一种电池系统、具有该电池系统的电动汽车及储能系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电池系统，包括并联设置的多个供电回路，每个供电回路具有若干个串联的电池包，每个供电回路设置成在控制单元的控制下能够对用电设备进行供电或切断对用电设备的供电。一种电动汽车，具有所述的电池系统，尤其是动力锂电池系统，或是其他类型的可充电二次电池系统。本实用新型的电池系统也能应用到各种储能系统中。本实用新型有效解决电池系统的在可靠性和安全性、冷却和加热性能及电池保护等方面存在的问题。
【专利说明】
一种电池系统、具有该电池系统的电动汽车及储能系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种电池系统、具有该电池系统的电动汽车及储能系统。
【背景技术】
[0002]现有动力锂电池系统、储能系统等均为单个供电回路架构，如图1所示，由单个独立的电池包组成，其缺点在于，某个电池燃烧将引发相邻电池燃烧，并产生连锁反应，最终使整个电池包燃烧，大量电池燃烧将变得不可控制，将产生极大危害。因此，当某个电池出现过充电或者过放电，以及环境温度低于或者高于工作温度区间时，整个供电回路都必须断路，以避免事故发生，这种保护降低了电池系统的效率，也降低了车辆续航里程。单回路供电架构影响电池系统的可靠性和安全性。
[0003]在电池包结构上，以方形电池为代表，现有的电池包结构是将电池集中放置在同一个箱体内，由于大量电池摆放在同一个箱体内，电池之间排列紧密，一旦某个电池单体发生燃烧，将引发相邻的电池燃烧，再产生连锁反应，导致电池包安全失控，因此，现有的电池包结构缺乏可靠性和安全性。同时，现有的电池包结构的热管理系统极为复杂，各种散热结构件又增大电池包的体积和重量。
[0004]此外，现有动力锂电池系统中的温控系统同时采用冷却系统和加热系统两套系统。冷却系统中，敞开式电池包结构采用气体对流方式，将电池间热量抽出，以此降低电池包内的温度;密封式电池包结构采用蛇形管液体冷却方式，将电池间热量传导给蛇形管的液体，电池包外部的冷却装置使液体冷却，再流回电池包的蛇形管内，重新开始循环。加热系统中，敞开式电池包结构采用电阻丝发热方式，提高电池包内电池的温度;密封式电池包结构中，通过电池包外部的加热装置对液体加热，再流回电池包的蛇形管内，蛇形管内的液体将热量传导给电池，再经过蛇形管流回电池包外部的加热装置，重新开始循环。
[0005]采用与外部气体对流式方式，电池包无法做到防水等级，对流会加速包内电池的燃烧;采用封闭式液体循环方式，蛇形管构件加工和安装困难，占用电池包的内部空间，漏液造成短路，引发严重安全事故。而且，由于现有的电池系统的冷却系统与加热系统是两套不同的子系统，冷却系统无论是采用气体还是液体冷却方式，都使电池包的体积增大，风道或管道结构复杂，制冷效率低。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供电池系统及具有该电池系统的电动汽车，尤其是一种动力锂电池系统及电动汽车，解决电池系统的可靠性和安全性、冷却和加热及电池保护方面存在的问题。
[0007]本实用新型还提供一种具有这种电池系统的储能系统。
[0008]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0009]—种电池系统，包括并联设置的多个供电回路，每个供电回路具有若干个串联的电池包，每个供电回路设置成在控制单元的控制下能够对用电设备进行供电或切断对用电设备的供电。
[0010]进一步地:
[0011]所述电池包具有电池包壳体和设置在所述电池包壳体内的多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池，所述电池包壳体内形成有多个防火隔离舱，每个电池模组分别对应地设置在一个防火隔离舱中。
[0012]所述多个防火隔离舱是通过在所述电池包壳体内设置的多个由防火材料制成的分隔板分隔而形成的。
[0013]所述电池包壳体为金属壳体或者嵌有金属导热部件的绝缘材料的壳体。
[0014]每个防火隔离舱中安装有内部涡流风扇，且每个防火隔离舱在结构上设置成独立的可供气体在内部循环流通的内部气体循环腔，通过所述内部涡流风扇驱动所述防火隔离舱内的气体在内部气体循环腔中循环对流。
[0015]每个防火隔离舱包括外分隔板和内分隔板，所述外分隔板用于分隔相邻的防火隔离舱，所述内分隔板将所述防火隔离舱内部分隔为风扇风道和电池模组风道，所述内部涡流风扇安装在所述内分隔板位于所述风扇风道的那一侧上，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板的一端通过所述内部涡流风扇连通，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板的另一端处直接连通，所述电池模组设置在所述电池模组风道内，所述电池模组风道内的气体通过所述内部涡流风扇的驱动穿过所述内分隔板流通到所述风扇风道中，并从所述内分隔板的另一端处流入所述电池模组风道中，形成气体循环对流。
[0016]所述电池模组风道具有不为电池模组占据的横向空区域和纵向空区域，所述横向空区域与所述风扇风道直接连通，所述纵向空区域位于电池模组的与所述内分隔板相对的那一侧，与所述横向空区域直接连通。
[0017]每个电池模组的电池模组控制单元沿着所述内分隔板的长度方向延伸设置在所述内分隔板朝风扇风道的那一侧上。
[0018]还包括设置在电池包壳体外侧的半导体冷却和加热单元，优选地，对应于每个防火隔离舱设置有一个所述半导体冷却和加热单元，所述半导体冷却和加热单元包括半导体制冷片和与所述半导体制冷片相连的控制电路，所述半导体制冷片通过电池包壳体的热传导与内部的风道形成热交换，通过控制流过所述半导体制冷片的电流方向来对电池包进行冷却或加热。
[0019]还包括安装在所述半导体冷却和加热单元上的散热片。
[0020]还包括设置在所述半导体冷却和加热单元外侧的散热风扇。
[0021]所述电池包壳体为气密封壳体并且设置有抽气/注气阀，所述电池包壳体内通过所述抽气/注气阀抽出了空气并灌注了干燥惰性气体。
[0022]—种电动汽车，具有所述的电池系统。
[0023]一种储能系统，具有所述的电池系统。
[0024]本实用新型的有益效果:
[0025]本实用新型的电池系统采用多供电回路的分布式架构，将现有电池系统的大容量电池包拆分成若干个小容量电池包，将单个电池包的电池数量和电池容量限制在一个安全的、可控的范围内，大大降低了单个大容量电池包可能出现的安全失控风险;且部分供电回路出现故障时，通过其他供电回路仍能够使系统正常工作，而不会对整个系统的运行造成影响，因而显著提高了电池系统的安全性和可靠性。
[0026]进一步地，通过电池包结构设计，使每个电池包划分为多个电池模组，每个电池模组具有一个独立的防火隔离舱，从而在个别电池模组出现燃烧事故将燃烧范围限制在防火隔离舱内，避免蔓延到其它电池模组，从而增强了电池包的安全性和可靠性，并进一步提高了电池系统的安全性、可靠性和稳定性。
[0027]进一步地，使电池包的每个电池模组具有独立的内部气体循环腔，每个电池模组配置有安装在防火隔离舱中的内部涡流风扇，通过内部涡流风扇驱动防火隔离舱结构内的气体循环对流，达到对电池包内部电池工作温度的可靠调节控制。
[0028]进一步地，针对电池包，尤其是针对每个电池模组采用基于半导体制冷片的半导体冷却和加热单元，在防火隔离舱外壳上设置半导体制冷片，通过控制流过半导体制冷片的电流方向完成对电池模组进行冷却或加热的功能。由于该冷却和加热单元全部是采用电子元器件，而没有运动构件，因此该冷却和加热单元具有体积小，控制和安装方便，运行稳定等优点。
[0029]进一步地，在电池模组的外部，尤其是半导体制冷片的外侧设置外部散热风扇，通过外部散热风扇驱动防火隔离舱外部气体循环对流，达到对电池模组内部电池工作温度的调节与控制。
[0030]进一步地，将密封的电池包内的空气抽出，灌注干燥惰性气体，使电池包内部没有燃烧和水汽导电的条件，当电池包内的电池发生燃烧事故时，惰性气体可以有效防止电池内的有机物燃烧，并且，由于是干燥的惰性气体，没有水汽，可以有效防止水汽凝结时可能造成的短路危害。由于惰性气体的隔离作用，还能避免个别电池的燃烧事故引发其它相邻电池燃烧。
[0031]综上，通过多供电回路的分布式架构，减少电池包的电池容量，内外循环系统以及半导体冷却和加热单元控制电池的工作温度，以及在电池包内灌注惰性气体，大大提高电池系统尤其是动力锂电池系统的安全性与可靠性，系统结构简单，性能稳定，具有很好的成本效益。
[0032]本实用新型能够应用于各种可充电二次电池系统，例如:锂离子电池，铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子聚合物电池，燃料电池，超级电容，液流电池等。
【附图说明】
[0033]图1为现有的采用单供电回路架构的动力锂电池系统示意图；
[0034]图2为本实用新型实施例采用多供电回路架构的电池系统示意图；
[0035]图3为本实用新型实施例中的电池包内部结构示意图；
[0036]图4为本实用新型实施例中的电池包内部气体循环原理图(俯视图)；
[0037]图5为本实用新型实施例中的电池包中单个循环腔内外结构示意图；
[0038]图6为本实用新型实施例中的电池包中单个循环腔的俯视示意图；
[0039]图7为本实用新型实施例中的电池包中单个循环腔的正视示意图；
[0040]图8为本实用新型实施例中的半导体冷却和加热系统结构示意图；
[0041]图9为底部安装了本实用新型实施例的电池系统的电动汽车示意图；
[0042]图10为图9所示的电动汽车的侧视示意图；
[0043]图11为本实用新型实施例在电动汽车上的电池系统的电池包安装布置图。
【具体实施方式】
[0044]以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
[0045]参阅图1至图8，在一种实施例中，一种电池系统，尤其是一种动力锂电池系统，其包括并联设置的多个供电回路，每个供电回路具有若干个串联的电池包，每个供电回路设置成在控制单元的控制下能够对用电设备进行供电或切断对用电设备的供电。
[0046]采用多个供电回路架构，可以提高电池系统的可靠性和安全性，当某个供电回路发生故障时，可以切断该供电回路，由其它供电回路继续维持正常工作。每个供电回路可以设置多个电池包，既能减少电池包内电池数量，同时，也能降低电池包的总容量，从而避免单个大容量的电池包可能出现的安全失控问题。
[0047]参阅图1至图8，在优选的实施例中，所述电池包100具有电池包壳体105和设置在所述电池包壳体105内的多个电池模组200，每个电池模组200包括多个单体电池210，所述电池包壳体105内形成有多个防火隔离舱110、120、130，每个电池模组200分别对应地设置在一个防火隔离舱110、120、130中。
[0048]在更优选的实施例中，所述多个防火隔离舱110、120、130是通过在所述电池包壳体105内设置的多个由防火材料制成的分隔板106分隔而形成的。
[0049]在更优选地，在电池模组200中设置有多个温度传感器，所述温度传感器用于测量所述防火隔离舱内电池的温度。所述温度传感器的温度测量信息传递给控制单元，控制单元根据温度测量信息对各电池包及其电池模组进行监控。
[0050]在优选的实施例中，所述电池包壳体105为金属壳体或者嵌有金属导热部件的绝缘材料的壳体。更优选地，可在电池包壳体105内局部嵌入良好的导热材料用于壳内和壳外之间传导热量。
[0051 ]在更优选的实施例中，每个防火隔离舱110、120、130中安装有内部涡流风扇115、125、135，且每个防火隔离舱110、120、130在结构上设置成独立的可供气体在内部循环流通的内部气体循环腔，通过所述内部涡流风扇115、125、135驱动所述防火隔离舱110、120、130内的气体在内部气体循环腔中循环对流。内部涡流风扇115、125、135可具有风扇罩220。风扇罩220具有出风口 116。
[0052]每个电池模组200位于一个内循环腔中，风道构成一个独立的内循环结构，内部涡流风扇115、125、135驱动内循环腔内的气体沿风道循环流动。电池包100的金属外壳可以起到散热板的作用。
[0053]在进一步优选的实施例中，每个防火隔离舱110、120、130包括外分隔板106和内分隔板230，所述外分隔板106用于分隔相邻的防火隔离舱110、120、130，所述内分隔板230将所述防火隔离舱110、120、130内部分隔为风扇风道和电池模组风道260，所述内部涡流风扇115、125、135安装在所述内分隔板230位于所述风扇风道的那一侧上，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板230的一端通过所述内部涡流风扇115、125、135连通，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板230的另一端处直接连通，所述电池模组200设置在所述电池模组风道260内，所述电池模组风道内的气体通过所述内部涡流风扇115、125、135的驱动穿过所述内分隔板230，通过风扇罩220的出风口 116流通到所述风扇风道中，并从所述内分隔板230的另一端处流入所述电池模组风道中，形成气体循环对流。
[0054]优选地，电池模组风道具有不为电池模组占据的横向空区域240和纵向空区域，横向空区域240与风扇风道直接连通，纵向空区域位于电池模组的与内分隔板230相对的外侧，与横向空区域240直接连通。
[0055 ]优选地，每个电池模组的电池模组控制单元280沿着内分隔板2 30的长度方向延伸设置在内分隔板230朝风扇风道的那一侧上。
[0056]在优选的实施例中，在电池包壳体105外侧还设置有半导体冷却和加热单元118、128、138，更优选地，对应于每个防火隔离舱110、120、130设置有一个所述半导体冷却和加热单元118、128、138，所述半导体冷却和加热单元118、128、138包括半导体制冷片251和与所述半导体制冷片251相连的控制电路(未图示)，半导体制冷片251具有A面252和B面253，根据流过半导体制冷片251的电流方向的不同，A面252和B面253分别作为热面和冷面，或者A面252和B面253分别作为冷面和热面，所述半导体制冷片251通过电池包壳体105的热传导与内部的风道形成热交换，通过控制流过所述半导体制冷片251的电流方向，实现制冷或加热功能，来对电池包100进行降温或加热。
[0057]在更优选的实施例中，在所述半导体冷却和加热单元118、128、138上还安装有散热片255。
[0058]在更优选的实施例中，在所述半导体冷却和加热单元118、128、138外侧还设置有涡流散热风扇258。外部的涡流散热风扇258可以驱动外部气体循环对流，达到对电池包100内部各电池模组200工作温度的控制与调节。
[0059]半导体冷却和加热单元118、128、138上的散热片255和涡流散热风扇与电池包100外部空气形成外部热量循环系统，可尽快热量散发到外部环境中。
[0060]所述电池包壳体105为气密封壳体并且设置有抽气/注气阀，所述电池包壳体105内通过所述抽气/注气阀抽出了空气并灌注了干燥惰性气体。更优选地，内部灌注的惰性气体大于一个标准大气压，以确保电池包在水中浸泡时不会渗漏，内部灌注压强与设计防水等级相关。
[0061 ]在另一种实施例中，一种电动汽车，其可具有前述任一实施例的电池系统。
[0062]在又一种实施例中，一种储能系统，其可具有前述任一实施例的电池系统。
[0063]电池系统可以是各种可充电二次电池系统，例如:锂离子电池，铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子聚合物电池，燃料电池，超级电容，液流电池等。
[0064]参见图9-图11，一种具有动力锂电池系统的电动汽车，优选地，电动汽车400在汽车底盘悬挂架410上安装了本实用新型实施例的动力锂电池系统。电池系统主控制器420安装在车体前端，或者集成在电池包内。动力锂电池系统由数个相同的供电动力回路组成，每个供电动力回路由数个电池包100构成，每个电池包100由数个电池模组200构成，电池包100外部设有与电池模组200数相应的数个半导体冷却和加热单元118、128、138，电池包内灌注惰性气体，防止电池燃烧。
[0065]采用半导体制冷片(“Peltier”)作为核心部件，实现冷却和加热一体化，采用气体作为传导媒介，在封闭的电池包内部中，通过电池包的内部气体循环腔和电池包的外部热循环，完成电池包内部热量和外部环境相互交换，控制电池包内电池的温度在允许的温度区间。
[0066]电池包100采用密封结构，通过电池包壳体105上的抽气/注气阀，抽出电池包内部的空气，然后灌注纯净干燥的惰性气体，优选电池包内保持一个大气压以上。由于电池包内没有氧气只有惰性气体，破坏了电池有机物燃烧条件，当电池发生短路事故时，可以有效阻止电池内有机物质燃烧，防止电池燃烧，还能避免引发其它相邻电池燃烧;电池包内只有干燥的惰性气体，没有潮湿水汽，可以避免水汽凝结时可能产生的短路，从而提高对电池包内部电池的保护作用。
[0067]以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种电池系统，其特征在于，包括并联设置的多个供电回路，每个供电回路具有若干个串联的电池包，每个供电回路设置成在控制单元的控制下能够对用电设备进行供电或切断对用电设备的供电。2.如权利要求1所述的电池系统，其特征在于，所述电池包具有电池包壳体和设置在所述电池包壳体内的多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池，所述电池包壳体内形成有多个防火隔离舱，每个电池模组分别对应地设置在一个防火隔离舱中。3.如权利要求2所述的电池系统，其特征在于，所述多个防火隔离舱是通过在所述电池包壳体内设置的多个防火材料的分隔板分隔而形成的。4.如权利要求3所述的电池系统，其特征在于，每个防火隔离舱中安装有内部涡流风扇，且每个防火隔离舱在结构上设置成独立的可供气体在内部循环流通的内部气体循环腔，通过所述内部涡流风扇驱动所述防火隔离舱内的气体在内部气体循环腔中循环对流。5.如权利要求4所述的电池系统，其特征在于，每个防火隔离舱包括外分隔板和内分隔板，所述外分隔板用于分隔相邻的防火隔离舱，所述内分隔板将所述防火隔离舱内部分隔为风扇风道和电池模组风道，所述内部涡流风扇安装在所述内分隔板位于所述风扇风道的那一侧上，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板的一端通过所述内部涡流风扇连通，所述风扇风道和所述电池模组风道在所述内分隔板的另一端处直接连通，所述电池模组设置在所述电池模组风道内，所述电池模组风道内的气体通过所述内部涡流风扇的驱动穿过所述内分隔板流通到所述风扇风道中，并从所述内分隔板的另一端处流入所述电池模组风道中，形成气体循环对流。6.如权利要求5所述的电池系统，其特征在于，所述电池模组风道具有不为电池模组占据的横向空区域和纵向空区域，所述横向空区域与所述风扇风道直接连通，所述纵向空区域位于电池模组的与所述内分隔板相对的那一侧，与所述横向空区域直接连通，每个电池模组的电池模组控制单元沿着所述内分隔板的长度方向延伸设置在所述内分隔板朝风扇风道的那一侧上。7.如权利要求2至6任一项所述的电池系统，其特征在于，还包括设置在电池包壳体外侧的半导体冷却和加热单元，其中对应于每个防火隔离舱设置有一个所述半导体冷却和加热单元，所述半导体冷却和加热单元包括半导体制冷片和与所述半导体制冷片相连的控制电路，所述半导体制冷片通过电池包壳体的热传导与内部的风道形成热交换，通过控制流过所述半导体制冷片的电流方向来对电池包进行冷却或加热;在所述半导体冷却和加热单元上安装有散热片，在所述半导体冷却和加热单元外侧设置有散热风扇。8.如权利要求2至6任一项所述的电池系统，其特征在于，所述电池包壳体为气密封壳体并且设置有抽气/注气阀，所述电池包壳体内通过所述抽气/注气阀抽出了空气并灌注了干燥惰性气体。9.一种电动汽车，其特征在于，具有如权利要求1至8任一项所述的电池系统。10.—种储能系统，其特征在于，具有如权利要求1至8任一项所述的电池系统。
【文档编号】H01M10/6563GK205621778SQ201620183445
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】吴粤滨
【申请人】曾丹玢