[发明专利]一种大容量电池系统安全断路保护控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及大容量锂离子电池技术领域，特别与一种大容量电池系统安全断路保护控制系统有关。

背景技术

我国能源产业大发展的形势下，无论是电动车能源和特种行业及通讯产业对高能量大功率的化学电源在开始广泛使用，特别是对大容量锂离子电池组电源行业使用也提出了更高的要求目前。国内外的产业化高能特大容量聚合物锂离子电池电源方案的设计中，其电池组的安全保护系统工艺大多数是以检测信号到控制为主，而电池的温度信号和电池的电压信号往往是不同步的，电流复杂的开关信号是不能随电池组的工作寿命循环次数的变化而改变，传统的信号控制都难以实现从化学电源事发的源头控制，在目前如何在各行业安全使用大容量串并联组合电池就成为需要解决重点的难题之一。

聚合物锂离子电池在形成装入壳体的电池组的串并联过程中，发生失效和电池内部的热失控而引发的安全事故，从电池内部源头来说一般有过充、电池内部锂枝晶和析氧反应和滥用使用等方式造成。从电池外部源头来说一般有短路、过放、电源管理系统失效、滥用使用等方式造成。该电池系统安全断开工艺的设置是根据电源结构和使用环境不同选择不同的安全保护断路模式来实现的。从电池内部来看应该从通过电芯的温度变化建立温变安全隔离系统解决化学电源安全属性本源的问题。从电池外部来看，应该从通过电池模块和电池组的电流变化建立因电流负载过大熔断的安全隔离系统，解决短路、过放、电源管理系统失效、滥用使用等故事发生，形成电池模块最小单元及电源总输出和分输出外部电路中的安全控制节点，排除电池外部损坏带来安全属性的问题。

采用大容量电池系统的内部安全断路保护自动控制工艺，就必须结合电池内部的变化来解决根本性问题，所以考虑使用PTC隔膜隔离片。PTC隔膜隔离片是采用一种电阻随温度的升高而增加的材料制成，也就是说PTC隔膜隔离片具有正温度系数PTC效应(Positive Temperature Coefficient)，由此利用PTC隔膜隔离片实现对大容量电池内部安全管理和控制。另外，电池外部各种因素引发的安全失效而对电源系统的破坏十分严重，也是大电池存在的安全系统问题之一。

因此，在聚合物锂离子大容量电池组组合连接复杂结构的设计过程中，在使用过程上受到诸多限制条件下，使用大容量电池的系统安全断路保护自动控制系统对于目前解决“高能量、高功率、大电流”聚合物锂离子动力电池安全系统优化设计是十分有意义的。

发明内容

本发明的目的和要解决的技术问题是：针对现有高容量、高功率、大电流工作负载的聚合物锂离子电池组在内外系统连接安全保护技术上存在的问题，提出一种适合于在各种大电流、高容量动力和储能聚合物锂离子大容量电池组工作条件下，采用两种断路保护方式解决电池内部和电池组外部串并联系统在发生由于电芯和电池组产生短路或其他因素带来安全隐患。

为了实现上述目的解决问题，本发明采用的技术方案是：

一种大容量电池系统安全断路保护控制系统，包括电池芯输出极片并联组合而成的单电池、PTC隔膜温变断路层、电池组合式熔断器总成；所述的PTC隔膜温变断路层平叠连接电池芯输出极片，所述的电池组合式熔断器总成连接单电池和单电池之间。

所述的PTC隔膜温变断路层包括极片平板连接器、PTC隔膜隔离片、温度传感器；极片平板连接器把PTC隔膜隔离片和电池芯输出极片相间叠合夹紧合成，温度传感器位于电池芯输出极片与PTC隔膜隔离片之间夹紧后点焊连接。

所述的极片平板连接器包括平板连接器上固定板、平板连接器下固定板和非金属紧固件，PTC隔膜隔离片、电池芯输出极片叠合在平板连接器上固定板和平板连接器下固定板之间，平板连接器上固定板和平板连接器下固定板采用非金属紧固件夹紧。

所述的电池组合式熔断器总成包括熔断瓷芯、固定支架、温度传感器，固定支架外接电池组，熔断瓷芯固定与之间，温度传感器通过固定支架与熔断瓷芯夹紧点焊连接为一体。

所述电池组合式熔断器总成上并联连接有电源管理器。

所述电池组内外两部分断路保护均可通过各自温度传感器和电池正负极间电压信号向总控制机发出启动和停止信号。

采用上述方案后，本发明满足于各种大电流、高容量、高倍率动力和储能电池组保护工作条件。本系统通过PTC隔膜温变断路层和组合式熔断器总成两种不同的断路方式，组合完成整体电路的安全保护。