專利名稱：車用高效電源智能化管理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源管理系統，尤其涉及一種車用的高效電源智能化管理系統。
背景技術：
由于內燃機汽車所使用的石油資源日益短缺，加之其排放二氧化碳等溫室氣體、 粉塵顆粒并制造噪音的弊端，電動汽車因其非常安靜、不排放粉塵顆粒、且溫室氣體排放為 零、符合綠色環保的要求等眾多優點逐漸備受人們的青睞。隨著對環境的重視，電動汽車作 為無污染的交通工具越來越受到關注，有很好的發展前景。電動汽車及相關技術的發展， 已經成為各工業國家具有重大戰略意義的科技產業發展選題，我國已經電動汽車列為國家 863重大攻關課題。而電動汽車的續航能力、充電時間和電池壽命，以及瞬間啟動時間、最高 時速等是影響電動汽車發展的重要因素。因此，國家863計劃已將電動汽車動力蓄電池的 管理裝置列為重大專項關鍵技術攻關技術。同時，隨著國家"綠色新能源計劃"的發展，新 能源汽車特別是電動汽車也得到了迅速發展，汽車在行駛過程中對電動汽車動力電池也提 出了更高的要求。在電動汽車負載加重時如爬坡、加速或啟動時，要求動力電池瞬間輸送較 大電流，這對于常規電池和電動汽車管理系統是難以勝任的，因此導致電池壽命短、工作異 常、出現安全等諸多眾所周知的問題，輔助驅動性能差。同時為了解決客戶需電動汽車動力 電池具有高效快速充電性能，并能提供較好的續航能力。 目前電動汽車用動力電池主要有四種鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰電池， 由于鋰電池具有工作電壓高、比能量大、循環壽命長、無污染等優點，是電動汽車發展的主 要方向，但是鋰電池最大的缺點是安全性比權限蓄電池、鎳氫電池和鎳鎘電池都差，由于制 造工藝方面的差異，每個單體鋰電池其特性不可能完全一致，在其工作一段時間后這種差 異就越明顯，所以在對充、放電時就可能出現不平衡現象，即有的電池充電時電壓達到上限 電壓，有的電池還沒達到上限電壓，這樣就會出現個別電池超過其上限電壓，當達到一定程 度或由于過熱或其它物理、化學性能出現異常超過規定范圍時就會出現爆炸事故，這樣就 必須對每個單體電池進行檢測、分流平衡，也就是說電動汽車的電池必須要有一套可行的 可靠性強的車用電源管理系統，提高動力電池的能量效率和使用壽命。 而現有的電動汽車電源管理系統，大多存在系統復雜龐大、可靠性差、不利于網絡 通信等弊端。此外，電動汽車動力電源二次充電時間要求不能太長，為了減少蓄電池的充放 電時間，一般采用大電流充放電的方式，但這樣易造成電池性能減低甚至損壞，產生一些不 安全的隱患，因此急需要對現有的電動汽車的電源管理系統作進一步的改進。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種車用高效電源智能化管理系統，其可以解決動力電
池高效快速充電、電動汽車的續航能力、為動力電池瞬間提供大電流等問題。 為實現在上述目的，本發明提供一種車用高效電源智能化管理系統，其包括一高
能電池組、與該高能電池組電性連接的高效快速充放 裝置及主控制器，該高能電池組內包括數個串并聯的高能自控單體電池模塊、及與該高能自控單體電池模塊連接的控制芯片 矩陣，該每一高能自控單體電池模塊內均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監控 傳感器。 所述高能電池組內還包括一組獨立的備用高能自控單體電池模塊。 所述單體電池為具有超能隔離膜的單體電池，該具有超能隔離膜的單體電池包括
一正電極、負電極、及設于該正、負電極之間的超能隔離膜。 所述超能隔離膜為紙狀隔離膜，該紙狀隔離膜分別采用磷、鋰、鐵、碳、釕、鈷、銠、
銥、鎳、鈀、及鉑元素的溶液經多次浸泡，并采用空間定向、及噴射處理工藝制作而成。 所述紙狀隔離膜采用高、低溫交替處理工藝制作。 所述紙狀隔離膜采用耐酸及耐堿性交替處理工藝制作。 所述高效快速充放電裝置內包括高能電子組及數個高頻、高能電容。 所述主控制器內包括輸出模塊、輸入模塊、及一具有CAN總線輸出的中央處理器。 還包括一動力輸出端口 ，高效快速充放電裝置通過該動力輸出端口向外輸出電能。 還包括一 GPS芯片，該GPS芯片與電池組電性連接，該GPS芯片上設有數字通信接 □。 本發明的有益效果本發明提供的車用高效電源智能化管理系統，其系統架構簡 單，能夠對每個單體電池進行有效的監測和控制，避免了由于單體電池特性上的差異而導 致個別單體電池電壓過大，溫度過高問題；該車用高效電源智能化管理系統采用具有新型 超能隔離膜的單體電池，可極大地提高充電效率，為單體電池瞬間提供大電流，使汽車具有 較好的續航能力；其還能根據汽車行駛狀況、汽車負載的變化狀況判斷出汽車是處于制動 減速狀態，還是加速上坡狀態或勻速狀態，對汽車電源系統進行調整和管理，并做出相應的 控制，以減少高能電池組的能量損失。此外，由于GPS芯片及數字通信接口的設置，使得該 車用高效電源智能化管理系統具有網絡通信的功能，更有利于網絡化的遠程系統管理。
為了能更進一步了解本發明的特征以及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細 說明與附圖，然而附圖僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。
下面結合附圖，通過對本發明的具體實施方式
詳細描述，將使本發明的技術方案
及其它有益效果顯而易見。 附圖中， 圖1為本發明車用高效電源智能化管理系統一實施例的系統框圖； 圖2為本發明中高能電池組一實施例的組成示意圖； 圖3為本發明中具有新型超能隔離膜的單體電池的結構示意圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發明所采取的技術手段及其裝飾效果，以下結合本發明的優選 實施例及其附圖進行詳細描述。
如圖1所示，本發明所提供的車用高效電源智能化管理系統，其包括一高能電池組2、與該高能電池組2電性連接的高效快速充放電裝置4及主控制器6。該車用高效電源 智能化管理系統還包括一動力輸出端口 8，高效快速充放電裝置4通過該動力輸出端口 8向 外輸出電能，主控制器6與汽車傳感器連接，用來接收汽車傳感器傳來的車速信號、油門信 號、電動汽車電機負載信號、及制動踏板信號等各方面信息。特別地，本發明的電池組2還 可電性連接一GPS芯片10。 如圖2所示，高能電池組2內包括數個串并聯的高能自控單體電池模塊22、及與該 高能自控單體電池模塊22連接的控制芯片矩陣24。特別地，該高能電池組2內還設有一組 獨立的備用高能自控單體電池模塊(未圖示)。 其中，該每一高能自控單體電池模塊22內均包括一單體電池222、及與單體電池 222連接的電池監控傳感器224。該單體電池222可以為現有的普通動力電池，作為本法發 明的一種優選實施例，該單體電池222為一種具有新型超能隔離膜的單體電池，將數個具 有新型超能隔離膜的單體電池222與電池監控傳感器224組成的高能自控單體電池模塊 22串并聯組成高能電池組2的儲能裝置，另外在高能電池組2內集成一組獨立的備用高能 自控單體電池模塊(未圖示)。其中的具有新型超能隔離膜的單體電池222結構如圖3所 示，該具有新型超能隔離膜的單體電池222包括一正電極220、負電極240、及設于該正、負 電極220與240之間的超能隔離膜230。該超能隔離膜230的作用是將正負電極分開，它 能通過正離子，而阻擋電子。在充電時，正離子由單體電池222內的正電極220通過超能 隔離膜230流向負電極240 ;放電時，正離子由單體電池222內的負電極240通過超能隔離 膜230流向正電極220。因此正離子通過超能隔離膜230的通透率影響單體電池的充電效 率。而本發明中具有新型超能隔離膜的單體電池222中的超能隔離膜230采用紙狀隔離膜 材料，分別通過磷、鋰、鐵、碳、釕、鈷、銠、銥、鎳、鈀、鉬等眾所周知可用的各種元素的不同溶 液經多次浸泡，并經過高、低溫交替處理工藝，及耐酸、耐堿性交替處理，然后經空間定向、 噴射等處理制得。經過上述工藝處理后使超能隔離膜230具有多孔、高滲透性，還具有耐 酸、耐堿性，這樣極大地提高超能隔離膜的正離子通透率，使其具有高孔隙率、高吸液量、低 電阻、厚度與孔隙率無直接關聯、熱穩定性好、高倍率放電性能等顯著特色。該超能隔離膜 230循環性能、熱穩定性、高倍率放電性能優異，明顯優于現有技術的隔離膜產品，且該超能 隔離膜230具有很高的性能，現有隔離膜的正離子通透率在30%左右，而采上述工藝處理 的紙狀隔離膜的正離子通透率一般在大于50%左右，最大可達到96%，這樣采用新型紙狀 隔離膜的單體電池222可極大地提高充電效率，在充電電流2C情況下，充電30分鐘電池可 達到容量的95% (指采用紙狀超能隔離膜的磷酸鐵鋰電池)。進一步地，電池監控傳感器 224可檢測電壓、電流、溫度和其他物理量，其可對單體電池222的電壓、電流、溫度等有關 物理量和工作狀態進行監測，并將監測信號傳給控制芯片矩陣24。 控制芯片矩陣24主要對電池監控傳感器224所檢測到的電壓、電流、溫度和其他 物理量信號進行分析處理，將處理后的信息向主控制器6傳送，并根據主控制器6的指令進 行相應的控制。在本發明中，控制芯片矩陣24根據電池監控傳感器224傳來的檢測信號對 每個高能自控電池模塊22中的單體電池222的電壓、電流、溫度等綜合特性控制指標進行 分析，并根據這些信息判斷每個單體電池222是否工作正常。若發現某個單體電池工作狀 態異常或壞死，控制芯片矩陣24立即啟動對該單體電池所屬的高能自控單體電池模塊進 行支持性維護或從高能電池組中屏蔽，并從備用的高能自控電池模塊組中選一個備用高能自控電池模塊替代該出現異常的高能自控電池模塊的工作，加入到高能電池組2中，以保 證整個高能電池組2的工作正常。同時，該控制芯片矩陣24把信息傳給GPS芯片10。在本 發明實施例中，當電池監控傳感器224監測到某個高能自控電池模塊22中的單體電池222 的電壓或電流偏大或其它綜合性指標異常，影響到該單體電池222安全或電池組的正常工 作時，則控制芯片矩陣24對該單體電池222進行限流，以降低流過此該單體電池222的電 流，減小電流和電壓，使該單體電池222工作在安全的電壓、電流綜合指標規定范圍內。當 溫度增高時采用相似的方法減小單體電池222的電流，使該單體電池222的發熱量下降，從 而使單體電池222上的溫度下降，進行過熱保護，從而保證了高效自動單體電池模塊22始 終工作在最佳狀態。在高能電池組2進行充電時，控制芯片矩陣24能根據每個高能自控電 池模塊22的實際電壓、電流、溫度的情況調整高能自控電池模塊22中的單體電池222的充 電電流，使單體電池222始終處在最佳的充電狀態，這樣能極大地提高高能電池組2的充電 速度。另外，該控制芯片矩陣24可以對每個高能自控電池模塊22中的單體電池222的剩 余電量進行評估，從而評估高能電池組2的總剩余電量，當評估到高能電池組2的總剩余電 量偏少時，立即發出報警信號，提醒使用者及時充電。 高效快速充放電裝置4由高能電子組及數個高頻、高能電容組成，高頻、高能電容 的特點是能夠快速地充放電并能瞬間提供大電流。本發明中，該高效快速充放電裝置4具 有很高的能量密度、具有高頻率、快速響應能力、可穩定高效釋放電力、充放電壽命很長、可 達500 000次或90 000小時、可以提供很高的充放電電流、及可以在十秒內甚至幾秒鐘快 速充放電并能瞬間提供大電流等優異特性。該高效快速充放電裝置4與高能電池組2的結 合，和極大地提高高能電池的充放電性能。 該主控制器6內包括輸出模塊62、輸入模塊64、及一具有CAN總線輸出的中央處 理器66。其中，中央處理器66為核心部分，其一方面接收由高能電池組2和汽車傳感器等 其它模塊傳送的數據，另一方面向各模塊傳送控制指令，它還將各模塊的數據進行處理、分 析、整理，并將分析、整理后的數據信息傳給顯示模塊顯示，如將整個高能電池組2的總電 壓、當前總電流、各個高能自控電池模塊22是否正常、高能電池組2總電量的剩余容量等有
關信息傳給顯示模塊進行顯示，并可將這些數據向上一級系統傳送。在本發明實施例中， 當主控制器6接收到汽車傳感器傳來的車速信號、油門信號、電動汽車電機負載信號、及制 動踏板信號等各方面信息，經過中央處理器66的分析處理后，判斷汽車是處于制動減速狀 態，還是加速上坡狀態或勻速狀態，根據分析、判斷的結果向高能電池組2中的控制芯片矩 陣24發出相應指令，高能電池組2中的控制芯片矩陣24根據指令作出相應的動作，調整高 能電池組2的供電電流及供電方式。 如當汽車在起步或加速時，汽車電機瞬間需要大的電流，這個狀況通過汽車傳感 器轉換成電動汽車電機負載信號傳給主控制器6，經主控制器6中的中央處理器66分析、判 斷后，主控制器6向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發出相應指令，控制芯片矩陣24根 據這個指令切換與高效快速充放電裝置4的連接方式，使高效快速充放電裝置4直接給汽 車電機供電，以提供瞬間大電流，同時高能電池組2給高效快速充放電裝置4進行快速充電 以補充能量。 當汽車下坡或減速時，汽車電機將產生回饋能量，這種狀態通過汽車傳感器轉換 成電動汽車電機負載或車速信號傳給主控制器6，經主控制器6中的中央處理器66分析判斷后，主控制器6向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發出相應指令，高能電池組2中的 控制芯片矩陣24根據指令切換高能電池組2與高效快速充放電裝置4連接方式使之成為 回饋、充電方式，高效快速充放電裝置4儲存汽車電機回饋的能量并向高能電池組2充電， 提高能量利用率。 當汽車勻速行駛時，主控制器6中的中央處理器66根據汽車傳感器傳來的車速信 號經分析處理后，向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發出相應的控制指令，高能電池組2 中的控制芯片矩陣24根據指令切換高能電池組2與高效快速充放電裝置4連接使高能電 池組2直接向汽車電機供電。 當汽車高速行駛時，主控制器6中的中央處理器66根據汽車傳感器傳來的車速信 號分析處理后，向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發出指令，高能電池組2中的控制芯 片矩陣24根據主控制器6的指令提高高能自控電池模塊2的放電電流，以滿足汽車高速行 駛的需要。 相反，當主控制器6中的中央處理器66根據汽車傳感器傳來的車速信號，經分析 處理后，判斷汽車為低速行駛時，向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發出控制指令，高能 電池組2中控制芯片矩陣24根據主控制器6的指令減小高能自控電池模塊22的放電電流， 以節約高能自控電池模塊22的能量，提高汽車的續航能力。 GPS芯片10是一個全球定位芯片，它能與衛星進行無線傳輸，可將高能電池組2的 工作狀態與位置通過衛星發送給地面控制中心，使地面控制中心可以隨時了解高能電池組 2的工作狀態和位置。在本發明實施例中，該GPS芯片10上設有數字通信接口 ，通過該數字 通信接口及衛星把單體電池222的工作狀況及整個高能電池組2的工作狀態及位置發送到 遠處的地面管理控制中心，使地面控制中心能夠隨時了解高能電池組2的工作情況。當發 生緊急情況時，地面控制中心可通過衛星、GPS芯片10向控制芯片矩陣24發送指令進行有 關處理，另外控制芯片矩陣24把這些信息傳給主控制器6，通過主控制器6將有關信息傳送 顯示裝置進行顯示。 綜上所述，本發明提供的車用高效電源智能化管理系統，其系統架構簡單，能夠對 每個單體電池進行有效的監測和控制，避免了由于單體電池特性上的差異而導致個別單體 電池電壓過大，溫度過高問題；該車用高效電源智能化管理系統采用具有新型超能隔離膜 的單體電池，可極大地提高充電效率，為單體電池瞬間提供大電流，使汽車具有較好的續航 能力；其還能根據汽車行駛狀況、汽車負載的變化狀況判斷出汽車是處于制動減速狀態，還 是加速上坡狀態或勻速狀態，對汽車電源系統進行調整和管理，并做出相應的控制，以減少 高能電池組的能量損失。此外，由于GPS芯片及數字通信接口的設置，使得該車用高效電源 智能化管理系統具有網絡通信的功能，更有利于網絡化的系統管理。 以上所述，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術 構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發明后附的權利 要求的保護范圍。
權利要求
一種車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，包括一高能電池組、與該高能電池組電性連接的高效快速充放電裝置及主控制器，該高能電池組內包括數個串并聯的高能自控單體電池模塊、及與該高能自控單體電池模塊連接的控制芯片矩陣，該每一高能自控單體電池模塊內均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監控傳感器。
2. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述高能電池組 內還包括一組獨立的備用高能自控單體電池模塊。
3. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述單體電池為 具有超能隔離膜的單體電池，該具有超能隔離膜的單體電池包括一正電 極、負電極、及設于 該正、負電極之間的超能隔離膜。
4. 如權利要求3所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述超能隔離膜 為紙狀隔離膜，該紙狀隔離膜分別采用磷、鋰、鐵、碳、釕、鈷、銠、銥、鎳、鈀、及鉑元素的溶液 經多次浸泡，并采用空間定向、及噴射處理工藝制作而成。
5. 如權利要求4所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述紙狀隔離膜 采用高、低溫交替處理工藝制作。
6. 如權利要求5所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述紙狀隔離膜 采用耐酸及耐堿性交替處理工藝制作。
7. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述高效快速充 放電裝置內包括高能電子組及數個高頻、高能電容。
8. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，所述主控制器內 包括輸出模塊、輸入模塊、及一具有CAN總線輸出的中央處理器。
9. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，還包括一動力輸 出端口 ，高效快速充放電裝置通過該動力輸出端口向外輸出電能。
10. 如權利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統，其特征在于，還包括一 GPS芯 片，該GPS芯片與電池組電性連接，該GPS芯片上設有數字通信接口 。
全文摘要
本發明提供一種車用高效電源智能化管理系統，其包括一高能電池組、與該高能電池組電性連接的高效快速充放電裝置及主控制器，該高能電池組內包括數個串并聯的高能自控單體電池模塊、及與該高能自控單體電池模塊連接的控制芯片矩陣，該每一高能自控單體電池模塊內均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監控傳感器。本發明提供的車用高效電源智能化管理系統，其可以解決動力電池高效快速充電、電動汽車的續航能力、為動力電池瞬間提供大電流等問題。
文檔編號H02J7/00GK101741123SQ20101916402
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月1日 優先權日2010年2月1日
發明者彭世明, 李方紅, 湯波 申請人:鴻源控股有限公司