智能锂电池及其分布式管理系统的制作方法
【专利说明】智能锂电池及其分布式管理系统
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种锂电池，更具体的说，本发明主要涉及一种智能锂电池及其分布式管理系统。
[0003]
【背景技术】
[0004]现有的锂电池存在两个问题:使用安全和长期寿命。锂电池具有电能存储密度很高的优势，但也具有爆炸和起火等安全性问题。在过去几年中，曾经发生多次过锂电池引起的起火爆炸事件，造成巨大的经济和生命损失。电池生产厂家往往因为个别有缺陷电池单元造成事故而召回数以百万计的电池。这些安全性问题主要由过充电，放电电流太大，尤其是短路，温度过高，或生产缺陷所引起。目前部分高端锂电池中加有机械和电子混合的保护器，但这些保护器过于简单，通常只能起到很有限的保护作用。由于锂电池单元的电压比较低，通常只有3.6V左右，在很多应用中都需要将多个电池单元串接起来，构成电池组，提供所需要的电压，具体如图1所示。这些串联在一起的电池单元在充电和放电时都有相同的电流通过。但是由于每个电池单元有不同的特性，在相同的充电电流下，电池单元的充电时间完全不同。有的电池单元已经充满，电压上升，但有的电池单元还没有，这就造成有的电池单元过充，而有的电池单元不能充满。在放电时，每个电池单元都用相同的电流放电，那些不能充满电的电池单元很快放完电，造成电池组电压下降，内阻增加，从而阻止别的充满电的电池放电。在下次充电时，那些上次充满电而没有完全放完电的电池单元更早地充满电，而那些上次没充满又完全放完电的电池单元更不能充满，造成恶行循环。尤其是在长期使用中，电池单元的不一致性会越来越大，造成电池组性能急剧下降，寿命极大缩短。在很多情况下，I个寿命终结的电池单元会造成15个串接的电池组失效，从而损失14个还可继续使用的电池单元。那些长期过充电的电池单元很容易发热失控而造成起火爆炸事故，而那些长期欠充电而又深度放电的电池单元寿命会大大缩短，甚至造成内部短路而降低电池组电压使得充电电流剧增，造成整个电池组提前损坏，甚至燃烧。
[0005]因此这些问题限制了锂电池的应用范围，尤其是在有高可靠，长寿命要求的应用场合，如电动车和飞机电池，数据中心和控制中心的备用电源等，锂电池的应用受到很大限制。解决这些问题对扩大锂电池的应用范围，推动动力锂电池的市场发展具有重要意义。很多研究机构都在从各角度，如材料，结构，工艺，工作原理和电子技术，来解决这些问题，但还没有明显进展。如现有的锂电池管理器，在一定程度上均衡了锂电池单元的充放电性能，但这样的管理是从电池组的角度进行的，每个锂电池单元还是原始的3.6V的电池单元，需要将15个甚至更多的电池串联组成电池组，不能从根本上解决这种串联方式带来的问题。尤其是由于生产过程中的不一致性，或产品的质量问题，单个电池单元的缺陷将导致多个电池报废。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种智能锂电池及其分布式管理系统，以期望解决现有技术中固有结构的锂电池组存在的使用寿命低下，且存在安全隐患等技术问题。
[0008]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案:
本发明一方面提供了一种智能锂电池，包括原始锂电池，所述原始锂电池接入锂电池单元管理器，所述锂电池单元管理器接入电极，所述锂电池单元管理器中包括性能优化模块，所述性能优化模块分别接入充电管理模块、放电管理模块与电压管理模块，其中:所述性能优化模块用于对原始锂电池使用的各项性能进行统计，并将统计的各项参数历史数据进行存储，根据所述各项参数历史数据向充电管理模块与放电管理模块输出控制指令；所述充电管理模块用于采集原始锂电池充电的各项参数并传输至性能优化模块，且控制智能锂电池充电回路的通断；所述放电管理模块用于采集原始锂电池放电的各项参数并传输至性能优化模块，且控制智能锂电池放电回路的通断；所述电压管理模块中设有DC/DC变换器，所述DC/DC变换器接入原始锂电池的电极与智能锂电池的电极之间，用于将智能锂电池的输出电压转换为设定电压，将智能锂电池的输入电压转换为与原始锂电池相匹配的电压。
[0009]作为优选，进一步的技术方案是:充电管理模块与电压管理模块还接入超级电容，用于电压管理模块将充电电压转换为与超级电容相匹配的电压，由超级电容在充电时预先存储一部分电能，在充电电源断开后再冲入原始锂电池。
[0010]更进一步的技术方案是:所述的性能优化模块还接入通信模块，所述通信模块用于接收上层管理模块的控制指令并转发至性能优化模块，且将性能优化模块所统计并存储的原始锂电池各项参数历史数据发送至上层管理模块。
[0011]更进一步的技术方案是:所述的性能优化模块还接入短路及反接保护模块与过温保护模块，所述短路及反接保护模块用于当智能锂电池输出短路时断开智能锂电池的放电回路，当充电电源的电极接反断开智能锂电池的充电回路；所述过温保护模块用于检测原始锂电池的温度，当温度超过阈值范围时断开智能锂电池的充电回路与放电回路。
[0012]本发明另一方面提供了一种智能锂电池分布式管理系统，所述的系统包括智能电池组管理单元与至少两个智能锂电池单元，所述的智能锂电池单元上述的智能锂电池；所述至少两个智能锂电池单元相互并联组成电池组，并接入智能电池组管理单元，所述智能电池组管理单元中设有电池组通信模块与电池组管理模块，所述电池组管理模块接入电池组通信模块，其中:所述电池组通信模块用于与各个智能锂电池单元中的通信模块进行通信，接收各个锂电池单元中的原始锂电池各项参数历史数据，并传输至电池组管理模块，且将电池组管理模块的控制指令传输至智能锂电池单元中的通信模块；所述电池组管理模块用于根据外部控制指令或者所述各个智能锂电池单元中的原始锂电池各项参数历史数据，对各个智能锂电池单元中的运行状态、以及在电池组中的充放电状态进行单独控制。
[0013]作为优选，进一步的技术方案是:所述的电池组通信模块还接入电池组保护模块，所述电池组保护模块用于根据所述各个锂电池单元中的原始锂电池各项参数历史数据控制电池组充电回路与放电回路的通断。
[0014]更进一步的技术方案是:所述电池组通信模块与各个智能锂电池单元中的通信模块通过CAN总线、SMBus总线与Zigbee当中的任意一种进行通信。
[0015]更进一步的技术方案是:所述电池组通信模块还通过数据采集器接入互联网，用于使电池组通信模块通过与外部应用设备置于同一物联网，由电池组通信模块接收物