CN106450517A - 电池模块组合*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池模块组合***，包括多个标准电池模块和电池管理***上位机；其中，所述电池管理***上位机连接所述标准电池模块的通讯接口；多个标准电池模块之间通过串联、并联或串并混联形成电池组；任一所述标准电池模块具有一机械结构；相邻的标准电池模块之间通过机械结构可拆卸连接。本发明中标准电池模块具有断路器和软启动电路，能够保证每一个标准电池模块的安全性，优于现有技术的集成电池组，只能够对整组电池进行断路保护，而电池模块不具有断路器功能，不能对电池模块进行切换操作。

Description

电池模块组合***
技术领域
本发明涉及电池包，具体地，涉及一种电池模块组合***。
背景技术
电动车辆、太阳能发电储能装置、风力发电储能装置、电能量峰谷调节装置等发电或电力驱动的设备大多数需要进行电力存储，该电力存储装置多数采用了电池模块，如锂电池、镍氢电池、铅酸电池等，能量存储装置是由几十到几百个、几千个电池通过串联或并联的方式达到所需要的电压和功率。
通常电池单体通过并联的方式扩展容量，电池单体并联后，电压不变，电池容量增加，通过并联数量的改变，达到需要的容量。单体电池通过串联的方式扩展电压。电池串联数量越多，电压越高，容量不变。通常电池组由单体电池并联，然后再串联构成。也有的电池组先进行串联达到需要的电压值，然后并联获得想要的容量。
另外，为了保障电池的安全运行，电池组通常会带有一个保护装置，保护装置与电池单体连接，通过检测单体电池的电压，判断电池的工作状态，当电池电压过高或过低时，切断电池组主回路的断路器，防止电池过充电或过放电发生损坏。
已知的电池组是在主回路设置一个断路器，当断路器断开时，整个电池组不能对外输出能量。已知的电池组是由若干个模块电池组成，模块电池直接串联或并联构成电池组。
公开号为CN104752639A，名称为动力电池模组的专利中包括：电池容纳组件、电池组、动力连接件、动力连接线、线束卡扣和信号采集组件，电池容纳组件包括多个隔板，相邻的隔板彼此可拆卸地相连。
公开号为CN104377765A，名称为集散式电池组智能控制***的专利中包括电池组管理***和多个电池包，每一电池包包括监控保护模块以及多个电芯，多个电池包构成电池组，监控保护模块用于采集电池包的电量信息并实时上传至电池组管理***以及对电池包进行充放电保护，电池组管理***用于实时接收多个电池包上传的电量信息，并根据电量信息计算电池组的电池剩余容量。
申请号为CN200810184355.5，名称为一种带有专用于故障判定的电路的电池组，以非常简单的电路结构来判定故障而提高安全性。
公开号为CN103296740A，名称为一种电池组自动切换方法，包括数个电池模块，每个电池模块包括电池管理***和开关，电池单元通过开关连接电路总线，每个电池模块中的电池管理***通过数据总线互相连接，电池管理***包括采集电池模块信息的数据采集模块、数据比较模块和控制模块，数据比较模块中设定预定值并且将数据采集模块采集的电池模块的信息与设定的预定值比较，控制模块根据数据比较模块的信息控制开关的断开或者闭合。采用了以上所述的方案之后，能够在不改动电动车辆控制***的前提下，使用多个电池模块共同供电，而且对各个模块之间的一致性并无要求，增加了电池组的兼容性，同时能够避免电池组过充或过放，延长使用寿命，节约成本。
公开号为CN202405765U，名称为并联电池组群的过放电保护***的专利中公开一种并联电池组群的过放电保护***，其具有多组并联在一起的电池组以及多个过放电保护电路，各电池组由多节充电电池串联而成，电池组与过放电保护电路一一相应。所述过放电保护电路包括在电池组的输出端口和电池组之间连接的放电控制开关，可将电池的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的过放电电压检测部，根据所述过放电电压检测部的输出信号控制所述放电控制开关通/断的过放电逻辑控制部。当任何一节电池的电压低于设定的放电限制电压或电池组的电压低于设定电压时，该过放电保护电路能自动断开电路，停止放电，从而使任何一节电池都不会受到过放电的损坏，保证了电池组的放电安全，延长了电池组的使用寿命。
目前电动车辆的电池组大多数是根据车型需要设计成一个整体的电池包，电池电压、容量都是定制化的，专为某一个车型设计。电压从48V到600V不等，容量从20Ah到200Ah不同。即便有的电池组是由若干个电池模块组成，但电池模块的大小也是根据整个电池组的大小分拆设计。该设计存在如下问题：1、电池组的电压和容量定制化设计，不容易修改；2、当电池组内部某一个模块出现故障，整组电池将不能工作；3、对电池制造商，电池模块的规格不统一，互换性差，需要多种模具，开发周期长、费用高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电池模块组合***，采用标准化池模块制成，每一个标准化池模块包括电池单体、机械结构、电气连接器、通讯和控制电路、软启动电路和断路器。标准化池模块之间通过灵活配置，可以方便地组成电池组，满足各种电动车需要的电压、容量和功率。电池模块的输出输入回路可控制，比如当某一个电池模块发生故障，可以设置成退出，其他的模块还可以继续工作，从而整个电池组还可以继续工作。本发明能够灵活地配置并组装成电压范围在12V到1000V的电池组，电池组的容量也可以灵活地配置并组装成10Ah以上的任意容量。
标准电池模块的组合包括三个方面：标准电池模块间的机械连接，标准电池模块间的串联或并联的电气连接，标准电池模块之间的通讯和控制。具体地，电池组是由多个标准电池模块组合在一起构成的，其中模块间的机械连接是解决电池模块之间相互堆叠、散热、抗振动、抗冲击的问题；电气连接是解决电池模块电流传输的问题，即大功率电流传输电路、集流体连接、接插件设计等；通讯和控制为解决电池模块在工作过程中的功能、安全保护和延长使用寿命问题。
根据本发明提供的电池模块组合***，包括多个标准电池模块和电池管理***上位机；
其中，所述电池管理***上位机连接所述标准电池模块的通讯接口；多个标准电池模块之间通过串联、并联或串并混联形成电池组；
任一所述标准电池模块具有一机械结构；相邻的标准电池模块之间通过机械结构可拆卸连接。
优选地，所述机械结构上设置有互相咬合的锯齿结构；锯齿结构，用于将标准电池模块连接在一起；
所述机械连构上设置有具有抗振动的锁止结构，锁止结构用于防止标准电池模块因振动脱开。
优选地，所述电池组的功率输出端连接所述集流体。
优选地，所述标准电池模块包括断路器、软启动电路、电池单体以及通讯和控制电路；
所述电池管理***上位机通过所述通讯接口连接所述通讯和控制电路；
所述通讯和控制电路电连接所述断路器、所述软启动电路的控制端；
所述断路器、所述软启动电路并联；
所述电池单体的正极端连接所述断路器、所述软启动电路的一端，所述断路器、所述软启动电路的另一端连接另一标准电池模块的负极接口或集流体。
优选地，所述电池单体的数量为多个；
多个所述电池单体相串联。
优选地，还包括电压电流温度检测电路；
其中，所述电压电流温度检测电路，用于检测电池单体的电压、电流、温度信息；
所述电压电流温度检测电路电连接所述通讯和控制电路。
优选地，所述断路器采用继电器或双MOS电路；
所述软启动电路采用开关或MOS管控制串联一电阻制成。
优选地，每个标准电池模块设置有正极接口和负极接口；
多个标准电池模块之间通过正极接口、负极接口的可拆卸连接形成电池组。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中标准电池模块具有断路器和软启动电路，能够保证每一个标准电池模块的安全性，优于现有技术的集成电池组，只能够对整组电池进行断路保护，而电池模块不具有断路器功能，不能对电池模块进行切换操作；
2、本发明的标准电池模块的尺寸规格具有序列化、标准化的特点，互换性好，大批量生产成本低；
3、本发明的标准电池模块组合成的电池组的电压、功率可以灵活配置，根据车型选择配备，有利于电动车辆的个性化设计；
4、本发明的标准电池模块组成的电池组中，如果发生某一个模块故障时，其他模块仍可以维持电池组降功率运行，避免整组电池突然失效，避免车辆动力***突然失去动力而陷入危险境地；
5、本发明能够进行电池组内标准电池模块的更换，可以随时根据需要增加或减少一定数量的电池模块而不影响整组电池的工作；
6、本发明中标准电池模块可拆卸，从而可以将电池模块取出，在地面充电站充满电后再接入到电池组中；
7、本发明的标准电池模块可更换的，当车辆的电池电量低时，可以到充电站更换已经充满电的电池模块。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中标准电池模块的结构示意图；
图2为本发明中电池模块组合***的一种结构示意图；
图3为本发明中电池模块组合***的另一种结构示意图；
图4为本发明中电池模块组合***的控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的电池模块组合***，包括多个标准电池模块和电池管理***上位机；
其中，所述电池管理***上位机连接所述标准电池模块的通讯接口；多个标准电池模块之间通过串联、并联或串并混联形成电池组；
任一所述标准电池模块具有以机械结构；相邻的标准电池模块之间通过机械结构相连接。
所述机械结构上设置有互相咬合的锯齿结构，用于将标准电池模块连接在一起；所述机械连构上设置有具有抗振动的锁止结构，锁止结构用于防止标准电池模块因振动脱开。
所述电池组的功率输出端连接所述集流体。可以根据电流路径和大小调整集流体的导电截面积，从而内阻小，发热量低。
所述标准电池模块包括断路器、软启动电路、电池单体以及通讯和控制电路；所述电池管理***上位机通过所述通讯接口连接所述通讯和控制电路；所述通讯和控制电路电连接所述断路器、所述软启动电路的控制端；所述断路器、所述软启动电路并联；
所述电池单体的正极端连接所述断路器、所述软启动电路的一端，所述断路器、所述软启动电路的另一端连接另一标准电池模块的负极端或集流体。
断路器的吸合与切断能够控制该标注电池模块的功率输入与输出，起到保护电池单体的目的，断路器的吸合与切段由通讯和控制电路判断和执行。
断路器为一种可充放电电路，标准电池模块的充电和放电都通过同一个电气连接接口。
软启动电路用于避免主回路遭受大电流冲击损坏，也避免与标准电池模块相连接的电机控制器的输入电容遭受大电流冲击。
所述电池单体的数量为多个；多个所述电池单体相串联。
本发明提供的电池模块组合***，还包括电压电流温度检测电路；
其中，所述电压电流温度检测电路，用于检测电池单体的电压、电流、温度信息；
所述电压电流温度检测电路电连接所述通讯和控制电路。
所述通讯和控制电路能够将电池的电压、电流、温度信息传输到电池管理***上位机，电池管理***上位机内部集成控制算法，计算电池的电量，并传输到外部的车辆控制器或显示仪表。
所述断路器采用继电器或双MOS电路；所述软启动电路采用开关或MOS管控制串联一电阻制成。
每个标准电池模块设置有正极接口和负极接口；
多个标准电池模块之间通过正极接口、负极接口的可拆卸连接形成电池组。
本发明的首先定义并开发系列化的标准电池模块，然后将标准电池模块进行组合，构成所需要的电池组。电池组的组合包括机械组合、电气组合、信息组合等方面。标准电池模块作为基本的电池组构成单元，采取了标准化、系列化、智能化的设计方案。在机械连接、咬合、防松、耐振动、抗冲击、散热等方面进行了设计；在电气连接方面设计了电池模块进行串联、并联等的导电接口；在信息组合方面设计了模块之间的通讯接口和通讯协议，本发明的目标是电池组既可以由电池模块灵活地构成，又可以相互安全、可靠地连接成一个整体。每一个模块电池既可以单独作为电源对外供电，也可以与其他电池组合进行供电。实现标准化、系列化、智能化的目标。相比较于现有技术，本发明中每一个标准电池模块内部都具有保护电路，同时也有通讯电路。每一个标准电池模块都可以单独或与其他标准电池模块组合使用。在电池工作过程中，根据标准电池模块的充放电状态，可以方便地控制某一个或几个标准电池模块快速切入或退出电池组。这种组合的变换过程是由通讯电路和电子控制电路共同完成的。
如图1所示，本发明中标准电池模块的电压为U0伏特(V)，容量是C0库伦(Ah)。"标准电池模块"的能量为W0瓦时(wh)。
当标准电池模块的通讯和控制电路检测到电池电压或电量超出设定值时，自动切断该标准电池模块的输出，以保护电池不受到损坏。同时通知电池管理***上位机，并根据上位机的指令吸合或保持断开。
本发明提供的电池模块组合***的具体实施为：
1、本发明可应用在电动车辆中，包括电动二轮车、电动摩托车、电动四轮车等。根据电动车辆需要的最大功率和续驶里程，计算电池组需要的电压、电流、容量。根据电池组电压计算需要的串联标准电池模块的数量，根据电池组需要的容量计算需要并联标准电池模块的数量。同时，在车辆中设计合适的安装空间。车辆内部预留标准电池模块的扩展空间，供用户选择增加或减少标准电池模块数量，以满足车辆功率和续驶里程的需要。
2、采用本发明的标准电池模块的机械结构按照一定的顺序连接，锁固在一起，并与车辆连接在一起。然后根据串并联设计需要，采用电连接器将功率输出部分连接起来，构成功率母线提供给电机、车灯、空调、仪表等等。
3、接通标准电池模块的通讯和控制电路，在通讯和控制电路中记录了电池模块的信息，包括编号、容量、电压、寿命等等，通讯和控制电路与电池管理***上位机通讯，根据上位机的指令控制模块的软启动电路和断路器。实现多个标准电池模块的输入和输出控制。电池管理***上位机根据标准电池中的通讯和控制电路传递的信息计算电池组的总体电压、容量等，再实现与整车控制器的通讯。
4、在车辆运行过程中，通讯和控制电路检测电池单体的电压、温度、电流，比较电池单体的电压、温度、电流是否超过设定的限值。如果超过第一个预定的限值，则发出故障报警信号，通过显示仪表显示，并通知车辆控制器降低驱动功率；如果超过第二个预定的限值，则切断主回路，防止电池过充电或过放电。
5、在车辆运行过程中检测到某一个标准电池模块电池失效，则通过通讯和控制电路通知上位机控制器，同时断开该标准电池模块的断路器。电池组的功率则通过其他模块输出或输入。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种电池模块组合***，其特征在于，包括多个标准电池模块和电池管理***上位机；
其中，所述电池管理***上位机连接所述标准电池模块的通讯接口；多个标准电池模块之间通过串联、并联或串并混联形成电池组；
任一所述标准电池模块具有一机械结构；相邻的标准电池模块之间通过机械结构可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的电池模块组合***，其特征在于，所述机械结构上设置有互相咬合的锯齿结构；锯齿结构，用于将标准电池模块连接在一起；
所述机械连构上设置有具有抗振动的锁止结构，锁止结构用于防止标准电池模块因振动脱开。
3.根据权利要求1所述的电池模块组合***，其特征在于，所述电池组的功率输出端连接集流体。
4.根据权利要求1所述的电池模块组合***，其特征在于，所述标准电池模块包括断路器、软启动电路、电池单体以及通讯和控制电路；
所述电池管理***上位机通过所述通讯接口连接所述通讯和控制电路；
所述通讯和控制电路电连接所述断路器、所述软启动电路的控制端；
所述断路器、所述软启动电路并联；
所述电池单体的正极端连接所述断路器、所述软启动电路的一端，所述断路器、所述软启动电路的另一端连接另一标准电池模块的负极接口或集流体。
5.根据权利要求4所述的电池模块组合***，其特征在于，所述电池单体的数量为多个；
多个所述电池单体相串联。
6.根据权利要求4所述的电池模块组合***，其特征在于，还包括电压电流温度检测电路；
其中，所述电压电流温度检测电路，用于检测电池单体的电压、电流、温度信息；
所述电压电流温度检测电路电连接所述通讯和控制电路。
7.根据权利要求4所述的电池模块组合***，其特征在于，所述断路器采用继电器或双MOS电路；
所述软启动电路采用开关或MOS管控制串联一电阻制成。
8.根据权利要求1所述的电池模块组合***，其特征在于，每个标准电池模块设置有正极接口和负极接口；
多个标准电池模块之间通过正极接口、负极接口的可拆卸连接形成电池组。
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