用于匹配多個(gè)蓄電池的組合化學(xué)成分的制作方法
【專利說明】用于匹配多個(gè)蓄電池的組合化學(xué)成分
[0001]相關(guān)申請(qǐng)參考的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年I月2日提交的、題為“用于匹配多種能量?jī)?chǔ)存源的電壓的組合化學(xué)成分”的序列號(hào)為61/923，118的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]本公開總體涉及蓄電池和蓄電池模塊領(lǐng)域。更具體地，本公開涉及鋰離子電化學(xué)電池中的活性物質(zhì)。
[0004]本節(jié)的目的是向讀者介紹可能與本公開的各個(gè)方面有關(guān)的本領(lǐng)域的各個(gè)方面，具體如下文所述和/或要求保護(hù)的。我們相信這些討論有助于為讀者提供背景信息，以便于更好理解本公開的各個(gè)方面。由此，應(yīng)理解的是，應(yīng)從這個(gè)角度理解這些陳述，而不是作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。
[0005]利用一個(gè)或多個(gè)蓄電池系統(tǒng)為車輛提供全部或部分動(dòng)力的車輛可稱為xEV，其中術(shù)語“xEV”在本文中被定義為包括使用電力提供全部或部分車輛動(dòng)力的所有以下車輛，或其任何變形或組合。例如，xEV包括利用電力提供全部動(dòng)力的電動(dòng)車輛(EV)。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)(也被認(rèn)為是xEV)將內(nèi)燃機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)和蓄電池供電的電力推進(jìn)系統(tǒng)(例如，48伏(V)或130V系統(tǒng))組合在一起。術(shù)語“HEV”可包括混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的任何變形。例如，全混合動(dòng)力系統(tǒng)(FHEV)可利用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)，僅利用內(nèi)燃機(jī)或同時(shí)利用電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)為車輛提供動(dòng)力和其他電力。對(duì)比而言，中度混合動(dòng)力系統(tǒng)(MHEV)，在車輛怠速時(shí)停用內(nèi)燃機(jī)，并利用蓄電池系統(tǒng)繼續(xù)為空調(diào)單元、收音機(jī)或其他電子裝置供電，并在需要推進(jìn)時(shí)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。中度混合動(dòng)力系統(tǒng)還可例如在加速期間施加一定程度的動(dòng)力輔助，以對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充。中度混合動(dòng)力一般為96V至130V，通過皮帶或曲柄集成的起動(dòng)器發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能。另外，微混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(mHEV)也采用與中度混合動(dòng)力相似的“起停”系統(tǒng)，但mHEV的微混合動(dòng)力系統(tǒng)可以為內(nèi)燃機(jī)提供或不提供動(dòng)力輔助，且在低于60V的電壓下運(yùn)行。為了本文討論的目的，應(yīng)注意的是，mHEV—般在技術(shù)上不利用直接提供給曲柄軸或傳動(dòng)系統(tǒng)的電力作為車輛的任何部分的動(dòng)力，但mHEV仍可被認(rèn)為是xEV，因?yàn)楫?dāng)車輛在內(nèi)燃機(jī)停用的情況下怠速時(shí)，它利用電力補(bǔ)充車輛的動(dòng)力需求，并通過集成式起動(dòng)器發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能。另外，插電式電動(dòng)車輛(PEV)是可以從外部電力源(例如，壁式插座)充電的任何車輛，并且被存儲(chǔ)在可再充電蓄電池組中的能量驅(qū)動(dòng)車輪或有助于驅(qū)動(dòng)車輪。PEV是EV的子類，EV包括純電動(dòng)車輛(BEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)，以及混合動(dòng)力電動(dòng)車輛和常規(guī)內(nèi)燃機(jī)車輛的電動(dòng)車輛改裝。
[0006]與僅使用內(nèi)燃機(jī)和傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)(一般是由鉛酸蓄電池供電的12V系統(tǒng))的更傳統(tǒng)的氣動(dòng)力車輛相比，上述xEV可具有多種優(yōu)點(diǎn)。例如，與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛相比，xEV可以產(chǎn)生較少的不合需排放物，并且表現(xiàn)出更高的燃料效率，在某些情況下，這種xEV可完全省去汽油的使用，某些類型的EV或PEV就是如此。
[0007]隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，需要為這種車輛提供改進(jìn)的動(dòng)力源，特別是蓄電池模塊。例如，蓄電池系統(tǒng)可包括多個(gè)蓄電池模塊，多個(gè)蓄電池模塊可利用各種連接方式互相連接。在許多這種系統(tǒng)中，蓄電池模塊可包含某一配置的蓄電池單元，以獲得蓄電池模塊的預(yù)期結(jié)果。例如，可針對(duì)特定應(yīng)用選擇電池尺寸、形狀、化學(xué)成分、端子配置等。遺憾的是，許多蓄電池系統(tǒng)局限于一種特定的蓄電池單元配置，其妨礙了設(shè)計(jì)的靈活性。例如，目前認(rèn)識(shí)到，蓄電池系統(tǒng)中的蓄電池模塊的設(shè)計(jì)靈活性可能會(huì)由于選擇了具有相同電池化學(xué)成分的蓄電池單元而受到限制。由此，需要為蓄電池模塊提供更多的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文公開的特定實(shí)施例的描述如下。應(yīng)理解的是，這些方面僅為讀者提供這些特定實(shí)施例的概述，并且這些方面并不旨在限制本公開的范圍。實(shí)際上，本公開可包括下文可能沒有描述的各種方面。
[0009]本公開涉及一種微混合動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)。所述微混合動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)包括用于與電負(fù)載耦合的鋰離子蓄電池模塊。所述鋰離子蓄電池模塊包括外殼。所述鋰離子蓄電池模塊還包括第一鋰離子蓄電池單元，所述第一鋰離子蓄電池單元布置在外殼內(nèi)并具有第一活性物質(zhì)化學(xué)成分，所述第一活性物質(zhì)化學(xué)成分包括第一陰極活性物質(zhì)和第一陽極活性物質(zhì)。所述鋰離子蓄電池模塊還包括第二鋰離子蓄電池單元，所述第二鋰離子蓄電池單元與所述第一鋰離子蓄電池單元電連接并布置在所述外殼內(nèi)。所述第二鋰離子蓄電池單元具有第二活性物質(zhì)化學(xué)成分，所述第二活性物質(zhì)化學(xué)成分包括第二陰極活性物質(zhì)和第二陽極活性物質(zhì)。所述第一和第二活性物質(zhì)化學(xué)成分不同，因此所述第一和第二鋰離子蓄電池單元具有不同的開路電壓。
[0010]本公開還涉及一種微混合動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)。所述微混合動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)包括第一蓄電池模塊。所述微混合動(dòng)力蓄電池系統(tǒng)還包括鋰離子蓄電池模塊，所述鋰離子蓄電池模塊與所述第一蓄電池模塊以并聯(lián)方式電連接，包括多組鋰離子蓄電池單元和多種不同的鋰離子蓄電池化學(xué)成分。多組鋰離子蓄電池單元中的每一組與多種不同鋰離子蓄電池化學(xué)成分的其中之一對(duì)應(yīng)。所述第一蓄電池模塊和所述鋰離子蓄電池模塊電壓匹配。
[0011 ]本公開進(jìn)一步涉及一種制造蓄電池系統(tǒng)的方法。所述方法包括:將多個(gè)鋰離子蓄電池單元組裝到鋰離子蓄電池模塊中，以使所述多個(gè)鋰離子蓄電池單元中的第一鋰離子蓄電池單元包括與所述多個(gè)鋰離子蓄電池單元中的第二鋰離子蓄電池單元不同的鋰離子蓄電池化學(xué)成分。將多個(gè)鋰離子蓄電池單元組裝到鋰離子蓄電池模塊中包括:將所述第一鋰離子蓄電池單元與所述第二鋰離子蓄電池單元電連接。所述方法還包括:將所述鋰離子蓄電池模塊與附加的蓄電池模塊以并聯(lián)方式電連接。所述多個(gè)鋰離子蓄電池單元配置為，使得鋰離子蓄電池模塊與附加的蓄電池模塊電壓匹配。
【附圖說明】
[0012]通過參考附圖(其中相似符號(hào)表示相似部件)閱讀下列詳細(xì)說明，可以更好地理解本公開的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中，相似符號(hào)代表相似部分，其中:
[0013]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的具有蓄電池系統(tǒng)的車輛(例如，mHEV)的立體圖；
[0014]圖2是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的具有蓄電池系統(tǒng)的圖1的車輛的剖面示意圖；
[0015]圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的包括多個(gè)電壓匹配的蓄電池模塊的儲(chǔ)能部件的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0016]圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)蓄電池模塊的電壓特性的圖表；
[0017]圖5是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)蓄電池模塊的電壓特性的圖表;以及
[0018]圖6是根據(jù)本公開的用于制造包括多個(gè)電壓匹配的蓄電池模塊的儲(chǔ)能部件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下文將對(duì)本技術(shù)的一個(gè)或多個(gè)特定實(shí)施例進(jìn)行說明。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要描述，說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。應(yīng)理解的是，在任何這種實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)過程中，例如，在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出針對(duì)實(shí)施方式的許多決定，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，例如，符合系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)約束條件，這些條件在各個(gè)實(shí)施方式之間可能有所不同。另外，應(yīng)理解的是，在開發(fā)上所做的這種努力可能很復(fù)雜、耗時(shí)，但是，是得益于本公開的普通技術(shù)人員在設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)過程中的例行任務(wù)。
[0020]如上文所述，與更傳統(tǒng)的氣動(dòng)車輛相比，車輛技術(shù)已改進(jìn)從而增加了燃油經(jīng)濟(jì)性和/或減少了不合需的排放物。例如，微混合動(dòng)力車輛在車輛怠速時(shí)，停用車輛的內(nèi)燃機(jī)。車輛內(nèi)燃機(jī)停用的同時(shí)，蓄電池系統(tǒng)可繼續(xù)向車輛的電氣系統(tǒng)(可包括車輛收音機(jī)、空調(diào)、電子控制單元等)供電。另外，再生制動(dòng)車輛捕捉并儲(chǔ)存車輛制動(dòng)或滑行時(shí)產(chǎn)生的電力。在某些實(shí)施例中，隨后可利用所產(chǎn)生的電力向車輛電氣系統(tǒng)供電。在其他實(shí)施例中，可利用所產(chǎn)生的電力在用電需求較高時(shí)穩(wěn)定電壓，例如在再生儲(chǔ)電系統(tǒng)中。
[0021]基于優(yōu)于傳統(tǒng)氣動(dòng)車輛的優(yōu)點(diǎn)，一般生產(chǎn)傳統(tǒng)氣動(dòng)車輛的制造商可能希望在他們的車輛生產(chǎn)線上運(yùn)用改進(jìn)的車輛技術(shù)(例如，微混合動(dòng)力技術(shù)或再生制動(dòng)技術(shù))。這些制造商通常用其傳統(tǒng)車輛平臺(tái)中的一個(gè)平臺(tái)作為起點(diǎn)。一般來說，傳統(tǒng)氣動(dòng)車輛被設(shè)計(jì)成采用12伏蓄電池系統(tǒng)(例如，7-18V之間的工作電壓)，例如，單個(gè)12V鉛酸蓄電池。由此，由于傳統(tǒng)氣動(dòng)車輛被設(shè)計(jì)成采用12V蓄電池系統(tǒng)，因此可使用12V鋰離子蓄電池對(duì)12V鉛酸蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充。更具體地，12V鋰離子蓄電池可用于更有效地捕捉再生制動(dòng)期間產(chǎn)生的電能，然后提供電能，從而對(duì)車輛電氣系統(tǒng)提供動(dòng)力。另外，在mHEV中，當(dāng)車輛怠速時(shí)，可將內(nèi)燃機(jī)停用。由此，當(dāng)需要推進(jìn)時(shí)，12V鋰離子蓄電池可用于用起動(dòng)(例如，重啟)內(nèi)燃機(jī)。
[0022]當(dāng)前實(shí)施例包括蓄電池模塊物理特征、組裝組件、制造和組裝技術(shù)等，便于為蓄電池模塊和系統(tǒng)提供更多設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，特別是使用鋰離子化學(xué)成分的組合的12V蓄電池系統(tǒng)。如在本文中使用的，“蓄電池模塊”旨在描述利用各種化學(xué)反應(yīng)以儲(chǔ)存和/或分配電力的儲(chǔ)能裝置。如下文更詳細(xì)地描述的那樣，蓄電池系統(tǒng)可包括第一蓄電池模塊(例如，鉛酸蓄電池)和第二蓄電池模塊(例如，鋰離子蓄電池)。每個(gè)蓄電池模塊可包括多個(gè)蓄電池單元(例如，互相串聯(lián)、并聯(lián)或串聯(lián)與并聯(lián)的組合)。例如，12V鋰離子蓄電池可包括六個(gè)串聯(lián)的鋰鎳錳鈷氧化物/鈦酸鋰(NMC/LT0)鋰離子蓄電池單元，每個(gè)單元的電壓范圍可為約2至2.8V。每個(gè)蓄電池模塊的特性，例如，電壓分布(例如，因變于充電狀態(tài)的開路電壓)可取決于每個(gè)蓄電池模塊內(nèi)的蓄電池單元的配置(例如，串聯(lián)或并聯(lián))和為蓄電池單元選擇的蓄電池化學(xué)成分。
[0023]為了便于用第二蓄電池模塊