分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统，其中，系统包括：电池系统包括若干电池模组和用于供热交换媒介流通的换热结构，换热结构设置于电池模组之间；外置冷热供给系统通过连接装置与电池系统建立热交换回路，用于通过热交换回路和存储于外置冷热供给系统中的热交换媒介对每个电池模组进行热交换；外置热管理控制装置分别与电池系统、连接装置以及外置冷热供给系统建立通信连接，控制连接装置和外置冷热供给系统的运行。本发明专利技术具有成本低、易实现、冷却效果好、灵活可靠、适用范围广以及利用率高的优点，并且有效解决电池系统大容量化、高倍率化以及梯次利用的热管理难题。

【技术实现步骤摘要】
分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统
本专利技术涉及电池管理
，尤其涉及一种分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统。
技术介绍
温度对电池各方面性能都有很大的影响，进而影响电池系统的性能。比如，对容量、功率以及安全性等电池性能的影响。温度过高、温度过低以及温差过大等均不利于电池性能的发挥。为了让电池系统长期稳定且安全高效地运行，需要配置热管理系统。电池热管理系统的设计，总的来说，就是根据电池运行的要求以及电池工作期间所要经受住的内、外热负荷的状况，采用一种或者多种热管理技术来组织电池内、外部的热交换过程，保证电池系统在整个工作期间的温度水平都保持在规定的范围内。近年来，为适应储能、新能源汽车、数据中心UPS以及通信基站备用电源等场合的需求，电池系统正在向大容量化、高倍率化以及梯次利用等方向发展。相应地，对电池系统的热管理要求也越来越高。在电网储能领域中，国内外已建成一些大容量电池储能系统。例如，2009年，A123公司和南加州爱迪生电力公司共同建设了32MWh的锂离子电池储能电站。2011年，国家电网公司为张北风光储输项目配套了一个20MW电池储能系统，该系统包括4个磷酸铁锂电池系统和1个液流电池系统。同年，南方电网的深圳宝清储能电站建成并投运，设计规模为10MW。然而，这些储能电站项目还处于试验和示范阶段，在运行一段时间后，易出现性能明显下降、电池容量过低等问题。与动力电池系统相比，储能系统聚集的电池数目更多，电池容量和功率也更大。大量的电池紧密排列在一个空间内，运行工况复杂多变，时而高倍率，时而低倍率。这就容易造成产热不均匀、温度分布不均匀、电池间温差较大等。长此以往，必然会导致部分电池的充放电性能、容量和寿命等下降，从而影响整个系统的性能，严重时会发生热失控，造成事故。已有大容量锂离子电池储能系统在运行一段时间后出现性能下降的一个重要原因就是因为热管理系统设计不当。随着电池储能系统的商用化，为了提高储能系统的经济性，尤其在调频等应用场景下，需要减少电池数目，提高工作倍率。随着倍率的升高，电池产热量增大，对热管理系统提出了更高要求。在新能源汽车领域，快速充电是解决纯电动车里程焦虑问题的重要方案之一，电动汽车的发展对快速充电的需求日益迫切。快速充电可以大大缩短电动汽车的充电时间。例如在15分钟内，给电动汽车充入80％电池容量的电量。但是，快速充电除了对动力电池的快充性能、充电桩的设备线路有很高要求外，也对电池系统的热管理提出了非常高的要求。快速充电对电池系统散热的要求为：一般情况下，若要实现15分钟以内的快充，动力电池的充电倍率要求大于4C，相应地，电池会在短时间内产生大量的热量，这就要求车载动力电池系统具有更快更高效的散热系统，迅速将热量快速带出电池包，保持电池温度不会过高，温度分布均匀。传统的做法是将快充过程的散热问题交由车载热管理系统来解决，通过在动力电池包中增加翅片，增铺导热铝管或冷板，配置热管，增加冷却剂或采用车用空调对电池进行直冷等措施来提高散热功率。然而，电池在快充过程中的发热量远高于电池在正常行驶过程中的发热量，这就会导致车载热管理系统的利用率非常低。此外，增加翅片、导热铝管、冷板冷却剂以及热管等措施都会增加电池包的体积、重量以及成本；采用车用空调对快充时的电池进行直冷，需要大幅增加空调功率，这也会增加整车重量与成本，降低电池的续航里程。同样在新能源汽车领域，随着新能源汽车产业的迅猛发展，动力电池的报废量也将与日俱增。预计到2020年，中国汽车动力电池累计报废量将会达到20万吨的规模，到2025年中国电动汽车车用动力电池年报废量或可达到35万吨的规模。按照国家的要求，退役动力电池应遵循先梯次利用后再生利用的原则。换句话说，动力电池在动力电池退役后可以接着用于更小型的家庭电瓶车、不间断电源、家庭储能、新能源发电储能电站以及通讯基站等。这既能降低项目成本又能提高电池全寿命周期的价值，还能避免资源浪费，减少环境影响。然而，目前要实现退役电池的梯次利用困难度很高，其中一个非常重要的问题是热管理问题。在电池梯次利用时，旧电池各方面的状态劣于新电池。旧电池与新电池相比，其具有更高的内阻、产热，其内部具有更加不均匀的物理量分布，其更易热失控、易失效，其一致性也差很多。此外，旧电池的应用工况不同于新电池。因此，在电池梯次利用时，旧电池的热管理要求不同于新电池，前者的要求可能更高。在目前的方案中，还没有考虑电池梯次利用的热管理系统。综上所述，目前缺乏一种能够满足电池系统大容量化、高倍率化以及梯次利用的热管理系统。
技术实现思路
本专利技术主要针对电池系统在热管理方面存在的技术不足，提供一种解决电池热管理问题的分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统。本专利技术提供了一种分离型电池热管理系统，包括电池系统、连接装置、外置冷热供给系统以及外置热管理控制装置；所述电池系统，包括若干电池模组和用于供热交换媒介流通的换热结构，所述换热结构设置于所述电池模组之间；所述外置冷热供给系统，通过所述连接装置与所述电池系统建立热交换回路，用于在电池系统运行时，通过所述热交换回路将存储于所述外置冷热供给系统中的热交换媒介进行输出，使所述热交换媒介与每个所述电池模组进行热交换，并在热交换后通过所述热交换回路将热交换媒介回收并使所述热交换媒介保持预设温度；所述外置热管理控制装置，分别与所述电池系统、连接装置以及外置冷热供给系统建立通信连接，控制所述连接装置和外置冷热供给系统的运行，用于根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述外置冷热供给系统通过所述连接装置向所述电池系统输出的热交换媒介参数，同时根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述连接装置的连接状态。作为一种可实施方式，所述外置冷热供给系统包括输送装置、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、蓄冷容器、蓄热容器、载冷媒介回收容器、载热媒介回收容器、恒温装置以及第一循环装置；所述输送装置，其输出端连接所述连接装置，其输入端通过第一三通阀分别连接所述蓄冷容器和蓄热容器，用于将所述蓄冷容器和蓄热容器中的热交换媒介输出至连接装置中；所述蓄冷容器，通过所述第二三通阀连接所述恒温装置的输出端，用于存储所述热交换媒介的载冷媒介；所述蓄热容器，通过所述第二三通阀连接所述恒温装置的输出端，用于存储所述热交换媒介的载热媒介；所述恒温装置，其输入端连接所述第一循环装置的输出端，用于将所述热交换媒介保持在预设温度；所述第一循环装置，其输入端通过所述第三三通阀分别连接所述载冷媒介回收容器和载热媒介回收容器，用于回收所述载冷媒介回收容器和载热媒介回收容器中的热交换媒介，并将所述回收的热交换媒介输送至所述恒温装置中；所述载冷媒介回收容器，通过所述第四三通阀连接所述连接装置，用于存储所述热交换媒介的载冷媒介；所述载热媒介回收容器，通过所述第四三通阀连接所述连接装置，用于存储所述热交换媒介的载热媒介。作为一种可实施方式，所述恒温装置为蒸汽压缩式冷热机组、热泵机组、吸收式冷热机组、吸附式冷热机组、喷射式冷热机组以及二氧化碳制冷机组中的一种或几种。作为一种可实施方式，所述恒温装置的驱动能源为电、燃气、氢气、生物质气、余热、地热以及太阳能光热中的一种或几种。作为一种可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离型电池热管理系统，其特征在于，包括电池系统、连接装置、外置冷热供给系统以及外置热管理控制装置；所述电池系统，包括若干电池模组和用于供热交换媒介流通的换热结构，所述换热结构设置于所述电池模组之间；所述外置冷热供给系统，通过所述连接装置与所述电池系统建立热交换回路，用于在电池系统运行时，通过所述热交换回路将存储于所述外置冷热供给系统中的热交换媒介进行输出，使所述热交换媒介与每个所述电池模组进行热交换，并在热交换后通过所述热交换回路将热交换媒介回收并使所述热交换媒介保持预设温度；所述外置热管理控制装置，分别与所述电池系统、连接装置以及外置冷热供给系统建立通信连接，控制所述连接装置和外置冷热供给系统的运行，用于根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述外置冷热供给系统通过所述连接装置向所述电池系统输出的热交换媒介参数，同时根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述连接装置的连接状态。

【技术特征摘要】
1.一种分离型电池热管理系统，其特征在于，包括电池系统、连接装置、外置冷热供给系统以及外置热管理控制装置；所述电池系统，包括若干电池模组和用于供热交换媒介流通的换热结构，所述换热结构设置于所述电池模组之间；所述外置冷热供给系统，通过所述连接装置与所述电池系统建立热交换回路，用于在电池系统运行时，通过所述热交换回路将存储于所述外置冷热供给系统中的热交换媒介进行输出，使所述热交换媒介与每个所述电池模组进行热交换，并在热交换后通过所述热交换回路将热交换媒介回收并使所述热交换媒介保持预设温度；所述外置热管理控制装置，分别与所述电池系统、连接装置以及外置冷热供给系统建立通信连接，控制所述连接装置和外置冷热供给系统的运行，用于根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述外置冷热供给系统通过所述连接装置向所述电池系统输出的热交换媒介参数，同时根据所述电池系统的电参数和温度参数控制所述连接装置的连接状态。2.如权利要求1所述的分离型电池热管理系统，其特征在于，所述外置冷热供给系统包括输送装置、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、蓄冷容器、蓄热容器、载冷媒介回收容器、载热媒介回收容器、恒温装置以及第一循环装置；所述输送装置，其输出端连接所述连接装置，其输入端通过第一三通阀分别连接所述蓄冷容器和蓄热容器，用于将所述蓄冷容器和蓄热容器中的热交换媒介输出至连接装置中；所述蓄冷容器，通过所述第二三通阀连接所述恒温装置的输出端，用于存储所述热交换媒介的载冷媒介；所述蓄热容器，通过所述第二三通阀连接所述恒温装置的输出端，用于存储所述热交换媒介的载热媒介；所述恒温装置，其输入端连接所述第一循环装置的输出端，用于将所述热交换媒介保持在预设温度；所述第一循环装置，其输入端通过所述第三三通阀分别连接所述载冷媒介回收容器和载热媒介回收容器，用于回收所述载冷媒介回收容器和载热媒介回收容器中的热交换媒介，并将所述回收的热交换媒介输送至所述恒温装置中；所述载冷媒介回收容器，通过所述第四三通阀连接所述连接装置，用于存储所述热交换媒介的载冷媒介；所述载热媒介回收容器，通过所述第四三通阀连接所述连接装置，用于存储所述热交换媒介的载热媒介。3.根据权利要求2所述的分离型电池热管理系统，其特征在于，所述恒温装置为蒸汽压缩式冷热机组、热泵机组、吸收式冷热机组、吸附式冷热机组、喷射式冷热机组以及二氧化碳制冷机组中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的分离型电池热管理系统，其特征在于，所述恒温装置的驱动能源为电、燃气、氢气、生物质气、余热、地热以及太阳能光热中的一种或几种。5.根据权利要求2所述的分离型电池热管理系统，其特征在于，所述输送装置和所述第一循环装置为离心风机、轴流风机、多级离心泵、隔膜泵、柱塞泵、喷射泵、轴流压缩机、径流压缩机、涡旋压缩机以及螺杆压缩机中的一种或几种。6.如权利要求1所述的分离型电池热管理系统，其特征在于，所述电池系统为车载动力电池系统、储能电池系统、应急备用电源系统以及不间断电源系统中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王羽平，相佳媛，陈冬，陈建，吴贤章，
申请(专利权)人：浙江南都电源动力股份有限公司，杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33