一种电池串联双向充放电装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及快速充电的技术领域，特别涉及一种电池串联双向充放电装置及其工作方法。


背景技术：

2.现有电动汽车换电站中对电池模组只有充电功能无放电功能，且充电机数量较多、用电容量大，一般采用从中压10kv/35kv或其它电压等级经变压器变为低压ac400v后给充电机供电。充电机均采用自带pfc的隔离型ac/dc整流模块组合成大功率充电机后给电池模组充电，原理框图如图1所示。目前由于用于换电的电池模组电压较低，一般为dc300v-dc750v，所有ac/dc模块均为低压大电流充电，充电效率较低，且不能向电网放电，不能充分利用电池模组在闲置时的使用价值，影响换电站投资回报效益，严重制约着换电站的发展。
3.而如何在满足换电站基本功能的情况下，充分利用电池模组闲置时的价值，提升换电站投资回报率，采用一种新的充电架构，提高充电效率、降低换电站建设及运营成本是企业所要解决的问题之一。另外，由于大量退役的电动汽车电池模组其技术参数、性能差异较大，如何将退役电池模组梯次利用到储能中，提升退役电池模组的剩余价值，也是企业所要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构简单、满足换电站对电池模组的充/放电需求，提高充/放电效率、降低投资成本的电池串联双向充放电装置，同时还提供了该装置的工作方法。
5.本发明所采用的技术方案是：本发明所述的一种电池串联双向充放电装置包括双向ac/dc主模块、第一辅助单向ac/dc充电模块、第二辅助单向ac/dc充电模块、第一电池模组和第二电池模组，所述双向ac/dc主模块的输入端与交流电网连接；所述双向ac/dc主模块的输出正极与第一电池模组的正极连接，所述双向ac/dc主模块的输出负极与第二电池模组的负极连接，所述双向ac/dc主模块用于给第一电池模组和第二电池模组串联进行充/放电；所述第一电池模组的负极与第二电池模组的正极串联后组成串联支路，所述第一辅助单向ac/dc充电模块的输入端与交流电网连接，所述第一辅助单向ac/dc充电模块输出的正极与所述第一电池模组正极连接，所述第一辅助单向ac/dc充电模块输出的负极与所述第一电池模组的负极及所述第二电池模组的正极连接；所述第二辅助单向ac/dc充电模块的输入端与交流电网连接，所述第二辅助单向ac/dc充电模块输出的正极与所述第二电池模组的正极连接，所述第二辅助单向ac/dc充电模块输出的负极与所述第二电池模组的负极连接。
6.进一步，所述第一电池模组和第二电池模组均通过若干块单体电池组成。
7.进一步，所述双向ac/dc主模块为非隔离型双向ac/dc模块。
8.进一步，所述第一辅助单向ac/dc充电模块和第二辅助单向ac/dc充电模块为单向隔离型ac/dc模块。
9.本发明所述的一种电池串联双向充放电装置的工作方法包括充电模式和放电模式，所述充电模式包括如下步骤：步骤c1、在所述双向ac/dc主模块对串联的第一电池模组和第二电池模组进行充电期间，所述第一辅助单向ac/dc充电模块和所述第二辅助单向ac/dc充电模块根据所述第一电池模组和所述第二电池模组的剩余电量soc情况，分别给所述第一电池模组、所述第二电池模组进行补充充电。
10.进一步，所述充电模式还包括如下步骤：步骤c2、在对所述第一电池模组及所述第二电池模组串联充电期间，若有任一电池模组的充电电压达到其最高允许电压或其电量soc达到约100%或电池模组内任一单体电池的端电压达到其允许的最高电压，所述双向ac/dc主模块立即停止充电；步骤c3、在所述双向ac/dc主模块停止充电后，未充满电的电池模组可由相应的辅助ac/dc模块继续充电，直至充满电为止。
11.进一步，所述放电模式包括如下步骤：步骤d1、在对所述第一电池模组和所述第二电池模组串联放电的期间，若有任一电池模组的放电电压达到其最低允许电压或其电量soc达到约10%或电池模组内任一单体电池的端电压达到其允许的最低电压，所述双向ac/dc主模块立即停止放电。
12.本发明的有益效果是：在相同功率情况下，由于本发明采用电网经非隔离型双向ac/dc模块高电压、小电流给两组串联的电池模组充/放电，且通过小功率的隔离ac/dc模块给两组不同剩余容量的电池模组进行补充充电，充电效率比常规的隔离型ac/dc模块低电压、大电流充电要高约3%。与现有技术方案相比：可提高充电效率约3%；具有双向功能，可充分利用闲置电池模组的价值；可降低换电站中充电机成本约10%；提升换电站投资回报率。
附图说明
13.图1是现有换电站充电机系统原理框图；图2是本发明单套原理框图；图3是本发明换电站充/放电系统原理框图；图4是本发明给电池模组充电时功率流向图；图5是本发明电池模组向电网放电时功率流向图。
具体实施方式
14.如图2和图3所示，在本实施例中，本发明所述的一种电池串联双向充放电装置包括双向ac/dc主模块nbq、第一辅助单向ac/dc充电模块1cd、第二辅助单向ac/dc充电模块2cd、第一电池模组1bat和第二电池模组2bat，所述双向ac/dc主模块nbq的输入端与交流电网连接；所述双向ac/dc主模块nbq的输出正极与第一电池模组1bat的正极连接，所述双向ac/dc主模块nbq的输出负极与第二电池模组2bat的负极连接，所述双向ac/dc主模块nbq用于给第一电池模组1bat和第二电池模组2bat串联进行充/放电；所述第一电池模组1bat的负极与第二电池模组2bat的正极串联后组成串联支路，
所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd的输入端与交流电网连接，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd输出的正极与所述第一电池模组1bat正极连接，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd输出的负极与所述第一电池模组1bat的负极及所述第二电池模组2bat的正极连接；所述第二辅助单向ac/dc充电模块2cd的输入端与交流电网连接，所述第二辅助单向ac/dc充电模块2cd输出的正极与所述第二电池模组2bat的正极连接，所述第二辅助单向ac/dc充电模块2cd输出的负极与所述第二电池模组2bat的负极连接。
15.在本实施例中，所述第一电池模组1bat和第二电池模组2bat均通过若干块单体电池组成。
16.在本实施例中，所述双向ac/dc主模块nbq为非隔离型双向ac/dc模块。
17.在本实施例中，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd和第二辅助单向ac/dc充电模块2cd为单向隔离型ac/dc模块。
18.一种电池串联双向充放电装置的工作方法，所述工作方法包括充电模式和放电模式，如图4所示，所述充电模式包括如下步骤：步骤c1、在所述双向ac/dc主模块nbq对串联的第一电池模组1bat和第二电池模组2bat进行充电期间，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd和所述第二辅助单向ac/dc充电模块2cd根据所述第一电池模组1bat和所述第二电池模组2bat的剩余电量soc情况，分别给所述第一电池模组1bat、所述第二电池模组2bat进行补充充电；步骤c2、在对所述第一电池模组1bat及所述第二电池模组2bat串联充电期间，若有任一电池模组的充电电压达到其最高允许电压或其电量soc达到约100%或电池模组内任一单体电池的端电压达到其允许的最高电压，所述双向ac/dc主模块nbq立即停止充电；步骤c3、在所述双向ac/dc主模块nbq停止充电后，未充满电的电池模组可由相应的辅助ac/dc模块继续充电，直至充满电为止。
19.综上所述，给电池模组充电时，所述第一电池模组1bat、第二电池模组2bat串联后，所述双向ac/dc主模块nbq给两组串联的电池模组充电。在充电期间，根据所述的第一电池模组1bat、第二电池模组2bat的剩余电量soc，对剩余电量soc小的电池模组启动相对应的辅助单向ac/dc模块对其进行补充充电，直至两组电池模组电量soc差不多相等时停止补充充电。假设充电开始时，第一电池模组1bat的剩余电量soc小于第二电池模组2bat的剩余电量soc，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd启动给所述第一电池模组1bat补充充电，反之亦然；在对所述的第一电池模组1bat、第二电池模组2bat串联充电期间，若有任何一组电池模组的充电电压达到其最高允许电压或其电量soc达到约100%或模组内任一单体电池的端电压达到其允许的最高电压，所述的双向ac/dc主模块nbq立即停止充电。在所述的双向ac/dc主模块nbq停止充电后，未充满电的电池模组可由所述辅助ac/dc模块继续充电，直至充满电为止。
20.如图5所示，所述放电模式包括如下步骤：步骤d1、在对所述第一电池模组1bat和所述第二电池模组2bat串联放电的期间，若有任一电池模组的放电电压达到其最低允许电压或其电量soc达到约10%或电池模组内任一单体电池的端电压达到其允许的最低电压，所述双向ac/dc主模块nbq立即停止放电。
21.具体地，电池模组向电网放电时，所述双向ac/dc主模块nbq运行在放电状态，所述
第一电池模组1bat、第二电池模组2bat串联后经所述双向ac/dc主模块nbq向电网放电。在此期间，所述第一辅助单向ac/dc充电模块1cd、第二辅助单向ac/dc充电模块2cd处于停机状态。
22.虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。