用于防止電池過度充電的安全裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于防止電池過度充電的安全裝置，尤其是涉及一種安全裝置，其能夠通過中斷對(duì)電池組(battery stack)的電力供應(yīng)防止由于電池過度充電引起的安全事故。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，為了避免由使用化石燃料所引起的環(huán)境污染，對(duì)使用電力運(yùn)行的環(huán)保車輛需求更旺,諸如,混合動(dòng)力汽車。
[0003]環(huán)保車輛通常使用存儲(chǔ)電能的電池。該電池需要具有較大的儲(chǔ)存容量，使得該車輛可以使用電力運(yùn)行。因此，中等或者大容量電池被用于環(huán)保車輛。
[0004]然而，因?yàn)橹械然蛘叽笕萘侩姵赝ǔ］^大并較重，所以難以在車輛中安裝中等或者大容量電池。因此，需要電池的小型化。近來，一種可以滿足這樣的需求的使用袋(pouch)的電池結(jié)構(gòu)引起了人們注意。該使用袋的電池結(jié)構(gòu)具有高電效率但是穩(wěn)定性低。因此，需要一種可以保證安全的技術(shù)。
[0005]當(dāng)使用這樣的電池組的電池被過度充電時(shí)，電池遭受過熱、電壓上升以及膨脹，其中，電池由于有氣體產(chǎn)生而被充氣。因此，高壓電池系統(tǒng)需要配備用于阻止過度充電的安全裝置。當(dāng)過度充電發(fā)生時(shí)，用于防止過度充電的安全裝置阻斷電流，以免發(fā)生熱失控(thermal runaway),由此防止電池系統(tǒng)的爆炸。
[0006]根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的用于防止過度充電的被動(dòng)型安全裝置使用電池單元(cell，電芯)膨脹時(shí)產(chǎn)生的充氣壓力(inflat1n pressure)。當(dāng)電池單元膨脹足夠推進(jìn)(progresses)時(shí)，電池單元通過在端板中形成的開口充氣(infIates),并且最終電池單元轉(zhuǎn)接頭(cell tap)斷裂。通過該過程，電流被阻斷并且確保了安全。
[0007]為使該機(jī)制能夠操作，在熱失控發(fā)生之前電池單元需要大幅推進(jìn)。當(dāng)電池單元膨脹在熱失控發(fā)生之前不能達(dá)到足夠程度時(shí)，盡管該機(jī)制在熱失控發(fā)生的同時(shí)開始操作，但是電池由于熱失控仍可能發(fā)生爆炸。當(dāng)產(chǎn)生氣體的量不足時(shí)，電池單元轉(zhuǎn)接頭可能無法斷
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[0008]作為防止電池過度充電的一種替代方法，存在一種主動(dòng)切斷繼電器的主動(dòng)型方法。
[0009]用于防止過度充電的主動(dòng)型安全結(jié)構(gòu)配備有用于檢測(cè)電池單元或者開關(guān)的充氣的傳感器，并且當(dāng)檢測(cè)到電池單元充氣時(shí)通過中斷對(duì)繼電器的電力供應(yīng)來中斷供給至電池系統(tǒng)的電流。
[0010]然而，當(dāng)繼電器短路時(shí)中斷對(duì)繼電器的電力供應(yīng)的技術(shù)不能阻斷電流的流動(dòng)。在諸如意外事件的緊急情況下，主動(dòng)型的防止過度充電的安全結(jié)構(gòu)在電氣/電子組件出現(xiàn)故障時(shí)，例如，當(dāng)傳感器或者開關(guān)故障時(shí)，難以確保安全。
[0011]一般來說，被動(dòng)型防止過度充電的安全結(jié)構(gòu)較主動(dòng)型防止過度充電的安全結(jié)構(gòu)更為可靠，因此需要改進(jìn)被動(dòng)型系統(tǒng)的技術(shù)。
[0012]上述僅旨在幫助對(duì)本發(fā)明背景部分的理解，并且并不旨在意味著本發(fā)明落入為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]相應(yīng)地，本發(fā)明涉及一種用于防止電池過度充電的安全裝置，甚至是當(dāng)由于歸因于電池過度充電的電池單元膨脹發(fā)生時(shí)而產(chǎn)生的微量氣體情況下，該安全裝置能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)電池單元的充氣，并且在檢測(cè)到電池單元充氣時(shí)斷開充電電路的連接來確保電池的安全。
[0014]根據(jù)一個(gè)方面，用于防止電池過度充電的安全裝置包括:電池組，包括多個(gè)電池單元；安全電路，連接至該電池組內(nèi)的電池單元之中的兩個(gè)或更多電池單元并且設(shè)置有被啟用或禁用以控制電傳導(dǎo)的電傳導(dǎo)控制單元；以及閉合電路，布置在連接至安全電路的電池單元之間并且具有在電池單元膨脹時(shí)被切換至接通或斷開的開關(guān)單元，其中，當(dāng)電池單元膨脹發(fā)生時(shí)，開關(guān)單元通過擠壓力被切換至接通，啟用安全電路的電傳導(dǎo)控制單元，因此電池單元之間的電傳導(dǎo)通過開關(guān)單元建立，并且當(dāng)電池單元膨脹再次發(fā)生時(shí)，該開關(guān)單元被切換至斷開，切斷電池單元之間的電傳導(dǎo)。
[0015]開關(guān)單元可以布置在電池單元之間，該開關(guān)單元被連接至安全電路并且開關(guān)單元包括鄰近連接的電池單元之中的第一電池單元的側(cè)面的第一開關(guān)，以及鄰近連接的電池單元之中的第二電池單元的側(cè)面的第二開關(guān)，第二開關(guān)面對(duì)第一開關(guān)。
[0016]開關(guān)單元可以構(gòu)造使得第一開關(guān)從第一電池單元的側(cè)面朝向第二電池單元延伸，第二開關(guān)延伸以與第一開關(guān)對(duì)應(yīng)，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙_關(guān)彼此相對(duì)地橫向移動(dòng)時(shí)，第二開關(guān)被插入到第一開關(guān)。
[0017]第一開關(guān)的遠(yuǎn)端可以設(shè)置有第一開關(guān)端子，第二開關(guān)的中間部分可以設(shè)置有第二開關(guān)端子，以及第一開關(guān)端子和第二開關(guān)端子可以進(jìn)行彼此接觸，使當(dāng)電池單元膨脹發(fā)生時(shí)并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙_關(guān)彼此相對(duì)地橫向移動(dòng)時(shí)在其之間產(chǎn)生電連接。
[0018]開關(guān)單元可以被構(gòu)造使得在沒有電池單元膨脹的正常狀態(tài)中第二開關(guān)的端部保持插入到第一開關(guān)。
[0019]電池組可在連接閉合電路的電池單元之間具有安裝間隔(installat1n space,安裝空間)，并且該開關(guān)單元被設(shè)置在安裝間隔的中心部分中。
[0020]為安全電路設(shè)置的電傳導(dǎo)控制單元可以是一種保險(xiǎn)絲。
[0021]安全電路和閉合電路可以電連接到相同電池單元，對(duì)于安全電路，兩個(gè)或更多電池單元和電傳導(dǎo)控制單元可以彼此串聯(lián)連接，并且對(duì)于閉合電路，安全電路和開關(guān)單元可以并聯(lián)連接。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于防止電池過度充電的安全裝置能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)電池單元的充氣，甚至是由于電池過度充電引起的電池單元膨脹發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的微量氣體，并且通過斷開充電電路連接確保電池的安全。
[0023]常規(guī)電池防止過度充電的裝置在電池單元的背部具有允許電池單元充氣的封裝空間。因此，傳統(tǒng)裝置具有較大體積。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的安全裝置可以實(shí)施在不需要封裝空間的緊湊模塊中。
[0024]因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的安全裝置能夠增加電池系統(tǒng)每單位體積的能量密度，由此改善了采用本發(fā)明的安全裝置的車輛的可銷售性。
【附圖說明】
[0025]從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的細(xì)節(jié)說明中，本發(fā)明的以上和其他目標(biāo)、特征和其他優(yōu)點(diǎn)將變得更為顯而易見。
[0026]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于防止電池過度充電的安全裝置的示意圖；
[0027]圖2是示出圖1中所示的用于防止電池過度充電的安全裝置的操作狀態(tài)的示意圖；以及
[0028]圖3至圖5是示出圖1中所示出的用于防止電池過度充電的安全裝置的開關(guān)單元的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“車輛(vehicle)”或“車輛的(vehicular) ”或其他類似術(shù)語(yǔ)包括廣義的機(jī)動(dòng)車輛，諸如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的載客車輛；包括各種小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)車輛、插電混合電動(dòng)車輛、氫動(dòng)力車輛和其他替代燃料車輛(例如，燃料來源于非汽油能源)，如本文所指，混合動(dòng)力車輛是具有兩種或以上動(dòng)力源的車輛，例如，汽油動(dòng)力和電動(dòng)力車輛。
[0030]本文中所使用的措辭僅是為了描述特定實(shí)施方式而并不旨在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。除非上下文另有明確說明，否則如本文中所使用的單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”及“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)術(shù)語(yǔ)“包括”和/或“包含”用于本說明書時(shí)，其描述了存在所述特征、整體、步驟、操作、元件及/或組件，但并不排除存在或附加有一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其組合。作為本文中所用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)的任何及所有組合。
[0031]將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的用于防止電池過度充電的安全裝置。
[0032]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于防止電池過度充電的安全裝置的示意圖；圖2是示出圖1中所示出的用于防止電池過度充電的安全裝置的操作狀態(tài)的示意圖；以及圖3至圖5是示出圖1中所示出的用于防止電池過度充電的安全裝置的開關(guān)單元的示圖。
[0033]參考圖1至圖5，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于防止電池過度充電的安全裝置包括:由多個(gè)電池單元構(gòu)成的電池組1000 ;安全電路200，連接至電池組1000內(nèi)的多個(gè)電池單元之中的兩個(gè)或更多電池單元并且設(shè)置有電傳導(dǎo)控制單元220，該電傳導(dǎo)控制電路被啟用或禁用以控制電傳導(dǎo)；以及閉合電路300，布置在連接至安全電路200的電池單元之間并且設(shè)置有開關(guān)單元320，當(dāng)電池單元膨脹發(fā)生時(shí)該開關(guān)單元切換成接通或斷開。
[0034]安全電路200和閉合電路300電連接到相同的電池單元100。對(duì)于安全電路200，兩個(gè)或更多電池單元與電傳導(dǎo)控制單元220串聯(lián)連接。對(duì)于閉合電路300，安全電路200與開關(guān)單元320并聯(lián)連接。
[0035]如在圖1和圖2中示出的，電池組1000包括彼此堆疊的多個(gè)電池單元100，并且電池單元100彼此串聯(lián)連接。電池組1000通過功率繼電器組件(PRA) 10充電。在電池組1000中，電池單元100之中的兩個(gè)或更多電池單元被連接到安全電路200。
[0036]總之，多個(gè)電池單元100彼此串聯(lián)連接，并且多個(gè)電池單元100之中的兩個(gè)或更多電池單元經(jīng)由安全電路200彼此串聯(lián)地電連接，使得連接的電池單元100之間的電傳導(dǎo)經(jīng)由安全電路200建立。安全電路200包括啟用或禁用以控制電傳導(dǎo)的電傳導(dǎo)控制單元220。電傳導(dǎo)控制單元220在電流流動(dòng)至閉合電路300時(shí)阻斷供給到安全電路200的電流。
[0037]為安全電路200而設(shè)的電傳導(dǎo)控制單元220可以是保險(xiǎn)絲，該保險(xiǎn)絲在根據(jù)電池規(guī)格變化的適當(dāng)電壓熔斷。
[0038]連接至安全電路200的電池單元100也被連接至閉合電路300。安全電路200和閉合電路300的開關(guān)單元320并聯(lián)連接。閉合電路300設(shè)置有開關(guān)單元320，該開關(guān)單元在電池單元膨脹發(fā)生時(shí)通過歸因于電池單元100的充氣壓力的物理力切換至接通或者斷開。
[0039]當(dāng)由于電池單元100過度充電使電池單元膨脹發(fā)生時(shí)，電池單元100充氣以擠壓開關(guān)單元320，使得開關(guān)單元320切換至接通。當(dāng)開關(guān)單元320切換至接通時(shí)，電流流動(dòng)到閉合電路300。
[0040]通過流動(dòng)到閉合電路300的電流禁用電傳導(dǎo)控制單元220。因此，到安全電路200的電傳導(dǎo)被取消，并且電池單元100之間的電傳導(dǎo)經(jīng)由閉合電路300的開關(guān)單元320建立。
[0041]當(dāng)在該狀態(tài)中再次出現(xiàn)電池單元膨脹時(shí)，開關(guān)單元320被切換至斷開，以切斷電池單元100與閉合電路300之間的電傳導(dǎo)。尤其是，電池單元100之間的電傳導(dǎo)被切斷，并且到電池組1000的電流被截?cái)唷?br>[0042]當(dāng)電池單元膨脹出現(xiàn)時(shí)開關(guān)單元320選擇性的允許電連接到安全電路200或者閉合電路300，在下文中對(duì)其詳盡的描述。
[0043]如在圖3中示出的，電池組1000設(shè)置有設(shè)置在連接至閉合電路300的電池單元100之間的安裝間隔120。開關(guān)