一种系统可重构的标准化蓄电池系统的制作方法

本发明涉及一种基于标准化蓄电池模块，系统可重构的蓄电池系统，尤指一种主要用于电动汽车，也可用于但不限于风能发电、光伏发电、通信电源等产业(以下简称“节能与新能源产业”)的标准化蓄电池系统的构建方法。

背景技术：

蓄电池储能电源主要由蓄电池系统、充电系统和放电系统组成，是电动汽车和节能与新能源产业共性关键技术和共性基础支撑产业。解决电动汽车轻量化、整车成本高、续航里程短、充电时间长、蓄电池使用寿命短和更新费用高、运营成本高、残值率低、能耗和温室气体排放高等制约产业发展主要问题的有效途径，是建立电动汽车公共能源供给体系，提供蓄电池模块租赁和快速更换公共服务。还需要解决电动汽车用蓄电池模块的梯次利用技术问题。

建立电动汽车公共能源供给体系和蓄电池模块梯次利用的技术基础，是蓄电池储能电源，尤其是蓄电池模块和蓄电池系统的标准化和系列化。

电动汽车和节能与新能源产业目前应用的仍主要是锂离子等新型蓄电池。按材料体系划分，锂离子等新型蓄电池包括但不限于锰酸锂、磷酸亚铁锂、钛酸锂和聚合物锂离子、金属氢化物镍等多种体系蓄电池(以下简称“新型蓄电池”)。采用不同材料体系的蓄电池性能具有较大差异。蓄电池在应用过程中的性能也会不断变化。由此导致采用新型蓄电池构建的蓄电池系统的标准化仍是国内外面临的共同难题，也是制约蓄电池储能电源、电动汽车、尤其是电动汽车公共能源供给体系产业发展的技术瓶颈。新型蓄电池系统的标准化和系列化，是目前推动节能与新能源产业，尤其是电动汽车产业发展迫切需要解决的重大课题。本发明就是提供一种适用于新型蓄电池系统准化的方法。

现有的新型蓄电池系统设构建法如图1：第一步如(1)，首先确定目标产品设计方案和性能指标。本发明所指的目标产品包括但不限于电动汽车、风能和光伏发电、通信电源等。第二步如(2)，根据目标产品设计需求，对蓄电池系统提出具体要求。第三步如(3)，根据对蓄电池系统的具体要求，确定蓄电池系统具体设计方案和具体指标。第四步如(4)，对蓄电池和零部件提出具体要求。第五如(5)，组织相关供应商进行零部件和蓄电池系统产品开发。第六步如(6)，对设计和样品进行设计确认和产品确认。若不能满足设计要求，未通过设计确认，则返回产品设计开发阶段(5)，对设计和产品进行修改，若符合设计要求，通过设计和产品确认，进入第七步如(7)，进行设计冻结，完成设计和产品开发工作工作，转入生产流程。。

现有技术的特征是：依据目标产品要求，由目标产品到零部件向下逐级进行功能和技术要求分解，并对下一级子系统或零部件提出具体技术要求。这种现有开发方法称为“基于系统的设计方法”(以下简称“现有技术”)

以现有技术开发的产品，不具有标准化产品必须具有的兼容性和互换性。属于依据特定需求个性化定制的非标准(专用)产品类。

新型蓄电池仍处于发展初期，关键技术、关键材料和产品都处于快速发展阶段。新材料、新技术、新产品不断涌现。产品生命周期短是本阶段的典型特点。若采用标准化零部件进行系统集成开发，则可随关键零部件的技术发展，不断更新具有更优异性能的零部件，不断提升产品质量和性能。采用现有技术开发的个性化非标产品的更新换代，受设计被冻结的限制难以进行。如“蓄电池与整车捆绑”的现行管理规定；与快速发展的蓄电池系统产业极不协调；客观上成为制约技术创新和产业发展的障碍。

研究一种能够实现蓄电池系统及标准化的新方法，是目前迫切需要解决的重大课题。本发明就是在上述背景下发明的一种适用于新型蓄电池系统标准化的新方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：发明一种新型蓄电池系统标准化的新方法。采用本发明新方法开发的标准化蓄电池系统，可以兼容性能各异的不同品牌和不同材料体系新型蓄电池。为电动汽车和节能与新能源产业提供一种具有良好兼容性的标准化和系列化蓄电池系统。对促进新型蓄电池系统和蓄电池储能电源、电动汽车和节能与新能源产业发展具有重大意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：采用基于标准化蓄电池模块、系统可重构的蓄电池系统构建新方法。具体方法如图2，第一步如(1)，首先确定目标产品功能要求和技术指标。第二步如(2)，选择(除蓄电池模块)符合目标产品功能和技术要求的标准化零部件，通过标准化接口简单互联，并如(3)，根据目标产品要求，设置系统参数后，即完成一个标准化的蓄电池系统固件平台的构建。第三步如(4)，根据目标产品要求，选择相适应的标准化蓄电池模块，连接到标准化的蓄电池系统固件平台。第四步如(5)，当蓄电池系统每次上电(启动)时，各蓄电池模块首先向蓄电池系统控制器登记注册，并传输相关数据。蓄电池系统控制器依据接收到登记注册的所有蓄电池模块传输的数据后，自动完成系统操作软件重新构建，然后进入第六步如(6)，采用重构的系统软件对系统进行初始化，完成蓄电池系统重构的全部工作，形成如(7)符合目标产品要求的蓄电池系统。

标准化蓄电池模块(4)可以采用但不限于锰酸锂、磷酸亚铁锂、钛酸锂、聚合物锂离子、和金属氢化物镍等已有或以后开发的，最多可达8种不同材料体系的蓄电池组成。每个蓄电池模块内可由1～16只蓄电池串联组成。推荐标称电压为DC48V。蓄电池模块内置数据依据实际装载的蓄电池的要求，由供应商在出厂前注入。

本发明的有益效果是：

本发明为突破了锂离子等新型蓄电池系统标准化难题，发明了一个新的系统构建方法。

标准化是产业化的基础，锂离子等新型蓄电池系统的标准化，对促进蓄电池系统技术和产业发展具有重大意义。尤其是解决了电动汽车与节能与新能源产业用锂离子蓄电池模块和蓄电池系统的兼容性和标准化问题，对电动汽车蓄电池模块梯次利用，和促进蓄电池储能电源产业的专业化、规模化奠定了技术基础。对促进改变目前蓄电池系统产业“相互隔离、重复分散、低水平重复”的乱局具有重要意义。

3、对促进电动汽车基础体系建设具有重大意义。

蓄电池模块租赁和快速更换是解决制约电动汽车产业发展的主要问题的唯一途径。构建能够为不同厂牌的各种车型提供不同品牌的各种体系标准化蓄电池模块租赁和快速更换的公共服务为主的基础设施体系，是促进电动汽车产业发展的必由之路。蓄电池模块和蓄电池系统标准化，是构建电动汽车基础设体系的技术关键。本发明对促进电动汽车基础设施体系发展提供了关键技术，具有重大意义。

4、现有技术下，只能采用蓄电池模块与整车捆绑的模式，不利于发挥市场机制促进蓄电池及蓄电池系统技术和产业发展的作用。本发明为充分发挥现代市场机制对锂离子等新型蓄电池储能电源产业的促进作用提奠定了技术基础，供了技术支持。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1基于系统的现有技术设计方法流程示意图；

图2本发明基于模块系统可重构技术设计方法流程示意图；

图3本发明具体实施方式。

具体实施方式

本发明具体实施方式是：分蓄电池模块和关键零部件标准化和系列化、构建标准化蓄电池系统固件平台、连接标准化蓄电池模块、重构系统软件、初始化系统五个工作步骤设施的。

具体实施方式是：

1、标准化和系列化蓄电池模块和关键零部件。

蓄电池模块、关键零部件的标准化，是实施本发明关键工作，也是实施本发明的工作基础。之后所有工作都是以标准化蓄电池模块和零部件为基础。这些零部件包括但不限于以下品种：

标准化蓄电池模块：依据相关标准，对外形尺寸、机械接口、电器接口、通讯接口和通讯协议进行标准化，以符合系统构建的兼容性和互换性要求。

蓄电池模块可由包括但不限于符合国家标准的锰酸锂、磷酸亚铁锂、太酸锂、金属氢化物镍、聚合物锂离子蓄电池组成。推荐(但不限于)蓄电池模块的标称电压为DC48V。根据需要，蓄电池模块可由1～16只蓄电池串联组成。

保证装载蓄电池安全高效运行的数据，由蓄电池供应商在出厂前注入蓄电池模块电路组件中；这些数据包括但不限于蓄电池的额定容量、标称电压、串联蓄电池个数、最高允许充电电压、最低允许放电电压、最高允许工作温度、最大允许充电电流、最大允许放电电流、实际容量、电流传感器型号和规格等。还包括但不限于通过在线编程写入的数据。这些数据包括但不限于，电流、电压采样电路在线整定数值、荷电状态在线化矫正数据。还包括蓄电池模块运行过程中实时采集的数据。这些数据包括但不限于单体蓄电池的电压、充电电流、放电电流、模块箱内温度、荷电状态、累计用电量及工作状态等。

标准化关键零部件：包括但不限于蓄电池系统控制器、计量计费车载终端、安全冗余控制接口、CAN-CAN和CAN-USB协议转换接口、无线通信和北斗定位车载终端。

(3)蓄电池系统控制器：是蓄电池储能电源数据处理和充放电监控中心。具有四个与外部进行数据通信的接口。其中，CAN1用于与蓄电池模块、计量计费车载终端等设备连接。根据需要，可以连接不超过12个蓄电池模块连接器，用于连接标准化蓄电池模块。CAN2用于与充电设备、放电设备通信连接。CAN3用于与仪表板、无线通信和北斗定位车载终端等设备连接。根据需要还可以依据用户设备要求重新定义通信协议。安全冗余接口(AQRY)用于与蓄电池模块和计量计费车载终端的安全冗余接口连接，由蓄电池模块单体蓄电池电压模拟监测电路，和计量计费车载终端充放电电流模拟监测电路输出的单体蓄电池和充放电电流监测模式信号，输入到安全冗余控制接口，转换为对充电和放电设备的模拟控制信，与通过CAN2输入的数字控制数据组成互为安全冗余的高可靠性充放电控制系统。DC-DC(10)是控制电源。

蓄电池系统硬件平台系统参数由专用工具写入SDH卡(8)，在需要时，可随时检查、修改或重写。

(4)计量计费车载终端：是为电动汽车租赁模式开发的一个高精度计量计费设备。在线精度调定的24位电流、电压、功率、电能采样电路，提供高精度数值采样。为提高可靠性，还设计了模拟电流监测电路，通过安全冗余接口与系统安全冗余总线连接。可采用50A/75MV、100A/75MV、150A/75MV、200A/75MV、250A/75MV、300A/75MV等多种标准电流传感器，通过在线编程，可配置成为具有不同测量范围的计量计费终端。

计量计费车载终端的数据由专用工具写入SDH卡(6)，在需要时，可随时检查、修改或重写。

(5)安全冗余控制接口：是依据JB/T 11137-2011设计的由模拟采样电路输入的模拟信号，转换成充放电设备输出电流电压模拟控制信号专用设备。可与数字控制电路组成互为安全冗余的考可靠性控制系统。

(6)无线通信北斗定位车载终端：是集成在蓄电池车能电源系统的车辆网节点，提供北斗卫星定位和与远程数据中心服务器RGPS无线通信。当目标产品完成初始化后，自动与远程数据中心的服务建立通信连接。无线通信北斗定位车载终端数据可以通过在线编程查询、修改和重置。

(7)通信协议转换接口：通信协议转换接口包括但不限于CAN-CAN通信通信协议转换接口和CAN-USB通信协议转换接口。

CAN-USB协议转换接口用于在需要对蓄电池系统实施在线监控、在线测试和在线编程等操作时，通过计算机USB接口与系统CAN1、CAN2、CAN3总线连接时的总线间电气隔离和通信协议转换。

CAN-CAN协议转换接口用于在必要时连接两个设备或两个总线，其功能是总线电气隔离和协议转换。

2、构建标准化蓄电池系统固件平台。

如图3，依据目标产品的功能和性能要求，选择相应的标准零部件，通过标准化接口经过简单的互联，并根据目标产品的设计要求进行系统参数设定，即完成标准化蓄电池系统固件平台的构建。目标产品包括但不限于微型、两厢、三厢、物流电动汽车、通信电源等。

具体构建方法如图3：无线通信和北斗定位车载终端(2)、仪表板(5)及用户接口(12)通过阻抗为120欧姆CAN总线连接到蓄电池系统控制器(1)的通信接口CAN3。计量计费车载终端(3)、安全冗余控制接口(4)、蓄电池模块连接器(15、16、17、18，最多可连接12个)和协议转换接口(6)通过阻抗为120欧姆CAN总线连接到蓄电池系统控制器(1)的通信接口CAN1。安全冗余控制接口(19)与充电设备或放电设备模拟控制接口连接。蓄电池系统控制器(1)的通信接口CAN3，用于连接充放电设备(14)和协议转换接口(13)与蓄电池系统控制器(1)的通信接口CAN2连接。控制电源连接到电源接口(11)。将蓄电池系统参数是写入蓄电池系统控制器(1)的SDH卡(9)中，将计量计费车载终端控制参数是写入到SDH卡(8)中，即完成标准化蓄电池系统固件平台的构建工作。此固件平台可连接1～16个标准化蓄电池模块，组成标称电压为DC48V～DC576V的蓄电池系统，可满足电动汽车、光伏和风能发电、通信电源等应用的基本需求。

在需要时，通过协议转换接口(6)、或(13)与计算机(7)连接，对系统实施监控、测试、在线编程、在线数据查询。

当蓄电池系统激动完成后，自动通过无线通信和北斗定位车载终端(2)实施定位，和与远程数据中心的服务连接，按规定的间隔时间向数据中心发送数据，并接受用户终端的远程监控。

3、接入标准化蓄电池模块。

根据目标产品的端电压、充放电电流、储能量、蓄电池性能等实际需求，在断开电源的情况下，可将1～12个标准化蓄电池模块通过蓄电池模块连接器(15、16、…、17、18)连接到蓄电池系统固件平台。

4、重构系统。

接入蓄电池模块后，当每次上电(启动)时，首先由各蓄电池模块向蓄电池系统控制器(1)登记注册，同时传输相关数据。蓄电池系统控制器(1)接收到所有登记注册的蓄电池模块的数据后，立即进行系统操作软件的重新构建，形成与目标产品要求和实际连接的蓄电池模块相适应的系统操作软件。

5、初始化系统。

完成蓄电池系统操作软件重构后，由蓄电池系统控制器采用重构的系统操作软件对系统(包括关键零部件)进行初始化，完成蓄电池系统全部构建工作。