一种锂离子电池系统的制作方法

1.本实用新型属于电池设备技术领域，具体涉及一种锂离子电池系统。


背景技术：

2.目前，由于电池组规模越来越大，使用电动自行车的人也越来越多，同时锂离子电池相对昂贵和不能滥用的特点，以及锂离子电池本质上的不安全性等特征，需要有专业化的电池管理系统(bms)来对锂电池进行集成和管理，确保最大限度的发挥电池组最佳性能、同时保护驾驶者的安全。同时，目前使用电动自行车汽车的人也越来越多，然而目前的电动自行车的锂离子电池系统(由一个大容量，低电压输出的电池组构成)普遍采用大容量、低电压电池组配合升压电路(例如:pwm升压控制器)直接对车辆负载(即车辆电机)进行电力输出；
3.但是这种传统供电方式普遍存在一些技术缺陷，如果想要达到高电压输出的目的，需要串接多个电池，电池组串联节数将会较高，影响使用安全和使用成本。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种锂离子电池系统，其解决了上述技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.本实用新型提供了一种锂离子电池系统，包括组合电池组、升压模块、负载设备；所述组合电池组作为基本电池组形成目标电压输出；所述升压模块用于对所述组合电池组输出的目标电压输出升压处理，并加载到所述负载设备上；
7.所述升压模块包括升压电路，电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、电容器c6、电容器c7、电容器c8、电阻器r0、采样电阻r1、采样电阻r2以及储能电感、二极管d0、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4；
8.其中，所述组合电池组的输入端分别电连接所述升压电路的第一连接端以及电阻器r0的输入端，所述组合电池组的输出端电连接gnd；所述电阻器r0的输出端电连接所述升压电路的第二连接端、所述储能电感的第一侧线圈的第一端，所述储能电感的第一侧线圈的第二端电连接所述升压电路的第三连接端以及所述二极管d0的正极；所述升压电路的第四连接端电连接gnd；所述升压电路的第五连接端电连接采样电阻r1的输入出端以及采样电路电阻r2的输入端；
9.所述二极管d0的负极电连接所述电容器c5的输入端、所述电容器c1的输入端、所述二极管d3的正极、所述二极管d4的正极、所述电容器c4的输入端，且所述电容器c1的输出端电连接所述二极管d3的负极，所述电容器c4的输出端电连接所述二极管d4的负极；所述电容器c5的输出端电连接gnd；且所述电容器c1的输出端还电连接所述储能电感的第二侧线圈的第一端、所述电容器c2的输入端、所述二极管d2的正极，所述电容器c4的输出端还电连接所述储能电感的第二侧线圈的第二端、所述电容器c3的输入端、所述二极管d1的正极；所述电容器c2的输出端电连接所述二极管d2的负极，所述电容器c3的输出端电连接所述二
极管d1的负极；
10.且所述电容器c4的输出端还分别电连接所述电容器c6的输入端、所述电容器c7的输入端、所述电容器c8的输入端以及所述采样电阻r1的输入端；所述电容器c6的输出端、所述电容器c7的输出端、所述电容器c8的输出端、所述采样电阻r2均电连接gnd。
11.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述组合电池组由n个单个目标标准电池并联，再实施串联形成的电池组。
12.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述目标标准电池为磷酸铁锂电池。
13.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述目标标准电池的标准电压3.2v。
14.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述负载设备为1kw以下功率的负载设备。
15.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述负载设备包括车辆电机。
16.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述组合电池组为4串2并且标准容量为60ah的磷酸铁锂电池组成的12.8v电池组。
17.与现有技术相比，本实用新型实施例涉及的锂离子电池系统至少存在如下方面的有益效果：
18.上述锂离子电池系统主要设计了一个基本的组合电池组，该组合电池组作为基本电池组形成一个目标电压输出；同时还设计了升压模块，该升压模块主要用于对所述组合电池组输出的目标电压输出升压处理，并加载到所述负载设备上；这样经过升压加载后再加载到负载设备上，可以确保其负载设备从传统获得大容量、低电压电池组的供电，转换成高电压，小容量的供电方式；现有技术电池一般由一个大容量，低电压输出的电池组构成。如果想要达到高电压输出的目的，需要串接多个电池，电池组串联节数将会较高，影响使用安全和使用成本。然而，本实用新型实施例所采用的组合电池组是少量单个目标标准电池并联，再实施串联形成的电池组。然后经过升压模块进行升压处理得到的较高电压输出的供电电路，其在一定程度上降锂电池串联数量，提高了电池组安全系数。另外本实用新型实施例所采用的锂离子电池系统其由于降低锂电池组的串数，因此也可降低单体间核电态离散问题，提高电池组的放电效率。
19.本实用新型实施例所采用的锂离子电池系统，其具有适用范围广泛的技术优势；该锂离子电池系统可以适用三元类、锰锂类、钛酸锂类、磷酸铁锂类所有种类锂电池组；同时其在电动车产品上的应用范围包括但不限于以下车辆的电源系统：电动自行车、电动摩托车、各种助力车、电动三轮车、四轮车等车辆的电源系统等。
附图说明
20.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
21.图1为本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统的原理示意图；
22.图2为本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统的电路接线示意图；
23.图中：锂离子电池系统100；组合电池组10；升压模块20；负载设备30；升压电路21；
储能电感22；电容器c1；电容器c2；电容器c3；电容器c4；电容器c5；电容器c6；电容器c7；电容器c8；电阻器r0；采样电阻r1；采样电阻r2；储能电感22；二极管d0；二极管d1；二极管d2；二极管d3；二极管d4；第一连接端211；第二连接端212；第三连接端213；第四连接端214；第五连接端215；第一侧线圈的第一端221；第一侧线圈的第二端222；第二侧线圈的第一端223；第二侧线圈的第二端224。
具体实施方式
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
27.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
28.实施例一
29.如图1所示，本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统100，包括组合电池组10、升压模块20、负载设备30；所述组合电池组10作为基本电池组形成目标电压输出；所述升压模块20用于对所述组合电池组10输出的目标电压输出升压处理(对目标电压实现升压2-15倍)，并加载到所述负载设备30上。
30.如图2所示，所述升压模块20包括升压电路21，电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、电容器c6、电容器c7、电容器c8、电阻器r0、采样电阻r1、采样电阻r2以及储能电感22、二极管d0、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4；
31.其中，所述组合电池组10的输入端分别电连接所述升压电路21的第一连接端211以及电阻器r0的输入端，所述组合电池组10的输出端电连接gnd；所述电阻器r0的输出端电连接所述升压电路21的第二连接端212、所述储能电感22的第一侧线圈的第一端221，所述储能电感22的第一侧线圈的第二端222电连接所述升压电路21的第三连接端213以及所述二极管d0的正极；所述升压电路21的第四连接端214电连接gnd；所述升压电路21的第五连接端215电连接采样电阻r1的输入出端以及采样电路电阻r2的输入端；上述升压电路由pwm
芯片控制器(或其他升压控制器，对此不再赘述)；举例说明，本实施例可选择pwm芯片控制器；上述pwm芯片控制器构成属于现有技术对此不再赘述，上述pwm芯片控制器的五个连接端对应引脚关系为：第一连接端211(对应为en引脚)、第二连接端212(对应为vi n引脚)、第三连接端213(对应为lx引脚)、第四连接端214(对应为vss引脚)、第五连接端215(对应为fb引脚)；vi n端(电源输入端)、lx端为pwm输出连接电感端、fb端为电压反馈端、vss端为电路公共接地端、en端为芯片使能端。关于其他形式升压控制器本实施例不再赘述。
32.所述二极管d0的负极电连接所述电容器c5的输入端、所述电容器c1的输入端、所述二极管d3的正极、所述二极管d4的正极、所述电容器c4的输入端，且所述电容器c1的输出端电连接所述二极管d3的负极，所述电容器c4的输出端电连接所述二极管d4的负极；所述电容器c5的输出端电连接gnd；且所述电容器c1的输出端还电连接所述储能电感22的第二侧线圈的第一端223、所述电容器c2的输入端、所述二极管d2的正极，所述电容器c4的输出端还电连接所述储能电感22的第二侧线圈的第二端224、所述电容器c3的输入端、所述二极管d1的正极；所述电容器c2的输出端电连接所述二极管d2的负极，所述电容器c3的输出端电连接所述二极管d1的负极；
33.且所述电容器c4的输出端还分别电连接所述电容器c6的输入端、所述电容器c7的输入端、所述电容器c8的输入端以及所述采样电阻r1的输入端；所述电容器c6的输出端、所述电容器c7的输出端、所述电容器c8的输出端、所述采样电阻r2均电连接gnd(即gnd是电线接地端)。
34.分析本实用新型实施例一中的锂离子电池系统的主要技术内容可知：上述锂离子电池系统主要设计了一个基本的组合电池组，该组合电池组作为基本电池组形成一个目标电压输出；同时还设计了升压模块，该升压模块主要用于对所述组合电池组输出的目标电压输出升压处理，并加载到所述负载设备上；这样经过升压加载后再加载到负载设备上，可以确保其负载设备从传统获得大容量、低电压电池组的供电，转换成高电压，小容量的供电方式；
35.现有技术电池一般由一个大容量，低电压输出的电池组构成。如果想要达到高电压输出的目的，需要串接多个电池，电池组串联节数将会较高，影响使用安全和使用成本。同时现有技术，当电压组电压下降时，车辆电机功率也会出现下降的现象，影响了车辆动力输出；然而，本实用新型实施例所采用的组合电池组是少量单个目标标准电池并联，再实施串联形成的电池组。然后经过升压模块进行升压处理得到的较高电压输出的供电电路，其在一定程度上降锂电池串联数量，提高了电池组安全系数。
36.另外本实用新型实施例所采用的锂离子电池系统其由于降低锂电池组的串数，因此也可降低单体间核电态离散问题，提高电池组的放电效率。
37.需要说明的是，在本实用新型实施例的具体技术方案中；上述升压模块采用储能电感的方式进行储能，双绕组同步升压，可实现输出电压连接续调整条件；上述二极管d0用于单向放电条件，在电容器c5上实现2倍升压；随后通过储能电感输出绕组实现2次升压，实现升压范围连续可调；同时通过二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4实现整流输出；此电路结构同比常见开关电源结构简单，可实现大电流放电条件(200a)；上述电容器c6、电容器c7、电容器c8为放电电压稳定器件，提升负载功率特性；上述r1、r2为采样电组，用于控制输出电压。
38.优选的，作为本实用新型实施方式的进一步方案：所述组合电池组由n个单个目标标准电池并联，再实施串联形成的电池组。上述目标标准电池为磷酸铁锂电池。
39.上述组合电池组一般是由n个单个目标标准电池并联，再实施串联形成的电池组；上述组合电池组经过升压模块处理后便可以实现等同高电压低容量的电池的电池产品性能和用途：
40.举例说明，主要有以下几种方式：
41.第一种方式：5串单并60ah16v磷酸铁锂电池组，通过升压3倍，输出48v电压，总电量为0.96kwh，等同于48v20ah产品；第二种方式：1串60ah32v磷酸铁锂电池，升压两倍，实现64v电压输出，总电量为1.92kwh；第三种方式：5串16v磷酸铁锂36ah电池组，升压3倍，输出0.576kwh电量，等同于48v12ah电池组技术性能；第四种方式：3串9.6v磷酸铁锂60ah电池，升压5倍，总输出电量为0.576kwh电量，等同于48v12ah电池组相同技术的电池系统。第五一种方式：4串2并60ah磷酸铁锂12.8v电池组，升压6倍，实现76.8v电压输出，总电量为1.536kwh，等同于76.8v20ah电池系统同样技术性能电池组。
42.上述目标标准电池的标准电压3.2v；上述五种组合电池组的构建方式具有如下串接方式；需要总电压除以铁锂电池标准电压(即总电压除以3.2)，比如48伏的铁锂电池组是指15-16串的算法。
43.在本实用新型实施例一的一个具体实施方案中：所述负载设备为1kw以下功率的负载设备。所述负载设备包括车辆电机。本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统主要用于电动自行车类，1kw以下功率负载设备使用。
44.在本实用新型实施例一的另一具体实施方案中：所述组合电池组为4串2并且标准容量为60ah的磷酸铁锂电池组成的12.8v电池组。本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统也采用4串标准12.8v电池模块；上述电池模块采用磷酸铁锂电池，4串成组(5串成组)。
45.综上所述，本实用新型实施例一提供的锂离子电池系统其实现衡定电压输出，销除电压组直接连接负载输出条件下，电压组电压下降时，车辆电机功率也下降的现象；同时电池组串联节数下降，减少bms制造成本，对电池一致性要求降低，提高电池成组利用率，降低成制造成本。
46.本实用新型实施例所采用的锂离子电池系统，其具有适用范围广泛的技术优势；该锂离子电池系统可以适用三元类、锰锂类、钛酸锂类、磷酸铁锂类所有种类锂电池组；同时其在电动车产品上的应用范围包括但不限于以下车辆的电源系统：电动自行车、电动摩托车、各种助力车、电动三轮车、四轮车等车辆的电源系统等。
47.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围
内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。