RU2790458C1 - Battery for electric vehicle with parallel connection - Google Patents
Battery for electric vehicle with parallel connection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790458C1 RU2790458C1 RU2022121867A RU2022121867A RU2790458C1 RU 2790458 C1 RU2790458 C1 RU 2790458C1 RU 2022121867 A RU2022121867 A RU 2022121867A RU 2022121867 A RU2022121867 A RU 2022121867A RU 2790458 C1 RU2790458 C1 RU 2790458C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- battery
- batteries
- battery pack
- parallel
- signal
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к аккумулятору для электромобиля, в частности, к аккумуляторной батарее для электромобиля, с возможностью расширения за счет основного блока аккумуляторной батареи.The present invention relates to an electric vehicle battery, in particular an electric vehicle battery expandable with a main battery pack.
Мировой рынок автомобилей переключает внимание с автомобилей с двигателями внутреннего сгорания на электромобили в связи с ужесточением международных экологических норм в отношении выхлопных газов автомобилей, возможности истощения запасов нефти и сохраняющихся высоких цен на нефть. В частности, экологически безопасные электрические транспортные средства становятся эффективным средством глобального сокращения выбросов парниковых газов и мощной альтернативой, отвечающей целям устойчивого развития окружающей среды. Более того, из-за давления роста стоимости топлива потребители предпочитают автомобили с меньшими затратами на горючее, поэтому показатели продаж электромобилей и гибридных автомобилей в развитых странах увеличиваются.The global automotive market is shifting its focus from combustion engine vehicles to electric vehicles due to tightening international environmental regulations on vehicle emissions, the possibility of depleting oil reserves and continued high oil prices. In particular, environmentally friendly electric vehicles are becoming an effective means of global reduction of greenhouse gas emissions and a powerful alternative that meets the goals of environmental sustainability. Moreover, due to the pressure of rising fuel costs, consumers prefer cars with lower fuel costs, so sales of electric vehicles and hybrid vehicles in developed countries are increasing.
В этой связи развитые страны активно продвигают политику поставок электромобилей.In this regard, developed countries are actively promoting the policy of supplying electric vehicles.
Таким образом, емкость и эффективность аккумулятора, которые являются принципиальными определяющими работы электромобиля, становятся важнейшими факторами, а основной проблемой является расстояние пробега, которое напрямую зависит от функциональности аккумулятора, и, в результате, автопроизводители и потребители проявляют все больший интерес именно к аккумуляторам.Thus, the capacity and efficiency of the battery, which are the fundamental determinants of the operation of an electric vehicle, become the most important factors, and the main problem is the driving distance, which directly depends on the functionality of the battery, and, as a result, car manufacturers and consumers are showing increasing interest in batteries.
Традиционно для аккумуляторов электромобилей в основном использовались свинцово-кислотные аккумуляторы, но, поскольку у используемых свинцово-кислотных аккумуляторов, зарядная способность, которая может быть накоплена по отношению к весу и объему, низкая, они не подходят для аккумуляторов электромобилей, в этой связи, в основном стали использовать аккумуляторы на основе лития, которые могут увеличить соотношение зарядной емкости к весу. Traditionally, lead-acid batteries have been mainly used for electric vehicle batteries, but since the lead-acid batteries used, the charging capacity that can be accumulated in relation to weight and volume is low, they are not suitable for electric vehicle batteries, therefore, in Lithium-based batteries have been mainly used, which can increase the ratio of charging capacity to weight.
Аккумулятор — это, по сути, устройство, предназначенное для того, чтобы сделать химическую энергию совместимой с электрической энергией, и одной из основных предпосылок для использования второй батареи, является способность одновременно заряжаться и разряжаться, в зависимости от технических характеристик автомобиля. A battery is essentially a device designed to make chemical energy compatible with electrical energy, and one of the main prerequisites for using a second battery is the ability to charge and discharge at the same time, depending on the vehicle's specifications.
Ионно-литиевые аккумуляторы, используемые в электромобилях, образуют модуль, в котором множество блоков аккумуляторных элементов тесно связаны друг с другом для обеспечения стабильной ёмкости батареи аккумуляторов, а эти многочисленные модули объединяются в аккумуляторный блок, обеспечивающий соответствующей для эксплуатации электромобиля емкостью.Lithium ion batteries used in electric vehicles form a module in which a plurality of battery cell packs are closely connected to each other to ensure a stable battery capacity, and these multiple modules are combined into a battery pack that provides an appropriate capacity for the operation of an electric vehicle.
Каждая ячейка ионно-литиевого аккумулятора имеет напряжение около 4 вольт, и емкость каждой может варьироваться, однако, сложно представить самостоятельный заряд всей базовой мощности электромобиля. Each cell of a lithium-ion battery has a voltage of about 4 volts, and the capacity of each can vary, however, it is difficult to imagine charging all the base power of an electric vehicle on its own.
Таким образом, учитывая, что диапазон номинального напряжения аккумуляторной батареи электромобиля составляет 504~705 В постоянного тока (direct current), а требуемая минимальная емкость составляет 50 Ач, то необходимо соединить последовательно и параллельно очень большое количество аккумуляторных ячеек, чтобы аккумуляторная батарея электромобиля соответствовала требуемым номинальному напряжению и емкости.Thus, considering that the nominal voltage range of an electric vehicle battery is 504~705V DC (direct current), and the required minimum capacity is 50Ah, a very large number of battery cells must be connected in series and in parallel in order for an electric vehicle battery to meet the required rated voltage and capacitance.
Емкость аккумулятора электромобиля напрямую связана с расстоянием, которое он может проехать на одной полной зарядке. The battery capacity of an electric car is directly related to the distance it can travel on one full charge.
Существующие обычные электромобили, даже при условии полной зарядки, имеют более короткий пробег, чем транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания, которые используют такие виды топлива, как бензин, дизельное топливо и сжиженный нефтяной газ, соответственно, возникает необходимость разработки аккумуляторных блоков высокой энергоемкости за счет последовательного и параллельного соединения ячеек аккумуляторной батареи с целью увеличения пробега транспортного средства. Existing conventional electric vehicles, even when fully charged, have shorter mileage than internal combustion engine vehicles that use fuels such as gasoline, diesel and LPG, respectively, there is a need to develop battery packs with high energy series and parallel connection of battery cells in order to increase the mileage of the vehicle.
Однако при увеличении последовательного соединения аккумуляторных ячеек в аккумуляторном блоке увеличивается только составляющая напряжения, и может стать невозможным использование функции зарядки/разрядки аккумуляторного блока, рассчитанного на соответствующее напряжение уже используемой аккумуляторной батареи.However, as the series connection of the battery cells in the battery pack increases, only the voltage component increases, and it may not be possible to use the charge/discharge function of the battery pack designed for the corresponding voltage of the battery pack already in use.
Поэтому, при разработке аккумуляторных ячеек, используемых в аккумуляторных блоках, избегают разработки ячеек различных размеров, тем самым, отдавая предпочтение ячейкам одного размера с одинаковым номинальным напряжением для увеличения емкости или улучшения других характеристик. Однако, очевидно, что есть ограничения в увеличении емкости ячейки при сохранении одинаковых размеров. Therefore, when developing battery cells used in battery packs, the development of cells of different sizes is avoided, thereby preferring cells of the same size with the same voltage rating to increase capacity or improve other characteristics. However, it is obvious that there are limitations in increasing the cell capacity while maintaining the same dimensions.
Так на рынке представлены аккумуляторные блоки, которые при дополнительном подключении ячеек батареи одна за другой параллельно 1P увеличивают общую емкость до 2P, 3P и 4P. Само собой разумеется, что даже ячейки небольшой емкости могут иметь параллельную конфигурацию, и тем самым достигается увеличение емкости аккумулятора, но такое увеличение имеет пределы. Thus, battery packs are presented on the market, which, by additionally connecting battery cells one by one in parallel 1P, increase the total capacity to 2P, 3P and 4P. It goes without saying that even small capacity cells can be configured in parallel, and thus an increase in battery capacity is achieved, but such an increase has limits.
Для более подробного объяснения, необходимо отметить, что параллельная и последовательная конфигурация может быть применена соответствующим образом к требованиям транспортного средства, и как упоминалось ранее, последовательно подключенные компоненты, должны быть установлены в пределах диапазона компонентов номинальной работы приложения, которое работает в определенном диапазоне, и компоненты параллельной конфигурации могут использоваться по-разному. For a more detailed explanation, it should be noted that the parallel and series configuration can be applied accordingly to the requirements of the vehicle, and as mentioned earlier, the series-connected components must be installed within the component range of the rated operation of the application, which operates in a certain range, and the components of a parallel configuration can be used in different ways.
Кстати, увеличение способом 1P, 2P, 3P, 4P при параллельной конфигурации ячеек означает соединение одних и тех же полюсов ячеек, и может привести к тому, что во время зарядки и разрядки аккумулятора объемы заряда и разряда не совпадают из-за внешних условий или различий в характеристиках ячеек. Вначале выявляются небольшие различия, но, если цикл зарядки/разрядки повторяется несколько раз, разница может стать очевидной. А разница в количестве заряда и разряда между этими аккумуляторными ячейками проявляется как разность потенциалов между элементами аккумуляторной батареи. Когда напряжение параллельно соединенных ячеек накапливается, емкость аккумулятора быстро снижается, или иногда происходит перегрев окружающих элементов, что может привести к возгоранию, в связи с чем, на данный момент появилась острая необходимость решения данной проблемы.By the way, 1P, 2P, 3P, 4P increase in parallel cell configuration means connecting the same cell poles, and may cause the charging and discharging volumes of the battery not to match during charging and discharging due to external conditions or differences. in cell characteristics. Small differences appear at first, but if the charge/discharge cycle is repeated several times, the difference may become apparent. And the difference in the amount of charge and discharge between these battery cells manifests itself as a potential difference between the cells of the battery. When the voltage of cells connected in parallel is accumulated, the capacity of the battery rapidly decreases, or sometimes the surrounding cells overheat, which can lead to fire, and therefore, at the moment there is an urgent need to solve this problem.
Настоящее изобретение проще и легче, чем предыдущие разработки, и предназначено для решения вышеописанных проблем, а его целью является создание аккумуляторной батареи для электромобиля с параллельным соединением и конфигурацией, позволяющей легко и удобно увеличивать емкость аккумулятора. The present invention is simpler and lighter than previous developments, and is intended to solve the above problems, and its purpose is to provide a battery for an electric vehicle with a parallel connection and a configuration that can easily and conveniently increase the capacity of the battery.
Целью настоящего изобретения является создание аккумуляторной батареи с параллельным соединением для электромобиля с соответствующей конфигурацией для обеспечения безопасного увеличения емкости.The purpose of the present invention is to provide a battery with parallel connection for an electric vehicle with an appropriate configuration to ensure a safe increase in capacity.
Настоящее изобретение, с одной стороны, представляет собой устройство увеличения емкости аккумуляторной батареи за счет параллельного соединения выходных кабелей или клеммы питания (терминал) комплекта аккумуляторных батарей, являющихся единицами увеличения емкости аккумуляторной батареи. Комплект батарей параллельной конфигурации снабжена защитным устройством, в котором параллельное управление несколькими комплектами батарей может осуществляться с помощью одной единицы системы управления электропитанием (BMS), контролирующей защитное устройство, в связи с чем целью данного изобретения является предоставление способа подключения, позволяющего безопасно увеличить количество параллельно подключенного комплекта батарей в соответствии с увеличением емкости аккумуляторной батареи. The present invention, on the one hand, is a device for increasing the capacity of a battery by parallel connection of output cables or a power terminal (terminal) of a set of batteries, which are units for increasing the capacity of a battery. A battery pack in parallel configuration is provided with a protection device in which multiple battery packs can be controlled in parallel by one unit of a power management system (BMS) controlling the protection device, and therefore it is an object of the present invention to provide a connection method that can safely increase the number of parallel connected set of batteries in accordance with the increase in battery capacity.
Настоящее изобретение предназначено для достижения вышеуказанной цели. Для соответствия номинальному напряжению и минимальной емкости электромобиля устанавливается аккумуляторная батарея, состоящая из комплекта батарей, которая объединяет минимальное количество параллельных и последовательных ячеек. Аккумуляторная батарея с параллельным подключением для электромобилей предназначена для увеличения общей емкости аккумуляторной батареи за счет добавления параллельно соединенного комплекта батарей.The present invention is intended to achieve the above object. To meet the nominal voltage and minimum capacity of the electric vehicle, a battery pack is installed, consisting of a battery pack that combines a minimum number of parallel and series cells. The EV Parallel Battery is designed to increase the overall battery capacity by adding a battery pack in parallel.
Каждый комплект батарей параллельной конфигурации снабжен защитным устройством, в котором параллельное управление несколькими комплектами батарей может осуществляться с помощью одной общей системы управления электропитанием (BMS) для управления всеми комплектами батарей, соединенными параллельно.Each battery pack in parallel configuration is equipped with a protection device, in which multiple battery packs can be controlled in parallel with one common power management system (BMS) to control all battery packs connected in parallel.
В настоящем изобретении клемма питания или выходной кабель каждого комплекта батарей могут быть легко соединены с общей клеммой питания одним касанием.In the present invention, the power terminal or output cable of each set of batteries can be easily connected to the common power terminal with one touch.
В настоящем изобретении один сигнальный провод подключается к каждому комплекту батарей от общей системы управления электропитанием (BMS), которая может быть сконфигурирована для управления защитным устройством каждого комплекта батарей. In the present invention, one signal wire is connected to each battery pack from a common power management system (BMS) that can be configured to control the protection device of each battery pack.
Что касается сигнальных клемм общей системы управления электропитанием (BMS) в настоящем изобретении, то количество сигнальных клемм, установленных в отдельных цепочках батарей, равно m, и когда максимальное количество подключенного комплекта батарей равно n, то для сигнальных клемм n×m идет подключение к первому комплекту батарей через первый сигнальный провод с обеими клеммами разъема и проводкой. Остальные клеммы разъема, среди клемм разъема первого комплекта батарей со стороны первого сигнального провода, не подключенные к сигнальной клемме первого комплекта батарей, подключаются к сигнальной клемме второй цепочки батарей через второй сигнальный провод. Таким образом, через сигнальный провод до последнего комплект батарей может быть подключена дополнительная клемма соединителя сигнального провода и комплекта батарей, подключенные непосредственно перед этим, и сигнальная клемма последнего комплекта батарей. As for the signal terminals of the common power management system (BMS) in the present invention, the number of signal terminals installed in individual battery strings is m, and when the maximum number of connected battery pack is n, for the signal terminals n×m, the connection is made to the first battery pack through the first signal wire with both connector terminals and wiring. The remaining connector terminals, among the connector terminals of the first battery set on the first signal wire side, not connected to the signal terminal of the first battery set, are connected to the signal terminal of the second battery string through the second signal wire. Thus, through the signal wire to the last set of batteries, an additional terminal of the connector of the signal wire and the battery set connected immediately before and the signal terminal of the last set of batteries can be connected.
В этом случае расположение клемм разъемов по обеим сторонам первого сигнального провода может быть представлено в виде матрицы размера n×m, которую можно перевернуть по горизонтали и по вертикали. In this case, the location of the connector terminals on both sides of the first signal wire can be represented as an n×m matrix that can be flipped horizontally and vertically.
Ранее, чтобы увеличить мощность существующего модульного аккумуляторного блока, должна была предшествовать разработка новых деталей, т.к. увеличить емкость аккумуляторной батареи сложно при увеличении составляющей ряда, когда должно продолжаться развитие новой инфраструктуры в связи с усовершенствованием соответствующей инфраструктуры оборудования, например, зарядных и разрядных устройств. Если обратить внимание именно на данное изобретение, то здесь подготовлен комплект батарей, состоящего из минимального количества параллельных и последовательных компонентов с электрическим защитным устройством, благодаря чему есть возможность увеличить емкость всего аккумуляторного блока при параллельном добавлении аккумуляторных батарей. Previously, in order to increase the power of an existing modular battery pack, the development of new parts had to be preceded. it is difficult to increase the capacity of the battery when the series component is increased, when the development of new infrastructure must continue due to the improvement of the corresponding equipment infrastructure, such as chargers and dischargers. With regard to the present invention, a battery pack is prepared here, consisting of a minimum number of parallel and series components with an electrical protective device, so that it is possible to increase the capacity of the entire battery pack by adding batteries in parallel.
В настоящем изобретении комплект батарей снабжен защитным устройством, с помощью которого можно периодически управлять защитным устройством каждого комплекта батарей через обычную систему управления электропитанием (BMS) (Master BMS), управляющей всем аккумуляторным блоком и комплектом батарей, и можно безопасно и легко комбинировать при параллельном подключении для увеличения емкости аккумуляторного блока. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения выходная клемма (общая силовая клемма) всей аккумуляторной батареи подключена к источнику высокого напряжения, при этом необходимо поддерживать воздушный зазор или часть поверхности изоляции (Creepage and Clearance Distances). Изобретение легко собирается и ремонтируется, эффективно в использовании, так как кабели не запутываются, маловероятен риск перекручивания или отсоединения их от аккумулятора. In the present invention, the battery pack is provided with a protection device that can periodically control the protection device of each battery pack through a conventional power management system (BMS) (Master BMS) controlling the entire battery pack and battery pack, and can be safely and easily combined when connected in parallel. to increase the capacity of the battery pack. In accordance with one aspect of the present invention, the output terminal (common power terminal) of the entire battery is connected to a high voltage source, while maintaining an air gap or part of the insulation surface (Creepage and Clearance Distances). The invention is easy to assemble and repair, effective in use, since the cables do not get tangled, the risk of twisting or disconnecting them from the battery is unlikely.
Фиг. 1 представляет собой концептуальный чертеж, изображение высоковольтной аккумуляторной системы, согласно заявленному изобретению.Fig. 1 is a conceptual drawing depicting a high voltage battery system according to the claimed invention.
Фиг. 2 представляет собой концептуальную диаграмму, схематически иллюстрирующую расположение сигнальных клемм в соединителях по обеим сторонам сигнального провода, подключенных к каждому комплекту батарей.Fig. 2 is a concept diagram schematically illustrating the location of the signal terminals in the connectors on both sides of the signal wire connected to each battery pack.
Фиг. 3 представляет собой структурную схему высоковольтной аккумуляторной батареи.Fig. 3 is a block diagram of a high voltage battery.
Фиг. 4 представляет собой частично увеличенный вид, показывающий более подробно предварительную схему высоковольтной аккумуляторной батареи и состояние проводки на выходной клемме (общая силовая клемма).Fig. 4 is a partially enlarged view showing in more detail a preliminary diagram of a high-voltage battery and a wiring condition at an output terminal (common power terminal).
Фиг. 5 представляет собой более детальное схематическое изображение конфигурации высоковольтной аккумуляторной батареи, представленной на Фиг. 4.Fig. 5 is a more detailed schematic of the configuration of the high voltage battery shown in FIG. 4.
Фиг. 6 представляет собой примерный вид, показывающий сборку соединения комплекта батарей и выходную клемму колодного типа (общая силовая клемма), представленной на Фиг.1.Fig. 6 is an exemplary view showing the battery pack connection assembly and deck-type output terminal (common power terminal) shown in FIG.
Фиг. 7 представляет собой примерный вид, иллюстрирующий соединение комплекта батарей и выходную клемму штифтового типа (общая силовая клемма), представленных на Фиг. 1.Fig. 7 is an exemplary view illustrating the connection of the battery pack and the pin-type output terminal (common power terminal) shown in FIG. 1.
Далее будут подробно описаны предпочтительные варианты реализации заявляемого изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.Next will be described in detail the preferred embodiments of the claimed invention with reference to the accompanying drawings.
На Фиг. 1 и 3 схематически и концептуально представлена конфигурация высоковольтной аккумуляторной батареи, согласно настоящему изобретению.On FIG. 1 and 3 schematically and conceptually represent the configuration of a high voltage battery in accordance with the present invention.
На Фиг. 4 в качестве примера показана форма соединения более конкретной системы высоковольтных аккумуляторов и увеличенный вид ее части согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, а на Фиг. 5 более детально представлен алгоритм подключения высоковольтной аккумуляторной батареи, приведенной на Фиг. 1.On FIG. 4 is an exemplary connection form of a more specific high voltage battery system and an enlarged view of a portion thereof, according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows in more detail the algorithm for connecting the high-voltage battery shown in FIG. 1.
На Фиг. 6 показана одна конкретная примерная форма, в которой соединение комплекта батарей и общая силовая клемма колодного типа собраны в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, как на Фиг. 1, а на Фиг. 7 показана другая конкретная примерная форма, в которой собраны соединение комплекта батарей и клеммы штифтового типа согласно варианта реализации изобретения, представленного на Фиг. 1.On FIG. 6 shows one specific exemplary form in which a battery pack connection and a deck-type common power terminal are assembled in accordance with an embodiment of the present invention, as in FIG. 1, and in Fig. 7 shows another specific exemplary form in which a battery pack connection and a pin-type terminal are assembled according to the embodiment of the invention shown in FIG. 1.
На Фиг. 1 компоненты аккумуляторной батареи в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения представлены в форме коробки и соединены друг с другом.On FIG. 1, the components of a battery according to an embodiment of the present invention are presented in the form of a box and connected to each other.
Для формирования аккумуляторного модуля (111а) объединено заранее определенное количество аккумуляторных элементов, батарейный модуль (111а) подключен к дистанционному литий-ионному контроллеру энергии (RLEC:111b), который является блоком управления, тем самым образуется своего рода блок (111), которые расположены так, что образуют одну серию комплектов аккумуляторов (110, 120). To form a battery module (111a), a predetermined number of battery cells are combined, the battery module (111a) is connected to a remote lithium ion energy controller (RLEC:111b), which is a control box, thereby forming a kind of box (111), which are located so that they form one series of battery sets (110, 120).
Устанавливаются устройства управления (CONTROL PARTS), в том числе по одному защитному устройству для каждой аккумуляторной батареи, а защитное устройство может быть установлено для определения уровня состояния параллельного соединения во всем аккумуляторном блоке соответствующей аккумуляторной батареи.Control devices (CONTROL PARTS) are installed, including one protection device for each battery, and a protection device can be installed to determine the level of parallel connection status in the entire battery pack of the corresponding battery.
Во всем аккумуляторном блоке установлена обычная система управления электропитанием (BMS) (160), для подачи и поглощения электропитания через внешний источник зарядки/разрядки установлена общая силовая клемма (150), данная общая силовая клемма (150) может быть соединена с внешней силовой клеммой (170) с одной стороны, а с другой стороны она может быть подключена к клеммам (113) и (123) подачи электропитания каждого комплекта батарей через линии электропитания или выходные кабели (115) и (125).The whole battery pack is equipped with a conventional power management system (BMS) (160), a common power terminal (150) is installed to supply and absorb power through an external charge/discharge source, this common power terminal (150) can be connected to an external power terminal ( 170) on one side, and on the other side it can be connected to the power supply terminals (113) and (123) of each battery pack via the power supply lines or output cables (115) and (125).
Общая система управления электропитанием (BMS) (160) подключена к дистанционному литий-ионному контроллеру питания (RLEC:111b), который является промежуточным блоком управления каждого модуля, через сигнальный провод (117) и (127), и, несмотря на то, что этот сигнальный провод здесь показан не четко, он может служить для подключения устройства защиты, установленного для каждой аккумуляторной батареи, и системы управления электропитанием (BMS) (160).The Common Power Management System (BMS) (160) is connected to the Remote Lithium Ion Power Controller (RLEC:111b), which is the intermediate control unit of each module, via the signal wire (117) and (127), and despite the fact that this signal wire is not clearly shown here, it can be used to connect the protection device installed for each battery and the power management system (BMS) (160).
В варианте реализации изобретения - количество сигнальных клемм общей системы управления электропитанием (BMS) (160) соответствует количеству сигнальных клемм, установленных в отдельных цепочках батарей и равно m, когда максимальное количество подключенных комплектов батарей равно n, они соединяются с первым комплектом (110) аккумуляторов через первый сигнальный провод (117), имеющий обе соединительные клеммы и проводку для m × n сигнальных клемм, для оставшегося комплекта батарей, среди клемм соединителя со стороны первого комплекта батарей первого сигнального провода (117), остальные клеммы соединителя, не подключенные к сигнальной клемме первого комплекта батарей (110), соединены с сигнальной клеммой второго комплекта батарей (120) через второй сигнальный провод (127). In an embodiment of the invention, the number of signal terminals of the common power management system (BMS) (160) corresponds to the number of signal terminals installed in individual battery strings and is equal to m, when the maximum number of connected battery sets is n, they are connected to the first set (110) of batteries through the first signal wire (117) having both connection terminals and wiring for m × n signal terminals, for the remaining set of batteries, among the connector terminals on the side of the first battery set of the first signal wire (117), the remaining connector terminals not connected to the signal terminal of the first set of batteries (110) are connected to the signal terminal of the second set of batteries (120) through the second signal wire (127).
Хотя на Фиг. 1 показаны только два комплекта аккумуляторов, если их расширить, то можно сконфигурировать так, чтобы сигнальная клемма и дополнительный контактный разъем сигнального кабеля до последнего комплекта аккумуляторов, соединялись через сигнальный провод. Например, если имеется третий комплект батарей, которая должна быть подключена параллельно, и среди клемм соединителя на стороне второго комплекта батарей второго сигнального кабеля есть не подключенные к сигнальной клемме второго комплекта батарей, то можно подключить к сигнальной клемме третьего комплекта батарей через третий сигнальный кабель. Тогда расположение клемм разъемов по обеим сторонам первой сигнальной линии может быть в виде матрицы размера n×m, которая может меняться местами по горизонтали и вертикали, второй сигнальный кабель и третий сигнальный кабель также образует матрицу той же формы, а именно (n-1)×m, (n-2)×m, имеющая постепенно уменьшающееся количество соединительных клемм.Although in Fig. Only two sets of batteries are shown in Figure 1, if expanded, they can be configured so that the signal terminal and the additional connector of the signal cable up to the last set of batteries are connected via the signal wire. For example, if there is a third set of batteries to be connected in parallel, and among the terminals of the connector on the side of the second set of batteries, the second signal cable is not connected to the signal terminal of the second set of batteries, it is possible to connect to the signal terminal of the third set of batteries through the third signal cable. Then the location of the connector terminals on both sides of the first signal line can be in the form of an n × m matrix, which can change places horizontally and vertically, the second signal cable and the third signal cable also form a matrix of the same shape, namely (n-1) ×m, (n-2)×m, having a gradually decreasing number of connection terminals.
Например, если количество клемм каждого комплекта батарей равно 7, а количество комплектов батарей, соединенных параллельно, равно 3, и концептуально представлено расположение клемм соединителя первого сигнального кабеля, второго сигнального кабеля и третьего сигнального кабеля, как показано на Фиг. 2, первый сигнальный кабель (117) имеет соединительные клеммы в виде матрицы из 3 строк и 7 столбцов с обеих сторон, а второй сигнальный кабель (127) может иметь 2 строки и 7 столбцов с обеих сторон, и третий сигнальный кабель (137) может иметь соединительные клеммы в виде матрицы из 1 строки и 7 столбцов с обеих сторон. For example, if the number of terminals of each battery pack is 7 and the number of battery packs connected in parallel is 3, and the layout of the connector terminals of the first signal cable, the second signal cable, and the third signal cable is conceptualized as shown in FIG. 2, the first signal cable (117) has 3 rows and 7 columns matrix connection terminals on both sides, and the second signal cable (127) can have 2 rows and 7 columns on both sides, and the third signal cable (137) can have connecting terminals in the form of a matrix of 1 row and 7 columns on both sides.
Между тем, вместо общей силовой клеммы, показанной на Фиг. 1, также можно создать конфигурацию соединителя силовой клеммы, в которой силовая клемма каждого комплекта батарей может быть соединена с силовой клеммой другого комплекта батарей. В этом случае, как показано на Фиг. 3, вместо прокладки линии электропередачи (кабеля), соединяющей клемму питания и общую клемму питания каждого комплекта батарей (110, 120, 130), могут быть проложены линии электропередач (выходные кабели: 125' и 135'), соединяющие клемму питания (113) каждого комплекта батарей с разъемом клеммы питания одной из ближайшего комплекта батарей. Meanwhile, instead of the common power terminal shown in FIG. 1, it is also possible to create a power terminal connector configuration in which a power terminal of each battery pack can be connected to a power terminal of another battery pack. In this case, as shown in FIG. 3, instead of laying a power line (cable) connecting the power terminal and the common power terminal of each set of batteries (110, 120, 130), power lines (output cables: 125' and 135') can be laid connecting the power terminal (113) each battery pack with the power terminal connector of one of the nearest battery pack.
В этой конфигурации параллельное соединение комплектов батарей (110, 120, 130) формируется по схеме, как показано на Фиг. 3, благодаря чему можно сделать общее подключение линий электропередач намного проще и уменьшить общую длину проводов, но это только в случае, когда есть постепенное удаление от одной стороны от общей системы управления электропитанием (BMS) или внешнего источника электропитания (170). В этом случае линия электропитания (выходной кабель: 115') ближайшем комплекте батарей (110) может быть подключена к внешнему источнику электропитания (170).In this configuration, the parallel connection of battery packs (110, 120, 130) is formed as shown in FIG. 3, which can make the overall connection of power lines much easier and reduce the overall length of the wires, but this is only the case when there is a gradual distance from one side of the common power management system (BMS) or external power supply (170). In this case, the power supply line (output cable: 115') of the nearest battery pack (110) can be connected to an external power supply (170).
С другой стороны, в настоящем варианте реализации изобретения аккумуляторный модуль выполнен путем параллельного соединения аккумуляторных ячеек при помощи соединения аккумуляторных батарей минимальной емкости. Аккумуляторные элементы могут иметь различную емкость и различные характеристики, но здесь используются стандартизированные и идентичные аккумуляторные элементы, имеющие минимальное количество параллельных компонентов, а затем они в соединенном параллельно состоянии собираются в последовательные компоненты для формирования аккумуляторного модуля. Каждая ячейка может быть снабжена электрическими деталями, способными измерять температуру и напряжение.On the other hand, in the present embodiment, the battery module is configured by connecting battery cells in parallel by connecting batteries with a minimum capacity. Battery cells may have different capacities and different characteristics, but standardized and identical battery cells are used here, having a minimum number of parallel components, and then they are connected in parallel into serial components to form a battery module. Each cell can be provided with electrical components capable of measuring temperature and voltage.
Здесь аккумуляторным модулем может быть, например, модуль 12S2P, выполненный путем параллельного соединения двух аккумуляторных элементов, а затем последовательного соединения этих 12 элементов, однако, также может быть использовано устройство, имеющее другую структуру соединения, несмотря на указанные в спецификации требования, необходимых для электромобилей.Here, the battery module can be, for example, a 12S2P module made by connecting two battery cells in parallel and then connecting these 12 cells in series, however, a device having a different connection structure can also be used, despite the requirements specified in the specification for electric vehicles. .
Комплект батарей объединяет модули аккумуляторов (301) последовательно для достижения номинального напряжения блока аккумуляторов.The battery pack connects the battery modules (301) in series to achieve the rated voltage of the battery pack.
Это делается за счет процесса увеличения последовательно соединенных компонентов ряда путем последовательного соединения увеличенного количества батарейных модулей (301). Например, номинальное напряжение аккумуляторной батареи, необходимой для электромобиля, составляет 504–705 В постоянного тока, а минимальная требуемая емкость 50 Ач. А при номинальной емкости 25 Ач, номинальное напряжение используемой аккумуляторной батареи составляет 3 ~ 4,2 В постоянного тока. Номинальное напряжение вышеуказанного модуля 12S2P составляет 36~50,4 В постоянного тока, а номинальная емкость рассчитана как 50 Ач. Поскольку надлежащее минимальное напряжение аккумуляторной батареи, необходимой для этого электромобиля, составляет 504 В постоянного тока, если 14 модулей 12S2P объединить последовательно, как показано на Фиг. 4 или 5, то можно собрать один комплект батарей.This is done through a process of increasing the serially connected row components by connecting in series an increased number of battery modules (301). For example, the nominal voltage of a battery required for an electric vehicle is 504-705 VDC and the minimum required capacity is 50 Ah. And with a rated capacity of 25Ah, the rated voltage of the battery used is
Также каждый из аккумуляторных модулей (301) соединен проводами (302) и (303) для передачи информации о температуре и напряжении, и предусмотрено устройство электрической защиты (202).Also, each of the battery modules (301) is connected by wires (302) and (303) for transmitting temperature and voltage information, and an electrical protection device (202) is provided.
Номинальное напряжение электромобиля рассчитывается, как указано выше, и может быть получено посредством одной группы аккумуляторов, а емкость батареи составляет 50 Ач – это минимальная емкость, необходимая для транспортного средства.The rated voltage of an electric vehicle is calculated as above and can be obtained with one battery bank, and the battery capacity is 50Ah, which is the minimum capacity required for a vehicle.
Тем не менее, это минимальная необходимая емкость электромобиля, и, если подходящая емкость для повышения рыночной стоимости электромобиля 100 Ач, можно использовать метод параллельного объединения аккумуляторных комплектов, чтобы достичь нужной емкости. Так, к примеру, электромобиль для поездок на короткие расстояния, подходящий для покупок домохозяек, может эксплуатироваться только с одним комплектом аккумуляторов, установленным в транспортное средство.However, this is the minimum required capacity of an electric vehicle, and if the suitable capacity to increase the market value of an electric vehicle is 100Ah, the battery pack paralleling method can be used to achieve the required capacity. So, for example, a short-distance electric car suitable for housewife shopping can be operated with only one set of batteries installed in the vehicle.
А для путешествий или поездок на дальние расстояния, подходящая емкость составляет 200 Ач с учетом расстояния поездки, для управления автомобилем необходимо объединить еще два комплекта батарей и объединить все четыре комплекта батарей параллельно.And for travel or long-distance travel, the suitable capacity is 200AH considering the travel distance, two more sets of batteries must be combined to drive the car, and all four sets of batteries must be combined in parallel.
Кроме того, количество комплектов батарей можно установить в зависимости от веса и размера транспортного средства (малый, полусредний, средний и большой) и их можно проектировать разнообразными способами в зависимости от класса транспортного средства. In addition, the number of battery packs can be set depending on the weight and size of the vehicle (small, medium, medium and large), and they can be designed in a variety of ways depending on the class of the vehicle.
Так как можно определить и использовать количество комплектов аккумуляторов, наиболее подходящее для цели использования автомобиля пользователем и схемы использования, то нет необходимости настраивать и загружать тяжелую аккумуляторную батарею, тем самым повышая эффективность электромобиля. Чтобы можно было легко дополнительно загрузить комплект аккумуляторов и подключить линию питания и сигнальные провода в электромобиле, в месте установки комплекта аккумуляторов в транспортном средстве предусмотрена крышка для открывания и закрывания, которая проектируется так, чтобы можно было легко и просто подключить клемму питания. Since it is possible to determine and use the number of battery packs most suitable for the user's vehicle use purpose and usage pattern, it is not necessary to set up and load a heavy battery pack, thereby improving the efficiency of the electric vehicle. In order to easily reload the battery pack and connect the power line and signal wires in the electric vehicle, an opening and closing cover is provided at the installation location of the battery pack in the vehicle, which is designed so that the power terminal can be easily and simply connected.
Необходим простой и надежный метод для быстрого и безопасного соединения клеммной подачи электропитания и проводов к комплекту батарей. С этой целью аккумуляторный блок можно спроектировать так, чтобы конец выходного кабеля был в виде клеммы с наконечником и использовать его для быстрого и безопасного подключения к общей силовой клемме.A simple and reliable method is needed to quickly and safely connect the terminal power supply and wires to the battery pack. To this end, the battery pack can be designed so that the end of the output cable is in the form of a terminal with a lug and used for a quick and safe connection to a common power terminal.
Таким образом, емкость аккумуляторной батареи можно увеличить, просто дополнительно соединив наконечники, установленные на конце выходного кабеля комплекта аккумуляторов, с общей силовой клеммой.Thus, the battery capacity can be increased simply by additionally connecting the lugs installed at the end of the output cable of the battery pack to a common power terminal.
Ссылаясь на Фиг. 4 и 5, используя аккумуляторную батарею с номинальным напряжением 3~4,2 В постоянного тока и номинальной емкостью 25 Ач, и предполагая, что установлен аккумуляторный модуль (201) с номинальным напряжением от 36 до 50,4 В постоянного тока и номинальной емкостью 50 Ач, в показанной конфигурации два комплекта батарей с номинальным напряжением 504 ~ 705 В постоянного тока и номинальной емкостью 50 Ач соединяются с помощью общей силовой клеммы в форме резьбовой шпильки к комплекту батарей и, таким образом, в данном варианте может быть сформирована параллельно соединенная аккумуляторная батарея или аккумуляторная система.Referring to FIG. 4 and 5, using a battery with a nominal voltage of 3~4.2 VDC and a nominal capacity of 25 Ah, and assuming that a battery module (201) with a nominal voltage of 36 to 50.4 VDC and a nominal capacity of 50 Ah, in the configuration shown, two sets of batteries with a nominal voltage of 504 ~ 705 VDC and a rated capacity of 50 Ah are connected by a common power terminal in the form of a threaded stud to the battery pack, and thus, in this embodiment, a battery connected in parallel can be formed. or battery system.
Слева от батареи расположены комплект батарей А и комплект батарей В, каждый из которых состоит из семи аккумуляторных подблоков, и в каждом аккумуляторном подблоке установлены два батарейных модуля (201). Блоки аккумуляторов расположены близко друг к другу и расположены в два ряда, где между рядами расположено защитное устройство, в котором установлены защитные блоки (202) комплекта батарей. Место в ряду батарей, где модуль батареи не установлен, также может быть использовано в качестве места размещения блока устройства защиты, общей клеммы питания и кабеля (203), подключаемого к выходному блоку (внешняя клемма питания). To the left of the battery are a battery pack A and a battery pack B, each consisting of seven battery sub-blocks, and two battery modules (201) are installed in each battery sub-block. The battery packs are located close to each other and arranged in two rows, where between the rows there is a protective device in which the protective blocks (202) of the battery pack are installed. The location in the battery row where the battery module is not installed can also be used as a location for the protection device box, the common power terminal, and the cable (203) connected to the output box (external power terminal).
Выходной положительный кабель (205) и отрицательный кабель (206) комплекта батарей А подсоединены к своего рода общей клемме питания (204), имеющей форму резьбовой шпильки, а общая клемма питания подключена к выходному положительному кабелю (207) комплекта батарей В, а также соединен с отрицательным кабелем (208) для параллельного соединения и направляется к выходу батареи (клемма внешнего питания).The output positive cable (205) and the negative cable (206) of battery set A are connected to a kind of common power terminal (204) in the form of a threaded stud, and the common power terminal is connected to the output positive cable (207) of battery set B, and is also connected with a negative cable (208) for parallel connection and routed to the battery outlet (external power terminal).
Изображенное на Фиг. 5, устройство защиты группы батарей (202) состоит из электрического контактного устройства (реле), предохранителя и устройства измерения тока (датчик тока), а также его можно открывать и закрывать, контролируя состояние подачи питания с помощью электрического сигнала. Кроме того, система управления электропитанием (BMS) с одной батареей (обычная система управления электропитанием (BMS)) может объединять два или более защитных устройства и комплекта батарей для контролируемого управления.Shown in FIG. 5, the battery group protection device (202) is composed of an electrical contact device (relay), a fuse, and a current measuring device (current sensor), and can be opened and closed by monitoring the power supply status with an electrical signal. In addition, a single battery power management system (BMS) (conventional power management system (BMS)) can combine two or more protection devices and battery packs for controlled control.
Если добавить параллельную конфигурацию с использованием соединительного блока аккумуляторной батареи или общей силовой клеммы (204) для получения достаточной емкости аккумуляторной батареи транспортного средства, как показано в проиллюстрированном варианте реализации изобретения, она будет применима для формирования батарейных блоков большей емкости.If a parallel configuration using a battery connection block or a common power terminal (204) is added to obtain sufficient vehicle battery capacity, as shown in the illustrated embodiment, it will be applicable to form higher capacity battery packs.
Кроме того, когда необходимо увеличить общую емкость батареи путем добавления параллельного компонента, как показано на Фиг. 1, количество рядов батарей можно безопасно и надежно добавлять с помощью легкого и простого способа параллельного подключения. Используя метод клеммной сборки для параллельного соединения, легко увеличить емкость аккумуляторной батареи электромобиля, таким образом увеличивается степень свободы для удовлетворения различных технических и дизайнерских условий к электромобилям при проектировании аккумуляторной батареи. In addition, when it is necessary to increase the overall battery capacity by adding a parallel component, as shown in FIG. 1, the number of rows of batteries can be added safely and reliably with an easy and simple parallel connection method. Using the terminal assembly method for parallel connection, it is easy to increase the capacity of the electric vehicle battery, thus increasing the degree of freedom to meet the various technical and design conditions for electric vehicles when designing the battery.
Выходная клемма (общая силовая клемма) всей аккумуляторной батареи подключена к источнику высокого напряжения и необходимо поддерживать воздушный зазор или часть поверхности изоляции, изобретение легко собирается и ремонтируется, эффективно в использовании, так как кабели не запутываются, маловероятен риск перекручивания или отсоединения их от изобретения. The output terminal (common power terminal) of the entire battery is connected to a high voltage source and it is necessary to maintain an air gap or part of the insulation surface, the invention is easy to assemble and repair, efficient in use, since the cables do not get tangled, the risk of twisting or disconnecting them from the invention is unlikely.
На Фиг. 6 представлен пример общей силовой клеммной конструкции, собранной в виде клеммной колодки для соединения комплектов аккумуляторов. Здесь для сбора кабелей (401, 402, 403), выходящих из трех комплектов аккумуляторов, и клеммы (405), установленной на конце кабеля параллельных компонентов, в виде блока используется клемма (407), а токопроводящая шина вывода генератора (408) может использоваться для соединения каждой клеммы (407) с параллельным компонентом. On FIG. 6 shows an example of a general power terminal structure assembled as a terminal block for connecting battery packs. Here, a terminal (407) is used as a block to collect the cables (401, 402, 403) coming from the three sets of batteries and the terminal (405) installed at the end of the cable of the parallel components, and the generator output bus bar (408) can be used to connect each terminal (407) to a parallel component.
Общий выходной кабель (404), соединенный с токопроводящей шиной вывода генератора (408), соединяется с выходным блоком (не показан на чертеже) через клемму общего выходного кабеля (406).The common output cable (404) connected to the generator output busbar (408) is connected to the output unit (not shown) via the common output cable terminal (406).
Фиг. 7 представляет собой пример общей конструкции электрического терминала, собранного в виде резьбовой шпильки (506) для соединения аккумуляторной батареи. Здесь клемма (506), имеющая форму резьбовой шпильки, используется для параллельного соединения между кабелями (501) и (502), выходящими из двух комплектов батарей, и наконечником (504), установленным на конце кабеля. Fig. 7 is an example of the general design of an electrical terminal assembled as a threaded stud (506) for battery connection. Here, a stud terminal (506) is used for parallel connection between cables (501) and (502) coming from two sets of batteries and a lug (504) mounted at the end of the cable.
Общий кабель (503), соединенный с клеммой (506) через клемму (505) с наконечником общего кабеля на выходе, вытягивается из клеммы и подключается к выходному блоку. The common cable (503), connected to the terminal (506) through the terminal (505) with the lug of the common cable at the output, is pulled out of the terminal and connected to the output unit.
Схемы разводки на Фиг. 6 и 7 предложены в качестве примера, и само собой разумеется, что помимо предложенных схем могут быть использованы и другие схемы для параллельного соединения. The wiring diagrams in Fig. 6 and 7 are provided by way of example, and it goes without saying that other schemes for parallel connection may be used in addition to the schemes suggested.
Данное изобретение было описано с помощью ограниченных примеров, чтобы помочь понять творческий замысел заявленного изобретения, приведены иллюстрации, однако настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами осуществления. This invention has been described with limited examples to help understand the inventiveness of the claimed invention, illustrations are given, however, the present invention is not limited to these specific embodiments.
Соответственно, специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение, смогут реализовать различные модификации или примеры применения на основе настоящего изобретения, естественно, что такие модификации и приложения должны относиться к формуле заявляемого изобретения.Accordingly, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications or applications based on the present invention, naturally such modifications and applications should fall within the claims of the claimed invention.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2020-0054229 | 2020-05-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790458C1 true RU2790458C1 (en) | 2023-02-21 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643693A (en) * | 1995-10-30 | 1997-07-01 | Yazaki Corporation | Battery-mounted power distribution module |
| KR20140007599A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-20 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Relay welding management apparatus of the parallel battery system and method thereof |
| US20170373512A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | Chunyi Wang | First Series Then Parallel Battery Pack System |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5643693A (en) * | 1995-10-30 | 1997-07-01 | Yazaki Corporation | Battery-mounted power distribution module |
| KR20140007599A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-20 | 에스케이이노베이션 주식회사 | Relay welding management apparatus of the parallel battery system and method thereof |
| US20170373512A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | Chunyi Wang | First Series Then Parallel Battery Pack System |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101850413B1 (en) | Electric motor vehicle | |
| KR101047831B1 (en) | Safety component by fuse at high voltage battery sensing line | |
| US8710800B2 (en) | Vehicle battery with cell balancing current paths and method of charging the same | |
| Hõimoja et al. | An ultrafast EV charging station demonstrator | |
| CN103165946B (en) | Battery pack | |
| CN110303944B (en) | Electric automobile rapid charging system and method | |
| Ramkumar et al. | Review on Li-ion battery with battery management system in electrical vehicle | |
| CN101165963A (en) | Battery management system (BMS) and driving method thereof | |
| CN103733471B (en) | Charge and discharge device | |
| JP5262027B2 (en) | Battery pack and battery system | |
| US20210291670A1 (en) | Vehicle with an integrated charging system | |
| Kim et al. | A modularized BMS with an active cell balancing circuit for lithium-ion batteries in V2G system | |
| KR20170053071A (en) | Vehicle battery apparatus | |
| Abronzini et al. | Optimal modular bms for high performances nmc battery pack | |
| Senol et al. | Electric vehicles under low temperatures: A review on battery performance, charging needs, and power grid impacts | |
| CN110745022A (en) | A multi-functional controller and new energy automobile for new energy automobile | |
| Aziz et al. | Advanced charging system for plug-in hybrid electric vehicles and battery electric vehicles | |
| RU2790458C1 (en) | Battery for electric vehicle with parallel connection | |
| Shafiei et al. | Electric and plug‐in hybrid electric vehicles | |
| KR102406060B1 (en) | pararell extention type battery pack for electric vehicle | |
| CN105406015A (en) | Power battery packs connected in series to form group | |
| EA045365B1 (en) | BATTERY FOR ELECTRIC VEHICLES WITH PARALLEL CONNECTION | |
| KR20130044874A (en) | Current interrupt device for high voltage battery of vehicle | |
| Lacey et al. | Controlling EV charging schedules: Supporting the grid and protecting battery life | |
| Williams et al. | Repurposed battery for energy storage in applications of renewable energy for grid applications |