串联式千伏级锂离子电池组装置及电池簇绝缘构造方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种串联式千伏级锂离子电池组装置及电池簇绝缘构造方法，包括：锂离子电池组、电池管理硬件部件；所述锂离子电池组的电压为5kV～30kV；所述锂离子电池组包括：电池簇；所述电池簇的电压小于或者等于1kV；所述电池簇串联成锂离子电池组；所述电池管理硬件部件与锂离子电池组相连。本发明专利技术将当前锂离子电池组应用的电压等级由1500V提升到了几十千伏(5kV～30kV)，拓展了高能应用场合。

【技术实现步骤摘要】
串联式千伏级锂离子电池组装置及电池簇绝缘构造方法
本专利技术涉及电池簇
，具体地，涉及一种串联式千伏级锂离子电池组装置及电池簇绝缘构造方法，尤其是涉及一种可串联至几十千伏高压锂离子电池组的绝缘设计和电池管理系统BMS构造的实现方法。
技术介绍
当前一些现代化高端装备，例如：激光武器、电磁炮等应用场合，存在短时大功率能量应用的技术特点。使用电化学储能元件构建高压、高倍率电池储能系统是实现这一功能的一种优秀解决方案，电池组串联电压越高，系统工作的脉冲能量和系统效率也越高。通常要求电池组串联后电压可达到几十千伏(10kV～30kV)，放电电流倍率达到20C～40C，短时放电脉冲时间通常为秒级。该类系统可以采用超级电容器、钛酸锂电池、或是高倍率磷酸铁锂(或三元)材料的锂离子电池实现。其中采用高倍率LFP(磷酸铁锂)锂离子电池具有安全性高、成本低、系统比功率比能量高、综合性能好等优势。采用高倍率LFP锂离子电池串联至几十千伏构建高压电池组构造实现的技术难点在于有限体积下的高压绝缘构造和几十千伏高压下电池管理系统BMS电路的构造实现。通常几十千伏的高压绝缘可以采用空气间隙的方式，但是这种方式造成系统体积庞大、受环境湿度影响大，不适用于军用移动式车载武器系统场合，因此必须解决有限体积下的高压绝缘构造问题。电池管理系统BMS电路与电芯直接连接，检测每个电芯的单体电压，当较大数量的电池串联组成电池组后，位于电池串中较高位置的BMS电路处在较高电位，位于电池串中较低位置的BMS电路处在较低电位，较高位置的BMS单元电路与较低位置的单元电路最终会通过同一个通信线网络和同一个供电电源网络形成电气连接，因此，BMS系统中通常设置有基于电磁方式的隔离器件。当前在1000V以下的高压电池组管理电路中，这一隔离技术已经非常成熟，辅助电源采用普通变压器、通信总线可采用CAN隔离接口芯片等方式，承受1000V～1500V左右的隔离电压。若将电池组串联到几十千伏，传统的1500V隔离芯片已经不再适用，需要解决几十千伏高压下BMS电路的辅助电源供电与信息通道的高耐压隔离问题。几十千伏的高压绝缘构造通常应用在电力系统及电力设备领域，并且一般是采用较大的空气间隙保证绝缘距离，武器用车载高压电池组实现有限体积下的高压绝缘是随着应用需求的发展新拓展的技术需求，当前针对该技术点解决方案的研究成果较少。专利文献CN210182527U公开了一种电池簇，以简化电池簇内布线复杂度，节约成本。该电池簇中的控制柜和各电池模组均称为簇节点；每个簇节点中的第一供电接口和第一通讯接口集成为本簇节点的第一集成接口，每个簇节点中的第二供电接口和第二通讯接口集成为本簇节点的第二集成接口；每个簇节点的第一集成接口与上一簇节点的第二集成接口之间连接的供电电源线、通讯线集成为一条集成线束，每个簇节点的第二集成接口与下一簇节点的第一集成接口之间连接的供电电源线、通讯线集成为一条集成线束。专利在结构进和性能上仍然有待提高的空间。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种串联式千伏级锂离子电池组装置及电池簇绝缘构造方法。根据本专利技术提供的一种串联式千伏级锂离子电池组装置，包括：锂离子电池组、电池管理硬件部件；所述锂离子电池组的电压为5kV～30kV；所述锂离子电池组包括：电池簇；所述电池簇的电压小于或者等于1kV；所述电池簇串联成锂离子电池组；所述电池管理硬件部件与锂离子电池组相连。优选地，所述电池簇采用以下任意一种加工方式：-内嵌环氧板方式；-拼缝耐高压结构方式；-喷覆绝缘漆方式。从而实现有限体积下的高压绝缘设计。单个电池簇的绝缘耐电能力超过整个高压锂离子电池组工作电压的1.5倍以上。优选地，所述电池管理硬件部件采用220V单相隔离变压器；所述电池管理硬件部件包括：电池管理总控单元；所述220V单相隔离变压器能够分别为电池管理总控单元和多个簇内BMS供电。优选地，还包括：总控单元；所述电池簇包括：簇内BMS部件；所述簇内BMS部件的数量为多个；所述电池管理硬件部件采用光纤实现总控单元与多个簇内BMS部件的信息传输。优选地，所述电池簇包括：簇内电池模块、电池簇壳体、风扇供电电源；所述簇内电池模块、电池簇壳体、风扇供电电源够承受直流25kV的直流耐压绝缘；所述簇内BMS部件与电池簇壳体、风扇供电电源能够承受直流25kV的耐压绝缘；所述风扇供电电源与电池簇壳体能够承受大于或者等于交流2kV的耐压绝缘。根据本专利技术提供的一种电池簇绝缘构造方法，采用串联式千伏级锂离子电池组装置，包括：步骤S1：将簇内电池模组在左右两侧的方向上与钢质外壳间内嵌不小于5mm厚的环氧树脂板；步骤S2：簇内电池模组在前后方向上同时考虑通风和绝缘，电池模组与外壳间设计大于5cm的空气绝缘间隙；步骤S3：设置簇内电池模组与风扇供电接插件、风扇供电电缆、风扇电机绕组、风扇壳体金属部分之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；步骤S4：将簇内BMS部件单元通过电压采样线束、温度采样线束与电池模组连接，簇内BMS部件与外壳和风扇之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙，将簇内BMS部件隔离供电的航空插头(还有指示灯、指示灯连接线)安装在绝缘环氧板上，将绝缘环氧板安装在机壳上，保证>5cm的空气间隙；设置簇内BMS部件与绝缘环氧板之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；设置电池簇壳体与绝缘环氧板之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；步骤S5：设置电池模组内单体电池间的汇流排以及总电流铜条、霍尔电流传感器、熔断器与外壳和风扇之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；设置电池模组内单体电池间的汇流排以及总电流铜条、霍尔电流传感器、熔断器与外壳和风扇之间的耐压大于或者等于25kV；步骤S6：簇内风扇供电电源航空插头采用绝缘安装方式，风扇供电接插件、风扇供电电缆、风扇电机绕组、风扇壳体金属部分与电池模组、簇内BMS部件以及结构壳体之间绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；步骤S7：采用环氧板固体介质进行绝缘构造，其结构上采用整张板设计，并需有效避免采用连接孔的设计方式以破坏其绝缘效果，并且在绝缘板拼缝位置处进行绝缘处理的结构连接设计，同时在边界位置处采用回形槽结构方式以增加爬电路径距离；优选地，还包括：步骤S8：在绝缘介质高电压电场分界表面上采用绝缘漆均匀喷涂。优选地，还包括：步骤S9：构造电池管理硬件部件的高压绝缘。优选地，所述步骤S6包括：步骤S6.1：采用环氧板固定再加绝缘气隙的方式，构造风扇供电接插件、风扇供电电缆、风扇电机绕组、风扇壳体金属部分与电池模组、簇内BMS部件以及电池簇壳体之间绝缘大于5cm的空气绝缘间隙。优选地，所述步骤S9包括：步骤S9.1：电池管理总控单元与簇内BMS的通信采用光纤CAN接口的方式绝缘；步骤S9.2：簇内BMS部件与传统1500V以下的BMS系统相同，采用1个主控单元BMU和18个从控单元BSU组合实现600V的簇内电池管理，因此采用光纤的设计方式可以实现总本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，包括：锂离子电池组、电池管理硬件部件；/n所述锂离子电池组的电压为5kV～30kV；/n所述锂离子电池组包括：电池簇；/n所述电池簇的电压小于或者等于1kV；/n所述电池簇串联成锂离子电池组；/n所述电池管理硬件部件与锂离子电池组相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，包括：锂离子电池组、电池管理硬件部件；
所述锂离子电池组的电压为5kV～30kV；
所述锂离子电池组包括：电池簇；
所述电池簇的电压小于或者等于1kV；
所述电池簇串联成锂离子电池组；
所述电池管理硬件部件与锂离子电池组相连。


2.根据权利要求1所述的串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，所述电池簇采用以下任意一种加工方式：
-内嵌环氧板方式；
-拼缝耐高压结构方式；
-喷覆绝缘漆方式。


3.根据权利要求1所述的串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，所述电池管理硬件部件采用220V单相隔离变压器；
所述电池管理硬件部件包括：电池管理总控单元；
所述220V单相隔离变压器能够分别为电池管理总控单元和多个簇内BMS供电。


4.根据权利要求1所述的串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，还包括：总控单元；
所述电池簇包括：簇内BMS部件；
所述簇内BMS部件的数量为多个；
所述电池管理硬件部件采用光纤实现总控单元与多个簇内BMS部件的信息传输。


5.根据权利要求4所述的串联式千伏级锂离子电池组装置，其特征在于，所述电池簇包括：簇内电池模块、电池簇壳体以及风扇供电电源；
所述簇内电池模块、电池簇壳体、风扇供电电源够承受直流25kV的直流耐压绝缘；
所述簇内BMS部件与电池簇壳体、风扇供电电源能够承受直流25kV的耐压绝缘；
所述风扇供电电源与电池簇壳体能够承受大于或者等于交流2kV的耐压绝缘。


6.一种电池簇绝缘构造方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的串联式千伏级锂离子电池组装置，包括：
步骤S1：将簇内电池模组在左右两侧的方向上与钢质外壳间内嵌不小于5mm厚的环氧树脂板；
步骤S2：电池模组与外壳间设计大于5cm的空气绝缘间隙；
步骤S3：设置簇内电池模组与风扇供电接插件、风扇供电电缆、风扇电机绕组、风扇壳体金属部分之间的绝缘大于5cm的空气绝缘间隙；
步...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟林，朱陶庸，余洋，邵雷军，闵凡奇，刘辉，郭文涛，许东，熊文波，安石峰，俞超，王婷，王春艳，
申请(专利权)人：上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31