专利名称：飞线成组型动力电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及动力电池技术领域，特别涉及一种飞线成组型动力电池组。
背景技术：
目前，大部分汽车主要以柴油机或者汽油机等内燃机作为动力源，然而随着全球石油资源日益枯竭，温室效应等环境问题愈加严峻，各国都愈加重视能源和环境的问题，并推出了越来越严苛的排放法规，因此，在这样的背景下，必须大力发展新能源汽车。其中，电动汽车(包括纯电动汽车和混合动力汽车等)由于电能来源广泛，电池和电机技术都比较成熟，成为现在新能源汽车的主流发展方向，得到大多数人认可。为了满 足整车的动力性、续驶里程等需求，电动汽车上所使用的电池系统必须有足够高的电压高以及足够大的容量，而现在的电池单体电压、容量都比较有限。为了满足实车的需求，需要将诸多的单体电池串并联集成成组，从而构建成满足整车需求的动力电池组。与单一的电池单体相比，电池成组后增加了许多新的问题，包括电池系统的安全性、电池单体之间的不一致性以及电池组的耐久性等方面。为了解决这些问题，不仅需要使用先进的电池管理系统和算法，也需要采用合理的动力电池成组构型现有的动力电池成组构型有先并联后串联和先串联后并联两种。先串后并的构型是先将电池单体用电阻可以忽略的导线串联起来组成一个适当总电压的串联支路，然后将若干个串联支路通过电阻可以忽略的导线并联起来并接到整车动力总线上，这样的构型虽然利于电池管理系统采集每一节电池的电压以进行精确的电池管理，但是电池组的可靠性较差，有一节电池单体断路则所在串联支路都无法继续输出。因此，现在的主流构型是先并后串，即在先串后并构型基础上，采用电阻可以忽略的导线作为并联元件，将所有的并联位置相邻电池单体连接起来，这样的构型电池组可靠性较高，但是电池短路失效情况下安全性差，而且不利于电池管理系统对电池组进行精密的管理。由上可知，传统动力电池成组技术存在可靠性低、安全性差以及不利于对电池单体的精确管理等缺点。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种飞线成组型动力电池组，该飞线成组型动力电池组安全性好，可靠性高，且能够对每一节电池单体进行精确管理。为达到上述目的，本发明实施例公开了一种飞线成组型动力电池组，包括单体电池，所述单体电池分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单
体电池--对应,每一组的M个单体电池依次串联，其中N和M均为大于等于2的整数；以
及并联元件，所述N组中的一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与至少一个并联元件的一端相连且所述至少一个并联元件的第二端连接在至少另一组单体电池中的两个相邻单体电池之间且与同一组单体电池的所有的相邻两个单体电池之间相连的多个并联元件的另一端连接在至少另外两组单体电池的相邻两个单体电池之间，以通过所述多个并联元件将所述N组单体电池并联，其中所述一组单体电池中的所述两个相邻单体电池与所述另一组单体电池中的所述两个相邻单体电池--对应。根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组，通过飞线成组的构型，综合先并后串和先串后并这两组现有电池成组构型的优点，克服其缺点，合理地将电池单体集成成组。该飞线成组型动力电池组具有安全性能好，可靠性高，自均衡功能强以及能够对每一节单体电池进行精确的状态估计、故障诊断和管理等优点。在本发明的一个实施例中，所述飞线成组型动力电池组中的并联元件为导线、可控开关、电阻、保险丝、二极管、稳压二极管和电感中的至少一种。采用保险丝为并联元件的动力电池组，可以大大地改善电池单体失效对电池组造成的不利影响，电池组的安全性得到了进一步的提高。、在本发明的一个实施例中，所述可控开关为电磁开关、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、三极管、绝缘栅双极型晶体管IGBT和继电器之一。采用可控开关为并联元件的动力电池组，根据不同的工况和目的，电池管理系统可以合理的控制开关的打开和关断，达到最优的管理和控制。在本发明的一个实施例中，所述飞线成组型动力电池组中的每一组内的M个单体电池通过导线依次串联。在本发明的一个实施例中，所述N组单体电池内的第I个单体电池的正极均通过导线与第一总线相连，且所述N组单体电池内的第M个单体电池的负极均通过导线与第二总线相连。在本发明的一个实施例中，当所述一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与多个的并联元件的一端相连时，所述多个并联元件的第二端连接在不同组的两个相邻单体电池之间。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组的结构示意图；图2为根据本发明实施例中并联元件为导线的飞线成组型动力电池组的结构示意图；和图3为根据本发明实施例中并联元件为电阻的飞线成组型动力电池组的结构示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。下面参考图I至图3描述根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组。如图I所示，本发明实施例提供的飞线成组型动力电池组包括多组单体电池101和多组并联元件105。其中，单体电池101分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池
101，相邻两组单体电池中的单体电池--对应，每一组的M个单体电池101依次串联，其中
N和M均为大于等于2的整数。此外，N组中的一组单体电池中的相邻两个单体电池101之间与至少一个并联元件105的一端相连且至少一个并联元件105的第二端连接在至少另一组单体电池中的两个相邻单体电池101之间，且与同一组单体电池的所有的相邻两个单体电池之间相连的多个并联元件的另一端连接在至少另外两组单体电池的相邻两个单体电池之间，以通过多个并联元件105将N组单体电池并联，其中一组单体电池中的两个相邻单
体电池101与另一组单体电池中的两个相邻单体电池101--对应。如图I或图2所示，
在本发明的一个具体示例中，如果N组电池组的任意一组电池组的相邻两个单体电池之间与一个并联元件的一端相连时，则该并联元件的另一端只与剩余电池组中的另外一组单体电池中的对应两个单体电池之间相连,且保证每一组的单体电池的相邻两个单体电池之间只与一个并联兀件的一端相连。如图3所示，在本发明的另一示例中，如果N组电池组的任意一组电池组的相邻两个单体电池之间连接多个并联元件，其对于任意一组电池组而言，其相邻两个电池组之间的连接点的数量应为N-I个,且与该电池组的相邻两个单体电池之间连接的N-I个并联元件的另一端要保证连接在不同的电池组的对应的相邻单体电池之间。在本发明的一个实施例中，如图I所示，上述飞线成组型动力电池组中每一组内的M个单体电池101通过导线102依次串联，导线102的电阻可以忽略不计。在本发明的一个实施例中，如图I所示，上述飞线成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连。其中，导线102的电阻可以忽略不计。
具体而言，在本发明的一个实施例中，如图I所示，上述飞线成组型动力电池组中的 M=8，N=4。根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组，通过飞线成组的构型，综合先并后串和先串后并这两组现有电池成组构型的优点，克服其缺点，合理地将电池单体集成成组。因此，该飞线成组型动力电池组能够防止由于其中一节电池单体出现短路故障而造成与之并联电池被短路，大大提高了安全性能；同时还能防止由于一节电池单体出现断路故障而造成其他与之串联的电池无法继续正常工作，因此可靠性较高。此外，电池管理系统能够精确的监测每一节单体电池的端电压，进而对每一节单体电池进行精确的状态估计、故障诊断和管理，且该动力电池组还具有合理的自均衡功能。在本发明的一个实施例中，上述飞线成组型动力电池组中的并联元件105为导线、可控开关、电阻、保险丝、二极管、稳压二极管和电感中的至少一种。在本发明的一个实施例中，上述飞线成组型动力电池组中的可控开关为电磁开 关、Mosfet (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化层-半导体-场效晶体管)、三极管、IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)和继电器之一。采用可控开关为并联元件的飞线成组型动力电池组，根据不同的工况和目的，电池管理系统可以合理的控制开关的打开和关断，达到最优的管理和控制。在本发明的一个实施例中，当一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与多个的并联元件的一端相连时，多个并联元件的第二端连接在不同组的两个相邻单体电池之间。下面参考图2以导线为并联元件为例对飞线成组型动力电池组进行描述。如图2所示，根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组包括32节单体电池101、14根导线201和若干导线102。其中，32节单体电池101分为4组，每一组具有8个单体电池101，每一组的8个单体电池101通过导线102依次串联；14根导线201分为4组，第一组和第三组都包括4根导线201，第二组和第四组都包括3根导线201。具体地说，如图2所示，第一组中的第I根导线201的两端分别连接在第一组单体电池和第二组单体电池中第1、2个单体电池101之间，依次间隔开连接，将第一组的4根导线201连接在第一组和第二组单体电池之间。第二组中的第I根导线201的两端分别连接在第二组单体电池和第三组单体电池中第2、3个单体电池101之间，依次间隔开连接，将第二组的3根导线201连接在第二组和第三组单体电池之间。第三组中的第I根导线201的两端分别连接在第三组单体电池和第四组单体电池中第1、2个单体电池101之间，依次间隔开连接，将第三组的4根导线201连接在第三组和第四组单体电池之间。第四组中的第I根导线201的两端分别连接在第一组单体电池和第四组单体电池中第2、3个单体电池101之间，依次间隔开连接，将第四组的3根导线201连接在第一组和第四组单体电池之间。此夕卜，该飞线成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连，其中导线102和导线201的电阻可以忽略不计。本发明实施例提供的飞线成组型动力电池组，采用导线201作为并联元件，并且并联元件有规律地分布在整个电池组，不仅可以连接在并联位置上相邻的电池单体之间，也可以跳过若干节电池单体，连接并联位置上不相邻的电池单体，从而通过飞线构型将电池单体集成成组。采用合理的飞线成组构型，电池组自均衡效果和某节电池单体断路失效情况下电池组的可靠性都能够得到提高，而且在电池单体短路失效的情况下能够有效地降低风险，动力电池组的安全性得到保障。此外，电池管理系统还可以独立地采集到每一节电池单体的端电压，从而对每一节单体进行合理的状态估计、故障诊断和管理。下面参考图3以电阻为并联元件为例对飞线成组型动力电池组进行描述。如图3所示，根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组包括12节单体电池101、6个电阻301、6个电阻302和若干导线102。其中，12节单体电池101分为4组，每一组具有3个单体电池101，每 一组的3个单体电池101通过导线102依次串联；6个电阻301和6个电阻302分别分为3组，每一组具有2个电阻301或2个电阻302，且每一个电阻301和每一个电阻302均位于两组单体电池之间,对应分布。具体地说，第一组并联元件中的2个电阻301位于第一组单体电池和第二组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第一组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第二组中单体电池101之间。第二组并联元件中的2个电阻301位于第二组单体电池和第三组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第二组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第三组中单体电池101之间。第三组并联元件中的2个电阻301位于第三组单体电池和第四组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第三组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第四组中单体电池101之间。第四组并联元件中的2个电阻302位于第一组单体电池和第三组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第一组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第三组中单体电池101之间。第五组并联元件中的2个电阻302位于第一组单体电池和第四组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第一组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第四组中单体电池101之间。第六组并联元件中的2个电阻302位于第二组单体电池和第四组单体电池之间，并且电阻的一端分别连接在第二组中单体电池101之间，电阻的另一端分别连接在第四组中单体电池101之间。此外，该飞线成组型动力电池组的正极通过导线102与第一总线103相连，负极通过导线102与第二总线104相连，其中导线102的电阻可以忽略不计。根据本发明实施例的飞线成组型动力电池组，以电阻作为并联元件，在某节电池单体发生短路失效的情况下能够起到限流作用，相比于传统的导线作为并联元件，电池组的安全性比较好；同时，电池管理系统能够采集到每一节电池单体的端电压，从而有利于管理系统对每一节电池单体做精确的状态估计、故障诊断和优化管理。而采用这样的飞线成组构型，在并联位置的若干节单体电池中，任意两节单体电池之间的并联元件总阻值都是相同的，电池和电池之间具有非常好的对称性，从而使动力电池组的自均衡性能和可靠性都得到了进一步地提高。因此，上述飞线成组型动力电池组中的并联元件不管是采用电磁开关、继电器、三极管、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、绝缘栅双极型晶体管IGBT等可控电子器件之一，还是采用电阻、保险丝、二极管、稳压二极管、电感等不可控电子器件之一，都具备各自的优点。例如，电感作为并联元件，可以吸收电流冲击，并将其再缓慢释放出来，具有一定的限流效果，且能量不会变成热能散发出去。一些可控电子元器件如金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、绝缘栅双极型晶体管IGBT、三级管、继电器等，根据电池管理系统采集到的数据，通过一定的分析和计算，在恰当或者必要的时候，改变动力电池组的构型或者控制均衡电流大小，达到理想的效果。实际中，应当结合实际电池单体特性和实际需求，选取不同的并联元件，进行将电池单体成组，才可以达到最佳动力电池成组效果。此外，在动力电池成组时，也可以根据实际情况，虽然构型不变，但是先利用并联元件并联若干节电池单体至所需容量组成一个并联支路/模块，然后将若干个这样的并联支路/模块相串联至所需电压完成成组。具体而言，将多个电池单体通过多个并联元件进行并联连接以形成一个电池组并联支路，其中，相邻的电池单体通过一个并联元件相并联，每个电池组并联支路的容量为预设容量；构建多个电池组并联支路；以及将多个电池组并联支路进行串联以形成动力电池，其中，动力电池提供的电压满足预设电压。也可以参照此构型设计其它复杂的成组顺序或逻辑。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以·理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种飞线成组型动力电池组，其特征在于，包括 单体电池,所述单体电池分为N组，每一组单体电池具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单体电池--对应,每一组的M个单体电池依次串联，其中N和M均为大于等于2的整数；和 并联元件,所述N组中的一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与至少一个并联元件的一端相连且所述至少一个并联元件的第二端连接在至少另一组单体电池中的两个相邻单体电池之间，且与同一组单体电池的所有的相邻两个单体电池之间相连的多个并联元件的另一端连接在至少另外两组单体电池的相邻两个单体电池之间，以通过所述多个并联元件将所述N组单体电池并联，其中所述一组单体电池中的所述两个相邻单体电池与所述另一组单体电池中的所述两个相邻单体电池--对应。
2.如权利要求I所述的飞线成组型动力电池组，其特征在于，所述并联元件为导线、可 控开关、电阻、保险丝、二极管、稳压二极管和电感中的至少一种。
3.如权利要求2所述的飞线成组型动力电池组，其特征在于，所述可控开关为电磁开关、金属-氧化层-半导体-场效晶体管Mosfet、三极管、绝缘栅双极型晶体管IGBT和继电器之一 O
4.如权利要求I所述的飞线成组型动力电池组，其特征在于，每一组内的M个单体电池通过导线依次串联。
5.如权利要求I所述的飞线成组型动力电池组，其特征在于，所述N组单体电池内的第I个单体电池的正极均通过导线与第一总线相连，且所述N组单体电池内的第M个单体电池的负极均通过导线与第二总线相连。
6.如权利要求I所述的飞线成组型动力电池组，其特征在于，当所述一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与多个的并联元件的一端相连时，所述多个并联元件的第二端连接在不同组的两个相邻单体电池之间。
全文摘要
本发明提出一种飞线成组型动力电池组，包括N组单体电池，每一组具有M个单体电池，相邻两组单体电池中的单体电池一一对应，每一组的M个单体电池依次串联；并联元件，N组中的一组单体电池中的相邻两个单体电池之间与至少一个并联元件的一端相连且第二端连接在至少另一组单体电池中，且与同一组单体电池的所有的相邻两个单体电池之间相连的多个并联元件的另一端连接在至少另外两组单体电池的相邻两个单体电池之间，以通过多个并联元件将所述N组单体电池并联，一组单体电池中的两个相邻单体电池与另一组单体电池中的两个相邻单体电池一一对应。该飞线成组型动力电池组安全性好，可靠性高，且能够对每一节电池单体进行精确管理。
文档编号H01M10/42GK102723454SQ20121013544
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月2日 优先权日2012年5月2日
发明者卢兰光, 李建秋, 欧阳明高, 韩雪冰 申请人:清华大学