[发明专利]一种智能锂电池底座及分布式管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能锂电池及分布式管理方法技术领域，具体为一种智能锂电池底座及分布式管理方法。

背景技术

智能锂电池及分布式管理方法，具体地说是把每个锂电池单元智能化，为电池提供各种安全保护功能，根据每个电池单元的特征进行个性化充放电管理，使其性能保持最优状态，并使其输出电压与最终电池组的电压匹配，可根据容量要求直接把多个智能电池单元并联起来，从而避免多个电池单元的串接，并能够在电池单元因生产缺陷损坏或寿命终止时把该单元从电池组中退出而不影响别的电池单元。

现有的锂电池存在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，同时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。虽然现在有的高档锂电池中加有机械和电子混合的保护器，但这些保护器太简单，只能起到很有限的保护作用的问题。

发明内容

本发明正是针对这两个问题提出的用现代电子技术的解决方法，使每个原始的锂电池单元都成为能够独立使用的，电压可调节的，能够直接与多个同样的电池单元并联扩大容量的智能电池单元。本发明的核心是把每个原始锂电池单元智能化，并用电子技术把原始的锂电池单元电压从3.6V左右提高到通常电池组所需的电压，如12V，48V等。每个智能电池单元都有根据原始锂电池单元自身特征设计的保护和控制模块，使每个单元都处于最优化的运行状态。当发生外部或内部短路时，保护电路能够根据与该原始锂电池单元配套的阈值等设定，安全地把原始锂电池单元从电池组中隔离，使其处于不充电也不放电的安全状态，直到这些短路的状态改变，电池处于安全放电的负载范围，再由电池组控制器的控制，有序地将电池单元投入使用。当温度超过设定的阈值时，保护电路将原始锂电池单元从电池组中隔离，然后根据原始电池单元的储能状态，电池组和电池单元的运行历史记录决定该电池单元是否能安全地投入使用。如果历史记录说明温度过高是由于本原始锂电池单元造成，那么该原始锂电池单元将被视为有缺陷单元而从电池组中隔离，不再投入使用以避免该电池单元影响别的单元，造成不安全状态，或缩短电池组的使用寿命。如过该电池单元的过温保护是由于外部因数，如环境温度过高等，那么当温度降低到安全范围内后，该电池将处于可运行状态，但是否接受充电或对外放电将有电池组控制模块综合决定。

而且电池单元不再需要串联，只需要根据电池组容量的要求把多个智能电池单元并在一起。这样每个电池单元的充电电流和放电电流完全独立，不再互相影响，各自按照自身的特性进行充电及放电。充满电的电池单元停止充电，而未充满的单元继续充电。放电时，各尽所能，容量大的电池单元将为负载贡献较大的电流，而容量小的电池单元贡献较小的电流，使得放电时间均衡，这样整个电池组的性能处于最佳。如果有的电池单元在长期使用中性能变差，或由于生产缺陷不能继续储存能量，该电池单元将自动从电池组中隔离，成为不活动单元，不影响整个电池组的电压，只是整个电池组的电量储存略有下降。对于高性能长寿命的电池组，可以在出厂时设置一定数量的备用电池单元。这些电池单元平时保持满充状态，或参与电池组的充电放电循环，但处于浅放电状态，从而保持比别的电池单元更长的寿命。当有寿命终止的电池单元退出服务时，这样的备用电池单元将取代退出电池单元的服务，保持电池组的性能不降低，从而极大地延长电池组的寿命。

而且这些智能电池单元的电压可以按要求设定，这样，电池组的电压可根据应用要求进行设置，从而可以避免应用系统中的DC/DC转换成本及能量损耗。如系统设计输入电压为36V，用户可以直接把电池的输出电压设为36V，而不需要买48V的锂电池，再设计48V到36V的转换器。电池厂家可以大批量生产统一的智能电池组，从而降低成本。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

每个智能锂电池单元包括一个原始锂电池单元和一个智能锂电池单元管理模块。这里所述的原始锂电池单元是标准的3.6V，可以有不同的容量。这样的原始单元可以具有基本的过温，过流，过压保护功能。这里所述的智能锂电池管理模块包括性能优化，通信，短路及反接保护，充电管理，放电管理，电压管理，过温保护及高压超级电容等功能。这些功能可以是单独的子模块，也可以是几个功能由一个子模块承担。