具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，包括：由若干鋰離子電池堆串聯(lián)形成的電池串；與該電池串串聯(lián)的主回路大電流開關(guān)；用以控制該主回路大電流開關(guān)導(dǎo)通或斷開的開關(guān)控制電路模塊，該開關(guān)控制電路模塊與該電池串并聯(lián)；控制模塊，用以依據(jù)該電池串的端電壓、該鋰離子電池組的內(nèi)部溫度以及該鋰離子電池組主回路內(nèi)的電流大小中的任一者是否在可接受范圍內(nèi)而控制該主回路大電流開關(guān)接通或者斷開；并且，該鋰離子電池組還與充電模塊連接。本發(fā)明可有效杜絕鋰離子電池組端電壓過高、內(nèi)部溫度過高、電流過大、電池單體過充或過放等問題，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的自我保護(hù)，提升及擴(kuò)展鋰離子電池組的使用性能。
【專利說明】具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池組，特別涉及一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大 電流鋰離子電池組，屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前鋰離子電池作為一種高性能的儲能設(shè)備已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等多個領(lǐng)域 中廣泛應(yīng)用。鋰離子電池在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，其中，充 電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。然而， 現(xiàn)有的鋰離子電池組在應(yīng)用時，常會遭遇因電池組端電壓過高、內(nèi)部溫度過高、電流過大、 某一個或幾個電池單體過充或過放等引起的故障，使得鋰離子電池組無法正常工作，甚至 造成鋰離子電池組的損毀，且現(xiàn)有的鋰離子電池組可擴(kuò)展性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性 的大電流鋰離子電池組。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案： 一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，包括： 主要由兩個以上鋰離子電池堆串聯(lián)形成的電池串， 與所述電池串串聯(lián)的主回路大電流開關(guān)， 至少用以控制所述主回路大電流開關(guān)導(dǎo)通或斷開的開關(guān)控制電路模塊，所述開關(guān)控制 電路模塊與所述電池串并聯(lián)， 以及控制模塊，至少用以依據(jù)所述電池串的端電壓、所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度以 及所述鋰離子電池組主回路內(nèi)的電流大小中的任一者是否在可接受范圍內(nèi)而控制所述主 回路大電流開關(guān)接通或者斷開； 并且，所述鋰離子電池組還與至少用以對所述鋰離子電池組進(jìn)行充電的充電模塊連 接。
[0005] 進(jìn)一步的，所述電池串的端電壓的可接受范圍為：上限為所述鋰離子電池堆的電 壓可接受范圍上限乘以N，下限為所述鋰離子電池堆的電壓可接受范圍下限乘以N，其中N 為所述電池串中鋰離子電池堆的數(shù)量。
[0006] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度的可接受范圍為：上限45飛0°C，下 限-unrc。
[0007] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池組的主回路電流大小的可接受范圍為小于或等于 300A。
[0008] 進(jìn)一步的，所述具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組還包括： 與任一鋰離子電池堆并聯(lián)的至少一均衡模塊，至少用以在所述鋰離子電池堆的端電壓 高于設(shè)定值時，將所述鋰離子電池堆的電量耗散至所述鋰離子電池堆的端電壓等于或低于 所述設(shè)定值。
[0009] 進(jìn)一步的，所述均衡模塊的電壓開啟范圍為3. 4~4. 8V，耗散功率大于0. 5W。
[0010] 進(jìn)一步的，所述充電模塊的充電總電壓與各均衡模塊的開啟電壓之和的差值的絕 對值小于N*0. 05mV，其中N為所述鋰離子電池堆的數(shù)量。
[0011] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池堆的端電壓的接受范圍比均衡電壓高0.05~1.0 V。
[0012] 進(jìn)一步的，所述電池串的端電壓的接受范圍比所述電池串中所含鋰離子電池堆的 均衡電壓之和高〇. 05曠1. 0N V，其中，N為所述電池串中鋰離子電池堆的數(shù)量。
[0013] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池堆包含一個鋰離子電池單體或兩個以上并聯(lián)設(shè)置的鋰 離子電池單體。
[0014] 進(jìn)一步的，組成所述電池串的各鋰離子電池堆的容量偏差小于其中任一離子電池 堆自身容量的5%。
[0015] 進(jìn)一步的，所述主回路大電流開關(guān)可選自常開的繼電器或常斷的大電流接觸器， 但不限于此。
[0016] 進(jìn)一步的，所述充電模塊包括外部直接接入的直流電源或者由外部電源接入后通 過所述電池組內(nèi)置的AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換形成的直流電源。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括：通過采用開關(guān)控制電路模塊、控制模塊等控 制主回路大電流開關(guān)，并配合充電模塊、均衡模塊等，可有效杜絕大電流鋰離子電池組端電 壓過高、內(nèi)部溫度過高、電流過大、電池單體過充或過放等問題，從而實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組的 自我保護(hù)和功能擴(kuò)展，提升了鋰離子電池組的使用性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰 離子電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí) 施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù) 附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。
[0021] 在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅 示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大 的其他細(xì)節(jié)。
[0022] 本發(fā)明的一個方面提供了一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電 池組，包括： 主要由兩個以上鋰離子電池堆串聯(lián)形成的電池串， 與所述電池串串聯(lián)的主回路大電流開關(guān)， 至少用以控制所述主回路大電流開關(guān)導(dǎo)通或斷開的開關(guān)控制電路模塊，所述開關(guān)控制 電路模塊與所述電池串并聯(lián)， 以及控制模塊，至少用以依據(jù)所述電池串的端電壓、所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度以 及所述鋰離子電池組主回路內(nèi)的電流大小中的任一者是否在可接受范圍內(nèi)而控制所述主 回路大電流開關(guān)接通或者斷開； 并且，所述鋰離子電池組還與至少用以對所述鋰離子電池組進(jìn)行充電的充電模塊連 接。
[0023] 本發(fā)明的一個方面提供了 一種大電流鋰離子電池組的自我保護(hù)及充電方法，包 括： 提供主要由兩個以上鋰離子電池堆串聯(lián)形成的電池串， 提供與所述電池串串聯(lián)的主回路大電流開關(guān)， 提供與所述電池串并聯(lián)的開關(guān)控制電路模塊，并以所述開關(guān)控制電路模塊控制所述主 回路大電流開關(guān)導(dǎo)通或斷開， 提供充電模塊，用以對所述鋰離子電池組進(jìn)行充電，以及 提供控制模塊，用以依據(jù)所述電池串的端電壓、所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度以及所 述鋰離子電池組主回路內(nèi)的電流大小中的任一者是否在可接受范圍內(nèi)而控制所述主回路 大電流開關(guān)接通或者斷開。
[0024] 以下結(jié)合附圖及一典型實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋說明。
[0025] 例如，請參閱圖1，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的 大電流鋰離子電池組(如下簡稱電池組）由兩個以上鋰離子電池堆（如下簡稱電池堆)、主回 路大電流開關(guān)，開關(guān)控制電路模塊，兩個以上均衡模塊以及控制模塊組成。其中，該電池組 還與充電模塊連接。
[0026] 其中，該兩個以上鋰離子電池堆通過串聯(lián)形成電池串后與主回路大電流開關(guān)串 聯(lián)，提供整個電池組的動力輸出； 開關(guān)控制電路模塊與電池串相并聯(lián)，且開關(guān)控制電路模塊的閉合或者斷開可調(diào)整電池 串對主回路大電流開關(guān)的控制； 控制模塊用以控制主回路大電流開關(guān)的接通或者斷開； 充電模塊用以對該電池組進(jìn)行充電。
[0027] 其中，控制模塊通過檢查電池串兩端電壓是否在可接受范圍，電池組內(nèi)部溫度是 否在可接受范圍，以及電池組的主回路電流本身是否在可接受范圍控制主回路大電流開關(guān) 的接通或者斷開。
[0028] 進(jìn)一步的，所述電池串的端電壓的可接受范圍優(yōu)選為：上限為所述鋰離子電池堆 的電壓可接受范圍上限乘以N，下限為所述鋰離子電池堆的電壓可接受范圍下限乘以N，其 中N為所述電池串中鋰離子電池堆的數(shù)量，超出允許范圍的，控制模塊將發(fā)出信號，將主回 路大電流開關(guān)斷開。
[0029] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度的可接受范圍優(yōu)選為：上限45飛0°C，下 限-KT(TC，超出允許范圍的，控制模塊將發(fā)信號將主回路大電流開關(guān)斷開。
[0030] 進(jìn)一步的，所述鋰離子電池組的主回路電流大小的可接受范圍優(yōu)選為小于或等于 300A，超出允許范圍的，控制模塊將發(fā)信號將主回路大電流開關(guān)斷開。
[0031] 進(jìn)一步的，每一鋰離子電池堆并聯(lián)一均衡模塊，所述均衡模塊可以在所述鋰離子 電池堆的端電壓高于設(shè)定值時，通過耗散元件等將相應(yīng)鋰離子電池堆的電量耗散至該鋰離 子電池堆的端電壓等于或低于所述設(shè)定值。
[0032] 其中，所述均衡模塊的電壓開啟范圍優(yōu)選為3. 4~4. 8V，耗散功率優(yōu)選大于0. 5W。
[0033] 其中，所述充電模塊的充電總電壓與各均衡模塊的開啟電壓之和的差值的絕對值 小于N*0. 05mV，其中N為所述電池串中所含鋰離子電池堆的數(shù)量。
[0034] 其中，所述鋰離子電池堆的端電壓的接受范圍比均衡電壓高0. 05~1. 0V。
[0035] 其中，所述電池串的端電壓的接受范圍比所述電池串中所含鋰離子電池堆的均衡 電壓之和高〇. 05曠1. 0N V，其中，N為所述電池串中鋰離子電池堆的數(shù)量。
[0036] 其中，組成所述電池串的各鋰離子電池堆的容量偏差小于其中任一離子電池堆自 身容量的5%。
[0037] 其中，鋰離子電池堆可以由一個鋰離子電池單體組成或若干鋰離子電池單體并聯(lián) 組成。
[0038] 其中，充電模塊可以是由所述電池組外部直接接入的符合前述充電總電壓要求的 直流電源，也可以是外部電源接入后通過所述電池組內(nèi)置的AC/DC或DC/DC轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換 形成的直流電源。
[0039] 其中，主回路大電流開關(guān)可以采用常開的繼電器或常斷的大電流接觸器，但不限 于此。
[0040] 其中，控制模塊、開關(guān)控制電路模塊既可以是一個簡單開關(guān)，也可以采用由各類具 有數(shù)字處理能力的器件構(gòu)成的自動控制模塊等。
[0041] 最后還需要說明的是，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。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特征在于包括： 主要由兩個以上鋰離子電池堆串聯(lián)形成的電池串， 與所述電池串串聯(lián)的主回路大電流開關(guān)， 至少用以控制所述主回路大電流開關(guān)導(dǎo)通或斷開的開關(guān)控制電路模塊，所述開關(guān)控制 電路模塊與所述電池串并聯(lián)， 以及控制模塊，至少用以依據(jù)所述電池串的端電壓、所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度以 及所述鋰離子電池組主回路內(nèi)的電流大小中的任一者是否在可接受范圍內(nèi)而控制所述主 回路大電流開關(guān)接通或者斷開； 并且，所述鋰離子電池組還與至少用以對所述鋰離子電池組進(jìn)行充電的充電模塊連 接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特 征在于： 所述電池串的端電壓的可接受范圍為：上限為所述鋰離子電池堆的電壓可接受范圍上 限乘以N，下限為所述鋰離子電池堆的電壓可接受范圍下限乘以N，其中N為所述電池串中 鋰離子電池堆的數(shù)量； 所述鋰離子電池組的內(nèi)部溫度的可接受范圍為：上限45飛0°C，下限-KT〇°C ; 所述鋰離子電池組的主回路電流大小的可接受范圍為小于或等于300A。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特 征在于還包括： 與任一鋰離子電池堆并聯(lián)的至少一均衡模塊，至少用以在所述鋰離子電池堆的端電壓 高于設(shè)定值時，將所述鋰離子電池堆的電量耗散至所述鋰離子電池堆的端電壓等于或低于 所述設(shè)定值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特 征在于所述均衡模塊的電壓開啟范圍為3. 4~4. 8V，耗散功率大于0. 5W。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其 特征在于所述充電模塊的充電總電壓與各均衡模塊的開啟電壓之和的差值的絕對值小于 N*0. 05mV，其中N為所述鋰離子電池堆的數(shù)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特 征在于所述鋰離子電池堆的端電壓的接受范圍比均衡電壓高0. 〇5~1. 0 V。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子電池組，其特 征在于所述電池串的端電壓的接受范圍比所述電池串中所含鋰離子電池堆的均衡電壓之 和高0.05曠1. 0N V，其中，N為所述電池串中鋰離子電池堆的數(shù)量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子 電池組，其特征在于所述鋰離子電池堆包含一個鋰離子電池單體或兩個以上并聯(lián)設(shè)置的鋰 離子電池單體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子 電池組，其特征在于組成所述電池串的各鋰離子電池堆的容量偏差小于其中任一離子電池 堆自身容量的5%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的具有自我保護(hù)功能和可擴(kuò)展性的大電流鋰離子 電池組，其特征在于所述主回路大電流開關(guān)采用常開的繼電器或常斷的大電流接觸器。
【文檔編號】H01M10/44GK104143663SQ201410341275
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】吳曉東 申請人:蘇州納新新能源科技有限公司