專利名稱：電池組安全技術(shù)的制作方法
電池組安全技術(shù)相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2010年4月2日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/320，532的權(quán)益。上述申請(qǐng)的整個(gè)教義以引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
存在一種用于提高在移動(dòng)車輛內(nèi)的使用人和移動(dòng)車輛周圍的行人的安全的系統(tǒng)， 所述移動(dòng)車輛有多種形式，如汽車、飛機(jī)、船、火車或潛水艇。汽車的安全問題受到特別關(guān)注。每年有120萬余人死在世界各地的道路上并且有超過5000萬人受傷。到2030年，第五大死亡原因?qū)w因于道路交通傷害。人們?cè)O(shè)計(jì)出現(xiàn)代汽車安全系統(tǒng)，以用于在發(fā)生交通事故、車輛失靈，或駕駛員出錯(cuò)時(shí)保護(hù)車輛的使用人、附近車輛的使用人和附近行人并且防止他們受到傷害。通用的汽車安全系統(tǒng)包括座位安全帶和氣囊。隨著汽車逐漸變得更先進(jìn)，附加的輔助傳感器和致動(dòng)器電子設(shè)備形成包括如慣性測(cè)量裝置、夜視鏡以及雷達(dá)的技術(shù)的集成主動(dòng)安全系統(tǒng)。電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛(BEV)和混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)是并有大型電能儲(chǔ)存電池的汽車類型。根據(jù)近期研究，全球鋰離子(Li-ion)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的數(shù)量預(yù)計(jì)在未來十年將從2010年的少于200萬臺(tái)大幅增長(zhǎng)至2020年的近1700萬臺(tái)。因?yàn)樗璧腂EV平均電池容量為25kWh并且PHEV容量為12. 5kWH，所以電池組龐大而沉重，并且容納大量的儲(chǔ)存電能。當(dāng)如此大量的電能以不受控制的方式釋放時(shí)，致使，例如，來自交通事故中所產(chǎn)生的沖擊的電能可能會(huì)引起著火、爆炸或電氣傷害，同時(shí)使車輛的使用人和附近的行人處于危及生命的危險(xiǎn)之中。因此，需要一種設(shè)備和方法來克服上述提到的問題或使上述提到的問題最小化。

發(fā)明內(nèi)容
總體來說，本發(fā)明涉及一種用于減少損害的可能性的裝置和方法，所述損害由自我推進(jìn)式車輛中的受損或易于發(fā)生故障的電池引起。安全事件可包括可能會(huì)對(duì)電池系統(tǒng)、車輛、車輛的使用人，或車輛周圍的行人造成損害的任何狀況，如交通事故中所受到的沖擊。本發(fā)明的示例實(shí)施方案經(jīng)提供以在一系列對(duì)電池單元、電池組或外殼或容納電池的車輛的安全產(chǎn)生不利影響的事件下監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)的狀態(tài)并且確保安全狀況。電池系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)來緊固電池、斷開電池、滅火或維持安全溫度以響應(yīng)安全事件。在許多示例實(shí)施方案中，電池系統(tǒng)包括電池組、安全裝置以及經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件的傳感器。安全事件可包括容納電池組的電池組外殼的一個(gè)或多個(gè)穿孔、電池組外殼的變形、快速減速、緊固電池組的組件的故障、電池組的破碎、快速角加速度、著火以及超過閾值的溫度。在通過傳感器檢測(cè)到安全事件時(shí)，控制器相應(yīng)地啟動(dòng)安全裝置。安全裝置可包括，例如，以下各者中的一個(gè)或多個(gè)1) 一個(gè)或多個(gè)氣囊，其經(jīng)配置以在通過充氣裝置進(jìn)行充氣時(shí)緊固電池組；2) —個(gè)或多個(gè)氣囊，其經(jīng)配置以在通過充氣裝置進(jìn)行充氣時(shí)切斷電力總線；3)外殼，其容納加壓氣體和控制器，所述控制器經(jīng)配置以向電池組釋放氣體；4)帶子，其將電池緊固在外殼內(nèi)；錨定件，其限制帶子的松弛以響應(yīng)帶子所受到的快速的力；5)切斷致動(dòng)器，其經(jīng)配置以切斷電力總線，所述致動(dòng)器包括非導(dǎo)電切斷邊緣；以及6)爆炸裝置，其經(jīng)配置以切斷電力總線。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，電池系統(tǒng)可包括經(jīng)配置以監(jiān)測(cè)電池組的攝像機(jī)?？刂破骺捎羞x擇地?cái)嚅_電池組來響應(yīng)由攝像機(jī)指示的安全事件。攝像機(jī)可提供熱成像，并且安全事件可包括電池外殼的熱區(qū)的檢測(cè)。安全事件也可包括電池外殼的變形，或電池組相對(duì)于電池外殼的移動(dòng)。在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，電池系統(tǒng)可包括電池單元和電池單元上的溫度傳感器。溫度傳感器可經(jīng)配置以檢測(cè)電池單元的溫度并且向電池管理系統(tǒng)(BMS)傳輸與溫度相應(yīng)的信號(hào)。溫度傳感器可向BMS以無線方式傳輸信號(hào)，或可通過有線連接穿過電池單元的 端子來傳輸信號(hào)。溫度傳感器可進(jìn)一步經(jīng)配置以牽引來自電池單元的操作電力。在更進(jìn)一步的實(shí)施方案中，電池系統(tǒng)可由電池單元、電池單元上的傳感器以及接收器組成，所述接收器通過共用的直流(DC)電力總線與溫度傳感器進(jìn)行通信。傳感器可經(jīng)配置以檢測(cè)電池單元的一個(gè)或多個(gè)特性并且傳輸與溫度相應(yīng)的信號(hào)。傳感器可通過連接至電池單元端子的DC電力總線來傳輸信號(hào)，并且可經(jīng)配置以牽引來自電池單元的操作電力。另外，電池單元可以是鋰離子電池單元，并且傳感器可測(cè)量溫度、電壓、電流、阻抗、壓力、應(yīng)力、張力、加速度、速度、位置、方向或電池單元的唯一電池單元標(biāo)識(shí)符中的至少一個(gè)。本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的電池系統(tǒng)可防止電池的災(zāi)難性破裂，所述電池的災(zāi)難性破裂可能會(huì)引起電池的短路或來自電池的電解液的釋放。另外或或者，本發(fā)明的電池系統(tǒng)可在安全事件中斷開電池與其他部件的電氣接觸，如由安裝有電池系統(tǒng)的車輛的碰撞所引起的高沖擊。


圖Ia至圖Id是本發(fā)明的一種采用氣囊系統(tǒng)的電池系統(tǒng)的方塊圖，所述氣囊系統(tǒng)用于將電池模塊進(jìn)行電隔離來響應(yīng)安全事件。圖Ie是本發(fā)明的一種提供氣囊的系統(tǒng)的方塊圖，所述氣囊在檢測(cè)到安全事件時(shí)啟動(dòng)電力總線的中斷。圖2a至圖2b是本發(fā)明的一種采用氣體釋放系統(tǒng)來響應(yīng)安全事件的電池系統(tǒng)的方塊圖。圖2c是一種在檢測(cè)到安全事件時(shí)向電池組外殼內(nèi)提供氣體釋放的系統(tǒng)的方塊圖。圖3a至圖3b是本發(fā)明的一種電池系統(tǒng)以及采用錨定帶的夾具的方塊圖。圖4a至圖4b是本發(fā)明的一種采用剪切裝置的電池系統(tǒng)的方塊圖，所述剪切裝置用于將電池模塊進(jìn)行電隔離來響應(yīng)安全事件。圖4c是本發(fā)明的一種采用剪切裝置的系統(tǒng)的方塊圖，所述剪切裝置能夠在檢測(cè)到安全事件時(shí)切斷電力總線。圖5a至圖5b是本發(fā)明的一種采用無線溫度傳感器的電池的方塊圖。
圖5c是本發(fā)明的一種采用多個(gè)無線溫度傳感器的電池組的方塊圖。圖5d是本發(fā)明的溫度傳感器的方塊圖。圖5e是本發(fā)明的一種采用各別溫度傳感器的多個(gè)電池組的系統(tǒng)的方塊圖。圖6a至圖6b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的一種在電力總線處采用爆炸螺栓的電池組的方塊圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的由易碎的匯流條連接的多個(gè)電池單元的描繪，所述匯流條經(jīng)配置以在安全或碰撞事件中在應(yīng)力集中器位置破碎。圖8是本發(fā)明的一種能夠檢測(cè)到電池盒的移動(dòng)或變形并且斷開電池組作為響應(yīng) 的系統(tǒng)的圖。圖9是本發(fā)明的一種經(jīng)配置以通過觸發(fā)化學(xué)鈍化來響應(yīng)安全事件的檢測(cè)的系統(tǒng)的圖示。
具體實(shí)施例方式前述部分在以下如附圖中所示的本發(fā)明的示例實(shí)施方案的更具體的描述中得以顯現(xiàn)，所述附圖中類似元件符號(hào)指代所有不同視圖中的相同零件。附圖不必按比例繪制，而是重點(diǎn)示出本發(fā)明的實(shí)施方案。以下是本發(fā)明的示例實(shí)施方案的描述。通用的固定(靜止的)電池組系統(tǒng)并有一些類型的安全設(shè)施和技術(shù)。通常設(shè)計(jì)出這些技術(shù)，用于在電池經(jīng)歷不安全狀況的情況下斷開電池。按照慣例，如果電池組在不安全的電流水平下進(jìn)行操作，化學(xué)保險(xiǎn)絲和溫度保險(xiǎn)絲用于在電池的一個(gè)端子處切斷電流的流動(dòng)。其他系統(tǒng)并有用于切斷流向電池的一個(gè)端子或兩個(gè)端子的電流的流動(dòng)的機(jī)械致動(dòng)接觸器和機(jī)電致動(dòng)接觸器。筆記型電腦的電池組中存在更先進(jìn)級(jí)別的安全系統(tǒng)。這些更先進(jìn)的系統(tǒng)包括在微處理器的控制下有助于檢測(cè)電池組的不安全狀況的電壓、電流、溫度以及壓力傳感器。一般來說，這類更先進(jìn)的系統(tǒng)觸發(fā)可重調(diào)或永久性(非可重調(diào))保險(xiǎn)絲裝置，所述裝置切斷主要電力路徑處的電流流動(dòng)來隔離電池組。與汽車用電池組相比，筆記型電腦的電池通常儲(chǔ)存明顯少的能量。運(yùn)動(dòng)中的(非固定)電池組,例如那些在運(yùn)動(dòng)中的車輛中的電池組,需要附加的安全技術(shù)來確保安全狀況。除了固定電池組所需要的安全技術(shù)以外，運(yùn)動(dòng)中的電池組可能需要許多附加的安全技術(shù)。這是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)中的電池組可能會(huì)經(jīng)歷附加的不安全狀況或安全事件。附加的不安全狀況中的一些可能包括外物造成的電池組外殼的、電子組件以及單個(gè)電池單元外殼的穿孔；外物造成的電池組盒、電池組外殼、電子設(shè)備或單個(gè)電池單元的變形或粉碎；由組和電池單元安裝機(jī)構(gòu)上的高水平應(yīng)力引起的高水平減速；組或電池單元安裝結(jié)構(gòu)的故障在快速減速狀況下，導(dǎo)致組或電池單元脫離并且被推擠向電池盒壁、內(nèi)部客艙壁，或從車輛中射出；脫離的組或電池單元具有高水平的慣性并且在與電池盒壁碰撞時(shí)會(huì)變形或粉碎；由向電池組以及其部件施加附加力的離心碰撞所引起的高速率的角加速度和減速；以及
歸因于混合型車輛中汽油燃料的點(diǎn)火的著火、爆炸以及高溫。上述的不安全狀況對(duì)移動(dòng)電池組的安全技術(shù)提出了特殊需求。對(duì)于固定組來說，通?？梢越邮艿氖菍щ姷碾姵亟M與電力總線進(jìn)行電隔離而電能仍安全地儲(chǔ)存在電池組中。對(duì)于移動(dòng)固定組來說，不僅需要將帶電的組與電力總線電隔離，還特別需要將組和電池單元中所儲(chǔ)存的能量(電荷狀態(tài))減至最低水平，禁止或停用組和電池單元中所儲(chǔ)存的能量(電荷狀態(tài))。因?yàn)槠囀鹿拾l(fā)生在秒級(jí)或次秒級(jí)的時(shí)間范圍內(nèi)，所以所儲(chǔ)存的能量的減少必須發(fā)生在相似或更短的時(shí)間范圍內(nèi)?，F(xiàn)代車輛在每一年的新車型中并有越來越多數(shù)量的傳感器和計(jì)算技術(shù)?？蓹z測(cè)到通常已經(jīng)存在的不安全狀況的發(fā)作的傳感器作為許多車輛平臺(tái)的一部分，并且用于觸發(fā)現(xiàn)有的如氣囊部署、座位安全帶預(yù)拉伸以及防抱死的安全系統(tǒng)。一些這樣的系統(tǒng)被稱為慣性測(cè)量裝置(MU)和電子穩(wěn)定控制(ESC)。車輛平臺(tái)在許多情況下能夠檢測(cè)到安全事件，然后使用車輛通信母線向BMS電子設(shè)備傳輸信號(hào)。當(dāng)接收到信號(hào)時(shí)，電池組又能夠?yàn)樽陨戆l(fā)動(dòng)安全措施。這種類型的安全事件檢測(cè)和觸發(fā)機(jī)構(gòu)造成較低成本的電池組，因?yàn)殡姵亟M不需 要并有傳感器。圖Ia至圖Id以簡(jiǎn)化的形式示出各種配置下的電池組氣囊系統(tǒng)。如圖Ia所示，在安全事件之前，氣囊110被放氣并且包圍電池組102。如圖Ib所示，在檢測(cè)到安全事件時(shí)，氣囊110被充氣來保護(hù)電池組。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，如圖Ic所示，氣囊110可并入到合用一個(gè)共用的電力總線135的多個(gè)電池組105和106之間，或并入到相同電池組的模塊之間或電池單元之間。如圖Id所示，在檢測(cè)到安全事件時(shí)，氣囊110被充氣并且使得電池組105和電池組106斷開。通過結(jié)合本發(fā)明的這個(gè)方面與組匯流條應(yīng)力集中(下文參照?qǐng)D7進(jìn)行描述)，氣囊110可用于啟動(dòng)電力總線在應(yīng)力集中位置處的斷開。在這種情況下，被放氣的氣囊(未示出)可定位于兩個(gè)毗鄰的電池單元之間并且鄰近應(yīng)力集中。圖Ie示出電池系統(tǒng)101，其經(jīng)配置以用于在安全事件中觸發(fā)氣囊的啟動(dòng)。在檢測(cè)到碰撞或其他安全事件時(shí)，碰撞傳感器130 (如加速計(jì))或其他安全事件傳感器向電池管理系統(tǒng)120 (BMS)發(fā)送信號(hào)。然后BMS 120發(fā)送信號(hào)來觸發(fā)將氣體快速釋放到氣囊110內(nèi)的氣囊充氣電荷125的啟動(dòng)，引起氣囊在兩個(gè)毗鄰電池單元105和電池單元106之間的空間中膨脹。當(dāng)氣囊110在電池單元之間膨脹時(shí)，應(yīng)力集中器137處出現(xiàn)高水平的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超出匯流條135的材料的斷裂強(qiáng)度，匯流條龜裂并且將電池單元之間的電斷開。將電池單元附接至匯流條的焊接強(qiáng)度可超出匯流條上的應(yīng)力集中的斷裂強(qiáng)度來確保預(yù)期的切斷。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，在部署氣囊時(shí)，充氣氣囊還可通過斷開非卡鎖型摩擦力接線盒來操作斷開電池組與電力總線。接線盒連接電池組至電力總線。圖2a至圖2b示出進(jìn)一步的實(shí)施方案中的氣體釋放或滅火系統(tǒng)。這樣的實(shí)施方案提供一種通過觸發(fā)電池的快速注氣來響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)。二氧化碳?xì)怏w或滅火媒介的注入應(yīng)響應(yīng)快速加熱率或高溫、煙霧或其他災(zāi)難性事件的檢測(cè)。注入電池組206內(nèi)的媒介可經(jīng)選擇以用于實(shí)現(xiàn)滅火，或?qū)M進(jìn)行冷卻的目的。然后電池管理系統(tǒng)可關(guān)閉或斷開組，以使其處于安全操作待命模式。如圖2a所示，組并有氣體用閥門密封式容器215，其具有閥門控件226且含有滅火媒介。在檢測(cè)到安全事件之后，閥門被觸發(fā)打開，并且釋放氣體或滅火媒介216至包圍電池單元208和其他模塊的電池組外殼內(nèi)。圖2c不出一種并有氣體釋放安全機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)201。碰撞傳感器230 (或其他安全事件檢測(cè)器)檢測(cè)到碰撞事件并且向BMS 220發(fā)送信號(hào)。BMS 220發(fā)送觸發(fā)信號(hào)來啟動(dòng)電動(dòng)氣體閥門225至其打開位置。氣體閥門225控制來自滅火氣體罐215的氣體的流動(dòng)。滅火氣體快速填充含有電池單元的電池組外殼209，以便加強(qiáng)滅火或冷卻電池單元208。圖3a示出一種使用預(yù)拉伸錨定件附接至電池盒的電池組安全帶。在這樣的實(shí)施方案中，電池盒“安全帶”310或拉帶用于在安全事件中約束電池組302。在檢測(cè)到安全事件時(shí)，系統(tǒng)可通過為其他快速減速的沖擊所準(zhǔn)備的電池盒安全帶310的錨定件315來觸發(fā)預(yù)拉伸(如帶子的繃緊或強(qiáng)加于帶子上的抵抗力)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，圖3b示出連接至系拴在電池外殼內(nèi)的錨定件325上的拉帶320的電池組302。圖4a至圖4b示出進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述實(shí)施方案中系統(tǒng)采用非導(dǎo)電(如陶瓷)閘刀410或其他切斷機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)通過觸發(fā)非導(dǎo)電閘刀410來切斷以下各者中的一個(gè)或多個(gè)以響應(yīng)安全事件的檢測(cè)1)主要電池電力路徑435，其在電池組402和電動(dòng)機(jī)490之間；2)中間路徑，其穿過組模塊鏈；以及3)通過切斷多個(gè)位置處的電力總線來隔離單個(gè)模塊。一個(gè)實(shí)施方案的目的是防止電力路徑的電短路，因此，如陶瓷閘刀的非導(dǎo)電型閘刀用于以機(jī)械方式切斷電力路徑。圖4a示出在安全事件的檢測(cè)之前的非導(dǎo)電閘刀和電池組。圖4b示 出在安全事件的檢測(cè)之后和在切斷主要電池電力路徑之后的非導(dǎo)電閘刀和電池組。圖4c示出通過陶瓷閘刀的啟動(dòng)來切斷電力總線435的示例系統(tǒng)。碰撞傳感器430(或其他安全事件傳感器)檢測(cè)到碰撞狀況并且向BMS 420發(fā)出信號(hào)。然后BMS 420向閘刀致動(dòng)器機(jī)構(gòu)425發(fā)送啟動(dòng)觸發(fā)信號(hào)，所述閘刀致動(dòng)器機(jī)構(gòu)425又強(qiáng)迫閘刀435進(jìn)入電力總線435，從而切斷電力總線并且使得電力總線435處電斷開。閘刀致動(dòng)器機(jī)構(gòu)425可以是，例如，線性電磁電動(dòng)機(jī)、爆炸性化學(xué)電荷或從壓縮狀態(tài)釋放的機(jī)械彈簧。圖5a至圖5b示出進(jìn)一步的實(shí)施方案中的電池單元505，所述電池單元505并有溫度傳感器510、溫度傳感器515以及連接至電池端子的導(dǎo)線520，所述電池單元505提供使用低成本的、電池單元內(nèi)的、無線或有線的溫度傳感器來檢測(cè)安全事件的系統(tǒng)。這樣的安全系統(tǒng)可向如電池單元505過熱的安全事件提供快速響應(yīng)，并且每個(gè)電池單元可在無需附加接線的情況下得以單獨(dú)監(jiān)測(cè)。另外，這樣的系統(tǒng)能夠減小大型電池組塊和模塊所需要的備用外部熱敏電阻的數(shù)量。如圖5b所示，系統(tǒng)可防止電池單元內(nèi)的短路問題，因此，系統(tǒng)可能需要在電池單元的外部安裝傳感器，并且與電池單元罩熱(如焊接至罩506但在包裝材料下面)接觸。一些通信方法中的一種可用于在傳感器和控制電子設(shè)備(例如，如電池管理系統(tǒng)(BMS))之間進(jìn)行通信，諸如無線藍(lán)牙(Bluetooth )或類似協(xié)議?；蛘?，有線配置可通過相同的導(dǎo)線進(jìn)行通信，所述導(dǎo)線感測(cè)與那些用于遠(yuǎn)程實(shí)用儀表讀數(shù)的電力線通信相似的塊的電壓。傳感器IC和附接方法的適當(dāng)機(jī)械/電氣設(shè)計(jì)可減輕電池單元內(nèi)的失效模式。溫度傳感器可在半導(dǎo)體晶片水平上完全隔離，以便經(jīng)受大于30V或更大的電壓。圖5a示出與電池單元罩的內(nèi)部集成在一起的有線或無線傳感器。圖5b示出附接至電池單元罩外部的無線或有線傳感器。圖5c示出在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，包括電池單元排列540 (如電池組)的電池系統(tǒng)500。排列540的每個(gè)電池可包括如圖5a至圖5b所示的熱傳感器，每個(gè)熱傳感器通過DC電力總線535進(jìn)行通信來提供簡(jiǎn)單、低成本的方法，所述方法用于監(jiān)測(cè)電池組內(nèi)的電池單元540的安全相關(guān)參數(shù)。這個(gè)配置能夠使得單個(gè)傳感器(如熱敏電阻)和通往管理和均衡(MEQ)電子設(shè)備550和電池單元之間的傳感器的數(shù)量減小或去除對(duì)傳感器的需要。
圖5d示出電池單元505上的熱傳感器的進(jìn)一步的實(shí)施方案。此處，小型雙墊式定制溫度感測(cè)集成電路(IC)黏著(如，借助點(diǎn)焊)于電池單元505內(nèi)部或外部的鋁電極521和銅電極522之間。感測(cè)IC可安裝在電池單元罩內(nèi)或外的各種位置。例如，IC可安裝在罩內(nèi)螺旋的頂部的相反電極之間。或者，IC可與PTC裝置集成，或安裝至外殼組件上的罩的外部。IC從電池牽引出少量的電力以驅(qū)動(dòng)IC的電路。IC硅晶片封裝在保護(hù)性包裝內(nèi)，所述保護(hù)性包裝在電池單元的整個(gè)使用壽命期限內(nèi)及預(yù)期操作狀況下維持完整性。圖5e示出電池系統(tǒng)，所述電池系統(tǒng)在每個(gè)電池單元540a至電池單元540η上實(shí)施熱傳感器電路515,每個(gè)電路515包括向電壓比較器565提供輸入的微電力模擬溫度-電壓轉(zhuǎn)換器電路560。當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)編程的閾值時(shí)，比較器觸發(fā)警報(bào)電路570。通信鏈接可經(jīng)建立以穿過直流(DC)電力總線535，所述直流電力總線535在警報(bào)電路570和遠(yuǎn)程定位于MEQ 551上的接收器電路之間，或者，在警報(bào)電路570和電池管理系統(tǒng)(BMS)之間。發(fā)射器570可穿過DC電力總線535向MEQ 551以無線方式傳輸警報(bào)狀況，MEQ 551接著會(huì)采取適當(dāng)行動(dòng)。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可使用高頻續(xù)發(fā)脈沖移頻鍵控(FSK)來穿過DC電力總線 535傳輸警報(bào)狀況?？捎欣剡x擇FSK頻率，以便與電池單元/匯流條自身電感一起工作，從而減少或去除發(fā)射器電路的部件。IC可包括標(biāo)識(shí)標(biāo)簽功能來啟用過熱電池單元的定位。每個(gè)IC可包括唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)，例如給定的32比特的標(biāo)識(shí)號(hào)。當(dāng)給定的電池單元識(shí)別自身時(shí)，使用查詢表來識(shí)別電池單元的定位，所述查詢表將IC標(biāo)識(shí)符與電池組內(nèi)的給定電池單元的位置相關(guān)聯(lián)。另外，接收器可并入到IC中，以便啟用MEQ和電池單元之間的雙向通信。MEQ可查詢單個(gè)電池單元來獲得電池單元的存在信息、物理參數(shù)以及安全裝置狀態(tài)。相似地，MEQ可命令單個(gè)電池單元，使單個(gè)電池單元與電力總線電隔離、使單個(gè)電池單元放電或使單個(gè)電池單元繞過自身。在相關(guān)實(shí)施方案中，在無MEQ介入的情況下，通信直接發(fā)生在電池單元或電池單元組之間。單個(gè)電池單元可比較或探詢彼此之間的實(shí)測(cè)溫度水平，并且在無MEQ介入的情況下獨(dú)立地采取行動(dòng)。圖6a示出發(fā)生安全事件之前的電力總線325和電池組602，所述電力總線635并有易碎的電力總線部分以及爆炸螺栓610。圖6b示出發(fā)生安全事件之后的電力總線和電池組，其中爆炸螺栓610破裂并且將電池組602與電動(dòng)機(jī)690沿著電力總線635斷開。螺栓610具有剪切面，所述剪切面上的外部作用力使螺栓斷裂成兩個(gè)分離的部分。一種爆炸機(jī)構(gòu)是借助使用俗稱為NASA標(biāo)準(zhǔn)引爆器(NSI)的裝置。所生成的力以沖擊波的形式施加穿過螺栓，所述螺栓在預(yù)定義的剪切面斷裂。當(dāng)螺栓斷裂時(shí)，電力總線分離來斷開電路。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，替代安全機(jī)構(gòu)或安全機(jī)構(gòu)的組合可用來斷開電力總線(或電池與電力總線的連接)以便響應(yīng)安全事件。例如，除了上述的爆炸螺栓610之外，使用化學(xué)反應(yīng)(爆炸)的快速接觸器或溫度保險(xiǎn)絲可經(jīng)觸發(fā)以斷開電力總線?；蛘?，如由金屬陶瓷材料構(gòu)造成的鈍體的機(jī)構(gòu)可破壞電力總線的易碎的導(dǎo)電部分，從而斷開電力總線。電池組的可控機(jī)械分離和瓦解可在選定連接點(diǎn)處啟動(dòng)。從而分離的部件將會(huì)被電斷開。加壓氣體可經(jīng)釋放以有選擇地使電力總線的機(jī)械薄弱部分(如氣動(dòng)保險(xiǎn)絲)破裂，從而斷開并且隔離電力總線。圖7示出一種采用電力總線734的電池組740的進(jìn)一步的實(shí)施方案，所述電力總線具有多個(gè)應(yīng)力集中器，所述多個(gè)應(yīng)力集中器用于促進(jìn)響應(yīng)安全事件的電力總線735的可預(yù)測(cè)斷裂。電池組在車輛碰撞中有助于迅速地?cái)嚅_每個(gè)電池單元并且降低短路的有效電壓和電流。采用應(yīng)力連接器736的電池組740可歸因于電力總線735上的機(jī)械力而啟用組成電池單元的斷開。因此，這樣的斷開可在無安全事件(如碰撞)傳感器和開關(guān)的情況下啟動(dòng)并且斷開電池單元。通過以機(jī)械方式削弱電池單元的電連接，碰撞力將會(huì)折斷零件，從而造成斷開的電池單元、較低的電壓以及電流。應(yīng)力集中器736 (如凹口)減弱電力匯流條?？蛇x擇用于匯流條的材料必須易碎但維持高導(dǎo)電性?？赡艿牟牧峡砂▽?dǎo)電陶瓷類型的材料或陶瓷和薄型金屬(如銅)薄膜復(fù)合層。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，多個(gè)杠桿或質(zhì)量啟動(dòng)系統(tǒng)可附接至匯流條，以便使用碰撞加速度來施加局部力以改善(加快，以減小的加速度水平，或優(yōu)選的碰撞加速度的定向性)在應(yīng)力集中器處的碰撞機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)。圖8示出進(jìn)一步的實(shí)施方案中的系統(tǒng)800，所述系統(tǒng)通過配置具有照相機(jī)830的電池盒來檢測(cè)安全事件。在替代實(shí)施方案中，可實(shí)施雷達(dá)、可見光或紅外線傳感器。照相機(jī)820與BMS 820 一起可檢測(cè)到電池組840相對(duì)于各個(gè)電池外殼845的移動(dòng)，或如借助碰撞發(fā)生的外殼845外形的改變(如變形865)。系統(tǒng)采用紅外線照相機(jī)，并且借助釋放接觸器開關(guān)來提供電池組與車輛的電斷開。紅外線照相機(jī)可檢測(cè)到電池盒內(nèi)的粉碎(由碰撞狀況造成)。紅外線照相機(jī)向BMS發(fā)送變形信號(hào)。然后BMS向接觸器發(fā)送接觸器釋放觸發(fā)信號(hào)，所 述接觸器將電池組與車輛的電力總線電斷開。另一個(gè)示例實(shí)施方案提供使用紅外線照相機(jī)830來檢測(cè)電池組840和外殼845內(nèi)部和周圍的大片區(qū)域的熱度的系統(tǒng)。照相機(jī)830的使用能夠以熱檢測(cè)為目的對(duì)大片區(qū)域進(jìn)行掃描并且檢測(cè)任何可能產(chǎn)生的熱點(diǎn)。在檢測(cè)到熱點(diǎn)時(shí)，電池管理系統(tǒng)820可隨后關(guān)閉或斷開組840，以便使組處于安全操作待命模式。圖9示出一種經(jīng)配置以通過觸發(fā)單個(gè)電池單元的化學(xué)鈍化(降低電荷的狀態(tài))來響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)。電池單元的化學(xué)鈍化可使用以下方法中的一個(gè)或組合來完成向電池單元內(nèi)注入蠟化學(xué)劑，以在陽極和陰極之間形成阻擋層，從而抑制或降低穿過電池單元的離子遷移率；注入電化學(xué)劑化合物，所述電化學(xué)劑化合物將通過優(yōu)選地與帶電離子點(diǎn)結(jié)合來發(fā)生作用，以使每個(gè)電池單元的陽極或陰極鈍化；注入或激活使電解液固化來抑制或防止穿過電池單元的離子遷移率的現(xiàn)有化學(xué)劑化合物；如通過凍結(jié)組來啟動(dòng)電解液中的相變，以抑制或防止穿過電池單元的離子遷移率；以及將多余電能放出至與電池單元非常鄰近的熱電冷卻器(帕爾貼(Peltier)效應(yīng))裝置中來快速冷卻/凍結(jié)電解液。如圖9所示，電池單元905包括罩906和頂蓋907，并且與化學(xué)劑室926設(shè)置在一起。當(dāng)碰撞傳感器930檢測(cè)到碰撞或其他安全事件時(shí)，碰撞傳感器向BMS 920發(fā)送碰撞傳感器信號(hào)。BMS 920又發(fā)送釋放閥門觸發(fā)信號(hào)，以使釋放閥門926向化學(xué)劑室925打開。釋放閥門的啟動(dòng)引起化學(xué)劑916從加壓化學(xué)劑室移動(dòng)穿過打開的閥門并且進(jìn)入電池單元，所述化學(xué)劑在電池單元罩906內(nèi)的陽極、陰極以及電解液之間和周圍，并且與陽極、陰極以及電解液混合在一起?；瘜W(xué)劑916可發(fā)生作用以借助上述方法中的一種或多種來鈍化并且降低電池單元的電荷狀態(tài)。
另一個(gè)實(shí)施方案提供一種使用如下機(jī)構(gòu)來響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述機(jī)構(gòu)將電池組移動(dòng)至外殼內(nèi)更安全的位置。本發(fā)明的目標(biāo)是在組落下的同時(shí)斷開電池與電力總線。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過使用機(jī)構(gòu)將電池向上、向側(cè)向側(cè)面、向下、向前或向后釋放和噴射并射離移動(dòng)中的車輛。移動(dòng)組上的附加構(gòu)件用于緊固如封裝氣囊的安全控制式止動(dòng)器、系栓至車輛、車輪、翼或降落傘。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在沖擊中通過使用楔形機(jī)構(gòu)來迫使電池組上升并且將電池組與電力總線斷開。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過觸發(fā)電池組下面的氣囊的部署，從而將電池組推入安全位置。本發(fā)明的目標(biāo)是在氣囊部署的同時(shí)斷開電池組與電力總線。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過觸發(fā)與電 池組非常鄰近的膨脹泡沫的部署，從而撲滅電池附近的火并且封裝電池?？墒褂玫目少彽门菽愋偷膶?shí)施例，用于滅火的商用型Tundra 。泡沫部署的示例系統(tǒng)可能與圖2c所示的氣體滅火系統(tǒng)相似。然而，含加壓泡沫罐將代替含氣體罐而用于上述系統(tǒng)中。檢測(cè)到碰撞事件時(shí)，碰撞傳感器向BMS發(fā)送信號(hào)。BMS向泡沫釋放閥門發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，所述釋放閥門打開使加壓泡沫能夠釋放至電池外殼。泡沫將發(fā)生作用以撲滅任何在電池單元附近的火。另一個(gè)實(shí)施方案提供具有由耐穿孔材料(如可商購的Kevlar)構(gòu)造成的加固外殼的電池組。本發(fā)明的目標(biāo)是防止安全事件中電池組的穿孔。另一個(gè)實(shí)施方案提供由化學(xué)化合物封閉的電池組和由化學(xué)化合物填充的周圍腔。當(dāng)周圍腔在如安全事件中被穿孔時(shí)，化學(xué)化合物在電池組的附近釋放以滿足以下功能中的至少一個(gè)1)滅火；2)吸收多余熱量；3)以化學(xué)方式鈍化電池單元；4)以機(jī)械方式穩(wěn)固組；以及5)切斷或使電力總線端子電短路。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過觸發(fā)以安全和可控形式留存在組中的電能的快速釋放，從而減小組的電荷狀態(tài)來提高安全?？赡艿陌踩涂煽胤烹娂夹g(shù)中的一些是以下各者中的一個(gè)或組合通過以反方向運(yùn)轉(zhuǎn)輪式發(fā)動(dòng)機(jī)以機(jī)械方式剎車；穿過再生制動(dòng)器的泄漏電阻器進(jìn)行放電；為了電池或使用人的安全，使用電能來觸發(fā)氣囊的充氣；使用電解化學(xué)反應(yīng)來生成氣體，所述氣體用于給氣囊充氣從而降低電池的電荷狀態(tài)。穿過車體底盤或車架的零件，優(yōu)選地以記錄電阻路徑方式進(jìn)行放電；使用電阻器來控制放電率；使用車輛發(fā)動(dòng)機(jī)液體冷卻系統(tǒng)來冷卻電池組；將電能釋放至電力電阻器，所述電力電阻器熱耦接至車輛散熱器或液體冷卻系統(tǒng)的另一個(gè)零件；通過將電能轉(zhuǎn)換成具有選定頻率組合的聲能來釋放電能,所述頻率匹配造成能量的快速吸收的車架與底盤的共振模；直接向地面釋放電能；
將連接至組端子的電極噴射至附近的地上，以便穿過地面材料進(jìn)行釋放；以及將連接至組端子的電極噴射至附近的水、湖和溪流中，以便穿過水進(jìn)行釋放。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種將相變材料并入空隙處或組的外殼中的系統(tǒng)，所述相變材料在安全事件中吸收在材料相位變換中產(chǎn)生的電池組周圍和附近的熱量。另一個(gè)示例實(shí)施方案提供一種用于檢測(cè)電池組安全事件的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在電池組內(nèi)直接使用集成汽車“碰撞”傳感器(加速計(jì)或陀螺儀速率傳感器) 。這個(gè)方法借助遠(yuǎn)程接收來自中央汽車慣性測(cè)量裝置的這個(gè)信號(hào)來添加附加水平的安全系統(tǒng)冗余。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過有選擇地觸發(fā)電池組內(nèi)的交替平行的電池單元或平行的模塊來斷開并且重新連接相反的極性。本發(fā)明的目標(biāo)是使得能量在平行元件之間的可控釋放，從而降低電池組的電荷狀態(tài)并且使得電池組處于更安全的能量狀態(tài)。可控放電以一種方式受監(jiān)測(cè)和控制，以便防止啟動(dòng)可能會(huì)使組處于不安全狀況的熱耗散。另一個(gè)實(shí)施方案提供一種用于響應(yīng)安全事件檢測(cè)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通過將所有電池單元內(nèi)的所有電荷中斷裝置(CID)同時(shí)遠(yuǎn)程觸發(fā)至開路狀況，從而同時(shí)將所有電池單元與電力總線斷開。各種觸發(fā)機(jī)構(gòu)可包括以下用于使用磁場(chǎng)來打開CID以便啟動(dòng)所有CID裝置的遠(yuǎn)程觸發(fā)機(jī)構(gòu)；以及用于啟動(dòng)所有CID裝置的遠(yuǎn)程觸發(fā)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)以氣動(dòng)方式使用通過釋放加壓氣體穿過流動(dòng)通道和單向閥門進(jìn)入電池單元罩，從而造成罩內(nèi)的壓力增強(qiáng)來觸發(fā)CID。已經(jīng)參閱本發(fā)明的示例實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體地展示和描述，同時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，在不背離所附權(quán)利要求所涵蓋的本發(fā)明范圍的情況下，可做出各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種電池系統(tǒng),其包括 電池組； 至少一個(gè)氣囊，其鄰近所述電池組，所述至少一個(gè)氣囊經(jīng)配置以在充氣時(shí)緊固所述電池組； 充氣裝置，其連接至所述氣囊；以及 傳感器，其連接至所述充氣裝置，所述傳感器經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件，并且傳輸信號(hào)來啟動(dòng)所述充氣裝置以作為響應(yīng)。
2.如權(quán)利要求I所述的電池系統(tǒng)，其中所述氣囊在充氣時(shí)將所述電池組與電力總線斷開。
3.如權(quán)利要求I所述的電池系統(tǒng),其中所述安全事件包括容納所述電池組的電池組外殼的一個(gè)或多個(gè)穿孔、所述電池外殼的變形、快速減速、緊固所述電池組的組件的故障、所述電池組的破碎、快速角加速度、著火以及超過閾值的溫度。
4.一種電池系統(tǒng),其包括 至少兩個(gè)電池模塊，其連接至共用的電力總線； 至少一個(gè)氣囊，其配置于所述至少兩個(gè)電池模塊之間，所述至少一個(gè)氣囊經(jīng)配置以在充氣時(shí)切斷所述電力總線； 充氣裝置，其連接至所述氣囊；以及 傳感器，其連接至所述充氣裝置，所述傳感器經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件，并且傳輸信號(hào)來啟動(dòng)所述充氣裝置以作為響應(yīng)。
5.—種電池系統(tǒng),其包括 電池組，其包括多個(gè)電池單元； 外殼，其含有加壓氣體；以及 控制器，其經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件，并且釋放所述加壓氣體至所述多個(gè)電池單元來響應(yīng)所述安全事件。
6.如權(quán)利要求4所述的電池系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括容納所述電池組的電池外殼，所述電池外殼經(jīng)配置以含有用于釋放的所述加壓氣體。
7.—種電池系統(tǒng),其包括 電池外殼,其容納至少一個(gè)電池組； 攝像機(jī)，其經(jīng)配置以監(jiān)測(cè)所述電池組；以及 控制器，其經(jīng)配置以檢測(cè)與所述外殼有關(guān)的安全事件，并且使所述至少一個(gè)電池組與電力端子斷開來響應(yīng)所述安全事件。
8.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)，其中所述攝像機(jī)提供熱成像，且其中所述安全事件包括所述電池外殼的熱區(qū)的檢測(cè)。
9.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)，其中所述安全事件包括所述外殼的變形的檢測(cè)。
10.如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)，其中所述安全事件包括所述至少一個(gè)電池組相對(duì)于所述電池外殼的移動(dòng)的檢測(cè)。
11.一種電池系統(tǒng),其包括 電池組； 電池外殼,其容納所述電池組；帶子，其經(jīng)配置以將所述電池組緊固在所述外殼內(nèi)；以及 錨定件，其連接至所述帶子，所述錨定件經(jīng)配置以限制所述帶子的松弛來響應(yīng)所述帶子所受到的快速的力。
12.—種電池系統(tǒng),其包括 電池組； 電力總線，其連接至所述電池組； 切斷致動(dòng)器，其與所述電力總線毗鄰；以及 控制器，其經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件，并且啟動(dòng)所述切斷致動(dòng)器來切斷所述電力總線以響應(yīng)所述安全事件。
13.如權(quán)利要求10所述的電池系統(tǒng)，其中所述切斷致動(dòng)器包括非導(dǎo)電切斷邊緣。
14.一種電池系統(tǒng)，其包含 電池組； 電力總線，其連接至所述電池組； 爆炸裝置，其在所述電力總線上；以及 控制器，其經(jīng)配置以檢測(cè)安全事件，并且啟動(dòng)所述爆炸裝置來切斷所述電力總線以響應(yīng)所述安全事件。
15.—種電池系統(tǒng),其包括 電池單元； 溫度傳感器，其在所述電池單元上，所述溫度傳感器經(jīng)配置以檢測(cè)所述電池單元的溫度并且傳輸與所述溫度相應(yīng)的信號(hào)；以及 電池管理系統(tǒng)，其與所述溫度傳感器進(jìn)行通信。
16.如權(quán)利要求14所述的電池系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器向所述電池管理系統(tǒng)以無線方式傳輸所述信號(hào)。
17.如權(quán)利要求14所述的電池系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器通過連接至所述電池單元的端子的直流電力總線來傳輸所述信號(hào)。
18.如權(quán)利要求14所述的電池系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器經(jīng)配置以牽引來自所述電池單元的操作電力。
19.一種電池系統(tǒng),其包括 電池單元； 傳感器，其在所述電池單元上，所述傳感器經(jīng)配置以檢測(cè)所述電池單元的一個(gè)或多個(gè)特性并且傳輸與所述溫度相應(yīng)的信號(hào)；以及 接收器，其通過共用的直流電力總線與所述溫度傳感器進(jìn)行通信。
20.如權(quán)利要求14所述的電池系統(tǒng)，其中所述傳感器通過連接至所述電池單元的端子的直流電力總線來傳輸所述信號(hào)。
21.如權(quán)利要求14所述的電池系統(tǒng)，其中所述傳感器經(jīng)配置以牽引來自所述電池單元的 操作電力。
22.如權(quán)利要求19所述的電池系統(tǒng)，其中所述傳感器測(cè)量溫度、電壓、電流、阻抗、壓力、應(yīng)力、張力、加速度、速度、位置、方向或所述電池單元的唯一電池單元標(biāo)識(shí)符中的至少一個(gè)。
23.如權(quán)利要求19所述的電池系統(tǒng)，其中所述電池單元是鋰離子電池單元。
全文摘要
一種電池系統(tǒng)，其在一系列對(duì)電池單元、電池組或外殼或容納電池的車輛的安全產(chǎn)生不利影響的事件下監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)并且確保安全狀況。電池系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)來緊固電池、斷開電池、滅火或維持安全溫度以響應(yīng)安全事件。在檢測(cè)到安全事件時(shí)，控制器相應(yīng)地啟動(dòng)安全裝置以便確保安全狀況。
文檔編號(hào)B60R16/04GK102823026SQ201180017028
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者普爾·歐娜魯?shù)? 柯堤斯·馬丁, 馬克·葛洛文, 菲利普·E·帕汀, 查德·索莎, 宋彥寧, 約翰·華納, 如依·芙里亞斯, 吉佛瑞·凱瑟, 艾卡特·W·顏森 申請(qǐng)人:波士頓電力公司