CN112599941B - 一种电解液流动型锂离子电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于锂离子电池技术领域，提供了一种电解液流动型锂离子电池系统，本发明利用温度调节组件将锂离子电池的电解液调节至最佳工作温度，再利用循环泵将该电解液持续且同时输入每一个单体电芯内，替换单体电芯内的电解液，通过电解液的不断流动可以实现锂离子的有效补充，延长锂离子电池系统的使用寿命，同时，不断流动的电解液还能够快速调节单体电芯的温度，使其更快地达到最佳工作温度，另外，通过电解液不断流动的方式调节单体电芯温度的方式能够省去其他热管理部件，简化锂离子电池模块和锂离子电池系统的结构。

Description

一种电解液流动型锂离子电池系统
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电解液流动型锂离子电池系统。
背景技术
锂离子电池在充放电过程中由于副反应的不断进行，电解液中锂离子的浓度不断降低，电池容量不断下降，针对此问题的解决方案目前通常采用负极补锂的方法，该方法在初期会有一定的作用，可弥补首次容量损失，但随着电池循环的进行，锂离子同样会消耗殆尽。
另外，锂离子电池系统的容量受环境温度影响很大，特别是很低的环境温度下，比如-35℃，实际容量往往只有常温容量的一半甚至更低，如何进行有效的热管理，已有很多专利涉及锂离子电池模块和系统的整体热管理设计，却很难实现超低温下的快速升温和超高温下的快速降温。
为了实现锂离子电池模块和系统的热管理，已有很多专利涉及此领域，包括但不限于液冷、空冷、相变材料等，但这些手段很难实现锂离子单体电芯的快速升温，且温度的均匀性较差。
申请号为CN201810413237.0的专利《一种热管理双层壳锂离子电池》采用双层壳锂离子电池，电池本体的外壁面上设有若干流道加强筋，相邻的流道加强筋之间形成有热管理介质流道，在锂离子电池本体的上端面上且位于正、负极的外侧设有热管理介质均散集汇腔，该方法可以解决高温快速降温问题，但低温快速升温效果一般。
申请号为CN201610999900.0的专利《一种基于锂离子电池组分区域热管理的系统及方法》将相变材料和液体冷却相结合，可以实现电池组的分区域热管理，但在超高温和超低温时，相变材料却成为快速升温的障碍。
发明内容
本发明提供一种电解液流动型锂离子电池系统，旨在解决上述技术问题。
本发明是这样实现的，一种电解液流动型锂离子电池系统，包括多个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括多个单体电芯，所述单体电芯开设有供电解液流动的两个输入口和一个输出口，所述输出口连通一电解液储罐的入口，所述电解液储罐的出口通过循环泵连通所述输入口，所述电解液储罐内装有电解液；
所述电解液储罐设置有对电解液加热或冷却的温度调节组件以及监测电解液温度的第一温度传感器，所述温度调节组件由一驱动组件驱动；
所述第一温度传感器电连接一控制器，所述控制器还分别电连接所述循环泵、温度调节组件和驱动组件；
所述第一温度传感器实时监测所述电解液储罐内的电解液温度，若温度高于预设温度区间，则所述控制器控制所述温度调节组件为所述电解液储罐内的电解液制冷，若温度低于预设温度区间，则所述控制器控制所述温度调节组件为所述电解液储罐内的电解液加热；
当所述电解液储罐内的电解液温度处于预设温度区间内时，启动所述循环泵，将所述电解液储罐内的电解液同时输入每个所述单体电芯内，替换所述单体电芯内的电解液。
进一步地，所述单体电芯设置有监测其内部电解液温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器电连接所述控制器，所述第二温度传感器实时监测所述单体电芯内的电解液温度，若温度高于预设温度，则所述控制器控制所述循环泵提升输出功率，加快电解液流速。
更进一步地，所述输出口和输入口设置有单向阀。
更进一步地，所述温度调节组件包括循环水套、循环水泵、循环水热交换器和空调系统，所述循环水套与所述电解液储罐一体成型，所述循环水套通过循环水泵与循环水热交换器连通，所述空调系统连通循环水热交换器，所述驱动组件为所述循环水泵和空调系统供电，所述控制器电连接所述循环水泵和空调系统。
更进一步地，所述驱动组件为发电装置，包括太阳能光伏发电装置、风力发电装置或燃气发电装置。
本发明提供的电解液流动型锂离子电池系统利用温度调节组件将锂离子电池的电解液调节至最佳工作温度，再利用循环泵将该电解液持续且同时输入每一个单体电芯内，替换单体电芯内的电解液，通过电解液的不断流动可以实现锂离子的有效补充，延长锂离子电池系统的使用寿命，同时，不断流动的电解液还能够快速调节单体电芯的温度，使其更快地达到最佳工作温度，另外，通过电解液不断流动的方式调节单体电芯温度的方式能够省去其他热管理部件，简化锂离子电池模块和锂离子电池系统的结构。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电解液流动型锂离子电池系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电解液流动型锂离子电池系统结构框图。
图中标号分别表示：1-锂离子电池模块，2-单体电芯，3-输入口，4-输出口，5-电解液储罐，6-循环泵，7-第一温度传感器，8-控制器，9-驱动组件，10-第二温度传感器，11-压力表，12-电磁阀，13-单向阀，14-循环水套，15-循环水泵，16-循环水热交换器，17-空调系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1和2，本发明实施例提供的一种电解液流动型锂离子电池系统，该系统包括多个锂离子电池模块1，每个锂离子电池模块1包括多个单体电芯2，单体电芯2开设有供电解液流动的两个输入口3和一个输出口4，输出口4连通一电解液储罐5的入口，电解液储罐5的出口通过循环泵6连通输入口3，电解液储罐5内装有电解液。
所有的锂离子电池模块1中的单体电芯2的输入口3均并联连通电解液储罐5的出口，且该出口处设置循环泵6，通过循环泵6将电解液分别输入各个单体电芯2内，使电解液保持流动状态，电解液不断更新，补充锂离子，各个单体电芯2输出的电解液再分别输送回至电解液储罐5中，使得所有单体电芯2内的电解液刷新进度和速度一致，从而使所有单体电芯2的温度调节进度和速度一致。为了避免回流，每个单体电芯2的输入口3和输出口4设置单向阀13。
循环泵6的选择以由25个48V 100Ah，即16个3.2V 100Ah方形铝壳组成的锂离子电池模块1组成的锂离子电池系统为例，循环泵6应至少满足40kg电解液的输液量，扬程60m输送能力。
另外，可选地，在每个单体电芯2的输入口3处设置压力表11和电磁阀12，循环泵6开启时，电解液分别被输送至电磁阀12和压力表11处，待所有的压力表11的压力值一致且稳定时，同时开启所有的电磁阀12，使电解液同时输入单体电芯2内，以此进一步确保电解液输入的同步性。
电解液储罐5设置有对电解液加热或冷却的温度调节组件以及监测电解液温度的第一温度传感器7，温度调节组件由一驱动组件9驱动。
本发明实施例中，温度调节组件包括循环水套14、循环水泵15、循环水热交换器16和空调系统17，循环水套14与电解液储罐5一体成型，循环水套14通过循环水泵15与循环水热交换器16连通，空调系统17连通循环水热交换器16，驱动组件9为循环水泵15和空调系统17供电，控制器8电连接循环水泵15和空调系统17，空调系统17为现有技术中的可加热和制冷的空调系统。
温度调节组件对循环水套14内的水加热或制冷，从而对电解液储罐5内的电解液加热或制冷。循环水套14为设置在电解液储罐5外壁的螺旋水路结构，其与电解液储罐5的接触面积大，水路长，热交换效率高。驱动组件9为发电装置，包括太阳能光伏发电装置、风力发电装置或燃气发电装置。
第一温度传感器7电连接一控制器8，控制器8还分别电连接循环泵6、温度调节组件和驱动组件9。
第一温度传感器7实时监测电解液储罐5内的电解液温度，若温度高于预设温度区间，则控制器8控制温度调节组件为电解液储罐5内的电解液制冷，若温度低于预设温度区间，则控制器8控制温度调节组件为电解液储罐5内的电解液加热。
当电解液储罐5内的电解液温度处于预设温度区间内时，启动循环泵6，将电解液储罐5内的电解液同时输入每个单体电芯2内，替换单体电芯2内的电解液。
控制器8可以为可编程逻辑控制器8。第一温度传感器7用于实时监测电解液储罐5内的电解液温度，在温度超出预设温度区间，例如15℃～25℃时，与第一温度传感器7电连接的控制器8控制温度调节组件启动，根据实际温度选择开启加热模式或制冷模式。
上述温度调节组件的工作原理为：
(1)当第一温度传感器7监测到有单体电芯2的温度低于15℃时，控制器8控制空调系统17启动加热模式，通过循环风与循环水热交换器16进行能量交换，对循环水进行加热，控制器8控制循环水泵15启动，加热后的循环水通过循环水泵15进入循环水套14，实现对电解液储罐5的加热，进而提升进入单体电芯2的电解液温度，该加热过程在所有单体电芯2的最低温度高于18℃时停止。
(2)当第一温度传感器7监测到有单体电芯2的温度高于25℃时，控制器8控制空调系统17启动冷却模式，通过循环风与循环水热交换器16进行能量交换，对循环水进行冷却，控制器8控制循环水泵15启动，冷却后的循环水通过循环水泵15进入循环水套14，实现对电解液储罐5的冷却，进而降低进入单体电芯2的电解液温度，该制冷过程在所有单体电芯2的最高温度低于22℃时停止。
可选地，单体电芯2设置有监测其内部电解液温度的第二温度传感器10，第二温度传感器10电连接控制器8，第二温度传感器10实时监测单体电芯2内的电解液温度，若温度高于预设温度，则控制器8控制循环泵6提升输出功率，加快电解液流速。
第二温度传感器10实时监测单体电芯2内的电解液温度，当电解液温度过高且超过预设值或警戒值时，与第二温度传感器10电连接的控制器8控制循环泵6提升输出功率，加快电解液的流动速度，从而使单体电芯2内的电解液刷新速率加快，进而降低电解液温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电解液流动型锂离子电池系统，包括多个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括多个单体电芯，其特征在于，所述单体电芯开设有供电解液流动的两个输入口和一个输出口，所述输出口连通一电解液储罐的入口，所述电解液储罐的出口通过循环泵连通所述输入口，所述电解液储罐内装有电解液，所述输出口和输入口设置有单向阀；
所述电解液储罐设置有对电解液加热或冷却的温度调节组件以及监测电解液温度的第一温度传感器，所述温度调节组件由一驱动组件驱动；
所述第一温度传感器电连接一控制器，所述控制器还分别电连接所述循环泵、温度调节组件和驱动组件；
所述第一温度传感器实时监测所述电解液储罐内的电解液温度，若温度高于预设温度区间，则所述控制器控制所述温度调节组件为所述电解液储罐内的电解液制冷，若温度低于预设温度区间，则所述控制器控制所述温度调节组件为所述电解液储罐内的电解液加热；
当所述电解液储罐内的电解液温度处于预设温度区间内时，启动所述循环泵，将所述电解液储罐内的电解液同时输入每个所述单体电芯内，替换所述单体电芯内的电解液；
所述同时输入每个所述单体电芯内是在每个单体电芯的输入口处设置压力表和电磁阀，循环泵开启时，电解液分别被输送至电磁阀和压力表处，待所有的压力表的压力值一致且稳定时，同时开启所有的电磁阀，使电解液同时输入单体电芯内；
所述单体电芯设置有监测其内部电解液温度的第二温度传感器，所述第二温度传感器电连接所述控制器，所述第二温度传感器实时监测所述单体电芯内的电解液温度，若温度高于预设温度，则所述控制器控制所述循环泵提升输出功率，加快电解液流速；
所述温度调节组件包括循环水套、循环水泵、循环水热交换器和空调系统，所述循环水套与所述电解液储罐一体成型，所述循环水套通过循环水泵与循环水热交换器连通，所述空调系统连通循环水热交换器，所述驱动组件为所述循环水泵和空调系统供电，所述控制器电连接所述循环水泵和空调系统；
所述驱动组件为发电装置，包括太阳能光伏发电装置、风力发电装置或燃气发电装置。
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