CN110034346B - 一种电池组布置结构及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池组布置结构及设计方法，所述电池组结构为由N个阻值不同的最小完整单元串联的、外形为矩形结构的电池包，每个最小完整单元内并联若干个电池芯电池组结构以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的矩形阵列排布，N个最小完整单元由外向内呈矩形框分层布置，布置于外层的最小完整单元的阻值大于内层最小完整单的阻值。本发明通过分层结构设计，将产热多的电池排在外侧，产热少的电池排在内侧，这样电池产的热就能更快地与外界空气温度进行冷却，做到更好地散热，综合考虑了电池组结构布局对散热的影响，让电池包处于最合适的工作状态，发挥电池包的最佳性能和寿命。

Description

一种电池组布置结构及设计方法

技术领域

本发明涉及动力汽车梯次电池利用技术领域，具体地指一种电池组布置结构及设计方法。

背景技术

自从全球面临能源危机、环境污染等问题以来，新能源汽车就担当了解决上述问题的大任。近年来，全球各国都在积极开展动力电池梯次利用方面的实验研究和工程应用，但是在新能源汽车大规模普及的同时，由于动力电池的寿命普遍在3至5年,当电池已经达到报废标准,并逐步开始流入废旧市场时，比较好的处理方法就直接回收退役电池，依靠大数据和模型算法对退役电池进行筛选，实行梯次利用。并将筛选好的电池成组，组装成新的可以投入市场使用的动力汽车电池。

电池包作为电动汽车的能量来源，是电动汽车最为关键的部件，它直接影响电动汽车的性能。而温度是影响电池包性能的重要因素之一，电池在工作中产生大量的热量因受空间影响而累积，造成电池包各处温度不均衡，从而影响电池包单体电池的一致性。

目前，市场上充电电池的结构由于各个电池单体几乎不存在差异性，没有研究在电池单体具有差异性的情况下的电池成组结构。国内外用于动力汽车的电池板中的电池组均衡平铺，整体结构紧凑，有利于散热。国内论文以及研究数据表明，温度对电池寿命的影响很大。从已有动力汽车电池板结构来看，有些结构是从电池管理系统上对电池的散热进行监控，有些单体电池包的布置采用不规则的布置来方便电池组内的散热管路布置，但没有具体地从电池布局上尽可能地做到更好的散热，没有综合考虑电池组结构布局对散热的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，让电池包处于最合适的工作状态，发挥电池包的最佳性能和寿命而提出一种电池组布置结构及设计方法，通过分层布局结构，尽可能多的减小电池过热对电池包的性能的影响。

为实现上述目的，本发明所设计的电池组布置结构，所述电池组结构为由N个阻值不同的最小完整单元串联的、外形为矩形结构的电池包，每个最小完整单元内并联若干个电池芯，其特殊之处在于，所述电池组结构以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的矩形阵列排布，N，a，b均为正整数，且N＝a*b，所述N个最小完整单元由外向内呈矩形框分层布置，布置于外层的最小完整单元的阻值大于内层最小完整单的阻值。

进一步地，所述电池组结构的布置层数M的计算公式为：

更进一步地，所述电池组结构第i层包含的最小完整单元的个数Ui为

其中，i表示电池组结构从外到内的第i层，i＝1，2，3，...，M。

更进一步地，所述电池组结构第1层包含的最小完整单元的阻值最大，随层数增加的最小完整单元的阻值依次减小。

更进一步地，所述电池组结构为三层或四层结构。

本发明还提出一种电池组布置结构的设计方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)按照以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的要求取N个最小完整单元，N＝a*b，N、a、b均为正整数，所述最小完整单元内并联若干个电池芯，并计算每个最小完整单元的阻值；

2)计算电池组布置结构的层数M；

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数；

4)将N个最小完整单元按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的每一层中；

5)将N个最小完整单元依次串联，电池包完成成组。

优选地，所述步骤2)中电池组布置结构的层数M的计算公式为：

优选地，所述步骤3)中计算每一层中最小完整单元的个数Ui为

其中，i表示电池组结构从外到内的第i层，i＝1，2，3，...，M。

本发明的有益效果为：

1)不同类型的电池只有工作在一定温度范围内，才能保证性能和寿命，如铅酸电池温度在35～40℃之间，氢镍电池在0～40℃之间，锂离子电池在-20～75℃之间。本发明通过分层结构设计，将产热多的电池排在外侧，产热少的电池排在内侧，这样电池产的热就能更快地与外界空气温度进行冷却，做到更好地散热，综合考虑了电池组结构布局对散热的影响。

2)充分利用了回收电池梯次利用后不可避免的差异性，并将这种差异性合理地设计出了更好的电池布局结构来解决电池散热问题。

3)根据电池包内阻的大小，将最小完整单元从内到外按最小完整单元内阻由小到大分层排列，发挥电池包的最佳性能和寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的电池组布置结构的示意分层布局图。

图2为本发明实施例2的电池组布置结构的示意分层布局图。

图3为本发明实施例3的电池组布置结构的示意分层布局图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出的一种电池组布置结构，所述电池组结构为由N个阻值不同的最小完整单元串联的、外形为矩形结构的电池包，每个最小完整单元内并联若干个电池芯，电池组结构以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的矩形阵列排布，N，a，b均为正整数，且N＝a*b。N个最小完整单元由外向内呈矩形框分层布置，电池组结构第1层包含的最小完整单元的阻值最大，随层数增加的最小完整单元的阻值依次减小，布置于外层的最小完整单元的阻值大于内层最小完整单元的阻值。

由于电池包是采用先并联后串联的成组方法，而且动力汽车需要节省空间，因此电池包的整体结构是呈矩形。对于充电电池来说，散热问题是直接会影响电池的寿命的，所以从散热的角度思考结构的设计，采用了一种分层布局设计。

此设计对每一个最小完整单元根据内阻大小的不同，将内阻大的最小完整单元放在电池组结构的外侧，将内阻小的最小完整单元放在电池组结构的内侧，以便更好地散热，以尽可能多的减小电池过热对我们电池包的性能的影响。

本发明还提出一种电池组布置结构的设计方法，具体步骤包括：

1)按照以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的要求取N个最小完整单元1，N＝a*b，N、a、b均为正整数，最小完整单元1内并联若干个电池芯，并计算每个最小完整单元1的阻值；

2)计算电池组布置结构的层数M；

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数Ui，Ui为整数；每一层中最小完整单元的个数Ui通过下式计算：

其中，i表示电池组结构从外到内的第i层，i＝1，2，3，...，M。

4)将N个最小完整单元1按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的每一层中；

5)将N个最小完整单元1依次串联，电池包完成成组。

实施例1

1)用户提出需要以每行布置5个最小完整单元，每列布置5个最小完整单元设计电池组结构，取25个最小完整单元1，并计算每个最小完整单元1的阻值。

2)计算电池组布置结构的层数M＝3。

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数Ui：U1＝16，U2＝8，U3＝1。

4)将25个最小完整单元1按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的第1、2、3层中，第一层中16个最小完整单元1的阻值均大于第二层中8个最小完整单元1的阻值，第二层中8个最小完整单元1的阻值大于第三层中1个最小完整单元1的阻值。

5)将25个最小完整单元1依次串联，电池包完成成组。

根据用户需求，设计成每行有a＝5个最小完整单元，每列有b＝5个最小完整单元的矩形阵列排布的电池组结构，由此根据上述计算公式，可以对电池包分层，并且层数为3层，第一层有16个最小完整单元，第二层有8个最小完整单元，第三层有一个最小完整单元。因此可以将这25个最小完整单元，先按照内阻从大到小排序，内阻大的前16个最小完整单元为第一类，将接下来的8个最小完整单元为第二类，最剩下来的1个最小完整单元为第三类。因此就可以将最小完整单元，按照矩形的层的位置，将第一层全部串联第一类的最小完整单元，第二层全部串联第二类的最小完整单元，第三层全部串联第三类的最小完整单元，每一层之间串联，此时电池包已完成成组，即如图1所示的电池组布置结构的示意分层布局图。

图1中每一个小矩形代表一个已经并联了相应个数电池芯的最小完整单元，细线为导线的连接，被虚线框框起来的最小完整单元就是该层数所含的最小完整单元。

实施例2

1)用户提出需要以每行布置8个最小完整单元，每列布置6个最小完整单元设计电池组结构，取48个最小完整单元1，并计算每个最小完整单元1的阻值。

2)计算电池组布置结构的层数M＝4。

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数Ui：U1＝24，U2＝16，U3＝8,U4＝0。

4)将48个最小完整单元1按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的第1、2、3(4)层中，第一层中24个最小完整单元1的阻值均大于第二层中16个最小完整单元1的阻值，第二层中16个最小完整单元1的阻值大于第三层中8个最小完整单元1的阻值。

5)将48个最小完整单元1依次串联，电池包完成成组。

根据用户需求，设计成每行有a＝8个最小完整单元，每列有b＝6个最小完整单元的矩形阵列排布的电池组结构，由此根据上述计算公式，可以对电池组结构分层，并且层数为4层，第一层有24个最小完整单元，第二层有16个最小完整单元，第三层有8个最小完整单元，第四层有0个最小完整单元。因此可以将这48个最小完整单元，先按照内阻从大到小排序，内阻大的前24个最小完整单元为第一类，将接下来的16个最小完整单元为第二类，最剩下来的8个最小完整单元为第三类。因此就可以将最小完整单元，按照矩形的层的位置，将第一层全部串联第一类的最小完整单元，第二层全部串联第二类的最小完整单元，第三层全部串联第三类的最小完整单元，第四层由于含有0个最小完整单元，故不含最小完整单元。每一层之间串联，此时电池包已完成成组，此时电池包已完成成组，即如图2所示的电池包的示意分层布局图。

实施例3

1)用户提出需要以每行布置8个最小完整单元，每列布置8个最小完整单元设计电池组结构，取64个最小完整单元1，并计算每个最小完整单元1的阻值。

2)计算电池组布置结构的层数M＝4。

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数Ui：U1＝28，U2＝20，U3＝12U4＝4

4)将48个最小完整单元1按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的第1、2、3、4层中，第一层中28个最小完整单元1的阻值均大于第二层中20个最小完整单元1的阻值，第二层中20个最小完整单元1的阻值大于第三层中12个最小完整单元1的阻值，第三层中12个最小完整单元1的阻值大于第四层中4个最小完整单元1的阻值。

5)将64个最小完整单元1依次串联，电池包完成成组。

根据用户需求，设计成每行有a＝8个最小完整单元，每列有b＝8个最小完整单元的矩形阵列排布的电池组结构，由此根据相关计算公式，可以对电池组结构分层，并且层数为4层，第一层有28个最小完整单元，第二层有20个最小完整单元，第三层有12个最小完整单元，第四层有4个最小完整单元。因此可以将这64个最小完整单元，先按照内阻从大到小排序，内阻大的前28个最小完整单元为第一类，将接下来的20个最小完整单元为第二类，将接下来的12个最小完整单元为第三类，将剩下来的4个最小完整单元为第四类。因此就可以将最小完整单元，按照矩形的层的位置，将第一层全部串联第一类的最小完整单元，第二层全部串联第二类的最小完整单元，第三层全部串联第三类的最小完整单元，第四层全部串联第四类的最小完整单元。此时电池包已完成成组，即如图3所示的电池包的示意分层布局图。

此设计即对每一个最小完整单元根据内阻大小的不同，将内阻大的最小完整单元放在电池包的外侧，将内阻小的最小完整单元放在电池包的内侧，以便更好地散热，以尽可能多的减小电池过热对我们电池包的性能的影响。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种电池组布置结构，所述电池组结构为由N个阻值不同的最小完整单元串联的、外形为矩形结构的电池包，每个最小完整单元内并联若干个电池芯，其特征在于：所述电池组结构以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的矩形阵列排布，N，a，b均为正整数，且N＝a*b，所述N个最小完整单元由外向内呈矩形框分层布置，布置于外层的最小完整单元的阻值大于内层最小完整单元的阻值；所述电池组结构的布置层数M的计算公式为：

所述电池组结构第i层包含的最小完整单元的个数Ui为

其中，i表示电池组结构从外到内的第i层，i＝1，2，3，…，M。

2.根据权利要求1所述的电池组布置结构，其特征在于：所述电池组结构第1层包含的最小完整单元的阻值最大，随层数增加的最小完整单元的阻值依次减小。

3.根据权利要求1所述的电池组布置结构，其特征在于：所述电池组结构为三层或四层结构。

4.一种电池组布置结构的设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)按照以每行布置a个最小完整单元，每列布置b个最小完整单元的要求取N个最小完整单元，N＝a*b，N、a、b均为正整数，所述最小完整单元内并联若干个电池芯，并计算每个最小完整单元的阻值；

2)计算电池组布置结构的层数M；电池组布置结构的层数M的计算公式为：

3)依次计算每一层中最小完整单元的个数；计算每一层中最小完整单元的个数Ui为

其中，i表示电池组结构从外到内的第i层，i＝1，2，3，...，M；

4)将N个最小完整单元按照阻值从大到小排列依次布置于电池组结构由外向内的每一层中；

5)将N个最小完整单元依次串联，电池包完成成组。

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