專利名稱：內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是單體水平鉛酸電池，尤其是一種內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池。
背景技術(shù)：
水平鉛酸蓄電池是目前最先進(jìn)的鉛酸蓄電池，單體水平鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示板柵為柔性導(dǎo)體，它由通過固態(tài)擠壓包覆成型的玻璃纖維復(fù)合鉛絲編織而成，板柵的一端涂敷正極活性物為正極板1，另一端涂敷負(fù)極活性物為負(fù)極板2，正、負(fù)極板1、2間用隔膜3隔開形成雙極板10，各雙極板10水平交錯(cuò)堆放，上下用壓力框架4固定，各雙極板10通過鉛絲內(nèi)部串聯(lián)，各雙極板兩端均通過鉛絲11分別連接正電極匯流排7+和負(fù)電極匯流排7-，正電極匯流排7+和負(fù)電極匯流排7-分別設(shè)有正極端子5和負(fù)極端子6，大量鉛絲并聯(lián)傳導(dǎo)電流，其電流分布均勻。目前，水平鉛酸蓄電池已大量應(yīng)用于電動(dòng)汽車。
對(duì)于電動(dòng)汽車(electric vehicles，下稱EV)或混合動(dòng)力汽車(hybridelectric vehicles，下稱HEV)而言，電池是其主要或輔助動(dòng)力源，是EV或HEV的關(guān)鍵組成部分。為了合理使用電池，充分利用電池中的能量，延長(zhǎng)電池的使用壽命，EV或HEV必須裝有電量表。其作用就象內(nèi)燃機(jī)汽車都裝有油量表一樣，對(duì)電池進(jìn)行荷電狀態(tài)測(cè)算(下稱SOC測(cè)算)，以判斷電池是否充滿電或放空電。與內(nèi)燃機(jī)汽車油量表不同的是，在判斷電池是否充滿或放空時(shí)，沒有象油量表那樣清晰準(zhǔn)確的判據(jù)。這是因?yàn)殡姵氐娜萘侩S著溫度、放電倍率、循環(huán)工作次數(shù)發(fā)生變化，過充和過放都會(huì)極大損害電池性能，所以電池的SOC測(cè)算遠(yuǎn)比油量表復(fù)雜和重要。從充分發(fā)揮電池能力和提高電池安全可靠工作性能兩個(gè)角度來講，SOC測(cè)算的正確度和實(shí)用可靠性是實(shí)現(xiàn)電池高效管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
目前，用于汽車的動(dòng)力電池SOC測(cè)算，尤其是處于充放電工況時(shí)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)算，采用的是安時(shí)(Ah)計(jì)量法，亦稱之謂庫(kù)侖計(jì)量法。其原理是通過電流積分來累計(jì)電池的放電量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)SOC測(cè)算。然而，要實(shí)現(xiàn)安時(shí)計(jì)量法的工程措施是在實(shí)時(shí)取樣時(shí)刻K，必須采集到電池的負(fù)載電壓參數(shù)Vk和電池的負(fù)載電流參數(shù)Ik；對(duì)于Vk取樣比較簡(jiǎn)單，直接從電池正、負(fù)極并聯(lián)取出Vk電壓參數(shù)；而對(duì)于Ik取樣，最簡(jiǎn)單的方法是在電池與負(fù)載連接回路中串聯(lián)一個(gè)電流取樣電阻，通過采集該取樣電阻的電壓降，依據(jù)歐姆定律就可換算出Ik電流參數(shù)。這種電流取樣方式原理是正確的，所采集到的電流參數(shù)也實(shí)時(shí)反映了負(fù)載回路中的電流真值。但是，車用動(dòng)力電池的工作電流通常很大，一般電機(jī)驅(qū)動(dòng)的正常工作電流為幾十安培～一百多安培。當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)電流可高達(dá)200～300安培。因此，串聯(lián)在負(fù)載主回路中的電流取樣電阻也要承受高達(dá)200～300安培的大電流，由此帶來以下缺陷一、電流取樣電阻的制造和安裝有難度由于電流取樣電阻要承受300安培電流，加上車用動(dòng)力電池的內(nèi)阻都很小，一般為零點(diǎn)幾個(gè)毫歐至幾個(gè)毫歐，所以電流取樣電阻的阻抗必須盡可能小。例如常見的直流電流表F1-2型0.5級(jí)分流電阻的規(guī)格為200A/75mv，相應(yīng)阻抗為0.375毫歐，如此小阻抗的電流取樣電阻，就不能用一般的錳銅絲繞制，要采用17×42×1.5的兩塊錳銅片銅焊在兩個(gè)銅電極上，還要通過老化、計(jì)量、標(biāo)定校正等加工工序，其中的標(biāo)定校正目前還只能依靠鋸縫等手工操作加以修正，且一旦校正過頭，還無(wú)法修復(fù)。另外，目前車用動(dòng)力電池都是以若干只單體電池通過適當(dāng)?shù)拇⒙?lián)組成相應(yīng)模塊，再由若干組模塊構(gòu)成整個(gè)車用動(dòng)力電池組。現(xiàn)有的電流取樣電阻是直接串入負(fù)載主回路中，對(duì)應(yīng)的SOC測(cè)算也只能針對(duì)整個(gè)電池組。受現(xiàn)有電流取樣電阻外形尺寸較大以及必須加固大電流接觸端子的條件限制，采用上述直接串入方式要精確測(cè)算到每個(gè)模塊組甚至測(cè)算到每個(gè)單體電池的SOC測(cè)算是不現(xiàn)實(shí)的。
二、測(cè)量范圍和測(cè)量精度受到限制，當(dāng)電池處于充放電工況，又要進(jìn)行實(shí)時(shí)SOC測(cè)算，這時(shí)要注意負(fù)載回路中的尖鋒脈沖電流和高頻噪聲信號(hào)的干擾，為正確取得電流參數(shù)，除了采用必要的有源濾波、數(shù)字濾波等軟硬件抗干擾措施外，還希望電流取樣電阻上的電流壓降盡可能大一些。但由于該取樣電阻的阻抗又特別小，處于零點(diǎn)幾毫歐數(shù)量級(jí)。在小電流量程時(shí)，取樣電阻上降壓1毫伏，甚至只有零點(diǎn)幾毫伏，其抗干擾能力很差，會(huì)影響測(cè)量范圍和測(cè)算精度。
三、有可能降低電池工作可靠性由于電流取樣電阻是串聯(lián)在負(fù)載回路中，又要經(jīng)受高達(dá)數(shù)百安培的大工作電流，其接線端子的接觸電阻必須特別小，如要用M8以上的大尺寸緊固螺栓、螺母連接主回路電纜，運(yùn)行中需進(jìn)行抗振動(dòng)維護(hù)，一旦電流取樣電阻因振動(dòng)或安裝等原因形成接觸不良，會(huì)導(dǎo)致打火或燒毀斷路，即會(huì)中斷負(fù)載回路使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可見，現(xiàn)有主回路電流取樣模式存在著因電流取樣電阻損壞造成SOC測(cè)算失敗，引發(fā)電量表故障，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)的嚴(yán)重缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的不足，基于水平鉛酸蓄電池所特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提供一種內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池。這種嵌有電流取樣電阻的電池有利于電池充電流進(jìn)或放電流出的負(fù)載電流以及全部或部分負(fù)載電流之電壓降數(shù)據(jù)測(cè)取。
本發(fā)明內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于單體水平鉛酸蓄電池內(nèi)部之電極輸出部位至少嵌入一個(gè)電流取樣電阻；所述電流取樣電阻與電極連接端設(shè)有外露于電池的測(cè)量引出線。
所述嵌入電流取樣電阻串聯(lián)在電極匯流排與電池正極或負(fù)極輸出端子之間。它可實(shí)現(xiàn)電池負(fù)載電流集中取樣。
所述嵌入電流取樣電阻串聯(lián)在雙極板鉛絲與正電極匯流排或負(fù)電極匯流排之間。它可實(shí)現(xiàn)電池負(fù)載電流的分布取樣。
本發(fā)明內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)科學(xué)，結(jié)構(gòu)合理、巧妙、簡(jiǎn)單緊湊。通過嵌置在電池內(nèi)的電流取樣電阻，可測(cè)得其單體水平鉛酸蓄電池充電流進(jìn)或放電流出的負(fù)載電流以及全部或部分負(fù)載電流在取樣電阻上的電壓降數(shù)據(jù)。測(cè)得的數(shù)據(jù)再按常規(guī)校正值計(jì)算即可得到負(fù)載電流值。其具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1、單體電池內(nèi)部嵌入取樣電阻，使得單體電池可以實(shí)現(xiàn)電池荷電狀態(tài)測(cè)算。在此基礎(chǔ)上，可推廣和開發(fā)出低成本、高精度的動(dòng)力電池電量表、電池智能管理芯片等高附加值產(chǎn)品；2、內(nèi)嵌取樣電阻采用鑄焊工藝連接較現(xiàn)有外褂式取樣電阻的螺栓、螺母機(jī)械固定連接可靠性高；3、內(nèi)嵌取樣電阻的軟件自校準(zhǔn)比現(xiàn)有的外褂式取樣電阻制造和校正標(biāo)定計(jì)量成本低，可重復(fù)多次校準(zhǔn)。現(xiàn)有的取樣電阻產(chǎn)品只能一次性校準(zhǔn)；本發(fā)明內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖和實(shí)施例詳細(xì)給出。


圖1是單體水平鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3是內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池的另一結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4是圖2所示內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池SOC測(cè)算原理圖；圖5是圖3所示內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池SOC測(cè)算原理圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種可實(shí)現(xiàn)電池負(fù)載電流集中取樣的內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池。本實(shí)施例涉及的單體水平鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)為中國(guó)專利ZL02243794.0公開的《鉛酸蓄電池的端子結(jié)構(gòu)》，從圖1和圖2可見，鉛酸蓄電池由通過固態(tài)擠壓包覆成型的玻璃纖維復(fù)合鉛絲編織而成的柔性導(dǎo)體板柵，板柵的一端涂敷正極活性物為正極板1，另一端涂敷負(fù)極活性物為負(fù)極板2，正、負(fù)極板1、2間用隔膜3隔開形成準(zhǔn)雙極板10，各雙極板10水平交錯(cuò)堆放，各雙極板10兩端的鉛絲11內(nèi)部串聯(lián)，上下用壓力框架4固定。雙電極10兩端均通過鉛絲11-1、11-2、11-3…11-n分別與正極端子5和負(fù)極端子6的正電極匯流排7+和負(fù)電極匯流排7-連接；所述正極端子5為純導(dǎo)電功能的支架8+，負(fù)極端子6為嵌有取樣電阻的導(dǎo)電支架8-，導(dǎo)電支架8-由具電流取樣電阻Rs功能的L型底座81和純導(dǎo)電功能的圓桶型彎鉤82通過鑄焊連接組成；所述L型底座81由高穩(wěn)定低溫度系數(shù)的錳銅合金材料制成；導(dǎo)電支架8-具雙重功能，既可滿足其導(dǎo)電功能，又能滿足測(cè)量負(fù)載電流的功能。導(dǎo)電支架8-的底座81與負(fù)電極匯流排7-鑄焊連接。所述負(fù)電極匯流排7-設(shè)有外露于電池殼體的測(cè)量引出線9。
本內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池SOC測(cè)算原理如圖4，水平鉛酸蓄電池的正電極匯流排7+連接純導(dǎo)電支架和負(fù)電極匯流排7-連接導(dǎo)電支架8通過導(dǎo)線連接負(fù)載Rz，連接導(dǎo)線上串有電流表A，通過電流表A可獲得水平電池與負(fù)載Rz的回路電流Io；負(fù)電極匯流排7-的測(cè)量引出線9與負(fù)電極匯流排7-相連輸入端導(dǎo)電支架8之圓桶型彎鉤82連接導(dǎo)線上并有電壓表V，通過電壓表V可獲得取樣電阻Rs兩端負(fù)載電流流過的電壓降VRS，用式I1＝V1/RS1，I1∝I0/n，加上校正值修正就可推導(dǎo)出負(fù)載電流參數(shù)值。
實(shí)施例2從圖3可以清楚地看到，這是一種可實(shí)現(xiàn)電池負(fù)載電流分布取樣的內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，區(qū)別是電流取樣電阻RS1、RS2、RS3…RSn串聯(lián)在雙電極板10各鉛絲11-1、11-2、11-3…11-n與負(fù)電極匯流排7-之間(見圖3)。所述串聯(lián)有電流取樣電阻RS1、RS2、RS3…RSn的雙極板10的鉛絲11-1、11-2、11-3…11-n可以是同一雙極板10層的鉛絲11，或不同雙極板10層、不同位置的鉛絲11；可以單獨(dú)一根鉛絲11對(duì)應(yīng)一個(gè)電流取樣電阻RS，也可以若干鉛絲11先行并聯(lián)后，再串入一個(gè)或幾個(gè)電流取樣電阻RS。所有電流取樣電阻RS的另一端再連接到負(fù)電極匯流排7-上。所有電流取樣電阻RS與電極鉛絲11連接線上均設(shè)有外露于電池的測(cè)量引出線9。
本內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池SOC測(cè)算原理如圖5，水平鉛酸蓄電池的正電極匯流排7+正極端子5和負(fù)電極匯流排7-負(fù)極端子6通過導(dǎo)線連接負(fù)載Rz，連接導(dǎo)線上串有電流表A，通過電流表A可獲得水平電池與負(fù)載Rz的回路電流Io；電極1、2各鉛絲11-1、11-2、11-3…11-n與電流取樣電阻RS1、RS2、RS3…RSn連線之測(cè)量引出線9用導(dǎo)線與負(fù)電極匯流排7-的負(fù)極端子6連接，各連接導(dǎo)線上均并有電壓表V1、V2、V3…Vn，通過電壓表V1、V2、V3…Vn可獲得各取樣電阻RS1、RS2、RS3…RSn兩端負(fù)載電流流過的電壓降VRS，用式I1＝V1/RS1，I1∝I0/n，加上校正值修正就可推導(dǎo)出各負(fù)載電流參數(shù)值以及總負(fù)載電流值參數(shù)。實(shí)現(xiàn)水平鉛酸蓄電池負(fù)載電流參數(shù)分布式取樣。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，本發(fā)明的具體實(shí)施不只局限于這些說明。在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于單體水平鉛酸蓄電池內(nèi)部之電極輸出部位至少嵌入一個(gè)電流取樣電阻；所述電流取樣電阻與電極連接端設(shè)有外露于電池的測(cè)量引出線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于所述嵌入電流取樣電阻串聯(lián)在電極匯流排與電池正極或負(fù)極輸出端子之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于所述嵌入電流取樣電阻串聯(lián)在雙極板鉛絲與正電極匯流排或負(fù)電極匯流排之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于電流取樣電阻RS串聯(lián)在負(fù)電極匯流排(7-)與電池負(fù)極端子(6)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于電流取樣電阻RS串聯(lián)在雙極板(10)鉛絲(11)與負(fù)電極匯流排(7-)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于串聯(lián)有電流取樣電阻RS的雙極板(10)鉛絲(11)可以是同一層雙極板(10)的鉛絲，或不同層雙極板(10)、不同位置的鉛絲(11)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于可以單獨(dú)一根鉛絲(11)對(duì)應(yīng)一個(gè)電流取樣電阻RS，也可以若干鉛絲(11)先行并聯(lián)后，再串入一個(gè)或幾個(gè)電流取樣電阻RS。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于所述電流取樣電阻RS設(shè)置在單體水平鉛酸蓄電池的導(dǎo)電支架(8-)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于導(dǎo)電支架(8-)由具電流取樣電阻Rs功能的L型底座(81)和純導(dǎo)電功能的圓桶型彎鉤(82)鑄焊連接而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于L型底座(81)由高穩(wěn)定低溫度系數(shù)的錳銅合金材料制成。
全文摘要
一種內(nèi)嵌有電流取樣電阻的單體水平鉛酸蓄電池，包括單體水平鉛酸蓄電池，其特征在于單體水平鉛酸蓄電池內(nèi)部之電極輸出部位至少嵌入一個(gè)電流取樣電阻；所述電流取樣電阻與電極連接端設(shè)有外露于電池的引出線。本發(fā)明設(shè)計(jì)科學(xué)，結(jié)構(gòu)合理、巧妙、簡(jiǎn)單緊湊。通過嵌置在電池內(nèi)的電流取樣電阻，可測(cè)得其單體水平鉛酸蓄電池充電流進(jìn)或放電流出的負(fù)載電流以及全部或部分負(fù)載電流在取樣電阻上的電壓降數(shù)據(jù)。測(cè)得的數(shù)據(jù)再按常規(guī)校正值計(jì)算即可得到負(fù)載電流值。
文檔編號(hào)H01M10/06GK1750316SQ20051003730
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者程浩川 申請(qǐng)人:程浩川