本發(fā)明涉及一種可更換電池單元的熱數(shù)據(jù)采集智能電流調(diào)節(jié)電池箱，屬于電池管理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電池管理系統(tǒng)（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM），電動汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實時監(jiān)測；電池狀態(tài)估計；在線診斷與預(yù)警；充、放電與預(yù)充控制；均衡管理和熱管理等。電池的性能是很復(fù)雜的，不同類型的電池特性亦相差很大。 電池管理系統(tǒng)（BMS）主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展，也會增添其它的功能。

一般而言電動汽車電池管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下幾個功能：

準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)；

準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài) (State of Charge，即SOC)，即電池剩余電量。

動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)；

在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄(應(yīng)該為動力電池組)電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。

單體電池間的均衡：即為單體電池均衡充電，使電池組中各個電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

電動汽車電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)組成如下：

采集板：采集電壓、電流、溫度（霍爾），使用16位單片機(jī)；

主控板：與整車系統(tǒng)進(jìn)行通訊，控制充電機(jī)，使用16位單片機(jī)；

彩色液晶屏：使用串口液晶屏，帶觸摸，實現(xiàn)人機(jī)交互功能。

系統(tǒng)主要功能：

1）容量預(yù)測SOC：在充放電過程中在線實時監(jiān)測電池容量，隨時給出電池系統(tǒng)的剩余容量。

2）過流、過壓、溫度保護(hù)：當(dāng)電池系統(tǒng)出現(xiàn)過流、過壓、勻壓和溫度超標(biāo)時，能自動切斷電池充放電回路，并通知管理系統(tǒng)發(fā)出示警信號。

3）自動充電控制：當(dāng)電池的荷電量不足45%時，根據(jù)當(dāng)前電壓，對充電電流提出要求，當(dāng)達(dá)到或是超過70%的荷電量時停止充電。

4）充電均衡：在充電過程中，通過調(diào)整單節(jié)電池充電電流方式，保證系統(tǒng)內(nèi)所有電池的電池端電壓在每一時刻有良好的一致性。

5）自檢報警：自動檢測電池功能是否正常，及時對電池有效性進(jìn)行判斷，若發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中有電池失效或是將要失效或是與其它電池不一致性增大時，則通知管理系統(tǒng)發(fā)出示警信號。

6）通訊功能：采用CAN總線的方式與整車管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

7）參數(shù)設(shè)置：可以設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行的各種參數(shù)。

8）上位機(jī)管理系統(tǒng)：電池管理系統(tǒng)設(shè)計了相應(yīng)的上位機(jī)機(jī)管理系統(tǒng)，可以通過串口讀取實時數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)BMS數(shù)據(jù)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲和電池性能分析等功能，數(shù)據(jù)可靈活接口監(jiān)視器、充電機(jī)、警報器、變頻器、功率開關(guān)、繼電器開關(guān)等，并可與這些設(shè)備聯(lián)動運(yùn)行。

發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題：

電動車未來將以鋰電池為主要動力驅(qū)動來源，主因在于鋰電池有高能量密度優(yōu)勢，所以性能較為穩(wěn)定。然而鋰電池大量生產(chǎn)時品質(zhì)不易掌握，電池芯出廠時電量即存在些微差異，且隨著操作環(huán)境、老化等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致起火燃燒等安全問題。因此，透過電池管理系統(tǒng)（BMS）能準(zhǔn)確量測電池組使用狀況，保護(hù)電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計算電池組的電量并轉(zhuǎn)換為駕駛可理解的續(xù)航力信息，確保動力電池可安全運(yùn)作。

目前存在的問題是電池單元一旦被組裝之后，就需要進(jìn)行封裝，被封裝的電池包中如果其中的某個基本單元電池出現(xiàn)故障，就會危害到周圍的其他健康電池，使得整個電池包的健康狀況惡化，壽命減短，被封裝后的電池到底是哪一個電池，現(xiàn)在的技術(shù)還無法準(zhǔn)確判斷；另外存在的一個問題是就算發(fā)現(xiàn)的某一個電池存在問題，也無法對單元電池（cell）進(jìn)行更換，目前所采用的技術(shù)方案是當(dāng)一組電池出現(xiàn)問題之后會出現(xiàn)大電流，采用熔斷絲或者是場效應(yīng)管將出現(xiàn)問題的電池組輸電端斷開，以保護(hù)其他電池組，這樣的技術(shù)方案在電池的長期使用過程中，壞電池組越來越多的時候，其他電池的負(fù)荷就會越來越重，這也加劇了整個電池的壽命減短，而提前報廢，因此如何及時判別是哪一個單元電池出現(xiàn)問題，并且能及時更換也是現(xiàn)在電池管理亟待解決的問題。

電池的溫度狀況表征了電池的健康狀況。因此電池的熱管理極其重要，目前在電池?zé)峁芾碇?，目前最新的技術(shù)主要有鋰電池相變潛熱式保溫套進(jìn)行降溫， 該保溫套是一種低成本的高效被動式電池?zé)崮芄芾砑夹g(shù)，鋰電池相變潛熱式保溫套對電池起到熱穩(wěn)定和平衡保護(hù)的目的。所采用的鋰電池降溫散熱套由42°相變材料和超導(dǎo)熱材料混合而成。相變材料是一種蓄能材料，當(dāng)它從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)換為液體狀態(tài)的時候會吸收大量的熱，從液體狀態(tài)結(jié)晶成固體時則釋放大量的熱，通過相變材料實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能（參見http://www.newmaker.com/news_85283.html）。如果這個電池單體的工作時間過長，保溫套吸熱達(dá)到極限，由于每一個電池單體被集中堆放在一起，與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換無法實現(xiàn)，因此這一方案只適用于電池處于短期工作的環(huán)境。

另外，可通過現(xiàn)有文獻(xiàn)記載的電源管理系統(tǒng)進(jìn)行熱管理，實現(xiàn)溫度控制，但是這類技術(shù)通過程序?qū)﹄姵匕碾娫礋峁芾韺ζ髽I(yè)技術(shù)要求過高，其計算模式復(fù)雜，管理效果并不理想，無法實現(xiàn)單體（cell）電池的精確管理，目前還沒有可行的技術(shù)，該問題亟待解決。

如果能實現(xiàn)對電池單元的有效降溫，將能使電池包熱管理成本大為降低，這也是一個研究的方向。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可更換電池單元的熱數(shù)據(jù)采集智能電流調(diào)節(jié)電池箱，其結(jié)構(gòu)簡單，可迅速判斷由單體電池串聯(lián)構(gòu)成的電池溫度狀，可以任意更換某一電池組內(nèi)的單體電池，能夠根據(jù)溫度進(jìn)行獨立電流調(diào)節(jié)，實現(xiàn)智能獨立風(fēng)冷降溫，可避免單個電池出現(xiàn)問題影響整個電池包的健康狀況。

實現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采取的技術(shù)方案是：電池包的頂板和底板上開有上下正對的孔，累疊成組的單體電池裝入套管中由帶換氣窗的上端蓋和下端蓋兩端壓緊在頂板和底板上的孔口，在套管內(nèi)首節(jié)單體電池處設(shè)置有熱脹縮開閉窗，在上端蓋和下端蓋口分別引出單體電池組的正、負(fù)極，正極輸出連接有熱熔絲，正、負(fù)極的電流回路中串聯(lián)了分壓電阻、熱敏電阻和led燈珠，熱敏電阻處接場效應(yīng)管的柵極，單體電池組的正極接場效應(yīng)管漏極，所有場效應(yīng)管的源極輸出端并聯(lián)。

所述熱脹縮開閉窗為兩層累疊的具有同一中心線的透氣窗口錯位的環(huán)形板，上環(huán)形板與下環(huán)形板之間連接有熱脹縮件以及與熱脹縮件張開力矩相反的復(fù)位彈簧。

裝入單體電池的套管內(nèi)端口通過套管固定圓臺定位，套管固定圓臺的大直徑端外緣分別壓在頂板和底板的孔邊緣，套管固定圓臺的內(nèi)壁帶螺紋，上端蓋和下端蓋上的小直徑端帶有對應(yīng)的裝配外螺紋，分別擰緊于套管固定圓臺觸壓在單體電池組的正、負(fù)極上。

上端蓋的中部帶有正對單體電池正極的內(nèi)螺紋通孔，所述的分壓電阻和場效應(yīng)管置于該內(nèi)螺紋通孔中并由對應(yīng)的導(dǎo)電螺紋套管一端壓緊，螺紋套管位于上端蓋之外的臺階面將單體電池組的正極導(dǎo)電墊片壓緊在上端蓋的頂面，螺紋套管的內(nèi)螺紋又連接一套管螺絲，套管螺絲的空腔內(nèi)裝入熱敏電阻，套管螺絲的頂部安裝led燈珠；下端蓋為導(dǎo)體，在單體電池負(fù)極處放置有彈性導(dǎo)電墊，彈性導(dǎo)電墊由下端蓋內(nèi)側(cè)端面壓緊，下端蓋的臺階面將負(fù)極導(dǎo)電墊片壓緊在套管固定圓臺的外側(cè)端面上。

各單體電池組的熱敏電阻兩端通過導(dǎo)線連接至電源管理硬件系統(tǒng)的溫度輸入A/D端口。

套裝單體電池組的套管內(nèi)壁上設(shè)置有二件以上套管內(nèi)條，套管內(nèi)條觸壓在各單體電池的表面，并保證套管內(nèi)條與單體電池之間的間隙≤0.1毫米。

電池包箱體的頂板和底板的規(guī)格結(jié)構(gòu)完全相同，所有套管固定圓臺與頂板和底板上的預(yù)留孔間距小于2毫米，電池包箱體的頂板和底板與側(cè)板采用螺絲連接固定構(gòu)成電池包箱體，頂板與底板上裝的套管固定圓臺中心線重合保證了位置精確對應(yīng)，上下兩個圓臺之間安裝單體電池組的套管，套管內(nèi)裝有套管內(nèi)條，使得單體電池的活動間隙很小，避免了晃動和電器元件接觸不良。套管固定圓臺內(nèi)壁設(shè)有螺紋，通過螺紋該空心分別與上端蓋及下端蓋連接，方便了對出問題電池的更換。正極輸出的導(dǎo)電墊片連接了熱熔絲，可對單體電池組過流進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)熔斷絲被熔斷之后，與之串聯(lián)的led燈珠就會熄滅，沒有輸出電流，直接就可以知道是哪一組電池已損壞。本發(fā)明這樣的結(jié)構(gòu)使得在生產(chǎn)的過程中，不再使用焊接設(shè)備把電池包的正極和負(fù)極進(jìn)行并聯(lián)焊接，而是再把電池包箱體制造完成后，旋開下端蓋，通過底部從外部直接把電池單體插入到套管內(nèi)，最后放入彈性導(dǎo)電墊，旋緊下端蓋，整個電池包箱體便組裝完成了。這種套管式的結(jié)構(gòu)對于更換電池極其方便，使得以前無法維修的電池包現(xiàn)在可以輕松進(jìn)行維修了，可以更換電池箱體內(nèi)的任何一個單體電池。當(dāng)電池發(fā)熱量較小的時候，電池內(nèi)部的溫度與環(huán)境溫差較小，但一般而言環(huán)境溫度要高，單體電池會加熱周圍的空氣，由于單體電池處于套管之中，電池與套管之間又存在間隙，于是就產(chǎn)生了熱對流現(xiàn)象，熱空氣上升，冷空氣有底部補(bǔ)充進(jìn)來，形成氣流，及時的把單體電池周圍的熱量帶走，從上端蓋的熱對流換氣窗排出，使得電池包內(nèi)的熱量及時散發(fā)，不會產(chǎn)生熱積累效應(yīng)，使得電池的溫度限制在一個合理的范圍之內(nèi)。套管內(nèi)設(shè)置有熱脹縮開閉窗，在熱脹縮件和復(fù)位彈簧作用下，當(dāng)電池工作溫度較低時，復(fù)位彈簧彈力大于熱脹縮件的力，使熱脹縮開閉窗的上下層環(huán)形板錯位轉(zhuǎn)動關(guān)閉，阻斷空氣流通性，電池單體周圍的空氣層變成了保溫層，具有保溫效果，使得電池處于適宜的工作溫度；而工作溫度較高時，熱脹縮件可克服復(fù)位彈簧彈力，使熱脹縮開閉窗轉(zhuǎn)動開啟，實現(xiàn)熱對流降溫。當(dāng)該電池單體的溫度升高時，半導(dǎo)體熱敏電阻的電阻值降低，使得整個電路的電流增大，半導(dǎo)體熱敏電阻兩端的電壓表征了整個電池組的溫度，溫度越高，相應(yīng)的串聯(lián)電壓就越低，由于整個電池組的電壓是恒定的，熱敏電阻的低電位點連接PNP型場效應(yīng)管的G極（柵極），所以，溫度低的時候輸出電流大，溫度高的時候，輸出電流會受到限制，電流會減小。這樣就實現(xiàn)了過高溫度條件下，對電流的智能限制功能。

有益效果：本發(fā)明能夠通過直接觀測led管的發(fā)光狀態(tài)迅速判斷由單體電池串聯(lián)構(gòu)成的電池溫度狀況即電流輸出狀態(tài)，可以任意更換某一電池組內(nèi)的單體電池，能夠根據(jù)溫度進(jìn)行獨立電流調(diào)節(jié)，實現(xiàn)獨立智能風(fēng)冷降溫及空氣保溫，將電池組溫度數(shù)據(jù)傳輸至電源管理硬件系統(tǒng)中，避免單個電池出現(xiàn)問題影響整個電池包的健康狀況，滿足電池組長時間工作的需要，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體外觀結(jié)構(gòu)主視示意圖；

圖2為本發(fā)明熱脹縮開閉窗結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明電池組上端蓋剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明電池組下端蓋剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明電池組溫度及電流輸出狀況led顯示電路原理圖；

圖6為本發(fā)明電池組溫度電壓輸出整體電路原理圖。

圖1～6中：1.箱體，2.頂板，3.透風(fēng)底座，4.透風(fēng)孔，5.下端蓋，6.底板，7.單體電池，8.套管，9.上端蓋，10.換氣窗，11.彈性槽，12.套管內(nèi)條，13.led燈珠，14套管螺絲，15.溫度電壓輸出線，16.熱敏電阻. 17.螺紋套管，18.旋緊蓋，19.套管固定圓臺，20.分壓電阻，21.環(huán)形板，22.透氣窗，23.熱脹縮件， 24.復(fù)位彈簧，25.端蓋導(dǎo)電壓緊空心塞，26.單體電池正極，27.導(dǎo)電墊片，28.熱熔絲，29.正極輸出導(dǎo)線, 30.彈性導(dǎo)電墊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于所述范圍。

本發(fā)明的電池包箱體1的頂板2和底板6的規(guī)格結(jié)構(gòu)完全相同，均設(shè)置有密集的套管固定圓臺19，所有套管固定圓臺19與頂板2和底板6上的安裝孔間距小于2毫米，頂板2和底板6的面積根據(jù)電池組的數(shù)量來確定，該電池包箱體的頂板和底板與側(cè)板采用螺絲連接固定構(gòu)成電池包箱體，頂板2和底板6的裝配的套管固定圓臺19位置精確對應(yīng)，兩個圓臺之間套裝電池組的套管8，套管內(nèi)裝有單體電池7，電池組套管8內(nèi)壁通過彈性槽11安裝套管內(nèi)條12，使得單體電池7在電池組套管8中存在的間隙≤0.1毫米，保證單體電池7的穩(wěn)定。套管固定圓臺19內(nèi)壁設(shè)有螺紋，該圓臺的內(nèi)壁直徑大于單體電池7的直徑，先將單體電池7從箱體外部裝入套管8內(nèi)，再分別把電池組下端蓋5和電池組上端蓋9置入套管固定圓臺19，內(nèi)旋緊構(gòu)成一個獨立的電池組，電池組上端蓋9具有空心螺紋，可以旋入套管固定圓臺19內(nèi)，在上端蓋9的上端旋緊蓋18上設(shè)置有熱對流換氣窗10，旋緊蓋18的中心部分設(shè)置有端蓋導(dǎo)電壓緊空心塞25，該空心塞的空腔為圓柱形空腔，空腔內(nèi)安放有分壓電阻20和場效應(yīng)管，空心塞25的空腔內(nèi)壁設(shè)有螺紋，用于套管螺絲17固定壓緊正極輸出的導(dǎo)電墊片27。該導(dǎo)電墊片27串接有熱熔絲28和電池組正極輸出導(dǎo)線29。電池組上端蓋9上一體的端蓋導(dǎo)電壓緊空心塞25壓緊單體電池7的正極，在電池組中首節(jié)單體電池7的上端面與套管固定圓臺19之間設(shè)置有熱脹縮開閉窗的熱對流環(huán)形板21，單體電池7串聯(lián)之后的底端為電池組的負(fù)極，電池組下端蓋5旋緊之后，壓緊負(fù)極輸出的導(dǎo)電墊片27，與此同時，電池組下端蓋5的端蓋導(dǎo)電壓緊空心塞25通過彈性導(dǎo)電墊30壓緊電池組的負(fù)極。由單體電池7串聯(lián)構(gòu)成的電池組中串聯(lián)著熱熔絲28、分壓電阻R 20、半導(dǎo)體熱敏電阻Rt 16、led燈珠13、以及分壓電阻Ra，串聯(lián)構(gòu)成一個封閉電路，半導(dǎo)體熱敏電阻Rt和分壓電阻R之間的A點連接PNP型場效應(yīng)管的G極（柵極），電池組的正極連接場效應(yīng)管的D極（漏極），所有場效應(yīng)管的S極（源極）輸出端口全部并聯(lián)起來，構(gòu)成電池包的正極輸出端，所有電池的負(fù)極端通過負(fù)極輸出導(dǎo)電墊片（27）并聯(lián)起來，構(gòu)成電池包的負(fù)極輸出端。 熱脹縮開閉窗的熱對流環(huán)形板21為上下兩層轉(zhuǎn)動中心重合的帶有透氣窗20的板，上下兩層鏤空的透氣窗20錯位或正對著，上下兩層發(fā)生相互同軸轉(zhuǎn)動的時候，可以關(guān)閉或者打開窗口（如圖2所示）。上下兩層環(huán)形板21之間設(shè)有一對腔室，一個腔室安裝熱脹縮件23（可采用彈性空氣珠或高膨脹系數(shù)的金屬體），彈性空氣珠可制備為條形，它的一端抵住上層環(huán)形板21，另一端接觸下層環(huán)形板21，另一個腔室安裝換復(fù)位彈簧24，復(fù)位彈簧的一端連接上層環(huán)形板21，另一端連接下層環(huán)形板21，且復(fù)位彈簧24的轉(zhuǎn)動力矩與彈性空氣珠的相反。為了降低場效應(yīng)管的使用成本，可以把兩個電池組或者n個電池組的A點進(jìn)行并聯(lián)，然后再連接到連接PNP型場效應(yīng)管的G極（柵極），如圖6所示，這樣場效應(yīng)管的用量是原來的n分之一，可以大幅降低成本。電池組的正極連接場效應(yīng)管的D極（漏極），所有場效應(yīng)管的S極（源極）輸出端口全部并聯(lián)起來，構(gòu)成電池包的正極輸出端，通過效應(yīng)管的G極檢測到的熱敏電阻Rt 16的電位，就可實現(xiàn)過高溫度條件下，對單體電池7電流的智能限制功能。所有電池的負(fù)極端通過負(fù)極輸出導(dǎo)電墊片27并聯(lián)起來，構(gòu)成電池包的負(fù)極輸出端，熱敏電阻Rt 16的兩端電壓通過信號線輸入到電源管理硬件系統(tǒng)的溫度輸入A/D端口，采用現(xiàn)有常用的電源管理硬件系統(tǒng)進(jìn)一步對電池包進(jìn)行管理。