CN102723522B - 交错成组型动力电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种交错成组型动力电池组，包括：单体电池，分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单体电池一一对应，每一组的M个单体电池依次串联，其中N和M均为大于等于2的整数，且N和M不同时等于2；以及并联元件，分为e组，第e组并联元件中的任一个并联元件的第一端连接在所述N组中的第e组单体电池中的相邻两个单体电池之间，且第e组并联元件中的所述任一个并联元件的第二端连接在第e+1组单体电池中的两个相邻单体电池之间，以通过所述多个并联元件将所述N组单体电池并联。该交错成组型动力电池组安全性好，可靠性高，且能够对每一节电池单体进行精确管理，本身还具有自均衡功能。

Description

交错成组型动力电池组

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种交错成组型动力电池组。

背景技术

随着科技不断发展，汽车逐渐走入普通家庭生活当中，近年来全球的汽车产销量一直都在稳步提升。与此同时，全球石油资源日益枯竭、温室效应等形势越来越严峻，能源与环境这两大问题成为各个国家以及世界各大汽车制造厂商的重大挑战，因此，开发节能环保的新能源汽车势在必行。在诸多种类的新能源汽车中，电动汽车（包括纯电动汽车和混合动力汽车）逐渐脱颖而出，而动力电池是电动汽车最关键的部件之一，但是电池单体的电压、容量都比较有限。为了满足车辆的需求，汽车上使用的动力电池组是由诸多的电池单体串并联而成，与单一的电池单体相比，电池成组后面临着安全性、不一致性和耐久性等诸多问题。为了解决这些难题，除了需要有合理的电池管理系统及其算法外，还需要采用合理的动力电池成组构型。

目前，电池成组的构型有先并联后串联和先串联后并联两种。采用先并后串的方案时，如果某一节单体电池出现短路故障，与之并联的所有电池单体将被其短路，短路电流非常大，从而导致非常严重的安全问题，而且由于并联的各节单体电池的端电压在任何情况下都完全一样，电池管理系统不能分别得到每一节电池单体的端电压，更不能对每一节电池单体进行准确的状态估计和故障诊断，从而有安全隐患。采用先串后并的方案，如果某节单体电池出现断路故障，与之串联的所有单体电池无法继续工作，电池组可靠性较低，而且电池组缺乏自均衡功能。

由上可知，传统动力电池成组技术存在可靠性低、安全性差以及缺乏自均衡功能等缺点。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种交错成组型动力电池组，该交错成组型动力电池组安全性好，可靠性高，且能够对每一节电池单体进行精确管理，本身还具有自均衡功能。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种交错成组型动力电池组，包括：单体电池，所述单体电池分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单体电池一一对应，每一组的M个单体电池依次串联，其中N和M均为大于等于2的整数，且N和M不同时等于2；以及并联元件，所述并联元件分为e组，第e组并联元件中的任一个并联元件的第一端连接在所述N组中的第e组单体电池中的相邻两个单体电池之间，且第e组并联元件中的所述任一个并联元件的第二端连接在第e+1组单体电池中的两个相邻单体电池之间，以通过所述多个并联元件将所述N组单体电池并联，其中第e+1组单体电池中的所述两个相邻单体电池与第e组单体电池中的所述两个相邻单体电池一一对应，所述e组并联元件中的至少一组并联元件中的并联元件的数量至少小于M-1，且当M等于2时相邻两组并联元件中的并联元件数量不同时为零，其中e为大于等于1且小于N的整数。

根据本发明实施例的交错成组型动力电池组，通过交错成组的构型，能够克服先并后串和先串后并这两组现有电池成组构型的缺点，具有安全性能好，可靠性高，自均衡功能强以及能够对每一节单体电池进行精确的状态估计、故障诊断和管理等优点。

在本发明的一个实施例中，所述并联元件为导线、可控开关、电阻、保险丝、二极管、稳压二极管和电感中的至少一种。

采用保险丝为并联元件的交错成组型动力电池组，可以大大地改善电池单体失效对电池组造成的不利影响，电池组的安全性得到了进一步的提高。

在本发明的一个实施例中，所述交错成组型动力电池组中的可控开关为电磁开关、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、三极管、绝缘栅双极型晶体管IGBT和继电器之一。

采用可控开关为并联元件的交错成组型动力电池组，根据不同的工况和目的，电池管理系统可以合理的控制开关的打开和关断，达到最优的管理和控制。

在本发明的一个实施例中，所述的交错成组型动力电池组中每一组内的M个单体电池通过导线依次串联。

在本发明的一个实施例中，所述交错成组型动力电池组中的所述N组单体电池内的第1个单体电池的正极均通过导线与第一总线相连，且所述N组单体电池内的第M个电池的负极均通过导线与第二总线相连。

在本发明的一个实施例中，所述交错成组型动力电池组的任一组并联元件中的并联元件与相邻一组并联元件中的并联元件交替设置且间隔开至少一个单体电池。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的交错成组型动力电池组的结构示意图；

图2为根据本发明实施例中并联元件为电阻的交错成组型动力电池组的结构示意图；

图3为根据本发明实施例中并联元件为导线的交错成组型动力电池组的结构示意图；和

图4为根据本发明实施例中并联元件为保险丝的交错成组型动力电池组的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/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”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参考图1至图4描述根据本发明实施例的交错成组型动力电池组。

如图1所示，本发明实施例提供的交错成组型动力电池组包括：多组单体电池101和多组并联元件105。其中，单体电池101分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池101，相邻两组单体电池中的单体电池一一对应，每一组的M个单体电池101依次串联，其中N和M均为大于等于2的整数，且N和M不同时等于2；并联元件105分为e组，第e组并联元件中的任一个并联元件105的第一端连接在N组中的第e组单体电池中的相邻两个单体电池101之间，且第e组并联元件中的任一个并联元件105的第二端连接在第e+1组单体电池中的两个相邻单体电池101之间，以通过多个并联元件105将N组单体电池并联，其中第e+1组单体电池中的两个相邻单体电池与第e组单体电池中的两个相邻单体电池一一对应，e组并联元件中的至少一组并联元件中的并联元件105的数量至少小于M-1，且当M等于2时相邻两组并联元件中的并联元件数量不同时为零，其中e为大于等于1且小于N的整数。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述交错成组型动力电池组中每一组内的M个单体电池101通过导线102依次串联，导线102的电阻可以忽略不计。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述交错成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连。

具体而言，在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述交错成组型动力电池组中的M=8，N=4，e=3。

根据本发明实施例提供的交错成组型动力电池组，通过交错成组的构型，能够克服先并后串和先串后并这两组现有电池成组构型的缺点，合理地将电池单体集成成组。因此，该交错成组型动力电池组能够防止由于其中一节电池单体出现短路故障而造成与之并联电池被短路，大大提高了安全性能；同时还能防止由于一节电池单体出现断路故障而造成其他与之串联的电池无法继续正常工作，因此可靠性较高。此外，电池管理系统能够精确的监测每一节单体电池的端电压，进而对每一节单体电池进行精确的状态估计、故障诊断和管理，且该交错成组型动力电池组还具有合理的自均衡功能。

在本发明的一个实施例中，上述交错成组型动力电池组中的并联元件105为导线、可控开关、电阻、保险丝、二极管、稳压二极管和电感中的至少一种。

在本发明的一个实施例中，上述交错成组型动力电池组中的可控开关为电磁开关、Mosfet（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层-半导体-场效晶体管）、三极管、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）和继电器之一。

采用可控开关为并联元件的交错成组型动力电池组，根据不同的工况和目的，电池管理系统可以合理的控制开关的打开和关断，达到最优的管理和控制。

在本发明的一个实施例中，上述交错成组型动力电池组的任一组并联元件中的并联元件与相邻一组并联元件中的并联元件交替设置且间隔开至少一个单体电池。当然，本发明的实施例并不限于此，如图3所示，交错成组型动力电池组的任一组并联元件中的并联元件与相邻一组并联元件中的并联元件交替设置且间隔开两个单体电池。另外，如图4所示，在本发明的其它示例中，交错成组型动力电池可以理解为从布满整个电池组的并联元件的基础上，适当的剔除若干个并联元件，以达到更好的效果，即只需保证e组并联元件中的至少一组并联元件中的并联元件的数量至少小于M-1即可。如e组中的e-1组并联元件中的每一组数量都为M-1，只要保证剩下一组并联元件的数量少于M-1即可。

其中，这里布满整个电池组的并联元件的定义如下：假设e组中每一组并联元件的数量均为M-1，则第e组并联元件中的第i个并联元件的第一端连接在N组中的第e组单体电池中的第i个和第i+1个单体电池之间，且第e组并联元件中的第i个并联元件的第二端连接在第e+1组单体电池中的第i个和第i+1个单体电池之间，以通过多个并联元件将N组单体电池并联，i为大于等于1且小于M的整数。

下面参考图2以电阻为并联元件为例对交错成组型动力电池组进行描述。

如图2所示，根据本发明实施例的交错成组型动力电池组包括：32节单体电池101、10个电阻201和若干导线102。其中，32节单体电池101分为4组，每一组具有8个单体电池101，每一组的8个单体电池101通过导线102依次串联；10个电阻201分为3组，第一组和第三组都包括3个电阻201，第二组包括4个电阻201，每一个电阻201均位于相邻的两组单体电池之间。具体地说，第一组中的第1个电阻201的两端分别连接在第一组单体电池和第二组单体电池中第2、3个单体电池101之间，依次间隔连接；第二组中的第1个电阻201的两端分别连接在第二组单体电池和第三组单体电池中第1、2个单体电池101之间，依次间隔连接；第三组中的第1个电阻201的两端分别连接在第三组单体电池和第四组单体电池中第2、3个单体电池101之间，依次间隔连接。此外，该交错成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连，其中导线102的电阻可以忽略不计。

本发明实施例提供的交错成组型动力电池组，采用恰当阻值的电阻作为并联元件，并且并联元件不布满整个电池组，而是有规律地交错布置，其突出优点是：首先，如果某一节电池单体出现短路失效，电阻可以有效的限制短路电流的大小，提高了系统的安全性，并防止由于过流造成电池爆炸燃烧；其次，如果某一节电池单体出现断路失效，电阻也可以保证其它电池单体仍然能够正常工作，对动力电池组输出能力影响不大，可靠性得到显著提高；第三，电池管理系统能够独立地监测每一节电池单体的电压，从而可以对动力电池组进行精确的管理；最后，通过并联元件的交错布置，动力电池组还具有很好的自均衡功能，可以有效地改善电池单体之间的不一致性。

下面参考图3以导线301为并联元件为例对交错成组型动力电池组进行描述。

如图3所示，根据本发明实施例的交错成组型动力电池组包括：32节单体电池101、4根导线301和若干导线102。其中，32节单体电池101分为4组，每一组具有8个单体电池101，每一组的8个单体电池101通过导线102依次串联；4根导线301分为3组，第一组和第三组都包括1根导线301，第二组包括2根导线301，每一根导线301均位于相邻的两组单体电池之间。具体地说，第一组中的导线301的两端分别连接在第一组单体电池和第二组单体电池中第4、5个单体电池101之间；第二组中的第1根导线301的两端分别连接在第二组单体电池和第三组单体电池中第2、3个单体电池101之间，另一根与第1根对称连接；第三组中的导线301的两端分别连接在第三组单体电池和第四组单体电池中第4、5个单体电池101之间。此外，该交错成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连，其中导线301和导线102的电阻可以忽略不计。

根据本发明实施例的交错成组型动力电池组，以导线作为并联元件，与以电阻作为并联元件相比，自均衡和抵抗电池单体断路失效的能力都得到了加强，但抵抗电池单体短路失效的能力减弱了。然而，该交错成组型动力电池组中并联元件采用如图3所示的布置方式，交错分布，可以弥补采用导线作为并联元件导致的电池单体短路失效对动力电池组造成的不利影响。

下面参考图4以并联元件为保险丝为例对交错成组型动力电池组进行描述。

如图4所示，根据本发明实施例的交错成组型动力电池组包括：32节单体电池101、17个保险丝401和若干导线102。其中，32节单体电池101分为4组，每一组具有8个单体电池101，每一组的8个单体电池101通过导线102依次串联；17个保险丝401分为3组，第一组和第三组都包括6个保险丝401，第二组包括5个保险丝401，每一个保险丝401均位于相邻的两组单体电池之间并且两端分别连接在相对应的两组电池单体中的两个电池单体之间。具体地说，例如，第一组6个保险丝401又分成两个单元，每3个保险丝401构成一个单元，两个单元之间以一个电池单体间隔开，依此类推，通过17个保险丝401将4组电池单体有规律地交错集成成组。此外，该交错成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连，其中导线102的电阻可以忽略不计。

根据本发明实施例的交错成组型动力电池组，采用保险丝作为并联元件，并且并联元件不布满整个电池组，而是有规律地交错布置。电池成组后的其他性能与采用电阻作为并联元件类似，但是在某节电池单体发生短路失效的情况下，相关的若干个保险丝可以及时地熔断，从而保护整个动力电池组，可以大大地改善电池单体短路失效对动力电池组造成的不利影响，动力电池组的安全性得到了进一步地提高。

因此，上述交错成组型动力电池组中的并联元件不管是采用电磁开关、继电器、三极管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、绝缘栅双极型晶体管IGBT等可控电子器件之一，还是采用电阻、保险丝、二极管、稳压二极管、电感等不可控电子器件之一，都具备各自的优点。例如，电感作为并联元件，可以吸收电流冲击，并将其再缓慢释放出来，具有一定的限流效果，且能量不会变成热能散发出去。一些可控电子元器件如金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、绝缘栅双极型晶体管IGBT、三级管、继电器等，根据电池管理系统采集到的数据，通过一定的分析和计算，在恰当或者必要的时候，改变动力电池组的构型或者控制均衡电流大小，达到理想的效果。实际中，应当结合实际电池单体特性和实际需求，选取不同的并联元件，进行将电池单体成组，才可以达到最佳动力电池成组效果。

此外，在动力电池成组时，也可以根据实际情况，虽然构型不变，但是先利用并联元件并联若干节电池单体至所需容量组成一个并联支路/模块，然后将若干个这样的并联支路/模块相串联至所需电压完成成组。具体而言，将多个电池单体通过多个并联元件进行并联连接以形成一个电池组并联支路，其中，相邻的电池单体通过一个并联元件相并联，每个电池组并联支路的容量为预设容量；构建多个电池组并联支路；以及将多个电池组并联支路进行串联以形成动力电池，其中，动力电池提供的电压满足预设电压。也可以参照此构型设计其它复杂的成组顺序或逻辑。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (2)

1.一种交错成组型动力电池组，其特征在于，包括：

单体电池，所述单体电池分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单体电池一一对应，每一组的M个单体电池依次串联，所述N组单体电池内的第1个单体电池的正极均通过导线与第一总线相连，且所述N组单体电池内的第M个电池的负极均通过导线与第二总线相连，其中N和M均为大于等于2的整数，且N和M不同时等于2；以及

并联元件，所述并联元件分为e组，第e组并联元件中的任一个并联元件的第一端连接在所述N组中的第e组单体电池中的相邻两个单体电池之间，且第e组并联元件中的所述任一个并联元件的第二端连接在第e+1组单体电池中的两个相邻单体电池之间，以通过多个并联元件将所述N组单体电池并联，其中第e+1组单体电池中的所述两个相邻单体电池与第e组单体电池中的所述两个相邻单体电池一一对应，所述e组并联元件中的至少一组并联元件中的并联元件的数量至少小于M-1，且当M等于2时相邻两组并联元件中的并联元件数量不同时为零，任一组并联元件中的并联元件与相邻一组并联元件中的并联元件交替设置且间隔开至少一个单体电池，所述并联元件为导线、可控开关、电阻、保险丝、二极管和电感中的至少一种，以及所述可控开关为电磁开关、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、三极管、绝缘栅双极型晶体管IGBT和继电器之一，其中e为大于等于1且小于N的整数。

2.如权利要求1所述的交错成组型动力电池组，其特征在于，每一组内的M个单体电池通过导线依次串联。