專利名稱：飛線成組型動力電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及動力電池技術領域，特別涉及一種飛線成組型動力電池組。
背景技術：
目前，大部分汽車主要以柴油機或者汽油機等內燃機作為動力源，然而隨著全球石油資源日益枯竭，溫室效應等環(huán)境問題愈加嚴峻，各國都愈加重視能源和環(huán)境的問題，并推出了越來越嚴苛的排放法規(guī)，因此，在這樣的背景下，必須大力發(fā)展新能源汽車。其中，電動汽車(包括純電動汽車和混合動力汽車等)由于電能來源廣泛，電池和電機技術都比較成熟，成為現(xiàn)在新能源汽車的主流發(fā)展方向，得到大多數(shù)人認可。為了滿 足整車的動力性、續(xù)駛里程等需求，電動汽車上所使用的電池系統(tǒng)必須有足夠高的電壓高以及足夠大的容量，而現(xiàn)在的電池單體電壓、容量都比較有限。為了滿足實車的需求，需要將諸多的單體電池串并聯(lián)集成成組，從而構建成滿足整車需求的動力電池組。與單一的電池單體相比，電池成組后增加了許多新的問題，包括電池系統(tǒng)的安全性、電池單體之間的不一致性以及電池組的耐久性等方面。為了解決這些問題，不僅需要使用先進的電池管理系統(tǒng)和算法，也需要采用合理的動力電池成組構型現(xiàn)有的動力電池成組構型有先并聯(lián)后串聯(lián)和先串聯(lián)后并聯(lián)兩種。先串后并的構型是先將電池單體用電阻可以忽略的導線串聯(lián)起來組成一個適當總電壓的串聯(lián)支路，然后將若干個串聯(lián)支路通過電阻可以忽略的導線并聯(lián)起來并接到整車動力總線上，這樣的構型雖然利于電池管理系統(tǒng)采集每一節(jié)電池的電壓以進行精確的電池管理，但是電池組的可靠性較差，有一節(jié)電池單體斷路則所在串聯(lián)支路都無法繼續(xù)輸出。因此，現(xiàn)在的主流構型是先并后串，即在先串后并構型基礎上，采用電阻可以忽略的導線作為并聯(lián)元件，將所有的并聯(lián)位置相鄰電池單體連接起來，這樣的構型電池組可靠性較高，但是電池短路失效情況下安全性差，而且不利于電池管理系統(tǒng)對電池組進行精密的管理。由上可知，傳統(tǒng)動力電池成組技術存在可靠性低、安全性差以及不利于對電池單體的精確管理等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種飛線成組型動力電池組，該飛線成組型動力電池組安全性好，可靠性高，且能夠對每一節(jié)電池單體進行精確管理。為達到上述目的，本發(fā)明實施例公開了一種飛線成組型動力電池組，包括單體電池，所述單體電池分為N組，每一組單體電池具有M個單體電池，相鄰兩組單體電池中的單
體電池--對應,每一組的M個單體電池依次串聯(lián)，其中N和M均為大于等于2的整數(shù)；以
及并聯(lián)元件，所述N組中的一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與至少一個并聯(lián)元件的一端相連且所述至少一個并聯(lián)元件的第二端連接在至少另一組單體電池中的兩個相鄰單體電池之間且與同一組單體電池的所有的相鄰兩個單體電池之間相連的多個并聯(lián)元件的另一端連接在至少另外兩組單體電池的相鄰兩個單體電池之間，以通過所述多個并聯(lián)元件將所述N組單體電池并聯(lián)，其中所述一組單體電池中的所述兩個相鄰單體電池與所述另一組單體電池中的所述兩個相鄰單體電池--對應。根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組，通過飛線成組的構型，綜合先并后串和先串后并這兩組現(xiàn)有電池成組構型的優(yōu)點，克服其缺點，合理地將電池單體集成成組。該飛線成組型動力電池組具有安全性能好，可靠性高，自均衡功能強以及能夠對每一節(jié)單體電池進行精確的狀態(tài)估計、故障診斷和管理等優(yōu)點。在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛線成組型動力電池組中的并聯(lián)元件為導線、可控開關、電阻、保險絲、二極管、穩(wěn)壓二極管和電感中的至少一種。采用保險絲為并聯(lián)元件的動力電池組，可以大大地改善電池單體失效對電池組造成的不利影響，電池組的安全性得到了進一步的提高。、在本發(fā)明的一個實施例中，所述可控開關為電磁開關、金屬-氧化層-半導體-場效晶體管Mosfet、三極管、絕緣柵雙極型晶體管IGBT和繼電器之一。采用可控開關為并聯(lián)元件的動力電池組，根據(jù)不同的工況和目的，電池管理系統(tǒng)可以合理的控制開關的打開和關斷，達到最優(yōu)的管理和控制。在本發(fā)明的一個實施例中，所述飛線成組型動力電池組中的每一組內的M個單體電池通過導線依次串聯(lián)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述N組單體電池內的第I個單體電池的正極均通過導線與第一總線相連，且所述N組單體電池內的第M個單體電池的負極均通過導線與第二總線相連。在本發(fā)明的一個實施例中，當所述一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與多個的并聯(lián)元件的一端相連時，所述多個并聯(lián)元件的第二端連接在不同組的兩個相鄰單體電池之間。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組的結構示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例中并聯(lián)元件為導線的飛線成組型動力電池組的結構示意圖；和圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例中并聯(lián)元件為電阻的飛線成組型動力電池組的結構示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結構。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此夕卜，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施 例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。下面參考圖I至圖3描述根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組。如圖I所示，本發(fā)明實施例提供的飛線成組型動力電池組包括多組單體電池101和多組并聯(lián)元件105。其中，單體電池101分為N組，每一組單體電池具有M個單體電池
101，相鄰兩組單體電池中的單體電池--對應，每一組的M個單體電池101依次串聯(lián)，其中
N和M均為大于等于2的整數(shù)。此外，N組中的一組單體電池中的相鄰兩個單體電池101之間與至少一個并聯(lián)元件105的一端相連且至少一個并聯(lián)元件105的第二端連接在至少另一組單體電池中的兩個相鄰單體電池101之間，且與同一組單體電池的所有的相鄰兩個單體電池之間相連的多個并聯(lián)元件的另一端連接在至少另外兩組單體電池的相鄰兩個單體電池之間，以通過多個并聯(lián)元件105將N組單體電池并聯(lián)，其中一組單體電池中的兩個相鄰單
體電池101與另一組單體電池中的兩個相鄰單體電池101--對應。如圖I或圖2所示，
在本發(fā)明的一個具體示例中，如果N組電池組的任意一組電池組的相鄰兩個單體電池之間與一個并聯(lián)元件的一端相連時，則該并聯(lián)元件的另一端只與剩余電池組中的另外一組單體電池中的對應兩個單體電池之間相連,且保證每一組的單體電池的相鄰兩個單體電池之間只與一個并聯(lián)兀件的一端相連。如圖3所示，在本發(fā)明的另一示例中，如果N組電池組的任意一組電池組的相鄰兩個單體電池之間連接多個并聯(lián)元件，其對于任意一組電池組而言，其相鄰兩個電池組之間的連接點的數(shù)量應為N-I個,且與該電池組的相鄰兩個單體電池之間連接的N-I個并聯(lián)元件的另一端要保證連接在不同的電池組的對應的相鄰單體電池之間。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖I所示，上述飛線成組型動力電池組中每一組內的M個單體電池101通過導線102依次串聯(lián)，導線102的電阻可以忽略不計。在本發(fā)明的一個實施例中，如圖I所示，上述飛線成組型動力電池組的正極通過導線102與第一總線103相連，負極通過導線102與第二總線104相連。其中，導線102的電阻可以忽略不計。
具體而言，在本發(fā)明的一個實施例中，如圖I所示，上述飛線成組型動力電池組中的 M=8，N=4。根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組，通過飛線成組的構型，綜合先并后串和先串后并這兩組現(xiàn)有電池成組構型的優(yōu)點，克服其缺點，合理地將電池單體集成成組。因此，該飛線成組型動力電池組能夠防止由于其中一節(jié)電池單體出現(xiàn)短路故障而造成與之并聯(lián)電池被短路，大大提高了安全性能；同時還能防止由于一節(jié)電池單體出現(xiàn)斷路故障而造成其他與之串聯(lián)的電池無法繼續(xù)正常工作，因此可靠性較高。此外，電池管理系統(tǒng)能夠精確的監(jiān)測每一節(jié)單體電池的端電壓，進而對每一節(jié)單體電池進行精確的狀態(tài)估計、故障診斷和管理，且該動力電池組還具有合理的自均衡功能。在本發(fā)明的一個實施例中，上述飛線成組型動力電池組中的并聯(lián)元件105為導線、可控開關、電阻、保險絲、二極管、穩(wěn)壓二極管和電感中的至少一種。在本發(fā)明的一個實施例中，上述飛線成組型動力電池組中的可控開關為電磁開 關、Mosfet (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層-半導體-場效晶體管)、三極管、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)和繼電器之一。采用可控開關為并聯(lián)元件的飛線成組型動力電池組，根據(jù)不同的工況和目的，電池管理系統(tǒng)可以合理的控制開關的打開和關斷，達到最優(yōu)的管理和控制。在本發(fā)明的一個實施例中，當一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與多個的并聯(lián)元件的一端相連時，多個并聯(lián)元件的第二端連接在不同組的兩個相鄰單體電池之間。下面參考圖2以導線為并聯(lián)元件為例對飛線成組型動力電池組進行描述。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組包括32節(jié)單體電池101、14根導線201和若干導線102。其中，32節(jié)單體電池101分為4組，每一組具有8個單體電池101，每一組的8個單體電池101通過導線102依次串聯(lián)；14根導線201分為4組，第一組和第三組都包括4根導線201，第二組和第四組都包括3根導線201。具體地說，如圖2所示，第一組中的第I根導線201的兩端分別連接在第一組單體電池和第二組單體電池中第1、2個單體電池101之間，依次間隔開連接，將第一組的4根導線201連接在第一組和第二組單體電池之間。第二組中的第I根導線201的兩端分別連接在第二組單體電池和第三組單體電池中第2、3個單體電池101之間，依次間隔開連接，將第二組的3根導線201連接在第二組和第三組單體電池之間。第三組中的第I根導線201的兩端分別連接在第三組單體電池和第四組單體電池中第1、2個單體電池101之間，依次間隔開連接，將第三組的4根導線201連接在第三組和第四組單體電池之間。第四組中的第I根導線201的兩端分別連接在第一組單體電池和第四組單體電池中第2、3個單體電池101之間，依次間隔開連接，將第四組的3根導線201連接在第一組和第四組單體電池之間。此夕卜，該飛線成組型動力電池組的正極通過導線102與第一總線103相連，負極通過導線102與第二總線104相連，其中導線102和導線201的電阻可以忽略不計。本發(fā)明實施例提供的飛線成組型動力電池組，采用導線201作為并聯(lián)元件，并且并聯(lián)元件有規(guī)律地分布在整個電池組，不僅可以連接在并聯(lián)位置上相鄰的電池單體之間，也可以跳過若干節(jié)電池單體，連接并聯(lián)位置上不相鄰的電池單體，從而通過飛線構型將電池單體集成成組。采用合理的飛線成組構型，電池組自均衡效果和某節(jié)電池單體斷路失效情況下電池組的可靠性都能夠得到提高，而且在電池單體短路失效的情況下能夠有效地降低風險，動力電池組的安全性得到保障。此外，電池管理系統(tǒng)還可以獨立地采集到每一節(jié)電池單體的端電壓，從而對每一節(jié)單體進行合理的狀態(tài)估計、故障診斷和管理。下面參考圖3以電阻為并聯(lián)元件為例對飛線成組型動力電池組進行描述。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組包括12節(jié)單體電池101、6個電阻301、6個電阻302和若干導線102。其中，12節(jié)單體電池101分為4組，每一組具有3個單體電池101，每 一組的3個單體電池101通過導線102依次串聯(lián)；6個電阻301和6個電阻302分別分為3組，每一組具有2個電阻301或2個電阻302，且每一個電阻301和每一個電阻302均位于兩組單體電池之間,對應分布。具體地說，第一組并聯(lián)元件中的2個電阻301位于第一組單體電池和第二組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第一組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第二組中單體電池101之間。第二組并聯(lián)元件中的2個電阻301位于第二組單體電池和第三組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第二組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第三組中單體電池101之間。第三組并聯(lián)元件中的2個電阻301位于第三組單體電池和第四組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第三組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第四組中單體電池101之間。第四組并聯(lián)元件中的2個電阻302位于第一組單體電池和第三組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第一組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第三組中單體電池101之間。第五組并聯(lián)元件中的2個電阻302位于第一組單體電池和第四組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第一組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第四組中單體電池101之間。第六組并聯(lián)元件中的2個電阻302位于第二組單體電池和第四組單體電池之間，并且電阻的一端分別連接在第二組中單體電池101之間，電阻的另一端分別連接在第四組中單體電池101之間。此外，該飛線成組型動力電池組的正極通過導線102與第一總線103相連，負極通過導線102與第二總線104相連，其中導線102的電阻可以忽略不計。根據(jù)本發(fā)明實施例的飛線成組型動力電池組，以電阻作為并聯(lián)元件，在某節(jié)電池單體發(fā)生短路失效的情況下能夠起到限流作用，相比于傳統(tǒng)的導線作為并聯(lián)元件，電池組的安全性比較好；同時，電池管理系統(tǒng)能夠采集到每一節(jié)電池單體的端電壓，從而有利于管理系統(tǒng)對每一節(jié)電池單體做精確的狀態(tài)估計、故障診斷和優(yōu)化管理。而采用這樣的飛線成組構型，在并聯(lián)位置的若干節(jié)單體電池中，任意兩節(jié)單體電池之間的并聯(lián)元件總阻值都是相同的，電池和電池之間具有非常好的對稱性，從而使動力電池組的自均衡性能和可靠性都得到了進一步地提高。因此，上述飛線成組型動力電池組中的并聯(lián)元件不管是采用電磁開關、繼電器、三極管、金屬-氧化層-半導體-場效晶體管Mosfet、絕緣柵雙極型晶體管IGBT等可控電子器件之一，還是采用電阻、保險絲、二極管、穩(wěn)壓二極管、電感等不可控電子器件之一，都具備各自的優(yōu)點。例如，電感作為并聯(lián)元件，可以吸收電流沖擊，并將其再緩慢釋放出來，具有一定的限流效果，且能量不會變成熱能散發(fā)出去。一些可控電子元器件如金屬-氧化層-半導體-場效晶體管Mosfet、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、三級管、繼電器等，根據(jù)電池管理系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，通過一定的分析和計算，在恰當或者必要的時候，改變動力電池組的構型或者控制均衡電流大小，達到理想的效果。實際中，應當結合實際電池單體特性和實際需求，選取不同的并聯(lián)元件，進行將電池單體成組，才可以達到最佳動力電池成組效果。此外，在動力電池成組時，也可以根據(jù)實際情況，雖然構型不變，但是先利用并聯(lián)元件并聯(lián)若干節(jié)電池單體至所需容量組成一個并聯(lián)支路/模塊，然后將若干個這樣的并聯(lián)支路/模塊相串聯(lián)至所需電壓完成成組。具體而言，將多個電池單體通過多個并聯(lián)元件進行并聯(lián)連接以形成一個電池組并聯(lián)支路，其中，相鄰的電池單體通過一個并聯(lián)元件相并聯(lián)，每個電池組并聯(lián)支路的容量為預設容量；構建多個電池組并聯(lián)支路；以及將多個電池組并聯(lián)支路進行串聯(lián)以形成動力電池，其中，動力電池提供的電壓滿足預設電壓。也可以參照此構型設計其它復雜的成組順序或邏輯。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以·理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
1.一種飛線成組型動力電池組，其特征在于，包括 單體電池,所述單體電池分為N組，每一組單體電池具有M個單體電池，相鄰兩組單體電池中的單體電池--對應,每一組的M個單體電池依次串聯(lián)，其中N和M均為大于等于2的整數(shù)；和 并聯(lián)元件,所述N組中的一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與至少一個并聯(lián)元件的一端相連且所述至少一個并聯(lián)元件的第二端連接在至少另一組單體電池中的兩個相鄰單體電池之間，且與同一組單體電池的所有的相鄰兩個單體電池之間相連的多個并聯(lián)元件的另一端連接在至少另外兩組單體電池的相鄰兩個單體電池之間，以通過所述多個并聯(lián)元件將所述N組單體電池并聯(lián)，其中所述一組單體電池中的所述兩個相鄰單體電池與所述另一組單體電池中的所述兩個相鄰單體電池--對應。
2.如權利要求I所述的飛線成組型動力電池組，其特征在于，所述并聯(lián)元件為導線、可 控開關、電阻、保險絲、二極管、穩(wěn)壓二極管和電感中的至少一種。
3.如權利要求2所述的飛線成組型動力電池組，其特征在于，所述可控開關為電磁開關、金屬-氧化層-半導體-場效晶體管Mosfet、三極管、絕緣柵雙極型晶體管IGBT和繼電器之一 O
4.如權利要求I所述的飛線成組型動力電池組，其特征在于，每一組內的M個單體電池通過導線依次串聯(lián)。
5.如權利要求I所述的飛線成組型動力電池組，其特征在于，所述N組單體電池內的第I個單體電池的正極均通過導線與第一總線相連，且所述N組單體電池內的第M個單體電池的負極均通過導線與第二總線相連。
6.如權利要求I所述的飛線成組型動力電池組，其特征在于，當所述一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與多個的并聯(lián)元件的一端相連時，所述多個并聯(lián)元件的第二端連接在不同組的兩個相鄰單體電池之間。
全文摘要
本發(fā)明提出一種飛線成組型動力電池組，包括N組單體電池，每一組具有M個單體電池，相鄰兩組單體電池中的單體電池一一對應，每一組的M個單體電池依次串聯(lián)；并聯(lián)元件，N組中的一組單體電池中的相鄰兩個單體電池之間與至少一個并聯(lián)元件的一端相連且第二端連接在至少另一組單體電池中，且與同一組單體電池的所有的相鄰兩個單體電池之間相連的多個并聯(lián)元件的另一端連接在至少另外兩組單體電池的相鄰兩個單體電池之間，以通過多個并聯(lián)元件將所述N組單體電池并聯(lián)，一組單體電池中的兩個相鄰單體電池與另一組單體電池中的兩個相鄰單體電池一一對應。該飛線成組型動力電池組安全性好，可靠性高，且能夠對每一節(jié)電池單體進行精確管理。
文檔編號H01M10/42GK102723454SQ20121013544
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月2日 優(yōu)先權日2012年5月2日
發(fā)明者盧蘭光, 李建秋, 歐陽明高, 韓雪冰 申請人:清華大學