CN105914822A - 一种智能环保节能的电池供电系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种智能环保节能的电池供电系统及方法。包括温度检测单元：用于检测电池组所处周围环境温度；电池管理系统：用于检测电池的物理参数、电池状态的估计、电池的充放电控制，并为电源切换控制单元提供电池状态信息；电池组：提供能源；电源切换控制单元：接收温度及电池状态信息，进行逻辑分析并实现电池组切换。具有以下有益效果：可根据监测的环境温度、电池管理系统提供的电池的状态信息及功率需求，准确的进行电池组的切换，充分的发挥两种电池组的工作特性，从而提高电池利用效率及使用寿命，达到节能环保的效果。

Description

一种智能环保节能的电池供电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种智能环保节能的电池供电系统及方法，属于新能源、电动汽车制造领域。

背景技术

能源是社会发展的动力，环境是人类赖以生存的载体。汽车工业的快速发展，给世界带来了现代的物质文明，同时也给人类带来了严重的问题，如尾气排放、噪声污染、燃油消耗等。由于纯电动汽车具有零排放、噪声低等优点，作为一种环保的交通工具，具有十分广阔的发展前景。然而电动汽车的能量存储能力有限、能量利用效率较低、续航里程不足等问题，直接制约着电动汽车的发展。

纯电动汽车是指完全采用动力蓄电池提供驱动的电动汽车，由于受电池制作工艺及及技术的限制，目前市场上的各类电池，都不具备在各种状态或环境下都具有较好的工作性能，只是表现在某一方面或某些方面与其他电池相比具有较好的性能。因此，采用单一电池提供动力具有很多局限，已不能满足电动汽车发展的需要。考虑到，各种类型电池的工作特性和其在某方面的优势，结合两种或多种电池的优点，在不同情况下根据各类电池的工作特性和优势，选择合适的电池组进行供电，不仅能提高能源利用率，增加续航里程，还减缓了较大负载电流和制动电流对蓄电池的冲击，延长电池使用寿命，也提高了动力系统在短时间内的输出功率等级。因此这种组合供电方式将是纯电池供电系统的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能环保节能的电池供电系统及方法，能够根据周围环境温度、电池组的状态信息及负载的功率需求等，自动切换供电系统，充分的发挥两种电池组的工作特性，从而提高电池利用效率及使用寿命，达到节能环保的效果。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种智能环保节能的电池供电系统，包括：

温度检测单元：用于检测电池组所处周围环境温度；

电池管理系统：用于检测电池的物理参数、电池状态的估计、电池的充放电控制，并为电源切换控制单元提供电池状态信息；

电池组：提供能源；

电源切换控制单元：接收温度及电池状态信息，进行逻辑分析并实现电池组切换。

所述温度检测单元由温度检测模块及通信模块组成；温度检测模块用于检测周围环境的温度信息，通信模块负责数据的传输；温度检测单元与电源切换控制单元相连接。

电池组包括两组电池供电系统：用于提供两组动力系统。

电池组：有两种不同工作特性的第一电池组和第二电池组构成。

温度检测单元包括：环境温度检测模块和通信模块

电源切换控制单元包括:微处理器模块和电源切换电路；

电池供电系统包括：电池组和对应的电池管理系统。

电池管理系统包括：电池组监控模块、充放电控制模块、通信模块和微控制器模块。

温度检测单元与电源切换控制单元相连接，电池管理系统与电源切换控制单元和对应的电池组相连接，第一电池组和第二电池组分别与对应的电池管理系统相连接，电源切换控制单元分别与温度检测单元和电池管理系统相连接。

温度检测单元和电池管理系统与电源切换控制单元之间的数据通信通过通信模块实现。

一种智能环保节能的电池供电方法，包括以下步骤：

步骤1、接收环境温度及电池状态信息

步骤2、检测电池充放电状态

步骤3、执行电源切换控制逻辑判断。

步骤4、根据逻辑判断结果，执行电源切换操作。

步骤5、执行充放电操作。

步骤6、按设定的时间间隔循环执行步骤1～6。

一种智能环保节能的电池供电系统及方法，根据电池在温度特性、充放电特性、能量密度特性、功率密度特性、安全性和使用寿命等电池特性上的不同，结合两种不同工作特性的电池，给出了系统设计方案，并提出了一套逻辑切换方法，在不同状态和环境下选择使用相对性能较好的一组电池提供动力，从而充分的发挥不同电池的工作特性，极大的提高了电池的工作效率、延长电池的使用寿命。

一种智能环保节能的电池供电系统及方法，主要为电动汽车或其他电动设备提供动力系统。

本发明可根据监测的环境温度、电池管理系统提供的电池的状态信息及功率需求，准确的进行电池组的切换，充分的发挥两种电池组的工作特性，从而提高电池利用效率及使用寿命，达到节能环保的效果。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施本发明的系统结构图。

图2为本发明的温度检测单元与电源切换控制单元连接示意图。

图3本发明的电池系统的结构示意图。

图4本发明的电池管理单元与电源切换控制单元连接示意图。

图5本发明的电源切换控制单元与外部设备的连接示意图。

图6本发明的电源切换控制单元的逻辑切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1是本发明所提供的一种智能环保节能的电池供电系统的结构框图。系统包括四部分：温度检测单元1，电源切换控制单元2，第一电池系统3和第二电池系统4。温度检测单元1、第一电池系统3和第二电池系统4分别于电源切换控制单元2相连接。

实施例1：如图2所示，一种智能环保节能的电池供电系统，温度检测单元与电源切换控制单元的连接；

温度检测单元1包括：温度检测模块11和通信模块12。

温度检测模块11：用于检测电池组的所处的周围环境温度。

通信模块12：负责传输温度数据。

电池切换控制单元2包括：通信模块21、微处理器模块22和电池切换控制控制电路23。

通信模块21：负责数据的传输和通信。

微处理器模块22：负责控制通信模块和电池切换控制电路及执行逻辑分析和判断。

电池切换控制电路23：负责切换选择不同的电池系统。

温度检测单元1与电源切换控制单元2的连接通过数据总线13连接通信模块11和通信模块21。

数据传输过程：由温度检测模块11将检测到的温度发送给通信模块12，由通信模块12通过总线13发送给电源切换控制单元2的通信模块21，然后通信模块21上传至微控制器22。

实施例2：如图3所示，一种智能环保节能的电池供电系统，

第一电池系统3包括：电池管理单元31和电池组32。

电池管理单元31包括：微处理器311，通信模块312，充放电控制模块313和电池组监控模块314。

微处理器311：负责对外围模块312、313和314的控制，并实现电池电量的评估、电池状态的分析和参数的计算等。

通信模块312：负责数据的传输和通信。

充放电控制模块313：负责控制电池组的充放电操作。

电池组监控模块314：负责对电池组各参数(温度、电压、电流、剩余电量等)的检测。

电池组32：是有若干个单体电池串联或并联构成，用于提供能源。

实施例3：如图4所示，一种智能环保节能的电池供电系统，电池管理系统与电源切换控制单元连接；

电池管理系统31与电源切换控制单元2的连接通过数据总线33连接通信模块312和通信模块21。

电池状态信息的传输过程：由电池组监控模块314获取电池的各参数信息并上传至微处理器模块311，通过微处理器模块311分析处理后，由通信模块312经总线33发送给电源切换控制单元2的通信模块21，然后通信模块21上传至微控制器22。

实施例4：如图5所示，一种智能环保节能的电池供电系统，电源切换控制单元与外部设备的连接；

外部设备5可以是负载或是充电设备。

充放电控制模块413是第二电池系统4的电池管理系统41的充放电控制模块413。

充放电控制模块413和充放电控制模块313分别连接到电池切换电路23的两个通道。电池切换电路23连接外部设备的通道与外部设备5相连。

电池切换电路的23的切换操作原理：通过切换开关选择通道与连接外部设备的通道连接。当选择第一电池系统3时，则切换开关接通充放电控制模块313与外部设备5。当选择第二电池系统4时，则切换开关接通充放电控制模块413与外部设备5。

实施例5：如图6所示，一种智能环保节能的电池供电方法，包括执行逻辑切换步骤、充电模式电源切换逻辑判断步骤和放电模式下电源切换逻辑判断步骤；

执行逻辑切换步骤为：

步骤1、接收环境温度及电池状态信息；

步骤2、检测电池充放电状态；

步骤3、执行电源切换控制逻辑判断；

步骤4、根据逻辑判断结果，执行电源切换操作；

步骤5、执行充放电操作；

步骤6、按设定的时间间隔循环执行步骤1～6。

步骤2中电池充放电状态检测，根据负载接入端的极性判断，如果极性与电池的极性相同则为放电状态，否则为充电状态。

步骤3中电源切换逻辑包括：充电模式下的电源切换逻辑判断和放电模式下电源切换逻辑判断。

充电模式电源切换逻辑判断步骤为：

步骤1、判断两组电池组的剩余电量，分别与阈值M1和M2进行比较；

步骤2、如果有其中一组电池电量小于阈值，切换到该组电池组；

步骤3、如果电池电量均小于阈值，则切换到充放电速度特性较好的一组电池，从而实现快速充电。待其充电完成后，切换到另一电池组；

步骤4、如果电池电量均大于阈值，则切换到能量密度大的一组电池组。

放电模式下电源切换逻辑判断步骤为：

步骤1、读取环境温度H，与设定温度上下限H1、H2进行比较；

步骤2、若H<＝H2，选择低温特性好的一组电池组；

步骤3、若H>＝H1,选择高温特性好的一组电池组。

步骤4、若H2<H<H1，根据负载的功率需要及剩余电池组剩余电量进行选择。；

步骤5、若负载需要瞬时较大功率时，则进一步判断功率密度特性较好的一组电池组的剩余电量。

步骤6、若剩余电量大于阈值N1，则切换到该池组。否则，切换到另一电池组。；

步骤7、若负载需要功率平稳，进一步判断容量密度较大的电池组的剩余电量；

步骤8、若剩余电量大于阈值N2,则切换到该电池组。否则，切换到另一电池组。

实施例6：一种智能环保节能的电池供电系统，包括：

温度检测单元：用于检测电池组所处周围环境温度；

电池管理系统：用于检测电池的物理参数、电池状态的估计、电池的充放电控制，并为电源切换控制单元提供电池状态信息；

电池组：提供能源；

电源切换控制单元：接收温度及电池状态信息，进行逻辑分析并实现电池组切换。

所述温度检测单元由温度检测模块及通信模块组成；温度检测模块用于检测周围环境温度信息，通信模块负责数据的传输；温度检测单元与电源切换控制单元相连接。

所述电池管理系统由电池组监控模块、充放电控制模块、通讯模块和微控制器模块构成；电池组监控模块负责电池参数的检测，充放电控制模块负责电池组的充放电控制，通讯模块负责数据的传输和通信，微控制器模块负责对各个模块的控制；电池管理系统与电源切换控制单元和对应的电池组相连接。

所述电池组由第一电池组和第二电池组构成；第一电池组和第二电池组分别与对应的电池管理系统相连接。

所述电源切换控制单元由切换控制电路、通信模块和微处理器模块构成；切换控制电路实现电池组的选择，通信模块负责数据的传输，微处理器模块负责电源切换的逻辑分析；电源切换控制单元分别与温度检测单元和电池管理系统相连接。

电池组包含两套不同工作特性的第一电池组和第二电池组，第一电池组和第二电池组能够进行优势互补。

电池组工作特性包括温度特性、充放电特性、能量密度特性、功率密度特性、安全性和使用寿命等；

其中第一电池组或者第二电池组选择低温特性好、充放电速度块、循环使用寿命长、功率密度大的超级电容电池或钛酸锂电池；另一第二电池组或者第一电池组，选择高温特性好、安全性高、能量密度大的磷酸铁锂电池或三元锂复合电池。

温度信息的检测与传输涉及温度检测单元的温度检测模块及通信模块和电源切换控制单元的通信模块及微处理器模块；由温度检测模块实时检测环境温度信息，通过通信模块发送给电源切换控制单元的通信模块，然后上传至为微处理器模块；

电池组参数的检测和传输涉及电池管理系统电池组监控模块及通讯模块和电源切换控制系统的通讯模块及微处理器模块；由电池组监控模块实时检测电池状态信息(电池剩余电量、电压、电流等)，由通模块发送给电源切换控制单元的通信模块，然后上传至微处理器模块；

电源切换控制单元包含两种工作模式：放电情况下逻辑切换模式和充电情况下逻辑切换模式；在充电情况下，根据电池组剩余电量和电池组工作特性执行切换；在放电情况下，根据环境温度、电池状态、负载功率需求及电池组的工作特性进行电池组切换；

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种合理的省略，替换和改变。按照实质相同的方法执行实质相同的功能来实现实质相同的结果均属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于包括：

温度检测单元：用于检测电池组所处周围环境温度；

电池管理系统：用于检测电池的物理参数、电池状态的估计、电池的充放电控制，并为电源切换控制单元提供电池状态信息；

电池组：提供能源；

电源切换控制单元：接收温度及电池状态信息，进行逻辑分析并实现电池组切换。

2.根据权利要求1所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，所述温度检测单元由温度检测模块及通信模块组成；温度检测模块用于检测周围环境的温度信息，通信模块负责数据的传输；温度检测单元与电源切换控制单元相连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，所述电池管理系统由电池组监控模块、充放电控制模块、通讯模块和微控制器模块构成；电池组监控模块负责电池参数的检测，充放电控制模块负责电池组的充放电控制，通讯模块负责数据的传输和通信，微控制器模块负责对各个模块的控制；电池管理系统与电源切换控制单元和对应的电池组相连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，所述电池组由第一电池组和第二电池组构成；第一电池组和第二电池组分别与对应的电池管理系统相连接；其中一电池组选择低温特性好、充放电速度块、循环使用寿命长、功率密度大的超级电容电池或钛酸锂电池；另一电池组，选择高温特性好、安全性高、能量密度大的磷酸铁锂电池或三元锂复合电池。

5.根据权利要求1所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，所述电源切换控制单元由切换控制电路、通信模块和微处理器模块构成；切换控制电路实现电池组的选择，通信模块负责数据的传输，微处理器模块负责电源切换的逻辑分析；电源切换控制单元分别与温度检测单元和电池管理系统相连接。

6.根据权利要求2所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，温度信息的检测与传输涉及温度检测单元的温度检测模块及通信模块和电源切换控制单元的通信模块及微处理器模块；由温度检测模块实时检测环境温度信息，通过通信模块发送给电源切换控制单元的通信模块，然后上传至为微处理器模块。

7.根据权利要求3所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，电池组的参数检测和传输涉及电池管理系统电池组监控模块及通讯模块和电源切换控制系统的通讯模块及微处理器模块；由电池组监控模块实时检测电池状态信息(电池剩余电量、电压、电流)，由通模块发送给电源切换控制单元的通信模块，然后上传至微处理器模块。

8.根据权利要求5所述的一种智能环保节能的电池供电系统，其特征在于，电源切换控制单元包含两种工作模式：放电情况下逻辑切换模式和充电情况下逻辑切换模式；在充电情况下，根据电池组剩余电量和电池组工作特性执行切换；在放电情况下，根据环境温度、电池状态、负载功率需求及电池组的工作特性进行电池组切换。

9.一种智能环保节能的电池供电方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、接收环境温度及电池状态信息；

步骤2、检测电池充放电状态；

步骤3、执行电源切换控制逻辑判断；

步骤4、根据逻辑判断结果，执行电源切换操作；

步骤5、执行充放电操作；

步骤6、按设定的时间间隔循环执行步骤1～6。

10.根据权利要求9所述的一种智能环保节能的电池供电方法，其特征在于，步骤2中电池充放电状态检测，根据负载接入端的极性判断，如果极性与电池的极性相同则为放电状态，否则为充电状态；

步骤3中电源切换逻辑包括：充电模式下的电源切换逻辑判断和放电模式下电源切换逻辑判断；

充电模式电源切换逻辑判断步骤为：

步骤1、判断两组电池组的剩余电量，分别与阈值M1和M2进行比较；

步骤2、如果有其中一组电池电量小于阈值，切换到该组电池组；

步骤3、如果电池电量均小于阈值，则切换到充放电速度特性较好的一组电池，从而实现快速充电；待其充电完成后，切换到另一电池组；

步骤4、如果电池电量均大于阈值，则切换到能量密度大的一组电池组；

放电模式下电源切换逻辑判断包括以下步骤：

步骤1、读取环境温度H，与设定温度上下限H1、H2进行比较；

步骤2、若H<＝H2，选择低温特性好的一组电池组；

步骤3、若H>＝H1,选择高温特性好的一组电池组；

步骤4、若H2<H<H1，根据负载的功率需要及剩余电池组剩余电量进行选择；

步骤5、若负载需要瞬时较大功率时，则进一步判断功率密度特性较好的一组电池组的剩余电量；

步骤6、若剩余电量大于阈值N1，则切换到该池组；否则，切换到另一电池组；

步骤7、若负载需要功率平稳，进一步判断容量密度较大的电池组的剩余电量；

步骤8、若剩余电量大于阈值N2,则切换到该电池组；否则，切换到另一电池组。