电池组系统和增加电池组电池使用寿命的方法

摘要

提供了电池组系统和增加电池组电池使用寿命的方法。该电池组系统包括电压传感器和电流传感器，该电压传感器生成指示由该电池组电池输出的电压水平的第一信号，该电流传感器生成指示流经该电池组电池的电流的水平的第二信号。该电池组系统还包括微处理器，该微处理器基于该第一信号和该第二信号计算该电池组电池的电阻水平，并基于该电阻水平生成控制信号以促使流体供应系统将正被供应至热交换器的冷却剂流体的压力水平增加到第一压力水平。

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域。

背景技术

本发明人已经认识到，更换电力驱动车辆中的锂离子袋式电池组 电池(pouch-type battery cells)是相对昂贵的。

因此，本发明人已经认识到，需要一种电池组系统和一种用于增 加电池组电池的使用寿命的方法。

发明内容

根据一个示例性实施方案，提供了一种电池组系统。该电池组系 统包括电池组电池和邻近该电池组电池布置的热交换器。该电池组系 统还包括第一和第二框架构件，该电池组电池和该热交换器布置在第 一和第二框架构件之间。第一和第二框架构件被配置为联接在一起。 该电池组系统还包括流体供应系统，该流体供应系统被配置为向该热 交换器供应冷却剂流体以及从该热交换器接收冷却剂流体。该电池组 系统还包括电压传感器，该电压传感器被配置为生成指示在一时间间 隔上由该电池组电池输出的电压水平的第一信号。该电池组系统还包 括电流传感器，该电流传感器被配置为生成指示在上述时间间隔上流 经该电池组电池的电流的水平的第二信号。该电池组系统还包括微处 理器，该微处理器被配置为基于第一和第二信号计算该电池组电池的 电阻水平。该微处理器还被配置为基于该电阻水平生成控制信号以促 使该流体供应系统将正被供应至该热交换器的冷却剂流体的压力水平 增加到第一压力水平，使得增大的期望的力被施加到该电池组电池的 至少一个侧壁。

根据一个可选的实施方案，在所述电池组系统中：所述微处理器 还被配置为确定如下差值，所述差值指示所述电阻水平与期望的电阻 水平之间的差；所述微处理器还被配置为基于所述差值确定待由所述 热交换器施加到所述至少一个电池组电池的期望量的力；并且所述微 处理器还被配置为基于所述期望量的力确定所述冷却剂流体的所述第 一压力水平。

根据一个可选的实施方案，在所述电池组系统中，所述电池组电 池是袋式锂离子电池组电池。

根据一个可选的实施方案，在所述电池组系统中，所述热交换器 由柔性侧构件构造，所述柔性侧构件之间限定了内部区域，所述冷却 剂流体流经所述内部区域。

根据另一示例性实施方案，提供了一种用于增加电池组系统中的 电池组电池的使用寿命的方法。该电池组系统具有第一和第二框架构 件，该电池组电池和热交换器布置在第一和第二框架构件之间。该热 交换器邻近该电池组电池布置。该电池组系统还包括：流体地联接到 该热交换器的流体供应系统，以及微处理器。该方法包括：利用电压 传感器生成指示在一时间间隔上由该电池组电池输出的电压水平的第 一信号。该方法还包括：利用电流传感器生成指示在上述时间间隔上 流经该电池组电池的电流的水平的第二信号。该方法还包括：利用该 微处理器基于第一和第二信号计算该电池组电池的电阻水平。该方法 还包括：利用该微处理器基于该电阻水平生成控制信号以促使该流体 供应系统将正被供应至该热交换器的冷却剂流体的压力水平增加到第 一压力水平，使得增大的期望的力被施加到该电池组电池的至少一个 侧壁。

根据一个可选的实施方案，所述方法还包括：利用所述微处理器 确定如下差值，所述差值指示所述电阻水平与期望的电阻水平之间的 差；利用所述微处理器基于所述差值确定待由所述热交换器施加到所 述至少一个电池组电池的期望量的力；以及利用所述微处理器基于所 述期望量的力确定所述冷却剂流体的所述第一压力水平。

根据一个可选的实施方案，在所述方法中，所述电池组电池是袋 式锂离子电池组电池。

根据一个可选的实施方案，在所述方法中，所述热交换器由柔性 侧构件构造，所述柔性侧构件之间限定了内部区域，所述冷却剂流体 流经所述内部区域。

附图说明

图1是根据一个示例性实施方案的电池组系统的框图；

图2是图1的电池组系统中使用的电池组电池、框架构件和热交 换器的示意图；

图3是图2的电池组电池、框架构件和热交换器的一部分的放大 截面示意图；

图4是图3的电池组电池、框架构件和热交换器的一部分的放大 截面示意图；

图5是图2的电池组系统中使用的热交换器的截面示意图；

图6是图1的电池组电池、框架构件和热交换器的一部分的另一 放大截面示意图；

图7是图6的电池组电池、框架构件和热交换器的一部分的放大 截面示意图；

图8是根据另一示例性实施方案的用于增加电池组系统中的电池 组电池的使用寿命的方法的流程图；

图9是与电池组电池关联的电压-电流曲线的示意图；

图10是电池组电池的简化截面示意图；且

图11是被压缩了的电池组电池的另一简化截面示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，示出了根据一个示例性实施方案的电池组系统 10。电池组系统10包括：电池组电池20、30；第一和第二框架构件 40、42；热交换器50；流体供应系统60；电压传感器70；电流传感 器80；微处理器90；以及存储器装置92。

在提供对电池组系统10的详细说明之前，将提供用于增加离子传 送效率及增加电池组电池20的使用寿命的一套方法的一般性概述，以 更好地理解电池组系统10的功能性。尽管电池组系统10具有两个示 例性电池组电池，但为了简单，将仅详细讨论与电池组电池20关联的 好处。然而，应理解，以下的一套方法可以在使用单个电池组电池或 多个电池组电池的情况下执行。参照图10，示出了袋式锂离子电池组 电池20的一部分的简化截面图。电池组电池20包括：活性(active) 元件22、23；电极25、26；以及隔板24，其中具有电解质。电极25、 26分别联接到活性元件22、23。在运行期间，来自活性元件22的离 子经过隔板24和隔板24中的电解质迁移至活性元件23。在电池组电 池20的使用寿命内，穿过活性元件22与活性元件23之间的距离X1 的离子传送效率会降低。因此，参照图11，本发明人已经认识到，在 电池组电池20在其使用寿命期间离子传送效率降低之后，减小活性元 件22与活性元件23之间的距离将是有利的。活性元件22与活性元件 23之间的距离的减小可通过以下方式获得：向电池组电池20的柔韧 的或柔性的侧表面110、112施加力(F)，以获得活性元件22与23 之间的距离X2。距离X2小于距离X1。电池组系统10被配置为，当系 统10基于电池组电池20的电阻水平确定电池组电池20具有退化的运 行特性时，基本均匀地且垂直于电池组电池20的侧表面110、112及 垂直于电池组电池30的侧表面130、132施加力(F)。

参照图9，示出了与电池组电池20关联的电压-电流曲线的图400。 电池组电池20的电阻水平由每条电压-电流曲线的斜率指示，可用来 确定电池组电池是否具有退化的运行特性。例如，曲线27的斜率对应 于一个新电池组电池20，并且指示了相对低的电阻水平，该相对低的 电阻水平指示了期望的运行性能，而曲线28的斜率对应于一个具有相 对高的电阻水平的旧的电池组电池20。本发明人已经认识到，与电池 组电池关联的电阻水平可用来确定电池组电池20的退化的离子传送 效率，用于确定为了增加离子传送效率和增加电池组电池20的使用寿 命而施加到电池组电池20的侧表面110、112的力的量。

参照图1至图3和图10，电池组电池20、30被设置为在各自的 端子上输出电压，且电联接到负载12。在一个示例性实施方案中，电 池组电池20、30相互串联电联接，并且还与负载12串联联接。电池 组电池20具有：袋式本体100；电极25、26。袋式本体100在其中具 有活性元件22、23，并具有侧表面110、112。在一个示例性实施方案 中，电池组电池20是袋式锂离子电池组电池。当然，在一个替代实施 方案中，电池组电池20可以是本领域技术人员已知的具有柔韧侧壁的 另一类型的电池组电池。

电池组电池30具有与电池组电池20类似的构造，包括袋式本体 120、电极122和另一电极(未示出)。袋式本体120在其中具有活性 元件，并具有侧表面130、132。在一个示例性实施方案中，电池组电 池30是袋式锂离子电池组电池。当然，在一个替代实施方案中，电池 组电池30可以是本领域技术人员已知的具有柔韧侧壁的另一类型的 电池组电池。

参照图3至图5，热交换器50邻近电池组电池20、30布置在电 池组电池20、30之间。热交换器50具有：侧壁150、152；入口170； 以及出180。侧壁150、152联接在一起，并限定了从入口170延伸 到出口180的流动路径160。在一个示例性实施方案中，侧壁150、152 由铝构造。在一个替代实施方案中，侧壁150、152由不锈钢构造。当 然，在另外的替代实施方案中，可以使用本领域技术人员已知的具有 期望的功能特性的其它类型的材料。侧壁150限定了多个柔性部分 190，而侧壁150限定了多个柔性部分192。每个柔性部分190被布置 为接近一个相应的柔性部分192。图4示出了当流经热交换器50的冷 却剂流体具有标称的或相对低的压力水平时柔性部分190、192以及侧 壁150、152的位置。图6和图7示出了当流经热交换器50的冷却剂 流体具有相对高的压力水平(例如，在本文中也被称为“第一压力水 平”)时柔性部分190、192以及侧壁150、152的位置。应注意到， 当冷却剂流体具有相对高的压力水平时，柔性部分190、192进一步向 外扩张，以垂直于电池组电池20的侧表面110、112及电池组电池30 的侧表面130、132施加基本均匀的力。参照图1和图5，入口170流 体地联接到导管210，出口180流体地联接到导管212。

参照图2和图3，电池组电池20、30以及热交换器50被布置在 第一和第二框架构件40、42之间。第一和第二框架构件40、42被配 置为联接在一起。在一个示例性实施方案中，第一和第二框架构件40、 42由塑料构造。当然，在替代实施方案中，第一和第二框架构件40、 42可由本领域技术人员已知的其它材料构造。

参照图1，流体供应系统60被配置为向热交换器50供应冷却剂 流体。流体供应系统60包括：泵200；电源202；压力传感器203； 导管210、212、214；以及贮存器220。泵200被配置为经由导管210 将冷却剂流体从贮存器220泵送到热交换器50。电源202响应于接收 到来自微处理器90的控制信号而生成用于促使泵202以期望的压力水 平泵送冷却剂流体的控制信号。冷却剂流体被泵送出热交换器50，经 过导管212到达贮存器220。其后，冷却剂流体被泵送出贮存器220， 经过导管214再回到泵200。如示出的，导管210流体地联接在泵200 与热交换器50之间。而且，导管212流体地联接在热交换器50与贮 存器220之间，并且导管214流体地联接在贮存器220与泵200之间。 压力传感器203被配置为生成指示流出泵200的冷却剂流体的压力水 平的信号，该信号由微处理器90接收，用于冷却剂流体的压力水平的 闭环控制。

电压传感器70被配置为生成第一信号，该第一信号指示在一时间 间隔上由电池组电池20输出的电压水平，该第一信号由微处理器90 接收。

电流传感器80被配置为生成第二信号，该第二信号指示在上述时 间间隔上流经电池组电池20到达负载12的电流的水平，该第二信号 由微处理器90接收。

微处理器90可操作地联接到存储器装置92、电压传感器70、电 流传感器80、压力传感器203和电源202。微处理器90被配置为基于 分别来自电压传感器70和电流传感器80的第一信号和第二信号计算 电池组电池20的电阻水平。微处理器90还被配置为基于所述电阻水 平生成控制信号以促使流体供应系统60(尤其是泵200)将正被供应 至热交换器50的冷却剂流体的压力水平增加到第一压力水平，如下文 将更详细说明的。应注意到，当冷却剂流体的压力水平增加到第一压 力水平时，柔性部分190、192向外扩张，使得热交换器50的壁150、 152基本均匀地且垂直于电池组电池20的侧表面110、112及垂直于 电池组电池30的侧表面130、132施加增大的期望的力。

参照图1和图8，现在将说明用于增加电池组系统10中的电池组 电池20的使用寿命的方法的流程图。应注意到，以下方法也增加了电 池组30的使用寿命。

在步骤300，电压传感器70生成指示在一时间间隔上由电池组电 池20输出的电压水平的第一信号。

在步骤302，电流传感器80生成指示在上述时间间隔上流经电池 组电池20的电流的水平的第二信号。

在步骤304，微处理器90基于第一信号和第二信号计算电池组电 池的电阻水平。尤其，通过将电压水平除以电流的水平来计算所述电 阻水平。

在步骤308，微处理器90利用以下公式确定待由热交换器50施 加到电池组电池20的侧表面112的期望量的力：期望量的力＝(电阻 水平-期望的电阻水平)*Y，其中Y是根据经验确定的。

在步骤310，微处理器90利用以下公式基于期望量的力确定冷却 剂流体的第一压力水平：第一压力水平＝期望量的力/电池组电池20 的侧壁的表面积。

在步骤312，微处理器90生成控制信号以促使流体供应系统60 将正被供应至热交换器50的冷却剂流体的压力水平增加到第一压力 水平，使得期望量的力被施加到电池组电池20的侧表面112。

上述电池组系统10和用于增加电池组电池的使用寿命的方法相 对于其它电池组系统和方法提供了实质性优点。尤其，上述电池组系 统10和方法，通过增加正被供应至热交换器的冷却剂流体的压力水平 使得增大的期望的力被施加到电池组电池的至少一个侧表面，提供了 增加电池组电池的使用寿命的技术效果。由于期望的力增大，电池组 电池中的活性元件之间的距离减小，这提高了电池组电池中的活性元 件之间的离子传送效率。

尽管仅结合有限数量的实施方案详细描述了要求保护的发明，但 应易于理解，本发明不限于这样公开的实施方案。不如说，要求保护 的发明可以被修改以纳入任何数量的尚未描述但与本发明的精神和范 围相称的变化、改动、替换或等同布置。另外，尽管已经描述了要求 保护的发明的多个实施方案，但应理解，本发明的方面可以仅包括所 描述的实施方案中的一些。因此，要求保护的发明不应被视为受前文 的描述限制。