具有复合互连的电池网络制造技术

一种电池工作系统含有由多个单独电池单元构成的阵列，这些电池单元以复合串并联连接的形式构成了一个网络。这个由单独电池单元构成的阵列被设置成提供一个具有Ｘ列和Ｙ行的二维电池网络。此网络的各列中都含有Ｙ个串联电连接的电池以形成一个电池串。然后Ｘ个列或串中的每一个都进一步被并联电连接在一起，从而产生一个由Ｘ个列并联在一起的电池所组成的网络，Ｘ个列中的每一列都含有串联在一起的Ｙ个电池。最后，各单独电池单元被进一步配置成复合互连，从而使各单独电池单元都与同一行中的所有相邻单独电池单元并联在一起。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及能量贮存系统，更具体地涉及具有复合互连的电池网络。对于EV的整体性能最为关键的是贮能系统，其向汽车提供所需的动力。典型的EV中的贮能系统包括一电池组，其包括一个或多个按某种结构电连接在一起的电池，以提供所需的性能。大多数现有技术的EV贮能系统集中于高压、大电流的方案来向EV提供所需的电能。在这些现有技术背后的一个基础设想是，为了提供动力以使EV按照所需的速度来运动，需要相当大的电流。例如EV1包括一含有26块串联在一起的Valve-Regulated Lead Acid(阀调节的铅酸(VRLA))组件，可获得312伏特的电压和储存大约16．3kW的电能。如附图说明图1所示，其它类似的现有技术方法包括将多个单片电池元件2串联成一列4，并将一对这样的列4在其各端并联，以达到所需的总的包电压。但是，这些现有技术都有相当严重的缺陷。例如，构成为单串的的电池组本身的故障率就很高，这是因为电池组中任何一节电池出现故障都会导致整个电池组的故障(或整个电池列的故障)，即在电池组的充电或放电过程中发生无电流流过的开路现象。另外，在充电或放电过程中，包含连成一串的电池元件的电池组的性能受到在该串中最差电池的影响。在放电过程中，整个电池组的电流输送能力被该串中容量最低的个别电池所限制。类似地，在电池组充电期间，容量最低的个别电池首先达到完全充电的状态，并限制了整个电池组的再充电。此外，在这种电池组中容量最低的单独电池元件在每次充电周期中都会被过度充电，而在每次放电周期中则会被过度放电。这两种情况都会严重地损害电池的容量和寿命。这样，构成为单串的电池组的正常周期就具有内在的不稳定状况，在这种不稳定状况中，质量最差的电池元件将变得更差，并逐渐使这些元件都出现故障，最终使整个电池组出现故障。此外，EV1电池在串联的电池单元中流过大电流。结果是，需要在操作中有较高程度的放电深度(DOD)，这也对个别电池单元以及整个电池组的寿命产生不利的影响。现有技术除了这些工作上的缺陷之外，它们还有一些显著的结构缺陷。例如，EV1电池组重达1175磅，因此也占据了EV整个重量的相当一部分，对于在汽车需要再充电之前的电势范围也有不利影响。总之，需要改进贮能系统，更具体地说需要改进用于EV的电池工作系统。专利技术综述因此，本专利技术的目的是提供一种用于EV的改进的电池工作系统，其设计克服了上述缺陷。个别电池元件组成的阵列连接成串联和并联复合的形式，从而形成了电池网络。根据本专利技术，电池网络由二维或三维的电池元件阵列构成。这样形成的电池网络包括足够数量的串联的单独电池，以便单独电池节点的串联电压之和达到所需的整个电池组电压。此外，这样形成的电池网络包括足够数量的并联连接的单独电池，从而使并联连接的单独节点的电池总的电流输送能力达到所需的整个电池组的电流输送能力。在一个实施例中，X乘Y的二维阵列的电池元件通过将阵列中的每个节点电池与其最近的相邻节点连接，串联和并联连接都使用导电材料。单独电池元件的阵列构成为提供具有X列和Y行的二维电池网络。电池网络中的每列电池组括Y个串联的电池以形成一电池串。然后再将X个的列或串并联连接，以产生并联连接在一起的X个电池列的网，X个列中的每列均有Y个电池串联在一起。最后，每个单独电池单元还配置成复合互连，以便每一个单独电池元件与所有在同一行中相邻的单独电池元件并联连接。本专利技术的这些特征和优点通过参考结合附图所作的详细说明可以得到更好地理解。详细说明图2示意性地说明了根据本专利技术的电池工作系统10。在如图所示的实施例中，电池工作系统10包括单独的电池元件12，其配备有串并联连接的单独电池元件12，形成了一个网。具体地说，单独电池元件12的阵列配置成可提供具有X列和Y行的二维电池网络。网中的每个列包括Y个串联连接以形成一电池串14的电池(图3A)。然后X个列或串14再并联连接在一起，以形成X个并联连接在一起的电池列构成的网，X个列中的每一列均有串联连接在一起的Y个电池12(图3B)。最后，每个单独电池元件还配置成复合的的互连16，以便各单独的电池元件12与所有的在相同行中的单独电池元件并联(图3C)。电池网络中串并联和复合连接可以按任何适合的方式来形成，而在一个实施例中的机械连接用具有足够导电能力的电导体来形成。电池网络中的单独电池元件的数目是整个网所需特性和单独电池元件特性的函数。在一列中串联连接的电池数目是所需总电压和单独电池元件电池电压的函数。电池网络的各列包括串联连接在一起的Y个单独电池元件，其产生的输出电压等于在该列中各单独电池元件的输出电压总和。例如，要用12V、12A的电池产生24V的电池组，就将这样的两个电池串联形成24V、12A的电池组。类似地，并联的列数是所需总电流与单独电池元件电流输送能力的函数。电池网络中的X个列并联连接以产生与流经各串的电流之和相等的输出电流。例如，为了为了用12V、12A的电池产生24A的电池组，就将这样的两个电池并联形成12V、24A的电池组。现在参考图4，其描绘了根据本专利技术的电池网络，其中列或串的数目X是3，而行数或每串电池元件的数目是3。换言之，电池网络由九个电池安排成三列每列三个电池的形式来构成。为了便于理解，从左至右将列标为列A-C，从上至下将行标为行1-3。利用这些标志，各单独的电池元件可以用一组确定电池元件在网中的行和列位置的坐标来表示。例如，电池18可以表示为(A，1)，表示其位置在网中的第A列和第1行。类似地，电池20可以表示为(A，3)，表示其位置在网中的第A列和第3行，而电池22可以表示为(C，2)，表示其位置在网中的第C列和第2行。参考图4，下面将详细地说明电池网络的电连接。在第A列中，电池(A，1)的正极22与电池(A，2)的负极24串联，而电池(A，2)的正极28与电池(A，3)的负极30串联。在第B列中，电池(B，1)的正极32与电池(B，2)的负极34串联，而电池(B，2)的正极36与电池(B，3)的负极38串联。在第C列中，电池(C，1)的正极40与电池(C，2)的负极42串联，而电池(C，2)的正极44与电池(C，3)的负极46串联。另外，第1行中的负极48、50、52并联在一起以提供整个电池网络的负极端子，而第3行中的所有电池的正极56、58、60并联连接在一起，以提供整个电池网络的正极端子。该网络还含有多个复合互连16。在第1行中，电池(A，1)的正极22与电池(B，1)的正极32并联电连接，并且电池(B，1)的正极32与电池(C，1)的正极40并联电连接。在第2行中，电池(A，2)的负极24与电池(B，2)的负极34并联电连接，并且电池(B，2)的负极34与电池(C，2)的负极42并联电连接。另外，电池(A，2)的正极28与电池(B，2)的正极36并联电连接，并且电池(B，2)的正极36与电池(C，2)的正极44并联电连接。在第3行中，电池(A，3)的负极30与电池(B，3)的负极38并联电连接，并且电池(B，3)的负极38与电池(C，3)的负极46并联电连接。图5显示出了根据本专利技术所述电池网络的一个实施例，其中，作为列或串数目的X为4，作为行或各串中单独电池单元的数目的Y为10。更具体地说，一个含有40个单独电池单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池互连网络，具有多个按照串联和并联复合的连接方式配置的单独电池单元，包括：多个单独电池元件行，每行具有多个并联连接的单独电池元件；多个单独电池元件列，其与多个单独电池元件行互连，每个列具有多个串联连接的单独电池元件，其中在网中 的多个单独电池元件与在同一列中的相邻的单独电池元件以串联方式电连接，并与在同一行中的相邻的单独电池元件以并联方式电连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡兹G哈巴，
申请(专利权)人：行星电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]