专利名称：电池引擎的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动车技术领域，尤其是一种用于实现电动车电池组内各单体电池非 损耗型均衡管理的电池引擎。
背景技术：
当前，由于环境污染和石油资源的紧缺，电动车辆已成为替代传统车辆发展的方 向，在电动电池车的研制与产业化推广过程中，电池技术的问题成为最主要的制约因素，这 些问题主要表现在如下几个方面
(1)动力电池在制造过程中，由于制造工艺的差别，即使同一批次的电池，也不可避免 的存在着差异，即容量上的差异直接表现在电池的端电压上，在充电过程中，容量小的电池 电压上升较快，即当其他电池尚未充满时，容量小的电池已经充满，继续充电将造成容量小 的电池处于过冲状态。这种差异的直接后果是，容量小的电池在充电过程中经常处于过充 状态，在放电的过程中处于过放状态，根据木桶原理致使其循环寿命明显缩短，带来整组蓄 电池寿命降低。(2)电池组在运用过程中，经常出现单体电池损坏的情况，这种情况若未能及时发 现，将导致其它蓄电池的性能受到严重的影响，进而造成整组电池的损坏。因此必须对蓄电 池组可能存在的故障情况做出早期预测与报警显得十分的重要。(3)电池不仅受外界温度的影响，在电池组的封装过程中电池分内外之别，在充放 电的情况下，造成了内外电池温度的不一，即其自身内侧电池温度高，外侧温度略低，造成 充放电的不一致，出现某个单体电池过冲过放现象严重，从而影响整组电池的性能。除以上分析外，在实际的电动车辆的使用过程中也发现，单个电池的寿命远比电 动汽车中的电池长，研究表明这是因为电池处在不均衡的状态中，充放电过程也不均衡，而 不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，充电不完全的电池寿命也随之缩短，引起所 在的电池组的寿命缩短，从而使整个电池系统的寿命缩短，使得电动汽车或电动自行车的 使用成本增加，也造成能源的浪费。
发明内容
针对以上现有的电动车电池组各单体电池之间的不均衡性，有必要提供一种使电 动车的电池组内各单体电池充放电、工作状态达到非损耗型均衡的电池引擎。本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的一种电池引擎，其包括电池箱 中包括(N+1)个串联连接的电池，其中，工作电池的数目为N，第(N+1)个电池为备用电池， 处于待工作状态，电池引擎包括一数据采集模块和智能控制芯片，所述数据采集模块包括 (N+1)个结构和功能均相同的采集IC，每一采集IC分别与电池箱中的(N+1)个电池的正、 负极信号连接，每一采集IC均并联连接至智能控制芯片。作为本发明优选的技术方案，每一采集IC包括电池信息测量电路、温度传感器、 保护电路、状态采集电路，所述电池信息测量电路的作用是采集电池在充放电过程中的电压、电流、电阻及剩余电容数据；所述温度传感器的作用是测量单体电池的温度；所述状态 采集电路的作用在于采集单体电池在电池箱中的节号、信息记录时间、充电或放电状态标 志；所述保护电路的作用在于根据采集到的与该采集IC连接的单体电池的电流、电压、温 度等参数，判断该单体电池处于过充或者过放状态时，该保护电路会自动切断该单体电池 回路，以保证其他单体电池的功能不受影响；采集IC将采集到的电流、电压、温度、内阻、 剩余电量、电池的序列号等电池内部信息等参数以及切断发生故障的单体电池的信息均发 送至所述智能控制芯片。作为本发明优选的技术方案，所述温度传感器为热电偶或热敏电阻。作为本发明优选的技术方案，所述温度传感器输出信号是模拟输出信号或数字输 出信号。作为本发明优选的技术方案，所述保护电路的工作方法为当某一单体电池过充、 过放、温度偏低或偏高，且已偏离一保护电路内设的临界值时，该单体电池的回路被切断， 一段时间(例如10秒)后，保护模块重新接通该单体电池的回路，如电压、电流及电容测量 电路及温度传感器测量得到的关于该单体电池的电压、电流、电容、温度等参数正常，则系 统恢复正常，反之，如参数仍不正常，则再次切断该单体电池的回路，并将该信息发送至智 能控制芯片。作为本发明优选的技术方案，所述智能控制芯片是由一系列智能管理模块组成， 其包括保护模块、监测模块、储存模块、“N+1”功能模块以及数据计算模块、状态处理模块， 所述保护模块包括一信息处理电路及一活动器件，所述信息处理电路根据各采集IC传输 的各电池的各类信息，检测出某一电池的充、放电或温度或剩余电量等状态与其他所有电 池的状态不均衡，但没有达到采集IC之保护电路内设的临界值，即所述不均衡单体电池的 回路未被切断时，所述活动器件发出调节指令，该调节指令经由采集IC传递至单体电池； 监测模块的功能包括对电流、电压、温度等参数的测量和系统对这些参数的校准处理、获得 测量数据，然后经过相应的计算处理，得到测量数值；储存模块储存多个采集IC发送的各 单体电池的充电状态的电流、电压、温度、电量参数值及放电状态的电流、电压、温度、电量 参数值，以及某一由于发生故障而被其所连接的采集IC切断回路的单体电池在电池箱中 的序号；“N+1”功能模块根据某一采集IC将与其连接的单体电池回路切断的信息，该模块 发送一指令至与第“N+1 ”个电池即备用电池连接的第“N+1，，个采集IC，采集根据该指令接 通该备用电池回路，控制其开始工作。作为本发明优选的技术方案，所述活动器件是分流元件或者电压、电流或电容转 换元件。作为本发明优选的技术方案，所述活动器件的调节方法为将电池组中电容量最 大的单体电池的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内。作为本发明优选的技术方案，所述活动器件的调节方法为将电池箱中N个工作 并联电路的总线的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内。作为本发明优选的技术方案，所述电池引擎还包括二并联电阻，其分别与多个采 集IC并联至智能控制芯片。相对于现有技术，本发明之电池引擎可实时对每块电池的电压、电流、温度进行检 测，并估计电池的荷电状态，针对由于单体电池容量不一致所导致的能量分散这一问题进行能量再分配，从而实现对每一单体电池的均衡放电，避免了由于某一单体电池的过早衰 竭导致整个电池组不能正常工作，从而缩短了整个电池组的使用寿命；另一方面，每一电池 组配备(N+1)个单体电池，第(N+1)个单体电池作为备用电池，在N个工作的单体电池中某 一个单体电池出现故障时，采集芯片可自动切断该故障电池回路，同时智能控制芯片接通 该备用电池回路，确保整个电池组的正常工作，避免了更换电池的麻烦，保障了电动车辆的 不间断运行。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明 图1是本发明的较佳实施方式的模块原理示意图。
具体实施例方式如图1所示，电池引擎所管理的电池箱中包括(N+1)个串联连接的电池，其中，工 作电池的数目为N，第(N+1)个电池为备用电池，处于待工作状态。电池引擎包括一数据采 集模块和智能控制芯片。所述数据采集模块包括(N+1)个采集IC，每一采集IC分别与电池 箱中的(N+1)个电池的正、负极信号连接，每一采集IC均并联连接至智能控制芯片，同时其 并联二电阻10、20，该二电阻10、20为智能控制芯片的外接电阻。每一采集IC的内部电路 结构及功能均相同。每一采集IC包括电池信息测量电路、温度传感器、保护电路、状态采集电路。所述电池信息测量电路的作用是采集电池在充放电过程中的电压、电流、电阻及 剩余电容数据。所述温度传感器的作用是测量单体电池的温度。单体电池的工作温度范围 在-20°C _60°C，常用温度传感器有以下几类热电偶可采用带有裸露引线的探针式热电 偶，优点是精度高，测温范围宽；热敏电阻具有负温度系数的电阻，成本中低，但线性度 差，需进行适度的信号调理IC集成温度传感器。温度传感器输出信号可以是模拟输出也可 以是数字输出。所述状态采集电路的作用在于采集单体电池在电池箱中的节号、信息记录时间、 充电或放电状态标志。所述保护电路的作用在于根据采集到的与该采集IC连接的单体电池的电流、电 压、温度等参数，判断该单体电池处于过充或者过放状态时，该保护电路会自动切断该单体 电池回路，以保证其他单体电池的功能不受影响。具体方法为当某一单体电池过充、过放、 温度偏低或偏高，且已偏离一保护电路内设的临界值时，该单体电池的回路被切断，一段 时间(例如10秒)后，保护模块重新接通该单体电池的回路，如电压、电流及电容测量电路 及温度传感器测量得到的关于该单体电池的电压、电流、电容、温度等参数正常，则系统恢 复正常，反之，如参数仍不正常，则再次切断该单体电池的回路，并将该信息发送至智能控 制芯片。采集IC将采集到的电流、电压、温度、内阻、剩余电量、电池的序列号等电池内部信息等参数以及切断发生故障的单体电池的信息均发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块组成，其包括保护模块、监测模块、 储存模块、“N+1”功能模块以及数据计算模块、状态处理模块。保护模块包括一信息处理电路及一活动器件，该活动器件可以是分流元件，可以 是电压、电流或电容转换元件，同时，其既可以是数字器件，也可以是模拟器件。所述信息处 理电路根据各采集IC传输的各电池的各类信息，检测出某一电池的充、放电或温度或剩余 电量等状态与其他所有电池的状态不均衡，但没有达到采集IC之保护电路内设的临界值， 即所述不均衡单体电池的回路未被切断时，所述活动器件发出调节指令，该调节指令经由 采集IC传递至单体电池。所述活动器件的调节方法有两种第一种，将电池组中电容量最 大的单体电池的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内；第二种，将电池 箱中N个工作并联电路的总线的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内。 二电阻10、20的作用是辅助保护模块调节电池箱内的各单体电池的电流值。监测模块其功能包括对电流、电压、温度等参数的测量和系统对这些参数的校 准处理、获得测量数据，然后经过相应的计算处理，得到测量数值。其中电流的测量要求很 高的精度，又涉及充/放电双方向测量和增益控制，每次需要测量充、放两个数值并获得差 值，检查是否需要改变测量的增益和增益是否已达最大或最小。储存模块该模块储存多个采集IC发送的各单体电池的充电状态的电流、电压、 温度、电量参数值及放电状态的电流、电压、温度、电量参数值，以及某一由于发生故障而被 其所连接的采集IC切断回路的单体电池在电池箱中的序号。“N+1”功能模块该模块的作用是，根据某一采集IC将与其连接的单体电池回路 切断的信息，该模块发送一指令至与第“N+1”个电池即备用电池连接的第“N+1”个采集IC， 采集根据该指令接通该备用电池回路，控制其开始工作。上述所有模块的最终功效就是保证电池组在任何情况下都能正常工作，而对 外部来讲，电池箱的N个单体电池构成的电池组的原有生能指标是不变的。
权利要求
1.一种电池引擎，其特征在于其包括电池箱中包括(N+1)个串联连接的电池，其中， 工作电池的数目为N，第(N+1)个电池为备用电池，处于待工作状态，其还包括一数据采集 模块和智能控制芯片，所述数据采集模块包括(N+1)个结构和功能均相同的采集IC，每一 采集IC分别与电池箱中的(N+1)个电池的正、负极信号连接，每一采集IC均并联连接至智 能控制芯片。
2.根据权利要求1所述的电池引擎，其特征是每一采集IC包括电池信息测量电路、 温度传感器、保护电路、状态采集电路，所述电池信息测量电路的作用是采集电池在充放电 过程中的电压、电流、电阻及剩余电容数据；所述温度传感器的作用是测量单体电池的温 度；所述状态采集电路的作用在于采集单体电池在电池箱中的节号、信息记录时间、充电 或放电状态标志；所述保护电路的作用在于根据采集到的与该采集IC连接的单体电池的 电流、电压、温度等参数，判断该单体电池处于过充或者过放状态时，该保护电路会自动切 断该单体电池回路，以保证其他单体电池的功能不受影响；采集IC将采集到的电流、电 压、温度、内阻、剩余电量、电池的序列号等电池内部信息等参数以及切断发生故障的单体 电池的信息均发送至所述智能控制芯片。
3.根据权利要求2所述的电池引擎，其特征是所述温度传感器为热电偶或热敏电阻。
4.根据权利要求2所述的电池引擎，其特征是所述温度传感器输出信号是模拟输出 信号或数字输出信号。
5.根据权利要求2所述的电池引擎，其特征是所述保护电路的工作方法为当某一单 体电池过充、过放、温度偏低或偏高，且已偏离一保护电路内设的临界值时，该单体电池的 回路被切断，一段时间(例如10秒)后，保护模块重新接通该单体电池的回路，如电压、电 流及电容测量电路及温度传感器测量得到的关于该单体电池的电压、电流、电容、温度等参 数正常，则系统恢复正常，反之，如参数仍不正常，则再次切断该单体电池的回路，并将该信 息发送至智能控制芯片。
6.根据权利要求2所述的电池引擎，其特征是所述智能控制芯片是由一系列智能管 理模块组成，其包括保护模块、监测模块、储存模块、“N+1”功能模块以及数据计算模块、状 态处理模块，所述保护模块包括一信息处理电路及一活动器件，所述信息处理电路根据各 采集IC传输的各电池的各类信息，检测出某一电池的充、放电或温度或剩余电量等状态与 其他所有电池的状态不均衡，但没有达到采集IC之保护电路内设的临界值，即所述不均衡 单体电池的回路未被切断时，所述活动器件发出调节指令，该调节指令经由采集IC传递至 单体电池；监测模块的功能包括对电流、电压、温度等参数的测量和系统对这些参数的校准 处理、获得测量数据，然后经过相应的计算处理，得到测量数值；储存模块储存多个采集IC 发送的各单体电池的充电状态的电流、电压、温度、电量参数值及放电状态的电流、电压、温 度、电量参数值，以及某一由于发生故障而被其所连接的采集IC切断回路的单体电池在电 池箱中的序号；“N+1”功能模块根据某一采集IC将与其连接的单体电池回路切断的信息， 该模块发送一指令至与第“N+1 ”个电池即备用电池连接的第“N+1，，个采集IC，采集根据该 指令接通该备用电池回路，控制其开始工作。
7.根据权利要求6所述的电池引擎，其特征是所述活动器件是分流元件或者电压、电 流或电容转换元件。
8.根据权利要求7所述的电池引擎，其特征是所述活动器件的调节方法为将电池组 中电容量最大的单体电池的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内。
9.根据权利要求7所述的电池引擎，其特征是所述活动器件的调节方法为将电池箱 中N个工作并联电路的总线的电容量转移一部分至电池组中电容量最小的单体电池内。
10.根据权利要求1所述的电池引擎，其特征是，所述电池引擎还包括二并联电阻，其 分别与多个采集IC并联至智能控制芯片。
全文摘要
本发明涉及一种电池引擎，其包括电池箱中包括(N+1)个串联连接的电池，其中，工作电池的数目为N，第(N+1)个电池为备用电池，其还包括一数据采集模块和智能控制芯片，所述数据采集模块包括(N+1)个结构和功能均相同的采集IC，每一采集IC分别与电池箱中的(N+1)个电池的正、负极信号连接，每一采集IC均并联连接至智能控制芯片。本发明可实时对每块电池的电压、电流、温度进行检测,实现对每一单体电池的均衡放电，避免了由于某一单体电池的过早衰竭导致整个电池组不能正常工作，从而缩短了整个电池组的使用寿命；每一电池组配备第(N+1)个单体电池作为备用电池，避免了更换电池的麻烦，保障了电动车辆的不间断运行。
文档编号H02J7/00GK102074763SQ20101060716
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者刘华福, 刘瑾豪 申请人:珠海金峰航电源科技有限公司