CN202616363U

CN202616363U - 均衡充放电的串联锂离子电池组

Info

Publication number: CN202616363U
Application number: CN2012202718802U
Authority: CN
Inventors: 刘凯; 张小细; 严宏伟
Original assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2022-06-08

Abstract

本实用新型公开了一种均衡充放电的串联锂离子电池组，其包括若干个串联在一起的单体锂离子电池，单体锂离子电池设有正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极，正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极分别连接至第一电压检测电路和第二电压检测电路后又对应连接至第一平衡电容电路和第二平衡电容电路。相对于现有技术，本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组中加入了辅助电极，能够有效分析出电池中各电极的电位差异情况。通过电容的电子缓冲能力，不断调谐单体锂离子电池之间的电压差，在不消耗额外能量的同时，达到电池组性能提升的目的。

Description

均衡充放电的串联锂离子电池组

技术领域

本实用新型属于新能源领域，更具体的说，本实用新型涉及一种均衡充放电的串联锂离子电池组。

背景技术

在串联使用的锂离子电池组中，由于电池单体之间容量和内阻的差异，会造成在电池组充电或者放电过程中单体电池的电压差异不断增大。由于锂离子电池有效电压工作窗口的限制，单体电池的电压差异的增大会导致电池组的有效工作窗口减小。

为了提升串联锂离子电池组的工作能力，现有的方法为消耗电池组中电压较高的单体电池电压或者补偿电池组中电压较低的单体电池电压。但是，现有方法会因为消耗单体电池电压而损失电池组能量或者因为补偿单体电池电压而消耗额外能量，造成不必要的能量损失；此外，现有方法均采用地线作为单体电池的电压测试参比，不能准确地判断单体电池中是因为正极电势导致的电压差还是负极电势导致的电压差，可能进一步恶化单体电池之间的差异；再者，现有串联电池组的充放电管理不能实时调控单体电池电位，无法在不消耗多余能量的情况下保证串联电池组的存储能量或者释放能量的能力完全发挥。

有鉴于此，确有必要提供一种均衡充放电的串联锂离子电池组。

实用新型内容

本实用新型主要是为了解决现有锂离子串联组装电路中，单体锂离子电池的正极与负极电位无法准确判断，不能实时调控单体电池正极或者负极电位的问题，能够在不额外消耗能量的情况下对串联电池组进行电位调谐，达到电池组性能发挥更优。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种均衡充放电的串联锂离子电池组，其包括若干个串联在一起的单体锂离子电池，单体锂离子电池设有正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极，正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极分别连接至第一电压检测电路和第二电压检测电路后又对应连接至第一平衡电容电路和第二平衡电容电路。

作为本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组的一种改进，所述单体锂离子电池由正极和正极辅助电极、负极和负极辅助电极通过隔离膜分隔封装在包装壳中灌注电解液后激活而成。

作为本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组的一种改进，所述辅助电极由物理性质和化学性质稳定的金属或者合金制成，各组单体电池所使用的正极辅助电极或者负极辅助电极的材料和尺寸均相同。

作为本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组的一种改进，所述辅助电极由金属铜、金属镍或金属锂制成。

作为本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组的一种改进，所述辅助电极由碳或导电高分子材料制成。

作为本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组的一种改进，所述第一、第二电压检测电路实时监控各单体电池正极相对正极辅助电极或者负极相对负极辅助电极的电势差，再通过与第一、第二电压检测电路连接的第一、第二平衡电容电路缓冲相邻电极组间的电压差。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：首先，在电池系统中加入辅助电极，能够有效分析出电池中各电极的电位差异情况；其次，在电路中使用辅助电极取代地线参比，可以更加准确地解析出电池组中单体电池正极电势或负极电势的差异；此外，通过电容的电子缓冲能力，不断调谐单体电池之间的电压差，可在不消耗额外能量的同时，达到电池组性能提升的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1是本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组中，单体锂离子电池的结构示意图。

图2是本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组中，单体锂离子电池的剖视示意图。

图3是本实用新型均衡充放电的串联锂离子电池组串联电路工作示意图。

附图中，n1：锂离子电池；n11：正极；n12：负极；n13：正极辅助电极；n14：负极辅助电极；n15：隔离膜；n16：包装壳；n2：正极电压分析处理装置；n3：负极电压分析处理装置；n4：正极平衡电容；n5：负极平衡电容。（1≤n≤m）

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并不是为了限定本实用新型。

以下参考附图1至3所示，对本实用新型作进一步的阐述和说明。

首先，按照现有锂离子电池的生产工艺，制备正极n11与负极n12；其次，在电池中心位置分别放置正极辅助电极n13和负极辅助电极n14，通过卷绕工艺将隔离膜n15与n11、n12、n13及n14相互分隔并组合，将其封装至包装壳n16中，待灌注电解液后激活，便可得到具有辅助电极的锂离子电池n1。

其中，n13和n14均选用直径为5um的金属铜丝，金属丝在电池中的导出位置可连接如金属镍等其他便于与外电路焊接的金属，其长度均小于n11和n12的宽度，以保证在与n15阻隔的结构中不会发生与n11和n12的短路的情况。

按照上述方法制作的锂离子电池具备四根电极，但其中，只有n11与n12之间能够形成电化学反应组进行锂离子的存储和释放，n13和n14只提供对n11和n12的电位参比，在充放电过程中不发生任何化学反应。辅助电极由物理性质和化学性质稳定的金属或者合金组成，各组单体电池所使用的正极辅助电极或者负极辅助电极的材料和尺寸均相同。

取m（m>1）节按照前述方法制成的单体电池相互串联，即可组成由m节具备辅助电极的串联电池组。将串联电池组中的各单体电池11…（n-1）1、n1、（n+1）1…m1中的正极组和负极组分别连接第一电压检测电路12…（n-1）2、n2、（n+1）2…m2和第二电压检测电路13…（n-1）3、n3、（n+1）3…m3，并对应连接第一平衡电容电路14…（n-1）4、n4、（n+1）4…m4和第二平衡电容电路15…（n-1）5、n5、（n+1）5…m5。其中，串联的单体锂离子电池的工作方式与各个相邻的单体电池组单元相同。

在本实用新型中，以n1和（n+1）1组成的相邻单体电池组单元为例进行说明，n1和（n+1）1的正极组分别通过正极电压分析处理装置n2和（n+1）2分析，并连接正极平衡电容n4；负极组分别通过负极电压检测电路n3和（n+1）3分析，并连接至负极平衡电容n5上，其连接方式如图3所示。

在充电过程中，当n2分析出n1的正极与正极辅助电极的电压差与（n+1）2分析出（n+1）1的正极与负极辅助电极的电压差相同时，n4保持静止状态，不影响n1和（n+1）1之间的正极电位；当n2分析出的电压差大于（n+1）2的电压差时，n4出现n1正极向（n+1）1正极方向电流流动的充电动作，直至n1与（n+1）1的正极电位差回复到平衡状态；当n2分析出的电压差小于（n+1）2的电压差时，n4出现（n+1）1正极向n1正极方向电流流动的充电动作，直至n1与（n+1）1正极电位差回复到平衡状态。n5与n3和（n+1）3组成的分析调谐的工作方式与上述相同，能够促使n1与（n+1）1的负极电位差回复到平衡状态。在此工作过程中，平衡电容n4受到n2和（n+1）2之间的电压差感应，n5受到n3和（n+1）3之间的电压差感应，n4与n5之间相互独立工作，并且由于n4和n5在此过程中为电子缓冲作用，并不会过多消耗电路中的能量，能有效避免传统调谐方式中的能力损失。

放电过程的工作原理相同于充电过程，在此不再详述。由此可见：上述第一、第二电压检测电路可实时监控各单体电池正极或者负极相对辅助电极的电势差，再通过与第一、第二电压检测电路连接的第一、第二平衡电容电路缓冲相邻电极组间的电压差。

由相邻的单体锂离子电池不断重复组合，即可串联成具有m个单体锂离子电池的串联电池组。相邻的锂离子电池之间能够实现正极电位差和负极电位差的平衡，由此可以实现串联电路中各个单体电池之间的正极电位差和负极电位差调谐至平衡状态。相对于现有的调节方式，此方式可区分相邻单体电池之间的正极电位差和负极电位差，而不是笼统地通过电池相对于地线的电位差来判断相邻电池之间的电压差异，能够更加准确地分析电池差异并且不受环境干扰；同时能够调谐各电池中正极或者负极状态的差异，能够使单体锂离子电池真正达到相互平衡的状态，以提升电池组的工作性能。

综上所述，本实用新型在现有锂离子电池的基础上，在电池结构中针对正极和负极分别加入正极辅助电极和负极辅助电极，以取代现有电压调节电路中的地线参比。本实用新型能够更加准确地分析和判断各单体电池之间正极和负极的差异，并通过电容的电子缓冲能力使之调谐至平衡状态。此过程中不会消耗电路自身及外接电路的额外能力，即能够达到电池组中各个单体电池的平衡和稳定，能够有效提升电池组的有效电压工作窗口。使用本实用新型，能够进一步保证串联电池组的安全，并且不损耗能量，使用方式简单，具备理想的实用能力。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims

1.一种均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述均衡充放电的串联锂离子电池组包括若干个串联在一起的单体锂离子电池，单体锂离子电池设有正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极，正极、正极辅助电极和负极、负极辅助电极分别连接至第一电压检测电路和第二电压检测电路后又对应连接至第一平衡电容电路和第二平衡电容电路。

2.根据权利要求1所述的均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述单体锂离子电池由正极和正极辅助电极、负极和负极辅助电极通过隔离膜分隔封装在包装壳中灌注电解液后激活而成。

3.根据权利要求1所述的均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述辅助电极由物理性质和化学性质稳定的金属或者合金制成，各组单体电池所使用的正极辅助电极或者负极辅助电极的材料和尺寸均相同。

4.根据权利要求1所述的均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述辅助电极由金属铜、金属镍或金属锂制成。

5.根据权利要求1所述的均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述辅助电极由碳或导电高分子材料制成。

6.根据权利要求1所述的均衡充放电的串联锂离子电池组，其特征在于：所述第一、第二电压检测电路实时监控各单体电池正极相对正极辅助电极或者负极相对负极辅助电极的电势差，再通过与第一、第二电压检测电路连接的第一、第二平衡电容电路缓冲相邻电极组间的电压差。