一种智能锂电池底座及分布式管理方法技术

本发明专利技术是关于智能锂电池底座及分布式管理方法，主要用于动力锂电池单元和电池组的安全，保护，性能优化和寿命管理，目前，锂电池存在两个重大问题：安全和寿命。由于锂电池的易燃易爆特性，在过去几年造成了多次飞机，混合动力汽车，电动车，笔记本电脑和手机等起火爆炸事件，造成极大的社会及经济损害，同时由于动力锂电池的使用寿命达不到汽车的寿命，限制了锂电池在电动汽车中大规模推广。本发明专利技术可以让每个电池单元变成一个独立的智能供电单元，并对其进行个性话的充电，放电和性能优化管理，使锂电池单元能安全可靠地运行，并保持最佳状态，极大地延长电池单元的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种智能锂电池底座及分布式管理方法
本专利技术涉及智能锂电池及分布式管理方法
，具体为一种智能锂电池底座及分布式管理方法。
技术介绍
智能锂电池及分布式管理方法，具体地说是把每个锂电池单元智能化，为电池提供各种安全保护功能，根据每个电池单元的特征进行个性化充放电管理，使其性能保持最优状态，并使其输出电压与最终电池组的电压匹配，可根据容量要求直接把多个智能电池单元并联起来，从而避免多个电池单元的串接，并能够在电池单元因生产缺陷损坏或寿命终止时把该单元从电池组中退出而不影响别的电池单元。现有的锂电池存在使用安全和长期寿命，锂电池具有电能存储密度很高的优势，同时也具有爆炸和起火等安全性问题。在过去几年中，曾经发生多次过锂电池引起的起火爆炸事件，造成巨大的经济和生命损失。电池生产厂家往往因为个别有缺陷电池单元造成事故而召回数以百万计的电池。这些安全性问题主要由过充电，放电电流太大，尤其是短路，温度过高，或生产缺陷所引起。虽然现在有的高档锂电池中加有机械和电子混合的保护器，但这些保护器太简单，只能起到很有限的保护作用的问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对这两个问题提出的用现代电子技术的解决方法，使每个原始的锂电池单元都成为能够独立使用的，电压可调节的，能够直接与多个同样的电池单元并联扩大容量的智能电池单元。本专利技术的核心是把每个原始锂电池单元智能化，并用电子技术把原始的锂电池单元电压从3.6V左右提高到通常电池组所需的电压，如12V，48V等。每个智能电池单元都有根据原始锂电池单元自身特征设计的保护和控制模块，使每个单元都处于最优化的运行状态。当发生外部或内部短路时，保护电路能够根据与该原始锂电池单元配套的阈值等设定，安全地把原始锂电池单元从电池组中隔离，使其处于不充电也不放电的安全状态，直到这些短路的状态改变，电池处于安全放电的负载范围，再由电池组控制器的控制，有序地将电池单元投入使用。当温度超过设定的阈值时，保护电路将原始锂电池单元从电池组中隔离，然后根据原始电池单元的储能状态，电池组和电池单元的运行历史记录决定该电池单元是否能安全地投入使用。如果历史记录说明温度过高是由于本原始锂电池单元造成，那么该原始锂电池单元将被视为有缺陷单元而从电池组中隔离，不再投入使用以避免该电池单元影响别的单元，造成不安全状态，或缩短电池组的使用寿命。如过该电池单元的过温保护是由于外部因数，如环境温度过高等，那么当温度降低到安全范围内后，该电池将处于可运行状态，但是否接受充电或对外放电将有电池组控制模块综合决定。而且电池单元不再需要串联，只需要根据电池组容量的要求把多个智能电池单元并在一起。这样每个电池单元的充电电流和放电电流完全独立，不再互相影响，各自按照自身的特性进行充电及放电。充满电的电池单元停止充电，而未充满的单元继续充电。放电时，各尽所能，容量大的电池单元将为负载贡献较大的电流，而容量小的电池单元贡献较小的电流，使得放电时间均衡，这样整个电池组的性能处于最佳。如果有的电池单元在长期使用中性能变差，或由于生产缺陷不能继续储存能量，该电池单元将自动从电池组中隔离，成为不活动单元，不影响整个电池组的电压，只是整个电池组的电量储存略有下降。对于高性能长寿命的电池组，可以在出厂时设置一定数量的备用电池单元。这些电池单元平时保持满充状态，或参与电池组的充电放电循环，但处于浅放电状态，从而保持比别的电池单元更长的寿命。当有寿命终止的电池单元退出服务时，这样的备用电池单元将取代退出电池单元的服务，保持电池组的性能不降低，从而极大地延长电池组的寿命。而且这些智能电池单元的电压可以按要求设定，这样，电池组的电压可根据应用要求进行设置，从而可以避免应用系统中的DC/DC转换成本及能量损耗。如系统设计输入电压为36V，用户可以直接把电池的输出电压设为36V，而不需要买48V的锂电池，再设计48V到36V的转换器。电池厂家可以大批量生产统一的智能电池组，从而降低成本。为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：每个智能锂电池单元包括一个原始锂电池单元和一个智能锂电池单元管理模块。这里所述的原始锂电池单元是标准的3.6V，可以有不同的容量。这样的原始单元可以具有基本的过温，过流，过压保护功能。这里所述的智能锂电池管理模块包括性能优化，通信，短路及反接保护，充电管理，放电管理，电压管理，过温保护及高压超级电容等功能。这些功能可以是单独的子模块，也可以是几个功能由一个子模块承担。其中，性能优化模块主要负责对原始锂电池单元的性能统计，包括对电能存储，释放，漏电，电池内部充放电损耗，充电效率，放电效率及充放电温度等历史数据的存储和分析，根据该原始锂电池单元的特征控制充电及放电模块，对原始锂电池单元的性能及寿命进行优化。其中主要的统计算法包括：储能：原始锂电池单元的充电电流减去电池充电内部损耗与充电时间的积分。释放：原始锂电池的放电电流加上电池内部的放电损耗与放电时间的积分。漏电：原始锂电池内部的自放电加上智能电池单元管理模块的待机电流与待机时间的积分。电池内部充放电损耗：电池内部在充放电过程中的物理及化学损耗，如发热等。充电效率：原始锂电池单元的充电电流与原始锂电池电压的乘积，除以智能电池的充电电流与智能电池的充电电压的乘积。放电效率：智能电池放电电流与智能电池单元电压的乘积，除以原始锂电池单元的放电电流与原始锂电池单元的电压的乘积。在配有备用原始锂电池单元的智能电池单元中，性能优化模块同时也管理这些原始锂电池单元，决定哪个电池进入和退出使用，对多个原始电池单元的性能经行综合优化，并把有缺陷或寿命终止的原始锂电池单元隔离，延长智能锂电池单元的使用寿命。该模块同时接受上层管理模块，如电池组管理模块，的指令，决定该电池单元的充电电流，放电电流，及充放电功能等，如禁充/可充，禁放/可放及休眠，或退出服务。通信模块，接入性能优化模块，主要负责与上层管理模块的通信，通常是接收电池组管理模块的控制，同时把本智能电池单元的统计数据，电池性能，储能状态，工作状态及温度等实时数据发送到电池组管理器，以便电池组管理器对多个智能锂电池单元进行综合优化和管理。同时把上层管理模块的指令转发到相应的功能模块，管理该智能电池单元的充放电等服务。该模块建立在国际有线通信标准CAN或SMBus之上，与上层电池组的管理模块连接，提供标准的通信协议。短路及反接保护模块，充电管理模块和放电管理模块，接入性能优化模块，主要负责电池的充电与放电安全。一旦发生放电池短路现象，该模块立即切断放电回路，禁止该电池单元向负载放电，直到负载从电池上断开，或由上层电池组管理模块控制恢复放电。当充电时充电电源的电极接反，该模块将断开充电回路，禁止充电，直到充电电源从电池上断开。短路及反接保护模块同时也接受上层电池组管理模块的控制，实现禁充，禁放，待机及休眠模块。在禁充状态下，即使电池两端接入充电电电源，原始锂电池单元也不会被充电。在禁放状态下，电池单元不再向负载放电。在待机状态下，电池单元始终维持充满状态，不对负载放电，但上层电池组控制模块可以随时将该电池单元投入放电状态，满足负载的供电需要。休眠状态下，电池单元维持最佳寿命的电量，如同库存，用于备用电池单元。这样电池组管理器可以根据电池单元的性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能锂电池底座及分布式管理方法，其特征在于，每个电池组都包含一个智能电池组管理模块和多个智能锂电池单元。这些智能锂电池单元的输出电压可自由设定，并具有组网能力，可以把多个这样的智能锂电池单元直接并联在一起形成不同容量要求的电池组。电池组可以是大量智能电池单元组成的电力车的动力电池。智能电池组管理模块与智能锂电池单元之间以及电池组管理模块之间，通过国际有线通信标准CAN，SMBus或国际无线通信标准Zigbee进行通信，交换数据实现检测及控制。

【技术特征摘要】
1.一种智能锂电池底座及分布式管理方法，其特征在于，每个电池组都包含一个智能电池组管理模块和多个智能锂电池单元。这些智能锂电池单元的输出电压可自由设定，并具有组网能力，可以把多个这样的智能锂电池单元直接并联在一起形成不同容量要求的电池组。电池组可以是大量智能电池单元组成的电力车的动力电池。智能电池组管理模块与智能锂电池单元之间以及电池组管理模块之间，通过国际有线通信标准CAN，SMBus或国际无线通信标准Zigbee进行通信，交换数据实现检测及控制。2.根据权利要求1所述的电池组管理模块，其特征在于，该模块至少包含电池组通信，电池组管理和电池组保护功能中的一个功能；电池组通信功能主要负责与电池组内的智能电池单元和应用设备物联网的通信；电池组管理功能主要包括接收来自物联网的指令，对电池的运行组状态进行管理，如是否允许充电，是否允许放电，充放电电流设定，电池组电压设定，以及电池组内部损坏单元和冗余单元的管理；电池组保护功能主要负责电池组的使用安全。3.根据权利要求1所述的智能锂电池单元，其特征在于，每个单元至少包括一个原始的锂电池单元，和一个智能电池单元管理器。每个智能锂电池单元输出的电压高于原始锂电池单元的输出电压，通常是电池组的标称输出电压，而且其输出电压不随电池的充放电程度大范围变化。4.根据权利要求3所述的电池单元智能管理器，其特征在于，管理器至少包括对原始锂电池单元的充电管理，放电管理，电压管理，短路和反接保护，过温保护，性能优化功能和通信功能中的一项功能。5.根据权利要求4所述的充电管理功能，其特征在于，该功能管理对锂电池单元的充电电流，充电电压和充电时间等，优化性能，防止过充电；同时把一部分电能快速存储到高压超级电容器中，等电源断开后再把电容中的电能缓慢充入原始锂电池单元，以缩短电池组的充电时间。6.根据权利要求4所述的性能优化功能，其特征在于，该功能监视并统计原始锂电池单元的充电及放电电流，电压和时间，通过与该电池特征相应的算法，接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑永春，
申请(专利权)人：张家港奥尼斯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32