电压变化减小的电池组制造技术

在一个方面中，本申请公开了一种电池堆(12)，所述电池堆(cell stack)可以包括电池模组(30)，所述电池模组(cell module)串联以产生电池堆工作电压(18)。电池模组(30)可以包括与串联开关(40)串联的电池单元(20)，并且包括并联连接到电池单元(20)和串联开关(40)的并联开关(44)。电池堆监测电路(50)可以具有连接到串联开关(40)的串联控制器(42)、连接到并联开关(44)的并联控制器(46)以及连接到电池单元(20)的电池单元监测器(28)，以测量来自每个电池模组(30)的单元参数。电池模组(30)的单元参数。电池模组(30)的单元参数。

【技术实现步骤摘要】
电压变化减小的电池组


[0001]本申请涉及电池组。

技术介绍

[0002]电池组(battery pack)可以包括以并联和串联组合配置的一个或多个电池堆(cell stack)，以实现预期工作电压和通常以安培小时为单位衡量的电流容量。遗憾的是，当所述电池堆中的一个电池单元发生故障时，所述电池堆工作电压可能下降到为所述电池组的负载提供功率所需的最低电池堆电压以下。此外，由于每个电池单元的内部电阻，若包括健康电池单元的电池组上的负载增大，电池堆工作电压可能下降到最低电池堆电压以下。此外，一个电池单元发生故障可能导致温度剧增，这可能逐级导致整个电池堆发生灾难性故障。
[0003]一种单个电池故障的解决方案是监测整个电池堆的温度和/或电压，并向用户发送电池组状况的指示。但是，单元故障需要更换整个电池堆，进而引起服务中断和更换成本。一种针对电池组重负载的解决方案是提高电池堆工作电压，使其在重负载时保持在最小电池堆电压以上。但是，使电池堆工作电压向上偏置可能会在轻载期间过度升高电压，从而使电池堆在所有负载条件下的电压变化过高。
[0004]第6,599,655号美国专利中公开了一种方法，所述方法通过隔离电池堆中的个别电池单元并且从剩余电池单元向负载提供电力来一次一个地调节所述电池单元。但是，没有任何可用方法可在调节期间以及在不断改变的负载条件下保持低电压变化。

技术实现思路

[0005]在一个方面中，公开了一种用于电池组的电池堆，所述电池堆可以包括一组电池模组，所述电池模组具有低端子和高端子，并且串联连接以产生所述电池堆的电池堆工作电压。所述电池单元可以连接到低端子或高端子中的一者，并且串联开关可以串联连接在所述电池单元与所述低端子或所述高端子中的另一者之间。并联开关可以在所述低端子与所述高端子之间并联连接到所述电池单元和所述串联开关。所述电池堆可以进一步包括电池堆监测电路，所述电池堆监测电路具有连接到所述串联开关的串联控制器以及连接到所述并联开关的并联控制器。所述电池堆监测电路还可以包括电池单元监测器，所述电池单元监测器连接到所述电池单元并且测量来自所述电池单元的单元参数。基于所测得的单元参数，所述电池堆监测电路可以选择性地将至少一个电池模组配置成通过在所述至少一个电池模组中闭合所述串联开关并且断开所述并联开关来促成所述电池堆工作电压，或者通过在所述至少一个电池模组中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压。
[0006]另一方面，公开了一种降低电池堆的电池堆工作电压的电压变化的方法，其中所述电池堆包括串联堆叠的两个或更多个电池模组。所述方法可以包括通过在所述电池模组中的工作组中的每个电池模组中闭合串联开关并且断开并联开关来将所述工作组配置成
促成所述电池堆工作电压。所述方法可以进一步包括通过在所述电池模组中的备用组中的每个电池模组中断开串联开关并且闭合并联开关来将所述备用组配置成旁通所述电池堆工作电压。所述方法可以进一步包括监测所述两个或更多个电池模组中的至少一个电池模组的所述电池堆工作电压和所述单元电压。如果所述电池堆工作电压的变化量大于预定电池堆阈值，则所述备用组中的至少一个电池模组可以配置成通过闭合所述串联开关并且断开所述并联开关来促成所述电池堆工作电压，或者所述工作组中的至少一个电池模组可以配置成通过断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压。
[0007]在又一方面中，公开了一种具有多个电池堆的电池组，其中每个电池堆可以包括多个电池模组，所述多个电池模组串联连接，以产生所述电池堆的电池堆工作电压。
[0008]具体地，本公开技术方案1涉及一种用于电池组的电池堆，所述电池堆包括：一组电池模组，其中所述一组电池模组中包括的电池模组具有低端子和高端子，并且与相邻电池模组串联连接以产生所述电池堆的电池堆工作电压；电池单元，所述电池单元连接到所述低端子或所述高端子中的一者；串联开关，所述串联开关串联在所述电池单元与所述低端子或所述高端子中的另一者之间；并联开关，所述并联开关在所述低端子与所述高端子之间并联连接到所述电池单元和所述串联开关；以及电池堆监测电路，所述电池堆监测电路具有连接到所述串联开关的串联控制器、连接到所述并联开关的并联控制器以连接到所述电池单元的电池单元监测器；其中所述电池单元监测器测量所述电池单元的单元参数，并且基于所测得的单元参数，所述电池堆监测电路选择性地将所述组中的至少一个电池模组配置成通过在所述至少一个电池模组中闭合所述串联开关并且断开所述并联开关来促成所述电池堆工作电压，或者通过在所述至少一个电池模组中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压。
[0009]进一步地，本公开技术方案2，其中当所述至少一个电池模组旁通所述电池堆工作电压时，所述电池堆监测电路通过所述电池单元监测器对所述电池单元进行充电。
[0010]进一步地，本公开技术方案3，其中所述单元参数是单元电压，并且所述电池堆监测电路选择性地将所述至少一个电池模组配置成当所测得的单元电压降低到电压阈值以下时，旁通所述电池堆工作电压。
[0011]进一步地，本公开技术方案4，其中所述单元参数是单元温度，并且所述电池堆监测电路选择性地将所述至少一个电池模组配置成当所测得的单元温度升高到温度阈值以上时，旁通所述电池堆工作电压。
[0012]进一步地，本公开技术方案5，进一步包括位于所述电池单元与所述低端子之间的第一热熔丝以及位于所述电池单元与所述高端子之间的第二热熔丝，其中所述第一热熔丝和第二热熔丝配置成当所述电池单元中的温度超出熔断阈值时断开连接。
[0013]进一步地，本公开技术方案6，其中所述电池堆监测电路将所述至少一个电池模组配置成当所述第一热熔丝和第二热熔断器断开时，通过在所述至少一个电池模组中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压。
[0014]进一步地，本公开技术方案7，其中所述至少一个电池模组是备用单元，所述备用单元仅旁通所述电池堆工作电压，直至所述电池堆监测电路将至少一个其他电池模组配置成通过在所述至少一个其他电池模组中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压，由此所述电池堆监测电路将所述至少一个电池模组配置成通过在所
述至少一个电池模组中闭合所述串联开关并且断开所述串联开关来促成所述电池堆工作电压。
[0015]进一步地，本公开技术方案8，进一步包括单元传感器，所述单元传感器连接到所述电池单元，并将所述单元参数提供给所述电池单元监测器。
[0016]进一步地，本公开技术方案9，进一步包括振动检测器，用于预测所述一组电池模组中的故障单元状况。
[0017]进一步地，本公开技术方案10，其中所述电池单元是锂离子电池。
[0018]进一步地，本公开技术方案11，其中所述串联开关和所述并联开关是半导体FET装置。
[0019]本公开技术方案12涉及一种电池组，所述电池组具有根据上述技术方案1到11中任一所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池组的电池堆，所述电池堆包括：一组电池模块，其中所述一组电池模块中包括的电池模块具有低端子和高端子，并且与相邻电池模块串联连接以产生所述电池堆的电池堆工作电压，其中每个电池模块包括：电池单元，所述电池单元连接到所述低端子或所述高端子中的一者；串联开关，所述串联开关串联在所述电池单元与所述低端子或所述高端子中的另一者之间；并联开关，所述并联开关在所述低端子与所述高端子之间并联连接到所述电池单元和所述串联开关；以及电池堆监测电路，所述电池堆监测电路具有耦合到所述串联开关的串联控制器、耦合到所述并联开关的并联控制器以及耦合到所述电池单元的电池单元监测器；位于所述电池单元与所述低端子之间的第一热熔丝以及位于所述电池单元与所述高端子之间的第二热熔丝，其中所述第一热熔丝和所述第二热熔丝配置成当所述电池单元中的温度超出熔断阈值时断开连接；其中所述电池堆监测电路将所述至少一个电池模块配置成当所述第一热熔丝和所述第二热熔丝断开时，通过在所述至少一个电池模块中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压；并且其中，所述电池单元监测器测量所述电池单元的单元参数，并且基于所测得的单元参数，所述电池堆监测电路选择性地将所述组中的至少一个电池模块配置成通过在所述至少一个电池模块中闭合所述串联开关并且断开所述并联开关来促成所述电池堆工作电压，或者通过在所述至少一个电池模块中断开所述串联开关并且闭合所述并联开关来旁通所述电池堆工作电压。2.根据权利要求1所述的电池堆，其中当所述至少一个电池模块旁通所述电池堆工作电压时，所述电池堆监测电路通过充电器经由充电开关对所述电池单元进行充电。3.根据权利要求1或2所述的电池堆，其中所述单元参数是单元电压，并且所述电池堆监测电路选择性地将所述至少一个电池模块配置成当所测得的单元电压降低到低于电压阈值时，旁通所述电池堆工作电压。4.根据权利要求1或2所述的电池堆，其中所述单元参数是单元温度，并且所述电池堆监测电路选择性地将所述至少一个电池模块配置成当所测得的单元温度升高到高于温度阈值时，旁通所述电池堆工作电压。5.根据任一前述权利要求所述的电池堆，其中所述至少一个电池模块是备用单元，所述备用单元仅旁通所述电池堆工作电...

【专利技术属性】
技术研发人员：CJ哈尔西，
申请(专利权)人：通用电气航空系统有限公司，
类型：发明
国别省市：