智能動力電源系統(tǒng)及其智能管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動汽車的動力電源，尤其涉及一種智能動力電源系統(tǒng)及其智能管理方法，適用于新能源汽車及儲能領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上所用的儲能、動力電池，不管是化學(xué)儲能元件還是物理儲能元件，從單個而言，其容量都相對較小，不滿足大部分行業(yè)的使用要求。若需要使用化學(xué)或物理儲能元件作為電源或者動力來源，一般需要成百上千甚至上萬的單體電池進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)后才能使用。其中某一個單體電池或者幾個單體電池發(fā)生異常或者損壞往往導(dǎo)致整個電源系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)性的電源、動力喪失，不僅影響所供設(shè)備的正常使用和運(yùn)行，而且還容易引起安全問題?？紤]到目前所用電源系統(tǒng)所使用化學(xué)或物理儲能單體數(shù)量極多，為避免單體故障而影響整個電源系統(tǒng)，甚至整個用電器具的正常工作，我們需要對電源系統(tǒng)進(jìn)行更完善的配置，從而使電源系統(tǒng)具有更高的安全可靠性，更自主方便的維護(hù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要解決原有儲能、動力電源所使用的單體電池?cái)?shù)量極多，其中某一個單體電池或者幾個單體電池發(fā)生異?；蛘邠p壞往往導(dǎo)致整個電源系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)性的電源、動力喪失，不僅影響所供設(shè)備的正常使用和運(yùn)行，而且還容易引起安全問題的技術(shù)問題；提供一種智能動力電源系統(tǒng)及其智能管理方法，其能自動控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)，提高智能動力電源系統(tǒng)供電的可靠性、使用的安全性，而且也便于維護(hù)，保證由智能動力電源系統(tǒng)供電的設(shè)置能正常使用和運(yùn)行。
[0004]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:本發(fā)明的智能動力電源系統(tǒng)包括主控制單元和N+M個儲能元件模組，其中N個儲能元件模組為實(shí)際需要的儲能元件模組，M個儲能元件模組為備用的儲能元件模組，N多1，M> 1，N+M個儲能元件模組串聯(lián)連接，所述的主控制單元分別和所述的N+M個儲能元件模組無線或有線相連。一般，N^Mo主控制單元和儲能元件模組進(jìn)行無線或有線通訊，有線通訊如以太網(wǎng)或485信號通訊等，無線通訊如射頻信號通訊、藍(lán)牙通訊、WIFI通訊或GPRS通訊等。根據(jù)需要，主控制單元通過無線或有線通訊發(fā)送相應(yīng)指令給相應(yīng)的儲能元件模組，控制各個儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)。如讓發(fā)生故障的儲能元件模組處于短路狀態(tài)，備用的儲能元件模組處于串聯(lián)狀態(tài)，自動地將備用的儲能元件模組代替為故障的儲能元件模組，確保智能動力電源系統(tǒng)的完整性，保證供電的可靠性、使用的安全性，保證由智能動力電源系統(tǒng)供電的設(shè)置能正常使用和運(yùn)行。
[0005]作為優(yōu)選，所述的儲能元件模組包括監(jiān)控控制單元、串聯(lián)開關(guān)K1、并聯(lián)開關(guān)K2和兩個以上的電池組件，所述的電池組件依次串聯(lián)后再和所述的串聯(lián)開關(guān)Kl串聯(lián)構(gòu)成一串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再和所述的并聯(lián)開關(guān)K2并聯(lián)，串聯(lián)開關(guān)Kl的控制端、并聯(lián)開關(guān)K2的控制端分別和所述的監(jiān)控控制單元相連，監(jiān)控控制單元和所述的主控制單元無線或有線相連。主控制單元和儲能元件模組的監(jiān)控控制單元進(jìn)行無線或有線通訊，根據(jù)需要，主控制單元發(fā)送指令給監(jiān)控控制單元，再由監(jiān)控控制單元分別發(fā)出控制信號給串聯(lián)開關(guān)K1、并聯(lián)開關(guān)K2的控制端，控制串聯(lián)開關(guān)Kl或并聯(lián)開關(guān)K2的閉合或斷開，從而控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)。串聯(lián)開關(guān)Kl及并聯(lián)開關(guān)K2為能控制通斷的各類元件或元件組合器件，如繼電器、三極管等。一般儲能元件模組都有一個箱體，箱體內(nèi)安裝上述各個部件，還可安裝上冷卻/加熱系統(tǒng)等輔件。
[0006]作為優(yōu)選，所述的儲能元件模組設(shè)有電壓檢測單元、電流檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元及PH值檢測單元中的一種或幾種檢測單元，檢測單元的信號輸出端和所述的監(jiān)控控制單元相連。監(jiān)控控制單元通過檢測單元實(shí)時檢測所屬儲能元件模組的電壓、電流、溫度、壓力及PH值中的一種或幾種參數(shù)信息，并將測得的參數(shù)通過無線或有線通訊發(fā)送給主控制單元，由此主控制單元可進(jìn)行處理和分析，判斷出儲能元件模組的狀態(tài)，再發(fā)出相應(yīng)的控制指令給相關(guān)的儲能元件模組，控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)。
[0007]作為優(yōu)選，所述的儲能元件模組包括串聯(lián)開關(guān)K3，所述的電池組件依次串聯(lián)后，一端再和所述的串聯(lián)開關(guān)Kl串聯(lián)、另一端再和所述的串聯(lián)開關(guān)K3串聯(lián)構(gòu)成所述的串聯(lián)電路，串聯(lián)開關(guān)K3的控制端和所述的監(jiān)控控制單元相連。串聯(lián)開關(guān)K1、串聯(lián)開關(guān)K3，可以兩個同時存在，或只存在其中一個。兩個同時存在時，兩者的狀態(tài)是一致的，要么都閉合，要么都斷開。起到雙重控制作用，提高控制的可靠性。
[0008]作為優(yōu)選，所述的電池組件包括兩個以上的單體電池，所述的單體電池并聯(lián)連接。單體電池可以為一次電池或者二次電池。一次電池可采用鋅錳電池、鋅汞電池或鋰硫電池等，二次電池可采用鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鐵鎳電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池或鋰空氣電池等。當(dāng)然根據(jù)需在，電池組件也可由兩個以上的單體電池并聯(lián)連接而成。
[0009]本發(fā)明的智能動力電源系統(tǒng)的智能管理方法為:所述的主控制單元分別和所述的N+M個儲能元件模組進(jìn)行無線或有線通訊，根據(jù)需要，所述的主控制單元發(fā)送相應(yīng)指令給所述的儲能元件模組，控制各個儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)。如讓發(fā)生故障的儲能元件模組處于短路狀態(tài)，備用的儲能元件模組處于串聯(lián)狀態(tài)，自動地將備用的儲能元件模組代替為故障的儲能元件模組，確保智能動力電源系統(tǒng)的完整性，保證供電的可靠性、使用的安全性，保證由智能動力電源系統(tǒng)供電的設(shè)置能正常使用和運(yùn)行。
[0010]作為優(yōu)選，所述的儲能元件模組包括監(jiān)控控制單元、串聯(lián)開關(guān)K1、并聯(lián)開關(guān)K2和兩個以上的電池組件，所述的電池組件依次串聯(lián)后再和所述的串聯(lián)開關(guān)Kl串聯(lián)構(gòu)成一串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路再和所述的并聯(lián)開關(guān)K2并聯(lián)，串聯(lián)開關(guān)Kl的控制端、并聯(lián)開關(guān)K2的控制端分別和所述的監(jiān)控控制單元相連，所述的儲能元件模組設(shè)有電壓檢測單元、電流檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元及PH值檢測單元中的一種或幾種檢測單元，檢測單元的信號輸出端和所述的監(jiān)控控制單元相連，監(jiān)控控制單元和所述的主控制單元無線或有線相連；所述的監(jiān)控控制單元通過檢測單元實(shí)時檢測其所屬的儲能元件模組的電壓、電流、溫度、壓力及PH值中的一種或幾種數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)信號通過有線或無線通訊傳輸給所述的主控制單元，主控制單元根據(jù)收到的各個儲能元件模組的數(shù)據(jù)信號判斷各個儲能元件模組的工作狀態(tài)，再通過有線或無線通訊發(fā)送相應(yīng)指令給相應(yīng)的儲能元件模組的監(jiān)控控制單元，由監(jiān)控控制單元發(fā)出信號分別控制其所屬儲能元件模組中的串聯(lián)開關(guān)K1、并聯(lián)開關(guān)K2的通斷，從而控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)。本方法能根據(jù)儲能元件模組的物理性能、化學(xué)性能的實(shí)時變化控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)，控制準(zhǔn)確，提高可靠性和安全性。
[0011]作為優(yōu)選，當(dāng)所述的智能動力電源系統(tǒng)中有一個或幾個儲能元件模組的并聯(lián)開關(guān)K2斷開且串聯(lián)開關(guān)Kl斷開時，這些儲能元件模組斷開于所述的智能動力電源系統(tǒng)的主回路，且主回路也因此而處于斷開狀態(tài)；當(dāng)所述的智能動力電源系統(tǒng)中N個儲能元件模組的并聯(lián)開關(guān)K2斷開且串聯(lián)開關(guān)Kl閉合時，N個儲能元件模組串聯(lián)于所述的智能動力電源系統(tǒng)的主回路，主回路能正常工作；當(dāng)所述的智能動力電源系統(tǒng)中某個儲能元件模組的并聯(lián)開關(guān)K2閉合時，該儲能元件模組被閉合的并聯(lián)開關(guān)K2短路而脫離于主回路。三種控制模式，控制方便。
[0012]作為優(yōu)選，所述的智能動力電源系統(tǒng)正常工作時只有N個儲能元件模組工作，即N個儲能元件模組串聯(lián)于所述的智能動力電源系統(tǒng)的主回路，M個備用的儲能元件模組因短路而脫離于智能動力電源系統(tǒng)的主回路；當(dāng)工作的儲能元件模組中有一個或幾個儲能元件模組發(fā)生異常時，所述的主控制單元發(fā)送相應(yīng)指令給相應(yīng)的儲能元件模組，使得和發(fā)生異常的儲能元件模組數(shù)量相同的備用的儲能元件模組串聯(lián)于智能動力電源系統(tǒng)的主回路，并使得發(fā)生異常的儲能元件模組因短路而脫離于智能動力電源系統(tǒng)的主回路，從而保證智能動力電源系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。備用儲能元件模組和實(shí)際需要的儲能元件模組之間的切換連接非常方便，有效保證電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。
[0013]本發(fā)明的電動車，使用上述智能動力電源系統(tǒng)，由本發(fā)明的智能動力電源系統(tǒng)給電動車供電，確保電動車一直能正常使用和運(yùn)行，提高電動車運(yùn)行的可靠性和安全性。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:能根據(jù)儲能元件模組的物理性能、化學(xué)性能的實(shí)時變化控制儲能元件模組在智能動力電源系統(tǒng)的主回路中處于斷開、短路或串聯(lián)狀態(tài)，備用儲能元件模組和實(shí)際需要的儲能元件模組之間的切換連接非常方便，提高智能動力電源系統(tǒng)供電的可靠性、使用的安全性，而且也便于維護(hù)，保證由智能動力電源系統(tǒng)供電的設(shè)置能正常使用和運(yùn)行。提高使用該智能動力電源系統(tǒng)的電動車的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明智能動力電源系統(tǒng)的一種系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖2是本發(fā)明中儲能元件模組的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是本發(fā)明中儲能元件模組和主控制單元之間信號傳輸關(guān)系的一種電路原理連接結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖中1.主控制單元，2.儲能元件模組，3.監(jiān)控控制單元，4.電池組件，5.檢測單元，6.單體電池，7.開關(guān)電路，8.總正極，9.總負(fù)極。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0020]實(shí)施例:本實(shí)施例的智能動力電源系統(tǒng)，如圖1所示，包括主控制單元I和N+M個儲能元件模組2，其中N個儲能元件模組2為實(shí)際需要的儲能元件模組，M個儲能元件模組2為備用的儲能元件模組，本實(shí)施例中，N = 5，M = 1，6個儲能元件模組2串聯(lián)連接，右側(cè)的儲能元件模組的后端構(gòu)成智能動力電源系統(tǒng)的總負(fù)極9，左側(cè)的儲能元件模組的前端構(gòu)成智能動力電源系統(tǒng)的總正極8。如圖2所示，儲能元件模組2包括監(jiān)控控制單元3、串聯(lián)開關(guān)K1、串聯(lián)開關(guān)K3、并聯(lián)開關(guān)K2和四個電池組件4，每個電池組件4包括十二個并聯(lián)連