CN103915598A - 冷却剂激活可再充电能量存储系统排放塞 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却剂激活可再充电能量存储系统排放塞。电池组具有排放塞。排放塞包括载体，其限定出处于载体内的腔体、设置在载体的第一表面上的入口和设置在载体的第二表面上的出口，其中第一表面和第二表面彼此流体地移位并联接至腔体。可溶塞可以设置在载体的腔体内；可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在入口与出口之间流动并流到电池组之外。第一引线和第二引线被构造成用以信号地连接与载体协同操作的阻抗元件至电路，使得当电路的连续性被中断时，电路向机载计算机系统提供排放塞被激活的通知。

Description

冷却剂激活可再充电能量存储系统排放塞

技术领域

本发明总体上涉及基于电池的动力系统的温度管理，并且更特别地涉及在这种系统内发生冷却剂破漏的情况下排出冷却剂。 

背景技术

统称为可再充电能量存储系统(RESS)的锂离子和相关电池被使用在汽车应用中，在混合动力电动交通工具(HEV)的情况下作为补充的方式，或者在纯电动交通工具(EV)、常规内燃发动机(ICE)的情况下作为替代的方式。被动地存储来自固定源和便携源以及来自由交通工具及其部件提供的再俘获动能的能量的能力使电池特别适于用作用于汽车、卡车、巴士、摩托车和相关车辆用平台的推进系统的一部分。在本文中，电池单元是单个电化学单元，而电池由串联、并列或串联和并列的一个或多个电池单元构成，取决于所需的输出电压和电容。 

因为通电的电池单元、模块、部分或组能够产生大量的能量，所以温度(及其多余量的移除)是影响电池的性能和寿命两者的最显著因素之一。为了防止多余温度的发生，通常将冷却系统整合到基于RESS的平台中。在一个常规形式中，冷却系统循环基于液体的冷却剂，其使用乙醇、水或其组合。通常，RESS被构造成用以尽可能多地促进个体电池单元的发热部分与冷却剂之间的接触。然而，在由于碰撞事件、部件磨损或制造缺陷而导致一个或多个电池单元的内部失效的情况下，提供必需热移除的相同冷却系统导致冷却剂泄露到个体电池单元中和周围的敏感电气部件(比如电路板或类似物)上。这种泄露可能提供用于由电池生成的电流的传送的有效且非意图的路径，使得在一个非所需的形式中，泄漏的冷却剂可能导致这些敏感系统部件的短路。 

将有益的是在意外事件或相关事故之后提供冷却剂向电池中的损失的早期检测来避免对RESS的伤害。将进一步有益的是在检测到或即将发生冷却剂向电池系统的敏感部分中的泄露的情况下实施自动矫正动作。 

发明内容

在一个实施例中，用于排放塞组件的设备可以包括：被构造成用以为排放塞提供结构刚性的载体，所述载体在其中限定出腔体；设置在载体的第一表面上的入口；设置在载体的第二表面上的出口，并且第一表面和第二表面彼此流体地移位(displaced)且联接至所述腔体。可溶塞可以与阻抗元件一起设置在载体的腔体内。电路可以被构造成用以测量阻抗元件中的阻抗变化，并且第一引线和第二引线可以被构造成用以信号地连接阻抗元件至电路。 

在另一实施例中，用于液体冷却电池组的设备可以包括：多个电池；冷却回路，其包括与冷却入口和冷却出口联接并封闭电池壳体的容纳容器，所述电池壳体封闭所述多个电池并包括排放出口。排放塞可以设置在排放出口内，并包括：被构造成用以为排放塞提供结构刚性的载体，所述载体在其中限定出腔体；设置在载体的第一表面上的入口；设置在载体的第二表面上的出口，第一表面和第二表面彼此流体地移位且联接至所述腔体；设置在载体的腔体内的可溶塞；和设置在载体的腔体内的阻抗元件。电路被构造成用以测量阻抗元件中的阻抗变化，并在输出值等于阈值电阻值时提供指示，其中第一引线和第二引线将阻抗元件电联接至电路，并且可溶塞可以被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在电池壳体与排放出口之间流动。 

在又一实施例中，一种用于排出来自汽车液体冷却电池组的液体冷却剂的方法可以包括：围绕电池组的电池壳体循环液体冷却剂，并在发生泄漏的情况下用排放塞排出来自电池壳体的液体冷却剂，所述排放塞包括：被构造成用以为排放塞提供结构刚性的载体，所述载体在其中限定出腔体；设置在载体的第一表面上的入口；设置在载体的第二表面上的出口，第一表面和第二表面彼此流体地移位且联接至所述腔体；设置在载体的腔体内的可溶塞，其带有阻抗元件，所述阻抗元件与载体协同操作并使用被构造成用以检测阻抗元件中的连续性的损失的电路来指示何时发生泄漏。 

本发明还提供以下技术方案： 

1. 一种液体冷却电池组设备，包括：

多个电池；

冷却回路，其包括与冷却入口和冷却出口联接并封闭电池壳体的容纳容器，所述电池壳体封闭所述多个电池并包括排放出口；

排放塞，其设置在所述排放出口内，包括：

       载体，在其中限定出腔体；

       入口，其设置在所述载体的第一表面上，

       出口，其设置在所述载体的第二表面上，所述第一表面和第二表面彼此流体地移位并联接至所述腔体；

       可溶塞，其设置在所述载体的腔体内；

       阻抗元件，其与所述载体协同操作；

电路，其被构造成用以检测所述阻抗元件的连续性的损失并提供指示；

第一引线和第二引线，其用以将所述阻抗元件电联接至所述电路，其中所述可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在所述电池壳体与所述排放出口之间流动。

2. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述阻抗元件是所述可溶塞。 

3. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述阻抗元件是在所述可溶塞的表面上的导电涂层。 

4. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述电路是比较器电路。 

5. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在入口与出口之间流动。 

6. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述可溶塞是具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。 

7. 如技术方案1所述的电池组，进一步包括：止回阀，其包括位于所述腔体内的止档件，以及被构造成用以在所述腔体内偏压所述止档件抵靠所述可溶塞的弹簧。 

8. 如技术方案1所述的电池组，其中，所述阻抗元件设置在所述腔体内。 

9. 如技术方案8所述的电池组，其中，所述多个电池包括锂离子电池。 

10. 一种排出来自汽车液体冷却电池组的液体冷却剂的方法，所述方法包括： 

围绕电池组的电池壳体循环所述液体冷却剂；

在泄漏的情况下用排放塞排出来自电池壳体的液体冷却剂，所述排放塞包括：

       载体，在其中限定出腔体；

       入口，其设置在所述载体的第一表面上，

       出口，其设置在所述载体的第二表面上，所述第一表面和第二表面彼此流体地移位并联接至所述腔体；

       可溶塞，其设置在所述载体的腔体内；和

       阻抗元件，其与所述载体协同操作；以及

使用被构造成用以检测所述阻抗元件的连续性的损失的电路来指示何时发生泄漏。

11. 如技术方案10所述的方法，其中，所述阻抗元件是所述可溶塞。 

12. 如技术方案10所述的方法，其中，所述阻抗元件是在所述可溶塞的表面上的导电涂层。 

13. 如技术方案10所述的方法，其中，所述电路是比较器电路。 

14. 如技术方案10所述的方法，其中，所述可溶塞是具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。 

15. 如技术方案10所述的方法，其中，所述排放塞进一步包括：止回阀，其包括位于所述腔体内的止档件，以及被构造成用以在所述腔体内偏压所述止档件抵靠所述可溶塞的弹簧。 

16. 如技术方案10所述的方法，其中，所述可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在入口与出口之间流动。 

17. 如技术方案10所述的方法，其中，所述阻抗元件设置在所述腔体内。 

结合附图，通过以下详细描述，将更全面地了解由在本文中描述的实施例提供的这些特征和附加特征。 

附图说明

当结合以下附图阅读时，能最佳地了解对本发明的优选实施例的以下详细描述，附图中相似结构用相似附图标记来指示，并且附图中： 

图1是冷却剂激活排放塞的透视图；

图2示出了图1的冷却剂激活排放塞的截面；

图3是冷却剂激活排放塞的一个实施例的截面；

图4A和4B是处于打开和封闭位置的冷却剂激活排放塞的另一实施例的侧视图；

图5A和5B是处于打开和封闭位置的冷却剂激活排放塞的另一实施例的侧视图；

图6A和6B是处于打开和封闭位置的冷却剂激活排放塞的另一实施例的侧视图；

图7绘出了被使用来指示已发生了冷却剂泄漏的电路的部件组；

图8绘出了脱扣电路；

图9A和9B绘出了脱扣电路的另一实施例；并且

图10示出了液体冷却电池组。

具体实施方式

本申请公开了用于在高电压电池组中使用的排放塞的数个实施例，其可以被使用在电动交通工具碰撞或冷却剂容纳故障的情况下，用以避免使冷却剂提供无意的电路径或短路与电池组相关联的电池或电子系统。在发生碰撞或冷却剂容纳故障的情况下，当排放塞与冷却剂发生接触时，在对电池组或相关联电子系统的损坏可能发生之前，排放塞的实施例允许冷却剂从电池组得到排放。与排放塞相关联的电路向机载计算机系统提供排放塞的激活的通知。 

图1是冷却剂激活排放塞10的透视图，示出了用于图2的截面切线，具有第一表面4和第二表面6。现在参考图2，排放塞10具有载体25，其用作支承件并为排放塞10提供结构刚性。载体25具有设置在第一表面4上的入口30和设置在第二表面6上的出口35，其沿着载体25间隔开并联接至腔体20。可溶塞15被设置在腔体20内，并且可以是将在与冷却剂接触时溶解的可溶聚合物或具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。聚乙烯醇(PVA)泡沫芯体是可溶聚合物的一示例。出口35可以被构造成用以将冷却剂排出到大气中或到囊体或其它容纳装置中。 

当冷却剂泄漏发生时，可溶塞15可以首先在入口30处与冷却剂发生接触。可溶塞的溶解速率受控于多个因素，包括：可溶塞的高度、交联密度、湿度和温度。可溶塞15的高度是可溶塞15在腔体20内占据的入口30与出口35之间的距离。可溶塞15的高度可以被调节用以在排放塞10在出口35处被打开并从电池组释放冷却剂之前改变所需的溶解速率。 

更进一步，如以下以更详细的细节所说明的，被使用来检测排放塞10何时处于溶解状态的阻抗元件50与载体25协同操作，并且可以被放置在可溶塞15内的不同高度处。这允许冷却剂的检测发生在溶解过程中的指定点处，并且可以被使用来避免在交通工具的正常操作引起可溶塞15腐蚀比如温度、腐蚀性蒸气等的情况下的错误泄漏检测。可溶塞15的成分可以被调节成匹配它被放置于其中的环境的湿度，用以确保排放塞10不会过早地腐蚀。如整个本申请中使用的，腐蚀是由于溶解之外的其它因素造成的可溶塞15的耗损。 

阻抗元件50被设置在腔体20内。阻抗元件50经由第一引线40和第二引线45电联接至电路(下面描述)。在一些实施例中，可溶塞15可以被用作阻抗元件50。可溶塞15的阻抗可以在第一引线40与第二引线之间被电传感。随着可溶塞15被冷却剂溶解，例如在冷却剂泄漏的情况下，可溶塞15的阻抗将增加，直到它与其初始低电阻状态相比最终将到达可溶塞15完全溶解时的高电阻状态。高电阻状态指示阻抗元件50、可溶塞15或导电涂层的连续性的损失。在一些实施例中，阻抗元件可以是被电联接至第一引线40至第二引线45的导电涂层。导电涂层可以由传导电力的任何材料制成，包括导电聚合物、导电环氧树脂或金属，例如金属涂层可以是银、铜、锌、镍、金或铝。导电涂层可以处于可溶塞15的表面上，或者它可以是嵌入可溶塞15内的导电环。 

图3是具有止回阀80的排放塞10的截面视图。排放塞10具有沿着载体25间隔开并在结构上联接至腔体20的入口30和出口35。阻抗元件50可以用第一引线40和第二引线45连接至电路。可溶塞15可以被设置在腔体20内，并起到双重目的，即发生溶解用以释放来自电池组的冷却剂，并用以将止回阀80限制在封闭位置，如图3中示出的。止回阀80包括止档件70，其被螺旋弹簧75朝向入口30偏压。止回阀80对可溶塞15提供保护以免受来自排放塞10的出口35侧的外部湿气的影响。当可溶塞15溶解时，止回阀80不受限制，并打开至打开位置，从而允许冷却剂从电池组排放。 

图4A和4B绘出了排放塞10的止回阀80的另一实施例。弹簧板76被可溶塞15限制在封闭位置，如图4A示出的。密封件100被设置在弹簧板76下方，用以在弹簧板76与载体25之间提供密封表面103，来防止外部湿气进入排放塞10。随着冷却剂进入入口30并溶解可溶塞15，弹簧板76弹至如图4B中示出的打开位置，从而允许冷却剂穿过出口35退出电池组。弹簧板76可以由提供偏压力的任何材料制成，包括1090弹簧钢。 

图5A和5B绘出了排放塞10的止回阀80的另一实施例。波形弹簧77被压缩在载体25与板105之间，如图5A中示出的，并且被可溶塞15限制在封闭位置。随着冷却剂进入入口30并溶解可溶塞15，波形弹簧77弹至如图5B中示出的打开位置，从而允许冷却剂穿过出口35退出电池组。波形弹簧77可以由提供偏压力的任何材料制成，包括1090 ASM弹簧钢。 

图6A和6B绘出了排放塞10的止回阀的又一实施例。该止回阀是柱塞115。螺旋弹簧75被可溶塞15限制在如图6A中示出的封闭位置。密封件100被设置在柱塞头120下方，用以在柱塞头120与密封件100之间提供密封表面103，来防止外部湿气进入排放塞10。轴110穿过出口35退出排放塞10，并被使用来保持柱塞头120座置在密封件100上并与螺旋弹簧75径向地对齐。径向地对齐意指螺旋弹簧75、密封件100、入口30、出口35和柱塞头120各自具有彼此对齐的中心点。随着冷却剂进入入口30并溶解可溶塞15，螺旋弹簧75弹至如图6B中示出的打开位置，从而允许冷却剂穿过出口35退出电池组。螺旋弹簧75可以由提供偏压力的任何材料制成，包括1090弹簧钢。 

图7是电路200的示意图，所述电路200被使用在以上描述的实施例的一部分中，用以提供电池组中已发生了冷却剂泄漏的指示。在可溶塞可能正溶解的同时，电路200监测阻抗元件50的电阻的变化。当阈值电阻值被越过时，电路200提供已发生了冷却剂泄漏的指示。该指示通知交通工具的计算机控制系统180或驾驶员存在冷却剂泄漏。电路200可以通过第一引线40和第二引线45电连接至排放塞的阻抗元件50。电路200可以具有由多个电连接件155电连接用于提供指示的两个或更多个部件组。第一部件组160可以是检测电路，比如脱扣(fall-away)电路270、电桥测量电路或能检测阻抗变化的任何其它电路。第二部件组165可以是比较器电路，其可以是演算増輻器(op-amp)电路或专用比较器芯片。第二部件组165传感第一部件组160的电路的电阻的变化，并且提供第一部件组160中阈值电阻值已经被越过的指示输出。第三部件组170可以是模拟到数字(A/D)电路，用以输出数字信号来供计算机控制系统使用。电压源150由多个电连接件155连接至电路200用以为电路200提供电力，并且可以被电连接至两个或更多个部件组中的任一个。电压源150在图7中被示出为电连接至第一部件组160。电路200可以是专用印刷电路，与计算机控制系统集成的更大电路板的一部分，是专用集成电路(ASIC)，或具有被印刷和或紧固在图2的可溶塞15和/或载体25上的电部件。 

图8是用以测量可溶塞15的阻抗以及可溶塞溶解时的阻抗变化的脱扣电路270的示意性。可溶塞的阻抗由脱扣电阻器260表示。高精度差动演算増輻器275和多个演算増輻器电阻器210限定出高精度差动演算増輻器电路，其被使用来在阻抗的飞母托(Femto)范围中测量脱扣电阻器260的阻抗。高精度差动演算増輻器电路的敏锐的敏感度可以允许脱扣电路270在可溶塞完全溶解和排放冷却剂之前指示可溶塞开始溶解。与接地源235联合的电压源225为双应变计电路255提供电力。高速脉冲开关240同步演算増輻器222至A/D电路230的输出，用于至计算机控制系统180的输出。多个演算増輻器电阻器210帮助调节演算増輻器电流，并且还可以在电阻值上相等。 

图9A和9B是使用如图2中示出的阻抗元件50的脱扣电路270的另一实施例的示意图。与接地源235联合的电压源225提供为拔出电路280提供电力所需的电压差。高速脉冲开关240同步演算増輻器222至A/D电路230的输出，用于至计算机控制系统180的输出。如在图2中所描述的，阻抗元件50可以是可溶塞的表面上的导电涂层或可溶塞内的导电环。随着可溶塞溶解，阻抗元件50裂开，并且可以在脱扣电路270中形成开路。演算増輻器222和多个演算増輻器电阻器限定出比较器电路290，其检测开路并提供波信号至A/D电路230，指示阻抗元件50已破裂因此可溶塞已溶解。多个电阻器215可以具有相等的电阻，来保持脱扣电路270平衡。比较器电路290可以被放置越过多个电阻器215中的任一个，如图9A和图9B中示出的。 

脱扣电路270还可以用短路而不是阻抗元件50的开路来指示可溶塞已溶解。参考图3，第一引线40和第二引线45可以简单终止于腔体20中，并且如图9A和9B中示出的阻抗元件50将是开路。止档件70可以由不锈钢制成。当可溶塞15溶解时，止档件70将被朝向入口30推动，并电连接第一引线40至第二引线45，从而形成短路。比较器电路290将检测到短路，并提供波信号至A/D电路230，从而指示第一引线40和第二引线45被电连接，因此可溶塞已溶解。 

应该明白的是：第一部件组160可以被设置在腔体20内或被联接至载体25。补偿应变计(dummy gauge)250、多个电阻器215和/或可变电阻器217可以被涂印在电路板、可溶塞15上、或在载体25的内部处于腔体20内。更进一步，补偿应变计250、多个电阻器205和/或可变电阻器217可以被联接至载体25的外部。 

图10示出了位于液体冷却电池组310的电池壳体305内的多个电池300。液体冷却剂(冷却剂)流动穿过围绕电池壳体305的冷却回路“C”，用以冷却和维持液体冷却电池组310的温度。冷却回路“C”包括容纳容器303，其与冷却入口301和冷却出口302联接，并封闭电池壳体305。排放出口325可以沿着电池壳体305位于任何地方，并且可以不排放回到冷却回路“C”中。排放塞10可以被设置在排放出口325内，并在泄漏的情况下排放来自电池壳体305的液体冷却剂。当冷却剂穿透电池壳体时，排放塞10中来自图2的可溶塞15可以在与冷却剂以流体方式偶合时开始部分地溶解，并允许冷却剂的一部分在电池壳体305与排放出口325之间流动。在一些实施例中，多个电池可以是锂离子电池。 

应指出的是：如“优选”、“一般”和“通常”之类的术语在本文中不是被采用来限制所要求发明的范围，或暗示某些特征对所要求发明的结构或功能来说是关键的、必要的或者甚至是重要的。相反，这些术语仅仅旨在强调替代的或附加的特征，其可以也可以不被采用在本发明的特定实施例中。同样，为了描述和限定本发明的目的，应指出的是：术语“装置”在本文中被采用来表示部件的组合和个体部件，而不管这些部件是否与其它部件组合。例如，根据本发明的“装置”可以包括电化学转换组件或燃料电池，以及包含根据本发明的电化学转换组件的更大结构(比如交通工具)。而且，术语“基本上(大致)”在本文中被采用来表示固有程度的不确定性，其可以归因于任何定量比较、值、测量或其它表示。这样，它可以表示一定程度，定量表示可以不同于所陈述的基准达该程度，而不会导致所涉及主题的基本功能的变化。 

虽然已通过参考本发明的具体实施例详细地描述了本发明，但是应该理解的是：在不背离在所附权利要求书中限定出的本发明的范围的情况下，变型和变更是可能的。更具体地，尽管本发明的一些方面在本文中被识别为优选的或特别有利的，但是可以想到的是本发明并不一定局限于本发明的这些优选方面。 

Claims (10)

1. 一种液体冷却电池组设备，包括：

多个电池；

冷却回路，其包括与冷却入口和冷却出口联接并封闭电池壳体的容纳容器，所述电池壳体封闭所述多个电池并包括排放出口；

排放塞，其设置在所述排放出口内，包括：

       载体，在其中限定出腔体；

       入口，其设置在所述载体的第一表面上，

       出口，其设置在所述载体的第二表面上，所述第一表面和第二表面彼此流体地移位并联接至所述腔体；

       可溶塞，其设置在所述载体的腔体内；

       阻抗元件，其与所述载体协同操作；

电路，其被构造成用以检测所述阻抗元件的连续性的损失并提供指示；

第一引线和第二引线，其用以将所述阻抗元件电联接至所述电路，其中所述可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在所述电池壳体与所述排放出口之间流动。

2. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述阻抗元件是所述可溶塞。

3. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述阻抗元件是在所述可溶塞的表面上的导电涂层。

4. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述电路是比较器电路。

5. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述可溶塞被构造成用以在与冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许冷却剂的一部分在入口与出口之间流动。

6. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述可溶塞是具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。

7. 如权利要求1所述的电池组，进一步包括：止回阀，其包括位于所述腔体内的止档件，以及被构造成用以在所述腔体内偏压所述止档件抵靠所述可溶塞的弹簧。

8. 如权利要求1所述的电池组，其中，所述阻抗元件设置在所述腔体内。

9. 如权利要求8所述的电池组，其中，所述多个电池包括锂离子电池。

10. 一种排出来自汽车液体冷却电池组的液体冷却剂的方法，所述方法包括：

围绕电池组的电池壳体循环所述液体冷却剂；

在泄漏的情况下用排放塞排出来自电池壳体的液体冷却剂，所述排放塞包括：

       载体，在其中限定出腔体；

       入口，其设置在所述载体的第一表面上，

       出口，其设置在所述载体的第二表面上，所述第一表面和第二表面彼此流体地移位并联接至所述腔体；

       可溶塞，其设置在所述载体的腔体内；和

       阻抗元件，其与所述载体协同操作；以及

使用被构造成用以检测所述阻抗元件的连续性的损失的电路来指示何时发生泄漏。