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CN119542603A - 一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法 - Google Patents

一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法 Download PDF

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CN119542603A CN202411450915.2A CN202411450915A CN119542603A CN 119542603 A CN119542603 A CN 119542603A CN 202411450915 A CN202411450915 A CN 202411450915A CN 119542603 A CN119542603 A CN 119542603A
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Abstract

本发明公开了一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法,包括动力/储能电池与温差电池,所述温差电池粘接在动力/储能电池的外侧,所述动力/储能电池上设有多组监测点,还包括与监测点电性连接的控制传感器,所述控制传感器连接控制温差电池的充电、放电。本发明与现有技术相比的优点在于:提供可以在宽环境温区内实现热量、温度自调节以确保高性能电能输出并且支持小阻抗大倍率快速充电实现即充即用的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法。

Description

一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其 使用方法
技术领域
本发明涉及复合型宽环境工况电池技术领域,具体是指一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法。
背景技术
清洁环保的动力/储能电池技术推动了新能源行业的快速发展,但其放电时的电池性能对温度高度敏感的问题仍未得到有效改善。低温环境降低电化学反应速度、衰减电池容量,高温则会加速电解液与电极材料老化、诱发副反应乃至爆炸,从而导致了动力/储能电池在宽环境工况下的性能差异。
以经典的锂电池为例,业界普遍承认的最佳工作温度区间为15℃~35℃。这意味着一种可以适用广袤地域的高性能动力/储能电池技术目前仍存在温度调控上的盲点。
因此,目前仍缺乏一种可自调节热量适应宽环境温区的高性能电池技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,现阶段动力/储能电池无法在宽环境温区内实现温度自调节以确保高性能输出的问题,本发明提供一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为:一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法,包括动力/储能电池与温差电池,所述温差电池粘接在动力/储能电池的外侧,所述动力/储能电池上设有多组监测点用来监测动力/储能电池的充、放电状态以及温度情况,还包括与监测点电性连接的控制传感器,所述控制传感器连接控制温差电池的充电、放电。
优选的,所述动力/储能电池包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、固态电池、流体电池(液流电池)、钠离子电池其中任一种。
优选的,所述温差电池与动力/储能电池之间通过导热硅胶粘接。
优选的,所述温差电池内设有氧化还原电对。
当温差电池的温度系数为负时,在充电时为熵增反应,从外界吸热,在放电时为熵减反应,向外界放热。
当温差电池的温度系数为正时,在充电时为熵减反应,向外界放热,在放电时为熵增反应,从外界吸热。
优选的,所述监测点监测到动力/储能电池放电工作状态时,在任意环境中,当检测到动力/储能电池在放电过程中的温度过高时,传感器接收信号控制负(正)温度系数的温差电池开始充电(放电),利用温差电池内部大温度系数的氧化还原电对反应带来的熵增吸收动力/储能电池的热量,对其进行降温,与此同时,温差电池的电压降低(升高),实现低电压充电(高电压放电);当检测到动力/储能电池的温度过低时,尤其是冻结电解液,动力/储能电池无法工作时,传感器接收信号控制负(正)温度系数的温差电池开始放电(充电),利用氧化还原反应带来的熵减对动力/储能电池放热预热,使动力/储能电池的温度上升,开启正常电能的输送,与此同时,温差电池电压升高(降低),实现高电压放电(低电压充电)。
优选的,所述监测点监测到动力/储能电池充电状态时,监测点将动力/储能电池温度信号返还给传感器,传感器判断该温度与拟达到的高温需求之间差异。若不足高温需求,则驱动负(正)温度系数的温差电池放电(充电),对动力/储能电池放热,使其进入高温,并以小阻抗状态开始快速充电;若过高于高温需求,则驱动负(正)温度系数的温差电池充电(放电),吸收动力/储能电池的热量,使其降温达到合理的高温,开始充电。
本发明与现有技术相比的优点在于:
1、在宽环境工况下,动力/储能电池始终在理想温区内以最高性能工作放电。这样一种复合型电池在没有改变动力/储能电池本身材料、物性的基础上轻松拓宽了它的使用环境,有利于进一步的推广;
2、温差电池的加入在利用动力/储能电池的冷、热量基础上可以实现额外的电能输出,实现废热利用,提高整体的发电效率;
3、动力/储能电池充电时,温差电池带来高温环境,使动力/储能电池的阻抗减小,加速电化学反应,从而支持大倍率快速充电,实现即充即用;
4、本发明通过加入传感器可以实现温度的自适应调节;
5、温差电池对动力/储能电池温度的调控避免了极端环境带来的寿命削减、性能衰退,对动力/储能电池进行了有效保护;
6、本发明构造简单、技术改进的成本低、实施条件简单,适合的任意纬度的温度环境。
附图说明
图1是一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池的结构示意图。
如图所示:1、动力/储能电池,2、温差电池,3、监测点,4、控制传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1所示,一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池及其使用方法,包括动力/储能电池1与温差电池2,所述温差电池2粘接在动力/储能电池1的外侧,更为具体的是无论动力/储能电池是软包电池、圆柱形电池、方形电池等形状,温差电池均包裹在动力/储能电池的外侧,两者之间以导热硅胶粘结。
其中动力/储能电池包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、固态电池、流体电池(液流电池)、钠离子电池其中任一种。
动力/储能电池上设有多组监测点3,还包括与监测点电性连接的控制传感器4,所述控制传感器连接控制温差电池的充电、放电。
监测点监测到动力/储能电池放电工作状态时,将温度信号反馈给传感器,结合导线来控制温差电池的充放电与吸放热,实现复合型电池的热量自管理、温度自调控,从而扩展工作的环境条件。
监测点监测到动力/储能电池充电状态时,将高温需求反馈给传感器,结合动力/储能电池现有温度信号,再经由导线来控制温差电池充放电与吸放热,供给动力/储能电池高温环境,支撑其小阻抗大倍率快速充电,实现即充即用。
温差电池内设有氧化还原电对;
当温度系数为负的温差电池,在充电时为熵增反应,从外界吸热,在放电时为熵减反应,向外界放热;
当温度系统为正的温差电池,在充电时为熵减反应,向外界放热,在放电时为熵增反应,从外界吸热。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
监测点监测到动力/储能电池放电工作状态时:
在任意环境中,当检测到动力/储能电池在放电过程中的温度过高时,传感器接收信号控制负(正)温度系数的温差电池开始充电(放电),利用温差电池内部大温度系数的氧化还原电对反应带来的熵增吸收动力/储能电池的热量,对其进行降温,与此同时,温差电池的电压降低(升高),实现低电压充电(高电压放电);当检测到动力/储能电池的温度过低时,尤其是冻结电解液,动力/储能电池无法工作时,传感器接收信号控制负(正)温度系数的温差电池开始放电(充电),利用氧化还原反应带来的熵减对动力/储能电池放热预热,使动力/储能电池的温度上升,开启正常电能的输送,与此同时,温差电池电压升高(降低),实现高电压放电(低电压充电)。
取负温度系数的温差电池为例:针对低温环境,在动力/储能电池工作前,监测点的信号使传感器驱动温差电池首先进行放电,利用其放出的热量给动力/储能电池进行预热,使动力/储能电池的温度上升,达到理想的工作条件,进行放电,在此期间,温差电池降温,电压升高,实现高电压放电。温度升高过多时,传感器驱动温差电池切换为充电状态,对动力/储能电池吸热,使其降温并继续放电工作,温差电池升温,电压降低,实现低电压充电。
针对高温环境或动力/储能电池放电过程因阻抗而带来的过热工况,在动力/储能电池工作前,监测点的信号使传感器驱动温差电池进行充电,利用在此过程中电化学反应吸热熵增的属性使动力/储能电池的热量传递给温差电池,对动力/储能电池实现冷却,达到理想的工作条件,进行放电,在此期间,温差电池升温,电压降低,实现低电压充电。温度降低过多时,传感器驱动温差电池切换为放电状态,对动力/储能电池放热,使其升温并继续放电工作,温差电池则降温,电压升高,实现高电压放电。
基于上述工作流程,除了动力/储能电池在理想温区内输出电能,本复合型电池还可以利用温差电池低电压充电,高电压放电的特性实现额外电量的输出。
对于过低、过高环境,可以对多个温差电池进行叠加,将制冷量、制热量多次叠加,实现针对动力/储能电池幅度可观的温度调控,确保高性能的放电输出。
结合监测点、传感器、导线,任意环境内都可以实现温度与热量的动态平衡。
监测点监测到动力/储能电池充电状态时:
当动力/储能电池充电储能时,监测点将动力/储能电池温度信号返还给传感器,传感器判断该温度与拟达到的高温需求之间差异。若不足高温需求,则驱动负(正)温度系数的温差电池放电(充电),对动力/储能电池放热,使其进入高温,开始充电;若过高于高温需求,则驱动负(正)温度系数的温差电池充电(放电),吸收动力/储能电池的热量,使其降温达到合理的高温,开始充电。
利用温差电池使动力/储能电池进入高温状态。高温提升了动力/储能电池电解质的电导性,促进电极与电解质之间的反应速率,大幅度减小了阻抗,从而支持大倍率快速充电。与此同时,高温暴露时间很短,实际造成的动力/储能电池老化影响较小。最终实现高效即充即用。
以上对本发明及其实施方式进行了描述,这种描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池,其特征在于:包括动力/储能电池与温差电池,所述温差电池粘接在动力/储能电池的外侧,所述动力/储能电池上设有多组监测点,还包括与监测点电性连接的控制传感器,所述控制传感器连接控制温差电池的充电、放电从而控制吸热和放热。
2.根据权利要求1所述的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池,其特征在于:所述动力/储能电池包括锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、固态电池、流体电池、钠离子电池其中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池,其特征在于:所述温差电池与动力/储能电池之间通过导热硅胶粘接。
4.根据权利要求1所述的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池,其特征在于:所述温差电池内设有氧化还原电对;
当温度系数为负的温差电池,在充电时为熵增反应,从外界吸热,在放电时为熵减反应,向外界放热;
当温度系数为正的温差电池,在充电时为熵减反应,向外界放热,在放电时为熵增反应,从外界吸热。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池的使用方法,其特征在于:所述监测点监测到动力/储能电池放电工作状态时,当检测到动力/储能电池在放电过程中的温度过高时:
传感器接收信号控制负温度系数的温差电池开始充电吸热,使动力/储能电池降温工作,温差电池的电压降低,实现低电压充电;
传感器接收信号控制正温度系数的温差电池开始放电吸热,使动力/储能电池降温工作,温差电池的电压升高,实现高电压放电;
当检测到动力/储能电池的温度过低,动力/储能电池无法工作时:
传感器接收信号控制负温度系数的温差电池开始放电放热,动力/储能电池的温度上升,开启正常电能的输送,同时,温差电池电压升高,实现高电压放电;
传感器接收信号控制正温度系数的温差电池开始充电放热,动力/储能电池的温度上升,开启正常电能的输送,同时温差电池电压降低,实现低电压充电。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种适用于宽环境工况的工作温度自调节的复合型电池的使用方法,其特征在于:所述监测点监测到动力/储能电池充电状态时,监测点将动力/储能电池温度信号返还给传感器,传感器判断该温度与拟达到的高温需求之间差异:
当不足高温需求,则驱动负温度系数的温差电池放电,对动力/储能电池放热,以小阻抗状态开始快速充电;当高于高温需求,则驱动负温度系数的温差电池充电,吸收动力/储能电池的热量,使其降温,开始快速充电;
当不足高温需求,则驱动正温度系数的温差电池充电,对动力/储能电池放热,以小阻抗状态开始快速充电;当高于高温需求,则驱动正温度系数的温差电池放电,吸收动力/储能电池的热量,使其降温,开始快速充电。
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