一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组的制作方法

1.本发明涉及新能源领域，尤其涉及电池组领域。


背景技术：

2.在电池组领域，现有的电池组组装方式分两种：一种是先串后并电池组组装方式，一种是先并后串电池组组装方式。
3.先串后并组装形式电池组的缺点是：1. 电池组中并联的每一串都需要电池组充放电保护电路，因而电池组需要多套电池组充放电保护电路，这在大功率、高压系统中，成本较高。2. 电池组在放电过程中，并联的任一串中出现电压过低电芯，就必须停止这一串继续放电，否则电压过低电芯会因为过放而损坏，如果多个并联串出现电压过低电芯，电池组将失去放电能力。
4.先串后并组装形式电池组的优点是：1.当电池组中某一串某一电芯出现内部短路时，健康串与含有内部短路电芯的故障串之间会产生短路回路电流，但此回路电流数值比先并后串组装方式电池组的回路电流数值小，电池组相对比较安全。2.可以方便的对电池组中任一串任一电芯的电压进行检测。
5.先并后串组装形式电池组的优点是：1.在电池组放电过程中，任一节不良电芯电压下降，会自动退出放电工作，不影响与其并联的健康电芯继续放电工作。2.电池组只需要一套电池组充放电保护电路，成本较低。
6.先并后串组装形式电池组的缺点是：1. 当电池组中多个电芯并联时，无法对每一节电芯的电压进行单独检测，不容易在电芯发生故障时及时发现，发现故障也很难对故障电芯进行干预操作。2.并联电芯之间由于内阻不一致、与主电流通路连接电阻不一致，造成充放电时出现”偏流”现象，影响电池组安全性。3.当电池组中某一电芯内部短路时，并联的健康电芯与内部短路电芯之间会形成短路回路电流，且回路电流比先串后并组装方式电池组的回路电流大，容易产生爆炸起火等事故。
7.目前电池组组装领域的技术人员在组装电池组时，只能权衡利弊，在两种组装方式电池组中选择一种。目前主流选择是先并后串组装形式电池组，特别是新能源汽车电池组领域，几乎无一例外的选择了先并后串组装形式电池组，但是本领域技术人员一直无法克服如上面所述先并后串组装形式电池组的缺点，这一难题长期困扰本领域技术人员。
8.在新能源汽车电池组领域，技术人员采取了以下几个技术手段改善先并后串组装形式电池组的缺点：1.电芯之间并联时采用较厚较宽的低阻值（铜、铝）汇流排或者大面积的镍片，减小不同电芯与主电流通路之间的电阻，改善”偏流”现象；2.在组装电池组时，尽可能的提高电芯内阻的一致性，改善”偏流”现象；3.对于无法检测并联串中每一节电芯的缺点，目前无法解决；4.对于并连串中某一节电芯自放电、短路从而造成其他健康电芯对其放电的缺点，目前无法解决。
9.可见，尽可能的减小电芯并联部件的电阻，是本领域技术人员的思路和手段。


技术实现要素：

10.本发明克服技术偏见，反其道行之，通过加大一部分电芯并联部件的电阻，取得了小”偏流”、易检测的有益效果，解决了长期困扰电池组组装领域的难题。
11.本发明提供的一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组，其特征是，电池组正负极仍使用现有技术手段的低阻值导体（铜汇流排）并联相应电芯，但在电池组内部，用高阻值导体替代部分低阻值导体并联相应电芯。
12.本发明提供的一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组具有以下有益效果：1.由于高阻值导体并联部件的的存在，电池组充放电实际是以2节串连电芯为最小单元工作单元，2节串连电芯的的内阻值一致性比单独一节电芯内阻值一致性高，改善了电池组中并联串充放电时的”偏流”现象； 2. 由于电池组内部电芯串之间间隔交错采用了高阻值导体连接，因此并联串中不同电芯之间电压差会在高阻值导体两端方便的单独检测，通过高阻值导体两端的电压、电压变化趋势，通过一定的算法，可计算出电芯的容量和自放电等一系列的参数，特别是可以检测出电池组中发生内部微短路的电芯，解决了长期困扰行业的难题。
[0013] 3.本发明大幅降低了电池管理系统bms的检测线数量，以200节电芯按本发明技术特征组成4并的50串电池组为例，电池管理系统bms仅需要100 25=125根检测线就可以检测每一节电芯的电压。
[0014]
4.由于每一节电芯的状态都可以被测量记录，便于二手电池的再次使用。
[0015]
5. 本发明交错布置高阻导体、低阻导体，每两串电芯布置高阻导体、低阻导体各一份，这一技术特征贡献了本专利的成本低的优点，原理如下：由于高阻值导体并联部件的的存在，电池组充放电实际是以串连电芯为最小单元工作单元，交错布置高阻导体、低阻导体使得串联电芯的数量达到了最小——2节，避免了多节串连电芯可能存在的内部不一致性，多节串连电芯充放电一般情况下都是需要单独加装保护电路的，因成本高失去了实用性。
[0016]
而本发明因为最小工作单元是2节串，无需单独加装保护电路，从而具有了成本低、高度实用性，这一有益效果是交错布置高阻导体、低阻导体这一技术特征贡献的。
[0017]
附图说明：图1偏流小易于检测每一节电芯的电池组实施方式一结构示意图；图2偏流小易于检测每一节电芯的电池组实施方式二结构示意图；图3偏流小易于检测每一节电芯的电池组实施方式三结构示意图；
具体实施方式
[0018]
实施案例一，见图1图1描述了一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组，该电池组包括：三元锂电芯1、三元锂电芯2、串间均衡电阻3、铜汇流排4、铜汇流排5、铜汇流排6、三元锂电芯7。
[0019]
实施案例一的电池组由20节40ah，内阻1毫欧的三元锂电芯组成，组装形式为5并4串，铜汇流排4、铜汇流排5并联电芯形成电池组正负极，电池组内部由间隔交错的铜汇流排6、串间均衡电阻3分别并联各串，串间均衡电阻3的阻值为1欧。
[0020]
电池组初始组装时三元锂电芯的内阻为内阻1毫欧，串间均衡电阻3的阻值为1欧，
远大于三元锂电芯的内阻1毫欧，因此此时可视电池组的最小工作单元为2节串联的电芯，通过测量串间均衡电阻3两端的电压，就可以测量任意一节电芯两端的真实电压。
[0021]
实施案例一原理及有益效果如下：1.改善电池组充放电时的”偏流”现象假设在使用过一段时间后，三元锂电芯1内阻值变大为5毫欧，电池组中其他各电芯的内阻值不变，那么在电池组充放电时，三元锂电芯1中的电流变化倍数为（5 1）/(1 1)=3，在现有技术中，显而易见的三元锂电芯1电芯中电流变化的倍数将为5/1=5，因此本发明将”偏流”现象的倍数由5改善到了3。
[0022]
在电池组实际工作中，电池组中的各电芯的内阻变化符合正态分布函数，设正态分布函数的均值是r，标准差是c。
[0023]
当采用图1所示的组装方式时，两节电芯串联组成的2节串的内阻值为2r，根据正态分布函数特性，2节串的总内阻值仍然符合正态分布函数，由正态函数特性可得， 2节串连内阻值均值为2r，标准差为1.414c，显然2》1.414, 2节串的内阻值的一致性比单电芯内阻值的一致性高，从而带来改善电池组充放电时的“偏流”现象的有益效果。
[0024]
2.可以方便的检测电池组中每一节电芯电压以图1中三元锂电芯1发生内部短路为例，当三元锂电芯1内部短路时，与三元锂电芯1，2并联的健康三元锂电芯开始对三元锂电芯1，2充电，此时三元锂电芯2由于充电效应两端电压开始升高，而三元锂电芯1由于内部短路两端电压开始降低，这一特征明显的三元锂电芯1，2两端电压反向变化的信号就三元锂电芯1出现短路的特征信号，利用这一特征信号可以方便的检测出电池组中发生内部短路、自放电较大的电芯，将热失控灾难扼杀在萌芽阶段。
[0025]
以图1中三元锂电芯1内阻发生变大为例，当电池组放电时，三元锂电芯1由于内阻大，故放电压降比相邻电芯大，故串间均衡电阻3两端出现电压，通过测量串间均衡电阻3两端电压情况就可了解不同电芯之间内阻的差别。
[0026]
进一步的，通过测量不同电芯之间的电压差、电压差变化趋势、以及其他参数，可计算出电芯的容量和自放电等一系列的参数，尤其是可以及时检测出内部微短路的不良电芯功能，解决了长期困扰整个行业的一个难题。
[0027] 3.本发明大幅降低了电池管理系统bms检测线数量，以图1中20节电芯为例，仅需要13根检测线就可实现检测20节电芯中每一节电芯电压。
[0028]
实施案例二，见图2图2描述了一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组，该电池组包括：三元锂电芯1、三元锂电芯2、正温度系数电阻3、铜汇流排4、铜汇流排5、铜汇流排6、三元锂电芯7。
[0029]
实施案例二与实施案例一原理相同，区别是实施案例二使用正温度系数电阻3替代实施案例一中的串间均衡电阻3。正温度系数电阻3的参数为：温度大于40度时电阻值接近无穷大。
[0030]
实施案例二新增有益效果是：更适用于对高温敏感的锂电池组。
[0031]
我们知道，锂电池组对高、低温敏感，高于40度就会缩短使用寿命，进一步升温则有可能出现热失控等灾难，低温则会减低电池组容量。
[0032]
本发明由于使用了串间均衡电阻，在电芯一致性较差时，串间均衡电阻会发热，在
冬天或低温状态，发热对电池组是有益的，但是在夏天或高温状态，发热对电池组是有害的。本实施案例使用了正温度系数电阻3替代实施案例一中的串间均衡电阻3，当电池组温度大于40度时，电阻值接近无穷大，串间均衡电阻发热量为0，当电池组温度较低时，正温度系数电阻开始发热，温度越低发热量越大，此时发热是有益的，本实施案例利用了串间均衡电阻发热的优点，避免了串间均衡电阻发热的缺点。
[0033]
实施案例三，见图3图3描述了一种偏流小易于检测每一节电芯的电池组，该电池组包括：三元锂电芯1、三元锂电芯2、高阻导体3、铝汇流排4、铝汇流排5、铝汇流排6、三元锂电芯7。
[0034]
实施案例三与实施案例一原理相同，区别是实施案例三使用高阻导体3替代实施案例一中的串间均衡电阻3，高阻导体3为康铜片。
[0035]
实施案例三新增有益效果是：康铜片与电阻相比，阻值相对小，当相邻两节电芯有电压差时，康铜片发热量相对较大，适合北方寒冷地区新能源汽车电池组，可提高电池组温度。
[0036]
综上所述，本发明克服了并联部件电阻尽量小的技术偏见，加大了电池组部分并联部件的电阻，取得了偏流小、易检测、成本低、适用性强的意想不到的效果。