CN105428581A - 一种开关式的锂离子电池模块及其切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关式的锂离子电池模块，其包含：N个锂离子电池单体组成的电池模块，其被分成至少两个半电池模块，每个半电池模块分别引出正负极；电驱动开关底座，其输入端分别连接所述各个半电池模块的正负极，其输出端用于输出所述的多个半电池模块串联或并联后的电压结果；电驱动开关上盖，其连接所述电驱动开关底座，通过调整电驱动开关上盖与电驱动开关底座的相对位置，使得多个半电池模块之间实行串并联切换。其优点是：其将开关切换结构应用在锂离子电池模块上，使电池模块在不同串并联数目之间切换，完成电池模块的动态容量、电压、充放电倍率规格的调节，满足不同的电压、功率、时间等需求。

Description

一种开关式的锂离子电池模块及其切换方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池模块，具体涉及一种开关式的锂离子电池模块及其切换方法。

背景技术

传统的锂离子电池模块主要是通过螺栓或者焊接进行连接，加工完成后电池模块已经定型，其容量、电压、充放电倍率等规格便不可变动，因此每种模块的应用具有很大的局限性，同时充放电倍率已经确定，其充放电时间也已经确定，不适合需要随时变更充放电时间的场合。为此，开发一种开关式动态规格的锂离子电池模块。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关式的锂离子电池模块及其切换方法，其将开关切换结构应用在锂离子电池模块上，使电池模块在不同串并联数目之间切换，完成电池模块的动态容量、电压、充放电倍率规格的调节，满足不同的电压、功率、时间等需求。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种开关式的锂离子电池模块，其特征是，包含：

N个锂离子电池单体组成的电池模块，其被分成至少两个半电池模块，每个半电池模块分别引出正负极；

电驱动开关底座，其输入端分别连接所述各个半电池模块的正负极，其输出端用于输出所述的多个半电池模块串联或并联后的电压结果；

电驱动开关上盖，其连接所述电驱动开关底座，通过调整电驱动开关上盖与电驱动开关底座的相对位置，使得多个半电池模块之间实行串并联切换。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中，还包含：

框架机构，用于固定所述的电池模块，并将电池模块分成所述的至少两个半电池模块。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中：

所述的电池模块被分成两个各自包含N/2个锂离子电池单体的第一半电池模块以及第二半电池模块。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中：

所述的电驱动开关底座分别通过多个高压连接组件连接到所述各个半电池模块的正负极。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中：

每个所述的高压连接组件分别包含冷压端子和母线。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中：

其中，所述的电驱动开关底座上设有：

第一输入正端，其连接所述的第一半电池模块的正极；

第一输入负端，其连接所述的第一半电池模块的负极；

第二输入正端，其连接所述的第二半电池模块的正极；

第二输入负端，其连接所述的第二半电池模块的负极；

输出正，其与所述的第一输入正端导通；

输出负，其与所述的第二输入负端导通；

其中，所述的电驱动开关上盖包含一导通盘，且该导通盘上设有：

第一电接口，其与所述电驱动开关底座上的第一输入正端对应设置；

第二电接口，其与所述电驱动开关底座上的第二输入正端对应设置，且其与所述的第一电接口导通；

第三电接口，其与所述电驱动开关底座上的第一输入负端对应设置；

第四电接口，其与所述电驱动开关底座上的第二输入负端对应设置，且其与所述的第三电接口导通；

所述的电驱动开关上盖在所述电驱动开关底座上具有两个定位点；当电驱动开关上盖位于第一定位点时，所述的第一电接口、第二电接口、第三电接口、第四电接口分别与所述的第一输入正端、第二输入正端、第一输入负端以及第二输入负端对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于并联状态，电驱动开关底座的输出端输出并联电压，当电驱动开关上盖位于第二定位点时，第一电接口与第二输入正端对应接触，第二电接口与第一输入负端对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于串联状态，电驱动开关底座的输出端输出串联电压。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中：

所述电驱动开关上盖的旋转由五线四相步进电机进行控制。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中，还包含：

断电机构，其设置在所述的电驱动开关上盖和电驱动开关底座上，确保断电后电驱动开关上盖的导通盘与电驱动开关底座分离，从而断开电路。

上述的开关式的锂离子电池模块，其中，所述的电驱动开关上盖还包含一转盘；所述的断电机构包含：

第一铁芯，其设置在所述电驱动开关底座上；

第二铁芯，其设置在所述的导通盘上；

弹簧，其一端连接所述的导通盘，另一端连接所述的转盘；

线圈，其与所述的第二铁芯对应设置，一旦线圈断电，则导通盘在弹簧的拉力作用下与电驱动开关底座分离，当线圈通电时，产生磁场，第一铁芯与第二铁芯吸合，进而使导通盘与电驱动开关底座接触。

一种开关式的锂离子电池模块的切换方法，其特征是，包含以下步骤：

S1、判断开关式的锂离子电池模块的工作状态，当锂离子电池模块安全断开时，转至步骤S2；当锂离子电池模块处于通电状态时，不执行任何操作；

S2、使导通盘旋转到指定位置，对线圈供电，完成状态切换。

本发明与现有技术相比具有以下优点：其将开关切换结构应用在锂离子电池模块上，使电池模块在不同串并联数目之间切换，完成电池模块的动态容量、电压、充放电倍率规格的调节，满足不同的电压、功率、时间等需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中电池模块正负极引出及连接示意图；

图3为本发明中电驱动开关底座的A面示意图；

图4为本发明中电驱动开关底座的B面示意图；

图5为本发明中电驱动开关上盖的整体结构示意图一；

图6为本发明中电驱动开关上盖的整体结构示意图二。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种开关式的锂离子电池模块，其包含：N个锂离子电池单体2组成的电池模块，其被分成至少两个半电池模块，每个半电池模块分别引出正负极；电驱动开关底座4，其输入端分别连接所述各个半电池模块的正负极，其输出端用于输出所述的多个半电池模块串联或并联后的电压结果；电驱动开关上盖5，其连接所述电驱动开关底座4，通过调整电驱动开关上盖5与电驱动开关底座4的相对位置，使得多个半电池模块之间实行串并联切换。本实施例中，所述的电池模块被分成两个各自包含N/2个锂离子电池单体的第一半电池模块以及第二半电池模块。

所述的电池模块由一框架机构1进行固定和分割。

如图2所示，所述的电驱动开关底座4分别通过多个高压连接组件3连接到所述各个半电池模块的正负极，每个所述的高压连接组件3分别包含冷压端子31和母线32。

如图3所示，其中，所述的电驱动开关底座4包含一A面和B面，A面上设有：第一输入正端411a，其连接所述的第一半电池模块的正极；第一输入负端412a，其连接所述的第一半电池模块的负极；第二输入正端421a，其通过铜牌46连接所述的第二半电池模块的正极；第二输入负端422a，其连接所述的第二半电池模块的负极；输出正43，其通过铜牌45与所述的第一输入正端411a导通；输出负44，其与所述的第二输入负端422a导通；

如图5所示，所述的电驱动开关上盖5包含一导通盘51，且该导通盘51上设有：第一电接口54，其与所述电驱动开关底座4上的第一输入正端411a对应设置；第二电接口53，其与所述电驱动开关底座4上的第二输入正端421a对应设置，且其与所述的第一电接口54导通；第三电接口55，其与所述电驱动开关底座4上的第一输入负端412a对应设置；第四电接口56，其与所述电驱动开关底座4上的第二输入负端422a对应设置，且其与所述的第三电接口55导通；本实施例中，第一输入正端411a、第二输入正端421a、第一输入负端412a、第二输入负端422a依次沿半圆弧路径排列，第一电接口54、第二电接口53、第三电接口55、第四电接口56也依次沿半圆弧路径排列，通过旋转电驱动开关上盖5以实现串并联转换的目的，当然，所述的排布路径也可以是其他形式的，例如直线形。

为便于电驱动开关底座4上各端子与电驱动开关上盖5上各个电接口进行接触以完成串并联切换，本实施例中，所述电驱动开关底座4的B面通过铜牌45相应引出第一输入正端411a的端口411b，通过铜牌46相应引出第二输入负端422a的端口422b、通过铜牌48相应引出第二输入负端421a的端口421b、以及通过铜牌49相应引出的对应第一输入负端412a的端口412b。

所述的电驱动开关上盖5在所述电驱动开关底座4上具有两个定位点；当电驱动开关上盖5位于第一定位点时，所述的第一电接口54、第二电接口53、第三电接口55、第四电接口56分别与所述的第一输入正端411a、第二输入正端421a、第一输入负端412a以及第二输入负端422a对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于并联状态，电驱动开关底座4的输出端输出并联电压，当电驱动开关上盖5位于第二定位点时，第一电接口54与第二输入正端421a对应接触，第二电接口53与第一输入负端412a对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于串联状态，电驱动开关底座4的输出端输出串联电压，本实施例中，定位点是通过限位孔和定位销配合实现的，当导通盘51上定位销52与电驱动开关底座4上第一限位孔401相配合时为所述的第一定位点，当导通盘51旋转60°，达到导通盘51上定位销52与电驱动开关底座4上第二限位孔402相配合时为所述的第二定位点，定位销一方面用于控制模块的串并联状态，另一方面还起到限位作用可预防导通盘51随意转动导致短路。

所述电驱动开关上盖5的旋转由五线四相步进电机513进行控制。

所述的开关式的锂离子电池模块还包含：断电机构，其设置在所述的电驱动开关上盖5和电驱动开关底座4上，确保断电后电驱动开关上盖5的导通盘51与电驱动开关底座4分离，从而断开电路。

所述的电驱动开关上盖5还包含一转盘58；所述的断电机构包含：第一铁芯47，其设置在所述电驱动开关底座4的中心471上；第二铁芯514，其设置在所述的导通盘51的中心；弹簧515，其一端连接所述的导通盘51，另一端连接所述的转盘58；线圈57，其与所述的第二铁芯514对应设置，弹簧515、第二铁芯514、第一铁芯47以及线圈57均同心设置，一旦线圈57断电，则导通盘51在弹簧515的拉力作用下与电驱动开关底座4分离，当线圈57通电时，产生磁场，第一铁芯47与第二铁芯514吸合，进而使导通盘51与电驱动开关底座4接触。

本实施例中，所述的电驱动开关上盖5还包含上盖支架，用于确保转盘58只能进行60°旋转的限位槽511和限位销59，以及放置五线四相步进电机513的电机孔512。

本发明还提供了一种开关式的锂离子电池模块的切换方法，包含以下步骤：

S1、判断开关式的锂离子电池模块的工作状态，当锂离子电池模块安全断开时，转至步骤S2；当锂离子电池模块处于通电状态时，不执行任何操作；

S2、使导通盘51旋转到指定位置，对线圈57供电，完成状态切换。

本实施例中，可通过电池管理***BMS来完成流程控制，以及对***工作状态的判断。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种开关式的锂离子电池模块，其特征在于，包含：

N个锂离子电池单体（2）组成的电池模块，其被分成至少两个半电池模块，每个半电池模块分别引出正负极；

电驱动开关底座（4），其输入端分别连接所述各个半电池模块的正负极，其输出端用于输出所述的多个半电池模块串联或并联后的电压结果；

电驱动开关上盖（5），其连接所述电驱动开关底座（4），通过调整电驱动开关上盖（5）与电驱动开关底座（4）的相对位置，使得多个半电池模块之间实行串并联切换。

2.如权利要求1所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于，还包含：

框架机构（1），用于固定所述的电池模块，并将电池模块分成所述的至少两个半电池模块。

3.如权利要求1或2所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于：

所述的电池模块被分成两个各自包含N/2个锂离子电池单体的第一半电池模块以及第二半电池模块。

4.如权利要求3所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于：

所述的电驱动开关底座（4）分别通过多个高压连接组件（3）连接到所述各个半电池模块的正负极。

5.如权利要求4所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于：

每个所述的高压连接组件（3）分别包含冷压端子（31）和母线（32）。

6.如权利要求3所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于：

其中，所述的电驱动开关底座（4）上设有：

第一输入正端（411a），其连接所述的第一半电池模块的正极；

第一输入负端（412a），其连接所述的第一半电池模块的负极；

第二输入正端（421a），其连接所述的第二半电池模块的正极；

第二输入负端（422a），其连接所述的第二半电池模块的负极；

输出正（43），其与所述的第一输入正端（411a）导通；

输出负（44），其与所述的第二输入负端（422a）导通；

其中，所述的电驱动开关上盖（5）包含一导通盘（51），且该导通盘（51）上设有：

第一电接口（54），其与所述电驱动开关底座（4）上的第一输入正端（411a）对应设置；

第二电接口（53），其与所述电驱动开关底座（4）上的第二输入正端（421a）对应设置，且其与所述的第一电接口（54）导通；

第三电接口（55），其与所述电驱动开关底座（4）上的第一输入负端（412a）对应设置；

第四电接口（56），其与所述电驱动开关底座（4）上的第二输入负端（422a）对应设置，且其与所述的第三电接口（55）导通；

所述的电驱动开关上盖（5）在所述电驱动开关底座（4）上具有两个定位点；当电驱动开关上盖（5）位于第一定位点时，所述的第一电接口（54）、第二电接口（53）、第三电接口（55）、第四电接口（56）分别与所述的第一输入正端（411a）、第二输入正端（421a）、第一输入负端（412a）以及第二输入负端（422a）对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于并联状态，电驱动开关底座（4）的输出端输出并联电压，当电驱动开关上盖（5）位于第二定位点时，第一电接口（54）与第二输入正端（421a）对应接触，第二电接口（53）与第一输入负端（412a）对应接触，此时第一半电池模块与第二半电池模块处于串联状态，电驱动开关底座（4）的输出端输出串联电压。

7.如权利要求6所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于：

所述电驱动开关上盖（5）的旋转由五线四相步进电机（513）进行控制。

8.如权利要求6所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于，还包含：

断电机构，其设置在所述的电驱动开关上盖（5）和电驱动开关底座（4）上，确保断电后电驱动开关上盖（5）的导通盘（51）与电驱动开关底座（4）分离，从而断开电路。

9.如权利要求8所述的开关式的锂离子电池模块，其特征在于，所述的电驱动开关上盖（5）还包含一转盘（58）；所述的断电机构包含：

第一铁芯（47），其设置在所述电驱动开关底座（4）上；

第二铁芯（514），其设置在所述的导通盘（51）上；

弹簧（515），其一端连接所述的导通盘（51），另一端连接所述的转盘（58）；

线圈（57），其与所述的第二铁芯（514）对应设置，一旦线圈（57）断电，则导通盘（51）在弹簧（515）的拉力作用下与电驱动开关底座（4）分离，当线圈（57）通电时，产生磁场，第一铁芯（47）与第二铁芯（514）吸合，进而使导通盘（51）与电驱动开关底座（4）接触。

10.一种开关式的锂离子电池模块的切换方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、判断开关式的锂离子电池模块的工作状态，当锂离子电池模块安全断开时，转至步骤S2；当锂离子电池模块处于通电状态时，不执行任何操作；

S2、使导通盘（51）旋转到指定位置，对线圈（57）供电，完成状态切换。