：二次电池组的制作方法

本发明涉及电池领域尤其是一种二次电池组。

比较常用的二次电池组有铅酸电池组、锂二次电池组以及镍氢电池组随着电动自行车、电动摩託车、微型电动汽车、电动轿车、电动大巴、备用电源、储 能电站的发展，对总能量较高的电池组的需求也越来越大由于使用单体大容量电池或低 电压的大容量电池组电流大、导线粗、能量效率低，因此电池组的电压不能做得太低；但从 绝缘、安全性和电子元器件耐压、電池一致性等角度考虑电池组的电压不能做得太高，因 此电池组的容量也不可能太低综合考虑因此需要较高电压、较大容量的电池组。而较高电 压、较大容量的二次电池组的获得一般采用如下两种组合形式组合形式一若干个小容量的单体电池并联成大容量的电池；若 幹个大容量的电 池串联成较高电压的大容量的电池组；组合形式二 直接采用若干个大容量的单体电池串联成较高电压的大容量的电池组。對于组合形式一的二次电池组来说组成二次电池组的每个单体电池由于制造条 件和温度、充放电倍率、荷电态、使用历程等不同，电池嘚容量、内阻、充放电电压和自放电 率等性能彼此存在差异随着使用时间和充放电次数的增加，单体电池之间的一致性逐渐 变差；对于組合形式二的二次电池组来说由于大容量的单体电池内部不管是由多个正、负 极极片并联构成的，还是由单个正、负极极片构成实际仩最终还是相当于组合形式一中的 若干个小容量的单体电池并联，因此随着使用时间和充放电次数的增加电池内部极片和 材料之间的一致性也在逐步变差。另外电池在充放电过程中是存在极化的极化分为欧姆极化、电化学极化、浓差极 化三类。影响极化程度的因素很多但一般情况下充放电电流密度越大，极化也就越大因 此放电电流越大时，电池的放电电压越低；充电电流越大时电池的充电电压越高。图1为两只单体电池并联示意图对于新的电池组来说，单体电池的容量在组合 之前要经过严格的筛选每个单体电池的电压也基本上楿同，而电池的内阻、连接电阻、不 同倍率下的充放电平台等相对是不易控制的因此为了分析的方便，图1中做如下假设 两只单体电池初始端电压一样荷电态都为100% ；两只单体电池并联后以总电流为恒定 100A(100% )的电流放电；两只单体电池各以50A(50% )的放电电流，相同的放电终止电 压下放電容量相同；由于内阻、连接电阻等一致性方面原因导致两只电池的放电平台(放 电时的动态电压)相差较大，假设电池A的放电平台比电池B嘚放电平台高0.3V则两只 单体电池并联放电时放电电流百分比与放电时间进度的曲线一般如图2所示。如图2所示在放电初期，放电平台高的電池A的放电电流会大于放电平台低的电 池B的放电电流即放电初期，电池A的放电电流会大于50A(50% )的平均放电电流或称 为与容量成正比的电流，而电池B的放电电流会小于50A(50% )的平均放电电流；在放电末期放电平台高的电池A的放电电流会小于放电平台低的电池B的放电电流，即放电末期电池A的放电电流会小于平均放电电流，电池B的放电电流会大于平均放电电流其原因在于，单体电池并联充放电过程中正常情况下根据电工学原理，每只单体 电池的端电压是一样的因此在放电初期，由于同样电流下电池A的放电平台比电池B的放 电平台高只有电池A的放电电流相对大时，电池A的极化才能相对较大电池A的放电电 压才能降低0. 3V左右，这样才能保证放电初期电池A和电池B的端电压一致因此放電初 期，放电平台高的电池A的放电电流必然会大于平均电流理论上分析，极端情况下电池A 的放电电流都有可能接近100%随着放电的进行，甴于开始时电池A的放电电流大其放 出的容量比电池B的多得越来越多，电池A的荷电态也就越来越低荷电态对应的电压也就 越来越低，为叻保证电池A的端电压和电池B的端电压一致电池A的放电电流和极化也就 越来越小，而电池B的放电电流也就越来越大理论上分析，极端情況下放电末期电池B的 放电电流也有可能接近100%同理，对初始端电压一样荷电态都为0 %，在平均充电电流和同样的充电截止电 压等相同充电條件下充电容量相同但是由于内阻、连接电阻等一致性方面原因，导致电池 的充电平台(充电时的动态电压)相差较大的两只单体电池并联充电时会出现充电平台高 的电池充电电流开始会小于平均电流但随后其充电电流会越来越大，甚至会出现大于平 均电流的现象因此不管是组合形式一还是组合形式二，均会由于并联电池或并联极片之间充放 电平台、内阻、容量、使用次数等的不一致导致电流密度分布的鈈一致这又将进一步导致 电池或极片之间使用条件的不一致，从而更加导致电池或极片有时电流密度大、发热、放电 平台变低、充电平囼变高、循环性能变差等情况出现由于循环末期电池或极片之间的一致 性在变差，电流密度分布也就越不一致因此在循环末期，电池性能的衰减是加剧的可见并联电池之间电流密度分布的不一致性主要是由并联电池的数量、并联电池 之间充放电平台差和电池不同电流丅充放电特性等决定。因此并联电池数量越多或并联极 片数量越多也就是单体电池容量越大充放电时并联单体电池之间或电池内部电流密度差 异就可能越大。这是大容量单体电池或小容量电池并联成大容量电池的性能远不如类似工 艺条件制得的小容量电池的性能特别是茬循环的末期差距更加明显的一个重要原因；也 是大容量单体电池或大容量电池有时在小倍率电流下循环性能好，但相对于类似工艺条件 淛得的小容量电池大倍率电流循环性能不好的一个重要原因。因此对于大容量电池不建 议采用快速大电流充电和大电流放电另外可知，高功率大容量电池组对电池的一致性要 求更高对设备、材料等的要求也更高。对于锂二次电池组而言由于锂二次电池一旦被过充电戓过放电，电池就可能会 被损坏出现电池容量降低、循环寿命减少等情况，严重时还会发生爆炸和燃烧的现象因 此锂二次电池组在使鼡时一般采用电池管理系统对锂二次电池组中每一只单体电池进行 过充电和过放电保护。对于组合形式一电池管理系统从成本和可靠性栲虑不可能对每只 单体电池的电流进行监控，另外即使能做到监控也不是从根本上改善上述问题。对于组合形式二中的大容量单体电池类似于并联单体电池之间的电流密度分布 不均的现象可能会更为严重，因为大容量单体电池极片的状态如面密度、厚度等，及常用 的焊接方式如超声波焊接、电阻点焊、激光焊、铆接、螺接等，与小容量电池相比都更难保证所有极片的一致性从而导致极片之间的差異会更大，最终导致大容量单体电池内部电流密度分布可能更为不均而在制造大容量单体电池过程中，由于粉尘、毛刺、铁屑、水份等 雜质隔膜亮点、极片亮点、负极极片露箔等缺陷，以及设备的精度和稳定性等的影响都会 使电池制造过程中的不良率与电池容量的大小荿正相关的关系甚至是指数的关系，因此 大容量单体电池的制造合格率远低于小容量电池另外，大容量单体电池由于内部短路和 滥用等易导致热量聚集甚至热失控而产生安全性问题；大电流充放电时的散热性能；自放 电的可检测性；控制电池的一致性从统计学的角度是控制电池的离散性由于大容量电池 的数量少筛选时可供选择的余地相对就少，以及大容量电池尺寸的通用性等多方面因素都 限制了大容量单体电池即组合形式二的应用解决上述问题虽然提高单体电池的性能是相当关键的，但根据上述分析可以看 出即使电池组中每一只單体电池在正常的工作条件下性能很好，在使用过程中由于电池 管理系统的保护也没有过充电、过放电等情况发生但如果设计方案选择鈈科学，即使有很 好的单体电池电池组还会很容易损坏，电池组的性能甚至可能会远不如性能最差的单体 电池的因此认为提高单体电池整体循环性能就必然会提高电池组循环性能的观点是片面 的，还应该在提高电池倍率性能和一致性上下功夫这样取得的效果可能会比婲费大量的 力量来提高单体电池整体循环性能所能取得的效果要好的多。另外正确地设计和采用合乎 科学理念而又实用有效的设计方案將会极大的改善电池组的性能。上述问题正是二次电池组在电动汽车、储能电站等需要高能量、大电流充放电、长 循环寿命的电池组方面應用的一个重要瓶颈

发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种新的二次电池组，以改善二次电池组的组 合形式一和组合形式二中噫出现的单体电池之间或电池内部电流密度分布不均、电池发 热、循环性能差、循环末期电池容量快速衰减等问题本发明解决上述技术問题的技术方案如下一种二次电池组，包括多个相互并联 的电池组单元所述每个电池组单元由至少2个二次电池串联组成。采用上述二次電池组的有益效果是由于至少2个二次电池串联使得单个电池 的放电平台、内阻、连接电阻等对串联回路的影响较小，从而使电池电流密喥分布的一致性 得到改善从而改善了电池发热、电池循环性能差、循环末期电池容量快速衰减等问题，提 高了电池性能且大电流连接點的数量少，电池安全性能好在上述技术方案的基础上，本发明二次电池组还可以做如下改进进一步，至少2个电池组单元之间相互并聯并组成一个电池组模块多个电池组 模块之间相互串联。采用上述进一步方案的有益效果是可降低单个电池对串联电路的影响模块化設 计，且能达到用电设备对电池组能量的要求进一步，所述二次电池由电池容量比其更小的单体二次电池并联构成并联电池 数最多为35個。采用上述进一步方案的有益效果是并联电池数小于等于35时在单体电池设计 合理、单体电池大电流充放电性能较好、单体电池容量较尛、使用时的平均充放电电流倍率较小的情况下，由于并联电池数量相对较少并联电池之间的电流密度分布不均还不至于 产生很坏影响，但电池组的组合形式可以简化成本可以降低，实现电池成本和性能的有效

纟口口进一步，所述单体二次电池为单体铅酸二次电池所述单体铅酸二次电池的容量 为 10-200Ah。采用上述进一步方案的有益效果是在现有技术水平上，可以满足铅酸电池组在 安全性、可靠性、可制慥性、成本等方面的综合要求进一步，所述单体二次电池为单体锂二次电池所述单体锂二次电池的容量为 3-30Ah。采用上述进一步方案的有益效果是在现有技术水平上，可以满足锂电池组在安 全性、可靠性、可制造性、成本等方面的综合要求进一步，所述单体二次电池为單体镍氢二次电池所述单体镍氢二次电池的容量 为 5-50Ah。采用上述进一步方案的有益效果是在现有技术水平上，可以满足镍氢电池组在 安铨性、可靠性、可制造性、成本等方面的综合要求

图1为两只单体电池并联示意图；图2为两只单体电池并联放电时放电电流百分比与放电時间进度的曲线图；图3为本发明二次电池组合原理示意图；图4为本发明二次电池组实施例一的电池组合示意图；图5为本发明二次电池组实施例二的电池组合示意图；图6为本发明二次电池组实施例三中的电池组单元示意图；图7为本发明二次电池组实施例三的电池组合示意图；圖8为本发明二次电池组实施例四中的电池组单元示意图；图9为本发明二次电池组实施例四的电池组合示意图。附图中各标号所代表的部件列表如下101、1.

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明并 非用于限定本发明的范围。针对用电设备的高能量要求如果单体电池容量控制在一定的 合理范围内，容量尽可能高一些的话电池数量用得少，组装方便能量密度高，电池所用嘚材料用量及成本 也会较低因此单体电池容量也不能太小，需结合目前的技术水平并从安全性、可靠性、可 制造性、成本等多方面考慮。对铅酸电池组而言单体电池的容量在10-200Ah之间是比较 合理的；对锂二次电池组而言，单体电池的容量在3-30Ah之间是比较合理的；对镍氢电池 組而言单体电池的容量在5-50Ah之间是比较合理的。但由于电动汽车、储能电站等用电 设备需要较高电压的大容量二次电池组其电池组容量甚至要达到IOOOAh以上，有些公司 采用组合形式一时并联的电池数量达到数百个，而前述分析表明不管是组合形式一还是 组合形式二都存在並联单体电池之间或电池内部电流密度分布不均、电池发热、电池循环 性能差，循环末期电池容量快速衰减等问题并且当出现内部短路囷外部短路时还易出现 安全问题，因此有必要用相对小容量的单体电池并采用本发明来达到用电设备的要求现以四只单体电池先串联再並联然后进行放电为例，对本发明的二次电池组的原理进行说明如图3所示，电池A与电池C串联组成第一串联支路电池B与电池D串联组成第 ②串联支路，第一串联支路和第二串联支路并联组成二次电池组假设电池A的放电平台 比电池B的放电平台高0. 3V，并假设电池C与电池D的一致性恏放电平台等相等，即第一 串联支路的放电平台比第二串联支路的放电平台高0. 3V;两条串联支路初始端电压一样 荷电态都为100%;两条串联支路並联后以总电流为恒定100A(100%)的电流放电；两条串 联支路各以50A(50% )的放电电流，相同的放电终止电压下放电容量相同因为电池A的放电平台比电池B的放电平台高0. 3V，电池C与电池D的放电平台 相等所以根据图1以及前述分析可知，在放电初期放电平台高的第一串联支路的放电电 流还是会大於放电平台低的第二串联支路，放电末期放电平台高的第一串联支路的放电 电流还是会小于放电平台低的第二串联支路，但是与图1相仳，其电流密度分布的不均勻 性降低了其原因在于，在放电初期第一串联支路不需要图1中所示的电池A那么大的电 流才能使第一串联支蕗的放电电压降低0. 3V，因为在串联回路中放电电流一样，当电池C 的放电电流大于电池D时电池C的极化就会导致其放电电压低于电池D的放电電压，所以 电池A的放电电压就不需要降低0. 3V 了因此，在放电电流密度的一致性上图3所示的 二次电池的组合形式要好于图1所示的二次电池嘚组合形式。其充电过程同理分析也是如 此因此，当需要用相对小容量的单体电池组合成高电压、大容量二次电池组特别当 使用时充放电倍率较大时，采用本发明的组合形式即多个小容量二次电池串联组成电池 组单元，再由多个电池组单元并联组成二次电池组在并聯之前，串联组成电池组单元所串 联的电池数量越多单个电池的放电平台、内阻、连接电阻等对串联回路的影响就越小，串 联回路和单個电池的电流密度分布的一致性就越好另外考虑到单个二次电池串联组成电池组单元的串联回路中，如果由于一致性 不一样串联回路Φ的落后电池可能会出现过充电或过放电的情况，即使锂二次电池组有 电池管理系统进行过充电和过放电保护也会出现落后电池所在的串联回路容量降低的情 况，当串联数量越多落后电池对电池组总能量造成的损失也就越大。因此针对较高电压的 大容量的电池组的要求综合考虑电池电流密度分布的一致性、电池管理系统的可靠性和 成本，比较好的组合形式为先采用小容量的电池串联成48V左右的小容量的電池组单元再由48V左右的小容量的电池组单元并联成48V左右的大容量的电池组模块，再用48V左 右的大容量的电池组模块串联组合成较高电压的夶容量二次电池组该方案尤其适用于电 动大巴、储能电站等需要高能量和长循环寿命电池组的领域。如果单体电池设计合理、单体电池夶电流充放电性能较好、单体电池容量较小、使 用时的平均充放电电流倍率较小小容量二次电池可以由更小容量的单体二次电池并联构 荿。可并联的电池数量与使用时的平均充放电倍率成反比关系与单体电池大电流充放电 性能成正比关系，即使用时的平均充放电倍率越尛单体电池能承受的充放电倍率越大，可 并联的电池数量越多这样由于使用电流倍率较小，单体电池能承受的电流较大并联电池 数量相对较少，电池之间的电流密度分布不均还不至于产生很坏影响但电池组的组合形 式可以简化，成本可以降低实现电池成本和性能嘚有效结合。本发明的思想对卷绕和叠片工艺选择等单体电池设计、电池组合前的筛选、不同 放电平台的材料的物理混合使用、新旧电池混合使用、不同容量电池的并联使用、电池管理 系统的开发等都有一定的指导作用现以混合动力汽车用345. 6V、40Ah镍氢电池组，通信备用电源用充放电电流为 1000A的48V、3000Ah铅酸电池组纯电动汽车用288V、IOOAh锰酸锂电池组以及充放电额定 功率为500kW的调峰调谷储能电站用768V、2600Ah的钛酸锂电池组为例，对本發明作进一 步详细描述实施例一如图4所示，混合动力汽车用345. 6V、40Ah镍氢电池组中由288个1. 2V、10Ah镍 氢单体电池101串联成345. 6V、IOAh镍氢电池组单元102，再由4个345. 6V、IOAh鎳氢电池 组单元102并联成345. 6V、40Ah镍氢电池组103由于混合动力汽车用电池组充放电时的倍率相当大，本实施例与常规的组合形式 一即由4个1.2V、IOAh镍氢單体电池并联成1.2V、40Ah镍氢电池，再由288个1. 2V、40Ah 镍氢电池串联成345. 6V、40Ah镍氢电池组相比，单体电池之间电流密度分布不均的现象 会得到有效的改善；夲实施例与常规的组合形式二即由288个1. 2V、40Ah镍氢单体电池串 联成345. 6V、40Ah镍氢电池组，相比可以降低电池内部电流密度分布不均的现象，制造合 格率高可靠性高；同时也改善了电池发热、电池循环性能差、循环末期电池容量快速衰减 等问题，且大电流的连接点的数量少电池安铨性能好。实施例二如图5所示通信备用电源用充放电电流为1000A的48V、3000Ah铅酸电池组中， 由15个最大充放电电流能达到5倍率的2V、IOOAh的铅酸单体电池201并聯成2V、1500Ah 铅酸电池202再由24个2V、1500Ah铅酸电池202串联成48V、1500Ah的铅酸电池单元203、 再由2个48V、1500Ah的铅酸电池单元203并联成48V、3000Ah的铅酸电池组204。本实施例与常规的组合形式一即由30个2V、100Ah的铅酸单体电池并联成2V、 3000Ah铅酸电池(正常工作电流为1000A)，再由24个2V、3000Ah铅酸电池串联成48V、 3000Ah的铅酸电池组相比，单体电池之间电鋶密度分布不均的现象会得到有效的改善； 本实施例与常规的组合形式二即由24个2V、3000Ah铅酸单体电池串联成48V、3000Ah的 铅酸电池组，相比可以降低电池内部电流密度分布不均的现象，制造合格率高可靠性高； 同时也改善了电池发热、电池循环性能差、循环末期电池容量快速衰减等问题，且大电流的连接点的数量少电池安全性能好。在本实施例中通信备用电源正常工作时，即使单一串联支路的所有电流 500A (总电流為1000A共2个串联回路并联，电池组的正常充放电倍率较小只有三分之一 倍率)都承担在15个单体电池中的其中一个时，由于单体电池能承受较夶的充放电电流倍 率(5倍率)即500A，单体电池之间的电流密度分布不均还不至于产生很坏影响(组合形 式一电路中的电流为1000A易产生较坏影响)，泹采用本实施例电池组的组合形式可以适 当的简化成本可以降低，实现电池成本和性能的有效结合实施例三 如图6、图7所示，纯电动汽車用288V、IOOAh锰酸锂电池组中由2个3. 7V、12. 5Ah 的锰酸锂单体电池301并联成3. 7V、25Ah锰酸锂电池302，再由13个3. 7V、25Ah锰酸锂电 池302串联成48V、25Ah的锰酸锂电池组单元303再由4个48V、25Ah的錳酸锂电池组单元 303并联成48V、IOOAh的锰酸锂电池组模块304，再由6个48V、IOOAh的锰酸锂电池组模块 304串联成288V、IOOAh锰酸锂电池组305本实施例与常规的组合形式一，即由8个3. 7V、12. 5Ah的锰酸锂单体电池并联成 3. 7V、IOOAh的锰酸锂电池再由78个3. 7V、IOOAh的锰酸锂电池串联成288V、IOOAh锰酸 锂电池组，相比单体电池之间电流密度分布不均的现象会得到有效的改善；本实施例与常 规的组合形式二，即由78个3. 7V、IOOAh的锰酸锂单体电池串联成288V、IOOAh锰酸锂电池 组相比，可以降低电池内蔀电流密度分布不均的现象制造合格率高，可靠性高；同时也改 善了电池发热、电池循环性能差、循环末期电池容量快速衰减等问题苴大电流的连接点的 数量少，电池安全性能好实施例四如图8、图9所示，充放电额定功率为500kW的调峰调谷储能电站用768V、2600Ah 的钛酸锂电池组中甴34个最大充放电电流能达到9倍率的2. 4V、3Ah钛酸锂单体电池401 并联成2. 4V、IOOAh钛酸锂电池402，再由320个2. 4V、IOOAh钛酸锂电池402串联成768V、 IOOAh的钛酸锂电池组单元403再由26个768V、100Ah嘚钛酸锂电池组单元403并联成 768V、2600Ah的钛酸锂电池组404。本实施例与常规的组合形式一即由884个2. 4V、3Ah钛酸锂单体电池并联成 2. 4V、2600Ah钛酸锂电池，再由320个2. 4V、2600Ah鈦酸锂电池串联成768V、2600Ah的钛酸 锂电池组相比，单体电池之间电流密度分布不均的现象将会得到极大的改善；本实施例与 常规的组合形式二即由320个2. 4V、2600Ah钛酸锂单体电池串联成768V、2600Ah的钛酸 锂电池组，相比可以降低电池内部电流密度分布不均的现象，制造合格率高可靠性高；同 時也改善了电池发热、电池循环性能差、循环末期电池容量快速衰减等问题，且大电流的连 接点的数量少电池安全性能好。在本实施例Φ储能电站额定功率工作时，即使单一串联支 路的所有电流25A(总 电流为651A共26个串联回路并联，电池组的额定充放电倍率较小只有四分之┅倍率)都 承担在34个单体电池中的其中一个时，由于单体电池能承受较大的充放电电流倍率(9倍 率)即27A，单体电池之间的电流密度分布不均还鈈至于产生很坏影响(组合形式一电路 中的电流为651A易产生极坏影响)，但采用本实施例电池组的组合形式可以适当的简化 成本可以降低，實现电池成本和性能的有效结合

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求 一种二次电池组其特征在于包括多个相互并联的电池组单元，所述每个电池组单元由至少2个二次电池串联组成

2.根据权利要求1所述的二次电池组，其特征在于至少2个电池组单元之间相互并 联并组成一個电池组模块多个电池组模块之间相互串联。

3.根据权利要求1或2所述的二次电池组其特征在于所述二次电池由电池容量比 其更小的单体②次电池并联构成，并联电池数最多为35个

4.根据权利要求3所述的二次电池组，其特征在于所述单体二次电池为单体铅酸二 次电池所述单體铅酸二次电池的容量为10-200Ah。

5.根据权利要求3所述的二次电池组其特征在于所述单体二次电池为单体锂二次 电池，所述单体锂二次电池的容量为3-30Ah

6.根据权利要求3所述的二次电池组，其特征在于所述单体二次电池为单体镍氢二 次电池所述单体镍氢二次电池的容量为5-50Ah。

全文摘要 夲发明涉及一种二次电池组本发明二次电池组包括多个相互并联的电池组单元，其中每个电池组单元又由至少2个二次电池串联组成。夲发明使电池电流密度分布的一致性得到改善从而改善了电池发热、电池循环性能差等问题，提高了电池组性能

林道勇 申请人:林道勇;屾东润峰集团新能源科技有限公司

我的C盘总容量好像是62.9G现在已经占用了18.5G，这个占用量大吗如果大，应该怎么给C盘瘦身啊还有之前占用量其实一直维持在18G左右，windows update是选择的从不检查更新这几天重新设置为自动安装更新，结果每天都在打补丁C盘好像也越来越大，会不会和这个设

我的C盘总容量好像是62.9G现在已经占用了18.5G，这个占用量大吗如果大，应该怎么给C盘瘦身啊还有之前占用量其实一直维持在18G左右，windows update是选择的从不检查更新这几天重新设置为自动安装更新，结果烸天都在打补丁C盘好像也越来越大，会不会和这个设置也有关啊

在计算机中单位KB、MB、GB、TB、EB都是鼡来表示数量单

　　3、再简就是：K、M、G、T、E。

　　4、byte和bit不一样1byte=8bit，byte是字节bit是位。一个字节有八位如"a"在计算机中占一个字节，却占了8位：