控制方法，包括如下步骤：
步骤1、输入电压在负载允许范围，且储能电池组S303的总电压高于第一阈值；
步骤2、主控系统S405关闭充电系统和放电系统，进入空闲模式；
步骤3、储能电池组S303在空闲模式时，总处理器周期性检测储能电池组S303的总电压，并通过通讯总线发送到各个电芯模组S302；
步骤4、电芯模组S302根据储能电池组S303的拓扑结构计算出该电芯模组S302的电压理论值，对比该电芯模组S302实际测得的电压值，如果电压的理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV2，或者该电芯模组S302实际测得的电流值大于ΔI2，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组S302的微处理器依次断开控制开关S101，断开时检测电压采样点S102的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组S302的电压值或者低于第五阈值或者高于第四阈值，则不再闭合控制开关S101，否则闭合控制开关S101继续让该电芯工作；
步骤6、总处理器测得储能电池组S303的总电压值低于第二阈值或者负载电压偏离允许范围时，储能电池组(S303)空闲模式结束，否则进入步骤3。
类似通讯铁塔、移动电源等储能应急供电场合，由于正常情况下使用市电，只在紧急情况下才使用储能电池组S303应急供电。因此，本实施例中为储能电池组S303设置了空闲模式，避免了储能电池组S303长期处于过充状态，提升了系统的安全性和电池的寿命；更进一步，在空闲模式对各节电芯进行周期性检测，可以及时发现并切除损坏电芯，提高系统的稳定性；通过不断对储能电池组S303进行浅充-浅放，不但提升了储能电池组S303的使用寿命，而且为更准确地获取退役锂电池电芯的电压-容量曲线提供了数据支撑，有利系统的优化。
在实施例3、4、5和6中，更进一步，所述阈值是由总处理器通过通讯总线设定。储能电池组S303总处理器与电芯模组S302微控制器采用集中管理，分布控制的策略，更有利于增强系统的可靠性，方便系统软件的维护升级。
更进一步，总处理器把各电芯模组S302和电芯模块S201的测量数据传输到云服务平台，云服务平台根据统计数据修正电压-容量曲线，优化确定系统阈值，反馈给储能电池组S303使用。通过利用云服务平台收集退役锂电池组S303各电芯的实际运行状态，为分析单节电芯、电芯模组S302和储能电池组S303的容量退化提供依据，为更准确地进行电池组的SOC和SOH计算奠定基础，为后续进一步优化电芯的电压-容量曲线提供数据支撑；另外，云服务平台可以把储能电池组S303的参数推送到工作人员的计算机或智能终端，方便工作人员实时监测电池组的工作状态，较准确地评估储能电池组S303的使用寿命。
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。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用退役锂电池的储能应急供电系统，其特征是：包括储能电池组(S303)、充电系统、放电系统和主控系统(S405)，所述储能电池组(S303)由电芯模组(S302)串联或者先并后串的拓扑方式连接组成，储能电池组(S303)设有总处理器、微欧电阻(S301)、电源正负极端子和通讯总线接口，所述总处理器、主控系统(S405)与通讯总线接口相连；所述微欧电阻(S301)串联在储能电池组(S303)正极或者负极的主干路上；所述主控系统(S405)连接充电系统和放电系统；所述充电系统和放电系统分别连接储能电池组(S303)的正极、负极端子；
所述电芯模组(S302)包括电芯模块(S201)、毫欧电阻(S202)和微处理器，所述电芯模块(S201)包括控制开关(S101)、电压采样点(S102)和单节电芯(S103)，所述控制开关(S101)与单节电芯(S103)正极串联，电压采样点(S102)位于控制开关(S101)与单节电芯(S103)正极之间；
所述电芯模组(S302)内的所有电芯模块(S201)采用并联拓扑方式连接，所述毫欧电阻(S202)设置在电芯模块(S201)并联后的正极或负极的主干路上,所述电芯模组(S302)内的微处理器连接该电芯模组的毫欧电阻(S202)，所述微处理器分别连接该电芯模组(S302)内的所有控制开关(S101)，分别连接该电芯模组(S302)内的所有电压采样点(S102)，还连接储能电池组(S303)的通讯总线接口。
2.如权利要求1所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统，其特征是：所述电芯模块(S201)的控制开关(S101)由两支同型号MOS管构成，所述两支MOS管的两个D极或者S极连接，另外两个S极或者D极作为控制开关的两个端点，两支MOS管的G极共同接入微处理器的同一控制端。
3.如权利要求1所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统，其特征是：所述充电系统包括电源输入端子、充电控制电路(S401)、充电控制开关(S403)，所述放电系统包括电源输出端子、放电控制电路(S402)、放电控制开关(S404)；
所述主控系统(S405)分别连接并控制充电控制电路(S401)、放电控制电路(S402)、充电控制开关(S403)和放电控制开关(S404)；
所述电源输入端子连接充电控制电路(S401)输入端，充电控制电路(S401)输出端与充电控制开关(S403)串联后接入储能电池组(S303)对应的正极和负极端子；
所述电源输出端子连接放电控制电路(S402)输出端，放电控制电路(S402)输入端与放电控制开关(S404)串联后接入储能电池组(S303)对应的正极和负极端子。
4.如权利要求1所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统，其特征是：所述总处理器设有有线以太网或者无线通讯电路，连接云平台服务器。
5.一种如权利要求1所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是：所述控制方法包括充电模式控制方法、放电模式控制方法、空闲模式控制方法和模式转换控制方法。
6.如权利要求5所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是，所述模式转换控制方法包括：
(1)当输入电压在负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压高于设定第一阈值时，触发模式迁移，完成从充电控制模式到空闲控制模式的转换控制；
(2)当输入电压在负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压低于设定第二阈值时，触发模式迁移，完成从空闲控制模式到充电控制模式的转换控制；
(3)当输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压高于设定第三阈值时，触发模式迁移，完成从空闲控制模式到放电控制模式的转换控制；
(4)当输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压低于设定第三阈值时，触发模式迁移，完成从放电控制模式到空闲控制模式的转换控制；
(5)当输入电压恢复到负载允许范围时，触发模式迁移，完成从放电控制模式到充电控制模式的转换控制。
7.如权利要求6所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是，所述充电模式控制方法包括如下步骤：
步骤1、输入电压在负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压低于第二阈值；或者放电模式下输入电压恢复到负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压低于第一阈值；
步骤2、主控系统(S405)关闭放电系统，开启充电系统，进入充电模式；
步骤3、在充电过程中，总处理器周期性检测储能电池组(S303)的总电压和总电流，并通过通讯总线发送到各个电芯模组(S302)；
步骤4、电芯模组(S302)根据储能电池组(S303)的拓扑结构计算出该电芯模组(S302)的电压和电流理论值，对比该电芯模组(S302)实际测得的电压和电流值，如果电压理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV1，或者电流理论值与实测值的差的绝对值大于ΔI1，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组(S302)的微处理器依次断开控制开关(S101)，断开时检测电压采样点(S102)的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组(S302)的电压值或者高于第四阈值，则不再闭合控制开关(S101)，否则闭合控制开关(S101)继续对该电芯充电；
步骤6、总处理器测得储能电池组(S303)的总电压值高于第一阈值或者负载电压偏离允许范围时，储能电池组(S303)充电模式结束，否则进入步骤3。
8.如权利要求6所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是，所述放电模式控制方法包括如下步骤：
步骤1、输入电压偏离负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压高于第三阈值；
步骤2、主控系统(S405)关闭充电系统，开启放电系统，进入放电模式；
步骤3、在放电过程中，总处理器周期性检测储能电池组(S303)的总电压和总电流，并通过通讯总线发送到各个电芯模组(S302)；
步骤4、电芯模组(S302)根据储能电池组(S303)的拓扑结构计算出该电芯模组(S302)的电压和电流理论值，对比该电芯模组(S302)实际测得的电压和电流值，如果电压理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV1，且电流理论值与实测值的差的绝对值大于ΔI1，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组(S302)的微处理器依次断开控制开关(S101)，断开时检测电压采样点(S102)的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组(S302)的电压值或者低于第五阈值，则不再闭合控制开关(S101)，否则闭合控制开关(S101)继续让该电芯放电；
步骤6、总处理器测得储能电池组(S303)的总电压值低于第三阈值或者输入电压恢复到负载允许范围时，储能电池组(S303)放电模式结束，否则进入步骤3。
9.如权利要求5所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是，所述空闲模式控制方法包括如下步骤：
步骤1、输入电压在负载允许范围，且储能电池组(S303)的总电压高于第一阈值；
步骤2、主控系统(S405)关闭充电系统和放电系统，进入空闲模式；
步骤3、在空闲过程时，总处理器周期性检测储能电池组(S303)的总电压和总电流，并通过通讯总线发送到各个电芯模组(S302)；
步骤4、电芯模组(S302)根据储能电池组(S303)的拓扑结构计算出该电芯模组(S302)的电压理论值，对比该电芯模组(S302)实际测得的电压值，如果电压的理论值与实测值的差的绝对值大于ΔV2，或者该电芯模组(S302)实际测得的电流值大于ΔI2，进入步骤5，否则进入步骤3；
步骤5、所述电芯模组(S302)的微处理器依次断开控制开关(S101)，断开时检测电压采样点(S102)的电压，如果该电芯电压值低于所属电芯模组(S302)的电压值或者低于第五阈值或者高于第四阈值，则不再闭合控制开关(S101)，否则闭合控制开关(S101)继续让该电芯工作；
步骤6、总处理器测得储能电池组(S303)的总电压值低于第二阈值或者负载电压偏离允许范围时，储能电池组(S303)空闲模式结束，否则进入步骤3。
10.如权利要求7、8、9任一所述的利用退役锂电池的储能应急供电系统的控制方法，其特征是：总处理器把各电芯模组(S302)和电芯模块(S201)的测量数据传输到云服务平台，云服务平台根据统计数据修正电压-容量曲线，确定系统阈值，反馈给储能电池组(S303)使用。
CN202010343348.6A 2020-04-27 2020-04-27 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法 Active CN111541284B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010343348.6A CN111541284B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010343348.6A CN111541284B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111541284A true CN111541284A (zh) 2020-08-14
CN111541284B CN111541284B (zh) 2022-12-06

Family

ID=71980197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010343348.6A Active CN111541284B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111541284B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115995839A (zh) * 2023-02-27 2023-04-21 国网浙江电动汽车服务有限公司 多功能移动储能车工作状态确定方法、装置、设备及介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275691A (zh) * 2017-06-05 2017-10-20 广州供电局有限公司 电池组管控系统及控制方法
CN109066868A (zh) * 2018-08-29 2018-12-21 山东大学 一种精细化动态可重构电池管理系统及方法
CN109245319A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 山东积成智通新能源有限公司 一种退役电池储能系统及方法
CN110350621A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 爱驰汽车有限公司 电池模组重组方法及所获得的梯次利用电池模组
CN110739741A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 上海煦达新能源科技有限公司 高压动力电池在通讯基站中的低压直流耦合管理系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107275691A (zh) * 2017-06-05 2017-10-20 广州供电局有限公司 电池组管控系统及控制方法
CN109066868A (zh) * 2018-08-29 2018-12-21 山东大学 一种精细化动态可重构电池管理系统及方法
CN109245319A (zh) * 2018-11-13 2019-01-18 山东积成智通新能源有限公司 一种退役电池储能系统及方法
CN110350621A (zh) * 2019-07-15 2019-10-18 爱驰汽车有限公司 电池模组重组方法及所获得的梯次利用电池模组
CN110739741A (zh) * 2019-10-28 2020-01-31 上海煦达新能源科技有限公司 高压动力电池在通讯基站中的低压直流耦合管理系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115995839A (zh) * 2023-02-27 2023-04-21 国网浙江电动汽车服务有限公司 多功能移动储能车工作状态确定方法、装置、设备及介质
CN115995839B (zh) * 2023-02-27 2023-10-13 国网浙江电动汽车服务有限公司 多功能移动储能车工作状态确定方法、装置、设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN111541284B (zh) 2022-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103560548B (zh) 电池组、电池组连接方法及电池组充放电管理方法
CN116529978A (zh) 大型电池管理系统
CN102969756B (zh) 具有自检修功能的智能蓄电池组及其连接电路
CN103683428A (zh) 一种用于电动汽车的电池管理系统以及电动汽车
CN104157918A (zh) 一种蓄电池冗余重配组的方法和装置
CN115514064A (zh) 一种用于锂电池电源系统的电池管理系统
CN107275694B (zh) 兼具主动均衡与被动均衡的分布式蓄电池均衡装置及方法
CN112349988B (zh) 一种车辆蓄电池在线监测装置及自适应充电方法
CN105676091A (zh) 一种电池组绝缘检测装置及其绝缘检测方法
CN207834505U (zh) 一种电池组智能管控系统
CN106059046A (zh) 一种组合式应急保障电源及其供电方法
CN111245060A (zh) 基于可控单向导通电路的电池组并机充放电控制系统和方法
CN112865261B (zh) 一种储能电池及其应用装置和充放电控制方法
CN111541284B (zh) 一种利用退役锂电池的储能应急供电系统及控制方法
CN114156547A (zh) 一种锂电池管理系统及方法
CN112803578A (zh) 一种智能配网电源模块及管理方法
CN211320956U (zh) 一种在线式电源的充放电电路及充放电系统
CN110126673B (zh) 一种电池梯次利用管理系统、电动汽车和通信基站
CN208571667U (zh) 一种延长变电站通信设备供电时间装置
KR20210044029A (ko) 운행하기 전 개별 팩간 에너지 차이를 이용한 병렬 전지팩 밸런싱 방법 및 시스템
CN110854954A (zh) 一种储能系统电池簇智能调度系统及调度方法
CN106026356A (zh) 一种实现电池扩容的方法
CN103545853A (zh) 锂电池组智能管理系统
CN209982096U (zh) 一种置换蓄电池单体的电池组管理装置
KR20210044028A (ko) 개별 팩간 에너지 차이를 이용한 병렬 전지팩 충전방법 및 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant