專利名稱：一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)汽車是以石油為燃料作為動力來源，而新能源汽車大多是用電能作為主要或輔助動力來源，新能源汽車因其對環(huán)境的影響比傳統(tǒng)汽車要小，前景被廣泛看好。目前新能源汽車儲存電能的部件主要是動力電池，在現(xiàn)有技術(shù)中，動力電池在結(jié)構(gòu)上可以分為三個部分電池單體、電池模塊以及電池模組，電池單體是最基本的工作單元；電池模塊是由若干個電池單體串聯(lián)構(gòu)成單體串聯(lián)序列，再由若干個單體串聯(lián)序列并聯(lián)的方式組成；電池模組是由若干個電池模塊通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式組成，電池模組構(gòu)成整個動力電池。由于每個電池單體本身的材料及工藝原因，無法做到不同單體結(jié)構(gòu)和性能完全一樣，因此整個動力電池模組在實際使用過程中，各個電池單體性能的差異會逐漸表現(xiàn)出來，使某些電池模塊的性能快速下降，出現(xiàn)早期失效，即與正常使用狀態(tài)相比，過早出現(xiàn)內(nèi)阻增大、容量降低、無法放電的現(xiàn)象。因為在現(xiàn)有技術(shù)中，電池模組是由若干個電池模塊通過串聯(lián)或并聯(lián)方式組成，所以當(dāng)電池模組中的某些電池模塊或電池單體出現(xiàn)早期失效，使動力電池模組出現(xiàn)短板效應(yīng)，會影響整個動力電池系統(tǒng)性能的發(fā)揮，進而影響車輛的運行與可靠性，同時，由于某些電池模塊或電池單體出現(xiàn)早期失效后，需要對電池模組進行整體維修或更換，增加了用戶的使用成本。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的是提供一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中電池模組中的某些電池模塊出現(xiàn)早期失效，導(dǎo)致動力電池系統(tǒng)性能下降，進而影響車輛運行與可靠性，并增加用戶使用成本的問題。為解決上述問題，本實用新型提供的技術(shù)方案如下一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電池模組以及電池模塊控制單元；所述電池模組包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電池單元，所述電池單元包括第一支路、第二支路以及開關(guān)控制模塊，所述第一支路包括電池模塊，所述開關(guān)控制模塊的第一端作為所述電池單元的一端，所述開關(guān)控制模塊的第二端和第三端分別與所述第一支路的一端和所述第二支路的一端相連，所述第一支路的另一端和所述第二支路的另一端相連的端點作為所述電池單元的另一端；所述開關(guān)控制模塊，用于接通或斷開所述第一支路，接通或斷開所述第二支路；電池模塊控制單元，用于標(biāo)記所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)；根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效,如果是,標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元；向所述工作電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述第二支路斷開，所述工作電池單元中的所述第一支路接通；向所述預(yù)留電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述第一支路斷開，所述預(yù)留電池單元中的所述第二支路接通；向所述失效電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述第一支路斷開，所述失效電池單元中的所述第二支路接通。相應(yīng)的，所述開關(guān)控制模塊包括第一功率開關(guān)以及第二功率開關(guān)；所述第一功率開關(guān)的一端與所述第二功率開關(guān)的一端相連的端點作為所述開關(guān)控制模塊的第一端，所述第一功率開關(guān)的另一端作為所述開關(guān)控制模塊的第二端，所述第二功率開關(guān)的另一端作為所述開關(guān)控制模塊的第三端；所述第一功率開關(guān)，用于斷開或接通所述第一支路； 所述第二功率開關(guān)，用于斷開或接通所述第二支路。相應(yīng)的，所述開關(guān)控制模塊包括三通功率開關(guān)；所述三通功率開關(guān)的動端作為所述開關(guān)控制模塊的第一端，所述三通功率開關(guān)的第一不動端和第二不動端分別作為所述開關(guān)控制模塊的第二端和第三端；所述三通功率開關(guān)，用于斷開所述第二支路并接通所述第一支路，或者，斷開所述第一支路并接通所述第二支路。相應(yīng)的，所述電池模塊控制單元包括標(biāo)記子單元,用于標(biāo)記所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；檢測子單元，用于檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)；判斷子單元，用于根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元；第一發(fā)送子單元，用于向所述工作電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述第二功率開關(guān)斷開，所述工作電池單元中的所述第一功率開關(guān)閉合；第二發(fā)送子單元，用于向所述預(yù)留電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述第一功率開關(guān)斷開，所述預(yù)留電池單元中的所述第二功率開關(guān)閉合；第三發(fā)送子單元，用于向所述失效電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述第一功率開關(guān)斷開，所述失效電池單元中的所述第二功率開關(guān)閉合。相應(yīng)的，所述電池模塊控制單元包括標(biāo)記子單元,用于標(biāo)記當(dāng)前所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；檢測子單元，用于檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)；判斷子單元，用于根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元；第一發(fā)送子單元，用于向所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第一不動端接通；[0028]第二發(fā)送子單元，用于向所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第二不動端接通；[0029]第三發(fā)送子單元，用于向所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第二不動端接通。[0030]相應(yīng)的,所述標(biāo)記子單元具體用于標(biāo)記所述電池單元中的一個或多個為工作電池單元，使所述一個或多個工作電池單元的電池容量總和滿足所需輸出的電池容量值，標(biāo)記其余的一個或多個所述電池單元為預(yù)留電池單元。[0031]相應(yīng)的，所述檢測子單元具體用于通過電壓傳感器實時檢測所述工作電池單元中的所述電池模塊兩端的電壓值，若所述電池模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值，則所述工作電池單元的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)或短路狀態(tài)；或者，在達到設(shè)定的時間周期時，檢測所述工作電池單元中的所述電池模塊的實際容量，由所述電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量初始值得到所述電池模塊的劣化程度，當(dāng)所述電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，則所述工作電池單元的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)。[0032]相應(yīng)的，當(dāng)所述工作電池單元的電池狀態(tài)為所述斷路狀態(tài)、所述短路狀態(tài)或所述容量異常狀態(tài)中的任一種時，判斷所述工作電池單元失效。[0033]相應(yīng)的，所述電池模塊控制單元還包括[0034]報警子單元，用于當(dāng)出現(xiàn)失效電池單元時，輸出所述失效電池單元的電池狀態(tài)，并發(fā)出警告；或者，當(dāng)全部所述預(yù)留電池單元均標(biāo)記為工作電池單元時，輸出無預(yù)留單元替換信息，并發(fā)出警告。[0035]相應(yīng)的，所述第一支路還包括保險器，所述保險器與所述電池模塊串聯(lián)連接，用于當(dāng)所述第一支路中的電流值大于電流閾值時，切斷所述第一支路。[0036]由此可見，本實用新型具有如下有益效果[0037]本實用新型將動力電池模組中的電池單元分為工作電池單元或預(yù)留電池單元，在電池模組工作過程中，對工作電池單元進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)其中的失效電池單元，對失效電池單元進行標(biāo)記，并將預(yù)留電池單元標(biāo)記為工作電池單元替換失效電池單元，通過電池模塊控制單元控制開關(guān)控制模塊將失效電池單元從電池模組中隔離，并將預(yù)留電池單元轉(zhuǎn)換為工作電池單元連接到電池模組中，使用預(yù)留電池單元替換失效的工作電池單元，以滿足系統(tǒng)正常工作的需要，保證了整個動力電池系統(tǒng)性能的發(fā)揮，避免了失效電池單元對車輛造成的安全隱患，提高了系統(tǒng)可靠性，同時，在這個過程中不再需要對整個電池模組進行更換和維修，僅由電池模組中的預(yù)留電池單元對失效電池單元進行自動替換，節(jié)約了用戶使用成本，保證在惡劣條件下仍能使整車正常工作。


[0038]圖Ia為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)的第一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0039]圖Ib為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)的第二種結(jié)構(gòu)示意圖；CN 202749904說明書4/10頁[0040]圖2為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)中電池單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0041]圖3為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)中電池單元的第一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；[0042]圖4為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)中電池模塊控制單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0043]圖5為本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償系統(tǒng)中電池單元的第二種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0044]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型實施例作進一步詳細(xì)的說明。[0045]本實用新型提出一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)，針對現(xiàn)有技術(shù)中電池模組中的某些電池模塊出現(xiàn)早期失效，導(dǎo)致動力電池系統(tǒng)性能下降，進而影響車輛運行與可靠性，并增加用戶使用成本的問題，將電池單元標(biāo)記為工作電池單元或預(yù)留電池單元，當(dāng)工作電池單元出現(xiàn)失效狀態(tài)時，通過電池模塊控制單元控制開關(guān)控制模塊將失效電池單元從電池模組中隔離，并將預(yù)留電池單元作為工作電池單元連接到電池模組中，保持了電池模組的整體性能良好。[0046]基于上述思想，參見圖Ia及圖Ib所示，本實用新型實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)包括電池模組I以及電池模塊控制單元2 ；[0047]電池模組I包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電池單元10，電池單元10包括第一支路 11、第二支路12以及開關(guān)控制模塊13，第一支路11包括電池模塊11a，開關(guān)控制模塊的第一端作為電池單元的一端，開關(guān)控制模塊的第二端和第三端分別與第一支路的一端和第二支路的一端相連，第一支路的另一端和第二支路的另一端相連的端點作為電池單元的另一端；開關(guān)控制模塊13，用于接通或斷開第一支路，接通或斷開 第二支路；[0048]電池模塊控制單元2，用于標(biāo)記電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；檢測工作電池單元的電池狀態(tài)；根據(jù)工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；向工作電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第一控制指令，使工作電池單元中的第二支路斷開，工作電池單元中的第一支路接通；向預(yù)留電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第二控制指令，使預(yù)留電池單元中的第一支路斷開，預(yù)留電池單元中的第二支路接通；向失效電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第三控制指令，使失效電池單元中的第一支路斷開，失效電池單元中的第二支路接通。[0049]本系統(tǒng)的工作原理是[0050]電池模塊控制單元標(biāo)記電池模組中的電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元； 向工作電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第一控制指令，使工作電池單元中的第二支路斷開，工作電池單元中的第一支路接通；向預(yù)留電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第二控制指令，使預(yù)留電池單元中的第一支路斷開，預(yù)留電池單元中的第二支路接通，這樣實現(xiàn)了把工作電池單元接通作為電池模組使用，而預(yù)留電池單元只起導(dǎo)通作用，不參與電池模組進行8工作；[0051]檢測工作電池單元的電池狀態(tài)；根據(jù)工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；向失效電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第三控制指令，使失效電池單元中的第一支路斷開，失效電池單元中的第二支路接通；向工作電池單元中的開關(guān)控制模塊發(fā)送第一控制指令，使工作電池單元中的第二支路斷開，工作電池單元中的第一支路接通，即把失效電池單元從電池模組電路中隔離，將任一個預(yù)留電池單元轉(zhuǎn)換為工作電池單元替換失效電池單元，并將工作電池單元連接到電池模組中，保證系統(tǒng)的正常使用。[0052]這樣，將動力電池模組中的電池單元標(biāo)記為工作電池單元或預(yù)留電池單元，對作為動力電池使用的工作電池單元進行檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的失效電池單元，當(dāng)工作電池單元出現(xiàn)失效狀態(tài)時，通過電池模塊控制單元控制開關(guān)控制模塊將失效電池單元從電池模組中隔離，并將預(yù)留電池單元轉(zhuǎn)換為工作電池單元連接到電池模組中，保證了整個動力電池系統(tǒng)性能的發(fā)揮，避免了失效電池單元對車輛造成的安全隱患，提高了系統(tǒng)可靠性，同時,在這個過程中不再需要對整個電池模組進行更換和維修,僅由電池模組中的預(yù)留電池單元對失效電池單元進行替換，節(jié)約了用戶使用成本。[0053]在上述實施例中，電池模塊控制單元可以使用單片機，具體可以標(biāo)記電池單元中的一個或多個為工作電池單元，使一個或多個工作電池單元的電池容量總和滿足所需的電池容量值，電壓值滿足所需的電池電壓；可以標(biāo)記其余的一個或多個電池單元為預(yù)留電池單元。設(shè)電池正常工作時所需的電池模塊數(shù)目為N，則可以標(biāo)記N個電池單元為工作電池單元，電池模組中的其余L個電池單元為預(yù)留電池單元，當(dāng)工作電池單元出現(xiàn)失效狀態(tài)變?yōu)槭щ姵貑卧螅褂妙A(yù)留電池單元作為工作電池單元替換該失效電池單元，保證電池模組中依然有N個工作的電池單元，同時，對失效電池單元進行了標(biāo)記，保證失效電池單元不再連接到電池模組中，考慮到電池成本及經(jīng)濟性，N L可以取5 : I至20 : 1，其中，N和 L為正整數(shù)。[0054]動力電池作為一種電力器件，存在著阻抗(包括歐姆阻抗和極化阻抗)且無法消除，這些阻抗不僅與電池物質(zhì)本性和制造工藝有關(guān)，尤其與工作條件有關(guān)。特別是電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在充放電使用過程中隨時間逐漸變大。因此，內(nèi)阻是表征電池性能的一個關(guān)鍵指標(biāo)，但是大容量蓄電池的內(nèi)阻一般都非常小，且內(nèi)阻的在線測量還比較困難，精度也難以保證。由于內(nèi)阻的存在，電池在充放電過程中有許多能量以熱能的形式損失，這樣就造成了電池可用的實際容量逐漸減小，在電池壽命末期，可用能量急劇減少。而且，由于工作環(huán)境的影響，電池的不可逆容量逐漸增加，最終使電池報廢。對于質(zhì)量較差的電池，在使用過程中可能提前達到失效狀態(tài)，主要表現(xiàn)為可用容量的大量降低，因此，實際容量的變化與電池健康狀態(tài)有相對穩(wěn)定的關(guān)系，可以根據(jù)電池的實際容量來確定電池是否失效。[0055]另外，電池單元出現(xiàn)斷路或短路時，電池單元中的電池模塊將不能放出電量，也不能充入電量，電池模塊兩端的電壓變?yōu)镺V或接近0V，出現(xiàn)斷路或短路狀態(tài)也為失效狀態(tài)。[0056]因此，當(dāng)工作電池單元的電池狀態(tài)出現(xiàn)斷路狀態(tài)、短路狀態(tài)或容量異常狀態(tài)中任一種時，可以判斷該工作電池單元出現(xiàn)了失效狀態(tài)，變?yōu)槭щ姵貑卧?，同時，電池單元的失效狀態(tài)并不僅局限于斷路狀態(tài)、短路狀態(tài)或容量異常狀態(tài)。[0057]可以通過電壓傳感器實時檢測工作電池單元中的電池模塊兩端的電壓值，若電池9模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值，則初始電池模塊的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)或短路狀態(tài)。電壓閾值可以通過標(biāo)定的方式確定，可以是OV或接近OV的數(shù)值。在電池模組正常工作時實時檢測工作電池單元的電池狀態(tài)是否有短路或斷路狀態(tài)出現(xiàn)，以及時發(fā)現(xiàn)失效情況。[0058]具體的，電池模塊是由若干個電池單體串聯(lián)構(gòu)成單體串聯(lián)序列，再由若干個單體串聯(lián)序列并聯(lián)的方式組成?？梢酝ㄟ^采集的電池單體電壓信號來判斷電池狀態(tài)，即電池模塊兩端的電壓小于或等于電壓閾值，電池模塊內(nèi)部的單體串聯(lián)序列中均存在電壓大于電壓閾值的電池單體時，電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)；電池模塊兩端的電壓小于或等于電壓閾值，電池模塊內(nèi)部有電壓小于或等于電壓閾值的單體串聯(lián)序列時，電池狀態(tài)為短路狀態(tài)。[0059]在達到設(shè)定的時間周期時，可以通過檢測工作電池單元中的電池模塊的實際容量，由電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量參考值，獲得電池模塊的劣化程度，當(dāng)電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，則初始電池模塊的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)。因為電池模塊的實際容量是一個緩慢變化的過程，所以可以設(shè)定時間周期T，在達到所述時間周期時，檢測工作電池單元是否處于容量異常狀態(tài)，通過周期性循環(huán)檢測以保證電池模組的安全性。時間周期T也可以通過標(biāo)定的方式獲得。[0060]具體的，對于有N個工作電池單元組成的電池模組，在相同的條件下對每個工作電池單元中的電池模塊進行實際容量測試，并分別記為=Cp C2,，理想條件下，C1 = C2 二…Cn，如果各模塊性能接近，則C1 乂 C2 ··Cn，對實際容量C1Xy求平均值，得到電Z1 JhC 4- 4- C池模塊的實際容量參考值c'C 十匕2:,…十(、;定義某個工作電池單元中的電池模塊Jvi的劣化程度為λ i，則為=#，其中，Ci為某個工作電池單元中的電池模塊i的實際容量；設(shè)劣化程度的上限值為劣化閾值λ_，當(dāng)λ_時，則該工作電池單元的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)。劣化閾值λ_可以通過標(biāo)定的方式獲得，并在開始檢測工作電池單元的電池狀態(tài)前對劣化閾值λ _進行設(shè)定。[0061]當(dāng)出現(xiàn)失效電池單元時，還可以輸出所述失效電池單元的電池狀態(tài)，并發(fā)出警告； 判斷是否全部預(yù)留電池單元均標(biāo)記為工作電池單元，如果是，即預(yù)留電池單元用盡時，可以輸出無預(yù)留單元替換信息，并發(fā)出警告。因此，可以及時提示駕駛員動力電池出現(xiàn)異常狀況，保證行車過程安全。[0062]另外，在電池模組開始工作前，還可以先對電池單元的電池狀態(tài)進行檢測，包括檢測電池單元中的電池模塊兩端的電壓值,檢測電池單元中的電池模塊的實際容量，由電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量參考值，獲得電池模塊的劣化程度，當(dāng)電池模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值或者電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，將該電池單元標(biāo)記為失效電池單元，再對其他正常電池單元進行標(biāo)記，標(biāo)記為工作電池單元或預(yù)留電池單元。這樣，可以保證在初次標(biāo)記工作電池單元或預(yù)留電池單元時，工作電池單元或預(yù)留電池單元均為非失效電池單元。[0063]在預(yù)留電池單元被標(biāo)記為工作電池單元還可以對標(biāo)記為工作電池單元的預(yù)留電池單元進行實際容量的檢測，以保證替換失效電池單元的預(yù)留電池單元在下一個周期檢測工作電池單元的實際容量前沒有容量異常的情況發(fā)生。[0064]參見圖2所示，是電池單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖，第一支路還可以包括保險器11b，保險器與電池模塊串聯(lián)連接，用于當(dāng)?shù)谝恢分械碾娏髦荡笥陔娏鏖撝禃r，切斷第一支路， 防止電池模組中出現(xiàn)異常增大的電流而造成的安全隱患，電流閾值可以通過標(biāo)定的方式獲得。[0065]參見圖3所示，是電池單元的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖，電池單元中的開關(guān)控制模塊 13可以包括第一功率開關(guān)13a以及第二功率開關(guān)13b。[0066]其中，第一功率開關(guān)的一端與第二功率開關(guān)的一端相連的端點作為開關(guān)控制模塊的第一端，第一功率開關(guān)的另一端作為開關(guān)控制模塊的第二端，第二功率開關(guān)的另一端作為開關(guān)控制模塊的第三端；第一功率開關(guān)，用于斷開或接通第一支路；第二功率開關(guān)，用于斷開或接通第二支路。[0067]第一功率開關(guān)以及第二功率開關(guān)可以采用接觸器、繼電器或IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)等器件。[0068]基于圖3所示的電池單元，參見圖4所示，是電池模塊控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖，電池模塊控制單元2可以包括標(biāo)記子單元21、檢測子單元22、判斷子單元23、第一發(fā)送子單元24、第二發(fā)送子單元25以及第三發(fā)送子單元26。[0069]其中，標(biāo)記子單元21，用于標(biāo)記電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；[0070]檢測子單元22，用于檢測工作電池單元的電池狀態(tài)；[0071]判斷子單元23，用于根據(jù)工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；[0072]第一發(fā)送子單元24，用于向工作電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使工作電池單元中的第二功率開關(guān)斷開，工作電池單元中的第一功率開關(guān)閉合；[0073]第二發(fā)送子單元25，用于向預(yù)留電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使預(yù)留電池單元中的第一功率開關(guān)斷開，預(yù)留電池單元中的第二功率開關(guān)閉合；[0074]第三發(fā)送子單元26，用于向失效電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使失效電池單元中的第一功率開關(guān)斷開，失效電池單元中的第二功率開關(guān)閉合。[0075]參見圖5所示，是電池單元的另一種具體結(jié)構(gòu)示意圖，電池單元中的開關(guān)控制模塊13也可以是三通功率開關(guān)13c ；[0076]三通功率開關(guān)的動端作為開關(guān)控制模塊的第一端，三通功率開關(guān)的第一不動端和第二不動端分別作為開關(guān)控制模塊的第二端和第三端；三通功率開關(guān)，用于斷開第二支路并接通第一支路，或者，斷開第一支路并接通第二支路。[0077]基于圖5所示的電池單元，電池模塊控制單元2可以包括標(biāo)記子單元21、檢測子單元22、判斷子單元23、第一發(fā)送子單元24、第二發(fā)送子單元25以及第三發(fā)送子單元26。[0078]其中，標(biāo)記子單元21，用于標(biāo)記當(dāng)前所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元;[0079]檢測子單元22，用于檢測工作電池單元的電池狀態(tài)；[0080]判斷子單元23，用于根據(jù)工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前工作電池單元是否失1效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；[0081]第一發(fā)送子單元24，用于向工作電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令， 使工作電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與工作電池單元中的三通功率開關(guān)的第一不動端接通；[0082]第二發(fā)送子單元25，用于向預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令， 使預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)的第二不動端接通；[0083]第三發(fā)送子單元26，用于向失效電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令， 使失效電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與失效電池單元中的三通功率開關(guān)的第二不動端接通。[0084]在上述實施例中，標(biāo)記子單元可以具體用于標(biāo)記電池單元中的一個或多個為工作電池單元，使一個或多個工作電池單元的電池容量總和滿足所需輸出的電池容量值，標(biāo)記其余的一個或多個電池單元為預(yù)留電池單元。[0085]檢測子單元可以具體用于通過電壓傳感器實時檢測工作電池單元中的電池模塊兩端的電壓值，若電池模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值，則工作電池單元的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)或短路狀態(tài)；或者，在達到設(shè)定的時間周期時，檢測工作電池單元中的電池模塊的實際容量，由電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量初始值得到電池模塊的劣化程度，當(dāng)電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，則工作電池單元的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)。[0086]電池模塊控制單元還可以包括報警子單元，用于當(dāng)出現(xiàn)失效電池單元時，輸出所述失效電池單元的電池狀態(tài)，并發(fā)出警告；當(dāng)全部所述預(yù)留電池單元均標(biāo)記為工作電池單元時，輸出無預(yù)留單元替換信息，并發(fā)出警告。[0087]基于上述實施例，開關(guān)控制模塊包括第一功率開關(guān)以及第二功率開關(guān)或者開關(guān)控制模塊包括三通功率開關(guān)時，本系統(tǒng)的工作原理是[0088]電池模塊控制單元標(biāo)記電池單元中的一個或多個為工作電池單元，使一個或多個工作電池單元的電池容量總和滿足所需輸出的電池容量值；標(biāo)記其余的一個或多個電池單元為預(yù)留電池單元；[0089]檢測工作電池單元的電池狀態(tài)，具體通過電壓傳感器實時檢測工作電池單元中的電池模塊兩端的電壓值，若電池模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值，則初始電池模塊的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)或短路狀態(tài)；在達到設(shè)定的時間周期時，檢測工作電池單元中的電池模塊的實際容量，由電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量參考值，獲得電池模塊的劣化程度，當(dāng)電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，則初始電池模塊的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)；當(dāng)工作電池單元的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)、短路狀態(tài)或容量異常狀態(tài)中的任一種時，判斷當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元；標(biāo)記當(dāng)前工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；[0090]向工作電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使初始電池單元中的第二功率開關(guān)斷開，初始電池單元中的第一功率開關(guān)閉合，或者，向工作電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使工作電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與工作電池單元中的三通功率開關(guān)的第一不動端接通，即工作電池單元中的第一支路接通作為電池模組使用；[0091]向預(yù)留電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使預(yù)留電池單元中的第一功率開關(guān)斷開，預(yù)留電池單元中的第二功率開關(guān)閉合，或者，向預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與預(yù)留電池單元中的三通功率開關(guān)的第二不動端接通，即預(yù)留電池單元中的第二支路接通使電池豐吳組中電路保持連接；向失效電池單元中的第一功率開關(guān)和第二功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使失效電池單元中的第一功率開關(guān)斷開，失效電池單元中的第二功率開關(guān)閉合，或者，向失效電池單元中的三通功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使失效電池單元中的三通功率開關(guān)的動端與失效電池單元中的三通功率開關(guān)的第二不動端接通，即失效電池單元中的第二支路接通，將失效電池單元從電池模組中隔離。[0093]這樣，將動力電池模組中的電池單元標(biāo)記為工作電池單元或預(yù)留電池單元，對作為動力電池使用的工作電池單元進行檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)其中的失效電池單元，當(dāng)工作電池單元出現(xiàn)失效狀態(tài)時，標(biāo)記失效電池單元，并標(biāo)記其中一個預(yù)留電池單元為工作電池單元以替換失效電池單元，通過電池模塊控制單元控制第一功率開關(guān)及第二功率開關(guān)或者三通功率開關(guān)將失效電池單元從電池模組中隔離，并將預(yù)留電池單元連接到電池模組中，保證了整個動力電池系統(tǒng)性能的發(fā)揮，避免了失效電池單元對車輛造成的安全隱患，提高了系統(tǒng)可靠性，同時，在這個過程中不再需要對整個電池模組進行更換和維修，僅由電池模組中的預(yù)留電池單元對失效電池單元進行替換，節(jié)約了用戶使用成本。[0094]目如,因為動力電池系統(tǒng)是一個聞電壓聞功率系統(tǒng)，要考慮到大功率、聞電壓承受: 能力、大電流、可靠性等因素，若果某個電子器件損壞，將可能造成嚴(yán)重的安全事故，所以開關(guān)控制模塊采用第一功率開關(guān)以及第二功率開關(guān)相結(jié)合的方式是優(yōu)選實施方式。同時，為了保證動力電池系統(tǒng)的安全，在初始狀態(tài)下，動力電池系統(tǒng)中的全部功率開關(guān)應(yīng)該保證斷開的狀態(tài)。[0095]需要說明的是，本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。[0096]還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。[0097]結(jié)合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。[0098]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求1.一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括電池模組以及電池模塊控制單元； 所述電池模組包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個電池單元，所述電池單元包括第一支路、第二支路以及開關(guān)控制模塊，所述第一支路包括電池模塊，所述開關(guān)控制模塊的第一端作為所述電池單元的一端，所述開關(guān)控制模塊的第二端和第三端分別與所述第一支路的一端和所述第二支路的一端相連，所述第一支路的另一端和所述第二支路的另一端相連的端點作為所述電池單元的另一端；所述開關(guān)控制模塊，用于接通或斷開所述第一支路，接通或斷開所述第二支路； 電池模塊控制單元，用于標(biāo)記所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元；檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)；根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元；向所述工作電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述第二支路斷開，所述工作電池單元中的所述第一支路接通；向所述預(yù)留電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述第一支路斷開，所述預(yù)留電池單元中的所述第二支路接通；向所述失效電池單元中的所述開關(guān)控制模塊發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述第一支路斷開，所述失效電池單元中的所述第二支路接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制模塊包括第一功率開關(guān)以及第二功率開關(guān)； 所述第一功率開關(guān)的一端與所述第二功率開關(guān)的一端相連的端點作為所述開關(guān)控制模塊的第一端，所述第一功率開關(guān)的另一端作為所述開關(guān)控制模塊的第二端，所述第二功率開關(guān)的另一端作為所述開關(guān)控制模塊的第三端； 所述第一功率開關(guān)，用于斷開或接通所述第一支路； 所述第二功率開關(guān)，用于斷開或接通所述第二支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)控制模塊包括三通功率開關(guān)； 所述三通功率開關(guān)的動端作為所述開關(guān)控制模塊的第一端，所述三通功率開關(guān)的第一不動端和第二不動端分別作為所述開關(guān)控制模塊的第二端和第三端； 所述三通功率開關(guān)，用于斷開所述第二支路并接通所述第一支路，或者，斷開所述第一支路并接通所述第二支路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電池模塊控制單元包括 標(biāo)記子單元，用于標(biāo)記所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元； 檢測子單元，用于檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)； 判斷子單元，用于根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元； 第一發(fā)送子單元，用于向所述工作電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述第二功率開關(guān)斷開，所述工作電池單元中的所述第一功率開關(guān)閉合； 第二發(fā)送子單元，用于向所述預(yù)留電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述第一功率開關(guān)斷開，所述預(yù)留電池單元中的所述第二功率開關(guān)閉合； 第三發(fā)送子單元，用于向所述失效電池單元中的所述第一功率開關(guān)和所述第二功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述第一功率開關(guān)斷開，所述失效電池單元中的所述第二功率開關(guān)閉合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電池模塊控制單元包括 標(biāo)記子單元，用于標(biāo)記當(dāng)前所述電池單元為工作電池單元或預(yù)留電池單元； 檢測子單元，用于檢測所述工作電池單元的電池狀態(tài)； 判斷子單元，用于根據(jù)所述工作電池單元的電池狀態(tài)判斷當(dāng)前所述工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記當(dāng)前所述工作電池單元為失效電池單元，并標(biāo)記任一個所述預(yù)留電池單元為工作電池單元； 第一發(fā)送子單元，用于向所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第一控制指令，使所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述工作電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第一不動端接通； 第二發(fā)送子單元，用于向所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第二控制指令，使所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述預(yù)留電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第二不動端接通； 第三發(fā)送子單元，用于向所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)發(fā)送第三控制指令，使所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)的動端與所述失效電池單元中的所述三通功率開關(guān)的第二不動端接通。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)記子單元具體用于 標(biāo)記所述電池單元中的一個或多個為工作電池單元，使所述一個或多個工作電池單元的電池容量總和滿足所需輸出的電池容量值，標(biāo)記其余的一個或多個所述電池單元為預(yù)留電池單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測子單元具體用于 通過電壓傳感器實時檢測所述工作電池單元中的所述電池模塊兩端的電壓值，若所述電池模塊兩端的電壓值小于或等于電壓閾值，則所述工作電池單元的電池狀態(tài)為斷路狀態(tài)或短路狀態(tài)；或者， 在達到設(shè)定的時間周期時，檢測所述工作電池單元中的所述電池模塊的實際容量，由所述電池模塊的實際容量除以電池模塊的實際容量初始值得到所述電池模塊的劣化程度，當(dāng)所述電池模塊的劣化程度大于或等于劣化閾值時，則所述工作電池單元的電池狀態(tài)為容量異常狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述工作電池單元的電池狀態(tài)為所述斷路狀態(tài)、所述短路狀態(tài)或所述容量異常狀態(tài)中的任一種時，判斷所述工作電池單元失效。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電池模塊控制單元還包括 報警子單元，用于當(dāng)出現(xiàn)失效電池單元時，輸出所述失效電池單元的電池狀態(tài)，并發(fā)出警告；或者，當(dāng)全部所述預(yù)留電池單元均標(biāo)記為工作電池單元時，輸出無預(yù)留單元替換信息，并發(fā)出警告。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一支路還包括保險器，所述保險器與所述電池模塊串聯(lián)連接，用于當(dāng)所述第一支路中的電流值大于電流閾值時，切斷所述第一 支路。
專利摘要本實用新型公開了一種實現(xiàn)動力電池自動失效補償?shù)南到y(tǒng)，用于動力電池失效單元自動補償，該包括電池模組，包括串聯(lián)或并聯(lián)的多個包括第一支路、第二支路和開關(guān)控制模塊的電池單元，第一支路含電池模塊；電池模塊控制單元，用于標(biāo)記電池單元為工作或預(yù)留電池單元，檢測工作電池單元的電池狀態(tài)并判斷當(dāng)前工作電池單元是否失效，如果是，標(biāo)記為失效電池單元，并標(biāo)記任一個預(yù)留電池單元為工作電池單元；向工作電池單元發(fā)送控制指令，使其第二支路斷開、第一支路接通；向預(yù)留電池單元發(fā)送控制指令，使其第一支路斷開、第二支路接通；向失效電池單元發(fā)送控制指令，使其第一支路斷開、第二支路接通。
文檔編號H02J9/06GK202749904SQ20122043922
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者韓爾樑, 王宏宇, 張守中 申請人:濰柴動力股份有限公司