CN220368060U - 一种具有能量可快速重组的电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有能量可快速重组的电池系统，包括能量控制单元、能量交换单元、电池能量单元，能量交换单元通过动力电缆与电池能量单元连接，能量交换单元通过第一通讯电缆与电池能量单元连接，能量控制单元通过第二通讯电缆与能量交换单元连接；能量控制单元具有调度并重组电池网络拓扑功能，能够在500ms内完成电池网络拓扑动态重构，实现电池网络的数字化能量交换，能量交换单元具有电驱动开关，用于对电池进行能量调度，电池能量单元具有存储电能、释放电能功能；本实用新型结构简单，能够屏蔽电池的物理和化学上的差异性，避免多个并联电池模组间环流，提升能量储备单元的循环寿命及应用安全，实现电池新旧混用，使电池使用价值最大化。

Description

一种具有能量可快速重组的电池系统

技术领域

本实用新型涉及动力电池领域，具体是涉及一种具有能量可快速重组的电池系统。

背景技术

常规的动力电池包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、太阳能电池和钠离子电池等，动力电池以其高能量密度、高输出功率、充放电速度快、自放电低、循环寿命长等诸多优点，被广泛应用于交通动力、电力储能、移动通信、航天军工等领域。

在现有的常规电池系统中，一般包括由电池单体组成的电池模组、电池采集系统、电池管理系统、高压箱、电池箱体和箱体上盖。现有的电池系统往往存在结构较为复杂、部件设置杂乱的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种具有能量可快速重组的电池系统，以解决现有技术中常规电池系统结构复杂、部件杂乱的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种具有能量可快速重组的电池系统，包括能量控制单元、能量交换单元、电池能量单元，所述能量交换单元通过动力电缆与电池能量单元连接，所述能量交换单元通过第一通讯电缆与电池能量单元连接，所述能量控制单元通过第二通讯电缆与能量交换单元连接；所述能量控制单元具有调度并重组电池网络拓扑功能，能够在500ms内完成电池网络拓扑动态重构，以实现电池网络的数字化能量交换，所述能量交换单元具有电驱动开关，用于对电池进行能量调度，并能够避免电池并联时出线电流环流现象，所述电池能量单元具有存储电能、释放电能的功能。

进一步的，所述能量交换单元包括高频电力电子开关器件或机械开关，所述高频电力电子开关器件为MOSfet或IGBT。

进一步的，所述动力电缆包括电缆、铜排、铝排、镍排、铁排、不锈钢排中的至少一种。

进一步的，所述动力电缆包括第一动力电缆、第二动力电缆，所述能量交换单元通过第一动力电缆与电池能量单元的正极接线端子连接，所述能量交换单元通过第二动力电缆与电池能量单元的负极接线端子连接。

进一步的，所述第一通讯电缆、第二通讯电缆均包括线束、PFC、PCB板中的至少一种。

进一步的，所述能量控制单元、能量交换单元、电池能量单元均是由壳体单独封装，所述壳体包括铁壳、铝壳、铜壳、塑料壳中的至少一种。

进一步的，所述能量控制单元、能量交换单元、电池能量单元中的至少任意一个设置热管理器，所述热管理器包括风冷器、液冷器、直冷器中的至少一个。

进一步的，所述热管理器为液冷器或直冷器，所述壳体的密封级别≥IP67。

进一步的，所述壳体设置泄压阀。

进一步的，所述电池包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、太阳能电池和钠离子电池中的至少一种。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种具有能量可快速重组的电池系统具有以下优势：

本实用新型所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，通过将电池系统的各个部件集成为单元模块，各个单元模块之间通过相应的电缆连接，简化了电池系统的整体结构，减少了部件数量，避免了现有电池系统中部件设置杂乱的问题，也在一定程度上降低了装配难度。

同时，本申请提出的电池系统在电池数字能量交换、电池能量管控的基础上，能够屏蔽电池的物理和化学上的差异性，避免多个并联电池模组间环流，提升能量储备单元的循环寿命及应用安全，实现电池新旧混用，实现了电池使用价值最大化。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种具有能量可快速重组的电池系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、能量控制单元；2、能量交换单元；3、电池能量单元；4、动力电缆；5、第一通讯电缆；6、第二通讯电缆。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的实用新型概念。然而，这些实用新型概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

在现有的常规电池系统中，一般包括由电池单体组成的电池模组、电池采集系统、电池管理系统、高压箱、电池箱体和箱体上盖。现有的电池系统往往存在结构较为复杂、部件设置杂乱的问题，同时，随着新能源行业对电池寿命、安全要求越来越高，现有的电池系统也往往难以满足电池模组的循环寿命及应用安全，也往往难以实现电池新旧混用，不利于提高电池的使用价值。

为此，本实施例提出一种具有能量可快速重组的电池系统，如附图1所示，所述电池系统包括能量控制单元1、能量交换单元2、电池能量单元3，所述能量交换单元2通过动力电缆4与电池能量单元3连接，用于对电池进行充放电，所述能量交换单元2通过第一通讯电缆5与电池能量单元3连接，所述能量控制单元1通过第二通讯电缆6与能量交换单元2连接；其中，所述能量控制单元1具有调度并重组电池网络拓扑功能，所述能量控制单元1根据软件定义的电池网络动态可实现能量重构技术，并在500ms内完成电池网络拓扑动态重构，以实现电池网络的数字化能量交换；所述能量交换单元2具有电驱动开关，所述能量交换单元2可根据相关信息对电池进行能量调度，可实现对下辖异常工况的电池实现精准快速的隔离，并能够通过电驱动开关以避免电池并联时出线电流环流现象；所述电池能量单元3具有存储电能功能，所述电池能量单元3可根据相关信息进行充电和放电；所述动力电缆4应用于电池充放电电能传输的载体；所述第一通讯电缆5、第二通讯电缆6均应用于通讯信号传输的载体。对于电池网络拓扑、能量重构(重组)、能量交换等技术，均可以参考现有技术或申请人的早期申请，不做赘述。

从而本申请通过将电池系统的各个部件集成为单元模块，各个单元模块之间通过相应的电缆连接，简化了电池系统的整体结构，减少了部件数量，避免了现有电池系统中部件设置杂乱的问题，也在一定程度上降低了装配难度。同时，本申请提出的电池系统在电池数字能量交换、电池能量管控的基础上，能够屏蔽电池的物理和化学上的差异性，避免多个并联电池模组间环流，提升能量储备单元的循环寿命及应用安全，实现电池新旧混用，实现了电池使用价值最大化。

所述电池系统具有快速切断功能，可切断故障电池、高温电池、电压不稳定电池。本申请中，所述电池能量单元3可以包括至少两个电池，对于电池的当前状态、规格不必过多限制，可以同时包括高电压电池、低电压电池，也可以同时包括高容量电池、低容量电池。需要说明的是，本申请中的“高”、“低”可以理解为不同电池之间的相对对比情况，而不是绝对值意义上的高低。

所述电池系统在进行能量快速重构(重组)过程中，至少包括充电过程、放电过程。在充电过程中，对低电压电池进行优先充电，高电压电池处于切断状态(不充电)，并对低电压电池的电压进行实时检测，若低电压电池的电压升至与高电压电池的电压一致时，所述电池系统重新进行电池网络拓扑。同时，在放电过程中，对高电压电池进行优先放电，低电压电池处于切断状态(不放电)，并对高电压电池的电压进行实时检测，若高电压电池的电压降至与低电压电池的电压一致时，所述电池系统重新进行电池网络拓扑。

相应的，对于不同容量的电池而言，所述电池系统在能量快速重构(重组)过程中，高容量电池可根据自身容量多释放一些电量，低容量电池可根据自身容量少释放一些电量。

所述电池能量单元3包括电池、能量网卡，所述电池与能量网卡连接，并且电池通过能量网卡能够与其他电池进行串联或并联。其中，能量网卡为电池能量交换技术中的现有结构，可以直接参考现有技术，不做赘述。所述电池包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、太阳能电池和钠离子电池中的至少一种。

所述能量交换单元2具有电驱动开关，包括高频电力电子开关器件或机械开关，其中，所述高频电力电子开关器件为MOSfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，机械开关为常规的机械式开关。

所述能量控制单元1具有调度并重组电池网络拓扑功能，包括MCU(微控制单元)、电池管理芯片、控制保护电路、通讯链路、调度控制软件、电池保护管理模块等，用于根据软件定义的电池网络动态来实现能量重构技术，进行电池网络的数字化能量交换，鉴于相关的处理器、电路设置等均可以参考现有技术，在此不做赘述。其中，电池网络动态来实现的能量重构技术，是通过电池间的串并联形式、串并联切换来实现。

所述动力电缆4是应用于电池充放电、电能传输的载体，包括常规电缆、铜排、铝排、镍排、铁排、不锈钢排等金属排中的至少一种。其中，动力电缆4设置至少两根，至少能够满足能量交换单元2分别与电池能量单元3的正极接线端子、负极接线端子进行分别连接。

对于第一通讯电缆5、第二通讯电缆6而言，均是应用于通讯信号传输的载体，包括线束、PFC(功率因数校正电路)、PCB板中的至少一种。

鉴于能量控制单元1、能量交换单元2、电池能量单元3均是集成化的单元模块，为了保障其整体的密闭性、机械强度，所述能量控制单元1、能量交换单元2、电池能量单元3均是由壳体单独封装，所述壳体包括铁壳、铝壳、铜壳、塑料壳中的至少一种，从而能够有效地确保各个单元模块的独立性，有利于保障单元模块内部的密闭性，同时也使得各个单元模块的壳体具有良好的机械强度。

受制于电池系统运行环境、各个单元模块的功率、发热情况，所述能量控制单元1、能量交换单元2、电池能量单元3可以均不设置热管理器，也可以根据需要在能量控制单元1、能量交换单元2、电池能量单元3中的至少任意一个设置热管理器，所述热管理器包括风冷器、液冷器、直冷器中的至少一个，从而能够根据实际需要来对相应的单元模块进行散热降温，以保障单元模块、电池系统的正常平稳运行。

所述热管理器为液冷器或直冷器时，所述壳体需要进行密封，并且壳体的密封级别应满足≥IP67，从而一方面能够提高单元模块内的散热效率，另一方面也能够进一步提高单元模块的密闭性能，避免外界异物的干扰。此外，在壳体的密封级别设置为≥IP67的基础上，所述壳体设置泄压阀，以便于调控单元模块内部的压力，避免壳体内外压差过大的情况发生。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述电池系统包括能量控制单元(1)、能量交换单元(2)、电池能量单元(3)，所述能量交换单元(2)通过动力电缆(4)与电池能量单元(3)连接，所述能量交换单元(2)通过第一通讯电缆(5)与电池能量单元(3)连接，所述能量控制单元(1)通过第二通讯电缆(6)与能量交换单元(2)连接；所述能量控制单元(1)具有调度并重组电池网络拓扑功能，能够在500ms内完成电池网络拓扑动态重构，以实现电池网络的数字化能量交换，所述能量交换单元(2)具有电驱动开关，用于对电池进行能量调度，所述电池能量单元(3)具有存储电能、释放电能的功能。

2.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述能量交换单元(2)包括高频电力电子开关器件或机械开关，所述高频电力电子开关器件为MOSfet或IGBT。

3.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述动力电缆(4)包括电缆、铜排、铝排、镍排、铁排、不锈钢排中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述动力电缆(4)包括第一动力电缆、第二动力电缆，所述能量交换单元(2)通过第一动力电缆与电池能量单元(3)的正极接线端子连接，所述能量交换单元(2)通过第二动力电缆与电池能量单元(3)的负极接线端子连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述第一通讯电缆(5)、第二通讯电缆(6)均包括线束、PFC、PCB板中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述能量控制单元(1)、能量交换单元(2)、电池能量单元(3)均是由壳体单独封装，所述壳体包括铁壳、铝壳、铜壳、塑料壳中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述能量控制单元(1)、能量交换单元(2)、电池能量单元(3)中的至少任意一个设置热管理器，所述热管理器包括风冷器、液冷器、直冷器中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述热管理器为液冷器或直冷器，所述壳体的密封级别≥IP67。

9.根据权利要求8所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述壳体设置泄压阀。

10.根据权利要求1所述的一种具有能量可快速重组的电池系统，其特征在于，所述电池包括锂电池、镍氢电池、镍镉电池、铅酸电池、太阳能电池和钠离子电池中的至少一种。