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電池組系統和增加電池組電池使用壽命的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201210120797.X

申請日:

2012.04.23

公開號:

CN102760913B

公開日:

2015.01.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H01M 10/42申請日:20120423|||公開
IPC分類號: H01M10/42; H01M10/613(2014.01)I; H01M10/6567(2014.01)I; H01M10/637(2014.01)I 主分類號: H01M10/42
申請人: 株式會社LG化學
發明人: W·可丁
地址: 韓國首爾
優先權: 2011.04.25 US 13/093,187
專利代理機構: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285 代理人: 楊勇;鄭建暉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210120797.X

授權公告號:

102760913B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.21|||2012.12.26|||2012.10.31

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了電池組系統和增加電池組電池使用壽命的方法。該電池組系統包括電壓傳感器和電流傳感器,該電壓傳感器生成指示由該電池組電池輸出的電壓水平的第一信號,該電流傳感器生成指示流經該電池組電池的電流的水平的第二信號。該電池組系統還包括微處理器,該微處理器基于該第一信號和該第二信號計算該電池組電池的電阻水平,并基于該電阻水平生成控制信號以促使流體供應系統將正被供應至熱交換器的冷卻劑流體的壓力水平增加到第一壓力水平。

權利要求書

1.一種電池組系統,包括:
電池組電池;
鄰近所述電池組電池布置的熱交換器;
第一框架構件和第二框架構件,所述電池組電池和所述熱交換器
布置在所述第一框架構件與所述第二框架構件之間,所述第一框架構
件和所述第二框架構件被配置為聯接在一起;
流體供應系統,其被配置為向所述熱交換器供應冷卻劑流體以及
從所述熱交換器接收冷卻劑流體;
電壓傳感器,其被配置為生成第一信號,所述第一信號指示在一
時間間隔上由所述電池組電池輸出的電壓水平;
電流傳感器,其被配置為生成第二信號,所述第二信號指示在所
述時間間隔上流經所述電池組電池的電流的水平;
微處理器,其被配置為基于所述第一信號和所述第二信號計算所
述電池組電池的電阻水平;并且
所述微處理器還被配置為基于所述電阻水平生成控制信號,以促
使所述流體供應系統將正被供應至所述熱交換器的冷卻劑流體的壓力
水平增加到第一壓力水平,使得增大的期望的力被施加到所述電池組
電池的至少一個側壁。
2.根據權利要求1所述的電池組系統,其中所述微處理器還被配
置為確定如下差值,所述差值指示所述電阻水平與期望的電阻水平之
間的差;
所述微處理器還被配置為基于所述差值確定待由所述熱交換器施
加到所述至少一個電池組電池的期望量的力;并且
所述微處理器還被配置為基于所述期望量的力確定所述冷卻劑流
體的所述第一壓力水平。
3.根據權利要求1所述的電池組系統,其中所述電池組電池是袋
式鋰離子電池組電池。
4.根據權利要求1所述的電池組系統,其中所述熱交換器由柔性
側構件構造,所述柔性側構件之間限定了內部區域,所述冷卻劑流體
流經所述內部區域。
5.一種用于增加電池組系統中的電池組電池的使用壽命的方法,
所述電池組系統具有:第一框架構件和第二框架構件,所述電池組電
池和熱交換器布置在所述第一框架構件與所述第二框架構件之間,所
述熱交換器鄰近所述電池組電池布置;流體地聯接到所述熱交換器的
流體供應系統;以及微處理器,所述方法包括:
利用電壓傳感器生成第一信號,所述第一信號指示在一時間間隔
上由所述電池組電池輸出的電壓水平;
利用電流傳感器生成第二信號,所述第二信號指示在所述時間間
隔上流經所述電池組電池的電流的水平;
利用所述微處理器基于所述第一信號和所述第二信號計算所述電
池組電池的電阻水平;
利用所述微處理器基于所述電阻水平生成控制信號,以促使所述
流體供應系統將正被供應至所述熱交換器的冷卻劑流體的壓力水平增
加到第一壓力水平,使得增大的期望的力被施加到所述電池組電池的
至少一個側壁。
6.根據權利要求5所述的方法,還包括:
利用所述微處理器確定如下差值,所述差值指示所述電阻水平與
期望的電阻水平之間的差;
利用所述微處理器基于所述差值確定待由所述熱交換器施加到所
述至少一個電池組電池的期望量的力;以及
利用所述微處理器基于所述期望量的力確定所述冷卻劑流體的所
述第一壓力水平。
7.根據權利要求5所述的方法,其中所述電池組電池是袋式鋰離
子電池組電池。
8.根據權利要求5所述的方法,其中所述熱交換器由柔性側構件
構造,所述柔性側構件之間限定了內部區域,所述冷卻劑流體流經所
述內部區域。

說明書

電池組系統和增加電池組電池使用壽命的方法

技術領域

本發明涉及電池領域。

背景技術

本發明人已經認識到,更換電力驅動車輛中的鋰離子袋式電池組
電池(pouch-type?battery?cells)是相對昂貴的。

因此,本發明人已經認識到,需要一種電池組系統和一種用于增
加電池組電池的使用壽命的方法。

發明內容

根據一個示例性實施方案,提供了一種電池組系統。該電池組系
統包括電池組電池和鄰近該電池組電池布置的熱交換器。該電池組系
統還包括第一和第二框架構件,該電池組電池和該熱交換器布置在第
一和第二框架構件之間。第一和第二框架構件被配置為聯接在一起。
該電池組系統還包括流體供應系統,該流體供應系統被配置為向該熱
交換器供應冷卻劑流體以及從該熱交換器接收冷卻劑流體。該電池組
系統還包括電壓傳感器,該電壓傳感器被配置為生成指示在一時間間
隔上由該電池組電池輸出的電壓水平的第一信號。該電池組系統還包
括電流傳感器,該電流傳感器被配置為生成指示在上述時間間隔上流
經該電池組電池的電流的水平的第二信號。該電池組系統還包括微處
理器,該微處理器被配置為基于第一和第二信號計算該電池組電池的
電阻水平。該微處理器還被配置為基于該電阻水平生成控制信號以促
使該流體供應系統將正被供應至該熱交換器的冷卻劑流體的壓力水平
增加到第一壓力水平,使得增大的期望的力被施加到該電池組電池的
至少一個側壁。

根據一個可選的實施方案,在所述電池組系統中:所述微處理器
還被配置為確定如下差值,所述差值指示所述電阻水平與期望的電阻
水平之間的差;所述微處理器還被配置為基于所述差值確定待由所述
熱交換器施加到所述至少一個電池組電池的期望量的力;并且所述微
處理器還被配置為基于所述期望量的力確定所述冷卻劑流體的所述第
一壓力水平。

根據一個可選的實施方案,在所述電池組系統中,所述電池組電
池是袋式鋰離子電池組電池。

根據一個可選的實施方案,在所述電池組系統中,所述熱交換器
由柔性側構件構造,所述柔性側構件之間限定了內部區域,所述冷卻
劑流體流經所述內部區域。

根據另一示例性實施方案,提供了一種用于增加電池組系統中的
電池組電池的使用壽命的方法。該電池組系統具有第一和第二框架構
件,該電池組電池和熱交換器布置在第一和第二框架構件之間。該熱
交換器鄰近該電池組電池布置。該電池組系統還包括:流體地聯接到
該熱交換器的流體供應系統,以及微處理器。該方法包括:利用電壓
傳感器生成指示在一時間間隔上由該電池組電池輸出的電壓水平的第
一信號。該方法還包括:利用電流傳感器生成指示在上述時間間隔上
流經該電池組電池的電流的水平的第二信號。該方法還包括:利用該
微處理器基于第一和第二信號計算該電池組電池的電阻水平。該方法
還包括:利用該微處理器基于該電阻水平生成控制信號以促使該流體
供應系統將正被供應至該熱交換器的冷卻劑流體的壓力水平增加到第
一壓力水平,使得增大的期望的力被施加到該電池組電池的至少一個
側壁。

根據一個可選的實施方案,所述方法還包括:利用所述微處理器
確定如下差值,所述差值指示所述電阻水平與期望的電阻水平之間的
差;利用所述微處理器基于所述差值確定待由所述熱交換器施加到所
述至少一個電池組電池的期望量的力;以及利用所述微處理器基于所
述期望量的力確定所述冷卻劑流體的所述第一壓力水平。

根據一個可選的實施方案,在所述方法中,所述電池組電池是袋
式鋰離子電池組電池。

根據一個可選的實施方案,在所述方法中,所述熱交換器由柔性
側構件構造,所述柔性側構件之間限定了內部區域,所述冷卻劑流體
流經所述內部區域。

附圖說明

圖1是根據一個示例性實施方案的電池組系統的框圖;

圖2是圖1的電池組系統中使用的電池組電池、框架構件和熱交
換器的示意圖;

圖3是圖2的電池組電池、框架構件和熱交換器的一部分的放大
截面示意圖;

圖4是圖3的電池組電池、框架構件和熱交換器的一部分的放大
截面示意圖;

圖5是圖2的電池組系統中使用的熱交換器的截面示意圖;

圖6是圖1的電池組電池、框架構件和熱交換器的一部分的另一
放大截面示意圖;

圖7是圖6的電池組電池、框架構件和熱交換器的一部分的放大
截面示意圖;

圖8是根據另一示例性實施方案的用于增加電池組系統中的電池
組電池的使用壽命的方法的流程圖;

圖9是與電池組電池關聯的電壓-電流曲線的示意圖;

圖10是電池組電池的簡化截面示意圖;且

圖11是被壓縮了的電池組電池的另一簡化截面示意圖。

具體實施方式

參照圖1和圖2,示出了根據一個示例性實施方案的電池組系統
10。電池組系統10包括:電池組電池20、30;第一和第二框架構件
40、42;熱交換器50;流體供應系統60;電壓傳感器70;電流傳感
器80;微處理器90;以及存儲器裝置92。

在提供對電池組系統10的詳細說明之前,將提供用于增加離子傳
送效率及增加電池組電池20的使用壽命的一套方法的一般性概述,以
更好地理解電池組系統10的功能性。盡管電池組系統10具有兩個示
例性電池組電池,但為了簡單,將僅詳細討論與電池組電池20關聯的
好處。然而,應理解,以下的一套方法可以在使用單個電池組電池或
多個電池組電池的情況下執行。參照圖10,示出了袋式鋰離子電池組
電池20的一部分的簡化截面圖。電池組電池20包括:活性(active)
元件22、23;電極25、26;以及隔板24,其中具有電解質。電極25、
26分別聯接到活性元件22、23。在運行期間,來自活性元件22的離
子經過隔板24和隔板24中的電解質遷移至活性元件23。在電池組電
池20的使用壽命內,穿過活性元件22與活性元件23之間的距離X1
的離子傳送效率會降低。因此,參照圖11,本發明人已經認識到,在
電池組電池20在其使用壽命期間離子傳送效率降低之后,減小活性元
件22與活性元件23之間的距離將是有利的。活性元件22與活性元件
23之間的距離的減小可通過以下方式獲得:向電池組電池20的柔韌
的或柔性的側表面110、112施加力(F),以獲得活性元件22與23
之間的距離X2。距離X2小于距離X1。電池組系統10被配置為,當系
統10基于電池組電池20的電阻水平確定電池組電池20具有退化的運
行特性時,基本均勻地且垂直于電池組電池20的側表面110、112及
垂直于電池組電池30的側表面130、132施加力(F)。

參照圖9,示出了與電池組電池20關聯的電壓-電流曲線的圖400。
電池組電池20的電阻水平由每條電壓-電流曲線的斜率指示,可用來
確定電池組電池是否具有退化的運行特性。例如,曲線27的斜率對應
于一個新電池組電池20,并且指示了相對低的電阻水平,該相對低的
電阻水平指示了期望的運行性能,而曲線28的斜率對應于一個具有相
對高的電阻水平的舊的電池組電池20。本發明人已經認識到,與電池
組電池關聯的電阻水平可用來確定電池組電池20的退化的離子傳送
效率,用于確定為了增加離子傳送效率和增加電池組電池20的使用壽
命而施加到電池組電池20的側表面110、112的力的量。

參照圖1至圖3和圖10,電池組電池20、30被設置為在各自的
端子上輸出電壓,且電聯接到負載12。在一個示例性實施方案中,電
池組電池20、30相互串聯電聯接,并且還與負載12串聯聯接。電池
組電池20具有:袋式本體100;電極25、26。袋式本體100在其中具
有活性元件22、23,并具有側表面110、112。在一個示例性實施方案
中,電池組電池20是袋式鋰離子電池組電池。當然,在一個替代實施
方案中,電池組電池20可以是本領域技術人員已知的具有柔韌側壁的
另一類型的電池組電池。

電池組電池30具有與電池組電池20類似的構造,包括袋式本體
120、電極122和另一電極(未示出)。袋式本體120在其中具有活性
元件,并具有側表面130、132。在一個示例性實施方案中,電池組電
池30是袋式鋰離子電池組電池。當然,在一個替代實施方案中,電池
組電池30可以是本領域技術人員已知的具有柔韌側壁的另一類型的
電池組電池。

參照圖3至圖5,熱交換器50鄰近電池組電池20、30布置在電
池組電池20、30之間。熱交換器50具有:側壁150、152;入口170;
以及出180。側壁150、152聯接在一起,并限定了從入口170延伸
到出口180的流動路徑160。在一個示例性實施方案中,側壁150、152
由鋁構造。在一個替代實施方案中,側壁150、152由不銹鋼構造。當
然,在另外的替代實施方案中,可以使用本領域技術人員已知的具有
期望的功能特性的其它類型的材料。側壁150限定了多個柔性部分
190,而側壁150限定了多個柔性部分192。每個柔性部分190被布置
為接近一個相應的柔性部分192。圖4示出了當流經熱交換器50的冷
卻劑流體具有標稱的或相對低的壓力水平時柔性部分190、192以及側
壁150、152的位置。圖6和圖7示出了當流經熱交換器50的冷卻劑
流體具有相對高的壓力水平(例如,在本文中也被稱為“第一壓力水
平”)時柔性部分190、192以及側壁150、152的位置。應注意到,
當冷卻劑流體具有相對高的壓力水平時,柔性部分190、192進一步向
外擴張,以垂直于電池組電池20的側表面110、112及電池組電池30
的側表面130、132施加基本均勻的力。參照圖1和圖5,入口170流
體地聯接到導管210,出口180流體地聯接到導管212。

參照圖2和圖3,電池組電池20、30以及熱交換器50被布置在
第一和第二框架構件40、42之間。第一和第二框架構件40、42被配
置為聯接在一起。在一個示例性實施方案中,第一和第二框架構件40、
42由塑料構造。當然,在替代實施方案中,第一和第二框架構件40、
42可由本領域技術人員已知的其它材料構造。

參照圖1,流體供應系統60被配置為向熱交換器50供應冷卻劑
流體。流體供應系統60包括:泵200;電源202;壓力傳感器203;
導管210、212、214;以及貯存器220。泵200被配置為經由導管210
將冷卻劑流體從貯存器220泵送到熱交換器50。電源202響應于接收
到來自微處理器90的控制信號而生成用于促使泵202以期望的壓力水
平泵送冷卻劑流體的控制信號。冷卻劑流體被泵送出熱交換器50,經
過導管212到達貯存器220。其后,冷卻劑流體被泵送出貯存器220,
經過導管214再回到泵200。如示出的,導管210流體地聯接在泵200
與熱交換器50之間。而且,導管212流體地聯接在熱交換器50與貯
存器220之間,并且導管214流體地聯接在貯存器220與泵200之間。
壓力傳感器203被配置為生成指示流出泵200的冷卻劑流體的壓力水
平的信號,該信號由微處理器90接收,用于冷卻劑流體的壓力水平的
閉環控制。

電壓傳感器70被配置為生成第一信號,該第一信號指示在一時間
間隔上由電池組電池20輸出的電壓水平,該第一信號由微處理器90
接收。

電流傳感器80被配置為生成第二信號,該第二信號指示在上述時
間間隔上流經電池組電池20到達負載12的電流的水平,該第二信號
由微處理器90接收。

微處理器90可操作地聯接到存儲器裝置92、電壓傳感器70、電
流傳感器80、壓力傳感器203和電源202。微處理器90被配置為基于
分別來自電壓傳感器70和電流傳感器80的第一信號和第二信號計算
電池組電池20的電阻水平。微處理器90還被配置為基于所述電阻水
平生成控制信號以促使流體供應系統60(尤其是泵200)將正被供應
至熱交換器50的冷卻劑流體的壓力水平增加到第一壓力水平,如下文
將更詳細說明的。應注意到,當冷卻劑流體的壓力水平增加到第一壓
力水平時,柔性部分190、192向外擴張,使得熱交換器50的壁150、
152基本均勻地且垂直于電池組電池20的側表面110、112及垂直于
電池組電池30的側表面130、132施加增大的期望的力。

參照圖1和圖8,現在將說明用于增加電池組系統10中的電池組
電池20的使用壽命的方法的流程圖。應注意到,以下方法也增加了電
池組30的使用壽命。

在步驟300,電壓傳感器70生成指示在一時間間隔上由電池組電
池20輸出的電壓水平的第一信號。

在步驟302,電流傳感器80生成指示在上述時間間隔上流經電池
組電池20的電流的水平的第二信號。

在步驟304,微處理器90基于第一信號和第二信號計算電池組電
池的電阻水平。尤其,通過將電壓水平除以電流的水平來計算所述電
阻水平。

在步驟308,微處理器90利用以下公式確定待由熱交換器50施
加到電池組電池20的側表面112的期望量的力:期望量的力=(電阻
水平-期望的電阻水平)*Y,其中Y是根據經驗確定的。

在步驟310,微處理器90利用以下公式基于期望量的力確定冷卻
劑流體的第一壓力水平:第一壓力水平=期望量的力/電池組電池20
的側壁的表面積。

在步驟312,微處理器90生成控制信號以促使流體供應系統60
將正被供應至熱交換器50的冷卻劑流體的壓力水平增加到第一壓力
水平,使得期望量的力被施加到電池組電池20的側表面112。

上述電池組系統10和用于增加電池組電池的使用壽命的方法相
對于其它電池組系統和方法提供了實質性優點。尤其,上述電池組系
統10和方法,通過增加正被供應至熱交換器的冷卻劑流體的壓力水平
使得增大的期望的力被施加到電池組電池的至少一個側表面,提供了
增加電池組電池的使用壽命的技術效果。由于期望的力增大,電池組
電池中的活性元件之間的距離減小,這提高了電池組電池中的活性元
件之間的離子傳送效率。

盡管僅結合有限數量的實施方案詳細描述了要求保護的發明,但
應易于理解,本發明不限于這樣公開的實施方案。不如說,要求保護
的發明可以被修改以納入任何數量的尚未描述但與本發明的精神和范
圍相稱的變化、改動、替換或等同布置。另外,盡管已經描述了要求
保護的發明的多個實施方案,但應理解,本發明的方面可以僅包括所
描述的實施方案中的一些。因此,要求保護的發明不應被視為受前文
的描述限制。

關 鍵 詞:
電池組 系統 增加 電池 使用壽命 方法
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