專(zhuān)利名稱(chēng)：使用電池胞的內(nèi)阻來(lái)改進(jìn)操作性能的電池組系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電池胞的內(nèi)阻的、具有改進(jìn)的操作性能的電池組系統(tǒng)，并且更加具體地涉及一種用于供應(yīng)操作外部設(shè)備所必需的電流的電池組系統(tǒng)和該電池組系統(tǒng)的一種操作方法，該電池組系統(tǒng)包括包括能夠被充電和放電的多個(gè)電池胞的電池模塊，該電池模塊用于向外部設(shè)備供應(yīng)電力；用于檢測(cè)電池模塊的溫度的溫度傳感器；用于向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流的輔 助功率單元；和，控制器，該控制器用于在電池模塊被電連接到外部設(shè)備之前，基于由溫度傳感器檢測(cè)到的信息，當(dāng)電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，將輔助功率單元連接到電池模塊，使得充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到電池模塊，并且當(dāng)電池模塊的溫度變得等于或者大于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，中斷充電和放電脈沖電流到電池模塊的供應(yīng)。
背景技術(shù)：
作為用于無(wú)線移動(dòng)設(shè)備的能源，二次電池已經(jīng)吸引了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。另外，作為用于已經(jīng)被開(kāi)發(fā)用于解決諸如由使用化石燃料的現(xiàn)有汽油和柴油車(chē)輛引起的空氣污染的問(wèn)題的電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合電動(dòng)車(chē)輛(HEV)和插電式混合電動(dòng)車(chē)輛(插電式HEV)的電源,二次電池已經(jīng)吸引了相當(dāng)?shù)年P(guān)注。這樣的電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛和插電式混合電動(dòng)車(chē)輛是必須在比小型移動(dòng)設(shè)備更加惡劣的條件下操作的設(shè)備。也就是，有必要使得電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛和插電式混合電動(dòng)車(chē)輛例如在高溫下的夏季中和例如在低溫下的冬季中展現(xiàn)適當(dāng)?shù)男阅?。為了獲得良好的高溫性能，已經(jīng)制造了具有高溫安全性的二次電池或者已經(jīng)使用了在電池模塊或者電池組中形成冷卻劑通道的方法。另一方面，在低溫下，二次電池展現(xiàn)比在高溫下更低的效率，因?yàn)樵诘蜏叵?，電池的?nèi)阻是高的。結(jié)果，電池的容量受到限制并且電池的壽命縮短。為了解決以上問(wèn)題，已經(jīng)研究了一種改進(jìn)電池的低溫性能的方法。然而，在這樣的電池中，電池的低溫性能得以改進(jìn)，但是電池的容量和高溫性能劣化。作為改進(jìn)電池的低溫性能的另一種方法，可以考慮使用另外的加熱裝備(加熱器)來(lái)增加電池的溫度的方法。然而，由于電池的高的熱容量而耗用了大量的時(shí)間，并且電池的容量由于內(nèi)部功耗而降低。因此，這樣一種電池組系統(tǒng)是高度必要的，該電池組系統(tǒng)能夠減小內(nèi)部功耗，同時(shí)在沒(méi)有改變電池性能的情況下在低溫下展現(xiàn)優(yōu)良的性能。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題因此，本發(fā)明已經(jīng)被作出用于解決以上問(wèn)題和尚待解決的其它技術(shù)問(wèn)題。根據(jù)對(duì)中型或大型電池組情況的各種廣泛的和深入的研究和試驗(yàn)，本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果輔助功率單元被連接到電池模塊，使得在電池模塊被電連接到外部設(shè)備之前基于由溫度傳感器檢測(cè)到的信息，當(dāng)電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到電池模塊，則電池模塊的、大的內(nèi)阻用作加熱主體以增加電池模塊的溫度。基于這些發(fā)現(xiàn)做出了本發(fā)明。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，能夠通過(guò)提供一種用于供應(yīng)操作外部設(shè)備所必需的電流的電池組系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上和其它目的，該電池組系統(tǒng)包括包括能夠被充電和放電的多個(gè)電池胞的電池模塊，該電池模塊用于向外部設(shè)備供應(yīng)電力；用于檢測(cè)電池模塊的溫度的溫度傳感器；用于向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流的輔助功率單元；和，控制器，該控制器用于在電池模塊被電連接到外部設(shè)備之前，基于由溫度傳感器檢測(cè)到的信息，當(dāng)電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，將輔助功率單元連接到電池模塊，使得充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到電池模塊，并且當(dāng)電池模塊的溫度變得等于或者大于設(shè)定溫度
(Tcrit)時(shí)，中斷充電和放電脈沖電流到電池模塊的供應(yīng)。在根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)中，由于來(lái)自輔助功率單元的充電和放電脈沖電流，電池模塊的、大的內(nèi)阻被用作一種加熱主體以在諸如低溫的設(shè)定溫度下增加電池模塊的溫度。因此，不象其中使用另外的加熱裝備的傳統(tǒng)技術(shù)那樣，與電池的熱容量無(wú)關(guān)地在短時(shí)間內(nèi)快速地增加電池模塊的溫度是可能的。而且，電池的容量并不由于內(nèi)部功耗而被降低。也就是，大大地改進(jìn)了電池模塊的操作效率。特別地如上所述地構(gòu)造的電池組系統(tǒng)優(yōu)選地能夠被應(yīng)用于這樣一種情形，其中有必要根據(jù)需要在短時(shí)間內(nèi)快速地增加電池組的溫度，使得電池組的操作效率最大化；以及這樣一種情形，其中當(dāng)由于外部環(huán)境因素而造成電池模塊的溫度是低的時(shí)，有必要增加電池模塊的溫度，使得電池模塊能夠達(dá)到正確地操作的狀態(tài)。構(gòu)成電池模塊的每一個(gè)電池胞的種類(lèi)均不受特別限制，只要每一個(gè)電池胞均是能夠被充電和放電的二次電池。例如，每一個(gè)電池胞均可以是棱形電池胞、柱形電池胞或者板形電池胞。通常，有必要使得電池組具有高功率輸出和大容量，以便被用作用于中型或者大型設(shè)備的電源。為此目次，多個(gè)小型二次電池(單元胞)被相互串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接以構(gòu)成電池模塊，并且多個(gè)電池模塊被相互串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接以構(gòu)成電池組。因此，為了實(shí)現(xiàn)高集成度，每一個(gè)電池胞均優(yōu)選地是板形二次電池。用于板形電池胞的結(jié)構(gòu)和材料不受特別限制。例如，板形電池胞可以是具有下述結(jié)構(gòu)的袋形電池胞，在該結(jié)構(gòu)中，具有負(fù)極/隔膜/正極結(jié)構(gòu)的電極組件被安裝在由包括樹(shù)脂層和金屬層的層壓板形成的電池殼體中。作為參考，如在本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“電池模塊”包括被配置為具有下述結(jié)構(gòu)的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)或者更多可充電和可放電電池胞或者單元模塊被以機(jī)械方式耦接并且同時(shí)被電連接到彼此以便提供高功率、大容量電力。因此，電池模塊自身可以構(gòu)成單一裝備或者大型裝備的一部分。例如，多個(gè)小型電池模塊可以被相互連接以構(gòu)成大型電池模塊。替代地，小數(shù)目的電池胞可以被相互連接以構(gòu)成單元模塊，并且多個(gè)單元模塊可以被相互連接。同時(shí)，單元模塊可以被配置成具有各種結(jié)構(gòu)，將在下文中描述其優(yōu)選實(shí)例。單元模塊被配置為具有下述結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)板形電池胞被相互串聯(lián)連接，每一個(gè)板形電池胞均具有在其上端和下端處形成的電極端子。具體地，單元模塊可以包括在堆疊結(jié)構(gòu)中布置的兩個(gè)或者更多電池胞，在該堆疊結(jié)構(gòu)中，在電池胞的電極端子之間的連接部被彎曲；和被耦接到彼此以覆蓋除了電池胞的電極端子的、電池胞的外部的高強(qiáng)度電池胞
至Jhl o 兩個(gè)或者更多電池胞被由合成樹(shù)脂或者金屬制成的高強(qiáng)度電池胞蓋覆蓋以構(gòu)成單元模塊。高強(qiáng)度電池胞蓋保護(hù)具有低機(jī)械強(qiáng)度的電池胞，并且另外抑制在電池胞的充電和放電期間的反復(fù)的膨脹和收縮中的變化，由此防止電池胞的密封部分被相互分離。因此，制造具有更好安全性的電池模塊組件是可能的。電池胞在一個(gè)單元模塊中被相互串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接，或者一個(gè)單元模塊的電池胞被串聯(lián)和/或并聯(lián)地連接到另一個(gè)單元模塊的電池胞。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，可以通過(guò)在縱向方向上順序地布置電池胞使得電池胞的電極端子相繼地彼此鄰近、兩個(gè)兩個(gè)地或者更多地彎曲電池胞使得電池胞被堆疊、以及用電池胞蓋以預(yù)定的數(shù)目覆蓋所堆疊的電池胞時(shí)將電池胞的電極端子耦接到彼此，而制造多個(gè)單元模塊?？梢砸灾T如焊接、軟焊和機(jī)械耦接的各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在電極端子之間的耦接。優(yōu)選地，通過(guò)焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)在電極端子之間的耦接。在電池胞或者單元模塊的電極端子被相互連接時(shí)以高集成度堆疊的多個(gè)電池胞或者單元模塊可以被豎直地安裝在能夠分離的上殼體和下殼體中，該上殼體和下殼體被配置成在組件式耦接結(jié)構(gòu)被耦接到彼此以構(gòu)成矩形電池模塊。在已經(jīng)以本申請(qǐng)的申請(qǐng)人的名義提交并且其公開(kāi)在此通過(guò)引用而被并入的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2006-45443和No. 2006-45444中公開(kāi)了單元模塊和使用多個(gè)單元模塊制造的矩形電池模塊的細(xì)節(jié)?？梢砸愿鞣N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在電池模塊和設(shè)備之間的連接。例如，開(kāi)關(guān)可以位于在電池模塊和設(shè)備之間的電連接區(qū)域處，使得能夠根據(jù)來(lái)自控制器的信號(hào)打開(kāi)或者關(guān)閉該開(kāi)關(guān)，然而，本發(fā)明不被限制于此。在根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)中，由溫度傳感器檢測(cè)到的電池模塊的溫度可以根據(jù)設(shè)置條件而改變。例如，可以測(cè)量某些或者所有的電池胞的溫度，并且最高溫度和最低溫度可以被設(shè)為測(cè)量溫度(Tbat)、測(cè)量溫度的平均值可以被設(shè)為測(cè)量溫度(Tbat),或者位于特殊位置處的電池胞(一個(gè)或者多個(gè))的溫度可以被設(shè)為測(cè)量溫度(Tbat)。測(cè)量溫度(Tbat)是控制器執(zhí)行一系列的過(guò)程所必需的重要信息。通常，二次電池的內(nèi)阻隨著二次電池的溫度降低而增加。參考圖1，二次電池在-10°c的溫度下的內(nèi)阻是二次電池在25°C的溫度下的內(nèi)阻的4倍。使用二次電池的內(nèi)阻高效率(I2*R)地升高在低溫下的二次電池的溫度是可能的。然而，如果在基于其內(nèi)阻升高二次電池的溫度期間消耗了功率，則可以加速電池模塊放電以驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)包括用于向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流的輔助功率單元。因此，在借助于在電池模塊和輔助功率單元之間的充電和放電脈沖電流來(lái)最小化電池模塊中的功耗時(shí)，將電池模塊的溫度快速地升高到正確的溫度是可能的。也就是，在電池模塊和輔助功率單元之間的充電和放電繼續(xù)進(jìn)行以最小化通過(guò)功率循環(huán)而消耗的功率并且使用在充電和放電操作期間由于內(nèi)阻而產(chǎn)生的熱量來(lái)升高電池模塊的溫度。
如果如上述改進(jìn)了電池組系統(tǒng)的低溫效率，則嘗試化學(xué)地改變現(xiàn)有電池的負(fù)極、正極和電解質(zhì)可能是不必要的，從而改進(jìn)了電池組系統(tǒng)的低溫效率。具體地，就高溫性能、容量或者電學(xué)效率而言，化學(xué)地改變電池以改進(jìn)低溫效率的方法不是優(yōu)選的。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)中，可使用在高溫性能、容量或者電學(xué)效率方面具有優(yōu)點(diǎn)的電池，由此提供具有比傳統(tǒng)電池模塊更高性能的電池模塊。電池組系統(tǒng)的輔助功率單元的種類(lèi)不受特別限制，只要輔助功率單元被連接到電池模塊以向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，輔助功率單元可以是低容量輔助電池或者電容器。在低容量輔助電池被用作輔助功率單元的情形中，輔助電池的容量?jī)?yōu)選地是電池模塊的容量的3-15%。如果輔助電池的容量大于電池模塊的容量的15%，則相對(duì)于被供應(yīng)到外部設(shè)備的、電池模塊的功率，電池組系統(tǒng)的尺寸增加，結(jié)果電池組系統(tǒng)的效率降低。另一方面，如果輔助電池的容量小于電池模塊的容量的3%，則用于升高電池模塊的溫度的、輔助功率單元的操作時(shí)間增加，這不是優(yōu)選的。更加優(yōu)選地，輔助電池的容量是電池模塊的容量的 4-12%。
輔助功率單元可以以各種方式被充電。例如，輔助功率單元可以在電池模塊被或者未被電連接到外部設(shè)備的狀態(tài)中被電池模塊充電，或者可以被外部設(shè)備的另外的電源單元(例如，用于操作電子組件的電池)充電，然而，本發(fā)明不被限制于此?？紤]到圖I所示在溫度和內(nèi)阻之間的關(guān)系，用于操作輔助功率單元的設(shè)定溫度(Trait)可以基于單元胞的性質(zhì)而被設(shè)為-5°C到10°C的溫度范圍。優(yōu)選地，設(shè)定溫度(Trait)被設(shè)為_(kāi)2°C到10°C的溫度范圍。另一方面，當(dāng)即使在使得電池組的操作得以正確地執(zhí)行的溫度下，根據(jù)需要，電池組的溫度也在短時(shí)間內(nèi)被快速地升高以最大化電池組的操作效率時(shí)，設(shè)定溫度(Trait)也可以高于使得電池組的操作得以正確地執(zhí)行的溫度。例如，設(shè)定溫度(Trait)可以比使得所述操作得以正確地執(zhí)行的15°C到40°C的溫度高5°C到20°C。因此，可以根據(jù)溫度升高的意圖來(lái)改變?cè)O(shè)定溫度(Trait)。根據(jù)情況，該系統(tǒng)可以被設(shè)定為包括兩個(gè)或者更多設(shè)定溫度。同時(shí)，在該電池組系統(tǒng)中，充電和放電脈沖電流優(yōu)選地是具有相同的充電和放電率的脈沖波電流。為了在最小化電池模塊的功耗時(shí)升高電池模塊的溫度，充電和放電脈沖電流的充電和放電率必須是相同的。在這種狀態(tài)中，最小化了由于功率循環(huán)引起的、在電池模塊中的功率損失。在此情形中，脈沖波電流可以是例如方波型脈沖波電流或者正弦波型脈沖波電流。在脈沖波電流中，在每一個(gè)波形處的(+ )積分值和(_)積分值成為充電和放電率，并且因此充電和放電率是相同的?？梢砸蕾囉陔姵啬K的容量、輔助電源的容量、在測(cè)量溫度(Tbat)和設(shè)定溫度(Tcrit)之間的差異等來(lái)改變充電和放電脈沖電流的大小和供應(yīng)時(shí)間。在優(yōu)選實(shí)例中，可以在構(gòu)成電池模塊的每一個(gè)電池胞的1/3C率(充電率)到5C率下供應(yīng)充電和放電脈沖電流2到30秒。由本發(fā)明人執(zhí)行的試驗(yàn)揭示了，在示例性電池組系統(tǒng)中，從-30°C達(dá)到10°C所用時(shí)間根據(jù)C率條件而改變。在該電池組系統(tǒng)中，控制器用于控制構(gòu)成電池組系統(tǒng)的相應(yīng)的組件的操作。例如，控制器可以考慮到測(cè)量溫度和在低溫下的上限C率來(lái)控制脈沖電流。將控制器應(yīng)用于電池組系統(tǒng)不受特別限制。例如，控制器可以是獨(dú)立裝備或者可以被安裝在電池管理系統(tǒng)(BMS)中。在優(yōu)選實(shí)例中，該電池組系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括被置放在電池模塊和輔助功率單元之間以供應(yīng)充電和放電脈沖電流的雙向轉(zhuǎn)換器。根據(jù)來(lái)自控制器的操作信號(hào)，雙向轉(zhuǎn)換器可以從輔助功率單元向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流或者利用電池模塊的電流對(duì)輔助功率單元充電。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種包括該電池組系統(tǒng)作為電源的設(shè)備。 這種設(shè)備可以是利用來(lái)自電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力操作的動(dòng)力工具、電動(dòng)汽車(chē)諸如電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合電動(dòng)車(chē)輛(HEV)或者插電式混合電動(dòng)車(chē)輛(PHEV)、雙輪電動(dòng)車(chē)輛諸如電動(dòng)自行車(chē)(E-bike)或者電動(dòng)踏板車(chē)(E-scooter),或者電動(dòng)高爾夫球車(chē),當(dāng)然本發(fā)明不限于此。優(yōu)選地，該設(shè)備是要求在低溫和/或根據(jù)需要得到調(diào)節(jié)的溫度下維持其性能以便最大化其操作效率的電動(dòng)汽車(chē)、雙輪電動(dòng)車(chē)輛或者電動(dòng)高爾夫球車(chē)。更加優(yōu)選地，該設(shè)備是電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛或者插電式混合電動(dòng)車(chē)輛。因此，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的一個(gè)方面，提供一種如在以下描述的、電池組系統(tǒng)的操作方法。具體地，該電池組系統(tǒng)的操作方法包括(a)在電池模塊被電連接到外部設(shè)備之前測(cè)量電池模塊的溫度，(b)當(dāng)電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，將輔助功率單元連接到電池模塊，使得充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到電池模塊、(c)根據(jù)充電和放電脈沖電流到電池模塊的供應(yīng)來(lái)增加電池模塊的溫度、(d)當(dāng)電池模塊的溫度等于或者大于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，中斷充電和放電脈沖電流到電池模塊的供應(yīng)，和(e)將電池模塊電連接到外部設(shè)備。根據(jù)情況，該操作方法可以進(jìn)一步包括在步驟(a)或者步驟(b)之前或者在步驟(e)之后對(duì)輔助功率單元充電。如在前描述地，輔助功率單元可以在電池模塊被電連接到外部設(shè)備或者未被電連接到外部設(shè)備的狀態(tài)中被電池模塊充電或者可以被外部設(shè)備的另外的電源單元(例如，用于操作電子組件的電池)充電。當(dāng)使用用于操作電子組件的電池對(duì)輔助功率單元充電時(shí)，減輕對(duì)于其性能在低溫下降低的電池模塊的損壞，并且即使當(dāng)電池模塊未被充分地充電時(shí)也對(duì)輔助功率單元充電是可能的。根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)的操作方法可以緊挨著在電池模塊被連接到外部設(shè)備的步驟之前執(zhí)行，以在短時(shí)間內(nèi)將電池模塊的溫度增加至設(shè)定溫度(Trait)的范圍，或者，在外部設(shè)備停機(jī)(OFF)的狀態(tài)下，執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)的操作方法同時(shí)持續(xù)監(jiān)視電池模塊的溫度，以維持電池模塊的溫度在設(shè)定的溫度(Trait)或者更高溫度。在后一情形中，通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)充電和放電在能夠使用的范圍內(nèi)維持電池模塊的溫度，由此減少在設(shè)備能夠操作之前的等待時(shí)間是可能的。


與附圖相結(jié)合，根據(jù)以下詳細(xì)說(shuō)明，將會(huì)更加清楚地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)，在附圖中
圖I是圖示二次電池的內(nèi)阻根據(jù)溫度的變化的曲線圖；圖2是圖示具有相同充電和放電率的方波型脈沖波的形式的曲線圖；圖3是圖示具有相同充電和放電率的正弦波型脈沖波的形式的曲線圖；圖4是圖示當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池組系統(tǒng)時(shí)電池的溫度升高曲線的曲線圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池組系統(tǒng)的典型構(gòu)造視圖；以及圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池組系統(tǒng)的電池組溫度控制方法的流程圖。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)在，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的范圍不受所圖示的實(shí)施例限制。圖I是圖示二次電池的內(nèi)阻根據(jù)溫度的變化的曲線圖。參考圖1，基于二次電池在25°C的溫度下的內(nèi)阻示出了二次電池的內(nèi)阻根據(jù)溫度的相對(duì)變化。隨著溫度降低，內(nèi)阻平緩地增加。在10°c的溫度下的內(nèi)阻大于在25°C的溫度下的內(nèi)阻的1.5倍。隨后，內(nèi)阻急劇地增加。在0°C的溫度下的內(nèi)阻是在25 °C的溫度下的內(nèi)阻的2. 5倍。在-10°C的溫度下的內(nèi)阻是在25°C的溫度下的內(nèi)阻的4倍。關(guān)于電池的內(nèi)阻的做功(work)變成在電池的充電和放電期間產(chǎn)生的熱能。也就是，W=VI=I2r。熱能W與內(nèi)阻R成比例。當(dāng)在低溫下內(nèi)阻增加時(shí)，因此，熱能也增加。圖2和3是圖示具有能夠在根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)中使用的相同充電和放電率的脈沖波的形式的曲線圖。參考這些附圖，在每一幅曲線圖中關(guān)于時(shí)間的積分值成為充電和放電容量。因此，當(dāng)( + )/ (_)積分值相同時(shí)，充電和放電容量是相同的，由此最小化電池模塊的內(nèi)部功耗。圖4是圖示當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電池組系統(tǒng)時(shí)電池的溫度升高曲線的曲線圖。參考圖4，能夠看到曲線圖的斜度隨著時(shí)間的進(jìn)展變得更加平緩。這是因?yàn)椋缭谇懊枋龅?，?nèi)阻隨著溫度增加而降低，并且因此，熱能與內(nèi)阻成比例地降低。而且，能夠看到，將電池的溫度從_30°C增加到10°C占用了大致250秒。當(dāng)使用外部熱量供應(yīng)單元加熱電池時(shí)，由于電池的高熱容量，難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度的這樣的快速增加。根據(jù)情況，如果電池模塊被配置，使得在設(shè)備被停機(jī)并且測(cè)量溫度Tbat小于設(shè)定溫度Trait的狀態(tài)下，當(dāng)電池模塊的溫度持續(xù)受到監(jiān)視時(shí)，通過(guò)電池的充電和放電，電池模塊的溫度保持在預(yù)定范圍內(nèi)，則電池組系統(tǒng)的操作時(shí)間可以是非常短的，例如幾秒到幾十秒。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池組系統(tǒng)的典型構(gòu)造視圖。參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池組系統(tǒng)100包括用于向外部設(shè)備200供應(yīng)電力的電池模塊300、用于測(cè)量電池模塊的溫度的溫度傳感器310、用于供應(yīng)充電和放電脈沖波電流的輔助功率單元400、在電池模塊300和輔助功率單元400之間連接的雙向轉(zhuǎn)換器500、和用于控制以上構(gòu)件的控制器600。電池模塊300通過(guò)開(kāi)關(guān)110的開(kāi)/關(guān)操作而被連接到設(shè)備控制器210或者被從那里斷開(kāi)以根據(jù)來(lái)自控制器600的信號(hào)在電池模塊300和設(shè)備200之間執(zhí)行電氣切換。在開(kāi)關(guān)110關(guān)閉的狀態(tài)中，溫度傳感器310測(cè)量電池模塊的溫度，并且控制器600
比較測(cè)量溫度Tbat與設(shè)定溫度Trait。當(dāng)作為溫度比較的結(jié)果測(cè)量溫度Tbat小于設(shè)定溫度Trait時(shí)，控制器600將輔助功率單元400連接到電池模塊300，使得充電和放電脈沖波電流經(jīng)由被置放在電池模塊300和輔助功率單元400之間的雙向轉(zhuǎn)換器500而被供應(yīng)到電池模塊300。在向電池模塊300供應(yīng)充電和放電脈沖波電流時(shí)，電池模塊300的溫度增加。結(jié)果，當(dāng)電池模塊300的溫度變得等于或者大于設(shè)定溫度Trait時(shí)，控制器600經(jīng)由開(kāi)關(guān)110將輔助功率單元400從電池模塊300電氣斷開(kāi)并且將電池模塊300電連接到設(shè)備200。因此，在電池模塊300被連接到設(shè)備200之前，電池模塊300的溫度至少增加到設(shè)定溫度Trait,由此最大化電池組系統(tǒng)的操作效率。根據(jù)情況，上述的操作可以被反復(fù)地執(zhí)行，使得即使在電池模塊300到設(shè)備的連 接未被考慮的狀態(tài)中，電池模塊300的溫度也被保持在設(shè)定溫度Trait,因此，在電池模塊300和設(shè)備200之間的連接總是可能的。圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池組系統(tǒng)的電池組溫度控制方法的流程圖。與圖5 —起地參考圖6，當(dāng)電池組系統(tǒng)100操作時(shí)，控制器600讀出設(shè)定溫度Trait(S100)，并且溫度傳感器310測(cè)量電池模塊300的溫度Tbat(S110)。隨后，控制器600確定測(cè)量溫度Tbat是否小于設(shè)定溫度Trait (S120)。例如，設(shè)定溫度Trait可以是0°C。當(dāng)確定測(cè)量溫度Tbat小于設(shè)定溫度Trait時(shí)(是)，控制器600經(jīng)由雙向轉(zhuǎn)換器500將輔助功率單元400連接到電池模塊300，使得充電和放電脈沖波電流被供應(yīng)到電池模塊300(S130)。另一方面，當(dāng)確定測(cè)量溫度Tbat等于或者大于設(shè)定溫度Trait時(shí)(否)，控制器600將電池模塊300連接到設(shè)備200 (S150)。在供應(yīng)充電和放電脈沖波電流的步驟(S130)，充電和放電脈沖波電流被供應(yīng)到電池模塊，并且確定電池模塊300的測(cè)量溫度Tbat是否小于設(shè)定溫度Trait。當(dāng)確定測(cè)量溫度Tbat小于設(shè)定溫度Trait時(shí)(是)，該過(guò)程返回供應(yīng)充電和放電脈沖波電流的步驟(S130)，使得執(zhí)行供應(yīng)充電和放電脈沖波電流的步驟和隨后的步驟。當(dāng)確定測(cè)量溫度Tbat等于或者大于設(shè)定溫度Trait時(shí)(否)，該過(guò)程前進(jìn)到將電池模塊300連接到設(shè)備200的步驟(S150)。雖然已經(jīng)為了說(shuō)明性的意圖公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不偏離如在所附權(quán)利要求中所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換都是可能的。工業(yè)適用性如根據(jù)以上說(shuō)明顯而易見(jiàn)的，在使用輔助功率單元向電池模塊供應(yīng)脈沖波電流來(lái)最小化電池模塊的內(nèi)部功耗時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的電池組系統(tǒng)及其操作方法可以基于在設(shè)定溫度下由于高內(nèi)阻引起的、在電池的充電和放電期間的發(fā)熱現(xiàn)象來(lái)將電池模塊的溫度快速地增加到可使用范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于供應(yīng)操作外部設(shè)備所必需的電流的電池組系統(tǒng)，所述電池組系統(tǒng)包括 包括可充電和可放電的多個(gè)電池胞的電池模塊，所述電池模塊用于向所述外部設(shè)備供應(yīng)電力； 用于檢測(cè)所述電池模塊的溫度的溫度傳感器； 用于向所述電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流的輔助功率單元；和控制器，所述控制器用于在所述電池模塊被電連接到所述外部設(shè)備之前，基于所述溫度傳感器檢測(cè)到的信息，當(dāng)所述電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，將所述輔助功率單元連接到所述電池模塊，使得所述充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到所述電池模塊，并且當(dāng)所述電池模塊的溫度變得等于或者大于所述設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，中斷所述充電和放電脈沖電流到所述電池模塊的供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述電池胞中的每一個(gè)均是板形二次電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組系統(tǒng)，其中所述板形二次電池被形成為具有下述結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，具有負(fù)極/隔膜/正極結(jié)構(gòu)的電極組件被安裝在由包括樹(shù)脂層和金屬層的層壓板形成的電池殼體中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述輔助功率單元是低容量輔助電池或者電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組系統(tǒng)，其中所述輔助電池的容量是所述電池模塊的容量的3-15%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述設(shè)定溫度(Trait)被設(shè)在-5°C到10°C的溫度范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述設(shè)定溫度(Trait)被設(shè)置在比使得操作被正確地執(zhí)行的15°C到40°C的溫度更高的5°C到20°C的溫度范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述充電和放電脈沖電流是具有相同充電和放電率的脈沖波電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組系統(tǒng)，其中所述脈沖波電流是方波型脈沖波電流或者正弦波型脈沖波電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述充電和放電脈沖電流在構(gòu)成所述電池模塊的每一個(gè)電池胞的1/3C率到5C率下被供應(yīng)2到30秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，其中所述控制器是獨(dú)立裝備或者被安裝在電池管理系統(tǒng)(BMS)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池組系統(tǒng)，進(jìn)一步包括被置放在所述電池模塊和所述輔助功率單元之間、用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述充電和放電脈沖電流的雙向轉(zhuǎn)換器。
13.一種設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求I到12中任何一項(xiàng)所述的電池組系統(tǒng)作為電源。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備是電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛或者插電式混合電動(dòng)車(chē)輛。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求I到12中任何一項(xiàng)所述的電池組系統(tǒng)的操作方法，所述操作方法包括 Ca)在所述電池模塊被電連接到所述外部設(shè)備之前測(cè)量所述電池模塊的溫度；(b)當(dāng)所述電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，將所述輔助功率單元連接到所述電池模塊，使得所述充電和放電脈沖電流被供應(yīng)到所述電池模塊； (C)根據(jù)所述充電和放電脈沖電流到所述電池模塊的供應(yīng)來(lái)增加所述電池模塊的溫度； Cd)當(dāng)所述電池模塊的溫度等于或者大于所述設(shè)定溫度(Trait)時(shí)，中斷所述充電和放電脈沖電流到所述電池模塊的供應(yīng)；和 Ce)把所述電池模塊電連接到所述外部設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的操作方法，進(jìn)一步包括在步驟(a)或者步驟(b)之前或者在步驟(e)之后對(duì)所述輔助功率單元充電。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的操作方法，其中上述步驟緊挨著所述電池模塊被連接到所述外部設(shè)備的步驟之前被執(zhí)行，以使得把所述電池模塊的溫度增加至所述設(shè)定溫度(Trait)的范圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的操作方法，其中，在所述外部設(shè)備停機(jī)(關(guān)閉)的狀態(tài)下，上述步驟被反復(fù)執(zhí)行，同時(shí)持續(xù)監(jiān)視所述電池模塊的溫度，使得把所述電池模塊的溫度維持在所述設(shè)定溫度(Trait)或者更高。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于供應(yīng)操作外部設(shè)備所必需的電流的電池組系統(tǒng)及其操作方法，該電池組系統(tǒng)包括包括多個(gè)可充電和可放電的電池胞的電池模塊，該電池模塊用于向外部設(shè)備供應(yīng)電力；用于檢測(cè)電池模塊的溫度的溫度傳感器；用于向電池模塊供應(yīng)充電和放電脈沖電流的輔助功率單元；和控制單元，在電池模塊被電連接到外部設(shè)備之前，基于從溫度傳感器檢測(cè)到的信息，當(dāng)電池模塊的測(cè)量溫度(Tbat)小于設(shè)定溫度(Tcrit)時(shí)，該控制單元把輔助功率單元連接到電池模塊，使得將充電和放電脈沖電流供應(yīng)到電池模塊，并且，當(dāng)電池模塊的溫度變得等于或高于設(shè)定溫度(Tcrit)時(shí)，該控制單元中斷充電和放電脈沖電流到電池模塊的供應(yīng)。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102742068SQ201180007680
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者姜達(dá)模, 張珉哲, 李珍圭, 許真碩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)