CN107808984A - 一种智能电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能电池组，包括一智能控制单元IBMS，若干检测单元Mx，与检测单元Mx数量相同的电池Bx、切换开关Sc和控制开关Ss，所述智能控制单元IBMS分别与所述检测单元Mx、电池Bx、切换开关Sc、控制开关Ss连接，用于获取所有检测单元Mx的检测信息，并同时输出切换开关Sc和控制开关Ss的控制信号，在任一电池Bx异常时，断开与之相应的切换开关Sc或闭合控制开关Ss，以及输出电芯总体电压、电流以及对应的故障电池Bx信息。与现有技术相比，本发明能够实现每一个Bx电芯的质量监控，其通过智能Ss开关的控制，可以切除任意一组并联电池组，而且本发明选用了低倍率电芯，能够提高电芯的比能量，对整体电池组进行安全的降电压处理，整体电芯的可靠性得到了大大的保障。

Description

一种智能电池组
技术领域
本发明涉及电池管理技术，具体涉及的是一种用于动力设备的可靠性及智能安全管理的智能电池组。
背景技术
随着无人机技术的快速发展，无人机电池的安全性问题尤为重要。市面常见无人机电池采用多串一并的方式，同时缺乏智能监控。由电池的组装方式的缺陷及缺乏智能监控造成无人机坠毁的案例并非鲜见。实际上90％以上的无人机采用锂电池供电，电池的组装方式多为简单的多串一并方式，这种方式下，任意一串或者一并的单个电池片故障，直接导致整组电池起火或者爆炸、短路或者断路。单串或者单片的电池片本身的故障是偶发的，如果对电池组中所有的单片或者单串的电芯缺乏监控，大大的降低无人机系统的可靠性。
为了保证无人机飞行过程的动力情况充足，一般的厂商选用放电倍率非常高的电芯，但是电芯容量和倍率是成反比关系，倍率越高，电芯的容量越低，这种情况下极大的降低了电池组的能量密度比。根据测试可知，放电倍率达到15C的无人机电池组，能量密度比为180Wh/Kg。但如果在智能管理的条件下选用放电倍率较小的电池组，可以达到240～260Wh/Kg。很明显，适当的选择电池组的放电倍率，采用多电芯并联扩大放电倍率的方式，能够减少电池组的重量，最明显的效益即提高无人机的续航时间。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种具有高可靠性和智能安全管理的智能电池组。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种智能单片电池模块，包括一检测单元Mx、一切换开关Sc和一电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc断开。
优选地，所述检测单元Mx为STC3115芯片或BQ27000芯片。
本发明还提供了一种一串多并智能电池组，包括若干个上述的智能单片电池模块，且所述每个智能单片电池模块之间互相并联。
本发明还提供了一种多串多并智能电池组，包括若干组上述的一串多并智能电池组，且所述的每组一串多并智能电池组之间互相串联。
优选地，包括三组一串多并智能电池组，且所述的三组一串多并智能电池组之间互相串联。
本发明还提供了一种多串多并智能电池组，包括若干组上述的一串多并智能电池组及若干个控制开关Ss，且每一个一串多并智能电池组上并联有一个控制开关Ss之后相互串联。
优选地，包括三组一串多并智能电池组及三个控制开关Ss，且每一个一串多并智能电池组上并联有一个控制开关Ss之后相互串联。
本发明还提供了一种智能电池组，包括：一智能控制单元IBMS，若干检测单元Mx，与检测单元Mx数量相同的电池Bx、切换开关Sc和控制开关Ss，所述智能控制单元IBMS分别与所述检测单元Mx、电池Bx、切换开关Sc、控制开关Ss连接，用于获取所有检测单元Mx的检测信息，并同时输出切换开关Sc和控制开关Ss的控制信号，在任一电池Bx异常时，断开与之相应的切换开关Sc或闭合控制开关Ss，以及输出电芯总体电压、电流以及对应的故障电池Bx信息。
本发明还提供了一种分布式智能单片电池模块，包括一检测单元Mx、一切换开关Sc和一电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc断开，以及与该分布式智能单片电池模块并联的其他检测单元Mx进行Sc状态通讯和输出与之并联的Ss开关控制信号。
本发明还提供了一种智能电池组，包括：包括若干个如权利要求9所述的分布式智能单片电池模块及一个控制开关Ss，所述每个分布式智能单片电池模块分别与控制开关Ss之间互相并联，且每个切换开关Sc均与其对应的检测单元Mx连接，所述每个检测单元Mx相互连接，并分别连接到所述控制开关Ss，当任一分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，该模块中的检测单元Mx控制切换开关Sc断开，同时告知其他分布式智能单片电池模块中检测单元Mx；当所有分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，所有检测单元Mx控制所有切换开关Sc断开，且控制控制开关Ss关闭，同时告知其他电池组，本电池组故障，并剔除。
本发明能够实现每一个Bx电芯的质量监控，整体电芯的可靠性得到了大大的保障；而且本发明通过智能Sc开关的控制，可以切除有故障的Bx电芯，避免因为一个Bx的故障导致整组电池异常的情况。另外，本发明通过智能Ss开关的控制，可以切除任意一组并联电池组，对整体电池组进行安全的降电压处理，避免了因为某一并联组电池的故障导致整组电池异常的情况。
本发明采用多串一并的模式，最小的并联单元即一个电芯，该电芯的放电倍率则为整个电池组的最大放电倍率，这种情况下，电芯的比能量非常低，因为容量和重量比为反比关系。
本发明采用多并的模式，由于选用了低倍率电芯，因此能够提高电芯的比能量，且同时任意其他两个并联电芯可以经过智能控制单元切除，低倍率的电芯本身可靠性远远高于高倍率电芯，且成本较低。
附图说明
图1为本发明智能单片电池模块电路示意图；
图2为本发明一串多并智能电池组电路示意图；
图3为本发明多串多并智能电池组电路示意图；
图4为本发明带有Ss控制的多串多并智能电池组电路示意图；
图5为本发明智能控制单元电路示意图；
图6为本发明分布式智能单片电池模块电路示意图；
图7为本发明分布式一串多并智能电池组电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对传统动力电池组因缺乏管理，采用多串一并模式，最小并联单元(一个电芯)放电倍率为整个电池组的最大放电倍率，由于容量和重量比为反比关系，而导致电芯比能量非常低的问题。
本发明采用多并模式，如需要3C的放电倍率，可以选用1C的电芯，用3个并联，从而达到3C的放电倍率，这种模式下，可以有效提高电芯的比能量，而由于选用了低倍率电芯，且同时任意其他两个并联电芯可以经过智能控制单元切除，因此低倍率的电芯本身可靠性要远远高于高倍率电芯，且成本较低。
请参阅图1所示，图1为本发明智能单片电池模块电路示意图。本发明提供了一种智能单片电池模块IBSpack，其包括有一个检测单元Mx、一个切换开关Sc1和一个电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc1与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc1断开。
其中，检测单元Mx为STC3115芯片或BQ27000芯片。
当Sc1闭合情况下，Mx完成对电池Bx的电压和内阻的检测，判定电池健康度；当Bx故障的情况下，打开Sc1开关，彻底断开Bx电池。
由于本发明利用检测单元Mx能够实现对每一个Bx电芯的质量监控，因此有效保证了整体电芯的可靠性。
如图2所示，图2为本发明一串多并智能电池组电路示意图。本发明还提供了一种一串多并智能电池组IBPpack，包括若干个图1所示的智能单片电池模块，且所述每个智能单片电池模块之间互相并联。
其中一串多并智能电池组IBPpack是由多个智能单片电池模块IBSpack构成的。图2中以三个IBSpack构成一个IBPpack为例，当其中1个或者2个IBSpack故障时，仍然有一个IBSpack正常，其Sc1闭合，该IBSpack负责输出电能。智能电池组启动之前，IBPpack每个Sc开关均处于打开状态。Mx从智能控制单元收到启动指令，分别闭合Sc1，逐个检查3个Bx电芯的健康度，逐个检测完成，统一关闭Sc开关，完成一组IBPpack的检测。
如图3所示，图3为本发明多串多并智能电池组电路示意图。其中包括若干组图2中的一串多并智能电池组，且所述的每组一串多并智能电池组之间互相串联。
本实施例以三组一串多并智能电池组为例，3组IBPpack，每个IBPpack有3个IBSpack，智能电池启动之前，每一个IBSpack完成各自的Bx电芯健康度检查，当所有IBSpack正常，全组IBSpack的Sc开关闭合，构成一个完整的多串多并电池组。
需要说明的是，上述仅显示了3串3并的模式，实际应用中并不局限于3串3并，可能为6串6并或者6串1并模式。
如图4所示，图4为本发明带有Ss控制的多串多并智能电池组电路示意图。本实施例所述的多串多并智能电池组，包括有若干组图2所示的一串多并智能电池组及若干个控制开关Ss，且每一个一串多并智能电池组上并联有一个控制开关Ss之后相互串联。
其中每一并的IBPpack有一个独立的Ss开关，当每一并的IBPpack正常情况下，Ss开关处于打开状态，同时IBPpack的Sc开关处于闭合状态。当有一组IBPpack中有一个或者多个IBSpack故障时，故障IBSpack的Sc开关处于打开状态，当该IBSpack的每一个IBSpack故障是，Sc开关则都为打开状态，同时该组IBPpack的Ss开关闭合，相当于该IBPpack完全从Ipack中去除。这种情况下，电池组总体电压下降。但其余电池IBPpack依然正常,且Ss开关打开，虽然电池组总体电压下降，但是依然可以给负载提供电能，从而提高了系统的可靠性。
本实施例通过智能Sc开关的控制，可以切除有故障的Bx电芯，避免因为一个Bx的故障导致整组电池异常的情况。
如图5所示，图5为本发明智能控制单元电路示意图。本发明提供了一种智能电池组，包括有一个智能控制单元IBMS，若干检测单元Mx，与检测单元Mx数量相同的电池Bx、切换开关Sc和控制开关Ss。
智能控制单元IBMS分别与所述检测单元Mx、电池Bx、切换开关Sc、控制开关Ss连接，用于获取所有检测单元Mx的检测信息，并同时输出切换开关Sc和控制开关Ss的控制信号，在任一电池Bx异常时，断开与之相应的切换开关Sc或闭合控制开关Ss，以及输出电芯总体电压、电流以及对应的故障电池Bx信息。
智能控制单元IBMS负责智能电池组中所有的Mx单元通讯，同时输出开关Ss，Sc的控制信号，当智能控制单元搜集所有Mx单元对其Bx电芯的健康度情况有异常时，则对应关闭或者打开Ss、Sc开关，同时输出电芯总体的电压，电流以及某个Bx故障信息。
本实施例中智能电池组Ipack的各个部件处于Mx部件的严密监控情况下，且可以通过Sc、Ss开关的打开闭合，完成对故障Bx的断开切除。从而实现了整体电芯的质量监控。
如图6所示，图6为本发明分布式智能单片电池模块电路示意图。本实施例提供的是一种分布式智能单片电池模块，包括一检测单元Mx、一切换开关Sc和一电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc断开，以及与该分布式智能单片电池模块并联的其他检测单元Mx进行Sc状态通讯和输出与之并联的Ss开关控制信号。
本实施例的分布式智能单片电池模块IBSpack为上述智能电池组Ipack方案的改进，图6是一种分布式去中心化的控制方案，本方案可以从整个Ipack去除智能控制单元。每一组的IBSpack均为一个更智能的控制单元，它能与本组其他的IBSpack进行通讯，告知其他组IBSpack的状态。
如图7所示，图7为本发明分布式一串多并智能电池组电路示意图。本实施例还提供了一种分布式智能电池组，包括：包括若干个图6所示的分布式智能单片电池模块及一个控制开关Ss，每个分布式智能单片电池模块分别与控制开关Ss之间互相并联，且每个切换开关Sc均与其对应的检测单元Mx连接，每个检测单元Mx相互连接，并分别连接到所述控制开关Ss，当任一分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，该模块中的检测单元Mx控制切换开关Sc断开，同时告知其他分布式智能单片电池模块中检测单元Mx；当所有分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，所有检测单元Mx控制所有切换开关Sc断开，且控制控制开关Ss关闭，同时告知其他电池组，本电池组故障，并剔除。
以三个IBSpack组成的IBPpack为例，当第一个IBSpack故障时，其智能Mx单元打开其Sc开关，同时通知其余两个IBSpack状态信息。当三个IBSpack全部故障时，本组所有的Sc开关单开，且Mx单元关闭Ss开关，将本组IBPpack从多串电池组中剔除。同时Mx单元告知其他IBPpack，本组故障，已经剔除。这种更智能的方式去除了图5所示的智能控制单元，分布式的管理策略进一步的提高了电池的安全性。
利用智能Ss开关的控制，可以切除任意一组并联电池组，对整体电池组进行安全的降电压处理。例如锂电池电芯电压满电情况下通常为4.2V,6串电池组则为6X4.2V＝25.2V，当任意一并联组故障，其所有的Sc开关打开，Ss开关闭合，从而整组电池电压为21V,该21V电压仍然可以正常供电，实现了电池组的降压使用，避免了因为某一并联组电池的故障导致整组电池异常的情况。
由于图7提出的分布式一串多并智能电池组方案，通过Mx分布式智能化管理，实现了整组电池去中心化，因此其进一步提高了整组电池的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能单片电池模块，其特征在于，包括一检测单元Mx、一切换开关Sc和一电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc断开。
2.如权利要求1所述的智能单片电池模块，其特征在于，所述检测单元Mx为STC3115芯片或BQ27000芯片，具体实现方式并不局限于该芯片。
3.一种一串多并智能电池组，其特征在于，包括若干个如权利要求1～2任一所述的智能单片电池模块，且所述每个智能单片电池模块之间互相并联。
4.一种多串多并智能电池组，其特征在于，包括若干组如权利要求3所述的一串多并智能电池组，且所述的每组一串多并智能电池组之间互相串联。
5.如权利要求4所述的多串多并智能电池组，其特征在于，包括三组一串多并智能电池组，且所述的三组一串多并智能电池组之间互相串联。
6.一种多串多并智能电池组，其特征在于，包括若干组如权利要求3所述的一串多并智能电池组及若干个控制开关Ss，且每一个一串多并智能电池组上并联有一个控制开关Ss之后相互串联。
7.如权利要求6所述的多串多并智能电池组，其特征在于，包括三组一串多并智能电池组及三个控制开关Ss，且每一个一串多并智能电池组上并联有一个控制开关Ss之后相互串联。
8.一种智能电池组，其特征在于，包括：一智能控制单元IBMS，若干检测单元Mx，与检测单元Mx数量相同的电池Bx、切换开关Sc和控制开关Ss，所述智能控制单元IBMS分别与所述检测单元Mx、电池Bx、切换开关Sc、控制开关Ss连接，用于获取所有检测单元Mx的检测信息，并同时输出切换开关Sc和控制开关Ss的控制信号，在任一电池Bx异常时，断开与之相应的切换开关Sc，输出电芯总体电压、电流以及对应的故障电池Bx信息；对于如权利3所述的一串多并智能电池组，在本组Bx全部异常时，断开本组所有的Sc开关，同时闭合本组控制开关Ss，输出电芯总体电压、电流以及对应的故障电池Bx信息。
9.一种分布式智能单片电池模块，其特征在于，包括一检测单元Mx、一切换开关Sc和一电池Bx，所述检测单元Mx通过切换开关Sc与电池Bx连接，其用于对电池Bx的电池电压及内阻进行检测，并在判断电池Bx故障时，控制切换开关Sc断开，以及与该分布式智能单片电池模块并联的其他检测单元Mx进行Sc状态通讯和输出与之并联的Ss开关控制信号。
10.一种智能电池组，其特征在于，包括：包括若干个如权利要求9所述的分布式智能单片电池模块及一个控制开关Ss，所述每个分布式智能单片电池模块分别与控制开关Ss之间互相并联，且每个切换开关Sc均与其对应的检测单元Mx连接，所述每个检测单元Mx相互连接，并分别连接到所述控制开关Ss，当任一分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，该模块中的检测单元Mx控制切换开关Sc断开，同时告知其他分布式智能单片电池模块中检测单元Mx；当所有分布式智能单片电池模块中的电池Bx故障时，所有检测单元Mx控制所有切换开关Sc断开，且控制控制开关Ss关闭，同时告知其他电池组，本电池组故障，并剔除。
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