CN109860735A - 机械放大式蓄电池单元压力传感器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“机械放大式蓄电池单元压力传感器”，公开了一种车辆蓄电池管理系统。所述系统可以包括单元壳体和绊线。所述单元壳体可以包括包围蓄电池有源区域的连接壁。这些壁中的至少一个可以限定弱化区段。绊线可以被拉伸跨过所述弱化区段并且被配置为响应于所述单元壳体内的压力超过预定阈值，从而使所述弱化区段朝向所述绊线凸出而断开以中断其中的电流流动。

Description

机械放大式蓄电池单元压力传感器

技术领域

本公开涉及蓄电池和蓄电池模块的领域。

背景技术

混合动力车辆通常包括高压蓄电池组，所述高压蓄电池组适于向车辆的包括马达、变速器和电附件的各种部件提供电力。蓄电池组可以由各种化学物质，诸如锂离子、镍金属氢化物或镍-镉组成。蓄电池组可以包括以串联、并联或串联/并联配置连接的多个单元。每个单元可以包括阴极、阳极和电解质以及接至阳极和阴极的外部电连接。电解质是允许离子在阳极与阴极之间流动的介质。阳极和阴极与金属集电器电接触，所述金属集电器提供用于将电子电流递送和接收到外部装置的装置。正是在单元内发生的电化学反应允许蓄电池组用作能源。

由于在正常操作期间或在包括但不限于过度充电、内部短路、外部短路和过放电等等的滥用情况期间阳极或阴极处的不可逆的化学反应，蓄电池组的性能可能会随着时间的推移而降低。在诸如滥用情况期间的阳极或阴极的表面处的电解质的分解中可能会发生单元内的气体堆积和后续的压力的增加。压力的增加可能由于电解质在单元寿命内的缓慢分解而逐步地发生，或可能响应于单元中的温度增加而迅速地发生。

发明内容

根据本公开的一个实施例，公开了一种车辆蓄电池管理系统。所述系统可以包括单元壳体和绊线。单元壳体可以包括包围蓄电池有源区域的连接壁。这些壁中的至少一个可以限定弱化区段。绊线可以被拉伸跨过弱化区段并且被配置为响应于单元壳体内的压力超过预定阈值，从而使弱化区段朝向绊线凸出而断开以中断其中的电流流动。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种车辆。车辆可以包括包围蓄电池有源区域的单元壳体，所述单元壳体包括限定小于壳体的刚度的弱化区段。车辆还可以包括导电测量装置，所述导电测量装置由弱化区段承载并且被配置为响应于由单元壳体内的压力的累积引起的弱化区段的向外偏转而增加电阻。

根据本公开的又一个实施例，提供了一种控制蓄电池管理系统的方法。所述方法可以包括：响应于沿着蓄电池单元的弱化区段安置的应变计具有超过与蓄电池单元内的压力相关联的阈值的电阻而断开电连接到蓄电池单元的一组接触器。

附图说明

图1是包括机电式压力传感器和集成电路的蓄电池单元的透视图。

图2A至图2C是操作中的机电式压力传感器和蓄电池单元的截面图。

图2D至图2E是操作中的绊线和蓄电池单元的截面图。

图3A至图3B是机电式压力传感器和集成电路的详细视图。

图4是用于机电式传感器和集成电路的控制电路的示意图。

图5是示出用于蓄电池管理系统的系统或方法的操作的流程图。

具体实施方式

根据要求，本文中公开了本发明的详细实施例；但是应理解，所公开的实施例仅示例性说明本发明，本发明可体现为不同和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的特定结构和功能细节不应解释为限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员不同地采用本发明的代表性基础。

现参考图1，提供了根据一个实施例的蓄电池单元100的透视图。所示的蓄电池单元100是棱柱形单元，但是也可以使用其他配置，例如袋状。单元100包括单元壳体101，所述单元壳体101包括包围或包封蓄电池有源区域的连接的平面壁105。至少一个平面壁105包括一对端子102a和102b。蓄电池有源区域可以包含呈连接到相应的外部电极端子102a和102b的有组织的(缠绕、z形折叠、堆叠等)配置的阳极、阴极、电解质以及隔板层。

单元壳体101包括弱化区段104。这个区段被设计成相对于单元壳体101的周围的单元壁105具有更低的刚度。在至少一个实施例中，弱化区段可以是凹陷的或凹入的，并且被配置为在单元内的压力增加时向外变形。弱化区段可以各种方式实现。例如，弱化区段104的厚度可以小于周围的壁105的厚度。在其他实施例中，弱化区段104可以包括多个刻痕或凹槽107(图3B)以弱化区段104。

在一个实施例中，绊线112可以跨过弱化区段104安置或拉伸。在另一个实施例中，可以沿着弱化区段104的一部分安置机电式计量器106。绊线112和机电式计量器106可以电连接到蓄电池组感测模块(BPSM)108，所述蓄电池组感测模块108可以安置在一对端子102a与102b之间。机电式计量器106可以被称为应变计。在另一个实施例中，惠斯通电桥，即为包括四个电阻器(其中一个是应变计)的电路可以例如实施于BPSM 108内。

如下文将更详细所描述，计量器106具有随着计量器的截面积或厚度减小而增加的电阻。随着弱化区段104响应于单元100内的压力的累积而偏转，计量器的截面积或厚度可以减小。BPSM 108还可以测量蓄电池单元100的电压或电压变化以及单元100的温度。在另一个实施例中，BPSM 108可以具有对等(P2P)通信能力，所述对等通信能力使得BPSM 108能够将测量到的蓄电池单元100的温度和电压发送到云或网络。

现参考图2A至图2C，示出了根据第一实施例的沿着线2-A取得的截面图。所述图示出了在操作中的蓄电池单元100和机电式计量器106的一个示例。图2A中的截面示出了单元100的顶部部分105具有小于第一阈值的内部压力。顶部部分105具有大于弱化区段104的厚度t₂的厚度t₁。机电式计量器106具有大于t₂但小于t₁的厚度t₃。计量器106沿着弱化区段104安置。虽然弱化区段104被示出为具有大于机电式计量器106的厚度，但是在其他实施例中，计量器可以厚于弱化区段104，或计量器106和弱化区段104可以具有相同厚度。

随着压力在单元100内积聚，弱化区段104如图2B所示开始远离所述蓄电池有源区域向外偏转或弯曲。当弱化区段104弯曲时，机电式计量器106的厚度和截面积t₄减小。厚度t₄和相关联的电阻可以与小于与机电式计量器106的厚度t₃相关联的压力的中间量的压力相互关联。图2C所示的弱化区段104和计量器106偏转比图2A和图2B中的量更大的量。由于弱化区段104偏转得更多，机电式计量器106的截面积或厚度t₅减小，并且计量器106的电阻增加。

响应于减小的截面积和厚度t₄，计量器的电阻增加。电阻可以通过与应变相关的惠斯通电桥测量，所述应变是参考已知长度的对变形的量度。电阻的变化可以与单元内的已知压力相互关联。如下文将更详细所描述，电阻可以被提供到集成电路108或一个或多个控制器，使得可以采取适当的动作。

现参考图2D至图2E，示出了根据第二实施例的沿着线2-2取得的截面图。类似于图2A至图2C所示的截面图，蓄电池单元100包括平面壁105，所述平面壁105包括半刚性区域104。半刚性区域104相对于平面壁105的顶表面是凹入的。电线112横跨半刚性区段104安置。导线传导电力并且可以电连接到一个或多个控制器。随着压力在单元100内积聚并且超过阈值，半刚性区段朝向电线112弯曲或偏转。导线之后断开，从而终止所述导线上的电流。电线可以是连续丝线，或彼此连接并被配置为在连接点处断开的两根或更多根丝线。图2D至图2E所示的第二实施例中的配置可以提供第一实施例的那些的成本有效的替代方案。

现参考图3A和图3B，示出了半刚性区段104和机电式计量器106的详细视图。机电式计量器106可以沿着半刚性区段104安置并且通过粘合剂或其他合适的紧固方法连接到所述半刚性区段。计量器106包括附接到集成电路108的两个端部。特别参考图3B，半刚性区段104包括多个弱化槽或切口107。槽107可以有助于半刚性区段104的弯曲和移位。

现参考图4，示出了蓄电池管理系统110的示意图。蓄电池管理系统110包括与BPSM108和机电式计量器106进行通信的蓄电池电子控制模块(BECM)120。如下文更详细所描述，BECM可以执行与同单元100相关联的物理特性相关联的各种算法或功能。另外，BECM连接到各种类型的非临时性或有形计算机程序产品或存储介质，从而实施临时或非永久存储和永久存储两者。在这个说明性实施例中，非永久或临时存储由随机存取存储器(RAM)实施，并且永久存储由非临时性计算机程序产品或介质诸如硬盘驱动器(HDD)、快闪驱动器或快闪存储器实施。一般而言，永久性存储器或存储装置可以包括在计算机或其他装置断电时维护数据的所有形式的存储器或存储装置。这种存储器或存储装置包括但不限于：HDD、CD、DVD、磁带、固态驱动器、便携式USB驱动器以及任何其他合适形式的永久性存储器。

BECM 120还设置有许多不同的输入端和输出端，以有助于用户与处理器和相关装置的交互。在这个说明性实施例中，机电式计量器106和BPSM 108可以向BECM提供对单元100的各种测量。虽然未明确示出，但是与BECM 120进行通信的车辆部件和辅助部件可以使用有线或无线车辆网络(包括但不限于CAN总线)来向BECM 120(或其部件)传送表示数据的信号并且从其传送所述信号。在一个实施例中，机电式传感器106可以向BPSM 108提供指示单元100内的压力的信号(电阻)。在另一个实施例中，机电式传感器106可以直接向BECM120提供信号。在另一个实施例中，机电式传感器106可以向BECM 120和BPSM 108两者提供信号。

系统输出端可以包括但不限于：视觉显示器116和一个或多个接触器122。BECM120可以进入受限操作模式，从而减少从蓄电池单元汲取的电流的量，或通过使视觉显示器116改变来向用户警示单元的状态。此外，在某些情况下，BECM 120可以发送信号来断开一个或多个接触器以停止从蓄电池单元100到一个或多个部件的电流流动。在某些条件下，压力可以在蓄电池单元100内累积。单元内的压力积聚可以使弱化区段104偏转或弯曲，并且减小机电式计量器106的截面积或厚度。虽然机电式传感器106被示出为连接到BECM 120，但是在其他实施例中，传感器106可以将测量的电阻(和相关联的压力)传送到BPSM 108。除了测量的压力之外，还可以由BPSM 108测量温度和电压。机电式计量器106和BPSM 108可以将这些测量提供到BECM 120。

虽然仅示出了与BPSM 108和机电式传感器106相关联的一个单元100，但是可以使用与传感器106和BPSM 108进行通信的超过一个的单元。如前所述，BPSM 108可以通过对等通信来进行通信，使得与额外的蓄电池单元100相关联的一个或多个BPSM传感器108将测量到的传感器106的电阻、单元100的温度和电压提供到其他BPSM传感器108和BECM 120。BECM可以设置有操作系统，所述操作系统包括用于与调制解调器应用软件进行通信的API。调制解调器应用软件可以访问BLUETOOTH收发器的嵌入式模块或固件。BLUETOOTH是IEEE802PAN(个人区域网络)协议的子集。IEEE 802LAN(局域网)协议包括Wi-Fi，并且与IEEE802PAN协议具有相当多的交叉功能。两者都适用于车辆内的无线通信。其他通信技术也可以适用于车辆内的有线或无线通信，诸如自由空间光通信(例如，IrDA)、非标准化消费者红外(IR)协议等等。

现参考图5，流程图示出了根据各种实施例的用于操作蓄电池管理系统110的方法500的系统的操作。尽管未明确说明或描述，但是如本领域的普通技术人员将理解，所示的各种功能或处理可以不同顺序执行，可以被省略，或可以重复地执行来实现本文描述的各种特征和优点。

控制或操作蓄电池管理系统110可以包括如由502所示为车辆供电。为车辆供电可以包括从一个或多个蓄电池汲取电力以向BECM或另一个部件或两者提供电。为车辆供电可以在乘员在携带钥匙扣或其他合适的附件时接近或进入车辆时通过“插上钥匙”事件来完成。在车辆通电之后，BECM可以完成如由504所示的对蓄电池管理系统110的自检查或诊断。如果在自检查期间检测到或确定有错误，则BECM如由506所示确定蓄电池的一个或多个单元是否未受到监测或未与BECM进行通信。如果所有单元都受到监测，则控制器分支到如下文将更详细描述的操作516。

如果有一个或多个单元未受到监测，则BECM如由508所示命令一个或多个接触器122保持断开。通过保持接触器断开来阻止从蓄电池流过接触器的电流流动。响应于506处的确定，可以如由510所示使警告灯或指示器116发光来向用户或操作者警示问题。可以如由512所示经由直接有线连接或无线连接将错误提供到网络。网络可以包括BECM 120和一个或多个BPSM 108。最后，系统可以如由514所示通过关机和重启来重新启动或重启。

如果对单元的自检查或诊断在504处正常操作，则可以如由516所示在预定时间量之后重复自检查。与504处的自检查相反，这种自检查可以在车辆在行驶或运行的同时进行。如果有一个或多个单元未受到监测，则控制器可以如由524所示进入受限操作模式。受限操作模式可以减少由系统110使用的电量。在使系统进入受限操作模式之后，可以如由510所示使警告指示器发光，可以如由512所示将检查的结果提供到网络，并且可以如由514所示重新启动所述系统。

如果在518处所有单元都受到监测，则控制器可以如由520所示测量每个单元的电压和压力。如上所述，可以由BPSM 108测量电压，并且可以通过从机电式计量器106提供的电阻测量或确定压力。如果电压超出预定范围或压力高于阈值，则BECM可以如由522所示断开接触器122，由此终止来自蓄电池单元的电的流动。在断开接触器时，如前所述，可以使警告指示器发光，可以将数据提供到网络，并且可以重新启动所述系统。

虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，在说明书中使用的措辞是描述而非限制的措辞，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变。另外，可以组合各种实施的实施例的特征以形成本发明的其他实施例。

根据本发明，提供了一种车辆蓄电池管理系统，所述车辆蓄电池管理系统具有单元壳体，所述单元壳体包括包围蓄电池有源区域的连接壁，至少一个壁限定弱化区段；以及绊线，所述绊线被拉伸跨过弱化区段并且被配置为响应于单元壳体内的压力超过预定阈值，从而使弱化区段朝向绊线凸出而断开以中断其中的电流流动。

根据实施例，弱化区段凹陷到壁中的一个的表面的下方。

根据实施例，弱化区段薄于连接壁。

根据实施例，弱化区段限定多个刻痕区。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：集成电路，所述集成电路由连接壁中的一个承载并且电连接到绊线以测量与蓄电池有源区域相关联的电压。

根据实施例，集成电路包括反向偏置二极管，所述反向偏置二极管被配置为测量与蓄电池有源区域相关联的温度。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：控制器，所述控制器被配置为响应于绊线的断开而断开一组接触器。

根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有单元壳体，所述单元壳体包围蓄电池有源区域；以及导体，所述导体由单元壳体承载并且被配置为响应于由单元壳体的因其中的压力的累积所致的凸出引起的偏转而增加电阻。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：控制器，所述控制器被配置为响应于电阻超过阈值而断开一组接触器。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：显示器，所述显示器被配置为响应于电阻超过阈值而对车辆的用户进行警示。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：集成电路，所述集成电路被配置为测量蓄电池有源区域的电压。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：集成电路包括反向偏置二极管，所述反向偏置二极管被配置为测量蓄电池有源区域的温度。

根据实施例，控制器被进一步配置为响应于温度超过阈值而断开一组接触器。

根据本发明，提供了一种控制蓄电池管理系统的方法，所述方法具有：响应于由蓄电池单元的壳体承载的应变计的电阻因应变计的由壳体的凸出引起的偏转而超过阈值，命令电连接到所述单元的一组接触器断开。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：在命令该组接触器断开之前，将多个信号从多个蓄电池单元传送到控制器，每个蓄电池单元包括集成电路和应变计。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：响应于控制器未从蓄电池单元中的至少一个接收到信号，命令控制器切换到受限操作模式以减少从多个蓄电池单元供应的电力。

根据实施例，以上发明的进一步特征在于：响应于电阻超过阈值而显示警告。

Claims (15)

1.一种车辆蓄电池管理系统，所述车辆蓄电池管理系统包括：

单元壳体，所述单元壳体包括包围蓄电池有源区域的连接壁，至少一个壁限定弱化区段；以及

绊线，所述绊线被拉伸跨过所述弱化区段并且被配置为响应于所述单元壳体内的压力超过预定阈值，从而使所述弱化区段朝向所述绊线凸出而断开以中断其中的电流流动。

2.如权利要求1所述的车辆蓄电池管理系统，其中所述弱化区段凹陷到所述壁中的一个的表面的下方。

3.如权利要求2所述的车辆蓄电池管理系统，其中所述弱化区段薄于所述连接壁。

4.如权利要求3所述的车辆蓄电池管理系统，其中所述弱化区段限定多个刻痕区。

5.如权利要求1所述的车辆蓄电池管理系统，所述车辆蓄电池管理系统还包括：

集成电路，所述集成电路由所述连接壁中的一个承载并且电连接到所述绊线以测量与所述蓄电池有源区域相关联的电压。

6.如权利要求5所述的车辆蓄电池管理系统，其中所述集成电路包括反向偏置二极管，所述反向偏置二极管被配置为测量与所述蓄电池有源区域相关联的温度。

7.如权利要求1所述的蓄电池管理系统，其中控制器被进一步配置为响应于所述绊线的断开而断开一组接触器。

8.一种车辆，所述车辆包括：

单元壳体，所述单元壳体包围蓄电池有源区域；以及

导体，所述导体由所述单元壳体承载并且被配置为响应于由所述单元壳体的因其中的压力的累积所致的凸出引起的偏转而增加电阻。

9.如权利要求8所述的车辆，所述车辆还包括：

控制器，所述控制器被配置为响应于所述电阻超过阈值而断开一组接触器。

10.如权利要求9所述的车辆，所述车辆还包括：

显示器，所述显示器被配置为响应于所述电阻超过阈值而对所述车辆的用户进行警示。

11.如权利要求9所述的车辆，所述车辆还包括：

集成电路，所述集成电路被配置为测量所述蓄电池有源区域的电压。

12.如权利要求10所述的车辆，其中所述集成电路包括反向偏置二极管，所述反向偏置二极管被配置为测量所述蓄电池有源区域的温度。

13.如权利要求12所述的车辆，其中所述控制器被进一步配置为响应于所述温度超过阈值而断开一组接触器。

14.一种控制蓄电池管理系统的方法，所述方法包括：

响应于由蓄电池单元的壳体承载的应变计的电阻因所述应变计的由所述壳体的凸出引起的偏转而超过阈值，命令断开电连接到所述单元的一组接触器。

15.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

在命令断开所述组接触器之前，将多个信号从多个蓄电池单元传送到控制器，每个蓄电池单元包括集成电路和应变计。