CN102742052A - 具有压缩气囊的高压模块化电池 - Google Patents

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Abstract

一种模块化电池，其包括：外壳；第一电池单元，其具有第一电极表面；第二电池单元，其具有第二电极表面；以及能加压的气囊，其用于使所述第一电池单元压靠所述第二电池单元。

Description

具有压缩气囊的高压模块化电池
背景技术
模块化电池是包括两个以上的电池单元或单电池模块或单电池的电池。使用模块化电池的装置的常见例子是可以使用例如两个C型单电池的手持式手电筒。
近来，模块化电池在包括混合电动车辆(“HEV”)、插入式混合电动车辆(“PHEV”)和其它应用在内的许多应用中变得重要。模块化电池在用于HEV、PHEV和其它应用时，除了需要耐用、安全和节省成本以外，还需要输送大量电力。
像手持式手电筒这样的模块化电池的应用需要使用多个以串联方式连接的电池单元。然而，例如，HEV和PHEV用的模块化电池可能不同于常见的手电筒中使用的模块化C型单电池。
美国专利公布No.2009-0239130 A1公开了一种具有互连器的模块化电池，并且通过引用而将该美国专利包含于此。
发明内容
本发明提供一种模块化电池，其包括：外壳；第一电池单元，其具有第一电极表面；第二电池单元，其具有第二电极表面；以及能加压的气囊，其用于使所述第一电池单元压靠所述第二电池单元。
本发明还提供一种用于形成模块化电池的方法，该方法包括：将具有第一电极表面的第一电池单元放置在外壳中；将具有第二电极表面的第二电池单元放置在所述外壳中；将气囊放置在所述第二电池单元的上方；以及对所述气囊加压来使所述第二电池单元压靠所述第一电池单元。
本发明还提供一种用于操作模块化电池的方法，该方法包括：将气囊充气至预定压力；所述气囊使第一电池单元压靠第二电池单元；以及在模块化电池的运行过程中，监测所述气囊的压力。
附图说明
将参照优选实施方式来说明本发明，其中：
图1示意性示出本发明的实施方式的截面，其中，模块化电池具有位于外壳内且具有馈通的6个单电池模块；
图2示出图1的实施方式的俯视图；以及
图3示出本发明的可替代的实施方式。
这些附图本质上是示意性的，并且不是按比例绘制的。为了清楚和便于理解，放大了一些元件的大小。
具体实施方式
为了足够为HEV、PHEV和其它应用供电，期望使用包含表面体积比高的单电池的模块化电池，例如为电池的各单电池使用平面化设计。例如，这些单电池可以约为大书本（large book）的大小，其中，书本的“正面”包含例如正端子（也称为电极），书本的“背面”包含例如负端子。与在单电池的一端处使用凸起的凹座（raised dimple）从而与相接的筒状单电池进行电接触的筒状电池（例如，C型单元电池（cell battery））不同，大致为平面的单电池不需要具有这种凸起的凹座。
对于包括HEV和PHEV在内的需要高电力的许多应用来说，期望电池以高电压输送电力以降低供应电力所需的电流，这也益于降低使用该电力的装置使用高电流承载材料的需要。电力是电压和电流的倍数，并且将电力高电压输送至例如电机等装置使该装置仅需要较薄的或者较少的导电性的电流承载体（例如铜线），这样可以降低成本。例如电动车可能需要电池以300伏特至600伏特的电压提供电力。这种高电压典型地通过将多个低压电池模块电串联地外部连接到一起来实现。这在某种程度上是出于对电池模块内的典型“袋状”（pouch）单电池的串联连接的“堆”（stack）进行组装和操作的安全性考虑，因为较高电压时、尤其是大约60伏特以上时，产生电弧放电的风险很大，并且由于诸如典型的“袋状”单电池的“平坦”单电池的边缘外围（edge periphery）的单电池端子是暴露的，因此存在严重的振动危险。为了安全起见，这些单电池端子在低电压、例如低于60伏特电压的电池模块内以串联的方式电连接。
本发明的目的是提供足够的压力来确保电池模块保持良好的电接触。本发明的另一替代的或附加的目的是提供和/或使用关于模块化电池内的压力的信息。
本发明可用于通过引用而包含的美国专利公布No.2009-0239130A1所公开的模块化电池。
图1示出电串联地一个堆叠在另一个上的6个单电池模块23,这6个单电池模块23通过用于将一个单电池模块串联地电连接至下一个单电池模块的可压缩互连器24而被分隔开。在美国专利公布No.2009-0239130A1中存在单电池模块的细节，但是，要注意的是，根据本发明可使用其他模块。可以在两个单电池模块之间设置例如8层、每层10密尔厚的几个互连器24。因而，单电池模块之间的间距例如可以为80密尔，并且在使用时可压缩至60密尔。
为了使电池堆中的单电池模块23之间的电阻降到最低，可以向单电池模块23之间的可压缩互连器24施加压力。即使不存在互连器，模块之间的压力对于其他模块化电池而言也是重要的。模块23和互连器24一个接一个地放置于外壳25中，该外壳25可以具有内侧电绝缘材料25a。各模块23可具有电馈通21、用于电解质的端口20及用于释放模块23内的压力的爆破片（burstdisc）22。
例如，如图2所示，可为各单电池模块23设置多管脚连接器30、31。多管脚连接器30和31可经由感测线30c、31c且如通过引用而包含的美国专利公布No.2009-0239130A1所说明的那样而连接到单个单电池模块23。
正性电总线28可放置于外壳中的最后的单电池模块23的上方，且被连接到正电源端子26。负电源端子27可经由导电性外壳25连接到底部互连器24，外壳25因而用作负性总线29。
外壳25可包括爆破片32，如果外壳25内部的压力变得过大，爆破片32可释放压力。
外壳25中可放置超过50个单电池模块，优选地，放置至少20个单电池模块。
如图1所示，本发明提供具有允许气体进入的气口34的可膨胀的气囊33。该气囊被封入外壳25的顶部，使得气囊33位于正性电总线28和外壳25的顶部之间，并且通过气口34施加气体压力而对气囊33加压。利用适当的气体对气囊加压而导致的气囊33的膨胀将压力传递到单电池模块23的堆内的互连器24。
气体可以是例如空气、惰性气体等。
通过例如诸如压缩机等可拆卸的压力源110加压到预定水平，随后封闭气口34，这样在制造过程中可将一致的压力从一个电池施加到另一个电池。虽然实际的压力将取决电池本身的特性及模块23之间的期望的压力，但是可以使用高达两个大气压或更高的压力。
气囊33可由例如橡胶或其他可膨胀的材料制成，并且在气囊33的外周部可包括例如由金属制成的加强区域，使得气囊主要沿模块的堆叠方向膨胀。
优选地，气囊33的底部的平面表面至少与电池模块23的平面表面的50%一样大，并且，优选地，气囊和模块23的平面表面沿轴向对准，使得来自气囊33的压力绕电池模块的平面中心或外壳25的轴向中心均匀。优选地，气口34也与外壳25的轴向中心同轴。
本发明还提供一种用于气囊33的压力传感器112，甚至在气口34被封闭后，该传感器112也连续地监测气囊33中的压力。来自压力传感器112的信号可被发送至例如微处理器或ASIC等控制器100。控制器100和传感器112可通过诸如独立电池等自带的电源或通过电池模块来提供电力。
通过在服务期间连续地监测气囊33中的压力，作为整个电池通信和控制系统的一部分，可以在连续的基础上记录额外的电池安全信息，其中控制器100为该电池通信和控制系统的一部分。尽管外壳25包括爆破片32，但是，独立于电压趋势和温度趋势，电池内部压力的上升趋势可以是严重故障的早期指标。例如，随着单电池模块23内产生的不期望的气体积聚，该气体使气囊的背压逐渐地增大，从而提供早期的警报，由于温度和电压都不是累积测量的而是瞬时测量的，所以温度和电压不能够提供该早期的警报。
因而，可以为控制器100给定一个或多个压力设定值，当达到设定值时做出动作。例如，可以给定填充设定值，在通过压力源110加压的过程中，当达到该填充设定值时，可自动地致动阀来密封气口34或将气口34应该密封指示给操作人员。另外的设定值可以是错误压力，使得气囊33中的压力在错误压力以下时，提供警报。因为压力在电池的操作过程中可能变化，例如压力由于路面状况而在车辆中变化，控制器100也可以仅当压力下降到错误压力以下并持续特定的时间时才发出警报。也可以测量诸如相对于时间的压力下降速率dP/dt或压力下降的加速度等其他数据，并且取决于电池的使用，这些其他数据可用来指示错误或其他警报。传感器或控制器也可以与其他电池管理系统相结合地进行操作或与中央车辆控制系统集成。
图3示出本发明的电池的可替代的实施方式，其中互连器24没有接触外壳25的侧部，而模块23的电绝缘的侧部接触外壳25的侧部。
本领域的普通技术人员将意识到，可以在不背离本发明的广义发明性概念的情况下，对上述说明书所说明的示例和实施方式进行明显变型和改变。因此，要理解为，本公开不限于所公开的特定示例和实施方式，而是期望覆盖由所附的权利要求书限定的本公开的范围和精神内的所有明显修改。

Claims (10)

1.一种模块化电池，其包括：
外壳；
第一电池单元，其具有第一电极表面；
第二电池单元，其具有第二电极表面；以及
能加压的气囊，其用于使所述第一电池单元压靠所述第二电池单元。
2.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，
所述模块化电池还包括位于所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的能压缩的互连器。
3.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，
所述第一电池单元具有第一平面表面，所述气囊对所述第一平面表面施加压力。
4.根据权利要求3所述的模块化电池，其特征在于，
经由内部电源总线而施加所述压力，所述内部电源总线电连接至所述第一平面表面以及所述外壳上的接点。
5.根据权利要求3所述的模块化电池，其特征在于，
所述气囊的压力以所述第一平面表面的平面中心为中心。
6.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，
所述模块化电池还包括用于监测所述气囊中的压力的压力传感器。
7.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，
所述模块化电池还包括连接到所述压力传感器的控制器。
8.根据权利要求1所述的模块化电池，其特征在于，
利用空气对所述气囊加压。
9.一种用于形成模块化电池的方法，该方法包括：
将具有第一电极表面的第一电池单元放置在外壳中；
将具有第二电极表面的第二电池单元放置在所述外壳中；
将气囊放置在所述第二电池单元的上方；以及
对所述气囊加压来使所述第二电池单元压靠所述第一电池单元。
10.一种用于操作模块化电池的方法，该方法包括：
将气囊充气至预定压力；
所述气囊使第一电池单元压靠第二电池单元；以及
在模块化电池的运行过程中，监测所述气囊的压力。
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