一种电池组结构重构装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电池组结构重构装置和方法，包括主控模块、N个电池单体模块和N个电池单体,所述主控模块通过通讯总线与N个电池单体模块相连接，每个电池单体模块的电池连接端子分别与一个电池单体的负极、正极相连接，主控模块通过通讯总线分别查询N个电池单体的用量，经主控模块的直流电源输出系统通过输出端子‑、+输出符合要求的直流电。本发明专利技术在揭示的电池组重构方法结构更为简单，其中可独立安装的电池模块可以直接附加到蓄电池单体构成智能电池单元，智能电池单元再进一步组装成智能电池组，设备安装维护简便易行，在串联模式下，对不同类型、规格的电池可以混合使用，适用于大电量电池组管理系统。

A reconstruction device and method of battery structure

The invention relates to a battery pack structure reconstruction device and method, including a main control module, n battery single modules and N battery single modules. The main control module is connected with n battery single modules through a communication bus, and the battery connection terminals of each battery single module are respectively connected with the negative and positive electrodes of a battery single module, and the main control module queries n batteries through a communication bus The amount of cell monomer is output by the DC power output system of the main control module through the output terminals \u2011 and +. The structure of the battery pack reconstruction method disclosed in the invention is simpler, in which the independently installable battery module can be directly attached to the battery monomer to form the intelligent battery unit, and the intelligent battery unit can be further assembled into the intelligent battery pack, so the equipment installation and maintenance are simple and easy. In the series mode, the battery of different types and specifications can be mixed for use, which is suitable for large electric quantity Pool group management system.

【技术实现步骤摘要】
一种电池组结构重构装置和方法
本专利技术涉及电池管理
，具体涉及一种电池组结构重构装置和方法。
技术介绍
在电池系统中担任重要角色的电池管理系统(BMS)作为延长电池寿命的有效手段，逐渐得到大家的重视，其中，起到关键作用的BMS均衡系统也引起了广泛关注。目前市场上均衡多串联的电池系统有传统的被动均衡和主动均衡两种方式。被动均衡一般通过电阻放电的方式，对电压较高的电池进行放电，以热量形式释放荷电量，为其他电池争取更多充电时间。这样整个系统的荷电量受制于荷电量最少的电池。充电过程中，锂电池一般有一个充电上限保护电压值，当某一串电池达到此电压值后，BMS会切断充电回路，停止充电。如果充电时的电压超过这个数值，也就是俗称的“过充”，锂电池就有可能燃烧或者爆炸。因此，BMS一般都具备过充保护功能，防止电池过充。被动均衡的优点是成本低和电路设计简单；而缺点为是以最低电池残余量为基准进行均衡，无法增加残量少的电池的荷电量，及均衡荷电量100％以热量形式被浪费。主动均衡是以荷电量转移的方式进行均衡，效率高，损失小。不同厂家的方法不同，均衡电流也从1～10A不等。目前市场上出现的很多主动均衡技术不成熟，导致电池过放，加速电池衰减的情况时有发生。市场上的主动均衡大多采用变压原理，依托于芯片厂家昂贵的芯片。并且此方式除了均衡芯片外，还需要昂贵的变压器等周边零部件，体积较大，成本较高。主动均衡的优点是效率高、能量损失小且电池残荷电量平均；缺点是成本高、电路设计复杂。此外，主动均衡造过程依靠高荷电量电池向低荷电量电池荷电量转移实现，对高荷电量电池使用寿命会有负面影响。专利技术“具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法”(授权公告号CN101895155B)公开了一种种具有故障检测和自动重组功能的储能装置及重组方法。由m×n个结构相同的模块化储能单元、备用储能单元、第一输出母线、第二输出母线、第一重组母线、第二重组母线、中央处理器、人机对话装置、数据总线、控制总线组成具有故障检测和自动重组功能的储能装置。当中央处理器CPU判断出具体某一储能元件发生故障后，立即执行自动重组操作，断开发生故障的储能元件与其他正常储能元件的电气联系，同时通过重组母线，利用备用储能元件代替故障储能元件，进而在不影响储能装置整体性能的前提下，确保储能装置的正常运行。每一个储能单元内部都包含有一个储能元件，对外留有两根输出线、两根电压检测线、两根重组连接线。该项专利技术专利有如下局限性：(1)根据应用场合要求储能单元输出电压、电流、荷电量一致，故障重组必须用同样规格的备用储能元件替换故障储能元件；(2)储能装置总线结构限制了只能提供一个备用储能元件，当出现两个或更多储能元件故障时，储能装置无法正常工作；(3)每个储能元件和备用储能元件配备两个单刀双掷开关与四条母线关联，结构复杂(4)该项专利技术对于解决电池组荷电量均衡无任何帮助。专利技术“可动态重组的电池组半矩阵式拓扑结构、系统及控制方法”(申请公布号CN109742821A)本专利技术公开了一种可动态重组的电池组半矩阵式拓扑结构，将m个电池单体或电池模块串联成一个串联电池组或电池簇，再将n个串联电池组或电池簇并联成电池模块或电池堆，电池单体或电池模块的正负极分别连接正负极母排，电池单体正负极母排与电池模块总正总负极母排构成半矩阵式电气结构拓扑，或电池模块正负极母排与电池堆总正总负极母排构成半矩阵式电气结构拓扑，各母排之间相应的交叉位置由开关器件连接，开关器件总数均为0.5m^2*n^2+m*n^2+0.5*m*n-n-1个。专利技术还公开了含该半矩阵式拓扑结构的可动态重组的电池储能系统及动态重组的控制方法。在不改变电池单体或电池模块的物理位置下，快速实现电池单体或电池模块的动态重组。该专利技术局限性在于所需开关器件数量太大，m＝10、n＝10时，需要6039个开关器件，具体设计、实现、安装、维护难度很大。综上述，如何在电池组均衡过程中降低高荷电量电池性能衰减，提供简单可靠的电池组重构电路设计，使得安装、维护工作更方便，是一个有重要意义的课题。
技术实现思路
为克服所述不足，本专利技术的目的在于提供一种电池组结构重构装置和方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电池组结构重构装置，包括主控模块、N个电池单体模块和N个电池单体,所述主控模块通过通讯总线与N个电池单体模块的通讯总线端子相连接，每个电池单体模块的电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子分别对应与一个电池单体的负极、正极相连接，主控模块通过通讯总线分别查询N个电池单体的用量，所述电池单体通过电池单体模块串联或者并联在一起，形成电池组，所述电池组负极输出端子、电池组正极输出端子分别接入主控模块的电池正极输入端子、电池负极输入端子，经主控模块的直流电源输出系统通过输出端子(-)、(+)输出符合要求的直流电。具体地，多个所述电池模块组成一个电池块，一个电池块对应连接一个二级电池单体模块，电池块再通过对应的电池单体模块串联或者并联形成一个电池组。具体地，所述电池单体模块是物理上独立的硬件模块，和电池单体连接在一起，组成智能电池模块，电池单体模块包括电池单体编号存储单元、电池单体电压测量单元、电池单体电流测量单元、计时器单元、温度测量单元、电流路由选择单元、电池单体模块控制单元，所述电池单体模块上设置有电源总线端子、通讯总线端子、电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子、电池单体模块负极输出端子、电池单体模块正极输出端子，所述电流路由选择单元包括电流路由选择接点、电池单体加载接点、电池单体串联卸载接点、电池单体并联卸载接点，其中所述电流路由选择接点通过电池单体电流测量单元与电池单体模块正极输出端子相连接，所述电池单体加载接点与电池单体正极连接端子相连接，电池单体串联卸载接点与电池单体模块负极输出端子相连接，电池并联卸载接点空置，电池单体电压测量单元与电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子连接；所述电池模块间串联连接方式是：一共N块电池单体，每块电池单体配置一块独立的电池单体模块，电池单体的负极连接至电池单体模块的电池单体模块负极连接端子，电池单体的正极连接至电池单体模块的电池单体模块正极连接端子，电池组负极输出端子连接第1块电池单体模块的电池单体模块负极输出端子，第k块电池单体模块的电源总线端子连接第k+1块电池单体模块的电源总线端子，第k块电池单体模块的通讯总线端子连接第k+1块电池模块的通讯总线端子，第k块电池单体模块的电池单体模块正极输出端子连接第k+1块电池单体模块的电池单体模块负极输出端子，第N块电池单体模块的电池单体模块正极输出端子连接电池组正极输出端子，其中1≤k<N；电池模块间并联连接方式是：一共N块电池单体，每块电池单体配置一块独立的电池单体模块，电池单体的负极连接至对应电池单体模块的电池单体模块负极连接端子，电池单体的正极连接至对应电池单体模块的电池单体模块正极连接端子，第k块电池单体模块的电源总线端子连接第k+1块电池模块的电源总线端子，第k块电池单体模块的通讯总线端子连接第k+1块电池单体模块的通讯总线端子，每一块电池单体模块正极输出端子连接电池组正极总线，每一块电池单体模块负极输出端子连接电池组负极总线，其中1≤k<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池组结构重构装置，其特征在于：包括主控模块、N个电池单体模块和N个电池单体,所述主控模块通过通讯总线与N个电池单体模块的通讯总线端子相连接，每个电池单体模块的电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子分别对应与一个电池单体的负极、正极相连接，主控模块通过通讯总线分别查询N个电池单体的用量，所述电池单体通过电池单体模块串联或者并联在一起，形成电池组，所述电池组负极输出端子、电池组正极输出端子分别接入主控模块MAIN的电池正极输入端子、电池负极输入端子，经主控模块的直流电源输出系统通过输出端子(‑)、(+)输出符合要求的直流电。

【技术特征摘要】
1.一种电池组结构重构装置，其特征在于：包括主控模块、N个电池单体模块和N个电池单体,所述主控模块通过通讯总线与N个电池单体模块的通讯总线端子相连接，每个电池单体模块的电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子分别对应与一个电池单体的负极、正极相连接，主控模块通过通讯总线分别查询N个电池单体的用量，所述电池单体通过电池单体模块串联或者并联在一起，形成电池组，所述电池组负极输出端子、电池组正极输出端子分别接入主控模块MAIN的电池正极输入端子、电池负极输入端子，经主控模块的直流电源输出系统通过输出端子(-)、(+)输出符合要求的直流电。2.根据权利要求1所述的一种电池组结构重构装置，其特征在于：所述电池单体模块是物理上独立的硬件模块，和电池单体连接在一起，组成智能电池模块，电池单体模块包括电池单体编号存储单元、电池单体电压测量单元、电池单体电流测量单元、电流路由选择单元、电池单体模块控制单元，所述电池单体模块上设置有电源总线端子、通讯总线端子、电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子、电池单体模块负极输出端子、电池单体模块正极输出端子，所述电流路由选择单元包括电流路由选择接点、电池单体加载接点、电池单体串联卸载接点、电池单体并联卸载接点，其中所述电流路由选择接点通过电池单体电流测量单元与电池单体模块正极输出端子相连接，所述电池单体加载接点与电池单体正极连接端子相连接，电池单体串联卸载接点与电池单体模块负极输出端子相连接，电池并联卸载接点空置，电池单体电压测量单元与电池单体负极连接端子、电池单体正极连接端子连接。3.根据权利要求1或2所述的一种电池组结构重构装置，其特征在于：多个所述智能电池模块串联或并联组成一个二级电池单体模块，再通过对应的电池单体模块并联或者串联形成一个复合混联智能电池组。4.根据权利要求2所述的一种电池组结构重构装置，其特征在于：所述电池模块间串联连接方式是：一共N块电池单体，每块电池单体配置一块独立的电池单体模块，电池单体的负极连接至电池单体模块的电池单体模块负极连接端子，电池单体的正极连接至电池单体模块的电池单体模块正极连接端子，电池组负极输出端子连接第1块电池单体模块的电池单体模块负极输出端子，第k块电池单体模块的电池单体模块正极输出端子连接第k+1块电池单体模块的电池单体模块负极输出端子，第N块电池单体模块的电池单体模块正极输出端子连接电池组正极输出端子，其中1≤k<N；所述电池模块间并联连接方式是：一共N块电池单体，每块电池单体配置一块独立的电池单体模块，电池单体的负极连接至对应电池单体模块的电池单体模块负极连接端子，电池单体的正极连接至对应电池单体模块的电池单体模块正极连接端子，每一块电池单体模块正极输出端子连接电池组正极总线，每一块电池单体模块负极输出端子连接电池组负极总线，其中1≤k<N。5.一种电池组结构重构方法，其特征在于：包括以下方法：S1采集电池单体荷电量一个电池单体或者一个电池块对应连接一个电池单体模块，电池单体或者电池块再通过对应的电池单体模块串联或者并联形成一个电池组，电池单体模块采集对应电池单体或者电池块的荷电量，并将荷电量传送给控制系统；S2在充电模式下，控制系统卸载荷电量饱和的在线电池单体；S3在放电模式下，控制系统卸载荷电量低于放电要求的在线电池单体，控制系统加载荷电量较高的离线电池单体，保障电池组电力输出需要；S4所述S2、S3中卸载和加载电池单体的工作过程为：当电池组内电池单体采用串联连接方式时，控制系统向电流路由选择单元发出卸载命令，使电流路由选择接点与电池单体串联卸载接点连接，控制系统卸载对应的电池单体；当电池组内电池单体采用并联连接方式时，控制系统向电流路由选择单元发出卸载命令，使电流路由选择接点与电池单体并联卸载接点连接，控制系统卸载对应的电池单体；当电池组内电池单体采用串联、或者并联连接方式时，控制系统向电流路由选择单元发出加载命令，电流路由选择接点与电池单体加载接点连接，控制系统加载对应的电池单体。6.根据权利要求5所述的一种电池组结构重构方法，其特征在于：所述电池单体模块采用但不限于电池电压、电流计算电池单体荷电量。7.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：许野平，赵曰霞，
申请(专利权)人：许野平，
类型：发明
国别省市：山东,37