CN104143663A - 具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组 - Google Patents

具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，包括：由若干锂离子电池堆串联形成的电池串；与该电池串串联的主回路大电流开关；用以控制该主回路大电流开关导通或断开的开关控制电路模块，该开关控制电路模块与该电池串并联；控制模块，用以依据该电池串的端电压、该锂离子电池组的内部温度以及该锂离子电池组主回路内的电流大小中的任一者是否在可接受范围内而控制该主回路大电流开关接通或者断开；并且，该锂离子电池组还与充电模块连接。本发明可有效杜绝锂离子电池组端电压过高、内部温度过高、电流过大、电池单体过充或过放等问题，实现锂离子电池组的自我保护，提升及扩展锂离子电池组的使用性能。

Description

具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池组，特别涉及一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，属于新能源技术领域。
背景技术
目前锂离子电池作为一种高性能的储能设备已经在工业、农业、交通等多个领域中广泛应用。锂离子电池在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，其中，充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。然而，现有的锂离子电池组在应用时，常会遭遇因电池组端电压过高、内部温度过高、电流过大、某一个或几个电池单体过充或过放等引起的故障，使得锂离子电池组无法正常工作，甚至造成锂离子电池组的损毁，且现有的锂离子电池组可扩展性较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，包括：
主要由两个以上锂离子电池堆串联形成的电池串，
与所述电池串串联的主回路大电流开关，
至少用以控制所述主回路大电流开关导通或断开的开关控制电路模块，所述开关控制电路模块与所述电池串并联，
以及控制模块，至少用以依据所述电池串的端电压、所述锂离子电池组的内部温度以及所述锂离子电池组主回路内的电流大小中的任一者是否在可接受范围内而控制所述主回路大电流开关接通或者断开；
并且，所述锂离子电池组还与至少用以对所述锂离子电池组进行充电的充电模块连接。
进一步的，所述电池串的端电压的可接受范围为：上限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围上限乘以N，下限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围下限乘以N，其中N为所述电池串中锂离子电池堆的数量。
进一步的，所述锂离子电池组的内部温度的可接受范围为：上限45~60℃，下限-10~0℃。
进一步的，所述锂离子电池组的主回路电流大小的可接受范围为小于或等于300A。
进一步的，所述具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组还包括：
与任一锂离子电池堆并联的至少一均衡模块，至少用以在所述锂离子电池堆的端电压高于设定值时，将所述锂离子电池堆的电量耗散至所述锂离子电池堆的端电压等于或低于所述设定值。
进一步的，所述均衡模块的电压开启范围为3.4~4.8V，耗散功率大于0.5W。
进一步的，所述充电模块的充电总电压与各均衡模块的开启电压之和的差值的绝对值小于N*0.05mV，其中N为所述锂离子电池堆的数量。
进一步的，所述锂离子电池堆的端电压的接受范围比均衡电压高0.05~1.0 V。
进一步的，所述电池串的端电压的接受范围比所述电池串中所含锂离子电池堆的均衡电压之和高0.05N~1.0N V，其中，N为所述电池串中锂离子电池堆的数量。
进一步的，所述锂离子电池堆包含一个锂离子电池单体或两个以上并联设置的锂离子电池单体。
进一步的，组成所述电池串的各锂离子电池堆的容量偏差小于其中任一离子电池堆自身容量的5%。
进一步的，所述主回路大电流开关可选自常开的继电器或常断的大电流接触器，但不限于此。
进一步的，所述充电模块包括外部直接接入的直流电源或者由外部电源接入后通过所述电池组内置的AC/DC或DC/DC转换模块转换形成的直流电源。
与现有技术相比，本发明的优点包括：通过采用开关控制电路模块、控制模块等控制主回路大电流开关，并配合充电模块、均衡模块等，可有效杜绝大电流锂离子电池组端电压过高、内部温度过高、电流过大、电池单体过充或过放等问题，从而实现锂离子电池组的自我保护和功能扩展，提升了锂离子电池组的使用性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明的一个方面提供了一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，包括：
主要由两个以上锂离子电池堆串联形成的电池串，
与所述电池串串联的主回路大电流开关，
至少用以控制所述主回路大电流开关导通或断开的开关控制电路模块，所述开关控制电路模块与所述电池串并联，
以及控制模块，至少用以依据所述电池串的端电压、所述锂离子电池组的内部温度以及所述锂离子电池组主回路内的电流大小中的任一者是否在可接受范围内而控制所述主回路大电流开关接通或者断开；
并且，所述锂离子电池组还与至少用以对所述锂离子电池组进行充电的充电模块连接。
本发明的一个方面提供了一种大电流锂离子电池组的自我保护及充电方法，包括：
提供主要由两个以上锂离子电池堆串联形成的电池串，
提供与所述电池串串联的主回路大电流开关，
提供与所述电池串并联的开关控制电路模块，并以所述开关控制电路模块控制所述主回路大电流开关导通或断开，
提供充电模块，用以对所述锂离子电池组进行充电，以及
提供控制模块，用以依据所述电池串的端电压、所述锂离子电池组的内部温度以及所述锂离子电池组主回路内的电流大小中的任一者是否在可接受范围内而控制所述主回路大电流开关接通或者断开。
以下结合附图及一典型实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
例如，请参阅图1，在本发明的一个实施例中，该具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组（如下简称电池组）由两个以上锂离子电池堆（如下简称电池堆）、主回路大电流开关，开关控制电路模块，两个以上均衡模块以及控制模块组成。其中，该电池组还与充电模块连接。
其中，该两个以上锂离子电池堆通过串联形成电池串后与主回路大电流开关串联，提供整个电池组的动力输出；
开关控制电路模块与电池串相并联，且开关控制电路模块的闭合或者断开可调整电池串对主回路大电流开关的控制；
控制模块用以控制主回路大电流开关的接通或者断开；
充电模块用以对该电池组进行充电。
其中，控制模块通过检查电池串两端电压是否在可接受范围，电池组内部温度是否在可接受范围，以及电池组的主回路电流本身是否在可接受范围控制主回路大电流开关的接通或者断开。
进一步的，所述电池串的端电压的可接受范围优选为：上限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围上限乘以N，下限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围下限乘以N，其中N为所述电池串中锂离子电池堆的数量，超出允许范围的，控制模块将发出信号，将主回路大电流开关断开。
进一步的，所述锂离子电池组的内部温度的可接受范围优选为：上限45~60℃，下限-10~0℃，超出允许范围的，控制模块将发信号将主回路大电流开关断开。
进一步的，所述锂离子电池组的主回路电流大小的可接受范围优选为小于或等于300A，超出允许范围的，控制模块将发信号将主回路大电流开关断开。
进一步的，每一锂离子电池堆并联一均衡模块，所述均衡模块可以在所述锂离子电池堆的端电压高于设定值时，通过耗散元件等将相应锂离子电池堆的电量耗散至该锂离子电池堆的端电压等于或低于所述设定值。
其中，所述均衡模块的电压开启范围优选为3.4~4.8V，耗散功率优选大于0.5W。
其中，所述充电模块的充电总电压与各均衡模块的开启电压之和的差值的绝对值小于N*0.05mV，其中N为所述电池串中所含锂离子电池堆的数量。
其中，所述锂离子电池堆的端电压的接受范围比均衡电压高0.05~1.0V。
其中，所述电池串的端电压的接受范围比所述电池串中所含锂离子电池堆的均衡电压之和高0.05N~1.0N V，其中，N为所述电池串中锂离子电池堆的数量。
其中，组成所述电池串的各锂离子电池堆的容量偏差小于其中任一离子电池堆自身容量的5%。
其中，锂离子电池堆可以由一个锂离子电池单体组成或若干锂离子电池单体并联组成。
其中，充电模块可以是由所述电池组外部直接接入的符合前述充电总电压要求的直流电源，也可以是外部电源接入后通过所述电池组内置的AC/DC或DC/DC转换模块转换形成的直流电源。
其中，主回路大电流开关可以采用常开的继电器或常断的大电流接触器，但不限于此。
其中，控制模块、开关控制电路模块既可以是一个简单开关，也可以采用由各类具有数字处理能力的器件构成的自动控制模块等。
最后还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (10)

1.一种具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于包括：
主要由两个以上锂离子电池堆串联形成的电池串，
与所述电池串串联的主回路大电流开关，
至少用以控制所述主回路大电流开关导通或断开的开关控制电路模块，所述开关控制电路模块与所述电池串并联，
以及控制模块，至少用以依据所述电池串的端电压、所述锂离子电池组的内部温度以及所述锂离子电池组主回路内的电流大小中的任一者是否在可接受范围内而控制所述主回路大电流开关接通或者断开；
并且，所述锂离子电池组还与至少用以对所述锂离子电池组进行充电的充电模块连接。
2.根据权利要求1所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于：
所述电池串的端电压的可接受范围为：上限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围上限乘以N，下限为所述锂离子电池堆的电压可接受范围下限乘以N，其中N为所述电池串中锂离子电池堆的数量；
所述锂离子电池组的内部温度的可接受范围为：上限45~60℃，下限-10~0℃；
所述锂离子电池组的主回路电流大小的可接受范围为小于或等于300A。
3.根据权利要求1所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于还包括：
与任一锂离子电池堆并联的至少一均衡模块，至少用以在所述锂离子电池堆的端电压高于设定值时，将所述锂离子电池堆的电量耗散至所述锂离子电池堆的端电压等于或低于所述设定值。
4.根据权利要求3所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述均衡模块的电压开启范围为3.4~4.8V，耗散功率大于0.5W。
5.根据权利要求3所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述充电模块的充电总电压与各均衡模块的开启电压之和的差值的绝对值小于N*0.05mV，其中N为所述锂离子电池堆的数量。
6.根据权利要求3所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述锂离子电池堆的端电压的接受范围比均衡电压高0.05~1.0 V。
7.根据权利要求3所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述电池串的端电压的接受范围比所述电池串中所含锂离子电池堆的均衡电压之和高0.05N~1.0N V，其中，N为所述电池串中锂离子电池堆的数量。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述锂离子电池堆包含一个锂离子电池单体或两个以上并联设置的锂离子电池单体。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于组成所述电池串的各锂离子电池堆的容量偏差小于其中任一离子电池堆自身容量的5%。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的具有自我保护功能和可扩展性的大电流锂离子电池组，其特征在于所述主回路大电流开关采用常开的继电器或常断的大电流接触器。
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