CN213906340U - 一种多电池混合储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多电池混合储能系统，在该储能系统中第一电池通过充电线路连接至发电机，所述第一电池通过放电线路连接至用电负载；第二电池经由第二继电器开关、第一继电器开关以与所述第一电池并联的方式连接至所述充电线路和所述放电线路；所述第二继电器开关还并联有仅允许电流自所述第二电池流出的单向导电器件；其中所述第二电池的充满电电压低于所述第一电池的浮充电压。通过此系统可以在需要铅酸换锂电的场合，使用一个小容量铅酸电池加一个大容量锂离子电池来实现等效的大容量锂电池替换大容量铅酸电池的需求。

Description

一种多电池混合储能系统

技术领域

本实用新型涉及新能源车辆领域，更具体而言，涉及一种多电池混合储能系统。

背景技术

目前动力储能系统市场主要为铅酸电池和锂离子电池，两种电池各有优劣。铅酸电池低温下可以充放电，并且对电池过充适应性好，可以长时间浮充充电；常规锂离子电池低温下充电会有安全问题并且怕过充，不能长时间浮充充电，但锂离子电池具有比铅酸电池更长的寿命和更高的能量密度。目前有可以低温充电的锂离子电池，但成本极高，应用场合受限，在本文中，除非有特殊说明，所述的锂离子电池是指普通低成本型的锂离子电池，不包括低温充电电池。

由于铅酸电池能量密度低并且寿命短，在一些应用场合有减重需求以及有一些场合需要在有限空间内增加更多的电量，所以需要使用能量密度更高、寿命更长的锂离子电池替换铅酸电池。但有一些特殊应用场合，锂离子电池受限于过充适应性差和低温充放电性能差的特性，而无法直接使用普通锂离子电池替换铅酸电池。

比如在附图1中所示的柴油机启动用铅酸电池的情况下：柴油机带动直流发电机给铅酸电池浮充充电，并且发电机发出电给用电负载供电。在冬季低温下柴油机启动后，也一样会使用发电机给铅酸电池浮充充电。由于此系统的放电机的输出功率无法快速跟随用电负载的变化而变化，所以铅酸电池起到一个缓冲储能的作用。

若此系统使用锂电池直接替换铅酸电池则会出现以下几个问题，

第一：冬天下充电问题，常规锂离子电池在零度以下不能充电，为了保护电池需要将锂离子电池与发电机的连接线断开。但一旦断开发电机与锂离子电池的连接线，锂离子电池无法起到发电机发电功率与用电负载功率不匹配的缓冲作用，发电机输出电压会随着外部用电负载功率变化而忽高忽地，继而导致用电负载由于供电电压不稳定而出问题。

第二：由于锂离子电池在满电下浮充会大幅缩短锂离子电池的寿命，并且由于发电机输出电压无法精确控制，为了安全就需要降低锂离子电池浮充电压。这会带来两个问题，第一锂离子电池无法充满电，就意味着需要浪费一部分电池容量，在此系统需要同样电池容量下，需要配备更多的锂电池造成系统成本高。第二锂离子电池长时间不能充满电标定，导致锂离子电池的电量估计功能失真，工作过程中无法准确知道锂离子电池有多少电。

因此需要设计一种新的方案，满足对于充电电压和低温充放电工况下的锂离子电池替代铅酸电池的要求。

实用新型内容

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供了一种多电池混合储能系统。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种多电池混合储能系统，在所述储能系统中，第一电池通过充电线路连接至发电机，所述第一电池通过放电线路连接至用电负载；第二电池经由第二继电器开关、第一继电器开关以与所述第一电池并联的方式连接至所述充电线路和所述放电线路；所述第二继电器开关还并联有仅允许电流自所述第二电池流出的单向导电器件；其中所述第二电池的充满电电压低于所述第一电池的浮充电压。

优选地，在根据本实用新型的混合储能系统中，所述第一电池为铅酸电池，所述第二电池为锂电池。

优选地，在根据本实用新型的混合储能系统中，所述继电器开关为MOS管(金属—氧化物—半导体场效应晶体管或称金属—绝缘体—半导体场效应晶体管,metal oxidesemiconductor)开关。

优选地，所述单向导电器件为二极管。

优选地，发电机由原动机驱动，所述原动机为内燃机。

在一些优选具体实施方式中，所述第一电池的容量小于所述第二电池的容量。

在具体的使用环境中，可选地：所述第一继电器开关被设置为处于断开状态；所述第一继电器开关被设置为处于闭合状态，所述第二继电器开关被设置为处于断开状态；或者所述第一继电器开关被设置为处于闭合状态，所述第二继电器开关被设置为处于闭合状态。

通过利用根据本实用新型的技术方案，可以获得的有利之处至少在于能够满足对于充电电压和低温充放电工况下的锂离子电池替代铅酸电池的要求。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在本公开内容以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为现有技术中一种柴油机启动用铅酸电池使用的系统架构示意图；以及

图2为根据本实用新型的多电池混合储能系统的一个具体实施方式的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在根据本实用新型的一个具体实施方式中，例如参照图2。在该多电池混合储能系统中，第一电池B1通过充电线路连接至发电机M，第一电池B1通过放电线路连接至用电负载L1；第二电池B2经由第二继电器开关S2、第一继电器开关S1与第一电池B1并联的方式连接至充电线路和放电线路；第二继电器开关还并联有仅允许电流自第二电池B2流出的单向导电器件D1；其中第二电池B2的充满电电压低于第一电池B1的浮充电压。

在一个具体实施例中，根据本实用新型的多电池混能储能系统为一种锂离子电池与铅酸电池的混合储能系统，该混合储能系统可以满足发电机各种环境温度下直接浮充充电并给用电负载供电的需求。具体电路结构可以是参照图2。

在该具体实施例中，继电器开关包括第一继电器开关S1和第二继电器开关S2，单向导电器件D1可以为二极管。其中二极管与第二继电器开关S2先并联，然后再整体与第一继电器开关S1串联。其中U1为铅酸电池电压，U2为锂离子电池电压。

用电负载L1仍然从铅酸电池位置取电。此系统中，锂离子电池B2的充满电电压U2略低于铅酸电池B1的浮充电压U1。

具体工作方式可以为：

当第一继电器开关S1开关不闭合时，锂离子电池B2从系统上面断开连接，处于不充电不放电状态。此时诸如柴油机的发动机、直流发电机、铅酸电池、用电负载形成一套稳定的系统，用电负载可以继续正常工作。

当第一继电器开关S1开关闭合时，锂离子电池B2就通过二极管和第一继电器开关S1与铅酸电池B1并联。由于二极管的单向导电性，锂离子电池可以向铅酸电池充电以及向用电负载供电。

当柴油机启动时，发电机发出的直流电给铅酸电池进行浮充，若此时第一继电器开关S1和第二继电器开关S2闭合，则发电机发出的电就可以给锂电池B2进行充电。当锂离子电池充满电后，断开第二继电器开关S2，由于发电机发电给铅酸电池浮充的电压U1高于锂离子电池的充满电电压U2，所以发电机再工作时，锂离子电池一直处于备电状态。只有当发电机停止工作，铅酸电池被用电设备耗电一段时间后，铅酸电池电压U1低于锂离子电池的电压U2时，锂离子电池开始通过二极管给用电负载供电。

综上所述，通过控制开关S1，开关S2的闭合与断开，此锂离子电池与铅酸电池的混合储能系统可以实现由柴油机带动发电机的充电浮充和低温停止充电功能。通过此系统可以在需要铅酸换锂电的场合，使用一个小容量铅酸电池加一个大容量锂离子电池来实现等效的大容量锂电池替换大容量铅酸电池的需求。

比如，针对目前重型卡车上面匹配的是24V电压，200Ah的铅酸启动电池，通过上述可以使用上述技术方案更改为使用上述方案的一个24V，20Ah的铅酸电池加一个24V，180Ah的锂离子电池。这样整个相当于将90％的铅酸替换为锂离子电池，实现了整车启动电池的重量减轻和体积减小，并且使用锂离子电池的长寿命实现了更长时间更换一次启动电池的需求，提升了启动电池的可靠性。并且若驾驶员需要更多的电量满足停车开空调休息和做饭的需求的话，可以使用上述方案选择24V，20Ah的铅酸电池加一个24V，300Ah的锂离子电池组成的复合储能系统。由此可见，根据本实用新型的技术方案具有很高的使用价值。

优选地，上述第一继电器开关S1可以是MOS管开关；其中第二继电器开关S2也可以是MOS管开关。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多电池混合储能系统，其特征在于，在所述储能系统中，

第一电池通过充电线路连接至发电机，所述第一电池通过放电线路连接至用电负载；

第二电池经由第二继电器开关、第一继电器开关以与所述第一电池并联的方式连接至所述充电线路和所述放电线路；

所述第二继电器开关还并联有仅允许电流自所述第二电池流出的单向导电器件；

其中所述第二电池的充满电电压低于所述第一电池的浮充电压。

2.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一电池为铅酸电池，所述第二电池为锂电池。

3.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，所述继电器开关为MOS管开关。

4.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，所述单向导电器件为二极管。

5.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，发电机由原动机驱动，所述原动机为内燃机。

6.根据权利要求1所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一电池的容量小于所述第二电池的容量。

7.根据权利要求2至5之一所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一电池的容量小于所述第二电池的容量。

8.根据权利要求7所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一继电器开关被设置为处于断开状态。

9.根据权利要求7所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一继电器开关被设置为处于闭合状态，所述第二继电器开关被设置为处于断开状态。

10.根据权利要求7所述的混合储能系统，其特征在于，所述第一继电器开关被设置为处于闭合状态，所述第二继电器开关被设置为处于闭合状态。

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