智能动力电源系统及其智能管理方法.pdf

本发明涉及一种智能动力电源系统及其智能管理方法。智能动力电源系统包括主控制单元和N+M个储能元件模组，N个储能元件模组为实际需要的储能元件模组，M个储能元件模组为备用的储能元件模组，N+M个储能元件模组串联连接，主控制单元分别和N+M个储能元件模组无线或有线相连。智能管理方法为：主控制单元分别和N+M个储能元件模组进行无线或有线通讯，主控制单元根据需要发送相应指令控制各个储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态，从而可以自动地将备用的储能元件模组代替为故障的储能元件模组，确保智能动力电源系统的完整性、可靠性和安全性，保证所供电的设置能正常使用和运行。

权利要求书1.  一种智能动力电源系统，其特征在于包括主控制单元(1)和N+M个储能元件模组(2)，其中N个储能元件模组(2)为实际需要的储能元件模组，M个储能元件模组(2)为备用的储能元件模组，N≥1，M≥1，N+M个储能元件模组(2)串联连接，所述的主控制单元(1)分别和所述的N+M个储能元件模组(2)无线或有线相连。2.  根据权利要求1所述的智能动力电源系统，其特征在于所述的储能元件模组(2)包括监控控制单元(3)、串联开关K1、并联开关K2和两个以上的电池组件(4)，所述的电池组件(4)依次串联后再和所述的串联开关K1串联构成一串联电路，该串联电路再和所述的并联开关K2并联，串联开关K1的控制端、并联开关K2的控制端分别和所述的监控控制单元(3)相连，监控控制单元(3)和所述的主控制单元(1)无线或有线相连。3.  根据权利要求2所述的智能动力电源系统，其特征在于所述的储能元件模组(2)设有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、压力检测单元及PH值检测单元中的一种或几种检测单元(5)，检测单元(5)的信号输出端和所述的监控控制单元(3)相连。4.  根据权利要求2或3所述的智能动力电源系统，其特征在于所述的储能元件模组(2)包括串联开关K3，所述的电池组件(4)依次串联后，一端再和所述的串联开关K1串联、另一端再和所述的串联开关K3串联构成所述的串联电路，串联开关K3的控制端和所述的监控控制单元(3)相连。5.  根据权利要求2或3所述的智能动力电源系统，其特征在于所述的电池组件(4)包括两个以上的单体电池(6)，所述的单体电池(6)并联连接。6.  一种如权利要求1所述的智能动力电源系统的智能管理方法，其特征在 于所述的主控制单元(1)分别和所述的N+M个储能元件模组(2)进行无线或有线通讯，根据需要，所述的主控制单元(1)发送相应指令给所述的储能元件模组(2)，控制各个储能元件模组(2)在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。7.  根据权利要求6所述的智能动力电源系统的智能管理方法，其特征在于所述的储能元件模组(2)包括监控控制单元(3)、串联开关K1、并联开关K2和两个以上的电池组件(4)，所述的电池组件(4)依次串联后再和所述的串联开关K1串联构成一串联电路，该串联电路再和所述的并联开关K2并联，串联开关K1的控制端、并联开关K2的控制端分别和所述的监控控制单元(3)相连，所述的储能元件模组(2)设有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、压力检测单元及PH值检测单元中的一种或几种检测单元(5)，检测单元(5)的信号输出端和所述的监控控制单元(3)相连，监控控制单元(3)和所述的主控制单元(1)无线或有线相连；所述的监控控制单元(3)通过检测单元(5)实时检测其所属的储能元件模组(2)的电压、电流、温度、压力及PH值中的一种或几种数据信号，并将数据信号通过有线或无线通讯传输给所述的主控制单元(1)，主控制单元(1)根据收到的各个储能元件模组(2)的数据信号判断各个储能元件模组(2)的工作状态，再通过有线或无线通讯发送相应指令给相应的储能元件模组(2)的监控控制单元(3)，由监控控制单元(3)发出信号分别控制其所属储能元件模组(2)中的串联开关K1、并联开关K2的通断，从而控制储能元件模组(2)在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。8.  根据权利要求7所述的智能动力电源系统的智能管理方法，其特征在于当所述的智能动力电源系统中有一个或几个储能元件模组(2)的并联开关K2 断开且串联开关K1断开时，这些储能元件模组(2)断开于所述的智能动力电源系统的主回路，且主回路也因此而处于断开状态；当所述的智能动力电源系统中N个储能元件模组(2)的并联开关K2断开且串联开关K1闭合时，N个储能元件模组(2)串联于所述的智能动力电源系统的主回路，主回路能正常工作；当所述的智能动力电源系统中某个储能元件模组(2)的并联开关K2闭合时，该储能元件模组(2)被闭合的并联开关K2短路而脱离于主回路。9.  根据权利要求6或7或8所述的智能动力电源系统的智能管理方法，其特征在于所述的智能动力电源系统正常工作时只有N个储能元件模组(2)工作，即N个储能元件模组(2)串联于所述的智能动力电源系统的主回路，另外M个备用的储能元件模组(2)因短路而脱离于智能动力电源系统的主回路；当工作的储能元件模组(2)中有一个或几个储能元件模组(2)发生异常时，所述的主控制单元(1)发送相应指令给相应的储能元件模组(2)，使得和发生异常的储能元件模组(2)数量相同的备用的储能元件模组(2)串联于智能动力电源系统的主回路，并使得发生异常的储能元件模组(2)因短路而脱离于智能动力电源系统的主回路，从而保证智能动力电源系统继续正常运行。10.  一种电动车，其特征在于包括权利要求1或2或3所述的智能动力电源系统。

说明书智能动力电源系统及其智能管理方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车的动力电源，尤其涉及一种智能动力电源系统及其智能管理方法，适用于新能源汽车及储能领域。
背景技术
目前市场上所用的储能、动力电池，不管是化学储能元件还是物理储能元件，从单个而言，其容量都相对较小，不满足大部分行业的使用要求。若需要使用化学或物理储能元件作为电源或者动力来源，一般需要成百上千甚至上万的单体电池进行串联、并联后才能使用。其中某一个单体电池或者几个单体电池发生异常或者损坏往往导致整个电源系统发生突发性的电源、动力丧失，不仅影响所供设备的正常使用和运行，而且还容易引起安全问题。考虑到目前所用电源系统所使用化学或物理储能单体数量极多，为避免单体故障而影响整个电源系统，甚至整个用电器具的正常工作，我们需要对电源系统进行更完善的配置，从而使电源系统具有更高的安全可靠性，更自主方便的维护性。
发明内容
本发明主要解决原有储能、动力电源所使用的单体电池数量极多，其中某一个单体电池或者几个单体电池发生异常或者损坏往往导致整个电源系统发生突发性的电源、动力丧失，不仅影响所供设备的正常使用和运行，而且还容易引起安全问题的技术问题；提供一种智能动力电源系统及其智能管理方法，其能自动控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态，提高智能动力电源系统供电的可靠性、使用的安全性，而且也便于维护，保证由智能动力电源系统供电的设置能正常使用和运行。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的智能动力电源系统包括主控制单元和N+M个储能元件模组，其中N个储能元件模组为实际需要的储能元件模组，M个储能元件模组为备用的储能元件模组，N≥1，M≥1，N+M个储能元件模组串联连接，所述的主控制单元分别和所述的N+M个储能元件模组无线或有线相连。一般，N≥M。主控制单元和储能元件模组进行无线或有线通讯，有线通讯如以太网或485信号通讯等，无线通讯如射频信号通讯、蓝牙通讯、WIFI通讯或GPRS通讯等。根据需要，主控制单元通过无线或有线通讯发送相应指令给相应的储能元件模组，控制各个储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。如让发生故障的储能元件模组处于短路状态，备用的储能元件模组处于串联状态，自动地将备用的储能元件模组代替为故障的储能元件模组，确保智能动力电源系统的完整性，保证供电的可靠性、使用的安全性，保证由智能动力电源系统供电的设置能正常使用和运行。
作为优选，所述的储能元件模组包括监控控制单元、串联开关K1、并联开关K2和两个以上的电池组件，所述的电池组件依次串联后再和所述的串联开关K1串联构成一串联电路，该串联电路再和所述的并联开关K2并联，串联开关K1的控制端、并联开关K2的控制端分别和所述的监控控制单元相连，监控控制单元和所述的主控制单元无线或有线相连。主控制单元和储能元件模组的监控控制单元进行无线或有线通讯，根据需要，主控制单元发送指令给监控控制单元，再由监控控制单元分别发出控制信号给串联开关K1、并联开关K2的控制端，控制串联开关K1或并联开关K2的闭合或断开，从而控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。串联开关K1及并联开关K2为能控制通断的各类元件或元件组合器件，如继电器、三极管等。一般储能 元件模组都有一个箱体，箱体内安装上述各个部件，还可安装上冷却/加热系统等辅件。
作为优选，所述的储能元件模组设有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、压力检测单元及PH值检测单元中的一种或几种检测单元，检测单元的信号输出端和所述的监控控制单元相连。监控控制单元通过检测单元实时检测所属储能元件模组的电压、电流、温度、压力及PH值中的一种或几种参数信息，并将测得的参数通过无线或有线通讯发送给主控制单元，由此主控制单元可进行处理和分析，判断出储能元件模组的状态，再发出相应的控制指令给相关的储能元件模组，控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。
作为优选，所述的储能元件模组包括串联开关K3，所述的电池组件依次串联后，一端再和所述的串联开关K1串联、另一端再和所述的串联开关K3串联构成所述的串联电路，串联开关K3的控制端和所述的监控控制单元相连。串联开关K1、串联开关K3，可以两个同时存在，或只存在其中一个。两个同时存在时，两者的状态是一致的，要么都闭合，要么都断开。起到双重控制作用，提高控制的可靠性。
作为优选，所述的电池组件包括两个以上的单体电池，所述的单体电池并联连接。单体电池可以为一次电池或者二次电池。一次电池可采用锌锰电池、锌汞电池或锂硫电池等，二次电池可采用铅酸蓄电池、锂离子电池、铁镍电池、镍镉电池、镍氢电池、铝空气电池、镁空气电池或锂空气电池等。当然根据需在，电池组件也可由两个以上的单体电池并联连接而成。
本发明的智能动力电源系统的智能管理方法为：所述的主控制单元分别和所述的N+M个储能元件模组进行无线或有线通讯，根据需要，所述的主控制单 元发送相应指令给所述的储能元件模组，控制各个储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。如让发生故障的储能元件模组处于短路状态，备用的储能元件模组处于串联状态，自动地将备用的储能元件模组代替为故障的储能元件模组，确保智能动力电源系统的完整性，保证供电的可靠性、使用的安全性，保证由智能动力电源系统供电的设置能正常使用和运行。
作为优选，所述的储能元件模组包括监控控制单元、串联开关K1、并联开关K2和两个以上的电池组件，所述的电池组件依次串联后再和所述的串联开关K1串联构成一串联电路，该串联电路再和所述的并联开关K2并联，串联开关K1的控制端、并联开关K2的控制端分别和所述的监控控制单元相连，所述的储能元件模组设有电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、压力检测单元及PH值检测单元中的一种或几种检测单元，检测单元的信号输出端和所述的监控控制单元相连，监控控制单元和所述的主控制单元无线或有线相连；所述的监控控制单元通过检测单元实时检测其所属的储能元件模组的电压、电流、温度、压力及PH值中的一种或几种数据信号，并将数据信号通过有线或无线通讯传输给所述的主控制单元，主控制单元根据收到的各个储能元件模组的数据信号判断各个储能元件模组的工作状态，再通过有线或无线通讯发送相应指令给相应的储能元件模组的监控控制单元，由监控控制单元发出信号分别控制其所属储能元件模组中的串联开关K1、并联开关K2的通断，从而控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态。本方法能根据储能元件模组的物理性能、化学性能的实时变化控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态，控制准确，提高可靠性和安全性。
作为优选，当所述的智能动力电源系统中有一个或几个储能元件模组的并联开关K2断开且串联开关K1断开时，这些储能元件模组断开于所述的智能动力电源系统的主回路，且主回路也因此而处于断开状态；当所述的智能动力电源系统中N个储能元件模组的并联开关K2断开且串联开关K1闭合时，N个储能元件模组串联于所述的智能动力电源系统的主回路，主回路能正常工作；当所述的智能动力电源系统中某个储能元件模组的并联开关K2闭合时，该储能元件模组被闭合的并联开关K2短路而脱离于主回路。三种控制模式，控制方便。
作为优选，所述的智能动力电源系统正常工作时只有N个储能元件模组工作，即N个储能元件模组串联于所述的智能动力电源系统的主回路，M个备用的储能元件模组因短路而脱离于智能动力电源系统的主回路；当工作的储能元件模组中有一个或几个储能元件模组发生异常时，所述的主控制单元发送相应指令给相应的储能元件模组，使得和发生异常的储能元件模组数量相同的备用的储能元件模组串联于智能动力电源系统的主回路，并使得发生异常的储能元件模组因短路而脱离于智能动力电源系统的主回路，从而保证智能动力电源系统继续正常运行。备用储能元件模组和实际需要的储能元件模组之间的切换连接非常方便，有效保证电源系统的可靠性和安全性。
本发明的电动车，使用上述智能动力电源系统，由本发明的智能动力电源系统给电动车供电，确保电动车一直能正常使用和运行，提高电动车运行的可靠性和安全性。
本发明的有益效果是：能根据储能元件模组的物理性能、化学性能的实时变化控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态，备用储能元件模组和实际需要的储能元件模组之间的切换连接非常方便，提高智能动力电源系统供电的可靠性、使用的安全性，而且也便于维护，保证 由智能动力电源系统供电的设置能正常使用和运行。提高使用该智能动力电源系统的电动车的可靠性和安全性。
附图说明
图1是本发明智能动力电源系统的一种系统连接结构框图。
图2是本发明中储能元件模组的一种电路原理连接结构图。
图3是本发明中储能元件模组和主控制单元之间信号传输关系的一种电路原理连接结构框图。
图中1.主控制单元，2.储能元件模组，3.监控控制单元，4.电池组件，5.检测单元，6.单体电池，7.开关电路，8.总正极，9.总负极。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的智能动力电源系统，如图1所示，包括主控制单元1和N+M个储能元件模组2，其中N个储能元件模组2为实际需要的储能元件模组，M个储能元件模组2为备用的储能元件模组，本实施例中，N＝5，M＝1，6个储能元件模组2串联连接，右侧的储能元件模组的后端构成智能动力电源系统的总负极9，左侧的储能元件模组的前端构成智能动力电源系统的总正极8。如图2所示，储能元件模组2包括监控控制单元3、串联开关K1、串联开关K3、并联开关K2和四个电池组件4，每个电池组件4包括十二个并联连接的单体电池6，四个电池组件4依次串联连接后，最前面的电池组件的正极端和串联开关K1串联、最后面的电池组件的负极端和串联开关K3串联构成一串联电路，该串联电路再和并联开关K2并联。每个储能元件模组2内还安装有各种检测单元5，检测单元包括电压检测单元、电流检测单元、温度检测单元、压力检测单元和PH 值检测单元，各个检测单元5的信号输出端分别和监控控制单元3的输入端相连，每个储能元件模组的前端及后端都设有一个低压信号接口，每个储能元件模组的低压信号接口分别和前后储能元件模组的低压信号接口电连接，实现低压供电及通讯连接，如图3所示，监控控制单元3的输出端和开关电路7相连，开关电路的输出端分别和串联开关K1的控制端、串联开关K3的控制端、并联开关K2的控制端相连，每个储能元件模组2中的监控控制单元3再通过通讯模块(或通讯接口)分别和主控制单元1无线或有线相连。
上述智能动力电源系统的智能管理方法为：每个储能元件模组2中的监控控制单元3通过检测单元5实时检测其所属的储能元件模组2的电压、电流、温度、压力及PH值的数据信号，并将数据信号通过有线或无线通讯传输给主控制单元1，主控制单元1根据收到的各个储能元件模组2的数据信号判断各个储能元件模组2的工作状态，经过分析、运算和处理，再通过有线或无线通讯发送相应指令给相应的储能元件模组2的监控控制单元3，由监控控制单元3发出信号给开关电路7，再通过开关电路分别控制其所属储能元件模组2中的串联开关K1、串联开关K3及并联开关K2的通断，从而控制储能元件模组2在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态；当智能动力电源系统中有一个或几个储能元件模组2的并联开关K2断开且串联开关K1断开时，这些储能元件模组2断开于智能动力电源系统的主回路，且主回路也因此而处于断开状态；当智能动力电源系统中某个储能元件模组2的并联开关K2断开且串联开关K1闭合时，该储能元件模组串联于智能动力电源系统的主回路；当智能动力电源系统中某个储能元件模组2的并联开关K2闭合时，该储能元件模组2被闭合的并联开关K2短路而脱离于主回路。
本实施例中，智能动力电源系统正常工作时，需要5个储能元件模组2工 作，主控制单元1发出指令给5个储能元件模组的监控控制单元3，使5个储能元件模组的串联开关K1及串联开关K3闭合而并联开关K2断开，即5个储能元件模组串联于智能动力电源系统的主回路，同时主控制单元1发出指令给另外1个备用的储能元件模组的监控控制单元，使备用的储能元件模组的并联开关K2闭合，则备用的储能元件模组因短路而脱离于智能动力电源系统的主回路；当工作的储能元件模组中有一个储能元件模组2发生异常时，则主控制单元1分别发送相应指令给发生异常的储能元件模组的监控控制单元和备用的储能元件模组的监控控制单元，使得备用的储能元件模组的并联开关K2断开且串联开关K1及串联开关K3闭合，发生异常的储能元件模组的并联开关K2闭合，则备用的储能元件模组串联于智能动力电源系统的主回路中，发生异常的储能元件模组被闭合的并联开关K2短路而脱离于智能动力电源系统的主回路，从而自动地用备用的储能元件模组代替了发生异常的储能元件模组，保证智能动力电源系统继续正常运行。
通过主控制单元的控制，智能动力电源系统正常放电时，优先使用电量高的储能元件模组来满足工作所需的电压电流，最后达到所有储能元件模组能完全释放其储存能量。智能动力电源系统充电过程中，主控制单元根据主回路中充电储能元件模组的数量，和外部充电设备进行通讯，完成充电。
使用上述智能动力电源系统的电动车，由智能动力电源系统给电动车供电，确保电动车一直能正常使用和运行，提高电动车运行的可靠性和安全性。
本发明能根据储能元件模组的物理性能、化学性能的实时变化控制储能元件模组在智能动力电源系统的主回路中处于断开、短路或串联状态，备用储能元件模组和实际需要的储能元件模组之间的切换连接非常方便，提高智能动力电源系统供电的可靠性、使用的安全性，而且也便于维护，保证由智能动力电 源系统供电的设置能正常使用和运行。也提高使用该智能动力电源系统的电动车的可靠性和安全性。