CN103944238B - 高稳定便于维护的大功率动力电池 - Google Patents

高稳定便于维护的大功率动力电池 Download PDF

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Abstract

一种大功率电池组,包括多个由单节电池或多个单节电池串联而成的电池单元,控制所述电池单元的输入或输出的电池管理单元,每个所述电池管理单元至少包括受电池管理单元的MCU控制的,允许大功率电池组中的其它电池单元给自身补电的电压动态平衡管理模块,各个所述电池单元的输出端并联连接。本发明具有可自身调节输出状态的故障率低的优点。

Description

高稳定便于维护的大功率动力电池
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高稳定便于维护的大功率动力电池,具体地说是一种适合于在需要各种大功率输出工作环境的大功率电池组。其应用领域包含:动力汽车电池,储能电站电池,太阳能储能电池,市政、经融、医院、通讯等重要领用的备电系统电池。
背景技术
[0002] 传统大功率电池组一般采用的方式为,先将多个电芯进行并联,然后组成串联回路,对外输出。这种电路结构存在的问题是这种大功率电池的生产需要从大量单体电池中挑选电气性能一致的电池进行串并组合,这样就造成电池厂家需要投入更多的人力去挑选电气性能一致的电池,增加了大功率电池生产成本,同时,被挑选出来的电池只能作为不良品废弃,使电池良品变低。此外,先并后串的联接方式,在后续的维护中会出一旦某个电池损坏了,则整组电池都需要报废,造成使用者的使用成本增大。
[0003] 中国专利文献CN102064592A公开了一种大功率电池装置,包括多个由单节电池或多个单节电池串接而成的电池单元,分别并接在所述多个电池单元输出端上的电池管理单元、多个分别连接在所述电池管理单元输出端并输出设定电压的电压转换单元,所述多个电压转换单元的输出端并接,各个电压转换单元有输出端均流信号,以确保各个电压转换单元输出功率相差不大。该发明具有不会由于电池本身的差异导致输出供电异常、使用中输出电压根据要求可以保持恒定的优点。
[0004] 但是,该发明还存在如下缺陷,一是在每个电池管理单元之后设有一个电压转换单元,在输出时,由于受到电压转换单元自身输出功率的限制,使得整个大功率电池组功率也受到限制,如果由某组电池单元受损不能工作,则整个大功率电池组的输出功率则明显下降,即便是在大功率电池组中的其它电池单元有富余的功能也无法输出;二是由于电压转换单元的存在,由于电压转换单元转换效率不可能达到100%,而使电池单元输出效率降低;三是由于电压转换单元的存在,使得整个大功率电池组的故障率增加。四是由于电压转换单元的存在,使得整个大功率电池组在功率转换的过程中存在热损耗的问题,如果处理不当,会导致内部电池的安全控制失效,造成着火或爆炸等安全隐患。
发明内容
[0005] 为了克服上述问题,本发明提供一种无电压转换单元的可自身调节输出状态的故障率低的大功率电池组。
[0006] 本发明的技术方案是:提供一种大功率电池组,包括多个由单节电池或多个单节电池串联而成的电池单元,控制所述电池单元的输入或输出的电池管理单元,每个所述电池管理单元至少包括受电池管理单元的MCU控制的,允许大功率电池组中的其它电池单元给自身补电的电压动态平衡管理模块,各个所述电池单元的输出端并联连接。
[0007] 作为对本发明的改进,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的电压检测模块,所述电压检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电压,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的电压值小于自身电池单元中的其它电池的电压值,且低于电池的输出电压预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
[0008] 作为对本发明的改进,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的电流检测模块,所述电流检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电流,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的电流值小于自身电池单元中的其它电池的电流值,且低于电池的输出电流预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
[0009] 作为对本发明的改进,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的温度检测模块,所述温度检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的温度,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的温度大于电池的温度预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
[0010] 作为对本发明的改进,所述电池管理单元的MCU至少是按下述流程工作的:
[0011] (51)、采集信息步骤,所述电池管理单元的MCU采集被管理的电池单元的温度、电压和电流信息;
[0012] (52)、电池温度判断步骤,判断被管理的电池单元的温度是否正常;如果是,则进入(53)步骤;如果否,则进入(54)步骤;
[0013] (53)、根据预定规则设置处理标志位;根据情况进入(55)或(56)步骤;
[0014] (54)、停止被管理的电池单元的充电或放电工作;
[0015] (55)、判断动态平衡充电标志是否异常,如果是进入(57)步骤,如果否进入(58)步骤;
[0016] (56)、判断动态平衡放电标志是否异常,如果是进入(59)步骤,如果否进入(60)步骤;
[0017] (57)、断开充电开关禁止充电进入脉冲充电模式;
[0018] (58)、打开充电开关允许充电;
[0019] (59)、断开放电开关禁止放电进入脉冲放电模式;
[0020] (60)、打开放电开关允许放电;
[0021] (61)、每隔预定时间,重复第(51)至(60)步骤。
[0022] 作为对本发明的改进,还包括主MCU,所述主MCU控制充电电路对所有的电池单元充电或控制所有的电池单元对外输出。
[0023] 作为对本发明的改进,还包括通信连接器,所述通信连接器将每个所述电池单元的电压、电流和温度传输给主MCU,所述主MCU依据预定规则控制每个所述电池单元的输出或输入。
[0024] 作为对本发明的改进,所述主MCU是按下述流程工作的:
[0025] (81)、依次向电池管理单元发送获取数据命令;
[0026] (82)、判断数据接收是否成功,如果否,返回第(81)步骤,如果是,进入第(83)步骤;
[0027] (83)、解析数据,并存储电压、电流和温度数据;
[0028] (84)、将电压和电流数据与预设的判断规则进行比较,判断所有电池单元是否需要充电;如果是,则进入(85)步骤,如果否则进入(86)步骤;
[0029] (85)、进入充电子程序;
[0030] ( 86 )、进入放电子程序;
[0031] (87)、定时重得执行第(81)至(86)步骤。
[0032] 作为对本发明的改进,所述充电子程序包括如下步骤:
[0033] (851)、从第(84)步骤获取相关数据;
[0034] (852 )、判断是否有充电异常标志位,如有异常则进入(853 )步,如果无异常则进入(858)步;
[0035] (853)、检测第一电池单元充电是否异常,如果是,进入(854)步,如果否,进入(855)步;
[0036] (854)、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作;
[0037] (855)、依次检测第二......第N电池单元,如果某一电池单元充电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(856);如果没有异常则进入
(857)步;
[0038] (857)、返回第(852)步;
[0039] (858)、允许充电;
[0040] (859)、检测各电池单元的总电压是否达到预定值,如果是,进入(8592)步;如果否,进入(8591)步;
[0041] (8591)、调成小电流充电;
[0042] (8592)、调成大电流充电;
[0043] (8593)、充电结束,返回第(851)步。
[0044] 作为对本发明的改进,所述放电子程序包括如下步骤:
[0045] (861)、从第(84)步骤获取相关数据;
[0046] (862)、判断是否有放电异常标志位,如有异常则进入(864)步,如果无异常则进入(863)步;
[0047] (863)、一直放电,返回第(861)步;
[0048] (864)、根据规则进入下述各电池单元的检测;
[0049] (865)、检测第一电池单元放电是否异常,如果是,进入(866)步,如果否,进入(867)步;
[0050] (866)、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作;
[0051] (867)、依次检测第二......第N电池单元,如果某一电池单元放电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(868);如果没有异常则进入(869)步;
[0052] (869)、返回第(862)步。
[0053] 本发明由于采用了电池单元的输出端直接并联,可以克服现有技术中受到电压转换单元自身输出功率的限制,使得整个大功率电池组功率也受到限制的问题,提高了电池的输出功率,且减少故障点;采用电压动态平衡管理模块可以实现各电池单元之间的相互充电,以保证整个大功率电池组的输出电压基本一致,但又对各电池单元的输出功率没有影响;采用自身的电池管理单元监测到每个电池单元中的每一节电池的电压和电流,与现有技术中只监测每个电池单元的总电压和总电流相比,它可以克服电池单元也行存在某一节电池已损坏,而其电池单元的总电压和总电流还符合要求时,由于其中的单个电池的损坏而存在的安全隐患。
附图说明
[0054]图1是本发明的一种实施例的方框结构示意图。
[0055] 图2是图1中电池管理单元的方框结构示意图。
[0056] 图3是电池管理单元的工作流程示意图。
[0057] 图4是主MCU工作流程示意图。
[0058] 图5是图4中充电子程序工作流程不意图。
[0059] 图6是图4中放电子程序工作流程示意图。
具体实施方式
[0060] 请见图1和图2,图1和图2揭示的是一种大功率电池组,包括多个(N个)电池单元1、2......N,控制所述电池单元1、2......N的输入或输出的与电池单元1、2......N数量相等的电池管理单元101、102……10N,每个所述电池管理单元101、102……1N包括受电池管理单元的MCU 205控制的,允许大功率电池组中的其它电池单元给自身补电的电压动态平衡管理模块201,各个所述电池单元1、2……N的输出端并联连接。本实施例中,所述电压动态平衡管理模块201的作用可举例如下,假设电池管理单元的MCU 205检测到第一电池单元I的电压值小于其它的电池单元22……N中某一个电池单元或某此电池单元的电压,并且电压差值大于了预设的电压差值(如电池单元之间的输出电压相差30%以上),则允许满足条件的其它电池单元给自身(即第一电池单元I)补电,实现动态平衡,其它的电池单元的补电与此类似,均由各自的电池管理单元的电压动态平衡管理模块完成;以保证整个大功率电池组的输出电压基本一致,但又对各电池单元的输出功率没有影响。本实施例中的电池单元1、2……N可以是由单节电池或多个单节电池串联而成的。本发明由于采用了电池单元的输出端直接并联,可以克服现有技术中受到电压转换单元自身输出功率的限制,使得整个大功率电池组功率也受到限制的问题,提高了电池的输出功率,且减少故障点。
[0061] 请参见图2,每个所述电池管理单元101、102……1N还包括受电池管理单元的MCU 205控制的电压检测模块202,所述电压检测模块202依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电压,以第一电池单元I为例,第一电压检测模块需依次循环的检测电池11、12……IN的电压,并输送给自身的电池管理单元的MCU 205,如果其中一节电池的电压值小于自身电池单元中的其它电池的电压值,且低于电池的输出电压预设值时(即证明该节电池已损坏,不可再用,如果继续使用就存在安全隐患),所述电池管理单元的MCU 205通过各自的内部开关K1、K2……Kn切断自身电池单元的输出,以确保电池组的安全;当然,每个所述电池管理单元101、102……1N还可以包括受电池管理单元的MCU 205控制的电流检测模块203,所述电流检测模块203依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电流,并输送给自身的电池管理单元的MCU 205,如果其中一节电池的电流值小于自身电池单元中的其它电池的电流值,且低于电池的输出电流预设值时,所述电池管理单元的MCU205通过各自的内部开关Κ1、Κ2……Kn切断自身电池单元的输出。其工作原理与电压检测模块202工作原理相同,这里不再赘述。
[0062] 优选的,每个所述电池管理单元101、102……1N还可包括受电池管理单元的MCU205控制的温度检测模块204,所述温度检测模块204依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的温度,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的温度大于电池的温度预设值时,所述电池管理单元的MCU 205通过各自的内部开关K1、K2……Kn切断自身电池单元的输出。
[0063] 优选地,本发明还可以包括主MCU 21,所述主MCU 21控制充电电路对所有的电池单元充电或控制所有的电池单元对外输出,并实现对外输出或对各电池单元的充电输入,其具体工作过程见下述。
[0064] 优选地,本发明还包括通信连接器22,本实施例中采用的是型号为RS485的通信连接器,所述通信连接器22将每个所述电池单元的电压、电流和温度传输给主MCU 21,所述主MCU 21依据预定规则也可以控制每个所述电池单元的输出或输入,主MCU 21还可以将相关通信信息通过通信端口上传给后台服务器。
[0065] 请参见图3,所述电池管理单元的MCU至少可以是按下述流程工作的:
[0066] (51)、采集信息步骤,所述电池管理单元的MCU采集被管理的电池单元的温度、电压和电流信息;
[0067] (52)、电池温度判断步骤,判断被管理的电池单元的温度是否正常;如果是,则进入(53)步骤;如果否,则进入(54)步骤;
[0068] (53)、根据预定规则设置处理标志位;根据情况进入(55)或(56)步骤;
[0069] (54)、停止被管理的电池单元的充电或放电工作;
[0070] (55)、判断动态平衡充电标志是否异常,如果是进入(57)步骤,如果否进入(58)步骤;
[0071] (56)、判断动态平衡放电标志是否异常,如果是进入(59)步骤,如果否进入(60)
步骤;
[0072] (57)、断开充电开关禁止充电进入脉冲充电模式;
[0073] (58)、打开充电开关允许充电;
[0074] ( 59 )、断开放电开关禁止放电进入脉冲放电模式;
[0075] (60)、打开放电开关允许放电;
[0076] (61)、每隔预定时间,重复第(51)至(60)步骤。
[0077] 请参见图4,所述主MCU是按述流程工作的:
[0078] (81)、依次向电池管理单元发送获取数据命令;
[0079] (82)、判断数据接收是否成功,如果否,返回第(81)步骤,如果是,进入第(83)步骤;
[0080] (83)、解析数据,并存储电压、电流和温度数据;
[0081] (84)、将电压和电流数据与预设的判断规则进行比较,判断所有电池单元是否需要充电;如果是,则进入(85)步骤,如果否则进入(86)步骤;
[0082] (85)、进入充电子程序;
[0083] ( 86 )、进入放电子程序;
[0084] (87)、定时重得执行第(81)至(86)步骤。
[0085] 请参见图5,所述充电子程序包括如下步骤:
[0086] (851)、从第(84)步骤获取相关数据;
[0087] (852 )、判断是否有充电异常标志位,如有异常则进入(853 )步,如果无异常则进入
(858)步;
[0088] (853)、检测第一电池单元充电是否异常,如果是,进入(854)步,如果否,进入(855)步;
[0089] (854)、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作;
[0090] (855)、依次检测第二......第N电池单元,如果某一电池单元充电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(856);如果没有异常则进入(857)步;
[0091] (857)、返回第(852)步;
[0092] (858)、允许充电;
[0093] (859)、检测各电池单元的总电压是否达到预定值,如果是,进入(8592)步;如果否,进入(8591)步;
[0094] (8591)、调成小电流充电;
[0095] (8592)、调成大电流充电;
[0096] (8593)、充电结束,返回第(851)步。
[0097] 请参见图6,所述放电子程序包括如下步骤:
[0098] (861)、从第(84 )步骤获取相关数据;
[0099] (862)、判断是否有放电异常标志位,如有异常则进入(864)步,如果无异常则进入(863)步;
[0100] (863)、一直放电,返回第(861)步;
[0101] (864)、根据规则进入下述各电池单元的检测;
[0102] (865)、检测第一电池单元放电是否异常,如果是,进入(866)步,如果否,进入(867)步;
[0103] (866)、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作;
[0104] (867)、依次检测第二......第N电池单元,如果某一电池单元放电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(868);如果没有异常则进入(869)步;
[0105] (869)、返回第(862)步。

Claims (7)

1.一种大功率电池组,包括多个由单节电池或多个单节电池串联而成的电池单元,控制所述电池单元的输入或输出的电池管理单元,其特征在于:每个所述电池管理单元至少包括受电池管理单元的MCU控制的,允许大功率电池组中的其它电池单元给自身补电的电压动态平衡管理模块,各个所述电池单元的输出端并联连接; 所述电池管理单元的MCU至少是按下述流程工作的: (51)、采集信息步骤,所述电池管理单元的MCU采集被管理的电池单元的温度、电压和电流ig息; (52)、电池温度判断步骤,判断被管理的电池单元的温度是否正常;如果是,则进入(53)步骤;如果否,则进入(54)步骤; (53)、根据预定规则设置处理标志位;根据情况进入(55)或(56)步骤; (54)、停止被管理的电池单元的充电或放电工作; (55)、判断动态平衡充电标志是否异常,如果是进入(57)步骤,如果否进入(58)步骤; (56)、判断动态平衡放电标志是否异常,如果是进入(59)步骤,如果否进入(60)步骤; (57)、断开充电开关禁止充电进入脉冲充电模式; (58)、打开充电开关允许充电; (59)、断开放电开关禁止放电进入脉冲放电模式; (60)、打开放电开关允许放电; (61)、每隔预定时间,重复第(51)至(60)步骤。
2.根据权利要求1所述的大功率电池组,其特征在于,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的电压检测模块,所述电压检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电压,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的电压值小于自身电池单元中的其它电池的电压值,且低于电池的输出电压预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
3.根据权利要求1或2所述的大功率电池组,其特征在于,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的电流检测模块,所述电流检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的电流,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的电流值小于自身电池单元中的其它电池的电流值,且低于电池的输出电流预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
4.根据权利要求1或2所述的大功率电池组,其特征在于,每个所述电池管理单元还包括受电池管理单元的MCU控制的温度检测模块,所述温度检测模块依次循环地检测自身电池单元中的每节电池的温度,并输送给自身的电池管理单元的MCU,如果其中一节电池的温度大于电池的温度预设值时,所述电池管理单元的MCU切断自身电池单元的输出。
5.根据权利要求1所述的大功率电池组,其特征在于,还包括主MCU,所述主MCU控制充电电路对所有的电池单元充电或控制所有的电池单元对外输出。
6.根据权利要求5所述的大功率电池组,其特征在于,还包括通信连接器,所述通信连接器将每个所述电池单元的电压、电流和温度传输给主MCU,所述主MCU依据预定规则控制每个所述电池单元的输出或输入。
7.根据权利要求5或6所述的大功率电池组,其特征在于,所述主MCU是按下述流程工作的: (81)、依次向电池管理单元发送获取数据命令; (82)、判断数据接收是否成功,如果否,返回第(81)步骤,如果是,进入第(83)步骤; (83)、解析数据,并存储电压、电流和温度数据; (84)、将电压和电流数据与预设的判断规则进行比较,判断所有电池单元是否需要充电;如果是,则进入(85)步骤,如果否则进入(86)步骤; (85)、进入充电子程序; (86)、进入放电子程序; (87)、定时重得执行第(81)至(86)步骤; 所述充电子程序包括如下步骤: (851)、从第(84)步骤获取相关数据; (852)、判断是否有充电异常标志位,如有异常则进入(853)步,如果无异常则进入(858)步; (853)、检测第一电池单元充电是否异常,如果是,进入(854)步,如果否,进入(855)步; (854)、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作; (855)、依次检测第二……第N电池单元,如果某一电池单元充电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(856);如果没有异常则进入(857)步; (857)、返回第(852)步; (858)、允许充电; (859)、检测各电池单元的总电压是否达到预定值,如果是,进入(8592)步;如果否,进入(8591)步; (8591)、调成小电流充电; (8592)、调成大电流充电; (8593)、充电结束,返回第(851)步; 所述放电子程序包括如下步骤: (861)、从第(84)步骤获取相关数据; (862)、判断是否有放电异常标志位,如有异常则进入(864)步,如果无异常则进入(863)步; (863)、一直放电,返回第(861)步; (864)、根据规则进入下述各电池单元的检测; (865)、检测第一电池单元放电是否异常,如果是,进入(866)步,如果否,进入(867)步; (866 )、关断第一电池管理单元的内部开关,使第一电池单元停止工作; (867)、依次检测第二……第N电池单元,如果某一电池单元放电出现导常,则关断相应电池管理单元的内部开关,使相应的电池单元停止工作(868);如果没有异常则进入(869)步; (869)、返回第(862)步。
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