一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法制造方法及图纸

一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，适用于电动汽车锂离子电池退役后在储能领域的应用场合，采用以电动汽车退役电池模组为基本单位的应用形式，将模组变换器串联后并与双向DC/AC变换器、控制系统组成硬件装置，集成电池管理功能，以控制系统为核心实现梯次利用控制算法。控制系统与双向DC/AC变换器和模组变换器进行双向信息交互，以控制系统为核心进行整个梯次利用装置算法的实现。控制系统根据装置功率输出需求、直流母线电压状态和每个电池模组状态，主动调节模组变换器的电流和输出功率，实现对每个电池模组的独立控制和调节。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法
本专利技术专利涉及电动汽车退役电池梯次利用领域，尤其涉及到电动汽车退役电池在储能行业的梯次利用领域。
技术介绍
电动汽车作为我国七大战略性新兴产业之一，对于缓解能源与环境压力具有十分重要的意义。截至2017年底累计推广新能源汽车180多万辆，装配动力蓄电池约86.9GWh。据行业专家从企业质保期限、电池循环寿命、车辆使用工况等方面综合测算，2018年后新能源汽车动力蓄电池将进入规模化退役，预计到2020年累计将超过20万吨（24.6GWh）。动力蓄电池退役后，如果处置不当，随意丢弃，一方面会给社会带来环境影响和安全隐患，另一方面也会造成资源浪费。动力蓄电池梯次利用是指蓄电池虽然已经不能满足汽车的使用条件，但是仍然拥有一定的余能，其寿命并未完全终止，可以用在其他领域作为电能的载体使用，从而充分发挥其剩余价值，实现循环经济利益的最大化。电池多次循环后一致性较差是电动汽车电池的最大特征，也是梯次利用的最大难点，现有的电动汽车退役电池梯次利用一般采用拆解、再筛选成组的方式，拆解现有PACK至模组直至单体，通过筛选分组后重新成组再利用，该过程耗时长，并且需要投入巨大的人力和设备，无法形成可持续的市场化应用，这也是本专利技术提出的背景。
技术实现思路
为了解决电动汽车退役电池梯次利用方式难题，同时考虑经济性和梯次利用的效率等，本专利技术提供了一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法。兼顾拆解费用和电池不一致对容量利用的影响范围，将电动汽车退役电池以最简单形式直接拆解到电池模组或者不拆解，从电池包以电池模组形式引线，采用梯次利用装置对电池模组进行单独充放电的方法实现对每个电池模组容量的最大利用。梯次利用装置分为模组变换器、双向DC/AC变换器和控制系统三部分。模组变换器采用对电池模组独立控制的方式，在硬件拓扑上采用双向BUCK电路非隔离高效率方案，并集成电池管理功能；双向DC/AC变换器交流侧为380V系统，并经过工频变压器并入电网；控制系统采用传统ARM控制器。控制系统与双向DC/AC变换器和模组变换器进行双向信息交互，以控制系统为核心进行整个梯次利用装置算法的实现。控制系统根据装置功率输出需求、直流母线电压状态和每个电池模组状态，主动调节模组变换器的电流和输出功率，实现对每个电池模组的独立控制和调节。本专利技术提供一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：硬件电路采用模组变换器和双向DC/AC变换器两级拓扑，每个模组变换器对应一个电池模组，每个模组变换器集成电池管理功能，且模组变换器采用串联形式；控制系统在满足系统运行功率要求前提上，根据每个电池模组状态主动调节各个电池模组的充放电功率，实现系统和每个电池模组电量的最大利用。进一步地，电动汽车退役电池不是以电池包整体接入双向DC/AC变换器，而是以电池模组12——16串单体形式首先接入模组变换器，然后多个模组变换器串联后再接入双向DC/AC变换器。进一步地，模组变换器采用双向BUCK电路非隔离拓扑方案，且模组变换器集成电池管理功能。进一步地，所有串联的模组变换器控制算法相同，采用电流控制方式，根据控制系统指令Iref控制模组变换器输出对应电流值Iout。进一步地，模组变换器接受控制系统指令kn对模组变换器输出电压进行调节和修正，进而对模组变换器输出功率进行调节和修正。进一步地，根据上位机对梯次利用装置的充放电功率指令Pref和装置直流电压信息Vdc得到直流侧电流指令Iref，进而得到每个模组变换器的电流指令Irefn(Irefn=Iref)。进一步地，在装置充电状态下，控制系统根据各个模组变换器反馈的电池模组可允许充电电量情况，计算平均值，并计算各个模组变换器输出电压偏移量，以调节各个模组变换器输出占空比的形式对模组变换器输出电压进行调节，进而调节模组变换器充电功率，实现可允许充电电量大的电池模组充电功率大的目的，并保证调节后的模组变换器输出电压串联后与调节前相同。进一步地，在装置放电状态下，控制系统根据各个模组变换器反馈的电池模组可允许放电电量情况，计算平均值，并计算各个模组变换器输出电压偏移量，以调节各个模组变换器输出占空比的形式对模组变换器输出电压进行调节，进而调节模组变换器放电功率，实现可允许放电电量大的电池模组放电功率大的目的，并保证调节后的模组变换器输出电压串联后与调节前相同。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法以电动汽车退役电池可简单拆解到的电池模组为形式对电动汽车退役电池进行梯次利用，避免了拆解到单体并进行筛选等高额成本支出，同时也减低了电池单体的不一致对容量利用率的影响。相比于其他电动汽车退役电池梯次利用方法，本专利技术梯次利用装置采用双级拓扑，两级相互独立，对所选择的电池类型、容量差别等适应范围更宽，支持不同容量、不同类型的电池模组同时使用，且本专利技术梯次利用装置采用无隔离方式，效率高，且控制简单。附图说明图1是电动汽车退役电池梯次利用的装置图。图2是模组变换器电路图。图3是模组变换器控制框图图4是梯次利用装置控制系统控制算法和流程图1中A、B、C为梯次利用装置交流侧连接端子；Vdc为梯次利用装置直流侧电压、为梯次利用装置中双向DC/AC变换器与模组变换器串联后连接处电压；图3中Irefn为模组变换器接收到的输出电流指令；Ioutn为模组变换器输出电流值；Dinin为模组变换器输出占空比初始值；Doutn为模组变换器输出占空比；kn为模组变换器占空比偏移量；图4中Pref为上位机给梯次利用装置发送的要求输出功率指令；Qchargen为第n个模组变换器反馈的对应模组所允许的充电电量；Qdischargen为第n个模组变换器反馈的对应模组所允许的放电电量；Qavec为模组变换器平均允许充电电量，Qavec=（Qcharge1+Qcharge2+...+Qchargen）/n；Qaved为模组变换器平均允许放电电量；Qaved=（Qdischarge1+Qdischarge2+...+Qdischargen）/n。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述：如图所示，一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置，硬件电路采用模组变换器和双向DC/AC变换器两级拓扑，每个模组变换器对应一个电池模组，每个模组变换器集成电池管理功能，且模组变换器采用串联形式；控制系统在满足系统运行功率要求前提上，根据每个电池模组状态主动调节各个电池模组的充放电功率，实现系统和每个电池模组电量的最大利用。电动汽车退役电池不是以电池包整体接入双向DC/AC变换器，而是以电池模组（12——16串单体）形式接入梯次利用装置，只要在限定的电压范围，对电池模组的具体类型和差异没有要求，支持不同电池类型、不同容量的电池模组接入梯次利用装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：硬件电路采用模组变换器和双向DC/AC变换器两级拓扑，每个模组变换器对应一个电池模组，每个模组变换器集成电池管理功能，且模组变换器采用串联形式；控制系统在满足系统运行功率要求前提上，根据每个电池模组状态主动调节各个电池模组的充放电功率，实现系统和每个电池模组电量的最大利用。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：硬件电路采用模组变换器和双向DC/AC变换器两级拓扑，每个模组变换器对应一个电池模组，每个模组变换器集成电池管理功能，且模组变换器采用串联形式；控制系统在满足系统运行功率要求前提上，根据每个电池模组状态主动调节各个电池模组的充放电功率，实现系统和每个电池模组电量的最大利用。


2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：梯次利用装置为电动汽车退役电池不是以电池包整体接入双向DC/AC变换器，而是以电池模组12—16串单体形式首先接入模组变换器，然后多个模组变换器串联后再接入双向DC/AC变换器。


3.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：梯次利用装置在于模组变换器采用双向BUCK电路非隔离拓扑方案，且模组变换器集成电池管理功能。


4.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：模组变换器对于所有串联的模组变换器控制算法相同，采用电流控制方式，根据控制系统指令Iref控制模组变换器输出对应电流值Iout。


5.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车退役电池梯次利用装置及控制算法，其特征在于：接受控制系统指令kn对模组变换器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁建钢，
申请(专利权)人：北京德意新能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11