梯次电池装置、系统和梯次电池系统控制方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及梯次电池装置、系统和梯次电池系统控制方法。

背景技术

随着大容量铅酸电池的存量机房站里的负载不断增大，导致机房供电功率不足系统无法稳定运行，如果重新改造成本太高。如果利用简单的电池切换管理器，通过晶闸管或者接触器切换，存在梯次电池互相充电浪费能源的缺陷，以及梯次电池参差不齐，无法将不同电压等级的梯次电池利用起来。对此我们可以利用梯次电池系统对其机房进行扩容，从而减小改造成本，并且可以充分利用不同电压等级的梯次电池，避免了电池之间的相互充电，并且可以控制电池在电网峰值放电谷值充电，到达节省电费的效果。在基站运用中，该系统与旧基站的直流电源设备无需通讯即可运行，简化了改造旧基站的施工难度。

发明内容

本发明的目的是提供梯次电池装置、系统和梯次电池系统控制方法，能够独立调整各个电池模块的充电/放电参数，以充分利用不同电压等级的电池模组，避免因电池模块因电压等级不同而导致电池模块间的互充，有效避免电能损耗。

为了实现上有目的，本发明公开了一种梯次电池装置，其包括母线和第一供电模块，所述第一供电模块包括监控模块和多个双向DC-DC模块，每一所述双向DC-DC模块的一端电连接所述母线，另一端用于电连接对应的第一电池模块，所有双向DC-DC模块通过所述母线呈并联设置，所述双向DC-DC模块用于采集对应的第一电池模块的电池参数信息，及对所述第一电池模块进行主动充电/放电；所述监控模块通讯连接所有双向DC-DC模块，以获取所有第一电池模块的电池参数信息，并依据所有第一电池模块的电池参数信息，调整所有双向DC-DC模块的充电/放电参数。

较佳地，所述第一电池模块为锂电池组，所述锂电池组包括锂电池单元和与所述锂电池单元通讯连接的BMS单元，所述BMS单元可采集所述锂电池单元的电池参数信息。

相应地，本发明还公开了一种梯次电池系统，其包括梯次电池装置和第二供电模块，所述梯次电池装置如上所述，所述第二供电模块包括开关模块和采集模块，所述开关模块的一端电连接所述母线，另一端用于电连接第二电池模块，所述开关模块可选择地将所述第二电池模块电连接所述母线，并对所述第二电池模块进行充电/放电，所述采集模块用于采集所述第二电池模块的电池参数信息。

较佳地，所述梯次电池系统还包括总控模块，所述总控模块通讯连接所述监控模块、开关模块和采集模块，所述DC-DC模块还用于监测所述母线的实时电压值，所述总控模块可接收所有第一电池模块的电池参数信息、所述第二电池模块的电池参数信息和所述母线的实时电压值，并协助调整每一双向DC-DC模块的充电/放电参数、所述开关模块的通断和所述开关模块对所述第二电池模块的充电/放电动作，以将所述母线的电流稳定在预设电流阈值。

较佳地，所述开关模块可调节所述第二电池模块的充电/放电电流。

较佳地，所述梯次电池系统还包括AC-DC模块和通信设备负载模块，所述AC-DC模块和通信设备负载模块分别电连接所述母线，所述AC-DC模块用于供外部用电设备电连接所述母线。

较佳地，所述第二电池模块为铅酸电池组。

相应地，本发明还公开了一种梯次电池系统控制方法，应用于如上所述的梯次电池系统，所述梯次电池系统控制方法包括如下步骤：

S1、每一双向DC-DC模块采集对应的第一电池模块的电池参数信息和采集母线的实时电压值，采集模块采集第二电池模块的电池参数信息；

S2、监控模块依据所有第一电池模块的电池参数信息，调整所有双向DC-DC模块的充电/放电参数；

S3、总控模块获取所有第一电池模块的电池参数信息、第二电池模块的电池参数信息和母线的实时电压值，并协助调整每一双向DC-DC模块的充电/放电参数、所述开关模块的通断和所述开关模块对所述第二电池模块的充电/放电动作，以将所述母线的电流稳定在预设电流阈值。

较佳地，所述电池参数信息包括电池健康度，所述步骤S2具体包括：

S21、所述监控模块对所有第一电池模块按照电池健康度大小进行排序，获得电池健康度排序表；

S22、所述监控模块依据所述电池健康度排序表调整所有双向DC-DC模块对对应的第一电池模块的的充电/放电电流大小，以使所有第一电池模块呈差异化充电/放电。

较佳地，所述双向DC-DC模块具有充电/放电系数，所述监测模块通过调整所述双向DC-DC模块的充电/放电系数，以调整所述双向DC-DC模块的充电/放电电流。

与现有技术相比，本发明能够独立调整各个电池模块的充电/放电参数，以充分利用不同电压等级的电池模组，避免因电池模块因电压等级不同而导致电池模块间的互充，有效避免电能损耗。

附图说明

图1是本发明的梯次电池系统的结构示意图；

图2是本发明的梯次电池系统的控制环路示意图；

图3是本发明的梯次电池系统的又一结构示意图；

图4是本发明的梯次电池系统控制方法的流程框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1和图3所示，本实施例的梯次电池系统包括梯次电池装置10和第二供电模块20，这里的第二供电模块20具体为基站。其中，该梯次电池装置10包括母线11和第一供电模块12，第一供电模块12包括监控模块122和多个双向DC-DC模块121，每一双向DC-DC模块121的一端电连接母线11，另一端用于电连接对应的第一电池模块1，所有双向DC-DC模块121通过母线11呈并联设置，双向DC-DC模块121用于采集对应的第一电池模块1的电池参数信息，及对第一电池模块1进行主动充电/放电。

这里的第一电池模块1为锂电池组101，锂电池组101包括锂电池单元和与锂电池单元通讯连接的BMS(Battery Management System：电池管理系统)单元，BMS单元102可采集锂电池单元的电池参数信息。由于不同锂电池组101诸如电池健康度、电池剩余电量百分比等电池参数往往会不一致，导致锂电池组101间存在电压梯度。本实施例的双向DC-DC模块121用于采集对应的第一电池模块1的电池参数信息，及对第一电池模块1进行主动充电/放电，其能够根据每一第一电池模块1的电池参数信息，独立调整充电/放电参数。

可以理解的是，本实施例的双向DC-DC模块121为具有充电、放电功能的智能DC-DC模块，其内部具有控制芯片，能够根据第一电池模块1的实时电池参数信息进行充电/放电参数的动态调整，避免不同第一电池模块1间的互充。双向DC-DC模块121上设有第一通讯端口1211，双向DC-DC模块121通过第一通讯端口1211通讯连接对应的第一电池模块1的BMS单元102，以读取该第一电池模块1的电池参数信息。

监控模块122通讯连接所有双向DC-DC模块121，以获取所有第一电池模块1的电池参数信息，并依据所有第一电池模块1的电池参数信息，调整所有双向DC-DC模块121的充电/放电参数。具体地，双向DC-DC模块121上还设有第二通讯端口1212，监控模块122上设有第三通讯端口1221，双向DC-DC模块121通过第二通讯端口1212和第三通讯端口1221通讯连接监控模块122，以将第一电池模块1的电池参数信息发送至监控模块122，监控模块122根据收到的所有第一电池模块1的电池参数信息，调整所有双向DC-DC模块121的充电/放电参数，以调整梯次电池装置10的工作模式。

请参阅图1所示，本实施例的第二供电模块20包括开关模块21和采集模块22，开关模块21的一端电连接母线11，另一端用于电连接第二电池模块2，本实施例的第二电池模块2为铅酸电池组，可以为基站中的存量机房内的大量铅酸电池组，通过共用量机房内的大量铅酸电池组，来增加梯次电池系统的总电池容量，可实现存量机房站大容量铅酸电池免改造。开关模块21可选择地将第二电池模块2电连接母线11，并对第二电池模块2进行充电/放电，优选地，本实施例的开关模块21可调节第二电池模块2的充电/放电电流。采集模块22用于采集第二电池模块2的电池参数信息。

较佳地，梯次电池系统还包括总控模块23，监控模块122还包括第四通讯端口1222，DC-DC模块121还用于监测母线11的实时电压值，总控模块23包括第五通讯端口231，总控模块23通过第四通讯端口1222和第五通讯端口231通讯连接监控模块122，总控模块23可接收所有第一电池模块1的电池参数信息、第二电池模块2的电池参数信息和母线11的实时电压值，并协助调整每一双向DC-DC模块121的充电/放电参数、开关模块21的通断和开关模块21对第二电池模块2的充电/放电动作，以将母线11的电流稳定在预设电流阈值。此时，总控模块23可以在监控模块122的基础上，结合第二电池模块2的电池参数信息和母线11的实时电压值，进一步统筹所有第一电池模块1和第二电池模块2的充电/放电参数，以确保母线11电流恒定。

本实施例的梯次电池装置10的工作模式包括共充共放模式、优先充放电模式、削峰填谷模式和电池核容模式：

共充共放模式下，监控模块122将每个双向DC-DC模块121的充电/放电参数设置为一致，以使所有第一电池模块1具有相同的充电/放电电流；

优先充放电模式下，监控模块122首先对所有第一电池模块1按照电池健康度大小进行排序，获得电池健康度排序表；监控模块122再依据电池健康度排序表调整所有双向DC-DC模块121对对应的第一电池模块1的的充电/放电电流大小，以使所有第一电池模块1呈差异化充电/放电，如电池健康度越大的第一电池模块1的充电/放电电流越大，以使所有第一电池模块1的充电/放电电流呈梯度设置。该模式能够根据每个第一电池模块1的老化程度调整双向DC-DC模块121的充电/放电参数，老化程度越低的第一电池模块1优先充电/放电；

自动充放电模式下，监控模块122根据第一电池模块1的电池健康度，调整对应的双向DC-DC模块121的充电/放电功率，具体地，双向DC-DC模块121的充电/放电功率为双向DC-DC模块121的总输出功率、对应第一电池模块1的电池剩余电量百分比、对应第一电池模块1的电池健康度、对应第一电池模块1的放电容量系数K的乘积，通过计算所有第一电池模块1的放电容量系数，以实现所有第一电池模块1的的同步放空容量；

削峰填谷模式下，在监控模块122上预设电价峰值和谷值时间段，监控模块122控制所有第一电池模块1在电价峰值时间段放电，在谷值时间段充电，平价时段可设置为充电或非充非放；当基站停电时，监控模块122自动停止削峰填谷模式，当市电恢复时，监控模块122控制所有第一电池模块1在完全充满电后恢复削峰填谷模式。具体地，梯次电池装置10通过实时监测母线11的实时电压值，当市电处于峰值时，总控模块23会根据母线11的实时电压值自动匹配功率将母线11的实时电压值调整至第二电池模块2的均充电压，通过采集第二电池模块2的电流，在保证负载的前提下，不会对第二电池模块2进行充电；当市电处于谷值时，总控模块23会根据母线11的实时电压值自动匹配功率将母线11的实时电压值调整至第二电池模块2的浮充电压，保证负载以及第二电池模块2不处于充电的前提下对各个第一电池模块1进行充电，从而防止与第二电池模块2互相充放而电浪费能量，防止对外第二电池模块2的过充；

电池核容模式下，监控模块122定期对所有第一电池模块1进行放电核容处理，根据所有第一电池模块1的电池类型、容量以及历史放电记录中的电压、电流数据，对所有第一电池模块1的实际容量进行评估计算电池健康度；所有第一电池模块1根据每一第一电池模块1的单体电池的实际容量定期调整共放模式下每一第一电池模块1的放电电流比例，实现所有第一电池模块1的电池健康度逐渐趋向一致。

图2给出了本实施例的梯次电池系统的控制环路示意图，其中，第一级控制环路通过控制第二电池模块2的电流大小，以防止旧基站的第二电池模块2过充，并且防止第二电池模块2与第一电池模块1相互充放电；第二级控制环路通过控制母线11电压的等级实现错峰用电，达到既不影响原有基站的下电又能够满足第一电池模块1充电/放电时母线11电压的稳定；通过调节每个双向DC-DC模块121的充电/放电系数K的大小，以调节每个第一电池模块1的充电/放电功率，满足不同第一电池模块1的不同充电/放电功率设置。其中，母线11电压平均值外环，均流环计算10次才计算一次电压环。

较佳地，梯次电池系统还包括AC-DC模块24和通信设备负载模块25，这里通信设备负载模块25具体为基站中的所有用电设备的总负载。AC-DC模块24和通信设备负载模块25分别电连接母线11，AC-DC模块24用于供外部用电设备电连接母线11。

值得注意的是，图1示出了本实施例的第二供电模块20接入第二电池模块2，适用于有大容量铅酸电池的存量机房站，通过第一电池模块1和第二电池模块2的电池共用增加系统总电池容量，可实现存量机房站大容量铅酸电池免改造。

在其他优选方式中，开关模块21、第二电池模块2和采集模块22可以如图3示出的不接入母线11，此时，本实施例的梯次电池系统适用于新建站和室外柜基站，不同第一电池模块1通过双向DC-DC模块121接入母线11，实现不同电压梯次第一电池模块1的混用。

请参阅图4所示，相应地，本发明还公开了一种梯次电池系统控制方法，应用于如上的梯次电池系统，梯次电池系统控制方法包括如下步骤：

S1、每一双向DC-DC模块121采集对应的第一电池模块1的电池参数信息和采集采集母线的实时电压值，采集模块22采集第二电池模块2的电池参数信息；

S2、监控模块122依据所有第一电池模块1的电池参数信息，调整所有双向DC-DC模块121的充电/放电参数；

S3、总控模块23获取所有第一电池模块1的电池参数信息和第二电池模块2的电池参数信息和母线的实时电压值，并协助调整每一双向DC-DC模块121的充电/放电参数、开关模块21的通断和开关模块21对第二电池模块2的充电/放电动作，以将母线11的电流稳定在预设电流阈值。

较佳地，电池参数信息包括电池健康度，步骤S2具体包括：

S21、监控模块122对所有第一电池模块1按照电池健康度大小进行排序，获得电池健康度排序表；

S22、监控模块122依据电池健康度排序表调整所有双向DC-DC模块121对对应的第一电池模块1的的充电/放电电流大小，以使所有第一电池模块1呈差异化充电/放电。

较佳地，双向DC-DC模块121具有充电/放电系数K，监测模块通过调整双向DC-DC模块121的充电/放电系数K，以调整双向DC-DC模块121的充电/放电电流。

结合图1-图4，本发明能够独立调整各个电池模块的充电/放电参数，以充分利用不同电压等级的电池模组，避免因电池模块因电压等级不同而导致电池模块间的互充，有效避免电能损耗。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。