一种超级智能动态串并联和终极自平衡的动力系统的制作方法

本发明属于新能源汽车领域，具体涉及一种超级智能动态串并联和终极自平衡的动力系统。

背景技术：

发展新能源汽车产业是国家的一项基本政策，在政府的鼓励下新能源汽车企业如雨后春笋般发展起来。但是由于单个锂离子的容量小、电压低，一个新能源汽车动力系统需要很多个单体电池串并联起来才能使用，这就对单体电池的一致性提出了很高的要求。实际运行中为了延长动力系统的使用寿命往往需要对同串之间的电池组进行平衡，平衡的方法既有主动平衡也有被动平衡，无论那种方法都要增加成本、浪费时间、降低系统可靠性，效果也不理想。

有没有什么办法能够让动力系统中的单体电池在使用一段时间后根据自身的性能重新串并联呢？还有所谓的平衡无非是要不同单体电池的电压相等，最终极的方法就是让所有电池并联一段时间，其自然就会电压一致，而常规的新能源汽车动力系统中的单体电池都是通过各种机械结构牢牢固定死的，甚至是不可拆卸的，是无法动态串并联。

技术实现要素：

本发明提供了一种超级智能动态串并联和终极自平衡的动力系统。其技术方案是：在组成动力系统的单体电池的电极前设置一个串板选择机构，该机构由第一触头组、第二触头组、顶杆组等构成。第一触头组安装在固定触头排上，由多个第一触头组成，触头通过导体与不同的串板连接，固定触头排上安装有永磁体。第二触头组安装在移动触头排上，由多个第二触头组成头部，数量和第一触头相对应，第二触头和移动触头排之间装有弹簧，尾部通过螺母与连接排相联，连接排和单体电池电极相连，移动触头排上安装有可控电磁铁，可控电磁铁和固定触头排上的永磁体相对应。移动触头排通过滑杆与定位块相连，定位块通过紧固件固定在基座上，滑杆另一端固定在固定触头排上。滑杆上装有弹簧，使第一触头、第二触头正常情况下处于常离合状态。

在第一触头和第二触之间安装有顶杆，顶杆上有槽，槽内有连通的导体，顶杆通过其他部件安装在基座上，顶杆尾部有弹簧，正常情况下顶杆处于被顶起状态。

该系统中还装配有伺服电机单元，该单元主要由伺服电机、支架、永磁体、可控电磁铁、敲杆等组成。支架固定在伺服电机工作台上，可控电磁铁固定在支架上，永磁体通过滑竿和可控电磁铁连接，滑竿上有弹簧顶起永磁体，敲杆连接在永磁体末端。当动力系统的电池管理系统BMS控制可控电磁铁的线圈通电，永磁体受吸力下行，敲杆向下击打。

当动力系统需要重新串并联动力系统中的单体电池时，BMS控制移动触头排上的可控电磁铁断电，移动触头排在弹簧作用下沿滑杆后退，第一触头和第二触头分离，顶杆弹起，所有单体电池处于孤立状态。

BMS根据记录的单体电池电压、内阻、容量等数据给电池分组，确定每个电池的正负极该连接到那个串板上。BMS控制移动触头排的可控电磁铁开启初级电流，移动触头排受吸力前移，第一触头和第二触头轻触顶杆。BMS控制伺服电机移动到单体电池电极需要连接串板对应的顶杆处，让可控电磁铁通电，永磁体下行，敲杆将顶杆压下，第一触头、第二触头卡入顶杆上的槽内，顶住连通导体，单体电池电极与串板连通。然后BMS控制移动触头排上的可控电磁体启动高级电流，让第一、第二触头卡紧顶杆连通导体，确保电流导通的可靠性。从而实现单体电池可以连接到任一串的串板上。

当将所有单体电池的正极连接到同一串板上，所有单体电池的负极连接到同一串板上就实现了所有电池的并联，这是最彻底最终极的平衡。

更为详细的技术方案为：一种超级智能动态串并联和终极自平衡的动力系统，包括多个单体电池（100）、串板选择机构（200）、伺服电机单元（300）、电池管理系统BMS（400），所述串板选择机构（200）由若干第一触头组（210）、固定触头排（220）、若干第二触头组（230）、移动触头排（240）、若干顶杆组（250）、若干串板（260）、若干连接导体（270）等构成；所述伺服电机单元（300）由伺服电机（310）、可控电磁铁（320）、永磁铁（330）、敲杆（340）、弹簧（350）等构成；所述串板选择机构（200）可以通过第二触头组（230）、移动触头排（240）、顶杆组（250）的运动使单体电池（100）的电极与任意串板（260）处于可连接状态；所述伺服电机单元（300）可以带动敲杆（340）精确移动到顶杆组（250）的上方，通过可控电磁铁（320）、永磁铁（330）的运动使敲杆（340）下压顶杆组（250）实现单体电池（100）的电极与任意串板（260）连接，所述BMS（400）可以控制系统中各类可控电磁体的开关与运行电流大小、可以控制伺服电机（310）的运行、记录单体电池（100）的电压、内阻、容量等参数并确定重新串并联时单体电池（100）电极该连接到那个串板（260）上。

所述串板选择机构（200）由第一触头组（210）、固定触头排（220）、第二触头组（230）、移动触头排（240）、顶杆组（250）、串板（260）、连接导体（270）、永磁体（281）、永磁体（282）、可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）、滑杆（293）、弹簧（294）、定位块（295）、定位块（296）等构成；所述第一触头组（210）的数目大于动力系统电池组的串数的2倍，第一触头组（210）由若干第一触头（211）构成，其数目也不少于电池组的串数，第一触头（211）安装在固定触头排（220）上，如图1所示；所述第二触头组（230）的数目大于动力系统电池组的串数的2倍且与第一触头组（210）对应，第二触头组（230）由若干第二触头（231）、若干弹簧（232）、连接排（233）、螺母（234）构成，第二触头（231）数目也不少于电池组的串数且与第一触头（211）对应，第二触头（231）安装在移动触头排（240）上，中间有弹簧（232）支撑，第二触头（231）尾部通过螺母（234）与连接排（233）连接，连接排（233）尾部连接单体电池电极，如图2所示；所述顶杆组（250）由若干顶杆（251）和弹簧（252）以及其他固定部件组成，顶杆组（250）安装在基座上，顶杆（251）上部有凹槽，槽内是连通的导体，顶杆（251）尾部有弹簧（252），与其他部件配合使顶杆保持正常顶起状态，如图3、4所示；所述固定触头排（220）通过紧固件固定在基座上，其上安装有永磁体（281）、永磁体（282），所述移动触头排（240）通过滑杆（293）安装在定位块（295）、定位块（296）上，定位块（295）、（296）通过紧固件安装在基座上，滑杆（293）另外一端固定在固定触头排（220）上，滑杆上装有弹簧（294），弹簧（294）使固定触头排（220）、移动触头排（240）常分离状态，移动触头排（240）上装有可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292），分别和永磁体（281）、永磁体（282）对应，如图1、2、3、4、5、6所示。

所述伺服电机单元（300）由伺服电机（310）、可控电磁铁（320）、永磁铁（330）、敲杆（340）、弹簧（350）等构成；所述可控电磁铁（320）安装在支架上，支架固定在伺服电机工作台上，永磁体（330）通过滑竿和可控电磁铁（320）连接，滑竿上有弹簧（350）顶起永磁体，敲杆（340）连接在永磁体（330）末端，如图7所示。

所述BMS（400）根据记录的单体电池（100）的电压、内阻、容量等参数重新给单体电池分组，确认单体电池的电极应该连接到那个串板（260）上，BMS（400）控制切断安装在移动触头排（240）上的可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）的电流，第一触头（211）、第二触头（231）与顶杆（251）分离，单体电池（100）处于孤立状态，BMS控制可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）通初级电流，可控电磁铁与永磁体互相吸引，移动触头排（240）靠近固定触头排（220），第一触头（211）、第二触头（231）轻微卡住顶杆（251），BMS（400）控制伺服电机（310）移动到指定的位置，BMS（400）控制接通可控电磁铁（320）电流，永磁铁（330）受吸下行，带动敲杆（340）击打顶杆（251）顶部，顶杆（251）受压下行，第一触头（211）、第二触头（231）卡入顶杆（251）凹槽内顶住连通导体，若干第一触头（211）通过若干连接导体（270）使第一触头组（210）可与任一对应串板（260）连接，从而实现了单体电池（100）电极与任一对应串板（260）的连接，也就是单体电池（100）可以连接到动力系统中电池组的任一串上，所述BMS（400）控制给可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）通二级电流，第一触头（211）、第二触头（231）夹紧顶杆（251）保持连接可靠性。

BMS（400）按照权利要求书4所述的方法将所有单体电池（100）正极连接到同一串板（260）上，所有单体电池（100）负极连接到同一串板（260）上，从而实现动力系统中所有单体电池（100）的终极平衡。

本发明的有益效果是，组成动力系统的各单体电池在使用一段时间后在不拆卸的情况下还可以重新串并联，也就是说一个单体电池原本是在第一串，在不借助任何外力的情况下我们现在可以把它移动到第十串、第三十串。同时智能化程度高，只需要发个指令或者按个按纽就可以让所有单体电池并联实现终极平衡，必要时系统在休息时可以自动重新串并联和平衡。单体电池的装配工艺也大大简化，只需要将单体电池通过紧固件连接到系统上即可，不需要考虑各单体之间的并联问题。本系统所用原料取材方便、价格便宜、加工简单，容易实现。

附图说明

图1为第一触头组结构图。

图2为第二触头组结构图。

图3为顶杆组结构图。

图4为顶杆结构图。

图5为触头顶杆连接图。

图6为中间部位结构图。

图7为伺服电机单元结构图。

图8为动力系统整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施案例对本发明装置作进一步阐述，本阐述仅是对本发明装置的说明，而非对本发明的限制。

一个36V400Ah的低速车动力系统采用了本发明方案，下面我们将对该案例作介绍说明，该说明仅仅是为了阐述本发明的原理和方法，并没有将该动力系统所有内容展示出来，比如附图1只展示了部分串板（260）、第一触头组（210）、第二触头组（230）等。

该动力系统采用2并10串20个200Ah锂离子电池（100）。该系统还包括串板选择机构（200）、伺服电机单元（300）、电池管理系统BMS（400），所述串板选择机构（200）由若干第一触头组（210）、固定触头排（220）、若干第二触头组（230）、移动触头排（240）、若干顶杆组（250）、若干串板（260）、若干连接导体（270）等构成，所述伺服电机单元（300）由伺服电机（310）、可控电磁铁（320）、永磁铁（330）、敲杆（340）、弹簧（350）等构成；所述串板选择机构（200）可以通过第二触头组（230）、移动触头排（240）、顶杆组（250）的运动使单体电池（100）的电极与任意串板（260）处于可连接状态，所述伺服电机单元（300）可以带动敲杆（340）精确移动到顶杆组（250）的上方，通过可控电磁铁（320）、永磁铁（330）的运动使敲杆（340）下压顶杆组（250）实现单体电池（100）的电极与任意串板（260）连接；所述BMS（400）可以控制系统中各类可控电磁体的开关与运行电流大小、可以控制伺服电机（310）的运行、记录单体电池（100）的电压、内阻、容量等参数并确定重新串并联时单体电池（100）电极该连接到那个串板（260）上。

所述串板选择机构（200）由第一触头组（210）、固定触头排（220）、第二触头组（230）、移动触头排（240）、顶杆组（250）、串板（260）、连接导体（270）、永磁体（281）、永磁体（282）、可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）、滑杆（293）、弹簧（294）、定位块（295）、定位块（296）构成；所述第一触头组（210）的数目大于动力系统电池组的串数的2倍，第一触头组（210）由若干第一触头（211）构成，其数目不少于电池组的串数，第一触头（211）安装在固定触头排（220）上，如图1所示；所述第二触头组（230）的数目大于动力系统电池组的串数的2倍且与第一触头组（210）对应，第二触头组（230）由若干第二触头（231）、若干弹簧（232）、连接排（233）、螺母（234）构成，第二触头（231）数目也不少于电池组的串数且与第一触头（211）对应，第二触头（231）安装在移动触头排（240）上，中间有弹簧（232）支撑，第二触头（231）尾部通过螺母（234）与连接排（233）连接，连接排（233）尾部连接单体电池电极，如图2所示；所述顶杆组（250）由若干顶杆（251）和弹簧（252）以及其他固定部件组成，顶杆组（250）安装在基座上，顶杆（251）上部有凹槽，槽内是连通的导体，顶杆（251）尾部有弹簧（252），与其他部件配合使顶杆保持正常顶起状态，如图3、4所示；所述固定触头排（220）通过紧固件固定在基座上，其上安装有永磁体（281）、永磁体（282），所述移动触头排（240）通过滑杆（293）安装在定位块（295）、定位块（296）上，定位块（295）、（296）通过紧固件安装在基座上，滑杆（293）另外一端固定在固定触头排（220）上，滑杆上装有弹簧（294），弹簧（294）使固定触头排（220）、移动触头排（240）常分离状态，移动触头排（240）上装有可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292），分别和永磁体（281）、永磁体（282）对应，如图1、2、3、4、5、6所示。

伺服电机单元（300）由伺服电机（310）、可控电磁铁（320）、永磁铁（330）、敲杆（340）、弹簧（350）等构成，所述可控电磁铁（320）安装在支架上，支架固定在伺服电机工作台上，永磁体（330）通过滑竿和可控电磁铁（320）连接，滑竿上有弹簧（350）顶起永磁体，敲杆（340）连接在永磁体（330）末端，如图7所示。

所述BMS（400）根据记录的单体电池（100）的电压、内阻、容量等参数重新给单体电池分组，确认单体电池的电极应该连接到那个串板（260）上，BMS（400）控制切断安装在移动触头排（240）上的可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）的电流，第一触头（211）、第二触头（231）与顶杆（251）分离，单体电池（100）处于孤立状态，BMS控制可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）通初级电流，可控电磁铁与永磁体互相吸引，移动触头排（240）靠近固定触头排（220），第一触头（211）、第二触头（231）轻微卡住顶杆（251），BMS（400）控制伺服电机（310）移动到指定的位置，BMS（400）控制接通可控电磁铁（320）电流，永磁铁（330）受吸下行，带动敲杆（340）击打顶杆（251）顶部，顶杆（251）受压下行，第一触头（211）、第二触头（231）卡入顶杆（251）凹槽内顶住连通导体，若干第一触头（211）通过若干连接导体（270）使第一触头组（210）可与任一对应串板（260）连接，从而实现了单体电池（100）电极与任一对应串板（260）的连接，也就是单体电池（100）可以连接到动力系统中电池组的任一串上，所述BMS（400）控制给可控电磁铁（291）、可控电磁铁（292）通二级电流，第一触头（211）、第二触头（231）夹紧顶杆（251）保持连接可靠性。

所述BMS（400）按照以上所述的方法将所有单体电池（100）正极连接到同一串板（260）上，所有单体电池（100）负极连接到同一串板（260）上，从而实现动力系统中所有单体电池（100）的终极平衡。