CN110932298A - 储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法，属于废旧动力蓄电池梯次利用领域，针对现有充电站无法满足充电需求急需实现动态扩容的问题，采用技术方案如下：储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，包括充电单元、能量控制***以及功率控制模块、储能变流器模块、双向DC/DC模块以及异构废旧动力蓄电池包；每个异构废旧动力蓄电池包配有一个双向DC/DC模块，双向DC/DC模块用于调节与之相连的异构废旧动力蓄电池包的输出电压，以使每个异构废旧动力蓄电池包获得相同的输出电压；储能变流器模块与充电单元并联。利用上述***的控制方法包括充电、放电控制方法，可以达到利用废旧蓄电池实现充电站动态扩容的目的。

Description

储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法
技术领域
本发明属于废旧动力蓄电池梯次利用领域，特别涉及一种储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法。
背景技术
锂离子电池具有容量大、能量密度高、无记忆性、自放电小等优点，得到电池生产厂商和汽车厂商的一致认可。随着电动汽车和大规模储能市场的快速发展，作为目前占据最多市场份额的锂离子动力电池的产量也随之快速增长，产生的锂离子电池的数量必将呈现出井喷式的增长，这也会带来大量的无法满足电动汽车需求、退下来的废旧电池，这些电芯剩余容量多在初始容量的60-80%，如何有效再利用这些电池发挥其剩余价值具有重大意义。
废旧动力蓄电池包结构主要包括外壳、电池管理***（BMS）、动力电池、热管理***等。传统的废旧动力蓄电池包梯次利用主要采用拆解、检测、重组的方式。但拆解过程中，一般是由人工操作，需要预防短路以及高压触电等，一旦操作不当就会危害操作人员的人身安全。而正常退役的废旧动力蓄电池包的各项功能基本正常，可以整包直接进行梯次利用，这样不但免去了拆解风险、节省了拆解成本，还降低了重组成本。由于动力电池技术的多样化，目前市场上退役的废旧动力蓄电池也多种多样，从材料***来分有三元锂电池、磷酸铁锂电池等，从电池形态来分有圆柱、软包、方形三种。在废旧动力蓄电池梯次利用过程中，经常遇到同一类型电池数量不足，从而导致无法进行梯次利用。
随着电动汽车的发展，充电桩的数量不断增加，配电容量已经无法满足充电桩的充电需求，在充电桩配置储能电站，在用电功率小时，储能电站充电，在用电功率大时，储能电站放出电量以满足电动汽车充电需求，动态调整充电桩容量需求，从而实现动态扩容，降低配电容量需求。
因此，急需一种可以利用多种异构废旧动力蓄电池作为储能元件，并且实现充电站动态扩容的***，以在实现废旧动力蓄电池梯次利用的同时满足电网容量的动态扩容。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明提供一种储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法，其将废旧动力蓄电池作为储能元件实现储充电站的动态扩容。
本发明采用技术方案如下：一种储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，包括充电单元、能量控制***以及分别通过通讯线与能量控制***连接的功率控制模块、储能变流器模块、多个双向DC/DC模块以及多个异构废旧动力蓄电池包；其中：
能量控制***用于分别控制储能变流器模块、多个双向DC/DC模块和多个异构废旧动力蓄电池包，使得废旧动力蓄电池包充电或放电，以实现充电单元的动态扩容；
每个异构废旧动力蓄电池包包括多个废旧动力蓄电池模组，每个异构废旧动力蓄电池包配有一个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块的输出端通过直流母线分别与储能变流器模块的直流端相连，使得每个异构废旧动力蓄电池包之间电气隔离并彼此并联；
所述双向DC/DC模块用于调节与之相连的异构废旧动力蓄电池包的输出电压，以使每个异构废旧动力蓄电池包在直流母线处获得相同的输出电压；
所述储能变流器模块的交流端与充电单元并联，两者的并联端连接至与电网相连的交流母线上；
功率控制模块通过通讯线与电流互感器连接，用于监控电流互感器处的实时功率并将结果反馈给能量管理***。
本***中，利用异构废旧动力蓄电池包作为充电单元的储能元件，实现充电单元的动态扩容；由于废旧动力蓄电池模组的来源不同、材质不同（如三元锂电池、磷酸铁锂电池等），所带的电压也会不同，因此不能保证多个异构废旧动力蓄电池包的输出电压值相同，经过双向DC/DC模块的调节后，可保证进入储能变流器模块前的每个异构废旧动力蓄电池包的输出电压值均相同，这有利于在储能变流器模块处获得稳定的电压，便于储能变流器模块的处理；且异构废旧动力蓄电池包整包利用，省去传统的拆解步骤，安全且节省成本，有利于废旧动力蓄电池的梯次利用。
进一步地，每个异构废旧动力蓄电池包中的废旧动力蓄电池模组之间串联和/或并联在一起。
进一步地，每个异构废旧动力蓄电池包均配有电池管理***BMS，所述电池管理***BMS与能量控制***相连。废旧动力蓄电池本身自带电池管理***（BMS），能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。
进一步地，所述充电单元由串联在一起的充电模块DC/AC和充电枪组成。
上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的控制方法，其包括充电控制方法和放电控制方法，并按如下步骤进行：
步骤1，准备：在能量管理***中设定充电单元、储能变流器模块和DC/DC模块的设定功率，功率检测模块通过交流互感器实现充电单元实时功率的检测，并将检测结果反馈给能量管理***，实现整个***的过载保护；
步骤2，充电或放电控制方法，具体为：
1）充电控制方法为：当电网处于用电谷时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率小于其设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于充电状态，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率调节储能变流器模块进行整流，使电能经由储能变流器模块传输到直流母线上，并分配给每个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块根据能量管理***中的设定功率进行调节，使与之对应的异构废旧动力蓄电池包充电；
2）放电控制方法为：当电网处于供电峰时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率大于设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于放电状态，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块分别按照各自的设定功率进行放电，同时，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率分别调节每个异构废旧动力蓄电池包，使每个异构废旧动力蓄电池包经与之对应的双向DC/DC模块的调节保证输出电压一致后，电能输入到直流母线上，直流母线再将电能传递给储能变流器模块，能量控制***对储能交流器模块实施调节，使储能变流器模块放电、对充电单元进行充电。
当电网处于用电谷时段时，能量从电网流向至异构废旧动力蓄电池包处，对异构废旧动力蓄电池包进行充电，当电网处于供电峰时段时，能量从异构废旧动力蓄电池包处流向充电单元，异构废旧动力电池包对充电单元进行充电，以实现储充电站配电容量的动态扩容，并减小电网的供电压力，有利于维持电网的稳定。
进一步地，步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定充电保护电压、单体充电保护电压和最大荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当充电保护电压、单体充电保护电压或最大荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止充电。这一设置避免过度充电，对异构废旧动力蓄电池包进行保护，以便于循环利用。
进一步地，步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定放电保护电压、单体电池放电保护电压、最小荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当放电保护电压、单体放电保护电压或最小荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止放电。这一设置避免过度放电，对异构废旧动力蓄电池包进行保护，以保证异构废旧动力蓄电池包具有较长的循环使用寿命。
本发明的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***及控制方法具有的有益效果：
1.本***中使用多种异构废旧动力蓄电池包，且异构废旧动力蓄电池包整包利用，省去传统的拆解步骤，安全且节省成本，使得废旧动力蓄电池的梯次利用具有可行性。
2. 每个异构废旧动力蓄电池包配有一个DC/DC模块，在储能变流器模块处获得稳定的电压，便于储能变流器模块的处理。
3.通过功率监控模块实时监控充电单元的充电功率，调节储能变流器的充放电功率，实现储充电站配电容量的动态扩容。
4.在用电谷时段对异构废旧动力蓄电池包进行充电，在用电峰时段放电，减少了电网的供电压力，增加了电网的稳定性。
附图说明
图1为储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本实施例的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，如图1所示，包括充电单元、能量控制***以及分别通过通讯线与能量控制***连接的功率控制模块、储能变流器模块、多个双向DC/DC模块以及多个异构废旧动力蓄电池包；其中：
能量控制***用于分别控制储能变流器模块、多个双向DC/DC模块和多个异构废旧动力蓄电池包，使得废旧动力蓄电池包充电或放电，以实现充电单元的动态扩容；
每个异构废旧动力蓄电池包包括多个废旧动力蓄电池模组，每个异构废旧动力蓄电池包配有一个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块的输出端通过直流母线分别与储能变流器模块的直流端相连，使得每个异构废旧动力蓄电池包之间电气隔离并彼此并联；
所述双向DC/DC模块用于调节与之相连的异构废旧动力蓄电池包的输出电压，以使每个异构废旧动力蓄电池包在直流母线处获得相同的输出电压；
所述储能变流器模块的交流端与充电单元并联，两者的并联端连接至与电网相连的交流母线上；
功率控制模块通过通讯线与电流互感器连接，用于监控电流互感器处的实时功率并将结果反馈给能量管理***。
本***中，利用异构废旧动力蓄电池包作为充电单元的储能元件，实现充电单元的动态扩容；由于废旧动力蓄电池模组的来源不同、材质不同（如三元锂电池、磷酸铁锂电池等），所带的电压也会不同，因此不能保证多个异构废旧动力蓄电池包的输出电压值相同，经过双向DC/DC模块的调节后，可保证进入储能变流器模块前的每个异构废旧动力蓄电池包的输出电压值均相同，这有利于在储能变流器模块处获得稳定的电压，便于储能变流器模块的处理；且异构废旧动力蓄电池包整包利用，省去传统的拆解步骤，安全且节省成本，有利于废旧动力蓄电池的梯次利用。
每个异构废旧动力蓄电池包中的废旧动力蓄电池模组之间串联和/或并联在一起。
每个异构废旧动力蓄电池包均配有电池管理***BMS，所述电池管理***BMS与能量控制***相连。废旧动力蓄电池本身自带电池管理***（BMS），能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电。
所述充电单元由串联在一起的充电模块DC/AC和充电枪组成。
上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的控制方法，其包括充电控制方法和放电控制方法，并按如下步骤进行：
步骤1，准备：在能量管理***中设定充电单元、储能变流器模块和DC/DC模块的设定功率，功率检测模块通过交流互感器实现充电单元实时功率的检测，并将检测结果反馈给能量管理***，实现整个***的过载保护；
步骤2，充电或放电控制方法，具体为：
1）充电控制方法为：当电网处于用电谷时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率小于其设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于充电状态，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率调节储能变流器模块进行整流，使电能经由储能变流器模块传输到直流母线上，并分配给每个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块根据能量管理***中的设定功率进行调节，使与之对应的异构废旧动力蓄电池包充电；
2）放电控制方法为：当电网处于供电峰时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率大于设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于放电状态，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块分别按照各自的设定功率进行放电，同时，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率分别调节每个异构废旧动力蓄电池包，使每个异构废旧动力蓄电池包经与之对应的双向DC/DC模块的调节保证输出电压一致后，电能输入到直流母线上，直流母线再将电能传递给储能变流器模块，能量控制***对储能交流器模块实施调节，使储能变流器模块放电、对充电单元进行充电。
当电网处于用电谷时段时，能量从电网流向至异构废旧动力蓄电池包处，对异构废旧动力蓄电池包进行充电，当电网处于供电峰时段时，能量从异构废旧动力蓄电池包处流向充电单元，异构废旧动力电池包对充电单元进行充电，以实现储充电站配电容量的动态扩容，并减小电网的供电压力，有利于维持电网的稳定。
步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定充电保护电压、单体充电保护电压和最大荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当充电保护电压、单体充电保护电压或最大荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止充电。这一设置避免过度充电，对异构废旧动力蓄电池包进行保护，以便于循环利用。
步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定放电保护电压、单体电池放电保护电压、最小荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当放电保护电压、单体放电保护电压或最小荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止放电。这一设置避免过度放电，对异构废旧动力蓄电池包进行保护，以保证异构废旧动力蓄电池包具有较长的循环使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求的范围中。

Claims (6)

1.一种储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，其特征在于，包括充电单元、能量控制***以及分别通过通讯线与能量控制***连接的功率控制模块、储能变流器模块、多个双向DC/DC模块以及多个异构废旧动力蓄电池包；其中：
能量控制***用于分别控制储能变流器模块、多个双向DC/DC模块和多个异构废旧动力蓄电池包，使得废旧动力蓄电池包充电或放电，以实现充电单元的动态扩容；
每个异构废旧动力蓄电池包包括多个废旧动力蓄电池模组，每个异构废旧动力蓄电池包配有一个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块的输出端通过直流母线分别与储能变流器模块的直流端相连，使得每个异构废旧动力蓄电池包之间电气隔离并彼此并联；
所述双向DC/DC模块用于调节与之相连的异构废旧动力蓄电池包的输出电压，以使每个异构废旧动力蓄电池包在直流母线处获得相同的输出电压；
所述储能变流器模块的交流端与充电单元并联，两者的并联端连接至与电网相连的交流母线上；
功率控制模块通过通讯线与电流互感器连接，用于监控电流互感器处的实时功率并将结果反馈给能量管理***。
2.根据权利要求1所述的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，其特征在于，每个异构废旧动力蓄电池包均配有电池管理***BMS，所述电池管理***BMS与能量控制***相连。
3.根据权利要求1所述的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***，所述充电单元由串联在一起的充电模块DC/AC和充电枪组成。
4.储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的控制方法，其特征在于，其包括充电控制方法和放电控制方法，并按如下步骤进行：
步骤1，准备：在能量管理***中设定充电单元、储能变流器模块和DC/DC模块的设定功率，功率检测模块检测充电单元的实时功率，并将结果反馈给能量管理***；
步骤2，充电或放电控制方法，具体为：
1）充电控制方法为：当电网处于用电谷时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率小于其设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于充电状态，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率调节储能变流器模块进行整流，使电能经由储能变流器模块传输到直流母线上，并分配给每个双向DC/DC模块，每个双向DC/DC模块根据能量管理***中的设定功率进行调节，使与之对应的异构废旧动力蓄电池包充电；
2）放电控制方法为：当电网处于供电峰时段、功率监控模块反馈充电单元的实时功率大于设定功率时，上述储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***处于放电状态，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块分别按照各自的设定功率进行放电，同时，能量管理***根据功率检测模块反馈的功率分别调节每个异构废旧动力蓄电池包，使每个异构废旧动力蓄电池包经与之对应的双向DC/DC模块的调节保证输出电压一致后，电能输入到直流母线上，直流母线再将电能传递给储能变流器模块，能量控制***对储能交流器模块实施调节，使储能变流器模块放电、对充电单元进行充电。
5.根据权利要求4所述的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的控制方法，其特征在于，步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定充电保护电压、单体充电保护电压和最大荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当充电保护电压、单体充电保护电压或最大荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止充电。
6.根据权利要求4所述的储充电站中整包梯次利用废旧蓄电池的***的控制方法，其特征在于，步骤2中，对每个异构废旧动力蓄电池包设定放电保护电压、单体电池放电保护电压、最小荷电状态保护电压的保护值，并与能量管理***关联，当放电保护电压、单体放电保护电压或最小荷电状态保护电压其中之一达到其保护值时，能量管理***控制储能变流器模块、DC/DC模块停止工作，停止放电。
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