CN113619445A - 一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统及方法，包括供电模块，所述供电模块用于实现电量的存储和供电；管理模块，所述管理模块用于实现电池信息采集和电池安全补偿，与供电模块相连。方法包括：供电模块实现电量的存储和提供；采集模块实现通过访问主控板实现数据采集；控制模块接收采集数据并对安全补偿模块进行相应控制；控制模块汇总采集数据及控制数据上传至监控管理云平台。通过供电模块内部支架支撑电芯单体交错紧密排列，提高锂电池空间利用率的同时，保持良好的散热，通过控制模块实时监控磷酸铁锂电池组的状态并实现及时补偿实现对磷酸铁锂电池组的安全温控，同时通过485通讯对锂电池进行管理，实现智能充放电控制。

Description

一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电池组技术领域，尤其涉及一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统及方法。
背景技术
锂电池具有工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等众多优点。在锂离子电池中，磷酸铁锂电池较被看好，其安全性高，电池的循环次数能大于2000次，放电稳定，可快速充电且不含重金属无毒环保。因此磷酸铁锂电池是目前应用前景十分广阔的锂离子电池，尤其是动力电池和储能电池领域，这些领域对体积比能量要求不如手机电池领域那么高。虽然其具备了如此多的优势，但是其推广的速度及应用领域的广度、深度却不尽如人意，阻碍其快速推广的因素主要包括其温度性能。有资料显示，现有的电动摩托车中的电池都仅有一组主电池且多数为铅酸电池，因此电动摩托车对电池几乎没有任何管理功能。
中国专利文献CN106684975A公开了一种“基于锂电池的电动摩托车电池管理系统”。采用了包括电池组、电机控制器、电机、充电器、分流器以及电池管理装置，所述的电池组与分流器和电池管理装置相连接，所述的分流器分别与充电器和电机控制器相连接，所述的电机控制器与电机相连接，还包括充电继电器和放电继电器，所述的充电继电器和放电继电器分别连接在充电器和电机控制器的前端。上述技术方案对于电池的管理局限在充放电电流、电压的控制以及电池温度、绝缘的监测，功能单一，难以满足人们对于电池管理的功能需求。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案功能单一，难以满足人们对于电池管理的功能需求技术问题，提供一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统及方法，通过供电模块内部支架支撑电芯单体交错紧密排列，提高锂电池空间利用率的同时，保持良好的散热，通过控制模块实时监控磷酸铁锂电池组的状态并实现及时补偿实现对磷酸铁锂电池组的安全温控，同时通过485通讯对锂电池进行管理，实现对锂电池的智能充放电控制，提高电池使用寿命，使电池多次充放电后能保持稳定的电池容量。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，包括：
供电模块，所述供电模块用于实现电量的存储和供电；
管理模块，所述管理模块用于实现电池信息采集和电池安全补偿，与供电模块相连。
作为优选，所述的供电模块包括设置在外壳上的充放电接口和设置在外壳内部的电池包。充放电接口实现与外部的电力交互，电池包实现电力的存储和对外供应。
作为优选，所述的电池包包括内胆、设置在内胆内侧的电芯模组和设置在电芯模组侧面上的主控板，所述主控板输入端与电芯模组输出端连接，所述主控板的输出端与充放电接口连接。
作为优选，所述的管理模块包括控制模块和分别与控制模块相连的采集模块、安全补偿模块、通信模块、GPS定位模块、告警模块、紧急保护模块，所述通信模块与监控管理云平台相连。
作为优选，所述的采集模块包括与主控板相连的电流采集模块、电压采集模块、电芯温度采集模块，所述安全补偿模块包括设置在电池包表面的保温模块和辅助散热模块。
作为优选，所述的紧急保护模块与安全补偿模块相连，紧急保护模块上设有物理温度开关。紧急保护模块具备通过安全补偿模块的电子控制和通过物理温度开关的物理控制两种触发方式，确保了爆燃等紧急情况发生时能及时做出反应。
作为优选，所述的电芯模组包括电芯组，支架和串并联镍片；所述支架在电芯组两极端面呈镜像对称设置，所述支架上设有若干电芯卡槽，所述电芯卡槽沿支架厚度方向贯穿，所述串并联镍片设置在支架外侧通过电池卡槽与电芯两极点焊连接，串并联镍片通过电焊将多个电芯并联成电芯对，相邻电芯对通过串并连镍片串联组成电芯组。使电池包能够提供所需的电压输出，支架对电芯模块起到支撑作用，使电芯与电芯之间保持一定的间距整齐排列，保持单体电芯与电芯之间的隔离状态，并且还起到均匀散热的作用。串并联镍片包括若干个镍片单体，每个镍片单体一端设有卡扣，所述卡扣的卡边与镍片单体垂直，所述镍片单体安装时，卡扣与支架一端面贴合，保正镍片与电芯的端面平行，保证单体电芯与电芯之间可靠的串联和/或并联。
作为优选，所述的电芯模组的两相对端面的支架上设有若干定位卡槽，所述内胆内部设有若干定位支柱，所述电芯模组与内胆之间通过定位支柱与定位卡槽配合安装，所述主控板两侧设有榫槽，所述支架一端面上设有榫头，所述主控板和之间通过榫槽和榫头榫卯固定。多点位的卡槽与定位支柱紧配安装，提高电芯模组在内胆内放置位定位的精确度，电池包安装的稳定性高，在一定程度上锂电池的抗震效果。榫槽沿主控板厚度方向贯穿，安装时支架端面置于主控板下方，主控板的榫槽对于支架端面上的榫头相对，将主控板沿垂直方向下压，使榫头置于榫槽内，然后将主控板横向推动，榫头将榫槽卡住，即可固定主控板，安装方便，无需螺丝固定。
一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统的控制方法，包括以下步骤：S1供电模块实现电量的存储和提供；
S2采集模块实现通过访问主控板实现数据采集；
S3控制模块接收采集数据并对安全补偿模块进行相应控制；
S4控制模块汇总采集数据及控制数据上传至监控管理云平台。
作为优选，所述的步骤S4设置保温阈值、降温阈值和紧急保护阈值，若电芯温度过低超过保温阈值，则保温模块工作；若电芯温度过高超过降温阈值，则辅助散热模块工作；若辅助散热模块工作后依然超过降温阈值或超过紧急保护阈值，则立即断电，同时紧急保护模块工作；若安全补偿模块未及时反应，达到物理温度开关触发温度时，紧急保护模块进行工作。
本发明的有益效果是：通过供电模块内部支架支撑电芯单体交错紧密排列，提高锂电池空间利用率的同时，保持良好的散热，通过控制模块实时监控磷酸铁锂电池组的状态并实现及时补偿实现对磷酸铁锂电池组的安全温控，同时通过485通讯对锂电池进行管理，实现对锂电池的智能充放电控制，提高电池使用寿命，使电池多次充放电后能保持稳定的电池容量。
附图说明
图1是本发明的一种原理连接结构图。
图2是本发明的一种电池结构示意图。
图3是本发明的一种电池包立体图。
图4是本发明的一种串并联镍片立体图。
图5是本发明的一种主控板结构框图。
图中1外壳，2供电模块，3管理模块，3.1控制模块，3.2采集模块，3.3安全补偿模块，3.4通信模块，3.5GPS定位模块，3.6告警模块，3.7紧急保护模块，3.8监控管理云平台，4充放电接口，5电池包，5.1内胆，5.2电芯模组，5.3主控板，5.4支架，5.5串并联镍片。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，如图2所示，包括安装在外壳1中的供电模块2和管理模块3，供电模块2用于实现电量的存储和供电，管理模块3用于实现电池信息采集和电池安全补偿，与供电模块2相连。
如图3所示，供电模块2包括设置在外壳1上的充放电接口4和设置在外壳1内部的电池包5。充放电接口实现与外部的电力交互，电池包实现电力的存储和对外供应。电池包5包括内胆5.1、设置在内胆5.1内侧的电芯模组5.2和设置在电芯模组5.2侧面上的主控板5.3，如图5所示，所述主控板5.3输入端与电芯模组5.2输出端连接，所述主控板5.3的输出端与充放电接口4连接。电芯模组5.2包括电芯组，支架5.4和串并联镍片5.5；所述支架5.4在电芯组两极端面呈镜像对称设置，所述支架上设有若干电芯卡槽，所述电芯卡槽沿支架厚度方向贯穿，所述串并联镍片5.5设置在支架外侧通过电池卡槽与电芯两极点焊连接，串并联镍片5.5通过电焊将多个电芯并联成电芯对，相邻电芯对通过串并连镍片串联组成电芯组。使电池包能够提供所需的电压输出，支架对电芯模块起到支撑作用，使电芯与电芯之间保持一定的间距整齐排列，保持单体电芯与电芯之间的隔离状态，并且还起到均匀散热的作用。如图4所示，串并联镍片包括若干个镍片单体，每个镍片单体一端设有卡扣，所述卡扣的卡边与镍片单体垂直，所述镍片单体安装时，卡扣与支架一端面贴合，保正镍片与电芯的端面平行，保证单体电芯与电芯之间可靠的串联和/或并联。
电芯模组5.2的两相对端面的支架上设有若干定位卡槽，所述内胆内部设有若干定位支柱，所述电芯模组5.2与内胆5.1之间通过定位支柱与定位卡槽配合安装，所述主控板5.3两侧设有榫槽，所述支架一端面上设有榫头，所述主控板5.3和之间通过榫槽和榫头榫卯固定。多点位的卡槽与定位支柱紧配安装，提高电芯模组在内胆内放置位定位的精确度，电池包安装的稳定性高，在一定程度上锂电池的抗震效果。榫槽沿主控板厚度方向贯穿，安装时支架端面置于主控板下方，主控板的榫槽对于支架端面上的榫头相对，将主控板沿垂直方向下压，使榫头置于榫槽内，然后将主控板横向推动，榫头将榫槽卡住，即可固定主控板，安装方便，无需螺丝固定。
如图1所示，管理模块3包括控制模块3.1和分别与控制模块3.1相连的采集模块3.2、安全补偿模块3.3、通信模块3.4、GPS定位模块3.5、告警模块3.6、紧急保护模块3.7，所述通信模块3.4与监控管理云平台3.8相连。采集模块3.2包括与主控板5.3相连的电流采集模块、电压采集模块、电芯温度采集模块，所述安全补偿模块3.3包括设置在电池包5表面的保温模块和辅助散热模块。紧急保护模块3.7与安全补偿模块3.3相连，紧急保护模块3.7上设有物理温度开关。紧急保护模块具备通过安全补偿模块的电子控制和通过物理温度开关的物理控制两种触发方式，确保了爆燃等紧急情况发生时能及时做出反应。
一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统的控制方法，包括以下步骤：
S1供电模块2实现电量的存储和提供；
S2采集模块3.2实现通过访问主控板5.3实现数据采集；
S3控制模块3.1接收采集数据并对安全补偿模块3.3进行相应控制；设置保温阈值、降温阈值和紧急保护阈值，若电芯温度过低超过保温阈值，则保温模块工作；若电芯温度过高超过降温阈值，则辅助散热模块工作；若辅助散热模块工作后依然超过降温阈值或超过紧急保护阈值，则立即断电，同时紧急保护模块3.7工作；若安全补偿模块3.3未及时反应，达到物理温度开关触发温度时，紧急保护模块3.7进行工作。
S4控制模块3.1汇总采集数据及控制数据上传至监控管理云平台。工作人员通过分析数据实现对电池系统的进一步优化。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了供电模块、管理模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，包括：
供电模块(2)，所述供电模块(2)用于实现电量的存储和供电；
管理模块(3)，所述管理模块(3)用于实现电池信息采集和电池安全补偿，与供电模块(2)相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述供电模块(2)包括设置在外壳(1)上的充放电接口(4)和设置在外壳(1)内部的电池包(5)。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述电池包(5)包括内胆(5.1)、设置在内胆(5.1)内侧的电芯模组(5.2)和设置在电芯模组(5.2)侧面上的主控板(5.3)，所述主控板(5.3)输入端与电芯模组(5.2)输出端连接，所述主控板(5.3)的输出端与充放电接口(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述管理模块(3)包括控制模块(3.1)和分别与控制模块(3.1)相连的采集模块(3.2)、安全补偿模块(3.3)、通信模块(3.4)、GPS定位模块(3.5)、告警模块(3.6)、紧急保护模块(3.7)，所述通信模块(3.4)与监控管理云平台(3.8)相连。
5.根据权利要求4所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述采集模块(3.2)包括与主控板(5.3)相连的电流采集模块、电压采集模块、电芯温度采集模块，所述安全补偿模块(3.3)包括设置在电池包(5)表面的保温模块和辅助散热模块。
6.根据权利要求4所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述紧急保护模块(3.7)与安全补偿模块(3.3)相连，紧急保护模块(3.7)上设有物理温度开关。
7.根据权利要求3所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述电芯模组(5.2)包括电芯组，支架(5.4)和串并联镍片(5.5)；所述支架(5.4)在电芯组两极端面呈镜像对称设置，所述支架上设有若干电芯卡槽，所述电芯卡槽沿支架厚度方向贯穿，所述串并联镍片(5.5)设置在支架外侧通过电池卡槽与电芯两极点焊连接，串并联镍片(5.5)通过电焊将多个电芯并联成电芯对，相邻电芯对通过串并连镍片串联组成电芯组。
8.根据权利要求7所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统，其特征在于，所述电芯模组(5.2)的两相对端面的支架上设有若干定位卡槽，所述内胆内部设有若干定位支柱，所述电芯模组(5.2)与内胆(5.1)之间通过定位支柱与定位卡槽配合安装，所述主控板(5.3)两侧设有榫槽，所述支架一端面上设有榫头，所述主控板(5.3)和之间通过榫槽和榫头榫卯固定。
9.一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1供电模块(2)实现电量的存储和提供；
S2采集模块(3.2)实现通过访问主控板(5.3)实现数据采集；
S3控制模块(3.1)接收采集数据并对安全补偿模块(3.3)进行相应控制；
S4控制模块(3.1)汇总采集数据及控制数据上传至监控管理云平台。
10.根据权利要求9所述的一种用于电动摩托的磷酸铁锂电池组控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3设置保温阈值、降温阈值和紧急保护阈值，若电芯温度过低超过保温阈值，则保温模块工作；若电芯温度过高超过降温阈值，则辅助散热模块工作；若辅助散热模块工作后依然超过降温阈值或超过紧急保护阈值，则立即断电，同时紧急保护模块(3.7)工作；若安全补偿模块(3.3)未及时反应，达到物理温度开关触发温度时，紧急保护模块(3.7)进行工作。
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