一种锂离子电池模组热平衡管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池模组热平衡管理系统，包括导热结构件、形变导热垫、加热膜、散热片、均衡和温度控制电路板、电池管理系统电路板；导热结构件与锂离子软包单体电芯紧密相连；形变导热垫置于锂离子软包单体电芯队列四周；加热膜布置于长方体电池模组两个较宽的面中的其中一个面；散热片布置于长方体电池模组两个较宽的面中的另一个面，与形变导热垫紧密相连；均衡和温度控制电路板与电池管理系统电路板和每个锂离子软包单体电芯相连；电池管理系统电路板安装在电池模组的端头，分别与安全保护电路、均衡电路、锂离子软包单体电芯、温度传感器、电流传感器相连。本发明可实现电池模组在任何环境温度中使用。
【专利说明】
一种锂离子电池模组热平衡管理系统
技术领域
[0001]本发明涉及锂离子电池模组热平衡管理的技术领域，尤其是指一种锂离子电池模组热平衡管理系统。
【背景技术】
[0002]近年来，环境污染问题和能源枯竭方面的问题日益受到人们关注，随着新型高能二次电池技术尤其是锂离子动力电池技术的不断进步，以电动自行车、电动汽车为代表的电动车辆技术开发和推广应用日益受到重视。
[0003]电动汽车整车企业所需的电池系统日渐趋向于集成化、小型化、轻型化，即在有限的空间中尽可能多的布置电池。锂离子新型高能二次电池相对于铅酸、镍氢电池，具有比能量高、无环境污染、单体电压高等特点，得到越来越多的应用。一定数量的软包单体锂离子电池通过串并联组成电池模组，可以解决应用中大容量、高电压等级的应用问题。锂离子电池在常温充、放电的过程中由于欧姆内阻的存在会产生热量，如果电池产生的热量不能及时的释放，就会存在热失控，导致电池燃烧或鼓包等安全事故;锂离子电池在高温使用时，更加容易造成热量的累积；因此在常温和高温环境中使用时，需要采用散热系统。锂离子电池在低温环境中使用时，会出现不能完全释放其容量的情况且存在损坏电池的风险；因此在低温环境中使用时，需要采用加热系统。本发明中的热平衡系统包括加热系统和散热系统两部分，可有效解决上述高低温环境对电池的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种锂离子电池模组热平衡管理系统，可实现电池模组在任何环境温度中使用，模组内温度都可控制在锂离子电池最佳工作温度范围之内，有效的保证电池模组安全特性和发挥电池模组的最佳性能。
[0005]为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为:一种锂离子电池模组热平衡管理系统，包括导热结构件、形变导热垫、加热膜、散热片、均衡和温度控制电路板、电池管理系统电路板;所述导热结构件与电池模组的每个锂离子软包单体电芯紧密相连，交错排列;所述形变导热垫布置于锂离子软包单体电芯队列四周，与每个锂离子软包单体电芯和导热结构件贴紧，用于增强电池的热传导;所述加热膜布置于长方体电池模组两个较宽的面中的其中一个面，与形变导热垫紧密相连，使加热时电池受热更加均匀，当电池模组内部温度低于设定最低温度时给电池模组加热;所述散热片布置于长方体电池模组两个较宽的面中的另一个面，与形变导热垫紧密相连，使散热时加速热量的发散，也使电池间的温差更加均匀;所述均衡和温度控制电路板通过内部通信总线与电池管理系统电路板相连，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯相连，用于均衡电流通过;所述电池管理系统电路板安装在电池模组的端头，其通过接插件与外部系统进行数据通信，其通过内部通信总线与电池模组的安全保护电路相连，控制安全保护电路动作在极端情况下实施保护，其通过内部通信总线与电池模组的均衡电路相连，控制均衡电路开启和关闭，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯正负极相连，读取锂离子软包单体电芯的电压数据，其通过信号采集线与电池模组的温度传感器相连，读取电池模组的温度状态信息，其通过信号采集线与电池模组的电流传感器相连，读取电池模组的充放电电流信息。
[0006]所述导热结构件与锂离子软包单体电芯贴紧，用于当加热启动时热量快速导入每个锂离子软包单体电芯；当散热启动时热量快速导出每个锂离子软包单体电芯。
[0007]所述均衡和温度控制电路板包括均衡充电信号控制和驱动电路、加热膜开关信号控制和驱动电路、加热膜工作指示灯控制和驱动电路组成;其在热平衡系统中的主要作用为:加热膜开关信号控制和驱动电路用于控制加热膜开始或停止工作，加热膜工作指示灯控制和驱动电路用于控制加热膜工作指示灯正确指示加热膜工作状态。
[0008]所述电池管理系统电路板通过其电池状态采集芯片获取每个锂离子软包单体电芯的状态参数信息，经过其单片机运算后通过电池模组内部的通信总线输出均衡、温度这些控制信号至均衡和温度控制电路板;其通过电池模组外部的通信总线输出电池模组的电压、S0C、温度这些状态信息至其他与之通信的控制系统;其在热平衡系统中的主要作用为:获取电池模组内部当前温度信息，与预设参数进行比较，并作出启动加热和停止加热的指令。
[0009]本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果:
[0010]1、实现锂离子电池模组在低温环境下加热控制。
[0011]2、实现锂离子电池模组在高温环境下散热控制。
[0012]3、实现锂离子电池模组内部温度场均衡、温差最小化、使得电池模组能够工作在最佳温度范围内。
[0013]4、降低锂离子电池模组高温热失控风险和低温损坏电池概率，增加使用效率，延长实际使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1为锂离子电池模组结构示意图。
[0015]图2为本发明的锂离子电池模组热平衡管理系统在加热时的示意图。
[0016]图3本发明的锂离子电池模组热平衡管理系统在散热时的示意图。
[0017]图4为为本发明的锂离子电池模组热平衡管理系统在加热时的工作流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0019]如图1所示，锂离子电池模组包括电池模组外壳I，阻燃气囊2，塑料紧固件3，加热膜4，形变导热垫5，导热结构件6，锂离子软包单体电芯7，静电隔离垫8，形变导热垫9，均衡电阻膜片10，散热片11，温度传感器12，电流传感器13，均衡和温度控制电路板14，电子开关15、电池管理系统电路板16，电源输出端17。
[0020]具体的，本实施例的锂离子软包单体电芯7可以为聚合物锂离子电芯，铝塑膜包装的液体锂离子电芯，铝塑膜包装的固态锂离子电芯，或铝塑膜包装的凝胶态锂离子电芯;本实施例对此不进行限制，每一个锂离子软包单体电芯7都与一个导热结构件6贴紧且呈队列式摆放，该电池模组采用3并20串共60个软包单体电芯组成，再加上热平衡管理系统、均衡管理系统、安全保护系统、电池管理系统电路板16和外壳及接插件组成完整的电池模组，均衡和温度控制电路板14，加热膜4，形变导热垫5，形变导热垫采用导热硅胶或其它导热性能优异且可变型的材料，提高导热结构件6与散热片11接触面积。如图1所示，为成组后电池模组结构示意图。
[0021]如图2所示，每一个锂离子软包单体电芯7与导热结构件6紧密结合构成一个电池组18，每一电池组之间用静电隔离垫8隔开。
[0022]如图1至图3所示，本实施例所述的锂离子电池模组热平衡管理系统，主要由导热结构件6，形变导热垫5、9，加热膜4，散热片11，均衡和温度控制电路板14、电池管理系统电路板16构成。所述导热结构件6与电池模组的每个锂离子软包单体电芯7紧密相连，交错排列;所述形变导热垫5、9布置于锂离子软包单体电芯队列四周，与每个锂离子软包单体电芯7和导热结构件6贴紧，用于增强电池的热传导;所述加热膜4布置于长方体电池模组两个较宽的面中的其中一个面，与形变导热垫5、9紧密相连，使加热时电池受热更加均匀，当电池模组内部温度低于设定最低温度时给电池模组加热;所述散热片11布置于长方体电池模组两个较宽的面中的另一个面，与形变导热垫5、9紧密相连，使散热时加速热量的发散，也使电池间的温差更加均匀;所述均衡和温度控制电路板14通过内部通信总线与电池管理系统电路板16相连，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯7相连，用于均衡电流通过；所述电池管理系统电路板16安装在电池模组的端头，其通过接插件与外部系统进行数据通信，其通过内部通信总线与安全保护电路相连，控制安全保护电路动作在极端情况下实施保护，其通过内部通信总线与均衡电路相连，控制均衡电路开启和关闭，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯7正负极相连，读取锂离子软包单体电芯7的电压数据，其通过信号采集线与电池模组的温度传感器12相连，读取电池模组的温度状态信息，其通过信号采集线与电池模组的电流传感器13相连，读取电池模组的充放电电流信息。
[0023]所述导热结构件6与锂离子软包单体电芯7贴紧，用于当加热启动时热量快速导入每个锂离子软包单体电芯7;当散热启动时热量快速导出每个锂离子软包单体电芯7。
[0024]所述均衡和温度控制电路板14包括均衡充电信号控制和驱动电路、加热膜开关信号控制和驱动电路、加热膜工作指示灯控制和驱动电路组成;其在热平衡系统中的主要作用为:加热膜开关信号控制和驱动电路用于控制加热膜开始或停止工作，加热膜工作指示灯控制和驱动电路用于控制加热膜工作指示灯正确指示加热膜工作状态。
[0025]所述电池管理系统电路板16通过其电池状态采集芯片获取每个锂离子软包单体电芯的状态参数信息，经过其单片机运算后通过电池模组内部的通信总线输出均衡、温度这些控制信号至均衡和温度控制电路板;其通过电池模组外部的通信总线输出电池模组的电压、S0C、温度这些状态信息至其他与之通信的控制系统；其在热平衡系统中的主要作用为:获取电池模组内部当前温度信息，与预设参数进行比较，并作出启动加热和停止加热的指令。
[0026]在对本实施例上述的锂离子电池模组热平衡系统进行组装时，首先将每一个锂离子软包单体电芯7与导热结构件6贴紧，然后呈队列式摆放压紧；电芯极耳利用极耳支架和压板进行定位，再用螺丝钉将极耳紧固在支架上；锂离子软包单体电芯7固定安装摆放好后，在电池组18的四周贴上形变导热垫5、9，用以增强热传导；随后再安装上加热膜4、散热片11、均衡和温度控制电路板14、电池管理系统电路板16，最后安装外壳和接插件。
[0027]如图4所示，当系统启动工作时，电池管理系统软件先判断电池模组是否工作，或是否有人工手动停止行为，或是否安全保护，如无则进入温度判断环节。首先由电池管理系统检测当前电池模组内部温度T，并判断是否低于预设的最低温度值Tmin，如果不低于Tmin不需要启动加热系统;如果低于Tmin需要加热系统工作，并实时采样电池模组内部温度值。当电池模组内部温度值T大于预设的温度值Tsetting时，停止加热系统工作。如此往复重复上述过程，直至电池模组停止工作。
[0028]本实施例所采用的技术方案，由于巧妙使用了形变导热垫、加热膜、散热片、均衡和温度控制电路板、电池管理系统电路板，可以增加热传导的效率，使得锂离子电池模组无论是在低温时进行加热，还是在高温和均衡模式下进行散热，热量的传输都能比无此热平衡管理系统设计的情况下要快，有效的降低了高温条件下热失控安全风险；同时减少了低温条件下电池损坏的概率。
[0029]在实际应用中，本实施例的锂离子电池模组热平衡管理系统还可以与电池模组外部的保温系统、散热系统或其他方式的循环系统结合，以组成大系统级的热平衡系统。
[0030]以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种锂离子电池模组热平衡管理系统，其特征在于:包括导热结构件、形变导热垫、加热膜、散热片、均衡和温度控制电路板、电池管理系统电路板;所述导热结构件与电池模组的每个锂离子软包单体电芯紧密相连，交错排列；所述形变导热垫布置于锂离子软包单体电芯队列四周，与每个锂离子软包单体电芯和导热结构件贴紧，用于增强电池的热传导；所述加热膜布置于长方体电池模组两个较宽的面中的其中一个面，与形变导热垫紧密相连，使加热时电池受热更加均匀，当电池模组内部温度低于设定最低温度时给电池模组加热;所述散热片布置于长方体电池模组两个较宽的面中的另一个面，与形变导热垫紧密相连，使散热时加速热量的发散，也使电池间的温差更加均匀;所述均衡和温度控制电路板通过内部通信总线与电池管理系统电路板相连，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯相连，用于均衡电流通过;所述电池管理系统电路板安装在电池模组的端头，其通过接插件与外部系统进行数据通信，其通过内部通信总线与电池模组的安全保护电路相连，控制安全保护电路动作在极端情况下实施保护，其通过内部通信总线与电池模组的均衡电路相连，控制均衡电路开启和关闭，其通过信号采集线与每个锂离子软包单体电芯正负极相连，读取锂离子软包单体电芯的电压数据，其通过信号采集线与电池模组的温度传感器相连，读取电池模组的温度状态信息，其通过信号采集线与电池模组的电流传感器相连，读取电池模组的充放电电流信息。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池模组热平衡管理系统，其特征在于:所述导热结构件与锂离子软包单体电芯贴紧，用于当加热启动时热量快速导入每个锂离子软包单体电芯；当散热启动时热量快速导出每个锂离子软包单体电芯。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池模组热平衡管理系统，其特征在于:所述均衡和温度控制电路板包括均衡充电信号控制和驱动电路、加热膜开关信号控制和驱动电路、加热膜工作指示灯控制和驱动电路组成;其在热平衡系统中的主要作用为:加热膜开关信号控制和驱动电路用于控制加热膜开始或停止工作，加热膜工作指示灯控制和驱动电路用于控制加热膜工作指示灯正确指示加热膜工作状态。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池模组热平衡管理系统，其特征在于:所述电池管理系统电路板通过其电池状态采集芯片获取每个锂离子软包单体电芯的状态参数信息，经过其单片机运算后通过电池模组内部的通信总线输出均衡、温度这些控制信号至均衡和温度控制电路板;其通过电池模组外部的通信总线输出电池模组的电压、SOC、温度这些状态信息至其他与之通信的控制系统;其在热平衡系统中的主要作用为:获取电池模组内部当前温度信息，与预设参数进行比较，并作出启动加热和停止加热的指令。
【文档编号】H01M10/625GK105958137SQ201610472033
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】李慧琪, 周远山, 欧阳剑, 李菁, 覃泽威
【申请人】广州益维电动汽车有限公司