CN102339969B - 智能动力锂电池模块 - Google Patents

Abstract

智能动力锂电池模块属于电池领域，包括监测系统、通讯端口、若干并联的电池单元、上盖、下壳体、保护盖、汇流排、极柱组件、自锁防松螺母、极柱帽构成；通过所述电池下壳体所设的框架结构，所述电池单元具有良好的互换性和散热空间；通过将所述电池单元上所设汇流条与汇流排、输出极柱组合在一起，形成电气连接结构；通过监测系统所设监测板及其所设置的DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模压、数据存取模块、CAN通讯模块，实现电压、温度的实时监测功能。该模块具有智能监测、结构紧凑、连接可靠、工艺简洁、大电流放电性能好，安全性高及循环寿命超长等特点，适用于新能源电动车、混合电动车、储能电站、大型UPS及水下潜航器等电源使用。

Description

智能动力锂电池模块

技术领域

本发明涉及一种动力锂电池模块，特别适用于大电流放电要求的大容量聚合物锂电池模块。

背景技术

由于磷酸铁锂电池较传统钴酸锂体系电池有明显的优势，①循环性能好，达2000次，②高温性能优秀，③抗过充性能好，10V不燃烧，④价格低廉，⑤对环境友好。因此，自磷酸铁锂电池商用化以来，凭借其优异的性能，成为业界研究的热点，逐渐受到通信、储能、军用、野外作业、仪器仪表、航空航天以及其它特殊领域的青睐。

依目前技术所知，因温度、电压的均衡性等原因，导致电池组的寿命比单体电池缩短十几倍。如果能实时监测到这些参数，那么，在电池组中，我们就可以对各个电池模块的性能进行诊断，找到电池组中性能不好的电池模块，通过更换或改善环境温度条件，电池组的使用寿命必将成倍延长。

作为动力电池，如应用在特殊领域时，所要求的工作电流达成百上千安的工作电流，靠传统激光焊、电阻焊或超声波等焊接电池极耳的连接方式，因焊点小，在大电流放电时，焊点存在熔化的隐患，因此，不能满足大电流放电要求，同时，由于电池的极耳尺寸较传统电池的极耳尺寸要大很多，焊接所需时间比较长，然而，当焊接时间过长时，不可避免的产生局部高温，高温产生的热量将通过电池极耳传递到电池内部，必将给电池带来诸多安全隐患。因此，需要寻找新的连接方式。

因此，为了满足上述电池使用要求，这就需要一种连接可靠、安全性好、具有大电流放电能力、能实时监测电池电压、温度功能的电池模块。

发明内容

本发明的目的在于克服所述技术的不足，提供一种智能监测、结构紧凑、连接可靠、工艺简洁、大电流放电性能好，安全性高及循环寿命超长的聚合物动力锂电池模块。

一种智能动力锂电池模块，其特征在于包括：监测系统、通讯端口、若干并联的电池单元、上盖、下壳体、汇流排、极柱组件；

每个所述电池单元包括若干只单体电池，每个单体电池顶端固设有正极耳、负极耳：将多个单体电池正负极耳连在一起的汇流条，在单体电池的上方依次为压板组件、极耳、汇流条、自锁防松螺母；所述压板组件由压板与紧固螺栓构成，所设正极耳与负极耳上对应开设有紧固螺栓穿出用过孔；所述单体电池放在电池支架内；所述电池支架四侧面折起且在折起上对应设有相互装配的固定卡槽或定位插梢；通过固定卡槽或定位插梢将若干只单体电池连成一体；

若干并联的电池单元的汇流条为L形，与L形汇流排通过螺栓连接，L形汇流排固定在汇流条的上方；L形汇流排上开设有数个与极柱、汇流条装配用孔，

极柱组件包括极柱座和极柱座上方的多个极柱，极柱组件通过极柱固定在L形汇流排上方；

所述电池单元装入下壳体中；下壳体上方是上盖；所述上盖顶部设有极柱组件安装孔、通讯端口安装孔以及监测系统安装孔；

所述监测系统安装在上盖上方，包括监测板及其上所设DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模压、数据存取模块、CAN通讯模块，所述监测板为印刷基板，基板上设有印刷电路。

进一步，单体电池是由正极材料采用掺杂金属和碳包覆处理，并加入纳米碳纤维管制备的磷酸铁锂材料，负极材料采用中间相碳微球并加入纳米碳纤维管，隔膜为改良的PE-PP-PE复合隔膜，电解质采用凝胶技术制成的电解质的工艺制造而成的聚合物磷酸铁锂动力电池。

通过材料体系的优化，有效的提高电池的循环寿命、安全性及放电性能；

进一步，正极耳采用0.3mm～0.5mm的纯铝片，负极耳采用0.2mm～0.3mm的纯铜片。

进一步，所述下壳体的外形为方形，内部设有金属材料制成的框架式结构，所述框架是由多个类似字母“E”形状的间隔构成，所设间隔的数量由所述电池单元的数量决定。

进一步，所述上盖还设有保护盖安装孔，保护盖设在监测板上方。

进一步，所述极柱组件中的极柱座的外形为“凸”字形，所述极柱镶嵌其中，所述极柱的直径大小由充放电电流值决定。

进一步，所述汇流排至少由一层“L”形的金属片构成，所述金属片的层数由充放电电流值决定。

本发明的优点是：

1)由于采用改良的磷酸铁锂体系材料和厚薄不一的极耳工艺，因此，电池模块具有高安全性、超长循环寿命达1200次以上；单体电池循环寿命达2000次以上.

2)由汇流条、汇流排、输出极柱组合形成电气连接结构具有连接电阻小、接触面积大、发热量少(温升小于40℃)，大电池放电能力强(1000A～5000A)；

3)电池具有良好的互换性；

4)具有实时监测和通讯功能；

5)防松防振动性能好；

6)组装方便、电池拆卸简单，维修更换方便。

附图说明

图1为电池单元结构示意图；

图2为下壳体结构示意图；

图3为上盖结构示意图；

图4为极柱组件结构示意图；

图5为汇流排结构示意图；

图6监测系统原理示意图；

图7电池模块连接结构示意图；

图8上盖装配结构示意图；

图9电池模块外形结构示意图；

图示：1-单元电池，2-汇流条，3-下壳体，4-上盖，5-汇流排，6-集柱组件，7-监测板，8-通讯端口，9-保护盖，10-自锁防松螺母(10、10a、10b)，11-极柱帽，12-吊装板

具体实施方式

具体的，所述单体电池的正极耳、负极耳，采取宽度尺寸一致，厚度尺寸不一样的极耳工艺路线，正极耳采用0.3mm～0.5mm的纯铝片，负极耳采用0.2mm～0.3mm的纯铜片，原因在于铝的导电性比铜稍差，在设计时，正极耳的厚度要厚于负极耳，这样，可以有效的控制电池温差在2℃以内，防止局部过热，提高电池的放电性能和性能参数的一致性；

所述电池下壳体3所设有框架结构3a，为每个电池单元1设置固定且单独的安装空间，确保所述的每个电池单元1安装的一致性，具有良好的互换性和散热空间；所述下壳体两侧面设有数个吊装用固定螺孔3b，所述下壳体同时还设有数个方形防滑槽3c；

所述上盖4的外形为方形结构，在其顶部设有极柱座安装孔4c、通讯端口安装孔4d、监测板安装孔4b、保护盖安装孔4a，及数个镶嵌螺母4e；

所述极柱组件6由极柱座6a和多个极柱6b组成，所述极柱座的外形为“凸”字形，所述极柱6b镶嵌其中，所述极柱座6a四周还镶嵌有数个螺母；

所述汇流排为“L”形，开设有数个与极柱5b、汇流条2装配用孔5a，所述汇流排只少由一层“L”形的金属片构成，所设多层的目的在于保证安装面的充分接触，金属片的层数，由放电电流大小决定；

所述汇流条2、汇流排5与极柱6b，通过螺栓组合在一起，形成具有大电流放电能力的电气连接结构；

所述监测系统是由监测板7、其所设DSP处理器、电压采集模块、电源处理模压、温度采集模块、数据存取模块、CAN通讯模块组成，所述监测板7为印刷基板，基板上设有印刷电路和安装在该基板上控制模块及其接插件组成。通过温度采集模块所设温度传感器贴附于所述电池单元1表面，实现温度实时监测；所设的电压电缆排线连接到所述电池单元1的正负极汇流条2上，实现电压的实时监测，所设监测板7通过电缆与通讯端口8连接，实现监测系统的数据实现传输通讯功能。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

所述电池单元1由多只聚合物单体电池并联而成，所述单体电池的外形为方形结构；

所述单体电池的正极材料采用掺杂金属和碳包覆处理，并加入纳米碳纤维管制备的磷酸铁锂材料，通过采用掺杂金属和碳包覆处理，提高磷酸铁锂的常温和高温、低温的导电能力；

所述单体电池负极材料采用中间相碳微球(MCMB)并加入纳米碳纤维管，解决了使用天然石墨和人工石墨作为负极材料性能存在相容性差的问题。

所述单体电池隔膜为改良的PE-PP-PE复合隔膜，电解质采用凝胶技术制成的电解质，有效的提高了电池针刺、挤压的安全性能；

所述单体电池通过材料体系的优化，有效的提高电池的循环寿命、安全性及放电性能；

所述单体电池的正极耳、负极耳，采取宽度尺寸一致，厚度尺寸不一样的极耳工艺路线，正极耳采用0.3mm～0.5mm的纯铝片，负极耳采用0.2mm～0.3mm的纯铜片，原因在于铝的导电性稍差于铜的导电性，在设计时，正极耳的厚度要厚于负极耳，这样，可以有效的控制电池温差在在2℃以内，防止局部过热，提高电池的放电性能和性能参数的一致性；

如图2所示，所述电池下壳体3所设有框架结构3a，所述框架结构3a由板金材料制成，镶嵌在下壳体内，所述下壳体材料由高强复合材料加工制成；通过所述电池下壳体3所设有框架结构3a，为每个电池单元1设置固定且单独的安装空间，确保所述的每个电池单元1安装的一致性，具有良好的互换性和散热空间；所述下壳体两侧面设有数个吊装用固定螺孔3b，同时，所述下壳体还设有数个方形防滑槽3c；

如图3所示，所述上盖4的外形为方形结构，在其顶部设有极柱座安装孔4c、通讯端口安装孔4d、监测板安装孔4b、保护盖安装孔4a，及数个镶嵌螺母4e，所述上盖由阻燃塑胶材料，采用注塑工艺加工制成，所述固定镶嵌螺母4e由注塑时嵌入；

如图4所示所述汇流排为“L”形，开设有数个与极柱5b、汇流条2装配用孔5a，所述汇流排只少由一层“L”形的金属片构成，所设多层金属片的目的在于保证安装面的充分接触，金属片的层数，由放电电流大小决定；

如图5所示，所述极柱组件6由极柱座6a和多个极柱6b组成，所述极柱座6a材质为阻燃塑胶材料，所述极柱6b材质为铜，两端设有连接螺纹，所述极柱组件6采用注塑加工工艺加工制成；所设极柱6b为多个，目的在于分散电流，减少发热量和提高总体放电能力；

如图6所示，所述监测系统是由监测板7、其所设DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模块、数据存取模块、CAN通讯模块组成，所述监测板7为印刷基板，基板上设有印刷电路和安装在该基板上控制模块及其接插件组成。通过将温度传感器贴附于所述电池单元1表面，实现温度实时监测；所设的电压电缆排线连接到所述电池单元1的正、负极汇流条2上，实现电压的实时监测，所设监测板7通过电缆与通讯端口8连接，实现监测系统的数据实现传输通讯功能。

如图7所示，所述汇流条2、汇流排5与极柱6b，通过螺栓组合在一起，由于该结构采用的是面接触，具有接触面积大，根据电阻定律，电阻与导电面积的平方成反比的关系，所以连接电阻小，发热量也就少；同时，还可进一步通过增加汇流排的金属层数来增大导电截面积，因导电截面积的增大，额定放电电流值随之增大，形成可承受(1000A～5000A)大电流放电能力的电气连接结构；

电池模块组合方法：

1)将监测系统所设温度传感器贴附于所述单体电池的表面，并用胶固定；

2)将所述单元电池1对应装入所述电池下壳体3所设框架3a；

3)将极柱组件6与汇流排5进行组装，锁上自锁防松螺母10；

4)如图7所示，将上述汇流排5与单元电池1所设汇流条2通过螺栓组装，锁上自锁防松螺母10b；

5)将监测系统所设的电压电缆排线连接到所述电池单元的正负极汇流条2上；

6)如图8所示，将所述上盖4与通讯端口8、监测板7组装在一起；

7)如图9所示，将所述上盖4与下壳体3组装在一起；

8)如图9所示，将所述电缆排线与监测板7接插件组装在一起；9)将所述保护盖9与上盖4组装在一起；

10)将所述极柱6b拧上极柱帽11；

尽管上述实施例中对本发明已出示并进行了描述，但是本领域的技术人员应可以理解，在不脱离本发明总体构思的前提下，对本发明做出的修改及改型，应属本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能动力锂电池模块，其特征在于包括：监测系统、通讯端口、若干并联的电池单元、上盖、下壳体、汇流排、极柱组件；

每个所述电池单元包括若干只单体电池，每个单体电池顶端固设有正极耳、负极耳；将多个单体电池正负极耳连在一起的汇流条，在单体电池的上方依次为压板组件、极耳、汇流条、自锁防松螺母；所述压板组件由压板与紧固螺栓构成，所述正极耳与负极耳上对应开设有紧固螺栓穿出用的孔；所述单体电池放在电池支架内；所述电池支架四侧面折起且在折起上对应设有相互装配的固定卡槽或定位梢； 通过固定卡槽或定位梢将若干只单体电池连成一体；

若干并联的电池单元的汇流条为L形，与L形汇流排通过螺栓连接，L形汇流排固定在汇流条的上方；L形汇流排上开设有数个与极柱、汇流条装配用孔，

极柱组件包括极柱座和极柱座上方的多个极柱，极柱组件通过极柱固定在L形汇流排上方；

所述电池单元装入下壳体中；下壳体上方是上盖；所述上盖顶部设有极柱组件安装孔、通讯端口安装孔以及监测系统安装孔；

所述监测系统安装在上盖上方，包括监测板及其上所设的DSP处理器、电压采集模块、温度采集模块、电源处理模压、数据存取模块、CAN通讯模块，所述监测板为印刷基板，基板上设有印刷电路。

2.如权利要求1所述智能动力锂电池模块，其特征在于：正极耳采用0.3mm～0.5mm厚的纯铝片，负极耳采用0.2mm～0.3mm厚的纯铜片。

3.如权利要求1所述智能动力锂电池模块，其特征在于：所述下壳体的外形为方形，内部设有金属材料制成的框架式结构，所述框架是由多个类似字母“E”形状的间隔构成，所设间隔的数量由所述电池单元的数量决定。

4.如权利要求1所述智能动力锂电池模块，其特征在于：所述上盖还设有保护盖安装孔，保护盖设在监测板上方。

5.如权利要求1所述智能动力锂电池模块，其特征在于：所述极柱组件中的极柱座的外形为“凸”字形，所述极柱镶嵌其中。

6.如权利要求1所述智能动力锂电池模块，其特征在于：所述汇流排至少由一层“L”形的金属片构成。

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