CN111108576B - 使用形状记忆材料的电流中断设备 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施例涉及用于电化学电池的电流中断设备(CID)，其使用热触发器(例如，形状记忆和/或双金属材料)以恰好在热失控之前或在短路事件期间断开电路，以防止电化学电池的灾难性故障。实施例包括CID，该CID包括壳体、耦合到壳体的汇流条以及可操作地耦合到汇流条的热触发器。在一些实施例中，汇流条可以包括工程设计的破裂部位。在一些实施例中，热触发器被设置尺寸和构造为在预定温度变形，以使汇流条在工程设计的破裂部位处断裂。在一些实施例中，汇流条的一部分绕铰链行进，从而断开电路并防止过度充电、热失控和/或其它灾难性故障事件。

Description

使用形状记忆材料的电流中断设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年7月31日提交的标题为“Current Interrupt Devices UsingShape Memory Materials”的美国临时申请No.62/539,156的优先权和权益，该申请的内容通过引用整体并入本文。
背景技术
电流中断设备(CID)常常被用作电化学电池的安全特征，以防止过度充电和/或短路，这会导致电化学电池的灾难性故障。现有的CID常常使用在电化学电池内生成的内部压力作为将活动的电池元件从电流路径中断(interrupt)或断连(disconnect)的手段。这种电流中断方法会导致气体暴露，并且常常仍会导致电化学电池的灾难性故障。
发明内容
本文描述的实施例涉及用于电化学电池的电流中断设备(CID)，其使用热触发器(例如，形状记忆和/或双金属材料)以恰好在热失控之前或在短路事件期间断开(open)电路，以防止电化学电池的灾难性故障。实施例包括CID，该CID包括壳体、耦合到壳体的汇流条以及可操作地耦合到汇流条的热触发器。在一些实施例中，汇流条可以包括工程设计的破裂部位。在一些实施例中，热触发器被设置尺寸和构造为在预定温度变形，以使汇流条在工程设计的破裂部位处断裂。在一些实施例中，汇流条的一部分绕铰链行进，从而断开电路并防止过度充电、热失控和/或其它灾难性故障事件。
附图说明
图1是根据实施例的电流中断设备的示意图。
图2是根据实施例的电流中断设备的透视图。
图3是图2的电流中断设备的分解图。
图4A是图2的电流中断设备处于第一构造的横截面视图。
图4B是图2的电流中断设备处于第二构造的横截面视图。
具体实施方式
本文描述的实施例一般而言涉及用于电化学电池的安全设备，并且具体而言涉及更安全和更可靠的电流中断设备(CID)，该CID被构造为响应于电化学电池的温度的升高而中止进出电化学电池的电流。具体而言，本文描述的实施例涉及用于电化学电池的CID，其使用热触发器(例如，响应于温度升高超过预定阈值而变形的形状记忆和/或双金属材料)在热失控之前或在短路事件期间断开电路，以防止电化学电池的灾难性故障。
在电化学电池(例如，锂离子电池)设计中，安全性是主要关注的领域之一。在其中电池过度充电或短路的某些状况下，存在突然释放所存储的能量从而导致灾难性故障(即，爆炸、火灾、飞起的零件等)的可能性。为了在这些状况期间防止灾难性故障，期望的是在热失控之前或在短路事件期间中断能量的进出电池的流动，从而终止造成或加剧电化学电池的故障状态的电化学反应。这可以通过几种方式(包括物理地断连或打断进入电池的电流路径)来实现。电池(例如，锂电池)应用中使用的典型CID非常昂贵且实现起来复杂，可靠性令人怀疑。
在一些实施例中，本文描述的CID可以被构造为一旦CID或其部件(例如，热触发器)达到预定温度阈值就断连或打断电流的进入电池的流动。在一些实施例中，CID可以被工程设计为在各种温度和在狭窄的温度范围内打断电流的流动，从而通过减少温度达到预定温度阈值的时间与CID被激活的时间之间的滞后来使“故障”点更加精确。本文描述的CID具有比常规CID更少的部件，从而提高可靠性并降低制造成本。本文所述的CID还可以被部署在电化学电池内部或电化学电池外部，并且可以容易地被构造为被用于任何现有的电池包装设计、电池形状和/或大小、和/或放电/再充电参数。
在一些实施例中，本文描述的CID可以包括电耦合到电化学电池的端子的导电元件。在一些实施例中，CID可以包括可操作地耦合到导电元件的热触发器。在一些实施例中，热触发器可以被设置尺寸和构造为在预定温度从第一构造变形为第二构造。在一些实施例中，热触发器从第一构造到第二构造的变形可以使导电元件破裂。在一些实施例中，导电元件可以包括工程设计的破裂部位，该工程设计的破裂部位被构造为由于热触发器从第一构造到第二构造的变形而断裂。在一些实施例中，导电元件可以包括被部署在导电元件的固定部分和可移动部分之间的铰链。在一些实施例中，铰链可以限定旋转轴，导电元件的可移动部分绕该旋转轴从第一构造行进至第二构造。在一些实施例中，热触发器包括形状记忆合金和双金属材料中的至少一种。在一些实施例中，热触发器由镍钛诺或镍钛诺合金制成。在一些实施例中，导电元件电耦合到电化学电池的端子。在一些实施例中，当导电元件破裂时，电流通过端子的连通被中止。
在一些实施例中，本文描述的CID可以包括导电元件，该导电元件包括通过铰链与固定部分分离的可移动部分。在一些实施例中，导电元件可以电耦合到电化学电池的端子。在一些实施例中，CID还可以包括热触发器，其在第一构造中与导电元件相隔一定距离定位。在一些实施例中，热触发器可以被设置尺寸和构造为在预定温度从第一构造变形为第二构造，在第二构造中，热触发器使导电元件的可移动部分绕铰链移动。在一些实施例中，热触发器可以包括形状记忆合金和双金属材料中的至少一种。在一些实施例中，热触发器可以由镍钛诺或镍钛诺合金制成。在一些实施例中，当导电元件的可移动部分绕铰链移动时，电流通过端子的连通被中止。
图1是CID 100的示意图，CID 100被构造为可操作地耦合到电化学电池(未示出)，以防止短路、热失控、过度充电、过电压状况或过电流状况中的至少一种。在一些实施例中，CID 100可以连接到电化学电池的正端子或负端子。在一些实施例中，CID 100或其部件可操作地集成到电化学电池的正端子或负端子之一中。在一些实施例中，CID 100可以与电化学电池和/或外部电源或负载电连通。在一些实施例中，CID 100可以与电化学电池热连通，使得电化学电池、其电极或包围电化学电池的壳体的操作温度可以基本上类似于CID 100或其部件的温度。在一些实施例中，CID 100可以被构造为允许在放电期间电流在电化学电池与负载(例如，由电化学电池供电的设备)之间的传递或者在再充电期间电流在外部电源与电化学电池之间的传递。在一些实施例中，CID 100可以被维持为充分接近电化学电池，使得由电化学电池生成并传送到CID 100的热能将引起CID 100的激活。换句话说，如果电化学电池经历热失控事件、短路事件、过度充电事件、导致这些事件当中任何一种的物理损坏中的一种、至少一种或全部，或者如果发生由于外部温度改变引起普遍过热，那么与电化学电池足够近地定位的CID 100可以被构造为断开电路，以防止电化学电池的灾难性故障。
在一些实施例中，CID 100可以包括壳体110、耦合到壳体110的汇流条120以及可操作地耦合到汇流条120的热触发器130。在一些实施例中，壳体110可以是任何合适的形状或形状因素，包括但不限于正方形、矩形、棱柱形、圆柱形、其任何组合或适于电化学电池的任何其它形状或构造。在一些实施例中，壳体110可以是电绝缘的。在一些实施例中，壳体110可以被构造为物理地耦合到电化学电池。在一些实施例中，壳体110可以具有第一孔隙(未示出)，汇流条120的端子(未示出)通过该第一孔隙暴露，以连接到再充电源和/或外部负载。在一些实施例中，壳体110具有第二孔隙(未示出)，当CID 100被激活时，该第二孔隙可以允许汇流条120的部分移动。
在一些实施例中，壳体110可以由任何合适耐用且合适绝缘的材料制成。在一些实施例中，壳体110可以由聚合物、塑料、陶瓷、玻璃、玻璃纤维、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、乙酸酯、丙烯酸、聚合甲醛、环氧玻璃纤维层压板、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚酰亚胺、含氟聚合物、聚偏二氟乙烯、与玻璃织物层压的三聚氰胺、未填充的聚酰亚胺、云母、橡胶、氯丁橡胶、芳族聚酰胺、尼龙、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯、酚醛树脂、全氟烷氧基、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚砜、聚氨酯、聚四氟乙烯、交联的聚苯乙烯、聚苯硫醚、硅玻璃纤维树脂、未填充的聚醚酰亚胺、硫化橡胶、硫化纤维、涤纶、聚脂薄膜、聚氟乙烯、多氯联苯中的任何一种及其组合制成。
在一些实施例中，汇流条120可以被部署在壳体110上或基本上在壳体110上。在一些实施例中，汇流条120可以被部署在壳体110内、基本上在壳体110内、至少部分地在壳体110内。在一些实施例中，汇流条120可以被设置尺寸和构造为允许在电化学电池的再充电期间电能在电化学电池与外部源之间的传递或在放电期间电能在电化学电池与外部负载(例如，由电化学电池供电的设备)之间的传递。在一些实施例中，汇流条120可以可操作地耦合到电化学电池的正端子或电化学电池的负端子。在一些实施例中，汇流条120可以将电化学电池的正端子和负端子之一连接到系统级总线(例如，电池组或电池模块的总线)。
在一些实施例中，汇流条120可以由足够耐用以在电化学电池的正常操作期间保持完好并且将由于机械应力而在工程设计的破裂部位(未示出)处破裂的任何导电材料制成。在一些实施例中，汇流条120可以由银、铜、金、铝、钼、锌、锂、钨、黄铜、碳基材料、镍、铁、钯、铂、锡、青铜、碳钢、铅、钛、不锈钢、任何其它合适的导电材料中的任何一种及其任何合金、混合物或组合制成。
在一些实施例中，汇流条120可以包括固定部分(未示出)和可移动部分(未示出)。固定部分可以耦合到壳体110，并且可移动部分可以基本上不受壳体110约束。换句话说，固定部分可以被构造为永久地耦合到壳体110，并且可移动部分可以响应于(例如，来自热触发器130的)外力而相对于壳体110和/或固定部分移动。在一些实施例中，可移动部分从第一位置到第二位置的位移可以使汇流条120断裂，从而将汇流条120的可移动部分与汇流条120的固定部分分离并且断连电路，从而防止电能进出电化学电池的任何进一步传递。在一些实施例中，汇流条120可以被构造为在工程设计的破裂部位处断裂。在一些实施例中，工程设计的破裂部位可以是凹槽(groove)、蚀刻线(etched line)、沟槽(furrow)、辙(rut)、沟(trench)、凹痕(indentation)、中空(hollow)或其它这种凹陷(depression)。在一些实施例中，工程设计的破裂部位可以是汇流条120的变薄的部分。在一些实施例中，汇流条120可以被回火(temper)或以其它方式处理以改善机械特性，但工程设计的破裂部位除外，使得汇流条120被设计为在汇流条120的其它部分的机械故障发生之前在工程设计的破裂部位处断裂。在一些实施例中，汇流条120可以由一种或多种第一材料形成，而工程设计的破裂部位可以由一种或多种第二材料形成，该一种或多种第二材料具有不同于该一种或多种第一材料的机械性能，使得汇流条120在机械应力下在工程设计的破裂部位处发生故障。在一些实施例中，一旦汇流条120(例如，在工程设计的破裂部位处)断裂并且进出电化学电池的电流被中止，正在发生的有害热和/或电事件停止、基本上停止、减慢或暂时中止，并且避免了灾难性故障。
在一些实施例中，热触发器130可以耦合到壳体110和/或汇流条120，并且被构造为在预定温度阈值或在预定温度阈值范围内变形。在一些实施例中，热触发器130可以被定位和构造为使得热触发器130的变形向汇流条120的可移动部分供应机械应力。在一些实施例中，供应给汇流条120的可移动部分的机械应力可以使汇流条120在工程设计的破裂部位处或其它地方断裂或基本上断裂。在一些实施例中，供应给汇流条120的可移动部分的机械应力可以造成汇流条120的可移动部分的位移，从而使得可移动部分远离固定部分移动并且中止进出电化学电池的电流。在一些实施例中，热触发器130由于机械应力而使汇流条120破裂，该机械应力由热触发器130响应于温度改变的受控变形而造成。在一些实施例中，破裂可以是脆性破裂、延性破裂、滑动破裂、蠕变破坏(creep rupture)故障、屈曲故障、任何其它故障类型中的任何一种或其组合。在一些实施例中，热触发器130可以在预定温度变形，从而使得中间特征、机构或设备造成汇流条120破裂。在一些实施例中，热触发器130可以在预定温度变形，从而使汇流条120的可移动部分平移或直线地移动远离端子。在一些实施例中，热触发器130在预定温度的变形可以引发化学和/或热事件，该化学和/或热事件导致电路的断连。在一些实施例中，热触发器130在预定温度的变形可以使汇流条120短路，从而中止来自或去向电化学电池的电流。在一些实施例中，汇流条120可以被工程设计为具有精确的抗应变性并且是脆性的，使得热触发器130在预定温度的变形会造成汇流条120破碎。在一些实施例中，汇流条120可以被工程设计为至少一定程度地抗电流，使得在特定的电流水平和/或电压以上，汇流条120可以发热，从而造成热触发器130变形并使汇流条120断裂。
在一些实施例中，热触发器130可以被工程设计为响应于热触发器130的温度达到或超过预定温度或预定温度范围而在多个构造之间转变。在一些实施例中，热触发器130可以在低于预定温度或预定温度范围时具有第一构造，并且在处于或高于预定温度或预定温度范围时具有第二构造。在一些实施例中，第一构造是弯曲构造。在一些实施例中，第二构造是扩展构造。在一些实施例中，第一构造是扩展构造，并且第二构造是弯曲构造。在一些实施例中，第一构造是较紧密地盘绕的构造，并且第二构造是较不紧密地盘绕的构造。在一些实施例中，第一构造是压缩构造，并且第二构造是拉伸或扩展构造。在一些实施例中，第一构造是折叠构造，并且第二构造是展开构造。在一些实施例中，第一构造是缠绕构造，并且第二构造是解缠绕构造。在一些实施例中，第一构造是扁平构造，并且第二构造是圆形构造。在一些实施例中，第一构造是非结构化构造，并且第二构造是结构化构造。在一些实施例中，第一构造是可压缩构造，并且第二构造是不可压缩构造。在一些实施例中，第一构造是放气构造，并且第二构造是充气构造。在一些实施例中，第一构造是圆形构造，并且第二构造是方形(squared-off)构造。在一些实施例中，热触发器130可以在低于预定温度的温度是超弹性的，并且在处于或高于预定温度时回复到直线退火形状。
在一些实施例中，热触发器130可以包括形状记忆材料或由形状记忆材料形成，使得热触发器130具有形状记忆特点。在一些实施例中，热触发器130的形状记忆特点可以导致不可逆的变形。换句话说，在一些实施例中，热触发器130可以在预定温度从第一构造移动到第二构造，但是，如果温度随后下降到预定温度以下，那么热触发器130可以保持在第二构造。在一些实施例中，热触发器130具有可逆的形状记忆特性，这意味着热触发器130可以在热触发器130的温度保持处于或高于预定温度时保持在第二构造，并且一旦温度返回到预定温度以下就可以返回到第一构造。
在一些实施例中，热触发器130的变形使得汇流条120的可移动部分以铰链状方式绕轴线移动。在一些实施例中，轴线是汇流条120中的铰链(未示出)。在一些实施例中，铰链可以近似平行于工程设计的破裂部位。在一些实施例中，汇流条120的可移动部分从汇流条120的固定部分的行进距离至少部分地由热触发器130的行进距离确定。在一些实施例中，汇流条120的可移动部分的行进距离也可以部分地由于铰链与工程设计的破裂部位之间的距离而确定。在一些实施例中，汇流条120中的铰链可以通过汇流条120的部分的弱化(例如通过从汇流条120去除材料)来限定。在一些实施例中，铰链可以通过对汇流条120的部分进行刻划来限定。在一些实施例中，铰链可以通过对汇流条120的部分进行热处理来限定。在一些实施例中，铰链可以通过对汇流条120的部分进行化学处理来限定。在一些实施例中，汇流条120可以由第一部分和第二部分形成，该第一部分和该第二部分在区域处耦合，耦合区域限定自然铰接点。在一些实施例中，汇流条120的部分可以被机械加工，使得应力/应变冲击可以造成铰链的形成。
在一些实施例中，热触发器130可以被定位在壳体110与汇流条120之间，使得由于热触发器130的热变形而导致的热触发器130的行进的程度和方向由热触发器130相对于壳体110和汇流条120的位置来控制。在一些实施例中，热触发器130可以耦合到壳体110。在一些实施例中，热触发器130可以耦合到汇流条120。在一些实施例中，热触发器130可以耦合到壳体110和汇流条120。在一些实施例中，壳体110和/或汇流条120可以包括腔体(未示出)，热触发器130可以至少部分地被部署到该腔体中。在一些实施例中，使用化学粘合剂、热熔合工艺、由腔体的大小与热触发器130的大小之间的低工程公差造成的高摩擦系数以及任何其它合适的过程或其组合将热触发器130粘附到壳体110和/或汇流条120。在一些实施例中，壳体110可以包括与汇流条120上的铰链对应的凹口(未示出)，使得凹口和铰链一起提供轴线，汇流条120的可移动部分在汇流条120破裂之后绕该轴线旋转。
在一些实施例中，热触发器130由可预测地在特定温度变形的材料制成。在一些实施例中，用于形成热触发器130的材料可以是形状记忆合金(SMA)、镍钛合金、镍钛诺(nitinol)合金、镍钛诺55、镍钛诺60、镍钛诺-铜合金、镍钛诺-铌合金、铜-铝-镍合金、锌-铜-金-铁合金、Fe-Mn-Si合金、Cu-Zn-Al合金、Cu-Al-Ni合金、Ag-Cd、Ag-Cd 44/49at.％Cd、Au-Cd、Au-Cd 46.5/50at.％Cd、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Ni 14/14.5wt％Al和3/4.5wt％Ni、Cu-Sn、具有近似15at％Sn的Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Zn 38.5/41.5wt.％Zn、Cu-Zn-X(其中X为Si、Al或Sn中的至少一种)、Fe-Pt、具有近似25at.％Pt的Fe-Pt、Mn-Cu、Mn-Cu 5/35at％Cu、Fe-Mn-Si、Co-Ni-Al、Co-Ni-Ga、Ni-Fe-Ga、Ti-Nb、Ni-Ti、具有近似55-60wt.％Ni的Ni-Ti、Ni-Ti-Hf、Ni-Ti-Pd、Ni-Mn-Ga、任何合适的双金属合金、Cu-Cu、Al-Al及其任何组合。
在一些实施例中，热触发器130可以是任何合适的形状，使得从第一构造到第二构造的构造改变实现汇流条120的期望破裂和可移动部分的期望的行进距离。在一些实施例中，用于热触发器130的合适形状可以包括矩形、圆柱形、正方形、凸舌(tab)、长方形、圆形、三角形、线、薄片、杆、带、管、环、箔、螺旋线圈弹簧中的任何一种或其任何组合。在一些实施例中，可以使用任何合适的方法(包括但不限于热加工、冷加工、超弹性应变退火、扁平应变退火、定形应变退火或其任何组合)来形成热触发器130。在一些实施例中，热触发器130可以在表面上形成天然氧化物，例如在镍钛诺和镍钛诺合金的情况下为TiO2。
在一些实施例中，热触发器130可以是单个元件。在一些实施例中，热触发器130可以是多个元件。在一些实施例中，包括热触发器130的多个元件可以是两个、三个、四个、五个、六个或更多个元件。在一些实施例中，热触发器130可以是具有单个部分的单个部件。在一些实施例中，热触发器130可以包括可操作地耦合以形成热触发器130的多个部件。在一些实施例中，热触发器130可以包括耦合以形成热触发器130的多个部分，这些多个部分例如具有相同材料。在一些实施例中，热触发器130可以涂覆有材料以使其电绝缘。例如，热触发器130可以涂覆有聚合物、合成橡胶材料、天然橡胶材料、陶瓷涂层、有机材料、有机金属、非导电金属或导电性比热触发器130本身低的金属。在一些实施例中，热触发器130可以包括电绝缘的一种或多种材料，或由电绝缘的一种或多种材料形成。
在一些实施例中，热触发器130在其处变形的预定温度可以在大约40℃和大约200℃之间、大约45℃和大约190℃之间、大约50℃和大约180℃之间、大约55℃和大约170℃之间、大约60℃和大约160℃之间、大约65℃和大约150℃之间、大约70℃和大约145℃之间、大约75℃和大约140℃之间、大约80℃和大约135℃之间、大约85℃和大约130℃之间、大约90℃和大约125℃之间、大约95℃和大约120℃之间、大约100℃和大约115℃之间、大约40℃和大约190℃之间、大约40℃和大约180℃之间、大约40℃和大约170℃之间、大约40℃和大约160℃之间、大约40℃和大约150℃之间、大约40℃和大约140℃之间、大约40℃和大约130℃之间、大约40℃和大约120℃之间、大约40℃和大约110℃之间、大约40℃和大约100℃之间、大约40℃和大约90℃之间、大约40℃和大约80℃之间、大约40℃和大约70℃之间、大约40℃和大约60℃之间、大约40℃和大约50℃之间、大约50℃和大约200℃之间、大约60℃和大约200℃之间、大约70℃和大约200℃之间、大约80℃和大约200℃之间、大约90℃和大约200℃之间、大约100℃和大约200℃之间、大约110℃和大约200℃之间、大约120℃和大约200℃之间、大约130℃和大约200℃之间、大约140℃和大约200℃之间、大约150℃和大约200℃之间、大约160℃和大约200℃之间、大约170℃和大约200℃之间、大约180℃和大约200℃之间、或大约190℃和大约200℃之间，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，热触发器130在其处变形的预定温度可以高于大约45℃、高于大约50℃、高于大约55℃、高于大约60℃、高于大约65℃、高于大约70°。C、高于大约75℃、高于大约80℃、高于大约85℃、高于大约90℃、高于大约95℃、高于大约100℃、高于大约105℃、高于大约110℃、高于大约115℃、高于大约120℃、高于大约125℃、高于大约130℃、高于大约135℃、高于大约140℃、高于大约145℃和高于大约150℃，包括其间的所有范围和值。在一些实施例中，热触发器130在其处变形的预定温度可以低于大约200℃、低于大约190℃、低于大约180℃、低于大约170℃、低于大约160℃、低于大约150°。低于大约145℃、低于大约140℃、低于大约135℃、低于大约130℃、低于大约125℃、低于大约120℃、低于大约115℃、低于大约110℃、低于大约105℃、低于大约100℃、低于大约95℃、低于大约90℃、低于大约85℃、低于大约80℃、低于大约75℃、低于大约70℃、低于大约65℃、低于大约60℃、低于大约55℃、低于大约50℃、低于大约45℃或低于大约40℃，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，热触发器130在预定温度附近的温度范围内可预测地变形。在一些实施例中，温度范围是±1℃、±2℃、±3℃、±4℃、±5℃、±6℃、±7℃、±8℃、±9℃或±10℃，包括其间的所有范围和值。
在一些实施例中，汇流条120的可移动部分的行进距离可以通过热触发器130的变形或者直接或者间接地造成。在一些实施例中，汇流条120的可移动部分的行进距离可以小于大约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，汇流条120的可移动部分的行进距离可以大于大约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，汇流条120的可移动部分的行进距离可以在大约0.1mm和大约15mm之间、大约0.2mm和大约14mm之间、大约0.3mm和大约13mm之间、大约0.4mm和大约12mm之间、大约0.5mm和大约11mm之间、大约1mm和大约10mm之间、大约2mm和大约9mm之间、大约3mm和大约8mm之间、大约4mm和大约7mm之间、大约5mm和大约6mm之间、大约0.1mm和大约14mm之间、大约0.1mm和大约13mm之间、大约0.1mm和大约12mm之间、大约0.1mm和大约11mm之间、大约0.1mm和大约10mm之间、大约0.1mm和大约9mm之间、大约0.1mm和大约8mm之间、大约0.1mm和大约7mm之间、大约0.1mm和大约6mm之间、大约0.1mm和大约5mm之间、大约0.1mm和大约4mm之间、大约0.1mm和大约3mm之间、大约0.1mm和大约2mm之间、大约0.1mm和大约1mm之间、大约0.1mm和大约0.9mm之间、大约0.1mm和大约0.8mm之间、大约0.1mm和大约0.7mm之间、大约0.1mm和大约0.6mm之间、大约0.1mm和大约0.5mm之间、大约0.1mm和大约0.4mm之间、大约0.1mm和大约0.3mm之间、大约0.1mm和大约0.2mm之间、大约0.2mm和大约15mm之间、大约0.3mm和大约15mm之间、大约0.4mm和大约15mm之间、大约0.5mm和大约15mm之间、大约0.6mm和大约15mm之间、大约0.7mm和大约15mm之间、大约0.8mm和大约15mm之间、大约0.9mm和大约15mm之间、大约1mm和大约15mm之间、大约2mm和大约15mm之间、大约3mm和大约15mm之间、大约4mm和大约15mm之间、大约5mm和大约15mm之间、大约6mm和大约15mm之间、大约7mm和大约15mm之间、大约8mm和大约15mm之间、大约9mm和大约15mm之间、大约10mm和大约15mm之间、大约11mm和大约15mm之间、大约12mm和大约15mm之间、大约13mm和大约15mm之间、或大约14mm和大约15mm之间，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，热触发器130在其内从第一构造移动到第二构造的持续时间可以小于大约1秒、小于大约2秒、小于大约3秒、小于大约4秒、小于大约5秒、小于大约6秒、小于大约7秒、小于大约8秒、小于大约9秒、小于大约10秒、小于大约15秒、小于大约20秒、小于大约25秒、小于大约30秒或小于大约1分钟，包括其间的所有范围和值。在一些实施例中，热触发器130在其内从第一构造移动到第二构造的持续时间可以大于大约1秒、大于大约2秒、大于大约3秒、大于大约4秒、大于大约5秒、大于大约6秒、大于大约7秒、大于大约8秒、大于大约9秒、大于大约10秒、大于大约15秒、大于大约20秒、大于大约25秒、大于大约30秒或大于大约1分钟，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，在热触发器130达到或超过预定温度或预定温度范围的时间与热触发器130从第一构造转变到第二构造的时间之间可以存在时间滞后。在一些实施例中，时间滞后可以小于大约30秒、小于大约25秒、小于大约20秒、小于大约15秒、小于大约10秒、小于大约9秒、小于大约8秒、小于大约7秒、小于大约6秒、小于大约5秒、小于大约4秒、小于大约3秒、小于大约2秒或小于大约1秒，包括其间的所有值和范围。
仅作为示例，根据实施例，镍钛诺可以被用作热触发器130。镍钛诺在标准温度是超弹性形状记忆合金，并且因此可以轻松地以马氏体(Martensitic)形式被加工成任何形状或构造。但是，当合金被加热到设定温度以上时，镍钛诺回复到奥氏体(Austenitic)形状。而镍钛诺的马氏体形式弱，并且响应于应力而发生应变，奥氏体形状则非常牢固，具有取决于合金成分在大约35,000和100,000psi之间的屈服强度。奥氏体镍钛诺的杨氏模量大约为83GPa，加工硬化后的极限抗拉强度为1900MPa，泊松比大约为0.33，并且故障伸长率在大约5％和大约10％之间。镍钛诺线可以在扩展的第二构造中被热处理，同时被约束到那个形状，并且然后被冷却至室温，使得其可以在室温容易地形成期望的第一构造并且被部署在CID 100的壳体110内。镍钛诺的热处理可以在低至400℃的温度和短至1-2分钟的时间完成，但是热处理也可以要求更接近500℃的温度和超过5分钟的时间。然后可以经由水淬迅速地冷却经热处理的镍钛诺，以便设置奥氏体形状。调节热处理温度和持续时间可以改变镍钛诺在其处从马氏体形状转变到奥氏体形状的温度。(即使轻微地)改变镍钛诺中镍与钛的浓度也会导致镍钛诺在其处从马氏体形状改变为奥氏体形状的温度的很大改变。一旦经热处理并随后冷却，镍钛诺就可再次延展，并且可以被成形为期望的第一构造。当由于电化学电池内的热事件而造成CID 100内的镍钛诺线的温度升高时，镍钛诺线足够快地并以足够高的屈服强度回复到第二构造，以使汇流条120在工程设计的破裂部位处破裂并且断开电路。
在一些实施例中，CID 100可操作地耦合到电化学电池，使得CID 100可以响应于过温度状况而被激活以中止电化学电池的放电或充电。在一些实施例中，导致电路断开的热触发器130的致动可以在已经不可逆地损坏了与CID 100可操作地耦合的电化学电池之后发生。在一些实施例中，热触发器130的致动在足够低的温度发生，使得CID 100可操作地耦合到的电化学电池没有被不可逆地损坏。换句话说，在一些实施例中，CID 100的激活可以减少对电化学电池的不可逆损坏的风险。在一些实施例中，CID 100可以是可重置的或可更换的。在一些实施例中，如果激活了CID 100并且保护电化学电池免受不可逆的损害或灾难性故障(例如，热失控)，那么可以更换CID 100或其部件，并且可以使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，整个CID 100可以被更换以使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，汇流条120可以被更换以使CID 100返回到其原始的预激活状况并使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，汇流条120和热触发器130可以被更换以使CID 100返回其原始的预激活状况并使电化学电池恢复操作。
图2、图3和图4A-图4B图示了类似于上述CID 100的CID 200，其被构造为提高安全性并减少电化学电池中过度充电和/或短路的可能性。在一些实施例中，CID 200的部分和/或方面在形式和/或功能上与以上参考图1描述的CID 100的对应部分和/或方面基本相似。因此，本文不进一步详细描述此类相似部分和/或方面。
在一些实施例中，CID 200连接到电化学电池的正引线或负引线。在一些实施例中，CID 200或其部件是电化学电池的正引线或负引线。换句话说，CID 200可以与电化学电池和/或外部电源或负载电连通。CID 200被构造为允许电能在电化学电池与被供电的设备传递或在再充电期间在外部电能源与电化学电池之间的传递。在一些实施例中，CID 200可以被维持为充分接近电化学电池，使得来自电化学电池的任何热能释放都会使CID 200经历适时的温度改变。换句话说，如果电化学电池经历热失控事件、短路事件、过度充电事件、过电流状况、过电压状况、造成这些中的任何一种的物理损坏中的任何一种，或者如果发生由于外部温度改变造成的普遍过热，那么CID 200可以被放置在电化学电池附近，并且可以断开电路，以防止电化学电池的灾难性故障。在一些实施例中，CID 200可以包括电阻器(未示出)，使得在过电流状况或过电压状况期间，电阻器可以发热，从而使热触发器230发热到处于或高于预定温度。在一些实施例中，CID 200的部件(例如，汇流条230)可以具有电阻特性或特点，使得在预定电流水平或预定电压水平以上，电阻部件可以发热，从而使热触发器230加热到处于或高于预定温度。
在一些实施例中，CID 200包括壳体210、耦合到壳体210的汇流条220以及可操作地耦合到汇流条220的热触发器230。在一些实施例中，壳体210可以是任何合适的形状或形状因素，包括但不限于正方形、矩形、棱柱形、圆柱形、其任何组合，或适于电化学电池的任何其它形状或构造。在一些实施例中，壳体210可以是电绝缘的。在一些实施例中，壳体210可以被构造为容易地附接到电化学电池。
在一些实施例中，汇流条220被部署在壳体210上或至少部分地在壳体210中，并且被构造为允许在再充电期间电能在电化学电池与外部源之间的传递或者在放电期间电能在电化学电池与外部负载之间的传递。在一些实施例中，汇流条220被设置尺寸和构造为连接到电化学电池的或者正引线或者负引线。在一些实施例中，汇流条220可以连接电化学电池的引线和系统级总线(例如，电池组或电池模块的总线)。
在一些实施例中，汇流条220可以包括端子221、可移动部分226和固定部分228。固定部分228可以耦合到壳体210，并且可移动部分226可以基本上不受壳体210约束。换句话说，固定部分228可以被构造为永久地耦合到壳体210，并且可移动部分226可以响应于(例如，来自热触发器230的)外力而相对于壳体210和/或固定部分228移动。
在一些实施例中，壳体210被设置尺寸和构造为具有引导件212，汇流条220可滑动地被部署到该引导件212中。在一些实施例中，壳体210具有第一孔隙214，汇流条220的端子221通过该第一孔隙214暴露，以连接到再充电源和/或外部负载。在一些实施例中，壳体210具有第二孔隙216，该第二孔隙216被构造为与汇流条220的可移动部分226对准，以允许可移动部分226被移动通过该第二孔隙216。可移动部分226从第一位置到第二位置的位移造成汇流条220断裂，从而断开电路并防止电能进出电化学电池的任何进一步传递。在一些实施例中，汇流条220可以被构造为在工程设计的破裂部位222处断裂。在一些实施例中，工程设计的破裂部位222可以是凹槽、沟槽、辙、沟、凹痕、中空或其它这种凹陷。一旦汇流条220断裂并且电路断开，正在发生的有害热和/或电事件被停止，并且避免电化学电池的灾难性故障。
热触发器230可以耦合到壳体210和/或汇流条220，并且被构造为在预定温度或在预定温度范围内变形。热触发器230的变形会造成汇流条220的可移动部分226的位移，从而使得部分地由汇流条220形成的电路断开。在一些实施例中，热触发器230由于机械应力而使得汇流条220破裂，该机械应力由热触发器230响应于温度改变的受控变形造成。在一些实施例中，破裂可以是脆性破裂、延性破裂、滑动破裂、蠕变破坏故障、屈曲故障、任何其它故障类型中的任何一种或其组合。在一些实施例中，热触发器230可以在预定温度变形，从而使得中间特征、机构或设备造成汇流条220破裂。在一些实施例中，热触发器230可以在预定温度变形，从而使汇流条220的可移动部分226平移或直线地移动远离端子221。在一些实施例中，热触发器230在预定温度的变形可以引发化学和/或热事件，该化学和/或热事件导致电化学电池与充电源或放电负载之间的电路断连。
在一些实施例中，热触发器230可以在低于预定温度或预定温度范围时具有第一构造，并且在处于或高于预定温度或预定温度范围时具有第二构造。在一些实施例中，第一构造是弯曲构造，并且第二构造是扩展构造。在一些实施例中，热触发器230在低于预定温度的温度可以是超弹性的，并且在处于或高于预定温度时回复到直线退火形状。在一些实施例中，热触发器230的形状记忆特点导致不可逆的变形。换句话说，在一些实施例中，热触发器230可以在预定温度从第一构造移动到第二构造，但是，如果温度随后下降到预定温度以下，热触发器230可以保持在第二构造。在一些实施例中，热触发器230具有可逆的形状记忆，这意味着热触发器330可以仅在热触发器230的温度保持处于或高于预定温度时保持在第二构造。在一些实施例中，导致电路断开的热触发器230的致动在电化学电池已经被不可逆地损坏之后发生。在一些实施例中，热触发器230的致动在足够低的温度发生，使得电化学电池没有被不可逆地损坏。
在一些实施例中，热触发器230的变形使得汇流条220的可移动部分226以铰链状方式绕轴线移动。在一些实施例中，轴线是汇流条220中的铰链224。在一些实施例中，铰链224可以近似平行于工程设计的破裂部位226定位。在一些实施例中，汇流条220的可移动部分226从汇流条220的固定部分228的行进距离至少部分地由热触发器230的行进距离确定。在一些实施例中，汇流条220的可移动部分226的行进距离也可以部分地由于铰链224和工程设计的破裂部位222之间的距离来确定。
在一些实施例中，热触发器230可以被定位在壳体210和汇流条220之间，使得由于热触发器230的热变形而导致的热触发器230的行进的程度和方向由热触发器230相对于壳体210和汇流条220的位置来控制。在一些实施例中，热触发器230可以耦合到壳体210。在一些实施例中，热触发器230可以耦合到汇流条220。在一些实施例中，热触发器230可以耦合到壳体210和汇流条220。在一些实施例中，壳体210和/或汇流条220可以包括腔体218，热触发器230可以至少部分地被部署到腔体218中。在一些实施例中，腔体218被设置尺寸和构造为使得当热触发器230处于第一构造时，热触发器230完全被部署到腔体218中。在一些实施例中，当热触发器230从第一构造移动到第二构造时，热触发器230的一部分保持被部署在腔体218中，同时热触发器230的一部分移动以使汇流条220的可移动部分226位移。在一些实施例中，使用化学粘合剂、热熔合工艺、由腔体218的大小和热触发器230的大小之间的低工程公差造成的高摩擦系数以及任何其它合适的过程或其组合将热触发器230粘附到壳体210和/或汇流条220。在一些实施例中，壳体210可以包括与汇流条220的铰链224对应的凹口(未示出)，使得凹口和铰链224一起提供轴线，汇流条220的可移动部分226在汇流条220破裂之后绕该轴线旋转。
在一些实施例中，CID 200可操作地耦合到电化学电池，使得CID 200可以响应于过温度状况而被激活以中止电化学电池的放电或充电。在一些实施例中，导致电路断开的热触发器230的致动可以在已经不可逆地损坏了与CID 200可操作地耦合的电化学电池之后发生。在一些实施例中，热触发器230的致动在足够低的温度发生，使得CID 200可操作地耦合到的电化学电池没有被不可逆地损坏。换句话说，在一些实施例中，CID 200的激活可以减少对电化学电池的不可逆损坏的风险。在一些实施例中，CID 100可以是可重置的或可更换的。在一些实施例中，如果CID 200被激活并且电化学电池被保护免受不可逆的损坏或灾难性故障(例如，热失控)，那么可以更换CID 200或其部件，并且可以使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，整个CID 200可以被更换以使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，汇流条220可以被更换以使CID 200返回其原始的预激活状况并使电化学电池恢复操作。在一些实施例中，汇流条220和热触发器230可以被更换以使CID 200返回其原始的预激活状况并使电化学电池恢复操作。
为了提供总体理解，已经描述了某些说明性实施例；但是，本领域普通技术人员将理解的是，本文所述的系统、装置和方法可以被改编和修改以提供用于其它合适应用的系统、装置和方法，并且在不脱离本文描述的系统、装置和方法的范围的情况下可以进行其它添加和修改。
已经特别示出和描述了本文描述的实施例，但是将理解的是，在形式和细节上可以进行各种改变。除非另有说明，否则所说明的实施例可以被理解为提供某些实施例的变化细节的示例性特征，并且因此，除非另有说明，否则在不脱离所公开的系统或方法的情况下可以将这些说明的特征、部件、模块和/或方面进行组合、分离、互换和/或重新布置。此外，部件的形状和大小也是示例性的，并且除非另外指明，否则在不影响本公开的所公开的和示例性的系统、装置或方法的范围的情况下可以更改。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”一般是指所述值的加减10％，例如大约250μm将包括225μm至275μm、近似1,000μm将包括900μm至1,100μm。
在本文中已使用内窥镜设备领域中的常规术语。这些术语在本领域中是已知的，并且出于方便的目的仅作为非限制性示例提供。因而，除非另有说明，否则对权利要求中的对应术语的解释不限于任何特定的定义。因此，权利要求中使用的术语应被给予其最广泛的合理解释。
虽然本文已经示出和描述了具体的实施例，但是本领域普通技术人员将认识到的是，适于实现相同目的的任何布置都可以代替所示的具体实施例。对于本领域普通技术人员而言，许多改编将是清楚的。因而，本申请旨在覆盖任何改编或变化。
以上详细描述包括对附图的参考，这些附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实践的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这些示例可以包括除所示或描述的那些元素之外的元素。但是，本发明人还预期其中仅提供所示或描述的那些元素的示例。而且，本发明人还预期使用或者关于特定示例(或其一个或多个方面)或者关于本文所示或描述的其它示例(或其一个或多个方面)所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例。
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以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在审阅以上描述之后，其它实施例可以诸如由本领域普通技术人员使用。摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者快速探知本技术公开的性质，并且是在以下理解的情况下提交的：该摘要将不被用于解释或限制权利要求的范围或含义。
在这个详细描述中，各种特征组合已被聚集以简化本公开。这不应当被解释为意味着未要求保护的所公开的特征对于任何权利要求是必不可少的。更确切地说，发明性主题可以在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求据此被并入到具体实施方式中，其中每项权利要求自身作为单独的实施例，并且预期的是这些实施例可以以各种组合或置换彼此进行组合。应当参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定实施例的范围。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
壳体；
电化学电池，部署在所述壳体中；
汇流条，所述汇流条耦合到所述壳体和所述电化学电池的端子，所述汇流条包括变薄的部分；以及
热触发器，所述热触发器被设置尺寸和构造为在预定温度从弯曲构造变形为直的构造，
其中，在阈值之上的通过所述汇流条的电流在所述汇流条的所述变薄的部分处增加所述汇流条的温度使得所述热触发器变形，所述热触发器从所述弯曲构造到所述直的构造的所述变形可操作以造成所述汇流条在工程设计的破裂部位处断裂。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述汇流条包括耦合到所述壳体的固定部分，以及被构造为通过所述热触发器的变形而从第一位置移动到第二位置的可移动部分。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述汇流条包括被部署在所述固定部分和所述可移动部分之间的铰链，所述铰链限定旋转轴线，所述可移动部分绕所述旋转轴线从所述第一位置行进到所述第二位置。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述热触发器包括形状记忆合金和双金属材料中的至少一种。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述热触发器包括含镍钛诺的材料。
6.一种电流中断设备(CID)，包括：
导电元件，电耦合到电化学电池的端子，所述导电元件包括变薄的部分；以及
热触发器，所述热触发器被设置尺寸和构造为在预定温度从第一构造变形为第二构造，
其中，在阈值之上的通过所述导电元件的电流在所述导电元件的所述变薄的部分处增加所述导电元件的温度使得所述热触发器变形，
所述热触发器从所述第一构造到所述第二构造的所述变形可操作以造成所述导电元件在工程设计的破裂部位处断裂。
7.如权利要求6所述的CID，其中，所述导电元件包括固定部分和可移动部分，所述可移动部分被构造为响应于所述热触发器从所述第一构造到所述第二构造的变形而从第一位置移动到第二位置。
8.如权利要求7所述的CID，其中，所述导电元件包括被部署在所述固定部分和所述可移动部分之间的铰链，所述铰链限定旋转轴线，所述可移动部分绕所述旋转轴线从所述第一位置行进到所述第二位置。
9.如权利要求6所述的CID，其中，所述热触发器包括形状记忆合金和双金属材料中的至少一种。
10.如权利要求9所述的CID，其中，所述热触发器包括含镍钛诺的材料。
11.如权利要求6所述的CID，其中，所述导电元件电耦合到电化学电池的端子。
12.如权利要求10所述的CID，其中，当所述导电元件破裂时，电流通过所述端子的连通中止。
13.一种电流中断设备(CID)，包括：
导电元件，包括通过铰链与固定部分分离的可移动部分以及变薄的部分，所述导电元件电耦合到电化学电池的端子；以及
热触发器，在第一构造中与所述导电元件相距一定距离定位，所述热触发器被设置尺寸和构造为在预定温度从所述第一构造变形为第二构造，在所述第二构造中，所述热触发器使所述导电元件的所述可移动部分绕所述铰链移动，
其中，在阈值之上的通过所述导电元件的电流在所述导电元件的所述变薄的部分处增加所述导电元件的温度使得所述热触发器变形，以及
其中，当所述导电元件的所述可移动部分绕所述铰链移动时，电流通过所述端子的连通中止。
14.如权利要求13所述的CID，其中，所述热触发器包括形状记忆合金和双金属材料中的至少一种。
15.如权利要求14所述的CID，其中，所述热触发器包括含镍钛诺的材料。
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