智能動力電源系統及其智能管理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動汽車的動力電源，尤其涉及一種智能動力電源系統及其智能管理方法，適用于新能源汽車及儲能領域。
【背景技術】
[0002]目前市場上所用的儲能、動力電池，不管是化學儲能元件還是物理儲能元件，從單個而言，其容量都相對較小，不滿足大部分行業的使用要求。若需要使用化學或物理儲能元件作為電源或者動力來源，一般需要成百上千甚至上萬的單體電池進行串聯、并聯后才能使用。其中某一個單體電池或者幾個單體電池發生異常或者損壞往往導致整個電源系統發生突發性的電源、動力喪失，不僅影響所供設備的正常使用和運行，而且還容易引起安全問題。考慮到目前所用電源系統所使用化學或物理儲能單體數量極多，為避免單體故障而影響整個電源系統，甚至整個用電器具的正常工作，我們需要對電源系統進行更完善的配置，從而使電源系統具有更高的安全可靠性，更自主方便的維護性。
【發明內容】
[0003]本發明主要解決原有儲能、動力電源所使用的單體電池數量極多，其中某一個單體電池或者幾個單體電池發生異常或者損壞往往導致整個電源系統發生突發性的電源、動力喪失，不僅影響所供設備的正常使用和運行，而且還容易引起安全問題的技術問題；提供一種智能動力電源系統及其智能管理方法，其能自動控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態，提高智能動力電源系統供電的可靠性、使用的安全性，而且也便于維護，保證由智能動力電源系統供電的設置能正常使用和運行。
[0004]本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:本發明的智能動力電源系統包括主控制單元和N+M個儲能元件模組，其中N個儲能元件模組為實際需要的儲能元件模組，M個儲能元件模組為備用的儲能元件模組，N多1，M> 1，N+M個儲能元件模組串聯連接，所述的主控制單元分別和所述的N+M個儲能元件模組無線或有線相連。一般，N^Mo主控制單元和儲能元件模組進行無線或有線通訊，有線通訊如以太網或485信號通訊等，無線通訊如射頻信號通訊、藍牙通訊、WIFI通訊或GPRS通訊等。根據需要，主控制單元通過無線或有線通訊發送相應指令給相應的儲能元件模組，控制各個儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態。如讓發生故障的儲能元件模組處于短路狀態，備用的儲能元件模組處于串聯狀態，自動地將備用的儲能元件模組代替為故障的儲能元件模組，確保智能動力電源系統的完整性，保證供電的可靠性、使用的安全性，保證由智能動力電源系統供電的設置能正常使用和運行。
[0005]作為優選，所述的儲能元件模組包括監控控制單元、串聯開關K1、并聯開關K2和兩個以上的電池組件，所述的電池組件依次串聯后再和所述的串聯開關Kl串聯構成一串聯電路，該串聯電路再和所述的并聯開關K2并聯，串聯開關Kl的控制端、并聯開關K2的控制端分別和所述的監控控制單元相連，監控控制單元和所述的主控制單元無線或有線相連。主控制單元和儲能元件模組的監控控制單元進行無線或有線通訊，根據需要，主控制單元發送指令給監控控制單元，再由監控控制單元分別發出控制信號給串聯開關K1、并聯開關K2的控制端，控制串聯開關Kl或并聯開關K2的閉合或斷開，從而控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態。串聯開關Kl及并聯開關K2為能控制通斷的各類元件或元件組合器件，如繼電器、三極管等。一般儲能元件模組都有一個箱體，箱體內安裝上述各個部件，還可安裝上冷卻/加熱系統等輔件。
[0006]作為優選，所述的儲能元件模組設有電壓檢測單元、電流檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元及PH值檢測單元中的一種或幾種檢測單元，檢測單元的信號輸出端和所述的監控控制單元相連。監控控制單元通過檢測單元實時檢測所屬儲能元件模組的電壓、電流、溫度、壓力及PH值中的一種或幾種參數信息，并將測得的參數通過無線或有線通訊發送給主控制單元，由此主控制單元可進行處理和分析，判斷出儲能元件模組的狀態，再發出相應的控制指令給相關的儲能元件模組，控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態。
[0007]作為優選，所述的儲能元件模組包括串聯開關K3，所述的電池組件依次串聯后，一端再和所述的串聯開關Kl串聯、另一端再和所述的串聯開關K3串聯構成所述的串聯電路，串聯開關K3的控制端和所述的監控控制單元相連。串聯開關K1、串聯開關K3，可以兩個同時存在，或只存在其中一個。兩個同時存在時，兩者的狀態是一致的，要么都閉合，要么都斷開。起到雙重控制作用，提高控制的可靠性。
[0008]作為優選，所述的電池組件包括兩個以上的單體電池，所述的單體電池并聯連接。單體電池可以為一次電池或者二次電池。一次電池可采用鋅錳電池、鋅汞電池或鋰硫電池等，二次電池可采用鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鐵鎳電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池或鋰空氣電池等。當然根據需在，電池組件也可由兩個以上的單體電池并聯連接而成。
[0009]本發明的智能動力電源系統的智能管理方法為:所述的主控制單元分別和所述的N+M個儲能元件模組進行無線或有線通訊，根據需要，所述的主控制單元發送相應指令給所述的儲能元件模組，控制各個儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態。如讓發生故障的儲能元件模組處于短路狀態，備用的儲能元件模組處于串聯狀態，自動地將備用的儲能元件模組代替為故障的儲能元件模組，確保智能動力電源系統的完整性，保證供電的可靠性、使用的安全性，保證由智能動力電源系統供電的設置能正常使用和運行。
[0010]作為優選，所述的儲能元件模組包括監控控制單元、串聯開關K1、并聯開關K2和兩個以上的電池組件，所述的電池組件依次串聯后再和所述的串聯開關Kl串聯構成一串聯電路，該串聯電路再和所述的并聯開關K2并聯，串聯開關Kl的控制端、并聯開關K2的控制端分別和所述的監控控制單元相連，所述的儲能元件模組設有電壓檢測單元、電流檢測單元、溫度檢測單元、壓力檢測單元及PH值檢測單元中的一種或幾種檢測單元，檢測單元的信號輸出端和所述的監控控制單元相連，監控控制單元和所述的主控制單元無線或有線相連；所述的監控控制單元通過檢測單元實時檢測其所屬的儲能元件模組的電壓、電流、溫度、壓力及PH值中的一種或幾種數據信號，并將數據信號通過有線或無線通訊傳輸給所述的主控制單元，主控制單元根據收到的各個儲能元件模組的數據信號判斷各個儲能元件模組的工作狀態，再通過有線或無線通訊發送相應指令給相應的儲能元件模組的監控控制單元，由監控控制單元發出信號分別控制其所屬儲能元件模組中的串聯開關K1、并聯開關K2的通斷，從而控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態。本方法能根據儲能元件模組的物理性能、化學性能的實時變化控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態，控制準確，提高可靠性和安全性。
[0011]作為優選，當所述的智能動力電源系統中有一個或幾個儲能元件模組的并聯開關K2斷開且串聯開關Kl斷開時，這些儲能元件模組斷開于所述的智能動力電源系統的主回路，且主回路也因此而處于斷開狀態；當所述的智能動力電源系統中N個儲能元件模組的并聯開關K2斷開且串聯開關Kl閉合時，N個儲能元件模組串聯于所述的智能動力電源系統的主回路，主回路能正常工作；當所述的智能動力電源系統中某個儲能元件模組的并聯開關K2閉合時，該儲能元件模組被閉合的并聯開關K2短路而脫離于主回路。三種控制模式，控制方便。
[0012]作為優選，所述的智能動力電源系統正常工作時只有N個儲能元件模組工作，即N個儲能元件模組串聯于所述的智能動力電源系統的主回路，M個備用的儲能元件模組因短路而脫離于智能動力電源系統的主回路；當工作的儲能元件模組中有一個或幾個儲能元件模組發生異常時，所述的主控制單元發送相應指令給相應的儲能元件模組，使得和發生異常的儲能元件模組數量相同的備用的儲能元件模組串聯于智能動力電源系統的主回路，并使得發生異常的儲能元件模組因短路而脫離于智能動力電源系統的主回路，從而保證智能動力電源系統繼續正常運行。備用儲能元件模組和實際需要的儲能元件模組之間的切換連接非常方便，有效保證電源系統的可靠性和安全性。
[0013]本發明的電動車，使用上述智能動力電源系統，由本發明的智能動力電源系統給電動車供電，確保電動車一直能正常使用和運行，提高電動車運行的可靠性和安全性。
[0014]本發明的有益效果是:能根據儲能元件模組的物理性能、化學性能的實時變化控制儲能元件模組在智能動力電源系統的主回路中處于斷開、短路或串聯狀態，備用儲能元件模組和實際需要的儲能元件模組之間的切換連接非常方便，提高智能動力電源系統供電的可靠性、使用的安全性，而且也便于維護，保證由智能動力電源系統供電的設置能正常使用和運行。提高使用該智能動力電源系統的電動車的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明智能動力電源系統的一種系統連接結構框圖。
[0016]圖2是本發明中儲能元件模組的一種電路原理連接結構圖。
[0017]圖3是本發明中儲能元件模組和主控制單元之間信號傳輸關系的一種電路原理連接結構框圖。
[0018]圖中1.主控制單元，2.儲能元件模組，3.監控控制單元，4.電池組件，5.檢測單元，6.單體電池，7.開關電路，8.總正極，9.總負極。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0020]實施例:本實施例的智能動力電源系統，如圖1所示，包括主控制單元I和N+M個儲能元件模組2，其中N個儲能元件模組2為實際需要的儲能元件模組，M個儲能元件模組2為備用的儲能元件模組，本實施例中，N = 5，M = 1，6個儲能元件模組2串聯連接，右側的儲能元件模組的后端構成智能動力電源系統的總負極9，左側的儲能元件模組的前端構成智能動力電源系統的總正極8。如圖2所示，儲能元件模組2包括監控控制單元3、串聯開關K1、串聯開關K3、并聯開關K2和四個電池組件4，每個電池組件4包括十二個并聯連