本發(fā)明屬于化學儲能利用領(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)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟今年6月發(fā)布的《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2015》預(yù)測，到2020年，中國儲能市場容量能達到67GW。另外，隨著電動汽車市場的快速發(fā)展，將會持續(xù)退裝海量的二手鋰電池，預(yù)計到2020年，會有超過10GWh的退役動力電池規(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)，給電池包進行充放電，檢測并計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，會導(dǎo)致整個電池包容量、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值，其實該電池包內(nèi)其他大量電池單體尚具備較好的儲能性能，若直接報廢，經(jīng)濟效能極差，浪費嚴重。

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，具有精準檢測、利用，可對退役下來的電池包所含的每個電池單體進行檢測、篩選、再成組，有效避免了因極個別的單體電池性能較低，影響整個電池包的性能，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)濟效益，具有技術(shù)先進、思維新穎、市場推廣價值高等特點。

本發(fā)明創(chuàng)新性地提出把新能源汽車退役下來的動力電池階梯再利用，解決了新能源汽車退役下來的電池容量損失不太大，價格低廉，但報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，方案新穎的特點，符合目前及未來技術(shù)及經(jīng)濟發(fā)展趨勢。相比加快電力通道建設(shè)，抽水蓄能、增設(shè)新的化學儲能具有明顯的價格優(yōu)勢和可操作空間，具有巨大的經(jīng)濟和社會效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(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。整個電池階梯利用系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、可靠、智能化程度高，可實現(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，用于對電池包中每一電池單體進行二次辨識、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；

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

電池篩選單元通過對電池包中每一電池單體多次充放電的過程，計算其有效可用容量、每一電池單體電壓、放電電流、溫度信息，進行二次辨識、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，其管理并控制整個電池階梯利用系統(tǒng)的能量按需流動，接受調(diào)度指令儲能/釋能。

帶主動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、具有實時監(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)。

帶主動均衡的電池管理單元，包括遠程監(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)，具有針對性強、可有效解決因新能源汽車快速發(fā)展帶來的退役電池數(shù)量龐大；相比直接報廢處理，需要消耗巨大能源、企業(yè)需要支付巨額報廢費用的技術(shù)方法，具有明顯的經(jīng)濟性優(yōu)勢和社會效益。與現(xiàn)有直接報廢、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、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。

3、本發(fā)明帶主動均衡的電池管理單元，具有實時監(jiān)測電池系統(tǒng)內(nèi)電池單體的狀態(tài)，可實時進行內(nèi)部各電池單體間的主動均衡，實現(xiàn)在充放電時，儲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)明帶主動均衡的電池管理單元，其自身帶遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可實時通過云端上傳電池狀態(tài)，可通過遠方進行監(jiān)測、控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性工作。

5、本發(fā)明帶主動均衡的電池管理單元，自身具有強大的通訊交互能力。

附圖說明

圖1為電池階梯利用系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。

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、帶主動均衡的電池管理單元15。

所述電池篩選單元11是整個電池階梯利用系統(tǒng)的輸入口，所有退役下來的電池包首先經(jīng)過電池篩選單元進行逐個檢測、甄別、信息編碼，進行電池的分類、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，進行電池單體的二次拆解、二次串并連接成組，并經(jīng)過自動化的激光焊、和短接銅排，進行二次電池模組的組配，形成標準的電池單元模組，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、機械部件，通過在電池包14內(nèi)加裝帶主動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進行電池包的充放電測試，進一步檢測二次成組的電池性能。通過整個系統(tǒng)的實時，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實現(xiàn)對電池回收后的電池包進行二次篩選，本環(huán)節(jié)主要對相同類別、狀態(tài)信息接近的電池包進行電池單體的電性能測試、篩選。通過對其多次充放電的過程，計算其有效可用容量、每一塊電池單體電壓、放電電流、溫度信息進行二次辨識、判別、分類。該環(huán)節(jié)主要實現(xiàn)把電池包內(nèi)單體容量低、使用壽命短或者放電/儲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，從而實現(xiàn)整個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，實現(xiàn)把經(jīng)過電池篩選單元11篩選后的電池單體進行二次成組，所述二次成組主要是對篩選后的電池單體進行二次串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，通過激光焊，和短接銅排進行端子的高溫焊接、電氣連接，成組成更大容量和電壓等級的電池組，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、儲能、放電能力達到效能最大化，主要通過電池匹配二次成組系統(tǒng)平臺，實現(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、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點。電池充放電管理單元13受控于帶主動均衡的電池管理單元。二次成組后的電池包14是根據(jù)實際需要，自行成組構(gòu)建成一定容量，具有一定儲能和釋能能力的儲能系統(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接近、電壓值接近，釋放電流的能力接近。帶主動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，其管理并控制整個電池階梯利用系統(tǒng)1的能量按需流動，接受遠端和調(diào)度指令儲能和釋能，從而有效平抑用電負荷和發(fā)電高峰的時域性差異。帶主動均衡的電池管理單元15主要由一套硬件平臺和軟件平臺組成。硬件平臺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、具有實時監(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)，實現(xiàn)能量均衡功能，具有速度快、能耗低的特點。負責實現(xiàn)成組后的電池狀態(tài)檢測、容量檢測、溫度檢測、執(zhí)行遠方調(diào)度指令。軟件平臺負責實現(xiàn)控制算法構(gòu)建，系統(tǒng)保護、通訊。帶主動均衡的電池管理單元，具有實時監(jiān)測電池系統(tǒng)內(nèi)電池單體的狀態(tài)，可實時進行內(nèi)部各電池單體間的主動均衡，實現(xiàn)在充放電時，儲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。帶主動均衡的電池管理單元，其自身帶遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可實時通過云端上傳電池狀態(tài)，可通過遠方進行監(jiān)測、控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性工作，自身具有強大的通訊交互能力，可和其他系統(tǒng)調(diào)度部門實時無縫對接，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力電池，尚存在較大殘存容量和壽命的特點，經(jīng)過本發(fā)明系統(tǒng)的處理，再次利用在儲能領(lǐng)域，破解了日益發(fā)展迅猛的新能源汽車退役電池報廢、回收成本高的難題。