[發(fā)明專利]一種智能鋰電池底座及分布式管理方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711268340.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107947277A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭永春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張家港奧尼斯信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H01M10/42
• 代理公司: 無(wú)錫市匯誠(chéng)永信專利代理事務(wù)所(普通合伙)32260
• 代理人: 張歡勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能鋰電池及分布式管理方法技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種智能鋰電池底座及分布式管理方法。

背景技術(shù)

智能鋰電池及分布式管理方法，具體地說(shuō)是把每個(gè)鋰電池單元智能化，為電池提供各種安全保護(hù)功能，根據(jù)每個(gè)電池單元的特征進(jìn)行個(gè)性化充放電管理，使其性能保持最優(yōu)狀態(tài)，并使其輸出電壓與最終電池組的電壓匹配，可根據(jù)容量要求直接把多個(gè)智能電池單元并聯(lián)起來(lái)，從而避免多個(gè)電池單元的串接，并能夠在電池單元因生產(chǎn)缺陷損壞或壽命終止時(shí)把該單元從電池組中退出而不影響別的電池單元。

現(xiàn)有的鋰電池存在使用安全和長(zhǎng)期壽命，鋰電池具有電能存儲(chǔ)密度很高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有爆炸和起火等安全性問(wèn)題。在過(guò)去幾年中，曾經(jīng)發(fā)生多次過(guò)鋰電池引起的起火爆炸事件，造成巨大的經(jīng)濟(jì)和生命損失。電池生產(chǎn)廠家往往因?yàn)閭€(gè)別有缺陷電池單元造成事故而召回?cái)?shù)以百萬(wàn)計(jì)的電池。這些安全性問(wèn)題主要由過(guò)充電，放電電流太大，尤其是短路，溫度過(guò)高，或生產(chǎn)缺陷所引起。雖然現(xiàn)在有的高檔鋰電池中加有機(jī)械和電子混合的保護(hù)器，但這些保護(hù)器太簡(jiǎn)單，只能起到很有限的保護(hù)作用的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題提出的用現(xiàn)代電子技術(shù)的解決方法，使每個(gè)原始的鋰電池單元都成為能夠獨(dú)立使用的，電壓可調(diào)節(jié)的，能夠直接與多個(gè)同樣的電池單元并聯(lián)擴(kuò)大容量的智能電池單元。本發(fā)明的核心是把每個(gè)原始鋰電池單元智能化，并用電子技術(shù)把原始的鋰電池單元電壓從3.6V左右提高到通常電池組所需的電壓，如12V，48V等。每個(gè)智能電池單元都有根據(jù)原始鋰電池單元自身特征設(shè)計(jì)的保護(hù)和控制模塊，使每個(gè)單元都處于最優(yōu)化的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生外部或內(nèi)部短路時(shí)，保護(hù)電路能夠根據(jù)與該原始鋰電池單元配套的閾值等設(shè)定，安全地把原始鋰電池單元從電池組中隔離，使其處于不充電也不放電的安全狀態(tài)，直到這些短路的狀態(tài)改變，電池處于安全放電的負(fù)載范圍，再由電池組控制器的控制，有序地將電池單元投入使用。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，保護(hù)電路將原始鋰電池單元從電池組中隔離，然后根據(jù)原始電池單元的儲(chǔ)能狀態(tài)，電池組和電池單元的運(yùn)行歷史記錄決定該電池單元是否能安全地投入使用。如果歷史記錄說(shuō)明溫度過(guò)高是由于本原始鋰電池單元造成，那么該原始鋰電池單元將被視為有缺陷單元而從電池組中隔離，不再投入使用以避免該電池單元影響別的單元，造成不安全狀態(tài)，或縮短電池組的使用壽命。如過(guò)該電池單元的過(guò)溫保護(hù)是由于外部因數(shù)，如環(huán)境溫度過(guò)高等，那么當(dāng)溫度降低到安全范圍內(nèi)后，該電池將處于可運(yùn)行狀態(tài)，但是否接受充電或?qū)ν夥烹妼⒂须姵亟M控制模塊綜合決定。

而且電池單元不再需要串聯(lián)，只需要根據(jù)電池組容量的要求把多個(gè)智能電池單元并在一起。這樣每個(gè)電池單元的充電電流和放電電流完全獨(dú)立，不再互相影響，各自按照自身的特性進(jìn)行充電及放電。充滿電的電池單元停止充電，而未充滿的單元繼續(xù)充電。放電時(shí)，各盡所能，容量大的電池單元將為負(fù)載貢獻(xiàn)較大的電流，而容量小的電池單元貢獻(xiàn)較小的電流，使得放電時(shí)間均衡，這樣整個(gè)電池組的性能處于最佳。如果有的電池單元在長(zhǎng)期使用中性能變差，或由于生產(chǎn)缺陷不能繼續(xù)儲(chǔ)存能量，該電池單元將自動(dòng)從電池組中隔離，成為不活動(dòng)單元，不影響整個(gè)電池組的電壓，只是整個(gè)電池組的電量?jī)?chǔ)存略有下降。對(duì)于高性能長(zhǎng)壽命的電池組，可以在出廠時(shí)設(shè)置一定數(shù)量的備用電池單元。這些電池單元平時(shí)保持滿充狀態(tài)，或參與電池組的充電放電循環(huán)，但處于淺放電狀態(tài)，從而保持比別的電池單元更長(zhǎng)的壽命。當(dāng)有壽命終止的電池單元退出服務(wù)時(shí)，這樣的備用電池單元將取代退出電池單元的服務(wù)，保持電池組的性能不降低，從而極大地延長(zhǎng)電池組的壽命。

而且這些智能電池單元的電壓可以按要求設(shè)定，這樣，電池組的電壓可根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)置，從而可以避免應(yīng)用系統(tǒng)中的DC/DC轉(zhuǎn)換成本及能量損耗。如系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入電壓為36V，用戶可以直接把電池的輸出電壓設(shè)為36V，而不需要買(mǎi)48V的鋰電池，再設(shè)計(jì)48V到36V的轉(zhuǎn)換器。電池廠家可以大批量生產(chǎn)統(tǒng)一的智能電池組，從而降低成本。

為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

每個(gè)智能鋰電池單元包括一個(gè)原始鋰電池單元和一個(gè)智能鋰電池單元管理模塊。這里所述的原始鋰電池單元是標(biāo)準(zhǔn)的3.6V，可以有不同的容量。這樣的原始單元可以具有基本的過(guò)溫，過(guò)流，過(guò)壓保護(hù)功能。這里所述的智能鋰電池管理模塊包括性能優(yōu)化，通信，短路及反接保護(hù)，充電管理，放電管理，電壓管理，過(guò)溫保護(hù)及高壓超級(jí)電容等功能。這些功能可以是單獨(dú)的子模塊，也可以是幾個(gè)功能由一個(gè)子模塊承擔(dān)。