CN118040101A - 一体式多余度电池系统 - Google Patents

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刘逸涛
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Abstract

本发明公开了一种一体式多余度电池系统，至少两组电池包；所述电池包包括高压盒、若干个电池模组和电池管理单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与所述电池模组连接；一个电池控制单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与电池控制单元连接；所述电池控制单元连接通信接口；一个充电输入接口；所述高压盒均与所述充电输入接口连接；所述充电输入接口用于对所述电池包进行充电；若干组动力电源输出接口；所述动力电源输出接口与所述高压盒连接；所述动力电源输出接口外部连接动力设备。本发明通过一个电池控制单元实现对多个电池包进行管理，大大减少了电池系统的重量，同时减少了电池系统中充电输入接口和通信接口的数量，使得接线更加简简洁。

Description

一体式多余度电池系统
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种一体式多余度电池系统。
背景技术
对于大型电动飞行器，电动飞行器电池系统是保障飞行安全的重要部分，一旦电池系统的供电出现问题，严重的将会导致飞行器动力失效，出现坠毁的危险。为解决飞行器中电池出现问题还能继续飞行的问题，飞行器中会设置有多个动力电池包，一个动力电池包为一个动力用电设备供电。这种方案虽然设计上比较简单，容易实现，但是整个电池系统会有多个电池箱体，重量比能力密度和体积比能量密度较低，接线复杂，具有多个通信接口和充电输入接口，体积和重量大，加快了飞行器电池的能量损耗。为此，需要提供一种电池系统解决上述技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种一体式多余度电池系统，其能通过一个电池控制单元实现对多个电池包的进行控制和管理，提升电池系统的重量比能力密度和体积比能量密度，保证了飞行器电池系统可靠性，同时减少电池系统箱体的重量以及充电输入接口和通信接口的数量，使得电池系统接线更加简洁。
本发明第一方面提供一种一体式多余度电池系统，其包括：至少两组电池包；所述电池包包括高压盒、若干个电池模组和电池管理单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与所述电池模组连接；
一个电池控制单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与电池控制单元连接；所述电池控制单元连接通信接口；
一个充电输入接口；所述高压盒均与所述充电输入接口连接；所述充电输入接口用于对所述电池包进行充电；
若干组动力电源输出接口；所述动力电源输出接口与所述高压盒连接；所述动力电源输出接口外部连接动力设备。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述高压盒通过控制信号线与所述电池控制单元连接；所述电池管理单元通过内部总线与所述电池控制单元连接。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述电池模组数量与所述电池管理单元数量一致。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述若干个电池模组彼此之间正极接头与负极接头相连。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述一体式多余度电池系统还包括一个电池系统箱体；所述电池包均设置于所述电池系统箱体内；所述通信接口、所述充电输入接口均安装于电池系统箱体外侧壁。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，一组所述电池包对应一台动力设备。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述电池控制单元还包括报警单元；所述报警单元连接至所述电池控制单元；所述报警单元用于在所述电池控制单元接收到异常的电池包状态数据时进行报警。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述电池控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括保险丝和继电器；所述继电器与所述电池控制单元连接，用于在接收到报警信号后切断电路。
在本发明第一方面中，作为一种优选的实施例，所述一体式多余度电池系统还包括散热装置，所述散热装置安装于所述所述电池系统箱体内；所述散热装置与所述电池控制单元连接。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种一体式多余度电池系统，其能通过一个电池控制单元实现对多个电池包的进行控制和管理，提升电池系统的重量比能力密度和体积比能量密度，保证了飞行器电池系统可靠性，同时减少电池系统箱体的重量以及充电输入接口和通信接口的数量，使得电池系统接线更加简洁。
附图说明
图1为本发明的一体式多余度电池系统的系统框图；
图2为本发明的一体式多余度电池系统的连接示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连通”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中介媒介间相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元：
实施例一
如图1所示，本发明提供了一种一体式多余度电池系统，其包括:
至少两组电池包；所述电池包包括高压盒、若干个电池模组和电池管理单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与所述电池模组连接；
一个电池控制单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与电池控制单元连接；所述电池控制单元连接通信接口；
一个充电输入接口；所述高压盒均与所述充电输入接口连接；所述充电输入接口用于对所述电池包进行充电；
若干组动力电源输出接口；所述动力电源输出接口与所述高压盒连接；所述动力电源输出接口外部连接动力设备。
电池管理系统BMS(Battery Management System)包括电池控制单元和电池管理单元，是对电池进行管理的系统，能实现智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充和过放，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
电池控制单元，即BCU((Battery Control Unit)，是控制或者管理电池系统电或者热性能，并可以与其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。
电池管理单元，即BMU(Basic Management Unit)，是能够对蓄电池进行监控和管理的电子装置，通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集，计算，进而控制电流的充放电过程，实现对电池的保护、提升电池的综合性能管理系统。
高压盒即高压配电盒(PDU)，是电池系统中的高压电源分配单元，高压电源通过高压配电盒分配到各个动力设备中。高压配电盒通过母排及线束将高压元器件电连接，为新能源汽车高压系统提供充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能等，保护和监控高压系统的运行。
现有技术中一般都是一个动力电池包配置一个BCU和BMU，这种设计方法会配备多个电池箱体，使得整个系统的重量和体积增大，导致飞行器的总重量增加，加快了电池的耗损，重量比能力密度和体积比能量密度都比较低。
本发明提供的一体式多余度电池系统，具有多个电池包，每个电池包内包括有多个电池模组，每个电池模组配置有一个电池管理单元，多个电池包内的所有电池管理单元通过内部总线将电池信息传输至一个电池控制单元，从而减少了多余度电池系统内电池控制单元的数量，减少了电池系统的重量。
此外，本发明提供的一体式多余度电池系统设置有一个电池系统箱体，将所有电池包都安装于所述电池系统箱体内，使得整个电池系统更加紧凑，提升了重量比能力密度和体积比能量密度。同时本发明只需要设置一个充电输入接口，通过电池控制单元即可控制对多个电池包进行充电，减少了充电输入接口的数量，使得电池系统的接线更加简洁。
优选地，所述高压盒通过控制信号线与所述电池控制单元连接；所述电池管理单元通过内部总线与所述电池控制单元连接。本实施例中使用的内部总线为CAN总线。CAN总线是当今电控单元之间通信的总线标准，现在几乎所有的电池厂家都在选择使用CAN总线通信。如今，为了降低电池总线上数据负载率，携带更多的数据量和更大的通信速率，CANFD总线逐渐成为通信核心技术。动力电池作为新能源核心部件之一，也是通过CAN总线进行通信。
优选地，所述电池模组数量与所述电池管理单元数量一致。电池管理单元采集管理单体电池模组的电压、电流、温度信息并上传给BCU，并管理电池模组内的单体电池，实现单体电池均衡功能。
优选地，所述若干个电池模组彼此之间正极接头与负极接头相连，具体是指将电池模组的首尾相联，即第一节电池模组的正极接第二节电池模组的负极，第二节电池模组的正极接第三节电池模组的负极依次类推；串联的电池模组的电流处处相等：Io＝Ia＝Ib＝Ic；电压是各个电池模组端电压之和：Uo＝Ua+Ub+Uc。电池模组串联起来使用时的基本要求是：电压要一致，内阻相差不超过5毫欧，容量相差不超过10毫安，并要保持电池模组连接点的洁净，每个连接点都存在一定电阻，如果连接点不干净或者增加连接点，内阻会增高，会影响整个电池模组的性能。
优选地，所述一体式多余度电池系统还包括一个电池系统箱体；所述电池包均设置于所述电池系统箱体内；所述通信接口、所述充电输入接口均安装于电池系统箱体外侧壁。
优选地，一组所述电池包对应一台动力设备。如此设计可以使得动力设备之间互不影响，当其中一组电池包出现故障时，其他的动力设备可以正常运行，避免出现了由于一个电池包出现故障而导致整个电池系统无法工作的情况，提高了电池系统的可靠性和安全性。
优选地，所述电池控制单元还包括报警单元；所述报警单元连接至所述电池控制单元；所述报警单元用于在所述电池控制单元接收到异常的电池包状态数据时进行报警。
优选地，所述电池控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括保险丝和继电器；所述继电器与所述电池控制单元连接，用于在接收到报警信号后切断电路。
优选地，所述一体式多余度电池系统还包括散热装置，所述散热装置安装于所述所述电池系统箱体内；所述散热装置与所述电池控制单元连接。
电池包散热技术是电池产业的一大难题，处于安全考虑的电池包密封要求和电池包散热是个相对矛盾的问题。本实施中所采用的电池包散热方法为强制风冷。强制风冷方法是将风扇安装在电池包箱体上，通过风将电池包内的热量带走。当然，也可以使用液冷的方式散热，液冷散热是利用工作流体作为中间热量传输的媒介，将热量由热区传递到远处再进行冷却。液冷散热方式具有节能少，可靠性高，噪声低的优点，其散热性能更优，但会增加致电池包重量和成本。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体式多余度电池系统，其特征在于，包括：
至少两组电池包；所述电池包包括高压盒、若干个电池模组和电池管理单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与所述电池模组连接；
一个电池控制单元；所述高压盒和所述电池管理单元均与电池控制单元连接；所述电池控制单元连接通信接口；
一个充电输入接口；所述高压盒均与所述充电输入接口连接；所述充电输入接口用于对所述电池包进行充电；
若干组动力电源输出接口；所述动力电源输出接口与所述高压盒连接；所述动力电源输出接口外部连接动力设备。
2.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：所述高压盒通过控制信号线与所述电池控制单元连接；所述电池管理单元通过内部总线与所述电池控制单元连接。
3.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：所述电池模组数量与所述电池管理单元数量一致。
4.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：所述若干个电池模组彼此之间正极接头与负极接头相连。
5.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：还包括一个电池系统箱体；所述电池包均设置于所述电池系统箱体内；所述通信接口、所述充电输入接口均安装于电池系统箱体外侧壁。
6.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：一组所述电池包对应一台动力设备。
7.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：所述电池控制单元还包括报警单元；所述报警单元连接至所述电池控制单元；所述报警单元用于在所述电池控制单元接收到异常的电池包状态数据时进行报警。
8.如权利要求1所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：所述电池控制单元还包括保护单元，所述保护单元包括保险丝和继电器；所述继电器与所述电池控制单元连接，用于在接收到报警信号后切断电路。
9.如权利要求5所述的一体式多余度电池系统，其特征在于：还包括散热装置，所述散热装置安装于所述所述电池系统箱体内；所述散热装置与所述电池控制单元连接。
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