CN112615042A - 一种防过充电池组装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防过充电池组装置，包括：电池箱和电池管理系统；电池箱与电池管理系统电性连接，电池箱包括多个单体电池，电池管理系统实时获取电池箱的状态信息，并根据状态信息控制电池箱的充断电，而且单体电池的电解液中添加有防过充添加剂。该防过充电池组装置从单体电池的电解液成分、电池管理系统的功能等多方面来保证电池组装置的过充安全性，防止单个或多个单体电池过充时发生起火、爆炸。

Description

一种防过充电池组装置
技术领域
本发明涉及电池充电技术领域，具体涉及一种防过充电池组装置。
背景技术
近年来，由于锂离子电池技术的不断进步，其应用范围也越来越广泛。随着锂离子电池应用的增加，其安全问题也越来越突出。在电池管理系统电压检测失效或高压接触器粘结的情况下，锂离子电池发生过充电安全事故的几率较大。过充电会导致电池负极形成一定量的枝晶锂，并产生大量热，而快速的产热会引发电池内部各组分之间的化学、电化学反应，由此产生的气体引起电池鼓胀甚至引发电池热失控。单个或多个电池被过度充电，则由快速增加的产热和较少的散热导致的热积累将显著增加热失控的风险，严重的将引发火灾事故。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，旨在提供一种多重防过充措施组合使得防过充效果好，安全性更高的防过充电池组装置。
具体技术方案如下：
一种防过充电池组装置，主要包括：电池箱和电池管理系统；
所述电池箱与所述电池管理系统电性连接，所述电池箱包括多个单体电池，所述电池管理系统实时获取所述电池箱的状态信息，并根据所述状态信息控制所述电池箱的充断电，而且所述单体电池的电解液中添加有防过充添加剂。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，所述单体电池的电解液为LiPF6/EC+DEC电解液，其中1.0mol/L的所述电解液中添加的所述防过充添加剂的质量百分比为1％。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，所述防过充添加剂为1，4—二叔丁基—2，5—二甲氧基苯。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，所述电解液中还添加有阻燃剂，其中1.0mol/L的所述电解液中添加的所述阻燃剂的质量百分比为3％。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，所述电池箱包括外壳和设置在所述外壳内的电池模块、电池控制器；
所述电池模块包括多个所述单体电池，所述单体电池串联和/或并联设置，并与所述电池控制器连接，所述电池控制器实时获取所述状态信息，其中所述状态信息包括最高单体电压和/或最高温度；
所述电池控制器与所述电池管理系统电性连接，并将获取到的所述状态信息传送给所述电池管理系统。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，还包括正极接触器和负极接触器，所述正极接触器和所述负极接触器设置在所述电池箱的充电线路上，并与所述电池管理系统电性连接，所述正极接触器和负极接触器接收所述电池管理系统的控制信号实现所述电池箱的充断电。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，当所述最高单体电压达到第一阈值时，所述电池管理系统控制所述正极接触器断开，当所述最高单体电压达到第二阈值时，所述电池管理系统控制所述负极接触器断开，其中所述第二阈值大于所述第一阈值。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，当所述最高温度达到第三阈值时，所述电池管理系统控制所述正极接触器断开，当所述最高单体温度达到第四阈值时，所述电池管理系统控制所述负极接触器断开，其中所述第三阈值大于所述第四阈值。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，还包括配电模块，所述配电模块一方面与所述电池箱电性连接组成所述电池箱的所述充电线路，一方面与所述电池管理系统电性连接，为所述电池管理系统提供电源支持。
上述的一种防过充电池组装置中，还具有这样的特征，还包括机柜，所述电池箱与所述电池管理系统放置于所述机柜内，所述机柜包括柜体和前后门，所述前后门设置在所述柜体的相对两侧，所述前后门均匀设置有通风孔。
上述技术方案的积极效果是：
本发明提供的一种防过充电池组装置，通过电池管理系统管控电池箱的充断电，防止电池箱的过度充电，同时单体电池的电解液中添加防过充添加剂，多种防过充措施组合使得装置的防过充效果好，安全性更高。
附图说明
图1为本发明所提供的防过充电池组装置的结构示意图；
图2为本发明所提供的电池箱的结构示意图；
图3为本发明所提供的电池模块的结构示意图；
图4为本发明提供的单体电池的结构示意图；
图5为对比例1和实施例1的充电电压曲线图；
图6为对比例2发生过充电时的电压曲线图；
图7为实施例2发生过充电时的电压曲线图；
图8为本发明所提供的机柜的结构示意图。
附图中：1、机柜；11、柜体；111、框架；112、侧板；12、前门；2、电池箱；21、外壳；22、电池模块；221、单体电池；23、电池控制器；3、电池管理系统；31、显示屏；4、配电模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1至图4，图1为本发明所提供的防过充电池组装置的结构示意图；图2为本发明所提供的电池箱的结构示意图；图3为本发明所提供的电池模块的结构示意图；图4为本发明提供的单体电池的结构示意图。本发明公开了一种防过充电池组装置，该装置包括机柜1、电池箱2和电池管理系统3。
所述电池箱2与所述电池管理系统3放置于所述机柜1内。
所述电池箱2与所述电池管理系统3电性连接。
所述电池箱2包括多个单体电池221。
进一步地，所述电池箱2包括外壳21和设置在所述外壳21内的电池模块22、电池控制器23。
所述电池模块22包括所述单体电池221，所述单体电池221串联和/或并联设置。
具体地，在本实施例中，电池模块22为标准模块，标准模块根据容量、电压要求，由8个单体电池221通过串联或串并联混合方式连接。因此，单体电池221的数量为八个，分两列阵列设置在电池壳体221内，单体电池221之间可以串联也可以并联，所有的单体电池221可以为串联模式、并联模式也可以为串并联混合模式。实际在一些情况下，若单体电池221的数量少于标准模块所需单体电池221的数量，可用空壳电池填充。
可选地，单体电池221的数量可以为其他数目，本发明只是列举，并不用于本发明。
可选地，所述单体电池22的电解液为LiPF6/EC+DEC电解液。单体电池221为磷酸铁锂单体电池。
优选地，在本实施例中，所述单体电池221的电解液中添加有防过充添加剂。例如，1.0mol/L的所述电解液中添加质量百分比为1％的防过充添加剂1，4—二叔丁基—2，5—二甲氧基苯。
进一步地，所述电解液中还添加有阻燃剂。例如，1.0mol/L的所述电解液中添加质量百分比为3％的阻燃剂磷酸三苯酯。通过两种添加剂复配，保证电池组装置在发生过充时不会发生起火、爆炸等安全事故。
单体电池221与所述电池控制器23电性连接。所述电池控制器23实时获取电池箱2的所述状态信息，其中所述状态信息包括最高单体电压和/或最高温度。电池控制器23与所述电池管理系统3电性连接，并将获取到的所述状态信息传送给所述电池管理系统3。
所述电池管理系统3实时获取电池箱2的状态信息，并根据所述状态信息控制所述电池箱2的充断电。
进一步地，还包括正极接触器(图未示)和负极接触器(图未示)，所述正极接触器和所述负极接触器设置在所述电池箱2的充电线路上，并与所述电池管理系统3电性连接，所述正极接触器和负极接触器接收所述电池管理系统3的控制信号实现所述电池箱2的充断电。
具体地，本实施例中的电池管理系统3是一个控制系统，接收电池控制器23传输过来的状态信息，并根据状态信息发出控制信号。
可选地，正极接触器和负极接触器接收所述电池管理系统3的控制信号实现所述电池箱2的充断电的过程如下：
当所述最高单体电压达到第一阈值时，所述电池管理系统3控制所述正极接触器断开，当所述最高单体电压达到第二阈值时，所述电池管理系统3控制所述负极接触器断开，其中所述第二阈值大于所述第一阈值。
具体地，在本实施例中，切断正极接触器的时候，正极接触器可能顺利切断，则对于电池箱2的充电已经停止，程序终结，但是由于在切断正极接触器的时候，可能会发生正极接触器粘结导致电池箱2继续充电，因此还设置第二阈值，当最高单体电压达到第二阈值，此时才需要切断负极接触器，本实施例中，从功能上防止电池组装置发生过充电。
可选地，正极接触器和负极接触器接收所述电池管理系统3的控制信号实现所述电池箱2的充断电的过程如下：
当所述最高温度达到第三阈值时，所述电池管理系统3控制所述正极接触器断开，当所述最高温度达到第四阈值时，所述电池管理系统3控制所述负极接触器断开，其中所述第三阈值大于所述第四阈值。
具体地，在本实施例中，切断正极接触器的时候，正极接触器可能顺利切断，则对于电池箱2的充电已经停止，程序终结，但是由于在切断正极接触器的时候，可能会发生正极接触器粘结导致电池箱2继续充电，因此还设置第四阈值，当最高单体电压达到第四阈值，此时才需要切断负极接触器，本实施例中，通过从功能上防止电池组装置发生过充电。
其中，在一种实施例中，既设置有最高单体电压又设置有最高单体温度，此时会产生冲突，为避免冲突，设定即使在最高单体电压没有达到第一阈值，而最高温度已达到第三阈值的情况下，就实行所述电池管理系统3控制所述正极接触器断开的动作，可能由于正极接触器粘结失效，此时电池箱2依然在继续充电，当所述最高温度达到第四阈值时，所述电池管理系统3控制所述负极接触器断开，其中所述第三阈值大于所述第四阈值。
优选地，电池管理系统3还可以进行警报提醒。
优选地，电池管理系统3设置有显示屏31，可以通过显示屏31读取电池箱2的状态信息以及故障告警信息。
所述电池箱2的状态信息，包括电池组装置总电压、电流、最高单体电压及位置、最低单体电压及位置、最高温度及位置、最低温度及位置、各电池箱中单体电压及电池箱温度。这些状态信息均可以通过电池控制器23进行采样获取。
电池组装置还包括配电模块4，所述配电模块4一方面与所述电池箱2电性连接组成所述电池箱2的所述充电线路，一方面与所述电池管理系统3电性连接，为所述电池管理系统3提供电源支持。
请参阅图5至图7，图5为对比例1和实施例1的充电电压曲线图；图6为对比例2发生过充电时的电压曲线图；图7为实施例2发生过充电时的电压曲线图；以下用实验对比进行说明本发明实施例的效果：
实施例1
先配制1.0mol/L LiPF6/EC+DEC(1：1wt％)普通电解液，再往该电解液中加入质量百分比为1％的1，4—二叔丁基—2，5—二甲氧基苯和质量百分比为3％的磷酸三苯酯添加剂。将上述电解液注入以磷酸亚铁锂/石墨为正负极主材的方形铝壳电池中，制成新鲜的磷酸铁锂单体电池，组装成规格为217.6V100Ah的电池箱2。
对比例1
配制1.0mol/L LiPF6/EC+DEC(1：1wt％)普通电解液，将电解液注入以磷酸亚铁锂/石墨为正负极主材的方形铝壳电池中，制成新鲜的磷酸铁锂单体电池，组装成规格为217.6V100Ah的电池箱2。
将对比例1和实施例1的电池组装置充满电后，继续以0.1C电流恒流充电，直至BMS发生过充电保护。
对比例1和实施例1的试验结果如图5所示。实施例1和对比例1在最高单体电压达到3.65V且持续2s后，BMS均发生过充电保护。
实施例2
先配制1.0mol/L LiPF6/EC+DEC(1：1wt％)普通电解液，再往该电解液中加入质量百分比为1％的1，4—二叔丁基—2，5—二甲氧基苯和质量百分比为3％的磷酸三苯酯添加剂。将上述电解液注入以磷酸亚铁锂/石墨为正负极主材的方形铝壳电池中，制成新鲜的磷酸铁锂单体电池，组装成规格为51.2V100Ah的4U电池箱。
对比例2
配制1.0mol/L LiPF6/EC+DEC(1：1wt％)普通电解液，将电解液注入以磷酸亚铁锂/石墨为正负极主材的方形铝壳电池中，制成新鲜的磷酸铁锂单体电池，组装成规格为51.2V100Ah的电池箱。
将实施例2和对比例2中的4U电池箱充满电后，继续以0.2C电流持续充电，直至最高单体电压达到5V或充电时间达到0.5h。
对比例2和实施例2的试验结果如图6、图7所示。从图6可以看出，对比例2中的电池箱在充满电后继续充电，电压持续上升，直至发生热失控；从图7可以看出，实施例2中的电池箱2在充满电后继续充电，电压升高至3.85V左右时不再上升，说明电池箱2有良好的防过充能力。
通过上述实验说明，通过在单体电池221的电解液中添加的防过充剂具有比较好的防过充效果。
本发明所提供的电池组装置，从单体电池221的电解液成分、电池管理系统3的功能等多方面来保证电池组装置的过充安全性，防止单个或多个单体电池221过充时发生起火、爆炸。
请参阅图8，图8为本发明所提供的机柜的结构示意图。具体地，所述机柜1包括柜体11和前后门。
可选地，本实施例中的机柜1采用标准机柜。标准机柜可以提供40U自主安装空间，柜体11包括框架111、侧板112及相应定位件(图未示)、紧固件。优选地，机柜侧板112采用锒嵌式门板，可快速拆卸，且预留并机孔，支持多个标准机柜并机使用。
具体地，在本实施例中，机柜前门12为单开门，后门(图未示)为对称双开门。
优选地，所述前后门设置在所述柜体11的相对两侧，所述前后门均匀设置有通风孔。例如，在本实施例中，前后门均采用通风率高的六角冲孔板，通风率高达85％以上。通过设置通风率高的前后门提高整个机柜1的通风与散热，进而提高电池箱2的通风散热，避免由于电池箱2的过热导致的起火甚至爆炸。
本发明所提供的电池组装置，从机柜1的结构、单体电池221的电解液成分、电池管理系统3的功能等多方面来保证电池组装置的过充安全性，防止单个或多个单体电池过充时发生起火、爆炸。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种防过充电池组装置，其特征在于，包括：电池箱和电池管理系统；
所述电池箱与所述电池管理系统电性连接，所述电池箱包括多个单体电池，所述电池管理系统实时获取所述电池箱的状态信息，并根据所述状态信息控制所述电池箱的充断电，而且所述单体电池的电解液中添加有防过充添加剂。
2.根据权利要求1所述的防过充电池组装置，其特征在于，所述单体电池的电解液为LiPF6/EC+DEC电解液，其中1.0mol/L的所述电解液中添加的所述防过充添加剂的质量百分比为1％。
3.根据权利要求1所述的防过充电池组装置，其特征在于，所述防过充添加剂为1，4—二叔丁基—2，5—二甲氧基苯。
4.根据权利要求3所述的防过充电池组装置，其特征在于，所述电解液中还添加有阻燃剂，其中1.0mol/L的所述电解液中添加的所述阻燃剂的质量百分比为3％。
5.根据权利要求1所述的防过充电池组装置，其特征在于，所述电池箱包括外壳和设置在所述外壳内的电池模块、电池控制器；
所述电池模块包括多个所述单体电池，所述单体电池串联和/或并联设置，并与所述电池控制器连接，所述电池控制器实时获取所述状态信息，其中所述状态信息包括最高单体电压和/或最高温度；
所述电池控制器与所述电池管理系统电性连接，并将获取到的所述状态信息传送给所述电池管理系统。
6.根据权利要求5所述的防过充电池组装置，其特征在于，还包括正极接触器和负极接触器，所述正极接触器和所述负极接触器设置在所述电池箱的充电线路上，并与所述电池管理系统电性连接，所述正极接触器和负极接触器接收所述电池管理系统的控制信号实现所述电池箱的充断电。
7.根据权利要求6所述的防过充电池组装置，其特征在于，当所述最高单体电压达到第一阈值时，所述电池管理系统控制所述正极接触器断开，当所述最高单体电压达到第二阈值时，所述电池管理系统控制所述负极接触器断开，其中所述第二阈值大于所述第一阈值。
8.根据权利要求6所述的防过充电池组装置，其特征在于，当所述最高温度达到第三阈值时，所述电池管理系统控制所述正极接触器断开，当所述最高单体温度达到第四阈值时，所述电池管理系统控制所述负极接触器断开，其中所述第三阈值大于所述第四阈值。
9.根据权利要求6所述的防过充电池组装置，其特征在于，还包括配电模块，所述配电模块一方面与所述电池箱电性连接组成所述电池箱的所述充电线路，一方面与所述电池管理系统电性连接，为所述电池管理系统提供电源支持。
10.根据权利要求1至9任一项所述的防过充电池组装置，其特征在于，还包括机柜，所述电池箱与所述电池管理系统放置于所述机柜内，所述机柜包括柜体和前后门，所述前后门设置在所述柜体的相对两侧，所述前后门均匀设置有通风孔。
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