CN218731204U - 电池模块、电池包及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型通过提供一种电池模块，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过获取第二类电芯的开路电压的变化量，并利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC‑OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度。

Description

电池模块、电池包及设备

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池模块、电池包及设备。

背景技术

由于磷酸铁锂电池(LiFePO4，LFP)具有高安全性、成本低廉及高温稳定性等优点，被广泛应用在电动汽车动力电池系统和电化学储能电池系统。

实际应用中，由于磷酸铁锂电池的荷电状态-开路电压(SOC-OCV)曲线存在一段十分平缓的平台期，平台期的静态电压差仅几个mV，和BMS单体电压采集精度一个数量级，一般通过定期进行满充电、满放电来提升SOC的计算精度。

然而，实践发现，如果荷电状态SOC计算不准确，会导致电池的充电时长估算不准确或者无法充满，以及放电时候整车的续航里程计算偏差较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种电池模块，能够精准计算电池的荷电状态，进而提高电池的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性。

为了解决上述技术问题，本实用新型第一方面公开了一种电池模块，所述电池模块包括：

第一类电芯；

第二类电芯组，所述第二类电芯组包含多个第二类电芯，所述第二类电芯组的所有所述第二类电芯之间相互并联；

所述第一类电芯和所述第二类电芯组串联；

所述第二类电芯组位于所述电池模块的端部，所述电池模块的端部包括所述电池模块的总正输出端或者所述电池模块的总负输出端。

可见，本实用新型通过提供一种电池模块，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过获取第二类电芯的开路电压的变化量，并利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

本实用新型第二方面公开了一种电池包，所述电池包包括：电池模块、检测单元和电池管理系统，其中：

所述电池模块包括第一类电芯、第二类电芯组，所述第一类电芯和所述第二类电芯组串联；其中，所述第二类电芯组包含多个第二类电芯，所述第二类电芯组的所有所述第二类电芯之间相互并联；

所述第二类电芯组位于所述电池模块的端部，所述电池模块的端部包括所述电池模块的总正输出端或者所述电池模块的总负输出端；

所述检测单元，用于检测所述第二类电芯组的开路电压，并将所述开路电压传输至所述电池管理系统；

所述电池管理系统，用于基于所述开路电压，确定所述电池模块的荷电状态变化量。

可见，本实用新型通过提供一种电池包，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过检测单元获取第二类电芯的开路电压的变化量并将其传输给电池管理系统，电池管理系统利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

本实用新型第三方面公开了一种设备，所述设备包括目标对象，所述目标对象包括第一方面中所述的电池模块或第二方面中所述的电池包，且所述目标对象，用于为所述设备供电。

可见，本实用新型通过提供一种设备，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过获取第二类电芯的开路电压的变化量，并利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种电池模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的一种第二类电芯、第一类电芯在电池模块所在位置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种电池模块的电池的S形排布情况的示意图；

图4-a为本实用新型实施例公开的一种第二类电芯的SOC工作区间的示意图；

图4-b为本实用新型实施例公开的一种第一类电芯工作时经过的电压平台区的示意图；

图5为本实用新型实施例公开的一种电池包的结构示意图。

图中：1、电池模块；2、第一类电芯；3、第二类电芯组，31、第二类电芯；4、总正输出端；5、总负输出端；6、拉弧短路位置；7、汇流排；8、极柱；9、电池仓；10、电池包；11、检测单元；12、电池管理系统。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“电连接”应做广义理解，例如，可以是固定电连接，也可以是可拆卸电连接，或一体地电连接；可以是机械电连接，也可以是电电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

请参阅图1，图1是本实用新型实施例公开的一种电池模块的结构示意图，该电池模块可以应用于电动汽车动力电池系统、电化学储能电池系统等需要进行充放电的任一种电池系统中，本实用新型实施例不做限定。如图1所示，该电池模块1包括：第一类电芯2，第二类电芯组3，其中，第二类电芯组包含多个第二类电芯31，其中：

第一类电芯2和第二类电芯组3串联，第二类电芯组3中的第二类电芯31之间相互并联；第二类电芯组3位于电池模块1的端部，电池模块1的端部包括电池模块的总正输出端4或者电池模块的总负输出端5，如图2所示，图2为本实用新型实施例公开的一种第二类电芯、第一类电芯在电池模块所在位置的结构示意图，第一类电芯2位于电池模块1的中间位置；以及如图3所示，图3为本实用新型实施例公开的一种电池模块的电池的S形排布情况的示意图，如图3所示，电池(第一类电芯和第二类电芯)设置在电池仓9内部，且每个电池通过汇流排7的两个极柱8电连接，以及易发生拉弧短路位置6，这样通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

本实施例中，可选的，所有第一类电芯2的正极材料和所有第二类电芯31的正极材料相同，且正极材料包括磷酸铁锂(LFP)，如图1所示。如图4所示，图4-a为本实用新型实施例公开的一种第二类电芯的SOC工作区间的示意图，如图中虚线黑框标注的位置，0-35％的SOC工作区间，该SOC工作区间中第二类电芯的荷电状态SOC和开路电压OCV一一对应；图4-b为本实用新型实施例公开的一种第一类电芯工作时经过的电压平台区的示意图，如图中虚线黑框标注的位置。

本实施例中，可选的，第二类电芯组3所包含的所有第二类电芯31的数量大于等于2，优选3，具体根据电池系统所需的电能而定。

本实施例中，可选的，上述第一类电芯2的数量大于等于1，当大于1时，每个第一类电芯之间相互串联；每个第二类电芯31的额定容量等于每个第一类电芯的额定容量。这样通过选择额定容量相同的第一类电芯和第二类电芯，能够减少电芯间的一致性差异的发生情况，便于电池模块的集成，提高了电池模块的集成效率。

本实施例中，可选的，第二类电芯组放置于电池模块的pack包的角落位置。其中，pack包的角落位置可以包括所有角落位置中的其中一个或者多个，其中，当仅需要一个角落位置时，优先选择温度最低的角落位置，这样能够充分利用pack包角度受低温环境温度影响，进一步减少磷酸铁锂电池包发生析锂的情况，以及更充分的利用第二类电芯充放电过程中产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖。

本实施例中，可选的，上述电池模块还包括：

检测单元，检测单元与第二类电芯组电连接，可选的，检测单元的数量等于第二类电芯组的数量；

检测单元，用于检测第二类电芯组的开路电压，并将开路电压传输至电池管理系统，以触发电池管理系统基于开路电压，确定电池模块的荷电状态变化量。

本实施例中，具体的，检测单元检测到第二类电芯组的电压发生变化后，将第二类电芯组的开路电压OCV发送至电池管理系统，电池管理系统接收到检测单元发送的第二类电芯组的开路电压OCV后，通过第二类电芯工作在预设荷电状态SOC工作区间(如0-35％)与开路电压之间的一一对应关系SOC-OCV，确定第二类电芯的开路电压变化对应的荷电状态变化量ΔSOC2，其中，第二类电芯的数量记为n，流经第一类电芯的电流记为I1，流经第二类电芯的电流记为I2，由于第二类电芯并联分流，因此I1＝n*I2，且根据安时积分法Q＝It，在相同时长内，荷电状态变化量与电流量成正比，则第一类电芯的SOC变化量ΔSOC1＝ΔSOC2*n，这样每个第一类电芯的SOC变化量都可得到，进而计算电池模块的SOC变化量。

可见，本实用新型通过提供一种电池模块，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过获取第二类电芯的开路电压的变化量，并利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

实施例二

请参阅图5所示，如图5所示，图5是本实用新型实施例公开的一种电池包的结构示意图，该电池包可以应用于电动汽车动力电池系统、电化学储能电池系统等需要进行充放电的任一种电池系统中，本实用新型实施例不做限定。如图5所示，该电池包10，包括电池模块1、检测单元11和电池管理系统12，其中：

电池模块1包括第一类电芯、第二类电芯组，第一类电芯和第二类电芯组串联；其中，第二类电芯组包含多个第二类电芯，第二类电芯组中的第二类电芯之间相互并联；

第二类电芯组位于电池模块1的端部，电池模块1的端部包括电池模块的总正输出端或者电池模块的总负输出端；

检测单元11和电池管理系统12，其中：

检测单元11，检测单元11与第二类电芯组电连接；

检测单元11，用于检测第二类电芯组的开路电压，并将开路电压传输至电池管理系统12，以触发电池管理系统12基于开路电压，确定电池模块1的荷电状态变化量。

需要说明的是，针对电池模块1、检测单元11及电池管理系统12的其他详细描述，请参阅实施例一相关内容的具体描述，本实施例不再赘述。

可见，本实用新型通过提供一种电池包，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过检测单元获取第二类电芯的开路电压的变化量并将其传输给电池管理系统，电池管理系统利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

实施例三

本实用新型实施例公开的一种设备，该设备包括目标对象，该目标对象包括如实施例一的电池模块或者实施例二的电池包，且该目标对象，用于为设备供电。

需要说明的是，针对电池模块的详细描述，请参阅实施例一相关内容的具体描述，针对电池包的详细描述，请参阅实施例二相关内容的具体描述，本实施例不再赘述。

可见，本实用新型通过提供一种设备，即多个并联的第二类电芯与第一类电芯进行串联，以及通过获取第二类电芯的开路电压的变化量，并利用第二类电芯在低荷电状态SOC工作区间内SOC-OCV曲线的陡峭性所形成的荷电状态与开路电压之间的一一对应关系，准确计算第二类电芯的荷电状态变化量，再基于串联的特性，准确计算第一类电芯的荷电状态变化量，从而获取误差小的电池模块的荷电状态变化量，进而准确的计算电池模块的荷电状态，有利于提高电池模块的充电时长的估算精准性以及提高放电时候整车的续航里程的计算精准性，进而减少充电时无法充满以及放电时续航里程大幅下降的情况，提升了用户体验，进而有利于提高用户的使用粘度；以及通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，如总正输出端或者总负输出端，能够减少电池模块装配过程中机械臂变换装配动作次数，装配操作的程序更为简单，有利于提高电池模块的装配效率及节省电能；另外，由于电池在电池仓中常常以S形排布方式串联而使得靠近总输出端的两列电池中靠近端板或边框的两个电池之间易发生拉弧短路，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够减少拉弧短路发生时被短路的电池数量，降低了电池模块的失控风险，有利于延长电池的使用寿命，提高电池的利用率；以及由于第二类电芯始终在低SOC区间工作从而导致其析锂风险较低，通过将第二类电芯设置在电池模块的端部，能够充分利用电池模块中端部的低温环境，降低整包的析锂风险，且还能够将第二类电芯充电或者放电过程产生的热量提供给相邻的第一类电芯对其进行保暖，进一步降低了第一类电芯的析锂风险。

以上对本实用新型实施例公开的一种电池模块、电池包以及设备进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，但上述优选实施例并非用以限制本实用新型，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在不脱离本实用新型的精神和范围内，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此本实用新型的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种电池模块，其特征在于，所述电池模块包括：

第一类电芯；

第二类电芯组，所述第二类电芯组包含多个第二类电芯，所述第二类电芯组的所有所述第二类电芯之间相互并联；

所述第一类电芯和所述第二类电芯组串联；

所述第二类电芯组位于所述电池模块的端部，所述电池模块的端部包括所述电池模块的总正输出端或者所述电池模块的总负输出端。

2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述第一类电芯的正极材料和所有所述第二类电芯的正极材料相同，且所述正极材料包括磷酸铁锂。

3.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，所述第二类电芯组所包含的所有所述第二类电芯的数量大于等于2。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电池模块，其特征在于，所述第一类电芯的数量大于等于1，每个所述第一类电芯之间相互串联；

每个所述第二类电芯的额定容量等于每个所述第一类电芯的额定容量。

5.根据权利要求1-3任一项所述的电池模块，其特征在于，所述第二类电芯组放置于所述电池模块的pack包的角落位置。

6.根据权利要求1-3任一项所述的电池模块，其特征在于，所述电池模块还包括：

检测单元，所述检测单元与所述第二类电芯组电连接；

所述检测单元，用于检测所述第二类电芯组的开路电压，并将所述开路电压传输至电池管理系统，以触发所述电池管理系统基于所述开路电压，确定所述电池模块的荷电状态变化量。

7.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括：电池模块、检测单元和电池管理系统，其中：

所述电池模块包括第一类电芯、第二类电芯组，所述第一类电芯和所述第二类电芯组串联；其中，所述第二类电芯组包含多个第二类电芯，所述第二类电芯组的所有所述第二类电芯之间相互并联；

所述第二类电芯组位于所述电池模块的端部，所述电池模块的端部包括所述电池模块的总正输出端或者所述电池模块的总负输出端；

所述检测单元，用于检测所述第二类电芯组的开路电压，并将所述开路电压传输至所述电池管理系统；

所述电池管理系统，用于基于所述开路电压，确定所述电池模块的荷电状态变化量。

8.一种设备，其特征在于，所述设备包括目标对象，所述目标对象包括如权利要求1-6任一项所述的电池模块或包括如权利要求7所述的电池包，其中：

所述目标对象，用于为所述设备供电。

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