一种退役电池包的储能系统、方法和装置与流程

1.本发明涉及退役电池包回收利用领域，特别涉及一种退役电池包的储能系统、方法和装置。


背景技术：

2.由于新能源汽车的发展，有大量的汽车退役锂电池进入市场，如无法将这些退役电池进行合理的利用或处理，将会引起严重的安全风险及环境污染，如将退役电池进行筛选后重新利用至电化学储能领域，用于削峰填谷、备电等场景，不仅能解决退役电池带来的社会问题，还能够为企业带来收益，并且实现电池的最大化利用。另一方面，目前行业的储能，基本都是基于新模组或新电芯重组的型式，几乎没有大型储能系统是基于退役梯次电池包整包利用的。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种退役电池包的储能系统、方法和装置，以解决退役梯次电池本身的一致性差、整包利用的系统集成性差、成本高的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明实施例提供一种退役电池包的储能系统，包括：多个电池系统、控制器和储能变流器系统；
6.每个所述电池系统包括：多组并联的电池包；
7.所述控制器包括：梯次连接的第一控制器、第二控制器和第三控制器；
8.所述储能变流器系统与多个所述第二控制器并联连接；
9.其中，所述储能变流器系统的输出端还与电网连接，进行放电操作和/或充电操作。
10.进一步地，所述第二控制器分别与多个所述第一控制器连接；
11.每个所述第一控制器与一组电池包的电池管理系统连接。
12.进一步地，所述第三控制器分别与多个所述第二控制器连接。
13.进一步地，所述储能系统还包括：辅助系统；所述辅助系统包括空调系统、消防系统和门禁系统；
14.所述辅助系统与多个所述第二控制器并联连接，且所述辅助系统与所述第三控制器连接。
15.进一步地，所述储能变流器系统包括：
16.用于对与所述储能变流器系统连接的支路电压进行变压操作的直流/直流转换器和直流/交流转换器。
17.本发明实施例提供还一种退役电池包的储能方法，应用于如上所述的退役电池包的储能系统，所述方法包括：
18.确定所述储能系统的工作状态；
19.根据所述工作状态，确定所述储能系统中无故障电池包中的目标电池包；
20.对所述目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作。
21.进一步地，所述根据所述工作状态，确定所述储能系统中无故障电池包中的目标电池包，包括：
22.对所述储能系统中的并联电池包进行电压故障测试，确定所述储能系统中的无故障电池包；
23.对所述无故障电池包的电压进行排序，若所述储能系统满足工作状态的第一状态，则将具有最小电压的电池包作为目标电池包；若所述储能系统满足工作状态的第二状态，则将具有最大电压的电池包作为目标电池包。
24.进一步地，所述第一状态至少包括接收充电需求指令；
25.所述第二状态至少包括接收放电需求指令。
26.进一步地，所述第一状态和所述第二状态还包括：
27.所述储能系统的控制器的自检通过，且所述储能系统的接入的电网电压正常，且所述储能系统处于并网状态。
28.进一步地，所述确定所述储能系统的工作状态前，还包括：
29.对所述储能系统的控制器进行上电初始化操作；
30.所述上电初始化操作完成后，唤醒所述储能系统中的控制器和所述控制器的第一控制器对应的电池包的电池管理系统。
31.进一步地，所述对所述储能系统的控制器进行上电初始化操作，包括：
32.第三控制器在完成初始化操作之后，发送第一唤醒信号至第二控制器，发送第二唤醒信号至储能变流器系统；
33.第二控制器在完成初始化操作之后，并发送第三唤醒信号至第一控制器；
34.第一控制器在完成初始化操作之后，发送第四唤醒信号至所对应的电池包的电池管理系统。
35.进一步地，所述对所述目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作，包括：
36.根据目标功率，计算每个电池系统中各支路的电池包充电功率或放电功率；
37.根据所述工作状态、储能变流器系统和各支路的电池包充电功率或放电功率，进行储能系统充电操作或放电操作。
38.本发明实施例提供还一种退役电池包的储能装置，应用于如上所述的退役电池包的储能方法，所述装置包括：
39.第一确定模块，用于确定所述储能系统的工作状态；
40.第二确定模块，用于根据所述工作状态，确定所述储能系统中无故障电池包中的目标电池包；
41.处理模块，用于对所述目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作。
42.本发明的有益效果是：
43.本发明提出的退役电池包的储能系统、方法和装置，通过在不改变退役电池包整包结构、电气的基础上，利用退役梯次电池包本身自带的电池管理系统，增设多个控制器，来实现整个储能系统中各个设备和控制器之间的控制，实现储能系统的放电操作和/或充电操作。本发明避免了退役梯次电池本身的一致性差、整包利用的系统集成性差、成本高的
问题，使梯次退役电池包能够整包利用于储能系统，使每块电池实现价值最大化使用。
附图说明
44.图1表示本发明实施例提供的退役电池包的储能系统的结构示意图；
45.图2表示本发明实施例提供的退役电池包的储能方法的流程示意图；
46.图3表示本发明实施例提供的退役电池包的储能方法的结构示意图。
具体实施方式
47.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
48.应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
49.在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
50.应当说明的是，退役电池包内除了电池模组外还有相应的控制部件主要有电池管理系统(bms)和电气部件(快充继电器、慢充继电器、预充电继电器、总负继电器、总正继电器、传感器、预充电阻等)，这些电气部件的动作是需要条件的，甚至是相互联锁的，只有满足条件后才能动作形成电流回路。可以从退役电池包中读出所有电池模组的数据并能对这些继电器进行有效控制。使得本发明专利的实现成为可能。本发明针对解决退役梯次电池本身的一致性差、整包利用的系统集成性差、成本高的问题，提供一种退役电池包的储能系统、方法和装置，以达到电池包直接利用以提高工效，降低本，减少资源浪费，促进梯次利用的发展。
51.如图1所示，本发明一可选实施例提供的退役电池包的储能系统，包括：多个电池系统、控制器和储能变流器系统；
52.每个所述电池系统包括：多组并联的电池包；
53.所述控制器包括：梯次连接的第一控制器、第二控制器和第三控制器；
54.所述储能变流器系统与多个所述第二控制器并联连接；
55.其中，所述储能变流器系统的输出端还与电网连接，进行放电操作和/或充电操作。
56.该实施例中，所述储能系统包括：多个电池系统、控制器和储能变流器系统；所述控制器包括：梯次连接的第一控制器、第二控制器和第三控制器，该实施例通过第一控制器控制电池系统的单个电池包，通过第二控制器来协调控制多个并联的第一控制器，再通过增加第三控制器的管理多个第二控制器，通过分级控制，本发明采用一个储能变流器系统
即可实现对退役电池包的利用，避免了现有技术的每个电池包对应一个储能变流器，使得梯次电池本身的一致性差、整包利用的系统集成性差的问题。本发明的第一控制器还可以对电池系统中多个不同的品类的电池包进行协议转化，使得不同品类的电池包可以应用于一个电池系统内。
57.需要说明的是，退役电池包的充放电接口属于电池包固有接口，在车载系统中，退役电池包的充电接口采用快充和慢充等两个接口(实际上这两个接口的电路是并联的，均为并联在退役电池包内电池模组的正负极)，根据实际需求，选择对应的一个充放电接口即可。储能变流器系统工作状态包括逆变放电状态和整流充电状态，将储能变流器系统的输入端(直流接口)连接退役电池包的充放电接口，储能变流器系统的输出端(交流接口)与电网连接，电网为交流供电母线。本发明可以通过第一控制器采集退役电池包的电池管理系统(bms)的内部信息，并通过与其连接的人机交互界面来显示相关信息，方便监控，在将采集的信息发送至第二控制器，所述第二控制器根据储能变流器系统的工作状态和功率，控制储能系统进行放电操作和/或充电操作。
58.具体地，所述储能变流器系统包括：
59.用于对与所述储能变流器系统连接的支路电压进行变压操作的直流/直流转换器(dc/dc转换器)和直流/交流转换器(dc/ac转换器)。
60.该实施例中的dc/dc转换器可以将高压交流电转化为退役电池包所需要的所需的直流电，该实施例中的dc/ac转换器能把高压交流电转换为退役电池包所需要的直流电压。
61.具体地，所述第二控制器分别与多个所述第一控制器连接；
62.每个所述第一控制器与一组电池包的电池管理系统(bms)连接。
63.该实施例中，每个所述第一控制器与一组电池包的bms连接，每个第一控制器用于监测与所述第一控制器连接的电池包信息并进行故障判断，接收第二控制器的控制信号，所述第一控制器连接的电池包进行充电操作或放电操作。所述第二控制器分别与多个所述第一控制器连接，所述第二控制器还分别与所述储能变流器系统连接，通过接收所述储能变流器系统的信号，从而控制多个第一控制器，避免了现有技术的每个电池包对应一个储能变流器的缺点。
64.具体地，所述第三控制器分别与多个所述第二控制器连接。
65.需要说明的是，所述第三控制器控制多个第二控制器，可以协调处理每个第二控制器的充电或放电操作，所述第三控制器还用于唤醒整个储能系统。
66.具体地，所述储能系统还包括：辅助系统；所述辅助系统包括空调系统、消防系统和门禁系统；
67.所述辅助系统与多个所述第二控制器并联连接，且所述辅助系统与所述第三控制器连接。
68.需要说明的是，所述储能系统的辅助系统为本发明的电力应用系统，即通过储能系统中的辅助系统的用电需求进行对储能系统进行充电或放电操作。
69.本发明还可以基于主动均衡管理体系的模块化储能系统，一方面使退役电池能够像全新电池一样组建高容量、高功率的储能系统，实现了退役电池的规模化应用，另一方面在提高清洁能源利用率，降低动力电池的应用成本。
70.需要说明的是，每个电池系统的每个退役电池包均设有多个电池模组，所述电池
模组可以为充电模组，也可以为放电模组。当退役电池包内的需充电模组数量等于需放电模组数量时，可以采用电池模组间的充电或放电实现均衡，不需要通过外部交流电进行充电。当退役电池包内的需充电模组数大于需放电模组数时，需通过dc/ac转换器从电网获取。需注意的是dc/ac转换器能把高压交流电转换为电池所需要的直流电压。当需放电模组数大于需充电模组数时，可采用部分需放电模组对需充电模组进行充电，也可以采用全部的需放电模组对需充电模组进行充电。
71.又如图2所示，本发明实施例提供还一种退役电池包的储能方法，应用于如上所述的退役电池包的储能系统，所述方法包括：
72.步骤100，确定所述储能系统的工作状态；
73.该实施例中，通过控制器处理对所述储能系统的工作状态进行确定，所述工作状态包括第一状态和第二状态，具体地，所述第一状态至少包括接收充电需求指令；所述第二状态至少包括接收放电需求指令，这里，所述控制器对工作状态的确定是前提条件，通过获取第一状态或第二状态可以确定当前系统需要进行充电操作或放电操作。
74.步骤200，根据所述工作状态，确定所述储能系统中无故障电池包中的目标电池包；
75.需要说明的是，通过确定当前工作状态，还要确定当前的电池包是否存在故障，若当前的电池包存在故障，则判断当前的电池包不能进行二次利用。若当前电池包为无故障电池包时，则从中选取用于充放电的目标电池包，通过对目标电池包的充放电，完成整个系统的高压上下电。确定目标电池包的主体为控制器，其中控制器还对目标电池包的电池协议转化，转为为储能系统所统一的协议，通过对电池包的协议进行统一，可以保证实现兼容不同型号、不同规格的电池包的整包利用。
76.步骤300，对所述目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作。
77.该实施例中，通过对目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作，一方面使退役电池能够像全新电池一样组建高容量、高功率的储能系统，实现了退役电池的规模化应用，另一方面在提高清洁能源利用率，降低动力电池的应用成本。
78.下面通过具体地步骤解释上述的储能系统充电操作或放电操作。
79.具体地，所述步骤100前还包括：
80.步骤110，对所述储能系统的控制器进行上电初始化操作；
81.步骤120，所述上电初始化操作完成后，唤醒所述储能系统中的控制器和所述控制器的第一控制器对应的电池包的电池管理系统。
82.该实施例中，上电初始化操作也就是设置初始化，把控制器内的变量都变成最开始的样子，即初始化就是把变量赋为默认值。每一次的储能系统的充电操作或放电操作，都会将储能系统的控制器进行上电初始化操作，所述上电初始化操作完成后，需要唤醒所述储能系统的控制器为待工作状态，即待接收或待发送信号的状态，且将对应的电池包的电池管理系统唤醒，所述电池包的电池管理系统为待工作状态，即待接收或待发送信号的状态。
83.进一步地，所述步骤110，包括：
84.第三控制器在完成初始化操作之后，发送第一唤醒信号至第二控制器，发送第二唤醒信号至储能变流器系统；
85.第二控制器在完成初始化操作之后，并发送第三唤醒信号至第一控制器；
86.第一控制器在完成初始化操作之后，发送第四唤醒信号至所对应的电池包的电池管理系统。
87.应当说明的是，所述控制器包括：第一控制器、第二控制器和第三控制器。所述第一控制器负责将接受到不同类型的退役电池包的bms信息转换成统一协议，并且区分不同的地址，将退役电池包的电池单体信息通过以太网上传到第三控制器，将其他的电池信息，即温度、功率等信息，通过控制器局域网络(can)总线上传到第二控制器；所述第二控制器负责电池系统中的多个并联电池包上下、电策略的调度，计算并联支路电池最大允许充电的电功率；所述第三控制器负责对储能系统中各个控制器及设备的总调度、各零部件信息收集、系统故障诊断及处理。
88.该实施例中，所述第三控制器进行上电、自检，检测外围输入/输出接口、通讯接口、以太网等输入、输出接口，完成所述第三控制器的初始化操作；所述第三控制器初始化操作完成后，发送第一唤醒信号至第二控制器，发送第二唤醒信号至储能变流器系统，将储能系统中的第二控制器和储能变流器系统唤醒；所述第二控制器在完成初始化操作之后，并读取第二控制器自身的电可擦编程只读存储器，且发送第三唤醒信号至第一控制器；所述第一控制器在完成初始化操作之后，发送第四唤醒信号至所对应的电池包的电池管理系统。通过对整个系统的控制器和电池包的电池管理系统唤醒，从而达到储能系统的充电操作或放电操作的前提。
89.进一步地，所述步骤200，包括：
90.步骤210，对所述储能系统中的并联电池包进行电压故障测试，确定所述储能系统中的无故障电池包；
91.需要说明的是，本发明可以选取测量并联电池包的电压进行故障测试，通过获取电池包的电压与预设的电压值进行比较，从而确定所述储能系统中的无故障电池包；当然也可以选取其他的方法进行电池包的故障测试，例如：获取电池包的阻抗值，通过计算电池包的各阻抗值预测电池包的健康状态和剩余寿命，既能简便、快速地筛选、鉴别、组合退役动力电池，又能在电池梯次利用的过程中，对电池包的健康水平和寿命做出合理的诊断，同时可以结合梯次利用的商业模式，对电池包的剩余寿命提供了理论依据。当然本发明只是提供了判断无故障电池包的思路，具体地方法可以根据实际需求进行改进。
92.步骤220，对所述无故障电池包的电压进行排序，若所述储能系统满足工作状态的第一状态，则将具有最小电压的电池包作为目标电池包；若所述储能系统满足工作状态的第二状态，则将具有最大电压的电池包作为目标电池包。
93.该实施例中，通过确定无故障电池包，并对无故障电池包进行排序，可以为递增或递减的排序，通过排序使得无故障电池包有序，从而在有序的电池包中确定具有最小电压的电池包作为第一状态的目标电池包，所述第一状态的目标电池包为用于充电操作的目标电池包，同理，将有序的电池包中确定具有最大电压的电池包作为第二状态的目标电池包，所述第二状态的目标电池包为用于放电操作的目标电池包。这样满足的能量利用的规则，即充电从最小电压的电池包进行充电，使得整个电池包的能量处于一个平衡的状态，同理，放电从最大电压的电池包进行放电，使得整个电池包的能量处于一个平衡的状态。本发明可以基于主动均衡管理体系的模块化储能系统，一方面使退役电池能够像全新电池一样组
建高容量、高功率的储能系统，实现了退役电池的规模化应用，另一方面在提高清洁能源利用率，降低动力电池的应用成本。
94.需要说明的是，每个电池系统的每个退役电池包均设有多个电池模组，所述电池模组可以为充电模组，也可以为放电模组。当退役电池包内的需充电模组数量等于需放电模组数量时，可以采用电池模组间的充电或放电实现均衡，不需要通过外部交流电进行充电。当退役电池包内的需充电模组数大于需放电模组数时，需通过dc/ac转换器从电网获取。需注意的是dc/ac转换器能把高压交流电转换为电池所需要的直流电压。当需放电模组数大于需充电模组数时，可采用部分需放电模组对需充电模组进行充电，也可以采用全部的需放电模组对需充电模组进行充电。
95.具体地，所述第一状态和所述第二状态还包括：
96.所述储能系统的控制器的自检通过，且所述储能系统的接入的电网电压正常，且所述储能系统处于并网状态。
97.需要说明的是，所述第一状态确定为当前电池包满足充电操作的状态，不仅需要充电需求，还需要满足储能系统的控制器的自检通过，且所述储能系统的接入的电网电压正常，且所述储能系统处于并网状态的三个条件，这也就是充电操作的故障条件判断，若不满足当前的条件，确定当前电池包不能进行充电操作。这里的并网状态为单独的通信、输电等线路并入整个网络中，成为其中的一部分，这里的网络指的是电网，即交流母线。同理，所述第二状态的判断同样也包括上述的三个条件。这里增加第一状态和第二状态条件的目的是为了保证在充电操作或放电操作的过程中不出现故障，保证整个充电或放电的过程，增加了安全性。
98.进一步地，所述步骤300包括：
99.步骤310，根据目标功率，计算每个电池系统中各支路的电池包充电功率或放电功率；
100.步骤320，根据所述工作状态、储能变流器系统和各支路的电池包充电功率或放电功率，进行储能系统充电操作或放电操作。
101.该实施例中，所述第三控制器发送充电需求至第二控制器，所述第二控制器将目标电池包进行上电，若为第一状态时，则将无故障电池包中具有最小电压的电池包进行高压上电；所述第三控制器根据储能变流器系统发送的目标功率，计算各支路的第二控制器中的电池包充电功率，并将各支路的电池包充电功率发送至储能变流器系统，所述储能变流器系统实现对储能系统充电操作。同理，若为第二状态时，则将无故障电池包中具有最大电压的电池包进行高压放电；所述第三控制器根据储能变流器系统发送的目标功率，计算各支路的第二控制器中的电池包放电功率，并将各支路的电池包放电功率发送至储能变流器系统，所述储能变流器系统实现对储能系统放电操作。
102.综上所述，本发明基于一个储能变流器和多个第二控制器，实现对电池系统的充、放电操作，基于第三控制器完成整个系统的控制，基于多个第一控制器对电池系统的多个电池包的判断是否符合梯次利用，避免了整个电池包的拆解，实现了整个电池包的整包利用，所述第一控制器还对不同类型的电池包进行协议转化，实现了一个电池系统中多个电池包的兼容性。可见，本发明提供的储能方法，通过将电池系统中的电池包处于不均衡状态时通过储能变流器进行充电或放电，以实现均衡，解决现有退役动力电池的剩余价值再利
用的问题，能促进新能源的行业发展，降低动力电池的应用成本。
103.如图3所示，本发明实施例提供还一种退役电池包的储能装置，应用于如上所述的退役电池包的储能方法，所述装置包括：
104.第一确定模块10，用于确定所述储能系统的工作状态；
105.第二确定模块20，用于根据所述工作状态，确定所述储能系统中无故障电池包中的目标电池包；
106.处理模块30，用于对所述目标电池包进行储能系统充电操作或放电操作。
107.进一步地，所述第二确定模块20，包括：
108.第一确定单元，用于对所述储能系统中的并联电池包进行电压故障测试，确定所述储能系统中的无故障电池包；
109.第二确定单元，用于对所述无故障电池包的电压进行排序，若所述储能系统满足工作状态的第一状态，则将具有最小电压的电池包作为目标电池包；若所述储能系统满足工作状态的第二状态，则将具有最大电压的电池包作为目标电池包。
110.需要说明的是，所述第一状态至少包括接收充电需求指令；
111.所述第二状态至少包括接收放电需求指令。
112.具体地，所述第一状态和所述第二状态还包括：
113.所述储能系统的控制器的自检通过，且所述储能系统的接入的电网电压正常，且所述储能系统处于并网状态。
114.进一步地，所述装置还包括：
115.上电模块，用于对所述储能系统的控制器进行上电初始化操作；
116.唤醒模块，用于所述上电初始化操作完成后，唤醒所述储能系统中的控制器和所述控制器的第一控制器对应的电池包的电池管理系统。
117.进一步地，所述上电模块，包括：
118.第一唤醒单元，用于第三控制器在完成初始化操作之后，发送第一唤醒信号至第二控制器，发送第二唤醒信号至储能变流器系统；
119.第二唤醒单元，用于第二控制器在完成初始化操作之后，并发送第三唤醒信号至第一控制器；
120.第三年唤醒单元，用于第一控制器在完成初始化操作之后，发送第四唤醒信号至所对应的电池包的电池管理系统。
121.进一步地，所述处理模块30包括：
122.计算单元，用于根据目标功率，计算每个电池系统中各支路的电池包充电功率或放电功率；
123.处理单元，用于根据所述工作状态、储能变流器系统和各支路的电池包充电功率或放电功率，进行储能系统充电操作或放电操作。
124.综上所述，本发明提出的退役电池包的储能系统、方法和装置，通过在不改变退役电池包整包结构、电气的基础上，利用退役梯次电池包本身自带的电池管理系统，增设多个控制器，来实现整个储能系统中各个设备和控制器之间的控制，实现储能系统的放电操作和/或充电操作。本发明避免了退役梯次电池本身的一致性差、整包利用的系统集成性差、成本高的问题，使梯次退役电池包能够整包利用于储能系统，使每块电池实现价值最大化
使用。
125.以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。