CN105871036B - 电池系统及具有该电池系统的用电设备 - Google Patents

电池系统及具有该电池系统的用电设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电池系统及具有该电池系统的用电设备。电池系统包括多个电池组、主电池管理模块及多个隔离单元，该多个电池组并联连接且该多个电池组并联连接所达到的总放电能力大于负载所需求的放电能力。该主电池管理模块连接该多个电池组，并用于控制该多个电池组的工作状态。每个该隔离单元连接每个该电池组，多个隔离单元用于实现该多个电池组间的隔离。上述电池系统中，多个电池组并联可使得多个电池组可分开安装，可有效利用用电设备的零散空间放置电池；对电池系统的整体放电能力进行冗余配置，当个别电池组出现意外时，其他电池组仍然能提供足够的电力，不至于停止对负载的供电。

Description

电池系统及具有该电池系统的用电设备
优先权信息
本申请请求在2016年06月01日向中国国家知识产权局提交的、专利申请号为201610383721.4的专利申请的优先权和权益，并且通过参照将其全文并入此处。
技术领域
本发明涉及电气领域，更具体而言，涉及一种电池系统及具有该电池系统的用电设备。
背景技术
在相关技术中，用电设备，如机器人系统一般使用的电池系统是整体式的。一旦出现机器人系统过流等问题，即会触发电池系统的自我保护，电池系统会停止对机器人系统的供电。
整体式电池需要较大的空间进行放置，无法有效利用零散的空间。而且由于电池系统的供电唯一，一旦电池系统出现问题导致电池自我保护断开，整个机器人系统会立即停止工作。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种电池系统及具有该电池系统的用电设备。
一种电池系统，包括多个电池组、主电池管理模块及多个隔离单元，该多个电池组并联连接且该多个电池组并联连接所达到的总放电能力大于负载所需求的放电能力。该主电池管理模块连接该多个电池组，并用于控制该多个电池组的工作状态。每个该隔离单元连接每个该电池组，多个该隔离单元用于实现该多个电池组间的隔离。
上述电池系统中，多个电池组并联可使得多个电池组可分开安装，可有效利用用电设备的零散空间放置电池；对电池系统的整体放电能力进行冗余配置，当个别电池组出现意外时，其他电池组仍然能提供足够的电力，不至于停止对负载的供电。
在一些实施方式中，每个该电池组包括电池包及子电池管理模块，所述子电池管理模块包括开关单元、监视单元及控制单元，该监视单元连接该控制单元及该电池包，该开关单元连接该电池包及该隔离单元，该控制单元连接该监视单元、该开关单元及该主电池管理模块。
在一些实施方式中，该控制单元通过总线的方式与该主电池管理模块进行通信。
在一些实施方式中，该监视单元包括电压检测单元及电流检测单元。该电压检测单元连接该电池包并用于检测该电池包的电压。该电流检测单元连接该电池包并用于检测该电池包的电流。该控制单元用于根据该电池包的电压及电流判断该电池包是否出现异常，若该电池包出现异常，该控制单元用于控制该开关单元将该电池包从供电电路中断开。
在一些实施方式中，该电流检测单元包括霍尔电流传感器。
在一些实施方式中，该主电池管理模块用于判断该多个电池组是否异常，若该多个电池组中存在异常的电池组，该主电池管理模块用于发送警报信息。
在一些实施方式中，该电池系统包括电流传感器，该电流传感器连接该主电池管理模块及多个该隔离单元，该主电池管理模块用于利用该电流传感器对该多个电池组进行放电量统计，并发送统计的该放电量。
在一些实施方式中，所述多个电池组呈分布式设置在所述电池系统所应用的用电设备的零散空间内。
一种用电设备，包括如上任一实施方式所述的电池系统。
上述用电设备中，多个电池组并联可使得多个电池组可分开安装，可有效利用用电设备的零散空间放置电池；对电池系统的整体放电能力进行冗余配置，当个别电池组出现意外时，其他电池组仍然能提供足够的电力，不至于停止对负载的供电。
在一些实施方式中，该用电设备为机器人，并包括主机，该主机连接该主电池管理模块。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的电池系统的模块示意图；
图2是本发明实施方式的用电设备的模块示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，该实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参图1，本发明实施方式的电池系统100，包括多个电池组102、主电池管理模块104及多个隔离单元106，该多个电池组102并联连接且该多个电池组102并联连接所达到的总放电能力大于负载300所需求的放电能力。
该主电池管理模块104连接该多个电池组102，并用于控制该多个电池组102的工作状态。每个该隔离单元106连接每个该电池组102，多个隔离单元106用于实现该多个电池组102间的隔离。
因此，上述电池系统100中，多个电池组102并联可使得多个电池组102可分开安装，可有效利用用电设备200的零散空间放置电池；对电池系统100的整体放电能力进行冗余配置，当个别电池组102出现意外时，其他电池组102仍然能提供足够的电力，不至于停止对负载300的供电。
具体地，电池组102可采用锂电池组，实现成本低及易于维护的目的。较佳地，电池组102为可充电电池组。
给予每个电池组102分配一个隔离单元106，能够实现对每个电池组102与相邻电池组102的精确隔离。在一个例子中，隔离单元106可采用二极管来实现，利用二极管的正向导通及反向截止的特性实现多个电池组102相互之间的隔离。
可以理解，在其它实施方式中，也可采用其它元件或装置来实现多个电池组102的相互隔离。
在本发明的一个例子中，负载300可为机器人的负载，负载300所需求的放电能力可通过机器人上的所有用电负载的功率总和来简单计算，机器人上的用电负载例如包括用于驱动机器人运动的电机、用于图像采集的图像采集装置及相关控制及处理电路、芯片等设备。
主电池管理模块(BMS)104的主要功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、充、放电与预充控制均衡管理和热管理等。
多个隔离单元106可隔离多个电池组102，防止多个电池组102之间的电压及电流互相干扰。
在一些实施方式中，请参图2，每个该电池组102包括电池包110及子电池管理模块112，所述子电池管理模块112包括开关单元114、监视单元116及控制单元118，该监视单元116连接该控制单元118、该主电池管理模块104及该电池包110，该开关单元114连接该电池包110及该隔离单元106，该控制单元118连接该监视单元116、该开关单元114。
因此，每个电池组102也能单独实现电池包110的管理，子电池管理模块(BMS)112能够与主电池管理模块104通信，由主电池管理模块104进行分布式电池组的管理。
电池包110可采用锂电池电芯串联而形成。
监视单元116可用于监视电池包110的运行状态，包括电池包110是否过流、短路、欠压等异常情况。
当控制单元118根据监视单元116监视到的数据判断电池包110出现异常情况时，控制单元118用于控制开关单元114将电池包110从电路中断开，进而保护了电池系统100。在一个例子中，开关单元114可使用MOS管构成，如此，达到电路结构简单，成本低的目的。
在一些实施方式中，该控制单元118通过总线(BUS)的方式与该主电池管理模块104进行通信。如此，实现了电池组102与主电池管理模块104更高的通信效率。
在一些实施方式中，该监视单元116包括电压检测单元120及电流检测单元122。该电压检测单元120连接该电池包110并用于检测该电池包110的电压。该电流检测单元122连接该电池包110并用于检测该电池包110的电流。
该控制单元118用于根据该电池包110的电压及电流判断该电池包110是否出现异常，若该电池包110出现异常，该控制单元118用于控制该开关单元114将该电池包110从供电电路中断开。
如此，实现了监视单元116监视电池包110的电压及电流的功能，进而保护电池系统100免受损坏。
在一些实施方式中，该电流检测单元122包括霍尔电流传感器。如此，霍尔电流传感器有利于实现电路结构简单化及低成本，同时也提高了电流检测的准确性。
在一些实施方式中，该主电池管理模块104用于判断该多个电池组102是否异常，若该多个电池组102中存在异常的电池组，该主电池管理模块104用于发送警报信息。
如此，实现了多个电池组102异常情况的报警。电池组102的异常情况包括电池包是否过流、短路、欠压等情况。
警报信息可以发送到与电池系统连接的主机400上，主机400接收到警报信息后，可发出警报，提示操作人员电池系统的异常，使操作人员能够及时排除电池系统100的异常情况，避免了事故的发生。主机400例如是个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等具有数据处理能力及人机交互功能的装置。
在一些实施方式中，该电池系统100包括电流传感器124，该电流传感器124连接该主电池管理模块104及多个该隔离单元106，该主电池管理模块104用于利用该电流传感器124对该多个电池组102进行放电量统计，并发送统计的该放电量。
如此，主电池管理模块104实现了电池系统100的放电量统计，发送的放电量可由与电池系统100连接的主机400接收，由主机400进行分析以生成相关统计数据，供操作人员查看。
电流传感器124可采用霍尔电流传感器，实现低成本及统计准确的目的。
在一些实施方式中，多个电池组102呈分布式设置在所述电池系统100所应用的用电设备200的零散空间内。
因此，实现应用电池系统时，多个电池组102可以分开进行安装，不需要完整的空间进行放置，可以有效利用用电设备200中零散空间放置电池，实现了用电设备200的小型化及低成本的目的。
本发明实施方式提供的一种用电设备200，包括如上任一实施方式所述的电池系统100。
因此，上述用电设备200中，多个电池组102并联可使得多个电池组102可分开安装，可有效利用用电设备200的零散空间放置电池；对电池系统100的整体放电能力进行冗余配置，当个别电池组102出现意外时，其他电池组102仍然能提供足够的电力，不至于停止对负载300的供电。
在一些实施方式中，该用电设备200为机器人，并包括主机400，该主机400连接该主电池管理模块104。
因此，主机400可与主电池管理模块104进行通信，可实现对电池系统100相关参数的监视，方便操作人员维护电池系统。
具体地，主机400例如是个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等具有数据处理能力及人机交互功能的装置。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种电池系统，其特征在于，包括多个电池组、主电池管理模块及多个隔离单元，该多个电池组并联连接且该多个电池组并联连接所达到的总放电能力大于负载所需求的放电能力；
该主电池管理模块连接该多个电池组，并用于控制该多个电池组的工作状态；
每个该隔离单元连接每个该电池组，该多个隔离单元用于实现该多个电池组间的隔离，该隔离单元包括二极管，利用该二极管的正向导通及反向截止的特性实现该多个电池组相互之间的隔离；
每个该电池组包括电池包及子电池管理模块，所述子电池管理模块包括开关单元、监视单元及控制单元，该监视单元连接该控制单元及该电池包，该开关单元连接该电池包及该隔离单元，该控制单元连接该监视单元、该开关单元及该主电池管理模块，所述监视单元用于监视所述电池包的工作状态，在所述电池包出现异常时，所述控制单元用于控制所述开关单元将所述电池包从工作电路中断开；
该电池系统包括电流传感器，该电流传感器连接该主电池管理模块及多个该隔离单元，该主电池管理模块用于利用该电流传感器对该多个电池组进行放电量统计，并发送统计的该放电量；
所述多个电池组呈分布式设置在所述电池系统所应用的用电设备的零散空间内。
2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，该控制单元通过总线的方式与该主电池管理模块进行通信。
3.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，该监视单元包括电压检测单元及电流检测单元；
该电压检测单元连接该电池包并用于检测该电池包的电压；
该电流检测单元连接该电池包并用于检测该电池包的电流；
该控制单元用于根据该电池包的电压及电流判断该电池包是否出现异常，若该电池包出现异常，该控制单元用于控制该开关单元将该电池包从供电电路中断开。
4.如权利要求3所述的电池系统，其特征在于，该电流检测单元包括霍尔电流传感器。
5.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，该主电池管理模块用于判断该多个电池组是否异常，若该多个电池组中存在异常的电池组，该主电池管理模块用于发送警报信息。
6.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的电池系统。
7.如权利要求6所述的用电设备，其特征在于，该用电设备为机器人，并包括主机，该主机连接该主电池管理模块。
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