CN109155388A - 电池保护装置 - Google Patents

Abstract

一种电池，包括串联电连接在多个电化学电池单元与电池的正极和负极中的一个之间的自主保护装置。

Description

电池保护装置

技术领域

本发明涉及用于电动交通工具、混合动力交通工具或固定应用的电池，并且更具体地涉及具有保护装置的电池。

背景技术

电动交通工具的电池组通常包括经由连接电池的正极和负极的高规格导线串联连接的多个不同电压的电池。当所有电池连接在一起时，电动交通工具中的电池组的总电压可高达600伏。

电池组由使用高规格导线串联组装的多个电池组成。在电池组的每个电池之间安装有安全装置，以确保在紧急情况下(例如，电池组中的一个电池经历短路或装载电池组的交通工具遭遇碰撞)每个电池之间的电连接将被断开。当电流超过一定的阈值时，在小电池中使用熔断器以断开电流。然而，熔断器对高电压电池组是无效的，因为当熔断器熔断时，由于高电压而产生电弧，并且电弧引起其他损坏，这可能导致更多问题状况。在美国专利第8,709,628中描述了另一种类型的安全装置，该专利通过引用被合并入本文。美国专利第8,709,628号描述了一种电连接器，其包括具有烟火元件的断路器，所述断路器适于在紧急情况下切断电池之间的电连接。烟火元件由从感测故障或碰撞的电子控制单元(ECU)接收的电信号触发。

美国专利第8,709,628中描述的安全装置的一个缺点是，在紧急情况下电池组本身被安全装置禁用，但是电池组的电池是活跃的，因此仍然表示电气危险。美国专利第8,709,628中描述的安全装置的第二个缺点在于它由从电子控制单元(ECU)接收到的电信号触发，然而在紧急情况期间ECU可能被禁用或电源被切断，并且ECU可能不能向烟火元件发送电信号以断开电池，使得电池组保持活跃，并且仍然表示电气危险。

因此，需要一种用于电池的保护装置，其在紧急情况下独立地禁用电池组中的单个电池。

发明内容

本发明的目的是改善现有技术中存在的至少一些麻烦。

本发明的另一目的是提供一种电池，其包括：正极和负极，在壳体内的多个电化学电池单元，多个电化学电池单元电连接至电池的正极和负极，以及自主保护装置，其串联电连接在多个电化学电池单元与电池的正极和负极中的一个之间；保护装置具有用于将多个电化学电池单元电连接至正极或负极的导电元件以及断路器；保护装置连接至独立电路并由其控制，该独立电路包括常开恒温开关和其中存储有电荷的电容器，当密封外壳内部的温度达到预定温度时，恒温开关闭合独立电路，从而将电荷从电容器释放到保护装置并且触发保护装置的断路器，以将多个电化学电池单元与正极或负极断开并且禁用电池。

本发明的实施方式均具有上述目的和/或方面中的至少一个，但不一定具有所有这些目的和/或方面。应该理解的是，通过试图获得上述目的而产生的本发明的一些方面可能不满足这些目的和/或可能满足在本文未具体列举的其他目的。

根据以下描述、附图和所附权利要求，本发明的实施方式的附加和/或替选特征、方面和优点将变得明显。

附图说明

为了更好地理解本发明以及本发明的其他方面和进一步的特征，对以下结合附图使用的描述进行参考，在附图中：

图1是串联连接的电池组的一部分的向下正面透视图；

图2是图1所示的电池组的单个电池的左侧透视图，其中部分切除，其示出了电池的内部部件；

图3是图2所示的单个电池的前部的左侧透视图，其中前盖被移除，其示出了根据本发明的实施方式的保护装置；

图4是图2所示的单个电池的前部的正视图，其中前盖被移除，示出了根据本发明的实施方式的保护装置；以及

图5是图3和图4所示的保护装置的内部部件的示意图。

具体实施方式

参照图1，示出了包括经由电池连接器14串联连接的多个电池12a、12b、12c...的电池组10的一部分。在图1中，电池12a的正极连接至电池12b的负极，并且电池12b的正极连接至电池12c的负极。每个电池连接器14包括导电桥18，由电绝缘塑料制成的电池极盖16以及适于将导电桥18的末端连接至相邻电池的正极和负极的一对紧固件20。电池组10的每个电池12包括刚性外壳22和盖部24，盖部24适于密封刚性外壳22以形成容纳电池12的电化学电池单元的密封外壳。每个盖部24包括容纳电子控制系统25(图2)的前向的隔室26，电子控制系统25用于管理电池12的电池状态和充电和放电功能。用密封板28密封隔室26以确保隔室26是密闭的。

参照图2，示出了的单个电池12，其中部分切除，其示出了每个电池12的内部部件，并且移除了密封板28，其示出了电子控制系统25。如所示，刚性外壳22和密封盖部24一起限定了壳体30，在所述壳体中容纳有堆叠在一起的多个扁平电化学电池单元32。包括多个弹簧35的机械压力系统34也被插入到密封外壳22中，以提供实现堆叠的电化学电池单元32的最佳性能所需的机械压力。多个电化学电池单元32的负极侧连接至电池12的负极36，并且多个电化学电池单元32的正极侧连接至电池12的正极38。

参照图3和图4，其示出了移除了密封盖部24的电池12的前部。多个电化学电池单元32的负极侧经由高规格导线42连接至负极36，而多个电化学电池单元32的正极侧经由连接至保护装置40的第一高规格导线43连接至电池12的正极38，该保护装置40经由第二高规格导线44连接至电池正极38，使得保护装置40串联连接在多个电化学电池单元32与电池12的正极38之间。更具体地，保护装置40包括穿过保护装置40的主体并且在保护装置40的主体50的两侧上延伸的导电元件48(图4)，从而允许电流从多个电化学电池单元32通过保护装置40流向正电池极38。第一高规格导线43在一个端部46处经由紧固件45连接至电化学电池单元32的正极侧，并且在另一端部47处经由第二紧固件45连接至导电元件48的一个延伸部分。第二高规格导线44在一个端部49处经由紧固件45连接至导电元件48的第二延伸部分，并且在另一端部51处连接至电池正极38。明显的是，保护装置40可以串联连接在多个电化学电池单元32与电池负极36之间。保护装置40可以串联连接在电化学电池单元32与电池12的正极38或负极36中的任一个之间。

保护装置40由独立电路53连接和控制，独立电路53包括恒温开关54和其中具有存储的电荷的电容器56。恒温开关54处于常开位置，使得独立电路53没有电流通过。恒温开关44的恒温器部分被设置成在预定温度激活和关闭恒温开关54的开关部分，预定温度指示电池12的内部短路、由外部源引起的温度的异常升高、不受控制的充电或放电或者刚性外壳22或盖部24的破裂。根据电化学电池单元的类型被、设置预定温度。对于锂金属聚合物电化学电池单元，阈值温度设置在135℃与170℃之间。对于锂离子电化学电池单元，阈值温度设置在60℃与70℃之间。对于钠-硫电化学电池单元，阈值温度设置在200℃与275℃之间。当电池12的温度升高到预定温度时，恒温开关54被激活，从而闭合常开电路53，并且释放来自电容器56的电荷并激活保护装置40以将从电化学电池单元32到正极38的电流断开，并且禁用电池12。

保护装置40包括由导电金属(例如，铜)制成的导电元件48和断路器57。导电元件48的中心部分穿过断路器57。断路器57是烟火装置，其适于在内部短路或使电池12的温度升高的其他异常情况下切断导体元件48的中心部分。断路器57包括小型的烟火填料，当其被激活时，在切割导电元件48的中心部分的机械切割器上生成脉冲负载，由此与电池正极38断开连接，并且电隔离电池12。

在作为示意性说明的如图5所示的具体实施方式中，断路器57包括与导电元件48的中心部分59对齐的楔形物58，该楔形物58通过烟火填料60制动，在内部短路或其他异常情况下永久地切断导电元件48的中心部分59。如前所述，当电池12的内部温度达到预定温度时，恒温开关54闭合并且电流被释放到断路器57中，从而触发点火器61，该点火器61引爆烟火填料60，烟火填料60在压力板62上产生推动力，推动力即刻推动楔形物58撞上导电元件48的中心部分59，由此切割导电元件48并切断电化学电池单元32与电池正极38之间的电连接并禁用电池12。

保护装置40以及包括恒温开关54和电容器56的独立电路53优选地位于密封盖部24后面的密封外壳内部，以确保其不会被技术人员损坏或调动。然而，保护装置40可以位于电池12的隔室26内。

因为保护装置40连接通过电容器56供电的独立电路53并且由独立电路53控制，所以保护装置是自主的，并且在紧急情况下不依靠内部或外部ECU来激活。优选地，保护装置40还与独立电路53并联地连接至电子控制单元(ECU)，使得保护装置40在例如交通工具碰撞的情况下也可以由ECU触发。在ECU被禁用的情况下，独立电路53是故障安全系统。

本发明的上述实施方式的修改和改进可能对本领域技术人员变得明显。前面的描述是示例性的而不是限制性的。因此，本发明的范围旨在仅由所附权利要求的范围限定。

Claims (6)

1.一种电池，包括：

正极和负极；

多个电化学电池单元，所述多个电化学电池单元电连接至所述电池的正极和负极，

自主保护装置，其串联电连接在所述多个电化学电池单元与所述电池的正极和负极中的一个之间；所述保护装置具有断路器以及用于将所述多个电化学电池单元电连接至正极或负极的导电元件；所述保护装置连接至独立电路并受所述独立电路控制，所述独立电路包括常开恒温开关和其中具有存储的电荷的电容器，当密封外壳内部的温度达到预定温度时，所述恒温开关使所述独立电路闭合，从而将电荷从所述电容器释放到所述保护装置，并且触发所述保护装置的断路器以将所述多个电化学电池单元与正极或负极断开，并且禁用所述电池。

2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述保护装置还包括所述导电元件的穿过所述断路器的中心部分，所述断路器包括点火器、烟火填料和适于切割所述导电元件的中心部分的机械切割器，当所述恒温开关闭合时所述点火器点燃所述烟火填料，然后所述烟火填料推动所述机械切割器切割所述导电元件的中心部分，从而将所述多个电化学电池单元与所述电池的正极或负极断开。

3.根据权利要求1所述的电池，还包括限定壳体的密封外壳，所述多个电化学电池单元位于所述壳体内部，并且正极和负极延伸到所述密封外壳外部。

4.根据权利要求3所述的电池，其中，所述保护装置位于所述密封外壳内部。

5.根据权利要求3所述的电池，其中，所述独立电路位于所述密封外壳内部。

6.根据权利要求1所述的电池，其中，所述保护装置还与所述独立电路并联地连接至电子控制单元(ECU)。