一種串聯(lián)成組型動力電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及動力電池技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種低電壓動力電池組連接方式。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電動汽車的推廣，裡離子電池在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用越來越廣泛，單體電池需 通過多串聯(lián)多并聯(lián)的方式來滿足電池組的電壓和容量要求；常用電池連接方式很多，包括 先并聯(lián)后串聯(lián)（W下簡稱先并后串）、先串聯(lián)后并聯(lián)（W下簡稱先串后并）、混合串并聯(lián)結(jié) 構(gòu)等。
[0003] 現(xiàn)在大量在用的是先并后串結(jié)構(gòu)，如特斯拉的model S、Leaf純電動車、Volt增程 式電動車。運種電池組連接成組方式的優(yōu)點是對并聯(lián)支路電池忍的不一致性有一定的抑制 作用，同一并聯(lián)支路中的電池忍可共用一個BMS，減少了電池管理系統(tǒng)的成本。
[0004] 目前電動汽車的充電方式有換電和不換電兩種，為了縮短充電時間，不換電的電 動汽車，往往采用快充方式，運樣會對電池壽命和電網(wǎng)造成雙重影響。而換電方式（電動車 需要充電時，直接到換電站更換全部或部分電池）可W最大限度縮短車輛補給能源的等待 時間，還能在線下充電時對電池進行檢測與維護，延長電池的使用壽命，另外在不影響用戶 出行需求的情況下，也能集中利用谷電來實現(xiàn)慢充。
[0005] 但現(xiàn)有技術(shù)的電池組先并后串卻不是對應(yīng)換電的最好連接方式。首先先并后串的 連接方式存在自己的弊端，電池內(nèi)部短路是最常見而且最難W完全杜絕的現(xiàn)象，一旦某一 節(jié)電池短路，與之并聯(lián)的其他電池就會向其放電，造成很大的安全隱患，即使像特斯拉那樣 在每節(jié)電池上焊接保險絲，短路電池被切斷W后，安全性有所提高，但由于串聯(lián)電路的短板 效應(yīng)，電池的容量將會降低，對于國內(nèi)許多相對小容量的電動汽車，運種容量減小的影響更 大。
[0006] 其次，用戶對換電方式的期望也不僅限于縮短等待時間，也希望能根據(jù)短途還是 長途出行，自行配備相應(yīng)容量電池。而一旦先并后串的電池組做成模塊化W后，由于并聯(lián)電 池數(shù)量已經(jīng)確定，即電池容量已是定值，無法再做更改，所W無法滿足用戶的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的是解決電動車的電池組中，單個電池短路會造成安全隱患或容量衰 減、化及不適應(yīng)于"換電方式"來充電，化及用戶不能夠根據(jù)出行里程需求改變電池總?cè)萘俊?br>[0008] 為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是運樣的，一種串聯(lián)成組型動力電池組：
[0009] N個相互并聯(lián)的電池塊組成電池組；每一個電池塊由M個單體電池忍串聯(lián)而成；運 種先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式，將每條串聯(lián)支路做成模塊化，便于串聯(lián)支路中每個電池忍線 下的均衡與檢修，而且車輛需要多少容量電池就裝幾個電池塊，便于滿足用戶續(xù)航里程需 求。
[0010] 分W下兩種情況：
[0011] I)N和M均為大于等于2的整數(shù)，每一個電池塊所在的支路上串聯(lián)保險絲； 3過 陽01引II) N和M為整數(shù)，且SM S34;2 S iV S0在使用了該電池組的電動車到 充電站換電時，只置換其中一個或幾個電池塊（低電量電池塊），或者某節(jié)電池忍短路時， 其所在電池塊能自動與其他電池塊均衡，仍可輸出能量。
[0013] 運兩組范圍僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0014] 進一步，電動汽車行駛的能量為E，單體電池忍的能量為e，則所述電池組的能量 則可記為E = N*e。
[0015] 進一步，保險絲的額定電流為單電池忍允許的最大充電或放電電流（選較小的一 個）。
[0016] 進一步，用戶根據(jù)行駛里程增加或減少并聯(lián)的電池塊數(shù)。
[0017] 進一步，每一個電池塊所在的支路上安裝有開關(guān)，通過所述開關(guān)的通斷來控制該 支路上的電池塊是否接入電路。
[001引進一步，所述單體電池忍為立元材料電池，它的放電電壓曲線如圖1所示，對應(yīng)的 圖2是另一種常見材料憐酸鐵裡電池的放電電壓曲線，可W看出，=元材料電池的放電電 壓曲線較憐酸鐵裡電池的放電電壓曲線睹峭得多，運樣的特性決定了 =元材料的單電池忍 按本發(fā)明的連接方式連接W后，當一條串聯(lián)支路模塊因內(nèi)部某節(jié)單電池忍短路出現(xiàn)其端電 壓與其他支路模塊不一致，或荷電狀態(tài)（State Of化arge，W下簡稱S0C)不同導致其端電 壓與其他支路模塊不一致時，整個電池組可自動均衡。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，首先，該換電方式可W最大限度縮短車輛補給 能源的等待時間，還能在線下充電時對電池進行檢測與維護，延長電池的使用壽命，另外在 不影響用戶出行需求的情況下，也能集中利用谷電來實現(xiàn)慢充。
[0020] 另外，由于具有自適應(yīng)功能，本發(fā)明避免了現(xiàn)有電池組的安全隱患，不用像現(xiàn)有技 術(shù)那樣在每節(jié)電池上焊接保險絲，短路電池被切斷W后，電池的容量不會顯著降低，運對于 國內(nèi)許多相對小容量的電動汽車的意義是重大的。
[0021] 其次，用戶可W根據(jù)短途還是長途出行，自行配備相應(yīng)容量電池。而不像現(xiàn)有的電 池組做成模塊化W后，電池容量已是定值，無法再做更改。
【附圖說明】
[0022] 圖1本發(fā)明的示意圖；
[0023] 圖2是S元材料單電池忍放電電壓曲線圖
[0024] 圖3是憐酸鐵裡電池的放電電壓曲線； 陽0巧]圖4是圖1中電池忍的參數(shù)。 陽0%] 圖5是S元材料裡離子電池的充放電曲線。
[0027] 圖6是現(xiàn)有技術(shù)的先并后串的連接方式。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題 范圍僅限于下述實施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知 識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0029] 本發(fā)明的示例性實施中，基于=元材料電池忍參數(shù)給出了a.充電站換電方式時， 只置換其中一個或幾個電池塊時車上載有的低電量電池塊與置換高電量電池塊的電壓差 允許范圍b.某節(jié)電池忍短路時，其所在電池塊能自動與其他電池塊均衡，仍可輸出能量， 電池組的串聯(lián)電池忍數(shù)M、并聯(lián)電池塊數(shù)N需滿足的范圍。特別地，運兩組范圍僅用于解釋 本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0030] 圖1顯示本發(fā)明實施例提供的串聯(lián)成組型動力電池組，電池忍的參數(shù)如圖4所示， 保險絲的額定電流根據(jù)電池忍的參數(shù)選為3C，將如上所述的一個保險絲與20個電池忍依 次串聯(lián)形成一個電池塊，經(jīng)實驗得到一個電池塊的實際內(nèi)阻約為r=SOmQ，再由8個電池 塊并聯(lián)形成整個電池組。
[0031] 為驗證不同SOC的電池塊可相互并聯(lián)并且自動均衡，此處假設(shè)采用換電方式時， 我們保留n個電池塊置換其余8-n個電池塊。將保留的n個低電量電池塊等效為1個電池 塊，其開路電壓設(shè)為OCVi，大電流充電時極化電壓設(shè)為Vpi，端電壓設(shè)為，內(nèi)阻設(shè)為ri=r/ n;置換的高電量電池塊開路電壓設(shè)為OCV2,大電流放電時的極化電壓設(shè)為Vp2,端電壓設(shè)為 V"2,內(nèi)阻設(shè)為。二SOmQ，，當將一個置換電池塊與其余n個電池塊并聯(lián)時，流出置換電池塊 中電流為
[0034] 要使上述不等式恒成立，需滿足
[0036] 因1《n《7,3C大電流放電時Vp2> 20X0. 1 = 2V，Vpi> 0運里忽略不計，所W 有
[0038] 由實驗所得的充放電曲線如圖5所示，由圖可知，上述電壓范圍可大致覆蓋中間 段化3,0.引S0C，符合實際充電站換電要求。
[0039] 當某個電池塊中單節(jié)電池忍短路時，短路支路上的其余電池電壓將會升高
V為單節(jié)電池忍的電壓，由電池忍的參數(shù)得知電池忍能承受的最高電壓為4. 4V，為保證電 池安全使用，使用時單電池忍最高充電到4V左右，因此只有當滿足
才不會給短 路支路其余電池忍造成安全隱患，得到11 ;若要短路支路仍能正常放電，則單電池忍短 路瞬間，它所在的短路支路充電電流不能大于保險絲的額定電流3C，即 9
[0041] 帶入電池忍的具體參數(shù)后得到M《34，
，結(jié)合M和N必須為大于等 于2的整數(shù)W及M必須大于等于11，得到：
[0042] 18《M《：34 ;
[0044] 當單節(jié)電池忍短路但M、N不滿足上述范圍或同一電池塊中多節(jié)電池忍短路時，保 險絲烙斷W切斷安全隱患，該電池塊停止放電。與電池塊中出現(xiàn)電池忍斷路時類似，整個電 池組容量減小1/N。
[0045] 圖6顯示同等電壓和容量要求下先并后串的連接方式，為了防止電池短路造成安 全隱患，每節(jié)電池忍上都必須要焊接保險絲。
[0046] 運種連接方式下，單節(jié)電池短路或斷路的影響是一樣的，都會令整個電池組的容 量減小1/N。
[0047] 由于裡離子電池忍短路的概率遠遠大于斷路的概率，因此從整體經(jīng)濟性來看，短 路或斷路故障下，本發(fā)明提供的電池組結(jié)構(gòu)更優(yōu)。
【主權(quán)項】
1. 一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于： N個相互并聯(lián)的電池塊組成電池組；每一個電池塊由Μ個單體電池忍和一根保險絲串 聯(lián)而成； 分W下兩種情況： I )Ν和Μ均為大于等于2的整數(shù)；II )Ν和Μ為整數(shù)，且18《Μ《34 G:2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于：電動汽車行駛的 能量為Ε，單體電池忍的能量為e，則所述電池組的能量則可記為Ε=N*e。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于：保險絲的額定電 流為單電池忍允許的最大充電或放電電流。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于：用戶根據(jù)行駛里 程增加或減少并聯(lián)的電池塊數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于：所述單體電池忍 為Ξ元材料電池。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)成組型動力電池組，其特征在于：當電池組的串聯(lián) 電池忍數(shù)M、并聯(lián)電池塊數(shù)N需滿足權(quán)利要求書1所述的第二種范圍時，該電池組中某節(jié)電 池忍短路，其所在電池塊能自動與其他電池塊均衡，仍可輸出能量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低電壓動力電池組連接成組，N個相互并聯(lián)的電池塊組成電池組；每一個電池塊由M個單體電池芯和一根保險絲串聯(lián)而成；分以下兩種情況：Ⅰ)N和M均為大于等于2的整數(shù)；Ⅱ)N和M為整數(shù)，且本發(fā)明提供的動力電池組連接成組方式，具有較高的安全性，方便電動車進入充電站后，采用換電方式實現(xiàn)電力補充，且用戶能根據(jù)需求自行配備電池組的容量。
【IPC分類】H01M2/34, H01M2/20
【公開號】CN105406015
【申請?zhí)枴緾N201510945068
【發(fā)明人】劉和平, 曹美玲, 涂郁瀟穎, 張煜昕, 劉靜, 杜俊秀, 余傳祥, 鄧力
【申請人】重慶大學
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月16日