CN207967225U - 一种电池梯次利用柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池梯次利用柜，属于电池储能技术领域，该装置包括电池柜、水平安装在电池柜内部的分隔板、安装在电池柜内部的多个电池组、铰接在电池柜正面的柜门、安装在电池柜背面的散热风机、设置在电池柜内壁上且用于连接电池组的内部接头、设置在电池柜外壁上且用于连接内部电池组与外部控制逆变一体机的外部接头。本实用新型基于电池的梯次利用原理，以退役的动力电池单体为对象，采用电池串、联成组的方式进行组合构成电池柜，该电池梯次利用柜能够充分利用动力电池的剩余能量、缓解环境压力。

Description

一种电池梯次利用柜

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柜。

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柜，基于电池的梯次利用原理，以退役的动力电池单体为对象，采用电池串、联成组的方式进行组合构成电池柜，该电池梯次利用柜能够充分利用动力电池的剩余能量、缓解环境压力。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种电池梯次利用柜，其特征在于，包括电池柜、水平安装在电池柜内部的分隔板、安装在电池柜内部的多个电池组、铰接在电池柜正面的柜门、安装在电池柜背面的散热风机、设置在电池柜内壁上且用于连接电池组的内部接头、设置在电池柜外壁上且用于连接内部电池组与外部控制逆变一体机的外部接头，其中：所述电池组包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝、底部转轴和电能管理装置，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；所述电能管理装置安装在顶板的外侧、且用于电池能量的监控和均衡，电能管理装置的控制端通过导线分别连接正、负电极触点，单体电池通过顶部的电极触点和顶部电线构成相互串联的电池组；所述顶板靠近电能管理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，所述电池组的数量为八个，八个电池组通过内部导线的连接构成两个相互并联的电池组模块：即第一电池组模块和第二电池组模块，所述第一电池组模块和第二电池组模块分别包含四个相互串联的电池组，第一电池组模块安装在电池柜由分隔板划分出的上部空间，第二电池组模块安装在电池柜由分隔板划分出的下部空间。

进一步的，所述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。

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电池柜内部第一电池组模块和第二电池组模块的正、负极；

所述逆变器的输入端连接第一电池组模块和第二电池组模块的正、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，所述电能管理装置包括MOS管、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、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、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管和第九MOS管；所述电池包括第一电池、第二电池、第三电池和第四电池；

所述第一MOS管的漏极连接第一电池的正极，第一MOS管的源极连接第二电池正极；所述第四MOS管的漏极连接第二电池的正极，第四MOS管的源极连接第三电池正极；所述第七MOS管的漏极连接第三电池的正极，第七MOS管的源极连接第四电池正极；

所述第三MOS管的漏极连接第一电池的负极，第三MOS管的源极连接第二电池的正极；所述第六MOS管的漏极连接第二电池的负极，第六MOS管的源极连接第三电池的正极；所述第九MOS管的漏极连接第三电池的负极，第九MOS管的源极连接第四电池的正极；

所述第二MOS管的漏极连接第一电池的负极，第二MOS管的源极连接第二电池的负极；所述第五MOS管的漏极连接第二电池的负极，第五MOS管的源极连接第三电池的负极；所述第八MOS管的漏极连接第三电池的负极，第八MOS管的源极连接第四电池的负极。

其中，所述第三MOS管、第六MOS管、第九MOS管分别为P沟道MOS管。所述第一MOS管、第四MOS管、第七MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第八MOS管分别为N沟道MOS管。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。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柜具有以下有益效果：

基于电池的梯次利用原理，以退役的动力电池单体为对象，采用电池串、联成组的方式进行组合构成电池柜，该电池梯次利用柜能够充分利用动力电池的剩余能量、缓解环境压力。同时，该装置还具有可拆装的电池组结构，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。同时电池柜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。同时，内部安装的电能管理装置可以利用MOS管使得相互串联的电池变为并联结构，在并联状态下各个电池之间进行自主的电压均衡，使电池组的容量得到最大的发挥且提高电池组的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的一种电池梯次利用柜的整体结构示意图；

图2为本实用新型的一种电池梯次利用柜的内部电池组连接示意图；

图3为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电池组结构示意图；

图4为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电池组打开结构示意图；

图5为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电池组固定板结构示意图；

图6为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电能管理装置电路结构示意图；

图7为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电能管理装置中电池串联工作示意图；

图8为本实用新型的一种电池梯次利用柜的电能管理装置中电池并联工作示意图；

图9为本实用新型的一种电池梯次利用柜的外接电路结构示意图。

图中，1-安装框架、101-侧板、102-底板、103-固定板、104-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-电能管理装置、9-电池柜、901-分隔板、902-柜门、903-散热风机、904-内部接头、905-外部接头。

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：

如图1所示，一种电池梯次利用柜，包括电池柜9、水平安装在电池柜9内部的分隔板901、安装在电池柜9内部的多个电池组、铰接在电池柜9正面的柜门902、安装在电池柜9背面的散热风机903、设置在电池柜9内壁上且用于连接电池组的内部接头904、设置在电池柜9外壁上且用于连接内部电池组与外部控制逆变一体机的外部接头905。

其中，内部接头904包括电线和电池电极接头，将电池组放入电池柜9之后，电池组的正极接头302和负极接头303连接上内部接头904,即可相互连接构成相互并联的电池组模块，本实施例中，如图2所示，电池组的数量为八个，八个电池组通过内部导线904的连接构成两个相互并联的电池组模块：即第一电池组模块和第二电池组模块，所述第一电池组模块和第二电池组模块分别包含四个相互串联的电池组，第一电池组模块安装在电池柜9由分隔板901划分出的上部空间，第二电池组模块安装在电池柜9由分隔板901划分出的下部空间。

此时，电池柜的整体额定电压为16倍的单体额定电压，额定电流为2倍的单体额定电流。

如图3、图4所示，电池组包括框架1、顶部转轴2、顶板3、固定板4、螺丝5、底部转轴6和电能管理装置8，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。电能管理装置8安装在顶板3的外侧、且用于电池能量的监控和均衡，电能管理装置8的控制端通过导线分别连接正、负电极触点301，单体电池通过顶部的电极触点301和顶部电线构成相互串联的电池组；顶板3靠近电能管理装置8的位置设置有正极接头301、负极接头302，正极接头301连接电池组的正极，负极接头302连接电池组的负极。

如图4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5所示，固定板103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。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。

如图6所示，电能管理装置包括MOS管、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、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M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8和第九MOS管M9；所述电池7包括第一电池B1、第二电池B2、第三电池B3和第四电池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的源极连接第二电池B2正极；所述第四MOS管M4的漏极连接第二电池B2的正极，第四MOS管M4的源极连接第三电池B3正极；所述第七MOS管M7的漏极连接第三电池B3的正极，第七MOS管M7的源极连接第四电池B4正极；

所述第三MOS管M3的漏极连接第一电池B1的负极，第三MOS管M3的源极连接第二电池B2的正极；所述第六MOS管M6的漏极连接第二电池B2的负极，第六MOS管M6的源极连接第三电池B3的正极；所述第九MOS管M9的漏极连接第三电池B3的负极，第九MOS管M9的源极连接第四电池B4的正极；

所述第二MOS管M2的漏极连接第一电池B1的负极，第二MOS管M2的源极连接第二电池B2的负极；所述第五MOS管M5的漏极连接第二电池B2的负极，第五MOS管M5的源极连接第三电池B3的负极；所述第八MOS管M8的漏极连接第三电池B3的负极，第八MOS管M8的源极连接第四电池B4的负极。

具体的，所述第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管。

具体的，所述第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8分别为N沟道MOS管。

实际工作时，电能管理装置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电池组串、并联状态的改变。

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，检测电路采用LTC2943芯片，LTC2943芯片用于检测电池组中每个电池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。

电池组串联状态如图7所示，其中，第一MOS管-第九MOS管的栅极处于低电压模式，针对P沟道MOS管只有当栅极电压Vgs小于一定的值就会导通，针对N沟道MOS管只有当栅极电压Vgs大于一定的值就会导通，此时，第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8处于断开状态，第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管处于导通状态，电池7实现串联结构。

电池组并联状态如图8所示，其中，第一MOS管-第九MOS管的栅极处于高电压模式，针对P沟道MOS管只有当栅极电压Vgs小于一定的值就会导通，针对N沟道MOS管只有当栅极电压Vgs大于一定的值就会导通，此时，第一MOS管M1、第四MOS管M4、第七MOS管M7、第二MOS管M2、第五MOS管M5和第八MOS管M8处于导通状态，第三MOS管M3、第六MOS管M6、第九MOS管M9分别为P沟道MOS管处于断开状态，电池7实现并联结构。

实际工作时，在对电池组整体充电、放电的情况下，当检测电路检测到某个电池7的电压迅速上升、或下降到临界值时，断开外部电路，然后将电池组的串联结构更改为并联结构，实现电压的自均衡状态。

如图9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柜9的正、负极；所述逆变器的输入端连接梯次利用电池柜9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柜9的充放电。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总线与电能管理装置8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柜充电，次利用电池柜进行储存电能；用电高峰期，梯次利用电池柜开始释放电能，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，梯次利用电池柜还可以为重要的负荷进行供电。电能管理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、梯次利用电池柜和直流转交流装置进行安全监控，并控制梯次利用电池柜的充放电，当监控终端检测到交流转直流装置、梯次利用电池柜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柜的充电或对外供电。

需要说明的是，该电池柜适用于梯次利用退役的单体磷酸铁锂电池、铅酸电池、镍基电池或钠硫电池。

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 (10)

1.一种电池梯次利用柜，其特征在于，包括电池柜、水平安装在电池柜内部的分隔板、安装在电池柜内部的多个电池组、铰接在电池柜正面的柜门、安装在电池柜背面的散热风机、设置在电池柜内壁上且用于连接电池组的内部接头、设置在电池柜外壁上且用于连接内部电池组与外部控制逆变一体机的外部接头，其中：所述电池组包括框架、顶部转轴、顶板、固定板、螺丝、底部转轴和电能管理装置，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；所述电能管理装置安装在顶板的外侧、且用于电池能量的监控和均衡，电能管理装置的控制端通过导线分别连接正、负电极触点，单体电池通过顶部的电极触点和顶部电线构成相互串联的电池组；所述顶板靠近电能管理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柜，其特征在于，所述电池组的数量为八个，八个电池组通过内部导线的连接构成两个相互并联的电池组模块：即第一电池组模块和第二电池组模块，所述第一电池组模块和第二电池组模块分别包含四个相互串联的电池组，第一电池组模块安装在电池柜由分隔板划分出的上部空间，第二电池组模块安装在电池柜由分隔板划分出的下部空间。

3.根据权利要求2所述的电池梯次利用柜，其特征在于，所述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、铅酸电池、镍基电池或钠硫电池。

4.根据权利要求3所述的电池梯次利用柜，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%。

5.根据权利要求4所述的电池梯次利用柜，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电池柜内部第一电池组模块和第二电池组模块的正、负极；

所述逆变器的输入端连接第一电池组模块和第二电池组模块的正、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。

6.根据权利要求5所述的电池梯次利用柜，其特征在于，所述电能管理装置包括MOS管、控制电路、以及与所述控制电路分别连接的检测电路、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、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管和第九MOS管；所述电池包括第一电池、第二电池、第三电池和第四电池；

所述第一MOS管的漏极连接第一电池的正极，第一MOS管的源极连接第二电池正极；所述第四MOS管的漏极连接第二电池的正极，第四MOS管的源极连接第三电池正极；所述第七MOS管的漏极连接第三电池的正极，第七MOS管的源极连接第四电池正极；

所述第三MOS管的漏极连接第一电池的负极，第三MOS管的源极连接第二电池的正极；所述第六MOS管的漏极连接第二电池的负极，第六MOS管的源极连接第三电池的正极；所述第九MOS管的漏极连接第三电池的负极，第九MOS管的源极连接第四电池的正极；

所述第二MOS管的漏极连接第一电池的负极，第二MOS管的源极连接第二电池的负极；所述第五MOS管的漏极连接第二电池的负极，第五MOS管的源极连接第三电池的负极；所述第八MOS管的漏极连接第三电池的负极，第八MOS管的源极连接第四电池的负极。

7.根据权利要求6所述的电池梯次利用柜，其特征在于，所述第三MOS管、第六MOS管、第九MOS管分别为P沟道MOS管。

8.根据权利要求7所述的电池梯次利用柜，其特征在于，所述第一MOS管、第四MOS管、第七MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第八MOS管分别为N沟道MOS管。

9.根据权利要求8所述的电池梯次利用柜，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。

10.根据权利要求9所述的电池梯次利用柜，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。