一种耐滥用的锂电池模块及其充电方法与流程

1.本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种耐滥用的锂电池模块，还涉 及一种耐滥用的锂电池模块的充电方法。


背景技术：

2.锂电池因其高能量密度及采用有机易燃电解液体系，当发生误用或滥用 时，在一定条件下引发热失控，会引发安全事故，特别对于动力电池系统的 电池组，若各单体处于非均衡状态，则对某一特定电池单体，无异于处于滥 用状态，该电池单体的不安全可能引起整个电池组的不安全，因此对电池体 系的安全性研究已成为当前锂离子电池领域的研究热点。
3.在众多引发安全事故的情况中，充电过程发生的安全问题占比40％
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50％， 其中大部分都是由于在充电过程中单只电池发生过充而造成的。锂电过充将 会导致多方面的严重后果，比如正极材料的晶体结构受到破坏而恶化循环寿 命、加剧电解液在正极表面的氧化而引发热失控、以及负极析锂而引发短路/ 热失控等安全性问题。而在所有的解决方案中，控制充电电压是锂电池唯一 的防过充保护措施。然而市面上各种的锂电池仍存在各种各样的问题。
4.如授权公告号为cn101399386b所公开的一种锂电池包及其充电方法，其 虽然实现了监控整个充电过程，所以这种锂电池包只需用适配器或普通的充 电器就可以被充电，而不需要用只能提供特定充电参数的充电器，于是一个 充电设备可以给不同的锂电池包充电，方便而经济。另外，由于在符合本发 明的锂电池的充电方法的过程中，控制部分是在电池包内部完成的，而执行 部分则是在适配器中实现，因此这种在电池包对其自身充电过程控制的方法 将会更加准确、快捷和安全，充电性能更加可靠，但是并未解决现有锂电池 模组中的电池单体失效的情况下，不能按正常充电方法进行充电和整车使用 的锂电池模块及其充电方法，不能有效的保障电池组在大型串并联应用场景 中的应用的问题，为此我们提出一种耐滥用的锂电池模块及其充电方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种耐滥用的锂电池模块及其充电方法，以解决 上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐滥用的锂电池模块， 包括安装底座，所述安装底座的上部固定插接安装有若干组电池单体，若干 组所述电池单体的顶部分别固定设有连接板，若干组所述电池单体之间通过 所述连接板进行相互电性连接，若干组所述电池单体的之间分别固定设有电 池支架，所述安装底座的两端分别设有拉板，所述拉板、所述电池单体和所 述电池支架的底部固定缠绕有钢带，一侧所述拉板上固定安装有lecu板，两 侧所述拉板上分别设有正极电极片和负极电极片，所述lecu板的输出端与所 述正极电极片电性连接，所述电池单体均为自均衡电池，所述自均衡电池由 含铁的锂基化
合物作为主要正极材料，且在3.7v
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3.95v的电压下，耐受持续 的恒流充电，所述lecu板仅具备数据采集功能。
7.优选的，若干组所述电池单体的个数大于等于四只，若干组所述电池单 体是串并联的充电电池。
8.优选的，若干组所述电池单体中的电池在部分损坏的情况下，通过所述 lecu板能不改变电压范围并正常使用。
9.优选的，所述自均衡电池的主要正极材料中的含铁的锂基化合物的含量 大于90％。
10.优选的，所述电池支架与所述电池单体之间贴合连接有弹性橡胶垫和导 热片，所述导热片采用的是铝制导热片。
11.优选的，所述电池单体采用的是人造石墨为负极，所述电池单体并在电 解液中添加了自均衡载体，所述自均衡载体主要是氧化还原添加剂。
12.优选的，还包括有正极电极片的制备方法，制备方法如下：
13.将nmp加入搅拌罐中，然后加入重量百分比为3％的粘结剂，所述粘结 剂采用的是pvdf，搅拌至白色的粘结剂完全溶解，再加入3％的导电剂，搅 拌后得导电胶体，将94％的正极活性材料混合物加入到导电胶体中，正极活 性材料为磷酸铁锂，经搅拌混合后制备出正极浆料，然后均匀地涂敷在厚度 为16μm的铝箔上，再经辊压、切片后制得正极片。
14.优选的，还包括有电解液的制备：在五组分的体积比 ec:emc:dmc:dec:pc＝60:5:15:15:5的溶剂中添加氧化还原电对ddb，其含 量为1％；
15.以及电池的制作：
16.将正极片、隔膜、负极片依次叠放并采用叠片式结构制成电芯，分别焊 接正、负极极耳后，再经封装、注液、化成和分容工序后，制作成锂电池模 块。
17.一种耐滥用的锂电池模块的充电方法，该充电方法包括如下步骤：
18.s1、对电池组进行恒流
‑
恒压方法充电，以i0对电池组进行恒流充电至 v0*电池单体数量，测量电池组两端的电压，当电压等于或高于第一设置电压 时；转用恒压方法对所述电池组进行充电，测量电池两端的充电电压，当电 压等于或高于第二设置电压时，保持持续不间断充电，然后转为恒压充电至 电流减小到0.05c截止；
19.s2、对电池组进行恒压充电，电压设置为v1，此电压进行不间断的充电。
20.优选的，所述s1中的所述第一设置电压是在所述恒流
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恒压方法中从恒流 部分被转变为恒压部分的充电电压，所述第一设置电压不低于电池数量*3.7v， 所述第二设置电压不低于电池数量*3.45v。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.(1)本发明制作的电池组在其中某只电池失效时，能够按照正常充电模 式进行充电，并耐受长时间的恒压充电，大幅度提升电池组的可靠性，更好 的应用于动力及储能系统领域。
23.(2)本发明制作的电池组在管理系统方面仅采用lecu板进行数据采集， 大大简化了lecu的设计，优化了成组技术。
24.(3)本发明提供的充电方法适用于任何动力及储能系统，也能够更积极 的发挥出电池组的耐滥用效果。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的对比例1恒压充电的电压
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时间图；图3为本发明的实施例1恒压充电电压
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时间图。
26.图中：1、安装底座；2、电池单体；3、连接板；4、电池支架；5、拉板； 6、钢带；7、lecu板；8、正极电极片；9、负极电极片。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1：
29.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种耐滥用的锂电池模块，包括 安装底座1，所述安装底座1的上部固定插接安装有若干组电池单体2，若干 组所述电池单体2的顶部分别固定设有连接板3，若干组所述电池单体2之间 通过所述连接板3进行相互电性连接，若干组所述电池单体2的之间分别固 定设有电池支架4，所述安装底座1的两端分别设有拉板5，所述拉板5、所 述电池单体2和所述电池支架4的底部固定缠绕有钢带6，一侧所述拉板5上 固定安装有lecu板7，两侧所述拉板5上分别设有正极电极片8和负极电极 片9，所述lecu板7的输出端与所述正极电极片8电性连接，所述电池单体 2均为自均衡电池，所述自均衡电池由含铁的锂基化合物作为主要正极材料， 且在3.7v
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3.95v的电压下，耐受持续的恒流充电，所述lecu板7仅具备数 据采集功能。
30.为了根据需求进行电池单体2进行设定，本实施例中，优选的，若干组 所述电池单体2的个数大于等于四只，若干组所述电池单体2是串并联的充 电电池。
31.为了使得电池单体2能够在部分损坏的时候，整个电池模块任然能够正 常使用，以及电池模块中的电池单体2由于自放电或其他原因导致soc产生 差异时，可以通过长时间的持续充电对电池单体2的soc进行调节，并在电 池单体2能够在部分失效的情况下仍能按常规方法进行充电，本实施例中， 优选的，若干组所述电池单体2中的电池在部分损坏的情况下，通过所述lecu 板7能不改变电压范围并正常使用。
32.为了自均衡电池能在特定电压下进行长时间的小电流恒流充电，通过内 部自均衡载体的作用，将多余的电能转化为热能，使得电池不被过充，解决 了过充电对电池带来的安全隐患，本实施例中，优选的，所述自均衡电池的 主要正极材料中的含铁的锂基化合物的含量大于90％。
33.为了实现对电池单体2进行保护，并且实现散热，本实施例中，优选的， 所述电池支架4与所述电池单体2之间贴合连接有弹性橡胶垫和导热片，所 述导热片采用的是铝制导热片。
34.为了实现电路的回路和电池进行电能转化为热能，使得电池不被过充， 本实施例中，优选的，所述电池单体2采用的是人造石墨为负极，所述电池 单体2并在电解液中添加了自均衡载体，所述自均衡载体主要是氧化还原添 加剂。
35.为了实现对正极电极片8进行制备，本实施例中，优选的，还包括有正 极电极片8的制备方法，制备方法如下：
36.将nmp加入搅拌罐中，然后加入重量百分比为3％的粘结剂，所述粘结 剂采用的是pvdf，搅拌至白色的粘结剂完全溶解，再加入3％的导电剂，搅 拌后得导电胶体，将94％的正极活性材料混合物加入到导电胶体中，正极活 性材料为磷酸铁锂，经搅拌混合后制备出正极浆料，然后均匀地涂敷在厚度 为16μm的铝箔上，再经辊压、切片后制得正极片。
37.为了实现对电解液和电池进行制备，本实施例中，优选的，还包括有电 解液的制备：在五组分的体积比ec:emc:dmc:dec:pc＝60:5:15:15:5的溶剂 中添加氧化还原电对ddb，其含量为1％；
38.以及电池的制作：
39.将正极片、隔膜、负极片依次叠放并采用叠片式结构制成电芯，分别焊 接正、负极极耳后，再经封装、注液、化成和分容工序后，制作成锂电池模 块。
40.一种耐滥用的锂电池模块的充电方法，该充电方法包括如下步骤：
41.s1、对电池组进行恒流
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恒压方法充电，以i0对电池组进行恒流充电至 v0*电池单体数量，测量电池组两端的电压，当电压等于或高于第一设置电压 时；转用恒压方法对所述电池组进行充电，测量电池两端的充电电压，当电 压等于或高于第二设置电压时，保持持续不间断充电，然后转为恒压充电至 电流减小到0.05c截止，其中i0优选0.5c
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1c，v0优选3.45v
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3.55v。
42.s2、对电池组进行恒压充电，电压设置为v1，此电压进行不间断的充电， 其中v1小于v0，优选3.4
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3.45v。
43.为了实现对充电电压进行设定，本实施例中，优选的，所述s1中的所述 第一设置电压是在所述恒流
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恒压方法中从恒流部分被转变为恒压部分的充 电电压，所述第一设置电压不低于电池数量*3.7v，所述第二设置电压不低于 电池数量*3.45v。
44.实施例2：
45.按照实施例1中的连接方式及所有零部件提供一种充电自适应锂电池模 块，将实施例1中的电池单体2更换为22只电池单体2，其余各项配置不变。
46.对比例1：
47.按照实施例1中的连接方式及除电池外的所有零部件提供一组锂离子 电池模块，将实施例1中的电池单体2更换为常规电池单体2，其余各项配 置不变。
48.实施例与对比例制作的电池模块按如下测试方法进行实验：
49.实施例1中在组装成模块前先对各电池单体进行soc的调节，使得soc 最大差异为10％(每两只电池soc一致，分别为50％、52％、54％、56％、58％ 和60％(此soc仅一只))，对比例1在组装成模块前先调节电池单体的soc 达到一致。
50.对于实施例1和对比例1，由于串联电池数量均为11只，故我们在对 电池组充满电后，再用40.8v对电池组进行恒压充电，由于40.8v是12只 电池对应的充电电压，此项设计是为了模拟电池组在使用中突发单只电池 失效的模式，对比两例试验。电压与时间关系曲线如图2和图3所示：
51.由上图可以看出，对比例1的电池组所有电池电压均快速上升，很快 就终止了整个恒压充电过程，而实施例1中各电池电压有了高高低低不同 的变化，并在充电一段时间
后，全部电池的电压均趋于一致。说明实施例1 所述的电池组在12串的模组中出现一只电池失效的情况下，仍能按本发明 给出的充电方法进行持续充电，从而实现正常工作。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员 而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例 进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等 同物限定。