專利名稱：具有壓縮氣囊的高壓模塊化電池的制作方法
具有壓縮氣囊的高壓模塊化電池
背景技術(shù)：
模塊化電池是包括兩個(gè)以上的電池單元或單電池模塊或單電池的電池。使用模塊化電池的裝置的常見例子是可以使用例如兩個(gè)C型單電池的手持式手電筒。近來，模塊化電池在包括混合電動(dòng)車輛(“HEV”)、插入式混合電動(dòng)車輛(“PHEV”)和其它應(yīng)用在內(nèi)的許多應(yīng)用中變得重要。模塊化電池在用于HEV、PHEV和其它應(yīng)用時(shí)，除了需要耐用、安全和節(jié)省成本以外，還需要輸送大量電力。像手持式手電筒這樣的模塊化電池的應(yīng)用需要使用多個(gè)以串聯(lián)方式連接的電池單元。然而，例如，HEV和PHEV用的模塊化電池可能不同于常見的手電筒中使用的模塊化C型單電池。
美國(guó)專利公布No. 2009-0239130 Al公開了一種具有互連器的模塊化電池，并且通過引用而將該美國(guó)專利包含于此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種模塊化電池，其包括外殼；第一電池單元，其具有第一電極表面；第二電池單元，其具有第二電極表面；以及能加壓的氣囊，其用于使所述第一電池單元壓靠所述第二電池單元。本發(fā)明還提供一種用于形成模塊化電池的方法，該方法包括將具有第一電極表面的第一電池單元放置在外殼中；將具有第二電極表面的第二電池單元放置在所述外殼中；將氣囊放置在所述第二電池單元的上方；以及對(duì)所述氣囊加壓來使所述第二電池單元壓靠所述第一電池單元。本發(fā)明還提供一種用于操作模塊化電池的方法，該方法包括將氣囊充氣至預(yù)定壓力；所述氣囊使第一電池單元壓靠第二電池單元；以及在模塊化電池的運(yùn)行過程中，監(jiān)測(cè)所述氣囊的壓力。


將參照優(yōu)選實(shí)施方式來說明本發(fā)明，其中圖I示意性示出本發(fā)明的實(shí)施方式的截面，其中，模塊化電池具有位于外殼內(nèi)且具有饋通的6個(gè)單電池模塊；圖2示出圖I的實(shí)施方式的俯視圖；以及圖3示出本發(fā)明的可替代的實(shí)施方式。這些附圖本質(zhì)上是示意性的，并且不是按比例繪制的。為了清楚和便于理解，放大了一些元件的大小。
具體實(shí)施例方式為了足夠?yàn)镠EV、PHEV和其它應(yīng)用供電，期望使用包含表面體積比高的單電池的模塊化電池，例如為電池的各單電池使用平面化設(shè)計(jì)。例如，這些單電池可以約為大書本(large book)的大小，其中，書本的“正面”包含例如正端子(也稱為電極)，書本的“背面”包含例如負(fù)端子。與在單電池的一端處使用凸起的凹座(raised dimple)從而與相接的筒狀單電池進(jìn)行電接觸的筒狀電池(例如，C型單元電池(ce11 battery ))不同，大致為平面的單電池不需要具有這種凸起的凹座。對(duì)于包括HEV和PHEV在內(nèi)的需要高電力的許多應(yīng)用來說，期望電池以高電壓輸送電力以降低供應(yīng)電力所需的電流，這也益于降低使用該電力的裝置使用高電流承載材料的需要。電力是電壓和電流的倍數(shù)，并且將電力高電壓輸送至例如電機(jī)等裝置使該裝置僅需要較薄的或者較少的導(dǎo)電性的電流承載體(例如銅線)，這樣可以降低成本。例如電動(dòng)車可能需要電池以300伏特至600伏特的電壓提供電力。這種高電壓典型地通過將多個(gè)低壓電池模塊電串聯(lián)地外部連接到一起來實(shí)現(xiàn)。這在某種程度上是出于對(duì)電池模塊內(nèi)的典型“袋狀”(pouch)單電池的串聯(lián)連接的“堆”(stack)進(jìn)行組裝和操作的安全性考慮，因?yàn)檩^高電壓時(shí)、尤其是大約60伏特以上時(shí)，產(chǎn)生電弧放電的風(fēng)險(xiǎn)很大，并且由于諸如典型的“袋狀”單電池的“平坦”單電池的邊緣外圍(edge periphery)的單電池端子是暴露的，因此存在嚴(yán)重的振動(dòng)危險(xiǎn)。為了安全起見，這些單電池端子在低電壓、例如低于60伏特電壓的電池模塊內(nèi)以串聯(lián)的方式電連接。 本發(fā)明的目的是提供足夠的壓力來確保電池模塊保持良好的電接觸。本發(fā)明的另一替代的或附加的目的是提供和/或使用關(guān)于模塊化電池內(nèi)的壓力的信息。本發(fā)明可用于通過引用而包含的美國(guó)專利公布No. 2009-0239130A1所公開的模塊化電池。圖I示出電串聯(lián)地一個(gè)堆疊在另一個(gè)上的6個(gè)單電池模塊23，這6個(gè)單電池模塊23通過用于將一個(gè)單電池模塊串聯(lián)地電連接至下一個(gè)單電池模塊的可壓縮互連器24而被分隔開。在美國(guó)專利公布No. 2009-0239130A1中存在單電池模塊的細(xì)節(jié)，但是，要注意的是，根據(jù)本發(fā)明可使用其他模塊?？梢栽趦蓚€(gè)單電池模塊之間設(shè)置例如8層、每層10密爾厚的幾個(gè)互連器24。因而，單電池模塊之間的間距例如可以為80密爾，并且在使用時(shí)可壓縮至60密爾。為了使電池堆中的單電池模塊23之間的電阻降到最低，可以向單電池模塊23之間的可壓縮互連器24施加壓力。即使不存在互連器，模塊之間的壓力對(duì)于其他模塊化電池而言也是重要的。模塊23和互連器24 —個(gè)接一個(gè)地放置于外殼25中，該外殼25可以具有內(nèi)側(cè)電絕緣材料25a。各模塊23可具有電饋通21、用于電解質(zhì)的端口 20及用于釋放模塊23內(nèi)的壓力的爆破片(burst disc) 22。例如，如圖2所示，可為各單電池模塊23設(shè)置多管腳連接器30、31。多管腳連接器30和31可經(jīng)由感測(cè)線30c、31c且如通過引用而包含的美國(guó)專利公布No. 2009-0239130A1所說明的那樣而連接到單個(gè)單電池模塊23。正性電總線28可放置于外殼中的最后的單電池模塊23的上方，且被連接到正電源端子26。負(fù)電源端子27可經(jīng)由導(dǎo)電性外殼25連接到底部互連器24，外殼25因而用作負(fù)性總線29。外殼25可包括爆破片32，如果外殼25內(nèi)部的壓力變得過大，爆破片32可釋放壓力。外殼25中可放置超過50個(gè)單電池模塊，優(yōu)選地，放置至少20個(gè)單電池模塊。
如圖I所示，本發(fā)明提供具有允許氣體進(jìn)入的氣口 34的可膨脹的氣囊33。該氣囊被封入外殼25的頂部，使得氣囊33位于正性電總線28和外殼25的頂部之間，并且通過氣口 34施加氣體壓力而對(duì)氣囊33加壓。利用適當(dāng)?shù)臍怏w對(duì)氣囊加壓而導(dǎo)致的氣囊33的膨脹將壓力傳遞到單電池模塊23的堆內(nèi)的互連器24。氣體可以是例如空氣、惰性氣體等。通過例如諸如壓縮機(jī)等可拆卸的壓力源110加壓到預(yù)定水平，隨后封閉氣口 34，這樣在制造過程中可將一致的壓力從一個(gè)電池施加到另一個(gè)電池。雖然實(shí)際的壓力將取決電池本身的特性及模塊23之間的期望的壓力，但是可以使用高達(dá)兩個(gè)大氣壓或更高的壓力。氣囊33可由例如橡膠或其他可膨脹的材料制成，并且在氣囊33的外周部可包括例如由金屬制成的加強(qiáng)區(qū)域，使得氣囊主要沿模塊的堆疊方向膨脹。優(yōu)選地，氣囊33的底部的平面表面至少與電池模塊23的平面表面的50% —樣大， 并且，優(yōu)選地，氣囊和模塊23的平面表面沿軸向?qū)?zhǔn)，使得來自氣囊33的壓力繞電池模塊的平面中心或外殼25的軸向中心均勻。優(yōu)選地，氣口 34也與外殼25的軸向中心同軸。本發(fā)明還提供一種用于氣囊33的壓力傳感器112，甚至在氣口 34被封閉后，該傳感器112也連續(xù)地監(jiān)測(cè)氣囊33中的壓力。來自壓力傳感器112的信號(hào)可被發(fā)送至例如微處理器或ASIC等控制器100?？刂破?00和傳感器112可通過諸如獨(dú)立電池等自帶的電源或通過電池模塊來提供電力。通過在服務(wù)期間連續(xù)地監(jiān)測(cè)氣囊33中的壓力，作為整個(gè)電池通信和控制系統(tǒng)的一部分，可以在連續(xù)的基礎(chǔ)上記錄額外的電池安全信息，其中控制器100為該電池通信和控制系統(tǒng)的一部分。盡管外殼25包括爆破片32，但是，獨(dú)立于電壓趨勢(shì)和溫度趨勢(shì)，電池內(nèi)部壓力的上升趨勢(shì)可以是嚴(yán)重故障的早期指標(biāo)。例如，隨著單電池模塊23內(nèi)產(chǎn)生的不期望的氣體積聚，該氣體使氣囊的背壓逐漸地增大，從而提供早期的警報(bào)，由于溫度和電壓都不是累積測(cè)量的而是瞬時(shí)測(cè)量的，所以溫度和電壓不能夠提供該早期的警報(bào)。因而，可以為控制器100給定一個(gè)或多個(gè)壓力設(shè)定值，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)做出動(dòng)作。例如，可以給定填充設(shè)定值，在通過壓力源110加壓的過程中，當(dāng)達(dá)到該填充設(shè)定值時(shí)，可自動(dòng)地致動(dòng)閥來密封氣口 34或?qū)饪?34應(yīng)該密封指示給操作人員。另外的設(shè)定值可以是錯(cuò)誤壓力，使得氣囊33中的壓力在錯(cuò)誤壓力以下時(shí)，提供警報(bào)。因?yàn)閴毫υ陔姵氐牟僮鬟^程中可能變化，例如壓力由于路面狀況而在車輛中變化，控制器100也可以僅當(dāng)壓力下降到錯(cuò)誤壓力以下并持續(xù)特定的時(shí)間時(shí)才發(fā)出警報(bào)。也可以測(cè)量諸如相對(duì)于時(shí)間的壓力下降速率dP/dt或壓力下降的加速度等其他數(shù)據(jù)，并且取決于電池的使用，這些其他數(shù)據(jù)可用來指示錯(cuò)誤或其他警報(bào)。傳感器或控制器也可以與其他電池管理系統(tǒng)相結(jié)合地進(jìn)行操作或與中央車輛控制系統(tǒng)集成。圖3示出本發(fā)明的電池的可替代的實(shí)施方式，其中互連器24沒有接觸外殼25的側(cè)部，而模塊23的電絕緣的側(cè)部接觸外殼25的側(cè)部。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識(shí)到，可以在不背離本發(fā)明的廣義發(fā)明性概念的情況下，對(duì)上述說明書所說明的示例和實(shí)施方式進(jìn)行明顯變型和改變。因此，要理解為，本公開不限于所公開的特定示例和實(shí)施方式，而是期望覆蓋由所附的權(quán)利要求書限定的本公開的范圍和精神內(nèi)的所有明顯修改。
權(quán)利要求
1.一種模塊化電池，其包括 夕卜殼; 第一電池單兀，其具有第一電極表面； 第二電池單元，其具有第二電極表面；以及 能加壓的氣囊，其用于使所述第一電池單元壓靠所述第二電池單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊化電池，其特征在于， 所述模塊化電池還包括位于所述第一電池單元和所述第二電池單元之間的能壓縮的互連器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊化電池，其特征在于， 所述第一電池單元具有第一平面表面，所述氣囊對(duì)所述第一平面表面施加壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化電池，其特征在于， 經(jīng)由內(nèi)部電源總線而施加所述壓力，所述內(nèi)部電源總線電連接至所述第一平面表面以及所述外殼上的接點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模塊化電池，其特征在于， 所述氣囊的壓力以所述第一平面表面的平面中心為中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊化電池，其特征在于， 所述模塊化電池還包括用于監(jiān)測(cè)所述氣囊中的壓力的壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊化電池，其特征在于， 所述模塊化電池還包括連接到所述壓力傳感器的控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模塊化電池，其特征在于， 利用空氣對(duì)所述氣囊加壓。
9.一種用于形成模塊化電池的方法，該方法包括 將具有第一電極表面的第一電池單兀放置在外殼中； 將具有第二電極表面的第二電池單元放置在所述外殼中； 將氣囊放置在所述第二電池單元的上方；以及 對(duì)所述氣囊加壓來使所述第二電池單元壓靠所述第一電池單元。
10.一種用于操作模塊化電池的方法，該方法包括 將氣囊充氣至預(yù)定壓力； 所述氣囊使第一電池單元壓靠第二電池單元；以及 在模塊化電池的運(yùn)行過程中，監(jiān)測(cè)所述氣囊的壓力。
全文摘要
一種模塊化電池，其包括外殼；第一電池單元，其具有第一電極表面；第二電池單元，其具有第二電極表面；以及能加壓的氣囊，其用于使所述第一電池單元壓靠所述第二電池單元。
文檔編號(hào)H01M4/66GK102742052SQ201080060195
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者克里斯托弗·K·戴爾, 邁克爾·L·愛普斯頓, 鄧肯·科爾沃 申請(qǐng)人:照明能源有限公司