专利名称：高效运行的混合型电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据装置条件而高效运行的混合型电池组，并且， 更具体而言，涉及一种复合型或混合型电池组，所述复合型或混合型电 池组包括具有不同输出量和容量的两个单元模块、 一个电压检测单元、 一个控制单元和一个开关单元，其中根据安装了所述电池组的装置的操 作条件选择并运行一个合适的单元模块，据此来改进该电池组的运行效 率。
背景技术：
由使用化石燃料例如汽油和柴油的交通工具所引起的最大的问题之 一为产生空气污染。使用可进行充电和放电的二次电池作为交通工具的 能源的技术作为解决上述问题的一种方法已经引起了广泛关注。因此，
已经开发了电动车(EV)和混合型电动车(HEV)，电动车只使用一个 电池运行，混合电动车一起使用一个电池和一个常规发动机。现在一 些电动车和混合型电动车已被商业化。 一种镍-金属氢化物(Ni-MH) 二 次电池已被主要用作电动车(EV)和混合型电动车(HEV)的能源。但 是，近年来，已经尝试使用锂离子二次电池。
所述二次电池用作电动车(EV)和混合型电动车(HEV)的能源需 要高的输出量和大的容量。为此，将多个小型二次电池(单元电池)相 互串联或并联连接从而构成一个电池组。
图1为简要说明包括具有相同输出量和容量特性的单元模块的常规 电池组的代表性视图。
参见图1，常规电池组100包括一个含有多个具有相同输出量和容 量的电池组电池110的单元模块120、 一个用于控制单元模块120的运 行的控制单元130,和一个用于将控制单元130连接至一个装置(未示 出)的外部输入和输出终端140。
如图1所示，该常规电池组100只包括一种单元模块120 ( —种具 有相同种类的单元电池的机械连接和电连接组件)。但是，装置的初始
运行条件一般不同于该装置的中间运行条件。因此，常规电池组100因
其不能有效地响应这些运行条件而受到限制。
目前，大多数电池组包括一种电池组电池即大容量电池组电池或高 输出量的电池组电池作为单元电池。但是，这些电池组不适于需要高 输出量以用于起动转矩和起动之后需要大容量的体系，例如电动机。 换言之，只包括一种单元模块的电池组无法用在需要复杂性能的体系中。
因此，需要复杂运行方式的装置(或体系)需要多个电池组。但 是，在使用多个电池组的情况下，空间及时间效率和安全性降低。此 外，需要高级技术和大量成本来开发满足所有特性的电池组电池。
考虑到上述问题，迫切需要开发一种可应用于需要复合特性的体 系并且具有提高的空间效率的新型电池组。
在此方面，已知一项使用燃料电池作为混合型动力供应单元的技
术。例如，未经审查的日本专利公开文本No. H6-124720公开了包括 两个或多个蓄电池和一个燃料电池的电池体系。根据该电池体系，动 力从一个蓄电池供应至外部，同时动力从燃料电池供应至另一个蓄电 池从而使该另一个蓄电池可进行充电，据此完成稳定的电力供应。虽 然该电池体系是一个包括多个电池的电池组，但是该电池体系的主要 元件为燃料电池。因此，所述公开的电池体系不能依据安装了该电池 体系的装置的运行条件而有效地运行。
此外，未经审查的日本专利公开文本No. 2004-111242公开了 一
项将一个高输出量的二次电池和一个大容量的二次电池直接地相互 并联连接从而构成一个电池组件并用该电池组件制备电池组的技术。 但是，在该项技术中，不同种类的电池组电池构成一个单元模块，因 此，该电池组不能依据安装了该电池组的装置的运行条件而有效地运 行
发明内容
技术问题
因此，做出了本发明以解决上述问题及仍待解决的其他技术问题。
通过为解决上述技术问题而进行的各种广泛和深入的研究及实 验，本发明的发明者已经发现，使用具有不同特性的单元模块构成电 池组时，将一个电流和/或电压检测单元、 一个控制单元和一个开关 单元以一种合适的方式相互电连接，并且自动地选择一个最佳的单元 模块并使其依据电流和/或电压信号运行，所述电池组可依据安装了 该电池组的装置的运行条件非常有效地运行。本发明是在这些发现的 基础上完成的。
技术方案
根据本发明的一个方面，以上及其他目标可通过提供一个电池组
来完成，所述电池组含有 一个包括两个或多个具有不同输出量和容 量的单元模块的模块组件； 一个检测电池组的电流和/或电压并将检
测到的电流信号和/或检测到的电压信号传送至一个控制单元的检测
单元；在从检测单元接收到的电流信号和/或电压信号的基础上从模 块组件中选择一个最佳单元模块的所述控制单元；和一个在控制单元 的控制下将模块组件的具体单元模块电连接至外部输入和输出终端 的开关单元。
所述模块组件包括两个或多个具有不同输出量和容量的单元模
块。或者，根据电池组的使用目的，所述模块组件可包括多个具有不
同输出量和容量的单元模块。
可以用作各单元模块的单元电池的有，例如，镍-金属氢化物二
次电池、镍-镉(Ni-Cd) 二次电池和电容器。根据情形，可将两个或 多个以上所指出的单元电池结合用作各单元模块的单元电池。
在一个优选的实施方案中，模块组件包括一个相对高输出量且小 容量的单元模块与一个相对低输出量且大容量的单元模块。尤其地， 该模块组件可优选在电池组中用作交通工具或电动机的能源。
高输出量且小容量的单元模块意指一个具有相对小的内电阻并 瞬时提供大输出量的单元模块，而低输出量且大容量的单元模块意指 一个具有相对大的内电阻并且虽然不提供高输出量但是提供大容量 的单元模块。本发明的一个特征为将上述具有不同特征的单元模块结 合从而构成一个电池组。
当将电池组应用于一个需要高输出量以用于起动转矩并在起动 之后需要大容量的装置、例如交通工具或电动机的能源时，在初始运 行过程中暂时使用高输出量且小容量的单元模块，因此，所述高输出 量且小容量的单元模块可以具有小的容量。但是，在装置开始运行之 后需要低输出量且大容量的单元模块来连续地供应能量，因此，优选 所述低输出量且大容量的单元模块具有大的容量。本说明书中，输出 量的高和低是相对概念，因此，输出量的大小不被特别地限制。
在一个优选的实施方案中，相对高输出量且小容量的单元模块包 括超级电容器和/或二次电池作为单元电池。具体而言，所述高输出 量且小容量的单元模块可由超级电容器或二次电池构成。根据情形， 所述高输出量且小容量的单元模块可通过超级电容器和二次电池的
结合而构成。超级电容器是以例如双电层电容器、伪电容器(pseudo capacitor)等为基础的。
才艮据本发明，所述二次电池可优选地为锂二次电池。在锂二次电 池中，可根据负极活性材料的构造、正极活性材料的构造、电极组件 的形状或电池的形状来控制单位重量的输出量和容量。因此，可容易 地构造一个用于所述高输出量且小容量的单元模块的单元电池与一 个用于所述低输出量且大容量的单元模块的单元电池。
电容器为施加电压时积聚电荷的元件。电容器具有高输出量的特 性。在一个优选的实施方案中，电容器可为双电层电容器和/或伪电 容器。
双电层电容器为一种在电极和电解质之间界面处形成的电双层 中在电解质上产生离子并在电极上产生电子从而贮存电荷的元件。伪 电容器为一种使用法拉第反应来贮存邻近电极材料表面的电子的元 件。
双电层电容器包括一个其中一个双层电容和一个等效串联电阻 (ESR)相互串联连接的等效电路。在此情况下，双层电容与电极的 表面积成比例，并且ESR为电极的电阻、电解液的电阻和电极的孔中 的电解质的电阻的总和。双电层电容器的瞬时高输出特性是优良的； 但是，双电层电容器的能量密度和贮存特性同常规二次电池相比较 差。
另一方面，本发明的电池组包括两个或多个具有不同输出量和容
量的单元模块，因此，本发明消除了上述超级电容器的问题。例如， 当将超级电容器用作高输出量且小容量的单元模块的单元电池，并将 具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池用作低输出量且大容量 的单元模块的单元电池时，既可获得超级电容器的瞬时高输出特性也 可获得锂二次电池的高能量密度特性。
在控制单元的控制下，开关单元用于将模块组件的具体单元模块 电连接至外部输入和输出终端。作为开关单元，可以使用例如商业化 的机械式继电器开关或电开关，如固态继电器或半导体继电器。当然， 也可使用具有不同结构的多种类型的开关。
检测单元用于检测电池组的电流和/或电压并将检测到的信息传 送至控制单元。检测单元实时地或周期性地检测电池组的电流和/或 电压。在检测电池组的电流的情况下，检测单元可以是电流检测单元。 另一方面，在检测电池组的电压的情况下，检测单元可以是电压检测 单元。优选地，电流检测单元和电压检测单元均可包括在电池组内。
外部输入和输出终端(负极终端和正极终端)的种类不受特别限 制，只要电流检测单元位于开关单元与外部输入和输出终端之间。电 压检测单元可位于外部输入和输出终端、即负极终端和正极终端之 间。
控制单元用于在从检测单元接收到的电流和/或电压信号的基础 上从模块组件中选择一个最佳的单元模块。控制单元可以作为一个独 立元件被包括在电池组内。或者，控制单元可被包括在电池管理系统
(BMS)中。此外，BMS还可含有一个检测各单元模块的容量的电压 检观单元。
根据本发明的另一方面，提供一种具有上述构造的电池组的运行 方法。所述电池组的运行方法包括(a)当运行外部装置时，通过 一个控制单元控制一个开关单元以将一个模块组件的高输出量且小 容量的单元模块连接至一个外部输入和输出终端；(b)通过一个检 测单元，检测电池组的电流和/或电压并将检测到的信号传送至所述 控制单元；和(c)当由检测到的信号计算出的数值小于预定临界值 时，通过所述控制单元将一个信号传送至所述开关单元，从而使低输 出量且大容量的单元模块连接至外部输入和输出终端。
外部装置可以包括但不限于电动车(EV )、混合型电动车(HEV )、 自动装置和电动自行车，以及电动小型摩托车。
如前所述，由于在设备的初始运行阶段需要高输出量，因此控制 单元将一个信号传送至开关单元从而使模块组件的高输出量且小容 量的单元模块连接至外部输入和输出终端。开关单元打开一个相应的 开关从而使一个具体的单元模块连接至外部输入和输出终端。
检测单元实时地或周期性地监测电池组的电流和/或电压。当检
进行反馈2控制^元。控制单元控制开^关单元k行从而使低输出量且 大容量的单元模块连接至外部输入和输出终端。连接至外部输入和输 出终端的低输出量且大容量的单元模块连续地供应能量至一负载。
此外，当运行中的低输出量且大容量的单元模块的电压小于预定 临界值时，电池组的运行方法还可包括将一个相应信号通过控制单元 传送至开关单元，从而使高输出量且小容量的单元模块连接至外部输 入和输出终端。
两个单元模块的选择性运行所基于的临界值可通过考虑多种因 素而适当地确定，所述因素例如构成单元模块的单元电池的状况、设 备的运行条件等。
根据以上所述的运行方法，本发明的电池组的一个最佳的单元模 块可根据外部装置的运行条件进行选择。因此，本发明的电池组适用 于在装置运行过程中所需输出量会变化的装置，据此提高电池组的运 行效率。这种电池组的有效运行最终增加了各单元模块的使用寿命并 因此增加了电池组的使用寿命。此外，当具体单元模块的使用寿命完 结时，可用一个新的单元模块替代旧的单元模块而无需丟弃整个电池 组。因此，本发明非常经济。
本发明的上述及其他目标、特征及其他优点将从以下连同附图的 详细描述中更加清楚地被理解，其中
图1为说明包括具有相同输出量和容量特性的单元模块的常规 电池组的代表性视图2为说明本发明的一个优选实施方案的包括具有不同输出量
和容量特性的单元模块的电池组的代表性视图；和
图3为说明本发明的另一个优选实施方案的电池组的代表性视图。
具体实施例方式
现在，将参照附图对本发明的优选实施方案进行详细描述。但是， 应该注意的是，本发明的范围不受限于所述实施方案。
图2为说明本发明的一个优选实施方案的包括两个具有不同输
出量和容量特性的单元模块的电池组结构的代表性视图。
参见图2，电池组200包括一个模块组件210、 一个电流检测单 元240、 一个控制单元250、 一个开关单元260和一个外部输入和输 出终端270。模块组件210包括两个单元模块220和230，它们分别 具有多个电池组电池221和231。第一单元模块220具有相对高输出 量且小容量的电池组电池221，而第二单元模块230具有相对低输出 量且大容量的电池组电池231。组成单元模块220和230的电池组电 池221和231的数目可彼此不同。例如，组成第二单元模块230—— 所述第二单元模块需要大容量——的电池组电池231的数目大于组 成第一单元模块220的电池组电池221的数目。
安置在开关单元260和外部输入和输出终端270之间的电流检测 单元240用于实时地或周期性地监测电池组200的电流值并将监测到 的电流值传送至控制单元250。
控制模块组件210和开关单元260的运行的控制单元250用于将 从电流检测单元240接收到的电流值与控制单元250中贮存的预定临 界值相比较并在比较结果的基础上控制模块组件210和开关单元260 的运行。例如，当确认根据装置(未示出)的运行条件输出大量的电 流至模块组件210时，控制单元250控制开关单元260进行运行从而 使第一单元模块220连接至外部输入和输出终端270。另一方面，当 确认小量的电流正被输出至模块组件210时，控制单元250控制开关 单元260进行运行从而使第二单元模块230连接至外部输入和输出终 端270。
可设置控制单元250的运行从而使控制单元250的运行还可通过 所述装置进行控制。也可设置预定的临界值从而使所述预定的临界值 可由所述装置改变。
根据情形，可对控制单元250进行设置从而可通过控制单元250 检查各单元模块220和230的状况(例如， 一些电池组电池的退化)， 并且检查到的信息可从外部进行确认。此外，当需要替换一个具体的 单元模块(例如，单元模块220 )，并且在该具体单元模块的替换过 程中需要电池组继续运行时，控制单元250可控制开关单元260进行 运行从而使未被替换的单元模块230连接至外部输入和输出终端 270。
图3为说明本发明的另一个优选实施方案的电池组的代表性视图。
图3的电池组201与图2的电池组200的不同在于，除了在开关 单元260和外部输入和输出终端270之间安置的电流检测单元240之 外，还在外部输入和输出终端270和272之间安置一个电压检测单元 242。
因此，控制单元250用于将实时地或周期性地从电压检测单元 2 4 2接收到的电压值以及从电流检测单元2 4 0接收到的电流值与控制 单元250中贮存的预定临界值相比较并在比较结果的基础上控制模 块组件210和开关单元260的运行。
根据本发明的应用，可向本发明的电池组中添加其他众所周知的 组件。虽然本发明的优选实施方案已为说明之目的而被公开，但是本 领域的技术人员将认识到的是，在未偏离所附权利要求书中公开的本 发明的范围和主旨的情况下，可进行多种变形、添加和取代。
工业实用性
从上述权利要求书中明显看出的是，构造本发明的电池组从而使 该电池组包括具有不同特征的单元模块，并控制具体的一个或多个单 元模块在最佳条件下运行。因此，本发明的电池组可用于有效地运行 需要复杂运行特性的多种体系，例如电动车、混合型电动车、自动装 置、电动自行车和电动小型摩托车。
权利要求
1. 一种电池组，含有:一个包括两个或多个具有不同输出量和容量的单元模块的模块组件；一个用于检测电池组的电流和/或电压并将检测到的电流信号和/或检测到的电压信号传送至一个控制单元的检测单元；用于在从检测单元接收到的电流信号和/或电压信号的基础上从模块组件中选择一个最佳单元模块的所述控制单元；和一个用于在所述控制单元的控制下将模块组件的一个具体单元模块电连接至外部输入和输出终端的开关单元。
2. 根据权利要求1的电池组，其中每一个单元模块包括镍-金属氢化 物二次电池、镍-镉(Ni-Cd) 二次电池、电容器和/或锂二次电池作为单 元电池。
3. 根据权利要求1的电池组，其中所述模块组件包括一个相对高输 出量且小容量的单元模块和一个相对低输出量且大容量的单元模块。
4. 根据权利要求3的电池组，其中相对高输出量且小容量的单元模 块包括超级电容器和/或二次电池作为单元电池。
5. 根据权利要求4的电池组，其中所述超级电容器以双电层电容 器和/或伪电容器为基础，并且所述二次电池为锂二次电池。
6. 根据权利要求1的电池组，其中所述开关单元为一个机械式继电 器开关或一个电开关，例如固态继电器或半导体继电器。
7. 根据权利要求1的电池组，其中检测单元实时地或周期性地检测 电池组的电流和/或电压。
8. 根据权利要求1的电池组，其中检测单元为安置在开关单元和外 部输入和输出终端之间的电流检测单元。
9. 根据权利要求1的电池组，其中检测单元为安置在两个外部输入 和输出终端之间的电压检测单元。
10. 才艮据权利要求8或9的电池组，其中电流检测单元和电压检测单 元均包括在电池组内。
11. 根据权利要求1的电池组，其中控制单元包括在电池管理系统 (BMS)内。
12. 根据权利要求11的电池组，其中BMS还包括一个检测各单元模 块的容量的电压检测单元。
13. 根据权利要求1的电池组，其中电池组用作电动车、混合型电动 车、自动装置、电动自行车或电动小型摩托车的能源。
14. 一种运行权利要求1的电池组的方法，包括 当外部装置开始运行时，通过一个控制单元控制一个开关单元以将一个模块组件的 一个高输出量且小容量的单元模块连接至外部输入和输 出终端；通过一个检测单元检测电池组的电流和/或电压，并将检测到的信号 传送至所述控制单元；和当由检测到的信号计算出的数值小于预定临界值时，通过控制单元 将一个信号传送至开关单元，以将一个低输出量且大容量的单元模块连 接至外部输入和输出终端。
15. 根据权利要求14的运行方法，还包括当运行中的低输出量且大容量的单元模块的电压小于预定临界值 时，通过控制单元将一个信号传送至开关单元，从而使高输出量且小容 量的单元模块连接至外部输入和输出终端。
全文摘要
本发明公开了一种包括一个由两个或多个具有不同输出量和容量的单元模块组成的模块组件、一个用于检测电池组的电流和/或电压并将检测到的电流信号和/或检测到的电压信号传送至一个控制单元的检测单元、用于在从检测单元接收到的电流信号和/或电压信号的基础上从模块组件中选择一个最佳单元模块的所述控制单元，和一个用于将模块组件的一个具体单元模块在所述控制单元的控制下电连接至一个外部输入及输出终端的开关单元组成的电池组。在本发明的电池组中，选择一个合适的单元模块并使其根据安装了电池组的装置的运行条件而运行，据此改进电池组的运行效率。
文档编号H01M10/44GK101385186SQ200780005943
公开日2009年3月11日 申请日期2007年1月6日 优先权日2006年2月20日
发明者南宫檍, 康柱铉, 朴正民, 郑道阳 申请人:株式会社Lg化学