一种蓄电储能部件动态结构制造技术

本发明专利技术提供一种蓄电储能部件（包括新能源电池包）的电池组结构，该结构可以实现蓄电储能部件的标称电压可以动态变化，以适应不同的充电电压需求，和适应不同的放电电压需求。本发明专利技术技术方案将为新能源储能部件的技术格局提供另外一个方向，即“动态储能结构”，以对比现有的“静态储能结构”。“动态储能结构”将实现更高的能源效率，以及为新能源汽车提供足以替代燃油车所需的更高的充电功率。代燃油车所需的更高的充电功率。

【技术实现步骤摘要】
一种蓄电储能部件动态结构


[0001]本专利技术涉及蓄电（包括锂电池）电池包、新能源汽车、蓄电储能等相关应用领域。

技术介绍

[0002]蓄电储能及汽车应用在遭遇高压、大功率充放电时，以目前的蓄电电源结构无法解决（充电、放电）功率控制器件存在较大发热（电控能源损耗）、高压器件成本较高、变压发热（电压转换损耗）等问题。而在新能源电动汽车领域，以现有锂电池物理特性无法实现真正意义上的快速充电，这已经是现阶段新能源电动汽车发展的主要技术瓶颈（提供超大电流的充电桩不仅成本无法被接受，且物理上无法实现充电枪的随意机动）。
[0003]可以很明确，在以电池作为储能的新能源应用中，大电流给电芯使用寿命带来的损害是主要因素，且是致命因素（无论是在充电或者放电过程中），与此同时大电流也是线路损耗的绝对因素，这将使整个以电池作为储能的能源架构的线路成本急剧增加（以至于现实中无法实现更高功率的充放电传输）。而高电压对于以电池作为储能的新能源架构而言，其电控成本及由于电控所产生的热损耗是整个能源架构的主要问题。高压电控的瓶颈在于必须采用高压电子开关器件（IGBT），随着电压的升高，高压电子开关器件的导通电阻会成倍成倍地增加，这将导致电控热损耗变得更加棘手（能耗效率也更低，且事实上高压IGBT的成本非常之高）。所以，当前电控技术条件下，以电池作为储能的能源架构中，电压所能到达的高度十分有限（必须采用更多的变压转换，但同时又提升了整个能源架构的成本、增加了整个能源架构的热损耗、以及降低了能耗效率）。事实上现有以电池作为储能的能源架构中，提高能源架构的电压，降低能源架构的电流才是提高能耗效率、降低热损耗、降低能源架构成本、提高电芯寿命（降低电芯爆燃概率）的最科学的途径，也是唯一的途径。
[0004]在“新能源储能”和“新能源电动汽车”这两大具体的应用中，“新能源储能”更需要的是低充高放，而“新能源电动汽车”更需要的是高充低放。所谓“低充高放”是指低电压充电而高电压放电，“高充低放”是指高电压充电而低电压放电。在“新能源储能”应用中，充电来源更多的是风能、太阳能、以及水力发电，这些清洁能源的输出电压相比“储能”所需要释放的放电电压而言要低得多，因此在作为储能部件的电池包其串联后的电压固定的条件下，只能在充电端或者放电端设置复杂而昂贵的变电设备（这将不仅增加成本，更将降低能源利用率）。对于“新能源电动汽车”应用而言，高电压充电是唯一解决快充问题的手段（目前还未能实现中压范围的快充，即1KV~35KV的快充。在10分钟以内，无法充到电池包80%或更高电量的主要原因是目前技术条件下电池包无法实现中压范围充电）。“新能源电动汽车”需要低压放电的主要原因是受限于电机物理特性及电机电控的技术条件（目前电机物理特性依然很难实现中压直接驱动现有新能源电动汽车的电机，尤其是在电机物理尺寸受限的情况下）。
[0005]因此，对于一个安全、高效、健壮的（基于电池储能）新能源架构而言，首先最理想的需求是该新能源架构必须能支持工作在中压范围（哪怕是中压范围内的较低电压范围），为此主要需要解决以下两个现存问题：“充放电电压问题”、“功率控制的电控问题”。
[0006]解决“充放电电压问题”是指在不依赖变压部件或者变压范围很小（小于或等于200伏）的条件下，新能源架构完全实现“低充高放”和“高充低放”的需求。解决这一问题将在“新能源储能”应用中节省大量的高压变压设备，将大幅削减系统成本，同时提高能源的利用率。而解决“充放电电压问题”对于“新能源电动汽车”应用而言，将彻底解决快充的问题，在合理的充电电流条件下实现可商用的大功率的快速充电需求，与此同时同样可以在汽车内部减少变电设备的使用，大幅削减变电设备的成本（与此同时大幅缩减变电设备在车内所占据的空间），并提高电池包电能的使用效率（大幅缩减变电损耗，以及大幅减少变电热源）。
[0007]本专利技术技术方案所解决的问题为蓄电池（包括锂电池）的“充放电电压问题”。

技术实现思路

[0008]事实上，无论是蓄电储能还是新能源汽车应用，对于能源结构而言，或者说从能源使用的原理上看，它们均属于基于蓄电池（包括锂电池）的能源储存的应用，只不过相对于蓄电储能的应用，新能源汽车的应用所涉及的储能蓄电池容量更小，且充放电电压标准有所不同。
[0009]为适应不同应用场景对于蓄电储能部件的充电电压及放点电压不同要求，本专利技术技术方案将提供在不使用任何变压设备的情况下满足可适应随应用需求变化的蓄电储能部件的动态结构（为使行文简洁，后文将统一以“蓄电储能部件”代表锂电池电池包，以及其它类型的可充电电池包）。本专利技术技术方案将实现蓄电储能部件的输入电压（充电电压）和输出电压（放电电压）能动态地适应不同应用场景（为使行文统一，后文所述蓄电储能部件的“输入电压”和“输出电压”均分别等同于蓄电储能部件的“充电电压”和“放电电压”）。即本专利技术技术方案将实现蓄电储能部件在不使用变电设备的情况下，同时实现“高充低放”和“低放高充”，并可在多种应用场景中动态切换，以实现蓄电储能部件超宽的输入电压范围和超宽的输出电压范围（现有技术背景下，蓄电储能部件的输入标称电压及输出标称电压均固定不变。而本专利技术技术方案所实现的“超宽的输入电压范围”和“超宽的输出电压范围”也可以分别理解为“动态的输入标称电压”和“动态输出标称电压”）。
[0010]在进一步对本专利技术技术方案原理进行阐述前，首先对本专利技术技术方案说明书涉及本专业内技术名词进行必要解释或定义，这些技术名词包括：“电池组”、“标称电压”、“标准电池组”、“次级电池组”、“标准单位标称电压”、“次级单位标称电压”、“部件标称电压”。
[0011]“电池组”是指多个可充电电芯通过串连或者并连的方式组成一个电池组合，该电池组合最终只保留一个电源正极和一个电源负极作为该电池组合的能源输入和输出端口。除此之外，该电池组合还包含若干输入或输出端口用于对该电池组合进行电压及温度进行检测，但并不用于能源输入或输出。
[0012]“标称电压”是指某一“电池组”或者“蓄电储能部件”的标准电压值，但需要特别强调的是“标称电压”并不是“电池组”或“蓄电储能部件”的当前实际电压，而是表示“电池组”或“蓄电储能部件”的正常工作电压范围内以该“标称电压”的值为基础向电压更大方向增大一定值，以及向电压更小方向减小一定值。因此“标称电压”在本专利技术说明书中可以表示“电池组”或“蓄电储能部件”的正常工作电压范围的等级，即在本专利技术说明书中具有相同“标称电压”的“电池组”具有相同的正常工作电压范围，同时也表示具有相同“标称电压”的
“
电池组”可以通过线缆直接进行并连连接。
[0013]“标准电池组”是指在一个“蓄电储能部件”中“标称电压”最高的所有“电池组”。
[0014]“次级电池组”是指在一个“蓄电储能部件”中“标称电压”低于“标准电池组”的所有“电池组”。
[0015]“标准单位标称电压”是指一个“标准电池组”的“标称电压”值。
[0016]“次级单位标称电压”是指一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现“部件标称电压”可动态增减的“蓄电储能部件”结构，对于该结构的权利描述所涉及的由于新技术而出现的新的专业术语一律以本发明说明书所定义为准，该结构其特征在于，包括步骤：“蓄电储能部件”以一个“标准电池组集合”组成；“蓄电储能部件”内的“相邻电池组”不直接通过导电电缆构成物理连接上的连接关系；“蓄电储能部件”内的“相邻电池组”通过但不仅限于通过“双刀双掷开关”，在物理连接上可形成串连连接关系，和在物理连接上可形成并连连接关系，且通过但不仅限于通过软件控制，可进行物理连接上的串连连接关系与物理连接上的并连连接关系之间的相互转换；通过但不仅限于通过软件控制，将原本物理连接上处于串连连接关系的“相邻电池组”的物理连接关系转换为物理连接上并连连接关系，实现将“蓄电储能部件”的“部件标称电压”减少一个“标准单位标称电压”；通过但不仅限于通过软件控制，将原本物理连接上处于并连连接关系的“相邻电池组”的物理连接关系转换为物理连接上串连连接关系，实现将“蓄电储能部件”的“部件标称电压”增加一个“标准单位标称电压”。2.一种实现“部件标称电压”可动态增减的“蓄电储能部件”结构，对于该结构的权利描述所涉及的由于新技术而出现的新的专业术语一律以本发明说明书所定义为准，该结构其特征在于，包括步骤：“蓄电储能部件”以一个“标准电池组集合”和一个或者多个“次级电池组集合”组成；“蓄电储能部件”内的“相邻电池组”不直接通过导电电缆构成物理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志平，
申请(专利权)人：王志平，
类型：发明
国别省市：