一种能量自均衡的二次电池储能系统的制作方法
一种具有自平衡能量的二次电池储能系统的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及二次电池储能领域，具体涉及一种具有能量自平衡功能的二次电池储能系统。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机与环境污染日趋严重，新型无二次污染能源逐渐受到世界各国政府、研究机构及企业的重视，太阳能、风能等无污染可再生能源的应用逐渐成为能源焦点之一，而电动汽车也受到世界各国政府的大力推广，以缓解能源及环境污染的压力。
[0003] 在各种可再生、无污染能源及电动汽车的推广使用中，储能是其中最重要的环节之一。二次电池储能系统作为可再生的储能方式之一也逐渐受到重视和推广。由于二次电池单体电池的局限性，储能系统通常需要采用多个单体电池进行合理的串并联组合并配备合适的能量管理系统或电池管理系统才能组成整个储能系统，如太阳能路灯的储能电池，通常由单体电池串联、并联组成12V或24V的小型储能系统及所需的容量。
[0004] 目前，常规储能系统的设计方式是直接使用所需容量的电池或先采用并联的方式将单只电池的容量组合起来达到所需容量的电池模块。例如，若需要10Ah的系统容量，可以并联50只18650锂离子圆柱电池，再将满足设计要求容量的电池模块串联起来，与电池管理系统或保护板组成回路，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] 首先从成本和工艺简化的角度考虑，圆柱形小容量（容量不超过）电池目前较为成熟，因此各种储能系统中越来越多地采用小圆柱形电池。但是这种方式受到电池容量的限制，系统容量越大，需要的电池数量就越多。因此对集成技术和系统集成工艺的要求也更高，安全隐患也会更加突出，严重影响储能系统的寿命。
[0006]其次，由于受电池保护板均衡电流大小的影响，系统容量过大的电池模块的均衡作用不显著，甚至对储能系统的使用没有实质性的帮助。
[0007] 第三，在现有的“先并联提高容量，再串联提高电压”的设计模式下，任何一个电池单元或电池模块出现故障，都会导致储能系统无法工作，影响产品的使用。同时，即使电池模块没有出现短路等严重问题，只要存在自放电导致的容量不一致，系统的工作时间就可能大大缩短，而且这种“工作时间缩短”是不规律的，逐渐加剧，直至整个系统无法工作。因此，系统的工作可预测性很差，维护成本很高。
【实用新型内容】
本发明的目的在于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设计，能够降低上述问题造成的系统无法工作/工作时间缩短的问题，并且通过采用独特的串并联设计及能量自平衡技术，提高系统中电池单体/电池模块的一致性，从而延长储能系统的使用寿命。
为了达到上述目的，本实用新型提供的技术解决方案是：
[0010] 能量自平衡二次电池储能系统包括多个并联连接的储能单元；储能单元包括保护板以及与保护板串联连接的多个电池模块。
[0011] 其中，电池模组由电池单元并联输出连接件和多个电池单元组成，多个电池单元通过电池单元并联输出连接件并联连接。电池单元包括但不限于铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池或锂离子电池；电池单元并联输出连接件包括但不限于镍片、铜片、铜镍合金或镀镍钢板；电池单元与电池单元并联输出连接件通过电阻焊、锡焊、激光焊或超声波焊连接。
下面对本实用新型进一步说明：
本实用新型采用少量电池并联组成电池模块，再串联组成储能单元，若干个储能单元并联组成所需的储能系统。保护板在均衡电流不大的情况下，对于容量较小的电池模块依然有明显的均衡作用，提高了同一串联电路中电池模块之间的一致性。若干个储能单元并联组成的储能系统，可以相互进行能量均衡，单个储能单元之间的电池模块通过保护板进行均衡，从而实现整个储能系统的能量自平衡功能。另外，当只有两个储能单元并联组成储能系统时，保护板的保护优先采用过压和/或欠压保护。为了保证正常的储能单元不被保护，在只有两个储能单元的储能系统中，通常不启动过流保护。本实用新型将传统的大容量模块分解为小容量模块，降低了对电芯的要求，降低了成本，并且在保护板均衡电流不能做得很大的情况下，可以提高均衡效果，延长使用寿命。同时，如果任何一个电池模块发生故障，整个储能系统仍然可以工作，降低了维护维修费用和综合使用成本。由于目前电池单体制造的一致性水平短期内无法明显提高，本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，在现有的二次电池储能系统中，如前所述，通常采用多块小容量电池并联后串联，并采用串联所需的电池保护系统，构成符合实际需要的储能系统。这种系统存在安全可靠性差、均衡功能不明确、对电池一致性要求高、使用寿命短、综合使用成本高等缺陷。本实用新型针对上述传统产品的缺陷，提出一种具有自均衡功能的新型二次电池储能系统。
[0015] 首先，将合适结构形式的二次电池按照设计数量要求进行并联，组成电池模组。二次电池是指可以充电、放电的单体电池，包括但不限于铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池、锂离子电池等；二次电池的结构形式包括但不限于圆柱形、方形、软包封装等；设计数量主要与电池电芯的一致性、储能系统的总容量、使用环境及寿命要求等有关；并联连接方式包括但不限于焊接、螺栓连接等。
[0016] 其次，上述电池模块按一定数量串联，一定数量主要与整个储能系统的电压有关，具体为储能系统的额定电压与电池模块的额定电压的比值，其值为1至1000的整数；串联的工艺技术包括但不限于焊接、螺栓连接、铆接等；电池模块按要求串联后与保护板串联组成储能单元，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；均衡能力的均衡电流范围为1mA至5A；保护板可在动态或静态条件下调节储能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，从而提高储能单元中各电池模块的一致性，延长使用寿命，降低整体成本。
[0017] 第三，将上述容量、电压、物理尺寸相近的储能单元按照一定的数量进行并联，其中，该一定数量与整个储能系统的容量有关，具体为储能系统的额定容量与储能单元的额定容量的比值，该比值为1至1000之间的整数；并联的工艺技术包括但不限于焊接、螺栓连接、铆接等。
[0018] 在储能系统中，一旦某个储能单元出现电压故障，比如使用过程中输出电压偏低，则必须由另外一个储能单元对故障的储能单元进行功率补充，以平衡储能单元之间的电压和容量；而当某个储能单元的电压下降幅度非常大时，比如其中一个电池模块突然短路，由于电池模块电压偏低，保护板会优先断开故障的储能单元，并切断故障储能单元保护板内的MOS管，保证其它正常的储能单元正常工作。