一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)電路板、安全保護電路、塑料緊固件、阻燃?xì)饽?、靜電隔離墊；電池管理系統(tǒng)電路板分別與安全保護電路、均衡電路、鋰離子軟包單體電芯、溫度傳感器、電流傳感器和電壓傳感器相連；安全保護電路通過電子開關(guān)實現(xiàn)通斷；塑料緊固件布置于鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間；阻燃?xì)饽也贾糜谒芰暇o固件與電池模組外殼之間；將電池模組的所有鋰離子軟包單體電芯分成個數(shù)一致的多組，靜電隔離墊布置于每兩組鋰離子軟包單體電芯之間，與兩邊的鋰離子軟包單體電芯緊密相連。本發(fā)明可實現(xiàn)電池模組在多種條件下的安全保護功能，如過流過壓保護、高低溫防護、阻燃防護、靜電防護和膨脹防護。
【專利說明】
一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池模組安全保護的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，環(huán)境污染問題和能源枯竭方面的問題日益受到人們關(guān)注，隨著新型高能二次電池技術(shù)尤其是鋰離子動力電池技術(shù)的不斷進步，以電動自行車、電動汽車為代表的電動車輛技術(shù)開發(fā)和推廣應(yīng)用日益受到重視。
[0003]電動汽車整車企業(yè)所需的電池系統(tǒng)日漸趨向于集成化、高能化，S卩在有限的空間中盡可能多的布置電池。鋰離子新型高能二次電池相對于鉛酸、鎳氫電池，具有比能量高、無環(huán)境污染、單體電壓高等特點，得到越來越多的應(yīng)用。一定數(shù)量的軟包單體鋰離子電池通過串并聯(lián)組成電池模組，可以解決應(yīng)用中大容量、高電壓等級的應(yīng)用問題。
[0004]鋰離子電池在充放電過程中容易出現(xiàn)過流、過壓，鋰離子電池在使用過程中會發(fā)熱，當(dāng)電池的熱不能及時的釋放而產(chǎn)生過溫，從而存在過流、過壓、過溫等安全風(fēng)險。當(dāng)過流、過壓、過溫發(fā)生時如不能及時切斷電路，則存在損壞電池、元器件的風(fēng)險，嚴(yán)重時有可能發(fā)生燃燒和爆炸。
[0005]鋰離子電池模組在使用過程中，可能因而碰撞、穿刺、短路等種種非正常原因而造成起火等極端情況，如不及時阻斷與外界空氣的接觸，可能會發(fā)燃燒、爆炸等重大事故。
[0006]當(dāng)非絕緣體外殼鋰離子電池(電芯)串聯(lián)疊放時，會產(chǎn)生靜電，鋰離子電池(電芯)串聯(lián)疊放的數(shù)量增多，靜電電壓會隨之升高，當(dāng)靜電電壓超過電池(電芯)的耐壓值時，會造成電池(電芯)電極與外殼的短絡(luò)而損壞電池，同時還可能造成電池系統(tǒng)的電磁干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，可實現(xiàn)電池模組在多種條件下的安全保護功能，例如:過流過壓保護、高低溫防護、阻燃防護、靜電防護和膨脹防護等功能。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，包括電池管理系統(tǒng)電路板、安全保護電路、塑料緊固件、阻燃?xì)饽摇㈧o電隔離墊;所述電池管理系統(tǒng)電路板安裝在電池模組的端頭，其通過接插件與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，其通過內(nèi)部通信總線與安全保護電路相連，控制安全保護電路動作在極端情況下實施保護，其通過內(nèi)部通信總線與電池模組的均衡電路相連，控制均衡電路開啟和關(guān)閉，其通過信號采集線與電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯正負(fù)極相連，讀取鋰離子軟包單體電芯的電壓數(shù)據(jù)，其通過信號采集線與電池模組的溫度傳感器相連，讀取電池模組的溫度狀態(tài)信息，其通過信號采集線與電池模組的電流傳感器和電壓傳感器相連，讀取電池模組的充放電電流、電壓信息;所述安全保護電路通過內(nèi)部通信總線與電池管理系統(tǒng)電路板相連，其通過電池模組的電子開關(guān)實現(xiàn)電路的通斷;所述塑料緊固件布置于鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間，與鋰離子軟包單體電芯和電池模組外殼緊密相連;所述阻燃?xì)饽也贾糜谒芰暇o固件與電池模組外殼之間，與塑料緊固件和電池模組外殼緊密相連;將電池模組的所有鋰離子軟包單體電芯分成個數(shù)一致的多組，所述靜電隔離墊布置于每兩組鋰離子軟包單體電芯之間，與兩邊的鋰離子軟包單體電芯緊密相連。
[0009]所述電池管理系統(tǒng)電路板通過其電池狀態(tài)采集芯片獲取電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯的狀態(tài)參數(shù)信息，經(jīng)過其單片機運算后通過電池模組內(nèi)部的通信總線輸出均衡、溫度這些控制信號至電池模組的均衡和溫度控制電路板，之后再通過電池模組外部的通信總線輸出電池模組的電壓、S0C、溫度這些狀態(tài)信息至其他與之通信的控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生過流、過壓或過溫故障時，所述電池管理系統(tǒng)電路板會發(fā)出指令控制保護電路動作，實施保護。
[0010]所述安全保護電路，采用以MOS管為基礎(chǔ)搭建的電路實施，受所述電池管理系統(tǒng)電路板控制實行保護動作；當(dāng)發(fā)生緊急情況時，電池管理系統(tǒng)電路板通過內(nèi)部通信總線控制安全保護電路切斷回路從而實現(xiàn)安全保護。
[0011]所述塑料緊固件，采用彈片式結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于填充鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間的空隙，除加強緊固效果外，當(dāng)電芯發(fā)生故障膨脹時，該塑料緊固件也為電池模組預(yù)留有壓縮空間。
[0012]所述阻燃?xì)饽遥糜谔畛渌鏊芰暇o固件與電池模組外殼之間的空隙，當(dāng)電芯發(fā)生起火燃燒時，該阻燃?xì)饽視虼┐獭⑹軣岫巡⑨尫抛枞細(xì)怏w，能夠減少有限空間中的氧氣含量，起到阻燃的效果。
[0013]所述靜電隔離墊，為可壓縮的絕緣阻燃材料，阻斷電池組中各鋰離子軟包單體電芯之間靜電傳遞，同時釋放因鋰離子軟包單體電芯膨脹而壓縮的空間。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果:
[0015]1、本發(fā)明采用電池管理系統(tǒng)電路板對電池模組統(tǒng)一進行管理，采取有效的過流、過壓、過溫安全保護機制。
[0016]2、采用阻燃?xì)饽姨畛潆姵啬＝M四周(以減少極端情況下氧氣含量)的方式實現(xiàn)電池模組安全保護。
[0017]3、在電池組與電池模組外殼之間采用塑料緊固件的設(shè)計，當(dāng)鋰離子軟包單體電芯膨脹時有5%_10%左后的空間供壓縮，可延緩風(fēng)險發(fā)生，提供逃生與緊急處置時間。
[0018]4、在鋰離子軟包單體電芯之間填充阻燃的靜電隔離墊，阻斷各鋰離子軟包單體電芯之間的靜電傳遞，同時也有3%左右的空間吸收因鋰離子軟包單體電芯使用中產(chǎn)生的膨脹。
[0019]總之，本發(fā)明系統(tǒng)實現(xiàn)了鋰離子電池模組膨脹、擠壓保護;阻燃保護，過流、過壓和欠壓保護，也實現(xiàn)了電池組充、放電保護，溫度控制，安全控制和均衡控制等功能，結(jié)構(gòu)上輕型、緊湊且滿足車輛行駛過程中防水、防塵、防震的要求，便于實際應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1為鋰離子電池模組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的塑料緊固件示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的阻燃?xì)饽沂疽鈭D。
[0023]圖4為本發(fā)明的鋰離子電池模組BMS安全保護電路示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)安全防護裝置操作狀態(tài)圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)工作流程圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0027]如圖1所示，鋰離子電池模組包括:電池模組外殼I，阻燃?xì)饽?，塑料緊固件3，形變導(dǎo)熱墊4，導(dǎo)熱構(gòu)件5，鋰離子軟包單體電芯6，靜電隔離墊7，散熱板8，形變導(dǎo)熱墊9，溫度傳感器10，電流傳感器11，電壓傳感器12，電子開關(guān)13，MCU14，電源輸出端15，電池管理系統(tǒng)電路板16。
[0028]具體的，本實施例的鋰離子軟包單體電芯6，可以為鋁塑膜包裝的液體鋰離子電芯，或鋁塑膜包裝的固態(tài)鋰離子電芯，或鋁塑膜包裝的凝膠態(tài)鋰離子電芯，本實施例對此不進行限制。如圖1所示，每一個鋰離子軟包單體電芯6都與一個導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)件5貼緊且呈隊列式擺放，該電池模組采用3并20串共60個軟包單體電芯組成，再加上熱平衡管理系統(tǒng)、均衡管理系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)和外殼及接插件組成完整的電池模組。如圖1所示，為成組后電池模組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]本實施例所述的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，主要由電池管理系統(tǒng)電路板16、安全保護電路、塑料緊固件3、阻燃?xì)饽?、靜電隔離墊7構(gòu)成;所述電池管理系統(tǒng)電路板16安裝在電池模組的端頭，其通過接插件與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，其通過內(nèi)部通信總線與安全保護電路相連，控制安全保護電路動作在極端情況下實施保護，其通過內(nèi)部通信總線與電池模組的均衡電路相連，控制均衡電路開啟和關(guān)閉，其通過信號采集線與電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯6正負(fù)極相連，讀取鋰離子軟包單體電芯6的電壓數(shù)據(jù)，其通過信號采集線與電池模組的溫度傳感器10相連，讀取電池模組的溫度狀態(tài)信息，其通過信號采集線與電池模組的電流傳感器11和電壓傳感器12相連，讀取電池模組的充放電電流、電壓信息;所述安全保護電路通過內(nèi)部通信總線與電池管理系統(tǒng)電路板16相連，其通過電池模組的電子開關(guān)13實現(xiàn)電路的通斷;所述塑料緊固件3布置于鋰離子軟包單體電芯6與電池模組外殼I之間，與鋰離子軟包單體電芯6和電池模組外殼I緊密相連;所述阻燃?xì)饽?布置于塑料緊固件3與電池模組外殼I之間，與塑料緊固件3和電池模組外殼I緊密相連;將電池模組的所有鋰離子軟包單體電芯6分成個數(shù)一致的多組，所述靜電隔離墊7布置于每兩組鋰離子軟包單體電芯之間，與兩邊的鋰離子軟包單體電芯緊密相連。
[0030]所述電池管理系統(tǒng)電路板16通過其電池狀態(tài)采集芯片獲取電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯的狀態(tài)參數(shù)信息，經(jīng)過其單片機運算后通過電池模組內(nèi)部的通信總線輸出均衡、溫度這些控制信號至電池模組的均衡和溫度控制電路板，之后再通過電池模組外部的通信總線輸出電池模組的電壓、S0C、溫度這些狀態(tài)信息至其他與之通信的控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生過流、過壓或過溫故障時，所述電池管理系統(tǒng)電路板會發(fā)出指令控制保護電路動作，實施保護。
[0031]所述靜電隔離墊，為可壓縮的絕緣阻燃材料，阻斷電池組中各鋰離子軟包單體電芯之間靜電傳遞，同時釋放因鋰離子軟包單體電芯膨脹而壓縮的空間。
[0032]如圖2所示的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)中的塑料緊固件，采用彈片式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，彈片的長寬為20mm*18mm，開度為24°，用于填充鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間的空隙，除加強緊固效果外，當(dāng)電芯發(fā)生故障膨脹時，該塑料緊固件也為電池模組預(yù)留有一定比例的壓縮空間。
[0033]如圖3所示的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)中的阻燃?xì)饽?，采用正片開口式設(shè)計，每個小孔的長寬為22mm*20mm，用于填充所述塑料緊固件與電池模組外殼之間的空隙，當(dāng)電芯發(fā)生起火燃燒時，該阻燃?xì)饽視虼┐獭⑹軣岫巡⑨尫抛枞細(xì)怏w，能夠減少有限空間中的氧氣含量，起到阻燃的效果。
[0034]如圖4所示的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)中的安全保護電路，采用以MOS管為基礎(chǔ)的電路設(shè)計，受電池管理系統(tǒng)電路板指令控制開關(guān)。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，電池管理系統(tǒng)電路板通過內(nèi)部通信總線控制安全保護電路切斷回路從而實現(xiàn)安全保護。在對本實施例上述的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)進行組裝時，首先將每一個鋰離子軟包單體電芯6與導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)件5貼緊，然后呈隊列式擺放壓緊；電芯極耳利用極耳支架和壓板進行定位，再用螺絲釘將極耳緊固在支架上;鋰離子軟包單體電芯6成組固定安裝擺放好后，在電池組的四周貼上形變導(dǎo)熱墊4、9，用以增強熱傳導(dǎo)；隨后在電池組的左側(cè)安裝加熱系統(tǒng)，在電池組的右側(cè)安裝散熱系統(tǒng)，最后在軟包單體電芯與外殼之間安裝塑料緊固件、阻燃?xì)饽?，在軟包單體電芯所組成的電池組與電池管理系統(tǒng)電路板之間安裝安全保護電路。
[0035]圖5為本發(fā)明的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)的安全防護裝置操作狀態(tài)圖，規(guī)定了鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)對膨脹、擠壓保護、阻燃保護、靜電防護、過流保護、過溫保護、過壓、欠壓保護等安全防護裝置操作狀態(tài)。
[0036]如圖6所示的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)工作流程圖，當(dāng)系統(tǒng)啟動工作時，電池管理系統(tǒng)電路板軟件先判斷電池模組是否工作，或是否有人工手動停止行為，如無則進入安全保護判斷環(huán)節(jié)。首先由電池管理系統(tǒng)電路板檢測當(dāng)前電池模組內(nèi)部是否發(fā)生故障，并判斷是哪一類故障例如:過流、過壓等，如果沒有發(fā)生故障則不需要啟動安全保護系統(tǒng)，系統(tǒng)正常工作;如果發(fā)生故障則需要啟動安全保護系統(tǒng)工作，并實時采樣進行故障判斷。當(dāng)電池模組內(nèi)部故障消除時，停止安全保護系統(tǒng)工作，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。如此往復(fù)重復(fù)上述過程，直至電池模組停止工作。
[0037]本實施例中所采用的技術(shù)方案，由于采用了塑料緊固件、阻燃?xì)饽摇踩Ｗo電路和電池管理系統(tǒng)電路板組成的安全保護系統(tǒng)，可以增加系統(tǒng)工作的可靠性，使得鋰離子電池模組無論是在高、低溫環(huán)境中，還是在大倍率放電的情況下工作，或者內(nèi)部發(fā)生膨脹、鼓包、起火等情況，都能有效的降低安全風(fēng)險;為緊急逃生疏散、電池模組維修贏得時間。
[0038]在實際應(yīng)用中，本實施例提供的鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)還可以與電池模組外部的防護系統(tǒng)結(jié)合，以組成大系統(tǒng)級的安全保護系統(tǒng)。
[0039]以上所述之實施例子只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:包括電池管理系統(tǒng)電路板、安全保護電路、塑料緊固件、阻燃?xì)饽?、靜電隔離墊;所述電池管理系統(tǒng)電路板安裝在電池模組的端頭，其通過接插件與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，其通過內(nèi)部通信總線與安全保護電路相連，控制安全保護電路動作在極端情況下實施保護，其通過內(nèi)部通信總線與電池模組的均衡電路相連，控制均衡電路開啟和關(guān)閉，其通過信號采集線與電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯正負(fù)極相連，讀取鋰離子軟包單體電芯的電壓數(shù)據(jù)，其通過信號采集線與電池模組的溫度傳感器相連，讀取電池模組的溫度狀態(tài)信息，其通過信號采集線與電池模組的電流傳感器和電壓傳感器相連，讀取電池模組的充放電電流、電壓信息;所述安全保護電路通過內(nèi)部通信總線與電池管理系統(tǒng)電路板相連，其通過電池模組的電子開關(guān)實現(xiàn)電路的通斷;所述塑料緊固件布置于鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間，與鋰離子軟包單體電芯和電池模組外殼緊密相連;所述阻燃?xì)饽也贾糜谒芰暇o固件與電池模組外殼之間，與塑料緊固件和電池模組外殼緊密相連;將電池模組的所有鋰離子軟包單體電芯分成個數(shù)一致的多組，所述靜電隔離墊布置于每兩組鋰離子軟包單體電芯之間，與兩邊的鋰離子軟包單體電芯緊密相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:所述電池管理系統(tǒng)電路板通過其電池狀態(tài)采集芯片獲取電池模組的每個鋰離子軟包單體電芯的狀態(tài)參數(shù)信息，經(jīng)過其單片機運算后通過電池模組內(nèi)部的通信總線輸出均衡、溫度這些控制信號至電池模組的均衡和溫度控制電路板，之后再通過電池模組外部的通信總線輸出電池模組的電壓、SOC、溫度這些狀態(tài)信息至其他與之通信的控制系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生過流、過壓或過溫故障時，所述電池管理系統(tǒng)電路板會發(fā)出指令控制保護電路動作，實施保護。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:所述安全保護電路，采用以MOS管為基礎(chǔ)搭建的電路實施，受所述電池管理系統(tǒng)電路板控制實行保護動作；當(dāng)發(fā)生緊急情況時，電池管理系統(tǒng)電路板通過內(nèi)部通信總線控制安全保護電路切斷回路從而實現(xiàn)安全保護。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:所述塑料緊固件，采用彈片式結(jié)構(gòu)設(shè)計，用于填充鋰離子軟包單體電芯與電池模組外殼之間的空隙，除加強緊固效果外，當(dāng)電芯發(fā)生故障膨脹時，該塑料緊固件也為電池模組預(yù)留有壓縮空間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:所述阻燃?xì)饽遥糜谔畛渌鏊芰暇o固件與電池模組外殼之間的空隙，當(dāng)電芯發(fā)生起火燃燒時，該阻燃?xì)饽視虼┐?、受熱而爆裂并釋放阻燃?xì)怏w，能夠減少有限空間中的氧氣含量，起到阻燃的效果。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池模組安全保護系統(tǒng)，其特征在于:所述靜電隔離墊，為可壓縮的絕緣阻燃材料，阻斷電池組中各鋰離子軟包單體電芯之間靜電傳遞，同時釋放因鋰離子軟包單體電芯膨脹而壓縮的空間。
【文檔編號】H01M10/42GK106026262SQ201610471964
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】李菁, 歐陽劍, 周遠山, 李慧琪, 莫志東
【申請人】廣州益維電動汽車有限公司