CN111640887A - 磷酸铁锂软包动力锂离子电池组及换电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磷酸铁锂软包动力锂离子电池组及换电方法，锂离子电池组包括机箱、锂电池组和天线，锂电池组的组装侧设置有组装板，锂电池组包括若干个并列贴合的磷酸铁锂动力软包锂电子电芯，磷酸铁锂软包锂离子电芯的极耳延伸并穿过组装板，组装板的外侧设置有电池管理系统BMS，电池管理系统BMS与极耳串联，电池管理系统BMS电连接无线传输模块和GPS模块，天线与无线传输模块和GPS模块集成模块电连接。换电方法包括充电、换电和放电。本发明具有使用循环次数高、充电效率高的特点，还具有高倍率性能优异、温升小，动力强劲，安全性能更高的优点；对锂电池的充电和放电实现实时保护；能够实现实时监控车辆、电池的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷酸铁锂软包动力锂离子电池组及换电方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
目前，在电动车领域，随着国内电动车保有量的不断提高，长期使用电动车的海量民众和大量外卖、快递骑手们越来越面临着一些关于“充电不方便”、“充电速度不高”、“安全隐患多”、“续航不足”、“等待时间长”、“效率低”等问题，在这种背景下，“换电”模式就被提了出来，通过电动车换电的模式来解决传统充电模式的痛点，提高更换效率，满足续航里程的需求。相较于铅酸蓄电池和三元锂离子电池，磷酸铁锂动力软包锂离子电池使用寿命远远高于铅酸电池和三元锂离子电池，能够节约使用成本，更为重要的是磷酸铁锂动力软包锂离子电池安全性能够得到保证。随着换电用户的增多，电池被盗的数量逐年增多，这给骑手带来极大的不安定因素，担心电池被盗成为每一位骑手用户的难题。电池数量增多，电池管理、电池数据处理、分析等问题也显得越来越重要，监控后台的大数据统计、分析和处理急需得到满足。但同时随着软包动力锂离子电池频繁的充电、放电，或者是过充电、过放电、短路和过温等不良情况的出现，也会大大降低软包锂电池的使用次数，并且存在一定的安全隐患。因此，为解决上述的种种的需求，本发明公开了一种换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组及其组装工艺。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种磷酸铁锂软包动力锂离子电池组及换电方法，其具体的技术方案为：
一种换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，包括机箱、内置于机箱中的锂电池组和天线，所述锂电池组的组装侧设置有组装板，
所述锂电池组包括若干个并列贴合的磷酸铁锂动力软包锂电子电芯，所述磷酸铁锂软包锂离子电芯的极耳延伸并穿过组装板，所述磷酸铁锂软包锂离子电芯顺次串联，连接出总正极线和总负极线，组装板的外侧设置有电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS的B-接线柱与锂电池组的总负电连接，所述电池管理系统BMS的P-接线柱与2+6插座接口的负极电连接，所述2+6插座接口的正极接线柱与锂电池组的总正极连接，
所述电池管理系统BMS电连接无线传输模块和GPS模块，所述天线与无线传输模块和GPS模块集成模块电连接。
进一步的，所述无线传输和GPS集成模块上电连接有SIM卡槽，所述SIM卡槽用于插接物联网SIM卡。
进一步的，所述锂电池组的四周和上下均垫有环氧树脂板，组装侧的环氧树脂板铺设于组装板的外侧，且组装侧的环氧树脂板开设有两个圆形通孔，锂电池组的总正极线和总负极线依次穿过两个圆形通孔，所述圆形通孔中安装有保护线束的护线圈，所述护线圈内嵌与圆形通孔内圈。
进一步的，所述机箱包括一侧敞口的箱体和覆盖在敞口中的箱盖，所述锂电池组的四周和上下的环氧树脂板均垫于箱体内，所述锂电池组的组装侧位于机箱的敞口，所述箱盖覆盖在组装侧的环氧树脂板上，所述电池管理系统BMS固定在箱盖朝向机箱内的一侧面，箱盖开设有一个过孔，所述2+6插座接口设置在过孔中，所述2+6插座接口一端突出在箱盖外部，另一端伸入箱盖下方。
进一步的，所述天线包括GPS天线和GSM天线，用于定位和无线传输信号的接收和发出；
所述箱盖开设有两个矩形天窗，所述矩形天窗用环氧树脂板密封，所述GPS天线和GSM天线分别粘贴在每个矩形天窗中的环氧树脂板朝向机箱内的一侧面。
进一步的，所述组装板为板状结构，其选用PCB材料，并且其表面敷一层敷铜焊锡层；所述组装板开设若干个极耳孔，所述磷酸铁锂动力软包锂电子电芯的极耳穿过极耳孔并弯折焊接在所述敷铜焊锡层上。
进一步的，所述电池管理系统BMS选用规格名称为EB6030-20A20S-4G的电池管理系统BMS。
进一步的，所述箱盖的外部中间位置设置有提手。
磷酸铁锂软包动力锂离子电池组的换电方法，包括以下步骤：
步骤1：充电：锂离子电池组摆放在专用的充电柜中充电，充电时，锂离子电池组的数据通过充电柜上传至后台监控平台；
步骤2：换电：将现有的锂离子电池组扫码退租放进充电柜中，才能再次扫码取出充电柜中充满电的新的锂离子电池组；
步骤3：放电：锂离子电池组与电动车电连接后，给电动车供电，锂离子电池组的数据通过电池管理系统BMS上传至后台监控平台。
进一步的，所述充电过程具体为：将锂离子电池组摆放到充电柜，充电柜的2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，充电柜与电池管理系统BMS建立通讯，充电柜输出电压与电流给电池充电，如果建立不了通讯，就不会充电，充电柜能获取电池编号，把电池编号显示在充电柜显示屏上，电量，电流，电压以及充满剩余时间等信息，同时，会把电池实时数据通过无线传输模块上传后台监控平台；锂离子电池组在充电柜中，充电时柜门指示灯亮红灯，故障时指示灯闪烁，电池电量高于80%时指示灯变绿色，提示用户可以更换该电池了；
所述放电过程具体为：锂离子电池组摆放进电动车的电池槽中，2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，锂离子电池组数据是通过电池管理系统BMS中的无线传输模块将电池实时数据和定位信息上传至后台监控平台。
本发明的工作原理是：
本发明的SIM卡槽中插接物联网SIM卡，通过锂电池组供电，处于联网状态，可与手机处于通讯状态，实时定位其位置，起到防止丢失，或者便于丢失追踪找回。
本发明的有益效果是：
本发明以磷酸铁锂动力软包锂离子电池作为电源使用，具有使用循环次数高、充电效率高的特点，还具有高倍率性能优异、温升小，动力强劲，安全性能更高的优点。
本发明锂电池组内部设置有智能的电池管理系统BMS，对锂电池的充电和放电实现实时保护，防止锂电池过度充电、过度放电、过流、过温和短路等问题，可显示故障信息、能够存储历史数据信息，性能强大、功能齐全且智能化程度高。
本发明锂电池内部集成了无线传输和GPS集成模块，能够实现实时监控车辆、电池的位置，防止电池被盗，同时将电池的数据实时上传监控后台与骑手手机APP上，实时获取电池的状态、数据，统一的电池大数据管理，详细了解的电池的动态、分析数据，以保证运行电池的可靠性与安全性。
本发明锂电池组具有体积小、重量轻，插座接口采用2+6电源插座接口易于插拔，便于锂电池组的更换，提高骑手换电的效率，节约时间，还预留了通讯的辅助触点，便于接口与外界的充电柜实现通信。
附图说明
图1是本发明的分解状态示意图，
图2是本发明的电池管理系统BMS分解状态示意图，
图中：1-提手，2—环氧树脂板，3—天线（GPS天线，GSM天线），4—插座接口，5—箱盖，6—电池管理系统BMS，7—组装板，8—护线圈，9—上、下面的环氧树脂板，10—前、后面的环氧树脂板，11—左、右面的环氧树脂板，12—磷酸铁锂动力软包锂电子电芯，13—箱体，14—矩形凹槽，15—物联网SIM卡，16—GPS模块，17—无线传输模块。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
图1是本发明的分解图，如图1所示，本发明包括机箱、锂电池组、电池管理系统BMS6、无线传输模块17和GPS模块16、天线3、插座接口4。所述机箱包括箱体13和箱盖5，所述箱盖5开设有两个矩形天窗，环氧树脂板2（黑色）遮挡密封矩形天窗，天线3分为GPS天线和GSM天线，如图2所示，用于定位和无线传输信号的接收和发出。GPS天线和GSM天线分别粘贴于箱盖5遮挡密封矩形天窗的环氧树脂板2（黑色）背面（朝向机箱内的一面），免去金属干扰，使得天线信号更稳定。电池管理系统BMS6固定于箱盖5朝向机箱内的一侧，电池管理系统BMS6固定在箱盖5朝向机箱内一侧的固定螺柱上，插座接口4穿过箱盖5，插接端位于箱盖5外，另一端位于箱盖5朝向机箱内的一侧，且与电池管理系统BMS6连接，电池管理系统BMS6连接锂电池组。
电池管理系统BMS6电连接无线传输模块17和GPS模块16，所述无线传输和GPS集成模块上电连接有SIM卡槽，所述天线3与无线传输和GPS集成模块电连接，无线传输模块17和GPS集成模块与电池管理系统BMS6电连接，以实现电池管理系统BMS6给无线传输和GPS集成模块供电，同时将电池信息数传给模块。
所述锂电池组设在机箱内，所述锂电池组若干个并列贴合的磷酸铁锂动力软包锂电子电芯12，磷酸铁锂动力软包锂电子电芯12连接电池管理系统BMS6，所述磷酸铁锂动力软包锂电子电芯12从其顶部边缘竖直向上延伸并穿过组装板7，所述电池管理系统BMS6连接于最边缘的磷酸铁锂软包锂离子电芯处，所述电池管理系统BMS6电连接无线传输模块17和GPS模块16，所述无线传输和GPS集成模块上电连接有SIM卡槽，SIM卡槽中插接物联网SIM卡15，能够联网定位。所述天线3与无线传输和GPS集成模块电连接，天线3粘贴在箱盖5的环氧树脂板2朝向机箱内的一面。
锂电池组的四周和上下与机箱之间均铺设有环氧树脂板2，依次为上、下面的环氧树脂板29，前、后面的环氧树脂板210，左、右面的环氧树脂板211，位于组装板7一侧的环氧树脂板2位于组装板7上方，位于箱盖5的下方。上面的环氧树脂板2的顶部位置设置有两个圆形通孔，护线圈8安装在圆形通孔内，保护线束。
箱体13在前后面开设有矩形凹槽14，矩形凹槽14用于粘贴产品和运营二维码，所述箱体13和箱盖5通过自攻螺丝连接固定，所述箱盖5设有提手1。
所述组装板7为板状结构，其选用PCB材料，并且其表面敷一层敷铜焊锡层；所述组装板7开设若干个极耳孔，所述极耳穿过极耳孔并弯折焊接在所述敷铜焊锡层上。所述极耳之间的连接方式为串联，使得所述动力软包锂离子电芯形成串联组合。
箱盖5上设有一个过孔，所述插座接口4的一端凸出于箱盖5表面，另一端伸入过孔与电池管理系统BMS6连接。插座接口4选用2+6电源插座接口4，其以串联形式与电池管理系统BMS6连接。2+6电源插座接口4易于插拔，便于锂电池组的更换，提高骑手换电的效率，节约时间，还预留了通讯的辅助触点，便于接口与外界的充电柜实现通信。
电池管理系统BMS6的规格名称为EB6030-20A20S-4G，该电池管理系统BMS6能实现对电池组提供过压、欠压、过流、高温、低温、短路等 保护与恢复功能。实现充放电过程中的SOC 精确计量,SOH 健康状态统计。实现充电过程电压均衡。通过上位机 软件人机交互，显示及设置电压、电流、温度等告警保护参数，存储及显示电池的运行状态实时数据和历史数据。具有多种休眠及唤醒方式。通过 RS485 与换电柜或上位机进行数据通讯，经由上位机软件进行参数配置和数据监控，通过 GPRS/GPS 模块和无线传输模块17实现与远程平台的通讯和管控。
电池管理系统BMS6背面粘贴有环氧树脂板2，用尼龙螺钉将其固定于箱盖5背面的固定螺柱上。环氧树脂板2、尼龙螺钉起绝缘保护作用。
本专利的锂离子电池组实现换电使用的过程为：
步骤1：充电：将锂离子电池组摆放到充电柜，充电柜的2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，充电柜与电池管理系统BMS建立通讯，充电柜输出电压与电流给电池充电，如果建立不了通讯，就不会充电，充电柜能获取电池编号，把电池编号显示在充电柜显示屏上，电量，电流，电压以及充满剩余时间等信息，同时，会把电池实时数据通过无线传输模块上传后台监控平台；锂离子电池组在充电柜中，充电时柜门指示灯亮红灯，故障时指示灯闪烁，电池电量高于80%时指示灯变绿色，提示用户可以更换该电池了；
步骤2：换电：将现有的锂离子电池组扫码退租放进充电柜中，才能再次扫码取出充电柜中充满点的新的锂离子电池组；
步骤3：放电：锂离子电池组摆放进电动车的电池槽中，2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，锂离子电池组数据是通过电池管理系统BMS中的无线传输模块将电池实时数据和定位信息上传至后台监控平台。
实现数据的后台监控，防止锂离子电池组丢失。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：包括机箱、内置于机箱中的锂电池组和天线，所述锂电池组的组装侧设置有组装板，
所述锂电池组包括若干个并列贴合的磷酸铁锂动力软包锂电子电芯，所述磷酸铁锂软包锂离子电芯的极耳延伸并穿过组装板，所述磷酸铁锂软包锂离子电芯顺次串联，连接出总正极线和总负极线，组装板的外侧设置有电池管理系统BMS，所述电池管理系统BMS的B-接线柱与锂电池组的总负电连接，所述电池管理系统BMS的P-接线柱与2+6插座接口的负极电连接，所述2+6插座接口的正极接线柱与锂电池组的总正极连接，
所述电池管理系统BMS电连接无线传输模块和GPS模块，所述天线与无线传输模块和GPS模块集成模块电连接。
2.根据权利要求1所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述无线传输和GPS集成模块上电连接有SIM卡槽，所述SIM卡槽用于插接物联网SIM卡。
3.根据权利要求1所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述锂电池组的四周和上下均垫有环氧树脂板，组装侧的环氧树脂板铺设于组装板的外侧，且组装侧的环氧树脂板开设有两个圆形通孔，锂电池组的总正极线和总负极线依次穿过两个圆形通孔，所述圆形通孔中安装有保护线束的护线圈，所述护线圈内嵌与圆形通孔内圈。
4.根据权利要求4所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述机箱包括一侧敞口的箱体和覆盖在敞口中的箱盖，所述锂电池组的四周和上下的环氧树脂板均垫于箱体内，所述锂电池组的组装侧位于机箱的敞口，所述箱盖覆盖在组装侧的环氧树脂板上，所述电池管理系统BMS固定在箱盖朝向机箱内的一侧面，箱盖开设有一个过孔，所述2+6插座接口设置在过孔中，所述2+6插座接口一端突出在箱盖外部，另一端伸入箱盖下方。
5.根据权利要求1所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述天线包括GPS天线和GSM天线，用于定位和无线传输信号的接收和发出；
所述箱盖开设有两个矩形天窗，所述矩形天窗用环氧树脂板密封，所述GPS天线和GSM天线分别粘贴在每个矩形天窗中的环氧树脂板朝向机箱内的一侧面。
6.根据权利要求1所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述组装板为板状结构，其选用PCB材料，并且其表面敷一层敷铜焊锡层；所述组装板开设若干个极耳孔，所述磷酸铁锂动力软包锂电子电芯的极耳穿过极耳孔并弯折焊接在所述敷铜焊锡层上。
7.根据权利要求1所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述电池管理系统BMS选用规格名称为EB6030-20A20S-4G的电池管理系统BMS。
8.根据权利要求4所述的换电用磷酸铁锂软包动力锂离子电池组，其特征在于：所述箱盖的外部中间位置设置有提手。
9.磷酸铁锂软包动力锂离子电池组的换电方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：充电：锂离子电池组摆放在专用的充电柜中充电，充电时，锂离子电池组的数据通过充电柜上传至后台监控平台；
步骤2：换电：将现有的锂离子电池组扫码退租放进充电柜中，才能再次扫码取出充电柜中充满电的新的锂离子电池组；
步骤3：放电：锂离子电池组与电动车电连接后，给电动车供电，锂离子电池组的数据通过电池管理系统BMS上传至后台监控平台。
10.根据权利要求7所述的磷酸铁锂软包动力锂离子电池组的换电方法，其特征在于：所述充电过程具体为：将锂离子电池组摆放到充电柜，充电柜的2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，充电柜与电池管理系统BMS建立通讯，充电柜输出电压与电流给电池充电，如果建立不了通讯，就不会充电，充电柜能获取电池编号，把电池编号显示在充电柜显示屏上，电量，电流，电压以及充满剩余时间等信息，同时，会把电池实时数据通过无线传输模块上传后台监控平台；
所述放电过程具体为：锂离子电池组摆放进电动车的电池槽中，2+6电源插头插接到锂离子电池组的2+6插座接口中，锂离子电池组数据是通过电池管理系统BMS中的无线传输模块将电池实时数据和定位信息上传至后台监控平台。
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