一種電池二次階梯利用系統的製作方法
2023-12-04 08:11:36 1
本發明屬於電力系統中，化學儲能利用領域，具體講涉及一種電池二次階梯利用系統。
背景技術：
：國內近幾年新能源發電和新能源汽車增速非常明顯，截至2014年底，中國已經在風力發電和太陽能發電裝機容量上穩居世界第一。國務院發布《能源發展戰略行動計劃（2014-2020）》，明確加快發展太陽能發電，2020年光伏裝機容量目標為100GW。有專家預測"十三五"規劃光伏裝機目標有望由之前的100GW最終調整為200GW。新能源電站快速拓展的光環背後掩蓋了其技術發展相對滯後、電站能源浪費嚴重的問題，例如國內光伏電站和風力發電棄光、棄風率居高不下，這些問題若不採取完善的解決策略都將給運營用戶造成巨額的電費浪費。針對"棄光限電"問題，有兩種解決方案：第一、建設電力外送通道。但電力外送通道的建設周期比較長，一般需要3年的時間；第二、發展化學儲能，電站儲能系統建設周期非常短，3~6個月即可投運，但投入成本巨大。鑑於儲能對可再生能源的重要性，各國政府已經把對儲能技術發展的重視程度提高到與可再生能源相等同的地位。另一方面新鋰電池的價格居高不下，而導致電站用化學儲能系統成本很高，從而約束了其在光伏領域的推廣。以100MW光伏電站為例，電池儲能系統平均價格不低於3000元/KWh，若按照裝機容量10%來配置儲能系統、儲能2個小時的指標要求，需要20MWh的儲能系統，投資金額為6000萬。本發明具備新能源發電梯次利用電池儲能系統完整解決方案，其綜合價格約為新鋰電池系統的10%,100MW光伏電站僅需要投資600萬元即可有效解決新能源發電電站棄光棄風問題，實現為客戶"開源"的目的。另一方面，中關村儲能產業技術聯盟今年6月發布的《儲能產業研究白皮書2015》預測，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展，將會持續退裝海量的二手鋰電池，預計到2020年，會有超過10GWh的退役動力電池規模，電池回收和再利用問題已經上升到國家政策層面。表1新能源領域特點及現狀
技術領域：
新能源發電新能源汽車特點及現狀間歇性發電、負荷與發電時域性不同步，棄風、棄光現象普遍，調度困難、經濟性差，增設儲能成本太高。電池退役數量大、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。本發明創新性地提出把新能源汽車退役下來的動力電池二次階梯再利用在新能源發電領域，解決因新能源發電存在的間歇性發電、負荷與發電不同步，造成大量棄風、棄光帶給投資方巨大損失的的問題。同時也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；有效解決新能源發電領域自身存在間歇性發電，負荷與發電時間不匹配，調度困難等問題；同時也破解了日益發展迅猛的新能源汽車退役電池報廢、回收成本高的難題。此方法可同時破解存在新能源汽車和新能源發電兩大新能源領域的難題，將二者和電網系統串聯起來，形式一個能量閉環平臺，具有極強的創新性。該發明具有理念超前，技術創新、先進，方案新穎的特點，符合目前及未來技術及經濟發展趨勢。相比加快電力通道建設，抽水蓄能、增設新的化學儲能具有明顯的價格優勢和可操作空間，具有巨大的經濟和社會效益。技術實現要素：針對現有技術和新能源自身現狀存在的問題，本發明提供一種電池二次階梯利用系統及其方法。本發明具有極強的創新性。具有能源利用理念超前、方案新穎，原理簡單、系統簡潔、解決新能源汽車和新能源發電存在的問題效果顯著顯。基於本發明的系統具有建設周期短，投入少，收益快，可自行運行或接受調度運行，工作穩定可靠、兼容性強、安裝靈活、快捷、動態響應速度快等特點。可有效提升新能源發電和新能源汽車的收益。整個電池二次階梯利用系統具有運行穩定、可靠、智能化程度高，可實現真正意義上的新能源再利用。同時該發明一種電池二次階梯利用系統及其方法對新能源發電電站匹配，兼容性強，改造成本低，增設後可完全與電網調度中心無縫交互等優點。本發明主要應用於一些大型光伏電站、風力發電及一些有發電間歇性特點的領域，具有極大的市場前景和社會效應。本發明的目的是採用下述技術方案實現的：一種電池二次階梯利用系統，包括：新能源汽車系統；電池回收系統，新能源汽車系統退役下來的電池送到電池回收系統；電池階梯利用系統，對電池回收系統處理後的電池包進行二次篩選，把電池包內單體進行二次成組形成新的電池包，為新能源發電系統提供儲能/釋能；新能源發電系統，其能自主併網發電；電網系統，為電力系統中電網傳送通道。電池階梯利用系統包括電池篩選單元、電池匹配二次成組單元、電池充放電管理單元、二次成組後的電池包和帶主動均衡的電池管理單元。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。電池匹配二次成組單元實現把經過電池篩選單元篩選後的電池單體進行二次成組。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，其可以通過二次成組後的電池包向發電系統釋能，也可以通過發電系統向二次成組後的電池包充電。帶主動均衡的電池管理單元是電池階梯利用系統的核心控制單元，其管理並控制整個電池階梯利用系統的能量按需流動，接受遠端和調度指令儲能和釋能。帶主動均衡的電池管理單元，包括遠程監控系統和通訊系統。電池回收系統包括電池信息採集單元和電池分揀單元。電池信息採集單元收集並記錄退役下來的電池用戶、電池包供貨商、電池使用年限和電池單體信息。電池單體信息包含電池包成組方式、電池單體正極材料類型和電池單體電氣參數。電池信息採集單元包括一套與市場主流電池管理系統（BMS）供應商通訊規約相符的通訊系統，通過其與電池包上的電池管理系統通訊，讀取信息。電池信息採集單元對退役下來的電池包信息採集完畢後，進行二維碼的標示。電池分揀系統通過讀取電池包上的標示信息，能自動辨識電池類別、狀態，然後再進行分類、成組。新能源發電系統，為光伏發電系統和/或風力發電系統。新能源汽車系統為基於化學鋰電池的動力系統汽車、包括家庭用新能源小汽車、新能源商務客車、新能源中巴車、新能源旅遊大巴車、新能源校車或新能源公交車。與現有技術比，本發明的有益效果為：1、本發明一種電池二次階梯利用系統，具有針對性強、可有效解決因新能源汽車快速發展帶來的退役電池數量龐大；相比直接報廢處理，需要消耗巨大能源、企業需要支付巨額報廢費用的技術方法，具有明顯的經濟性優勢和社會效益。與現有直接報廢、拆解的處理方式相比，具有綠色、環保、循環再利用的巨大技術優勢。2、本發明一種電池二次階梯利用系統，具有針對性強，可有效解決光伏電站和風力發電自身存在間歇性發電、能量輸出波動大、發電高峰和用電負荷不同步，調度困難的問題。與現有直接棄光、棄風的做法給投資方和運營方帶來巨大經濟損失相比，具有明顯的經濟性和技術優勢。3、本發明採用自構建能量循環平臺的方法，連接主流新能源發電和用電領域，與現有新能源領域各自獨立運營，獨立面對自身存在的問題的束手無策相比，具有理念革新性，技術創新性。4、本發明電池信息採集系統採用基於網際網路雲平臺，可實現全區域性電池信息錄入，信息共享、為後邊電池分揀流程提供了更大範圍的篩選空間，實現電池分揀效能最大化。具有信息量大、快捷、便捷操作的優勢。5、本發明電池充放電管理系統主要由基於高速電力電子開關組成的三相全橋變換單元，其中電力電子開關為基於主流的絕緣柵雙極性電晶體IGBT，具有工作穩定可靠、開關速度快、自身損耗低，功率密度大、壽命長、動態響應快等優點。6、本發明帶主動均衡的電池管理單元，具有實時監測電池系統內電池單體的狀態，可實時進行內部各電池單體間的主動均衡，實現在充放電時，儲能和釋能效能最大化，電池包總體容量最大化的效果，與現有被動均衡技術相比，具有節能、高效、電池容量利用率高、電能釋放長、使用壽命長的優勢。7、本發明帶主動均衡的電池管理單元，其自身帶遠程監控系統，可實時通過雲端上傳電池狀態，可通過遠方進行監測、控制，從而實現系統高可靠性工作。8、本發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，可和電力系統調度部門實時無縫對接，便於系統調節、調度。9、本發明電池二次階梯利用系統相對用新儲能電池來解決新能源自身固有問題，具有性價比高、變廢為寶的效果，真正把新能源汽車、新能源發電兩大領域通過電網系統互聯起來，形成能量高效流動環。附圖說明圖1為一種電池二次階梯利用系統示意圖。圖2為一種電池二次階梯利用工作原理圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。如圖1所示，新能源汽車通過電網系統給動力電池包充電，為新能源汽車提供動力來源；新能源汽車退役下來的電池通過電池二次階梯利用系統進行處理，變成性價比高的儲能系統，根據需要接納來自新能源發電系統中的能量，平穩和支撐新能源發電功率波動，也可根據需要釋放先前儲存的能量，通過新能源發電系統向電網系統釋能。從而整個系統通過電池二次階梯利用把新能源汽車、新能源發電、電網系統串聯起來，從而實現整個平臺能量可控、安全可靠調節、調度。通過電池二次階梯利用系統處理，把困擾新能源汽車電池回收、報廢成本高的問題得以徹底解決，同時通過再次優化成組，把退役下來的電池包應用在新能源發電領域，即以較低的儲能投入成本，解決了光伏電站自身存在的間歇性發電、輸出功率波動大、調度困難、輸出電能與用電負荷不同步的問題，通過以較低的價格，解決了光伏電站自身固有問題，保證了為光伏電站運維收益最大化。一種電池二次階梯利用系統工作原理如圖2，包含新能源汽車系統1、電池回收系統2、電池階梯利用系統3、新能源發電系統4，電網系統5。新能源汽車系統1退役下來的動力電池，送到電池回收系統2，進行二次篩選、甄別，經過電池回收系統2處理後的二次電池，送到電池階梯利用系統3，進行二次成組、並根據實際需求，組成不同容量、電壓等級的電池包，配上主動均衡的電池管理單元，充放電管理單元，然後把電池階梯利用系統3，應用在新能源發電系統4，如太陽能光伏發電、風力發電等領域，解決新能源自身發電具有間歇性、不穩定的問題，最後把增設有電池二次階梯利用系統的新能源發電系統送出的電能，進行可控、可調度、平穩的輸送到電網系統5。實現新能源汽車退役下來的二次動力電池經過本發明的一種電池二次階梯利用系統的處理，變廢為寶，成功應用在新能源發電領域，解決新能源發電領域自身存在的問題。以上所述各系統組成二次電池階梯再利用系統平臺，實現新能源汽車和新能源發電能量通過電網有序、可控、平穩傳遞。該系統連接新能源汽車和新能源發電兩大領域，能高效、綠色解決兩大領域存在的問題。新能源汽車系統1為基於化學鋰電池的動力系統、主要為市場上主流的家庭用新能源小汽車、新能源商務客車、新能源中巴車、新能源旅遊大巴車、新能源校車、新能源公交車等。新能源汽車系統1退役下來的動力鋰電池直接送到電池回收系統2，電池回收系統負責進行鋰電池的信息採集和錄入，然後進行初步的篩選分類。電池回收系統2包含電池信息採集單元21和電池分揀單元22，二者組成電池回收系統。電池信息採集單元21，用於收集並記錄退役下來的電池用戶、電池包供貨商、電池使用年限、電池單體信息，並通過網際網路雲端上傳到雲端伺服器。電池單體信息包含：電池包成組方式、電池單體正極材料類型、電池單體電氣參數。電池信息採集單元21，還包含一套通用的與市場主流電池管理系統（BMS）供應商通訊規約相符的通訊系統，通過其與電池包上的電池管理系統通訊，讀取並導出該電池包生命周期的充放電次數、過充、過放次數、故障次數、電池芯過溫記錄。電池信息採集單元21對退役下來的電池包信息採集完畢後，進行二維碼的標示，以便下一步的電池包或電池單體的分類、挑揀。電池分揀單元22通過讀取電池包上的二維碼，能自動辨識電池類別、狀態，然後再進行分類、成組。電池階梯利用系統3包含電池篩選單元31、電池匹配二次成組單元32、電池充放電管理單元33、二次成組後的電池包34、帶主動均衡的電池管理單元35。電池篩選單元31負責把電池回收單元2的退役電池進行一致性篩選，然後把經過電池篩選單元31處理後的電池送到電池匹配二次成組單元32，進行電池單體二次再成組；然後把二次成組後的電池單元根據實際用戶需求，再次進行把裝配成不同容量、電壓等級的電池包，形成二次成組後的電池包34，然後把二次成組後的電池包34增裝帶主動均衡的電池管理單元35，通過帶主動均衡的電池管理單元35實時對二次成組的電池包內各個單體進行實時監控、並根據需要均衡；最後再通過配置電池充放電管理單元33，對電池包34進行充放電，並通過35進行實時監測、均衡充電、放電，實現二次電池成組的後的再利用功能。電池篩選單元31實現對電池回收系統處理後的電池包進行二次篩選，本環節主要對相同類別、狀態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。該環節主要實現把電池包內單體容量低、使用壽命短或者放電/儲能能力弱的單體篩選出來，更換成性能與剩餘單體接近的電池芯，從而實現整個電池包二次階梯利用效能最大化的目的。電池篩選單元31為一套電池狀態檢測系統硬體和軟體、電池包充放電管理系統硬體和軟體組成，其中電池篩選單元31所述檢測硬體包含具備12路電流檢測、12路電壓檢測功能的採樣板，基於高速數字處理器控制板，所述採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字控制器、高精度12位AD採樣晶片。電池匹配二次成組單元32，實現把經過電池篩選單元31篩選後的電池單體進行二次成組，所述二次成組主要是對篩選後的電池單體進行二次串聯連接和並聯連接，通過雷射焊，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，便於後期組配成包。經過二次成組後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平臺，實現電池單體和電池包再均衡分配。電池充放電管理單元33、二次成組後的電池包34、帶主動均衡的電池管理單元35，三者組成一體，協調配合使用，實現電池二次階梯利用的功能。電池充放電管理單元33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新能源系統4釋能，也可以通過新能源4向電池包充電。電池充放電管理單元包括基於高速電力電子開關組成的三相全橋變換單元，其中電力電子開關為基於主流的絕緣柵雙極性電晶體IGBT，具有工作穩定可靠、開關速度快、自身損耗低，功率密度大、壽命長、動態響應快等優點。電池充放電管理單元33受控於帶主動均衡的電池管理單元。二次成組後的電池包34是根據實際需要，自行成組構建成一定容量，具有一定儲能和釋能能力的儲能系統。該成組後的電池包34的電池系統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35是電池階梯利用系統3的核心控制單元，其管理並控制整個電池階梯利用系統3的能量按需流動，接受遠端和調度指令儲能和釋能，從而有效平抑用電負荷和發電高峰的時域性差異。帶主動均衡的電池管理單元35主要由一套硬體平臺和軟體平臺組成。硬體平臺主要包含具有電流採集、電壓採集、電池芯溫度採集功能的採集板、具有實時監測並控制的控制板以及具有能量均衡功能的矩陣型電子開關能量均衡板。所述採集板主要包含有霍爾型電流傳感器晶片、霍爾型電壓傳感器晶片、寬範圍、高精度熱電偶傳感器；所述控制板主要包含高速數字處理器、高精度模數轉換器，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體效應電晶體組成的矩陣型電子開關，實現能量均衡功能，具有速度快、能耗低的特點。負責實現成組後的電池狀態檢測、容量檢測、溫度檢測、執行遠方調度指令。軟體平臺負責實現控制算法構建，系統保護、通訊。帶主動均衡的電池管理單元，具有實時監測電池系統內電池單體的狀態，可實時進行內部各電池單體間的主動均衡，實現在充放電時，儲能和釋能效能最大化，電池包總體容量最大化的效果，與現有被動均衡技術相比，具有節能、高效、電池容量利用率高、電能釋放長、使用壽命長的優勢。帶主動均衡的電池管理單元，其自身帶遠程監控系統，可實時通過雲端上傳電池狀態，可通過遠方進行監測、控制，從而實現系統高可靠性工作，自身具有強大的通訊交互能力，可和電力系統調度部門實時無縫對接，便於系統調節、調度。新能源發電系統，主要由光伏發電系統41和/或風力發電系統42組成；光伏發電系統主要指依靠光伏組件、逆變站和升壓變電站組成的大型光伏電站，能自主併網發電的新能源系統。風力發電系統主要指依靠風機、變流器和升壓變電站組成的大型風力發電系統；能自主併網發電的新能源系統。電網系統5，為電力系統中電網傳送通道，一般電壓等級為10KV和/或35KV電網系統。電池二次階梯利用系統的整個系統把新能源汽車和新能源發電兩大領域進行了互聯，形成一個能量流動的閉環平臺，互為利用。該系統充分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，經過本發明系統的處理，再次利用在新能源發電領域，可有效解決新能源發電領域發電高峰和負荷高峰不同步的問題，適用於光伏發電站系統和風力發電系統。最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。當前第1頁1 2 3