一种锂离子电池模组安全保护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子电池模组安全保护系统，包括电池管理系统电路板、安全保护电路、塑料紧固件、阻燃气囊、静电隔离垫；电池管理系统电路板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、电流传感器和电压传感器相连；安全保护电路通过电子开关实现通断；塑料紧固件布置于锂离子软包单体电芯与电池模组外壳之间；阻燃气囊布置于塑料紧固件与电池模组外壳之间；将电池模组的所有锂离子软包单体电芯分成个数一致的多组，静电隔离垫布置于每两组锂离子软包单体电芯之间，与两边的锂离子软包单体电芯紧密相连。本发明专利技术可实现电池模组在多种条件下的安全保护功能，如过流过压保护、高低温防护、阻燃防护、静电防护和膨胀防护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池模组安全保护的
，尤其是指一种锂离子电池模组安全保护系统。
技术介绍
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。电动汽车整车企业所需的电池系统日渐趋向于集成化、高能化，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。锂离子电池在充放电过程中容易出现过流、过压，锂离子电池在使用过程中会发热，当电池的热不能及时的释放而产生过温，从而存在过流、过压、过温等安全风险。当过流、过压、过温发生时如不能及时切断电路，则存在损坏电池、元器件的风险，严重时有可能发生燃烧和爆炸。锂离子电池模组在使用过程中，可能因而碰撞、穿刺、短路等种种非正常原因而造成起火等极端情况，如不及时阻断与外界空气的接触，可能会发燃烧、爆炸等重大事故。当非绝缘体外壳锂离子电池(电芯)串联叠放时，会产生静电，锂离子电池(电芯)串联叠放的数量增多，静电电压会随之升高，当静电电压超过电池(电芯)的耐压值时，会造成电池(电芯)电极与外壳的短络而损坏电池，同时还可能造成电池系统的电磁干扰。
技术实现思路
本专利技术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安全保护系统，可实现电池模组在多种条件下的安全保护功能，例如：过流过压保护、高低温防护、阻燃防护、静电防护和膨胀防护等功能。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种锂离子电池模组安全保护系统，包括电池管理系统电路板、安全保护电路、塑料紧固件、阻燃气囊、静电隔离垫；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电池模组的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和电压传感器相连，读取电池模组的充放电电流、电压信息；所述安全保护电路通过内部通信总线与电池管理系统电路板相连，其通过电池模组的电子开关实现电路的通断；所述塑料紧固件布置于锂离子软包单体电芯与电池模组外壳之间，与锂离子软包单体电芯和电池模组外壳紧密相连；所述阻燃气囊布置于塑料紧固件与电池模组外壳之间，与塑料紧固件和电池模组外壳紧密相连；将电池模组的所有锂离子软包单体电芯分成个数一致的多组，所述静电隔离垫布置于每两组锂离子软包单体电芯之间，与两边的锂离子软包单体电芯紧密相连。所述电池管理系统电路板通过其电池状态采集芯片获取电池模组的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电池模组的均衡和温度控制电路板，之后再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，当发生过流、过压或过温故障时，所述电池管理系统电路板会发出指令控制保护电路动作，实施保护。所述安全保护电路，采用以MOS管为基础搭建的电路实施，受所述电池管理系统电路板控制实行保护动作；当发生紧急情况时，电池管理系统电路板通过内部通信总线控制安全保护电路切断回路从而实现安全保护。所述塑料紧固件，采用弹片式结构设计，用于填充锂离子软包单体电芯与电池模组外壳之间的空隙，除加强紧固效果外，当电芯发生故障膨胀时，该塑料紧固件也为电池模组预留有压缩空间。所述阻燃气囊，用于填充所述塑料紧固件与电池模组外壳之间的空隙，当电芯发生起火燃烧时，该阻燃气囊会因穿刺、受热而爆裂并释放阻燃气体，能够减少有限空间中的氧气含量，起到阻燃的效果。所述静电隔离垫，为可压缩的绝缘阻燃材料，阻断电池组中各锂离子软包单体电芯之间静电传递，同时释放因锂离子软包单体电芯膨胀而压缩的空间。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、本专利技术采用电池管理系统电路板对电池模组统一进行管理，采取有效的过流、过压、过温安全保护机制。2、采用阻燃气囊填充电池模组四周(以减少极端情况下氧气含量)的方式实现电池模组安全保护。3、在电池组与电池模组外壳之间采用塑料紧固件的设计，当锂离子软包单体电芯膨胀时有5％-10％左后的空间供压缩，可延缓风险发生，提供逃生与紧急处置时间。4、在锂离子软包单体电芯之间填充阻燃的静电隔离垫，阻断各锂离子软包单体电芯之间的静电传递，同时也有3％左右的空间吸收因锂离子软包单体电芯
使用中产生的膨胀。总之，本专利技术系统实现了锂离子电池模组膨胀、挤压保护；阻燃保护，过流、过压和欠压保护，也实现了电池组充、放电保护，温度控制，安全控制和均衡控制等功能，结构上轻型、紧凑且满足车辆行驶过程中防水、防尘、防震的要求，便于实际应用。附图说明图1为锂离子电池模组结构示意图。图2为本专利技术的塑料紧固件示意图。图3为本专利技术的阻燃气囊示意图。图4为本专利技术的锂离子电池模组BMS安全保护电路示意图。图5为本专利技术的锂离子电池模组安全保护系统安全防护装置操作状态图。图6为本专利技术的锂离子电池模组安全保护系统工作流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，锂离子电池模组包括：电池模组外壳1，阻燃气囊2，塑料紧固件3，形变导热垫4，导热构件5，锂离子软包单体电芯6，静电隔离垫7，散热板8，形变导热垫9，温度传感器10，电流传感器11，电压传感器12，电子开关13，MCU14，电源输出端15，电池管理系统电路板16。具体的，本实施例的锂离子软包单体电芯6，可以为铝塑膜包装的液体锂离子电芯，或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。如图1所示，每一个锂离子软包单体电芯6都与一个导热结构件5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
管理系统和外壳及接插件组成完整的电池模组。如图1所示，为成组后电池模组结构示意图。本实施例所述的锂离子电池模组安全保护系统，主要由电池管理系统电路板16、安全保护电路、塑料紧固件3、阻燃气囊2、静电隔离垫7构成；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电池模组的每个锂离子软包单体电芯6正负极相连，读取锂离子软包单体电芯6的电压数据，其通过信号采集线与电池模组的温度传感器10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11和电压传感器12相连，读取电池模组的充放电电流、电压信息；所述安全保护电路通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池模组安全保护系统，其特征在于：包括电池管理系统电路板、安全保护电路、塑料紧固件、阻燃气囊、静电隔离垫；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电池模组的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和电压传感器相连，读取电池模组的充放电电流、电压信息；所述安全保护电路通过内部通信总线与电池管理系统电路板相连，其通过电池模组的电子开关实现电路的通断；所述塑料紧固件布置于锂离子软包单体电芯与电池模组外壳之间，与锂离子软包单体电芯和电池模组外壳紧密相连；所述阻燃气囊布置于塑料紧固件与电池模组外壳之间，与塑料紧固件和电池模组外壳紧密相连；将电池模组的所有锂离子软包单体电芯分成个数一致的多组，所述静电隔离垫布置于每两组锂离子软包单体电芯之间，与两边的锂离子软包单体电芯紧密相连。...

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池模组安全保护系统，其特征在于：包括电池管理系统电路板、安全保护电路、塑料紧固件、阻燃气囊、静电隔离垫；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电池模组的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和电压传感器相连，读取电池模组的充放电电流、电压信息；所述安全保护电路通过内部通信总线与电池管理系统电路板相连，其通过电池模组的电子开关实现电路的通断；所述塑料紧固件布置于锂离子软包单体电芯与电池模组外壳之间，与锂离子软包单体电芯和电池模组外壳紧密相连；所述阻燃气囊布置于塑料紧固件与电池模组外壳之间，与塑料紧固件和电池模组外壳紧密相连；将电池模组的所有锂离子软包单体电芯分成个数一致的多组，所述静电隔离垫布置于每两组锂离子软包单体电芯之间，与两边的锂离子软包单体电芯紧密相连。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池模组安全保护系统，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电池模组的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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李菁，欧阳剑，周远山，李慧琪，莫志东，
申请(专利权)人：广州益维电动汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44