CN103915662B - 用于高电压电池组的偏折敏感冷却剂激活排放塞检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于高电压电池组的偏折敏感冷却剂激活排放塞检测系统。电池组具有排放塞和电路，用以检测液体冷却剂何时进入了电池组。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。应变计与所述载体协同操作，使得在应变计中测量到的电阻变化对应于与液体冷却剂接触的可溶塞。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。

Description

用于高电压电池组的偏折敏感冷却剂激活排放塞检测系统
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，用于排放塞的设备可以包括：载体，其被构造成用以向排放塞提供结构刚性，载体在其中限定出腔体；设置在所述载体的第一表面上的入口；设置在所述载体的第二表面上的出口，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，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；和应变计，其设置在载体的腔体内，使得在应变计中的电阻变化对应于正溶解的可溶塞。
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。排放塞设置在排放出口内，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且联接至所述腔体；和设置在载体的腔体内的可溶塞。应变计可以设置在载体的腔体内，并且电路可以被构造成用以测量应变计中的电阻变化，并在输出等于阈值电阻值时提供指示。第一引线和第二引线将应变计电联接至所述电路，并且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，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，其带有应变计，所述应变计设置在载体的腔体内并使用被构造成用以检测应变计中的电阻变化的电路来指示何时发生泄漏。
本发明还提供以下技术方案：
1.一种排放塞设备，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，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；和
应变计，其与所述载体协同操作，使得在应变计中测量到的电阻变化对应于正溶解的可溶塞。
2.如技术方案1所述的排放塞，其中，所述应变计包括薄导体。
3.如技术方案1所述的排放塞，其中，所述应变计在张紧状态下放置在腔体内。
4.如技术方案1所述的排放塞，进一步包括：
电路，其被构造成用以测量应变计中的电阻变化，并在输出等于阈值电阻值时提供指示，所述电路包括：
比较器电路和电桥测量电路，所述电桥测量电路包括：
多个电阻器；和
可变电阻器，所述多个电阻器和应变计被电联接在一起；和
第一引线和第二引线，所述第一引线和第二引线将所述应变计电联接至所述电路。
5.如技术方案4所述的排放塞，其中，所述可变电阻器是补偿应变计。
6.如技术方案5所述的排放塞，其中，所述补偿应变计在松弛状态下联接至所述载体。
7.如技术方案4所述的排放塞，其中，所述多个电阻器设置在所述腔体内。
8.如技术方案4所述的排放塞，其中，所述多个电阻器联接至所述载体。
9.如技术方案4所述的排放塞，其中，所述比较器电路是高精度差动演算増輻器电路。
10.如技术方案1所述的排放塞，其中，所述可溶塞是具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。
11.如技术方案1所述的排放塞，其中，所述应变计设置在所述腔体内。
12.如技术方案1所述的排放塞，其中，所述应变计与所述可溶塞联接。
13.一种检测向汽车液体冷却电池组中的液体冷却剂泄漏的方法，所述汽车液体冷却电池组包括位于带有排放出口的电池壳体内的多个电池，使得电池组的温度通过围绕电池壳体循环所述液体冷却剂而得到控制，所述方法包括：
在所述排放出口中设置排放塞，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，其中所述可溶塞被构造成用以在与液体冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许液体冷却剂的一部分在电池壳体与排放出口之间流动；和
应变计，其与所述载体协同操作；以及
使用被构造成用以测量应变计中的电阻变化的电路，来指示所述可溶塞从与液体冷却剂接触而何时开始溶解。
14.如技术方案13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13所述的方法，其中，所述应变计设置在所述腔体内。
16.如技术方案13所述的方法，其中，所述应变计与所述可溶塞联接。
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3A和3B示出了可放置在排放塞的腔体内的应变计；
图4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5是基于单应变计的电路的电气示意图；
图6是基于双应变计的电路的电气示意图，其具有补偿应变计来补偿可溶塞的温度变化；并且
图7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基于液体的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。现在参考图2，排放塞10具有载体25，其作为用于排放塞10的支承和结构刚性发挥作用。载体25具有位于第一表面3上的入口30和位于第二表面6上的出口35，入口30和出口35沿着载体25间隔开并在结构上连接至腔体15。可溶塞20被设置在腔体15内，并且它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20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20的高度是可溶塞20在腔体15内占据的入口30与出口35之间的距离。可溶塞20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。
图3A和3B示出了可放置在排放塞10的腔体15内的应变计140。图3A绘出了应变计140的非限制性实施例。应变计140是电气装置，其中应变计140的电阻(resistance)响应于应变计处于其下的变形或张力的量而发生变化。应变计140可以被使用来检测排放塞10何时处于正溶解的状态，并且它可以被放置在可溶塞20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，或者监测可溶塞20的溶解速率，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20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20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20的耗损。
参考图3B，应变计140可以沿在可溶塞20溶解时检测可溶塞20的变形所需的任何取向与载体25协同操作。图3B中的图示并不局限于竖直取向，而可以是用以检测可溶塞20何时正在变形或溶解所需的水平或任何X-Y-Z取向。应变计140可以由非常薄的导体制成，例如薄箔，其中电阻将随材料的几何结构变化，导体可以是直径为大约0.0254mm(1/1000英寸)的圈导线，或沉积在不导电柔性基材上的金属膜的薄条。不导电柔性基材可以是聚合物、纤维素产品或类似基材。
在一些实施例中，应变计140设置在腔体25内。在另一实施例中，应变计140在张紧状态下联接至可溶塞20。当应变计140在张紧状态下处于张紧时，应变计140的张紧电阻值为已知。随着可溶塞20在它与冷却剂处于流体接触时发生溶解，应变计140的张力被释放，并且应变计返回至松弛状态。当应变计140处于松弛状态时，应变计140的松弛电阻值为已知。如以下在图4中示出的电路200电气地传感应变计140的电阻在它从张紧电阻值变化至松弛电阻值时的变化。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。
在一些实施例中，应变计140在松弛状态下设置在腔体25内。在另一实施例中，应变计140在松弛状态下联接至可溶塞20。溶解可溶塞20的过程可以在应变计140上引起张力，从而使阈值电阻值被到达，并且泄漏被指示。张力可以例如由载体25的结构刚性的损失引起，或者由被放置在应变计140的端部的重物引起，所述重物随着它从溶解中的可溶塞20被释放时作用于重物上的重力拉力而引起张力。
图4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监测应变计140的电阻在其发生变化时的变化。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电连接至排放塞的应变计140。在一些实施例中，电路200可以是将应变计140连接至计算机控制系统180的一组简单的引线(第一引线40和第二引线45)，并且计算机控制系统180电气地传感应变计140的电阻的变化并确定图2的可溶塞20何时正在溶解。
在另一实施例中，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可以是比如电桥测量电路等检测电路，例如惠斯通电桥电路或者全电桥、半电桥或四分之一电桥电路。电桥测量电路提供电荷平衡电路，其能够检测应变计140的物理张力的小变化。例如，在可溶塞20中发生物理变形的情况下，电压的平衡在电桥测量电路内发生偏移，从而引起在电桥测量电路的输出处的能被检测到的电气变化。因此，电桥测量电路将应变计140的电阻的变化转换成将被传感的电压。应变计140的变化还几乎线性地相关于电桥测量电路的电压输出的变化。在应变计140的设计中，输出对可溶塞20内的任何物理间隙不敏感，而是只对由可溶塞20保持就位的应变计140的张力或应变的变化敏感。因此，可溶塞20可以被完全浸没在导电流体比如冷却剂中，并对电桥测量电路的输出的改变坚固耐用。
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的电路的平衡的变化，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8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20和/或载体25上的电部件。
图5绘出了用于图7B中排放塞的单应变计电路205。与接地源235联合的电压源225提供电压偏压来为单应变计电路205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。与应变计140联合的多个电阻器215和可变电阻器217限定出作为惠斯通电桥电路的单应变计电路205。多个电阻器215具有相等的电阻值。多个演算増輻器电阻器210帮助调节演算増輻器电流，并且也在电阻值上相等，来为被调整用于特定输入系统的量度提供具体指定的平衡量级。演算増輻器222和多个演算増輻器电阻器210限定出比较器电路290，其被使用来测量越过单应变计电路205的平衡的变化。
一旦可溶塞20与冷却剂发生接触后，在张力下的应变计140的箔元件的变化，电阻的作为结果发生的增加可以被电路200传感到。与多个电阻器215和可变电阻器217的已知电阻值一起，应变计140的电阻的变化引起电桥电路中的电气不平衡，其进而在演算増輻器222的输入处产生应变电压值的变化。可变电阻器217可以被印刷到可溶塞上，或者它可以是作为电路板的一部分的分离电阻器。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。演算増輻器222将输出波信号，其随着应变计变化至松弛状态而在振幅上增加或减小。波信号将由A/D电路230转换成数字信号，并被发送至计算机控制系统180。图5中示出的第一部件组160可以是四分之一电桥电路。
图6绘出了作为惠斯通电桥电路的双应变计电路255。双应变计电路255具有应变计140和补偿应变计(dummygauge)250。补偿应变计250可以被使用来补偿可溶塞的温度变化，并且可放置在腔体内或联接至载体。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。与应变计140和补偿应变计250联合的多个电阻器215限定出双应变计电路255。多个电阻器215具有相等的电阻值。多个演算増輻器电阻器210帮助调节演算増輻器电流，并且也可以在电阻值上相等，来为被调整用于特定输入系统的量度提供具体指定的平衡量级。演算増輻器222和多个演算増輻器电阻器210限定出比较器电路290，其被使用来测量越过双应变计电路255的平衡的变化。图4中示出的第一部件组160可以是半电桥电路。
补偿应变计250协助双应变计电路255来补偿温度变化。在应变计140处于张紧状态时，补偿应变计250处于松弛状态。在一些实施例中，补偿应变计250在可溶塞上或在载体上被印刷在应变计140附近。补偿应变计250在松弛状态的电阻可以等于应变计140在松弛状态的电阻。随着可溶塞的温度发生变化，补偿应变计250和应变计140两者的电阻增加或减小达相同量。这允许双应变计电路255保持平衡，并不随温度变化而改变至演算増輻器222的电压。
应该明白的是：第一部件组160可以被设置在腔体1515内或被联接至载体25。补偿应变计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20上、或在载体25的内部处于腔体15内。更进一步，补偿应变计250、多个电阻器215和/或可变电阻器217可以被联接至载体25的外部。
图7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。
相关申请的交叉引用
本申请在这里与____________提交的题为“CoolantActivatedRechargeableEnergyStorageSystemDrainPlug”的美国申请No.__________相关，代理人卷号为P020268-FCA-CHE。

Claims (16)

1.一种检测向汽车液体冷却电池组中的液体冷却剂泄漏的排放塞设备，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，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；和
应变计，其与所述载体协同操作，使得在应变计中测量到的电阻变化对应于正溶解的可溶塞，应变计被放置在可溶塞内的不同高度处，以允许冷却剂的检测发生在溶解过程中的指定点处，并且避免在汽车正常操作引起可溶塞腐蚀的情况下的错误泄漏检测。
2.如权利要求1所述的排放塞设备，其中，所述应变计包括薄导体。
3.如权利要求1所述的排放塞设备，其中，所述应变计在张紧状态下放置在腔体内。
4.如权利要求1所述的排放塞设备，进一步包括：
电路，其被构造成用以测量应变计中的电阻变化，并在输出等于阈值电阻值时提供指示，所述电路包括：
比较器电路和电桥测量电路，所述电桥测量电路包括：
多个电阻器；和
可变电阻器，所述多个电阻器和应变计被电联接在一起；和
第一引线和第二引线，所述第一引线和第二引线将所述应变计电联接至所述电路。
5.如权利要求4所述的排放塞设备，其中，所述可变电阻器是补偿应变计。
6.如权利要求5所述的排放塞设备，其中，所述补偿应变计在松弛状态下联接至所述载体。
7.如权利要求4所述的排放塞设备，其中，所述多个电阻器设置在所述腔体内。
8.如权利要求4所述的排放塞设备，其中，所述多个电阻器联接至所述载体。
9.如权利要求4所述的排放塞设备，其中，所述比较器电路是高精度差动演算増輻器电路。
10.如权利要求1所述的排放塞设备，其中，所述可溶塞是具有可溶聚合物涂层的不可溶芯体。
11.如权利要求1所述的排放塞设备，其中，所述应变计设置在所述腔体内。
12.如权利要求1所述的排放塞设备，其中，所述应变计与所述可溶塞联接。
13.一种检测向汽车液体冷却电池组中的液体冷却剂泄漏的方法，所述汽车液体冷却电池组包括位于带有排放出口的电池壳体内的多个电池，使得电池组的温度通过围绕电池壳体循环所述液体冷却剂而得到控制，所述方法包括：
在所述排放出口中设置排放塞，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，其中所述可溶塞被构造成用以在与液体冷却剂以流体方式偶合时至少部分地溶解，从而允许液体冷却剂的一部分在电池壳体与排放出口之间流动；和
应变计，其与所述载体协同操作；以及
使用被构造成用以测量应变计中的电阻变化的电路，来指示所述可溶塞从与液体冷却剂接触而何时开始溶解，应变计被放置在可溶塞内的不同高度处，以允许冷却剂的检测发生在溶解过程中的指定点处，并且避免在汽车正常操作引起可溶塞腐蚀的情况下的错误泄漏检测。
14.如权利要求13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.如权利要求13所述的方法，其中，所述应变计设置在所述腔体内。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述应变计与所述可溶塞联接。
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