專利名稱：電池引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動(dòng)車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)電池組內(nèi)各單體電池非 損耗型均衡管理的電池引擎。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，由于環(huán)境污染和石油資源的緊缺，電動(dòng)車(chē)輛已成為替代傳統(tǒng)車(chē)輛發(fā)展的方 向，在電動(dòng)電池車(chē)的研制與產(chǎn)業(yè)化推廣過(guò)程中，電池技術(shù)的問(wèn)題成為最主要的制約因素，這 些問(wèn)題主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面
(1)動(dòng)力電池在制造過(guò)程中，由于制造工藝的差別，即使同一批次的電池，也不可避免 的存在著差異，即容量上的差異直接表現(xiàn)在電池的端電壓上，在充電過(guò)程中，容量小的電池 電壓上升較快，即當(dāng)其他電池尚未充滿時(shí)，容量小的電池已經(jīng)充滿，繼續(xù)充電將造成容量小 的電池處于過(guò)沖狀態(tài)。這種差異的直接后果是，容量小的電池在充電過(guò)程中經(jīng)常處于過(guò)充 狀態(tài)，在放電的過(guò)程中處于過(guò)放狀態(tài)，根據(jù)木桶原理致使其循環(huán)壽命明顯縮短，帶來(lái)整組蓄 電池壽命降低。(2)電池組在運(yùn)用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)單體電池?fù)p壞的情況，這種情況若未能及時(shí)發(fā) 現(xiàn)，將導(dǎo)致其它蓄電池的性能受到嚴(yán)重的影響，進(jìn)而造成整組電池的損壞。因此必須對(duì)蓄電 池組可能存在的故障情況做出早期預(yù)測(cè)與報(bào)警顯得十分的重要。(3)電池不僅受外界溫度的影響，在電池組的封裝過(guò)程中電池分內(nèi)外之別，在充放 電的情況下，造成了內(nèi)外電池溫度的不一，即其自身內(nèi)側(cè)電池溫度高，外側(cè)溫度略低，造成 充放電的不一致，出現(xiàn)某個(gè)單體電池過(guò)沖過(guò)放現(xiàn)象嚴(yán)重，從而影響整組電池的性能。除以上分析外，在實(shí)際的電動(dòng)車(chē)輛的使用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，單個(gè)電池的壽命遠(yuǎn)比電 動(dòng)汽車(chē)中的電池長(zhǎng)，研究表明這是因?yàn)殡姵靥幵诓痪獾臓顟B(tài)中，充放電過(guò)程也不均衡，而 不斷重復(fù)的充放電過(guò)程更加劇了不均衡現(xiàn)象，充電不完全的電池壽命也隨之縮短，引起所 在的電池組的壽命縮短，從而使整個(gè)電池系統(tǒng)的壽命縮短，使得電動(dòng)汽車(chē)或電動(dòng)自行車(chē)的 使用成本增加，也造成能源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上現(xiàn)有的電動(dòng)車(chē)電池組各單體電池之間的不均衡性，有必要提供一種使電 動(dòng)車(chē)的電池組內(nèi)各單體電池充放電、工作狀態(tài)達(dá)到非損耗型均衡的電池引擎。本發(fā)明的目的是通過(guò)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種電池引擎，其包括電池箱 中包括(N+1)個(gè)串聯(lián)連接的電池，其中，工作電池的數(shù)目為N，第(N+1)個(gè)電池為備用電池， 處于待工作狀態(tài)，電池引擎包括一數(shù)據(jù)采集模塊和智能控制芯片，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括 (N+1)個(gè)結(jié)構(gòu)和功能均相同的采集IC，每一采集IC分別與電池箱中的(N+1)個(gè)電池的正、 負(fù)極信號(hào)連接，每一采集IC均并聯(lián)連接至智能控制芯片。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，每一采集IC包括電池信息測(cè)量電路、溫度傳感器、 保護(hù)電路、狀態(tài)采集電路，所述電池信息測(cè)量電路的作用是采集電池在充放電過(guò)程中的電壓、電流、電阻及剩余電容數(shù)據(jù)；所述溫度傳感器的作用是測(cè)量單體電池的溫度；所述狀態(tài) 采集電路的作用在于采集單體電池在電池箱中的節(jié)號(hào)、信息記錄時(shí)間、充電或放電狀態(tài)標(biāo) 志；所述保護(hù)電路的作用在于根據(jù)采集到的與該采集IC連接的單體電池的電流、電壓、溫 度等參數(shù)，判斷該單體電池處于過(guò)充或者過(guò)放狀態(tài)時(shí)，該保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)切斷該單體電池 回路，以保證其他單體電池的功能不受影響；采集IC將采集到的電流、電壓、溫度、內(nèi)阻、 剩余電量、電池的序列號(hào)等電池內(nèi)部信息等參數(shù)以及切斷發(fā)生故障的單體電池的信息均發(fā) 送至所述智能控制芯片。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述溫度傳感器為熱電偶或熱敏電阻。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述溫度傳感器輸出信號(hào)是模擬輸出信號(hào)或數(shù)字輸 出信號(hào)。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述保護(hù)電路的工作方法為當(dāng)某一單體電池過(guò)充、 過(guò)放、溫度偏低或偏高，且已偏離一保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值時(shí)，該單體電池的回路被切斷， 一段時(shí)間(例如10秒)后，保護(hù)模塊重新接通該單體電池的回路，如電壓、電流及電容測(cè)量 電路及溫度傳感器測(cè)量得到的關(guān)于該單體電池的電壓、電流、電容、溫度等參數(shù)正常，則系 統(tǒng)恢復(fù)正常，反之，如參數(shù)仍不正常，則再次切斷該單體電池的回路，并將該信息發(fā)送至智 能控制芯片。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述智能控制芯片是由一系列智能管理模塊組成， 其包括保護(hù)模塊、監(jiān)測(cè)模塊、儲(chǔ)存模塊、“N+1”功能模塊以及數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、狀態(tài)處理模塊， 所述保護(hù)模塊包括一信息處理電路及一活動(dòng)器件，所述信息處理電路根據(jù)各采集IC傳輸 的各電池的各類(lèi)信息，檢測(cè)出某一電池的充、放電或溫度或剩余電量等狀態(tài)與其他所有電 池的狀態(tài)不均衡，但沒(méi)有達(dá)到采集IC之保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值，即所述不均衡單體電池的 回路未被切斷時(shí)，所述活動(dòng)器件發(fā)出調(diào)節(jié)指令，該調(diào)節(jié)指令經(jīng)由采集IC傳遞至單體電池； 監(jiān)測(cè)模塊的功能包括對(duì)電流、電壓、溫度等參數(shù)的測(cè)量和系統(tǒng)對(duì)這些參數(shù)的校準(zhǔn)處理、獲得 測(cè)量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算處理，得到測(cè)量數(shù)值；儲(chǔ)存模塊儲(chǔ)存多個(gè)采集IC發(fā)送的各 單體電池的充電狀態(tài)的電流、電壓、溫度、電量參數(shù)值及放電狀態(tài)的電流、電壓、溫度、電量 參數(shù)值，以及某一由于發(fā)生故障而被其所連接的采集IC切斷回路的單體電池在電池箱中 的序號(hào)；“N+1”功能模塊根據(jù)某一采集IC將與其連接的單體電池回路切斷的信息，該模塊 發(fā)送一指令至與第“N+1 ”個(gè)電池即備用電池連接的第“N+1，，個(gè)采集IC，采集根據(jù)該指令接 通該備用電池回路，控制其開(kāi)始工作。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述活動(dòng)器件是分流元件或者電壓、電流或電容轉(zhuǎn) 換元件。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述活動(dòng)器件的調(diào)節(jié)方法為將電池組中電容量最 大的單體電池的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述活動(dòng)器件的調(diào)節(jié)方法為將電池箱中N個(gè)工作 并聯(lián)電路的總線的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)。作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，所述電池引擎還包括二并聯(lián)電阻，其分別與多個(gè)采 集IC并聯(lián)至智能控制芯片。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明之電池引擎可實(shí)時(shí)對(duì)每塊電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行檢 測(cè)，并估計(jì)電池的荷電狀態(tài)，針對(duì)由于單體電池容量不一致所導(dǎo)致的能量分散這一問(wèn)題進(jìn)行能量再分配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每一單體電池的均衡放電，避免了由于某一單體電池的過(guò)早衰 竭導(dǎo)致整個(gè)電池組不能正常工作，從而縮短了整個(gè)電池組的使用壽命；另一方面，每一電池 組配備(N+1)個(gè)單體電池，第(N+1)個(gè)單體電池作為備用電池，在N個(gè)工作的單體電池中某 一個(gè)單體電池出現(xiàn)故障時(shí)，采集芯片可自動(dòng)切斷該故障電池回路，同時(shí)智能控制芯片接通 該備用電池回路，確保整個(gè)電池組的正常工作，避免了更換電池的麻煩，保障了電動(dòng)車(chē)輛的 不間斷運(yùn)行。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明 圖1是本發(fā)明的較佳實(shí)施方式的模塊原理示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，電池引擎所管理的電池箱中包括(N+1)個(gè)串聯(lián)連接的電池，其中，工 作電池的數(shù)目為N，第(N+1)個(gè)電池為備用電池，處于待工作狀態(tài)。電池引擎包括一數(shù)據(jù)采 集模塊和智能控制芯片。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括(N+1)個(gè)采集IC，每一采集IC分別與電池 箱中的(N+1)個(gè)電池的正、負(fù)極信號(hào)連接，每一采集IC均并聯(lián)連接至智能控制芯片，同時(shí)其 并聯(lián)二電阻10、20，該二電阻10、20為智能控制芯片的外接電阻。每一采集IC的內(nèi)部電路 結(jié)構(gòu)及功能均相同。每一采集IC包括電池信息測(cè)量電路、溫度傳感器、保護(hù)電路、狀態(tài)采集電路。所述電池信息測(cè)量電路的作用是采集電池在充放電過(guò)程中的電壓、電流、電阻及 剩余電容數(shù)據(jù)。所述溫度傳感器的作用是測(cè)量單體電池的溫度。單體電池的工作溫度范圍 在-20°C _60°C，常用溫度傳感器有以下幾類(lèi)熱電偶可采用帶有裸露引線的探針式熱電 偶，優(yōu)點(diǎn)是精度高，測(cè)溫范圍寬；熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻，成本中低，但線性度 差，需進(jìn)行適度的信號(hào)調(diào)理IC集成溫度傳感器。溫度傳感器輸出信號(hào)可以是模擬輸出也可 以是數(shù)字輸出。所述狀態(tài)采集電路的作用在于采集單體電池在電池箱中的節(jié)號(hào)、信息記錄時(shí)間、 充電或放電狀態(tài)標(biāo)志。所述保護(hù)電路的作用在于根據(jù)采集到的與該采集IC連接的單體電池的電流、電 壓、溫度等參數(shù)，判斷該單體電池處于過(guò)充或者過(guò)放狀態(tài)時(shí)，該保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)切斷該單體 電池回路，以保證其他單體電池的功能不受影響。具體方法為當(dāng)某一單體電池過(guò)充、過(guò)放、 溫度偏低或偏高，且已偏離一保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值時(shí)，該單體電池的回路被切斷，一段 時(shí)間(例如10秒)后，保護(hù)模塊重新接通該單體電池的回路，如電壓、電流及電容測(cè)量電路 及溫度傳感器測(cè)量得到的關(guān)于該單體電池的電壓、電流、電容、溫度等參數(shù)正常，則系統(tǒng)恢 復(fù)正常，反之，如參數(shù)仍不正常，則再次切斷該單體電池的回路，并將該信息發(fā)送至智能控 制芯片。采集IC將采集到的電流、電壓、溫度、內(nèi)阻、剩余電量、電池的序列號(hào)等電池內(nèi)部信息等參數(shù)以及切斷發(fā)生故障的單體電池的信息均發(fā)送至所述智能控制芯片。所述智能控制芯片是由一系列智能管理模塊組成，其包括保護(hù)模塊、監(jiān)測(cè)模塊、 儲(chǔ)存模塊、“N+1”功能模塊以及數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、狀態(tài)處理模塊。保護(hù)模塊包括一信息處理電路及一活動(dòng)器件，該活動(dòng)器件可以是分流元件，可以 是電壓、電流或電容轉(zhuǎn)換元件，同時(shí)，其既可以是數(shù)字器件，也可以是模擬器件。所述信息處 理電路根據(jù)各采集IC傳輸?shù)母麟姵氐母黝?lèi)信息，檢測(cè)出某一電池的充、放電或溫度或剩余 電量等狀態(tài)與其他所有電池的狀態(tài)不均衡，但沒(méi)有達(dá)到采集IC之保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值， 即所述不均衡單體電池的回路未被切斷時(shí)，所述活動(dòng)器件發(fā)出調(diào)節(jié)指令，該調(diào)節(jié)指令經(jīng)由 采集IC傳遞至單體電池。所述活動(dòng)器件的調(diào)節(jié)方法有兩種第一種，將電池組中電容量最 大的單體電池的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)；第二種，將電池 箱中N個(gè)工作并聯(lián)電路的總線的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)。 二電阻10、20的作用是輔助保護(hù)模塊調(diào)節(jié)電池箱內(nèi)的各單體電池的電流值。監(jiān)測(cè)模塊其功能包括對(duì)電流、電壓、溫度等參數(shù)的測(cè)量和系統(tǒng)對(duì)這些參數(shù)的校 準(zhǔn)處理、獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算處理，得到測(cè)量數(shù)值。其中電流的測(cè)量要求很 高的精度，又涉及充/放電雙方向測(cè)量和增益控制，每次需要測(cè)量充、放兩個(gè)數(shù)值并獲得差 值，檢查是否需要改變測(cè)量的增益和增益是否已達(dá)最大或最小。儲(chǔ)存模塊該模塊儲(chǔ)存多個(gè)采集IC發(fā)送的各單體電池的充電狀態(tài)的電流、電壓、 溫度、電量參數(shù)值及放電狀態(tài)的電流、電壓、溫度、電量參數(shù)值，以及某一由于發(fā)生故障而被 其所連接的采集IC切斷回路的單體電池在電池箱中的序號(hào)?！癗+1”功能模塊該模塊的作用是，根據(jù)某一采集IC將與其連接的單體電池回路 切斷的信息，該模塊發(fā)送一指令至與第“N+1”個(gè)電池即備用電池連接的第“N+1”個(gè)采集IC， 采集根據(jù)該指令接通該備用電池回路，控制其開(kāi)始工作。上述所有模塊的最終功效就是保證電池組在任何情況下都能正常工作，而對(duì) 外部來(lái)講，電池箱的N個(gè)單體電池構(gòu)成的電池組的原有生能指標(biāo)是不變的。
權(quán)利要求
1.一種電池引擎，其特征在于其包括電池箱中包括(N+1)個(gè)串聯(lián)連接的電池，其中， 工作電池的數(shù)目為N，第(N+1)個(gè)電池為備用電池，處于待工作狀態(tài)，其還包括一數(shù)據(jù)采集 模塊和智能控制芯片，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括(N+1)個(gè)結(jié)構(gòu)和功能均相同的采集IC，每一 采集IC分別與電池箱中的(N+1)個(gè)電池的正、負(fù)極信號(hào)連接，每一采集IC均并聯(lián)連接至智 能控制芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池引擎，其特征是每一采集IC包括電池信息測(cè)量電路、 溫度傳感器、保護(hù)電路、狀態(tài)采集電路，所述電池信息測(cè)量電路的作用是采集電池在充放電 過(guò)程中的電壓、電流、電阻及剩余電容數(shù)據(jù)；所述溫度傳感器的作用是測(cè)量單體電池的溫 度；所述狀態(tài)采集電路的作用在于采集單體電池在電池箱中的節(jié)號(hào)、信息記錄時(shí)間、充電 或放電狀態(tài)標(biāo)志；所述保護(hù)電路的作用在于根據(jù)采集到的與該采集IC連接的單體電池的 電流、電壓、溫度等參數(shù)，判斷該單體電池處于過(guò)充或者過(guò)放狀態(tài)時(shí)，該保護(hù)電路會(huì)自動(dòng)切 斷該單體電池回路，以保證其他單體電池的功能不受影響；采集IC將采集到的電流、電 壓、溫度、內(nèi)阻、剩余電量、電池的序列號(hào)等電池內(nèi)部信息等參數(shù)以及切斷發(fā)生故障的單體 電池的信息均發(fā)送至所述智能控制芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池引擎，其特征是所述溫度傳感器為熱電偶或熱敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池引擎，其特征是所述溫度傳感器輸出信號(hào)是模擬輸出 信號(hào)或數(shù)字輸出信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池引擎，其特征是所述保護(hù)電路的工作方法為當(dāng)某一單 體電池過(guò)充、過(guò)放、溫度偏低或偏高，且已偏離一保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值時(shí)，該單體電池的 回路被切斷，一段時(shí)間(例如10秒)后，保護(hù)模塊重新接通該單體電池的回路，如電壓、電 流及電容測(cè)量電路及溫度傳感器測(cè)量得到的關(guān)于該單體電池的電壓、電流、電容、溫度等參 數(shù)正常，則系統(tǒng)恢復(fù)正常，反之，如參數(shù)仍不正常，則再次切斷該單體電池的回路，并將該信 息發(fā)送至智能控制芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池引擎，其特征是所述智能控制芯片是由一系列智能管 理模塊組成，其包括保護(hù)模塊、監(jiān)測(cè)模塊、儲(chǔ)存模塊、“N+1”功能模塊以及數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、狀 態(tài)處理模塊，所述保護(hù)模塊包括一信息處理電路及一活動(dòng)器件，所述信息處理電路根據(jù)各 采集IC傳輸?shù)母麟姵氐母黝?lèi)信息，檢測(cè)出某一電池的充、放電或溫度或剩余電量等狀態(tài)與 其他所有電池的狀態(tài)不均衡，但沒(méi)有達(dá)到采集IC之保護(hù)電路內(nèi)設(shè)的臨界值，即所述不均衡 單體電池的回路未被切斷時(shí)，所述活動(dòng)器件發(fā)出調(diào)節(jié)指令，該調(diào)節(jié)指令經(jīng)由采集IC傳遞至 單體電池；監(jiān)測(cè)模塊的功能包括對(duì)電流、電壓、溫度等參數(shù)的測(cè)量和系統(tǒng)對(duì)這些參數(shù)的校準(zhǔn) 處理、獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算處理，得到測(cè)量數(shù)值；儲(chǔ)存模塊儲(chǔ)存多個(gè)采集IC 發(fā)送的各單體電池的充電狀態(tài)的電流、電壓、溫度、電量參數(shù)值及放電狀態(tài)的電流、電壓、溫 度、電量參數(shù)值，以及某一由于發(fā)生故障而被其所連接的采集IC切斷回路的單體電池在電 池箱中的序號(hào)；“N+1”功能模塊根據(jù)某一采集IC將與其連接的單體電池回路切斷的信息， 該模塊發(fā)送一指令至與第“N+1 ”個(gè)電池即備用電池連接的第“N+1，，個(gè)采集IC，采集根據(jù)該 指令接通該備用電池回路，控制其開(kāi)始工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池引擎，其特征是所述活動(dòng)器件是分流元件或者電壓、電 流或電容轉(zhuǎn)換元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池引擎，其特征是所述活動(dòng)器件的調(diào)節(jié)方法為將電池組 中電容量最大的單體電池的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池引擎，其特征是所述活動(dòng)器件的調(diào)節(jié)方法為將電池箱 中N個(gè)工作并聯(lián)電路的總線的電容量轉(zhuǎn)移一部分至電池組中電容量最小的單體電池內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池引擎，其特征是，所述電池引擎還包括二并聯(lián)電阻，其 分別與多個(gè)采集IC并聯(lián)至智能控制芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池引擎，其包括電池箱中包括(N+1)個(gè)串聯(lián)連接的電池，其中，工作電池的數(shù)目為N，第(N+1)個(gè)電池為備用電池，其還包括一數(shù)據(jù)采集模塊和智能控制芯片，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括(N+1)個(gè)結(jié)構(gòu)和功能均相同的采集IC，每一采集IC分別與電池箱中的(N+1)個(gè)電池的正、負(fù)極信號(hào)連接，每一采集IC均并聯(lián)連接至智能控制芯片。本發(fā)明可實(shí)時(shí)對(duì)每塊電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)每一單體電池的均衡放電，避免了由于某一單體電池的過(guò)早衰竭導(dǎo)致整個(gè)電池組不能正常工作，從而縮短了整個(gè)電池組的使用壽命；每一電池組配備第(N+1)個(gè)單體電池作為備用電池，避免了更換電池的麻煩，保障了電動(dòng)車(chē)輛的不間斷運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102074763SQ20101060716
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉華福, 劉瑾豪 申請(qǐng)人:珠海金峰航電源科技有限公司