CN102823026A - 电池组安全技术 - Google Patents

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吉佛瑞·凯瑟
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Abstract

一种电池系统，其在一系列对电池单元、电池组或外壳或容纳电池的车辆的安全产生不利影响的事件下监测电池状态并且确保安全状况。电池系统提供一个或多个响应来紧固电池、断开电池、灭火或维持安全温度以响应安全事件。在检测到安全事件时，控制器相应地启动安全装置以便确保安全状况。

Description

电池组安全技术
相关申请
本申请要求2010年4月2日提交的美国临时申请号61/320,532的权益。上述申请的整个教义以引用的方式并入本文。
背景技术
存在一种用于提高在移动车辆内的使用人和移动车辆周围的行人的安全的系统，所述移动车辆有多种形式，如汽车、飞机、船、火车或潜水艇。汽车的安全问题受到特别关注。每年有120万余人死在世界各地的道路上并且有超过5000万人受伤。到2030年，第五大死亡原因将归因于道路交通伤害。人们设计出现代汽车安全系统，以用于在发生交通事故、车辆失灵，或驾驶员出错时保护车辆的使用人、附近车辆的使用人和附近行人并且防止他们受到伤害。通用的汽车安全系统包括座位安全带和气囊。随着汽车逐渐变得更先进，附加的辅助传感器和致动器电子设备形成包括如惯性测量装置、夜视镜以及雷达的技术的集成主动安全系统。
电池驱动电动车辆(BEV)和混合动力电动车辆(PHEV)是并有大型电能储存电池的汽车类型。根据近期研究，全球锂离子(Li-ion)驱动电动车辆的数量预计在未来十年将从2010年的少于200万台大幅增长至2020年的近1700万台。因为所需的BEV平均电池容量为25kWh并且PHEV容量为12.5kWH，所以电池组庞大而沉重，并且容纳大量的储存电能。当如此大量的电能以不受控制的方式释放时，致使，例如，来自交通事故中所产生的冲击的电能可能会引起着火、爆炸或电气伤害，同时使车辆的使用人和附近的行人处于危及生命的危险之中。因此，需要一种设备和方法来克服上述提到的问题或使上述提到的问题最小化。
发明内容
总体来说，本发明涉及一种用于减少损害的可能性的装置和方法，所述损害由自我推进式车辆中的受损或易于发生故障的电池引起。安全事件可包括可能会对电池系统、车辆、车辆的使用人，或车辆周围的行人造成损害的任何状况，如交通事故中所受到的冲击。
本发明的示例实施方案经提供以在一系列对电池单元、电池组或外壳或容纳电池的车辆的安全产生不利影响的事件下监测电池系统的状态并且确保安全状况。电池系统提供一个或多个响应来紧固电池、断开电池、灭火或维持安全温度以响应安全事件。
在许多示例实施方案中，电池系统包括电池组、安全装置以及经配置以检测安全事件的传感器。安全事件可包括容纳电池组的电池组外壳的一个或多个穿孔、电池组外壳的变形、快速减速、紧固电池组的组件的故障、电池组的破碎、快速角加速度、着火以及超过阈值的温度。
在通过传感器检测到安全事件时，控制器相应地启动安全装置。安全装置可包括，例如，以下各者中的一个或多个：1)一个或多个气囊，其经配置以在通过充气装置进行充气时紧固电池组；2)一个或多个气囊，其经配置以在通过充气装置进行充气时切断电力总线；3)外壳，其容纳加压气体和控制器，所述控制器经配置以向电池组释放气体；4)带子，其将电池紧固在外壳内；锚定件，其限制带子的松弛以响应带子所受到的快速的力；5)切断致动器，其经配置以切断电力总线，所述致动器包括非导电切断边缘；以及6)爆炸装置，其经配置以切断电力总线。
在进一步的实施方案中，电池系统可包括经配置以监测电池组的摄像机。控制器可有选择地断开电池组来响应由摄像机指示的安全事件。摄像机可提供热成像，并且安全事件可包括电池外壳的热区的检测。安全事件也可包括电池外壳的变形，或电池组相对于电池外壳的移动。
在更进一步的实施方案中，电池系统可包括电池单元和电池单元上的温度传感器。温度传感器可经配置以检测电池单元的温度并且向电池管理系统(BMS)传输与温度相应的信号。温度传感器可向BMS以无线方式传输信号，或可通过有线连接穿过电池单元的端子来传输信号。温度传感器可进一步经配置以牵引来自电池单元的操作电力。
在更进一步的实施方案中，电池系统可由电池单元、电池单元上的传感器以及接收器组成，所述接收器通过共用的直流(DC)电力总线与温度传感器进行通信。传感器可经配置以检测电池单元的一个或多个特性并且传输与温度相应的信号。传感器可通过连接至电池单元端子的DC电力总线来传输信号，并且可经配置以牵引来自电池单元的操作电力。另外，电池单元可以是锂离子电池单元，并且传感器可测量温度、电压、电流、阻抗、压力、应力、张力、加速度、速度、位置、方向或电池单元的唯一电池单元标识符中的至少一个。
本发明具有许多优点。例如，本发明的电池系统可防止电池的灾难性破裂，所述电池的灾难性破裂可能会引起电池的短路或来自电池的电解液的释放。另外或或者，本发明的电池系统可在安全事件中断开电池与其他部件的电气接触，如由安装有电池系统的车辆的碰撞所引起的高冲击。
附图说明
图1a至图1d是本发明的一种采用气囊系统的电池系统的方块图，所述气囊系统用于将电池模块进行电隔离来响应安全事件。
图1e是本发明的一种提供气囊的系统的方块图，所述气囊在检测到安全事件时启动电力总线的中断。
图2a至图2b是本发明的一种采用气体释放系统来响应安全事件的电池系统的方块图。
图2c是一种在检测到安全事件时向电池组外壳内提供气体释放的系统的方块图。
图3a至图3b是本发明的一种电池系统以及采用锚定带的夹具的方块图。
图4a至图4b是本发明的一种采用剪切装置的电池系统的方块图，所述剪切装置用于将电池模块进行电隔离来响应安全事件。
图4c是本发明的一种采用剪切装置的系统的方块图，所述剪切装置能够在检测到安全事件时切断电力总线。
图5a至图5b是本发明的一种采用无线温度传感器的电池的方块图。
图5c是本发明的一种采用多个无线温度传感器的电池组的方块图。
图5d是本发明的温度传感器的方块图。
图5e是本发明的一种采用各别温度传感器的多个电池组的系统的方块图。
图6a至图6b是根据本发明的实施方案的一种在电力总线处采用爆炸螺栓的电池组的方块图。
图7是根据本发明的实施方案的由易碎的汇流条连接的多个电池单元的描绘，所述汇流条经配置以在安全或碰撞事件中在应力集中器位置破碎。
图8是本发明的一种能够检测到电池盒的移动或变形并且断开电池组作为响应的系统的图。
图9是本发明的一种经配置以通过触发化学钝化来响应安全事件的检测的系统的图示。
具体实施方式
前述部分在以下如附图中所示的本发明的示例实施方案的更具体的描述中得以显现，所述附图中类似元件符号指代所有不同视图中的相同零件。附图不必按比例绘制，而是重点示出本发明的实施方案。
以下是本发明的示例实施方案的描述。
通用的固定（静止的）电池组系统并有一些类型的安全设施和技术。通常设计出这些技术，用于在电池经历不安全状况的情况下断开电池。按照惯例，如果电池组在不安全的电流水平下进行操作，化学保险丝和温度保险丝用于在电池的一个端子处切断电流的流动。其他系统并有用于切断流向电池的一个端子或两个端子的电流的流动的机械致动接触器和机电致动接触器。笔记型电脑的电池组中存在更先进级别的安全系统。这些更先进的系统包括在微处理器的控制下有助于检测电池组的不安全状况的电压、电流、温度以及压力传感器。一般来说，这类更先进的系统触发可重调或永久性（非可重调）保险丝装置，所述装置切断主要电力路径处的电流流动来隔离电池组。与汽车用电池组相比，笔记型电脑的电池通常储存明显少的能量。
运动中的（非固定）电池组，例如那些在运动中的车辆中的电池组，需要附加的安全技术来确保安全状况。除了固定电池组所需要的安全技术以外，运动中的电池组可能需要许多附加的安全技术。这是因为运动中的电池组可能会经历附加的不安全状况或安全事件。附加的不安全状况中的一些可能包括：
外物造成的电池组外壳的、电子组件以及单个电池单元外壳的穿孔；
外物造成的电池组盒、电池组外壳、电子设备或单个电池单元的变形或粉碎；
由组和电池单元安装机构上的高水平应力引起的高水平减速；
组或电池单元安装结构的故障在快速减速状况下，导致组或电池单元脱离并且被推挤向电池盒壁、内部客舱壁，或从车辆中射出；
脱离的组或电池单元具有高水平的惯性并且在与电池盒壁碰撞时会变形或粉碎；
由向电池组以及其部件施加附加力的离心碰撞所引起的高速率的角加速度和减速；以及
归因于混合型车辆中汽油燃料的点火的着火、爆炸以及高温。
上述的不安全状况对移动电池组的安全技术提出了特殊需求。对于固定组来说，通常可以接受的是将带电的电池组与电力总线进行电隔离而电能仍安全地储存在电池组中。对于移动固定组来说，不仅需要将带电的组与电力总线电隔离，还特别需要将组和电池单元中所储存的能量（电荷状态）减至最低水平，禁止或停用组和电池单元中所储存的能量（电荷状态）。因为汽车事故发生在秒级或次秒级的时间范围内，所以所储存的能量的减少必须发生在相似或更短的时间范围内。
现代车辆在每一年的新车型中并有越来越多数量的传感器和计算技术。可检测到通常已经存在的不安全状况的发作的传感器作为许多车辆平台的一部分，并且用于触发现有的如气囊部署、座位安全带预拉伸以及防抱死的安全系统。一些这样的系统被称为惯性测量装置(IMU)和电子稳定控制(ESC)。车辆平台在许多情况下能够检测到安全事件，然后使用车辆通信母线向BMS电子设备传输信号。当接收到信号时，电池组又能够为自身发动安全措施。这种类型的安全事件检测和触发机构造成较低成本的电池组，因为电池组不需要并有传感器。
图1a至图1d以简化的形式示出各种配置下的电池组气囊系统。如图1a所示，在安全事件之前，气囊110被放气并且包围电池组102。如图1b所示，在检测到安全事件时，气囊110被充气来保护电池组。在进一步的实施方案中，如图1c所示，气囊110可并入到合用一个共用的电力总线135的多个电池组105和106之间，或并入到相同电池组的模块之间或电池单元之间。如图1d所示，在检测到安全事件时，气囊110被充气并且使得电池组105和电池组106断开。通过结合本发明的这个方面与组汇流条应力集中（下文参照图7进行描述），气囊110可用于启动电力总线在应力集中位置处的断开。在这种情况下，被放气的气囊（未示出）可定位于两个毗邻的电池单元之间并且邻近应力集中。
图1e示出电池系统101，其经配置以用于在安全事件中触发气囊的启动。在检测到碰撞或其他安全事件时，碰撞传感器130（如加速计）或其他安全事件传感器向电池管理系统120(BMS)发送信号。然后BMS 120发送信号来触发将气体快速释放到气囊110内的气囊充气电荷125的启动，引起气囊在两个毗邻电池单元105和电池单元106之间的空间中膨胀。当气囊110在电池单元之间膨胀时，应力集中器137处出现高水平的应力。当应力超出汇流条135的材料的断裂强度，汇流条龟裂并且将电池单元之间的电断开。将电池单元附接至汇流条的焊接强度可超出汇流条上的应力集中的断裂强度来确保预期的切断。
在进一步的实施方案中，在部署气囊时，充气气囊还可通过断开非卡锁型摩擦力接线盒来操作断开电池组与电力总线。接线盒连接电池组至电力总线。
图2a至图2b示出进一步的实施方案中的气体释放或灭火系统。这样的实施方案提供一种通过触发电池的快速注气来响应安全事件检测的系统。二氧化碳气体或灭火媒介的注入应响应快速加热率或高温、烟雾或其他灾难性事件的检测。注入电池组206内的媒介可经选择以用于实现灭火，或对组进行冷却的目的。然后电池管理系统可关闭或断开组，以使其处于安全操作待命模式。如图2a所示，组并有气体用阀门密封式容器215，其具有阀门控件226且含有灭火媒介。在检测到安全事件之后，阀门被触发打开，并且释放气体或灭火媒介216至包围电池单元208和其他模块的电池组外壳内。
图2c示出一种并有气体释放安全机构的系统201。碰撞传感器230（或其他安全事件检测器）检测到碰撞事件并且向BMS 220发送信号。BMS 220发送触发信号来启动电动气体阀门225至其打开位置。气体阀门225控制来自灭火气体罐215的气体的流动。灭火气体快速填充含有电池单元的电池组外壳209，以便加强灭火或冷却电池单元208。
图3a示出一种使用预拉伸锚定件附接至电池盒的电池组安全带。在这样的实施方案中，电池盒“安全带”310或拉带用于在安全事件中约束电池组302。在检测到安全事件时，系统可通过为其他快速减速的冲击所准备的电池盒安全带310的锚定件315来触发预拉伸（如带子的绷紧或强加于带子上的抵抗力）。在进一步的实施方案中，图3b示出连接至系拴在电池外壳内的锚定件325上的拉带320的电池组302。
图4a至图4b示出进一步的实施方案，所述实施方案中系统采用非导电（如陶瓷）闸刀410或其他切断机构。系统通过触发非导电闸刀410来切断以下各者中的一个或多个以响应安全事件的检测：1)主要电池电力路径435，其在电池组402和电动机490之间；2)中间路径，其穿过组模块链；以及3)通过切断多个位置处的电力总线来隔离单个模块。一个实施方案的目的是防止电力路径的电短路，因此，如陶瓷闸刀的非导电型闸刀用于以机械方式切断电力路径。图4a示出在安全事件的检测之前的非导电闸刀和电池组。图4b示出在安全事件的检测之后和在切断主要电池电力路径之后的非导电闸刀和电池组。
图4c示出通过陶瓷闸刀的启动来切断电力总线435的示例系统。碰撞传感器430（或其他安全事件传感器）检测到碰撞状况并且向BMS 420发出信号。然后BMS 420向闸刀致动器机构425发送启动触发信号，所述闸刀致动器机构425又强迫闸刀435进入电力总线435，从而切断电力总线并且使得电力总线435处电断开。闸刀致动器机构425可以是，例如，线性电磁电动机、爆炸性化学电荷或从压缩状态释放的机械弹簧。
图5a至图5b示出进一步的实施方案中的电池单元505，所述电池单元505并有温度传感器510、温度传感器515以及连接至电池端子的导线520，所述电池单元505提供使用低成本的、电池单元内的、无线或有线的温度传感器来检测安全事件的系统。这样的安全系统可向如电池单元505过热的安全事件提供快速响应，并且每个电池单元可在无需附加接线的情况下得以单独监测。另外，这样的系统能够减小大型电池组块和模块所需要的备用外部热敏电阻的数量。如图5b所示，系统可防止电池单元内的短路问题，因此，系统可能需要在电池单元的外部安装传感器，并且与电池单元罩热（如焊接至罩506但在包装材料下面）接触。一些通信方法中的一种可用于在传感器和控制电子设备（例如，如电池管理系统(BMS)）之间进行通信，诸如无线蓝牙
Figure BDA00002210092200081
或类似协议。或者，有线配置可通过相同的导线进行通信，所述导线感测与那些用于远程实用仪表读数的电力线通信相似的块的电压。传感器IC和附接方法的适当机械/电气设计可减轻电池单元内的失效模式。温度传感器可在半导体晶片水平上完全隔离，以便经受大于30V或更大的电压。图5a示出与电池单元罩的内部集成在一起的有线或无线传感器。图5b示出附接至电池单元罩外部的无线或有线传感器。
图5c示出在进一步的实施方案中，包括电池单元排列540（如电池组）的电池系统500。排列540的每个电池可包括如图5a至图5b所示的热传感器，每个热传感器通过DC电力总线535进行通信来提供简单、低成本的方法，所述方法用于监测电池组内的电池单元540的安全相关参数。这个配置能够使得单个传感器（如热敏电阻）和通往管理和均衡(MEQ)电子设备550和电池单元之间的传感器的数量减小或去除对传感器的需要。
图5d示出电池单元505上的热传感器的进一步的实施方案。此处，小型双垫式定制温度感测集成电路(IC)黏着（如，借助点焊）于电池单元505内部或外部的铝电极521和铜电极522之间。感测IC可安装在电池单元罩内或外的各种位置。例如，IC可安装在罩内螺旋的顶部的相反电极之间。或者，IC可与PTC装置集成，或安装至外壳组件上的罩的外部。IC从电池牵引出少量的电力以驱动IC的电路。IC硅晶片封装在保护性包装内，所述保护性包装在电池单元的整个使用寿命期限内及预期操作状况下维持完整性。
图5e示出电池系统，所述电池系统在每个电池单元540a至电池单元540n上实施热传感器电路515，每个电路515包括向电压比较器565提供输入的微电力模拟温度-电压转换器电路560。当温度达到预编程的阈值时，比较器触发警报电路570。通信链接可经建立以穿过直流(DC)电力总线535，所述直流电力总线535在警报电路570和远程定位于MEQ 551上的接收器电路之间，或者，在警报电路570和电池管理系统(BMS)之间。发射器570可穿过DC电力总线535向MEQ 551以无线方式传输警报状况，MEQ 551接着会采取适当行动。
在进一步的实施方案中，可使用高频续发脉冲移频键控(FSK)来穿过DC电力总线535传输警报状况。可有利地选择FSK频率，以便与电池单元/汇流条自身电感一起工作，从而减少或去除发射器电路的部件。IC可包括标识标签功能来启用过热电池单元的定位。每个IC可包括唯一的标识号，例如给定的32比特的标识号。当给定的电池单元识别自身时，使用查询表来识别电池单元的定位，所述查询表将IC标识符与电池组内的给定电池单元的位置相关联。另外，接收器可并入到IC中，以便启用MEQ和电池单元之间的双向通信。MEQ可查询单个电池单元来获得电池单元的存在信息、物理参数以及安全装置状态。相似地，MEQ可命令单个电池单元，使单个电池单元与电力总线电隔离、使单个电池单元放电或使单个电池单元绕过自身。在相关实施方案中，在无MEQ介入的情况下，通信直接发生在电池单元或电池单元组之间。单个电池单元可比较或探询彼此之间的实测温度水平，并且在无MEQ介入的情况下独立地采取行动。
图6a示出发生安全事件之前的电力总线325和电池组602，所述电力总线635并有易碎的电力总线部分以及爆炸螺栓610。图6b示出发生安全事件之后的电力总线和电池组，其中爆炸螺栓610破裂并且将电池组602与电动机690沿着电力总线635断开。螺栓610具有剪切面，所述剪切面上的外部作用力使螺栓断裂成两个分离的部分。一种爆炸机构是借助使用俗称为NASA标准引爆器(NSI)的装置。所生成的力以冲击波的形式施加穿过螺栓，所述螺栓在预定义的剪切面断裂。当螺栓断裂时，电力总线分离来断开电路。
在进一步的实施方案中，替代安全机构或安全机构的组合可用来断开电力总线（或电池与电力总线的连接）以便响应安全事件。例如，除了上述的爆炸螺栓610之外，使用化学反应（爆炸）的快速接触器或温度保险丝可经触发以断开电力总线。或者，如由金属陶瓷材料构造成的钝体的机构可破坏电力总线的易碎的导电部分，从而断开电力总线。电池组的可控机械分离和瓦解可在选定连接点处启动。从而分离的部件将会被电断开。加压气体可经释放以有选择地使电力总线的机械薄弱部分（如气动保险丝）破裂，从而断开并且隔离电力总线。
图7示出一种采用电力总线734的电池组740的进一步的实施方案，所述电力总线具有多个应力集中器，所述多个应力集中器用于促进响应安全事件的电力总线735的可预测断裂。电池组在车辆碰撞中有助于迅速地断开每个电池单元并且降低短路的有效电压和电流。采用应力连接器736的电池组740可归因于电力总线735上的机械力而启用组成电池单元的断开。因此，这样的断开可在无安全事件（如碰撞）传感器和开关的情况下启动并且断开电池单元。通过以机械方式削弱电池单元的电连接，碰撞力将会折断零件，从而造成断开的电池单元、较低的电压以及电流。应力集中器736（如凹口）减弱电力汇流条。可选择用于汇流条的材料必须易碎但维持高导电性。可能的材料可包括导电陶瓷类型的材料或陶瓷和薄型金属（如铜）薄膜复合层。在进一步的实施方案中，多个杠杆或质量启动系统可附接至汇流条，以便使用碰撞加速度来施加局部力以改善（加快，以减小的加速度水平，或优选的碰撞加速度的定向性）在应力集中器处的碰撞机构的启动。
图8示出进一步的实施方案中的系统800，所述系统通过配置具有照相机830的电池盒来检测安全事件。在替代实施方案中，可实施雷达、可见光或红外线传感器。照相机820与BMS 820一起可检测到电池组840相对于各个电池外壳845的移动，或如借助碰撞发生的外壳845外形的改变（如变形865）。系统采用红外线照相机，并且借助释放接触器开关来提供电池组与车辆的电断开。红外线照相机可检测到电池盒内的粉碎（由碰撞状况造成）。红外线照相机向BMS发送变形信号。然后BMS向接触器发送接触器释放触发信号，所述接触器将电池组与车辆的电力总线电断开。
另一个示例实施方案提供使用红外线照相机830来检测电池组840和外壳845内部和周围的大片区域的热度的系统。照相机830的使用能够以热检测为目的对大片区域进行扫描并且检测任何可能产生的热点。在检测到热点时，电池管理系统820可随后关闭或断开组840，以便使组处于安全操作待命模式。
图9示出一种经配置以通过触发单个电池单元的化学钝化（降低电荷的状态）来响应安全事件检测的系统。电池单元的化学钝化可使用以下方法中的一个或组合来完成：
向电池单元内注入蜡化学剂，以在阳极和阴极之间形成阻挡层，从而抑制或降低穿过电池单元的离子迁移率；
注入电化学剂化合物，所述电化学剂化合物将通过优选地与带电离子点结合来发生作用，以使每个电池单元的阳极或阴极钝化；
注入或激活使电解液固化来抑制或防止穿过电池单元的离子迁移率的现有化学剂化合物；
如通过冻结组来启动电解液中的相变，以抑制或防止穿过电池单元的离子迁移率；以及
将多余电能放出至与电池单元非常邻近的热电冷却器（帕尔贴(Peltier)效应）装置中来快速冷却/冻结电解液。
如图9所示，电池单元905包括罩906和顶盖907，并且与化学剂室926设置在一起。当碰撞传感器930检测到碰撞或其他安全事件时，碰撞传感器向BMS 920发送碰撞传感器信号。BMS 920又发送释放阀门触发信号，以使释放阀门926向化学剂室925打开。释放阀门的启动引起化学剂916从加压化学剂室移动穿过打开的阀门并且进入电池单元，所述化学剂在电池单元罩906内的阳极、阴极以及电解液之间和周围，并且与阳极、阴极以及电解液混合在一起。化学剂916可发生作用以借助上述方法中的一种或多种来钝化并且降低电池单元的电荷状态。
另一个实施方案提供一种使用如下机构来响应安全事件检测的系统，所述机构将电池组移动至外壳内更安全的位置。本发明的目标是在组落下的同时断开电池与电力总线。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过使用机构将电池向上、向侧向侧面、向下、向前或向后释放和喷射并射离移动中的车辆。移动组上的附加构件用于紧固如封装气囊的安全控制式止动器、系栓至车辆、车轮、翼或降落伞。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统在冲击中通过使用楔形机构来迫使电池组上升并且将电池组与电力总线断开。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过触发电池组下面的气囊的部署，从而将电池组推入安全位置。本发明的目标是在气囊部署的同时断开电池组与电力总线。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过触发与电池组非常邻近的膨胀泡沫的部署，从而扑灭电池附近的火并且封装电池。可使用的可购得泡沫类型的实施例，用于灭火的商用型
Figure BDA00002210092200121
泡沫部署的示例系统可能与图2c所示的气体灭火系统相似。然而，含加压泡沫罐将代替含气体罐而用于上述系统中。检测到碰撞事件时，碰撞传感器向BMS发送信号。BMS向泡沫释放阀门发送触发信号，所述释放阀门打开使加压泡沫能够释放至电池外壳。泡沫将发生作用以扑灭任何在电池单元附近的火。
另一个实施方案提供具有由耐穿孔材料（如可商购的Kevlar）构造成的加固外壳的电池组。本发明的目标是防止安全事件中电池组的穿孔。
另一个实施方案提供由化学化合物封闭的电池组和由化学化合物填充的周围腔。当周围腔在如安全事件中被穿孔时，化学化合物在电池组的附近释放以满足以下功能中的至少一个：1)灭火；2)吸收多余热量；3)以化学方式钝化电池单元；4)以机械方式稳固组；以及5)切断或使电力总线端子电短路。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过触发以安全和可控形式留存在组中的电能的快速释放，从而减小组的电荷状态来提高安全。可能的安全和可控放电技术中的一些是以下各者中的一个或组合：
通过以反方向运转轮式发动机以机械方式刹车；
穿过再生制动器的泄漏电阻器进行放电；
为了电池或使用人的安全，使用电能来触发气囊的充气；
使用电解化学反应来生成气体，所述气体用于给气囊充气从而降低电池的电荷状态。
穿过车体底盘或车架的零件，优选地以记录电阻路径方式进行放电；
使用电阻器来控制放电率；
使用车辆发动机液体冷却系统来冷却电池组；
将电能释放至电力电阻器，所述电力电阻器热耦接至车辆散热器或液体冷却系统的另一个零件；
通过将电能转换成具有选定频率组合的声能来释放电能，所述频率匹配造成能量的快速吸收的车架与底盘的共振模；
直接向地面释放电能；
将连接至组端子的电极喷射至附近的地上，以便穿过地面材料进行释放；以及
将连接至组端子的电极喷射至附近的水、湖和溪流中，以便穿过水进行释放。
另一个实施方案提供一种将相变材料并入空隙处或组的外壳中的系统，所述相变材料在安全事件中吸收在材料相位变换中产生的电池组周围和附近的热量。
另一个示例实施方案提供一种用于检测电池组安全事件的系统，所述系统在电池组内直接使用集成汽车“碰撞”传感器（加速计或陀螺仪速率传感器）。这个方法借助远程接收来自中央汽车惯性测量装置的这个信号来添加附加水平的安全系统冗余。
另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过有选择地触发电池组内的交替平行的电池单元或平行的模块来断开并且重新连接相反的极性。本发明的目标是使得能量在平行元件之间的可控释放，从而降低电池组的电荷状态并且使得电池组处于更安全的能量状态。可控放电以一种方式受监测和控制，以便防止启动可能会使组处于不安全状况的热耗散。另一个实施方案提供一种用于响应安全事件检测的系统，所述系统通过将所有电池单元内的所有电荷中断装置(CID)同时远程触发至开路状况，从而同时将所有电池单元与电力总线断开。各种触发机构可包括以下：
用于使用磁场来打开CID以便启动所有CID装置的远程触发机构；以及
用于启动所有CID装置的远程触发机构，所述机构以气动方式使用通过释放加压气体穿过流动通道和单向阀门进入电池单元罩，从而造成罩内的压力增强来触发CID。
已经参阅本发明的示例实施方案对本发明进行具体地展示和描述，同时本领域技术人员应了解，在不背离所附权利要求所涵盖的本发明范围的情况下，可做出各种形式和细节上的改变。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电池系统，其包括：
电池组；
至少一个气囊，其邻近所述电池组，所述至少一个气囊经配置以在充气时紧固所述电池组；
充气装置，其连接至所述气囊；以及
传感器，其连接至所述充气装置，所述传感器经配置以检测安全事件，并且传输信号来启动所述充气装置以作为响应。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中所述气囊在充气时将所述电池组与电力总线断开。
3.如权利要求1所述的电池系统，其中所述安全事件包括容纳所述电池组的电池组外壳的一个或多个穿孔、所述电池外壳的变形、快速减速、紧固所述电池组的组件的故障、所述电池组的破碎、快速角加速度、着火以及超过阈值的温度。
4.一种电池系统，其包括：
至少两个电池模块，其连接至共用的电力总线；
至少一个气囊，其配置于所述至少两个电池模块之间，所述至少一个气囊经配置以在充气时切断所述电力总线；
充气装置，其连接至所述气囊；以及
传感器，其连接至所述充气装置，所述传感器经配置以检测安全事件，并且传输信号来启动所述充气装置以作为响应。
5.一种电池系统，其包括：
电池组，其包括多个电池单元；
外壳，其含有加压气体；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且释放所述加压气体至所述多个电池单元来响应所述安全事件。
6.如权利要求4所述的电池系统，其进一步包括容纳所述电池组的电池外壳，所述电池外壳经配置以含有用于释放的所述加压气体。
7.一种电池系统，其包括：
电池外壳，其容纳至少一个电池组；
摄像机，其经配置以监测所述电池组；以及
控制器，其经配置以检测与所述外壳有关的安全事件，并且使所述至少一个电池组与电力端子断开来响应所述安全事件。
8.如权利要求7所述的电池系统，其中所述摄像机提供热成像，且其中所述安全事件包括所述电池外壳的热区的检测。
9.如权利要求7所述的电池系统，其中所述安全事件包括所述外壳的变形的检测。
10.如权利要求7所述的电池系统，其中所述安全事件包括所述至少一个电池组相对于所述电池外壳的移动的检测。
11.一种电池系统，其包括：
电池组；
电池外壳，其容纳所述电池组；
带子，其经配置以将所述电池组紧固在所述外壳内；以及
锚定件，其连接至所述带子，所述锚定件经配置以限制所述带子的松弛来响应所述带子所受到的快速的力。
12.一种电池系统，其包括：
电池组；
电力总线，其连接至所述电池组；
切断致动器，其与所述电力总线毗邻；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且启动所述切断致动器来切断所述电力总线以响应所述安全事件。
13.如权利要求12所述的电池系统，其中所述切断致动器包括非导电切断边缘。
14.一种电池系统，其包含：
电池组；
电力总线，其连接至所述电池组；
爆炸装置，其在所述电力总线上；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且启动所述爆炸装置来切断所述电力总线以响应所述安全事件。
15.一种电池系统，其包括：
电池单元；
温度传感器，其在所述电池单元上，所述温度传感器经配置以检测所述电池单元的温度并且传输与所述温度相应的信号；以及
电池管理系统，其与所述温度传感器进行通信。
16.如权利要求15所述的电池系统，其中所述温度传感器向所述电池管理系统以无线方式传输所述信号。
17.如权利要求15所述的电池系统，其中所述温度传感器通过连接至所述电池单元的端子的直流电力总线来传输所述信号。
18.如权利要求15所述的电池系统，其中所述温度传感器经配置以牵引来自所述电池单元的操作电力。
19.一种电池系统，其包括：
电池单元；
传感器，其在所述电池单元上，所述传感器经配置以检测所述电池单元的一个或多个特性并且传输与所述温度相应的信号；以及
接收器，其通过共用的直流电力总线与所述温度传感器进行通信。
20.如权利要求19所述的电池系统，其中所述传感器通过连接至所述电池单元的端子的直流电力总线来传输所述信号。
21.如权利要求19所述的电池系统，其中所述传感器经配置以牵引来自所述电池单元的操作电力。
22.如权利要求19所述的电池系统，其中所述传感器测量温度、电压、电流、阻抗、压力、应力、张力、加速度、速度、位置、方向或所述电池单元的唯一电池单元标识符中的至少一个。
23.如权利要求19所述的电池系统，其中所述电池单元是锂离子电池单元。

Claims (23)

1.一种电池系统，其包括：
电池组；
至少一个气囊，其邻近所述电池组，所述至少一个气囊经配置以在充气时紧固所述电池组；
充气装置，其连接至所述气囊；以及
传感器，其连接至所述充气装置，所述传感器经配置以检测安全事件，并且传输信号来启动所述充气装置以作为响应。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中所述气囊在充气时将所述电池组与电力总线断开。
3.如权利要求1所述的电池系统，其中所述安全事件包括容纳所述电池组的电池组外壳的一个或多个穿孔、所述电池外壳的变形、快速减速、紧固所述电池组的组件的故障、所述电池组的破碎、快速角加速度、着火以及超过阈值的温度。
4.一种电池系统，其包括：
至少两个电池模块，其连接至共用的电力总线；
至少一个气囊，其配置于所述至少两个电池模块之间，所述至少一个气囊经配置以在充气时切断所述电力总线；
充气装置，其连接至所述气囊；以及
传感器，其连接至所述充气装置，所述传感器经配置以检测安全事件，并且传输信号来启动所述充气装置以作为响应。
5.一种电池系统，其包括：
电池组，其包括多个电池单元；
外壳，其含有加压气体；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且释放所述加压气体至所述多个电池单元来响应所述安全事件。
6.如权利要求4所述的电池系统，其进一步包括容纳所述电池组的电池外壳，所述电池外壳经配置以含有用于释放的所述加压气体。
7.一种电池系统，其包括：
电池外壳，其容纳至少一个电池组；
摄像机，其经配置以监测所述电池组；以及
控制器，其经配置以检测与所述外壳有关的安全事件，并且使所述至少一个电池组与电力端子断开来响应所述安全事件。
8.如权利要求6所述的电池系统，其中所述摄像机提供热成像，且其中所述安全事件包括所述电池外壳的热区的检测。
9.如权利要求6所述的电池系统，其中所述安全事件包括所述外壳的变形的检测。
10.如权利要求6所述的电池系统，其中所述安全事件包括所述至少一个电池组相对于所述电池外壳的移动的检测。
11.一种电池系统，其包括：
电池组；
电池外壳，其容纳所述电池组；
带子，其经配置以将所述电池组紧固在所述外壳内；以及
锚定件，其连接至所述带子，所述锚定件经配置以限制所述带子的松弛来响应所述带子所受到的快速的力。
12.一种电池系统，其包括：
电池组；
电力总线，其连接至所述电池组；
切断致动器，其与所述电力总线毗邻；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且启动所述切断致动器来切断所述电力总线以响应所述安全事件。
13.如权利要求10所述的电池系统，其中所述切断致动器包括非导电切断边缘。
14.一种电池系统，其包含：
电池组；
电力总线，其连接至所述电池组；
爆炸装置，其在所述电力总线上；以及
控制器，其经配置以检测安全事件，并且启动所述爆炸装置来切断所述电力总线以响应所述安全事件。
15.一种电池系统，其包括：
电池单元；
温度传感器，其在所述电池单元上，所述温度传感器经配置以检测所述电池单元的温度并且传输与所述温度相应的信号；以及
电池管理系统，其与所述温度传感器进行通信。
16.如权利要求14所述的电池系统，其中所述温度传感器向所述电池管理系统以无线方式传输所述信号。
17.如权利要求14所述的电池系统，其中所述温度传感器通过连接至所述电池单元的端子的直流电力总线来传输所述信号。
18.如权利要求14所述的电池系统，其中所述温度传感器经配置以牵引来自所述电池单元的操作电力。
19.一种电池系统，其包括：
电池单元；
传感器，其在所述电池单元上，所述传感器经配置以检测所述电池单元的一个或多个特性并且传输与所述温度相应的信号；以及
接收器，其通过共用的直流电力总线与所述温度传感器进行通信。
20.如权利要求14所述的电池系统，其中所述传感器通过连接至所述电池单元的端子的直流电力总线来传输所述信号。
21.如权利要求14所述的电池系统，其中所述传感器经配置以牵引来自所述电池单元的操作电力。
22.如权利要求19所述的电池系统，其中所述传感器测量温度、电压、电流、阻抗、压力、应力、张力、加速度、速度、位置、方向或所述电池单元的唯一电池单元标识符中的至少一个。
23.如权利要求19所述的电池系统，其中所述电池单元是锂离子电池单元。
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