应用于纯电动车中的标准电池的制作方法

本发明涉及能源领域，尤其涉及应用于纯电动车中的标准电池。

背景技术：

中国新能源汽车产业发展报告指出在相关政策引导下，我国新能源汽车研发推广、技术水平等取得明显成效。截至去年底，全国新能源汽车产销累计49.7万辆，成为全球保有量最大的国家。预计到2020年，新能源市场规模将增长近3倍，达到145万辆。

新能源汽车中主要分类有插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等，作为其中之一的纯电动汽车想必更加少。纯电动车这么多年发展极其缓慢的主要因素是大容量的标注电池的造价高，而现行的内燃车是没有这一块的；为使标准电池达到内燃车同等的加速度效果，标准电池的体积就会设计的过大，影响电动车的使用和美观；纯电动车中大容量电池需要在特定的地点通过专用的充电桩实现，同时在汽车中还需设置特定的充电管理，即便经过优化，现有充电桩最快也要2个小时才能充满电，慢则十几个小时。而内燃车只要几分钟加个油就可以了。

因此，现有技术中的缺陷是，现有的纯电动车用标准电池的设计方式，为使标准电池达到内燃车同等的加速度效果，标注电池设计的体积过大，造价过高，充电时间过长。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种应用于纯电动车中的标准电池，采用了2并6串10串4并联和2并6串16串5并联的方式，分别得到5kwh和10kwh两种标准电池，使得标准电池达到内燃车同等的加速度效果的同时，标准电池的体积更小，造价降低，使电池的利用率更高。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

本发明提供一种应用于纯电动车中的标准电池，包括：所述标准电池包括第一种标准电池和第二种标准电池；

所述第一种标准电池由4组第二单元并联组成；其中，所述第二单元由10组第一单元串联组成；所述第一单元由12个电池芯按照2并6串的方式连接组成；

所述第二种标准电池由5组第三单元并联组成；其中，所述第三单元由16组所述第二单元串联组成；

还包括多个保险丝；每个所述电池芯连接一个保险丝，每个所述第一单元连接一个保险丝，每个所述第二单元连接一个保险丝。

本发明的标准电池，其技术方案为：所述标准电池包括第一种标准电池和第二种标准电池；所述第一种标准电池由4组第二单元并联组成；其中，所述第二单元由10组所述第一单元串联组成；所述第一单元由12个电池芯按照2并6串的方式连接组成；所述第二种标准电池由5组第三单元并联组成；其中，所述第三单元由16组所述第二单元串联组成；还包括多个保险丝；每个所述电池芯连接一个保险丝，每个所述第一单元连接一个保险丝，每个所述第二单元连接一个保险丝。

本发明的标准电池，采用了2并6串10串4并联和2并6串16串5并联的方式，分别得到5kwh和10kwh两种标准电池，使得标准电池达到内燃车同等的加速度效果的同时，标准电池的体积更小，造价降低，使电池的利用率更高。

进一步地，所述标准电池密封于外壳内，所述标准电池的外壳采用陶瓷材料。

陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可以延长电池的使用寿命。

进一步地，所述标准电池的外壳设计成散热片状。

散热片形状可以有效增加表面积提高散热量，在电池使用过程中有效进行散热，延长电池的使用寿命。

进一步地，所述电池芯为18650电池芯。

18650相比其它的能量密度更大且稳定性与一致性更好，18650可以有效降低标准电池的制作成本。并且，虽然每个电池单元的尺寸小，但每个单元的能量可控制在较小的范围，与使用大尺寸电池单元时相比，即使电池组的某个单元发生故障，也能降低故障带来的影响。

进一步地，所述18650电池芯的材料为18650钴酸铁锂。

钴酸铁锂电池能量密度(170wh/kg)大约是磷酸铁锂电池能量密度的两倍。也意味着相同能量重量体积要小一半左右，使电池的设计更合理。

进一步地，每个所述第二单元的负极之间设置铝合金管路。

设置铝合金管路，一方面采用铝合金管路进行固定，另外一方面进行电池的内外围温度均衡，保证电池正常工作。

进一步地，还包括控制芯片和温度传感器；

所述控制芯片与所述标准电池连接，所述温度传感器分别与所述控制芯片和所述标准电池连接。

通过设置温度传感器检测电池使用过程中的温度，通过控制芯片进行调节，进行温度保护。

进一步地，还包括压力传感器，所述压力传感器分别与所述控制芯片连接和所述标准电池连接。

由于电池采用的是密封装置，18650在发生破损发热会挥发气体，所以内部需要集成式压力传感器来检测气压的变化，进一步保证电池工作的安全性。

进一步地，还包括湿度传感器，所述湿度传感器分别与所述控制芯片连接和所述标准电池连接。

电池内一旦有水汽进入会氧化器件，造成短路或者断路，所以加装湿度传感器，使电池工作的更安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池的第一单元示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池的第二单元示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池的第三单元示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池的温度控制结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池组成的标准电池块外壳示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池在汽车底盘中的第一种标准电池结构示意图；

图7示出了本发明实施例所提供的一种应用于纯电动车中的标准电池的循环流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

参见图1至图3，实施例一提供的一种应用于纯电动车中的标准电池，由于我国的交流电分为220v民用电和380v工业用电，所以在标准电池容量上采用了2种配置，5kwh和10khw，分别对应220v民用电和380工业电，即第一种标准电池20和第二种标准电池，分别用于小型车和大型车，相对于我们现在使用的内燃车的小排量和大排量。

标准电池包括第一种标准电池20和第二种标准电池(图中未示出)；

其中，第一种标准电池20为220v的5kwh的电池，其构成采用2并6串10串4并联的方式，这样即便一节电池出现问题电池仍然可以工作，具体构成为：

第一种标准电池20由4组第二单元2并联组成；其中，第二单元2由10组第一单元1串联组成；第一单元1由12个电池芯按照2并6串的方式连接组成；

还包括多个保险丝；每个电池芯连接一个保险丝，每个第一单元1连接一个保险丝，每个第二单元2连接一个保险丝。

第二种标准电池为380v的10kwh的电池，其构成采用2并6串16串5并联的方式，具体构成为：

第二种标准电池由5组第三单元3并联组成；其中，第三单元3由16组第二单元2串联组成；

设置保险丝是针对于单个电芯，如果在使用中出现异常，可以使用与mos管串联的保险丝进行熔断，去除该节电池在系统中的使用，而不影响其他电池的使用，保证标准电池块的容错率。

本发明的标准电池，其技术方案为：标准电池包括第一种标准电池20和第二种标准电池；第一种标准电池20由4组第二单元2并联组成；其中，第二单元2由10组第一单元1串联组成；第一单元1由12个电池芯按照2并6串的方式连接组成；第二种标准电池由5组第三单元3并联组成；其中，第三单元3由16组第二单元2串联组成；还包括多个保险丝；每个电池芯连接一个保险丝，每个第一单元1连接一个保险丝，每个第二单元2连接一个保险丝。

本发明的标准电池，采用了2并6串10串4并联和2并6串16串5并联的方式，分别得到5kwh和10kwh两种标准电池，使得标准电池达到内燃车同等的加速度效果的同时，标准电池的体积更小，造价降低，使电池的利用率更高。

参见图5，优选地，标准电池密封于外壳10内，标准电池的外壳10采用陶瓷材料。

陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点，可以延长电池的使用寿命。

参见图5，标准电池的外壳10设计成散热片状。

散热片形状可以有效增加表面积提高散热量，在电池使用过程中有效进行散热，延长电池的使用寿命。

优选地，电池芯为18650电池芯。

18650相比其它的能量密度更大且稳定性与一致性更好，18650可以有效降低标准电池的制作成本。并且，虽然每个电池单元的尺寸小，但每个单元的能量可控制在较小的范围，与使用大尺寸电池单元时相比，即使电池组的某个单元发生故障，也能降低故障带来的影响。

优选地，18650电池芯的材料为18650钴酸铁锂。

钴酸铁锂电池能量密度(170wh/kg)大约是磷酸铁锂电池能量密度的两倍。也意味着相同能量重量体积要小一半左右，使电池的设计更合理。

基于18650电池芯，单节18650的重量大概在40-50克左右，计算其10组重量大概是：12×10×40g＝4.8kg；

其所形成的功率为：3.7×3×6×2×10＝1.332kwh；

如果并联4组，功率为：1.332×4＝5.328kwh；其重量为4.8×4＝19.2kg，即为第一种标准电池20的重量，这样一个成年人是可以搬动一个电池组的，这样机械换装手工换装都可以完成，重量轻，体积小，方便卸换。同理，第二种标准电池的重量为第一种标准电池20的两倍，在实际使用中，5kwh左右的电池使得现在小排量电动汽车续航里程可以达到50公里-80公里，这样就和现在的内燃车最低要求续航里程相差不多。

体积以18650为例计算，2并6串10串4并的情况：

高长宽分别为：65×6mm＝390mm，体积为：390×51840＝390mm×161mm×161mm，考虑到外块装，电路板，框架，总体积估计要到450mm×200mm×200mm＝0.018m³。这样，第一种标准电池20为额定功率为5kwh(222v，24a)，重量25kg，体积0.018m³；第二种标准电池为额定功率为10kwh(355v，30a)，重量50kg，体积0.036m³；更适用于应用在纯电动汽车中。

实施例二

参见图4，基于实施例一中的第一种标准电池20和第二中标准电池，由于一个标准电池使用的18650数目很多，功率不平衡导致每节电池的温度有变化，特别是中心与外围温度差。由于电池内部的化学反应与温度是密切相关，所以电池在不同温度下的热耗率(每产生1kw·h的电能所消耗的热量)是不一样的。如果电池在绝热或者高温等热传递不充分的内部环境中运行，电池温度将会显著上升，从而导致电池组内部形成局部过度发热，最终可能产生热失控。因此，基于电池的温度控制，作了如下改进：

参见图4，在每个第二单元2的负极之间设置铝合金管路4。

设置铝合金管路4，一方面采用铝合金管路4进行固定，另外一方面进行电池的内外围温度均衡，保证电池正常工作。

具体地，为了使电池容量的衰减只与行驶里程数明显相关，而不受环境温度和车龄的影响。在管路中封存高比热率的水和二乙醚的混合液来保持电池温度的一致性，可以提高电池使用过程中的安全性，提高电动车的续航能力。

优选地，还包括控制芯片5和温度传感器6；

控制芯片5与标准电池(包括第一种标准电池和第二种标准电池)连接，温度传感器6分别与控制芯片5和标准电池连接。

通过设置温度传感器6检测电池使用过程中的温度，通过控制芯片5进行调节，进行温度保护。

具体地，进行温度保护可以设计在芯片内，也可以采用独立外置的温度传感器6，比如ds18b20，可以多点进行温度检测，具体地，可将ds18b20设置在每个第二单元2的周围，每边4个，一共32个，用来进行多点检测，使检测到的温度变化更准确。

优选地，控制芯片5可采用单片机，dsp，mcu等，且不限于上述几种。例如，锂电池主动平衡功能选择类似于的是atmel的ata6780功能，该芯片已经使用多年，通过市场检验，有一定的可靠性。

优选地，还包括压力传感器7，压力传感器7分别与控制芯片5连接和所标准电池连接。

由于电池采用的是密封装置，18650在发生破损发热会挥发气体，所以内部需要集成式压力传感器7来检测气压的变化，优选保证电池工作的安全性。

优选地，还包括湿度传感器8，湿度传感器8分别与控制芯片5连接和标准电池连接。

电池内一旦有水汽进入会氧化器件，造成短路或者断路，所以加装湿度传感器8，使电池工作的更安全。

通过控制芯片5的设置，实现电池温度测量系统，高精度电压报告系统，电池故障检测。以及主动式平衡充电系统。用于平衡各个电芯的不同老化速度所带来的充电速率的不同。采用标准的通讯总线，能够由一台单片机控制所有的电池单元。

实施例三

基于实施例一及实施例二中的第一种标准电池20和第二中标准电池，将上述所有器件按照国家电池规范制作成具有标准容量，标准接口,标准外观的电池。

参见图5，为应用于纯电动汽车中的标准电池块，由多个标准电池组成，本实施例中以5kwh的第一种标准电池2020为例，多个第一种标准电池2020密封于外壳10中，形成的标准电池块外壳10的上部为标准接口，分别为：1脚为标准电池块的电池正极(铜线10mm×4mm＝40mm²)2脚为隔离带绝缘10mm，3脚为数据正端(铜线0.5mm×4mm＝2mm²)，4脚为数据负端(铜线0.5mm×4mm＝2mm²)，5脚为隔离带绝缘10mm，6脚为标准电池块的负极(铜线10mm×4mm＝40mm²)。下部为滑轮102，中间有卡扣101以及水冷装置。如图5所示，为纯电动汽车中标准电池的常用设计，在本发明中不做具体说明。

根据实际需求，让汽车制造厂对标准电池块进行并联叠加，增加并联数目，可以提高输出功率，从而可以增加电机转速，同时功率的增加也意味着续航里程的增加。汽车制造公司使用标准电池最少使用一个，以5kwh标准锂电池块的小排量汽车，设置20个卡槽，最多可以到并联5kwh一直到100kwh。以10kwh标准锂电池的大排量汽车，设置20个卡槽，最多可以到并联10kwh一直到200kwh。

参见图6，在纯电动汽车上生产标准电池块的导轨22用来对固定(包括防撞装置)散热以及绝缘隔离，纯电动汽车上的主控管理对电池组(多个标准电池块组成)的信息进行收集分析，确认安全性和电池块的工作分工。

比如汽车重心的重建。现有内燃机汽车本身是一个重心固定的系统，坐入人之后，汽车的重心会发生变化，降低了安全性，汽车的使用效率也会下降。纯电动汽车以汽车空载重心为中心点十字交叉布局电动导轨。采用电动导轨重力传感检测，可以通过步进电机调整电池块在汽车中的布局，重新构建重心，这样可以提高汽车行驶的安全性，也可以提高效率。

利用汽车上的冷却水采用水泵循环流动对电池组进行温度控制，温度高则制冷，温度低则加热，使其外表温度处于合理范围。

装卸口21相当于内燃车的加油口，方便第一种标准电池20的更换。

实施例四

基于上述实施例中的标准电池，由于标准电池的大量使用，降低了整个社会的碳硫排放量，保护了环境，同时它的整个生命周期成为对环境污染最小化的过程，形成真正意义上的新能源微污染，基于此，进行标准电池的循环使用设计：

参见图7，基于上述实施例中设计生产出的标准电池块，即两个额定功率分别为5kwh和10kwh的标准锂电池块，经过电池生产厂的生产，充电场进行充电，充好电的电池块分别配送至多个电池服务点，如图7所示的服务点1，服务点2……服务点n；还有一部分配送至电动汽车制造厂，用于制造电动汽车，在电动汽车的使用过程中，纯电动汽车通过租赁的方式到服务点进行电池的更换，统一的回收到回收站，对有问题的电池进行维修及集中报废处理，其中还可将分解的电池材料再利用，输入到电池生产厂用于制造电池；通过上述的电池循环方法，使得标准电池整个生命周期成为对环境污染最小化的过程，减少了硫碳排放量，形成真正意义上的新能源微污染。

其中，基于实施例一中设计生产的两种标准电池进行充电，如果采用家庭充电或者是充电桩，一个是功率有可能不够，另外一个地点不好选，还有就是充电时间太长。

本申请中设计的单个5kwh标准电池块需要的充电电源要大于220v/9.6a，这个才能保证一个电池在2.5小时内充满。如果有10000个电池同时充电，一小时充满那就是5万kwh。2020年全国的机动车保有量会超过2亿辆，那么如果有三分之一替换为纯电动汽车也就是6000万辆左右，5kwh的标准电池块是每辆纯电动机动车的最基本配置。如果对这6000万电池同时在1个小时内充满电需要6000×5＝3亿kwh。从国家网站上的数据显示2016年全国共发电59111亿kwh，换算到小时为59111/356/24＝6.9亿kwh，也就是说6000万辆纯电动汽车所使用的最基本配置电池一小时充电量相当于2016年全国一小时发电量的一半。而全国发电厂分布不均衡，能源结构不合理。而且上网电价在不同时段价格有很大差异。峰段相当于谷段的2倍多。

因此，本申请中是在全国发电厂输出能量高，输出不易，特别是新能源发电厂附近设置专门的充电站，将生产出来的标准锂电池模块直接放置到该充电站，利用峰谷能源统一充电，提高能源利用效率，调节全国发电输出的平衡。

充好电后的标准电池块，电动汽车制造公司使用标准电池块最少使用一个，以5kwh标准锂电池块的小排量汽车，设置20个卡槽，最多可以到并联5kwh一直到100kwh。以10kwh标准锂电池块的大排量汽车，设置20个卡槽，最多可以到并联10kwh一直到200kwh。因此，可基于不同电动车的电力续航需求进行设计，只要对标准电池进行并联叠加，增加并联数目，就可以提高输出功率，从而可以增加转速，同时增加功率，也意味着实现续航里程的增加。

如果以成本计算5kwh的电池块价格以18650计算是12×(10+0.5)+15＝141元。每组10个单元＝141*10＝1410元，4组＝1410*4＝5640元4组。再加上外围成本估计要到6000元左右。充电成本一次为0.3×5＝1.5元，服务物流成本一次0.5元，这样如果电动车一年行驶2万公里，计算得到充电成本是20000/50×2元+6000×0.4＝3200元(锂电池2年半折旧)。如果是内燃机2万公里，百公里油耗为5升，以每升6元计算，则有20000/100×5升×6元＝6000元。可见纯电动汽车的行驶成本只有内燃机成本的一半。但是一辆纯电动汽车并不是只有一块标准电池，最多可能要有16-20块。如果以20块来说行驶2万公里那他的成本就是20000/50×2元+6000×20×0.4＝30800元，相当于内燃机的5倍。这也就是现在出现的纯电动汽车之所以价格居高不下的原因。基于此，本申请中在电动车的使用过程中，标准电池块没有电了，采用下列方式代替对没有电的电池进行长时间的充电的方式。

具体为：纯电动汽车的在出厂时只标配最低一个标准电池块，满足该汽车的最低行驶里程要求，也就是说车主只要买下最低一个标准电池块就可以了，而且在后续的使用中也不用考虑这一个电池的保养和维修，这块电池自动折旧报废。而且这一个出厂配置的标准电池随后会可以融入到整个标准电池块系统中，这样可以大大降低纯电动汽车的出厂价格，提高纯电动汽车的销量。当然汽车在真正行使过程中，肯定不止需要一块标准电池。可以通过纯电动汽车的重量，成员，行使的距离及行使最大速度，通过合成算法，租赁或者购买来为车主提供合适的标准电池数目，已达到最优节省资源。

由此，采用购买模式车主只要提供相应的标准电池充电费和服务费就可以了。而采用租赁模式相当于内燃机车的加油站模式。车主只要租赁满充电标准电池块就可以了，租赁价格一方面和电池块的数目有关，数目越多租赁价格越高，另一方面同租赁时间有关，使用时间越长，收费越高。还可以采用云技术，计算出全国纯电动汽车的分布，在全国对于纯电动标准电池块进行统筹配送，或者在指定全国连锁服务点更换。这样一是降低了车主的经济负担，使得纯电动汽车出厂价格大幅降低，二是即便是在一个5kwh的标准电池块中，也要使用了480枚18650电池，如果有其中任何一枚出现故障，也意味着电池块出现故障，需要进行维修，解决目前以汽车厂为主体的纯电动汽车到原厂返修，过程长的问题，而采用上述方法，即使在使用过程中出现问题，可以当场或者就近服务点立即更换，也不需要维修费用，维修由租赁标准电池块的专业公司完成。三是不用车主找地方进行长时间充电，节省了时间，第四国家也不需要提供高成本的充电桩，第五国家也不需要对纯电动汽车进行补贴来促定发展。这五者相加，整体上提高了纯电动汽车电池的使用效率，有效促定了纯电动汽车的大量发展。

最后，对标准电池统一收入回收站，进行统一的回收检修与报废处理。

标准锂电池块相对于燃料不存在易燃易爆的特性，安全性比较高，而且可以反复使用，标准电池块在不使用时，采用休眠模式其自身的损耗相对于其额定功率来说额可以忽略不计，而且他对温度的适应范围广。如果一旦形成大规模的使用和大规模的收贮，可以提高国家的能源战略安全。因此同时对环境的污染很小，大规模使用可以大大降低全国的碳排放量。如果以此制定新能源汽车标准，从而使我国的纯电动汽车发展从而走在世界前列。

当在没有单独电芯失效的情况下，标准电池块的满载充电功率只要达到额定功率的80％，即认为该电池需要报废。报废有专业公司进行，包括金属材料的回收再加工，化学材料的回收再加工，电子芯片元器件的回收测试在应用。让标准纯电动电池块从生产使用到回收都存在一个对环境污染最小化的过程。形成真正意义上的纯电动无污染。

因此，采用本申请中的标准电池块的循环使用方法，使得标准电池整个生命周期成为对环境污染最小化的过程，减少了硫碳排放量，形成真正意义上的新能源微污染。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。