电池组的制作方法

1.本发明涉及一种电池组。


背景技术：

2.二次电池可以充电和放电，因此是可以反复使用的电池，二次电池可以由一个电池单元组成以用于手机、笔记本电脑、计算机、相机、摄像机等便携式小型电子设备，或者二次电池可以由包括多个电池单元的电池组构成以用作驱动高输出混合动力车辆(hev)、电动车辆(ev)等的电机的电源。
3.混合动力车辆(hev)或电动车辆(ev)等中使用的电池需要实现高输出和大容量。为此，多个电池作为一个单元构成电池组，并且多个这些电池组以串联或并联形式电连接以用作大容量和高输出电源。
4.因此，随着电池组被用作大容量高输出电源，电池组正在被改进以具有更高的能量密度。然而，由于电池组具有高能量密度，当电池组的一部分电池模块损坏时，未损坏的电池模块的温度也会迅速升高，从而可能发生热失控(thermal propagation)。电池组的这种热失控对用户安全构成极大风险。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题之一为提供一种防止热失控的电池组。
7.(二)技术方案
8.本发明的一个实施例提供一种电池组，该电池组包括：电池模块阵列，包括串联连接(coupled)的多个电池模块并且具有第一端子和第二端子，其中多个所述电池模块中的每一个包括至少一个电池单元、电流阻断元件以及传感器单元，所述电流阻断元件与所述电池单元连接并且当被施加过电流时断开，所述传感器单元测量所述电池单元的状态信息并且发送测量信息；电池阻断单元，包括与所述第一端子串联连接的第一开关单元、与所述第二端子串联连接的第二开关单元以及连接所述第一端子和第二端子的第三开关单元；以及电池管理系统(battery management system)，当所述测量信息超过预定阈值时，接通所述第三开关单元，以断开所述电流阻断元件。
9.(三)有益效果
10.根据本发明的技术思想的电池组，当部分电池模块出现问题，并且存在热失控的可能性时，通过将构成电池组的电池模块彼此电隔离，防止在部分电池模块中出现的问题影响到相邻的电池模块从而导致热失控。
11.本发明的各种有益的优点和效果不限于上述内容，并且可以在说明本发明的具体实施例的过程中更容易理解。
附图说明
12.图1是根据本发明的一个实施例的电池组的示意框图。
13.图2是用于说明电池管理系统的控制的框图。
14.图3至图5是用于说明图1的电池组的防爆功能的图。
15.附图标记说明
16.10：电池组
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20：外部设备
17.100：电池模块阵列
18.110-1～110-6：第一电池模块至第六电池模块
19.111：电池单元
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112：电流阻断元件
20.113：传感器单元
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120：手动服务阻断模块
21.200：电池阻断单元
22.210～230：第一开关单元至第三开关单元
23.211、212：第一开关元件、第二开关元件
24.213：电阻元件
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300：电池管理系统
具体实施方式
25.其他实施例的具体内容包括在详细说明和附图中。
26.本发明的优点和特征以及实现这些的方法将参照附图和详细描述的实施例而变得更清楚。然而，本发明不限于以下公开的实施例，而可以以彼此不同的各种形式实现，并且本实施例是为了完整地公开本发明并且向本发明所属技术领域的普通技术人员完整地转达发明的范围而提供的，本发明仅由权利要求书确定。在整个说明书中相同的附图标记指代相同的组件。
27.参照图1和图2对根据一个实施例的电池组进行说明。图1是根据本发明的一个实施例的电池组的示意框图，图2是用于说明电池管理系统的控制的框图。
28.参照图1，根据本发明的一个实施例的电池组10可以包括：电池模块阵列100，具有第一端子n1和第二端子n2；电池阻断单元200，连接到电池模块阵列100的第一端子n1和第二端子n2；以及电池管理系统(battery management system，bms)300。电池组10可以包括用于向外部设备20供应电流的第一输出端子cp和第二输出端子cn。
29.电池模块阵列100可以包括串联连接的多个电池模块110。多个电池模块110中的每一个可以包括一个以上的电池单元111，并且可以包括与电池单元111串联连接的电流阻断元件112和传感器单元113。当在电池模块110中采用多个电池单元111时，多个电池单元111可以串联、并联和串并联连接。根据一个实施例的电池模块阵列100可以具有第一电池模块110-1至第六电池模块110-6串联连接的结构。根据实施例，手动服务阻断模块120可以串联连接到电池模块110。
30.作为电池单元111可以采用可以反复充电和放电的各种类型的二次电池。在一个实施例中，电池单元111可以是锂离子电池。
31.电流阻断元件112是在过电流流经电池模块110时被断开(open)以保护电池模块110的元件，并且在一个实施例中可以是熔断器(fuse)，但不限于此。当过电流流经电池模块110时，电流阻断元件112可以被断开以分别将串联连接的多个电池模块110电隔离。
32.传感器单元113可以测量电池模块110的状态信息并将测量信息发送到电池管理系统300。传感器单元113可以包括用于测量电池模块110的状态信息的各种传感器。传感器单元113可以包括温度传感器113-1和气体传感器113-2中的至少一个，并且根据实施例可以进一步包括电压计。此外，传感器单元113可以包括多个传感器。例如，传感器单元113可以包括温度传感器113-1和气体传感器113-2，温度传感器113-1可以测量电池模块110的温度并且可以将测量信息发送到电池管理系统300，气体传感器113-2可以测量电池模块110内的气体浓度并将测量信息发送到电池管理系统300。
33.参照图1和图2，电池管理系统300可以接收从设置在每个电池模块110中的传感器单元113发送的测量信息，并将测量信息与预定阈值进行比较以判断电池模块110是否正常操作。电池管理系统300将传感器单元113检测到的测量信息小于或等于预定阈值的情况判断为电池模块110正常操作的“正常状态”，并且将检测到的测量信息超过预定阈值的情况判断为电池模块110没有正常操作的“异常状态”。电池模块110的这种异常状态可能在电池单元111因诸如冲击的外部因素而被损坏时发生。超过阈值的电池模块110可能会开始起火，在起火的电池模块110中产生的热会被传递到相邻的电池模块110，导致整个电池模块阵列100起火，并且喷出可燃气体。在这种情况下，当电池模块阵列100处于高电压能量状态时，可能超过简单的起火而发生整个电池模块阵列100爆炸的所谓的“大规模爆炸”。当电池模块阵列100处于高电压状态时，这种大规模爆炸更为严重。一个实施例的电池组10可以在如上所述电池模块阵列100大规模爆炸之前，将电池模块阵列100的多个电池模块110彼此电隔离并变为低电压状态，从而将大规模爆炸减小为小规模爆炸或停止在简单的起火。对此将在后面详细描述。
34.电池管理系统300判断异常状态的预定阈值是预先存储的值，可以预先存储各种能够比较从传感器单元113发送的测量信息的值。例如，当传感器单元113测量温度时，预定阈值可以是温度值。此外，当传感器单元113测量气体浓度时，预定阈值可以是气体浓度值。此外，当测量电压时，预定阈值可以是电压值。具体地，例如，当传感器单元113测量温度并且电池模块110中包括的电池单元为锂离子电池单元时，预定阈值可以是50℃。此外，当由传感器单元113测量电压时，预定阈值可以以50crate以上的放电速度持续几秒的值为基准。
35.此外，当从多个电池模块110中的任一个电池模块110的传感器单元113发送的测量信息比从其他电池模块110的传感器单元113发送的测量信息高3℃时，电池管理系统300也可以将相应的电池模块110判断为异常状态。
36.此外，当传感器单元113包括温度传感器113-1和气体传感器113-2时，电池管理系统300仅在温度传感器113-1测量的测量信息和气体传感器113-2测量的测量信息均超过预定阈值时判断为异常状态。
37.当判断电池模块110为正常状态时，电池管理系统300接通第一开关单元210和第二开关单元220以将电池模块阵列100的电流供应到外部设备20。此外，当判断电池模块110为异常状态时，电池管理系统300可以接通(on)第三开关单元230以使电池模块阵列100短路，使过电流流过短路的电池模块阵列100，从而使包括在各电池模块110中的电流阻断元件112被断开，由此各电池模块110彼此电隔离以预先防止热失控。
38.参照图1，电池阻断单元200设置在电池模块阵列100和外部设备20之间，并且在电
池管理系统300的控制下，电池阻断单元200可以阻断从电池组10传递到外部设备20的电流。即，电池阻断单元200的输入单元可以连接到电池模块阵列100的第一端子n1和第二端子n2，并且输出单元可以连接到电池组10的第一输出端子cp和第二输出端子cn。
39.电池阻断单元200可以包括：第一开关单元210，与第一端子n1串联连接；第二开关单元220，与第二端子n2串联连接；以及第三开关单元230，连接第一端子n1和第二端子n2。第一开关单元210至第三开关单元230可以由各种类型的开关元件形成。第一开关单元210至第三开关单元230中的至少一个可以包括多个开关元件，并且在任一个开关单元中可以进一步设置电阻元件。在一个实施例中，第一开关单元210可以包括并联连接的第一开关元件211和第二开关元件212，并且可以进一步包括与第二开关元件212串联连接的电阻元件213。
40.在一个实施例中，第一开关单元210至第三开关单元230可以被配置为功率继电器(power relay)。第一开关单元210至第三开关单元230根据电池管理系统300的控制被接通(on)或断开(off)，并且流过第一开关单元210至第三开关单元230的电流可以被阻断。当电池模块阵列100处于正常状态时，第一开关单元210和第二开关单元220被接通并且第三开关单元230被断开，使得从电池模块阵列100供应的电流可以被供应到外部设备20。此外，当电池模块阵列100处于异常状态时，第三开关单元230被接通以使电池模块阵列100的第一端子n1和第二端子n2彼此短路(short)。当第一端子n1和第二端子n2彼此短路时，在电池模块阵列100中产生过电流，并且包括在电池模块阵列100中的每个电池模块110中包括的电流阻断元件112可以被断开(open)。因此，包括在电池模块阵列100中的每个电池模块110可以彼此电隔离。这具有将一个大容量和高输出的电池模块阵列100分成多个低容量和低输出的电池模块110的效果。因此，可以防止电池组10在大容量和高输出状态下发生热失控。
41.对此，参照图3至图5进行详细说明。
42.图3是电池组10的电池模块110处于正常状态的情况，电池阻断单元200的第一开关单元210和第二开关单元220分别被接通，并且第三开关单元230被断开，使得从电池模块阵列100供应的电流i1可以被供应到外部设备20。
43.图4是电池组10的电池模块110中的任一个电池模块110处于异常状态的情况，在一个实施例中，假设第一电池模块110-1损坏且处于异常状态。由于处于异常状态的第一电池模块110-1起火并且内部温度迅速升高，因此传感器单元113可以测量到预定阈值以上的高温或检测到高浓度气体。由于从传感器单元113发送的测量信息超过预定阈值，电池管理系统300可以向电池阻断单元200的第三开关单元230施加接通信号以使电池模块阵列100的第一端子n1和第二端子n2短路。根据实施例，第三开关单元230可以被接通并且第一开关单元210和第二开关单元220可以被断开。当第一端子n1和第二端子n2短路时，形成闭环，从而过电流i2流过电池模块阵列100。
44.因此，如图5所示，包括在每个电池模块110中的电流阻断元件112被大电流熔化并断开，使得每个电池模块110彼此电隔离。如上所述，在电池模块阵列100大规模爆炸之前，电池模块阵列100的多个电池模块110彼此电隔离，从而电池模块阵列100会变为低电压状态，并且与高电压情况相比可以减少爆炸。
45.本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或基本特征的情况下，本发明可以以其他具体形式实施。因此，应当理解，上述实施例在所有方
面都是示例性的，而不是限制性的。应当理解，本发明的范围由权利要求书而非上述详细说明来表示，并且从权利要求书的含义和范围及其等同概念得到的修改或改变的形式均包含在本发明的范围内。