CN108054321B - 一种组合式电池系统及管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种组合式电池系统及管理方法，电池系统包括电池仓、单倍体电池、多倍体电池和电源管理系统；电池仓底部被分割为多个基本单元仓，每个基本单元仓四角均设有电源插孔；各电源插孔通过导线连接汇总形成电源输出端，电源输出端连接到电源管理系统的输入端；单倍体电池的尺寸与单个基本单元仓匹配，多倍体电池非单行排列，电池底面的对角线上布置有两个与电源插孔匹配的电源触头；通电后电源管理系统根据检测的电压信号，利用逻辑判断电池仓不同位置放置的电池的型号，进而整合各个电池的电压至用电器所需电压。本发明可根据用户的需求和偏好随意更换及选择不同尺寸、形状的电池；模块化的电池仓和电池形式为快速更换安装等过程提供便利。

Description

一种组合式电池系统及管理方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域技术领域，具体为一种组合式电池系统及管理方法。
背景技术
随着世界能源结构的不断改变，电动汽车在交通运输领域的市场份额逐渐增加。目前主流的电动汽车主要以蓄电池提供的电力驱动电机，进而通过电机驱动车轮实现汽车的移动。但是，目前电动汽车携带的蓄电池有限的电池容量限制了电动汽车续航里程的进一步提高，进而限制了电动汽车的推广应用。为了克服电动汽车蓄电池电容量小的，应用较多的技术是在道路上设置充电站为电池充电。但是较长充电的时间不能适应现在快节奏的市场需求。比较可行的方法是在各个充电站储备具备充足电量的电池，需充电汽车仅需更换电池即可继续前行，这将极大地节省充电的时间。但是现有汽车的电池一般重量较大，不便于搬运、更换，因此本发明设计了一种组合式电池系统及管理方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够根据不同的车辆空间布置电池仓的大小和结构形式，且便于快速更换和安装的组合式电池系统及管理方法。技术方案如下：
一种组合式电池系统，包括电池仓、单倍体电池和电源管理系统；电池仓底部被分割为多个基本单元仓，每个基本单元仓四角均设有电源插孔；各电源插孔通过导线连接汇总形成电源输出端，电源输出端连接到电源管理系统的输入端；单倍体电池的尺寸与单个基本单元仓匹配，其底面的对角线上布置有两个与电源插孔匹配的电源触头。
进一步的，还包括多倍体电池，多倍体电池底面的对角线上布置有两个与电源插孔匹配的电源触头。
更进一步的，各基本单元仓之间通过凸棱间隔，所述多倍体电池底部设有与凸棱配合的凹槽。
一种组合式电池系统的管理方法，包括以下步骤：
步骤1：检测每一个基本单元仓是否都有电压；
步骤2：如果是，则判断为每个基本单元仓都安装有单倍体电池，然后进入步骤3；如果不是，则进入步骤4；
步骤3：检测每个基本单元仓的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，则判断结束；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，判断结束；
步骤4：对于每一个有电压的基本单元仓，判断其中的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，记录对应的基本单元仓的坐标；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，记录对应的基本单元仓的坐标；
步骤5：对于无电压的任一基本单元仓C(x，y)，检测其左、右、上、下相邻的基本单元仓C(x-1，y)、C(x+1，y)、C(x，y-1)、C(x，y+1)的电压U(x-1，y)、U(x+1，y)、U(x，y-1)、 U(x，y+1)；
步骤6：判断U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0是否成立：
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0不成立，则判断为该基本单元仓C(x， y)没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标，然后进入步骤8；
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0成立，则进入步骤7；
步骤7：判断该基本单元仓C(x，y)中是否安装有多倍体电池，并判断该基本单元仓C(x， y)与周围哪些基本单元仓构成多倍体电池的安装位，并记录对应的基本单元仓的坐标，然后进入步骤8；
步骤8：查询是否所有电池仓检测完毕：若不是，则返回步骤5；若是，则判断结束。进一步的，所示步骤7的具体过程如下：
步骤a：以基本单元仓C(x，y)为圆心的，横向为x轴，竖向为y轴建立平面坐标系，判断基本单元仓C(x，y)与第一象限、正x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位：
步骤a1：给x0赋值为1；
步骤a2：检测基本单元电池仓C(x，y)右方基本单元仓C(x+x0，y)的电压U(x+x0，y)＝0 是否成立：
如果U(x+x0，y)＝0不成立，则基本单元仓C(x+x0，y)安装有单倍体电池，进入步骤e；如果U(x+x0，y)＝0成立，则进入下一步；
步骤a3：检测基本单元仓C(x+x0，y)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x+x0，y)，(x，y))＝0 是否成立：
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0不成立，则C(x+x0，y)和C(x，y)之间有(x0+1)多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0成立，则给y0赋值为1，进入下一步；
步骤a4：检测基本单元仓C(x，y)上边相邻的基本单元电池仓C(x，y+y0)的电压U(x，y+y0)＝0是否成立：
如果U(x，y+y0)＝0不成立，则C(x，y+y0)电池仓有单倍体电池，进入步骤e；
如果U(x，y+y0)＝0成立，则进入下一步；
步骤a5：检测C(x，y+y0)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x，y+y0)，(x，y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0不成立，则C(x，y+y0)和C(x，y)之间有(y0+1)倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a6：检测C(x+x0，y+y0)和C(x，y)两个基本单元之间的电压U((x+x0，y+y0)，C(x， y))＝0是否成立：
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0不成立，则以C(x+x0，y+y0)和C(x，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a7：检测C(x，y+y0)和C(x+x0，y)两个基本单元之间的电压U((x，y+y0)，C(x+x0， y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0不成立，则以C(x，y+y0)和C(x+x0，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元仓形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0成立，则使y0＝y0+1，进入下一步；
步骤a8：判断y0＝Y是否成立，Y为C(x，y)所在列的最大行数；
如果y0＝Y不成立，则返回步骤a4；
如果y0＝Y成立，则时x0＝x0+1，进入下一步；
步骤a9：判断x0＝X是否成立，X为C(x，y)所在行的最大列数+1：
如果x0＝X不成立，则返回步骤a2；
如果x0＝X成立，则进入下一步；
步骤b：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第二象限、负x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤c：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第三象限、负x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤d：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第四象限、正x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则判断该基本单元仓没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标；
步骤e：记录单倍体电池安装位或多倍体电池安装位对应的每个基本单元的坐标。
本发明的有益效果是：本发明可以根据不同的车辆空间布置电池仓的大小和结构形式；可以根据用户的需求和偏好随意更换及选择不同尺寸、形状的电池；对角线的电池触头布置形式可以任意放置电池，不用担心电池电源极性和放置位置是否正确，降低安装难度；模块化的电池仓和电池形式为快速更换、安装等过程提供便利。
附图说明
图1为电池及电池仓装配俯视示意图。
图2为电池及电池仓装配立体示意图。
图3为电池仓结构示意图。
图4为单倍体电池示意图。
图5为双倍体电池示意图。
图6为四倍体电池示意图。
图7为管理方法主判断逻辑框图。
图8为多倍体电池安装位判断逻辑框图。
图9为基本单元仓C(x,y)是否与第一象限基本单元形成多倍体判断逻辑框图。
图10为基本单元仓C(x,y)是否与第二象限基本单元形成多倍体判断逻辑框图。
图11为基本单元仓C(x,y)是否与第三象限基本单元形成多倍体判断逻辑框图。
图12为基本单元仓C(x,y)是否与第四象限基本单元形成多倍体判断逻辑框图。
图中：1-电池仓；2-单倍体电池；3-双倍体电池；4-电源管理系统；5-基本单元；6-电源插孔； 7-四倍体电池；8-凸棱；9-电源触头；10-凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1-2所示，一种组合式电池系统，包括电池仓1、单倍体电池2和电源管理系统4；电池仓1底部被分割为多个基本单元仓5，每个基本单元仓5四角均设有电源插孔6，如图3所示；各电源插孔6通过导线连接汇总形成电源输出端，电源输出端连接到电源管理系统4的输入端，由电源管理系统4 判断电池仓内的电池安装情况，并根据电池安装情况对电池进行充电；单倍体电池2的尺寸与单个基本单元仓5匹配，其底面的对角线上布置有两个与电源插孔6匹配的电源触头9，如图4所示。
本实施例的电池还包括多倍体电池，多倍体电池底面的对角线上布置有两个与电源插孔6 匹配的电源触头9。多倍体电池如本实施例中的双倍电池3和四倍体电池7，双倍体电池3与两个相邻基本单元仓5匹配，如图5所示；四倍体电池7与四个“田”字排列的基本单元仓 5匹配，如图6所示。且各基本单元仓5之间通过凸棱8间隔，所述多倍体电池底部设有与凸棱8配合的凹槽10，方便电池的安装。
本发明的另一目的是这样实现的：一种组合式电池系统的管理方法，包括以下步骤：
初次使用时可以根据情况选择任意尺寸的电池放入电池仓1；
通电后电源管理系统4会根据检测的电压信号利用图7和图8所示的逻辑判断电池仓不同位置放置的电池的型号，进而整合各个电池的电压至用电器所需电压。
判断方法的流程如图7和图8所示，具体描述如下：
步骤1：检测每一个基本单元仓是否都有电压；
步骤2：如果是，则判断为每个基本单元仓都安装有单倍体电池，然后进入步骤3；如果不是，则进入步骤4；
步骤3：检测每个基本单元仓的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，则判断结束；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，判断结束；
步骤4：对于每一个有电压的基本单元仓，判断其中的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，记录对应的基本单元仓的坐标；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，记录对应的基本单元仓的坐标；
步骤5：对于无电压的任一基本单元仓C(x，y)，检测其左、右、上、下相邻的基本单元仓C(x-1，y)、C(x+1，y)、C(x，y-1)、C(x，y+1)的电压U(x-1，y)、U(x+1，y)、U(x，y-1)、 U(x，y+1)；本实施例中电池仓左下角的基本单元仓坐标设定为C(1，1)。
步骤6：判断U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0是否成立：
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0不成立，则判断为该基本单元仓C(x， y)没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标，然后进入步骤8；
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0成立，则进入步骤7；
步骤7：判断该基本单元仓C(x，y)中是否安装有多倍体电池，并判断该基本单元仓C(x， y)与周围哪些基本单元仓构成多倍体电池的安装位，并记录对应的基本单元仓的坐标，然后进入步骤8。
该步骤具体过程如下：
步骤a：以基本单元仓C(x，y)为圆心的，横向为x轴，竖向为y轴建立平面坐标系，判断基本单元仓C(x，y)与第一象限、正x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位。流程如图9所示，具备步骤如下：
步骤a1：给x0赋值为1；
步骤a2：检测基本单元电池仓C(x，y)右方基本单元仓C(x+x0，y)的电压U(x+x0，y)＝0 是否成立：
如果U(x+x0，y)＝0不成立，则基本单元仓C(x+x0，y)安装有单倍体电池，进入步骤e；如果U(x+x0，y)＝0成立，则进入下一步；
步骤a3：检测基本单元仓C(x+x0，y)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x+x0，y)，(x，y))＝0 是否成立：
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0不成立，则C(x+x0，y)和C(x，y)之间有(x0+1)多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0成立，则给y0赋值为1，进入下一步；
步骤a4：检测基本单元仓C(x，y)上边相邻的基本单元电池仓C(x，y+y0)的电压U(x， y+y0)＝0是否成立：
如果U(x，y+y0)＝0不成立，则C(x，y+y0)电池仓有单倍体电池，进入步骤e；
如果U(x，y+y0)＝0成立，则进入下一步；
步骤a5：检测C(x，y+y0)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x，y+y0)，(x，y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0不成立，则C(x，y+y0)和C(x，y)之间有(y0+1)倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a6：检测C(x+x0，y+y0)和C(x，y)两个基本单元之间的电压U((x+x0，y+y0)，C(x， y))＝0是否成立：
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0不成立，则以C(x+x0，y+y0)和C(x，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a7：检测C(x，y+y0)和C(x+x0，y)两个基本单元之间的电压U((x，y+y0)，C(x+x0， y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0不成立，则以C(x，y+y0)和C(x+x0，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元仓形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0成立，则使y0＝y0+1，进入下一步；
步骤a8：判断y0＝Y是否成立，Y为C(x，y)所在列的最大行数：
如果y0＝Y不成立，则返回步骤a4；
如果y0＝Y成立，则时x0＝x0+1，进入下一步；
步骤a9：判断x0＝X是否成立，X为C(x，y)所在行的最大列数+1：
如果x0＝X不成立，则返回步骤a2；
如果x0＝X成立，则进入下一步；
步骤b：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第二象限、负x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位(流程如图10所示)；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤c：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第三象限、负x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位(流程如图11所示)；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤d：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第四象限、正x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位(流程如图12所示)；若是则进入步骤e，否则判断该基本单元仓没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标；
步骤e：记录单倍体电池安装位或多倍体电池安装位对应的每个基本单元的坐标。
步骤8：查询是否所有电池仓检测完毕：若不是，则返回步骤5；若是，则判断结束。
在使用过程中，电源管理系统实时监测每个电池的剩余电量；当监测到某个电池剩余电量低于目标值时，提醒用户更换电池。

Claims (1)

1.一种组合式电池系统的管理方法，其系统包括电池仓(1)、单倍体电池(2)和电源管理系统(4)；电池仓(1)底部被分割为多个基本单元仓(5)，每个基本单元仓(5)四角均设有电源插孔(6)；各电源插孔(6)通过导线连接汇总形成电源输出端，电源输出端连接到电源管理系统(4)的输入端；单倍体电池(2)的尺寸与单个基本单元仓(5)匹配，其底面的对角线上布置有两个与电源插孔(6)匹配的电源触头(9)；还包括多倍体电池，多倍体电池底面的对角线上布置有两个与电源插孔(6)匹配的电源触头(9)；各基本单元仓(5)之间通过凸棱(8)间隔，多倍体电池底部设有与凸棱(8)配合的凹槽(10)；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：检测每一个基本单元仓是否都有电压；
步骤2：如果是，则判断为每个基本单元仓都安装有单倍体电池，然后进入步骤3；
如果不是，则进入步骤4；
步骤3：检测每个基本单元仓的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，则判断结束；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，
判断结束；
步骤4：对于每一个有电压的基本单元仓，判断其中的单倍体电池电压的正负是否与预设的正负相符：
如果相符，记录对应的基本单元仓的坐标；
如果不相符，则电源管理模块调整电压为负的电路的电源极性使其与预设极性相符，
记录对应的基本单元仓的坐标；
步骤5：对于无电压的任一基本单元仓C(x，y)，检测其左、右、上、下相邻的基本单元仓C(x-1，y)、C(x+1，y)、C(x，y-1)、C(x，y+1)的电压U(x-1，y)、U(x+1，y)、U(x，y-1)、U(x，y+1)；
步骤6：判断U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0是否成立：
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0不成立，则判断为该基本单元仓C(x，y)没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标，然后进入步骤8；
如果U(x-1，y)*U(x+1，y)*U(x，y-1)*U(x，y+1)＝0成立，则进入步骤7；
步骤7：判断该基本单元仓C(x，y)中是否安装有多倍体电池，并判断该基本单元仓C(x，y)与周围哪些基本单元仓构成多倍体电池的安装位，并记录对应的基本单元仓的坐标，然后进入步骤8；
步骤7的具体过程如下：步骤a：以基本单元仓C(x，y)为圆心的，横向为x轴，竖向为y轴建立平面坐标系，判断基本单元仓C(x，y)与第一象限、正x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位：
步骤a1：给x0赋值为1；
步骤a2：检测基本单元电池仓C(x，y)右方基本单元仓C(x+x0，y)的电压U(x+x0，y)＝0是否成立：
如果U(x+x0，y)＝0不成立，则基本单元仓C(x+x0，y)安装有单倍体电池，进入步骤e；如果U(x+x0，y)＝0成立，则进入下一步；
步骤a3：检测基本单元仓C(x+x0，y)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x+x0，y)，(x，y))＝0是否成立：
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0不成立，则C(x+x0，y)和C(x，y)之间有(x0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y)，(x，y))＝0成立，则给y0赋值为1，进入下一步；
步骤a4：检测基本单元仓C(x，y)上边相邻的基本单元电池仓C(x，y+y0)的电压U(x，y+y0)＝0是否成立：
如果U(x，y+y0)＝0不成立，则C(x，y+y0)电池仓有单倍体电池，进入步骤e；
如果U(x，y+y0)＝0成立，则进入下一步；
步骤a5：检测C(x，y+y0)和C(x，y)之间的二倍体电压U((x，y+y0)，(x，y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0不成立，则C(x，y+y0)和C(x，y)之间有(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a6：检测C(x+x0，y+y0)和C(x，y)两个基本单元之间的电压U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0是否成立：
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0不成立，则以C(x+x0，y+y0)和C(x，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x+x0，y+y0)，C(x，y))＝0成立，则进入下一步；
步骤a7：检测C(x，y+y0)和C(x+x0，y)两个基本单元之间的电压U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0是否成立：
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0不成立，则以C(x，y+y0)和C(x+x0，y)为对角线的矩形区域内的所有基本单元仓形成(x0+1)×(y0+1)倍的多倍体电池，进入步骤e；
如果U((x，y+y0)，C(x+x0，y))＝0成立，则使y0＝y0+1，进入下一步；
步骤a8：判断y0＝Y是否成立，Y为C(x，y)所在列的最大行数；
如果y0＝Y不成立，则返回步骤a4；
如果y0＝Y成立，则时x0＝x0+1，进入下一步；
步骤a9：判断x0＝X是否成立，X为C(x，y)所在行的最大列数+1：
如果x0＝X不成立，则返回步骤a2；
如果x0＝X成立，则进入下一步；
步骤b：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第二象限、负x轴方向和正y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤c：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第三象限、负x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则进入一步；
步骤d：用步骤a1-步骤a9同样的方法判断基本单元仓C(x，y)与第四象限、正x轴方向和负y轴方向的基本单元仓是否构成多倍体电池的安装位；若是则进入步骤e，否则判断该基本单元仓没有安装电池，记录该基本单元仓的坐标；
步骤e：记录单倍体电池安装位或多倍体电池安装位对应的每个基本单元的坐标；步骤8：查询是否所有电池仓检测完毕：若不是，则返回步骤5；若是，则判断结束。
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