Теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея


 


Владельцы патента RU 2558657:

Общество с ограниченной ответственностью "Системы управления хранением энергии" (ООО "СУХЭ") (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании аккумуляторных батарей из литий-ионных накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики.

Технический результат заявленного изобретения состоит в экономии затрат на аппаратуру температурной автоматики подогрева и совмещении процесса балансировки накопителей батареи с ее подогревом от выбранных накопителей, не допуская их переразрядки и нарушения балансировки.

Сущность изобретения состоит в том, что функция нагрева в зимних условиях и терморегуляция батареи возложена на встроенную в батарею иерархическую электронную систему управления путем подключения нагревательных элементов батарейных модулей к ее изолированной энергообменной магистрали постоянного тока через электронные ключи, встроенные и управляемые от блоков управления модулями, связанными с установленными на накопители батареи блоками управления накопителями с температурными датчиками и выравнивающими устройствами. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики.

В настоящее время одними из наиболее перспективных для использования в качестве тяговых батарей для электротранспорта являются литий-ионные аккумуляторные батареи. Однако они обладают низкой работоспособностью при отрицательных температурах, что не приемлемо для многих районов России и мира. Для преодоления указанного недостатка используют различные системы нагрева аккумуляторных батарей.

Так, известна система подогрева батареи, состоящая из нескольких нагревательных элементов, помещенных в защитный кожух, размещаемый вблизи батареи. Нагреватель оснащается двухпозиционным выключателем и термостатическим управляющим таймером с отдельным источником питания. Последний представляет собой еще одну батарею либо внешний сетевой блок питания. Термостатический управляющий таймер позволяет периодически эксплуатировать подогреватель в режиме повышенной мощности и подогревать батарею непосредственно перед пуском [см. патент США №5,994,669 от 30 ноября 1999 г.].

Недостатком устройства является необходимость в дополнительном аккумуляторе.

Известен теплозащитный чехол с подогревом для автомобильных аккумуляторов, в котором подогрев осуществляется с помощью встроенного в чехол саморегулируемого нагревательного элемента, подключаемого через расположенный в салоне автомобиля выключатель к клеммам самого аккумулятора [см. патент РФ на полезную модель №109920 от 15.03.2011 г.].

Недостатком данного устройства является то, что продолжительность обогрева должен определять водитель, что не всегда удобно. Кроме того, в случае использования литий-ионных аккумуляторов бесконтрольная их разрядка просто недопустима.

Известен способ обеспечения работоспособности литий-ионных аккумуляторов и батарей на их основе при отрицательных температурах, при котором имеется батарейный блок литий-ионных аккумуляторов с подогревателем, который крепится в нижней части корпуса батарейного блока и включается от него после срабатывания температурного датчика, настроенного на температуру, равную менее 0°C, а отключение нагревателя происходит автоматически по команде от контроллера при достижении температуры более 0°C [см. патент РФ на изобретение №2451370 от 13.12.2010 г.]. Описанная в патенте система контроля работает, не выключаясь, будучи запущенной при положительной температуре, и позволяет обеспечить работоспособность батареи при низких значениях температуры.

Недостатком известного устройства является то, что оно нуждается в дополнительных затратах на комплектование батареи, помимо нагревателя, аппаратурой температурной автоматики подогрева (датчиком температуры, контроллером, выключателем) при наличии обязательной для литий-ионной батареи электронной системы управления, обеспечивающей безопасность эксплуатации и балансировку накопителей батареи.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к данному изобретению является аккумуляторная батарея с иерархической системой управления, в которой установленные на каждый электрический накопитель блоки управления накопителями (БУН) обеспечивают их балансировку с помощью сквозной энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, подключенной для контроля к установленному в корпусе батареи блоку управления модулем (БУМ), который связан с блоками БУН информационным каналом связи. Блок БУМ осуществляет терморегуляцию батарейного модуля по данным температурных измерений блоков БУН, включая и выключая установленный в корпусе батареи нагревательный элемент, запитанный от клемм батарейного модуля [см. патент РФ на полезную модель №123251 от 30.07.2012 г.].

Недостатком известного устройства является то, что при подогреве батарейного модуля от самого этого модуля не учитываются результаты балансировки накопителей батареи, при которой дополнительный разряд некоторых накопителей для нагрева батареи может оказаться нежелательным или даже недопустимым.

Перед заявленным изобретением была поставлена задача создания теплозащищенной литий-ионной аккумуляторной батареи с подогревом от самой батареи, и лишенной указанного недостатка.

Поставленная задача решается тем, что предложена теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея, включающая установленные в корпусе батарейные модули из последовательно соединенных электрических накопителей энергии с встроенной иерархической системой управления и нагревательный элемент. Иерархическая система управления содержит установленные на накопителях блоки управления накопителями с температурными датчиками и выравнивающими устройствами, связанные между собой и с установленным в корпусе батарейного модуля блоком управления модулем посредством информационного канала связи и сквозной изолированной энергообменной магистрали постоянного тока.

Новым в предложенной батарее является то, что подключение блока управления модулем к нагревательному элементу осуществляется с помощью встроенного в него электронного ключа, подключенного к сквозной изолированной энергообменной магистрали постоянного тока.

Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что благодаря использованию для целей подогрева литий-ионной аккумуляторной батареи в зимних условиях изолированной энергообменной магистрали постоянного тока системы управления батареей достигается экономия затрат на аппаратуру температурной автоматики подогрева и совмещается балансировка накопителей батареи с ее подогревом от выбранных накопителей, не допуская их переразряда и нарушения балансировки.

На фигуре представлена структурная схема заявленной батареи.

Заявленная теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея содержит установленные в корпус 1 батарейного модуля 2 последовательно соединенные электрические накопители энергии 3 со встроенной электронной иерархической системой управления батареей 4 и нагревательный элемент 5. Иерархическая система управления батареей (BMS) 4 состоит из установленных на накопителях 3 блоков управления накопителями 6 (БУН) с температурными датчиками и выравнивающими устройствами (на чертеже не показаны), связанные между собой и с установленным в корпусе 1 и подключенным к клеммам «+» 7 и «-» 8 блоком управления модулем 9 (БУМ) посредством двунаправленного информационного канала связи 10 и сквозной изолированной энергообменной магистрали постоянного тока 11, подключенной к встроенному в БУМ 9 и управляемому от него электронному ключу 12, через который подключен нагревательный элемент 5.

Заявленная батарея работает следующим образом. Первоначальное включение батареи с BMS 4 осуществляется при положительной температуре. При достижении заданного порогового значения температуры хотя бы одним накопителем 3 батарейных модулей 2 (например, 0°C) блоки 6 БУН посылают по каналу связи 10 в блоки 9 БУМ соответствующие сигналы, по которым последние подключают нагревательные элементы 5 через встроенные в них электронные ключи 12 к изолированной энергообменной магистрали постоянного тока 11, а также посылают обратно по каналу связи 10 в блоки БУН команды на подключение к энергообменной магистрали 11 тех накопителей 3, разряд которых допустим и желателен с точки зрения балансировки батарейных модулей 2. При достижении накопителями 3 второго температурного порога (например, +2°C), обеспечивающего нормальную работу батареи, блоки 9 БУМ отключают соответствующие нагревательные элементы 5 в корпусах 1 батареи, что позволяет обеспечить работу всей литий-ионной аккумуляторной батареи при низких температурах. В предложенной батарее возможен нагрев батарейных модулей от накопителей других батарейных модулей, выбранных системой BMS 4 с учетом общего состояния накопителей 3 при наличии в ней блока управления батареей (на чертеже).

Теплозащищенная литий-ионная аккумуляторная батарея, содержащая установленные в корпуса батарейных модулей нагревательные элементы и последовательно соединенные электрические накопители энергии с встроенной иерархической электронной системой управления, состоящей из установленных на накопителях энергии блоков управления накопителями с температурными датчиками и выравнивающими устройствами, которые связаны между собой и с установленными в корпусах батарейных модулей и подключенными к их клеммам блоками управления модулями посредством двунаправленного информационного канала связи и сквозной изолированной энергообменной магистрали постоянного тока, отличающаяся тем, что блоки управления модулями батареи содержат управляемые от них электронные ключи, соединенные со сквозной изолированной энергообменной магистралью постоянного тока и подключенные к соответствующим нагревательным элементам батарейных модулей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к фтор-проводящему твердому электролиту R1-yMyF3-y с тисонитовой структурой, содержащему фториды редкоземельного и щелочно-земельного металлов.

`Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля аккумуляторных батарей, включая высоковольтные батареи, установленные на космических аппаратах, при высоких требованиях к надежности, точности и массе.

Активный материал положительного электрода для электрического устройства содержит первый активный материал и второй активный материал. Первый активный материал состоит из оксида переходного металла, представленного формулой (1): Li1,5[NiaCobMnc[Li]d]O3 …(1), где в формуле (1) a, b, c и d удовлетворяют соотношениям: 0<d<0,5; a+b+c+d=1,5; и 1,0<a+b+c<1,5.

Заявленное изобретение относится к устройству и способу изготовления аккумуляторной батареи, а именно к устройству, укладывающему электроды стопкой, и способу укладывания электродов стопкой.

Изобретение относится к композитному твердому электролиту на основе фаз, кристаллизующихся в системе Bi2O3-BaO-Fe2O3. При этом он содержит, мол.%: Bi2O3 - 67-79, BaO - 17-22, Fe2O3 - 2-16.

Изобретение относится к способам получения электрической энергии и может быть использовано для создания морской электростанции по преобразованию потенциальной энергии ионов морской воды в энергию электрического тока, а также по созданию преобразователей энергии ионов плазмы в электрическую энергию.

Предлагаемый свинцово-кислотный аккумулятор относится к области электротехники, в частности к обратимым электрохимическим элементам (аккумуляторам). Технический результат - увеличение удельной электрической емкости.

Изобретение относится к литий-несущему фосфату железа в форме микрометрических смешанных агрегатов нанометрических частиц, к электроду и элементу, образованным из них, к способу их производства, который характеризуется стадией наноразмола, на которой посредством микроковки образуются микрометрические смешанные агрегаты нанометрических частиц.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при разработке и последующей эксплуатации аккумуляторов и аккумуляторных батарей (АБ) различных типов в автономных системах электроснабжения космических аппаратов (КА), в частности искусственных спутников земли (ИСЗ).

Изобретение относится к аккумуляторной батарее, включающей в себя положительный электрод, который может поглощать и выделять литий, и жидкий электролит. При этом положительный электрод содержит активный материал положительного электрода, который работает при потенциале 4,5 В или выше по отношению к литию; и при этом жидкий электролит содержит фторированный простой эфир, представленный следующей формулой (1), и циклический сульфонат, представленный следующей формулой (2): (1).

Изобретение относится к области электротехники, в частности к перезаряжаемому электрохимическому элементу аккумуляторной батареи, имеющему корпус, положительный электрод, отрицательный электрод и электролит, содержащий двуокись серы и электропроводящую соль активного металла элемента. Общее количество кислородсодержащих соединений в элементе, способных вступать в реакцию с двуокисью серы и восстанавливать двуокись серы, составляет не более 10 ммолей на ампер-час теоретической зарядной емкости элемента. Повышение циклических характеристик перезаряжаемого элемента является техническим результатом изобретения. 21 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.
Изобретение относится к способам получения основного материала литий-ионных проводников. Предложен способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li7La3Hf2O12, включающий постадийную термообработку с промежуточной перешихтовкой, отличающийся тем, что раствор сульфата гафния обрабатывают раствором гидроокиси аммония, взятом в отношении 1:1, полученный продукт фильтруют и сушат, после чего растворяют в азотной кислоте с концентрацией 3 моль/л и к полученному раствору добавляют растворы нитрата лантана и нитрата лития в стехиометрическом соотношении, приготовленные с избытком (0,04-0,15 моль) азотной кислоты, раствор выдерживают при нагревании и перемешивании до уменьшения объема в два раза, затем добавляют кристаллогидрат лимонной кислоты в количестве 3 моль к 1 моль Hf(IV) и снова выдерживают при температуре 140-150°C до формирования сухого остатка, полученный сухой остаток сушат и осуществляют термообработку в четыре стадии: I стадия - при температуре 350-380°C в течение 2-3 часов; II стадия - при температуре 560-590°C в течение 3-4 часов; III и IV стадии - при температуре 680-710°C и 780-810°C в течение 4-5 часов, соответственно, с перешихтовкой после III стадии. Технический результат: предложенный способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li7La3Hf2O12 реализуется при температуре до 810°С и позволяет получить чистый продукт, незагрязненный примесями. 2 пр.

Изобретение относится к многослойной проводящей пленке, токоотводу, содержащему такую пленку, батарее, содержащей токоотвод и биполярной батарее. Многослойная проводящая пленка включает в себя слой 1, включающий в себя проводящий материал, содержащий полимерный материал 1 с алициклической структурой в основной цепи и проводящие частицы 1, и слой 2, включающий в себя материал, обладающий устойчивостью к потенциалу положительного электрода. Материал, обладающий устойчивостью к потенциалу положительного электрода, является проводящим материалом, содержащим полимерный материал 2 с устойчивостью к потенциалу положительного электрода и проводящие частицы 2. Полимерный материал 2 выбран из группы: ароматический полиимид, полиамид-имид, полиамид, полиэтилен, полипропилен, силикон, полифениленовый простой эфир, нейлон, полибутилентерефталат, полифениленсульфид, полиэфирэфиркетон и сложный полиэфир. Технический результат - получение многослойной проводящей пленки, обладающей стабильностью в среде равновесного потенциала на отрицательном электроде и стабильностью в среде равновесного потенциала на положительном электроде, имеющей низкое электрическое сопротивление на единицу площади в направлении толщины и имеющей превосходные свойства барьера для растворителя электролитического раствора. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве литий-полимерного или литий-ионного аккумулятора. Литий-полимерный аккумулятор (ЛПА) представляет собой призматический или цилиндрический аккумулятор, состоящий из нескольких идентичных параллельно соединенных отрицательных и положительных электродов, где в качестве связующего электродов и электролита используется один и тот же гель-полимерный электролит на основе бутадиеннитрильного каучука с солью лития. Технический результат: повышение емкости и мощности литий-ионного аккумулятора и снижение себестоимости. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к активному материалу для положительного электрода натриевого аккумулятора, имеющего кристаллическую структуру, принадлежащую к пространственной группе Pn21a, представленному приведенной ниже общей формулой (1): где М представляет, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, состоящей из: марганца, железа, кобальта и никеля; А представляет, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, состоящей из: кремния, фосфора или серы; x удовлетворяет условию 4≥х≥2; y удовлетворяет условию 4≥y≥1, и оба индекса z и w больше или равны 1. Также изобретение относится к способу получения материала. Предложенный материал имеет высокое рабочее напряжение и может быть заряжаем и разряжаем при высоком напряжении. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 табл., 12 пр., 16 ил.

Предложен токоотвод (3) для биполярных литий-ионных аккумуляторных батарей, по настоящему изобретению, включает в себя: первый электропроводящий слой (3A), который получен добавлением электропроводящего заполнителя к основе, которая содержит содержащую имидную группу смолу; и второй электропроводящий слой (3B), который выполняет функцию изоляции (блокирования) ионов лития. Второй электропроводящий слой (3B) включает в себя: изоляционный слой (3a) на основе смолы, который получен добавлением электропроводящего заполнителя к основе, которая содержит смолу, не содержащую имидной группы; и слой (3b) на основе металла. Этот токоотвод (3) для биполярных литий-ионных аккумуляторных батарей применяют таким образом, что первый электропроводящий слой (3A) находится на стороне слоя активного материала положительного электрода по отношению ко второму электропроводящему слою (3B). Уменьшение поглощения (абсорбции) ионов лития внутри токоотвода и повышение стойкости к повторному заряду и разряду является техническим результатом изобретения. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Заявлен перезаряжаемый литиевый элемент аккумуляторной батареи, имеющий корпус, положительный электрод, отрицательный электрод и электролит, содержащий электропроводящую соль, в котором основой электролита является SO2, и положительный электрод содержит химически активное вещество, имеющее состав LixM'yM"z(XO4)aFb, в котором М' означает, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы элементов, включающей Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Zn, М" означает, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, включающей металлы групп IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB и VIIIB, Х выбран из группы элементов, включающей Р, Si и S, х имеет величину больше 0, у имеет величину больше 0, z имеет величину больше или равную 0, а имеет величину больше 0 и b имеет величину больше или равную 0. Снижение потери емкости аккумуляторной батареи является техническим результатом изобретения. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл., 4 пр.

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств с питанием от собственных источников энергоснабжения. Система контроля работы электромобиля содержит обогревательный контур (11), нагрузочный конденсатор (С12) и первый элемент (L11) удерживания тока. Обогревательный контур (11) соединен с бортовым аккумулятором (5) для образования замкнутой цепи обогрева бортового аккумулятора (5). Первый элемент (L11) удерживания тока соединен с нагрузочным конденсатором (С12) и обогревательным контуром (11) для снижения мешающего воздействия между обогревательным контуром (11) и нагрузочным конденсатором (С12). Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы обогревательного контура (11) при движении электромобиля. 21 з.п. ф-лы, 22 ил.

Аккумуляторная батарея с неводным электролитом по изобретению имеет энергогенерирующий элемент (21) со слоем (19) аккумулятора, который включает в себя положительный электрод, включающий слой (15) активного материала положительного электрода, сформированный на поверхности токоотвода (12) положительного электрода, отрицательный электрод, включающий слой (13) активного материала отрицательного электрода, сформированный на поверхности токоотвода (11) отрицательного электрода, и сепаратор (1), размещенный между положительным электродом и отрицательным электродом и содержащий неводный электролит. Значение RA (=Rzjis(2)/Rzjis(1)) отношения между поверхностной шероховатостью (Rzjis(1)) поверхности слоя активного материала отрицательного электрода на стороне в контакте с сепаратором и поверхностной шероховатостью (Rzjis(2)) поверхности сепаратора на стороне в контакте со слоем активного материала отрицательного электрода составляет от 0,15 до 0,85. Получается высокий динамический коэффициент трения, и тем самым может быть предотвращено возникновение несоосности наслоения на стадии наслаивания во время изготовления аккумуляторной батареи с неводным электролитом, что является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы., 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к аккумуляторной батарее с неводным электролитом, которая содержит положительный электрод с активным материалом положительного электрода, способного на введение и отделение анионов, отрицательный электрод с активным материалом отрицательного электрода, способного на накопление и высвобождение металлического лития, или ионов лития, или их обоих; и неводный электролит, образованный растворением соли лития в неводном растворителе, при этом аккумуляторная батарея с неводным электролитом содержит твердую соль лития при 25°C и разрядном напряжении 4,0 В. Повышение разрядной емкости аккумуляторной батареи и удельной энергии на единицу массы, является техническим результатом изобретения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Наверх