CN101931100A - 一种电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池组件，该电池组件包括电池或电池组，其中，该电池组件还包括与所述电池或电池组连接的开关控制单元，所述开关控制单元能够通过使电池或电池组短路而使电池或电池组升温。本发明提供的电池组件结构非常简单，不会使电池或电池组的体积有太大增加，因此有效地节省了电子设备或电子装置的空间；而且可以使处于低温环境中的电池系统有效地升温，从而充分保证电池组件的低温充放电性能，同时由于对电池或电池组没有实质性的改变，因此可以保证电池组件的其它电池性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池组件。
背景技术
锂电池由于具有重量轻、体积小、容量大、功率高、无污染等优点，成为便携式电子设备及电动车所使用的理想电源。考虑到汽车需要在复杂的路况和环境条件下行驶，或者有些电子设备需要在较差的环境条件中使用，所以作为电动车或电子设备电源的电池就需要适应这些复杂的状况。而且除了考虑这些状况，还需考虑电池的使用寿命及电池的充放电循环性能。尤其是当电动车或电子设备处于低温环境中时，更需要电池具有优异的低温充放电性能。
一般而言，在低温条件下，锂离子电池在充电过程中锂离子的迁移速率减慢，难于嵌入负极中而相对较易从负极中脱出，造成锂金属沉积，此所谓“锂枝晶”，沉积出的锂与电解液发生还原反应，形成新的SEI膜覆盖在原来SEI膜上，随之电池的阻抗增大，极化增强，从而导致电池的容量急剧下降，而电池容量的急剧衰减极可能使电池内部发生短路造成安全事故。
为了避免锂枝晶出现，并保持电池的容量，必须改善锂离子在低温条件下的迁移问题。一般影响锂离子电池低温性能的主要原因为电解液的低温导电能力、电极界面性能及电池活性材料中锂离子的扩散能力。所以目前通常做法是通过这些电池内部的电化学反应来改善电池低温性能。但这些化学方法的使用有所局限，因为除了考虑电池的低温性能还需要兼顾考虑电池的高温性能、倍率放电性能等其它性能，从而较难获得综合性能均很好的电池。
除了从电池内部的电化学反应方面考虑以外，目前还采用的方法是从电池外部设置加热装置来提高电池整体温度而使电池在适宜的温度下工作。
例如，CN201038282Y中公开了一种适用于低温环境的锂离子电池，包括电池外壳，紧贴电池外壳的隔热保温层，电芯设置在电池外壳内，其中，在电芯与隔热保温层之间设置有发热组件；发热组件上连接有控制电路；控制电路分别与发热组件、电芯相连。
又如，CN1831693A中公开了一种电池包温控系统，运用于一便携式电子装置内，该系统包括：一温度感测单元，设置于一电池包之内，用以持续感测该电池包的一内部温度；一温度控制单元，设置于该便携式电子装置中，用以设定一低温加热温度，并接收该内部温度，确认该内部温度小于该低温加热温度时，产生一低温加热信号；及一热能产生单元，设置于该电池包之内，用以接收该低温加热信号，并产生一热能至该电池包之中。
上述现有技术都是通过在电池组外部增设一个加热装置来改善电池组的低温充放电性能。但上述装置或系统的结构较为复杂，而且电池组件的体积较大，因此需要电子装置或电子设备具有较大的容纳电池的空间。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中电池组件的结构较为复杂的缺陷，提供一种结构较为简单的电池组件。
本发明提供了一种电池组件，该电池组件包括电池或电池组，其中，该电池组件还包括与所述电池或电池组连接的开关控制单元，所述开关控制单元能够通过使电池或电池组短路而使电池或电池组升温。
本发明提供的电池组件结构非常简单，不会使电池或电池组的体积有太大增加，因此有效地节省了电子设备或电子装置的空间；而且可以使处于低温环境中的电池系统有效地升温，从而充分保证电池组件的低温充放电性能，同时由于对电池或电池组没有实质性的改变，因此可以保证电池组件的其它电池性能。
附图说明
图1为本发明电池组件的示意图。
具体实施方式
本发明的电池组件包括电池或电池组，其中，该电池组件还包括与所述电池或电池组连接的开关控制单元，所述开关控制单元能够通过使电池或电池组短路而使电池或电池组升温。
所述开关控制单元可以是各种开关控制单元，只要可以通过使电池或电池组短路而使电池或电池组升温、并且不损坏电池及电池性能即可。
例如，该开关控制单元可以为开关或三极管。
再如，该开关控制单元可以包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块和脉冲发生器，所述绝缘栅双极型晶体管模块的漏极与所述电池或电池组的正极和负极之一者连接，源极与所述电池或电池组的正极和负极的另一者连接，所述脉冲发生器与所述绝缘栅双极型晶体管模块的栅极连接。
根据本发明提供的电池组件，所述IGBT模块是本领域的技术人员公知的电子元件，IGBT模块上具有栅极、源极和漏极，该模块是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而得到的一种复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好、驱动电路简单、通态电压低、耐电压高和承受电流大等优点。
通过设定脉冲发生器发出脉冲的脉宽、占空比和持续时间来控制IGBT模块的导通与关闭，IGBT模块的短时间导通使电池或电池组短路，由此产生大电流使电池或电池组升温，随后即可对电池或电池组进行充电。
根据本发明提供的电池组件，可以根据不同型号及设计容量的电池或电池组来选择合适的耐电压值和耐电流值的IGBT模块，优选情况下，所述IGBT模块的耐电压值通常为1000V以上、更优选为1000-1500V。
在优选情况下，当所述电池或电池组的设计容量为100Ah以下时，所述IGBT模块的耐电流值为3000-5000A；当所述电池或电池组的设计容量为100Ah以上时，所述IGBT模块的耐电流值为5000-10000A。
根据本发明提供的电池组件，一般情况下，根据电池或电池组的温度来设置所述脉冲发生器所发出脉冲的脉宽、占空比和持续时间，优选情况下，所述脉冲发生器所发出脉冲的脉宽为1-3ms、更优选为1-2ms，占空比为5-30％、更优选为5-10％，持续时间为30-360s、更优选为60-360s。
根据本发明提供的电池组件，可以通过人工来控制所述开关控制单元的运行与停止，例如，当所述开关控制单元采用IGBT模块与脉冲发生器的组合时，当环境温度低于-20℃，通过已设定脉宽、占空比和持续时间的脉冲发生器来控制开启IGBT模块，达到设定的持续时间并使电池升温后即停止运行。
根据本发明提供的电池组件，所述电池组件还包括温度传感器，用于检测述电池或电池组的温度，并将所检测的温度发送给所述开关控制单元；所述开关控制单元将所接收的温度与第一预定温度相比较，当所接收的温度低于第一预定温度时，使电池或电池组升温；使电池或电池组升温之后，所述开关控制单元将所接收的温度与第二预定温度相比较，当所接收的温度高于第二预定温度时，使电池或电池组停止升温；所述第一预定温度为-50至-5℃，所述第二预定温度为0-25℃。
例如，当所述开关控制单元采用IGBT模块与脉冲发生器的组合时，采用温度传感器来检测电池或电池组的温度，并将所检测的温度发送给脉冲发生器；脉冲发生器将所接收的温度与第一预定温度比较，当所接收的温度低于第一预定温度时，脉冲发生器控制IGBT模块的导通和关断从而使电池或电池组短路与开路，使电池或电池组升温；使电池或电池组升温之后，所述脉冲发生器将所接收的温度与第二预定温度相比较，当所接收的温度高于第二预定温度时，脉冲发生器停止输出控制信号，使电池或电池组停止升温。
当本发明的电池组件用于电动车或电子装置时，可以通过电动车或电子装置对电池温度进行监测，从而可以在不同温度下来设置所述脉冲发生器所发出脉冲的脉宽、占空比和持续时间使电池或电池组进行短路和开路从而使电池或电池组升温，升温后再对电池或电池组进行充电。
下面采用实施例的方式对本发明进行进一步详细地描述。
实施例1
如图1所示，图1为本发明的电池组件的示意图，图中未示出脉冲发生器。按照图1所示的方式将设计容量为50Ah的10节电池联起来成为电池组1，并将该电池组1与额定耐电压值为1200V和额定耐电流值为3600A的3个并联的IGBT模块2(每个IGBT模块的耐电压值为1200V，耐电流值为1200A)连接，电池组1的正极与IGBT模块的漏极连接，电池组1的负极与IGBT模块的源极连接，而IGBT模块的栅极与脉冲发生器(图中未示出)连接。
将电池组放置在低温环境中冷冻4小时，然后进行升温，对电池组的充放电性能进行测试。
1、测试电池组的初始容量
在25℃的环境温度和相对湿度为30％的条件下，使用蓝奇7001Z/300锂离子电池性能检测装置，以C/3的电流将电池组充电到36V(单节3.6V)，再恒压充电至截止电流为2A；然后以1C的电流将该电池组放电到20V(单节2V)，测试初始容量。得到该电池组的初始容量为53696mAh。
2、低温充放电循环测试
将满电态电池组(电压为33.35V)放入-20℃的恒温箱中冷冻4小时后，设定脉冲发生器脉冲的参数脉宽为1.8ms、周期为18ms、持续时间为180s，启动IGBT模块；使用蓝奇7001Z/300锂离子电池性能检测装置，加热后等电池组恢复常温，然后在常温下以C/3的电流充电至36V(单节3.6V)，再以1C的电流将电池组放电到20V(单节2.0V)，测试放电容量；以C/3的电流充电至36V(单节3.6V)，再恒压充电至截止电流为2A。按照上述过程如此循环25次后，测试该电池组的放电容量，以观察该电池组的容量衰减情况。测试结果见表1。
表1
从表1可以看出，在电池组每次升温并充放电循环后，-20℃的温度下冷冻的电池组，温升为20℃，温度上升至0℃。经过25次循环后电池组的容量未出现衰减现象，电池组的充放电性能及循环性能很好。
实施例2
将设计容量为200Ah的10节电池串联起来成为电池组，并将该电池组与额定耐电压值为1200V和额定耐电流值为9000A的3个并联的IGBT模块(每个IGBT模块的耐电压值为1200V，耐电流值为3000A)连接，电池组的正极与IGBT模块的漏极连接，电池组的负极与IGBT模块的源极连接，而IGBT模块的栅极与脉冲发生器连接。
将电池组放置在低温环境中冷冻4小时，然后进行升温，对电池组的充放电性能进行测试。
1、测试电池组的初始容量
在25℃的环境温度和相对湿度为30％的条件下，使用蓝奇70001Z/300锂离子电池性能检测装置，以C/3的电流将电池组充电到36V(单节3.6V)，再恒压充电至截止电流为2A；然后以1C的电流将该电池组放电到20V(单节2.0V)，测试初始容量。得到该电池组的初始容量为212398mAh。
2、低温充放电循环测试
将满电态电池组(电压为33.35V)放-20℃的恒温箱中冷冻4小时后，设定脉冲发生器脉冲的参数脉宽为1.8ms、周期为18ms、持续时间为180s，启动IGBT模块；使用蓝奇7001Z/300锂离子电池性能检测装置，加热后等电池组恢复常温，然后在常温下以C/3的电流充电至36V(单节3.6V)，再以1C的电流将电池组放电到20V(单节2.0V)，测试放电容量；以C/3的电流充电至36V(单节3.6V)，再恒压充电至截止电流为2A。按照上述过程如此循环25次后，测试该电池组的放电容量，以观察该电池组的容量衰减情况。测试结果见表1。
表2
从表2可以看出，在电池组每次升温并充放电循环后，-20℃的温度下冷冻的电池组，温升为30℃，温度上升至10℃。经过25次循环后电池组的容量未出现衰减现象，电池组的充放电性能及循环性能很好。
Claims (9)
1.一种电池组件，该电池组件包括电池或电池组，其特征在于，该电池组件还包括与所述电池或电池组连接的开关控制单元，所述开关控制单元能够通过使电池或电池组短路而使电池或电池组升温。
2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述开关控制单元包括绝缘栅双极型晶体管模块和脉冲发生器，所述绝缘栅双极型晶体管模块的漏极与所述电池或电池组的正极和负极之一者连接，源极与所述电池或电池组的正极和负极的另一者连接，所述脉冲发生器与所述绝缘栅双极型晶体管模块的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的电池组件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管模块的耐电压值为1000V以上。
4.根据权利要求3所述的电池组件，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管模块的耐电压值为1000-1500V。
5.根据权利要求2所述的电池组件，其特征在于，所述电池或电池组的设计容量为100Ah以下时，所述绝缘栅双极型晶体管模块的耐电流值为3000-5000A。
6.根据权利要求2所述的电池组件，其特征在于，所述电池或电池组的设计容量为100Ah以上时，所述绝缘栅双极型晶体管模块的耐电流值为5000-10000A。
7.根据权利要求2所述的电池组件，其特征在于，所述脉冲发生器所发出脉冲的脉宽为1-3ms、占空比为5-30％、持续时间为30-360s。
8.根据权利要求7所述的电池组件，其特征在于，所述脉冲发生器所发出脉冲的脉宽为1-2ms、占空比为5-10％、持续时间为60-360s。
9.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述电池组件还包括温度传感器，用于检测述电池或电池组的温度，并将所检测的温度发送给所述开关控制单元；
所述开关控制单元将所接收的温度与第一预定温度相比较，当所接收的温度低于第一预定温度时，使电池或电池组升温；使电池或电池组升温之后，所述开关控制单元将所接收的温度与第二预定温度相比较，当所接收的温度高于第二预定温度时，使电池或电池组停止升温；所述第一预定温度为-50至-5℃，所述第二预定温度为0-25℃。
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