CN113178630A - 多种电芯的电池管理***hbms - Google Patents

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Abstract

本发明公开了多种电芯的电池管理***HBMS，属于电池管理***技术领域，包括主控模块、从控模块和多品种电芯串并联组成的电池组，所述主控模块包括数据采集单元、电池保护模块、显示单元模块和控制部件模块，所述从控模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测，所述多品种电芯串并联组成的电池组包括多个电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3，该***提高了成组效率，降低搁置率和库存积压率，不同电芯成组，提高了梯次利用的灵活性，降低了梯次利用成本，包含运输、拆解、测试、加工等成本费用。

Description

多种电芯的电池管理***HBMS
技术领域
本发明涉及电池管理***技术领域，具体为多种电芯的电池管理***HBMS。
背景技术
由于电动汽车行业的迅猛发展，质保5年8年的电池陆续达到退役年限，按照每年上百万年的电动汽车销量，退役电池每年也存在上百万组。以每组电池平均50kWh的储电量，退役电池的年总量就有500亿Wh。按照国家标准，退役动力电池的容量为初始容量的80％，就有400亿Wh。且随着电动汽车市场的推广，到2025年，预计电动汽车的年产销量达到500万辆，退役动力电池达到2000亿瓦时。如此巨量的电池需要再利用，而能够利用这里电动汽车退役电池的产品有低速电动车、储能***。通常，退役动力电池***内部的电芯经过长期的使用，已经出现了分化，再利用时，不能直接整组梯次使用，需要经过一个分选、重新配组的过程。且使用过的电池，其使用表现和衰退规律跟新电池也有区别，电池管理***也需要制定不同的方案和策略。
中国专利201410023240.3公开了一种方法，通过持续的监测电池的环境温度、湿度、电池温度、行驶路况持续跟踪电池的健康状态。这回给梯次配组和管理策略的研究带来很多的便宜。国家监控平台也收集了每组电池的实时数据，在进行配组研究和管理策略研究方面能提供海量的数据。专利申请201910777291.8设计了一种退役动力电池配组的方案，即收集同一个厂家同一型号的全部电池的数据，来进行配组，由于配组池达到了最大化，配组效果能够得到优化。专利申请201910502720.2申请了一种退役电池梯次利用配组的方法，将电池***拆解为最小模块，然后将模块当成电芯进行测试配组。专利201610843085.9开发了一种梯次利用电池能量管理的方法，将储能***设计成很多并联的支路，根据输出功率需要和每个支路的电池状态，计算每个支路实时输出功率，通过CAN通讯发送给对应支路的变流器，如此优化每个支路的功率配置和能量管理。
现有技术都没有考虑，一个梯次利用的电池***公司，可能并不能获得足够的同一型号的电芯，而是可能收购到各种厂家各种型号的电芯，这时候如何配组，电池***如何管理。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供多种电芯的电池管理***HBMS，提高梯次配组的效率，降低梯次利用的成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：多种电芯的电池管理***HBMS，包括主控模块、从控模块和多品种电芯串并联组成的电池组，所述主控模块包括数据采集单元、电池保护模块、显示单元模块和控制部件模块，所述从控模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测，所述多品种电芯串并联组成的电池组包括多个电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3。
优选地，所述电池保护模块包括液冷***、风冷***、稳压器***和空气开关，所述液冷***包裹于所述多品种电芯串并联组成的电池组外表面，所述风冷***位于多品种电芯串并联组成的电池组的底部或者顶部，所述稳压器***与多品种电芯串并联组成的电池组相并联，所述空气开关与多品种电芯串并联组成的电池组相串联。
优选地，所述显示单元模块包括显示屏，所述控制部件模块包括熔断装置和继电器，所述熔断装置与空气开关相连接，所述主控模块通过CAN通讯与从控模块连接，并且主控模块根据设定的管理方案和策略对电池***进行管理。
优选地，所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均与多品种电芯串并联组成的电池组相连接，且所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均通过数据采集单元与主控模块相连接。
优选地，多个所述电芯型号1相串联、多个所述电芯型号2相串联和多个所述电芯型号3相串联，且多个所述电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3相串联组成电池组。
优选地，所述管理方案和管理策略的特点是：
1、每串电芯的功率负荷率相当；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。
优选地，所述SOC使用区间变化百分率，指设计的电芯使用SOC区间变化百分率。例如一个电芯设计使用SOC区间为30％～70％，其每个变化百分点为0.4％的SOC，一个电芯设计的使用SOC区间为10％～100％，其每个变化百分点为0.9％的SOC。
优选地，所述SOH变化情况的规律，指在给定的工况下，SOH随循环次数的变化率。
优选地，所述均衡，不是将每串电芯的SOC调整到一致，而是将SOC使用区间的变化率调整到一致。
优选地，所述功率负荷率，指电芯在该功率下的容量等性能衰退率在设计的容许区间内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种多种电芯的电池管理***HBMS设置有电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测，由于电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测与多品种电芯串并联组成的电池组相连接，且所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均通过数据采集单元与主控模块相连接，使得电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测能够逐步检测多品种电芯串并联组成的电池组的安全性，当出现安全隐患时，通过数据采集单元与电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测相连接的主控模块能够发出指令，且由于该种多种电芯的电池管理***HBMS设置有液冷***、风冷***、稳压器***和空气开关，使得液冷***和风冷***配合可以对多品种电芯串并联组成的电池组进行物理降温散热，使得稳压器***增强多品种电芯串并联组成的电池组的电压稳定性，使得熔断装置可以将空气开关关闭，来对多品种电芯串并联组成的电池组进行保护，同时由于该种多种电芯的电池管理***HBMS设置有每串电芯的功率负荷率相当，每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当，监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律，监控电池***的温度分布和安全状态，对电池***进行均衡，使得该***提高了成组效率，降低搁置率和库存积压率，不同电芯成组，提高了梯次利用的灵活性，降低了梯次利用成本，包含运输、拆解、测试、加工等成本费用。
附图说明
图1为本发明多品种电池管理***示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“套接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义
实施例一：
本发明提供一种技术方案：多种电芯的电池管理***HBMS，包括主控模块、从控模块和多品种电芯串并联组成的电池组，主控模块包括数据采集单元、电池保护模块、显示单元模块和控制部件模块，从控模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测，多品种电芯串并联组成的电池组包括多个电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3。
进一步地，电池保护模块包括液冷***、风冷***、稳压器***和空气开关，液冷***包裹于多品种电芯串并联组成的电池组外表面，风冷***位于多品种电芯串并联组成的电池组的底部或者顶部，稳压器***与多品种电芯串并联组成的电池组相并联，空气开关与多品种电芯串并联组成的电池组相串联。
进一步地，显示单元模块包括显示屏，控制部件模块包括熔断装置和继电器，熔断装置与空气开关相连接，主控模块通过CAN通讯与从控模块连接，并且主控模块根据设定的管理方案和策略对电池***进行管理。
进一步地，电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均与多品种电芯串并联组成的电池组相连接，且电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均通过数据采集单元与主控模块相连接。
进一步地，多个电芯型号1相串联、多个电芯型号2相串联和多个电芯型号3相串联，且多个电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3相串联组成电池组。
进一步地，管理方案和管理策略的特点是：
1、每串电芯的功率负荷率相当；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。
进一步地，SOC使用区间变化百分率，指设计的电芯使用SOC区间变化百分率。例如一个电芯设计使用SOC区间为30％～70％，其每个变化百分点为0.4％的SOC，一个电芯设计的使用SOC区间为10％～100％，其每个变化百分点为0.9％的SOC。
进一步地，SOH变化情况的规律，指在给定的工况下，SOH随循环次数的变化率。
进一步地，均衡，不是将每串电芯的SOC调整到一致，而是将SOC使用区间的变化率调整到一致。
进一步地，功率负荷率，指电芯在该功率下的容量等性能衰退率在设计的容许区间内。
实施例二：
100Ah0.5C循环寿命1000次三元锂电和50Ah1C循环寿命2000次的磷酸铁锂电池混合成组的电池管理***：
按设计72伏，三元锂电3.6伏，磷酸铁锂3.2伏，选用10串三元锂电，11串磷酸铁锂。
10串三元锂电串联得到36伏，11串磷酸铁锂串联得到35.2伏，总额定电压71.2伏。
将三元锂电池和磷酸铁锂电池分别串联后再串联再一起。
从控分别采集21串电芯的电压，和设定的21个温度监控点的温度。
主控通过CAN通讯获得21个电芯的电压和温度的数据。
按照容量的要求，三元锂电池的SOC使用范围为30％～80％，磷酸铁锂的SOC使用范围为0％～100％。
1、每串电芯的功率负荷率相当，使整组达到2000次50Ah的循环寿命；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当，每Ah对应变化率2％；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。三元锂电30％SOC跟磷酸铁锂0％SOC一致，三元电池80％SOC跟磷酸铁锂100％SOC一致。
实施例三：
120Ah0.5C循环寿命1200次三元锂电和80Ah1C循环寿命1500次的磷酸铁锂电池混合成组的电池管理***：
按设计108伏，三元锂电4.2伏，磷酸铁锂3.2伏，选用12串三元锂电，15串磷酸铁锂。
12串三元锂电串联得到28.8伏，15串磷酸铁锂串联得到35.2伏，总额定电压67伏。
将三元锂电池和磷酸铁锂电池分别串联后再串联再一起。
从控分别采集27串电芯的电压，和设定的27个温度监控点的温度。
主控通过CAN通讯获得27个电芯的电压和温度的数据。
按照容量的要求，三元锂电池的SOC使用范围为40％～80％，磷酸铁锂的SOC使用范围为0％～100％。
1、每串电芯的功率负荷率相当，使整组达到1500次50Ah的循环寿命；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当，每Ah对应变化率3％；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。三元锂电40％SOC跟磷酸铁锂0％SOC一致，三元电池80％SOC跟磷酸铁锂100％SOC一致。
实施例四：
150Ah0.5C循环寿命1500次三元锂电和100Ah1C循环寿命2000次的磷酸铁锂电池混合成组的电池管理***：
按设计100伏，三元锂电5伏，磷酸铁锂4伏，选用10串三元锂电，12串磷酸铁锂。
10串三元锂电串联得到50伏，12串磷酸铁锂串联得到48伏，总额定电压98伏。
将三元锂电池和磷酸铁锂电池分别串联后再串联再一起。
从控分别采集22串电芯的电压，和设定的22个温度监控点的温度。
主控通过CAN通讯获得22个电芯的电压和温度的数据。
按照容量的要求，三元锂电池的SOC使用范围为20％～80％，磷酸铁锂的SOC使用范围为0％～100％。
1、每串电芯的功率负荷率相当，使整组达到2000次50Ah的循环寿命；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当，每Ah对应变化率2％；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。三元锂电20％SOC跟磷酸铁锂0％SOC一致，三元电池80％SOC跟磷酸铁锂100％SOC一致。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.多种电芯的电池管理***HBMS，包括主控模块、从控模块和多品种电芯串并联组成的电池组，其特征在于：所述主控模块包括数据采集单元、电池保护模块、显示单元模块和控制部件模块，所述从控模块包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测，所述多品种电芯串并联组成的电池组包括多个电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3。
2.根据权利要求1所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述电池保护模块包括液冷***、风冷***、稳压器***和空气开关，所述液冷***包裹于所述多品种电芯串并联组成的电池组外表面，所述风冷***位于多品种电芯串并联组成的电池组的底部或者顶部，所述稳压器***与多品种电芯串并联组成的电池组相并联，所述空气开关与多品种电芯串并联组成的电池组相串联。
3.根据权利要求1所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述显示单元模块包括显示屏，所述控制部件模块包括熔断装置和继电器，所述熔断装置与空气开关相连接，所述主控模块通过CAN通讯与从控模块连接，并且主控模块根据设定的管理方案和策略对电池***进行管理。
4.根据权利要求1所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均与多品种电芯串并联组成的电池组相连接，且所述电流传感器、电压传感器、温度传感器、漏电检测和绝缘检测均通过数据采集单元与主控模块相连接。
5.根据权利要求1所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：多个所述电芯型号1相串联、多个所述电芯型号2相串联和多个所述电芯型号3相串联，且多个所述电芯型号1、电芯型号2和电芯型号3相串联组成电池组。
6.根据权利要求3所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述管理方案和管理策略的特点是：
1、每串电芯的功率负荷率相当；
2、每串电芯的SOC使用区间变化百分率相当；
3、监控每串电池的SOH变化情况是否延续梯次利用前的规律；
4、监控电池***的温度分布和安全状态；
5、对电池***进行均衡。
7.根据权利要求6所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述SOC使用区间变化百分率，指设计的电芯使用SOC区间变化百分率。例如一个电芯设计使用SOC区间为30％～70％，其每个变化百分点为0.4％的SOC，一个电芯设计的使用SOC区间为10％～100％，其每个变化百分点为0.9％的SOC。
8.根据权利要求6所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述SOH变化情况的规律，指在给定的工况下，SOH随循环次数的变化率。
9.根据权利要求6所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述均衡，不是将每串电芯的SOC调整到一致，而是将SOC使用区间的变化率调整到一致。
10.根据权利要求6所述的多种电芯的电池管理***HBMS，其特征在于：所述的功率负荷率，指电芯在该功率下的容量等性能衰退率在设计的容许区间内。
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