本發(fā)明屬于化學(xué)儲(chǔ)能利用領(lǐng)域，具體講涉及一種電池階梯利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟今年6月發(fā)布的《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2015》預(yù)測，到2020年，中國儲(chǔ)能市場容量能達(dá)到67GW。另外，隨著電動(dòng)汽車市場的快速發(fā)展，將會(huì)持續(xù)退裝海量的二手鋰電池，預(yù)計(jì)到2020年，會(huì)有超過10GWh的退役動(dòng)力電池規(guī)模，電池退役數(shù)量大、回收再處理成本高、電池一致性差，殘存容量大、尚有一定使用壽命，二次利用市場空白。電池回收和再利用問題已經(jīng)上升到國家政策層面。

目前有關(guān)電池回收二次階梯利用技術(shù)，還處于研討階段，主流的技術(shù)主要是通過常規(guī)的技術(shù)手段，如通過外加充放電系統(tǒng)，給電池包進(jìn)行充放電，檢測并計(jì)算其充電和放電效能，簡單判斷其是否具有二次階梯利用價(jià)值。該方法和技術(shù)比較粗放，二次電池階梯利用率較低。如一些電池包，因少量電池單體損壞或者容量性能較低，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池包容量、充放電效能較低，若用傳統(tǒng)方法和技術(shù)檢測判斷，該電池包無二次階梯利用價(jià)值，其實(shí)該電池包內(nèi)其他大量電池單體尚具備較好的儲(chǔ)能性能，若直接報(bào)廢，經(jīng)濟(jì)效能極差，浪費(fèi)嚴(yán)重。

基于本發(fā)明的一種電池階梯利用系統(tǒng)，有效解決了以上問題，具有精準(zhǔn)檢測、利用，可對(duì)退役下來的電池包所含的每個(gè)電池單體進(jìn)行檢測、篩選、再成組，有效避免了因極個(gè)別的單體電池性能較低，影響整個(gè)電池包的性能，使得電池二次階梯利用效能最大化，通過本發(fā)明的實(shí)施，可大大提升電池篩選的效率、提升電池二次階梯利用的經(jīng)濟(jì)效益，具有技術(shù)先進(jìn)、思維新穎、市場推廣價(jià)值高等特點(diǎn)。

本發(fā)明創(chuàng)新性地提出把新能源汽車退役下來的動(dòng)力電池階梯再利用，解決了新能源汽車退役下來的電池容量損失不太大，價(jià)格低廉，但報(bào)廢回收成本高的問題；也破解了日益發(fā)展迅猛的新能源汽車退役電池報(bào)廢、回收成本高的難題。該發(fā)明具有理念超前，技術(shù)創(chuàng)新、先進(jìn)，方案新穎的特點(diǎn)，符合目前及未來技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢。相比加快電力通道建設(shè)，抽水蓄能、增設(shè)新的化學(xué)儲(chǔ)能具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢和可操作空間，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和新能源自身現(xiàn)狀存在的問題，本發(fā)明提供一種電池階梯利用系統(tǒng)。本發(fā)明具有極強(qiáng)的創(chuàng)新性。具有能源利用理念超前、方案新穎，原理簡單、系統(tǒng)簡潔、解決新能源汽車退役電池問題效果顯著顯，可有效提升新能源汽車的收益。整個(gè)電池階梯利用系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、智能化程度高，可實(shí)現(xiàn)真正意義上的新能源再利用。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種電池階梯利用系統(tǒng)，包括：

電池篩選單元，用于對(duì)電池包中每一電池單體進(jìn)行二次辨識(shí)、判別、分類；

電池匹配二次成組單元，用于把經(jīng)過電池篩選單元篩選后的電池單體進(jìn)行二次成組；

二次成組后的電池包；

電池充放電管理單元，控制電池包的充放電；

帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，管理并控制整個(gè)電池階梯利用系統(tǒng)的能量按需流動(dòng)，接受調(diào)度指令儲(chǔ)能/釋能。

電池篩選單元通過對(duì)電池包中每一電池單體多次充放電的過程，計(jì)算其有效可用容量、每一電池單體電壓、放電電流、溫度信息，進(jìn)行二次辨識(shí)、判別、分類。

電池篩選單元包含具備電流檢測功能、電壓檢測功能、采樣功能的采樣板，和具有處理器的所述控制板。

電池充放電管理單元是一種能量可以雙向流動(dòng)的能量管理單元，其能夠通過二次成組后的電池包向外釋能，也能夠向二次成組后的電池包充電。

電池充放電管理單元包括基于電力電子開關(guān)組成的三相全橋變換單元，其中電力電子開關(guān)為絕緣柵雙極性晶體管（IGBT）。

帶主動(dòng)均衡的電池管理單元是電池階梯利用系統(tǒng)的核心控制單元，其管理并控制整個(gè)電池階梯利用系統(tǒng)的能量按需流動(dòng)，接受調(diào)度指令儲(chǔ)能/釋能。

帶主動(dòng)均衡的電池管理單元主要包含具有電流采集、電壓采集、電池芯溫度采集功能的采集板、具有實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩陣型電子開關(guān)能量均衡板。

所述能量均衡板主要包含由高速P溝道和N溝通金屬氧化物半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管組成的矩陣型電子開關(guān)。

帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明一種電池階梯利用系統(tǒng)，具有針對(duì)性強(qiáng)、可有效解決因新能源汽車快速發(fā)展帶來的退役電池?cái)?shù)量龐大；相比直接報(bào)廢處理，需要消耗巨大能源、企業(yè)需要支付巨額報(bào)廢費(fèi)用的技術(shù)方法，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢和社會(huì)效益。與現(xiàn)有直接報(bào)廢、拆解的處理方式相比，具有綠色、環(huán)保、循環(huán)再利用的巨大技術(shù)優(yōu)勢。

2、本發(fā)明電池充放電管理系統(tǒng)主要由基于高速電力電子開關(guān)組成的三相全橋變換單元，其中電力電子開關(guān)為基于主流的絕緣柵雙極性晶體管IGBT，具有工作穩(wěn)定可靠、開關(guān)速度快、自身損耗低，功率密度大、壽命長、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測電池系統(tǒng)內(nèi)電池單體的狀態(tài)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行內(nèi)部各電池單體間的主動(dòng)均衡，實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)，儲(chǔ)能和釋能效能最大化，電池包總體容量最大化的效果，與現(xiàn)有被動(dòng)均衡技術(shù)相比，具有節(jié)能、高效、電池容量利用率高、電能釋放長、使用壽命長的優(yōu)勢。

4、本發(fā)明帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，其自身帶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)通過云端上傳電池狀態(tài)，可通過遠(yuǎn)方進(jìn)行監(jiān)測、控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性工作。

5、本發(fā)明帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，自身具有強(qiáng)大的通訊交互能力。

附圖說明

圖1為電池階梯利用系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，電池階梯利用系統(tǒng)1包含電池篩選單元11、電池匹配二次成組單元12、電池充放電管理單元13、二次成組后的電池包14、帶主動(dòng)均衡的電池管理單元15。

所述電池篩選單元11是整個(gè)電池階梯利用系統(tǒng)的輸入口，所有退役下來的電池包首先經(jīng)過電池篩選單元進(jìn)行逐個(gè)檢測、甄別、信息編碼，進(jìn)行電池的分類、電氣性能信息錄入；經(jīng)過電池篩選單元11處理的電池包，會(huì)送到電池匹配二次成組單元，根據(jù)電池篩選單元傳遞的電氣性能信息，進(jìn)行電池單體的二次拆解、二次串并連接成組，并經(jīng)過自動(dòng)化的激光焊、和短接銅排，進(jìn)行二次電池模組的組配，形成標(biāo)準(zhǔn)的電池單元模組，經(jīng)過電池匹配二次成組單,12的處理，形成的電池單元模組再次經(jīng)過組配，形式電池包14，電池包14內(nèi)增設(shè)電氣回路、檢測線束、機(jī)械部件，通過在電池包14內(nèi)加裝帶主動(dòng)均衡的電池管理單元15，形成具有可二次階梯利用的電池包14，最后通過電池充放電管理單元13進(jìn)行電池包的充放電測試，進(jìn)一步檢測二次成組的電池性能。通過整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)，可確保退役下來的二次電池性能利用最大化。

電池篩選單元11實(shí)現(xiàn)對(duì)電池回收后的電池包進(jìn)行二次篩選，本環(huán)節(jié)主要對(duì)相同類別、狀態(tài)信息接近的電池包進(jìn)行電池單體的電性能測試、篩選。通過對(duì)其多次充放電的過程，計(jì)算其有效可用容量、每一塊電池單體電壓、放電電流、溫度信息進(jìn)行二次辨識(shí)、判別、分類。該環(huán)節(jié)主要實(shí)現(xiàn)把電池包內(nèi)單體容量低、使用壽命短或者放電/儲(chǔ)能能力弱的單體篩選出來，更換成性能與剩余單體接近的電池芯，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池包階梯利用效能最大化的目的。電池篩選單元11為一套電池狀態(tài)檢測系統(tǒng)硬件和軟件、電池包充放電管理系統(tǒng)硬件和軟件組成，其中電池篩選單元11所述檢測硬件包含具備12路電流檢測、12路電壓檢測功能的采樣板，基于高速數(shù)字處理器控制板，所述采樣板上具有霍爾型電流傳感器、霍爾型電壓傳感器；所述控制板具有高速數(shù)字控制器、高精度12位AD采樣芯片。

電池匹配二次成組單元12，實(shí)現(xiàn)把經(jīng)過電池篩選單元11篩選后的電池單體進(jìn)行二次成組，所述二次成組主要是對(duì)篩選后的電池單體進(jìn)行二次串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，通過激光焊，和短接銅排進(jìn)行端子的高溫焊接、電氣連接，成組成更大容量和電壓等級(jí)的電池組，便于后期組配成包。經(jīng)過二次成組后的電池組可確保，整體容量、壽命、儲(chǔ)能、放電能力達(dá)到效能最大化，主要通過電池匹配二次成組系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電池單體和電池包再均衡分配。

電池充放電管理單元13、二次成組后的電池包14、帶主動(dòng)均衡的電池管理單元15，三者組成一體，協(xié)調(diào)配合使用，實(shí)現(xiàn)電池二次階梯利用的功能。電池充放電管理單元13是一套能量可以雙向流動(dòng)的能量管理單元，即其可以通過電池包向其他系統(tǒng)釋能，也可以通過其他向電池包充電。電池充放電管理單元包括基于高速電力電子開關(guān)組成的三相全橋變換單元，其中電力電子開關(guān)為基于主流的絕緣柵雙極性晶體管IGBT，具有工作穩(wěn)定可靠、開關(guān)速度快、自身損耗低，功率密度大、壽命長、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。電池充放電管理單元13受控于帶主動(dòng)均衡的電池管理單元。二次成組后的電池包14是根據(jù)實(shí)際需要，自行成組構(gòu)建成一定容量，具有一定儲(chǔ)能和釋能能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。該成組后的電池包14的電池系統(tǒng)所含電池單體容量等級(jí)接近、電壓值接近，釋放電流的能力接近。帶主動(dòng)均衡的電池管理單元15是電池階梯利用系統(tǒng)1的核心控制單元，其管理并控制整個(gè)電池階梯利用系統(tǒng)1的能量按需流動(dòng)，接受遠(yuǎn)端和調(diào)度指令儲(chǔ)能和釋能，從而有效平抑用電負(fù)荷和發(fā)電高峰的時(shí)域性差異。帶主動(dòng)均衡的電池管理單元15主要由一套硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)組成。硬件平臺(tái)主要包含具有電流采集、電壓采集、電池芯溫度采集功能的采集板、具有實(shí)時(shí)監(jiān)測并控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩陣型電子開關(guān)能量均衡板。所述采集板主要包含有霍爾型電流傳感器芯片、霍爾型電壓傳感器芯片、寬范圍、高精度熱電偶傳感器；所述控制板主要包含高速數(shù)字處理器、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述能量均衡板主要包含由高速P溝道和N溝通金屬氧化物半導(dǎo)體效應(yīng)晶體管組成的矩陣型電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)能量均衡功能，具有速度快、能耗低的特點(diǎn)。負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)成組后的電池狀態(tài)檢測、容量檢測、溫度檢測、執(zhí)行遠(yuǎn)方調(diào)度指令。軟件平臺(tái)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)控制算法構(gòu)建，系統(tǒng)保護(hù)、通訊。帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測電池系統(tǒng)內(nèi)電池單體的狀態(tài)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行內(nèi)部各電池單體間的主動(dòng)均衡，實(shí)現(xiàn)在充放電時(shí)，儲(chǔ)能和釋能效能最大化，電池包總體容量最大化的效果，與現(xiàn)有被動(dòng)均衡技術(shù)相比，具有節(jié)能、高效、電池容量利用率高、電能釋放長、使用壽命長的優(yōu)勢。帶主動(dòng)均衡的電池管理單元，其自身帶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)通過云端上傳電池狀態(tài)，可通過遠(yuǎn)方進(jìn)行監(jiān)測、控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性工作，自身具有強(qiáng)大的通訊交互能力，可和其他系統(tǒng)調(diào)度部門實(shí)時(shí)無縫對(duì)接，便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)、調(diào)度。

電池階梯利用系統(tǒng)利用新能源汽車退役下來的動(dòng)力電池，尚存在較大殘存容量和壽命的特點(diǎn)，經(jīng)過本發(fā)明系統(tǒng)的處理，再次利用在儲(chǔ)能領(lǐng)域，破解了日益發(fā)展迅猛的新能源汽車退役電池報(bào)廢、回收成本高的難題。