[發(fā)明專利]分離型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、其使用方法以及快速充電系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810053930.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108448198B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王羽平;相佳媛;陳冬;陳建;吳賢章
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司;杭州南都動(dòng)力科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/613
• 分類號(hào): H01M10/613;H01M10/615;H01M10/617;H01M10/63;H01M10/633;H01M10/6551;H01M10/6554;H01M10/6556;H01M10/6563;H01M10/6568;H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/040
• 代理公司: 杭州裕陽(yáng)聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發(fā)明公開(kāi)了一種分離型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、其使用方法以及快速充電系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)包括：電池系統(tǒng)包括若干電池模組和用于供熱交換媒介流通的換熱結(jié)構(gòu)，換熱結(jié)構(gòu)設(shè)置于電池模組之間；外置冷熱供給系統(tǒng)通過(guò)連接裝置與電池系統(tǒng)建立熱交換回路，用于通過(guò)熱交換回路和存儲(chǔ)于外置冷熱供給系統(tǒng)中的熱交換媒介對(duì)每個(gè)電池模組進(jìn)行熱交換；外置熱管理控制裝置分別與電池系統(tǒng)、連接裝置以及外置冷熱供給系統(tǒng)建立通信連接，控制連接裝置和外置冷熱供給系統(tǒng)的運(yùn)行。本發(fā)明具有成本低、易實(shí)現(xiàn)、冷卻效果好、靈活可靠、適用范圍廣以及利用率高的優(yōu)點(diǎn)，并且有效解決電池系統(tǒng)大容量化、高倍率化以及梯次利用的熱管理難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池管理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分離型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、其使用方法以及快速充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)

溫度對(duì)電池各方面性能都有很大的影響，進(jìn)而影響電池系統(tǒng)的性能。比如，對(duì)容量、功率以及安全性等電池性能的影響。溫度過(guò)高、溫度過(guò)低以及溫差過(guò)大等均不利于電池性能的發(fā)揮。為了讓電池系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定且安全高效地運(yùn)行，需要配置熱管理系統(tǒng)。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，總的來(lái)說(shuō)，就是根據(jù)電池運(yùn)行的要求以及電池工作期間所要經(jīng)受住的內(nèi)、外熱負(fù)荷的狀況，采用一種或者多種熱管理技術(shù)來(lái)組織電池內(nèi)、外部的熱交換過(guò)程，保證電池系統(tǒng)在整個(gè)工作期間的溫度水平都保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

近年來(lái)，為適應(yīng)儲(chǔ)能、新能源汽車、數(shù)據(jù)中心UPS以及通信基站備用電源等場(chǎng)合的需求，電池系統(tǒng)正在向大容量化、高倍率化以及梯次利用等方向發(fā)展。相應(yīng)地，對(duì)電池系統(tǒng)的熱管理要求也越來(lái)越高。

在電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)外已建成一些大容量電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。例如，2009年，A123公司和南加州愛(ài)迪生電力公司共同建設(shè)了32MWh的鋰離子電池儲(chǔ)能電站。2011年，國(guó)家電網(wǎng)公司為張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目配套了一個(gè)20MW電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括4個(gè)磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)和1個(gè)液流電池系統(tǒng)。同年，南方電網(wǎng)的深圳寶清儲(chǔ)能電站建成并投運(yùn)，設(shè)計(jì)規(guī)模為10MW。然而，這些儲(chǔ)能電站項(xiàng)目還處于試驗(yàn)和示范階段，在運(yùn)行一段時(shí)間后，易出現(xiàn)性能明顯下降、電池容量過(guò)低等問(wèn)題。與動(dòng)力電池系統(tǒng)相比，儲(chǔ)能系統(tǒng)聚集的電池?cái)?shù)目更多，電池容量和功率也更大。大量的電池緊密排列在一個(gè)空間內(nèi)，運(yùn)行工況復(fù)雜多變，時(shí)而高倍率，時(shí)而低倍率。這就容易造成產(chǎn)熱不均勻、溫度分布不均勻、電池間溫差較大等。長(zhǎng)此以往，必然會(huì)導(dǎo)致部分電池的充放電性能、容量和壽命等下降，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生熱失控，造成事故。已有大容量鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)性能下降的一個(gè)重要原因就是因?yàn)闊峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)。隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的商用化，為了提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，尤其在調(diào)頻等應(yīng)用場(chǎng)景下，需要減少電池?cái)?shù)目，提高工作倍率。隨著倍率的升高，電池產(chǎn)熱量增大，對(duì)熱管理系統(tǒng)提出了更高要求。

在新能源汽車領(lǐng)域，快速充電是解決純電動(dòng)車?yán)锍探箲]問(wèn)題的重要方案之一，電動(dòng)汽車的發(fā)展對(duì)快速充電的需求日益迫切。快速充電可以大大縮短電動(dòng)汽車的充電時(shí)間。例如在15分鐘內(nèi)，給電動(dòng)汽車充入80％電池容量的電量。但是，快速充電除了對(duì)動(dòng)力電池的快充性能、充電樁的設(shè)備線路有很高要求外，也對(duì)電池系統(tǒng)的熱管理提出了非常高的要求。

快速充電對(duì)電池系統(tǒng)散熱的要求為：一般情況下，若要實(shí)現(xiàn)15分鐘以內(nèi)的快充，動(dòng)力電池的充電倍率要求大于4C，相應(yīng)地，電池會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，這就要求車載動(dòng)力電池系統(tǒng)具有更快更高效的散熱系統(tǒng)，迅速將熱量快速帶出電池包，保持電池溫度不會(huì)過(guò)高，溫度分布均勻。傳統(tǒng)的做法是將快充過(guò)程的散熱問(wèn)題交由車載熱管理系統(tǒng)來(lái)解決，通過(guò)在動(dòng)力電池包中增加翅片，增鋪導(dǎo)熱鋁管或冷板，配置熱管，增加冷卻劑或采用車用空調(diào)對(duì)電池進(jìn)行直冷等措施來(lái)提高散熱功率。然而，電池在快充過(guò)程中的發(fā)熱量遠(yuǎn)高于電池在正常行駛過(guò)程中的發(fā)熱量，這就會(huì)導(dǎo)致車載熱管理系統(tǒng)的利用率非常低。此外，增加翅片、導(dǎo)熱鋁管、冷板冷卻劑以及熱管等措施都會(huì)增加電池包的體積、重量以及成本；采用車用空調(diào)對(duì)快充時(shí)的電池進(jìn)行直冷，需要大幅增加空調(diào)功率，這也會(huì)增加整車重量與成本，降低電池的續(xù)航里程。