CN220710394U - 一种电池组合系统及新能源电池 - Google Patents

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周芳
侯敏
曹辉
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Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池组合系统和新能源电池，本实用新型提供的电池组合系统包括相互串联的多个二次电池组，每一个二次电池组均包括相互并联的第一电池和第二电池。第一电池的电压使用区间包含第二电池的电压使用区间，第一电池的最大允许充放电倍率大于第二电池的最大允许充放电倍率，二次电池组中第一电池的容量占比为[10％，50％]。本实用新型的电池组合系统，不需要改良电池的化学体系及材料性能，且技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。

Description

一种电池组合系统及新能源电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池组合系统及新能源电池。
背景技术
目前二次电池在新能源领域内具有广泛的应用，但是，在现有技术中，比功率(额定功率/重量)较低的电池容易受到偶发的高功率脉冲带来的脉冲大电流的影响，导致电池寿命变短。通常采用改良新能源电池的化学体系及材料性能层级以使电池具有高比功率性能，但存在成本高的问题，在制造业的产业实现性中具有一定的客观局限性，故需要提出一种新的实现方式。
实用新型内容
本实用新型提供一种电池组合系统，以解决现有比功率较低的电池易受偶发的高功率脉冲大电流的影响，导致电池寿命变短，高比功率电池在生产中技术难度大、实现成本高的技术问题，以实现低要求、低成本和大规模生产高比功率电池的技术效果。
第一方面，本实用新型提供一种电池组合系统，所述系统包括相互串联的多个二次电池组，每一个所述二次电池组均包括相互并联的第一电池和第二电池，其中：
所述第一电池的电压使用区间包含所述第二电池的电压使用区间；
所述第一电池的最大允许充放电倍率大于所述第二电池的最大允许充放电倍率；
且所述二次电池组中第一电池的容量占比为[10％，50％]。
优选的，所述第一电池和第二电池均包括多个串联的相同的电池单体。
优选的，所述第一电池中串联的电池单体的数量与所述第二电池中串联的电池单体的数量相等。
优选的，所述第一电池的最大允许充放电倍率小于等于所述第二电池的最大允许充放电倍率的特定倍数。
优选的，所述特定倍数大于1且小于等于10。
优选的，每一个所述二次电池组中第一电池的容量占比为[20％，50％]。
优选的，所述第二电池的比能量大于所述第一电池的比能量。
优选的，所述第一电池的比功率大于所述第二电池的比功率。
优选的，所述第一电池和第二电池均为磷酸铁锂电池，或者均为三元电池。
第二方面，本发明实施例还提供一种新能源电池，所述新能源电池包括如上述所述的电池组合系统。
本实用新型提供了一种电池组合系统及新能源电池，电池组合系统包括相互串联的多个二次电池组，每一个二次电池组均包括相互并联的第一电池和第二电池。第一电池的电压使用区间包含第二电池的电压使用区间，第一电池的最大允许充放电倍率大于第二电池的最大允许充放电倍率，二次电池组中第一电池的容量占比为[10％，50％]。将本实用新型提供的电池组合系统应用于新能源电池，获得一种新的新能源电池。本实用新型实施例提供的电池组合系统及新能源电池，不需要改良电池的化学体系及材料性能，且技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
附图说明
图1是本实用新型一个优先实施例中电池组合系统结构示意图；
图2是本实用新型另一个优先实施例中电池组合系统结构示意图；
附图标记：
1-二次电池组。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本实用新型的限定，包括附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型为解决比功率较低的电池易受偶发的高功率脉冲大电流的影响，导致电池寿命变短，高比功率电池在生产中技术难度大、实现成本高的技术问题，提供了一种电池组合系统。
请参照图1，本实用新型实施例中提供的电池组合系统包括相互串联的多个二次电池组1，每一个所述二次电池组1均包括相互并联的第一电池P和第二电池E，其中：
所述第一电池P的电压使用区间包含所述第二电池E的电压使用区间；
所述第一电池P的最大允许充放电倍率大于所述第二电池E的最大允许充放电倍率；
且所述二次电池组1中第一电池P的容量占比为[10％，50％]。
本实用新型实施例中采用具有特殊性能的电池并联组合的方式，以使电池组合系统中偶发的高功率脉冲带来的脉冲大电流由不同的电池承担，降低单个电池的电流过大风险，从而可以有效地提高整个电池组合系统的寿命。该电池组合系统不需要改良电池的化学体系及材料性能，技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
在整个电池组合系统中，根据需求选择相互串联的二次电池组1的数量。
在本实用新型公开的实施例中，为实现每一个二次电池组内第一电池P和第二电池E之间的动态平衡，第一电池P的最大允许充放电倍率大于第二电池E的最大允许充放电倍率。
在本实用新型公开的实施例中，对于第一电池P的容量用CP表示，允许通过的最大电流用IP表示；第二电池E的容量用CE表示，允许通过的最大电流用IE表示。
故，第一电池P的最大允许充放电倍率表示为IP/CP，第二电池E的最大允许充放电倍率表示为IE/CE，则IE/CE<IP/CP。
在本实用新型公开的实施例中，第一电池P和第二电池E保持以下动态平衡：由于第一电池P的最大允许充电倍率大于第二电池E的最大允许充电倍率，在充电过程中，第一电池P承担了更大倍率的充电电流，相对于第二电池E，第一电池P处于更高的荷电保持状态(SOC)，从而拥有更高的静态电压。当电池组合系统回路中的充电电流逐渐减小后，因第一电池P和第二电池E之间的静态电压差，在第一电池P和第二电池E之间形成内部环形电路，处于高静态电压的第一电池P会将一部分电量转移给处于低静态电压的第二电池E。反之，在放电过程中，由于第一电池P的最大允许放电倍率大于第二电池E的最大允许放电倍率，第一电池P承担了更大倍率的放电电流，相对于第二电池E，第一电池P处于更低的荷电保持状态(SOC)，从而拥有更低的静态电压。当电池组合系统回路中的放电电流逐渐减小后，因第一电池P和第二电池E之间的静态电压差，在第一电池P和第二电池E之间形成内部环形电路，处于高静态电压的第二电池E会将一部分电量转移给处于低静态电压的第一电池P。当电池组合系统回路中的充/放电电流为0后，第一电池P和第二电池E的静态电压会通过内部环形电路逐渐恢复相等，从而实现第一电池P和第二电池E的动态平衡。
为保证电池组合系统的安全性能，其第一电池P和第二电池E之间的静态电压差应处于适合的范围内，因此，在进一步的实施方式中，第一电池P的最大允许充放电倍率是第二电池E的最大允许充放电倍率的特定倍数，该特定倍数的选取应大于1且小于等于10，即IP/CP≤10×IE/CE。
在本实用新型公开的实施例中，在每一个二次电池组内，第一电池P和第二电池E的总容量为CP+CE，其中，第一电池P的容量CP占总容量的占比越大，整个电池组合系统的具有更好的第一电池的性能；第二电池E的容量CE占总容量的占比越大，整个电池组合系统的具有更好的第二电池的性能。为保证电池组合系统的实用性，第一电池P的容量占比为【10％，50％】，即1:10≤CP/(CP+CE)≤1:2。
在本实用新型公开的实施例中，第二电池的比能量大于第一电池的比能量，主要起到储能的作用，在充放电的过程中，要尽量保证第二电池E可以充满和放空。进一步的，第一电池的比功率大于第二电池的比功率，主要起到提供功率的作用，在充放电的过程中，并不要求第一电池P一定充满和放空。同时应满足，第一电池P电压使用区间应包含第二电池E的电压使用区间，以保证第二电池E可以在充放电的过程中能够充满和放空。
在本实用新型公开的实施例中，第一电池P的选择为具有高功率性能的电池，第二电池E的选择为具有高能量性能的电池，以使电池组合系统中偶发的高功率脉冲带来的脉冲大电流更多地由高功率电池承担，降低高能量电池的电流过大风险，从而可以有效地提高整个电池组合系统的寿命。该电池组合系统同时兼具有高功率和高能量的性能，且不需要改良电池的化学体系及材料性能，技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
在本实用新型公开的实施例中，在每一个二次电池组内，第一电池P的容量CP占总容量的占比越大，整个电池组合系统的高功率性能越好；第二电池E的容量CE占总容量的占比越大，整个电池组合系统的高能量性能越好。为保证电池组合系统实用性的前提下，同时具有较好的高功率性能，第一电池P的容量占比为[20％，50％]，即1:5≤CP/(CP+CE)≤1:2。
在磷酸铁锂电池中，可以按照电池性能划分为高功率电池和高能量电池，前者具有较好的比功率性能(额定功率/重量)，但通常比能量性能(额定能量/重量)较低，后者具有较高的比能量性能，但是比功率性能较低。相对于三元电池，磷酸铁锂电池比功率性能和比能量性能均小于于三元电池。如果第一电池和第二电池其中一个为三元电池，则无法满足第一电池具有较大的比功率性能，但是比能量性能较低，第二电池具有较大的比能量性能，但比功率性能较低的特性，故，第一电池和第二电池需均为磷酸铁锂电池，或者均为三元电池。
本实用新型实施例公开的电池组合系统包括相互串联的多个二次电池组，每一个二次电池组均包括相互并联的第一电池和第二电池。第一电池的电压使用区间包含第二电池的电压使用区间，第一电池的充放电倍率大于第二电池充放电倍率，且是第二电池充放电倍率的特定倍数，第一电池的容量占比为【10％，50％】。第二电池的比能量大于第一电池的比能量，第一电池的比功率大于第二电池的比功率。该电池组合系统同时兼具高功率性能和高能量性能，且不需要改良电池的化学体系及材料性能，技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
如图2所示，所述第一电池P和第二电池E均可采用多个同类电池串联组合的形式。具体的，第一电池P和第二电池E均包括多个串联的相同的电池单体，组成第一电池组P'和第二电池组E'。
为保证第一电池组P'和第二电池组E'具有与第一电池P和第二电池E相同的性能，故第一电池组P'和第二电池组E'与第一电池P和第二电池E具有相同的参数关系。对于第一电池组P'的容量用CP'表示，最大允许通过电流用IP'表示；对于第二电池组E'的容量用CE'表示，最大允许通过电流用IE'表示。
故，第一电池组P'的最大允许充放电倍率表示为IP'/CP'，第二电池组E'的最大允许充放电倍率表示为IE'/CE'，则IE'/CE'<IP'/CP'。进一步的，IP'/CP'≤10×IE'/CE'，第一电池组P'的容量占比为【10％，50％】，即1:10≤CP'/(CP'+CE')≤1:2。
第一电池组P'选择具有高功率性能的电池，第二电池组E'选择具有高能量性能的电池，以使电池组合系统中偶发的高功率脉冲带来的脉冲大电流更多地由高功率电池承担，降低高能量电池的电流过大风险，从而可以有效地提高整个电池组合系统的寿命。且该电池组合系统同时兼具有高功率和高能量的性能，且不需要改良电池的化学体系及材料性能，技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
在本实用新型公开的实施例中，在每一个二次电池组内，第一电池组P'的容量CP'占总容量的占比越大，整个电池组合系统的高功率性能越好；第二电池组E'的容量CE'占总容量的占比越大，整个电池组合系统的高能量性能越好。为保证电池组合系统实用性的前提下，同时具有较好的高功率性能，第一电池组P'的容量占比为[20％，50％]，即1:5≤CP'/(CP'+CE')≤1:2。
在进一步实施例中，对于第一电池P中串联的高功率电池的数量与第二电池E中串联的高能量电池的数量相等，以保证该电池组合系统具有较好的稳定性和安全性。
本实用新型实施例中，第一电池P和第二电池E均采用由多个同类电池串联组成的第一电池组P'和第二电池组E'。且第一电池组P'和第二电池组E'满足第一电池P和第二电池E相同的功能和参数关系，同样能够实现在不需要改良电池的化学体系及材料性能的情况下，使电池组合系统兼具高功率性能和高能量性能，且技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
在本实用新型实施例中公开的电池组合系统的基础上，本实用新型还提供了一种新能源电池，所述新能源电池包括本实用新型实施例中所公开的电池组合系统。
将本实用新型公开的电池组合系统运用于新能源电池的设计和生产中，获得的新能源电池也同样具有高功率和高能量性能，且技术要求低、成本低，能够在制造业中大规模生产。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电池组合系统，其特征在于，所述系统包括相互串联的多个二次电池组，每一个所述二次电池组均包括相互并联的第一电池和第二电池，其中：
所述第一电池的电压使用区间包含所述第二电池的电压使用区间；
所述第一电池的最大允许充放电倍率大于所述第二电池的最大允许充放电倍率；
且所述二次电池组中第一电池的容量占比为[10％，50％]。
2.如权利要求1所述的电池组合系统，其特征在于，所述第一电池和第二电池均包括多个串联的相同的电池单体。
3.如权利要求2所述的电池组合系统，其特征在于，所述第一电池中串联的电池单体的数量与所述第二电池中串联的电池单体的数量相等。
4.如权利要求1所述的电池组合系统，其特征在于，所述第一电池的最大允许充放电倍率小于等于所述第二电池的最大允许充放电倍率的特定倍数。
5.如权利要求4所述的电池组合系统，其特征在于，所述特定倍数大于1且小于等于10。
6.如权利要求1所述的电池组合系统，其特征在于，每一个所述二次电池组中第一电池的容量占比为[20％，50％]。
7.如权利要求1所述的电池组合系统，其特征在于，所述第二电池的比能量大于所述第一电池的比能量。
8.如权利要求7所述的电池组合系统，其特征在于，所述第一电池的比功率大于所述第二电池的比功率。
9.如权利要求8所述的电池组合系统，其特征在于，所述第一电池和第二电池均为磷酸铁锂电池，或者均为三元电池。
10.一种新能源电池，其特征在于，所述新能源电池包括如权利要求1-9任一项所述的电池组合系统。
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