通过电池组预热在低温下快速充电电池制造技术

一种对包括分布在包括相变材料的热管理复合基体中的多个电化学电池的电池组充电的方法和装置。该方法在确定电池组温度和/或电压测量值低于预定最小阈值时运行。将电池组温度和/或电压测量值升高到预定最小阈值，例如通过应用低电流速率，然后在达到预定最小阈值时增加充电速率。增加的充电速率进一步基于热管理复合基体的充电热状态来选择。管理复合基体的充电热状态来选择。管理复合基体的充电热状态来选择。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过电池组预热在低温下快速充电电池


[0001]本专利技术总体上涉及可再充电电池组，并且更具体地涉及用于更快或以其他方式改进电池充电的装置、方法和控制系统，特别是在低电池温度下。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子(Li
‑
ion)电池组已成为物料搬运、机器人和电动垂直起降飞机等电气化运输应用中的主要的储能系统(ESS)。由于尺寸和重量的限制，这些应用更青睐高能量密度和轻质的ESS。然而，它们通常配备超大电池组，以减轻由于高能量密度锂离子电池的低充电速率(＜1C)而导致的长停机时间。快速充电是创造“加满油箱”体验的潜在解决方案，其最近引起了研究人员和业界的极大兴趣。
[0003]对可以在电池组水平上提高快速充电性能的技术已经进行了有限的研究。研究表明，温度控制和动态充电电流等技术可以改善性能并减少老化，而且在商业电池组中这些功能的优化需要将温度和电流/电压控制集成到复杂的电池管理系统中。
[0004]锂离子电池快速充电过程中的温度控制在提高电池的性能和循环寿命中起到重要的作用。持续需要对电池系统和电池充电技术的改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术的总体目的是提供用于电池系统或电池组的充电的改进。本专利技术的更具体的目的是克服上述的一个或多个问题。
[0006]本专利技术的总体目的可以至少部分地通过对电池组进行充电的方法来实现，该电池组包括分布在热管理复合基体例如相变复合材料(PCC)内的多个电化学电池。该方法包括：确定电池组的电压测量值低于预定最小阈值；将电压测量值提高到预定最小阈值。该方法替代地或附加地包括：确定电池组的电池组温度低于预定最小阈值；将电池组温度提高到预定最小阈值。该方法进一步包括在电池组温度和/或电压测量值达到预定最小阈值时增加充电速率。充电速率可以确定为热管理复合基体的充电热状态(thermal state of charge，TSoC)的函数。
[0007]在本专利技术的实施例中，电池组温度的预定最小阈值是预定最低充电温度。该方法可以通过引导加热电流(warming electric current)通过热管理复合基体来加热电池组直至达到预定最低充电温度来实现。加热电流可以由电池组或外部充电器产生，例如在电池组电压不足的情况下。
[0008]在本专利技术的实施例中，该方法包括在加热期间以低温充电速率(例如，＜1C)对电池组充电。
[0009]在本专利技术的实施例中，电压测量值的预定最小阈值是动态和/或快速充电的最小充电量。该方法可以通过在第一较低充电速率下将电压测量值提高到最小充电量，并在达到最小充电量时增加到第二较高(例如，“快速”和/或“动态”)充电速率来实现。
[0010]在本专利技术的实施例中第二较高充电速率是当热管理复合基体的充电热状态
(TSoC)值低于第一预定值时发生的第一动态充电速率。或者，第二较高充电速率是当热管理复合基体的充电热状态(TSoC)值高于第一预定值时低于第一动态充电速率的第二动态充电速率。然而，作为另一种选择，当热管理复合基体的充电热状态值高于高于第一预定值的第二预定值时，第二较高充电速率可以是低于第二动态充电速率的第三动态充电速率。根据需要，和预定TSoC水平相对应的各种充电速率水平可以被实现。
[0011]本专利技术进一步包括对分布在热管理复合基体内的多个电化学电池的电池组充电的方法。该方法是：确定电池组的电池组温度低于预定最低充电温度(例如，40℃
‑
45℃)；以及通过引导加热电流通过热管理复合基体来加热电池组直到达到预定最低充电温度。同样加热电流可由多个电化学电池中的至少一个电池或外部源(例如，电池充电器)产生。
[0012]加热方法可包括同时加热电池组并以低温动态充电速率对电池组充电，例如当电池组温度在预定低温(例如，0℃
‑
10℃)和预定最低充电温度之间时。示例性的低温动态充电是小于1C或一小时充电，并且最佳温度动态充电是高于1C或一小时充电。动态充电可以在达到预定最低充电温度时开始。
[0013]本专利技术进一步包括包括多个电化学电池的电池组，设置在电化学电池元件周围的热管理复合基体，以及包括两个电触点的加热元件，每个电触点被设置在热管理复合基体的其中一个相对侧上。加热元件被配置为在电触点之间并通过热管理复合基体引导加热电流直到达到预定最低充电温度。加热元件优选电连接到多个电化学电池中的至少一个。
[0014]温度传感器可以被放置在热管理复合基体之上或之内，热管理复合基体可包括多个含有大量相变材料的开口。
附图说明
[0015]根据下面结合所附权利要求和附图的详细描述，其他目的和优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
[0016]图1示出了根据本专利技术的一个实施例的示例性电池组。
[0017]图2示出了根据本专利技术的一个实施例的应用于电池组热管理基体的加热系统。
[0018]图3说明了根据本专利技术的一个实施例的加热。
[0019]图4是根据本专利技术的一个实施例的加热电路的总体电路图。
[0020]图5示出了根据本专利技术的实施例的比较加热系统配置。
[0021]图6示出了根据本专利技术的一个实施例的智能电池热管理系统(iBTMS)框架。
[0022]图7是根据本专利技术实施例的方法的流程图。
[0023]图8和图9各自示出了根据本专利技术实施例的总体电路图。
具体实施方式
[0024]本专利技术包括用于改进电池组充电的装置、方法和控制系统，特别是在较冷的温度下。本专利技术的实施例使用冷电池组的预热来支持在达到合适的温度例如35℃
‑
50℃之间，并且更期望地40℃
‑
45℃之间时的快速和/或动态充电。如本文所使用的，“快速”通常涉及增加的充电速率，而且“动态”通常涉及取决于实时电池组特性的可调节或可改变的充电速率。本专利技术的实施例在充电之前提高电池组的温度，以避免在低温下对电池充电。本专利技术的预热可以影响电池的老化和安全性，并提高充电速度。
[0025]图1示出了根据本专利技术的一个实施例的电池组单元阵列20。电化学电池22被复合基体结构24包含并且至少部分地被复合基体结构24包围。结构24可以是任何合适的材料。例如，结构24可以是由各种筛(screen)或泡沫材料形成的格状构件，例如石墨泡沫或金属泡沫，例如泡沫铝，并且特别是这种泡沫的开孔形式，例如，其中多孔材料包括或含有相变材料，例如微胶囊化蜡，用于在正常电池使用期间的温度调节。
[0026]在本专利技术的实施例中，支撑电池单元阵列的基体被预热，因此加热单元也用以改善充电。可以使用直接电阻(即焦耳)加热，由此使加热电流(例如150
‑
200A)通过基体材料。因此，基体的电阻被用来将基体变成加热元件。
[0027]图2示出了根据本专利技术的一个实施例的简化的电池组40。该电池组40包括由热管理复合基体44包围的多个电化学电池42。加热元件50包括两个电触点52和54，每个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对包括分布在热管理复合基体内的多个电化学电池的电池组充电的方法，该方法包括：确定电池组的电池组温度和/或电压测量值低于预定最小阈值；将电池组温度和/或电压测量值提高到所述预定最小阈值；在达到电池组温度和/或电压测量值的预定最小阈值时增加充电速率；以及确定作为热管理复合基体的充电热状态的函数的充电速率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池组温度的预定最小阈值是预定最低充电温度，而且进一步包括：通过引导经过热管理复合基体的加热电流来加热电池组直到达到预定最低充电温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括在加热过程中以低温充电速率对电池组进行充电。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，进一步包括从多个电化学电池中的至少一个电池产生加热电流。5.根据权利要求2、3和4中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：确定来自所述多个电化学电池的不足电压响应；以及从电池组外部的电流源产生加热电流。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电压测量值的预定最小阈值是动态快速充电的最小充电量。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：在第一较低充电速率下将电压测量值提高到最小充电量；以及在达到最小充电量时增加到第二较高充电速率。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：当热管理复合基体的充电热状态值低于第一预定值时，将第二较高充电速率增加到第一动态充电速率；或者，当热管理复合基体的充电热状态值高于第一预定值时，将第二较高充电速率增加到低于第一动态充电速率的第二动态充电速率。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，进一步包括：当热管理复合基体的充电热状态值高于高于第一预定值的第二预定值时，将第二较高充电速率增加到低于第二动态充电速...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛义德，
申请(专利权)人：比姆全球，
类型：发明
国别省市：