一种锂离子动力电池系统
阅读：618发布：2024-01-18
专利汇可以提供一种锂离子动力电池系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供的一种锂离子动 力 电池 系统，该锂离子动力电池系统中的锂离子动力电池 单体 的容量能够做得足够大， 锂离子电池 单体之间不需要进行并联，各锂离子电池单体仅通过 串联 的方式即可满足锂离子动力电池系统的运行要求，本实用新型的锂离子动力电池系统的组装工艺简单，生产难度小。，下面是一种锂离子动力电池系统专利的具体信息内容。
1.一种锂离子动力电池系统，其特征在于，包括安装于电池箱内的锂离子动力电池包；
所述锂离子动力电池包包括多个锂离子电池，多个所述锂离子电池依次串联，各锂离子电池之间不采用并联连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子电池的容量和所述锂离子电池的形状根据能量需求和整车底盘空间结构特征设计。
3.根据权利要求1所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子动力电池包中的多个所述锂离子电池依次平行层叠摆放，所述锂离子动力电池包还包括电源管理系统，所述电源管理系统用于管控所述锂离子电池及多个所述锂离子电池依次串联的电路。
4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子动力电池包中的串联的两个所述锂离子电池之间通过所述锂离子电池的极耳焊接连接，不需要外设的连接元件，所述锂离子动力电池包中的锂离子电池与所述电源管理系统之间通过所述锂离子电池的极耳或者与所述锂离子电池的极耳连接的导电金属带焊接连接。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子电池的极耳包括正极耳和负极耳，在所述正极耳或负极耳上串联可自恢复的温度开关PTC保险丝。
6.根据权利要求1所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子动力电池包中的相邻的两个所述锂离子电池之间设置绝缘的导热薄片，绝缘的导热薄片采用柔质材料制作，绝缘的导热薄片连接到导热金属块。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，所述锂离子动力电池包的数量为多个，各所述锂离子动力电池包依次串联。
8.根据权利要求7所述的锂离子动力电池系统，其特征在于，多个所述锂离子动力电池包置于电池箱中，所述锂离子动力电池包的连接导体均采用与所述锂离子电池的极耳等同宽度的导电金属带，所述锂离子动力电池包通过与所述锂离子电池的极耳等同宽度的导电金属带连接到预置在所述电池箱外壳上的连接端口；
所述电池箱的数量为一个；或者
所述电池箱的数量为多个，各所述多个电池箱依次串联。
一种锂离子动力电池系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于电池领域，尤其涉及一种锂离子动力电池系统。
背景技术
[0002] 目前国内市场上锂离子动力电池系统的电池包使用的锂离子电池，其单只电池容量小，需要由多只电池并联增加电池系统的容量，且在安装时通常极柱向上，电池竖着放。纯电动车所需电池的容量较大，由多只小容量的电池串并联而成的电池系统，由于空间利用率不高，通常能量密度较低，同样体积的电池的容量相对较小，要增大电池容量就需要增大电池的体积，由于电池竖着放，受车况限制，电池高度方向不能做得太高，只能增大宽度和厚度，而厚度太厚则影响散热，故现有锂离子动力电池系统的容量难以做大，制约整车装载更多电量的电池系统，造成续航里程不足。目前用于纯电动车的电池系统，如纯电动巴士、纯电动卡车和纯电动轿车的电池系统等，大多采用分体式结构，即是根据车的底盘结构，找出适合电池的安装位置，再根据所处位置的空间设计不同尺寸的电池包，由于各个位置所能容纳的电池模块的空间不同，电池系统的容量将受限制于最小电池模块的容量，从而最终影响电池系统的电量，导致续航里程不足。另外，目前市场上的锂离子动力电池包所用电池内阻较高，工作时，电池一般会发热，需要加装散热系统或者冷却液，冷却能量来自电池包，或者电池能量以热的形式损失，整车使用时，电池系统的能量自损大，动能转换效率低，影响整车的续航里程。
[0004] 为解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种锂离子动力电池系统，具体方案如下：
[0005] 一种锂离子动力电池系统，包括安装于电池箱内的锂离子动力电池包；所述锂离子动力电池包包括多个锂离子电池，多个所述锂离子电池依次串联，各锂离子电池之间不采用并联连接。
[0006] 进一步的，所述锂离子电池的容量和所述锂离子电池的形状根据能量需求和整车底盘空间结构特征设计。
[0007] 进一步的，所述锂离子动力电池包中的多个所述锂离子电池依次平行层叠摆放，所述锂离子动力电池包还包括电源管理系统，所述电源管理系统用于管控所述锂离子电池及多个所述锂离子电池依次串联的电路。
[0008] 进一步的，所述锂离子动力电池包中的串联的两个所述锂离子电池之间通过所述锂离子电池的极耳焊接连接，不需要外设的连接元件，所述锂离子动力电池包中的锂离子电池与所述电源管理系统之间通过所述锂离子电池的极耳或者与所述锂离子电池的极耳连接的导电金属带焊接连接。
[0010] 进一步的，所述锂离子动力电池包中的相邻的两个所述锂离子电池之间设置绝缘的导热薄片，绝缘的导热薄片采用柔质材料制作，绝缘的导热薄片连接到导热金属块。
[0011] 进一步的，所述锂离子动力电池包的数量为多个，各所述锂离子动力电池包依次串联。
[0012] 进一步的，多个所述锂离子动力电池包置于电池箱中，所述锂离子动力电池包的连接导体均采用与所述锂离子电池的极耳等同宽度的导电金属带，所述锂离子动力电池包通过与所述锂离子电池的极耳等同宽度的导电金属带连接到预置在所述电池箱外壳上的连接端口；
[0013] 所述电池箱的数量为一个；或者
[0014] 所述电池箱的数量为多个，各所述多个电池箱依次串联。
[0015] 当前市场所用锂离子电池系统采用多串并的组合方式，单体电池容量小、内阻大，电池工作时温升高，存在过热导致的安全隐患，需要电池冷却系统或者散热系统降低电池工作时的温度。本实用新型的锂离子动力电池系统中的锂离子动力电池容量能够做得足够大，可根据电动车底盘结构特点做成特定形状，充分利用电动车底盘空间，不需要通过并联多个锂离子电池(即单个锂离子电池)来达到增加电池系统的容量，各锂离子电池仅通过串联的方式即可满足电池系统运行需要的电量，不需要电池冷却系统或散热系统，相同的整车可以装载更大电量的电池系统，串联的两个所述锂离子电池之间通过所述锂离子电池的极耳焊接连接，不需要外设的连接元件(例如连接镍片)，所述锂离子电池与所述电源管理系统之间通过所述锂离子电池的极耳或导电金属带焊接连接，不需要传统连接元件和连接电缆，因而本实用新型的锂离子动力电池系统重量轻，成本低，续航里程远，温升小，安全可靠，当电池温度过高时，可自恢复的温度开关PTC保险丝将断开回路，防止电池进一步恶化损坏电池系统甚至引起安全事故，而当电池温度降低到安全温度后，可自恢复的温度开关PTC保险丝自动导通，不需要作更换保险丝的维修工作，且该电池系统组装工艺简单，生产难度小，维修方便。附图说明
[0016] 在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
[0017] 图1为本实用新型的实施例中的大容量聚合物锂离子电池示意图；
[0018] 图2为本实用新型的实施例中的电池包的结构示意图；
[0019] 图3为本实用新型的实施例中的电池箱内电池包的摆放结构示意图；
[0020] 图4为本实用新型的实施例中的一种一体式纯电动轿车用锂离子动力电池系统结构示意图。
[0021] 在附图中，相同的部件采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。
具体实施方式
[0022] 下面将结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0023] 实施例一：
[0024] 本实施例提供一种锂离子动力电池系统，该锂离子动力电池系统包括安装在电池箱内的锂离子动力电池包，锂离子动力电池包主要由多个锂离子电池组成。优选的，本实施例中的锂离子电池为大容量聚合物锂离子电池。
[0025] 1.1大容量聚合物锂离子电池的实施：本实施例中的大容量聚合物锂离子电池包括正极、隔离膜、负极和经过至少两次独立封装的铝塑复合膜组成。本实施例中的大容量聚合物锂离子电池使用大比容量的正、负极材料和叠片工艺制造。正极采用层状过渡金属氧化物锂盐LiMO2，其中M＝Co、Ni、Mn等或其多元组合复合物，如三元材料LNCM，配比Ni:Mn:Co为6：2：2或8：1：1；负极使用石墨或覆碳纳米硅的石墨复合物；正、负极材料通过配浆、涂布、对辊、切割制成正、负极片；正极片和负极片交替层叠，相邻的正极片和负极片之间设置隔离膜以将正极片和负极片分隔开。正极片、负极片和隔离膜构成了电芯的主要组成部分。
[0026] 锂离子电池的极耳包括正极耳5和负极耳6，各正极片的极耳汇集到正极耳5，各负极片的极耳汇集到负极耳6。
[0028] 1.2大容量聚合物锂离子电池尺寸和形状的设计：与现有技术中电池竖着放不同，本实施例的锂离子电池采用平放的方式，如电池的厚度方向沿垂直于水平面方向增加，锂离子电池的形状不受高度限制，如图1所示，本实施例中的锂离电池的形状为方体，在其它实施例中，锂离子电池的形状还可以是其它不规则的形状(垂直于厚度方向的截面例如侧面20形状不规则)，如为适应电动车底盘的形状结构特征而造成的弧形或缺口等不规则形状。因此本实施例的锂离子电池的形状能够根据电动车的底盘的空间结构特征设计，以充分利用整车底盘的空间，使锂离子电池的形状与电动车整车底盘的空间结构相适应，提高锂离子动力电池系统的容量。锂离子电池平放，其厚度方向尺寸相对较小，可充分利用电动车的底盘空间。
[0030] 锂离子电池依次串联构成的锂离子动力电池系统中，锂离子动力电池系统的容量等于单个锂离子电池的容量，由于本实施例的单个锂离子电池的容量足够大，其容量达到300Ah以上，锂离子电池仅通过串联即能够满足锂离子动力电池系统的容量需求，锂离子电池之间不需要并联，锂离子电池之间仅通过串联即能够达到锂离子动力电池系统要求，因而本实用新型的锂离子动力电池系统的电源管理简单，组装工艺简单，生产难度小。
[0031] 1.3锂离子电池包的实施：本实施例的锂离子电池包中的锂离子电池的数量为多个，各锂离子电池依次串联。通常单个电池包中串联的锂离子电池个数为4-16个。优选的，根据串联顺序将多个平放的锂离子电池依次平行层叠摆放，以便于锂离子电池间的串联连接。不仅锂离子动力电池包中的锂离子电池采用串联连接，锂离子动力电池系统中的多个锂离子动力电池包也是依次串联，这样整个电池系统的电池都是通过串联的方式连接在一起。优选的，锂离子动力电池系统通常由2-50个锂离子动力电池包串联而成。
[0032] 优选的，锂离子动力电池包还包括电源管理系统(BMS，battery management system)9，锂离子动力电池包中锂离子电池依次串联后再整体与所述电源管理系统9串联。具体地，如图2所示，为锂离子动力电池包的结构示意图，该锂离子动力电池包内设有六个锂离子电池，分别为第一锂离子电池701、第二锂离子电池702、第三锂离子电池703、第四锂离子电池704、第五锂离子电池705和第六锂离子电池706，六个锂离子电池依次串联后作为一个整体与电源管理系统9串联。
[0033] 优选的，如图2所示，相邻的两个锂离子电池之间采用极耳间焊接的方式连接，串联的六个锂离子电池中位于串联两端的其中一端的锂离子电池为第一锂离子电池701，位于串联两端的另一端的锂离子电池为第六锂离子电池706，锂离子电池与电源管理系统9之间以及电源管理系统9和电池箱体内的各连接导体均采用与电池极耳宽度等同的导电金属带通过焊接方式连接。焊接的方式有激光焊、内阻焊及超声波焊等。优选的，如图2所示，相邻的两个锂离子电池之间串联PTC保险丝8。具体地，以相邻的第二锂离子电池702与第三锂离子电池703之间的PTC保险丝8为例，可先将PTC保险丝8焊接到第二锂离子电池702的负极耳6上，再将该PTC保险丝8与第三锂离子电池703的正极耳5焊接，通过这样的方式将第二锂离子电池702、PTC保险丝8和第三锂离子电池703串联起来，其余相邻的锂离子电池之间的连接与此相同。第一锂离子电池701或第六锂离子电池706与电源管理系统9之间通过锂离子电池的极耳焊接，第一锂离子电池701或第六锂离子电池706与电源管理系统9之间还可以通过与极耳焊接的金属带焊接。
[0034] 两个锂离子电池之间以及锂离子电池与电源管理系统9之间通过焊接的形式连接，不需要额外的连接零配件(外设的连接元件如铜镍带)，降低了成本和重量，降低了能耗和自耗，延长了续航里程。解决了现有技术中如18650电池之间连接时需要连接镍片(外设的连接元件如铜镍片)造成成本、重量和能耗增加的问题。两个锂离子电池之间串联了PTC保险丝8，当出现温度过热时，PTC保险丝阻断回路，防止电池继续恶化；当温度降低到解除温度后，PTC保险丝8自动导通，有别于熔断型保险丝在保护动作以后需要做更换维修，PTC保险丝不需要更换，节省了维修成本，增加维修方便性。PTC保险丝8是可自恢复的温度开关。
[0035] 本实施例中的锂离子动力电池包使用的锂离子电池，根据电动车底盘空间结果特征设计，其容量等同于电池系统的容量，不需要并联，仅通过串联连接，且锂离子电池的内阻小，相对于现有的小容量电池及多串并的结构，本实施例的锂离子动力电池系统使用时锂离子电池的发热量少，温升小；且单只锂离子电池容量大，应用时电池的放电倍率小，温升也小；所以不需要冷却系统，电池系统重量轻，因而降低了电池系统自身的能耗，提高了动能转换效率，延长锂离子动力电池系统的续航里程。
[0036] 在其它实施例中，当不考虑设置PTC保险丝8时，可直接将相邻锂离子电池单体的正极片5和负极片6焊接在一起，以完成相邻电池的串联。
[0037] 优选的，锂离子动力电池包内相邻的两个锂离子电池之间设置绝缘的导热薄片，绝缘的导热薄片连接到导热金属块。绝缘的导热薄片采用柔软材料制作，优选为导热硅胶材料。该结构能够传递热量，防止热量聚集，使锂离子动力电池包整体温度均匀，同时还具有减振的作用。
[0038] 1.4电池箱的实施：电池箱内安装有一个或多个电池包通过串联组成，电池箱上有连接端口，锂离子动力电池包之间以及锂离子动力电池包和电池箱上面的连接端口之间，用导电金属带取代传统的连接电缆，通过连接头和连接端口连接，导电金属带与锂离子电池的极耳等宽。
[0039] 1.5电池系统的实施：电池系统由一个或者多个电池箱通过串联组成，电池箱之间用电缆线通过连接插头和电池箱上的连接端口连接。
[0040] 本实施例以8米长纯电动巴士动力电池系统为例，按本实施例的上述1.1大容量聚合物锂离子电池的实施，本实施例的聚合物锂离子电池的形状为方体，制作的聚合物锂离子电池的规格为：
[0041] 长×高×厚＝405×290×18mm，电池容量300Ah，电池重量4.1kg，电池质量比能量密度为263Wh/kg，体积比能量密度为510Wh/L。
[0042] 电池包包含了6个按照该规格制作的锂离子电池，两个锂离子电池之间的连接，锂离子电池与电源管理系统9的连接，PTC保险丝8的设置等电池包的其它布置请参考前文，此不再赘述。所制得的电池包的规格为：
[0043] 长×宽×高＝410×306×113mm，21.6V300Ah，6.48KWh。
[0044] 放置电池包的标准动力电池箱分为A箱、B箱和C箱，每个电池箱分2层放置8个电池包，每层放置4个电池包，如图3所示为标准动力电池箱其中一层的平面示意图。
[0045] 电池组A箱尺寸：长×宽×高＝882×630×245mm，由8个紧密排列的电池包串联起来，固定在电动大巴车标准动力电池箱A箱内，电池包的连接导体(包括电池包的输入线、输出线等连接线)通过相应做好绝缘处理的连接金属带连接到预置在电池箱外壳上的连接端口，把电池箱外壳进行防水密闭封口，电池组A箱的规格为172.8V300Ah，51.84KWh，重量260kg，质量比能量密度200Wh/Kg。
[0046] 电池组B箱尺寸：长×宽×高＝830×630×245mm，规格为172.8V300Ah，51.84KWh，重量255kg，质量比能量密度200Wh/Kg。
[0047] 电池组C箱尺寸：长×宽×高＝1065×630×245mm，规格为172.8V300Ah，51.84KWh，重量270kg，质量比能量密度192Wh/Kg。
[0048] 上述A箱、B箱和C箱通过电缆线和连接器串联起来，形成电池系统。所得电池系统的规格为：518.4V300Ah，155.5KWh，比现有技术同型号巴士车装载84KWh的电池系统的电量增加了一倍，按照百公里消耗50KWh电量计算，续航里程可以达到300公里以上，比现有电池系统可运行150公里的续航里程增加了一倍，可以满足电动巴士一天的运行需求。避免了现有技术中电池系统能量密度小，电池容量小，总装载电量受限，续航里程不足的问题。
[0049] 在其它实施例中，电池系统中的A箱、B箱和C箱的数量可根据实际情况组合，并不局限于一个A箱、一个B箱和一个C箱。例如电池系统全部为A箱，或电池系统为两个A箱加一个B箱等等，都是可以的。
[0050] 实施例二：
[0051] 本实施例涉及一种一体式的纯电动轿车动力电池系统，见图4。
[0052] 与实施例一不同的是：本实施例涉及的一种一体式的纯电动轿车动力电池系统，由一个电池箱组成，电池箱内包含16个锂离子动力电池包，每个锂离子动力电池包由6个大容量聚合物锂离子动力电池仅通过串联组成，并由电源管理系统管控所述锂离子电池及多个所述锂离子电池依次串联的电路。本实施例中的大容量聚合物锂离子动力电池的形状为方体，其规格是：长×高×厚＝650×276×16.5mm，电池容量435Ah，电池重量6.0kg，电池质量比能量密度为261Wh/kg，体积比能量为530Wh/L。电池包的制作同上述实施例一，在此不再赘述，所制得的电池包的规格为：21.6V435Ah，9.4KWh。本实施例的锂离子动力电池系统由16个紧密排列的上述电池包串联起来，固定在依电动轿车整车底盘平台空间结构特征设计的一体式箱式电池壳体内，一体式箱式电池壳体可以是金属材质、塑胶材质、注塑成型的塑胶内衬的铝合金外壳体等。电池箱内的连接导体使用做好绝缘处理的连接金属带，取代了传统的电缆线。把电池系统外壳进行防水密闭封口，做成一体式的的纯电动轿车动力电池系统。该一体式的纯电动轿车动力电池系统规格为345.6V435Ah，150.3KWh，电池系统总重量770kg。而传统的18650电池构造成的同尺寸的纯电动轿车的动力电池系统，只能装载345.6V235Ah，81.2KWh电量，电池系统的总重量达到了900Kg，电池系统续航里程500Km。本实施例的电池系统在重量减轻20％的情况下，装载电量增加了接近一倍，电池系统续航里程1000Km，完全满足电动车出行里程需求。
[0053] 虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
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