CN107492926B - 一种电动车用锂电池包 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动车用锂电池包，包括有箱体和与箱体配合连接的箱盖，其特征在于：所述箱体顶部对称设置有正极柱与负极柱，箱体内横向设置的隔板将其分隔成上腔室和下腔室，上腔室内固定安装有电池保护电路板，下腔室内固定安装有一个或多个经串联的电池组；一个或多个电池组的总正极与正极柱连接，总负极通过设置在电池保护电路板上的电池保护电路与负极柱连接；所述电池保护电路包括：电压检测电路、短路保护电路、开关驱动电路和功率电路。本发明结构简单、内部结构排布合理，能够有效防止由于电动车辆震动而造成极柱、单体锂电池与其他各部件脱落，提高了电池包的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源车辆动力电池技术领域，具体涉及一种电动车用锂电池包。
背景技术
在新能源车辆领域中，动力电池包一般作为电动车的主要能量来源。作为一种动力电池包，中小型的锂电池包由于其具有更为轻便、容量更大、循环性能好以及使用寿命长等优点，近年来开始广泛应用于电动摩托车、电动三轮车等电动车上。电动车在行驶过程中会经常遭受颠簸而产生各种震动，造成电极极柱及其他各部件易脱落情况，造成电池包短路、起火等危险，产生锂电池包可靠性低的问题。因此如何保证锂电池包内部结构排布合理以及电极极柱、及其他各部件连接稳固，是在电池包结构设计中噬需解决的问题。
锂电池包在使用过程中，容易发生过充、过放以及短路的情况。锂离子电池过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在爆炸、燃烧等隐患。过放电会使电池内压升高，正负极活性物质可逆性受到破坏，电解液分解，负极锂沉积，电阻增大，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。而锂电池包短路则会产生大量的热和过强的电流释放会导致电池寿命严重受损。因此在电池包设计时，均会考虑设计电池包保护电路来对电池包进行过充、过放、过流和短路保护。
目前，针对多颗单体锂电池形成的电池包进行电池保护电路设计时，常规的方法通过微处理器（MCU）采集单体锂电池的输出电压、电池包输出总电流等电池参数来判断电池包的输出电压和总电流以及单体电池输出电压是否在正常范围之内，该方法是通过软件来实现电池包保护电路法人，虽然就所需求的电路结构简单，适用于多种电池，电压参数配置灵活，能够提供电压、电流等相关参数输出，以及能够完成对电池包过充、过放、过流保护，但是由于其软件响应时间较长，会造成电池包短路保护不及时的情况，同时还存在成本较高，推广难度大，微处理器（MCU）利用率较低的问题。因此如何在锂电池包中设计过充、过放、过流、短路保护电路是电池包保护板设计中需要面对和解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、内部结构排布合理的电动车用锂电池包，能够有效防止由于电动车辆震动而造成极柱、单体锂电池与其他各部件脱落，提高了电池包的可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种电动车用锂电池包，包括有箱体和与箱体配合连接的箱盖，箱体顶部对称设置有正极柱与负极柱，箱体内横向设置的隔板将其分隔成上腔室和下腔室，上腔室内固定安装有电池保护电路板，下腔室内固定安装有一个或多个经串联的电池组；一个或多个电池组的总正极与正极柱连接，总负极通过设置在电池保护电路板上的电池保护电路与负极柱连接；电池保护电路包括：
电压检测电路，连接在每个电池组正负极之间，用于对电池组进行电压检测并生成和输出具有低电平或高电平的第一控制信号；
短路保护电路，用于在电池发生短路时，生成和输出具有低电平或高电平的第二控制信号；
开关驱动电路，分别与电压检测电路和短路保护电路连接，用于根据接收的第一控制信号或第二控制信号生成并输出具有低电平或高电平的第三控制信号；
功率电路，与开关驱动电路连接，用于根据接收的第三控制信号电路控制电池组总负极与负极柱之间的接通或关断。
进一步地，电池组由多个电池块串联而成，每个电池块则由多个单体锂电池并联而成。
进一步地，短路保护电路包括有三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的基极依次通过电阻R4、电阻R6与地相接以及通过电阻R4连接电池组总负极，三极管Q1的基极还通过R3与地相接，电阻R4两端还并联有电容C2，电阻R3两端还并联有电容C1，三极管Q1的发射极与地相接，三极管Q1的集电极连接LEVEL端口；三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q2的基极依次通过电阻R1和电阻R2与LEVEL端口连接，三极管Q2的发射极与地相接，以及通过电阻R5与基极连接，电阻R2的两端还并联有电容C3。
进一步地，电池包正极柱、负极柱均与电池包箱体在模内注塑成型于一体；电池包正极柱或负极柱包括有极柱本体，极柱本体的上表面设置有圆柱形凸台，圆柱形凸台顶部面上沿其轴向开设有第一螺纹孔，极柱本体右侧的弧形面上沿其径向开设有第二螺纹孔，第一螺纹孔的孔轴线和第二螺纹孔的孔轴线垂直。
进一步地，极柱本体左侧的方形面上还开设有横向和纵向布置的长条形通槽；其中，横向的长条形通槽是止转槽，其内部通过填满塑胶，能够防止电极极柱在电池包箱体上旋转，保证电极极柱安装的可靠性；而纵向的长条形通槽是挡槽，其内部通过填满塑胶，能够防止电极极柱从电池包箱体上滑落，保证电极极柱安装的可靠性。
进一步地，箱盖通过卡扣构件卡接在箱体前端，该卡扣构件包括有设置在箱盖边缘侧壁上的第一卡勾、位于箱盖内侧中部的第二卡勾、开设在箱体侧壁前端的第一卡孔以及开设在隔板中部的向外延伸的延伸面上的第二卡孔；箱盖边缘侧壁与箱体侧壁前端配合，第一卡勾卡接在第一卡孔内，第二卡勾卡接在第二卡孔内。
进一步地，上腔室内壁上设置有多条加强筋。
进一步地，电池组与箱盖之间还填充有固定电池组的泡棉材料。
本发明中，箱体顶部对称设置有锂电池包的正极柱与负极柱，箱体内横向设置的隔板将其分隔成上腔室和下腔室，上腔室内固定安装有电池保护电路板，下腔室内固定安装有一个或多个经串联的电池组，结构简单、内部结构排布合理，能够容纳大量的单体锂电池；同时，电池包正极柱、负极柱均与电池包箱体在模内注塑成型于一体，极柱本体左侧的方形面上还开设有横向和纵向布置的长条形通槽，避免由于电动车辆震动而造成极柱、单体锂电池与其他各部件脱落，提高了电池包的可靠性。
本发明中，电池保护电路包括电压检测电路、短路保护电路、开关驱动电路和功率电路，开关驱动电路包括开关驱动电路1和开关驱动电路2；当电池包出现过充的情况时，电压检测电路检测并输出具有高电平的第一控制信号并传输至开关驱动电路1，开关驱动电路1根据接收的第一控制信号转换成具有低电平的第三控制信号并传输至功率电路，功率电路断开，从而确保电池组总负极与充电机之间关断，实现过充保护功能。
当电池包出现过放和过流的情况时，电压检测电路检测并输出具有低电平的第一控制信号并传输至开关驱动电路2，开关驱动电路2接收低电平的第二控制信号后，生成并输出低电平的第三控制信号至功率电路，当功率电路接收到低电平的第三控制信号时，功率电路断开，从而确保电池组总负极与负载之间关断，实现过放和过流保护功能。
本发明所述的短路保护电路中，当电池包未出现短路情况时，三级管Q1保持关闭状态，其状态主要由三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电容C3组成的电路决定；具体为，初始时，LEVEL端处于高电平状态，当通过电阻R1、电阻R2、电阻R5分压后，使三级管Q2导通，而三级管Q1则处于关闭状态；其中，电容C3和电阻R2组合，能够防止电源冲击对开关管Q2的影响，调整开关管Q2动作时间。
本发明所述的短路保护电路中，当电池包发生短路时，P-端有电压进入，经过电阻R4和电阻R6分压后，使三级管Q1打开；三级管Q1打开后，由LEVEL端输出低电平至开关驱动电路，开关驱动电路接收低电平的第二控制信号后，生成并输出低电平的第三控制信号至功率电路，当功率电路接收到低电平的第三控制信号时，关闭功率电路，从而确保电池组总负极与负载之间关断，实现短路保护功能。
本发明的有益效果：
1. 本发明所述的电动车用锂电池包，结构简单、内部结构排布合理，能够容纳大量的单体锂电池；同时，避免了电动车辆震动而造成极柱、单体锂电池与其他各部件脱落，提高了电池包的可靠性。
2. 本发明所述的电动车用锂电池包，能够在电池包发生过充、过放、过流以及短路情况时，自动断开功率电路，从而确保电池组总负极与充电机、负载之间关断，实现了过充保护、过放保护、过流保护以及短路保护，提高了电池包的稳定性和可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是箱体的结构示意图；
图2是箱盖的结构示意图；
图3是电池包的正极柱与负极柱的立体图一；
图4是电池包的正极柱与负极柱的立体图二；
图5是电池保护电路的示意图；
图6是短路保护电路结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1和图2，一种电动车用锂电池包，包括有箱体1和与箱体1配合连接的箱盖2，箱体1顶部对称设置有正极柱3-1与负极柱3-2，正极柱3-1、负极柱3-2均与电池包箱1体在模内注塑成型于一体；箱体1内横向设置的隔板4将其分隔成上腔室5-1和下腔室5-2，上腔室5-1内固定安装有电池保护电路板6，且上腔室5-1内壁上设置有多条加强筋7；下腔室5-2内固定安装有一个或多个经串联的电池组8，电池组8由多个电池块串联而成，每个电池块则由多个单体锂电池并联而成；多个电池组8的总正极与正极3-1柱连接，总负极通过设置在电池保护电路板6上的电池保护电路9与负极柱3-2连接；电池组8与箱盖2之间还填充有固定电池组的泡棉材料12。
箱盖2通过卡扣构件卡接在箱体前端，该卡扣构件包括有设置在箱盖边缘侧壁上的第一卡勾11-1、位于箱盖内侧中部的第二卡勾11-2、开设在箱体侧壁前端的第一卡孔11-3以及开设在隔板4中部的向外延伸的延伸面4-1上的第二卡孔11-4；箱盖2边缘侧壁与箱体1侧壁前端配合，第一卡勾11-1卡接在第一卡孔11-3内，第二卡勾11-2卡接在第二卡孔11-4内。
参照图3和图4，电池包正极柱3-1或负极柱3-2包括有极柱本体3-3，极柱本体3-3的上表面设置有圆柱形凸台3-4，圆柱形凸台3-4顶部面上沿其轴向开设有第一螺纹孔3-5，极柱本体3-3右侧的弧形面上沿其径向开设有第二螺纹孔3-6，第一螺纹孔3-5的孔轴线和第二螺纹孔3-6的孔轴线垂直；极柱本体3-3一侧的方形面上还开设有横向和纵向布置的长条形通槽3-7。
参照图5，电池保护电路包括：电压检测电路，连接在每个电池组正负极之间，用于对电池组进行电压检测并生成和输出具有低电平或高电平的第一控制信号；短路保护电路，用于在电池发生短路时，生成和输出具有低电平或高电平的第二控制信号；开关驱动电路，分别与电压检测电路和短路保护电路连接，用于根据接收的第一控制信号或第二控制信号生成并输出具有低电平或高电平的第三控制信号；功率电路，与开关驱动电路连接，用于根据接收的第三控制信号电路控制电池组总负极与负极柱之间的接通或关断。
参照图6，短路保护电路包括有三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的基极依次通过电阻R4、电阻R6与地相接以及通过电阻R4连接电池组总负极，三极管Q1的基极还通过R3与地相接，电阻R4两端还并联有电容C2，电阻R3两端还并联有电容C1，三极管Q1的发射极与地相接，三极管Q1的集电极连接LEVEL端口；三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q2的基极依次通过电阻R1和电阻R2与LEVEL端口连接，三极管Q2的发射极与地相接，以及通过电阻R5与基极连接，电阻R2的两端还并联有电容C3。
Claims (7)
1.一种电动车用锂电池包，包括有箱体和与箱体配合连接的箱盖，其特征在于：所述箱体顶部对称设置有正极柱与负极柱，箱体内横向设置的隔板将其分隔成上腔室和下腔室，上腔室内固定安装有电池保护电路板，下腔室内固定安装有一个或多个经串联的电池组；一个或多个电池组的总正极与正极柱连接，总负极通过设置在电池保护电路板上的电池保护电路与负极柱连接；所述电池保护电路包括：
电压检测电路，连接在每个电池组正负极之间，用于对电池组进行电压检测并生成和输出具有低电平或高电平的第一控制信号；
短路保护电路，用于在电池发生短路时，生成和输出具有低电平或高电平的第二控制信号，所述第二控制信号通过LEVEL端口输出；
开关驱动电路，分别与电压检测电路和短路保护电路连接，用于根据接收的第一控制信号或第二控制信号生成并输出具有低电平或高电平的第三控制信号；
功率电路，与开关驱动电路连接，用于根据接收的第三控制信号电路控制电池组总负极与负极柱之间的接通或关断；
所述短路保护电路包括有三极管Q1和三极管Q2，三极管Q1的基极依次通过电阻R4、电阻R6与地相接以及通过电阻R4连接电池组总负极，三极管Q1的基极还通过R3与地相接，所述电阻R4两端还并联有电容C2，所述电阻R3两端还并联有电容C1，三极管Q1的发射极与地相接，三极管Q1的集电极连接LEVEL端口；三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q2的基极依次通过电阻R1和电阻R2与LEVEL端口连接，三极管Q2的发射极与地相接，以及通过电阻R5与基极连接，所述电阻R2的两端还并联有电容C3。
2.如权利要求1所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述电池组由多个电池块串联而成，每个电池块则由多个单体锂电池并联而成。
3.如权利要求1所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述正极柱、负极柱均与电池包箱体在模内注塑成型于一体；所述正极柱或负极柱包括有极柱本体，所述极柱本体的上表面设置有圆柱形凸台，所述圆柱形凸台顶部面上沿其轴向开设有第一螺纹孔，所述极柱本体右侧的弧形面上沿其径向开设有第二螺纹孔，第一螺纹孔的孔轴线和第二螺纹孔的孔轴线垂直。
4.如权利要求3所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述极柱本体左侧的方形面上还开设有横向和纵向布置的长条形通槽。
5.如权利要求1所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述箱盖通过卡扣构件卡接在箱体前端，该卡扣构件包括有设置在箱盖边缘侧壁上的第一卡勾、位于箱盖内侧中部的第二卡勾、开设在箱体侧壁前端的第一卡孔以及开设在隔板中部的向外延伸的延伸面上的第二卡孔；箱盖边缘侧壁与箱体侧壁前端配合，第一卡勾卡接在第一卡孔内，第二卡勾卡接在第二卡孔内。
6.如权利要求1所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述上腔室内壁上设置有多条加强筋。
7.如权利要求1所述的一种电动车用锂电池包，其特征在于：所述电池组与箱盖之间还填充有固定电池组的泡棉材料。
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