CN109606160A - 一种分布式能源动力锂电及管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明主要提供了一种分布式能源动力锂电及管理系统，该系统包括充电桩和锂电池包，所述锂电池包分为3个电池管理系统，所述第一系统连接第一分包，第二系统连接第二分包，第三系统连接第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包叠放而成，所述分包左右两侧设置有模组上限位结构，所述模组上限位结构和内部焊接底盘将第一分包、第二分包、第三分包包裹起来，放置在主壳体内，所述电池管理系统采用了12.8，300Ah的锂电模组进行八串并配置独立的电池管理系统，形成一个分布式能源动力锂电及管理系统，然后采用三个子系统并联，从而形成了积木式柔性动力锂电系统，任意一个字系统因故障退出，均不影响其他子系统的独立或联合运行，从而极大地提高了整个锂电系统的稳定性和可靠性，具有极强的可维护性。

Description

一种分布式能源动力锂电及管理系统

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体是一种分布式能源动力锂电及管理系统。

背景技术

随着科技的发展，电动汽车产品走入千家万户，在运营市场和个人市场占据非常重要的地位，电动汽车在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶甚至超越传统的燃油车，这也给电池包的技术发展带来了更高的挑战，目前，电动汽车所增加的动力电池系统，由于体积大，重量重，因此在电池包的设计上，需要考虑以下几个方面：

首先，要尽可能的在有限的空间内，布置更多的电量，这样才能达到更大的续航里程，减少充电的频次，任何可以利用的空间，都有利于整车电量的提升。

其次，要充分考虑电池包的位置对整车安全性能的影响，尤其是在发生碰撞、翻滚、跌落等极端情况下，电池包是否会因为很大的加速度或严重的挤压变形，发生起火和爆炸，或者是否会有电池包的部件进入乘客舱，引起附加伤害。

第三，要充分考虑电池包的重量和形状对整车结构寿命的影响，因为电池包的重量通常达到数百公斤，给整车的底盘和悬挂带来很大的静态载荷和动态载荷，在长时间的振动、冲击条件下，很容易引起整车机械部分的疲劳损伤，降低寿命。

第四，要充分考虑电池包的散热条件，尤其是在高温工作条件和高电气载荷工作条件下，电池包会产生大量的热量，如果散热条件不理想，或者靠近热源，会引起电池包的寿命加速衰减。

目前，锂电池使用中为了满足能量和电压的需求，需要将数百只甚至是数千只单体电池通过串联和并联的方式组合为电池组，理论上这些单体电池应该具有完全相同的特性，但是实际上由于制造和生产过程相关工艺参数的波动，即便是同一批次的锂离子电池在性能上仍然存在一定的差异(例如容量、内阻和衰降速度等)，因此成组后，在使用过程中这些差异就会随着循环次数的增加而不断积累，导致单体电池之间的性能差异不断扩大，同时由于电池组庞大的电池数量，在使用过程中电池组内部必然存在一定的温度梯度，温度梯度的存在也会导致电池内阻的不一致性和电流分布的不一致性，从而导致单体电池衰降速度的不一致，这些因素都会导致电池组的循环性能要远远低于单体电池的循环寿命，例如北京公交示范线上运行的公交车，在没有均衡器保护的情况下，尽管单体电池寿命可达1000次以上，但是在组成电池组后仅仅经过150次循环就出现了严重的容量衰减，抽检发现部分单体电池的容量已经低于额定容量的80％以下，这主要是因为单体电池在库伦效率、衰降速度和内阻增加方面的微小差异在循环中持续积累，最终导致了部分单体电池衰降速度过快。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式能源动力锂电及管理系统，以解决现有技术中的问题。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种分布式能源动力锂电及管理系统，包括充电桩和锂电池包，所述锂电池包放置在主壳体内，所述主壳体上设置有主壳体盖，所述主壳体左侧设置有背包结构，所述主壳体前侧和后侧分别设置有半腰式插叉结构，所述背包结构前侧设置有背包维护窗口，所述背包结构右侧设置有充电枪座。

进一步的，所述锂电池包分为三个电池管理系统，所述第一系统连接第一分包，第二系统连接第二分包，第三系统连接第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包叠放而成，所述第一分包左侧和第三分包右侧设置有模组上限位结构，所述模组上限位结构和内部焊接底盘将第一分包、第二分包、第三分包包裹起来，放置在主壳体内，所述气溶胶灭火装置设置在第一系统的左侧和第三系统的右侧，所述锂电池包通过充电枪座充电。

进一步的，所述锂电池包由二十四组铝壳电芯模组构成，所述二十四组铝壳电芯模组采用钣金结构分为八套，所述八套铝壳电芯模组三并八串组成上、中、下分层结构，分别为第一分包、第二分包、第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包正极与总正铜排连接，并采用铜编织带连接，所述第一分包、第二分包、第三分包负极与总负铜排连接，并采用铜编织带连接，所述电池包电源正和电源负输出接口采用电缆直连方式，连接接口采用铆栓结构。

进一步的，所述锂电系统配置独立的电池管理系统，形成动力锂电子系统，所述三个子系统并联，形成柔性分布式能源动力锂电系统，任意一个子系统因故退出，均不影响其他子系统的独立或联合运行，提高了整车锂电系统的稳定性和可靠性，具有极强的可维护性。

进一步的，所述电池管理系统系统包括单位电池电压检测、单位电池温度检测、电池包工作电流检测、电池包脉冲估测、电池故障分析、绝缘检测功能和电池报警功能。

进一步的，所述电池报警功能分为一般报警和严重报警，影响因素主要有：温度、电压、绝缘电阻、不平衡电压差、脉冲、电流和故障。

进一步的，所述充电桩具有为锂电池提供安全、智能充电的能力，充电桩高速CAN网络(控制器局域网络)与BMS(电池管理系统)通信，通过后台监控下发的系统，动态调节充电参数，执行相应的动作，完成整个充电过程，在整个充电过程中，充电桩实时检测锂电池的温度、充电电压和电流，不允许超过规定值，充电桩通过判断充电桩与锂电池连接，获得电池系统参数，，所述充电桩通过高速CAN网络(控制器局域网络)或工业以太网与监控系统通信，上传充电桩和动力电池的工作状态、工作参数和故障告警信息，能接受远程启动充电或通电控制指令，所述充电桩具有工厂模式充电功能，在充电过程中可以直接触屏完成充电操作，

进一步的，所述充电桩上设置紧急停止充电按钮，直流输出防止反接功能、充电快软启动功能、防止电流冲击功能、安全保护措施，包括防雷保护、过载保护、模块过温保护、直流输出短路保护。

进一步的，所述充电桩采用22.5KW的专用型低压直流充电桩，最高电压为100伏，最高电流位225A，

进一步的，所述自动灭火装置自带温感系统，所述电池包气压平衡设计采用若干数量防水透气阀，满足IP66防护要求，所述防水设计为在主体上盖、背包侧盖都采用发泡胶条禁锢密封处理，所述背包禁锢螺钉处、接缝处都采用中性硅酮胶处理，满足IP56防护要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要提供了一种分布式能源动力锂电及管理系统，该系统包括充电桩和锂电池包，所述锂电池包放置在主壳体内，所述主壳体上设置有主壳体盖，所述主壳体左侧设置有背包结构，所述主壳体前侧和后侧分别设置有半腰式插叉结构，所述主客体盖上设置有气溶胶灭火装置，所述背包结构左侧设置有背包维护窗口，所述背包结构前侧设置有充电枪座，所述电池包分为3个电池管理系统，所述第一系统连接第一分包，第二系统连接第二分包，第三系统连接第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包叠放而成，所述分包左右两侧设置有模组上限位结构，所述模组上限位结构和内部焊接底盘将第一分包、第二分包、第三分包包裹起来，放置在主壳体内。所述电池管理系统采用了12.8，300Ah的锂电模组进行八串并配置独立的电池管理系统，形成一个分布式能源动力锂电及管理系统，然后采用三个子系统并联，从而形成了积木式柔性动力锂电系统，任意一个字系统因故障退出，均不影响其他子系统的独立或联合运行，从而极大地提高了整个锂电系统的稳定性和可靠性，具有极强的可维护性，同时，本发明可以对同种能量密度比的电芯热失控温度临界点提升较大，进而提升电池包安全性，加上BMS控制策略，可以避免因电池包内故障点而造成的动力消退，从而造成车辆停驶或因故障造成电芯工作环境变化，损害电芯及降低其使用寿命。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的整体结构图；

图2为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的锂电池内部结构图；

图3为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的前视图；

图4为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的后视图；

图5为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的左视图；

图6为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的上电流程图

图7为本发明一种分布式能源动力锂电及管理系统的下电流程图。

1、锂电池包，11、第一系统，12、第二系统，13、第三系统，14、模组上限位结构，21、主壳体，22、主壳体盖，31、背包结构，32、背包维护窗口，33、充电枪座，41、半腰式插叉结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中，参照图1-4，一种分布式能源动力锂电及管理系统，包括充电桩和锂电池包1，所述锂电池包1放置在主壳体21内，所述主壳体21上设置有主壳体盖22，所述主壳体左侧设置有背包结构31，所述主壳体21前侧和后侧分别设置有半腰式插叉结构41，所述背包结构31前侧设置有背包维护窗口32，所述背包结构31右侧设置有充电枪座33。所述背包结构外部包括充电枪座、启动开关，所述背包内部结构包括充电继电器、放点继电器、熔断器、绝缘子、预充电阻、报警扬声器、霍尔电流传感器、DC电源，所述DC电源和充电枪座连接。

所述电池管理系统系统包括单位电池电压检测、单位电池温度检测、电池包工作电流检测、电池包脉冲估测、电池故障分析、绝缘检测功能和电池报警功能。所述电池报警功能分为一般报警和严重报警，影响因素主要有：温度、电压、绝缘电阻、不平衡电压差、脉冲、电流和故障。

参照图5，锂电池包1分为三个电池管理系统，所述第一系统11连接第一分包，第二系统12连接第二分包，第三系统13连接第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包叠放而成，所述第一分包左侧和第三分包右侧设置有模组上限位结构14，所述模组上限位结构14和内部焊接底盘将第一分包、第二分包、第三分包包裹起来，放置在主壳体21内，所述气溶胶灭火装置设置在第一系统的左侧和第三系统的右侧，所述锂电池包通过充电枪座33充电。所述自动灭火装置自带温感系统，所述电池包气压平衡设计采用若干数量防水透气阀，所述防水设计为在主体上盖、背包侧盖都采用发泡胶条禁锢密封处理，所述背包禁锢螺钉处、接缝处都采用中性硅酮胶处理。所述锂电池包由二十四组铝壳电芯模组构成，所述二十四组铝壳电芯模组采用钣金结构约束分为八套，所述八套铝壳电芯模组三并八串组成上、中、下分层结构，分别为第一分包、第二分包、第三分包，三个电池管理系统并联，形成柔性分布式能源动力锂电及管理系统，所述电池包电源正和电源负输出接口采用电缆直连方式，连接接口采用铆栓结构，所述第一分包、第二分包、第三分包正极与总正铜排连接，并采用铜编织带连接，所述第一分包、第二分包、第三分包负极与总负铜排连接，并采用铜编织带连接。

所述充电桩具有为锂电池提供安全、智能充电的能力，充电桩高速CAN网络(控制器局域网络)与BMS(电池管理系统)通信，通过后台监控下发的系统，动态调节充电参数，执行相应的动作，完成整个充电过程，在整个充电过程中，充电桩实时检测锂电池的温度、充电电压和电流，不允许超过规定值，充电桩通过判断充电桩与锂电池连接，获得电池系统参数，，所述充电桩通过高速CAN网络(控制器局域网络)或工业以太网与监控系统通信，上传充电桩和动力电池的工作状态、工作参数和故障告警信息，能接受远程启动充电或通电控制指令，所述充电桩具有工厂模式充电功能，在充电过程中可以直接触屏完成充电操作，所述充电桩上设置紧急停止充电按钮，直流输出防止反接功能、充电快软启动功能、防止电流冲击功能、安全保护措施，包括防雷保护、过载保护、模块过温保护、直流输出短路保护。所述充电桩采用22.5KW的专用型低压直流充电桩，最高电压为100伏，最高电流位225A。

参照图6，电池管理系统上电流程，电池处于12V电压的自供电状态下，主板和从板被供电电源唤醒，电池管理系统自检，判断电池是否允许上高压，如果不允许，报出故障，不允许上高压，如果允许，判断是否有CC1/CC2信号，如果有，则电池进入充电模式，闭合负极继电器，正常充电，反之，进入放电模式，判断检测继电器是否有故障，如果有，报相应故障，不允许上高压，反之判断电池是否接收到整车控制器请求上电信号，如果电池没有接收到整车控制器请求上电信号，则重新判断，反之，2秒后闭合负极，正常放电。

参照图7，电池管理系统下电流程，当电池处于高压条件下，判断锂电池是否处于充电模式，如果是处于充电需求，发指令0，如果不是处于充电需求，判断是否接收到整车控制器请求下的电信号，如果接收，判断高压回路中的电流是否小于5A，如果不接收等30秒后，判断高压回路中的电流是否小于5A，如果高压回路中的电流小于5A，则控制负极继电器断开，否则，等100秒之后控制负极继电器断开，判断负极是否断开，如果断开，电池管理系统存储数据，否则，报继电器故障，电池管理系统存储数据。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，包括充电系统和锂电池包(1)，其特征在于，所述锂电池包(1)放置在主壳体(21)内，所述主壳体(21)上设置有主壳体盖(22)，所述主壳体左侧设置有背包结构(31)，所述主壳体(21)前侧和后侧分别设置有半腰式插叉结构(41)，所述背包结构(31)前侧设置有背包维护窗口(32)，所述背包结构(31)右侧设置有充电枪座(33)，所述充电系统包括充电桩，所述充电桩和锂电池包(1)通过软件实现数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述锂电池包(1)分为三个电池管理系统，所述第一系统(11)连接第一分包，第二系统(12)连接第二分包，第三系统(13)连接第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包叠放而成，所述第一分包左侧和第三分包右侧设置有模组上限位结构(14)，所述模组上限位结构(14)和内部焊接底盘将第一分包、第二分包、第三分包包裹起来，放置在主壳体(21)内，所述气溶胶灭火装置设置在第一系统的左侧和第三系统的右侧，所述锂电池包通过充电枪座(33)充电。

3.根据权利要求2所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述锂电池包由二十四组铝壳电芯模组构成，所述二十四组铝壳电芯模组采用钣金结构分为八套，所述八套铝壳电芯模组三并八串组成上、中、下分层结构，分别为第一分包、第二分包、第三分包，所述第一分包、第二分包、第三分包正极与总正铜排连接，并采用铜编织带连接，所述第一分包、第二分包、第三分包负极与总负铜排连接，并采用铜编织带连接，所述电池包电源正和电源负输出接口采用电缆直连方式，连接接口采用铆栓结构。

4.根据权利要求3所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述锂电系统配置独立的电池管理系统，形成动力锂电子系统，所述三个子系统并联，形成柔性分布式能源动力锂电系统。

5.根据权利要求4所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述背包结构外部包括充电枪座、启动开关，所述背包内部结构包括充电继电器、放点继电器、熔断器、绝缘子、预充电阻、报警扬声器、霍尔电流传感器、DC电源，所述DC电源和充电枪座连接。

6.根据权利要求5所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述电池管理系统系统包括单位电池电压检测、单位电池温度检测、电池包工作电流检测、电池包脉冲估测、电池故障分析、绝缘检测功能和电池报警功能。

7.根据权利要求6所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述电池报警功能分为一般报警和严重报警，影响因素主要有：温度、电压、绝缘电阻、不平衡电压差、脉冲、电流和故障。

8.根据权利要求7所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述自动灭火装置自带温感系统，所述电池包气压平衡设计采用若干数量防水透气阀，所述防水设计为在主体上盖、背包侧盖都采用发泡胶条禁锢密封处理，所述背包禁锢螺钉处、接缝处都采用中性硅酮胶处理。

9.根据权利要求8所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述充电系统采用充电桩，所述充电桩具有为锂电池提供安全、智能充电的能力，充电桩高速CAN网络与BMS通信，通过后台监控下发的系统，动态调节充电参数，执行相应的动作，完成整个充电过程，在整个充电过程中，充电桩实时检测锂电池的温度、充电电压和电流，不允许超过规定值，充电桩通过判断充电桩与锂电池连接，获得电池系统参数，所述充电桩通过高速CAN网络或工业以太网与监控系统通信，上传充电桩和动力电池的工作状态、工作参数和故障告警信息，能接受远程启动充电或通电控制指令。

10.根据权利要求9所述的一种分布式能源动力锂电及管理系统，其特征在于，所述充电桩上设置紧急停止充电按钮，直流输出防止反接功能、充电快软启动功能、防止电流冲击功能、安全保护措施，包括防雷保护、过载保护、模块过温保护、直流输出短路保护。