一種超級智能動態串並聯和終極自平衡的動力系統的製作方法

2023-10-30 03:46:12 2

本發明屬於新能源汽車領域，具體涉及一種超級智能動態串並聯和終極自平衡的動力系統。

背景技術：

發展新能源汽車產業是國家的一項基本政策，在政府的鼓勵下新能源汽車企業如雨後春筍般發展起來。但是由於單個鋰離子的容量小、電壓低，一個新能源汽車動力系統需要很多個單體電池串並聯起來才能使用，這就對單體電池的一致性提出了很高的要求。實際運行中為了延長動力系統的使用壽命往往需要對同串之間的電池組進行平衡，平衡的方法既有主動平衡也有被動平衡，無論那種方法都要增加成本、浪費時間、降低系統可靠性，效果也不理想。

有沒有什麼辦法能夠讓動力系統中的單體電池在使用一段時間後根據自身的性能重新串並聯呢？還有所謂的平衡無非是要不同單體電池的電壓相等，最終極的方法就是讓所有電池並聯一段時間，其自然就會電壓一致，而常規的新能源汽車動力系統中的單體電池都是通過各種機械結構牢牢固定死的，甚至是不可拆卸的，是無法動態串並聯。

技術實現要素：

本發明提供了一種超級智能動態串並聯和終極自平衡的動力系統。其技術方案是：在組成動力系統的單體電池的電極前設置一個串板選擇機構，該機構由第一觸頭組、第二觸頭組、頂杆組等構成。第一觸頭組安裝在固定觸頭排上，由多個第一觸頭組成，觸頭通過導體與不同的串板連接，固定觸頭排上安裝有永磁體。第二觸頭組安裝在移動觸頭排上，由多個第二觸頭組成頭部，數量和第一觸頭相對應，第二觸頭和移動觸頭排之間裝有彈簧，尾部通過螺母與連接排相聯，連接排和單體電池電極相連，移動觸頭排上安裝有可控電磁鐵，可控電磁鐵和固定觸頭排上的永磁體相對應。移動觸頭排通過滑杆與定位塊相連，定位塊通過緊固件固定在基座上，滑杆另一端固定在固定觸頭排上。滑杆上裝有彈簧，使第一觸頭、第二觸頭正常情況下處於常離合狀態。

在第一觸頭和第二觸之間安裝有頂杆，頂杆上有槽，槽內有連通的導體，頂杆通過其他部件安裝在基座上，頂杆尾部有彈簧，正常情況下頂杆處於被頂起狀態。

該系統中還裝配有伺服電機單元，該單元主要由伺服電機、支架、永磁體、可控電磁鐵、敲杆等組成。支架固定在伺服電機工作檯上，可控電磁鐵固定在支架上，永磁體通過滑竿和可控電磁鐵連接，滑竿上有彈簧頂起永磁體，敲杆連接在永磁體末端。當動力系統的電池管理系統BMS控制可控電磁鐵的線圈通電，永磁體受吸力下行，敲杆向下擊打。

當動力系統需要重新串並聯動力系統中的單體電池時，BMS控制移動觸頭排上的可控電磁鐵斷電，移動觸頭排在彈簧作用下沿滑杆後退，第一觸頭和第二觸頭分離，頂杆彈起，所有單體電池處於孤立狀態。

BMS根據記錄的單體電池電壓、內阻、容量等數據給電池分組，確定每個電池的正負極該連接到那個串板上。BMS控制移動觸頭排的可控電磁鐵開啟初級電流，移動觸頭排受吸力前移，第一觸頭和第二觸頭輕觸頂杆。BMS控制伺服電機移動到單體電池電極需要連接串板對應的頂杆處，讓可控電磁鐵通電，永磁體下行，敲杆將頂杆壓下，第一觸頭、第二觸頭卡入頂杆上的槽內，頂住連通導體，單體電池電極與串板連通。然後BMS控制移動觸頭排上的可控電磁體啟動高級電流，讓第一、第二觸頭卡緊頂杆連通導體，確保電流導通的可靠性。從而實現單體電池可以連接到任一串的串板上。

當將所有單體電池的正極連接到同一串板上，所有單體電池的負極連接到同一串板上就實現了所有電池的並聯，這是最徹底最終極的平衡。

更為詳細的技術方案為：一種超級智能動態串並聯和終極自平衡的動力系統，包括多個單體電池（100）、串板選擇機構（200）、伺服電機單元（300）、電池管理系統BMS（400），所述串板選擇機構（200）由若干第一觸頭組（210）、固定觸頭排（220）、若干第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、若干頂杆組（250）、若干串板（260）、若干連接導體（270）等構成；所述伺服電機單元（300）由伺服電機（310）、可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）、敲杆（340）、彈簧（350）等構成；所述串板選擇機構（200）可以通過第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、頂杆組（250）的運動使單體電池（100）的電極與任意串板（260）處於可連接狀態；所述伺服電機單元（300）可以帶動敲杆（340）精確移動到頂杆組（250）的上方，通過可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）的運動使敲杆（340）下壓頂杆組（250）實現單體電池（100）的電極與任意串板（260）連接，所述BMS（400）可以控制系統中各類可控電磁體的開關與運行電流大小、可以控制伺服電機（310）的運行、記錄單體電池（100）的電壓、內阻、容量等參數並確定重新串並聯時單體電池（100）電極該連接到那個串板（260）上。

所述串板選擇機構（200）由第一觸頭組（210）、固定觸頭排（220）、第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、頂杆組（250）、串板（260）、連接導體（270）、永磁體（281）、永磁體（282）、可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）、滑杆（293）、彈簧（294）、定位塊（295）、定位塊（296）等構成；所述第一觸頭組（210）的數目大於動力系統電池組的串數的2倍，第一觸頭組（210）由若干第一觸頭（211）構成，其數目也不少於電池組的串數，第一觸頭（211）安裝在固定觸頭排（220）上，如圖1所示；所述第二觸頭組（230）的數目大於動力系統電池組的串數的2倍且與第一觸頭組（210）對應，第二觸頭組（230）由若干第二觸頭（231）、若干彈簧（232）、連接排（233）、螺母（234）構成，第二觸頭（231）數目也不少於電池組的串數且與第一觸頭（211）對應，第二觸頭（231）安裝在移動觸頭排（240）上，中間有彈簧（232）支撐，第二觸頭（231）尾部通過螺母（234）與連接排（233）連接，連接排（233）尾部連接單體電池電極，如圖2所示；所述頂杆組（250）由若干頂杆（251）和彈簧（252）以及其他固定部件組成，頂杆組（250）安裝在基座上，頂杆（251）上部有凹槽，槽內是連通的導體，頂杆（251）尾部有彈簧（252），與其他部件配合使頂杆保持正常頂起狀態，如圖3、4所示；所述固定觸頭排（220）通過緊固件固定在基座上，其上安裝有永磁體（281）、永磁體（282），所述移動觸頭排（240）通過滑杆（293）安裝在定位塊（295）、定位塊（296）上，定位塊（295）、（296）通過緊固件安裝在基座上，滑杆（293）另外一端固定在固定觸頭排（220）上，滑杆上裝有彈簧（294），彈簧（294）使固定觸頭排（220）、移動觸頭排（240）常分離狀態，移動觸頭排（240）上裝有可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292），分別和永磁體（281）、永磁體（282）對應，如圖1、2、3、4、5、6所示。

所述伺服電機單元（300）由伺服電機（310）、可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）、敲杆（340）、彈簧（350）等構成；所述可控電磁鐵（320）安裝在支架上，支架固定在伺服電機工作檯上，永磁體（330）通過滑竿和可控電磁鐵（320）連接，滑竿上有彈簧（350）頂起永磁體，敲杆（340）連接在永磁體（330）末端，如圖7所示。

所述BMS（400）根據記錄的單體電池（100）的電壓、內阻、容量等參數重新給單體電池分組，確認單體電池的電極應該連接到那個串板（260）上，BMS（400）控制切斷安裝在移動觸頭排（240）上的可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）的電流，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）與頂杆（251）分離，單體電池（100）處於孤立狀態，BMS控制可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）通初級電流，可控電磁鐵與永磁體互相吸引，移動觸頭排（240）靠近固定觸頭排（220），第一觸頭（211）、第二觸頭（231）輕微卡住頂杆（251），BMS（400）控制伺服電機（310）移動到指定的位置，BMS（400）控制接通可控電磁鐵（320）電流，永磁鐵（330）受吸下行，帶動敲杆（340）擊打頂杆（251）頂部，頂杆（251）受壓下行，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）卡入頂杆（251）凹槽內頂住連通導體，若干第一觸頭（211）通過若干連接導體（270）使第一觸頭組（210）可與任一對應串板（260）連接，從而實現了單體電池（100）電極與任一對應串板（260）的連接，也就是單體電池（100）可以連接到動力系統中電池組的任一串上，所述BMS（400）控制給可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）通二級電流，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）夾緊頂杆（251）保持連接可靠性。

BMS（400）按照權利要求書4所述的方法將所有單體電池（100）正極連接到同一串板（260）上，所有單體電池（100）負極連接到同一串板（260）上，從而實現動力系統中所有單體電池（100）的終極平衡。

本發明的有益效果是，組成動力系統的各單體電池在使用一段時間後在不拆卸的情況下還可以重新串並聯，也就是說一個單體電池原本是在第一串，在不藉助任何外力的情況下我們現在可以把它移動到第十串、第三十串。同時智能化程度高，只需要發個指令或者按個按紐就可以讓所有單體電池並聯實現終極平衡，必要時系統在休息時可以自動重新串並聯和平衡。單體電池的裝配工藝也大大簡化，只需要將單體電池通過緊固件連接到系統上即可，不需要考慮各單體之間的並聯問題。本系統所用原料取材方便、價格便宜、加工簡單，容易實現。

附圖說明

圖1為第一觸頭組結構圖。

圖2為第二觸頭組結構圖。

圖3為頂杆組結構圖。

圖4為頂杆結構圖。

圖5為觸頭頂杆連接圖。

圖6為中間部位結構圖。

圖7為伺服電機單元結構圖。

圖8為動力系統整體結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及實施案例對本發明裝置作進一步闡述，本闡述僅是對本發明裝置的說明，而非對本發明的限制。

一個36V400Ah的低速車動力系統採用了本發明方案，下面我們將對該案例作介紹說明，該說明僅僅是為了闡述本發明的原理和方法，並沒有將該動力系統所有內容展示出來，比如附圖1隻展示了部分串板（260）、第一觸頭組（210）、第二觸頭組（230）等。

該動力系統採用2並10串20個200Ah鋰離子電池（100）。該系統還包括串板選擇機構（200）、伺服電機單元（300）、電池管理系統BMS（400），所述串板選擇機構（200）由若干第一觸頭組（210）、固定觸頭排（220）、若干第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、若干頂杆組（250）、若干串板（260）、若干連接導體（270）等構成，所述伺服電機單元（300）由伺服電機（310）、可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）、敲杆（340）、彈簧（350）等構成；所述串板選擇機構（200）可以通過第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、頂杆組（250）的運動使單體電池（100）的電極與任意串板（260）處於可連接狀態，所述伺服電機單元（300）可以帶動敲杆（340）精確移動到頂杆組（250）的上方，通過可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）的運動使敲杆（340）下壓頂杆組（250）實現單體電池（100）的電極與任意串板（260）連接；所述BMS（400）可以控制系統中各類可控電磁體的開關與運行電流大小、可以控制伺服電機（310）的運行、記錄單體電池（100）的電壓、內阻、容量等參數並確定重新串並聯時單體電池（100）電極該連接到那個串板（260）上。

所述串板選擇機構（200）由第一觸頭組（210）、固定觸頭排（220）、第二觸頭組（230）、移動觸頭排（240）、頂杆組（250）、串板（260）、連接導體（270）、永磁體（281）、永磁體（282）、可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）、滑杆（293）、彈簧（294）、定位塊（295）、定位塊（296）構成；所述第一觸頭組（210）的數目大於動力系統電池組的串數的2倍，第一觸頭組（210）由若干第一觸頭（211）構成，其數目不少於電池組的串數，第一觸頭（211）安裝在固定觸頭排（220）上，如圖1所示；所述第二觸頭組（230）的數目大於動力系統電池組的串數的2倍且與第一觸頭組（210）對應，第二觸頭組（230）由若干第二觸頭（231）、若干彈簧（232）、連接排（233）、螺母（234）構成，第二觸頭（231）數目也不少於電池組的串數且與第一觸頭（211）對應，第二觸頭（231）安裝在移動觸頭排（240）上，中間有彈簧（232）支撐，第二觸頭（231）尾部通過螺母（234）與連接排（233）連接，連接排（233）尾部連接單體電池電極，如圖2所示；所述頂杆組（250）由若干頂杆（251）和彈簧（252）以及其他固定部件組成，頂杆組（250）安裝在基座上，頂杆（251）上部有凹槽，槽內是連通的導體，頂杆（251）尾部有彈簧（252），與其他部件配合使頂杆保持正常頂起狀態，如圖3、4所示；所述固定觸頭排（220）通過緊固件固定在基座上，其上安裝有永磁體（281）、永磁體（282），所述移動觸頭排（240）通過滑杆（293）安裝在定位塊（295）、定位塊（296）上，定位塊（295）、（296）通過緊固件安裝在基座上，滑杆（293）另外一端固定在固定觸頭排（220）上，滑杆上裝有彈簧（294），彈簧（294）使固定觸頭排（220）、移動觸頭排（240）常分離狀態，移動觸頭排（240）上裝有可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292），分別和永磁體（281）、永磁體（282）對應，如圖1、2、3、4、5、6所示。

伺服電機單元（300）由伺服電機（310）、可控電磁鐵（320）、永磁鐵（330）、敲杆（340）、彈簧（350）等構成，所述可控電磁鐵（320）安裝在支架上，支架固定在伺服電機工作檯上，永磁體（330）通過滑竿和可控電磁鐵（320）連接，滑竿上有彈簧（350）頂起永磁體，敲杆（340）連接在永磁體（330）末端，如圖7所示。

所述BMS（400）根據記錄的單體電池（100）的電壓、內阻、容量等參數重新給單體電池分組，確認單體電池的電極應該連接到那個串板（260）上，BMS（400）控制切斷安裝在移動觸頭排（240）上的可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）的電流，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）與頂杆（251）分離，單體電池（100）處於孤立狀態，BMS控制可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）通初級電流，可控電磁鐵與永磁體互相吸引，移動觸頭排（240）靠近固定觸頭排（220），第一觸頭（211）、第二觸頭（231）輕微卡住頂杆（251），BMS（400）控制伺服電機（310）移動到指定的位置，BMS（400）控制接通可控電磁鐵（320）電流，永磁鐵（330）受吸下行，帶動敲杆（340）擊打頂杆（251）頂部，頂杆（251）受壓下行，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）卡入頂杆（251）凹槽內頂住連通導體，若干第一觸頭（211）通過若干連接導體（270）使第一觸頭組（210）可與任一對應串板（260）連接，從而實現了單體電池（100）電極與任一對應串板（260）的連接，也就是單體電池（100）可以連接到動力系統中電池組的任一串上，所述BMS（400）控制給可控電磁鐵（291）、可控電磁鐵（292）通二級電流，第一觸頭（211）、第二觸頭（231）夾緊頂杆（251）保持連接可靠性。

所述BMS（400）按照以上所述的方法將所有單體電池（100）正極連接到同一串板（260）上，所有單體電池（100）負極連接到同一串板（260）上，從而實現動力系統中所有單體電池（100）的終極平衡。