本發(fā)明涉及智能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種智能電池組的管理系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的快速進(jìn)步，人們對(duì)用電設(shè)備（例如全電動(dòng)汽車(chē)、全電動(dòng)飛機(jī)、全電動(dòng)船等）由大容量電池組供電運(yùn)行的可靠性要求越來(lái)越高，一旦突然斷電會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至人身安全事故。

目前現(xiàn)有技術(shù)中的電池組幾乎全部都是用多個(gè)單電池芯并聯(lián)和串聯(lián)組成，（如圖1所示），多個(gè)電池芯并聯(lián)是為了能夠大容量電流輸出（如由電池芯A1、A2、A3…AN并聯(lián)組成一個(gè)電池單元A，由電池芯B1、B2、B3…BN并聯(lián)組成一個(gè)電池單元B…由電池芯N1、N2、N3…NN并聯(lián)組成一個(gè)電池單元N），串聯(lián)是為了獲得高電壓直流輸出（電池單元A、電池單元B…電池單元N進(jìn)行串聯(lián)），電池組只能用同一類(lèi)規(guī)格統(tǒng)一電池芯，實(shí)際使用中的對(duì)電池組中電池芯的內(nèi)阻、電池容量等電氣參數(shù)要求一致性很高。

目前電池種類(lèi)包含鋰鐵電池（屬于鋰電池的一種，如磷酸鋰鐵，鈦酸鋰等）、鉛酸電池（是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池）以及金屬燃料電池等。

電池組由很多個(gè)電池芯并聯(lián)，再串聯(lián)，而電池組的高串并特性（例如電動(dòng)汽車(chē)用磷酸鋰鐵動(dòng)力電池組高達(dá)100多組電池芯串聯(lián)）導(dǎo)致對(duì)單個(gè)電池芯的電氣性能一致性要求極高，包含電池芯的內(nèi)阻、電能容量、標(biāo)稱(chēng)電壓、自放電等，生產(chǎn)過(guò)程中電池芯篩選一致率極低，成本極高，組成電池組時(shí)也需要盡可能用相同參數(shù)的電池芯匹配。

高串并的電氣結(jié)構(gòu)方式在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)帶來(lái)一個(gè)致命弊端，電池組往往含有成百上千個(gè)特性相同的電池芯，在運(yùn)行中動(dòng)力電池組安裝環(huán)境如果出現(xiàn)極端不可控故障，如碰撞和擠壓時(shí)導(dǎo)致某些電池芯出現(xiàn)損壞同時(shí)導(dǎo)致整組電池組停止輸出，用電設(shè)備突然失電造成人身安全事故和財(cái)產(chǎn)損失；另外如果電池組如運(yùn)行一段時(shí)間后，其中各個(gè)電池芯由于電氣環(huán)境不一致導(dǎo)致電氣性能不一致，很容易導(dǎo)致某個(gè)單電芯出現(xiàn)故障現(xiàn)象（過(guò)充、過(guò)放、短路、斷線、過(guò)熱等現(xiàn)象），那么電池組也會(huì)出現(xiàn)故障停止輸出。

如圖1所示為現(xiàn)有電池組的組成結(jié)構(gòu)示意圖，可能出現(xiàn)的故障：

1. 當(dāng)A1出現(xiàn)故障短路，A2、A3到AN也會(huì)短路，導(dǎo)致它們因短路而損壞，此時(shí)電池管理系統(tǒng)一定會(huì)讓整組電池停止輸出；

2. 當(dāng)A1出現(xiàn)故障斷路，電池組主電流全部流過(guò)A2、A3到AN，如果電池組滿(mǎn)載輸出或過(guò)載輸出，A2、A3到AN很容易因過(guò)放導(dǎo)致電池?fù)p壞，而電池管理系統(tǒng)也一定會(huì)讓整組電池停止輸出；

3. 如果任意故障電池單元（A-N任何一個(gè)電池單元）在串聯(lián)中斷路，整組電池組立即也斷路無(wú)輸出；

4. 因電池長(zhǎng)期使用，眾多電池芯中某些電池芯的電氣參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電池芯的一致性發(fā)生改變，例如A1的內(nèi)阻變小，那么流過(guò)它的電流變大，發(fā)熱更多，容易故障而損壞，而A1損壞如果整組電池不停止運(yùn)行將導(dǎo)致連鎖反應(yīng)讓更多的電池芯損壞，最終造成嚴(yán)重?fù)p失。

現(xiàn)有的電池組管理系統(tǒng)（BMS）報(bào)某些電池芯故障需要維修時(shí)，必須整個(gè)電池組停止工作，再進(jìn)行維修更換故障電池芯，導(dǎo)制設(shè)備停機(jī)，無(wú)法在線工作維修，當(dāng)全電動(dòng)汽車(chē)中途斷電會(huì)給車(chē)主帶來(lái)極大的不便。

另外，維修拆除故障電池芯并更換時(shí)，往往導(dǎo)致符合該電池組電氣性能要求一致性的電池芯無(wú)法匹配到，導(dǎo)致整組電池拆下，拆散電池組中各有用電池芯只能做回收利用，用戶(hù)使用成本極高，浪費(fèi)巨大。

電池組在運(yùn)行時(shí)無(wú)法在線添加電池芯加大電池組容量，同樣也無(wú)法在線拔除電池芯以減少電池組容量。

因此，針對(duì)上述缺陷，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種智能電池組的管理系統(tǒng)及控制方法，旨在通過(guò)在線式實(shí)時(shí)將故障電池芯從系統(tǒng)中電氣移除，讓電池組可以實(shí)時(shí)持續(xù)不斷電運(yùn)行，極大的提高了電池組充放電運(yùn)行的可靠性，降低了電池組運(yùn)行維修成本，實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備由電池組供能時(shí)不會(huì)突然出現(xiàn)停電的事故，提高了用電設(shè)備的運(yùn)行安全性，對(duì)用電設(shè)備（全電動(dòng)汽車(chē)、全電動(dòng)飛機(jī)、全電動(dòng)船等）實(shí)行換電模式可以低成本高效運(yùn)行。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

一種智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述管理系統(tǒng)包括：

智能電池組，所述智能電池組由多個(gè)智能電池芯并聯(lián)組成，每個(gè)智能電池芯均由一個(gè)智能電池管理功率模塊和單個(gè)電池芯連接組成；

多個(gè)智能電池芯各自的第一輸出端連接在一起、第二輸出端連接在一起形成交流母線或者直流母線輸出端，所述交流母線或者直流母線輸出端連接配電單元；所述配電單元連接到負(fù)載進(jìn)行供電；

所述智能電池管理功率模塊用于單獨(dú)管控與智能電池管理功率模塊連接的單個(gè)電池芯，并實(shí)時(shí)管理單個(gè)電池芯出現(xiàn)的故障，當(dāng)單個(gè)電池芯出現(xiàn)故障時(shí)，智能電池管理功率模塊根據(jù)單個(gè)電池芯故障等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)為最高等級(jí)故障時(shí)的智能電池芯對(duì)外停止供電，同時(shí)通知主機(jī)或上位機(jī)，整個(gè)智能電池組仍不斷電運(yùn)行。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池管理功率模塊包括：

用于預(yù)先設(shè)置電池芯電氣參數(shù)、判斷電池類(lèi)型，對(duì)電氣參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償修正、采集故障異常數(shù)據(jù)并標(biāo)記，以及發(fā)出中斷處理要求的電池智能識(shí)別單元；

用于監(jiān)控連接電池芯的實(shí)時(shí)殘余電能容量，并實(shí)時(shí)記錄通過(guò)電池芯實(shí)時(shí)的電壓、電流以及溫度的電池電氣性能智能監(jiān)控單元；

用于根據(jù)電池芯的種類(lèi)和電氣參數(shù)實(shí)時(shí)設(shè)定智能電池芯的輸入輸出電流數(shù)值，以及實(shí)時(shí)響應(yīng)所述電池智能識(shí)別單元發(fā)出的中斷處理要求的電池電流實(shí)時(shí)分配管控單元；

用于根據(jù)電池芯的種類(lèi)和電氣參數(shù)的具體數(shù)據(jù)對(duì)電池的充放電進(jìn)行管控，以及對(duì)出現(xiàn)的故障實(shí)時(shí)做出保護(hù)管控動(dòng)作的電池運(yùn)行保護(hù)管控單元；

所述電池智能識(shí)別單元、電池電氣性能智能監(jiān)控單元、電池電流實(shí)時(shí)分配管控單元以及電池運(yùn)行保護(hù)管控單元組成主控單元；

與所述主控單元連接，用于采集電池電池芯電氣參數(shù)數(shù)據(jù)的電池?cái)?shù)據(jù)采集單元；

與所述主控單元以及電池?cái)?shù)據(jù)采集單元連接，用于獲取電壓充當(dāng)輔助電源的輔助電源單元；

與所述輔助電源單元和主控單元連接，使用隔離變壓器防止該單元故障時(shí)把母線電壓加到電池上的功率單元；

與所述功率單元連接，用于防止電氣干擾、適應(yīng)不同電磁兼容環(huán)境的EMC防護(hù)單元；

與所述功率單元連接，用于識(shí)別在智能電池組運(yùn)行時(shí)按需在線插拔智能電池芯的熱插拔接口單元；

與所述熱插拔接口單元、主控單元連接，用于接受上位機(jī)或者作為主機(jī)的智能電池芯控制的主從CAN總線通訊單元。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池組輸出選裝為交流電壓或者選裝為直流電壓，所述功率單元包括：用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池芯同時(shí)按需單獨(dú)充放電功能、進(jìn)行交流輸出的雙向AC/DC功率單元或者用于定制電壓等級(jí)、進(jìn)行直流輸出的雙向DC/DC功率單元；

當(dāng)所述功率單元為雙向AC/DC功率單元時(shí)，所述智能電池組以交流母線輸出；

當(dāng)所述功率單元為雙向DC/DC功率單元時(shí)，所述智能電池組以直流母線輸出。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池組中的各個(gè)智能電池芯通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊；所有智能電池芯通過(guò)CAN總線模式用于接受上位機(jī)或者作為主機(jī)的智能電池芯控制，所述作為主機(jī)的智能電池芯從任意一個(gè)智能電池芯選擇后設(shè)置為主機(jī)，當(dāng)作為主機(jī)的智能電池芯出現(xiàn)故障，管理系統(tǒng)隨機(jī)選擇正常工作的智能電池芯作為主機(jī)。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池組中的各個(gè)智能電池芯通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊，當(dāng)智能電池芯的數(shù)量大于預(yù)設(shè)數(shù)量時(shí)，每個(gè)智能電池芯額外連接一個(gè)用于單獨(dú)對(duì)每個(gè)智能電池芯進(jìn)行管控的監(jiān)控管理單元。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述單個(gè)電池芯和智能電池管理功率模塊安裝方式為貼近安裝；所述單個(gè)電池芯的正負(fù)極對(duì)應(yīng)連接到智能電池管理功率模塊輸入端的正負(fù)極上；智能電池芯由一個(gè)智能電池管理功率模塊和單個(gè)電池芯連接組成，或者由一個(gè)智能電池管理功率模塊和多個(gè)電池芯串并而成的電池芯組連接組成。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池組中各智能電池芯物理連接方式為熱插拔方式，在所述智能電池組運(yùn)行時(shí)，按輸出電能容量的要求在線插拔增加或者減少智能電池芯的數(shù)量，當(dāng)智能電池組中某一智能電池芯出現(xiàn)故障在線處理后，等有條件換件維修時(shí)，再按照故障指示燈對(duì)出現(xiàn)故障的智能電池芯進(jìn)行熱插拔，使用同類(lèi)型的電池芯更換故障電池芯或者更換智能電池管理功率模塊。

一種智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，其中，包括：

步驟A，通過(guò)將單個(gè)電池芯和智能電池管理功率模塊連接組成智能電池芯，將多個(gè)智能電池芯并聯(lián)組成用于輸出直流或者交流的智能電池組；

步驟B，所述智能電池組通過(guò)交流母線或者直流母線輸出端連接配電單元，所述配電單元連接到負(fù)載進(jìn)行供電；

步驟C，所述智能電池組中的各個(gè)智能電池芯通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊，并通過(guò)CAN總線模式用于接受上位機(jī)或者作為主機(jī)的智能電池芯控制；

步驟D，當(dāng)智能電池組運(yùn)行使用過(guò)程中任何一個(gè)智能電池芯出現(xiàn)故障時(shí)，在線實(shí)時(shí)將故障智能電池芯按故障類(lèi)型進(jìn)行處理，將最高等級(jí)故障的智能電池芯實(shí)時(shí)從智能電池組中進(jìn)行電氣移除，所述智能電池組不斷電繼續(xù)運(yùn)行供電。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述單個(gè)電池芯種類(lèi)包括磷酸鋰鐵電芯、磷酸鋰錳電芯、鋰聚合物電芯、鈦酸鋰電芯、鉛酸電芯、金屬燃料電芯、鎳氫電芯、膠體電芯；所述智能電池組中單個(gè)電池芯的種類(lèi)從所述單個(gè)電池芯種類(lèi)中任意選擇，所述智能電池芯由相同種類(lèi)的單個(gè)電池芯或者不同種類(lèi)的單個(gè)電池芯連接智能電池管理功率模塊組成；同一智能電池組可由不同種類(lèi)的電池芯混合組成。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，其中，所述在線實(shí)時(shí)將最高等級(jí)故障的智能電池芯從智能電池組中進(jìn)行電氣移除，所述故障智能電池芯停止工作；

智能電池組運(yùn)行時(shí)的維修方式為熱插拔方式。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，其中，每一個(gè)智能電池芯連接一個(gè)故障指示燈，當(dāng)與智能電池芯連接的故障指示燈亮起時(shí)表示出現(xiàn)故障需要維修，所述智能電池芯感知故障后關(guān)閉自身輸出退出運(yùn)行并通知上位機(jī)或者主機(jī)，等有條件維修時(shí)按照故障指示燈對(duì)出現(xiàn)故障的智能電池芯進(jìn)行熱插拔物理移除，然后使用同類(lèi)型的電池芯更換故障電池芯或者更換智能電池管理功率模塊，維修好的智能電池芯插回智能電池組，整個(gè)維修過(guò)程智能電池組可以不停止供電或充電。

本發(fā)明公開(kāi)一種智能電池組的管理系統(tǒng)及控制方法，所述管理系統(tǒng)包括：智能電池組，所述智能電池組由多個(gè)智能電池芯并聯(lián)組成，每個(gè)智能電池芯均由一個(gè)智能電池管理功率模塊和單個(gè)電池芯連接組成；多個(gè)智能電池芯各自的第一輸出端連接在一起、第二輸出端連接在一起形成交流母線或者直流母線輸出端，所述交流母線或者直流母線輸出端連接配電單元；所述配電單元連接到負(fù)載進(jìn)行供電；所述智能電池管理功率模塊用于單獨(dú)管控與智能電池管理功率模塊連接的單個(gè)電池芯，并實(shí)時(shí)管理單個(gè)電池芯出現(xiàn)的故障，當(dāng)單個(gè)電池芯出現(xiàn)故障時(shí)，智能電池管理功率模塊根據(jù)單個(gè)電池芯故障等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)為最高等級(jí)故障時(shí)的智能電池芯對(duì)外停止供電，同時(shí)通知主機(jī)或上位機(jī)，整個(gè)智能電池組仍不斷電運(yùn)行。

本發(fā)明通過(guò)在線式實(shí)時(shí)將故障電池芯從系統(tǒng)中電氣移除，讓電池組可以實(shí)時(shí)不斷電繼續(xù)運(yùn)行，極大的提高了電池組充放電運(yùn)行的可靠性，降低了電池組運(yùn)行維修成本，實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備由電池組供能時(shí)不會(huì)突然出現(xiàn)停電的事故，提高了用電設(shè)備的運(yùn)行安全性。另外，本發(fā)明可以兼容不同種類(lèi)（例如：鉛酸、鎳氫、鋰聚合物、鋰鐵電池等）、不同電氣參數(shù)（例如：內(nèi)阻、電池殘余容量等）的電池，并組成智能電池組進(jìn)行供電。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中電池組供電方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)中智能電池芯的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明智能電池芯中單個(gè)電池芯和智能電池管理功率模塊安裝方式結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理圖。

圖5是本發(fā)明智能電池芯中智能電池管理功率模塊各個(gè)組成單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法的較佳實(shí)施例的流程圖。

圖7是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中智能電池芯出現(xiàn)故障時(shí)的處理流程示意圖。

圖8是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中智能電池芯出現(xiàn)故障時(shí)具體實(shí)施例示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖4所示，本發(fā)明提供一種智能電池組的管理系統(tǒng)，所述管理系統(tǒng)包括一智能電池組4，所述智能電池組4由多個(gè)智能電池芯1并聯(lián)組成。

如圖2所示，每個(gè)智能電池芯1均由一個(gè)智能電池管理功率模塊3和單個(gè)電池芯2連接組成（或者智能電池芯1由一個(gè)智能電池管理功率模塊3和多個(gè)電池芯串并而成的電池芯組連接組成），每個(gè)單體電池芯2的運(yùn)行狀態(tài)由所述智能電池管理功率模塊3管控。

所述單個(gè)電池芯2的正負(fù)極對(duì)應(yīng)連接到智能電池管理功率模塊3輸入端的正負(fù)極上，所述單個(gè)電池芯2種類(lèi)包括磷酸鋰鐵電芯、磷酸鋰錳電芯、鋰聚合物電芯、鈦酸鋰電芯、鉛酸電芯、金屬燃料電芯、鎳氫電芯、膠體電芯；所述智能電池組4中智能電池芯1的單個(gè)電池芯2的種類(lèi)從所述單個(gè)電池芯種類(lèi)中任意選擇，也就是說(shuō)智能電池組4不受單個(gè)電池芯的種類(lèi)限制，同一個(gè)智能電池組4中可以混用不同種類(lèi)的電池芯。

如圖3所示，所述單個(gè)電池芯2和智能電池管理功率模塊3的安裝方式為貼近安裝，當(dāng)單個(gè)電池芯2的體積小于智能電池管理功率模塊3的體積，將單個(gè)電池芯2貼近安裝在智能電池管理功率模塊3上組成一個(gè)智能電池芯1（安裝方式不進(jìn)行限定，安裝方式可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行改變）。

參見(jiàn)圖4可知，多個(gè)智能電池芯1各自的第一輸出端連接在一起、第二輸出端連接在一起，即物理連接采用低電感母線方法減少電氣干擾方式（母線L1和母線L2電氣絕緣后物理疊加在一起）形成交流母線或者直流母線輸出端5（由智能電池芯的智能電池管理功率模塊中功率模塊的選型決定，達(dá)到輸出大功率電能帶動(dòng)大功率負(fù)載的需求），所述交流母線或者直流母線輸出端5連接配電單元6，所述配電單元6連接到負(fù)載7進(jìn)行供電。

實(shí)際使用時(shí)，智能電池組4額定輸出電能的容量要大于用電設(shè)備實(shí)際的需要的電能容量，也就是熱備份的工作方式，智能電池芯1的數(shù)量由對(duì)應(yīng)的用電設(shè)備容量加上需要熱備份冗余容量總和決定，如果多個(gè)智能電池芯1的電池芯的種類(lèi)和容量不一致，只需要多個(gè)智能電池芯1的總輸出容量達(dá)到用電設(shè)備容量加冗余容量總和即可。

所述智能電池組4中的各個(gè)智能電池芯1通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊；所有智能電池芯1通過(guò)CAN總線模式用于接受上位機(jī)8或者作為主機(jī)的智能電池芯控制，所述作為主機(jī)的智能電池芯從任意一個(gè)智能電池芯選擇后設(shè)置為主機(jī)，當(dāng)作為主機(jī)的智能電池芯出現(xiàn)故障，管理系統(tǒng)隨機(jī)選擇正常工作的智能電池芯作為主機(jī)。也就是說(shuō)智能電池芯1可受上位機(jī)8控制，也可設(shè)定成主從結(jié)構(gòu)，任意一個(gè)智能電池芯1為主機(jī)，其他智能電池芯為從機(jī)，如果主機(jī)出現(xiàn)故障，管理系統(tǒng)自動(dòng)再選出其中一個(gè)智能電池芯做主機(jī)。

當(dāng)智能電池組4正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)其中某個(gè)智能電池芯1出現(xiàn)故障，如智能電池芯1自身感知故障可關(guān)閉自身輸出并退出運(yùn)行，然后通知主機(jī)或是上位機(jī)8，如智能電池芯1已經(jīng)硬件損壞或死機(jī)已經(jīng)無(wú)輸出，主機(jī)或上位機(jī)探知后做出相應(yīng)管控處理；智能電池組4可做到繼續(xù)運(yùn)行進(jìn)行供電。

所述智能電池組4中的各個(gè)智能電池芯1通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊，抗干擾能力強(qiáng)，當(dāng)智能電池芯1的數(shù)量大于預(yù)設(shè)數(shù)量時(shí)，所述預(yù)設(shè)數(shù)量?jī)?yōu)選為100，即當(dāng)智能電池芯1的數(shù)量大于100時(shí)，每個(gè)智能電池1額外連接一個(gè)用于單獨(dú)對(duì)每個(gè)智能電池芯進(jìn)行管控的監(jiān)控管理單元，達(dá)到分組對(duì)每個(gè)智能電池芯1進(jìn)行管控的目的。

所述智能電池組4中各智能電池芯1物理連接方式為熱插拔方式，在所述智能電池組4運(yùn)行時(shí)，按輸出電能容量的要求在線插拔增加或者減少智能電池芯1的數(shù)量，當(dāng)智能電池組中某一智能電池芯出現(xiàn)故障在線處理后，等有條件換件維修時(shí)，再按照故障指示燈對(duì)出現(xiàn)故障的智能電池芯進(jìn)行熱插拔，使用同類(lèi)型的電池芯更換故障電池芯或者更換智能電池管理功率模塊3，維修拆卸時(shí)單個(gè)電池芯2和智能電池管理功率模塊3為一體且一起的機(jī)械動(dòng)作。

所述智能電池管理功率模塊3用于單獨(dú)管控與智能電池管理功率模塊3連接的單個(gè)電池芯2，并實(shí)時(shí)管理單個(gè)電池芯2出現(xiàn)的故障，當(dāng)單個(gè)電池芯2出現(xiàn)故障時(shí)，智能電池管理功率模塊3根據(jù)單個(gè)電池芯2故障等級(jí)進(jìn)行處理，當(dāng)為最高等級(jí)故障（最高等級(jí)故障：為不可逆故障，比如完全短路或者斷路、擠壓碰撞等物理性損壞）時(shí)的智能電池芯1對(duì)外停止供電，同時(shí)通知主機(jī)或上位機(jī)8，整個(gè)智能電池組4仍不斷電運(yùn)行，即單個(gè)電池芯故障時(shí)可實(shí)時(shí)退出運(yùn)行，不影響智能電池組4正常運(yùn)行工作，極大提高電池組運(yùn)行的可靠性，同時(shí)無(wú)需更換整組電池，用同類(lèi)型電池芯更換故障電池芯即可，極大節(jié)約用戶(hù)經(jīng)濟(jì)成本。

如圖5所示，圖5是本發(fā)明智能電池芯中智能電池管理功率模塊各個(gè)組成單元結(jié)構(gòu)示意圖。所述智能電池管理功率模塊3包括：

用于預(yù)先設(shè)置電池芯電氣參數(shù)、判斷電池類(lèi)型，對(duì)電氣參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償修正、采集故障異常數(shù)據(jù)并標(biāo)記，以及發(fā)出中斷處理要求的電池智能識(shí)別單元31；所述電池智能識(shí)別單元31可以預(yù)先設(shè)定電池種類(lèi)等電池電氣參數(shù)，也可采集連接的電池芯的直流電壓，根據(jù)具體數(shù)值預(yù)判電池種類(lèi)，然后按算法對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試得到電池的殘余電能容量、內(nèi)阻等電氣參數(shù)值，以對(duì)電池種類(lèi)及電氣參數(shù)做補(bǔ)償修正，如采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常判斷電池出現(xiàn)故障，做出標(biāo)記及中斷處理要求；

用于監(jiān)控連接電池芯的實(shí)時(shí)殘余電能容量，并實(shí)時(shí)記錄通過(guò)電池芯實(shí)時(shí)的電壓、電流以及溫度的電池電氣性能智能監(jiān)控單元32；所述電池電氣性能智能監(jiān)控單元32根據(jù)對(duì)連接電池芯的充放電電流的實(shí)時(shí)采樣加上電池實(shí)時(shí)直流電壓可計(jì)算出該電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻，通過(guò)電池識(shí)別數(shù)據(jù)對(duì)比實(shí)際采集數(shù)據(jù)通過(guò)補(bǔ)償修正可知該電池實(shí)時(shí)的殘余電能容量，并實(shí)時(shí)記錄通過(guò)電池實(shí)時(shí)的電壓電流和實(shí)時(shí)的溫度；

用于根據(jù)電池芯的種類(lèi)和電氣參數(shù)實(shí)時(shí)設(shè)定智能電池芯的輸入輸出電流數(shù)值，以及實(shí)時(shí)響應(yīng)所述電池智能識(shí)別單元發(fā)出的中斷處理要求的電池電流實(shí)時(shí)分配管控單元33；由于已得到電池的種類(lèi)和相關(guān)電氣參數(shù)，可設(shè)定對(duì)電池充放電的最大電流和最小電流，根據(jù)主機(jī)或者上位機(jī)8的通訊要求，通過(guò)算法實(shí)時(shí)設(shè)定智能電池芯1的輸入輸出到母線的電流數(shù)值，并把電流數(shù)值設(shè)定給主機(jī)或者上位機(jī)8匯報(bào)上傳，對(duì)應(yīng)主機(jī)或者上位機(jī)8要求可做各種補(bǔ)償算法確認(rèn)實(shí)時(shí)電流，另實(shí)時(shí)響應(yīng)各中斷處理要求最終實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電池芯1的輸入輸出到母線的電流實(shí)時(shí)管控；

用于根據(jù)電池芯的種類(lèi)和電氣參數(shù)的具體數(shù)據(jù)對(duì)電池的充放電進(jìn)行管控，以及對(duì)出現(xiàn)的故障實(shí)時(shí)做出保護(hù)管控動(dòng)作的電池運(yùn)行保護(hù)管控單元34；電池運(yùn)行對(duì)應(yīng)的是電池的充放電，根據(jù)內(nèi)置電池種類(lèi)的電池運(yùn)行圖對(duì)比實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如超出該電池正常工作合理數(shù)據(jù)范圍可作出實(shí)時(shí)調(diào)整并通訊告知主機(jī)或者上位機(jī)8，如根據(jù)數(shù)據(jù)判斷出現(xiàn)故障實(shí)時(shí)做出保護(hù)管控動(dòng)作以防故障進(jìn)一步擴(kuò)大；

所述電池智能識(shí)別單元31、電池電氣性能智能監(jiān)控單元32、電池電流實(shí)時(shí)分配管控單元33以及電池運(yùn)行保護(hù)管控單元34組成主控單元30。

所述智能電池管理功率模塊3還包括：與所述主控單元30連接，用于采集電池電池芯電氣參數(shù)數(shù)據(jù)的電池?cái)?shù)據(jù)采集單元35；

與所述主控單元30以及電池?cái)?shù)據(jù)采集單元35連接，用于獲取電壓充當(dāng)輔助電源的輔助電源單元36；輔助電源能量獲取可以由連接的電池芯獲得，也可以從輸出母線獲得或內(nèi)置紐扣小電池獲得；

與所述輔助電源單元36和主控單元30連接，使用隔離變壓器防止該單元故障時(shí)把母線電壓加到電池上的功率單元37；所述功率單元37有隔離變壓器防止該單元故障時(shí)把母線電壓加到電池上，避免爆炸等安全事故；

與所述功率單元37連接，用于防止電氣干擾、適應(yīng)不同電磁兼容環(huán)境的EMC防護(hù)單元38；多個(gè)智能電池芯1在一起工作時(shí)會(huì)有各種電氣干擾存在，每個(gè)智能電池芯1加裝EMC防護(hù)單元減少干擾，適應(yīng)復(fù)雜的電磁兼容環(huán)境；

與所述功率單元37連接，用于識(shí)別在智能電池組運(yùn)行時(shí)按需在線插拔智能電池芯的熱插拔接口單元39；智能電池組4中各智能電池芯1物理連接方式為熱插拔方式，在整組電池組運(yùn)行時(shí)，可按需在線插拔某智能電池芯，所述熱插拔接口單元39可以添加熱插拔防護(hù)單元以適應(yīng)在線插拔各種干擾；

與所述熱插拔接口單元39、主控單元30連接，用于接受上位機(jī)或者作為主機(jī)的智能電池芯控制的主從CAN總線通訊單元40；各智能電池芯1可接受上位機(jī)8的控制做為從機(jī)，也可無(wú)上位機(jī)8時(shí)，隨機(jī)選擇某智能電池芯作為主機(jī)，其他均為叢機(jī)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)再隨機(jī)選擇一個(gè)正常工作的智能電池芯做為主機(jī)，通訊方式為CAN，抗干擾能力強(qiáng)。

進(jìn)一步地，所述的智能電池組的管理系統(tǒng)，其中，所述智能電池組4輸出選裝為交流電壓或者選裝為直流電壓，所述功率單元37包括：用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池芯同時(shí)按需單獨(dú)充放電功能、進(jìn)行交流輸出的雙向AC/DC功率單元371或者用于定制電壓等級(jí)、進(jìn)行直流輸出的雙向DC/DC功率單元372。

當(dāng)所述功率單元37為雙向AC/DC功率單元371時(shí)，所述智能電池組以交流母線輸出；當(dāng)所述功率單元37為雙向DC/DC功率單元372時(shí)，所述智能電池組以直流母線輸出。

所述雙向AC/DC功率單元371電池芯接口端給電池放電時(shí)加到電池上電壓最低到1V以適應(yīng)各種類(lèi)電池，充電時(shí)加到電池上電壓最低可到0V以便檢出電池故障；母線接口端在不接外界電網(wǎng)時(shí)，為ups模式輸出電壓穩(wěn)定AC380V、AC220V、AC110V等，如接外界交流電網(wǎng)，智能電池組和外界交流電網(wǎng)同步（例如AV220V等級(jí)時(shí)接受外界交流電壓范圍90V-264V），以實(shí)現(xiàn)各個(gè)電池芯可以同時(shí)按需單獨(dú)充放電功能。

直流電壓母線端可按需定制從48V到800V等級(jí)，外界交流電網(wǎng)接入充電時(shí)必須加交直轉(zhuǎn)換單元調(diào)整到所述雙向DC/DC功率單元372需要電壓等級(jí)以防故障。

請(qǐng)參閱圖6，圖6是本發(fā)明智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法的較佳實(shí)施例的流程圖。

如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，包括以下步驟：

步驟S100，通過(guò)將單個(gè)電池芯和智能電池管理功率模塊連接組成智能電池芯，將多個(gè)智能電池芯并聯(lián)組成用于輸出直流或者交流的智能電池組；

步驟S200，所述智能電池組通過(guò)交流母線或者直流母線輸出端連接配電單元，所述配電單元連接到負(fù)載進(jìn)行供電；

步驟S300，所述智能電池組中的各個(gè)智能電池芯通過(guò)CAN總線模式進(jìn)行通訊，并通過(guò)CAN總線模式用于接受上位機(jī)或者作為主機(jī)的智能電池芯控制；

步驟S400，當(dāng)智能電池組運(yùn)行使用過(guò)程中任何一個(gè)智能電池芯出現(xiàn)故障時(shí)，在線實(shí)時(shí)將故障智能電池芯按故障類(lèi)型進(jìn)行處理，將最高等級(jí)故障的智能電池芯實(shí)時(shí)從智能電池組中進(jìn)行電氣移除，所述智能電池組不斷電繼續(xù)運(yùn)行供電。

本發(fā)明中，單個(gè)電池芯由智能電池管理功率模塊單獨(dú)管理放電，運(yùn)行范圍可從0%的電量容量到100%電量容量運(yùn)行，極大提高了電池組的實(shí)際使用電池電量容量，提高了用電設(shè)備的使用時(shí)間，各電池芯的放電電流可根據(jù)該電池芯電氣特性決定，電氣性能各異的電芯混用也可，節(jié)約用戶(hù)經(jīng)濟(jì)成本。

所述的智能電池組的管理系統(tǒng)控制方法，其中，所述智能電池芯由相同種類(lèi)的單個(gè)電池芯或者不同種類(lèi)的單個(gè)電池芯連接智能電池管理功率模塊組成；所述在線實(shí)時(shí)將故障智能電池芯從智能電池組中進(jìn)行電氣移除方式為熱插拔方式；每一個(gè)智能電池芯連接一個(gè)故障指示燈，當(dāng)與智能電池芯連接的故障指示燈亮起時(shí)表示出現(xiàn)故障需要維修，所述智能電池芯感知故障后關(guān)閉自身輸出退出運(yùn)行并通知上位機(jī)或者主機(jī)，等有條件維修時(shí)按照故障指示燈對(duì)出現(xiàn)故障的智能電池芯進(jìn)行熱插拔，使用同類(lèi)型的電池芯在線實(shí)時(shí)更換故障電池芯或者更換智能電池管理功率模塊，維修過(guò)程不影響整個(gè)智能電池組的供電。

單個(gè)電池芯由智能電池管理功率模塊單獨(dú)管理，電池任何微故障均有對(duì)應(yīng)措施，不會(huì)導(dǎo)致電氣性能損壞，如電池芯受到擠壓碰撞等無(wú)法預(yù)見(jiàn)性物理?yè)p壞會(huì)馬上讓故障電池芯退出電氣運(yùn)行，因此電池芯使用壽命極高。

如圖7所示，智能電池組運(yùn)行中出現(xiàn)某智能電池芯故障時(shí)的處理流程，所述處理流程如下：

S1，通過(guò)智能電池管理功率模塊監(jiān)控從機(jī)（作為從機(jī)的智能電池芯）是否處于正常工作狀態(tài)；

S2，當(dāng)監(jiān)控到從機(jī)不工作或者死機(jī)時(shí)，主機(jī)（或者上位機(jī)）控制故障智能電池芯關(guān)閉自身輸出退出運(yùn)行（S5）或者通過(guò)智能電池管理功率模塊對(duì)故障智能電池芯進(jìn)行補(bǔ)償修正（S4）；

S3，當(dāng)監(jiān)控到從機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，從機(jī)繼續(xù)感知電池故障；

S4，當(dāng)從機(jī)感知電池出現(xiàn)微故障時(shí)，通過(guò)智能電池管理功率模塊對(duì)故障智能電池芯進(jìn)行補(bǔ)償修正；

S5，當(dāng)從機(jī)感知電池出現(xiàn)嚴(yán)重故障（故障等級(jí)為最高級(jí)別，管理系統(tǒng)可以預(yù)先設(shè)定故障等級(jí)）時(shí)，主機(jī)（或者上位機(jī)）控制故障智能電池芯關(guān)閉自身輸出退出運(yùn)行。

下面對(duì)本發(fā)明中智能電池管理功率模塊單獨(dú)管控單個(gè)電池芯的工作原理、智能電池組出現(xiàn)故障時(shí)的處理過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明（舉例說(shuō)明）。

如圖8所示，當(dāng)本發(fā)明的智能電池組中智能電池芯的數(shù)量為3個(gè)（實(shí)際使用中數(shù)量不進(jìn)行限制，可按照實(shí)際需求增減智能電池芯的數(shù)量），3個(gè)智能電池芯分別用A、B、C來(lái)表示，本實(shí)施例3個(gè)智能電池芯并聯(lián)（充電或者放電）恒壓輸出AC220，當(dāng)然也可以輸出AC110V、AC380V或者輸出直流電壓，單個(gè)電池芯的種類(lèi)相同（當(dāng)全部為磷酸鋰鐵電芯），但是電池容量不同，當(dāng)A的電池容量為10AH、B的電池容量為30AH、C的電池容量為60AH。

當(dāng)智能電池組正常工作時(shí)，A輸出10%的總電流，B輸出30%的總電流，C輸出60%的總電流，A、B、C中各自的單個(gè)電池芯均連接一個(gè)智能電池管理功率模塊，用于單獨(dú)管控與智能電池管理功率模塊連接的單個(gè)電池芯，當(dāng)3個(gè)智能電池芯中的B出現(xiàn)了最高等級(jí)故障，那么智能電池芯B的智能電池管理功率模塊控制B對(duì)外停止供電，同時(shí)通知主機(jī)或上位機(jī)報(bào)告B出現(xiàn)的故障情況；接下來(lái)主機(jī)或上位機(jī)控制智能電池組由A和C進(jìn)行供電，A和C的容量配比關(guān)系為10:60=1:6，按照A和C的容量配比關(guān)系1:6 ，A承擔(dān)B容量的總電流30%的1/7也就是30%*1/7=4.3%，也就是說(shuō)A接下來(lái)輸出10%+4.3%=14.3%的總電流，C承擔(dān)B容量的總電流30%的6/7也就是30%*6/7=25.7%，也就是說(shuō)C接下來(lái)輸出60%+25.7%=85.7%的總電流，達(dá)到整個(gè)智能電池組仍能夠不斷電運(yùn)行的目的，讓智能電池組可以實(shí)時(shí)不斷電繼續(xù)運(yùn)行給負(fù)載供電。也就是說(shuō)智能電池組中某一個(gè)智能電池芯出了最高等級(jí)故障，不影響整組智能電池組的供電，當(dāng)出現(xiàn)的故障等級(jí)較低時(shí)，智能電池管理功率模塊會(huì)針對(duì)相應(yīng)故障進(jìn)行補(bǔ)償修正，同時(shí)也可以以熱插拔方式對(duì)無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)償修正的智能電池芯進(jìn)行在線更換。

上述A、B、C的電池殘余電量雖然不一致，但是可以按照主機(jī)或者上位機(jī)規(guī)定的電流進(jìn)行充放電，當(dāng)A、B、C的A存儲(chǔ)的電量最少，那么可以控制A少放電，由電量多的B和C多放電，同樣充電電流也可以按照殘余電量的不同按主機(jī)或者上位機(jī)設(shè)定進(jìn)行快速充電，從而節(jié)省充電時(shí)間。

另外， A、B、C的單個(gè)電池芯的種類(lèi)也可以不一致，當(dāng)其中有兩種電池芯，比如磷酸鋰鐵電芯和鉛酸電芯，智能電池管理功率模塊控制充放電時(shí)磷酸鋰鐵電芯端電壓為DC3.3V等級(jí)，母線輸出為AC220V，鉛酸電芯端電壓為DC12V等級(jí)，母線輸出為AC220V；母線輸出電流按照磷酸鋰鐵電芯電芯的特性可短時(shí)間大倍率放電、大電流充電；母線輸出電流按照鉛酸電芯特性可小倍率放電、小電流充電。即本發(fā)明可以兼容不同種類(lèi)（例如：鉛酸、鎳氫、鋰聚合物、鋰鐵電池等）、不同電氣參數(shù)（例如：內(nèi)阻、電池殘余容量等）的電池，并組成智能電池組進(jìn)行供電。

當(dāng)智能電池組運(yùn)行使用過(guò)程中如果某些電池芯由于各種原因出現(xiàn)各種故障時(shí)，可以在線式實(shí)時(shí)把這些故障電池芯從系統(tǒng)中進(jìn)行電氣移除，讓電池組可以實(shí)時(shí)不斷電繼續(xù)運(yùn)行給負(fù)載供電，極大的提高了電池組充放電運(yùn)行的可靠性，極大的降低電池組運(yùn)行維修成本，真正實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備由電池組供能時(shí)不會(huì)突然出現(xiàn)停電的惡性事故，提高了用電設(shè)備的運(yùn)行安全性，另外可以讓電池組的電池芯內(nèi)在能量可以得到最大限度利用充電和放電，且動(dòng)力電池組組成成品時(shí)可以不用考慮單電池芯的內(nèi)阻和容量等電氣性能的一致性，甚至不同廠家不同電壓等級(jí)不同種類(lèi)的電池芯通過(guò)本方法也可組成合格的電池組，真正實(shí)現(xiàn)電池組產(chǎn)品將不受廠家限制、不受單電池芯各種電氣性能限制的混合使用，給客戶(hù)提供高可靠性電能服務(wù)能力。

單個(gè)電池芯由智能模塊單獨(dú)管理充電，電池組無(wú)需傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)充電樁充電，充電管理方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，實(shí)施時(shí)只需把外部交流電源連接到智能電池組的交流母線即可，節(jié)約海量的社會(huì)布樁成本；各電池芯充電電流和充電電壓可更據(jù)該電池芯電氣特性決定，各電池芯的充電時(shí)間可以按各自允許充電電流大小決定，因此電池組充入同等電量比以前用傳統(tǒng)充電樁用同一電流充電的方法節(jié)約大量時(shí)間，提高充電效率。

電池芯生產(chǎn)線制作生產(chǎn)出來(lái)后無(wú)需按容量大小篩選，可通過(guò)不同容量的電池芯直接裝配電池組。用電設(shè)備用智能電池組供電時(shí)無(wú)需再加裝整組電池的電池管理系統(tǒng)（BMS）。

用電設(shè)備可根據(jù)需求攜帶對(duì)應(yīng)容量的電池組運(yùn)行，并按需隨時(shí)加減（熱插拔方式），這樣就不會(huì)出現(xiàn)攜帶大容量大重量的電池組而作短時(shí)間運(yùn)行使用的現(xiàn)象，極大提高了電池的使用效率。也可在電池組實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，不斷電的情況下，添加智能電池芯，以增加整組電池組的供電容量。

另外，本發(fā)明對(duì)眾多電池芯無(wú)電氣參數(shù)一致性要求，例如可以有10.2AH容量的電池芯和102AH容量電池芯共用，或者充電時(shí)允許電池殘余容量10%電池芯和100%電池芯共用，也就是說(shuō)不同容量的電池可以混用；整個(gè)電池組可以有磷酸鋰鐵電池芯和鉛酸電池芯共用，也就是說(shuō)不同種類(lèi)電池也可以混用。

綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)一種智能電池組的管理系統(tǒng)及控制方法，所述管理系統(tǒng)包括：智能電池組，所述智能電池組由多個(gè)智能電池芯并聯(lián)組成，每個(gè)智能電池芯均由一個(gè)智能電池管理功率模塊和單個(gè)電池芯連接組成；多個(gè)智能電池芯各自的第一輸出端連接在一起、第二輸出端連接在一起形成交流母線或者直流母線輸出端，所述智能電池管理功率模塊用于單獨(dú)管控與智能電池管理功率模塊連接的單個(gè)電池芯，并實(shí)時(shí)管理單個(gè)電池芯出現(xiàn)的故障，當(dāng)單個(gè)電池芯出現(xiàn)故障時(shí)，智能電池管理功率模塊根據(jù)單個(gè)電池芯故障等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)處理，當(dāng)為最高等級(jí)故障時(shí)的智能電池芯對(duì)外停止供電，同時(shí)通知主機(jī)或上位機(jī)，整個(gè)智能電池組仍不斷電運(yùn)行。

本發(fā)明通過(guò)在線式實(shí)時(shí)將故障電池芯從系統(tǒng)中電氣移除，讓電池組可以實(shí)時(shí)不斷電繼續(xù)運(yùn)行，極大的提高了電池組充放電運(yùn)行的可靠性，降低了電池組運(yùn)行維修成本，實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備由電池組供能時(shí)不會(huì)突然出現(xiàn)停電的事故，提高了用電設(shè)備的運(yùn)行安全性。

當(dāng)然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)硬件（如處理器，控制器等）來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)可包括如上述各方法實(shí)施例的流程。其中所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為存儲(chǔ)器、磁碟、光盤(pán)等。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。