CN101741123A - 车用高效电源智能化管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车用高效电源智能化管理系统，其包括：一高能电池组、与该高能电池组电性连接的高效快速充放电装置及主控制器，该高能电池组内包括数个串并联的高能自控单体电池模块、及与该高能自控单体电池模块连接的控制芯片矩阵，该每一高能自控单体电池模块内均包括一单体电池、及与单体电池连接的电池监控传感器。本发明提供的车用高效电源智能化管理系统，其可以解决动力电池高效快速充电、电动汽车的续航能力、为动力电池瞬间提供大电流等问题。

Description

车用高效电源智能化管理系统

技术领域

本发明涉及一种电源管理系统，尤其涉及一种车用的高效电源智能化管理系统。

背景技术

由于内燃机汽车所使用的石油资源日益短缺，加之其排放二氧化碳等温室气体、粉尘颗粒并制造噪音的弊端，电动汽车因其非常安静、不排放粉尘颗粒、且温室气体排放为零、符合绿色环保的要求等众多优点逐渐备受人们的青睐。随着对环境的重视，电动汽车作为无污染的交通工具越来越受到关注，有很好的发展前景。电动汽车及相关技术的发展，已经成为各工业国家具有重大战略意义的科技产业发展选题，我国已经电动汽车列为国家863重大攻关课题。而电动汽车的续航能力、充电时间和电池寿命，以及瞬间启动时间、最高时速等是影响电动汽车发展的重要因素。因此，国家863计划已将电动汽车动力蓄电池的管理装置列为重大专项关键技术攻关技术。同时，随着国家“绿色新能源计划”的发展，新能源汽车特别是电动汽车也得到了迅速发展，汽车在行驶过程中对电动汽车动力电池也提出了更高的要求。在电动汽车负载加重时如爬坡、加速或启动时，要求动力电池瞬间输送较大电流，这对于常规电池和电动汽车管理系统是难以胜任的，因此导致电池寿命短、工作异常、出现安全等诸多众所周知的问题，辅助驱动性能差。同时为了解决客户需电动汽车动力电池具有高效快速充电性能，并能提供较好的续航能力。

目前电动汽车用动力电池主要有四种：铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池和锂电池，由于锂电池具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、无污染等优点，是电动汽车发展的主要方向，但是锂电池最大的缺点是安全性比权限蓄电池、镍氢电池和镍镉电池都差，由于制造工艺方面的差异，每个单体锂电池其特性不可能完全一致，在其工作一段时间后这种差异就越明显，所以在对充、放电时就可能出现不平衡现象，即有的电池充电时电压达到上限电压，有的电池还没达到上限电压，这样就会出现个别电池超过其上限电压，当达到一定程度或由于过热或其它物理、化学性能出现异常超过规定范围时就会出现爆炸事故，这样就必须对每个单体电池进行检测、分流平衡，也就是说电动汽车的电池必须要有一套可行的可靠性强的车用电源管理系统，提高动力电池的能量效率和使用寿命。

而现有的电动汽车电源管理系统，大多存在系统复杂庞大、可靠性差、不利于网络通信等弊端。此外，电动汽车动力电源二次充电时间要求不能太长，为了减少蓄电池的充放电时间，一般采用大电流充放电的方式，但这样易造成电池性能减低甚至损坏，产生一些不安全的隐患，因此急需要对现有的电动汽车的电源管理系统作进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种车用高效电源智能化管理系统，其可以解决动力电池高效快速充电、电动汽车的续航能力、为动力电池瞬间提供大电流等问题。

为实现在上述目的，本发明提供一种车用高效电源智能化管理系统，其包括：一高能电池组、与该高能电池组电性连接的高效快速充放电装置及主控制器，该高能电池组内包括数个串并联的高能自控单体电池模块、及与该高能自控单体电池模块连接的控制芯片矩阵，该每一高能自控单体电池模块内均包括一单体电池、及与单体电池连接的电池监控传感器。

所述高能电池组内还包括一组独立的备用高能自控单体电池模块。

所述单体电池为具有超能隔离膜的单体电池，该具有超能隔离膜的单体电池包括一正电极、负电极、及设于该正、负电极之间的超能隔离膜。

所述超能隔离膜为纸状隔离膜，该纸状隔离膜分别采用磷、锂、铁、碳、钌、钴、铑、铱、镍、钯、及铂元素的溶液经多次浸泡，并采用空间定向、及喷射处理工艺制作而成。

所述纸状隔离膜采用高、低温交替处理工艺制作。

所述纸状隔离膜采用耐酸及耐碱性交替处理工艺制作。

所述高效快速充放电装置内包括高能电子组及数个高频、高能电容。

所述主控制器内包括输出模块、输入模块、及一具有CAN总线输出的中央处理器。

还包括一动力输出端口，高效快速充放电装置通过该动力输出端口向外输出电能。

还包括一GPS芯片，该GPS芯片与电池组电性连接，该GPS芯片上设有数字通信接口。

本发明的有益效果：本发明提供的车用高效电源智能化管理系统，其系统架构简单，能够对每个单体电池进行有效的监测和控制，避免了由于单体电池特性上的差异而导致个别单体电池电压过大，温度过高问题；该车用高效电源智能化管理系统采用具有新型超能隔离膜的单体电池，可极大地提高充电效率，为单体电池瞬间提供大电流，使汽车具有较好的续航能力；其还能根据汽车行驶状况、汽车负载的变化状况判断出汽车是处于制动减速状态，还是加速上坡状态或匀速状态，对汽车电源系统进行调整和管理，并做出相应的控制，以减少高能电池组的能量损失。此外，由于GPS芯片及数字通信接口的设置，使得该车用高效电源智能化管理系统具有网络通信的功能，更有利于网络化的远程系统管理。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。

附图中，

图1为本发明车用高效电源智能化管理系统一实施例的系统框图；

图2为本发明中高能电池组一实施例的组成示意图；

图3为本发明中具有新型超能隔离膜的单体电池的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其装饰效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。

如图1所示，本发明所提供的车用高效电源智能化管理系统，其包括：一高能电池组2、与该高能电池组2电性连接的高效快速充放电装置4及主控制器6。该车用高效电源智能化管理系统还包括一动力输出端口8，高效快速充放电装置4通过该动力输出端口8向外输出电能，主控制器6与汽车传感器连接，用来接收汽车传感器传来的车速信号、油门信号、电动汽车电机负载信号、及制动踏板信号等各方面信息。特别地，本发明的电池组2还可电性连接一GPS芯片10。

如图2所示，高能电池组2内包括数个串并联的高能自控单体电池模块22、及与该高能自控单体电池模块22连接的控制芯片矩阵24。特别地，该高能电池组2内还设有一组独立的备用高能自控单体电池模块(未图示)。

其中，该每一高能自控单体电池模块22内均包括一单体电池222、及与单体电池222连接的电池监控传感器224。该单体电池222可以为现有的普通动力电池，作为本法发明的一种优选实施例，该单体电池222为一种具有新型超能隔离膜的单体电池，将数个具有新型超能隔离膜的单体电池222与电池监控传感器224组成的高能自控单体电池模块22串并联组成高能电池组2的储能装置，另外在高能电池组2内集成一组独立的备用高能自控单体电池模块(未图示)。其中的具有新型超能隔离膜的单体电池222结构如图3所示，该具有新型超能隔离膜的单体电池222包括一正电极220、负电极240、及设于该正、负电极220与240之间的超能隔离膜230。该超能隔离膜230的作用是将正负电极分开，它能通过正离子，而阻挡电子。在充电时，正离子由单体电池222内的正电极220通过超能隔离膜230流向负电极240；放电时，正离子由单体电池222内的负电极240通过超能隔离膜230流向正电极220。因此正离子通过超能隔离膜230的通透率影响单体电池的充电效率。而本发明中具有新型超能隔离膜的单体电池222中的超能隔离膜230采用纸状隔离膜材料，分别通过磷、锂、铁、碳、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铂等众所周知可用的各种元素的不同溶液经多次浸泡，并经过高、低温交替处理工艺，及耐酸、耐碱性交替处理，然后经空间定向、喷射等处理制得。经过上述工艺处理后使超能隔离膜230具有多孔、高渗透性，还具有耐酸、耐碱性，这样极大地提高超能隔离膜的正离子通透率，使其具有高孔隙率、高吸液量、低电阻、厚度与孔隙率无直接关联、热稳定性好、高倍率放电性能等显著特色。该超能隔离膜230循环性能、热稳定性、高倍率放电性能优异，明显优于现有技术的隔离膜产品，且该超能隔离膜230具有很高的性能，现有隔离膜的正离子通透率在30％左右，而采上述工艺处理的纸状隔离膜的正离子通透率一般在大于50％左右，最大可达到96％，这样采用新型纸状隔离膜的单体电池222可极大地提高充电效率，在充电电流2C情况下，充电30分钟电池可达到容量的95％(指采用纸状超能隔离膜的磷酸铁锂电池)。进一步地，电池监控传感器224可检测电压、电流、温度和其他物理量，其可对单体电池222的电压、电流、温度等有关物理量和工作状态进行监测，并将监测信号传给控制芯片矩阵24。

控制芯片矩阵24主要对电池监控传感器224所检测到的电压、电流、温度和其他物理量信号进行分析处理，将处理后的信息向主控制器6传送，并根据主控制器6的指令进行相应的控制。在本发明中，控制芯片矩阵24根据电池监控传感器224传来的检测信号对每个高能自控电池模块22中的单体电池222的电压、电流、温度等综合特性控制指标进行分析，并根据这些信息判断每个单体电池222是否工作正常。若发现某个单体电池工作状态异常或坏死，控制芯片矩阵24立即启动对该单体电池所属的高能自控单体电池模块进行支持性维护或从高能电池组中屏蔽，并从备用的高能自控电池模块组中选一个备用高能自控电池模块替代该出现异常的高能自控电池模块的工作，加入到高能电池组2中，以保证整个高能电池组2的工作正常。同时，该控制芯片矩阵24把信息传给GPS芯片10。在本发明实施例中，当电池监控传感器224监测到某个高能自控电池模块22中的单体电池222的电压或电流偏大或其它综合性指标异常，影响到该单体电池222安全或电池组的正常工作时，则控制芯片矩阵24对该单体电池222进行限流，以降低流过此该单体电池222的电流，减小电流和电压，使该单体电池222工作在安全的电压、电流综合指标规定范围内。当温度增高时采用相似的方法减小单体电池222的电流，使该单体电池222的发热量下降，从而使单体电池222上的温度下降，进行过热保护，从而保证了高效自动单体电池模块22始终工作在最佳状态。在高能电池组2进行充电时，控制芯片矩阵24能根据每个高能自控电池模块22的实际电压、电流、温度的情况调整高能自控电池模块22中的单体电池222的充电电流，使单体电池222始终处在最佳的充电状态，这样能极大地提高高能电池组2的充电速度。另外，该控制芯片矩阵24可以对每个高能自控电池模块22中的单体电池222的剩余电量进行评估，从而评估高能电池组2的总剩余电量，当评估到高能电池组2的总剩余电量偏少时，立即发出报警信号，提醒使用者及时充电。

高效快速充放电装置4由高能电子组及数个高频、高能电容组成，高频、高能电容的特点是能够快速地充放电并能瞬间提供大电流。本发明中，该高效快速充放电装置4具有很高的能量密度、具有高频率、快速响应能力、可稳定高效释放电力、充放电寿命很长、可达500 000次或90 000小时、可以提供很高的充放电电流、及可以在十秒内甚至几秒钟快速充放电并能瞬间提供大电流等优异特性。该高效快速充放电装置4与高能电池组2的结合，和极大地提高高能电池的充放电性能。

该主控制器6内包括输出模块62、输入模块64、及一具有CAN总线输出的中央处理器66。其中，中央处理器66为核心部分，其一方面接收由高能电池组2和汽车传感器等其它模块传送的数据，另一方面向各模块传送控制指令，它还将各模块的数据进行处理、分析、整理，并将分析、整理后的数据信息传给显示模块显示，如将整个高能电池组2的总电压、当前总电流、各个高能自控电池模块22是否正常、高能电池组2总电量的剩余容量等有关信息传给显示模块进行显示，并可将这些数据向上一级系统传送。在本发明实施例中，当主控制器6接收到汽车传感器传来的车速信号、油门信号、电动汽车电机负载信号、及制动踏板信号等各方面信息，经过中央处理器66的分析处理后，判断汽车是处于制动减速状态，还是加速上坡状态或匀速状态，根据分析、判断的结果向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出相应指令，高能电池组2中的控制芯片矩阵24根据指令作出相应的动作，调整高能电池组2的供电电流及供电方式。

如当汽车在起步或加速时，汽车电机瞬间需要大的电流，这个状况通过汽车传感器转换成电动汽车电机负载信号传给主控制器6，经主控制器6中的中央处理器66分析、判断后，主控制器6向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出相应指令，控制芯片矩阵24根据这个指令切换与高效快速充放电装置4的连接方式，使高效快速充放电装置4直接给汽车电机供电，以提供瞬间大电流，同时高能电池组2给高效快速充放电装置4进行快速充电以补充能量。

当汽车下坡或减速时，汽车电机将产生回馈能量，这种状态通过汽车传感器转换成电动汽车电机负载或车速信号传给主控制器6，经主控制器6中的中央处理器66分析判断后，主控制器6向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出相应指令，高能电池组2中的控制芯片矩阵24根据指令切换高能电池组2与高效快速充放电装置4连接方式使之成为回馈、充电方式，高效快速充放电装置4储存汽车电机回馈的能量并向高能电池组2充电，提高能量利用率。

当汽车匀速行驶时，主控制器6中的中央处理器66根据汽车传感器传来的车速信号经分析处理后，向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出相应的控制指令，高能电池组2中的控制芯片矩阵24根据指令切换高能电池组2与高效快速充放电装置4连接使高能电池组2直接向汽车电机供电。

当汽车高速行驶时，主控制器6中的中央处理器66根据汽车传感器传来的车速信号分析处理后，向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出指令，高能电池组2中的控制芯片矩阵24根据主控制器6的指令提高高能自控电池模块2的放电电流，以满足汽车高速行驶的需要。

相反，当主控制器6中的中央处理器66根据汽车传感器传来的车速信号，经分析处理后，判断汽车为低速行驶时，向高能电池组2中的控制芯片矩阵24发出控制指令，高能电池组2中控制芯片矩阵24根据主控制器6的指令减小高能自控电池模块22的放电电流，以节约高能自控电池模块22的能量，提高汽车的续航能力。

GPS芯片10是一个全球定位芯片，它能与卫星进行无线传输，可将高能电池组2的工作状态与位置通过卫星发送给地面控制中心，使地面控制中心可以随时了解高能电池组2的工作状态和位置。在本发明实施例中，该GPS芯片10上设有数字通信接口，通过该数字通信接口及卫星把单体电池222的工作状况及整个高能电池组2的工作状态及位置发送到远处的地面管理控制中心，使地面控制中心能够随时了解高能电池组2的工作情况。当发生紧急情况时，地面控制中心可通过卫星、GPS芯片10向控制芯片矩阵24发送指令进行有关处理，另外控制芯片矩阵24把这些信息传给主控制器6，通过主控制器6将有关信息传送显示装置进行显示。

综上所述，本发明提供的车用高效电源智能化管理系统，其系统架构简单，能够对每个单体电池进行有效的监测和控制，避免了由于单体电池特性上的差异而导致个别单体电池电压过大，温度过高问题；该车用高效电源智能化管理系统采用具有新型超能隔离膜的单体电池，可极大地提高充电效率，为单体电池瞬间提供大电流，使汽车具有较好的续航能力；其还能根据汽车行驶状况、汽车负载的变化状况判断出汽车是处于制动减速状态，还是加速上坡状态或匀速状态，对汽车电源系统进行调整和管理，并做出相应的控制，以减少高能电池组的能量损失。此外，由于GPS芯片及数字通信接口的设置，使得该车用高效电源智能化管理系统具有网络通信的功能，更有利于网络化的系统管理。

以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，包括一高能电池组、与该高能电池组电性连接的高效快速充放电装置及主控制器，该高能电池组内包括数个串并联的高能自控单体电池模块、及与该高能自控单体电池模块连接的控制芯片矩阵，该每一高能自控单体电池模块内均包括一单体电池、及与单体电池连接的电池监控传感器。

2.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述高能电池组内还包括一组独立的备用高能自控单体电池模块。

3.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述单体电池为具有超能隔离膜的单体电池，该具有超能隔离膜的单体电池包括一正电极、负电极、及设于该正、负电极之间的超能隔离膜。

4.如权利要求3所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述超能隔离膜为纸状隔离膜，该纸状隔离膜分别采用磷、锂、铁、碳、钌、钴、铑、铱、镍、钯、及铂元素的溶液经多次浸泡，并采用空间定向、及喷射处理工艺制作而成。

5.如权利要求4所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述纸状隔离膜采用高、低温交替处理工艺制作。

6.如权利要求5所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述纸状隔离膜采用耐酸及耐碱性交替处理工艺制作。

7.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述高效快速充放电装置内包括高能电子组及数个高频、高能电容。

8.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，所述主控制器内包括输出模块、输入模块、及一具有CAN总线输出的中央处理器。

9.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，还包括一动力输出端口，高效快速充放电装置通过该动力输出端口向外输出电能。

10.如权利要求1所述的车用高效电源智能化管理系统，其特征在于，还包括一GPS芯片，该GPS芯片与电池组电性连接，该GPS芯片上设有数字通信接口。

Images