CN104300180B - 板块式集成动力电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种板块式集成动力电池模组，其包括：控制电路模块(100)、分别与该控制电路模块(100)电性连接的电池组(200)、超级电容器(300)、物联网感应模块(400)、卫星导航模块(500)、无线通讯模块(600)及里程计数器(700)，电池组(200)电性连接一太阳能充电模块(800)。本发明提供的板块式集成动力电池模组具有集成度高、体积小、重量轻、可靠性高、功能齐全的优点。此外，其内部设置的感应芯片和卫星导航芯片，可以应用大量的物联网技术，为电动汽车电池更换各个环节的监管提供有力支撑。

Description

板块式集成动力电池模组
技术领域
本发明涉及一种动力电池，尤其涉及一种板块式集成动力电池模组。
背景技术
由于内燃机汽车所使用的石油资源日益短缺，加之其排放二氧化碳等温室气体、粉尘颗粒并制造噪音的弊端，电动汽车因其非常安静、不排放粉尘颗粒、且温室气体排放为零、符合绿色环保的要求等众多优点逐渐备受人们的青睐。而电动汽车的续航能力、充电时间和电池寿命，以及瞬间启动时间、最高时速等是影响电动汽车发展的重要因素。随着电动汽车技术和市场的发展，越来越多的电动汽车采用车电分离的方式对车辆进行整车电池的分箱更换，动力电池将以租赁的形式提供给电动汽车车主。而电池作为运营公司重要的资产，如何管理成为首要的问题。同时动力电池的流动性决定了动力电池监管的复杂性。
目前，公知的电动汽车动力电池大多体积较大，占用空间较大，更换和监管困难，同时还会导致汽车重量加大、占用空间，因此电力汽车的发展一直受到严重的制约。因此，提供一种集成度高、体积小、重量轻、可靠性高、且可以采用科技手段对其状态进行实时监控的智能化动力电池成为行业内研发人员所追求的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板块式集成动力电池模组，集成度高、体积小、重量轻、可靠性高，并应用物联网技术，实现对电动汽车电池更换各个环节进行有效监控。
为实现上述目的，本发明提供一种板块式集成动力电池模组，包括控制电路模块、分别与该控制电路模块电性连接的电池组、超级电容器、物联网感应模块、卫星定位模块、无线通讯模块及里程计数器；所述电池组电性连接一太阳能充电模块。
所述板块式集成动力电池模组通过CAN总线与车体上的供电电池的标准化接口连接，使控制电路模块与电池管理系统BMS通信获取电池信息。
所述控制电路模块控制超级电容器产生放电电流以对电池组充电，该控制电路模块对电池组的整个充、放电过程进行控制与管理。
所述物联网感应模块包括RFID、RFID读写器、感应芯片；所述RFID、RFID读写器、感应芯片分别与控制电路模块电性连接；所述RFID读写器可将与BMS通信获取的电池信息写入所述RFID中。
所述卫星定位模块内设有卫星导航芯片，该卫星导航芯片与卫星系统、移动定位系统、及无线监控中心通讯。
所述无线通讯模块包括GPRS单元、WIFI单元、蓝牙单元；所述GPRS单元、WIFI单元、蓝牙单元分别与控制电路模块电性连接；所述无线通讯模块可通过无线网络向运营管理中心发送位置信息。
所述里程计数器用来计量车辆里程信息。
所述太阳能充电模块包括暴露于车体外部的太阳能电池板及与所述太阳能电池板电性连接的太阳能充电控制器；所述太阳能电池板经太阳能充电控制器与电池组电性连接。
所述超级电容器充电10分钟～1h可达其额定容量的95％以上；所述超级电容器深度充放电循环使用次数为10万次～50万次，没有“记忆效应”；所述超级电容器大电流能量循环效率≥90％；所述超级电容器功率密度为1.0～2.0度/kg；所述超级电容器温度范围为-50℃～+120℃；所述超级电容器(300)剩余电量可直接读出；所述超级电容器能耐电压≥300V。
所述电池组由设置于一平面基板上的数个电池单体串联或并联连接形成。
所述超级电容器由设置于一平面基板上的数个电容器单体串联或并联连接形成。
本发明的有益效果：本发明提供的板块式集成动力电池模组，采用创新的生产工艺将内部各结构高度集成化制作于一体，其一致性与集成度高，体积小，节省空间，重量轻，方便更换与搬运。其内部设置的感应芯片和卫星导航芯片及无线通讯模块使其具有网络通信的功能，并利用先进的物联网技术对该板块式集成动力电池模组的状态进行实时监控，更有利于网络化的远程监控与管理。使用太阳能充电模块对电池组充电，既环保又节能。此外，其采用的新型超级电容器循环使用寿命长且没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率高；功率密度高；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低特性好，检测方便，剩余电量可直接读出；且高耐压，只要电压稳定，不会因为过度充电而对电池造成损坏。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为本发明板块式集成动力电池模组的结构示意图；
图2为本发明板块式集成动力电池模组太阳能充电模块的结构示意图
图3为本发明板块式集成动力电池模组物联网感应模块的结构示意图；
图4为本发明板块式集成动力电池模组的卫星定位模块的结构示意图；
图5为本发明板块式集成动力电池模组的无线通讯模块的结构示意图；
图6为本发明板块式集成动力电池模组的示意图；
图7为本发明板块式集成动力电池模组超级电容器的立体结构示意图；
图8为本发明板块式集成动力电池模组的超级电容器中电容器单体的结构示意图；
图9为本发明板块式集成动力电池模组电池组的立体结构示意图；
图10为本发明板块式集成动力电池模组中电池组的电池单体第一实施例的结构示意图；
图11为本发明板块式集成动力电池模组中电池组的电池单体第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其技术效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
图1所示为本发明板块式集成动力电池模组的结构示意图，包括控制电路模块100、分别与该控制电路模块100电性连接的电池组200、超级电容器300、物联网感应模块400、卫星定位模块500、无线通讯模块600及里程计数器700，所述电池组200电性连接一太阳能充电模块800。
如图6所示，该板块式集成动力电池模组通过CAN总线与车体上的供电电池的标准化接口连接，控制电路模块100可以与电池管理系统BMS通信获取电池组200的信息。在本发明板块式集成动力电池模组中，控制电路模块100负责控制超级电容器300产生放电电流以对电池组200充电，并且该控制电路模块100对电池组200的整个充、放电过程进行控制与管理。同时，电池组200还与如图2所示的太阳能充电模块800电性连接，太阳能充电模块800中的太阳能电池板810暴露于车体外部，将太阳能转化为电能，再将电能转化为化学能对电池组200进行充电。其中，通过电性连接于太阳能电池板810与电池组200之间的太阳能充电控制器820对电池组200的充电过程进行过充、过放、反充、过流、过载保护。
如图3所示，所述物联网感应模块400包括RFID 410、RFID读写器420、感应芯片430；所述RFID 410、RFID读写器420、感应芯片430均与控制电路模块100电性连接；RFID读写器420可将通过控制电路模块100与电池管理系统BMS通信获取的电池组200的相关信息写入RFID 410中。
如图4所示，所述卫星定位模块500内设有卫星导航芯片510，该卫星导航芯片510与卫星系统、移动定位系统、及无线监控中心通讯以获得该板块式集成动力电池模组的具体位置。
如图5所示，所述无线通讯模块600包括GPRS单元610、WIFI单元620、蓝牙单元630；所述GPRS单元610、WIFI单元620、蓝牙单元630均与控制电路模块100电性连接；所述无线通讯模块600可通过无线网络向运营管理中心发送该板块式集成动力电池模组的位置信息。
所述里程计数器700用来计量车辆的里程信息。
请同时参阅图7-8，所述超级电容器300由设置于一平面基板310上的数个电容器单体320串联或并联连接形成，还包括位于平面基板310与最下方的电容器单体之间的绝缘层(未图示)。优选的，该平面基板310的材料为陶瓷。所述平面基板310划分成数个基板单元，每一个基板单元的面积为形成一个电容器单体所需要的面积。优选的，该平面基板310的厚度为100um至50mm。
具体地，所述电容器单体320包括第一电极330、形成于第一电极330上的隔膜340、形成于隔膜340上的第二电极350、形成于第二电极350上的绝缘层360、及位于第一与第二电极330、350之间的电解液370。优选的，所述绝缘层360的材料为聚酰亚胺。优选的，所述绝缘层360的厚度为10-15um。优选的，所述隔膜340的厚度为15-25um。
所述第一电极330包括导电层331与形成于导电层331上的第一碳材料层332。优选的，所述导电层331的材料为金属铜或铝。优选的，所述导电层331的厚度为10-20um。
所述第二电极350包括形成于隔膜340上的第二碳材料层351与形成于第二碳材料层351上的金属层352。优选的，所述第一、第二碳材料层332、351的材料为活性碳或碳纳米管。优选的，所述第一、第二碳材料层332、351的厚度为0.21-0.23cm。优选的，所述金属层352的材料为铝或铜。优选的，所述金属层352的厚度为10-20um。
所述超级电容器采用全球独创的新型材料，实现了超级电容的超高容量、高耐压技术优势。其充电速度快，由于不存在电能转化化学能的化学反应，充电10分钟～1h便可达其额定容量的95％以上；其循环使用寿命长，预计深度充放电循环使用次数可达10万次～50万次，没有“记忆效应”；其大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；功率密度高，可达1.0～2.0度/kg，铁锂电池相当于磷酸的3～5倍；该超级电容器线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低特性好，度范围宽-50℃～+120℃；检测方便，剩余电量可直接读出；能耐电压≥300V。并且只要电压稳定，不会因为过度充电对电池造成损害。
请参阅图9，所述电池组200由设置于一平面基板210上的数个电池单体220串联或并联连接形成，还包括位于平面基板210与最下方的电池单体之间的绝缘层(未图示)。优选的，所述平面基板210的材料为陶瓷。所述平面基板210划分成数个基板单元，每一个基板单元的面积为形成一个电池单体所需要的面积。优选的，所述平面基板210的厚度为100um至50mm。
具体地，所述电池单体的第一实施例电池单体220包括负极230、形成于负极230上的隔膜240、形成于隔膜240上的正极250、形成于正极250上的绝缘层260、及位于正、负极230、250之间的电解液270。优选的，所述绝缘层260的材料为聚酰亚胺。优选的，所述绝缘层260的厚度为10-15um。优选的，所述隔膜240的厚度为15-25um。
所述负极230包括导电层231与形成于导电层231上的碳材料层232。优选的，所述导电层231的材料为金属铜。优选的，所述导电层231的厚度为10-20um。优选的，所述碳材料层232的材料为碳浆。优选的，所述碳材料层232的厚度为0.21-0.23cm。
所述正极250包括形成于隔膜240上的锂酸盐混合物层251与形成于锂酸盐混合物层251上的金属层252。优选的，所述锂酸盐混合物为钴酸锂、磷酸铁锂、或镍钴锰酸锂的混合物。优选的，所述锂酸盐混合物层251的厚度为0.20-0.23cm。优选的，所述金属层252的材料为金属铝。优选的，所述金属层252的厚度为10-20um。
所述电池单体的第二实施例电池单体220′包括负极230′、形成于负极230′上的固态或胶态聚合物电解质240′、形成于固态或胶态聚合物电解质240′上的正极250′、形成于正极250′上的绝缘层260′。优选的，所述绝缘层260′的材料为聚酰亚胺。优选的，所述绝缘层260′的厚度为10-15um。优选的，所述固态或胶态聚合物电解质240′的厚度为30-40um。
所述负极230′包括导电层231′与形成于导电层231′上的碳材料层232′。优选的，所述导电层231′的材料为金属铜。优选的，所述导电层231′的厚度为10-20um。优选的，所述碳材料层232′的材料为碳浆。优选的，所述碳材料层232′的厚度为0.21-0.23cm。
所述正极250′包括形成于固态或胶态聚合物电解质240′上的锂酸盐混合物层251′与形成于锂酸盐混合物层251′上的金属层252′。优选的，所述锂酸盐混合物为钴酸锂、磷酸铁锂、或镍钴锰酸锂的混合物。优选的，所述锂酸盐混合物层251′的厚度为0.20-0.23cm。优选的，所述金属层252′的材料为金属铝。优选的，所述金属层252′的厚度为10-20um。
具体地，本发明板块式集成动力电池模组工作时，由控制电路模块100与电池管理系统BMS通信获取电池组200的相关信息，并由RFID读写器420将这些相关信息写入RFID410中，通过物联网感应芯片430实现智能化。卫星定位模块500内的卫星导航芯片510与卫星系统、移动定位系统、及无线监控中心通讯以获得该板块式集成动力电池模组的具体位置。无线通讯模块600通过无线网络向运营管理中心发送该板块式集成动力电池模组的电池状态、电量、位置、车辆里程等信息以实现远程监控。
所述控制电路模块100控制超级电容器300产生放电电流以对电池组200充电，该控制电路模块100对电池组200的整个充、放电过程进行控制与管理。该超级电容器300比普通的电容器具有更大的电容，利用其特征可以对放电进行控制，提供稳定的电压输出，当电动汽车瞬间需要大电流时，超级电容器300在控制电路模块100的控制下可瞬间产生大的放电电流，以满足电动汽车的需求，改善电动汽车的性能，并且可避免电池组200输出电流的激烈变化，延长电池的寿命。当电动汽车匀速运转时能保持电流输出稳定。当电动汽车制动时将产生能量回馈，在一般的充电设备中这部分能量将浪费、不能够利用，而本发明利用超级电容器300的特性，将这部分能量存储收藏起来，并向电池组200进行充电。
综上所述，本发明提供的板块式集成动力电池模组，采用创新的生产工艺将内部各结构高度集成化制作于一体，其一致性与集成度高，体积小，节省空间，重量轻，方便更换与搬运。其内部设置的感应芯片和卫星导航芯片及无线通讯模块使其具有网络通信的功能，并利用先进的物联网技术对该板块式集成动力电池模组的状态进行实时监控，更有利于网络化的远程监控与管理。使用太阳能充电模块对电池组充电，既环保又节能。此外，其采用的新型超级电容器循环使用寿命长且没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率高；功率密度高；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低特性好，检测方便，剩余电量可直接读出；且高耐压，只要电压稳定，不会因为过度充电而对电池造成损坏。由于超级电容器的使用，还可大大提高电动汽车的续航能力和寿命，以及启动加速时间。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种板块式集成动力电池模组，其特征在于，包括控制电路模块(100)、分别与该控制电路模块(100)电性连接的电池组(200)、超级电容器(300)、物联网感应模块(400)、卫星定位模块(500)、无线通讯模块(600)及里程计数器(700)；所述电池组(200)电性连接一太阳能充电模块(800)；
所述物联网感应模块(400)包括RFID(410)、RFID读写器(420)、感应芯片(430)；所述RFID(410)、RFID读写器(420)、感应芯片(430)分别与控制电路模块(100)电性连接；所述RFID读写器(420)可将与电池管理系统BMS通信获取的电池信息写入所述RFID(410)中。
2.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述板块式集成动力电池模组通过CAN总线与车体上的供电电池的标准化接口连接，使控制电路模块(100)与电池管理系统BMS通信获取电池信息。
3.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述控制电路模块(100)控制超级电容器(300)产生放电电流以对电池组(200)充电，该控制电路模块(100)对电池组(200)的整个充、放电过程进行控制与管理。
4.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述卫星定位模块(500)内设有卫星导航芯片(510)，该卫星导航芯片(510)与卫星系统、移动定位系统、及无线监控中心通讯。
5.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述无线通讯模块(600)包括GPRS单元(610)、WIFI单元(620)、蓝牙单元(630)；所述GPRS单元(610)、WIFI单元(620)、蓝牙单元(630)分别与控制电路模块(100)电性连接；所述无线通讯模块(600)可通过无线网络向运营管理中心发送位置信息。
6.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述里程计数器(700)用来计量车辆里程信息。
7.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述太阳能充电模块(800)包括暴露于车体外部的太阳能电池板(810)及与所述太阳能电池板(810)电性连接的太阳能充电控制器(820)；所述太阳能电池板(810)经太阳能充电控制器(820)与电池组(200)电性连接。
8.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述超级电容器(300)充电10分钟～1h可达其额定容量的95％以上；所述超级电容器(300)深度充放电循环使用次数为10万次～50万次，没有“记忆效应”；所述超级电容器(300)大电流能量循环效率≥90％；所述超级电容器(300)功率密度为1.0～2.0度/kg；所述超级电容器(300)温度范围为-50℃～+120℃；所述超级电容器(300)剩余电量可直接读出；所述超级电容器(300)能耐电压≥300V。
9.如权利要求1所述的板块式集成动力电池模组，其特征在于，所述电池组(200)由设置于一平面基板(210)上的数个电池单体(220)串联或并联连接形成；所述超级电容器(300)由设置于一平面基板(310)上的数个电容器单体(320)串联或并联连接形成。
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