專利名稱：車用高效電源智能化管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源管理系統(tǒng)，尤其涉及一種車用的高效電源智能化管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于內(nèi)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(huán)保的要求等眾多優(yōu)點逐漸備受人們的青睞。隨著對環(huán)境的重視，電動汽車作 為無污染的交通工具越來越受到關(guān)注，有很好的發(fā)展前景。電動汽車及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展， 已經(jīng)成為各工業(yè)國家具有重大戰(zhàn)略意義的科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展選題，我國已經(jīng)電動汽車列為國家 863重大攻關(guān)課題。而電動汽車的續(xù)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(fā)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(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)技術(shù)。同時，隨著國家"綠色新能源計劃"的發(fā)展，新 能源汽車特別是電動汽車也得到了迅速發(fā)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(guī)電池和電動汽車管理系統(tǒng)是難以勝任的，因此導(dǎo)致電池壽命短、工作異 常、出現(xiàn)安全等諸多眾所周知的問題，輔助驅(qū)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(xù)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(huán)壽命長、無污染等優(yōu)點，是電動汽車發(fā)展的主 要方向，但是鋰電池最大的缺點是安全性比權(quán)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(xiàn)不平衡現(xiàn)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(xiàn)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(xué)性能出現(xiàn)異常超過規(guī)定范圍時就會出現(xiàn)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(tǒng)，提高動力電池的能量效率和使用壽命。 而現(xiàn)有的電動汽車電源管理系統(tǒng)，大多存在系統(tǒng)復(fù)雜龐大、可靠性差、不利于網(wǎng)絡(luò) 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(chǎn)生一些不 安全的隱患，因此急需要對現(xiàn)有的電動汽車的電源管理系統(tǒng)作進一步的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其可以解決動力電
池高效快速充電、電動汽車的續(xù)航能力、為動力電池瞬間提供大電流等問題。 為實現(xiàn)在上述目的，本發(fā)明提供一種車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(nèi)包括數(shù)個串并聯(lián)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(nèi)均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監(jiān)控 傳感器。 所述高能電池組內(nèi)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(shè)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(jīng)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(nèi)包括高能電子組及數(shù)個高頻、高能電容。 所述主控制器內(nèi)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(shè)有數(shù)字通信接 □。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提供的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)簡 單，能夠?qū)γ總€單體電池進行有效的監(jiān)測和控制，避免了由于單體電池特性上的差異而導(dǎo) 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(tǒng)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(xù)航能力；其還能根據(jù)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(tài)，還是加速上坡狀態(tài)或勻速狀態(tài)，對汽車電源系統(tǒng)進行調(diào)整和管理，并做出相應(yīng)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(shù)字通信接口的設(shè)置，使得該 車用高效電源智能化管理系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，更有利于網(wǎng)絡(luò)化的遠程系統(tǒng)管理。
為了能更進一步了解本發(fā)明的特征以及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)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(fā)明加以限制。


下面結(jié)合附圖，通過對本發(fā)明的具體實施方式
詳細描述，將使本發(fā)明的技術(shù)方案
及其它有益效果顯而易見。 附圖中， 圖1為本發(fā)明車用高效電源智能化管理系統(tǒng)一實施例的系統(tǒng)框圖； 圖2為本發(fā)明中高能電池組一實施例的組成示意圖； 圖3為本發(fā)明中具有新型超能隔離膜的單體電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
為更進一步闡述本發(fā)明所采取的技術(shù)手段及其裝飾效果，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選 實施例及其附圖進行詳細描述。
如圖1所示，本發(fā)明所提供的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(tǒng)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(fā)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(nèi)包括數(shù)個串并聯(lián)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(nèi)還設(shè)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(nèi)均包括一單體電池222、及與單體電池 222連接的電池監(jiān)控傳感器224。該單體電池222可以為現(xiàn)有的普通動力電池，作為本法發(fā) 明的一種優(yōu)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(shù)個具 有新型超能隔離膜的單體電池222與電池監(jiān)控傳感器224組成的高能自控單體電池模塊 22串并聯(lián)組成高能電池組2的儲能裝置，另外在高能電池組2內(nèi)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(jié)構(gòu)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(shè)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(nèi)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(nèi)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(fā)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(jīng)多次浸泡，并經(jīng)過高、低溫交替處理工藝，及耐酸、耐堿性交替處理，然后經(jīng)空間定向、 噴射等處理制得。經(jīng)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(guān)聯(lián)、熱穩(wěn)定性好、高倍率放電性能等顯著特色。該超能隔離膜 230循環(huán)性能、熱穩(wěn)定性、高倍率放電性能優(yōu)異，明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的隔離膜產(chǎn)品，且該超能 隔離膜230具有很高的性能，現(xiàn)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(jiān)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(guān) 物理量和工作狀態(tài)進行監(jiān)測，并將監(jiān)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(jiān)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(jù)主控制器6的指令進 行相應(yīng)的控制。在本發(fā)明中，控制芯片矩陣24根據(jù)電池監(jiān)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(jù)這些信息判斷每個單體電池222是否工作正常。若發(fā)現(xiàn)某個單體電池工作狀 態(tài)異?；驂乃溃刂菩酒仃?4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(xiàn)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(fā)明實施例中，當電池監(jiān)控傳感器224監(jiān)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(guī)定范圍內(nèi)。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(fā)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(tài)。在高能電池組2進行充電時，控制芯片矩陣24能根據(jù)每個高能自控電 池模塊22的實際電壓、電流、溫度的情況調(diào)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(tài)，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(fā)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(shù)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(fā)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(yīng)能力、可穩(wěn)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(nèi)甚至幾秒鐘快 速充放電并能瞬間提供大電流等優(yōu)異特性。該高效快速充放電裝置4與高能電池組2的結(jié) 合，和極大地提高高能電池的充放電性能。 該主控制器6內(nèi)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(shù)據(jù)，另一方面向各模塊傳送控制指令，它還將各模塊的數(shù)據(jù)進行處理、分 析、整理，并將分析、整理后的數(shù)據(jù)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(guān)信息傳給顯示模塊進行顯示，并可將這些數(shù)據(jù)向上一級系統(tǒng)傳送。在本發(fā)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(jīng)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(tài)，還是加速上坡狀態(tài)或勻速狀態(tài)，根據(jù)分析、判斷的結(jié)果向高能電池組2中的控制芯片矩 陣24發(fā)出相應(yīng)指令，高能電池組2中的控制芯片矩陣24根據(jù)指令作出相應(yīng)的動作，調(diào)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(zhuǎn)換成電動汽車電機負載信號傳給主控制器6，經(jīng)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(fā)出相應(yīng)指令，控制芯片矩陣24根 據(jù)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(chǎn)生回饋能量，這種狀態(tài)通過汽車傳感器轉(zhuǎn)換 成電動汽車電機負載或車速信號傳給主控制器6，經(jīng)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(fā)出相應(yīng)指令，高能電池組2中的 控制芯片矩陣24根據(jù)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(jù)汽車傳感器傳來的車速信 號經(jīng)分析處理后，向高能電池組2中的控制芯片矩陣24發(fā)出相應(yīng)的控制指令，高能電池組2 中的控制芯片矩陣24根據(jù)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(jù)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(fā)出指令，高能電池組2中的控制芯 片矩陣24根據(jù)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(jù)汽車傳感器傳來的車速信號，經(jīng)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(fā)出控制指令，高能 電池組2中控制芯片矩陣24根據(jù)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(jié)約高能自控電池模塊22的能量，提高汽車的續(xù)航能力。 GPS芯片10是一個全球定位芯片，它能與衛(wèi)星進行無線傳輸，可將高能電池組2的 工作狀態(tài)與位置通過衛(wèi)星發(fā)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(tài)和位置。在本發(fā)明實施例中，該GPS芯片10上設(shè)有數(shù)字通信接口 ，通過該數(shù)字 通信接口及衛(wèi)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(tài)及位置發(fā)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(fā) 生緊急情況時，地面控制中心可通過衛(wèi)星、GPS芯片10向控制芯片矩陣24發(fā)送指令進行有 關(guān)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(guān)信息傳送 顯示裝置進行顯示。 綜上所述，本發(fā)明提供的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)簡單，能夠?qū)?每個單體電池進行有效的監(jiān)測和控制，避免了由于單體電池特性上的差異而導(dǎo)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(tǒng)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(xù)航 能力；其還能根據(jù)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(tài)，還 是加速上坡狀態(tài)或勻速狀態(tài)，對汽車電源系統(tǒng)進行調(diào)整和管理，并做出相應(yīng)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(shù)字通信接口的設(shè)置，使得該車用高效電源 智能化管理系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，更有利于網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)管理。 以上所述，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù) 構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利 要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(nèi)包括數(shù)個串并聯(lián)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(nèi)均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監(jiān)控傳感器。
2. 如權(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述高能電池組 內(nèi)還包括一組獨立的備用高能自控單體電池模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(shè)于 該正、負電極之間的超能隔離膜。
4. 如權(quán)利要求3所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(jīng)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(quán)利要求4所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(quán)利要求5所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述高效快速充 放電裝置內(nèi)包括高能電子組及數(shù)個高頻、高能電容。
8. 如權(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器內(nèi) 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(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(quán)利要求1所述的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(shè)有數(shù)字通信接口 。
全文摘要
本發(fā)明提供一種車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，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(nèi)包括數(shù)個串并聯(lián)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(nèi)均包括一單體電池、及與單體電池連接的電池監(jiān)控傳感器。本發(fā)明提供的車用高效電源智能化管理系統(tǒng)，其可以解決動力電池高效快速充電、電動汽車的續(xù)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(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者彭世明, 李方紅, 湯波 申請人:鴻源控股有限公司