CN103928719A - 包括不同种类单电池的电池组及包括该电池组的电力装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种包括不同种类单电池的电池组和包括该电池组的电力装置。混合单电池可以包括具有不同电气特性的第一单电池和第二单电池。电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。

Description

包括不同种类单电池的电池组及包括该电池组的电力装置
技术领域
本发明的各方面涉及包括不同种类单电池的电池组及包括该电池组的电力装置。
背景技术
电力装置可以包括用于存储能量（例如，在驱动混合动力车辆时由引擎产生的再生能和电能）的电池组。例如，电力装置可以包括第一电池组和第二电池组。电能存储在第一电池组和第二电池组中，并且可以从第一电池组和第二电池组向电气负载供应电力。第一电池组的组电压可高于第二电池组的组电压。
通常，第一电池组包括相同种类的电池单元，并且第二电池组也包括相同种类的电池单元。形成第一电池组的电池单元的种类可以不同于形成第二电池组的电池单元的种类。电池组的循环寿命或输出特性由电池单元的特性决定，因此，电池单元的特性会导致在改善循环寿命或输出特性方面存在局限。
在该背景部分中公开的以上信息仅用于加强本发明背景的理解，因此可以包含并不构成本国内本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明示例性实施例提供一种能够改善电池组的循环寿命和输出特性的电池组以及包括该电池组的电力装置。
根据本发明一方面的电池组包括一种电池组，该电池组包括：混合单电池，包括第一单电池和第二单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池。这里，所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
所述内部阻抗可包括充电时的内部阻抗和放电时的内部阻抗。
所述第一单电池的内部阻抗与所述第二单电池的内部阻抗之间的差可以为约0.5mΩ到约1mΩ。
所述第一单电池的工作电压与所述第二单电池的工作电压之间的差可以为约0.3V到约1.5V。
所述电池组可以包括多个彼此串联联接的所述混合单电池。
根据本发明的一方面，提供一种电池组，该电池组包括：包括多个第一单电池的第一子电池组；以及包括多个第二单电池的第二子电池组，所述第二子电池组并联联接至所述第一子电池组。这里，所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
所述内部阻抗可包括充电时的内部阻抗和放电时的内部阻抗。
所述第一单电池的内部阻抗与所述第二单电池的内部阻抗之间的差可以为约0.5mΩ到约1mΩ。
所述第一单电池的工作电压与所述第二单电池的工作电压之间的差可以为约0.3V到约1.5V。
根据本发明的一方面，提供一种电力装置，该电力装置包括：第一电池组；第二电池组；联接在所述第一电池组与所述第二电池组之间的电力变换器；以及用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以向所述电力变换器供给电力的充电装置。这里，所述电力变换器被配置为将从所述充电装置供给的电力供给至所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个，所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个包括多个包含第一单电池和第二单电池的混合单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池，并且所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
根据本发明的一方面，提供一种电力装置，该电力装置包括：第一电池组；第二电池组；联接在所述第一电池组与所述第二电池组之间的电力变换器；以及用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以向所述电力变换器供给电力的充电装置。这里，所述电力变换器将从所述充电装置供给的电力供给至所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个，所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个包括：包括多个第一单电池的第一子电池组；以及包括多个第二单电池且并联联接至所述第一子电池组的第二子电池组，所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
根据本发明的一方面，提供一种电力装置，该电力装置包括：用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以供给电力的充电装置；以及配置为由所述充电装置供给的电力充电的电池组。这里，所述电池组包括多个包含第一单电池和第二单电池的混合单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池，并且所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
根据本发明的一方面，提供一种电力装置，该电力装置包括：用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以供给电力的充电装置；以及配置为由所述充电装置供给的电力充电的电池组。这里，所述电池组包括：包括多个第一单电池的第一子电池组；以及包括多个第二单电池且并联联接至所述第一子电池组的第二子电池组，所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
根据本发明的上述方面，提供一种更具有改善的循环寿命和输出特性的电池组以及包括该电池组的电力装置。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的包括不同单电池的电池系统的例示。
图2是根据本发明示例性实施例的依据包括混合单电池的电池组的荷电状态（SOC）的开路电压（OCV）绘图。
图3是例示根据本发明示例性实施例的依据电池组的SOC的放电阻抗的绘图。
图4是例示根据本发明示例性实施例的依据电池组的SOC的放电电力的表。
图5是例示流经混合单电池中的A型单电池和B型单电池的电流的分散量的表。
图6是例示A型单电池的电流驱动的波形示意图。
图7是例示B型单电池的电流驱动的波形示意图。
图8是根据本发明另一示例性实施例的电池系统的示意图。
图9是例示根据本发明示例性实施例的包括电池组的电力装置的框图。
图10是例示根据本发明示例性实施例的包括电池组的另一电力装置的框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，只通过例示方式仅示出并描述本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，可以在不超出本发明的精神或范围的情况下以各种不同的方式来对所描述的实施例进行修改。因此，应当将附图和描述视为本质上是例示而非限制。相似的附图标记在整个说明书中指代相似的元件。
在整个说明书及所附权利要求书中，当将一元件描述为“联接”（例如，电联接或连接）至另一元件时，该元件可以“直接联接”至另一元件或通过一个或多个其它元件连接至另一元件。另外，除非明确作了相反的描述，词语“包括”及其诸如“包含”的变形应当被理解为隐含包括所列元件但不排除任何其它元件。同样，在这里使用词语“第一”、“第二”等时，这些词语意在标识元件而不是必须指代元件的编号或顺序。
图1是根据本发明示例性实施例的包括不同种类单电池的电池系统的例示。
根据本发明的一个实施例，A型单电池可以是5.9Ah的单电池，并且B型单电池可以是4.2Ah的单电池。A型单电池的额定电压可以是约3.69V，A型单电池的工作电压可以是约2.8V至约4.3V，B型单电池的额定电压可以是约3.5V，并且B型单电池的工作电压可以是约2.0V至约4.3V。在一个实施例中，不同种类的单电池的最低限电压或最高限电压之间的差可以是约0.3V至约1.5V。
在图1中所例示的实施例中，A型单电池和B型单电池可并联联接，以形成单元单电池（下文称为“混合单电池”）。在图1中例示的实施例中，电池组1包括13个串联联接的混合单电池。
本发明的上述实施例是用于描述本发明的具体方面和特征的示例；因此，本发明不意在受其限制。例如，在A型单电池和B型单电池的负电极的材料彼此不同并且A型单电池和B型单电池的正电极的材料相同的实施例中，A型单电池的最低工作电压和B型单电池的最低工作电压彼此不同，并且A型单电池的最高工作电压和B型单电池的最高工作电压相同。亦即，上述状况可依据A型单电池和B型单电池的化学特性而改变。
根据一个实施例，A型单电池的内部阻抗和B型单电池的内部阻抗依据荷电状态（SOC）而彼此不同。内部阻抗包括依据放电期间的SOC的阻抗（下文中称为放电阻抗）和依据充电期间的SOC的阻抗（下文中称为充电阻抗）。
在本文中使用时，不同种类的单电池是指具有不同电气特性，例如容量（Ah）、工作电压（V）或内部阻抗或与荷电状态对应的开路电压特性的单电池。如图1中所例示，A型单电池由“CA”指代，B型单电池由“CB”指代，并且“CA”和“CB”旁的数字用于将单电池彼此区分开。
电池管理系统（或电池控制系统）2联接至用以测量混合单电池的电压的通道（例如，联接至第十三通道，以测量第十三混合单电池）。一条通道与单元单电池的两端相关联。例如，在图1中，第一通道与节点N1和节点N2相关联，第二通道与节点N2和节点N3相关联，并且最后的通道（这里为第13通道）与节点N13和节点N14相关联。
电流传感器3可以串联联接至电池组1，以产生依据流经电池组1的电流的信号。电池管理系统2从电流传感器3接收该信号，从而检测流经电池组1的电流。
电池组1的正电极联接至正输出端（+），并且电池组1的负电极联接至负输出端（-）。电池组的充电和放电可以通过联接在电池组1的正电极与正输出端（+）之间的继电器4控制。
当检测到联接至电池管理系统2的电池组1的过充电或过放电时，或者当从形成电池组1的混合单电池的电压中检测到偏离于工作电压范围的高电压或低电压时，继电器4阻断（即被控制为断开），从而实现保护操作。
图2是根据本发明示例性实施例的依据包括混合单电池的电池组的荷电状态（SOC）的开路电压（OCV）绘图。
在图2中，绘图（或线）G1表示包括A型单电池的电池组的SOC-OCV特性，并且绘图G2表示包括B型单电池的电池组的SOC-OCV特性。图2中例示的电池组1的SOC-OCV特性可以由电池管理系统2控制。
根据一个实施例，直到SOC小于约80%的区段为止，SOC-OCV特性根据SOC-OCV绘图G1控制。在SOC为约80%至约90%的区段中，SOC-OCV特性可以根据连接SOC-OCV绘图G1的80%点和SOC-OCV绘图G2的90%点的线控制。例如，SOC-OCV特性可以根据绘图G3控制。
图2中例示的绘图仅为描述本发明示例性实施例的示例，并且SOC-OCV特性不限于图2。例如，根据本发明实施例的电池组1的SOC-OCV特性可以形成位于SOC-OCV绘图G1与SOC-OCV绘图G2之间的绘图。
SOC-OCV特性可以作为不同种类的单电池之间的电特性而添加。
图3例示出根据本发明示例性实施例的依照电池组的SOC的放电阻抗。
在图3中，绘图（或线）G11表示依据包括A型单电池的电池组的SOC的放电阻抗（SOC-DR）特性，并且绘图G21表示包括B型单电池的电池组的SOC-DR特性。
在图3中，绘图G31表示包括混合单电池的电池组1的SOC-DR特性。如图3中所示，绘图G31位于绘图G11与绘图G21之间。
不同种类的单电池的内部阻抗之间的差可以是约0.5mΩ到约1.0mΩ。
由于内部阻抗之间的差，不同的电流流经混合单电池的不同单电池类型，从而可以改善混合单电池的循环寿命。
例如，A型单电池的内部阻抗可以大于B型单电池的内部阻抗（例如，在相同的SOC状况下）。因此，当电流流经包括混合单电池的电池组1时，与流经A型单电池的电流相比，较大量的电流可以流经B型单电池。
具有比B型单电池的容量大的容量的A型单电池具有在SOC低的区域中放电电力较大的特点。然而，在此情形下，A型单电池比B型单电池具有依据电流的大小的较大的老化程度。
在混合单电池中，有可能使得流经A型单电池的电流比流经B型单电池的电流小，并有可能在维持A型单电池的放电电力优势的同时改善单电池老化程度。
图4是例示根据本发明示例性实施例的根据电池组的SOC的放电电力的表。图4中例示的放电电力表示两秒中放出的放电电力。
在图4中例示的表中，示出了用混合单电池形成的电池组的放电电力MP。同样，在图4中例示的表中，呈现出了仅由A型单电池形成的电池组的放电电力AP和仅有B型单电池形成的电池组的放电电力BP。
图5是例示流经混合单电池中的A型单电池和B型单电池的电流的分散量的表。
如图4中所例示，在SOC不小于40%（即大于或等于40%）的区域中，依据电池组1的SOC的放电电力MP低于放电电力AP。然而，这些放电电力之间的差在考虑单电池循环寿命时是无足轻重的。
此外，在SOC低的区域中，放电电力AP和放电电力BP快速下降，并且由于这样，供给负载的电力的稳定性可能被破坏。
而且，当SOC为30%和20%时，放电电力MP高于其它的放电电力AP和BP，并且当SOC为80%时的放电电力MP与当SOC为20%时的放电电力MP之间的偏差小于当SOC为80%时的放电电力AP和BP与当SOC为20%时的放电电力AP和BP的偏差。因此，在包括混合单电池的电池组1中的电力稳定性高。
如图5中所例示，由于较大量的电流流经具有高单电池循环寿命特性的B型单电池，因此，具有高放电电力特性的A型单电池的循环寿命延长，使得混合单电池的循环寿命延长。
图6是例示A型单电池的电流驱动的波形示意图。图7是例示B型单电池的电流驱动的波形示意图。
在图6中例示的波形中，A型单电池的电流的峰值在充电区段CH1中增大。
在图7中例示的波形中，B型单电池的电流的峰值在充电区段CH2中增大到高（例如，最大）值，然后减小。亦即，在执行从放电到充电的改变时的时间上的瞬态点处，较大量的峰值电流流经B型单电池，并且流经具有大容量的A型单电池的电流增大，同时电流的流动（例如充电方向）维持在一个方向上。
在图6中例示的波形中，A型单电池的电流的峰值在放电区段DH1中减小。亦即，电流的绝对值增大。
在图7中例示的波形中，B型单电池的电流的峰值在放电区段DH2中增大。亦即，电流的绝对值减小。
如图6和图7所示，在执行从充电到放电的改变时的时间上的瞬态点处，较大量的峰值电流流经B型单电池，并且流经具有大容量的A型单电池的电流增大，同时电流的流动（例如放电方向）维持在一个方向上。
如上所示，由于A型单电池和B型单电池在混合单电池中并联联接，因此，最大峰值电流流经B型单电池。而且，由于最大峰值电流流经具有高单电池循环寿命特性的B型单电池，因此混合单电池的循环寿命特性可以得到改善。
根据一个实施例，流经A型单电池的电流的量增大，同时在时间上的瞬态点之后电流的流动维持在一个方向上，从而可以改善输出电力。
虽然已经描述了电池组包括混合单电池，但本发明不限于此。例如，由一种单电池形成的子电池组与由另一种单电池形成的子电池组可以并联联接，以形成一个电池组。因此，形成的电池组也可以提供上述的改善单电池循环寿命和输出功率的效果。
图8是例示根据本发明另一示例性实施例的电池系统的视图。
在图8中，电池组包括子电池组11和子电池组12。子电池组11包括多个A型单电池，子电池组12包括多个B型单电池。子电池组12并联联接至子电池组11。在图8所示的实施例中，子电池组11中的多个（作为示例，示为13个）A型单电池彼此串联连接，子电池组12中的多个（作为示例，示为13个）B型单电池彼此串联连接。
电池系统中可以包括用于检测子电池组11的电流的第一电流传感器14和用于检测子电池组12的电流的第二电流传感器16。
第一继电器15将子电池组11和子电池组12彼此阻断或联接至彼此。第二继电器17将包括子电池组11和子电池组12的电池组与正输出端（+）彼此阻断或联接至彼此。
第一继电器15可以阻断子电池组11和子电池组12之间的电流的流动。因此，有可能阻断例如在包括根据本发明示例性实施例的电池组的车辆停车时可能产生的子电池组11和12之间的不必要的电流流动。
图9是示出根据本发明示例性实施例的包括电池组的电力装置的框图。
在图9中，电力装置包括第一电池组300、第二电池组400、联接在第一电池组300与第二电池组400之间的电力变换器200、以及充电装置100。充电装置（或充电的装置）100从外部接收能量以产生电力。当电力装置为混合动力车辆时，从外部供应的电力可以通过从引擎供给的能量而生成。
电力变换器200对从充电装置100供给的电力进行变换以将变换后的电力传送给第一电池组300和第二电池组400。第一电池组300和第二电池组400可以由传送的电力充电。
另外，电力变换器200对从第一电池组300和第二电池组400供应的电力进行变换，并将变换后的电力供给第一电气负载600和第二电气负载700中的至少一个。电力变换器200可以像在第一电池组300和第二电池组400之间一样，将来自具有较高输出功率的电池组的电力传送给具有较低输出功率的电池组，
在一个实施例中，第一电池组300和第二电池组400中的至少一个可以由上述的包括不同种类的单电池的电池组形成。
图10是示出根据本发明示例性实施例的包括电池组的另一种电力装置的框图。
在图10的电力装置中，电力变换器被省略（即，与图9的电力装置相比）。电力装置包括充电装置110和第三电池组500。并且充电装置110将从外部供给的能量变换为用以对第三电池组500充电的电力。第三电气负载800从第三电池组500接收电力。
第三电池组500可以由上述的包括不同种类的单电池的电池组形成。
尽管已经结合目前所认为的实际的示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
所选附图标记的描述
电池组1
电池管理系统2
电流传感器3；
继电器4；
子电池组11和12；
第一电流传感器14；
第二电流传感器16
第一继电器15；
第二继电器17；
充电装置100和110；
电力变换器200；
第一电池组300；
第二电池组400；
第三电池组500

Claims (13)

1.一种电池组，包括：
混合单电池，包括第一单电池和第二单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池，
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述内部阻抗包括充电时的内部阻抗和放电时的内部阻抗。
3.如权利要求2所述的电池组，其中所述第一单电池的内部阻抗与所述第二单电池的内部阻抗之间的差为0.5mΩ到1mΩ。
4.如权利要求1所述的电池组，其中所述第一单电池的工作电压与所述第二单电池的工作电压之间的差为0.3V到1.5V。
5.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池组包括多个彼此串联联接的所述混合单电池。
6.一种电池组，包括：
包括多个第一单电池的第一子电池组；以及
包括多个第二单电池的第二子电池组，所述第二子电池组并联联接至所述第一子电池组，
其中所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
7.如权利要求6所述的电池组，其中所述内部阻抗包括充电时的内部阻抗和放电时的内部阻抗。
8.如权利要求7所述的电池组，其中所述第一单电池的内部阻抗与所述第二单电池的内部阻抗之间的差为0.5mΩ到1mΩ。
9.如权利要求6所述的电池组，其中所述第一单电池的工作电压与所述第二单电池的工作电压之间的差为0.3V到1.5V。
10.一种电力装置，包括：
第一电池组；
第二电池组；
电力变换器，联接在所述第一电池组与所述第二电池组之间；以及
充电装置，用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以向所述电力变换器供给电力，
其中所述电力变换器被配置为将从所述充电装置供给的电力供给至所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个。
其中所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个包括多个包含第一单电池和第二单电池的混合单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池，并且
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
11.一种电力装置，包括：
第一电池组；
第二电池组；
电力变换器，联接在所述第一电池组与所述第二电池组之间；以及
充电装置，用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以向所述电力变换器供给电力，
其中所述电力变换器将从所述充电装置供给的电力供给至所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个，
其中所述第一电池组或所述第二电池组中的至少一个包括：
包括多个第一单电池的第一子电池组；以及
包括多个第二单电池且并联联接至所述第一子电池组的第二子电池组，
其中所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
12.一种电力装置，包括：
充电装置，用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以供给电力；以及
电池组，配置为由所述充电装置供给的电力充电，
其中所述电池组包括多个包含第一单电池和第二单电池的混合单电池，所述第二单电池具有与所述第一单电池的电气特性不同的电气特性，并且并联联接至所述第一单电池，并且
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
13.一种电力装置，包括：
充电装置，用于对从所述电力装置外部供给的能量进行转换以供给电力；以及
电池组，配置为由所述充电装置供给的电力充电，
其中所述电池组包括：
包括多个第一单电池的第一子电池组；以及
包括多个第二单电池且并联联接至所述第一子电池组的第二子电池组，
其中所述第一单电池的电气特性不同于所述第二单电池的电气特性，并且
其中所述电气特性包括内部阻抗、工作电压、容量或与荷电状态对应的开路电压特性中的至少之一。
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