CN114497772B - 一种电池控制电路、电池控制方法及电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池控制电路、电池控制方法及电池，该电池包括电池本体，所述电池本体包括多个正极片和多个负极片，所述正极片与所述电池本体的正极连接端之间和/或所述负极片与所述电池本体的负极连接端之间设置有单向导通模块，该单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一、二电控组件并联连接；当电池处于充电状态时，所述第一电控组件单向导通；当电池处于放电状态时，所述第二电控组件单向导通，使故障极片在发生短路的初始阶段，就能杜绝非故障极片对故障极片的加剧，抑制故障极片和电池的迅速恶化，从而避免了电池温度激增、产气、膨胀等，避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果。

Description

一种电池控制电路、电池控制方法及电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池控制电路、电池控制方法及电池。

背景技术

随着锂离子电池行业的发展，锂离子电池应用越来越广，作为一种重要的储能器件，锂离子电池吸引了越来越多的关注。锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、长循环寿命等优异的性能，使得其广泛应用于3C数码产品、新能源汽车、储能等领域。

如何更好的提升电池的安全性是电池领域一直研究的内容。现有的电池在结构制造工艺上仍然存在安全性问题。通过对电池单体的内部结构研究和分析，电池本体内部的短路往往发生在极少数故障极片上，结合图1所示现有技术中的电池本体结构，包括电池本体1，该电池本体1包括相互堆叠排列的多个正极片2和多个负极片3；以故障极片20引起电池本体内部发生短路为例，其余极片均为非故障极片；如图1所示，电池内部发生短路后，故障极片20产生故障短路电流201和流向故障极片20的反向电流202,此时其余的非故障极片产生的正常电流200会流向反向电流202，进而加剧故障极片的短路电流和热量，引发电池本体的放电及发热，从而进一步使得整个电池单体进入失控状态；或者当电池受到较严重的外部损伤时，也会导致电池正、负极片的短路，发热量激增，使电池进入失控状态，产生着火、***的风险，严重时还会引发连锁反应，导致临近电池的失控和燃烧，安全性问题很难得到保障。

针对上述问题，目前现有技术所采取的方案通常是通过检测电池本体的电压、温度等参数及电池的鼓包情况，将整组电池或电芯进行整体“切断”控制，但是即使进行了切断控制，电池实际已经发生了故障，导致相关控制较为滞后，仍然存在较高的安全性问题。

如申请号为：CN113533970A的中国专利公开了一种铅酸蓄电池状态在线监测***，该技术通过检测电池的温度和鼓包情况，控制相关的电池输出电路切断，从而保护电池单体的安全。该方案提出了相应的保护电路，但是其检测信息为温度和鼓包情况，当情况发生时，电池实际已经发生了故障，导致相关控制较为迟后，仍然存在较高的安全性问题。另外，该控制电路为电池单体之外，无法及时从电池内部检测和控制相关故障。

再如申请号为CN110767925B的中国专利公开了一种具有安全保护***的双极性电池堆及其安全运行方法，该技术对双极性电池堆的内部极片短路问题，设计了控制电路使故障极片旁路短路，从而将故障极片排除出电池单体，保证整个电池的安全性。该方式是针对于双极性、高电压的电池堆，无法应用于现行常见单极性电池。在检测方式上，检测各电池极片单元的电压、温度、气氛、压力等参数，这些参数的产生和检出，证明故障已经发生且已经造成一定的不良后果，存在滞后性，电池仍存在较高的安全性问题。

因此，针对目前现有技术中电池存在的一系列问题，尤其是在电池的正常充放电过程中，如何更好的提升电池的安全性问题，一直是本领域研发人员头疼的一个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电池控制电路、电池控制方法及电池，通过电池本体内的电池控制电路中设置的单向导通模块，使故障极片在发生短路时，就能及时杜绝非故障极片对故障极片的加剧，抑制极片和电池的迅速恶化，从而避免了电池温度激增、产气、膨胀等问题，避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果，进而解决了现有技术中因存在控制滞后性而引发的安全性不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种电池控制电路，所述电池包括电池本体，所述电池本体包括多个正极片和多个负极片，所述正极片与所述电池本体的正极连接端之间和/或所述负极片与所述电池本体的负极连接端之间设置有单向导通模块，所述单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一电控组件与所述第二电控组件并联连接；

其中，当电池处于充电状态时，所述第一电控组件单向导通，所述第二电控组件截止电流流通；当电池处于放电状态时，所述第二电控组件单向导通电流，所述第一电控组件截止电流流通。

进一步地，所述单向导通模块还包括用于电流输入或输出的第一端、用于电流输出或输入的第二端和用于切换电流方向的控制端。

进一步地，所述第一电控组件为第一三极管，所述第二电控组件为第二三极管，所述第一、第二三极管的基极与所述控制端连接。

进一步地，所述第一电控组件为串联连接的第一继电器和第一二极管，所述第二电控组件为串联连接的第二继电器和第二二极管，所述第一、第二继电器与所述控制端连接。

进一步地，任意所述正极片与所述正极连接端之间均设置有所述单向导通模块；任意所述负极片与所述负极连接端之间均设置有所述单向导通模块。

本发明另一实施例提供了一种电池控制方法，包括上述任意一项所述的电池控制电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S01：在电池的正极片与正极连接端之间和/或负极片与负极连接端之间设置单向导通模块，所述单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一电控组件与所述第二电控组件并联连接；

步骤S02：当电池处于充电状态时，控制所述第一电控组件单向导通电流，控制所述第二电控组件截止电流流通；当电池处于放电状态时，控制所述第二电控组件单向导通，控制所述第一电控组件截止电流流通。

进一步地，所述步骤S02中还包括：当电池处于不工作状态时，控制所述第一电控组件和第二电控组件都截止电流流通。

本发明另一实施例提供了一种电池，包括上述任意一项所述的电池控制电路，所述电池控制电路设置在电池本体内。

进一步地，所述单向导通模块采用耐腐蚀材料制作，或者涂覆有防腐蚀保护层。

进一步地，所述电池采用铝塑膜封装，所述单向导通模块封装在铝塑膜封装边内。

本发明的有益效果：

本发明通过电池本体内的电池控制电路中的用于控制电流方向的单向导通模块，使故障极片在发生短路时，就能及时杜绝非故障极片对故障极片的加剧，抑制故障极片和电池的迅速恶化，从而避免了电池温度激增、产气、膨胀等问题，避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果。

具体地，通过将单向导通模块设置在正极片与正极连接端之间和/或负极片与负极连接端之间，即是说将单向导通模块设置在了电池本体的内部，当单向导通模块连接的正、负极片在发生内短路时，通过并联连接的第一电控组件和第二电控组件，将流向故障极片的反向电流截止流通，杜绝非故障极片对故障极片短路电流的加剧，抑制了故障极片和电池的迅速恶化，从而避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果。再者，本发明通过当电池本体处于充电状态时，所述第一电控组件单向导通，所述第二电控组件截止电流流通；当电池本体处于放电状态时，所述第二电控组件单向导通电流，所述第一电控组件截止电流流通，保证电流的正常流动，还有当电池本体处于不工作静止状态时，单向导通模块切换成双向截止状态，进一步保障了电池的整体安全性能。

另外，本申请尤其是在存在故障极片的情况下，通过单向导通模块将流向故障极片的反向电流单向切断后，其余非故障极片仍能够正常工作，不仅保证安全性的同时，也带来了使用上的极大方便。

附图说明

以下附图是用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，且仅旨在于对本发明做示意性的解释和说明，并非用以限制本发明的范围。在附图中：

图1为现有技术中的电池本体在发生内短路后电流方向示意图；

图2为本申请实施例中的一种电池控制电路在正常放电时的电流方向示意图；

图3为本申请实施例中的一种电池控制电路在发生内短路时的电流方向示意图；

图4为本申请实施例中的单向导通模块的结构示意图；

图5为本申请另一实施例中的单向导通模块的结构示意图；

图6为本申请另一实施例中的单向导通模块的结构示意图；

图7为本申请另一实施例中的一种电池控制方法流程图。

附图标记：

1、电池本体；2、正极片；20、故障极片；200、正常电流；201、故障短路电流方向；202、反向电流；3、负极片；4、单向导通模块；41、第一端；42、第二端；43、控制端；5、正极连接端；6、负极连接端；7、第一电控组件；71、第一三极管；72、第一继电器；73、第一二极管；8、第二电控组件；81、第二三极管；82、第二继电器；83、第二二极管；11、负极；12、正极。

具体实施方式

下面将以图示揭露本申请的若干个实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，构成本申请的一部分说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明是用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下、左、右等方向均是以本申请实施例图1所示的上、下、左、右等方向为准，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应随之改变。本申请使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以互相结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求保护的范围之内。

实施例一

如图2至图4所示，本实施例中的一种电池控制电路设置在电池本体1内，该电池本体包括多个正极片2和多个负极片3，在任意一个正极片2与电池本体的正极连接端5之间和任意一个负极片与电池本体的负极连接端6之间均设置有单向导通模块4，该单向导通模块4包括用于电流输入或输出的第一端41、用于电流输出或输入的第二端42和用于切换电流方向的控制端43。进一步地，本实施例中的单向导通模块4还包括并联连接的第一电控组件7和第二电控组件8，通过该第一、二电控组件用于导通、截止单向导通模块的电流。

需要说明的是，本实施例中的单向导通模块优选但不限于均设置在任意一个正极片与正极连接端之间和任意一个负极片与负极连接端之间，还可以仅在正极片与正极连接端之间或负极片与负极连接端之间设置，或者两个及以上正极片或负极片共用一个单向导通模块。再者，本实施例中的正、负极连接端分别与电池本体的正极12、负极11电连接；单向导通模块的控制端与BMS电池管理***连接，以实现输入控制信号。

利用本实施例的技术方案，本实施例通过设置在电池本体内的电池控制电路中的单向导通模块，使电池本体在正常充放电过程中，通过第一电控组件或第二电控组件控制电路的单向导通正常电流或截止反向电流，能够始终持续控制电流方向；即使电池本体内突然间发生有故障极片，由于单向导通模块通过第一电控组件、第二电控组件具有单向导通正常电流和截止反向电流的功能，故单向导通模块能够充分实施截断如图1所示的反向电流202的流通，进而避免故障短路电流201的加剧而造成的一系列的问题，且单向导通模块能够实现在出现故障极片的同时，及时杜绝非故障极片对故障极片的加剧，抑制极片和电池的迅速恶化，从而避免了当存在故障极片时造成的滞后安全问题，避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果；

需要说明的是，当电池本体处于不工作静止状态时(即处于不充电不放电的静止状态)，单向导通模块切换成双向截止电流导通状态，即是说能够及时截断所有非故障极片放电电流之和(即如图1所示的反向电流)，进一步避免了当存在故障极片时造成的滞后安全问题，大大提高了电池的安全性能。

具体地，通过将单向导通模块均设置在正极片与正极连接端之间和负极片与负极连接端之间，即是说将单向导通模块设置在了电池本体的内部，保障了将单向导通模块连接的正、负极片在发生内短路时，直接截断了反向电流的流通，杜绝非故障极片对故障极片短路点的加剧，抑制极片和电池的迅速恶化，从而避免电池进入失控状态，达到更好的提高电池安全性的有益效果；再者，在电池正常充放电时，通过控制端输入控制信号，切换单向导通成与正常电流方向一致的方向，保证电流的正常流动；在不工作时，单向导通模块切换成双向截止状态，还可以进一步提高安全性。

结合图3所示，在故障极片20发生内短路时，单向导通模块可以保证其所连接的极片不发生反向电流，非故障极片不会增加故障极片短路点的电流，而不会造成激化恶化，从初始阶段就及时截断了危险的发生，从而解决了现有技术中因存在滞后性而导致的电池仍存在较高的安全性问题。

实施例二

如图5所示，本实施例是在实施例一的基础上，作为一种优选的实施方式，本实施例中的第一电控组件7为第一三极管71，第二电控组件8为第二三极管81，该第一、二三极管的基极与控制端连接，以使起到控制输入控制信号的作用。

需要说明的是，本实施例中的单向导通模块由两个同型号三极管的集电极和发射极互为反接构成，两个反接点分别接到电流输入/输出线和集流体极片引出上，两个三极管的基极分别接到单向导通模块的控制端(本实施例的控制端包括第一控制端和第二控制端)上。在正常放电时，控制第一三极管导通，第二三极管截止，此时负极片连接的单向导通模块只具备向负极极片流动电流的单向导通性能，正极极片连接的单向导通模块只具备向正极连接端流动电流的单向导通性能，由此实现电池内部电路的单向导通能力和安全保护能力。在正常充电时，控制第一三极管截止，第二三极管导通，可以实现充电的单向导通和安全保护。当有故障极片发生内短路时，单向导通模块就会起作用，仍能保障非故障极片的正常工作，保护电池内部电流的正确流动方向，以确保更好的提高电池的安全性能。

再者，本实施例中的单向导通模块中的两个三极管还可以为不同型号的三极管，如第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为PNP型三极管，此时的电流方向控制信号可由同一根线的高低电平实现，即高电平信号实现第一三极管的第一方向电流单向导通，低电平信号实现第二三极管的第二方向电流单向导通。

实施例三

如图6所示，本实施例是在实施例一的基础上，作为一种优选的实施方式，本实施例中的第一电控组件7包括第一继电器72和第一二极管73，该第一继电器72和第一二极管73的连接为串联连接；第二电控组件8包括第二继电器82和第二二极管83，该第二继电器82和第二二极管83的连接为串联连接。其中，第一、二继电器与控制端连接。

需要说明的是，本实施例中的第一、二继电器及第一、二二极管均为现有技术中常用的低压继电器和二极管，故在此不过多赘述。

实施例四

本实施例提供了一种电池，该电池包括上述实施例一、实施例二及实施例三中的任意所述的电池控制电路，该电池控制电路设置在电池本体内，该电池外部输出有正极、负极和方向控制信号线。通过应用电池控制电路的单向导通模块，当给方向控制信号线输入一个方向控制信号时，电池的正极和负极只能组成放电回路，无法进行充电；当输入另一个方向控制信号时，正极和负极只能组成充电回路，无法进行放电。本实施例中的单向导通模块采用耐腐蚀材料制作，或者涂覆有防腐蚀保护层，并封装在电池内部，以使单向导通模块不与电解质接触腐蚀。

实施例五

如图7所示，本实施例提供了一种电池控制方法，包括实施例一中所述的电池控制电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S01：在电池的正极片与正极连接端之间和/或负极片与负极连接端之间设置单向导通模块，所述单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一电控组件与所述第二电控组件并联连接；

步骤S02：当电池处于充电状态时，控制所述第一电控组件单向导通电流，控制所述第二电控组件截止电流流通；当电池处于放电状态时，控制所述第二电控组件单向导通，控制所述第一电控组件截止电流流通。

实施例六

本实施例提供了一种电池，该电池包括上述实施例一、实施例二及实施例三中的任意所述的电池控制电路，该电池控制电路设置在电池本体内，该电池外部输出有正极、负极和方向控制信号线。通过应用电池控制电路的单向导通模块，当给方向控制信号线输入一个方向控制信号时，电池的正极和负极只能组成放电回路，无法进行充电；当输入另一个方向控制信号时，正极和负极只能组成充电回路，无法进行放电。本实施例中的电池还包括电池封装结构，该电池封装结构采用铝塑膜封装，所述单向导通模块封装在铝塑膜封装边内，以使单向导通模块不与电解质接触腐蚀。

需要说明的是，本实施例中的电池应用于电池集成***中，可受控制中心统一管理控制。电池的方向信号控制线受到控制信号，使单向导通模块处于双向截止状态，隔绝极片的电流输出，防止本电池对其他电池产生影响。当外界传感器检测到接近火源，电池集成***的控制中心为降低风险，控制所有或部分电池停止输出电流，单向导通模块切换成双向截止状态，可以最大程度的降低风险，并且在故障发生的最开始阶段就能实现控制，极大的提高了电池的安全性。同时降低了电池极片制造过程中的一致性、瑕疵等要求，对于提高电池良品率，降低生产成本也具有重大意义。

上述说明示出并描述了本申请的优选实施方式，但如前对象，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文对象构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池控制电路，所述电池包括电池本体，所述电池本体包括多个正极片和多个负极片，其特征在于，所述正极片与所述电池本体的正极连接端之间和所述负极片与所述电池本体的负极连接端之间设置有单向导通模块，所述单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一电控组件与所述第二电控组件并联连接；

其中，当电池处于充电状态时，所述第一电控组件单向导通，所述第二电控组件截止电流流通；当电池处于放电状态时，所述第二电控组件单向导通电流，所述第一电控组件截止电流流通；

所述单向导通模块还包括用于电流输入或输出的第一端、用于电流输出或输入的第二端和用于切换电流方向的控制端，通过控制端输入控制信号。

2.如权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述第一电控组件为第一三极管，所述第二电控组件为第二三极管，所述第一、第二三极管的基极与所述控制端连接。

3.如权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，所述第一电控组件为串联连接的第一继电器和第一二极管，所述第二电控组件为串联连接的第二继电器和第二二极管，所述第一、第二继电器与所述控制端连接。

4.如权利要求1所述的电池控制电路，其特征在于，任意所述正极片与所述正极连接端之间均设置有所述单向导通模块；任意所述负极片与所述负极连接端之间均设置有所述单向导通模块。

5.一种电池控制方法，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的电池控制电路，所述方法包括以下步骤：

步骤S01：在电池的正极片与正极连接端之间和负极片与负极连接端之间设置单向导通模块，所述单向导通模块包括第一电控组件和第二电控组件，所述第一电控组件与所述第二电控组件并联连接；

步骤S02：当电池处于充电状态时，控制所述第一电控组件单向导通电流，控制所述第二电控组件截止电流流通；当电池处于放电状态时，控制所述第二电控组件单向导通，控制所述第一电控组件截止电流流通。

6.如权利要求5所述的电池控制方法，其特征在于，所述步骤S02中还包括：当电池处于不工作状态时，控制所述第一电控组件和第二电控组件都截止电流流通。

7.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的电池控制电路，所述电池控制电路设置在电池本体内。

8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述单向导通模块采用耐腐蚀材料制作，或者涂覆有防腐蚀保护层。

9.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电池采用铝塑膜封装，所述单向导通模块封装在铝塑膜封装边内。