CN107834632A - 一种电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包，包括串联连接的多个电池组、隔热防火的金属片、与每个电池组对应设置的主动均衡系统、过充过放保护开关以及总控制器；多个电池组分层叠加排列；金属片设置于相邻两层的电池组之间，并贴合连接于负极朝向其的那层电池组，在面向电池组负极的一面涂有膨胀型防火涂料或在其两面均涂有膨胀型防火涂料；总控制器对主动均衡系统和过充过放保护开关进行控制。该电池包的主动均衡系统能有效降低电池组在充电和放电过程中的电压差，防止电池包被过充电和过放电。同时，由于在电池包中没有使用电气/电子开关来控制电流回路，消除了电流通过电气/电子开关产生热量带来的安全隐患。

Description

一种电池包

技术领域

本发明涉及电池制造的技术领域，尤其是涉及一种电池包。

背景技术

锂离子电池具有耐用性好、循环寿命长和无毒物质的优点，使其在清洁能源替代品种中得到了广泛的应用。随着锂电池价格的下降，锂离子电池在动自行车和高尔夫球车中已开始逐步取代铅酸蓄电池。

锂离子电池通常包括阳极，阴极，隔板和电解质。现代锂离子电池通常使用石墨材料作为阳极，过渡金属氧化物作为阴极。在充电荷放电期间，锂离子在阴极和阳极之间传输。一般单个锂电池的电压在2V至5V之间。因此，要实现目标电压和容量，需要将多个电池串联和并联起来使用。

一般来说，各个电池的能量密度、自放电率和内阻都有可能不同。当电池串联使用时，电池的容量、自放电率和内阻的差异将导致每个电池的电压不同。随着电池的充电，容量较小的电池的电压将上升比较快，容量较大的电池的电压将上升比较慢。这样，容量较小的电池更有可能被过度充电。当电池放电时，容量较大的电池的电压会比容量较小的电池的电压降低的慢一些，这样导致容量较小的电池更有可能被过度充电。

由于锂电池通常对过充电和过放电敏感，而且过充电和过放电将损害锂电池循环性能。同时，过充电甚至可能导致电池火灾。

为了防止锂电池过充过放，人们采用电池保护板来控制锂电池的运行电压范围。该电路保护板通常由检测电池电压的控制芯片和电子开关组成，其中电子开关用来接通和断开电路。所有充放电的电流将通过控制板上的电子开关。而这些电子开关通常由CMOS管构成。

处理好电子开关的散热是保证锂电池安全的一个重要因素。由于欧姆热是I²R（电流强度的平方*电阻），随着电路电流的增加，电子开关的产热将显著增加。因此，在不同的电池包应用中，电池管理系统需要根据其电池电流使用范围而单独设计。如果过流过压保护管理不善，常会引发火灾。另外，在系统中增加电子开关成本通常会增加电池管理系统的整体制造成本。

因此，有必要对现有的锂电池的电池包装置进行改进和优化，以设计出一种有效防止过充过放电，而且便于维修、安全性能好的电池包。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种使用模块化电池组的电池包，在每个电池组中设置对应的主动均衡系统，该主动均衡系统能有效降低电池组在充电和放电过程中的电压差，防止电池包被过充电和过放电。同时，由于在电池包中没有使用MOS管等其他电气/电子开关来控制电流回路，消除了电流通过电气/电子开关产生热量带来的安全隐患。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种电池包，包括串联连接的多个电池组、隔热防火的金属片、与每个电池组对应设置的主动均衡系统、过充过放保护开关以及总控制器；所述多个电池组分层叠加排列；所述金属片设置于相邻两层的电池组之间，并贴合连接于负极朝向其的那层电池组；所述金属片在面向电池组负极的一面涂有膨胀型防火涂料或在其两面均涂有膨胀型防火涂料；所述主动均衡系统，用于降低多个电池组之间的电压差；所述过充过放保护开关在接收到过充电/过放电信号时被触发；所述总控制器对主动均衡系统和过充过放保护开关进行控制。

电池组之间呈分层排列状态，并进行串联连接，在相邻两层的电池之间设置有金属片，该金属片贴合连接于负极朝向其的那层电池组，并在面向电池组负极的一面涂有膨胀形防火涂料，尤其是膨胀型钢结构涂料；进一步地，金属片也可以其两面均涂设有膨胀性的防火涂料。这些涂料可以吸收一定的热量，而且在受热的同时，防火涂料体积膨胀起到隔热的效果，同时防止电池组内并联的电池引发连锁失效。

当电池组内的电池失火时，电池的盖帽可以在有效的空间内打开，这样失火电池不会脱离电池包结构，使电池包的其他电池组不会受到冲击。

在预防电池过充电/过放电的措施上，该电池包采用了总控制器控制主动均衡系统，从而对存在电压差的电池组进行电压平衡；如果电池组的电压超出了电池的安全运行范围，总控制器则断开过充过放保护开关，进而断开回路，从而有效防止电池包被过充电和过放电，提高了锂电池的使用安全性。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述多个电池组之间还通过信号线连接，当任何一个电池组达到过充/过放状态后，该电池组将发出过充/过放信号经由信号线传递给其他的电池组，并最终传递到总控制器。

这种传递是级联的，即一个电池组发出过充/过放信号，其他电池组都将接收到该信号，并一直传递到电池包的总控制器。总控制器进而通过控制主动均衡系统，对整个电池包的电压进行平衡。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述主动均衡系统包括电压检测芯片和电压平衡模块，所述电压检测芯片测量对应电池组的电压并判断是否超过充电阈值或低于放电阈值；所述电压平衡模块对多个电池组的电压进行均衡。

电池包的电压管理是将电池组的电压运行范围控制在小于电池的安全运行范围内。当电池组的电压超出运行范围，但位于电池的安全运行范围时，这种电池组的电压不一致，由电池组的电压平衡模块进行电压均衡。

如果主动均衡系统中的电压检测芯片检测到对应电池组的电压超过了充电阈值或者低于放电阈值，即超过了电池的安全运行范围，该检测芯片将会发出过充电/过放电信号，并通过信号线传给级联的电压检测芯片，最终传递到电池包的总控制器，总控制器将发出报警信号，并断开过充过放保护开关，进而断开回路，保护电池包。

本电池包的电池组采用主动均衡系统对电压进行平衡，并没有采用电气或电子开关如MOS电子开关，即流过电池组的电流将不会通过电气或电子开关，这将消除电气或电子开关由于产生大量热量带来的安全隐患，达到保护锂电池的目的。

作为本发明的技术方案的进一步描述，在每个电池组中还设置有LED灯，当所述电压检测芯片检测到对应电池组的电压超过充电阈值或低于放电阈值，并发出超过充电阈值或低于放电阈值信号时，该电池组的LED灯将发亮；位于该电池组与过充过放保护开关之间的所有电池组的LED灯也将发亮。

总控制器接收到电压检测芯片发出的过充电/过放电信号，然后发出报警信号时，设置在电池组的LED灯将发亮，与此同时位于该电池组与过充过放保护开关之间的所有电池组的LED灯也将发亮，给予用户提醒，这使得用户能容易的找到过充电/过放电的电池组。如果电池组失效，则对其进行更换。

作为本发明的技术方案的进一步描述，电池包设置了4个电池组，所述4个电池组串联连接并按上下两层进行排列，所述金属片的厚度为1mm。作为本发明的电池包的一种结构，该电池包采用了4组电池组，分上下两层排列设置，每组电池组使用72并锂电池，在分层的电池组之间设置了1mm的金属片，该金属片涂有膨胀型钢结构防火涂料。研究者在试验发现，该电池包在稳定使用的同时安全性高，当其中的电池组的单个锂电池发生失火时，能有效阻断失火情况向上下左右扩散。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述电池组内的电池并联连接。

作为本发明的技术方案的进一步描述，所述电池组之间通过电极连接器串联相接。

电池包采用电池组内的电池并联，电池组间串联的连接方式，使电池包的电池串并联连接变得容易。并且电池包不使用MOS电子开关，避免了MOS电子开关耐压性不足散热不好导致失效失火的情况发生。

作为本发明的技术方案的进一步描述，电池组的电池为柱形锂电池。

基于上述的技术方案，本发明取得的技术效果为：

（1）本发明提供的电池包，在电池电压管理上采用主动均衡系统对相应的电池组进行电压均衡，并没有采用电气或电子开关如MOS电子开关，即流过电池组的电流将不会通过电气或电子开关，这将消除电气或电子开关由于产生大量热量带来的安全隐患，达到保护锂电池的目的。

（2）本发明的电池包，如果电池组的电压超过了充电阈值或者低于放电阈值，即超过了电池的安全运行范围时，总控制器将发出报警信号并断开过充过放保护开关，使得用户能容易的找到过充电/过放电的电池组，并能便捷地对失效的电池组进行更换。

（3）本发明的电池包，设置在相邻两层的电池之间的金属片，在面向电池组负极的一面涂有的膨胀形钢结构防火涂料或者两面均涂有防火涂料。该涂料在电池失火时可以吸收一定的热量，而且在受热的同时，防火涂料体积膨胀起到隔热的效果，同时防止电池组内并联的电池引发连锁失效，从而保证电池包的整体安全性。

附图说明

图1为本发明的电池包的电池组的结构示意图。

图2为本发明的电池包的电池组的局部结构放大图。

图3为本发明的电池包的电池组连接和电池管理的原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

图1和图2分别给出了本实施例的电池包的电池组的结构示意图和局部结构放大图，图3为本发明的电池包的电池组连接和电池管理的原理图。结合参考图1~图3，一种电池包，包括呈层状排列的电池组1和隔热防火的金属片2。在本实施例中，电池包设置为串联连接在一起的电池组A、电池组B、电池组C和电池组D，其中电池组A和电池组B位于上层，电池组C和电池组D位于下层，电池组之间可以通过电极连接器串联相接在一起，而每个电池组内部的电池则是并联连接的。本电池包中共设置有4个电池组，每个电池组中并联72个柱形锂离子电池，根据需要柱形锂离子电池可以设置为18650电池。

如图2所示，电池组A和电池组D的正极位于上方，负极位于下方；电池组B和电池组C的负极位于上方，正极位于下方。分层的电池组之间可以留设有间距，也可以不留间距。需要说明的是，金属片2是设置在上下两层电池组之间的，同时金属片2贴合连接于负极朝向其的那层电池组。本实施例的电池组之间设置有两片厚度为1mm金属片，其中一片金属片贴接于电池组A的底部，另外一片金属片贴接于电池组C的顶部。金属片2在面向电池组负极的一面涂有膨胀型钢结构防火涂料，形成防火涂料层21。当然，金属片2也可以在其两层均涂有涂料层，进一步保证防火效果。

需要说明的是，该膨胀型钢结构防火涂料形成的防火涂料层21可以吸收一定的热量，而且在受热的同时，防火涂料体积膨胀起到隔热的效果，同时防止电池组内并联的电池引发连锁失效。

当电池组内的电池失火时，柱形电池的盖帽在有效的空间内打开，这样失火电池不会脱离电池包结构，使电池包的其他电池组不会受到冲击。当每层电池组之间留设有间距时，这种有效的打开空间则得到进一步保证。

参考图3，在电池包的电池管理系统中，多个电池组之间还通过信号线11连接，每个电池组1对应设置有主动均衡系统3，另外还设置有过充过放保护开关4和总控制器5。总控制器5与主动均衡系统3、过充过放保护开关4电连接，并对主动均衡系统3和过充过放保护开关4进行控制。

本实施例提供电池包的电压管理，是将电池组的电压运行范围控制在小于电池的安全运行范围内。当电池组的电压超出运行范围，但位于电池的安全运行范围时，这种电池组的电压不一致，由电池组1的主动均衡系统3进行电压均衡。在预防电池过充电/过放电的措施上，该电池包采用了总控制器5控制主动均衡系统3，从而对存在电压差的电池组进行电压平衡。

如果电池组的电压超出了电池的安全运行范围，总控制器5则断开过充过放保护开关4，进而断开回路，从而有效防止电池包被过充电和过放电，提高了锂电池的使用安全性。

需要说明的是，在主动均衡系统3中，包括电压检测芯片31和电压平衡模块32，电压检测芯片31测量对应电池组的电压并判断是否超过充电阈值或低于放电阈值。

如果主动均衡系统3中的电压检测芯片31检测到对应电池组的电压超过了充电阈值或者低于放电阈值，即超过了电池的安全运行范围，该电压检测芯片31将会发出过充电/过放电信号，并通过信号线传给级联的电压检测芯片，最终传递到电池包的总控制器5，总控制器5将发出报警信号，并断开过充过放保护开关4，进而断开回路，保护电池包。

由于本电池包的电池组1采用主动均衡系统3对电压进行平衡，并没有采用电气或电子开关如MOS电子开关，即流过电池组的电流将不会通过电气或电子开关，这将消除电气或电子开关由于产生大量热量带来的安全隐患，达到保护锂电池的目的。

进一步地，在每个电池组中还设置有LED灯（图中未标出），当电压检测芯片31检测到对应电池组的电压超过充电阈值或低于放电阈值，发出超过充电阈值或低于放电阈值信号。

此时，总控制器接收到电压检测芯片发出的过充电/过放电信号，然后发出报警信号时，设置在电池组的LED灯将发亮，与此同时位于该电池组与过充过放保护开关之间的所有电池组的LED灯也将发亮，给予用户提醒，这使得用户能容易的找到过充电/过放电的电池组。如果电池组失效，则对其进行更换。

本实施例提供的一种使用模块化电池组的电池包，在每个电池组中设置对应的主动均衡系统，该主动均衡系统能有效降低电池组在充电和放电过程中的电压差，防止电池包被过充电和过放电。同时，由于在电池包中没有使用MOS管等其他电气/电子开关来控制电流回路，消除了电流通过电气/电子开关产生热量带来的安全隐患。

本实施例的电池包安全性高，可扩展性强，设置在上下两层的电池组之间的金属片，在面向电池组负极的一面涂有的膨胀形钢结构防火涂料。该涂料在电池失火时可以吸收一定的热量，而且在受热的同时，防火涂料体积膨胀起到隔热的效果，同时防止电池组内并联的电池引发连锁失效，从而保证电池包的整体安全性。

以上内容仅仅为本发明的结构所作的举例和说明，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池包，其特征在于，包括串联连接的多个电池组、隔热防火的金属片、与每个电池组对应设置的主动均衡系统、过充过放保护开关以及总控制器；

所述多个电池组分层叠加排列；

所述金属片设置于相邻两层的电池组之间，并贴合连接于负极朝向其的那层电池组；所述金属片在面向电池组负极的一面涂有膨胀型防火涂料或在其两面均涂有膨胀型防火涂料；

所述主动均衡系统，用于降低多个电池组之间的电压差；

所述过充过放保护开关在接收到过充电/过放电信号时被触发；

所述总控制器对主动均衡系统和过充过放保护开关进行控制。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述多个电池组之间还通过信号线连接，当任何一个电池组达到过充/过放状态后，该电池组将发出过充/过放信号经由信号线传递给其他的电池组，并最终传递到总控制器。

3.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述主动均衡系统包括电压检测芯片和电压平衡模块，所述电压检测芯片测量对应电池组的电压并判断是否超过充电阈值或低于放电阈值；所述电压平衡模块对多个电池组的电压进行均衡。

4.根据权利要求3所述的电池包，其特征在于，在每个电池组中还设置有LED灯，当所述电压检测芯片检测到对应电池组的电压超过充电阈值或低于放电阈值，并发出超过充电阈值或低于放电阈值信号时，该电池组的LED灯将发亮；位于该电池组与过充过放保护开关之间的所有电池组的LED灯也将发亮。

5.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，电池包设置了4个电池组，所述4个电池组串联连接并按上下两层进行排列，所述金属片的厚度为1mm。

6.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池组内的电池并联连接。

7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池组之间通过电极连接器串联相接。

8.根据权利要求1~7任一所述的电池包，其特征在于，电池组的电池为柱形锂电池。