[實用新型]可充電動力電池模塊

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020177400.7
• 申請日: 2010-05-04
• 公開（公告）號: CN201732841U
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉新保;賈曉林;周永剛;蔡俊明;李恩惠
• 申請（專利權）人: 鄭州德朗能電池有限公司
• 主分類號: H01M10/00
• 分類號: H01M10/00;H01M10/44
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

(一)、技術領域：本實用新型涉及一種電池模塊，特別是涉及一種可充電動力電池模塊。

(二)、背景技術：在電動自行車、混合動力汽車、電動汽車等動力電池應用技術領域，對于動力電池的高倍率放電性能、高倍率充電性能、高輸出電壓、高荷電容量等技術需求方面，單體電池技術是無法滿足的。因而，需要將單體動力電池通過串聯、并聯或混合連接構成動力電池模組，滿足高功率電伺服應用技術領域對動力電池的高容量、高電壓和大電流輸出等技術需求。

鋰離子動力電池組具有能量密度高、比功率大、循環(huán)壽命長、容量大、內阻小等諸多優(yōu)點，因此在電動汽車中得到了日益廣泛的應用。

在現有鋰離子電池技術條件下，因其技術機理的制約，鋰離子電池對過充的過載承受能力較低，且在高溫下的工作特性較差。若充電不當，不但會造成單體鋰離子電池的不可逆損傷，甚至會產生爆炸等惡性后果。實踐證明，僅僅把單體鋰離子電池荷電容量簡單做大，不但具有較大的工藝難度，且單體鋰離子電池的輸出電壓，不能滿足幾乎所有大功率動力電池應用技術領域對高輸出電壓的需求。因而，高輸出電壓、大荷電容量的鋰離子動力電池，只能通過串聯型或混聯型鋰離子電池模組方式來實現。

在現有鋰離子電池制工程技術條件下，量產單體鋰離子電池的荷電容量必然存在一定的一致性差異。由存在一致性差異的單體鏗離子電池串聯構成電池組時，若充放電均衡控制管理處置不當，則會在串聯回路的充放電過程，造成部分單體電池過充電或過放電。且隨著電池組的老化進程，過充或過放現象均會促使部分單體電池的材料瑕疵、制工程工藝差異所致一致性差異放大顯性，加速部分單體電池的老化和循環(huán)工作壽命條件分化，最終會因部分單體電池產生不可逆損傷而導致電池組快速失效。

電池過充電時，由于鋰離子從活性物質中遷出，會導致正極材料結構的變化或破壞，從而產生熱量，可能還會釋出氧氣；當過充電壓大于電解質溶液的窗口電壓時，電解質溶液將被氧化還原分解，反應放出的熱使電池溫度上升到電解液的分解溫度時，放出大量的熱，電池將會爆炸起火。

例如，在動力電池組充電過程中，其中的某一個或某幾個具有較高電壓的電池單體會比其他電池單體更早地進入過充狀態(tài)，此時，如果繼續(xù)為動力電池組充電，發(fā)生過充的電池單體就可能極化作用加強、升溫加劇，以致發(fā)生燃燒甚至爆炸。如果在具有較高電壓的電池單體過充后即停止對整個電池組充電，雖然能夠避免發(fā)生安全事故，但卻無法保證其他電池單體滿充，從而造成部分電池容量的浪費。

因此電池過充電是造成事故的主要原因，應盡量預防和避免。現有的解決辦法是：

①加保護電路，實時監(jiān)測電池的充電電壓，當電壓大于規(guī)定值時，采用各種方法平衡電池單體的電壓，目前主要應用的有兩種：一種為能量消耗法，另一種為能量轉移法。

能量消耗法是將單體電池與一個限壓負載并聯，每個限壓負載均包括一個電阻和一個開關。充電開始時，開關都處于斷開狀態(tài)。充電過程中，檢測電路對每個電池單體的充電狀態(tài)進行檢測，若發(fā)現某個電池單體的電壓值超過設定電壓，則其限壓負載的開關接通，使單體電池對所連電阻放電，消耗掉部分能量而使電壓重新回到設定值，然后再斷開限壓負載的開關，直至每個電池單體的電壓都達到設定值，從而實現電池組的平衡充電。顯然能量消耗法會在限壓負載的電阻上消耗很多能量，同時，電阻產生的熱量也會為動力電池組的散熱帶來負擔。

在采用能量轉移法充電的動力電池組中，所有電池單體都分別通過切換陣列和檢測電路與隔離型DC/DC(直-直電壓變換器)并聯。隔離型DC/DC一般為一個容量較大的可充電電池。開始充電時，隔離型DC/DC的可充電電池處于放電狀態(tài)，并與每個單體電池斷路。充電過程中，發(fā)現某個電池單體的電壓值超過設定電壓，則通過切換陣列將該電池單體與隔離型DC/DC相連接，電池單體即開始為隔離型DC/DC的電池充電。當該電池單體的電壓下降到設定值時，切斷電池單體和隔離型DC/DC之間的并聯回路，直至使每個電池單體的電壓都達到設定值，從而實現電池組平衡充電。但是，上述充電系統內部結構復雜，可靠性低。

②在電解液中加入防過充添加劑，當充電電壓超出規(guī)定電壓時，添加劑開始進行反復無損耗的氧化還原，以消耗多余的充電能量。

顯然，上述方法會增加電池的生產成本，并且對電池的性能帶來不良的影響。

(三)、實用新型內容：

本實用新型要解決的技術問題是：克服現有技術的缺陷，提供一種容量大、充電可靠、方便的可充電動力電池模塊。

本實用新型的技術方案：