[发明专利]分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统

说明书

本发明公开了一种分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统，其中，系统包括：电池系统包括若干电池模组和用于供热交换媒介流通的换热结构，换热结构设置于电池模组之间；外置冷热供给系统通过连接装置与电池系统建立热交换回路，用于通过热交换回路和存储于外置冷热供给系统中的热交换媒介对每个电池模组进行热交换；外置热管理控制装置分别与电池系统、连接装置以及外置冷热供给系统建立通信连接，控制连接装置和外置冷热供给系统的运行。本发明具有成本低、易实现、冷却效果好、灵活可靠、适用范围广以及利用率高的优点，并且有效解决电池系统大容量化、高倍率化以及梯次利用的热管理难题。

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种分离型电池热管理系统、其使用方法以及快速充电系统。

背景技术

温度对电池各方面性能都有很大的影响，进而影响电池系统的性能。比如，对容量、功率以及安全性等电池性能的影响。温度过高、温度过低以及温差过大等均不利于电池性能的发挥。为了让电池系统长期稳定且安全高效地运行，需要配置热管理系统。

电池热管理系统的设计，总的来说，就是根据电池运行的要求以及电池工作期间所要经受住的内、外热负荷的状况，采用一种或者多种热管理技术来组织电池内、外部的热交换过程，保证电池系统在整个工作期间的温度水平都保持在规定的范围内。

近年来，为适应储能、新能源汽车、数据中心UPS以及通信基站备用电源等场合的需求，电池系统正在向大容量化、高倍率化以及梯次利用等方向发展。相应地，对电池系统的热管理要求也越来越高。

在电网储能领域中，国内外已建成一些大容量电池储能系统。例如，2009年，A123公司和南加州爱迪生电力公司共同建设了32MWh的锂离子电池储能电站。2011年，国家电网公司为张北风光储输项目配套了一个20MW电池储能系统，该系统包括4个磷酸铁锂电池系统和1个液流电池系统。同年，南方电网的深圳宝清储能电站建成并投运，设计规模为10MW。然而，这些储能电站项目还处于试验和示范阶段，在运行一段时间后，易出现性能明显下降、电池容量过低等问题。与动力电池系统相比，储能系统聚集的电池数目更多，电池容量和功率也更大。大量的电池紧密排列在一个空间内，运行工况复杂多变，时而高倍率，时而低倍率。这就容易造成产热不均匀、温度分布不均匀、电池间温差较大等。长此以往，必然会导致部分电池的充放电性能、容量和寿命等下降，从而影响整个系统的性能，严重时会发生热失控，造成事故。已有大容量锂离子电池储能系统在运行一段时间后出现性能下降的一个重要原因就是因为热管理系统设计不当。随着电池储能系统的商用化，为了提高储能系统的经济性，尤其在调频等应用场景下，需要减少电池数目，提高工作倍率。随着倍率的升高，电池产热量增大，对热管理系统提出了更高要求。

在新能源汽车领域，快速充电是解决纯电动车里程焦虑问题的重要方案之一，电动汽车的发展对快速充电的需求日益迫切。快速充电可以大大缩短电动汽车的充电时间。例如在15分钟内，给电动汽车充入80％电池容量的电量。但是，快速充电除了对动力电池的快充性能、充电桩的设备线路有很高要求外，也对电池系统的热管理提出了非常高的要求。

快速充电对电池系统散热的要求为：一般情况下，若要实现15分钟以内的快充，动力电池的充电倍率要求大于4C，相应地，电池会在短时间内产生大量的热量，这就要求车载动力电池系统具有更快更高效的散热系统，迅速将热量快速带出电池包，保持电池温度不会过高，温度分布均匀。传统的做法是将快充过程的散热问题交由车载热管理系统来解决，通过在动力电池包中增加翅片，增铺导热铝管或冷板，配置热管，增加冷却剂或采用车用空调对电池进行直冷等措施来提高散热功率。然而，电池在快充过程中的发热量远高于电池在正常行驶过程中的发热量，这就会导致车载热管理系统的利用率非常低。此外，增加翅片、导热铝管、冷板冷却剂以及热管等措施都会增加电池包的体积、重量以及成本；采用车用空调对快充时的电池进行直冷，需要大幅增加空调功率，这也会增加整车重量与成本，降低电池的续航里程。