CN105870371A - 用于电池保护的可充气结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电池保护的可充气结构，尤其是涉及布置在交通工具(100)中的储能模块(300、400)，所述储能模块包括布置在壳体(302)中的储能电池元(202)，布置在所述壳体和所述储能电池元之间且至少部分覆盖所述储能电池元的表面部分(212)的可充气元件(206、407、506a‑d，706)；以及与布置为确定交通工具发生事故时碰撞严重程度的检测单元进行通信的充气单元(208、408)，其中所述充气单元布置为当碰撞严重程度超过预定阈值时为所述可充气元件进行充气。

Description

用于电池保护的可充气结构
技术领域
本发明涉及一种布置在交通工具中的储能模块以及一种用于保护所述储能模块中的储能电池元的方法。
背景技术
电动汽车和混合动力汽车最近在世界各地的道路上更加常见。它们具有一个共同点，即其全部需要大型的和大功率的可充电能量存储，也被称为电池(battery，也称为蓄电池)。在大多数这种电池中，若干个电池元(battery cells)被堆垛在一起形成足以为所述车辆提供能量以便行驶如几十公里的大功率电池。在大多数情况下，所述电池元用通用框架或外壳机械地固定在一起以便形成可方便地安装在所述车辆中的独立单元。此外，为驱动电动或混合能量车辆提供足够能量的电池的尺寸相当大，从而所述电池元往往紧密封装以便减少所述电池的尺寸。
特别是对所述车辆上的乘客而言，所述电池的大功率构成了高风险，此外也关系到所述车辆自身。例如，如果发生事故导致对所述电池的冲击，可能会发生短路导致火灾。因此，某种类型的防护系统可能是有用的。
US 20110250477公开了一种带有布置在所述模块外侧用于吸收冲击的气囊系统的电池模块。但是对所述模块中的电池元的保护很有限，并且冲击力可能未被有效地分布以避免损坏电池元。
因此，需要改进布置在电动或混合动力车辆的电池模块中电池元的保护。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的一个总的目的是提供一种储能模块，其能在碰撞情况下为储能电池元提供改进的保护。
根据本发明的第一方面，因此提供了一种布置在交通工具中的储能模块，所述储能模块包括：布置在壳体内的储能电池元；布置在所述壳体和所述储能电池元之间的至少部分覆盖所述储能电池元的表面部分的可充气元件；以及与布置用于确定机动车发生事故时的碰撞严重程度的检测单元进行通信的充气单元，其中，所述充气单元布置为当碰撞严重程度超过预定阈值时为所述可充气元件充气。
所述可充气元件配置为其可被充填空气或气体，从而根据所充填的空气或气体，所述可充气元件的形状可不同。因此，所述可充气元件可以是柔性的。
检测单元可测量信号并根据所述信号确定碰撞严重程度。可替代地，所述车辆的安全约束系统(SRS)的信号可用于确定碰撞严重程度，因此所述检测单元可以是SRS的一部分。
充气单元布置用于为所述可充气元件提供空气或气体，并用空气或气体对所述可充气元件充气。当碰撞严重程度超过预定阈值时，充气单元几乎立即开始为可充气元件充气。立即是指当接收到来自于所述检测单元的信号之后小于1s、小于500ms、小于250ms、小于100ms、小于50ms、或甚至小于10ms之内(所述列表是非穷举的)。
本发明基于这样的认识，即，在使用储能电池元的车辆发生碰撞情况下，可通过在所述储能电池元附近布置可充气元件提供保护，至少可部分避免对储能电池元的损坏。通过在储能电池元和容纳储能电池元(和可充气元件)的壳体之间放置可充气元件，在发生例如碰撞的情况下，可充气元件可将冲击载荷有效地分布至储能电池元的较大表面积上。
根据本发明的一个实施例，所述可充气元件可以是板状。板状可视为当其被充气时，可充气元件具有小于可充气元件高度和宽度中至少一个的厚度。优选地，可充气元件的厚度(当充气时)基本小于可充气元件的高度和宽度中至少一个。例如，厚度小于可充气元件高度和/或宽度尺寸的一半，或小于可充气元件高度和/或宽度尺寸的30％，或20％，或15％，或10％(所述列表非穷举)。
根据本发明的一个实施例，所述可充气元件可为梳子形或栅栏形或网格形。因此可充气元件可具有除板状外的不同形状。此外，可充气元件可包括通孔。利用特定形状，碰撞发生时的载荷分布可根据带有储能模块的车辆的，例如，用途和地点定制。
根据本发明的一个实施例，所述可充气元件布置成覆盖储能电池元的整个表面部分。
所述可充气元件可由，例如，金属板或塑料或织物制成。例如，金属复合物可包括铝、钢或不锈钢。塑料可包括如，聚氨酯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯等等。织物可包括纺织织物和/或无纺布材料。
在一些实施例中，所述储能模块可包括检测单元。例如，所述检测单元可布置在所述储能模块的壳体的一侧。
在本发明的一个实施例中，所述可充气元件可布置成与壳体和与储能电池元接触，以便在充气状态中，可充气元件基本上沿至少一个方向填充从储能电池元至壳体的空间。也就是说，例如在储能电池元的堆叠的层叠方向上，或在垂直于所述层叠方向的方向上几乎充满在所述储能电池元和所述壳体之间的空间。
在本发明的一个实施例中，所述储能模块可包括布置在所述壳体内的多个堆叠的储能电池元，其中可充气元件可被布置覆盖所述多个储能电池元中的不止一个的至少一个表面部分。换句话说，储能电池元可布置成延伸以至少部分覆盖不止一个储能电池元的表面部分。这样，可充气元件可保护不止一个储能电池元。例如，可充气单元可折成L形以便多个储能电池元的堆叠的不止一侧被至少部分覆盖。
在本发明的又一个实施例中，储能模块可包括多个堆叠的储能电池元，其中可充气元件是第一充气元件，所述模块可进一步包括第二充气元件，第二可充气单元布置成在所述堆叠的储能电池元的与所述第一可充气元件被布置的一侧不同的一侧上至少部分覆盖所述多个堆叠的储能电池元的第二个的表面部分，其中可充气单元布置成如果碰撞严重程度超过预定阈值则为第一可充气元件和第二可充气元件充气。因此，当碰撞严重程度超过预定阈值，可以有不止一个进行充气的可充气元件。第二可充气单元可布置用于保护(重叠)与所述第一可充气单元所保护的储能电池元不同的储能电池元。这样，可保护不止一个储能电池元。
根据本发明的一个实施例，所述储能模块可包括彼此相邻的第一储能电池元堆叠和第二储能电池元堆叠，其中可充气元件延伸以至少部分覆盖所述第一和第二储能电池元堆叠每一个的储能电池元的表面部分。
所述储能电池元可以是锂离子电池元。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于保护布置于车辆中的储能模块的储能电池元的方法，所述储能模块包括布置在壳体内的储能电池元，所述方法包括以下步骤：确定车辆发生事故的碰撞严重程度；当所述碰撞严重程度超过预定阈值，为布置在所述壳体和所述储能电池元之间的可充气元件充气。
根据本发明的一个实施例，所述方法可进一步包括：将所述可充气元件在充气状态下保持一段时间。所述一段时间优选地至少和所述碰撞事件的持续时间一样长，例如，所述一段时间也可以是(所述列表为非穷举的)至少1分钟，至少10s，至少1s，至少500ms，至少250ms，至少100ms，或至少100ms等。但是，所述一段时间可同时小于10分钟左右，小于约5分钟，或小于约1分钟。
根据本发明的一个实施例，所述方法可进一步包括：确定事故的撞击方向，根据所述撞击方向调节预定阈值。因此，所述检测单元可确定撞击发生的方向。如果所述检测单元为例如加速度计，可达到这一效果。
本发明的第二方面的效果和特征很大程度上与上述和本发明的第一方面有关的那些类似。
当研究附加权利要求和以下描述时，本发明进一步的特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员会认识到本发明的不同特征可进行组合创建除下面所描述的那些内容以外的实施例。
附图说明
参照示出了当前本发明的优选实施例的附图，更详细地描述本发明的这些和另外的方面，其中：
图1a示意性示出了储能模块的一个示例性实施例的示例应用；
图1b图示了一个示例性储能电池元；
图2a示出了根据本发明一个实施例的示例性储能模块；
图2b-d示出了带有可充气元件和充气单元的储能电池元的堆叠的示例结构布置；
图3示出了根据本发明的一个实施例的示例性储能模块；
图4示出了根据本发明的一个实施例的示例性储能模块；
图5a-d示出了示例性可充气元件；
图6提供了根据本发明的一个实施例的方法步骤的流程图；
图7a-b图示了可充气元件(图7a)以及所述可充气元件的横截面(图7b)。
具体实施方式
在以下描述中，本发明主要参照布置在以汽车形式存在的电动交通工具中的储能模块进行描述。然而，本发明可用于任何类型的电动交通工具，如卡车、叉车、轮船等。
图1a图示了一种电动交通工具，例如车辆100，其包括储能模块300。所述储能模块300配置用于为操纵所述电动车辆100提供能量。因此，所述储能模块300可布置用于为给所述电动车辆100提供推进力的电动机提供能量。所述电动车辆100被描述成电动轿车，然而其他任意交通工具，比如，卡车，也适用。这种电动交通工具的储能模块300可以是根据本发明的示例性实施例的储能模块300。进一步具有布置用于确定所述车辆100中发生事故时碰撞严重程度的检测单元214。
图1b图示了储能电池元202(203、204)的示例。所述储能电池元202是扁平的，具有在平面104上的主延伸。储能电池元具有表面部分212和围绕所述扁平储能电池元202周边的边缘部分102。所述储能电池元可因此包括通过边缘部分102互连的两个相对的表面部分212、212’。
图2a描述了根据本发明一个示例性实施例的储能模块300。所述储能模块包括布置在壳体302内的储能电池元202。因此，壳体302容纳储能电池元202。在这一示例性实施例中，壳体302容纳平行布置的若干个储能电池元202、203、204(因此各自的平面104基本彼此平行)，以及可选的还有冷却板210。还可能会存在未示出的其他零件，其可为所述储能模块的一部分，例如，互连储能电池元和冷却板的零件，如塑料框、泡沫、钢/塑料端板等。因此，所述充气元件可被布置在壳体和这些其他零件之间。例如，可具有布置在储能电池元202-204的堆叠的末端处的端板306、307。在图2a中，储能电池元202、203、204以及冷却板210沿堆叠方向219堆叠在一起，储能电池元202、203、204可以是锂离子电池元。此外，具有布置在壳体302和储能电池元202之间的可充气元件206。在图2b中更清楚表示了储能电池元202、203、204、冷却板210以及可充气元件206的分解视图，可充气元件206至少部分覆盖储能电池元202的表面部分212。这种结构200(以及参照图2c-d的相似描述)可布置在壳体302内形成储能模块。可充气元件206也可覆盖储能电池元202的整个表面部分212。进一步具有布置适于为可充气元件206充气的充气单元208(因此，气体或空气发生器)。充气单元208可连接至或包含其自身的气体或压缩空气供应器。所述气体或压缩空气供应器可布置在壳体302的内部或外部，通过例如管子(未示出)连接至所述充气单元。充气单元208可与检测单元214进行连通，检测单元214布置用于在采用储能模块300的车辆100发生碰撞的情况下确定碰撞严重程度。如果所确定的碰撞严重程度超过预定阈值，则充气单元208为可充气元件206充气。尽管充气单元208在此处描述为位于壳体302内部，但充气单元208也可布置在壳体302外部。例如，检测单元214可包括安装在所述车辆上或可替代地安装在壳体302上的加速度计。检测单元214可进一步包括或至少可与确定碰撞事故发生时碰撞严重程度的处理器进行连通。检测单元214可以是独立的检测单元，或可替代地是车辆安全约束系统的一部分。换句话说，来自于安全约束系统的信号可用于确定碰撞严重程度。可替代地，碰撞严重程度可由安全约束系统确定。充气单元208可将可充气元件206维持在充气状态一段时间。此外，储能模块300可有利地布置在车辆100中。
可充气元件206可以是板状的，如图2a-c中所示。板状意味着可充气元件206的厚度700(700’)(见图7a-b)基本小于可充气元件206(见图7a-b)的宽度702(702’)或高度704(704’)中至少一个。并且，可充气元件206可由金属片材(如，包括铝、钢或不锈钢)、塑料(如，聚氨酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙稀酸甲酯、聚氨乙稀、尼龙、聚碳酸酯)，或织物(例如，纺织物或无纺布)。
可充气元件206还可以延伸至模块300的不止一侧。例如，可充气元件206可布置为当发生事故时保护储能电池元202、203、204中的不止一个。因此，可充气元件206可在储能电池元202、203、204的堆叠的两个或更多侧上延伸。例如，如图2d中所述，可充气元件206可布置成在储能电池元202、203、204的堆叠的侧218上和侧220上延伸，并因此折叠达到侧218和侧220二者。此外，可充气元件可布置在图2c中所述的侧220上。在图2a-b中，可充气元件206在所述储能电池元的堆叠方向上被堆叠起来，因此可充气元件206被布置成与储能电池元202、203、204平行且面向储能电池元202的表面部分212。在图2c中，可充气元件206被布置成与储能电池元202、203、204的堆叠方向219平行，基本上垂直于储能电池元202、203、204的平面104(如图1b中所示)。换句话说，在图2c中可充气元件206被布置成至少部分覆盖各个储能电池元202、203、204的各自的边缘部分102。
在一些示例实施例中，除了第一可充气元件206以外，还具有附加的可充气元件206’。如图2b中所示，第二可充气元件206’被布置成在侧218’上至少部分地覆盖储能电池元204的表面部分，所述侧218’不同于所述堆叠202、203、204的布置第一可充气元件206的所述侧218。在这种情况下，第二可充气元件206’布置在储能电池元202、203、204的堆叠的与第一可充气元件206的所述端侧218相比相反的端侧218’上。充气单元208布置为在碰撞严重程度超过预定阈值的情况下为第一可充气元件206和第二可充气元件206’充气。可替代地，第二可充气元件206’具有对应的第二充气单元。例如，如图2c中所示，第二可充气元件206’具有对应的充气单元208’。
图3示出了根据本发明的一个实施例的示例性储能模块400。图3中，与参照如图2a-d中所描述的类似，至少具有储能电池元202、203、204的第一堆叠406和第二堆叠405。在如图3中所示的这个实施例中，可充气元件407延伸以至少部分覆盖储能电池元的第一堆叠406和第二堆叠405每一个的储能电池元204的表面部分212。可充气元件407也可以延伸以与图3中所描述的储能电池元的若干个堆叠401-406的储能电池元重叠。在图3中，为了容易理解所述附图，省略了壳体。所述壳体可容纳储能电池元的堆叠401-406、可充气元件407以及充气单元408。储能电池元的每个堆叠401-406可相对于可充气元件407以与图3中所示不同的方式定向。例如，如图4中所示，每个堆叠401-406可被布置成旋转90度，以便可充气元件407被布置成与储能电池元202、203、204的堆叠方向219平行，与每个堆401-406的储能电池元202、203、204的平面104基本垂直。因此，可充气元件被布置在堆叠401-406的储能电池元202-204的边缘部分104侧。并且，其他零件，比如，端板306、307可在所述堆叠的末端与储能电池元202-204堆叠在一起。结合图2a-d描述的所述堆叠也是可能的。
所述可充气元件可做成与图2a-c和图3中所示的板状不同的形状。例如，如图5a-d中所示。例如，所述可充气元件的形状可以是梳子形(如图5a-b中所示的可充气元件506a)，或所述可充气元件可包括通孔509(如图5c中所示的可充气元件506c)，或所述可充气元件可包括条形部分510、510’(如图5d中所示的形成栅栏形状的可充气元件506d)。梳状可充气元件506a包括与基部508相连的细长部分507(未全部标出附图标记)。基部508自身可充气或其可用于互连细长部分507。例如，基部508可与细长部分507流体连通以便空气或气体可经过基部508为所述细长部分进行充气。可替代地，当基部508未与细长部分507流体连通时，可充气元件506b的细长部分507可独立于基部508进行充气，从而细长部分507可直接由充气单元(例如，充气单元208)进行充气。在可充气元件506b的充气示例中，如图5b中所示，是具有不可充气的基部508的可充气元件506b处于非充气状态(横截面I)和处于充气状态(横截面II)。如图5b中横截面(B-B’，I，II，分别)所示，基部508在该情况下不被充气。所述可充气元件(如图5a-d中所示的506a-d)的不同形状在不同负载下可提供不同刚度。因此，针对特定的保护性能或应用应选择合适的形状。
图7a描述了充气之前的可充气元件706(左)和充气后的可充气元件706(右)，图7b描述了在非充气状态下和在充气状态下所述可充气元件的横截面(包括保持空气或气体的中空内部空间)。可充气元件706相对扁平，因此是板状的。在可充气元件706充气之后，可充气元件706的横截面积增加，例如，宽度700增加为700’。此外，为可充气元件706充气的空气或气体不从可充气元件706中漏出，因此，可充气元件706在充气之后是密封的。密封意味着已充气元件可以在充气状态下维持一段时间。这能通过在充气之后不给可充气元件706开孔排气而实现，从而充气单元208、408维持可充气元件中的压缩气体或空气的压力。这也可用于可充气元件206、206’、407。当所述可充气元件处于已充气状态时(如图7a中右侧的已充气元件)，所述可充气元件的刚度增加。所述一段时间应在碰撞事件期间延伸以便在整个碰撞事件中保护储能电池元，例如，至少100ms期间或更多。
图6提供了根据本发明一个实施例的方法步骤的流程图。所述方法步骤被执行用于保护布置在车辆中的储能模块的储能电池元。在第一步S601中，确定碰撞严重程度。例如，当车辆发生事故时确定碰撞严重程度。所述碰撞严重程度可由布置在车辆上的加速度计确定。因此，所述碰撞严重程度是加速度值的形式，阈值可以是例如10G，20G，30G，40G，50G，60G，70G，80G。阈值可以根据撞击方向而不同。因此，可以有确定撞击方向的可选步骤并随后调节所述阈值。作为示例，前向撞击的阈值可高于60G，侧向碰撞的阈值高于50G。在随后步骤S603中，确定所确定的碰撞严重程度是否超过所述阈值。在所确定的碰撞严重程度不超过所述阈值时，所述方法返回到步骤S601。但是，如果所确定的碰撞严重程度超过所述阈值，则充气单元208、408为布置在邻近于各个储能电池元的可充气元件206、407充气S605。作为超过阈值的响应，充气单元208、408立即为可充气元件206、407充气S605。
此外，通过对附图、公开和附加的权利要求的研究，本领域技术人员在本要求保护的发明中可理解和实现所披露的实施例的变形。
在权利要求中，所述单词“包括”不排除其他元件或步骤，所述不定冠词“一个(a)”和“一个(an)”不排除复数。某些措施在记载在互相不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。

Claims (15)

1.一种能设置在交通工具(100)中的储能模块，所述储能模块包括：
布置在壳体(302)中的储能电池元(202)；
布置在所述壳体和所述储能电池元之间的可充气元件(206、407、506a-d，706)，所述可充气元件适于至少部分覆盖所述储能电池元的表面部分(212)；以及
充气单元(208、408)，所述充气单元与布置为适于确定所述交通工具发生事故的碰撞严重程度的检测单元进行通信，
其中，所述充气单元布置为当碰撞严重程度超过预定阈值时为所述可充气元件充气。
2.如权利要求1中所述的储能模块，其中，所述可充气元件是板状的。
3.如权利要求1或2中任一项所述的储能模块，其中，所述可充气元件是梳子形(506a)或栅栏形(506d)或网格形(506c)。
4.如权利要求3中所述的储能模块，其中，所述可充气元件包括通孔(508)。
5.如权利要求1或2中任一项所述的储能模块，其中，所述可充气元件布置为覆盖所述储能电池元的整个表面部分。
6.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，其中，所述可充气元件由金属片材、塑料或织物制成。
7.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，进一步包括所述检测单元。
8.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，其中，所述可充气元件布置成与所述壳体接触和与所述储能电池元接触以便在可充气状态下，所述可充气元件在至少一个方向上大致填充从所述储能电池元至所述壳体的空间。
9.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，包括布置在所述壳体内的多个堆叠的储能电池元(202、203、204)，其中，所述可充气元件布置为至少覆盖所述多个储能电池元中不止一个的表面部分。
10.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，包括多个堆叠的储能电池元，
其中，所述可充气元件是第一可充气元件(206)，所述模块进一步包括第二可充气单元(206’)，所述第二可充气单元布置成在所述堆叠的储能电池元(202、203、204)的与所述第一可充气元件被布置的一侧不同的一侧上至少部分覆盖所述多个堆叠的储能电池元的第二个的表面部分，
其中，所述充气单元布置为当所述碰撞严重程度超过预定阈值时为所述第一可充气元件和所述第二可充气元件充气。
11.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，包括布置成彼此相邻的储能电池元第一堆叠(406)和储能电池元第二堆叠(405)，其中，所述可充气元件延伸以至少部分覆盖所述储能电池元第一堆叠和储能电池元第二堆叠每一个的储能电池元的表面部分。
12.如前述权利要求中任一项所述的储能模块，其中，所述储能电池元是锂离子电池元。
13.一种适于保护布置在交通工具中的储能模块的储能电池元的方法，所述储能模块包括布置在壳体内的储能电池元，所述方法包括如下步骤：
确定(S601)所述交通工具发生事故的碰撞严重程度；以及
当所述碰撞严重程度超过预定阈值时(S603)，为布置在所述壳体和所述储能电池元之间的可充气元件充气(S605)。
14.如权利要求13中所述的方法，进一步包括：
将所述可充气元件维持在充气状态一段时间。
15.如权利要求13或14中任一项所述的方法，进一步包括：
确定所述事故的撞击方向，以及
根据所述撞击方向调整所述预定阈值。
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