一种利用退役电池的分散式储能系统及其构建方法

技术领域

本发明属于能量存储技术领域，具体涉及一种利用退役电池的分散式储能系统及其构建方法。

背景技术

随着化石燃料的不断枯竭以及环境的不断恶化，人类越来越重视可再生能源的利用以及对于环境的保护。近年来，电动汽车开始逐步取代传统燃油汽车的位置，全球电动车汽车市场正在高速增长。新能源电动汽车的销量和保有量越来越大，而电动汽车的动力电池在衰退到初始容量的80％时就需要进行更换。电动汽车存量不断增加，随之而来淘汰的动力电池也会不断地增加。目前，新能源动力电池将进入规模化退役期，预计2020年全国累计报废动力电池将超过20万吨。

锂离子电池中含有大量的有害物质，如果将报废下来的动力电池直接进行报废处理，不但会破坏自然生态环境，还会造成大量的资源浪费。因为电池退役时的容量大约为初始容量的80％左右，虽然无法继续满足电动汽车的使用要求，但是仍保持有一定的电力存储能力，可以二次利用于其他领域。工信部也明确指出，需要对新能源汽车废旧动力蓄电池进行多层次、多用途合理利用。目前退役动力电池主要应用于储能领域。但是目前再利用的过程中，由于退役电池的电压、容量、内阻、类型存在较大的差异，无法直接应用于储能系统。

发明内容

为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种利用退役电池的分散式储能系统及其构建方法，解决了电动汽车退役电池无法在储能系统直接应用的问题，极大地提升退役电池在储能系统应用的效率和稳定性，为退役电池的梯次利用提供良好的技术支持。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种利用退役电池的分散式储能系统，包括DC-AC模块、退役电池管理系统、DC-DC模块和退役电池模组；退役电池模组包括若干相互连接的退役电池单体；每个退役电池模组与一个DC-DC模块串联，若干DC-DC模块相互并联后与退役电池管理系统连接，退役电池管理系统与DC-AC模块连接，DC-AC模块连接至外部电网。

优选地，退役电池模组由若干退役电池单体串联或并联组成。

优选地，每个DC-DC模块连接有BMS模块，所有BMS模块分别连接至退役电池管理系统。

优选地，退役电池模组中退役电池单体的开路电压和交流内阻差值不大于10％。

优选地，退役电池模组中退役电池单体的容量为初始容量的70％～80％。

优选地，退役电池单体的外观无破损、密封完好且标签清晰。

上述利用退役电池的分散式储能系统的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：拆解外观合格的电动汽车退役电池；

步骤2：对步骤1得到的电动汽车退役电池的历史数据进行检测，筛选得到符合待构建储能系统标准要求的电动汽车退役电池；

步骤3：对步骤2筛选得到的电动汽车退役电池进行分类，将具有一致性的若干电动汽车退役电池模组作为退役电池单体组装成为退役电池模组，将每个退役电池模组与一个DC-DC模块串联，再将若干DC-DC模块相互并联后与退役电池管理系统连接，退役电池管理系统与DC-AC模块连接，DC-AC模块连接至外部电网，完成利用退役电池的分散式储能系统的构建。

优选地，步骤1中，外观合格是指电动汽车退役电池的外观无破损、密封完好且标签清晰。

优选地，步骤2中，历史数据包括使用年限、剩余可用电量、电池开路电压、电池交流内阻和充放电次数。

进一步优选地，所述历史数据按重要性递减排序依次为剩余可用电量、电池交流内阻、电池开路电压、充放电次数和使用年限。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种利用退役电池的分散式储能系统，若干退役电池单体组成退役电池模组，每个退役电池模组都相互独立，并且设有独立的DC-DC模块，每个退役电池模组均可自我管控、自我调节、互不影响，因此不同退役电池模组之间的电池类型、电池性质可以相同也可以存在差异，极大地提高了整个系统的可用性。并且可随时拆卸更换或者安装每个DC-DC模块，不影响整个系统的运行，从而提高电池储能系统的扩展性。退役电池管理系统可以单独控制每个DC-DC模块，从而单独控制每个电池模组，退役电池管理系统可以调配和管理整个系统，可以让具有较高SOC的电池模组优先放电，具有较低SOC的电池模组优先充电，保证整个系统中的各个电池模块电量保持在一个较佳的水平上，确保退役动力电池的使用效率并延长整个退役电池储能系统的使用寿命，提高其再利用价值。退役电池管理系统通过DC-AC模块接入至电网，并可通过电网的需求状态和每个电池模组的电池的状态动态调节储能系统各电池模组的充放电状态。通过对外部电网的监控，计算所需要的实时输出功率，然后再分配到每个电池模组，使电池模组快速响应，动态调储能电池的实际输出功率，使其与外部所需的输出功率实时保持一致。该系统解决了电动汽车退役电池无法在储能系统直接应用的问题，极大地提升退役电池在储能系统应用的效率和稳定性，为退役电池的梯次利用提供良好的技术支持。

进一步地，每个DC-DC模块都具有BMS模块，可以实时采集电池各项数据，退役电池管理系统可以根据这些电池数据及时调配和管理整个系统，提高系统的综合效率和稳定性。

进一步地，退役电池模组中退役电池单体的开路电压和交流内阻差值不大于10％，从而保持电池模组中各电池单体的一致性，提高退役电池模组在储能系统中的循环寿命。

进一步地，退役电池模组中退役电池单体的容量为初始容量的70％～80％，可以保证电池模组仍具有足够的容量完成储能系统中的工作任务。

进一步地，退役电池单体的外观要求无破损、密封完好且标签清晰，否则没有利用价值，而且会带来安全隐患。

本发明公开的上述利用退役电池的分散式储能系统的构建方法，首先对外观合格的电动汽车退役电池进行拆解，并通过检测电池历史数据的分析筛选电池，确保了每一电池模组内单体电池的相对一致性；每个退役电池模组通过DC-DC模块分散，即每个退役电池模组均独立运行，可以极大提高系统的效率和稳定性；可以避免退役电池大规模的串联或者并联，增大了储能系统的扩展性，可以实现大容量的储能系统；不仅可以解决大规模退役电池的应用问题，又可以提高储能的经济效益，带来巨大的社会效益。

进一步地，历史数据按重要性递减排序依次为剩余可用电量、电池交流内阻、电池开路电压、充放电次数和使用年限，确保电池处于良好的使用状态，梯次电池最重要的就是剩余可用电量，剩余电量越多将来可用的寿命也越长。其次是电池交流内阻，电池交流内阻越小说明电池的体质越好，之前使用的磨损较小；电池开路电压也是一个比较重要的参数，电压越高则其电池可释放的功率就越大；充放电次数和使用年限都是衡量电池状态的指标。

附图说明

图1为本发明的利用退役电池的分散式储能系统的整体结构示意图；

图2为本发明的利用退役电池的分散式储能系统的构建方法的流程示意图。

图中：1为DC-AC模块、2为退役电池管理系统、3为DC-DC模块、4为退役电池模组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，本发明的一种利用退役电池的分散式储能系统，包括DC-AC模块1、退役电池管理系统2、DC-DC模块3和退役电池模组4；退役电池模组4包括若干相互连接的退役电池单体；每个退役电池模组4与一个DC-DC模块3串联，若干DC-DC模块3相互并联，每个DC-DC模块3连接有BMS模块，可以实时采集每个退役电池单体各项数据，所有BMS模块分别连接至退役电池管理系统2，退役电池管理系统2可以单独控制每个DC-DC模块3，从而单独控制每个退役电池模组4。每个DC-DC模块可以单独接入和退出，提高了储能系统的可扩展性。退役电池管理系统2与DC-AC模块1连接，DC-AC模块1连接至外部电网，并可通过电网的需求状态和每个退役电池模组4的电池的状态动态调节储能系统各退役电池模组4的充放电状态。

不同退役电池模组4之间的电池类型、电池性质可以相同也可以存在差异。退役电池模组4由若干退役电池单体串联或并联组成。退役电池模组4中退役电池单体的开路电压和交流内阻差值不大于10％。退役电池模组4中退役电池单体的容量为初始容量的70％～80％。

上述利用退役电池的分散式储能系统的构建方法，具体实施步骤如图2所示：

首先检查需要拆解的电动汽车电池模组的外观是否破损、密封完好，并且有清晰的标签。如果电池模组外观有残缺、变形、有漏液并且标记不清楚，则没有拆解的价值。如果电池模组外观无残缺、无变形、无漏液且标记清楚，则有拆解的价值，并拆解这些退役电池模组。然后对拆解下来的电池单体进行检测，收集电池的历史数据，包括电池的使用年限、剩余可用电量、电池开路电压、电池交流内阻、所进行的充放电次数，并对这些数据行进评估，然后筛选出符合储能系统可用标准的电池单体。

将电池类型一致，并且电池的使用年限、剩余可用电量、电池开路电压、电池交流内阻、所进行的充放电次数相近的电池归为一类。这五个参数按电池剩余可用电量、交流内阻、电池开路电压、所进行的充放电次数、使用年限的重要性顺序依次排序。筛选出具有一致性的电池在梯次利用前，还需要再次测试电池的开路电压和交流内阻，以确保电池单体之间具有较好的一致性，电池单体间的开路电压和交流内阻的差距不大于10％，认为所述电池单体之间具备一致性。然后将具有一致性的电池单体通过串联或者并联的方式组装成为退役电池模组4。

单个退役电池模组4都是互相独立的，每个电池模块都有独立的DC-DC模块3，均可自我管控、自我调节、互不影响，因此不同退役电池模组4之间的电池类型、电池性质可以相同也可以存在差异。因此梯次电池利用时，退役电池模组4内部的退役电池单体需要具有一致性，但是退役电池模组4间的退役电池单体不需要具有一致性，这极大的提高了整个系统的可用性。并且可随时拆卸更换或者安装单个每个DC-DC模块3，不影响整个系统的运行，从而提高电池储能系统的扩展性。

退役电池管理系统2可以单独控制每个DC-DC模块3，从而单独控制每个退役电池模组4，每个DC-DC模块3都具有BMS系统，可以实时采集电池各项数据。退役电池管理系统2可以根据这些电池数据及时调配和管理整个系统，可以让具有较高SOC的退役电池模组4优先放电，具有较低SOC的退役电池模组4优先充电，保证整个系统中的各个电池模块电量保持在一个较佳的水平上，确保退役动力电池的使用效率并延长整个退役电池储能系统的使用寿命，提高其再利用价值。

退役电池管理系统2通过DC-AC1模块接入至电网，并可通过电网的需求状态和每个退役电池模组4的电池的状态动态调节储能系统各退役电池模组4的充放电状态。通过对外部电网的监控，计算所需要的实时输出功率，然后再分配到每个退役电池模组4，使退役电池模组4快速响应，动态调储能电池的实际输出功率，使其与外部所需的输出功率实时保持一致。

以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。