[發(fā)明專利]電能存儲和供應(yīng)系統(tǒng)以及包括該系統(tǒng)的電動車輛

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480062011.0
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN105722717B
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: B·霍爾塔佩爾斯;J·圖奧莫拉;T·里薩寧
• 申請（專利權(quán)）人: 湯克圖公司
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18;H01M2/20;H01M2/30;H01M10/42;H01M10/44;H01M10/46;H01M2/34;B60K1/04;H01M10/656;H01M10/6563
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11283
• 代理人: 陸文超,肖冰濱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于存儲電能的電能存儲和供應(yīng)系統(tǒng)，以及更具體地涉及用于存儲電池單元的電池箱，每個電池單元存儲電功率。

本發(fā)明具體可與適于電動車輛的智能電源(或功率供應(yīng))系統(tǒng)結(jié)合使用，而且也可在移動電器、能源管理、能源交易、路由和通信領(lǐng)域內(nèi)使用，僅僅提及一些實例。

背景技術(shù)

電動車輛(EV)出于下述原因得以普及，諸如不同的駕駛經(jīng)驗、更高的性能、更好的可靠性和更少的維護(hù)、更低的操作成本以及減少運(yùn)輸環(huán)境影響的可能性。電力專門用于推進(jìn)車輛，或可用來協(xié)助其它方法，諸如內(nèi)燃機(jī)(ICE)。

電動車輛的主要類型是電池供電的電動車輛(或純電動車輛)(BEV)，插電式混合動力電動車輛(PHEV)和混合動力電動車輛(HEV)。電動車輛使用用于推進(jìn)的電動馬達(dá)。電能例如使用鋰離子技術(shù)或任何其它形式的電池化學(xué)存儲于電池中。其它形式的能量貯存器也是適用的，諸如超級電容器或燃料電池。所述混合動力電動車輛(HEV)和插電式混合動力電動車輛(PHEV)將常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)與電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)合。所述混合動力電動車輛(HEV)使用通常的再生制動以便給電池充電。PHEV包含可通過將插頭連接到外部電功率源而充滿電的可再充電電池。BEV是沒有內(nèi)燃機(jī)的所有電動車輛。BEV和PHEV還使得用戶能夠通過選擇例如使用太陽能或風(fēng)能來產(chǎn)生電力的外部功率源來選擇用于給電池充電的替代能源。

使用可再充電電池的當(dāng)前PHEV和BEV的一個常見問題是充電時間長。在通常情況下充電需要若干小時，也有很多城市中心的公寓住宅沒有適于車輛的任何插電功能。存在一些快速充電站，但是在這些快速充電站，與使用可在加油站快速“充油”的內(nèi)燃機(jī)的汽車相比充電時間要長得多。快速充電也意味著電池往往損耗得更快。此外能量密度不那么高，這意味著電池更大和更重。功率損耗也通過快速充電而更高。例如在30分鐘內(nèi)給80千瓦時的電池充電也設(shè)定通常在住宅房屋不可能的這樣的功率要求。

另一個問題是，快速充電設(shè)置對于電力基礎(chǔ)設(shè)施提出額外要求，而電力基礎(chǔ)設(shè)施在許多國家中已經(jīng)到達(dá)極限。在許多工業(yè)化國家中，為50％或更多量級的備用容量是可用的和可預(yù)測到的。然而，這些都是人類和經(jīng)濟(jì)活動的最低時期，同時也是快速充電沒有用的時期。雖然通常用戶將在夜間在家充電，但是用戶仍然會偏好可能與住宅用戶可用的相比提供更低價格的商業(yè)充電站來充電。其它選項包括可再生能源的積極區(qū)別待遇。對于這些情況而言，當(dāng)前的充電時間不是用戶期待的。

存在用于改變適于BEV的電池以克服上述問題的幾種不同的建議。典型地，可再充電電池單元被分組為模塊，并且每個模塊由多個電池單元構(gòu)成。這些模塊作為一個實體進(jìn)行監(jiān)測和控制。如果需要的話，模塊可在服務(wù)站中被改變成包含充電的電池單元的另一模塊以便給BEV快速供應(yīng)能量。一個問題是，電池的可用尺寸取決于使用情況而顯著變化，并且它可能不是矩形的：一個模塊不能良好地適配于所有的使用情況。可能的是取決于使用情況模塊具有不同的尺寸和形式，這意味著服務(wù)站將必須儲備不同的模塊，而這對于成本方面沒有任何意義。

上述類型的模塊化能量存儲系統(tǒng)的實例在US 7948207和US 2012/094162中公開。還存在可用的許多多電池單元的電池設(shè)計，其具有開啟和關(guān)閉電池的各個電池單元連接的可能性。這些類型的設(shè)計的實例在CN 202535104，CN 102832646，US 8330420和US 7075194中公開。

還存在關(guān)于如何監(jiān)測單個電池單元和基于單個電池單元的特性動態(tài)地配置系統(tǒng)的幾種建議。例如US 2010/0261043提出了一種適于大型電池系統(tǒng)的動態(tài)可重新配置的電池框架的系統(tǒng)。這解決了可如何監(jiān)測和控制單個電池單元的問題，但是如果要求在服務(wù)站快速地替換數(shù)百個耗盡的電池以便給BEV供應(yīng)電能，則該系統(tǒng)是不適合的，因為電池單元以特定的方式位于電池組內(nèi)。例如在US 2005/242776，US 2006/192529，EP2582009和US 8084994中公開了適于電池的其它控制、故障檢測、重新配置、旁路和生命周期管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)至少部分地具有相同的缺陷。

因此，對于用于將電能快速供應(yīng)給電動車輛和其它動力密集型電池操作設(shè)備的改進(jìn)的解決方案存在需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決至少一些上述問題，并提供一種電箱，一旦被消耗掉則其電能容量可快速恢復(fù)。