CN105489951B - 一种电池模组及其构成的分布式电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池模组及其构成的分布式电源系统，电池模组包括开关部件、控制部件和电池组；并且，电池组由若干电池串联构成，控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，用于分别接收的启动触发信号和充电触发信号；控制部件根据启动触发信号或充电触发信号，控制开关部件闭合，使电池组工作在待用状态或充电状态；开关部件闭合后，电池组通过供电线路对外供电或通过充电线路进行充电时，控制部件实时监测电池组的状态信息，并在电池组的状态信息异常时，控制开关部件断开，使电池组进入停用状态本发明显著地提高电池模组工作的安全性和可靠性。

Description

一种电池模组及其构成的分布式电源系统
技术领域
本发明涉及动力电池领域，特别涉及一种电池模组及其构成的分布式电源系统。
背景技术
近年来，电动汽车越来越受到广泛的关注，动力电池作为电动汽车的核心技术，极大程度地影响着电动汽车行业的发展。传统的做法是在电动汽车内安装多个电池组，多个电池组串接在一起来供电，但是一旦其中任何一个电池组损坏，则其他的电池组将无法供电。电池系统的控制模式是集中模式，采集可能分散但控制主体集中于系统主机中，安装维护操作复杂。遇到电池故障时更换费时，且在电池包容量大时容易有安全隐患。电池系统跟偏向于定制化的设计制造，成本高，后期用户更改配置可能性小，或选择余地小。
为了避免出现上述的情况，将各个电池组相互独立设置，并由电池管理系统来管理，一旦其中任何一个电池组损坏，其他电池组不受影响，仍在电池管理系统的控制下工作。但是实质上，这样的方式属于一级管理，可靠性不高，一旦电池管理系统出现故障，则所有电池组都将无法供电，存在极大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于实现电源系统中的各个电池模组之间真正的相互独立，提高电源系统的安全性和可靠性，提供一种电池模组及其构成的分布式电源系统，
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种电池模组，其包括开关部件、控制部件和电池组；并且，
所述电池组由若干电池串联构成，所述控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，用于接收启动触发信号和充电触发信号；
所述控制部件根据所述启动触发信号或充电触发信号，控制所述开关部件闭合，使所述电池组工作在待用状态或充电状态；
所述开关部件闭合后，所述电池组通过供电线路对外供电或通过充电线路进行充电时，所述控制部件实时监测所述电池组的状态信息，并在所述电池组的状态信息异常时，控制所述开关部件断开，使所述电池组进入停用状态。
根据一种具体的实施方式，所述电池组连续处于待用状态并超过预设时间阈值后，所述控制部件控制所述开关部件断开，使所述电池组进入所述停用状态，其中，所述控制部件由外部电源提供电能工作。
根据一种具体的实施方式，所述开关部件为双稳态开关，所述双稳态开关设置在所述电池组的供电线路和充电线路上，并由所述控制部件控制所述双稳态开关闭合和断开。
根据一种具体的实施方式，所述双稳态开关为磁保持开关或电机驱动开关。
根据一种具体的实施方式，所述控制部件包括电池管理单元和电池均衡单元，所述电池组中的电池具有输出线正极线、负极线、电压信号线和电流信号线；其中，
所述电池管理单元分别与所述电池组中的每个电池的所述电压信号线和所述电流信号线连接，用于获取每个电池的电压与电流信息；所述电池管理单元与设置在所述电池组中的温度传感器连接，用于获取所述电池组的温度信息；
所述电池均衡单元分别与每个电池的所述正极线和所述负极线连接，并且所述电池管理单元根据每个电池的电压与电流信息，控制所述电池均衡单元均衡所述电池组中失配的电池。
根据一种具体的实施方式，所述电池组的供电线路和充电线路上分别设置有熔断器和霍尔传感器，其中，所述电池管理单元与所述霍尔传感器连接，用于检测所述电池组的供电电流和充电电流；所述熔断器，用于防止过流，而造成元件损坏。
根据一种具体的实施方式，所述电池管理单元还具有RS485或CAN或工业以太网的通信端口，当外设设备与所述通信端口连接时，所述电池管理单元将其检测的状态信息输出至所述外设设备。
基于同一发明构思，本发明还提供一种利用本发明的电池模组构成的分布式电源系统，包括供电母线、充电母线和若干相互独立运行的电池模组，并且所述电池模组通过所述供电母线对外供电和通过所述充电母线进行充电，其特征在于，所述电源系统包括启动触发装置和充电接口单元；其中，
每个所述电池模组分别与所述启动触发装置和所述充电接口单元连接，用于在所述启动触发装置输出的启动触发信号控制下，使所述电池模组与所述供电母线连接，进入供电状态或待用状态，或者在所述充电接口单元输出的充电触发信号的控制下，使所述电池模组与所述充电母线连接，以进入充电状态。
根据一种具体的实施方式，所述电池模组包括开关部件、控制部件和电池组，其中，
所述控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，所述控制部件通过所述启动触发端口与所述启动触发装置连接，以获取所述启动触发信号，以及通过所述充电触发端口与所述充电接口单元连接，以获取所述充电触发信号；
所述控制部件与所述开关部件连接，并且当所述控制部件获取到所述启动触发信号或所述充电触发信号后，控制所述开关部件的闭合，使所述电池模组与所述供电母线连接，以进入供电状态或待用状态，或者使所述电池模组与所述充电母线连接，以进入充电状态；并且，所述开关部件闭合后，所述电池组对外供电或进行充电时，所述控制部件实时监测所述电池组的状态信息，并在所述电池组的状态信息异常时，控制所述开关部件断开，使所述电池组进入停用状态。
根据一种具体的实施方式，所述电源系统具有蓄电池，由所述蓄电池为每个所述电池模组的所述控制部件提供工作所需的电能，并且所述蓄电池在电池模组对外供电时，通过与所述供电母线连接进行充电。
根据一种具体的实施方式，所述启动触发装置包括机械开关和信号转换电路，所述信号转换电路根据所述机械开关的闭合，生成所述启动触发信号；
所述充电接口单元包括充电接口以及接口监测电路，所述接口监测电路根据所述充电接口中插入的充电接头，生成所述充电触发信号。
根据一种具体的实施方式，所述电池管理单元具有RS485或CAN或工业以太网的通信端口，所述电源系统具有网关单元或网桥单元；
每个所述电池模组的所述通信端口与所述网关单元或所述网桥单元连接，用于将所述电池模组的状态信息输出至所述电源系统的外部应用。
根据一种具体的实施方式，所述电源系统通过所述网关单元或所述网桥单元对所述电池模组的状态信息，进行通信接口和/或数据格式变换。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中的电池模组，只有在接收到启动触发信号或充电触发信号，才闭合开关部件，电池模组进入待用状态或者充电状态，并且电池模组通过供电母线供电或通过充电母线充电时，控制部件根据其监测的电池模组的状态信息，控制开关部件断开，实现了电池模组的独立控制。
另一个方面，本发明中的分布式电源系统，包括若干个电池模组，并通过启动触发装置和充电接口单元，输出启动触发信号或充电触发信号至电源系统中的电池模组，使每个电池模组进入待用状态或者充电状态，并且电池模组之间均由自身独立控制，一旦有电池模组出现异常，则出现异常的电池模组自动脱离系统，其余的电池模组仍正常工作或处于待用状态。因此，本发明的分布式电源系统具有很好的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明电池模组的结构示意图；
图2是本发明控制部件的结构示意图
图3是本发明电池模组的一种实施结构示意图；
图4是本发明分布式电源系统的结构示意图；
图5是本发明分布式电源系统中电池模组的连接示意图；
图6是本发明分布式电源系统的一种实施结构示意图
图7是本发明分布式电源系统的充电接口单元和启动触发装置的示意图；
图8是本发明分布式电源系统的另一种实施结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
结合图1所示的本发明电池模组的结构示意图；本发明的电池模组包括开关部件、控制部件和电池组。
其中，电池组由若干电池串联构成，控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，用于接收的启动触发信号和充电触发信号。
控制部件根据启动触发信号或充电触发信号，控制开关部件闭合，使电池组工作在待用状态或充电状态。
开关部件闭合后，电池组通过供电线路对外供电或通过充电线路进行充电时，控制部件实时监测电池组的状态信息，并在电池组的状态信息异常时，控制开关部件断开，使电池组进入停用状态。
具体的，当电池组通过供电线路为负载供电或通过充电线路获取充电电能时，控制部件实时监测的电池组的状态信息出现异常，如电池组温度过高、充电电流过高、放电不稳定等情况，控制部件控制开关部件断开，使电池组进入停用状态，避免造成器件的损坏和引起安全隐患。
在本发明中，如果电池组连续处于待用状态并超过预定时间，控制部件控制开关部件断开，使电池组进入停用状态，避免电池组的电量出现损耗，而且控制部件由外部电源提供电能工作，控制部件与电池组相互独立，能够保证控制部件更好地控制电池组工作。
而且，本发明电池模组的开关部件为双稳态开关，双稳态开关设置在电池组的供电线路和充电线路上，并由控制部件控制双稳态开关闭合和断开。其中，本发明采用的双稳态开关为磁保持开关或电机驱动开关。而且磁保持开关或者电机驱动开关均只有在开关状态切换时，才需要电信号驱动，在状态保持时，不需要耗费电能。
结合图2的本发明控制部件的结构示意图；本发明电池模组的控制部件包括电池管理单元和电池均衡单元，电池组中的电池具有输出线正极线、负极线、电压信号线和电流信号线；其中，
电池管理单元分别与电池组中的每个电池的电压信号线和电流信号线连接，用于获取每个电池的电压与电流信息；电池管理单元与设置在电池组中的温度传感器连接，用于获取电池组的温度信息。
电池均衡单元分别与每个电池的正极线和负极线连接，并且电池管理单元根据每个电池的电压与电流信息，控制电池均衡单元均衡电池组中失配的电池。
结合图3所示的本发明电池模组的一种实施结构示意图；其中，电池组的供电线路和充电线路上分别设置有熔断器和霍尔传感器，其中，电池管理单元与霍尔传感器连接，用于检测电池组的供电电流和充电电流；熔断器，用于防止过流，而造成元件损坏。通过设置熔断器和霍尔传感器，进一步提高本发明的电池模组的安全性。
本发明的一种实施方式中，电池管理单元还具有RS485或CAN或工业以太网的通信端口，当外设设备与通信端口连接时，电池管理单元将其检测的状态信息输出至外设设备。
基于同一发明构思，本发明还提供由本发明电池模组构成的分布式电源系统；结合图4所示的本发明分布式电源系统的结构示意图；本发明的分布式电源系统包括：供电母线、充电母线和若干相互独立运行的电池模组。
其中，电源系统包括启动触发装置和充电接口单元，每个电池模组分别与启动触发装置和充电接口单元连接，用于在启动触发装置输出的启动触发信号控制下，使电池模组与供电母线连接，进入供电状态或待用状态，或者在充电接口单元输出的充电触发信号的控制下，使电池模组与充电母线连接，以进入充电状态。
在本发明中，电源系统处于供电状态或待用状态时，每个电池模组均与供电母线连接，而且每个电池模组实时监测自身的状态信息，若有异常，出现异常的电池模组断开与供电母线的连接，脱离电源系统而进入停用状态，其余正常工作的电池模组继续保持原正常功率供电或继续处于待用状态。
电源系统处于充电状态时，每个电池模组通过充电母线获取充电电能，而且每个电池模组实时监测自身的状态信息，若有异常，出现异常的电池模组断开与充电母线的连接，脱离电源系统而进入停用状态，其余正常工作的电池模组继续保持原正常功率充电。
结合图5所示的本发明分布式电源系统中电池模组的连接示意图；本发明分布式电源系统中的电池模组具有开关部件、控制部件和电池组。
其中，控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，控制部件通过启动触发端口与启动触发装置连接，以获取启动触发信号，以及控制部件还通过充电触发端口与充电接口单元连接，以获取充电触发信号。
控制部件与开关部件连接，并且当控制部件获取到启动触发信号或充电触发信号后，控制开关部件的闭合，使电池模组与供电母线连接，以进入供电状态或待用状态，或者使电池模组与充电母线连接，以进入充电状态；并且，开关部件闭合后，电池组对外供电或进行充电时，控制部件实时监测电池组的状态信息，并在电池组的状态信息异常时，控制开关部件断开，使电池组进入停用状态。
结合图6所示的本发明分布式电源系统的一种实施结构示意图；其中，电源系统具有蓄电池，由蓄电池为每个电池模组的控制部件提供工作所需的电能，并且蓄电池在电池模组对外供电时，通过与供电母线连接进行充电。因此本发明的电源系统中，每个电池模组的控制部件由蓄电池提供电能工作，使控制部件与电池组相互独立，从而保证控制部件更好地控制电池组工作，真正实现各个电池模组的相互独立工作。
结合图7所示的本发明分布式电源系统的充电接口单元和启动触发装置的示意图；启动触发装置包括机械开关和信号转换电路，信号转换电路根据机械开关的闭合，生成启动触发信号。
充电接口单元包括充电接口以及接口监测电路，接口监测电路根据充电接口中插入的充电接头，生成充电触发信号。
结合图8所示的本发明分布式电源系统的网络结构示意图；电源系统具有网关单元或网桥单元，每个电池模组分别与网关单元或网桥单元连接，用于将电池模组的状态信息输出至电源系统的外部应用。
具体的，电源系统中的电池模组通过RS485电缆，或CAN总线，或工业以太网与网关单元或网桥单元连接，并且网关单元或网桥单元将电池模组的状态信息，进行通信接口和/或数据格式变换后，输出至电源系统的外部应用。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (5)

1.一种分布式电源系统，包括供电母线、充电母线和若干相互独立运行的电池模组，并且所述电池模组通过所述供电母线对外供电和通过所述充电母线进行充电，其特征在于，所述电源系统包括启动触发装置和充电接口单元；其中，
每个所述电池模组分别与所述启动触发装置和所述充电接口单元连接，用于在所述启动触发装置输出的启动触发信号控制下，使所述电池模组与所述供电母线连接，进入供电状态或待用状态，或者在所述充电接口单元输出的充电触发信号的控制下，使所述电池模组与所述充电母线连接，以进入充电状态；
并且，所述电池模组包括开关部件、控制部件和电池组，其中，
所述控制部件具有启动触发端口和充电触发端口，所述控制部件通过所述启动触发端口与所述启动触发装置连接，以获取所述启动触发信号，以及通过所述充电触发端口与所述充电接口单元连接，以获取所述充电触发信号；
所述控制部件与所述开关部件连接，并且当所述控制部件获取到所述启动触发信号或所述充电触发信号后，控制所述开关部件的闭合，使所述电池模组与所述供电母线连接，以进入供电状态或待用状态，或者使所述电池模组与所述充电母线连接，以进入充电状态；并且，所述开关部件闭合后，所述电池组对外供电或进行充电时，所述控制部件实时监测所述电池组的状态信息，并在所述电池组的状态信息异常时，控制所述开关部件断开，使所述电池组进入停用状态。
2.如权利要求1所述的分布式电源系统，其特征在于，所述电源系统具有蓄电池，由所述蓄电池为每个所述电池模组的所述控制部件提供工作所需的电能，并且所述蓄电池在电池模组对外供电时，通过与所述供电母线连接进行充电。
3.如权利要求1或2所述的分布式电源系统，其特征在于，所述启动触发装置包括机械开关和信号转换电路，所述信号转换电路根据所述机械开关的闭合，生成所述启动触发信号；
所述充电接口单元包括充电接口以及接口监测电路，所述接口监测电路根据所述充电接口中插入的充电接头，生成所述充电触发信号。
4.如权利要求1或2所述的分布式电源系统，其特征在于，所述控制部件具有RS485或CAN或工业以太网的通信端口，所述电源系统具有网关单元或网桥单元；
每个所述电池模组的所述通信端口与所述网关单元或所述网桥单元连接，用于将所述电池模组的状态信息输出至所述电源系统的外部应用。
5.如权利要求4所述的分布式电源系统，其特征在于，所述电源系统通过所述网关单元或所述网桥单元对所述电池模组的状态信息，进行通信接口和/或数据格式变换。
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