錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組的制作方法
【專利摘要】一種錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組。既滿足電動汽車轉(zhuǎn)矩變化要求，又能最大限度延緩電池使用壽命，降低電池內(nèi)阻，防止單體電池溫升超標(biāo)，提升電動汽車使用安全性。由一號電池箱、二號電池箱、控制器組成；采用小規(guī)格18650和26650容量型改性錳酸鋰圓柱型單體電池組成純電動汽車車載動力電池組，對于汽車絕大多數(shù)的運行狀態(tài)，容量型電池都比功率型電池有更大的適用性。采購成本較低，可以增加單體電池的通風(fēng)和散熱，保持電池內(nèi)阻的最佳工作狀態(tài)、提高電池組的均衡性。對于超出均衡域值的單體，可以方便地進(jìn)行更換，使維護(hù)成本盡可能降低；使汽車20萬公里的行駛范圍內(nèi)，總費用有10％的節(jié)省。
【專利說明】錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及純電動汽車動力電池組，具體涉及一種利用錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]許多設(shè)計人員在遇到純電動汽車的動力電池組選型設(shè)計時，首先考慮到電池的安全性能和大電流放電特性，這也是無可非議的。但是，如果我們要深入追溯下去，影響電池組安全性的內(nèi)在因素又是什么呢？人們立刻聯(lián)想到發(fā)熱、燃燒、爆炸。可見單體電池發(fā)熱是影響電池組安全性的根源。通過熱電轉(zhuǎn)換公式Q熱=0.24I2Rt (式中:Q熱-電池發(fā)熱量；1-電池放電電流；R_電池工作內(nèi)阻；t-連續(xù)放電時間)。可以明顯看出，每個單體電池產(chǎn)生的熱，應(yīng)小于或等于電池外殼釋放的熱(釋放形式主要靠輻射與傳導(dǎo))。如果放電電流I過大，或電池內(nèi)阻R變大，產(chǎn)生的放熱大于釋放熱，單體電池的體溫就會不斷上升，這時就必須增加對外傳導(dǎo)和利用媒介對流方式增大散熱降溫。可見，只要能有效地控制住單體電池工作時的放熱量，不使單體電池體溫逐漸上升到臨界，電池的非安全狀態(tài)就不會出現(xiàn)。改性錳酸鋰LiMn204電池的最大特點就在于它的比能量大160W.h/Kg，重量輕IKw.h/6.2Kg，比磷酸鐵鋰電池輕27%。正是它的這兩個特征，使得能在一定質(zhì)量的限制下，盡量多的裝在純電動汽車上。通過電池生產(chǎn)廠公布的數(shù)據(jù)和我們實踐中的驗證，各類型鋰電池都有一個共有特征:放電倍率越大，電池發(fā)熱量越大，電池壽命越短。以我們使用過的18650和26650兩款錳酸鋰圓柱電池在環(huán)境溫度30°C時，以IC倍率(放電電流分別是2A和3.6A)放電30分鐘，其表面溫升(不做特殊散熱處理)44°C ;若以0.3C倍率放電(放電電流分別是0.7A和1.2A)其表面溫升只有39°C。可見，裝入盡量多的電池，降低單體電池的放電倍率，是在總體功率相同情況下，延緩電池壽命，提升電池安全性的另一種有效方法。改性錳酸鋰LiMn204電池價格的低廉也是增加它適用性的一個經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種利用錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組。既滿足電動汽車轉(zhuǎn)矩變化要求，又能最大限度延緩電池使用壽命，降低電池內(nèi)阻，防止單體電池溫升超標(biāo)，提升電動汽車使用安全性。
[0004]本實用新型采用了這樣的技術(shù)方案:所述錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組，由一號電池箱、二號電池箱、控制器組成；其特征在于，一號電池箱內(nèi)并聯(lián)有第一電能輸出支路、第二電能輸出支路、第三電能輸出支路；至少三條電能輸出支路并聯(lián)后，形成一號電池箱的總功率輸出能力，并通過一號電池箱電流分離器接通一號電池箱的輸出接口 ；二號電池箱內(nèi)并聯(lián)有第四電能輸出支路、第五電能輸出支路、第六電能輸出支路、第七電能輸出支路、第八電能輸出支路；至少四條電能輸出支路并聯(lián)后，形成二號電池箱的總功率輸出能力，并通過二號電池箱電流分離器接通二號電池箱的輸出接口 ；一號電池箱的總功率輸出能力和二號電池箱的總功率輸出能力并聯(lián)，并接通控制器的直流輸入端；電能輸出支路由若干個相同型號的單體電池包和支路分流器串聯(lián)組成；單體電池包之間分別連接有電壓信號采集點。
[0005]單體電池包選用容量型18650或26650圓柱鋼殼錳酸鋰單體電池組成合理的并串網(wǎng)絡(luò)形成純電動汽車的動力電池組。使電池組常規(guī)放電倍率控制在0.3-0.5C之間，對短時間大倍率放電(2C以上)利用控制系統(tǒng)加以警示和限制。對每個單體電池的工作狀態(tài)(工作端電壓、電流、體溫)實施連續(xù)監(jiān)控、記錄、存儲。對超過規(guī)定均衡率的單體實施更換。從而保持電池組整體一致性、均衡性。
[0006]在統(tǒng)籌考慮電池種類(如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、三元材料等)、單體容量、比能量、放電特性、放電倍率、串并結(jié)構(gòu)等綜合因素后，使用錳酸鋰圓柱電池組成純電動汽車動力電池組。經(jīng)過一年的運行實踐，電池箱內(nèi)溫升正常，單體電池內(nèi)阻偏差在允許范圍內(nèi)，電池組放電特性滿足電動汽車負(fù)載變化的要求，在運行4萬公里時電池組容量下降率不到1%。
[0007]采用小規(guī)格18650和26650容量型改性錳酸鋰圓柱型單體電池組成純電動汽車車載動力電池組，對于汽車絕大多數(shù)的運行狀態(tài)，容量型電池都比功率型電池有更大的適用性。采購成本較低，可以增加單體電池的通風(fēng)和散熱，保持電池內(nèi)阻的最佳工作狀態(tài)、提高電池組的均衡性。對于超出均衡域值的單體，可以方便地進(jìn)行更換，使維護(hù)成本盡可能降低；使汽車20萬公里的行駛范圍內(nèi)，總費用有10%的節(jié)省。這對電動汽車的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，有現(xiàn)實的經(jīng)濟(jì)價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖所示是本實用新型具體結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0009]如圖所示，所述錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組，由一號電池箱1、二號電池箱2、控制器3組成；其特征在于，一號電池箱I內(nèi)并聯(lián)有第一電能輸出支路、第二電能輸出支路、第三電能輸出支路；至少三條電能輸出支路并聯(lián)后，形成一號電池箱I的總功率輸出能力，并通過一號電池箱電流分流器Fl接通一號電池箱的輸出接口 UB+、UB-；
[0010]二號電池箱2內(nèi)并聯(lián)有第四電能輸出支路、第五電能輸出支路、第六電能輸出支路、第七電能輸出支路、第八電能輸出支路；至少五條電能輸出支路并聯(lián)后，形成二號電池箱2的總功率輸出能力，并通過二號電池箱電流分流器F接通二號電池箱的輸出接口 uB+、uB-；
[0011]一號電池箱I的總功率輸出能力和二號電池箱2的總功率輸出能力并聯(lián)，并接通控制器3的直流輸入端B+、B-。
[0012]第一電能輸出支路是由相同型號的單體電池包D01、Dll、D12、Din、和支路分流器FOl串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點All、A12、Aln ；
[0013]第二電能輸出支路由相同型號的單體電池包D02、D21、D22、D2n和支路分流器R)2串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A21、A22、A23 ；
[0014]第三電能輸出支路由相同型號的單體電池包D03、D31、D32、D3n和支路分流器R)3串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A31、A32、A33 ;單體電池包D03、D31、D32、D3n通過電源引線12接通一號電池箱I內(nèi)的BMS讀卡器22 ；
[0015]第四電能輸出支路由相同型號的單體電池包D04、D41、D42、D4n和支路分流器R)4串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A41、A42、A4n ；
[0016]第五電能輸出支路由相同型號的單體電池包D05、D51、D52、D5n和支路分流器R)5串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A51、A52、A53 ；
[0017]第六電能輸出支路由相同型號的單體電池包D06、D61、D62、D6n和支路分流器R)6串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A61、A62、A63 ；
[0018]第七電能輸出支路由相同型號的單體電池包D07、D71、D72、D7n和支路分流器R)7串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點A71、A72、A73 ；
[0019]第八電能輸出支路由相同型號的單體電池包DOm、DmU Dm2、D m3和支路分流器FOm串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點Anl、An2、An3 ;單體電池包D0m、Dml、Dm2、Dm3通過電源引線23接通二號電池箱2內(nèi)的BMS讀卡器22。
[0020]1、在確定了整車所需要的工作電壓和電動汽車功率后，按照UB+原則設(shè)計單體電池包；使每個單體電池包的端電壓都是Ι/nUB+用η個電池包，串接滿足電壓要求，用m個支路并接滿足電流的要求。
[0021]2、裝置在電池箱的電池工作狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)BMSl讀卡器、BMS讀卡器用一定頻率對箱內(nèi)電壓信號All、A12...A73和各支路電流信號I FOl-1 FOm進(jìn)行采集，將采集到的信號值與事先設(shè)定在BMS讀卡器內(nèi)的域值進(jìn)行比較，在域值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)舍棄。將超出域值的數(shù)據(jù)記錄并存儲。
[0022]3、在車輛充換電時或停運狀態(tài)下，可以方便地讀出BMS讀卡器內(nèi)記錄的故障數(shù)據(jù)(也就是超出域值的采集數(shù)據(jù))進(jìn)行歸納分析后，進(jìn)行留存或清除，為再次進(jìn)行時做準(zhǔn)備。
[0023]4、由于單體電池包內(nèi)的單體電池特性不會發(fā)生突變，所以電壓、電流信號的采集只做到包即可。電池包表現(xiàn)出異常后，包內(nèi)單體電池的確準(zhǔn)和修復(fù)則由專業(yè)人員在車下進(jìn)行。
[0024]5、上述結(jié)構(gòu)形式避免了在汽車運行中對單體電池異常的自我修復(fù)電路，從而使車載電池組成本大大下降，對電池維護(hù)管理的難度減輕。
【權(quán)利要求】
1.一種錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組，由一號電池箱(I)、二號電池箱(2)、控制器(3)組成；其特征在于,一號電池箱⑴內(nèi)并聯(lián)有第一電能輸出支路、第二電能輸出支路、第三電能輸出支路；至少三條電能輸出支路并聯(lián)后，形成一號電池箱(I)的總功率輸出能力，并通過一號電池箱電流分流器(Fl)接通一號電池箱的輸出接口(UB+、UB-)； 二號電池箱(2)內(nèi)并聯(lián)有第四電能輸出支路、第五電能輸出支路、第六電能輸出支路、第七電能輸出支路、第八電能輸出支路；至少五條電能輸出支路并聯(lián)后，形成二號電池箱⑵的總功率輸出能力，并通過二號電池箱電流分流器(F)接通二號電池箱的輸出接口(uB+、uB_)； 一號電池箱(I)的總功率輸出能力和二號電池箱(2)的總功率輸出能力并聯(lián)，并接通控制器(3)的直流輸入端(B+、B-)。
2.按照權(quán)利要求1所述的錳酸鋰單體圓柱電池組成的純電動汽車動力電池組，其特征在于，第一電能輸出支路是由相同型號的單體電池包(D01、Dll、D12、Dln、)和支路分流器(FOl)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(Α11、Α12、Α1η)； 第二電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D02、D21、D22、D2n、)和支路分流器(F02)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A21、A22、A23)； 第三電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D03、D31、D32、D3n、)和支路分流器(F03)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A31、A32、A33);單體電池包(D03、D31、D32、D3n、)通過電源引線(12)接通一號電池箱(I)內(nèi)的BMS讀卡器(22)； 第四電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D04、D41、D42、D4n、)和支路分流器(F04)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A41、A42、A4n)； 第五電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D05、D51、D52、D5n、)和支路分流器(F05)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A51、A52、A53)； 第六電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D06、D61、D62、D6n、)和支路分流器(F06)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A61、A62、A63)； 第七電能輸出支路由相同型號的單體電池包(D07、D71、D72、D7n、)和支路分流器(F07)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(A71、A72、A73)； 第八電能輸出支路由相同型號的單體電池包(DOm、Dml、Dm2、Dm3)和支路分流器(FOm)串聯(lián)組成；電池包之間分別連接有電壓信號采集點(Anl、An2、An3);單體電池包(D0m、Dml、Dm2、Dm3)通過電源引線(23)接通二號電池箱(2)內(nèi)的BMS讀卡器(22)。
【文檔編號】H01M4/505GK203707281SQ201320751756
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】孟連軍, 宋中平, 趙元雷 申請人:鄭州蘭博爾科技有限公司