電池模塊組合系統的制作方法

本發明涉及電池包，具體地，涉及一種電池模塊組合系統。

背景技術：

電動車輛、太陽能發電儲能裝置、風力發電儲能裝置、電能量峰谷調節裝置等發電或電力驅動的設備大多數需要進行電力存儲，該電力存儲裝置多數采用了電池模塊，如鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池等，能量存儲裝置是由幾十到幾百個、幾千個電池通過串聯或并聯的方式達到所需要的電壓和功率。

通常電池單體通過并聯的方式擴展容量，電池單體并聯后，電壓不變，電池容量增加，通過并聯數量的改變，達到需要的容量。單體電池通過串聯的方式擴展電壓。電池串聯數量越多，電壓越高，容量不變。通常電池組由單體電池并聯，然后再串聯構成。也有的電池組先進行串聯達到需要的電壓值，然后并聯獲得想要的容量。

另外，為了保障電池的安全運行，電池組通常會帶有一個保護裝置，保護裝置與電池單體連接，通過檢測單體電池的電壓，判斷電池的工作狀態，當電池電壓過高或過低時，切斷電池組主回路的斷路器，防止電池過充電或過放電發生損壞。

已知的電池組是在主回路設置一個斷路器，當斷路器斷開時，整個電池組不能對外輸出能量。已知的電池組是由若干個模塊電池組成，模塊電池直接串聯或并聯構成電池組。

公開號為CN104752639A，名稱為動力電池模組的專利中包括：電池容納組件、電池組、動力連接件、動力連接線、線束卡扣和信號采集組件，電池容納組件包括多個隔板，相鄰的隔板彼此可拆卸地相連。

公開號為CN104377765A，名稱為集散式電池組智能控制系統的專利中包括電池組管理系統和多個電池包，每一電池包包括監控保護模塊以及多個電芯，多個電池包構成電池組，監控保護模塊用于采集電池包的電量信息并實時上傳至電池組管理系統以及對電池包進行充放電保護，電池組管理系統用于實時接收多個電池包上傳的電量信息，并根據電量信息計算電池組的電池剩余容量。

申請號為CN200810184355.5，名稱為一種帶有專用于故障判定的電路的電池組，以非常簡單的電路結構來判定故障而提高安全性。

公開號為CN103296740A，名稱為一種電池組自動切換方法，包括數個電池模塊，每個電池模塊包括電池管理系統和開關，電池單元通過開關連接電路總線，每個電池模塊中的電池管理系統通過數據總線互相連接，電池管理系統包括采集電池模塊信息的數據采集模塊、數據比較模塊和控制模塊，數據比較模塊中設定預定值并且將數據采集模塊采集的電池模塊的信息與設定的預定值比較，控制模塊根據數據比較模塊的信息控制開關的斷開或者閉合。采用了以上所述的方案之后，能夠在不改動電動車輛控制系統的前提下，使用多個電池模塊共同供電，而且對各個模塊之間的一致性并無要求，增加了電池組的兼容性，同時能夠避免電池組過充或過放，延長使用壽命，節約成本。

公開號為CN202405765U，名稱為并聯電池組群的過放電保護系統的專利中公開一種并聯電池組群的過放電保護系統，其具有多組并聯在一起的電池組以及多個過放電保護電路，各電池組由多節充電電池串聯而成，電池組與過放電保護電路一一相應。所述過放電保護電路包括在電池組的輸出端口和電池組之間連接的放電控制開關，可將電池的電壓與設定電壓進行比較并輸出比較結果的過放電電壓檢測部，根據所述過放電電壓檢測部的輸出信號控制所述放電控制開關通/斷的過放電邏輯控制部。當任何一節電池的電壓低于設定的放電限制電壓或電池組的電壓低于設定電壓時，該過放電保護電路能自動斷開電路，停止放電，從而使任何一節電池都不會受到過放電的損壞，保證了電池組的放電安全，延長了電池組的使用壽命。

目前電動車輛的電池組大多數是根據車型需要設計成一個整體的電池包，電池電壓、容量都是定制化的，專為某一個車型設計。電壓從48V到600V不等，容量從20Ah到200Ah不同。即便有的電池組是由若干個電池模塊組成，但電池模塊的大小也是根據整個電池組的大小分拆設計。該設計存在如下問題：1、電池組的電壓和容量定制化設計，不容易修改；2、當電池組內部某一個模塊出現故障，整組電池將不能工作；3、對電池制造商，電池模塊的規格不統一，互換性差，需要多種模具，開發周期長、費用高。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種電池模塊組合系統，采用標準化池模塊制成，每一個標準化池模塊包括電池單體、機械結構、電氣連接器、通訊和控制電路、軟啟動電路和斷路器。標準化池模塊之間通過靈活配置，可以方便地組成電池組，滿足各種電動車需要的電壓、容量和功率。電池模塊的輸出輸入回路可控制，比如當某一個電池模塊發生故障，可以設置成退出，其他的模塊還可以繼續工作，從而整個電池組還可以繼續工作。本發明能夠靈活地配置并組裝成電壓范圍在12V到1000V的電池組，電池組的容量也可以靈活地配置并組裝成10Ah以上的任意容量。

標準電池模塊的組合包括三個方面：標準電池模塊間的機械連接，標準電池模塊間的串聯或并聯的電氣連接，標準電池模塊之間的通訊和控制。具體地，電池組是由多個標準電池模塊組合在一起構成的，其中模塊間的機械連接是解決電池模塊之間相互堆疊、散熱、抗振動、抗沖擊的問題；電氣連接是解決電池模塊電流傳輸的問題，即大功率電流傳輸電路、集流體連接、接插件設計等；通訊和控制為解決電池模塊在工作過程中的功能、安全保護和延長使用壽命問題。

根據本發明提供的電池模塊組合系統，包括多個標準電池模塊和電池管理系統上位機；

其中，所述電池管理系統上位機連接所述標準電池模塊的通訊接口；多個標準電池模塊之間通過串聯、并聯或串并混聯形成電池組；

任一所述標準電池模塊具有一機械結構；相鄰的標準電池模塊之間通過機械結構可拆卸連接。

優選地，所述機械結構上設置有互相咬合的鋸齒結構；鋸齒結構，用于將標準電池模塊連接在一起；

所述機械連構上設置有具有抗振動的鎖止結構，鎖止結構用于防止標準電池模塊因振動脫開。

優選地，所述電池組的功率輸出端連接所述集流體。

優選地，所述標準電池模塊包括斷路器、軟啟動電路、電池單體以及通訊和控制電路；

所述電池管理系統上位機通過所述通訊接口連接所述通訊和控制電路；

所述通訊和控制電路電連接所述斷路器、所述軟啟動電路的控制端；

所述斷路器、所述軟啟動電路并聯；

所述電池單體的正極端連接所述斷路器、所述軟啟動電路的一端，所述斷路器、所述軟啟動電路的另一端連接另一標準電池模塊的負極接口或集流體。

優選地，所述電池單體的數量為多個；

多個所述電池單體相串聯。

優選地，還包括電壓電流溫度檢測電路；

其中，所述電壓電流溫度檢測電路，用于檢測電池單體的電壓、電流、溫度信息；

所述電壓電流溫度檢測電路電連接所述通訊和控制電路。

優選地，所述斷路器采用繼電器或雙MOS電路；

所述軟啟動電路采用開關或MOS管控制串聯一電阻制成。

優選地，每個標準電池模塊設置有正極接口和負極接口；

多個標準電池模塊之間通過正極接口、負極接口的可拆卸連接形成電池組。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

1、本發明中標準電池模塊具有斷路器和軟啟動電路，能夠保證每一個標準電池模塊的安全性，優于現有技術的集成電池組，只能夠對整組電池進行斷路保護，而電池模塊不具有斷路器功能，不能對電池模塊進行切換操作；

2、本發明的標準電池模塊的尺寸規格具有序列化、標準化的特點，互換性好，大批量生產成本低；

3、本發明的標準電池模塊組合成的電池組的電壓、功率可以靈活配置，根據車型選擇配備，有利于電動車輛的個性化設計；

4、本發明的標準電池模塊組成的電池組中，如果發生某一個模塊故障時，其他模塊仍可以維持電池組降功率運行，避免整組電池突然失效，避免車輛動力系統突然失去動力而陷入危險境地；

5、本發明能夠進行電池組內標準電池模塊的更換，可以隨時根據需要增加或減少一定數量的電池模塊而不影響整組電池的工作；

6、本發明中標準電池模塊可拆卸，從而可以將電池模塊取出，在地面充電站充滿電后再接入到電池組中；

7、本發明的標準電池模塊可更換的，當車輛的電池電量低時，可以到充電站更換已經充滿電的電池模塊。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明中標準電池模塊的結構示意圖；

圖2為本發明中電池模塊組合系統的一種結構示意圖；

圖3為本發明中電池模塊組合系統的另一種結構示意圖；

圖4為本發明中電池模塊組合系統的控制流程圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。

在本實施例中，本發明提供的電池模塊組合系統，包括多個標準電池模塊和電池管理系統上位機；

其中，所述電池管理系統上位機連接所述標準電池模塊的通訊接口；多個標準電池模塊之間通過串聯、并聯或串并混聯形成電池組；

任一所述標準電池模塊具有以機械結構；相鄰的標準電池模塊之間通過機械結構相連接。

所述機械結構上設置有互相咬合的鋸齒結構，用于將標準電池模塊連接在一起；所述機械連構上設置有具有抗振動的鎖止結構，鎖止結構用于防止標準電池模塊因振動脫開。

所述電池組的功率輸出端連接所述集流體。可以根據電流路徑和大小調整集流體的導電截面積，從而內阻小，發熱量低。

所述標準電池模塊包括斷路器、軟啟動電路、電池單體以及通訊和控制電路；所述電池管理系統上位機通過所述通訊接口連接所述通訊和控制電路；所述通訊和控制電路電連接所述斷路器、所述軟啟動電路的控制端；所述斷路器、所述軟啟動電路并聯；

所述電池單體的正極端連接所述斷路器、所述軟啟動電路的一端，所述斷路器、所述軟啟動電路的另一端連接另一標準電池模塊的負極端或集流體。

斷路器的吸合與切斷能夠控制該標注電池模塊的功率輸入與輸出，起到保護電池單體的目的，斷路器的吸合與切段由通訊和控制電路判斷和執行。

斷路器為一種可充放電電路，標準電池模塊的充電和放電都通過同一個電氣連接接口。

軟啟動電路用于避免主回路遭受大電流沖擊損壞，也避免與標準電池模塊相連接的電機控制器的輸入電容遭受大電流沖擊。

所述電池單體的數量為多個；多個所述電池單體相串聯。

本發明提供的電池模塊組合系統，還包括電壓電流溫度檢測電路；

其中，所述電壓電流溫度檢測電路，用于檢測電池單體的電壓、電流、溫度信息；

所述電壓電流溫度檢測電路電連接所述通訊和控制電路。

所述通訊和控制電路能夠將電池的電壓、電流、溫度信息傳輸到電池管理系統上位機，電池管理系統上位機內部集成控制算法，計算電池的電量，并傳輸到外部的車輛控制器或顯示儀表。

所述斷路器采用繼電器或雙MOS電路；所述軟啟動電路采用開關或MOS管控制串聯一電阻制成。

每個標準電池模塊設置有正極接口和負極接口；

多個標準電池模塊之間通過正極接口、負極接口的可拆卸連接形成電池組。

本發明的首先定義并開發系列化的標準電池模塊，然后將標準電池模塊進行組合，構成所需要的電池組。電池組的組合包括機械組合、電氣組合、信息組合等方面。標準電池模塊作為基本的電池組構成單元，采取了標準化、系列化、智能化的設計方案。在機械連接、咬合、防松、耐振動、抗沖擊、散熱等方面進行了設計；在電氣連接方面設計了電池模塊進行串聯、并聯等的導電接口；在信息組合方面設計了模塊之間的通訊接口和通訊協議，本發明的目標是電池組既可以由電池模塊靈活地構成，又可以相互安全、可靠地連接成一個整體。每一個模塊電池既可以單獨作為電源對外供電，也可以與其他電池組合進行供電。實現標準化、系列化、智能化的目標。相比較于現有技術，本發明中每一個標準電池模塊內部都具有保護電路，同時也有通訊電路。每一個標準電池模塊都可以單獨或與其他標準電池模塊組合使用。在電池工作過程中，根據標準電池模塊的充放電狀態，可以方便地控制某一個或幾個標準電池模塊快速切入或退出電池組。這種組合的變換過程是由通訊電路和電子控制電路共同完成的。

如圖1所示，本發明中標準電池模塊的電壓為U₀伏特(V)，容量是C₀庫倫(Ah)。"標準電池模塊"的能量為W₀瓦時(wh)。

當標準電池模塊的通訊和控制電路檢測到電池電壓或電量超出設定值時，自動切斷該標準電池模塊的輸出，以保護電池不受到損壞。同時通知電池管理系統上位機，并根據上位機的指令吸合或保持斷開。

本發明提供的電池模塊組合系統的具體實施為：

1、本發明可應用在電動車輛中，包括電動二輪車、電動摩托車、電動四輪車等。根據電動車輛需要的最大功率和續駛里程，計算電池組需要的電壓、電流、容量。根據電池組電壓計算需要的串聯標準電池模塊的數量，根據電池組需要的容量計算需要并聯標準電池模塊的數量。同時，在車輛中設計合適的安裝空間。車輛內部預留標準電池模塊的擴展空間，供用戶選擇增加或減少標準電池模塊數量，以滿足車輛功率和續駛里程的需要。

2、采用本發明的標準電池模塊的機械結構按照一定的順序連接，鎖固在一起，并與車輛連接在一起。然后根據串并聯設計需要，采用電連接器將功率輸出部分連接起來，構成功率母線提供給電機、車燈、空調、儀表等等。

3、接通標準電池模塊的通訊和控制電路，在通訊和控制電路中記錄了電池模塊的信息，包括編號、容量、電壓、壽命等等，通訊和控制電路與電池管理系統上位機通訊，根據上位機的指令控制模塊的軟啟動電路和斷路器。實現多個標準電池模塊的輸入和輸出控制。電池管理系統上位機根據標準電池中的通訊和控制電路傳遞的信息計算電池組的總體電壓、容量等，再實現與整車控制器的通訊。

4、在車輛運行過程中，通訊和控制電路檢測電池單體的電壓、溫度、電流，比較電池單體的電壓、溫度、電流是否超過設定的限值。如果超過第一個預定的限值，則發出故障報警信號，通過顯示儀表顯示，并通知車輛控制器降低驅動功率；如果超過第二個預定的限值，則切斷主回路，防止電池過充電或過放電。

5、在車輛運行過程中檢測到某一個標準電池模塊電池失效，則通過通訊和控制電路通知上位機控制器，同時斷開該標準電池模塊的斷路器。電池組的功率則通過其他模塊輸出或輸入。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。