专利名称：一种能量盒系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源系统应用领域，尤其涉及一种基于电源管理的能量盒系统。
背景技术：
当前电源系统的应用中，可充放电电池的应用常常需要将多个单节电池串联起来使用。由于生产工艺的限制，各单节电池在荷电态、内阻、容量等方面存在固有的差异。由于单节电池自放电率不同、工作温度不同、电路板耗电不同等多方面原因，在电池使用过程中，这种差异会变得越来越大。各单节电池在荷电态、内阻、容量等方面的差异会严重影响串联应用的电池组的性能和使用寿命。以单节电池的荷电态存在差异为例，在充电过程中，荷电态较高的电池会先达到满充状态，而此时，荷电态较低的电池还没有充满。在放电过程中，荷电态较低的电池会先达到满放状态，而荷电态较高的电池中的电量还没有放完。因此，各单节电池的容量将不能得到充分利用，整个串联电池组的容量也就受到性能最低的电池的限制，是整个电池系统性能大打折扣。电池均衡技术可以解决这个问题，但电池均衡技术结构复杂，且存在能量损失，如果算法不完善，很容易产生误判，而且在放电的时候，均衡也会损失能量，减少整个电池系统的能量的损失。电池系统中设计相应的管理匹配系统能使其安全可靠地工作，管理系统监控电池的温度、电压及电流等信息，并估算电池的剩余电量、健康状况以及所允许的充放电功率等，从而控制负载的工作状况以确定电池系统提供的能量和功率。传统的电池管理系统采用集总式的管理方式，中央处理单元收集所有电芯或电池模块的信息，得出整个电池系统性能估算值，整体性能受最差电芯或模块的限制，结果是要么导致大量能量和功率的损失，要么导致电池的不一致性加大，使得个别电池或电池模块超负荷工作，从而大大降低电池系统的寿命。电池管理系统采用均衡的方式需尽量保持电池的一致性，但其性能受到具体算法的制约，特别是大规模的储能和UPS系统，由于电池位置和环境差异大，使得均衡的要考虑的条件更加复杂，特别是大容量电池或者电池模块，对均衡的强度，均衡的散热提出更高的要求，成本也更高。
发明内容
本发明目的提供一种能量盒系统，基于电源管理的模式，在保证电池及模块电池健康工作的前提下，最大限度利用电池容量，延长电源储能系统一次充电的使用时间，同时延长电池寿命。能量盒系统的输出工作点可进行灵活配置，降低系统的设计复杂度及安装成本。一种能量盒系统，由电池管理单元、功率模块单元及输入输出单元构成。电池管理单元，用于对电池模块单元的数据采集、电量计算、功率计算、健康状况监控以及电池均衡或者放电控制。功率模块单元，进行电源模块的能量及功率分配，最大限度利用电池能量。
输入输出单元，用于输入输出的信号控制及传输。能量盒系统对应的模块电池单元，由一个或多个单节电池或多个电池构成基本储能单元，可采用多个单体电池串联或并联的应用方式构成电池组。电池管理模块实时采集， 计算和更新电池模块的容量数据、功率性能、温度、内阻等参数。电池管理单元和电池模块之间根据系统应用可采用隔离通讯或非隔离连接的通讯形式。采用本发明提供的能量盒系统，能保证在电池模块安全可靠使用的前提下充分利用和发挥各模块电池的储能效率，延长了电池模块的使用寿命。同时能够简化电源系统设计，提高电源应用系统的整体效率。
图1能量盒系统结构2—种能量盒系统的串联应用示意3—种能量盒系统应用的连接示意图
具体实施例方式以下结合能量盒系统的各附图对本发明所提供的内容进行详细的描述图1为能量盒系统的单元结构图。能量盒系统由电池管理单元、功率模块单元及输入输出单元构成基本应用单元。能量盒对应的模块电池单元，可由一个或多个单节电池或电池组合构成基本储能单元，模块电池之间可采用串联或并联的应用连接方式以构成更大的储能单元。能量盒系统的电池管理单元实时更新电池模块的容量状况、功率性能、温度及其内阻各参数，确保电池模块正常工作。功率模块单元在保证各输入输出满足电源模块应用的同时，输出适当的电压和电流满足系统对电压和电流的需求。能量盒系统和外部上位机设有通讯接口，根据系统应用，根据系统各能量盒内部隔离方式或者系统地线以及高压的分布实际联接方式可采用隔离通讯或非隔离通讯的应用形式。电池管理单元与电池模块之间也设有通讯接口，根据系统的应用，可采用隔离通讯或非隔离通讯的形式。功率模块单元输入的正极和负极和电池模块的正极(BAT+)以及负极联接，并输出电压和功率正端(+)和负端(_)，功率模块单元是直流转换器，可以是降压BUCK，或者升压Boost电路，或者升降压(buck-boost)电路，功率模块单元可以串联以提供更大电压或者功率的输出。图2为一种能量盒的串联应用系统。图中能量盒采用串联形式连接，由中央控制单元，即主控机，来控制每个能量盒之间的通讯。主控机获得负载运行所需要的实时功率P @。主控机通过能量盒与电池模块的通讯获得电池模块的实时参数，根据所需功率和电池模块的状态把功率分配到每个能量盒系统Py各能量盒满足l、Pei+Pe2+Pe3+…Pen = P总。每个Pe需保证不能超过每个模块电池正常工作的最大功率，不损害电池寿命等性能。2、功率分配时要确保每个模块电池在现阶段工况下运行时间基本一致，Ten = EenA^n从而使电池系统的运行时间达到最大，Ee1 = Ee2 = Ee3 =…=Een，Een，为第η个能量盒在某种工况下的剩余能量。3、根据负载理想的输入电压V1，计算系统的电流I = /\，最后计算每个能量盒的输出电压值Vq = Pen/L·在能量盒系统的应用中，可以采用模块电池与电池管理单元结合在一起构成完整的电池模块，功率模块成独立的单元，功率模块直接串联构成功率输出系统和负载的连接方式，如图3所示。上述能量盒的实施方案，会根据应用形式采用不同的连接方式，数据的采集和通讯会相应地采用不同的隔离策略。
权利要求
1.一种能量盒系统，其特征在于由电池管理单元、功率模块单元及输入输出单元构成。
2.如权利要求1所述的一种能量盒系统，其特征在于所述能量盒系统对应的模块电池由一个或多个单节电池构成的电池组。
3.如权利要求2所述的一种能量盒系统，其特征在于所述能量盒系统对应的模块电池组采用模块电池串联或并联的方式。
4.如权利要求1所述的一种能量盒系统，其特征在于所述电池管理单元与模块电池之间根据不同应用，采用隔离通讯连接形式或非隔离通讯连接形式。
5.如权利要求1所述的一种能量盒系统，其特征在于所述电池管理单元与功率模块单元可单独分离，电池管理单元与模块电池一起构成电池模块，功率模块单元与输入输出单元连接构成独立的功率输出系统。
全文摘要
一种能量盒系统，由电池管理单元、功率模块单元及输入输出单元构成。能量盒系统通过对模块电池单元的数据采集、电量计算、功率计算、健康状况监控以及均衡控制等过程，实现对电源的管理，进行电源模块的能量及功率分配，最大限度利用电池能量。本发明提供的能量盒系统，能保证在电池模块安全可靠使用的前提下充分利用和发挥各模块电池的储能效率，延长了电池模块的使用寿命。同时能够简化电源系统设计，提高电源应用系统的整体效率。
文档编号H01M10/42GK102386446SQ201010271148
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者楼晓东 申请人:楼晓东