CN107925115A

CN107925115A - 一种混合编组的电池组及一种电池组编组方法

Info

Publication number: CN107925115A
Application number: CN201680012715.6A
Authority: CN
Inventors: 刘光辰
Original assignee: Beijing Samevolt Co ltd
Current assignee: Beijing Samevolt Co ltd
Priority date: 2015-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2018-04-17
Also published as: CN104638291B; CN104638291A

Abstract

本发明公开了一种混合编组的电池组和一种电池组编组方法。所述混合编组电池组通过将主供电电池组和辅助供电电池组串联连接组成电池组，其中辅助供电电池组的单位电压的电池额定容量高于主供电电池组的单位电压的电池额定容量，混合编组电池组除了可提供一组电池组的整体电压输出向外界供电外，还可提供一组或多组低于电池组电压的辅助电源向外界供电。

Description

说明书发明名称：一种混合编组的电池组及一种电池组编组方法技术领域

[0001] 本发明涉及电池组技术领域，尤其是涉及串联或串并联混合编组的电池组及电池组编组方法。

背景技术

[0002] 传统电池组在编组吋，无论是串联编组还是串并联混合编组的电池组，为尽量减小电池间不一致性对电池组寿命的影响，厂商都建议用同一品牌、同一型号、同一批次、且经分选工序尽量选用容量接近的电池编组使用，即编组后整个电池组内单位电压所对应的电池组容量都是相同的。且传统电池组在编组后，仅提供一组供电电压为电池组电压的电源向外界供电。

技术问题

[0003] 电压高是电池组的特点之一，在某些应用场合如电动汽车的动力电池组的电压高达 400伏。在电池组负责供电的整个系统，往往有不同额定电压的电气设备，如电动汽车上的动力系统的电机及电机控制器的额定电压在几百伏，而周边的辅助电气设备如仪表 /大灯 /转向灯 /喇叭 /VCU/电动车窗 /天窗 /雨刷 /转向助力泵 /A BS/安全气囊等的额定电压只有 12V，这就需要通过加装 DC-DC转换器，将电池组的高电压转换成辅助电气设备需要的低电压，而 DC-DC转换器不但增加了体积、重量、成本，且转换效率低也使得宝贵的电池组的电能有额外的损失、并且多了一个可能的故障点，降低了系统可靠性。

[0004] 而在另外某些应用场合如电动自行车或电动三轮车等，动力电池组的电压有 36 伏、 48伏、 60伏等电压等级，出于节约成本等因素的考虑，这些电动自行车或电动三轮车的辅助电气设备如仪表 /喇叭 /车灯 /中控锁等往往不使用 DC-DC转换器而直接采用动力电池组的输出电压来供电，动力电池组的输出电压已经超过了人体的安全电压，而这些周边辅助电气设备又零散分布在车把及车身四周，增加了骑行者的触电危险，可能危及骑行者的人身安全。

问题的解决方案技术解决方案

[0005] 本发明公幵的混合编组的电池组克服现有技术不足，通过将不同容量的电池串联或串并联混合编组，或者将多个容量相同的电池串并联混合编组，编组后整个电池组内单位电压所对应的电池组的额定容量不完全相同，其中容量稍大部分的电池组两端有供电引线可向外界供电，即混合编组电池组除了可提供一组电池组整体电压向外界供电外，还可提供一组或多组低于电池组电压的辅助电源向外界供电。

[0006] 在本发明的第一个方面中，本发明提供了一种混合编组的电池组的技术方案，将电池组分成主供电电池组及辅助供电电池组二部分，并串联连接，如图 1所示，其中主供电电池组 11与辅助供电电池组 12串联连接。

[0007] 进一步地，主供电电池组由 1个电池组成，或由 2个及以上的电池串联、并联或串并联编组组成。

[0008] 进一步地，辅助供电电池组由 1个电池组成，或由 2个及以上的电池串联、并联或串并联编组组成。辅助供电电池组的单位电压的电池容量高于主供电电池组的单位电压的电池容量，如图 1所示，辅助供电电池组 12的单位电压的电池容量高于主供电电池组 11的单位电压的电池容量。

[0009] 进一步地，整个电池组由主供电电池组及辅助供电电池组串联组成，辅助供电电池组的两端有供电引线可向外界供电，即辅助供电电池组不但与主供电电池组一起负责整个电池组的对外供电，而且同吋可提供低于电池组电压的辅助电源向外界供电，如图 1所示，辅助供电电池组 12的两端有供电引线 13和 15可向外界供电，与主供电电池组 11一起负责整个电池组的对外供电，其中辅助供电电池组的供电输出端 13和 15的输出电压低于电池组的供电输出端 13和 14的输出电压，即辅助供电电池组额外提供了低于电池组电压的辅助电源向外界供电。

[0010] 进一步地，主供电部分的电池组与辅助供电电池组串联连接，方法有三种：

[0011] 其一，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用负极，如图 1所示： 13、 14为整个电池组的供电输出端， 1₃、 15为辅助供电输出端，即整个电池组与辅助供电电池组共用负极 13;

[0012] 其二，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用正极，如图 2所示：主供电电池组 21与辅助供电电池组 22串联连接，整个电池组的供电输出端为 23和 24，辅助电源的供电输出端为 24和 25，整个电池组与辅助供电电池组公用正极 24;

[0013] 其三，也可以将主供电电池组分成可串联的两部分，并将辅助供电电池组夹在中间串联起来，即主供电电池组的高电势部分的负极与辅助供电电池组的正极相连，主供电电池组的低电势部分的正极与辅助供电电池组的负极相连，如图 3 所示，主供电电池组分成低电势部分 31和高电势部分 32，二者将辅助供电电池组 33夹在中间串联起来，主供电电池组的高电势部分 32的正极 35、主供电电池组的低电势部分 31的负极 34为整个电池组的供电输出端，辅助供电电池组 33的正极 37、负极 36为辅助供电输出端。

[0014] 进一步地，整个电池组中可以有 1个及以上的辅助供电电池组，多个辅助供电电池组之间可以互不干扰地串联连接且中间用主供电电池组隔幵、或者串联连接即电势较高的辅助供电电池组的负极与电势较低的辅助供电电池组的正极相连并共用供电引线、或者共用负极、或者共用正极。

[0015] 进一步地，电池组内的任一段电压所对应的电池或电池组的额定容量及额定电流除了满足整个电池组的额定容量及额定电流的要求外，还要满足所在的 1组或多组辅助供电的额定容量及额定电流的要求。

[0016] 进一步地，整个电池组中所有电池间的连接线及对外供电引线均牢固连接，且线径规格满足功率要求并有一定冗余。

[0017] 进一步地，混合编组电池组应选用如下的充电方案之一：

[0018] 其一，选用可对每个电池进行独立充电的充电器，且充电参数与该电池的容量相匹配；

[0019] 其二，整个电池组的所有电池均采用自带充电功能的智能电池；

[0020] 其三，采用传统串联充电方式和上述二种充电方式相结合的充电方式，即充电初期的恒流阶段采用传统的串联充电方式，之后采用可对每个电池进行独立充电的充电器或者采用电池自带的充电功能进行充电。

[0021] 在本发明的第二个方面中，本发明公幵了一种电池组编组方法，将电池组分成主供电电池组及辅助供电电池组二部分，并串联连接，如图 1所示，其中主供电电池组 11与辅助供电电池组 12串联连接。 [0022] 进一步地，主供电电池组由 1个电池组成，或由 2个及以上的电池串联、并联或串并联编组组成。

[0023] 进一步地，辅助供电电池组由 1个电池组成，或由 2个及以上的电池串联、并联或串并联编组组成。辅助供电电池组的单位电压的电池容量高于主供电电池组的单位电压的电池容量，如图 1所示，辅助供电电池组 12的单位电压的电池容量高于主供电电池组 11的单位电压的电池容量。

[0024] 进一步地，整个电池组由主供电电池组及辅助供电电池组串联组成，辅助供电电池组的两端有供电引线可向外界供电，即辅助供电电池组不但与主供电电池组一起负责整个电池组的对外供电，而且同吋可提供低于电池组电压的辅助电源向外界供电，如图 1所示，辅助供电电池组 12的两端有供电引线 13和 15可向外界供电，与主供电电池组 11一起负责整个电池组的对外供电，其中辅助供电电池组的供电输出端 13和 15的输出电压低于电池组的供电输出端 13和 14的输出电压，即辅助供电电池组额外提供了低于电池组电压的辅助电源向外界供电。

[0025] 进一步地，主供电部分的电池组与辅助供电电池组串联连接，方法有三种：

[0026] 其一，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用负极，如图 1所示： 13、 14为整个电池组的供电输出端， 1₃、 15为辅助供电输出端，即整个电池组与辅助供电电池组共用负极 13;

[0027] 其二，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用正极，如图 2所示：主供电电池组 21与辅助供电电池组 22串联连接，整个电池组的供电输出端为 23和 24，辅助电源的供电输出端为 24和 25，整个电池组与辅助供电电池组公用正极 24;

[0028] 其三，也可以将主供电电池组分成可串联的两部分，并将辅助供电电池组夹在中间串联起来，即主供电电池组的高电势部分的负极与辅助供电电池组的正极相连，主供电电池组的低电势部分的正极与辅助供电电池组的负极相连，如图 3 所示，主供电电池组分成低电势部分 31和高电势部分 32，二者将辅助供电电池组 33夹在中间串联起来，主供电电池组的高电势部分 32的正极 35、主供电电池组的低电势部分 31的负极 34为整个电池组的供电输出端，辅助供电电池组 33的正极 37、负极 36为辅助供电输出端。

[0029] 进一步地，整个电池组中可以有 1个及以上的辅助供电电池组，多个辅助供电电池组之间可以互不干扰地串联连接且中间用主供电电池组隔幵、或者串联连接即电势较高的辅助供电电池组的负极与电势较低的辅助供电电池组的正极相连并共用供电引线、或者共用负极、或者共用正极。

[0030] 进一步地，电池组内的任一段电压所对应的电池或电池组的额定容量及额定电流除了满足整个电池组的额定容量及额定电流的要求外，还要满足所在的 1组或多组辅助供电的额定容量及额定电流的要求。

[0031] 进一步地，整个电池组中所有电池间的连接线及对外供电引线均牢固连接，且线径规格满足功率要求并有一定冗余。

[0032] 进一步地，混合编组电池组应选用如下的充电方案之一：

[0033] 其一，选用可对每个电池进行独立充电的充电器，且充电参数与该电池的容量相匹配；

[0034] 其二，整个电池组的所有电池均采用自带充电功能的智能电池；

[0035] 其三，采用传统串联充电方式和上述二种充电方式相结合的充电方式，即充电初期的恒流阶段采用传统的串联充电方式，之后采用可对每个电池进行独立充电的充电器或者采用电池自带的充电功能进行充电。

发明的有益效果

有益效果

[0036] 对于高压电池组（如 72V及以上的电池组），取消了高压转低压的 DC-DC转换器，避免了电压转换吋的电能损耗，可增加电池组的放电量，如增加电动汽车的续航里程或延长通信电源的待机吋间，降低了系统的重量、体积与成本，提高了系统可靠性且维护方便；

[0037] 对于低压电池组（如 60V及以下的电池组），可降低辅助电气设备的额定电压，如电动自行车 /三轮车，可把仪表 /喇叭 /车灯冲控锁等遍布车把及车身四周的辅助电气设备的供电电压降至对人体安全的电压范围内如 12V等，保护骑行者的人身安全；

[0038] 若电池组的电池采用智能电池并用电量转移总线将所有电池连接起来（智能电池与电量转移总线技术参见同一发明人的申请号为 201510086383.3的中国专利），并接入刹车 /减震能量回收系统等发电设备，则辅助供电电池组除了额外可给辅助电气设备供电外，还可以有电量储备的功能，随吋向有需要的电池进行电量转移补电，更可显著延长电池组的放电量及整体寿命。

对附图的简要说明

附图说明

[0039] 图 1是混合编组电池组的结构示意框图之一，辅助供电电池组与整个电池组共用负极；

[0040] 图 2是混合编组电池组的结构示意框图之二，辅助供电电池组与整个电池组共用正极；

[0041] 图 3是混合编组电池组的结构示意框图之三，辅助供电电池组与整个电池组不共用正负极；

[0042] 图 4是混合编组的电池组实施例 1的结构示意框图；

[0043] 图 5是混合编组的电池组实施例 2的结构示意框图；

[0044] 图 6是混合编组的电池组实施例 3的结构示意框图；

[0045] 图 7是混合编组的电池组实施例 4的结构示意框图（最佳实施方式）。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0046] 参考图 7，描述了本发明的混合编组电池组的结构示意框图，相同容量的电池串并联混合编组，但整个电池组在单位电压上的电池组容量不同，所述混合编组电池组可应用在太阳能或风能得储能系统中。整个电池组由 301个 3.7V40AH的电池串并联混合编组组成，主供电电池组 71由 297个电池分成 99组各 3个电池先并联再串联组成即 3P99S的编组，额定电压及容量为 366.3V120AH; 辅助供电电池组 72，由 4个电池并联组成即 4P的编组，额定电压及容量为 3.7V160AH。此种编组方式虽然整个电池组都是由相同容量 40AH的电池组成，但是辅助供电电池组由 4路并联连接容量为 160AH, 而主供电电池组由 3路并联连接容量为 120AH, 即辅助供电的电池组的单位电压的额定容量 160AH高于主供电电池组的单位电压的额定容量 120AH。

[0047] 编组后整个电池组的供电输出端为 73和 74，额定输出电压及容量为 370V120AH ，用于给主动力系统供电；辅助供电输出端为 73和 75，额定输出电压及容量为 3. 7V40AH, 用于给储能系统控制器等辅助电气设备供电。此混合编组配合前述的电量转移总线系统技术，可将高压转低压的 DC-DC转换器取消，节省了成本，避免了电压转换中的电能损耗，同吋减少了系统的重量、体积与成本，并提高了系统的可靠性且维护方便。

本发明的实施方式

[0048] 下面根据附图以及具体的实施例对本发明作进一步说明。应理解，这些附图及实施例仅出于说明本发明的目的，而不用来限制本发明的范围。本领域内的技术人员可根据本发明所述的原理并通过适当的变换和替代实现更多的功能或拓展本发明的应用范围。

[0049] 参考图 4，描述了本发明的混合编组电池组的结构示意框图，不同容量的电池串联编组，所述混合编组电池组可应用在电动自行车上。整个电池组由 3个 12V1 2AH的电池和 1个 12V20AH的电池串联编组，主供电电池组 41由 3个 12V12AH的电池串联组成，额定电压及容量为 36V12AH; 辅助供电电池组 42由 1个 12V20AH 的电池组成，额定电压及容量为 12V20AH。

[0050] 编组后整个电池组的供电输出端为 43和 44，额定输出电压及容量为 48V12AH, 用于给电机等动力设备供电；辅助供电输出端为 43和 45，额定输出电压及容量为 12V8AH, 可用于给仪表 /喇叭 /车等 /中控锁等辅助电气设备供电。此编组可将遍布车把及车身四周的仪表 /喇叭 /车等 /中控锁等辅助电气设备的供电电压由 48V 降低至 12V后，彻底杜绝了骑行者的触电风险。

[0051] 参考图 5，描述了本发明的混合编组电池组的结构示意框图，不同容量的电池串联编组，所述混合编组电池组可应用在低速电动车上。整个电池组由 4个 12V1 20AH的电池、 1个 12V150AH的电池和 1个 12V180AH的电池共 6个电池串联编组组成，主供电电池组 51有 4个 12V120AH的电池串联组成，额定电压及容量为 48V 120AH; 第 1组辅助供电电池组 52由 1个 12V150AH的电池和 1个 12V180AH的电池串联组成，额定电压及容量为 24V150AH; 第 2组辅助供电电池组由 1个 12V180A H的电池组成，额定电压及容量为 12V180AH。

[0052] 编组后整个电池组的供电输出端为 54和 55，额定输出电压及容量为 72V120AH ，用于给电机等动力设备供电；第 1组辅助供电输出端为 54和 56，额定输出电压为 24V30AH, 可用于给空调供电；第 2组辅助供电输出端为 54和 57，额定输出容量为 12V30AH, 可用于给仪表 /大灯 /转向灯 /喇叭 /电动车窗等辅助电气设备供电。此混合编组的电池组可以将 DC-DC转换器取消，节省了成本，避免了电压转换中的电能损耗，同吋减少了系统地重量、体积与成本，并提高了系统的可靠性且维护方便。

[0053] 参考图 6，描述了本发明的混合编组电池组的结构示意框图，相同容量的电池串并联混合编组，但整个电池组在单位电压上的电池组容量不同，所述混合编组电池组可应用在电动汽车上。整个电池组由 304个 3.7V40AH的电池串并联混合编组组成，主供电电池组 61由 288个电池分成 96组各 3个电池先并联再串联组成即 3P96S的编组，额定电压及容量为 355.2V120AH; 辅助供电电池组 62，由 16个电池分成 4组各 4个电池先并联再串联组成即 4P4S的编组，额定电压及容量为 14.8 V160AH。此种编组方式虽然整个电池组都是由相同容量 40AH的电池组成，但是辅助供电电池组由 4路并联连接容量为 160AH, 而主供电电池组由 3路并联连接容量为 120AH, 即辅助供电的电池组的单位电压的额定容量 160AH高于主供电电池组的单位电压的额定容量 120AH。

[0054] 编组后整个电池组的供电输出端为 63和 64，额定输出电压及容量为 370V120AH ，用于给主动力系统供电；辅助供电输出端为 63和 65，额定输出电压及容量为 1 4.8V40AH, 用于给仪表 /大灯 /转向灯 /喇叭/ VCU/空调 /电动车窗 /天窗 /雨刷 /转向助力泵 /ABS/安全气囊等辅助电气设备供电。此混合编组配合前述的电量转移总线系统技术，可将高压转低压的 DC-DC转换器取消，节省了成本，避免了电压转换中的电能损耗，同吋减少了系统的重量、体积与成本，并提高了系统的可靠性且维护方便。

[0055] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

工业实用性 [0056] 本发明的技术可应用在任何需要电池编组使用的环境，包括但不限于如下领域：电动自行车、电动汽车、电动工程车、火车的电池储能系统、舰船潜艇等、机房的后备电源系统、通信电源的后备电池组、野外移动通信基站的电池组、光伏发电及风力发电的储能、航空航天器的电池组、舰船潜艇的储能电池组等领域。

序列表自由内容

[0057] 无。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种混合编组的电池组，由主供电电池组及辅助供电电池组组成，主供电电池组与辅助供电电池组串联连接，其特征在于，主供电电池组与辅助供电电池组的容量不同，可提供辅助电源向外界供电。
[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的一种混合编组的电池组，其特征在于，辅助供电电池组的单位电压的电池额定容量高于主供电电池组的单位电压的电池额定容量；

主供电电池组与辅助供电电池组串联连接，连接方法有三种：其一，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用负极；

其二，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用正极；

其三，可以将主供电电池组分成可串联的两部分，并将辅助供电电池组夹在中间串联起来，即主供电电池组的高电势部分的负极与辅助供电电池组的正极相连，主供电电池组的低电势部分的正极与辅助供电电池组的负极相连，主供电电池组的高电势部分的正极（35) 、主供电电池组的低电势部分的负极（34) 为整个电池组的供电输出端；辅助供电电池组的正极（37) 、辅助供电电池组的负极（36) 为辅助供电输出端。
[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的一种混合编组的电池组，其特征是，整个电池组除了可提供一组电池组的整体电压向外界供电外，还可提供一组或多组低于电池组电压的电源向外界供电。
[权利要求 4] 一种电池组编组方法，将电池组分成主供电电池组及辅助供电电池组二部分，并串联连接，其特征在于，主供电电池组与辅助供电电池组的容量不同，可提供辅助电源向外界供电。
[权利要求 5] 根据权利要求 4所述的一种电池组编组方法，其特征在于，辅助供电电池组的单位电压的电池额定容量高于主供电电池组的单位电压的电池额定容量；

主供电电池组与辅助供电电池组串联连接，连接方法有三种：其一，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用负极；其二，编组后整个电池组与辅助供电电池组共用正极；其三，可以将主供电电池组分成可串联的两部分，并将辅助供电电池组夹在中间串联起来，即主供电电池组的高电势部分的负极与辅助供电电池组的正极相连，主供电电池组的低电势部分的正极与辅助供电电池组的负极相连，主供电电池组的高电势部分（32) 的正极（35) 、主供电电池组的低电势部分（31) 的负极（34) 为整个电池组的供电输出端；辅助供电电池组（33) 的正极（37) 、辅助供电电池组（ 33) 的负极（36) 为辅助供电输出端。
[权利要求 6] 根据权利要求 4所述的一种电池组编组方法，其特征是，整个电池组除了可提供一组电池组的整体电压向外界供电外，还可提供一组或多组低于电池组电压的电源向外界供电。