含不对称充电单元的高功率二次电池系统技术方案

本发明专利技术公开一种包含具有不同充电和放电特性的两类或多类单元组的电池系统，其中每个单元组包含一个或多个相互串联的电池单元。本发明专利技术电池系统，至少一个单元组的电池单元具有高速充电特性，而至少另一个单元组的电池单元具有高速放电特性。结果，电池系统的充放电特性得到提高，同时维持了充电和放电特性间的平衡，由此本发明专利技术电池系统可用做高功率动力来源。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及含不对称充电单元的高功率二次电池系统，更具体地， 涉及含两种或多种具有不同充放电特性的单元组的电池系统，其中每个单元组(cell line)包含一个或多个相互串联的电池单元(battery cell),至少一个单元组中的电池单元具有高速充电特性，同时至少另 一个单元组中的电池单元具有高速放电特性，由此提供高功率。
技术介绍
近年来，随着移动设备的逐渐发展，对移动设备的需求也增加，对 作为移动设备能源的二次电池的需求也急剧增加。其中具有高能量密度 和高放电电压的锂二次电池，人们对其进行了大量研究并在商业上广泛 使用。同时，随着人们对环境问题的关注增加，人们对电动车辆和混合电 动车辆展开了大量研究，其可取代现有汽车，如使用化石燃料成为环境 污染主要来源的汽油车和柴油车。镍氢二次电池主要作为电动车辆和混 合电动车辆的能源来使用。然而近年来，随着锂二次电池的使用，其具 有高能量密度和高放电电压，已被尝试作为电动车辆和混合电动车辆的 能源使用。 一些锂二次电池现已进入商业化阶段。锂二次电池的构造为，其中的电极组件被含锂盐的无水电解液浸渍， 该电极组件具有阴极、阳极和多孔隔板，每个阴极具有应用于其阴极集 流体的活性材料，每个阳极具有应用于其阳极集流体的活性材料，多孔 隔板分别置于阳极和阴极之间。锂钴氧化物、锂锰氧化物或锂镍氧化物， 或锂复合氧化物被用作阴极活性材料。碳材料被用作阳极活性材料。为了使镍氢二次电池用于电动车辆和混合电动车辆的能源，需要高 功率大容量电池系统。这种高功率大容量电池系统要求高速充放电特性。对混合电动车辆，电池系统和车辆发动机的运作依据车辆运行状况 而改变，使燃油用量最小化同时提高车辆的运行效率。例如，当车辆以 通常速度行驶或下坡时，发动机不运转，电池系统运行，由此需要高速放电特性。当车辆加速行驶或上坡时，主要是发动机运转。在这种情况 下，动能转化为电能，从而电池系统充电，由此需要高速充电特性。所 以，最理想的是电池系统的充电和放电特性都优越。然而，充电特性和放电特性是互补的。因此，当电极活性材料具有 较优越的充电特性时，电极活性材料的放电特性就较差。另一方面，当 电极活性材料具有较优越的放电特性时，电极活性材料的充电特性就较 差。因此，对于具有这种电极活性材料的二次电池，很难具有优越的充 电特性和放电特性。例如，锂铁磷氧化物(一种橄榄石复合物)显示出 充电特性优于放电特性。相应地，以锂铁磷氧化物做阴极活性材料的锂 二次电池显示出充电特性优于放电特性。另一方面，锂钛氧化物(一种 尖晶石晶体结构)显示出放电特性优于充电特性。相应地，以锂钛氧化 物做阴极活性材料的锂二次电池也显示出放电特性优于充电特性。总之，目前开发的电池系统不能同时拥有优越的充电特性和优越的 放电特性。就此而论，具有不同充电和放电特性的锂二次电池可简单组 合构造一个电池系统。不过，已证明这种锂二次电池组合具有预期的效 应。专利技术概述因此，本专利技术致力解决上述问题和其它有待解决的技术问题。具体而言，本专利技术旨在提供一种高功率大容量电池系统，其同时具 有高速充电和高速放电特性。本专利技术还旨在提供一种电池系统，其构造为具有高充电水平的电池 单元和具有低充电水平的电池单元以特定组合来使用，且各单元组充电 至不同充电水平，由此电池系统的日历寿命增加了。本专利技术另外旨在提供一种中等型号或大型号的电池系统，其构造为 其中的电池单元以单元体使用，且电池系统通过电池单元的组合提供所 需的功率和容量。根据本专利技术，上述及其它目标可通过本专利技术提供的电池系统实现， 该电池系统包含两种或多种具有不同充电和放电特性的单元组，每个单 元组包含相互串联的一个或多个电池单元，当电池系统操作时，至少一 个单元组具有高速充电特性，同时至少另一个单元组具有高速放电特性。具体来说，本专利技术电池系统的构造为，其中包含在各单元组中的电 池单元具有不同的充放电特性，因此以对称形式为每个单元组中的电池 单元充放电。所以，电池系统的充放电特性改进了，同时电池系统中各 单元组间保持平衡，由此电池系统的日历寿命增加了。例如，当电池系统消耗功率时，具有高速充电特性的单元组与具有 高速放电特性的单元组互补。明确地说，具有高速放电特性单元组中的 电池单元放电，然后具有高速放电特性的单元组中的电池单元部分充电 以维持高速放电特性的单元组中的电池单元与高速充电特性单元组中的 电池单元之间的平衡。当电池系统中的电池单元充电时，过程就以相反 的顺序进行。因此，各单元组的充电和放电特性互补。通常，电池系统，其用作反复充放电设备的能源，平稳工作在30%至 70%的充电水平。所以，当电池系统的整个运行条件建立在充电水平为30% 至70%时，至少一个单元组(以下称为'第一单元组，)的电池单元充 电至高于电池系统的整体充电水平，而至少另一个单元组(以下称为'第 二单元组，)充电至低于电池系统的整体充电水平，由此单元组的充电 和放电特性互补，因此电池系统的充电和放电特性得到改进。特别对于混合电动车辆，在车辆运行过程中，电池单元的充电和放 电重复进行。因此，电池系统最好维持在大约50%的充电水平，电池单元 的充放电频率依车辆运行状态而定。所以，当电池系统的整个运行条件建立在充电水平为50%时，至少一 个单元组的电池单元充电至高于55°/4的充电水平，至少另一个单元组充电 至低于45%的充电水平，单元组的充放电特性互补，因此电池系统的日历 寿命增加。特别地，第一单元组的电池单元可能充电至超过60°/。的充电水 平，第二单元组的单元可能充电至低于40%的充电水平。在一个优选实施方案中，电池系统构造为，第二单元组的电池单元 具有的开路电压比第一单元组的电池单元的开路电压至少高2. 5%。此情 况下，具有不同充放电特性的电池单元用于各单元组，因此，第一单元 组的充放电特性不同于第二单元组的充放电特性，由此单元组具有不同 的开路电压。例如，当一个电池单元包含在每个单元组中时，第一单元组中的电 池单元使用Li4Ti50u作为阳极活性材料，锂锰尖晶石晶体结构作为阴极活性材料，电池单元具有潜在的2. 5V的差别。另一方面，当第二单元组中 的电池单元使用硬碳作为阳极活性材料，LiFeP04作为阴极活性材料，电 池单元具有潜在的3. 5V的差别。此情况下，当电池系统以3. OV充电，第 一单元组中的电池单元充电完全，而第二单元组中的电池单元放电完全。 特定地，当开路电压差增大，各单元组之间的充放电特性的差别也增大， 由此电池系统的充放电特性改进。尤其，为了最佳地改进充放电特性， 最好第二单元组的电池单元具有的开路电压比第 一单元组的电池单元的 开路电压至少高2. 5%。在一个优选实施方案中，电池系统包含两种单元组，第一单元组中 的电池单元比第二单元组的电池单元具有相对多孔的阳极结构，而第二 单元组中的电池单元比第一单元组的电池单元具有相对多孔的阴极结 构。由于一个单元组中的电池单元比另 一单元组中的电池单元具有相对 多孔的阴极或阳极结构，具有多孔结构的电池单元的表面增大了，其与 电解液发生反应，因此，电池单元的充放电特性进一步改进。具体地， 第一单元组的电池单元具有相对多孔的阳极结构，因此从阴极活性材料 释放的锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有不同充电和放电特性的两类或多类单元组的电池系统，其中　每个单元组包含一个或多个相互串联的电池单元，和　当电池系统工作时，至少一个单元组具有高速充电特性，而至少另一个单元组具有高速放电特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM保尔森，尹晟薰，朴洪奎，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]