CN207968020U - 一种电池梯次利用的储能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池梯次利用的储能装置，属于电池储能技术领域，该装置包括梯次利用电池组和用于管理所述梯次利用电池组的能量均衡装置，所述梯次利用电池组由电池箱以及退役的磷酸铁锂电池组成，梯次利用电池组通过控制逆变一体机实现储能和放电功能。本实用新型基于电池的梯次利用原理，充分利用退役动力电池的剩余存储能力，一方面能够缓解处理大量退役废旧电池带来的压力，另一方面可以降低储能成本。

Description

一种电池梯次利用的储能装置

技术领域

本实用新型涉及电池储能技术领域，尤其涉及一种电池梯次利用的储能装置。

背景技术

随着电动汽车行业快速发展，使得电池的产量呈大幅增加，动力电池的使用寿命一般为5-6年，更换之后的动力电池一般的剩余能量还能保持在70-80%。因而针对退役的动力电池进一步将其梯次利用于储能，不仅可以将电池能量的最大化利用，缓解大量退役废旧电池面临的处理压力，同时降低储能成本，避免将造成资源的严重浪费。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电池梯次利用的储能装置，采用可拆装的框架结构，单个电池放入可拆装的框架结构中后可直接组成动力电池组，避免了电池单体之间繁琐的接线工作，同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管和电容实现电池单体之间的能量转移，避免了电池组中弱体电池过充电现象，同时提高了电池组的整体储能。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种电池梯次利用的储能装置，其特征在于，包括梯次利用电池组和用于管理所述梯次利用电池组的能量均衡装置，所述梯次利用电池组由电池箱以及退役的磷酸铁锂电池组成，梯次利用电池组通过控制逆变一体机实现储能和放电功能，其中：

所述电池箱包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝和底部转轴，所述框架为倒F型结构且包括一侧板、一底板以及一固定板，所述侧板与底板竖直连接，所述固定板安装在侧板的中部且与底板平行，固定板的外侧设置有螺孔；所述顶板的一端通过顶部转轴安装在所述侧板上，顶板的内表面设置有连接电池正、负极的电极触点，顶板的另一端上设置有螺孔；所述固定板的一端通过底部转轴安装在所述底板的外侧，固定板对应固定板螺孔、顶板螺孔的位置处设置有连接孔，螺丝穿过所述连接孔与螺孔能够将所述框架、顶板与固定板安装成一整体；

所述能量均衡装置安装在顶板的外侧、且用于电池能量的监控和均衡，能量均衡装置的控制端通过导线分别连接正、负电极触点，电池通过顶部的电极触点和导线和构成相互串联的电池组；

所述顶板靠近能量均衡装置的位置设置有正极接头、负极接头，所述正极接头连接电池组的正极，所述负极接头连接电池组的负极。

进一步的，所述固定板包括单体电池固定板和电池组固定板，其中：

所述单体电池固定板上均匀分布有多个条形安装槽，所述多个条形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池；

所述电池组固定板上设置有1个方形安装槽，所述1个方形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池组。

进一步的，所述磷酸铁锂电池是由电动汽车上退役且容量不小于额定容量的70%。

进一步的，所述控制逆变一体机包括整流器、逆变器、变压器和自动转换开关，其中：

市电或发电机产生的电能经稳压器输送到所述整流器的输入端，整流器的输出端连接梯次利用电池组的正、负极；

所述逆变器的输入端连接梯次利用电池组的正、负极，逆变器的输出端通过变压器连接所述自动转换开关；

所述自动转换开关的第一输入端连接稳压器的输出端，自动转换开关的第二输入端连接变压器的输出端，自动转换开关的输出端将交流电输送至负载。

进一步的，所述能量均衡装置包括MOS管、转移相邻电池能量的储能电容、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、电源、MOS管驱动电路，所述控制电路的输出口通过MOS管驱动电路连接MOS管的栅极以控制MOS管的工作，其中：

所述MOS管包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管；所述电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；所述电池包括依次串联的第一电池、第二电池、第三电池、第四电池；

所述第一MOS管的漏极连接第一电池的正极，第一MOS管的源极连接第一电容的一极，所述第一电容的另一极连接第一电池的负极，所述第二MOS管并联在第一电容的两端且第二MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第二MOS管的源极连接第一电池的负极；

所述第二电容的一级连接第一MOS管的源极，第二电容的另一极连接第二电池的负极，所述第三MOS管并联在第二电容的两端且第三MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第三MOS管的源极连接第二电池的负极；

所述第三电容的一级连接第一MOS管的源极，第三电容的另一极连接第三电池的负极，所述第四MOS管并联在第三电容的两端且第四MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第四MOS管的源极连接第三电池的负极；

所述第五MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第五MOS管的源极连接第四电池的负极。

进一步的，所述检测电路采用LTC2943芯片，所述LTC2943芯片用于检测电池组中每个电池的温度和电压信息。

进一步的，所述控制电路采用MSP430F54芯片，所述MSP430F54芯片通过SPI方式与LTC2943芯片通信。

本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置具有以下有益效果：

本实用新型能够进一步利用车用动力电池的剩余价值，延长动力电池使用寿命，通过梯级利用方式，不但可以延长电池使用寿命，降低动力电池全寿命周期成本，还可以在电网故障时为重要负荷供电，平抑充电行为的随机性，控制负荷波动，提高电网电能质量。同时，该装置还具有可拆装的电池箱结构，单个电池放入可拆装的框架结构中后直接组成动力电池组，避免了电池单体之间繁琐的接线工作，使电池的更换工作变得非常的简便。同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管和电容实现电池单体之间的能量转移，同时可以短路不需要充电的电池，保证其他电池继续充电，提高了电池组的整体充、放电性能，避免弱体电池拉低电池组的容量。

附图说明

图1为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的电池箱结构示意图；

图2为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的电池箱打开结构示意图；

图3为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的单体电池固定板结构示意图；

图4为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的电池组固定板结构示意图；

图5为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的能量均衡装置结构示意图；

图6为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的能量均衡装置中第一电容充电示意图；

图7为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置的能量均衡装置中第一电容放电示意图。

图8为本实用新型的一种电池梯次利用的储能装置整体电路结构示意图。

图中，1-安装框架、101-侧板、102-底板、103-固定板、1031-方形安装槽、1032-条形安装槽、2-顶部转轴、3-顶板、301-电极触点、302-正极接头、303-负极接头、4-固定板、5-螺丝、6-底部转轴、7-电池、8-能量均衡装置。

具体实施方式

根据附图所示，对本实用新型进行进一步说明：

一种电池梯次利用的储能装置，包括梯次利用电池组和用于管理所述梯次利用电池组的能量均衡装置8，所述梯次利用电池组由多个电池箱以及安装在电池箱内部的退役磷酸铁锂电池7组成，梯次利用电池组通过控制逆变一体机实现储能和放电功能。

其中：能量均衡装置8可以利用MOS管和电容实现电池单体之间的能量转移，同时可以短路不需要充电的电池，保证其他电池继续充电，提高了电池组的整体充、放电性能，避免弱体电池拉低电池组的容量。磷酸铁锂电池是由电动汽车上退役且容量不小于额定容量的70%。

本实施例中，梯次利用电池组由10个电池箱组成，10个电池箱分为相互并联的两组，每组5个电池箱之间相互串联。

如图1所示，电池箱包括框架1、顶部转轴2、顶板3、固定板4、螺丝5和底部转轴6，其中：框架1为倒F型结构且包括一侧板101、一底板102以及一固定板103，所述侧板101与底板102竖直连接，所述固定板103安装在侧板101的中部且与底板102平行，固定板103的外侧设置有螺孔；顶板3的一端通过顶部转轴2安装在所述侧板101上，顶板3的内表面设置有连接电池正、负极的电极触点301，顶板3的另一端上设置有螺孔；固定板4的一端通过底部转轴6安装在所述底板102的外侧，固定板4对应固定板103螺孔、顶板3螺孔的位置处设置有连接孔，螺丝5穿过所述连接孔与螺孔能够将所述框架1、顶板3与固定板4安装成一整体。

如图2所示，采用可旋转的顶板3与固定板4能够极大的方便单个电池的安装和更换，实现装置的可拆卸连接。

如图3所示，固定板103包括单体电池固定板1032和电池组固定板1031，其中：单体电池固定板1032上均匀分布有多个条形安装槽，所述多个条形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池；电池组固定板1031上设置有1个方形安装槽，所述1个方形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池组。本实施中条形安装槽的数量为4个，方便实现4个单体电池7串联成组，实现能量均衡。

具体的，能量均衡装置8安装在顶板3上、且用于电池能量的监控和均衡，能量均衡装置8的控制端通过导线分别连接电机触点301，电池通过底电极触点301和导线和构成相互串联的电池组。顶板3靠近能量均衡装置8的位置设置有正极接头302、负极接头303，所述正极接头302连接电池组的正极，所述负极接头303连接电池组的负极。

具体的，能量均衡装置8一方面通过检测电路采集单个电池7的温度和电压、计算弱体电池7的储能情况，另一方面控制MOS管的导通或关闭实现能量的转移、或充电情况下弱体电池7的短路。

需要说明的是，本实施例中的电路针对是4个单体电池7。

具体的电池7均衡电路板包括MOS管、转移相邻电池7能量的储能电容、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、电源、通信接口、MOS管驱动电路，所述控制电路的输出口通过MOS管驱动电路连接MOS管的栅极以控制MOS管的工作。MOS管、电池7和储能电容的连接关系如图5所示。

具体的，通信接口用于连接上位机下载驱动控制程序。

具体的，检测电路采用LTC2943芯片，LTC2943芯片用于检测电池7组中每个电池7的温度和电压信息。控制电路采用MSP430F54芯片，所述MSP430F54芯片通过SPI方式与LTC2943芯片通信。

如图6所示，所述MOS管包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5；所述电容包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4；所述电池7包括依次串联的第一电池B1、第二电池B2、第三电池B3、第四电池B4。

所述第一MOS管M1的漏极连接第一电池B1的正极，第一MOS管M1的源极连接第一电容C1的一极，所述第一电容C1的另一极连接第一电池B1的负极，所述第二MOS管M2并联在第一电容C1的两端且第二MOS管M2的漏极连接第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的源极连接第一电池B1的负极；

所述第二电容C2的一级连接第一MOS管M1的源极，第二电容C2的另一极连接第二电池B2的负极，所述第三MOS管M3并联在第二电容C2的两端且第三MOS管M3的漏极连接第一MOS管M1的源极、第三MOS管M3的源极连接第二电池B2的负极；

所述第三电容C3的一级连接第一MOS管M1的源极，第三电容C3的另一极连接第三电池B3的负极，所述第四MOS管M4并联在第三电容C3的两端且第四MOS管M4的漏极连接第一MOS管M1的源极、第四MOS管M4的源极连接第三电池B3的负极；

所述第五MOS管M5的漏极连接第一MOS管M1的源极、第五MOS管M5的源极连接第四电池B4的负极。

实际工作时，在对电池组整体充电的情况下，当检测电路检测到某个电池的电压迅速上升将要超过最高电压时，对应的MOS管闭合，针对弱体电池在充电情况下进行短路，避免过充的情况发生，例如第一电池B1电压过高时，控制电路发出驱动信号闭合第一MOS管M1和第二MOS管M2。

在需要转移电池之间的能量时，可以利用储能电容。具体的，当当第一电池B1电压高于后一个第二电池B2电压时，闭合第一MOS管M1，此时由第一电池B1、第一MOS管M1、和第一电容C1组成回路，第一电容C1充电，如图7所示；当第一电容C1电压与第二个第二电池B2的电压差大于5v时，断开第一MOS管M1，闭合第二MOS管M2，由第一电容C1、第二电池B2、第三MOS管M3组成回路，第一电容C1给第二电池B2充电，如图8所示。当第二电池B2相对于第一电池B1和第三电池B3电压差范围为1-2v时，通过闭合第三MOS管M3和第二MOS管M2，即此时第二电池B2处于短路状态，充电电流不会再经过，电压将维持不变，依次重复对第二电池B2、第三电池B3到第四电池B4进行充电直到满足串联的第二电池B2均衡为止；通过控制两个电池电压相差值，自动控制是否需要转移能量。

如图8所示，本实施例中的控制逆变一体机包括整流器、逆变器、变压器和自动转换开关，其中：市电或发电机产生的电能经稳压器输送到所述整流器的输入端，整流器的输出端连接梯次利用电池组的正、负极；所述逆变器的输入端连接梯次利用电池组的正、负极，逆变器的输出端通过变压器连接所述自动转换开关；所述自动转换开关的第一输入端连接稳压器的输出端，自动转换开关的第二输入端连接变压器的输出端，自动转换开关的输出端将交流电输送至负载。

其中，监控终端对异常情况自动报警，并控制交流直流转换控制装置和直流交流转换控制装置对梯次利用电池组的充放电。所述监控终端分别通过RS485接口与交流转直流装置和直流转交流装置连接。所述监控终端通过CAN总线与能量均衡装置连接。需要说明的是，控制逆变一体机选用现有普通机型即可，监控终端设有报警装置。

工作过程如下：在用电波谷期，市电通过交流转直流装置将交流电转换成直流电对梯次利用电池组充电，次利用电池组进行储存电能；用电高峰期，梯次利用电池组开始释放电能，通过直流转交流装置将直流电转换成交流电对用户负荷供电。当电网发生故障时，梯次利用电池组还可以为重要的负荷进行供电。能量均衡装置对电池的状态进行监控，防止电池出现过充电和过放电，延长了电池的使用寿命。监控终端对所述的交流转直流装置、梯次利用电池组和直流转交流装置进行安全监控，并控制梯次利用电池组的充放电，当监控终端检测到交流转直流装置、梯次利用电池组或直流转交流装置有异常时，发出报警，并停止梯次利用电池组的充电或对外供电。

本实用新型提供了一种电池梯次利用的储能装置，属于电池储能技术领域，该装置包括箱体、与箱体连接的盖体和箱体内部安装的能量均衡装置8，能量均衡装置8安装在箱体内部用于电池能量的监控和均衡。本实用新型采用可拆装的框架1结构，单个电池放入可拆装的框架1结构中后直接组成动力电池组，避免了电池单体之间繁琐的接线工作，同时箱体内部安装的均衡电路可以利用MOS管和电容实现电池单体之间的能量转移，同时可以短路不需要充电的电池，保证其他电池继续充电，提高了电池组的整体充、放电性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电池梯次利用的储能装置，其特征在于，包括梯次利用电池组和用于管理所述梯次利用电池组的能量均衡装置，所述梯次利用电池组由多个电池箱以及安装在电池箱内部的退役磷酸铁锂电池组成，梯次利用电池组通过控制逆变一体机实现储能和放电功能，其中：

所述电池箱包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝和底部转轴，所述框架为倒F型结构且包括一侧板、一底板以及一固定板，所述侧板与底板竖直连接，所述固定板安装在侧板的中部且与底板平行，固定板的外侧设置有螺孔；所述顶板的一端通过顶部转轴安装在所述侧板上，顶板的内表面设置有连接电池正、负极的电极触点，顶板的另一端上设置有螺孔；所述固定板的一端通过底部转轴安装在所述底板的外侧，固定板对应固定板螺孔、顶板螺孔的位置处设置有连接孔，螺丝穿过所述连接孔与螺孔能够将所述框架、顶板与固定板安装成一整体；

所述能量均衡装置安装在顶板的外侧、且用于电池能量的监控和均衡，能量均衡装置的控制端通过导线分别连接正、负电极触点，电池通过顶部的电极触点和导线和构成相互串联的电池组；

所述顶板靠近能量均衡装置的位置设置有正极接头、负极接头，所述正极接头连接电池组的正极，所述负极接头连接电池组的负极。

2.根据权利要求1所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述固定板包括单体电池固定板和电池组固定板，其中：

所述单体电池固定板上均匀分布有多个条形安装槽，所述多个条形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池；

所述电池组固定板上设置有1个方形安装槽，所述1个方形安装槽用于安装退役的单体磷酸铁锂电池组。

3.根据权利要求2所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述磷酸铁锂电池是由电动汽车上退役且容量不小于额定容量的70%。

4.根据权利要求3所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述控制逆变一体机包括整流器、逆变器、变压器和自动转换开关，其中：

市电或发电机产生的电能经稳压器输送到所述整流器的输入端，整流器的输出端连接梯次利用电池组的正、负极；

所述逆变器的输入端连接梯次利用电池组的正、负极，逆变器的输出端通过变压器连接所述自动转换开关；

所述自动转换开关的第一输入端连接稳压器的输出端，自动转换开关的第二输入端连接变压器的输出端，自动转换开关的输出端将交流电输送至负载。

5.根据权利要求4所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述能量均衡装置包括MOS管、转移相邻电池能量的储能电容、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、电源、MOS管驱动电路，所述控制电路的输出口通过MOS管驱动电路连接MOS管的栅极以控制MOS管的工作，其中：

所述MOS管包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管；所述电容包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容；所述电池包括依次串联的第一电池、第二电池、第三电池、第四电池；

所述第一MOS管的漏极连接第一电池的正极，第一MOS管的源极连接第一电容的一极，所述第一电容的另一极连接第一电池的负极，所述第二MOS管并联在第一电容的两端且第二MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第二MOS管的源极连接第一电池的负极；

所述第二电容的一级连接第一MOS管的源极，第二电容的另一极连接第二电池的负极，所述第三MOS管并联在第二电容的两端且第三MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第三MOS管的源极连接第二电池的负极；

所述第三电容的一级连接第一MOS管的源极，第三电容的另一极连接第三电池的负极，所述第四MOS管并联在第三电容的两端且第四MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第四MOS管的源极连接第三电池的负极；

所述第五MOS管的漏极连接第一MOS管的源极、第五MOS管的源极连接第四电池的负极。

6.根据权利要求5所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述检测电路采用LTC2943芯片，所述LTC2943芯片用于检测电池组中每个电池的温度和电压信息。

7.根据权利要求6所述的电池梯次利用的储能装置，其特征在于，所述控制电路采用MSP430F54芯片，所述MSP430F54芯片通过SPI方式与LTC2943芯片通信。