CN102903948B - 一种动力电池模组及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动力电池模组,包括数个串联或并联的单体电池,所述数个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。本发明还提供了一种上述动力电池模组的制作方法,所述制作方法包括下述步骤:测试出数个单体电池的直流内阻,再根据所述数个单体电池的内阻对单体电池进行排列,使得位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。本发明的制作方法提高了动力电池模组中单体电池的一致性,延长了动力电池模组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于动力电池领域,尤其涉及一种动力电池模组及其制作方法。
背景技术
随着人类社会对环保要求的提高及人们低碳生活的需求,电动汽车或混合动力车即将取代现行的燃油车;大型的储能电站将被建立起来用于辅助主电网及利用各种新能源,这都是未来的发展方向。作为电动汽车和储能电站的核心能源—动力电池组,其重要性显得尤为突出。
无论是车载锂离子电池模组还是储能模组都要求电池有长达若干年的寿命以满足实际使用,并要求保证在允诺的寿命内各项性能指标良好,但实际生产的动力电池虽然在单体电池生产时通过控制环境温度、湿度、生产流程等因素来严格控制单体电池的品质提高一致性,但实际动力电池出货使用时很少会以单体电池出货,通常需要由几只或十几只单体电池组成的电池模组,再由电池模组组成由上百只甚至上千只单体电池串、并联而成的电池模块。动力电池模组由于设计条件所限,在排列方式上无法保证动力电池模组中单体电池所处的环境条件相同,这种差异在实际使用中逐渐扩大,而动力电池模组的失效往往正是由其中的一两只劣化最快的单体电池引起的,最终导致动力电池模组、甚至整个电池模块使用寿命的降低。
发明内容
本发明旨在解决现有的动力电池模组在排列方式上无法保证动力电池模组中单体电池所处的环境条件相同,使得其中的一两只单体电池最快劣化,导致动力电池模组整体失效的技术问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种动力电池模组,包括数个串联或并联的单体电池,其中,所述数个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。
在所述的动力电池模组中,相邻的单体电池之间设有导热铝板。
在所述的动力电池模组中,位于最外侧的单体电池上包覆有隔热棉。
在所述的动力电池模组中,所述单体电池包括两大面和两小面,其中,大面的面积设为S大,小面的面积设为S小,所述数个单体电池单层排列,相邻的两个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻设为R1,位于内侧的单体电池的直流内阻设为R2,R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ;η为0.35-0.55,η的取值与放电电流成正比。
在所述的动力电池模组中,所述单体电池包括两大面和两小面,其中,大面的面积设为S大,小面的面积设为S小,所述数个单体电池至少两层排列,相邻的两个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻设为R1′,位于内侧的单体电池的直流内阻设为R2′,R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ;η为0.35-0.55,η的取值与放电电流成正比。
本发明还提供了一种如上所述的动力电池模组的制作方法,所述制作方法包括下述步骤:测试出数个单体电池的直流内阻,再根据所述数个单体电池的内阻对单体电池进行排列,使得位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。
在所述的动力电池模组的制作方法中,所述制作方法还包括在相邻的单体电池之间设置导热铝板。
在所述的动力电池模组的制作方法中,所述制作方法还包括在最外侧的单体电池上包覆隔热棉。
在所述的动力电池模组的制作方法中,当数个单体电池需要进行单层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,并将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1,较小的直流内阻设为R2,选择满足R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行单层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2直流内阻的单体电池设置于内侧。
在所述的动力电池模组的制作方法中,当数个单体电池需要进行至少两层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1′,较小的直流内阻设为R2′,选择满足R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行至少两层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1′直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2′直流内阻的单体电池设置于内侧。
本发明提供的动力电池模组根据单体电池的直流内阻大小,通过改变单体电池的组合方式,并且控制动力电池模组的散热模式,控制不同位置的单体电池的热量释放,并在结构上针对动力电池模组中单体电池的排列方式采取相应的散热结构设计;该组合形式和结构设计克服了现有的动力电池模组内部温度分布不均衡,热扩散杂乱的现象,从而大幅度提高了动力电池模组中单体电池的一致性,大大的延长了动力电池模组的使用寿命。
附图说明
图1是本发明第一实施例的动力电池模组的示意图。
图2是本发明第一实施例的动力电池模组的立体示意图。
图3是本发明第二实施例的动力电池模组的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本领域的技术人员知道,在动力电池模组中,位于外侧的单体电池相较于位于内侧的单体电池,其热量更容易散发,而位于内侧的单体电池,热量则容易集中,使得动力电池模组中不同单体电池的温度分布不均衡,由于位置因素导致的温度环境因素造成的各单体电池的劣化系数不同,从而导致其中的部分单体电池最先劣化,降低整个动力电池模组的寿命。
本领域的技术人员知道对于电池的一般的分选方法通常包括对中值电压、直流电压及容量的分选,将中值电压、直流内阻及容量在一定范围内(上下限值内)的电池组成动力电池模组。而在本发明中,发明人对单体电池进行分选,通过评估电池内部发生的热反应,在电池分选阶段除去与一般的电池分选方法相似的中值电压、容量的分选方法之外,不采用现有的直流内阻的分选方法,而是采用本发明的直流内阻的分选方法,并经过长期的研究得出对单体电池进行单层和两层以上排布的分选公式,从而将符合本发明的要求的电池组装成本发明的动力电池模组,克服了动力电池模组中的各个单体电池的温度不均一的技术问题,提供了一种解决动力电池模组在使用过程中的单体电池环境温度一致性的方案。
如图1及图2所示,本发明第一实施例提供了一种动力电池模组,包括四个串联的单体电池1,所述四个单体电池中位于外侧的两个单体电池的直流内阻大于位于内侧的两个单体电池的直流内阻。
在本实施中,所述的单体电池1为方形电池,包括两大面11和两小面12,其中,大面11的面积设为S大,小面12的面积设为S小,大面11的面积即方形电池的长度×宽度,小面12的面积即方形电池的长度×厚度。
一般意义上内阻测试分为交流内阻和直流内阻,但实际生产中直流内阻的数据可信度要高,因而采用DCIR(直流内阻)实际意义更大。将上述单体电池排布成动力电池模组时,以直流内阻为依据进行排布,符合分选规则的单体电池组成动力电池模组。以直流内阻为依据排布的分选规则如下:相邻两个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻设为R1,位于内侧的单体电池的直流内阻设为R2,所述R1=αR2±Δδ,相邻的两个单体电池DCIR(直流内阻)需有一个系数α,可以理解的是,系数α大于1,因为直流内阻越大,则散热量越大,因而将相邻两个单体电池中直流内阻较大的单体电池置于外侧,而Δδ则表示偏差的范围。
在本实施例中,四个单体电池的排列方式为单层排列,所述四个单体电池中相邻两个单体电池满足R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ,±Δδ表示正、负偏差,R1值在αR2±Δδ范围内满足分选要求;η为一变量,取决于标准放电电流,与放电电流成正比,例如:放电电流为0.5C-2C时,η的取值为0.35-0.55。η是由绝热试验测试所得,通过将方形电池置于绝热装置中做充、放电试验,分别测量单体电池的不同面上的温度,从而计算放热,再通过公式推导,拟合出经验参数η的数值。在选择单体电池进行排布时,选择符合上述公式R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小)的两个单体电池进行排布,然后继续选择符合上述公式的单体电池进行排布,直到选定所需数量和排列层数的单体电池,如在本实施例中,选择符合上述公式的四个单体电池进行单层排布,得到如图1所示的动力电池模组。
在本实施例中,对于分选单体电池并组合后得到的动力电池模组,进一步地,在电池排列方向上和空隙处用导热铝板10覆盖填充,在本实施例中,所述导热铝板10为铝制薄板,厚度为0.1-0.3mm,形状和大小可根据具体需要进行制作;从而加强电池单体之间的热交换,使得动力电池模组中各个单体电池之间实现更佳的温度一致性。优选地,在相邻的单体电池1之间设置导热铝板10,提高单体电池之间的热交换效率;导热铝板的安装简单、成本低廉,只需在正常的动力电池模组组装的过程中,装入导热铝板限位后即可。
如图2所示,在本实施例中,对于分选单体电池并组合后得到的动力电池模组,进一步地,还可在动力电池模组的两侧包上隔热棉30,减缓动力电池模组的散热,形成动力电池模组的热平衡;优选地,在位于最外侧的单体电池的大面上包覆有隔热棉30,减缓最外侧的单体电池的散热,形成局部热平衡。
本发明第一实施例还提供了上述动力电池模组的制作方法,包括下述步骤:
步骤1:测试出数个单体电池的直流内阻;本领域的技术人员知道,在单体电池生产出来以后,需要对单体电池进行测试,在本实施例中,对单体电池的直流内阻进行测试,测得数个单体电池的直流内阻值,所述直流内阻的测试方法可采用现有的业内制定的相关标准进行测试,已为本领域技术人员所知。
步骤2:根据所述数个单体电池的内阻对单体电池进行排列,使得位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。因为直流内阻越大,则散热量越大,因而将相邻两个单体电池中直流内阻较大的单体电池置于外侧。
在本实施例中,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1,较小的直流内阻设为R2,R1=αR2±Δδ,系数α大于1,因为直直流内阻越大,则散热量越大,将具有R1直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2直流内阻的单体电池设置于内侧;Δδ表示偏差的范围,除R1正好等于αR2的情况以外,具有在αR2±Δδ范围内的直流内阻值(即R1值)的单体电池均满足分选的要求。
在本实施中,所述的单体电池为方形电池,包括两大面和两小面,测量单体电池的大面面积和小面面积,其中,大面面积设为S大,小面面积设为S小。由于本实施例要制作单层四个排列的电池,相邻两个单体电池的分选规则为:R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小)时,将测得的符合上述分选规则的四个单体电池进行单层排列,即可得到本发明第一实施例的动力电池模组。
如图3所示,本发明第二实施例提供了一种动力电池模组,包括两层并联的单体电池组,所述每一单体电池组包括六个串联的单体电池2,所述六个单体电池2中位于外侧的单体电池的直流内阻依次大于位于其内侧的单体电池的直流内阻。
在本实施中,所述的单体电池2为方形电池,包括两大面21和两小面22,其中,大面21的面积设为S大,小面22的面积设为S小,大面21的面积即方形电池的长度×宽度,小面22的面积即方形电池的长度×厚度。
本发明的第二实施例与第一实施例的区别在于,在本实施例中,单体电池的排列方式为两层排列,R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ,±Δδ表示正、负偏差,R1′值在βR2′±Δδ′范围内满足分选要求;η为一变量,取决于标准放电电流,与放电电流成正比,例如:放电电流为0.5C-2C时,η的取值为0.35-0.55。在选择单体电池进行两层以上排布时,选择符合上述公式R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小)的两个单体电池进行排布,然后继续选择符合上述公式的单体电池进行排布,直到选定所需数量和排列层数的单体电池。如在本实施例中,选择符合上述公式的十二个单体电池进行双层摆布,得到如图3所示的动力电池模组。
在本实施例中,与第一实施例相似地,也可在单体电池的不同位置放置不同导热能力的材料,例如:导热铝板20和隔热棉,以达到不同单体电池之间的热交换效应近似平衡,形成动力电池模组内部温度场分布均衡,减少温度热点的出现。
本发明第二实施例还提供了上述动力电池模组的制作方法,包括下述步骤:
步骤1:测试出数个单体电池的直流内阻;本领域的技术人员知道,在单体电池生产出来以后,需要对单体电池进行测试,在本实施例中,对单体电池的直流内阻进行测试,测得数个单体电池的直流内阻值。
步骤2:根据所述数个单体电池的内阻对单体电池进行排列,使得位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。因为直流内阻越大,则散热量越大,因而将相邻两个单体电池中直流内阻较大的单体电池置于外侧。
在本实施例中,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1′,较小的直流内阻设为R2′,R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小)时,符合本发明的单体电池两层以上排列的分选规则,依次对单体电池进行分选,值得一提的是,Δδ′表示偏差的范围,除R1′正好等于βR2′的情况以外,具有在βR2′±Δδ′范围内的直流内阻值(即R1′值)的单体电池均满足分选的要求。将测得的符合上述分选规则的十二个单体电池进行两层排列,即可得到本发明第二实施例的动力电池模组。
综上所述,本发明根据动力电池模组中单体电池排布方式的不同,将直流内阻不同的单体电池根据本发明提供的分选公式进行选择,并且有规律的分排在不同位置,以达到不同单体电池之间热交换效应有一个近似平衡,形成动力电池模组内温度场分布均衡,减少温度热点的出现。因而,通过本发明的制作方法所得到的动力电池模组,具有如下优点:
1、本发明将直流内阻不同的单体电池有规律的排布在不同位置,缩小了动力电池模组中各单体电池的环境温度差异,减少因环境因素造成的各单体电池的劣化系数的不同,大大延长了动力电池模组的使用寿命;
2、在单体电池的不同位置放置不同导热能力的材料,例如:导热铝板和隔热棉,大大提高了动力电池模组内的热交换速率,以达到不同单体电池之间的热交换效应近似平衡,形成动力电池模组内部温度场分布均衡,减少温度热点的出现;导热铝板和隔热棉的制作简单,加工和安装方便,有利于节约成本;
3、由于动力电池的容量大、体积大、结构复杂、制作工序繁杂等特点,电池的一致性控制难度很高,本发明的制作方法降低了动力电池模组对单体电池本身一致性的要求,并且大大的延长了动力电池模组的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种动力电池模组,包括数个串联或并联的单体电池,其特征在于,所述数个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻;所述单体电池包括两大面和两小面,其中,大面的面积设为S大,小面的面积设为S小;
当所述数个单体电池单层排列时,相邻的两个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻设为R1,位于内侧的单体电池的直流内阻设为R2,R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ;η为0.35-0.55,η的取值与放电电流成正比;
当所述数个单体电池至少两层排列时,相邻的两个单体电池中位于外侧的单体电池的直流内阻设为R1′,位于内侧的单体电池的直流内阻设为R2′,R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ;η为0.35-0.55,η的取值与放电电流成正比。
2.如权利要求1所述的动力电池模组,其特征在于,相邻的单体电池之间设有导热铝板。
3.如权利要求1所述的动力电池模组,其特征在于,位于最外侧的单体电池上包覆有隔热棉。
4.一种如权利要求1-3任意一项所述的动力电池模组的制作方法,其特征在于,所述制作方法包括下述步骤:测试出数个单体电池的直流内阻,再根据所述数个单体电池的内阻对单体电池进行排列,使得位于外侧的单体电池的直流内阻大于位于内侧的单体电池的直流内阻。
5.如权利要求4所述的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括在相邻的单体电池之间设置导热铝板。
6.如权利要求4所述的制作方法,其特征在于,所述制作方法还包括在最外侧的单体电池上包覆隔热棉。
7.如权利要求4所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行单层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,并将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1,较小的直流内阻设为R2,选择满足R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行单层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2直流内阻的单体电池设置于内侧。
8.如权利要求5所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行单层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,并将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1,较小的直流内阻设为R2,选择满足R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行单层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2直流内阻的单体电池设置于内侧。
9.如权利要求6所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行单层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,并将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1,较小的直流内阻设为R2,选择满足R1=αR2±Δδ,α=η×(1+S大/2S小),其中,Δδ为0-0.05mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行单层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2直流内阻的单体电池设置于内侧。
10.如权利要求4所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行至少两层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1′,较小的直流内阻设为R2′,选择满足R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行至少两层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1′直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2′直流内阻的单体电池设置于内侧。
11.如权利要求5所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行至少两层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1′,较小的直流内阻设为R2′,选择满足R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行至少两层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1′直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2′直流内阻的单体电池设置于内侧。
12.如权利要求6所述的制作方法,其特征在于,当数个单体电池需要进行至少两层排列时,测量单体电池的大面面积S大和小面面积S小,将测得的两个单体电池的直流内阻中较大的直流内阻设为R1′,较小的直流内阻设为R2′,选择满足R1′=βR2′±Δδ′,β=η×(1+S大/S小),其中,Δδ′为0-0.075mΩ,η为0.35-0.55的数个单体电池进行至少两层排列,将相邻的两个单体电池中具有R1′直流内阻的单体电池设置于外侧,将具有R2′直流内阻的单体电池设置于内侧。
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