CN220400419U - 一种集成的电能存储系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种集成的电能存储系统，该系统包括多个电能存储模块ESM、电池管理模块BMM和能量管理模块EMM，电池管理模块BMM的输出端与外部电路的输入端连接，电池管理模块BMM的输出端与多个电能存储模块ESM的输入端电连接，每一个电能存储模块ESM的输出端与能量管理模块EMM的输入端电连接，能量管理模块EMM的输出端与外部供电单元电连接，在电能存储模块ESM的上下表面通过半导体集成电路的方式植入电池管理模块BMM和能量管理模块EMM，实现集成的电能存储系统，该电能存储系统具有电能储存容量大，体积小，重量轻，可以取代电池使用的优点，其不仅制造简单，同时还成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及电能储存技术领域，更具体地说，涉及一种集成的电能存储系统。
背景技术
用电设备利用电能储存系统作为输入端时，设备用电一致性问题影响装备用电单元执行的效能和各用电单元作用响应时间，尤其采用大容量电能存储系统为其供电时，因外部电路和储能设备之间在电路电压、电流强度、频率和相位差异会影响储能装置效率，进而异性用电设备性能。目前针对该技术的锂电系统无法针对电芯进行物理系统管理，从而导致锂电系统输出端整体效率低，并容易发生因化学溶蚀造成的事故。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述技术方案存在的不足，提供一种成本低，结构简单的集成的电能存储系统。
本实用新型提供一种集成的电能存储系统，该系统包括多个电能存储模块ESM、电池管理模块BMM和能量管理模块EMM，所述电池管理模块BMM的输出端与外部电路的输入端连接，所述电池管理模块BMM的输出端与多个电能存储模块ESM的输入端电连接，每一个所述电能存储模块ESM的输出端与所述能量管理模块EMM的输入端电连接，所述能量管理模块EMM的输出端与外部供电单元电连接。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述电能存储模块ESM包括第一导电磁性层、第二导电磁性层、第一导电顺磁颗粒层、介电层、第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层与第四导电磁性层，所述第一导电磁性层、第二导电磁性层、第一导电顺磁颗粒层、介电层、第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层与第四导电磁性层的表面均设置有薄膜；并依次将所述第一导电磁性层、第二导电磁性层、第一导电顺磁颗粒层、介电层、第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层与第四导电磁性层进行层叠形成平板电容。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述第一导电磁性层、第二导电磁性层、第三导电磁性层与第四导电磁性层的薄膜表面均设置有磁极化方向，所述第一导电磁性层与所述第四导电磁性层的磁极化方向设置为第一方向，所述第二导电磁性层与所述第三导电磁性层的磁极化方向设置为第二方向。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述第一方向为水平状，所述第二方向为竖直状，且所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述平板电容上设置有切割位置，所述切割位置上焊接有导电装置。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述导电装置包括第一导电层、第二导电层、第三导电层与第四导电层，所述第一导电层与所述第三导电层分别设置在所述第一导电磁性层、第二导电磁性层及第一导电顺磁颗粒层的两侧，所述第二导电层与所述第四导电层分别设置在所述第二导电顺磁颗粒层、第三导电磁性层与第四导电磁性层的两侧。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述电池管理模块BMM包括电池管理BMM芯片，所述电池管理BMM芯片的外接输入导线端与外部电路连接，所述电池管理BMM芯片的内置导线端与第一导电层、第二导电层、第三导电层与第四导电层连接。
在本实用新型所述的集成的电能存储系统中，所述能量管理模块EMM包括能量管理EMM芯片，所述能量管理EMM芯片的外接输出导线端与外部供电单元，所述能量管理EMM芯片的内置导线端与第一导电层、第二导电层、第三导电层与第四导电层电连接。
本实用新型的集成的电能存储系统电能储存系统，在电能存储模块ESM的上下表面通过半导体集成电路的方式植入电池管理模块BMM和能量管理模块EMM，实现集成的电能存储系统，该电能存储系统具有电能储存容量大，体积小，重量轻，可以取代电池使用的优点，其不仅制造简单，同时还成本低。
附图说明
图1是本实用新型一种集成的电能存储系统的原理框图；
图2是本实用新型一种集成的电能存储系统另一实施例的原理框图；
图3是本实用新型一种集成的电能存储系统中电能存储模块ESM的结构剖面图；
图4是本实用新型一种集成的电能存储系统中电池管理模块BMM的结构框图；
图5是本实用新型一种集成的电能存储系统中能量管理模块EMM的结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，本实用新型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。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。
如图1-3所示，提供一种集成的电能存储系统，该系统包括多个电能存储模块ESM300、电池管理模块BMM400和能量管理模块EMM500，电池管理模块BMM400的输出端与外部电路的输入端连接，电池管理模块BMM400的输出端与多个电能存储模块ESM300的输入端电连接，每一个电能存储模块ESM300的输出端与能量管理模块EMM500的输入端电连接，能量管理模块EMM500的输出端与外部供电单元电连接。
在本实施例中，电能存储模块ESM300包括第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第一导电顺磁颗粒层303、介电层304、第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306与第四导电磁性层307，第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第一导电顺磁颗粒层303、介电层304、第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306与第四导电磁性层307的表面均设置有薄膜；并依次将第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第一导电顺磁颗粒层303、介电层304、第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306与第四导电磁性层307进行层叠形成平板电容。
在本实施例中，第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第三导电磁性层306与第四导电磁性层307的薄膜表面均设置有磁极化方向，第一导电磁性层301与第四导电磁性层307的磁极化方向设置为第一方向，第二导电磁性层302与第三导电磁性层306的磁极化方向设置为第二方向。
在本实施例中，第一方向为水平状，第二方向为竖直状，且第一方向与第二方向相互垂直。
在本实施例中，平板电容上设置有切割位置，切割位置上焊接有导电装置。
在本实施例中，导电装置包括第一导电层308、第二导电层309、第三导电层310与第四导电层311，第一导电层308与第三导电层310分别设置在第一导电磁性层301、第二导电磁性层302及第一导电顺磁颗粒层303的两侧，第二导电层309与第四导电层311分别设置在第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306与第四导电磁性层307的两侧。
在本实施例中，电池管理模块BMM400包括电池管理BMM芯片，电池管理BMM芯片的外接输入导线端与外部电路连接，电池管理BMM芯片的内置导线端与第一导电层308、第二导电层309、第三导电层310与第四导电层311连接。
在本实施例中，能量管理模块EMM500包括能量管理EMM芯片，能量管理EMM芯片的外接输出导线端与外部供电单元，能量管理EMM芯片的内置导线端与第一导电层308、第二导电层309、第三导电层310与第四导电层311电连接。
具体的，电能存储模块ESM300、电池管理模块BMM400和能量管理模块EMM500为一整体，其中，电能存储模块ESM300包括电能存储ESM芯片，将电池管理BMM芯片和能量管理EMM芯片嵌入电能存储ESM芯片之中形成电能存储装置。多组该能存储装置可以进行叠合。设置导电装置一方面为了外接导线端，与外接输入电路，另一方面和电能存储模块ESM300连接，为电能存储模块ESM300提供供电环境。
在电能存储ESM芯片的上下表面通过半导体集成电路的方式植入电池管理BMM芯片和能量管理EMM芯片，实现集成的电能存储系统100，该电能存储系统100具有电能储存容量大，体积小，重量轻，可以取代电池使用的优点，其不仅制造简单，同时还成本低。
通过单个或多组电能存储模块ESM300进行串联或并联，将电极的正负极引脚A、B引出，输入端A和电池管理BMM芯片的输出端连接，输出端B和能量管理EMM芯片的输入端连接；其中，电池管理BMM芯片的输入端来自外部供电单元，能量管理EMM芯片的输出端为外部用电单元提供用电环境。通过多组电能存储模块ESM300实现串联或并联，将电极的正负极引脚A、B引出，输入端A和电池管理BMM芯片的输出端连接，输出端B和能量管理EMM芯片的输入端连接；其中，电池管理BMM芯片的输入端来自外部电路环境，能量管理EMM芯片的输出端为外部用电单元提供用电环境。需要说明的是，电池管理BMM芯片和能量管理EMM芯片可以单独用，即：电池管理BMM芯片的输入端B可以和另一个电池管理BMM芯片的输出端A串联，其内部设计为低耗损的电路组织；同理，能量管理EMM芯片的输入端B也可以和另一个能量管理EMM芯片的输出端A串联，其内部设计为低耗损的电路组织。
其目的在于，通过制作电能存储模块ESM300，其磁化后增加介电质的介电常数，极大增加该型磁性电容的电容量。需要指出的是，该电能存储模块ESM300可以单独使用，为外部用电设备提供能源。
具体的，依次层叠第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第一导电顺磁颗粒层303、介电层304、第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306及第四导电磁性层307；将绝缘层设置于第一导电磁性层301的上表面；压实绝缘层312、第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第一导电顺磁颗粒层303、介电层304、第二导电顺磁颗粒层305、第三导电磁性层306及第四导电磁性层307以形成平板电容。第一导电磁性层301、第二导电磁性层302、第三导电磁性层306及第四导电磁性层307均为磁性薄膜(铁基、镍基或钴基合金等材料，厚度为纳米级)。第一导电顺磁颗粒层303及第二导电顺磁颗粒层305均具有顺磁金属颗粒堆积结构，即第一导电顺磁颗粒层303和第二导电顺磁颗粒层305可用(铁基、镍基或钴基合金等材料)纳米级粉末制备；介电层304可由相对介电常数大的材料如钛酸钡或钛的氧化物制成。
具体的，第一导电顺磁颗粒层303和第二导电顺磁颗粒层305中采用顺磁性金属颗粒，利于提高磁性电容的表面积，同时，由于第二导电磁性层302和第三导电磁性层306的磁场对第一导电顺磁颗粒层303和第二导电顺磁颗粒层305有磁化作用，在介电层304与第一导电顺磁颗粒层303及第二导电顺磁颗粒层305接触的表面也会相应有磁化现象，增加了介电层304的介电常数，从而增加了该磁性电容器的容量。
优选地，第一导电层308、第二导电层309、第三导电层310及第四导电层311可由银或铜薄膜制成。
优选的，该电能存储ESM芯片还包括绝缘层312，绝缘层312设置于第一导电磁性层301的上表面。绝缘层312的目的是防止电能存储ESM芯片及集成的电能存储系统100叠加时正极板与负极板接触，便于电路集成。
集成的电能储存系统100的硬件充、放电提供电源管理，管理可充电的范围可以从内置于电池的简单保护功能到广泛的外部电池组级管理。其主要功能为一般意义上，全面特性或功能包括电池充电、准确的电池测量、电池安全、电池平衡、电池容量和健康指示、诊断数据收集和安全性。电源管理BMM芯片的最终目标是安全地延长电能存储模块300的运行时间和寿命。安全是综合管理的关键方面。可充电电能存储模块300由金属或合金制成，可满足当今便携式设备的更高能量密度需求，其设置多个独立的可靠保护级别，涵盖电压、电流和温度。图4中PMIC CHIP是针对多级安全考虑制造的管理芯片，外部通过CW输入至恒流恒压SW装置后转换为直流线路，在综合管理SHM(System Host Master)模式下，保持电压恒定并降低电流以达到设定的范围内为电能存储ESM芯片充电并避免过度充电。图4中，PMICCHIP包含的电池测量涉及准确预测电池的充电状态(SOC)和健康状态(SOH)，能够准确预测电池组在各种放电电流曲线范围内的SOC/SOH，无论是在终端设备的整个工作温度范围内，还是在电池的整个生命周期内，包括当电池老化和电池电阻急剧增加时。电池组单元并不相同，其容量和阻抗特性通常略有不同。这些变化导致电池电压随时间的变化而变化。电池平衡器的工作是在串联电池充满电时均衡其电压和SOC。电池平衡可防止电池退化，并确保最终应用可以使用电池组的全部可用容量。
PMIC CHIP内部设置有电池管理单元跟踪和记录有关电池的各种使用信息的能力，该芯片使用此数据调整电路环境以确保电池组在应用的指定限制内使用。此外，该电源管理芯片增加了内置身份验证功能集成到设备中，并且仅允许具有正确嵌入式身份验证信息的特定电池组与系统配对。
图4所列出的电源管理BMM芯片将通过集成电路工艺制成：在电能存储ESM芯片之上，按照预留的线路，植入所需电气元件，之后和电能存储ESM芯片一起进行封装。
图5是为能量管理EMM芯片的内部结构框图，能量管理EMM芯片的功能为能量输出的管理是为了更好的实现电能对外输出以及反馈外部用电环境，改进能量输出特征，其过程如：针对外部用电环境反馈的信号，电能存储ESM芯片以功率输出，开启瞬时启动方式，当外部用电信号(G1-G4)和该瞬时启动的电压(VR1-VR2)发生量级不一致时，电路中将产生一个反向电压，通过断路器终止该任务，之后通过控制功率再次瞬时启动，以满足外部电路环境需求。此时，为了保证最适合外部的电路环境，需要对反馈信号做分析，通过循环同步整流的方式将时钟、相位和电压调整到所需要的输出值，完成外部用电环境，输出响应的电压曲线VRO以及矫正量VRMC和输出电压VRC实现物联控制。
其中，能量管理EMM芯片设置在电能存储ESM芯片上，按照预留的线路，植入图5中的各类电气元件后与电能存储ESM芯片及电源管理BMM400一起进行封装，得到集成的电能存储系统100。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。
因此，以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种集成的电能存储系统，其特征在于，该系统包括多个电能存储模块ESM(300)、电池管理模块BMM(400)和能量管理模块EMM(500)，所述电池管理模块BMM(400)的输出端与外部电路的输入端连接，所述电池管理模块BMM(400)的输出端与多个电能存储模块ESM(300)的输入端电连接，每一个所述电能存储模块ESM(300)的输出端与所述能量管理模块EMM(500)的输入端电连接，所述能量管理模块EMM(500)的输出端与外部供电单元电连接。
2.根据权利要求1所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述电能存储模块ESM(300)包括第一导电磁性层(301)、第二导电磁性层(302)、第一导电顺磁颗粒层(303)、介电层(304)、第二导电顺磁颗粒层(305)、第三导电磁性层(306)与第四导电磁性层(307)，所述第一导电磁性层(301)、第二导电磁性层(302)、第一导电顺磁颗粒层(303)、介电层(304)、第二导电顺磁颗粒层(305)、第三导电磁性层(306)与第四导电磁性层(307)的表面均设置有薄膜；并依次将所述第一导电磁性层(301)、第二导电磁性层(302)、第一导电顺磁颗粒层(303)、介电层(304)、第二导电顺磁颗粒层(305)、第三导电磁性层(306)与第四导电磁性层(307)进行层叠形成平板电容。
3.根据权利要求2所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述第一导电磁性层(301)、第二导电磁性层(302)、第三导电磁性层(306)与第四导电磁性层(307)的薄膜表面均设置有磁极化方向，所述第一导电磁性层(301)与所述第四导电磁性层(307)的磁极化方向设置为第一方向，所述第二导电磁性层(302)与所述第三导电磁性层(306)的磁极化方向设置为第二方向。
4.根据权利要求3所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述第一方向为水平状，所述第二方向为竖直状，且所述第一方向与所述第二方向相互垂直。
5.根据权利要求2所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述平板电容上设置有切割位置，所述切割位置上焊接有导电装置。
6.根据权利要求5所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述导电装置包括第一导电层(308)、第二导电层(309)、第三导电层(310)与第四导电层(311)，所述第一导电层(308)与所述第三导电层(310)分别设置在所述第一导电磁性层(301)、第二导电磁性层(302)及第一导电顺磁颗粒层(303)的两侧，所述第二导电层(309)与所述第四导电层(311)分别设置在所述第二导电顺磁颗粒层(305)、第三导电磁性层(306)与第四导电磁性层(307)的两侧。
7.根据权利要求6所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述电池管理模块BMM(400)包括电池管理BMM芯片，所述电池管理BMM芯片的外接输入导线端与外部电路连接，所述电池管理BMM芯片的内置导线端与第一导电层(308)、第二导电层(309)、第三导电层(310)与第四导电层(311)连接。
8.根据权利要求7所述的集成的电能存储系统，其特征在于，所述能量管理模块EMM(500)包括能量管理EMM芯片，所述能量管理EMM芯片的外接输出导线端与外部供电单元，所述能量管理EMM芯片的内置导线端与第一导电层(308)、第二导电层(309)、第三导电层(310)与第四导电层(311)电连接。
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| CN202320726260.1U CN220400419U (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 一种集成的电能存储系统 |
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| CN202320726260.1U CN220400419U (zh) | 2023-03-31 | 2023-03-31 | 一种集成的电能存储系统 |
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Family Applications (1)
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |