淘汰動力電池剩余容量充分利用的關鍵技術研究

王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

淘汰動力電池剩余容量充分利用的關鍵技術研究

王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

隨著電力需求的快速增長趨勢，伴隨著一次性能源的耗竭，新能源技術便受到人們越來越多的關注，但是新能源有其自身的限制，導致其不能直接接到電網進行電能供應，因此需要大型儲能電站其能量池作為緩沖達到削峰填谷的目的。另一方面新能源汽車淘汰下來的動力電池由于其能量密度降低導致其不適合用于動力輸出，但其完全可勝任于其他場合。然而車用等淘汰電池性能具有很大差異，在電能存儲或輸出時很難使其剩余容量得到充分利用。因此，本文介紹一種組合級聯式儲能系統，可以通過差異化充放電，實現電池SOC的自均衡。

動力電池；儲能；梯次利用

1 國內外研究動態

（1）退役動力電池開發利用現狀

在商業運用方面，日產汽車和住友集團合資從事電動汽車廢棄電池的再利用，將在日本和美國銷售或租賃的日產Leaf汽車的二手電池用于住宅和商用的儲能設備。美國通用公司與瑞典ABB集團聯合開展了車載鋰電池再利用的調查與研究，包括智能電網方面，用來存儲太陽電池系統和風力發電系統等所產生的電力。

（2）大容量儲能系統電池管理技術的發展現狀

目前有大量的動力電池從電動汽車淘汰下來，伴隨著國家對儲能市場的逐漸重視，因為淘汰動力電池的管理技術是大容量儲能的關鍵因素，國內相應的廠家便敏銳的注意到這一點，從而各廠商都開始自主的研發相應的電池管理系統。

2 電池組級聯式的基本工作原理

儲能電池的組合級聯式功率轉換系統的原理圖如圖1所示，該系統是由若干塊經過一定的篩選機理篩選出具有相似特性的退役動力電池構成的電池組，經過電力電子器件構成的大功率變化器進行級聯。電池組可以通過雙向變化器與電網側進行能量的交換，可按照實際的需求通過后臺智能控制系統單獨的對每一個電池組進行充電或放電。

該級聯方式具有獨立受控、模塊化、可更換的動力輸出與儲能一體化單元特點。這種級聯方式可以避免鋰離子電池不能大量串聯的先天不足，從而得到高電平的輸出，諧波特性較好。同時顧及到蓄電池的充放電特性，不同運行環境下電池端電壓會有差異，借用DC/DC靈活的電壓匹配特點，很好的協調蓄電池的離散特性。另一方面DC/DC具有調壓的作用，也可以降低電池組端電壓一致性的要求。因此其最大的優點便是對電池的要求降低，適應能力較強，對電池組有較寬的電壓匹配能力，同時加上其可以獨立受控便于集中調度，從而可快速的響應，適應大容量系統充放電。

2.1 SOC自均衡控制基本原理

如圖一所示對稱的三相中每一項內部均為串聯結構，因此流過每個電池組的電流相等，從而每一組吸收或者發出的功率可通過控制其端電壓的幅值來實現。三相為對稱運行，所以這里以A相為例介紹。

A相串聯的各鋰電池組平均SOC為：

/n

A相內個電池組的糾正△SOC變化量為：

△

根據△SOC的值對同相內各組進行幅值的微調，從而達到差異化充放電的目的，最終使同相內各電池組達到平均值。其原理控制圖如圖2所示，經相應的調節各調制信號為：

圖1 級聯技術原理圖

圖2 SOC控制示意圖

式中，為比例系數，充放電控制系數，其值可取為±1。

上式表明，如果第j組的小于平均值，系統充電時，相應組的微調幅值較大，則可多充電達到SOC平衡；系統放電時，相應組的微調幅值較小，則可少放電達到SOC平衡。因此總電壓為：

3 結束語

采用獨立電池組間的組合級聯式不僅可以實現大功率的電能沖放，因為其鏈式結構電壓等級可以有效的提高，從而并網傳送時可以省去變壓器，避免傳統的公共直流母線的環流效應。針對淘汰電池性能的嚴重不一致性，提出一種差異化的控制策略。

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［2］于水，基于新能源發電儲能系統的研究［J］.中國電業（技術版），2013（7）：88-91.

［3］韓路，賀狄龍，劉愛菊，等.動力電池梯次利用研究進展［J］.電源技術，2014，38（3）：548-550.

TM912

A

1671-3818（2016）10-0059-01

王豐偉（1990-），男，遼寧蓋州人，研究生，研究方向：電力系統。