CN211790793U - 一种退役电池梯次利用系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种退役电池梯次利用系统，包括：储能系统、光伏系统和离网负载；其中储能系统包括储能变流器，储能变流器包括多个功率模块，多个功率模块的交流侧均接在储能系统交流母线上，其中至少一个功率模块的直流侧与退役电池组连接，至少一个功率模块的直流侧与新电池组连接；储能变流器还包括集控单元，集控电源分别与多个功率模块连接，用于根据接收的指令控制、调节功率模块的工作参数；储能系统的交流母线分别与光伏系统、离网负载的交流母线并联，并通过并离网切换柜与电网相连。本实用新型以储能系统、光伏系统以及离网负载相结合组成光储微电网系统，通过并离网切换柜灵活切换并网和离网的接入方式，灵活性强。

Description

一种退役电池梯次利用系统
技术领域
本实用新型涉及退役电池利用技术领域，特别是一种退役电池梯次利用系统。
背景技术
随着新能源汽车产业的蓬勃发展，尤其是近年来随着新能源汽车产量迅猛增长，退役的动力电池也日益增加。汽车动力电池目前以锂电池为主，动力电池性能会随着充放电次数的增加而衰减，当电池容量衰减至额定容量的80％以下时，不但导致用户体验变差，而且在动力电池复杂的工况条件下还会带来安全隐患。为了确保电动汽车的动力性能、续驶里程和使用过程中的安全性，电动汽车的动力电池必须更换，退役的动力电池也日益增加。但是，退役下来的动力电池通常仍然剩余70％到80％的可用容量，直接报废浪费资源非常可惜。
因此，目前，针对汽车退役电池的梯次利用大多是针对单个或单组电池进行，其形成不能规模，不能满足大规模汽车动力电池梯次利用的需求，因此，提出一种新的针对汽车退役电池梯次利用系统亟具需要。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型旨在提供一种退役电池梯次利用系统。
本实用新型的目的采用以下技术方案来实现：
提出一种退役电池梯次利用系统，包括：储能系统、光伏系统和离网负载；
其中储能系统包括储能变流器，储能变流器包括多个功率模块，多个功率模块的交流侧均接在储能系统交流母线上，其中至少一个功率模块的直流侧与退役电池组连接，至少一个功率模块的直流侧与新电池组连接；
储能变流器还包括集控单元，集控电源分别与多个功率模块连接，用于根据接收的指令控制、调节功率模块的工作参数；
储能系统的交流母线分别与光伏系统、离网负载的交流母线并联，并通过并离网切换柜与电网相连。
优选地，功率模块的直流侧设置有多个直流支路，其中每个直流支路分别与一组退役电池组连接。
优选地，集控单元还与储能管理系统通信连接。
优选地，其中储能管理系统还分别与光伏系统以及离网负载连接，用于实时采集光伏系统、储能系统、离网负载的遥测信息、遥信信息、累计量信息，并向光伏系统、储能系统、离网负载发送控制指令。
优选地，退役电池组由汽车退役电池组成；退役电池组和新电池组均设置在电池柜中，其中退役电池组和新电池组采用磷酸铁锂电池，以单体电芯作为能量储存介质；
电池柜中设置有电池管理系统，实现对电池柜的管理，其中电池管理系统还与储能管理系统连接。
优选地，电池管理系统包括退役电池管理单元，退役电池管理单元分别与电池柜中的各退役电池组相连。
优选地，储能管理系统包括数据采集单元、监控告警单元、Web发布单元和能量调度单元。
优选地，功率模块的直流侧和交流侧分别设置有直流断路器和交流断路器。
优选地，储能管理系统还与本地监控系统和/或能源管理云平台通信连接。
优选地，并离网切换柜还与储能管理系统通信连接。
本实用新型的有益效果为：
1)本实用新型将汽车退役电池组成的储能系统，与光伏系统以及离网负载相结合组成光储微电网系统，通过并离网切换柜灵活切换并网和离网的接入方式，在并网运行时可通过对充放电时段设置实现移峰填谷储用电等优势。离网运行时，维持光伏系统的稳定运行，并持续给离网负载供电。
2)储能变流器中设置多功率模块共同提供储能和功能，多个功率模块能够通过储能管理系统自由调节，实现内部功率模块轮休，有效减少低负荷下的低效运行；功率模块灵活切入切出，故障后可快速更换功率模块以恢复系统，可维护性高。
3)通过储能系统能够对大数量的退役电池组进行统一管理，通过储能变流器对由若干退役电池组成的退役电池组进行充放电控制，实现退役电池的梯次利用。
附图说明
利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为一种光储微网系统示意图；
图2为一种储能系统结构示意图。
具体实施方式
结合以下应用场景对本实用新型作进一步描述。
以若干80V/60Ah汽车退役动力锂电电池为基础，拟建设100kW/400kWh规模的储能系统对退役动力锂电池进行管理，其中该蓄能系统包括5-6支路退役电池、1支路全新电池，储能系统要求并离网两种工况运行。另外储能系统配置50kWp光伏系统以及离网负载，并集成储能管理系统，接受上级主站的远程管理，满足“遥信”、“遥测”、“遥控”、“遥调”功能。
参见图1，其示出一种由储能系统、光伏系统、离网负载组成的光储微网示意图，其中储能系统、光伏系统及离网负载在交流侧并联，并通过并离网切换柜电网相连。对于储能系统，选用1台90kW模块式储能变流器对电池进行管理，单个功率模块30kW。其中2个功率模块的6个支路分别接入6组320V/60Ah退役电池，另1个功率模块接入2组307.2V/100Ah新电池。总储能容量90kW/176.6kWh，其中退役电池合计115.2kWh，按容量80％折算，实际容量92.16kWh，新电池容量61.44kWh。对于退役电池，每个支路采用4个80V/60Ah的电池包串联的成组方式。对于新电池，每组则采用6个51.2V/100Ah电池包串联组成。其中储能系统的结构如图2所示。
其中该光储微网系统具有并网和离网运行两种运行模式，并网运行时可通过对充放电时段设置实现移峰填谷，赚取峰谷电价差。离网运行时，维持光伏系统的稳定运行，并持续给离网负载供电。
对各个通道的电池进行单独管理，可以对电池进行恒压、恒流、恒功率充电，恒流、恒功率放电，且充放电参数可调。各个直流通道电气隔离，有效解决电池组与电池组之间的差异而引起的组间环流问题。
快速(20ms)并离网切换，选用模块式并离网切换单元，在电网故障时实现光储系统与电网的快速隔离，保障重要负载的用电。当电网恢复后，重新并网，系统转入离网模式运行，实现平滑过渡。
适应各种不同种类的负载类型，包括整流性、阻性、容性、感性、冲击性、泵类、电机类、风机类负载及半波轻载，有效保障客户用电可靠。
内部功率通道轮休，有效减少低负荷下的低效运行；通道灵活切入切出，故障后可快速更换模块以恢复系统，可维护性高。
进一步地，储能变流器包括6个10kW DC/DC功率模块和1个30kW DC/DC功率模块、3个30kW DC/AC功率模块以及2个60kW并离网切换单元。
进一步地，90kW并离网型储能变流器由3个30kW功率单元组成，采用宽直流电压设计，直流输入电压200V-900V，可在280V-900V范围内恒功率充放电。适应多种电网电压，包括AC220V/AC230V/AC380V/AC400V。单个功率单元最多含有3个直流通道，完美匹配动力电池梯次利用场景。具有光伏MPPT功能，便于光储一体联合发电系统。
能量管理系统可实时采光伏、储能、充电桩等相关的各种遥测、遥信、累计量以及其它自动化信息，并向各设备发送各种数据信息和遥控遥调等命令。同时具备模拟量处理、状态量处理、非实测数据处理、计划值处理、数据质量码、计算及统计等功能。除实现常规三遥(遥测、遥信、遥控)功能外，提供光伏、储能电站独特的监视分析功能。
其中能量管理系统包括数据采集单元、监控告警单元、Web发布单元和能量调度单元。
数据采集单元用于对储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)进行采集和处理，获取光伏日发电量、储能变流器日充放电量、电池可充可放电量，同时对月数据、年数据进行统计，并以曲线图、柱状图等形式给出直观显示。支持Excel格式导出。
监控告警单元用于以系统拓扑的方式显示当前光储系统的组网信息，包括储能变流器、电池等设备工作状态、实时功率等主要信息，点击每个设备的图标还可以看到单个设备的明细。在设备控制界面还可以进行相应设备的开关机控制、有功功率设置、无功功率设置以及重要参数的设置。系统还具备事故信号自动弹窗、声光告警、短消息提示功能(可选)，支持一二级告警，用户可根据需要对事件故障类型(一般事件、异常告警、设备故障)及告警方式进行设置。
Web发布单元用于对整个电站进行本地控制，与远方监控设备通讯，还可以实现远程访问。另外，与电网调度中心通讯，还满足电网的功率调度。
能量调度单元用于在系统离网条件下，对光伏和储能的功率进行实时调度，当光伏功率大于负载功率时，控制储能充电，储能充满后对光伏进行限发；当光伏功率小于负载功率时，控制储能放电，同光伏一起给负载供电；当储能电压过低或过高，则对系统进行保护。
进一步地，退役电池组由汽车退役电池组成；退役电池组和新电池组均设置在电池柜中，其中退役电池组和新电池组采用磷酸铁锂电池，以单体电芯作为能量储存介质；采用高安全储能型磷酸铁锂电池，单体电芯(3.2V/100Ah)作为能量储存介质。电池柜自带电池管理系统，实现电池保护、充放电管理、温度控制、远程监控等功能。每16个电芯组合为1并16串电池组，共12个电池组，装于1个电池柜内。电池柜管理采用二级模块化结构，从控单元(BMU)分别安装于各电池箱内，主控模块(BMS)安装于最上层高压箱内，主控(BMS)除满足与BMU的信息交互，控制需求、实现储能电池的安全可靠运行，还满足与PCS系统的信息交换要求。
针对退役电池在长时间运作下性能下降速度参差不齐，为保证整个储能系统的工作质量，因此，进一步地，电池柜内还设置有退役电池管理单元，退役电池管理单元分别与电池柜中的各退役电池组相连。在离网状态下，退役电池管理单元采集退役电池组的工作参数(包括总电量、输出功率等电池参数)生成相应的退役电池组观察日志，同时根据退役电池工作参数的变化生成参数变化曲线，有助于管理人员实时对退役电池的衰老、衰减程度进行记录和管理，及时更换不达标的退役电池组。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，包括：储能系统、光伏系统和离网负载；
其中所述储能系统包括储能变流器，所述储能变流器包括多个功率模块，所述多个功率模块的交流侧均接在储能系统交流母线上，其中至少一个功率模块的直流侧与退役电池组连接，至少一个功率模块的直流侧与新电池组连接；
所述储能变流器还包括集控单元，所述集控电源分别与所述多个功率模块连接；
所述储能系统的交流母线分别与光伏系统、离网负载的交流母线并联，并通过并离网切换柜与电网相连。
2.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述功率模块的直流侧设置有多个直流支路，其中每个直流支路分别与一组退役电池组连接。
3.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述集控单元还与储能管理系统通信连接。
4.根据权利要求3所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，其中所述储能管理系统还分别与所述光伏系统以及离网负载连接，用于实时采集光伏系统、储能系统、离网负载的遥测信息、遥信信息、累计量信息，并向光伏系统、储能系统、离网负载发送控制指令。
5.根据权利要求3所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述退役电池组由汽车退役电池组成；所述退役电池组和新电池组均设置在电池柜中，其中退役电池组和新电池组采用磷酸铁锂电池，以单体电芯作为能量储存介质；
电池柜中设置有电池管理系统，实现对电池柜的管理，其中电池管理系统还与所述储能管理系统连接。
6.根据权利要求3或5所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述储能管理系统包括数据采集单元、监控告警单元、Web发布单元和能量调度单元。
7.根据权利要求1所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述功率模块的直流侧和交流侧分别设置有直流断路器和交流断路器。
8.根据权利要求3所述的一种退役电池梯次利用系统，其特征在于，所述储能管理系统还与本地监控系统和/或能源管理云平台通信连接。
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