CN109532554A - 一种低速电动车锂离子电池系统和低速电动车 - Google Patents

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Abstract

本发明实施方式公开了一种低速电动车锂离子电池系统和低速电动车。包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统;电池子系统包括电池组、从控模块及继电器;从控模块对应于电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于检测参数值生成第一线圈控制指令;从控模块包括低边开关;低边开关的第一端用于接收第一线圈控制指令;第二端连接继电器的线圈,用于基于第一线圈控制指令控制线圈;继电器分别连接插头和电池组;远程监控部分,用于发送从控模块提供的检测参数值;电源部分,为从控模块和远程监控部分供电。针对锂离子电池管理到单体,提高安全性且实现远程管理。

Description

一种低速电动车锂离子电池系统和低速电动车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,更具体地,涉及一种低速电动车锂离子电池系统和低速电动车。
背景技术
能源短缺、石油危机和环境污染愈演愈烈,给人们的生活带来巨大影响,直接关系到国家经济和社会的可持续发展。世界各国都在积极开发新能源技术。电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车,被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径。混合动力汽车同时兼顾纯电动汽车和传统内燃机汽车的优势,在满足汽车动力性要求和续驶里程要求的前提下,有效地提高了燃油经济性,降低了排放,被认为是当前节能和减排的有效路径之一。
低速电动车广泛定义涵盖电动自行车、电动摩托车、电动三轮车和低速电动汽车等,其中低速电动汽车是指简易四轮纯电动汽车,一般最高速度为70km/h,而外形、结构、性能与燃油汽车类似。当前市场上,诸如环卫车、快递车、电动自行车等低速电动车普遍采用48V电池系统。
当低速电动车集中充电时,需要有合理的技术手段进行充电过程保护,尤其是无人值守的充电场所,对充电保护需求更加迫切。
而且,低速电动车一般使用铅酸电池。铅酸电池存在能量密度低、污染高、寿命短等缺点。锂离子电池可以有效解决铅酸电池的上述问题。不过,锂离子电池对温度等检测参数要求较高,使用过程中尤其需要注意安全问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种低速电动车锂离子电池系统和低速电动车,可以提高安全性。
一种低速电动车锂离子电池系统,包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统,其中:
所述电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;
所述远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;
所述电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为所述n个从控模块和所述远程监控部分供电。
在一个实施方式中,所述从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;
所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元。
在一个实施方式中,所述远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
在一个实施方式中,所述m为13,所述n为2;所述输出电压为48伏特;所述供电电压为12伏特。
在一个实施方式中,当所述电池组处于充电模式时,所述继电器处于闭合状态,所述插头插入连接到充电电源的三芯插座;
当所述电池组处于放电模式时,所述继电器处于闭合状态,所述插头插入连接到外部负载的三芯插座。
在一个实施方式中,每个从控模块还包括温度探头接口,所述温度探头接口与相对应的锂离子单体电池中预定锂离子单体电池的极耳连接,用于检测所述预定锂离子单体电池的极耳温度;
其中所述微控制单元,用于基于所述极耳温度生成所述第一线圈控制指令。
在一个实施方式中,所述远程监控部分,还用于从远程端接收充电停止指令,将所述充电停止指令发送到所述微控制单元;
所述微控制单元,还用于基于所述充电停止指令生成第二线圈控制指令。
一种低速电动车,包括锂离子电池系统,所述锂离子电池系统包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统,其中:
所述电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;
所述远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;
所述电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为所述n个从控模块和所述远程监控部分供电。
在一个实施方式中,所述从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元;所述远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
在一个实施方式中,所述低速电动车包括:电动自行车、电动摩托车、电动三轮车或低速电动汽车
从上述技术方案可以看出,本发明实施方式包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统;电池子系统包括电池组、从控模块及继电器;从控模块对应于电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于检测参数值生成第一线圈控制指令;从控模块包括低边开关;低边开关的第一端用于接收第一线圈控制指令;第二端连接继电器的线圈,用于基于第一线圈控制指令控制线圈;继电器分别连接插头和电池组;远程监控部分,用于发送从控模块提供的检测参数值;电源部分,为从控模块和远程监控部分供电。针对锂离子电池管理到单体,提高安全性且实现远程管理。
由此可见,本发明实施方式实现了低速电动车锂离子电池,不再采用铅酸电池,从而克服了铅酸电池的污染高、寿命短等缺点。
而且,本发明实施方式针对锂离子电池管理到单体(可以监控所有单体电池的电压和温度),提高安全性且实现远程管理。
另外,本发明实施方式至少还具有下列优点:(a.)充电过程实现无人值守,远程终端监控;(b.)故障双重保护措施(充电器和继电器);(c.)多个电池子系统可以同时充电,规模优势明显,适用于集中运营。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。
图1为根据本发明低速电动车锂离子电池的充电系统的结构图。
图2为根据本发明第一实施方式的低速电动车锂离子电池的充电系统的示范性结构图。
图3为根据本发明第二实施方式的低速电动车锂离子电池的充电系统的示范性结构图。
图4为根据本发明低速电动车锂离子电池的充电方法的流程图。
图5为根据本发明低速电动车锂离子电池系统的示范性电路图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式,在各图中相同的标号表示相同的部分。
为了描述上的简洁和直观,下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显,本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案,一些实施方式没有进行细致地描述,而是仅给出了框架。下文中,“包括”是指“包括但不限于”,“根据……”是指“至少根据……,但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯,下文中没有特别指出一个成分的数量时,意味着该成分可以是一个也可以是多个,或可理解为至少一个。
锂离子电池能量密度高,可以有效减小电池系统体积,减轻重量,延长车辆续航里程;放电电流大,满足车辆起步加速工况需求;制备过程污染小,保护生态环境;循环寿命长,等同于降低了电池成本。
本发明实施方式可以解决低速电动车锂离子电池系统(比如,48V)的集中充电问题。48V电池一般应用低速电动车,例如环卫车、快递车、电动自行车等。这些低速电动车运行一定时间(比如一天)后,许多电池组集中到一起进行充电,此时就需要有合理的技术手段进行充电过程保护,尤其是无人值守的充电场所,对充电保护需求更加迫切。
图1为根据本发明低速电动车锂离子电池的充电系统的结构图。
如图1所示,低速电动车锂离子电池的充电系统,包括:
电池子系统100,包含低速电动车锂离子电池101和从控模块102;其中从控模块102用于采集低速电动车锂离子电池101的检测参数值,并当基于检测参数值确定发生故障时切断低速电动车锂离子电池101的主回路;
集中充电装置200,用于为低速电动车锂离子电池101集中充电;
其中集中充电装置200包括监控模块201,用于从从控模块102接收检测参数值,并发送检测参数值(比如,发送到远程终端)。
在一个实施方式中,从控模块102的数目为多个,每个从控模块102对应于低速电动车锂离子电池101中的预定数目个单体电池。此时,从控模块102采集对应的预定数目个单体电池的检测参数值,并当基于任一或多个检测参数值确定有单体电池发生故障时切断低速电动车锂离子电池101的主回路。
优选的,其中检测参数值包括下列中的至少一个:单体电池的温度;单体电池的电压;低速电动车锂离子电池的总电压,等等。其中,低速电动车锂离子电池的总电压可以为各个单体电池的电压和。
以上示范性阐述了检测参数值的典型实例,本领域技术人员可以意识到,这种描述仅是示范性的,并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
在一个实施方式中,电池子系统的数目为n个,低速电动车锂离子电池的数目为n个;集中充电装置200包括n个锂电池充电器和一个电源转换模块,其中n为正整数;其中:每个锂电池充电器用于给对应的低速电动车锂离子电池充电;电源转换模块,用于为监控模块201和n个电池子系统中各自的从控模块供电,即用于为监控模块201和n个电池子系统中的所有n个从控模块供电。
监控模块201从从控模块102接收到检测参数值之后,可以向位于远程的终端持续发送检测参数值。因此,用户可以通过远程终端及时了解充电系统的现场状况,用户无需出现在充电系统的现场。
在一个实施方式中,该系统还包括:
终端,用于从监控模块201接收检测参数值。优选的,监控模块201经由有线连接向终端发送检测参数值,或经由无线连接向终端发送检测参数值。终端可以在自身显示设备上展示这些检测参数值,从而便于用户远程了解充电系统的现场状况。
终端上可以设置有各种门限值,当基于检测参数值和门限值的比较结果确定电池子系统不正常时,终端可以经由有线连接向监控模块201发送操作指令,或经由无线连接向监控模块201发送操作指令。然后,监控模块201将操作指令发送到对应的从控模块102,以由从控模块102具体执行操作指令。
比如,当终端判定从监控模块201接收到的、来自某个从控模块的单体电池的温度值超过预先设定的单体电池温度门限值时,终端经由有线或无线连接向监控模块201发送主回路切断指令,监控模块201再将主回路切断指令发送到该从控模块,从而该从控模块基于主回路切断指令切断主回路。
比如,无线连接方式具体可以包括无线网络(wifi)、红外通信、第三代移动通信(3g)方式、第四代移动通信(4g)方式、第五代移动通信(5g)方式、蓝牙或紫峰(zigbee)等。有线连接方式具体可以包括光纤、同轴电缆、电话线或网线等连接方式。
以上示范性描述了无线连接方式和有线连接方式的典型实例,本领域技术人员可以意识到,这种描述仅是示范性的,并不用于限定本发明实施方式的保护范围。
基于上述描述,图2为根据本发明第一实施方式的低速电动车锂离子电池的充电系统的示范性结构图。在图2中,以48V锂电池为例对速电动车锂离子电池进行说明。
如图2所示,充电系统包括集中充电装置和电池子系统。电池子系统的数目可以为多个,在图2中示范性图示出一个电池子系统。
该电池子系统包含13串锂离子电池(以三元锂电池为例)、常闭继电器和一个从控模块(BSU1)。其中这13串锂离子电池(具体为单体电池0~单体电池12)通过串并联形成48V锂电池电池组,从控模块采集所有单串电池的电压和温度并进行故障判断,当故障发生时(如过温、过压、高温、低温等)通过继电器切断主回路,从而避免这13串锂离子电池发生过温及低温充电、过充等危险。
集中充电装置包含5个具有相同结构的48V锂电池专用充电器、一个电源转换模块和一个监控模块(T-box)。因此,集中充电装置可以为5个电池子系统提供集中充电。
48V锂电池专用充电器用于给指定电压范围的电池充电,充电电流一般可以保证在两个小时以内完全充满(例如,20AH的电池组,充电电流约为10A,充电时间大约为两个小时)。48V锂电池专用充电器中本身包含过流、过压、过温、短路保护电路,从而在充电器侧实现故障保护。
电源转换(AC<-DC)模块可以将220V交流电压转换为12V直流电压,为电池子系统中的从控模块和监控模块供电。监控模块可以通过CAN总线接收从控模块采集的电压、温度等信息并远程传输到后台,供远程终端监控充电过程,避免发生电池漏液、起火及爆炸危险。
以48V锂电池充电器1为例,说明各个电子元器件之间的连接关系。
48V锂电池充电器1的L和N端子分别连接外部电源的L和N端子,以从外部电源获取电力。48V锂电池充电器1将外部电源提供的电流转换为48V直流电,并经过48V+和48V-端子将48V直流电提供到相对应的电池子系统中的锂离子电池,以为锂离子电池充电。电池子系统的从控模块经由CANH和CANL端子和集中充电设备中的CANH和CANL端子与监控模块连接,从而经过CAN总线向监控模块发送所采集的电压、温度等信息,并经由CAN总线从监控模块接收操作指令。
实际操作时,将220V交流电源(L和N)接入集中充电装置,若干个电池子系统接入集中充电装置。相对应的48V、12V、CAN总线接通后,立即开始充电操作。从控模块实时监控电池数据并作出故障处理措施,监控模块不断向终端发送当前数据。当各个电池子系统充电完成后,全部的充电器自动停止充电。
图3为根据本发明第二实施方式的低速电动车锂离子电池的充电系统的示范性结构图。
在图3中,以48V锂电池为例对速电动车锂离子电池进行说明。
如图3所示,充电系统包括集中充电装置和电池子系统。电池子系统的数目可以为多个,在图3中示范性图示出一个电池子系统。
该电池子系统包含13串锂离子电池(以三元锂电池为例)、常闭继电器和两个从控模块(分别为BSU1和BSU2)。其中这13串锂离子电池(具体为单体电池0~单体电池12)通过串并联形成48V电池组。BSU1采集单体电池0~单体电池6的电压和温度并进行故障判断,故障发生时(如过温、过压、高温、低温等)通过继电器切断主回路,从而避免单体电池0~单体电池6发生过温及低温充电、过充等危险。BSU2采集单体电池7~单体电池12的电压和温度并进行故障判断,故障发生时(如过温、过压、高温、低温等)通过继电器切断主回路,从而避免单体电池7~单体电池12发生过温及低温充电、过充等危险。
集中充电装置包含多个具有相同结构的48V锂电池专用充电器、一个电源转换模块和一个监控模块(T-box)。
48V锂电池专用充电器用于给指定电压范围的电池充电,充电电流一般可以保证在两个小时以内完全充满(例如,20AH的电池组,充电电流约为10A,充电时间大约为两个小时),其本身具有过流、过压、过温、短路保护措施。
电源转换(AC-DC)模块可以将220V交流电压转换为12V直流电压,为BSU1和BSU2和监控模块供电。监控模块可以通过CAN总线接收从BSU1和BSU2采集的电压、温度等信息并远程传输到后台,供远程终端监控充电过程,避免发生电池漏液、起火及爆炸危险。
以48V锂电池充电器1为例,说明各个电子元器件之间的连接关系。
48V锂电池充电器1的L和N端子分别连接外部电源的L和N端子,以从外部电源获取电力。48V锂电池充电器1将外部电源提供的电流转换为48V直流电,并经过48V+和48V-端子将48V直流电提供到相对应的电池子系统中的锂离子电池,以为锂离子电池充电。电池子系统的BSU1和BSU2分别经由各自的CANH和CANL端子和集中充电设备中的各自的CANH和CANL端子与监控模块连接,从而分别经过各自独立的CAN总线向监控模块发送所采集的电压、温度等信息,并经由各自独立的CAN总线从监控模块接收操作指令。
实际操作时,将220V交流电源(L和N)接入集中充电装置,若干个电池子系统接入集中充电装置。相对应的48V、12V、CAN总线接通后,立即开始充电操作。BSU1和BSU2实时监控电池数据并作出故障处理措施,监控模块不断向终端发送当前数据。当各个电池子系统充电完成后,全部的充电器自动停止充电。
基于上述描述,本发明实施方式还提出了一种低速电动车锂离子电池的充电方法。
图4为根据本发明低速电动车锂离子电池的充电方法的流程图。该方法适用于低速电动车锂离子电池的充电系统,所述低速电动车锂离子电池的充电系统包含电池子系统和集中充电装置;所述电池子系统包含所述低速电动车锂离子电池和从控模块;所述集中充电装置包括监控模块。
如图4所示,该方法包括:
步骤401:使能从控模块采集低速电动车锂离子电池的检测参数值,使能集中充电装置为低速电动车锂离子电池集中充电。
步骤402:当基于检测参数值确定发生故障时,切断低速电动车锂离子电池的主回路。
步骤403:使能监控模块从所述控模块接收检测参数值,并发送检测参数值。
其中,从控模块实时采集低速电动车锂离子电池的检测参数值,并当在任意时刻基于检测参数值确定发生故障时,可以随时切断低速电动车锂离子电池的主回路。
在一个实施方式中,从控模块的数目为多个,每个从控模块对应于所述低速电动车锂离子电池中的预定数目个单体电池。
在一个实施方式中,电池子系统的数目为n个,所述低速电动车锂离子电池的数目为n个;所述集中充电装置包括n个锂电池充电器和电源转换模块,n为正整数;每个锂电池充电器给对应的低速电动车锂离子电池充电;
在一个实施方式中,该方法还包括:使能电源转换模块为监控模块和n个电池子系统中各自的从控模块供电。
在一个实施方式中,该方法还包括:使能终端从监控模块接收检测参数值,其中检测参数值包括下列中的至少一个:单体电池的温度;单体电池的电压;所述低速电动车锂离子电池的温度;所述低速电动车锂离子电池的电压。
本发明实施方式还提出了一种低速电动车,该低速电动车包括电池子系统,电池子系统包含所述低速电动车锂离子电池和从控模块:所述低速电动车锂离子电池,用于从包含多个锂电池充电器的集中充电装置中的相对应的锂电池充电器中获取电力;从控模块,用于采集低速电动车锂离子电池的检测参数值,发送检测参数值,并当基于检测参数值确定发生故障时切断低速电动车锂离子电池的主回路。
其中,低速电动车具体可以实施为:电动自行车、电动摩托车、电动三轮车或低速电动汽车,等等。
基于上述描述,本发明实施方式还提出了一种低速电动车锂离子电池系统。
该电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;
远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;
电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为n个从控模块和所述远程监控部分供电。
在一个实施方式中,从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;
所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元。
在一个实施方式中,远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
在一个实施方式中,m为13,n为2;输出电压为48伏特;供电电压为12伏特
在一个实施方式中,当电池组处于充电模式时,继电器处于闭合状态,插头插入连接到充电电源的三芯插座;当电池组处于放电模式时,继电器处于闭合状态,插头插入连接到外部负载的三芯插座。
在一个实施方式中,每个从控模块还包括温度探头接口,温度探头接口与相对应的锂离子单体电池中预定锂离子单体电池的极耳连接,用于检测预定锂离子单体电池的极耳温度;其中微控制单元,用于基于所述极耳温度生成所述第一线圈控制指令。
在一个实施方式中,远程监控部分,还用于从远程端接收充电停止指令,将充电停止指令发送到所述微控制单元;所述微控制单元,还用于基于充电停止指令生成第二线圈控制指令,该第二线圈控制指令用于使能低边开关控制线圈以关闭继电器。
图5为根据本发明低速电动车锂离子电池系统的示范性电路图。图5所示的锂离子电池系统适用于48V环卫车等低速电动车的电池系统。
如图5所示,电池子系统包含48V/40AH电池(由13串锂离子单体电池组成)、两个从控模块(分别为BSU1和BSU2)、熔断器(包括2A熔断器和50A熔断器)和继电器等零部件;电源子系统包含DC/DC转换器;远程监控子系统包含T-BOX。
电池子系统是整车的电能来源,主要实现能量存储(由锂离子电池实施)、电流/电压/温度监控、电量平衡及故障保护功能(由从控模块实施)。
电源子系统的DC/DC转换器可以将电池子系统的48V电源转换为12V,为从控模块及远程监控子系统供电。远程监控子系统通过远程通信将电池的电压、温度及故障信息上传到后台,可以满足数据存储及实时查询需求,有效提高电池寿命及使用安全性。
在图5中,电池子系统的13串锂离子单体电池具体包含锂离子单体电池CELL0~CELL12,其中BSU1对应于锂离子单体电池CELL0~CELL7;BSU1对应于锂离子单体电池CELL8~CELL12。
图5的具体工作模式包括:
(1)充电模式
此时,电源子系统中的开关处于闭合状态,DC/DC转换器将48V的电池子系统的输出电压转换为12V直流电,并利用12V直流电为从控模块(包括BSU1和BSU2)和远程监控子系统供电。电池子系统中的50A常开继电器处于闭合状态,充电器的3PIN插头插入3PIN插座中开始充电。每个从控模块实时检测相对应的锂离子单体电池的电压和温度信息(其中,NTC用于检测温度信息),并判断是否发生过压、过温、欠压或低温故障,并超出设定阈值后,生成第一线圈控制指令,并基于第一线圈控制指令驱动板内(从控模块内部)的低边开关断路,50A常开继电器断开,实现充电保护功能。具体的,低边开关具体实施为低边开关芯片,也可以实施为三极管。从控模块基于第一线圈控制指令驱动基极电压跌落,三极管断开,集电极与发射极之间的通路断开,与集电极连接的控制线圈(用于控制50A常开继电器)掉电。当控制线圈掉电后,50A常开继电器即可以断开,从而停止充电。当故障解除后,从控模块不再收到第一线圈控制指令,并驱动板内低边开关导通,50A常开继电器闭合,正常充电,即不再收到线圈掉电指令,而是会收到线圈上电指令。具体的,从控模块驱动基极电压抬升,三极管导通,集电极与发射极之间的通路接通,与集电极连接的控制线圈上电。当控制线圈上电后,50A常开继电器即可以闭合,从而正常充电。
(2)放电模式
此时,电源子系统中的开关处于闭合状态,DC/DC转换器将48V的电池子系统的输出电压转换为12V直流电,并利用12V直流电为从控模块(包括BSU1和BSU2)和远程监控子系统供电。电池子系统中的50A常开继电器处于闭合状态,电驱动系统插头插入3PIN插座中,电池子系统开始放电。每个从控模块实时检测相对应的锂离子单体电池的电压和温度信息(其中,NTC用于检测温度信息),判断是否发生过压、过温、欠压或低温故障,并当超出设定阈值后,生成第一线圈控制指令,并基于第一线圈控制指令驱动板内(从控模块内部)的低边开关断路,50A常开继电器断开,实现放电保护功能。具体的,低边开关具体实施为三极管。从控模块基于第一线圈控制指令驱动基极电压跌落,三极管断开,集电极与发射极之间的通路断开,与集电极连接的控制线圈(用于控制50A常开继电器)掉电。当控制线圈掉电后,50A常开继电器即可以断开,从而停止放电。当故障解除后,从控模块不再收到第一线圈控制指令,并驱动板内低边开关导通,50A常开继电器闭合,正常放电,即不再收到线圈掉电指令,而是会收到线圈上电指令。具体的,从控模块驱动基极电压抬升,三极管导通,集电极与发射极之间的通路接头,与集电极连接的控制线圈上电。当控制线圈上电后,继电器即可以闭合,从而正常放电。
示范性的,电池子系统的故障典型阈值如下:单体电池过压,4.2V;单体电池欠压,3V;电池过温,55℃;电池低温(充电),0℃;电池低温(放电),-20℃;电池电量不均衡,50mV。
(3)远程控制模式
此时,电源子系统中的开关处于闭合状态,DC/DC转换器将48V的电池子系统的输出电压转换为12V直流电,并利用12V直流电为从控模块和远程监控子系统供电。电池子系统中的50A常开继电器处于闭合状态,充电器的3PIN插头插入3PIN插座中开始充电。远程监控子系统的TBOX接收来自远程的充电停止指令,并通过CAN通道(包含CANL和CANH)将充电停止指令发送到电池子系统(比如,发送到电池子系统的微控制单元)。微控制单元基于充电停止指令生成第二线圈控制指令,从控模块基于第二线圈控制指令驱动板内低边开关断路,继电器断开,实现充电保护功能。具体的,低边开关具体实施为低边开关芯片,或实施为三极管。从控模块基于第二线圈控制指令驱动基极电压跌落,三极管断开,集电极与发射极之间的通路断开,与集电极连接的控制线圈掉电。当控制线圈掉电后,继电器即可以断开,从而停止充电。
本发明实施方式提出的低速电动车锂离子电池系统至少具有下列优点:a.减小电池系统体积及重量;b.提高电池放电能力;c.延长电池使用寿命;d.电池管理到单体,提高充放电安全性;e.电池信息通过远程监控模块上传到后台,供数据处理及远程管理;f.增加熔断器及故障保护措施。
本发明实施方式还提出了一种低速电动车。低速电动车包括锂离子电池系统,锂离子电池系统包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统,其中:所述电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;所述远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;所述电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为所述n个从控模块和所述远程监控部分供电。
在一个实施方式中,从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元;所述远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
在一个实施方式中,低速电动车包括:电动自行车、电动摩托车、电动三轮车或低速电动汽车。
综上所述,在本发明实施方式中,电池子系统,包含低速电动车锂离子电池和从控模块;其中从控模块用于采集低速电动车锂离子电池的检测参数值,并当基于所述检测参数值确定发生故障时切断低速电动车锂离子电池的主回路;集中充电装置,用于为低速电动车锂离子电池集中充电;其中集中充电装置还包括监控模块,用于从从控模块接收检测参数值,并发送检测参数值。
因此,本发明实施方式至少具有下列优点:
(a.)锂离子电池管理到单体(监控所有电池的电压和温度);(b.)充电过程实现无人值守,远程终端监控;(c.)故障双重保护措施(充电器和继电器);(d.)多个电池子系统可以同时充电,规模优势明显,适用于集中运营。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,而并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更,如特征的组合、分割或重复,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统,其中:
所述电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;
所述远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;
所述电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为所述n个从控模块和所述远程监控部分供电。
2.根据权利要求1所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,所述从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;
所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元。
3.根据权利要求1所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,
所述远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
4.根据权利要求1所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,所述m为13,所述n为2;所述输出电压为48伏特;所述供电电压为12伏特。
5.根据权利要求1所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,
当所述电池组处于充电模式时,所述继电器处于闭合状态,所述插头插入连接到充电电源的三芯插座;
当所述电池组处于放电模式时,所述继电器处于闭合状态,所述插头插入连接到外部负载的三芯插座。
6.根据权利要求2所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,
每个从控模块还包括温度探头接口,所述温度探头接口与相对应的锂离子单体电池中预定锂离子单体电池的极耳连接,用于检测所述预定锂离子单体电池的极耳温度;
其中所述微控制单元,用于基于所述极耳温度生成所述第一线圈控制指令。
7.根据权利要求1所述的低速电动车锂离子电池系统,其特征在于,
所述远程监控部分,还用于从远程端接收充电停止指令,将所述充电停止指令发送到所述微控制单元;
所述微控制单元,还用于基于所述充电停止指令生成第二线圈控制指令。
8.一种低速电动车,其特征在于,包括锂离子电池系统,所述锂离子电池系统包括电池子系统、远程监控子系统和电源子系统,其中:
所述电池子系统包括:由m个锂离子单体电池构成的电池组、n个从控模块及继电器;其中每个从控模块对应于所述电池组中的预定数目个锂离子单体电池,用于检测相对应的锂离子单体电池的检测参数值,并基于所述检测参数值生成第一线圈控制指令;每个从控模块包括低边开关;所述低边开关的第一端用于接收所述第一线圈控制指令;所述低边开关的第二端连接所述继电器的线圈,用于基于所述第一线圈控制指令控制所述线圈;所述继电器分别连接插头和所述电池组,其中m和n都是正整数;
所述远程监控部分,与每个从控模块连接,用于发送各个从控模块所提供的检测参数值;
所述电源部分,与所述电池组连接,用于将所述电池组的输出电压转换为供电电压,并利用所述供电电压为所述n个从控模块和所述远程监控部分供电。
9.根据权利要求8所述的低速电动车,其特征在于,所述从控模块包含微控制单元,其中所述微控制单元基于所述检测参数值生成所述第一线圈控制指令;所述低边开关为三极管,所述三极管的集电极连接所述继电器的线圈,所述三极管的发射极接地,所述三极管的基极连接所述微控制单元;所述远程监控部分和所述电源部分经由共同的低压接插件与所述电池子系统连接。
10.根据权利要求8所述的低速电动车,其特征在于,所述低速电动车包括:电动自行车、电动摩托车、电动三轮车或低速电动汽车。
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