CN102097838A - 一种用于智能电池管理***的基本单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于智能电池管理***的基本单元，其包括：一电池、多个开关和多个外接端口，所述的电池、第一开关、第二开关和第五开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间；所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与第五开关之间；所述的第三外接端口连接于所述第五开关与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述第一开关与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。该基本单元可实现与***之间在串联、并联或断开关系中切换，解决了现有电池***中的充放电问题，并可实现其它电池正常工作的同时，给电池***的某个电池充电的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能电池管理***的基本单元，特别涉及一种可实现每个电池与***中其它电池之间的关系在串联、并联或断开中切换的用于智能电池管理***的基本单元。
背景技术
中国交通业的迅速发展对环境的压力越来越大，全国上路的汽车数量正在以每年一千万辆的速度递增。普通汽车排放的尾气已经成为不可忽视的空气污染源。
电动汽车以电代油，能够实现“零排放”，是解决能源和环境问题的重要手段。随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。
目前许多厂商都在进行新能源汽车产业研发，提出了多种形式的方案和技术。但制约电动汽车发展的问题依然是储能动力电池和应用技术。电池作为电动汽车的核心动力部件，其成本占据电动汽车的相当大部分，故关系电池安全与寿命的电源管理***在电动汽车的研发中占据了极重要的位置。如何延长电池使用寿命、提高电池的能量效率和运行可靠性，是电动汽车能量管理***必需解决的问题。
目前对电池的管理***大都采用电池串联充电、串联放电管理，在电池串联使用时，往往由于电池间的不平衡性使电池组的整体容量降低而影响了整个能源***的使用价值，特别是采用串联充电，存在安全隐患，更为重要的是无法很好的对电池的不平衡性进行控制。串联充电时，当其中一节电池电压达到上限保护电压时，其控制电路将切断充电电路，从而使其他电池没法充满电，而放电时，当容量最低的电池达到放电下限时，保护电路又会切断放电回路，使整个能源***不能得到充分利用，同时会使个体电池之间容量差异加大，使整个电池组寿命缩短。
在汽车电池***中采用多组电池串联工作，单组电池的故障直接影响整个电源***的正常工作，电源***的故障率可能迅速提高，影响汽车的整体性能以及安全。因此电池智能管理***的研发是极为必要的。而在电池智能管理***中，可以实现每个电池与***之间在串联、并联或断开关系中切换的基本单元显地尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电池管理***的不足，提供一种可以实现每个电池与***中其它电池之间的关系在串联、并联或断开中切换的用于智能电池管理***的基本单元。
本发明的一个目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于智能电池管理***的基本单元，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第一外接端口、第二外接端口；所述的电池、第一开关和第二开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间、所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与电池之间。
进一步地，所述的第一开关和第二开关可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，还可以是由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件可以是由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，还可以是异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
进一步地，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
一种用于智能电池管理***的基本单元，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的电池、第一开关和第二开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间；所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与电池之间；所述的第三外接端口连接于所述第二外接端口与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述第一开关与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
进一步地，所述的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，还可以是由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件可以是由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，还可以是异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
进一步地，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
一种用于智能电池管理***的基本单元，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的电池、第一开关、第二开关和第五开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间；所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与第五开关之间；所述的第三外接端口连接于所述第五开关与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述第一开关与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
进一步地，所述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，还可以是由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件可以是由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，还可以是异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
进一步地，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
一种用于智能电池管理***的基本单元，其包括：一电池、一单刀双掷开关、第三开关、第四开关、第五开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的单刀双掷开关的第一静触头连接于电池的一端，第二静触头连接于第五开关的一端，第五开关的另一端连接于电池的另一端；所述的第一外接端口连接于所述的单刀双掷开关的动触头接线端；所述的第二外接端口连接于所述的单刀双掷开关的第二静触头与第五开关之间；所述的第三外接端口连接于所述第五开关与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述的单刀双掷开关的第一静触头与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
进一步地，所述的第三开关、第四开关和第五开关可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，还可以是由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件可以是由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，还可以是异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
进一步地，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的可以实现每个电池与***之间在串联、并联或断开关系中切换的用于智能电池管理***的基本单元与现有国内电池管理***相比，在对电池充电时，不仅可以采用串联充电，而且可以采用并联充电，解决了其中一节电池电压达到上限保护电压时，其控制电路切断充电电路，从而使其他电池没法充满电这个问题。而在使用放电时，单个电池出现故障或者当容量最低的电池达到放电下限时，可以将其与整个***的连接断开，从而达到保护该电池及保障整个电池***安全的目的。此外，该基本单元还可以实现在其他电池正常工作同时，给电池***的某个电池充电的功能。
附图说明
图1为具有多个第一种基本单元的电池***示意图；
图2为图1中A部分即第一种基本单元的局部放大图；
图3为第二种基本单元的示意图；
图4为第三种基本单元的示意图；
图5为第四种基本单元的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。
图1为具有多个第一种基本单元的电池***示意图；图2为图1中A部分即第一种基本单元的局部放大图；图3为第二种基本单元的示意图；图4为第三种基本单元的示意图；图5为第四种基本单元的示意图。图中，K1为第一开关、K2为第二开关、K3为第三开关、K4为第四开关、K5为第五开关；K6为单刀双掷开关的第一静触头，K7为单刀双掷开关的第二静触头，K8为单刀双掷开关的动触头；1为第一外接端口、2为第二外接端口、3为第三外接端口、4为第四外接端口；B为电池；M为电动机。每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。
所述的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5可以是二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，还可以是由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件可以是由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，还可以是异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
所述的电池B为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
当采用第一种基本单元，每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。K1闭合，K2断开时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B串联；K2闭合，K1断开时，该基本单元中的电池B与整个***的连接断开。
当采用第二种基本单元，每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。K1闭合，K2、K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B串联；K2闭合，K1、K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与整个***的连接断开；K1、K2断开，K3、K4闭合时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B并联，该并联状态可以用于电池***充电时。
当采用第三种基本单元，每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。K1、K5闭合，K2、K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B串联；K2闭合，K1、K3、K4断开或K5、K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与整个***的连接断开；K1、K2断开，K3、K4闭合时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B并联，该并联状态可以用于电池***充电时；K1、K5断开，K2、K3、K4闭合时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B并联，且此时***采用串联工作放电方式的电池可以继续工作，该状态可以用于电池***一边工作，一边充电时。
当采用第四种基本单元，每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。单刀双掷开关的动触头K8与第一静触头K6连接、K5闭合，K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B串联；单刀双掷开关的动触头K8与第二静触头K7连接，K3、K4断开时，该基本单元中的电池B与整个***的连接断开；单刀双掷开关的动触头K8与第二静触头K7连接，K3、K4闭合时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B并联，该并联状态可以用于电池***充电时；单刀双掷开关的动触头K8与第二静触头K7连接，K5断开，K3、K4闭合时，该基本单元中的电池B与***中其它采用同样设置的基本单元中的电池B并联，且此时***采用串联工作放电方式的电池可以继续工作，该状态可以用于电池***一边工作，一边充电时。
此外，还可以将第四种基本单元中的开关K3和K5用一单刀双掷开关代替，也可以实现相同的功能。
实施例一
如图1、图2所示，采用第一种基本单元，电池B为铅酸电池，第一开关K1、第二开关K2为继电器，每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。K1闭合，K2断开时，该基本单元中的铅酸电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的铅酸电池串联；当基本单元中的铅酸电池出现故障或者剩余电量不足时，K2闭合，K1断开，该基本单元中的铅酸电池与整个***的连接断开。
实施例二
如图3所示，采用第二种基本单元，电池B为磷酸铁锂电池，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4为IGBT。每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。
当K1闭合，K2、K3、K4断开时，该基本单元中的磷酸铁锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的磷酸铁锂电池串联；当基本单元中的铅酸电池出现故障或者剩余电量不足时，K2闭合，K1、K3、K4断开，该基本单元中的磷酸铁锂电池与整个***的连接断开；当整个电池***需要充电时，K1、K2断开，K3、K4闭合，该基本单元中的磷酸铁锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的磷酸铁锂电池并联。当然，该电池***也可以采用传统的串联充电方法。
实施例三
如图4所示，采用第三种基本单元，电池B为钠硫电池，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4和第五开关K5为HEMT(高电子迁移率晶体管)。每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。
K1、K5闭合，K2、K3、K4断开时，该基本单元中的钠硫电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的钠硫电池串联；当基本单元中的铅酸电池出现故障或者剩余电量不足时，K2闭合，K1、K3、K4断开或K5、K3、K4断开，该基本单元中的钠硫电池与整个***的连接断开；当整个电池***需要充电时，K1、K2断开，K3、K4闭合，该基本单元中的磷酸铁锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的钠硫电池并联；当然，该电池***也可以采用传统的串联充电方法。当电池***正在工作放电，且需要同时给一些基本单元中的钠硫电池充电时，将需要充电的基本单元中的K1、K5断开，K2、K3、K4闭合，则该基本单元中的钠硫电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的钠硫电池并联，且此时***采用串联工作放电方式的电池可以继续工作放电。
实施例四
如图5所示，采用第四种基本单元，电池B为锰酸锂电池，单刀双掷开关采用型号为：SRD-5VDC-SL-C的单刀双掷继电器，第三开关K3、第四开关K1和第五开关K5为IGBT。每个基本单元的第一外接端口1与相邻基本单元的第二外接端口2电气连接。每个基本单元的第三外接端口3连接于***中的同一根导线上，同样地，每个基本单元的第四外接端口4连接于***中的另外一根导线上。
单刀双掷继电器的动触头K8与第一静触头K6连接，K5闭合，K3、K4断开时，该基本单元中的锰酸锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的锰酸锂电池串联；当基本单元中的锰酸锂电池出现故障或者剩余电量不足时，单刀双掷继电器的动触头K8与第二静触头K7连接，K3、K4断开时，该基本单元中的锰酸锂电池与整个***的连接断开；整个电池***需要充电时，单刀双掷继电器的动触头K8与第二静触头K7连接，K3、K4闭合，该基本单元中的锰酸锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的锰酸锂电池并联。当然，该电池***也可以采用传统的串联充电方法。当电池***正在工作放电，且需要同时给一些基本单元中的锰酸锂电池充电时，单刀双掷开关的动触头K8与第二静触头K7连接，K5断开，K3、K4闭合，该基本单元中的锰酸锂电池与***中其它采用同样设置的基本单元中的锰酸锂电池并联，且此时***采用串联工作放电方式的电池可以继续工作。
实施例五
该基本单元与实施例四中的基本单元相似，区别在于用一单刀双掷开关代替第四种基本单元中的开关K3和K5，其可以实现与第四种基本单元相同的功能。
虽然以上几个实施例中同一种基本单元中的开关都采用了相同种类的开关，但只是为了举例说明，它们也可以采用不同种类的开关。此外，一个智能电池管理***中的基本单元也可以是多种的，而不一定要统一为一种，特别是实施例三，实施例四和实施例五中的3种基本单元可实现相同的功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不是用于限制本发明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，本领域的技术人员可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
Claims (12)
1.一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第一外接端口、第二外接端口；所述的电池、第一开关和第二开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间、所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与电池之间。
2.权利要求1所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的第一开关和第二开关分别为二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，或为由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件为由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，或为异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
3.权利要求1所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
4.一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的电池、第一开关和第二开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间；所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与电池之间；所述的第三外接端口连接于所述第二外接端口与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述第一开关与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
5.权利要求4所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关分别为二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，或为由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件为由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，或为异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
6.权利要求4所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
7.一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，其包括：一电池、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的电池、第一开关、第二开关和第五开关之间顺序电气连接，并构成环路；所述的第一外接端口连接于所述的第一开关和第二开关之间；所述的第二外接端口连接于所述的第二开关与第五开关之间；所述的第三外接端口连接于所述第五开关与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述第一开关与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
8.权利要求7所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关分别为二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，或为由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件为由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，或为异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
9.权利要求7所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
10.一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，其包括：一电池、一单刀双掷开关、第三开关、第四开关、第五开关、第一外接端口、第二外接端口、第三外接端口、第四外接端口；所述的单刀双掷开关的第一静触头连接于电池的一端，第二静触头连接于第五开关的一端，第五开关的另一端连接于电池的另一端；所述的第一外接端口连接于所述的单刀双掷开关的动触头接线端；所述的第二外接端口连接于所述的单刀双掷开关的第二静触头与第五开关之间；所述的第三外接端口连接于所述第五开关与电池之间，所述的第三开关设置于该第三外接端口上；所述的第四外接端口连接于所述的单刀双掷开关的第一静触头与电池之间，所述的第四开关设置于该第四外接端口上。
11.权利要求10所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的第三开关、第四开关和第五开关分别为二极管、三极管、继电器、晶闸管、可控硅、MOS管、HEMT(高电子迁移率晶体管)和IGBT中的任意一种，或为由其组合而成的双向开关模块或器件；所述的双向开关模块和器件为由两个通断特性可控的PN结对接而成或多个PN结组合而成的等效于两个PN结对接的模块或器件，或为异质结或由多个异质结组合而成的双向可控模块或器件。
12.权利要求10所述的一种用于智能电池管理***的基本单元，其特征在于，所述的电池为铅酸电池、镍氢电池、钠硫电池、液流电池、超级电容器、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钛酸锂电池和石墨烯锂电池中的任意一种。
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