一种能量自均衡的二次电池储能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到二次电池的储能领域，具体设计到一种具有能量自均衡功能的二次电池储能系统。
【背景技术】
[0002]随着能源危机和环境污染的日趋严重，新型的二次无污染能源逐步得到世界各国政府、研宄机构及企业的重视。太阳能和风能等无污染的再生能源的应用逐步成为能源焦点之一，电动汽车更是受到世界各国政府的大力推广以缓解能源和环境污染的压力。
[0003]在各种可再生、无污染能源以及电动汽车的推广使用中，能源的储存是非常重要的环节之一。二次电池储能系统作为可循环使用的储能方式之一也逐步受到重视和推广。由于二次电池单体电芯的限制，储能系统通常需要采用多个单体电芯进行合理的串并联组合并配备合适的能源管理系统或者电池管理系统构成整个能源储存系统，如太阳能路灯的能量储存电池通常由单体电芯经过串并联组成12V或者24V及所需容量的储能小系统。
[0004]目前，常规的储能系统的设计方式是直接采用所需容量的电芯或者先采用并联的方式将单个电芯的容量组合达到需要容量的电池模块，如需要10Ah的系统容量可采用50只2000mAh的18650锂离子圆柱电芯并联组成，然后再将容量满足设计需要的电池模块串联并在回路连接电池管理系统或者保护板组成所需额定电压的储能系统。这种储能系统设计的主要缺陷是:
[0005]第一、从成本和工艺的简易化考虑，目前主要以圆柱形小容量(容量不超过5000mAh)的电芯较为成熟，因此当前越来越多的采用这种小型圆柱电池组合在各种能源储存系统中，但是这种方式受制于电芯容量的限制，系统容量越大要求的电芯数量越多，因此对集成技术和系统集成工艺要求也越高，安全隐患也会越突出、能源储存系统的寿命也会受到严重影响。
[0006]第二、受制于电池保护板均衡电流的大小影响，对于系统容量太高的电池模块均衡功能的意义不突出，甚至对能量储存系统的使用没有任何实质性帮助。
[0007]第三、在现有的“先并联提高容量再串联提高电压”的设计模式中，任何一个电芯或者电池模块出现故障均会导致能源储存系统处于无法工作的状态，影响了产品的使用，同时即使电池模块没有出现短路等严重问题，只要有因自放电等引起的容量不一致都可能大大缩短系统的工作时间，而且这种“工作时间缩短”是无规律逐步加剧的，直到整个系统无法工作，因此系统的工作预测性差、维护维修成本很高。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是结合上述现有产品的缺陷，提供一种更加科学、合理的二次电池储能系统的设计，可以降低因上述问题引起的系统无法工作/工作时间缩短的问题，通过采用独特的串并联设计和能量自均衡技术提高系统中电芯/电池模块的一致性，延长储能系统的使用寿命。
[0009]为了达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为:
[0010]所述能量自均衡的二次电池储能系统包括若干个并联的能量存储单元；所述能量存储单元包括保护板和与保护板连接的若干个串联的电池模块。
[0011]其中，所述电池模块由电芯并联输出连接片与若干个电芯组成，该若干个电芯与电芯并联输出连接片并联。所述的电芯包含但不限于铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池或锂离子电池；所述电芯并联输出连接片包含但不限于镍片、铜片、铜镍合金或镀镍钢片；所述电芯与电芯并联输出连接片通过电阻焊、锡焊、激光焊或超声焊接等方式连接。
[0012]以下对本实用新型做进一步说明:
[0013]本实用新型采用数量较少的电芯先通过并联组成电池模块，然后串联组成能量存储单元，若干个能量存储单元再并联组成所需的能量储能系统。所述保护板即使在均衡电流不大的情况下对于容量不大的电池模块仍然具有明显的均衡效果，提高了同一个串联回路中各电池模块之间的一致性。由若干个能量存储单元并联而成的储能系统可以相互能量平衡，结合单个能量存储单元之间的电池模块通过保护板进行均衡，这样达到了整个储能系统的能量自均衡功能。另外，当只有2个能量存储单元并联成储能系统时，保护板的保护优先通过过压和/或欠压保护，为了保证正常能量存储单元不被保护，过电流保护在只有2个能量存储单元的储能系统中通常不启动。本实用新型将传统的大容量模块分解成小容量模块，降低对电芯的要求、降低成本，同时在保护板均衡电流无法做的很大的情况下可提高均衡的效果，延长使用寿命。同时其中任何一个电池模块出现故障，整个储能系统仍然可以工作，降低了维护维修成本和综合使用成本，对于目前电芯制造一致性水平无法短期显著提高而言，该实用新型技术提供了很好的补充解决方案。
[0014]本实用新型的技术原理是，在常规的二次电池能量存储系统中，如前所述，通常采用先将多个小容量电芯进行并联连接后再进行串联，以及串联连接所需电池保护系统，构成满足实际需要的能量储存系统，这种系统存在着安全性和可靠性差、均衡功能作用不明显、对电芯的一致性要求很高、使用寿命短、综合使用成本高等缺陷。本实用新型旨在解决上述传统产品的缺点并提出一种新型的具有自均衡功能的二次电池储能系统。
[0015]首先，将合适结构形式的二次电池按照设计数量要求并联连接形成电池模块，所述的二次电池指可以进行充放电循环的单体电池，包含但不限于铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池、锂离子电池等；所述的二次电池的结构形式包含但不限于圆柱、方形、软包装封装形式等；所述的设计数量主要与电芯的一致性、储能系统的总容量、使用环境和寿命要求等有关；所述并联的连接方式包含但不限于焊接、螺栓连接等。
[0016]其次，将上述所述的电池模块按照一定数量进行串联连接，所述的一定数量主要与整个能量储存系统的电压有关系，具体而言为能量储存系统的额定电压与所述电池模组的额定电压的比值，其数值取整数从I到1000 ;所述串联连接的工艺技术包含但不限于焊接、螺栓连接、铆接等；电池模组按照要求串联连接之后再与保护板串联连接形成能量存储单元，所述保护板具有电压采集、充放电电压控制、电流保护、短路保护、均衡能力等功能；所述的均衡能力的均衡电流大小从ImA到5A不等；所述的保护板能够在动态下或者静态下调整能量存储单元中各串联电池模块因自放电、微短路等引起的电压不一致，提高能量存储单元中各电池模块的一致性、延长使用寿命、降低综合成本。
[0017]第三，将容量、电压、物理尺寸基本相近的上述所述的能量存储单元按照一定数量进行并联连接，所述的一定数量与整个能量储存系统的容量有关，具体而言为能量储存系统的额定容量与所述能量存储单元的额定容量的比值，其数值取整数从I到1000之间；所述并联连接的工艺技术包含但不限于焊接、螺栓连接、铆接等。
[0018]在所述的能量储存系统中，一旦某一个能量存储单元出现电压故障，如使用时输出电压低，则另外的能量存储单元必然给所述有故障的能量存储单元进行补充电，在各个能量存储单元之间进行电压和容量的平衡；而当某一能量存储单元的电压下降非常厉害，如其中某一个电池模块突然短路，这时所述保护板优先因电池模块电压低而断开故障能量存储单元，切断故障能量存储单元的保护板中的MOS管，确保其他正常能量存储单元正