二次使用锂离子电池在发电中的集成制造技术

提供了一种对二次使用电池进行管理的方法，所述方法包括以下步骤：向一次使用电池和二次使用电池两者的电池管理模块(BMM)传送外部负载需求；通过BMM中的各个BMM向其它BMM传送相应的一次使用电池或二次使用电池的健康状态(SoH)；通过具有最高SoH的一次使用电池的BMM，接合该一次使用电池以满足外部负载需求，其中，该最高SoH是由BMM通过将各个电池的SoH相对于其它电池进行排序来确定的；以及通过二次使用电池的BMM，基于二次使用电池中的各个二次使用电池的SoH，对相应二次使用电池的放电极限进行设定，并且控制二次使用电池供应不超过相应二次使用电池的放电极限的电流，以与一次使用电池进行负载共享。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次使用锂离子电池在发电中的集成相关申请的交叉引用本申请要求于2018年7月11日提交的印度申请No.201811025958的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及电池在二次使用(seconduse)应用中的使用，并且更特别地涉及在二次使用应用中使用电池的方法和系统。
技术介绍
插电式混合动力/电动汽车(PHEV/EV)使用被设计成向车辆供电的电池，以使得车辆能够行进预定距离。随着电池老化，它们无法满足距离标准，因此被换成新电池。通常，衰减至其原始容量的70％至80％的电池被从车辆中换出。用过的电池可以被回收。然而，用过的电池也可以被用在所谓的“二次使用”应用中，这些应用是可以使用被交换的电池或二次使用电池的任何应用。二次使用应用包括：包括商业和工业备用应用的发电系统、微电网和分布式发电应用等等。填埋锂离子电池在大多数地方是非法的，而且在任何地方都是不经济的。至少在给定现今回收能力的情况下，回收它们实际上是降级回收再利用并且相对昂贵。用过的电池比新的固定式蓄电池具有更低的能量密度，并且不会持续多久，因为它们接近生命周期的尽头。最苦恼的是，EV电池千差万别。它们不仅具有不同的尺寸、形状以及在为新的时的性能特征，而且它们已经被不同地用于不同气候下、不同应激源下、不同汽车中。经历了不同环境和使用循环的电池将具有不同的衰减轨迹。然而，二次使用电池的衰减是令人关注的。发电系统中的另一个问题是被用于向电池再充电或向负载供电的机电式发电机的占空比和燃料效率。需要更好的系统来延长二次使用电池和机电式发电机的寿命，同时以有成本效益的方式来满足负载需求。
技术实现思路
本文提供了使用二次使用电池的方法的实施方式。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：向一次使用(firstuse)电池和二次使用电池两者的电池管理模块(BMM)传送外部负载需求；由所述BMM中的各个BMM向其它BMM传送相应的一次使用电池或二次使用电池的健康状态(SoH)；由具有最高SoH的一次使用电池的BMM，接合该一次使用电池以满足外部负载需求，其中，该最高SoH是由BMM通过将各个电池的SoH相对于其它电池进行排序来确定的；以及由二次使用电池的BMM，基于二次使用电池中的各个二次使用电池的SoH，对相应二次使用电池的放电极限进行设定，并且控制二次使用电池供应不超过相应二次使用电池的放电极限的电流，以与一次使用电池进行负载共享。在一些实施方式中，提供了一种电池管理系统，所述电池管理系统包括：多个电池管理模块(BMM)，所述多个BMM以通信方式彼此联接以接收对外部负载需求的指示并且联接至相应的一次使用电池和二次使用电池；所述多个BMM中的各个BMM均包括控制器，该控制器被配置成向所述多个BMM中的其它BMM发送连接至所述BMM的一次使用电池或二次使用电池的健康状态(SoH)；其中，该控制器被配置成基于连接至所述BMM的电池的相应健康状态(SoH)，从多个BMM确定连接至该BMM的电池是否具有比连接至所述多个BMM中的其它BMM的其它电池更高的SoH，并且如果该电池具有比其它电池更高的SoH，则接合该电池以向外部负载需求供电。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：基于电池的健康状态(SoH)参数来确定电池的SoH；将SoH参数与多个SoH配置文件(profile)进行比较，以标识所述多个SoH配置文件中的SoH配置文件；基于SoH配置文件对电池的剩余寿命进行估计；基于电池的剩余寿命来确定电池的放电深度(DOD)和荷电状态(SoC)；基于电池的剩余寿命来设定阈值；以及如果电池的放电时间、放电速率、DOD以及SoH超过阈值，则将该电池表征为一次使用电池，而如果电池的放电时间、放电速率、DOD以及SoH未超过该阈值，则将该电池表征为二次使用电池。附图说明在附图中，贯穿几个视图，对应标号表示对应部分。除非另外规定，否则附图不是成比例的。图1是电力储存系统的实施方式的框图；图1A是图1的电力储存系统的实施方式的一部分的框图；图2是用于确定电池是否为二次使用电池的方法的实施方式的流程图；图3是用于确定何时接合二次使用电池的方法的实施方式的流程图；图4是用于确定何时接合连接至电池的发电机组的方法的实施方式的流程图；图5是用于确定何时接合连接至电池的发电机组以使发电机组的启动/停止频率最小化的方法的实施方式的流程图；图6是图1的电力系统的立体图；图7是表示图1的电力系统的视图；以及图8至图10是用于确定二次使用电池的循环时间的实施方式的流程图。具体实施方式本专利技术的一个目的是将二次使用电池集成在电力系统中，以提高电力系统的总体成本效益。通过以下述新颖的方式使用二次使用电池、管理二次使用电池以延长其有用寿命、管理机电式发电机以延长其有用生命力以及管理为了使机电式发电机运转而提供的燃料，从而提高成本效益。一次使用电池和二次使用电池的集成可能在不同情况下发生。例如，在固定应用中，客户可以选择通过在部分衰减的现有电池和逆变器上添加更新的电池和逆变器来升级现有系统。或者，也许电池位于被淹没的地方，并且一些电池必须被更换而其它电池不须更换。或者，如果电池是半便携式模块化单元(例如，租赁市场或军用市场)，则容器可能被混合搭配，并且皆可能因使用情况或者所暴露的环境条件而具有不同的老化。如果最初未在电动汽车应用中使用的现有电池的容量已经衰减至原始容量的70％至80％，则无论如何都应将这些电池视为二次使用。电池寿命或剩余寿命是电池性能和生命的量度，这可以通过以下几种方式进行量化：由制造商估计(以安培小时为单位)的充满电的运转时间、或者直到有用寿命结束的充电循环数。对于锂离子电池，随着时间的推移，循环、高温以及老化降低了性能。放电时间是Ah额定值除以基于负载的电流值。充电时间取决于电池化学性质和充电电流。例如，对于NiMh，充电时间通常为Ah额定值的10％达10小时。锂离子电池通常可以以C/l速率充电至约75％的容量，然后以降低的速率进行充电以用于平衡。健康状态(SoH)是电池条件与其理想条件相比的品质因数(以百分点测量)。可以将SoH用于估计电池在特定应用中的有用寿命或剩余寿命。容量是健康指标。尽管电池在服务的第一年期间应能递送指定容量的100％，但是通常会看到低于指定容量。可以将内部电阻和自放电与容量结合用作健康指标。电池管理模块或系统还可以使用电压、接受充电的能力以及充电/放电循环次数来得出SoH。可以将任意权重应用至各个参数的点值。SoH阈值是任意的，低于该阈值，则应用认为特定电池是不合适的。应用可以接受SoH为50％和更高的电池，而更关键的应用可能只接受SoH为90％和更高的电池。循环可能将原始容量减少达20％以上。荷电状态(SOC)(％)表示相对于可用容量的当前电池容量，该可用容量可以是原始容量或衰减后的容量。通常使用电流积分来计算SOC，以确定电池容量随时间的变化。放电深度(D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用二次使用电池的方法，所述方法包括以下步骤：/n向一次使用电池(35)和二次使用电池(39)的电池管理模块(BMM)(50)传送外部负载需求；/n由所述BMM中的各个BMM向其它BMM传送相应的一次使用电池或二次使用电池的健康状态(SoH)；/n由具有最高SoH的所述一次使用电池的BMM接合所述一次使用电池以满足所述外部负载需求，其中，所述最高SoH是由所述BMM通过将各个电池的SoH相对于其它电池进行排序来确定的；以及/n由所述二次使用电池的BMM基于所述二次使用电池中的各个二次使用电池的SoH，对相应的二次使用电池的放电极限进行设定，并且控制所述二次使用电池供应不超过相应的所述二次使用电池的放电极限的电流，以与所述一次使用电池进行负载共享。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180711 IN 2018110259581.一种使用二次使用电池的方法，所述方法包括以下步骤：
向一次使用电池(35)和二次使用电池(39)的电池管理模块(BMM)(50)传送外部负载需求；
由所述BMM中的各个BMM向其它BMM传送相应的一次使用电池或二次使用电池的健康状态(SoH)；
由具有最高SoH的所述一次使用电池的BMM接合所述一次使用电池以满足所述外部负载需求，其中，所述最高SoH是由所述BMM通过将各个电池的SoH相对于其它电池进行排序来确定的；以及
由所述二次使用电池的BMM基于所述二次使用电池中的各个二次使用电池的SoH，对相应的二次使用电池的放电极限进行设定，并且控制所述二次使用电池供应不超过相应的所述二次使用电池的放电极限的电流，以与所述一次使用电池进行负载共享。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述二次使用电池供应不超过相应的二次使用电池的放电极限的电流的步骤包括：响应于确定所接合的一次使用电池达到低于阈值的总荷电状态，所述二次使用电池的BMM接合所述二次使用电池。


3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括以下步骤：由连接至附加或替换电池(33)的BMM进行电池诊断测试，以确定所述附加或替换电池的SoH，并且将所述附加或替换电池表征为一次使用电池或二次使用电池。


4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括以下步骤：当被联接以向外部负载(24)供电的发电机组(62、64、66、68)的效率超过效率阈值时，利用所述发电机组向所述一次使用电池充电，并且当所述发电机组的效率未超过所述效率阈值时，所述发电机组不向所述一次使用电池充电。


5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括以下步骤：当所述效率低于所述效率阈值时，使所述发电机组脱离接合，而不管所述二次使用电池的荷电状态如何。


6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括以下步骤：当由所述一次使用电池供应的电力超过以下电力量时，接合所述发电机组以向所述外部负载供电：所述电力量在由所述发电机组提供时使所述发电机组以大于所述效率阈值的效率运行。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，执行接合所述发电机组的步骤，而不管所述二次使用电池的荷电状态如何。


8.根据权利要求4所述的方法，其中，当被联接以向所述外部负载供电的发电机组的效率超过效率阈值时，利用所述发电机组向所述一次使用电池充电，并且当所述发电机组的效率未超过所述效率阈值时，所述发电机组不向所述一次使用电池充电的步骤是在被联接以向所述外部负载供电的各个发电机组的效率均高于所述效率阈值时执行的。


9.根据权利要求4所述的方法，其中，接合所述一次使用电池以满足所述外部负载需求的步骤包括：联接所述一次使用电池和所述发电机组以进行负载共享，其中，负载共享的步骤包括：由所述一次使用电池和所述发电机组联合地向所述外部负载供应等于所述外部负载需求的电力量。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，执行联接所述发电机组以与所述一次使用电池进行负载共享的步骤，而不管所述二次使用电池的荷电状态如何。


11.根据权利要求1所述的方法，其中，接合所述一次使用电池以满足所述外部负载需求的步骤包括：如果发电机组因向所述外部负载供电而低于效率阈值运行，则联接所述一次使用电池以向所述外部负载供应足以防止所述发电机组运行以向所述外部负载供电的电力量。

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【专利技术属性】
技术研发人员：R·V·阿尔温德，A·M·詹金斯，
申请(专利权)人：康明斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US