CN115516300A - 锂离子电池即将发生故障检测 - Google Patents

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Abstract

一种被配置为检测锂离子电池单元的即将发生的故障的电池管理系统包括传感器阵列微芯片。微芯片包括多个硅化学敏感场效应晶体管(CS‑FET),其被配置为检测由锂离子电池单元排出的多种不同气体。电池管理系统还包括电池监测单元(CMU),其被配置为从CS‑FET中的至少一个接收指示由锂离子电池单元排出的气体的检测量的数据。CMU还被配置为将指示排出气体的检测量的数据与编程到CMU中的目标排出气体的预定阈值量进行比较。CMU还被配置为当排出气体的检测量超过目标排出气体的预定阈值量时，触发指示锂离子电池单元的即将发生的故障的信号。

Description

锂离子电池即将发生故障检测
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年2月20日提交的美国临时申请第62/979,322号的权益，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开一般涉及用于锂离子电池单元的即将发生故障的检测的系统和方法。
背景技术
电能存储或电池系统或阵列可以包括多个彼此相对靠近的电池单元。多个电池单元可以组装成电池堆栈或模块，并且多个电池模块可以组装成电池组。电池可以大致分为一次电池和二次电池。一次电池，也称为一次性电池，旨在使用到耗尽，之后简单地用新电池替换。二次电池，通常称为可充电电池，采用特定的高能化学物质，允许这种电池重复充电和重复使用，因此与一次性电池相比，具有经济、环保和易于使用的优点。
可充电电池可用于为玩具、消费电子产品和汽车等多种物品供电。在极端情况下，诸如锂离子电池的可充电电池的特殊化学性质以及外部因素可能会导致内部反应速率产生大量热能，从而导致热事件。随着可充电电池内部反应的加速，许多这样的电池也会在灾难性电池故障之前排出气体。可充电电池的安全性是各种应用(诸如汽车、航空以及如智能手机和笔记本电脑的消费电子设备)中的一个重要问题。安全问题在电动车辆中尤为突出，因为对快速充电和长行驶里程车辆的需求正在增长，从而增加了目标车辆内的电池数量。
发明内容
一种电池管理系统，被配置为检测锂离子电池单元的即将发生的故障，包括传感器阵列微芯片。微芯片包括多个硅化学敏感场效应晶体管(CS-FET),其被配置为检测由锂离子电池单元排出的多种不同气体。电池管理系统还包括电池监测单元(CMU，cellmonitoring unit),其被配置为从CS-FET中的至少一个接收指示由锂离子电池单元排出的气体的检测量的数据。CMU还被配置为将指示排出气体的检测量的数据与编程到CMU中的目标排出气体的预定阈值量进行比较。CMU还被配置为当排出气体的检测量超过目标排出气体的预定阈值量时，触发指示锂离子电池单元的即将发生的故障的信号。
CMU还可以被配置为确定锂离子电池单元何时连接到电池充电器。在这样的实施例中，CMU可另外被配置为响应于排出气体的检测量超过目标排出气体的相应预定阈值量，将锂离子电池单元从电池充电器电气断开。
CMU还可以被配置为确定锂离子电池单元何时连接到电气负载。CMU还可以被配置为响应于排出气体的检测量超过目标排出气体的相应的预定阈值量，将锂离子电池单元从电气负载断开。
电池管理系统可另外包括灭火系统，该灭火系统被配置为扑灭电气火灾。在这样的实施例中，CMU还可被配置为响应于排出气体的检测量超过目标排出气体的相应预定阈值量而启动灭火系统。
CS-FET可以在单个平面中并排布置在传感器阵列微芯片上。此外，每个CS-FET可以被配置为检测由锂离子电池单元排出的气体中的一种。
每种检测到的、由锂离子电池单元排出的气体可以选自包括氢气(H2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和乙烯(C2H4)的列表。此外，编程到CMU中的预定阈值量可以从H2的10ppm、CO2的500ppm、CO的10ppm和C2H4的10ppm中选择。
锂离子电池单元可以是多单元可充电能量存储系统(RESS)的一部分，该多单元可充电能量存储系统具有布置在单独的电池模块中的多个锂离子电池单元。在这样的实施例中，传感器阵列微芯片可以布置在RESS内并且靠近单个电池模块。此外，传感器阵列微芯片可以被配置为在模块级上检测由锂离子电池单元排出的多种不同气体。
锂离子电池单元可以包括具有排气口的外壳，该排气口被配置为排出气体。在这样的实施例中，传感器阵列微芯片可以布置为靠近排气口。
锂离子电池外壳可被配置为袋状、棱柱形外壳和圆柱形外壳中的一种。
还公开了一种使用如上所述的电池管理系统来管理锂离子电池单元的操作和检测即将发生的故障的方法。
当结合附图和所附权利要求时，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将从以下对实施所公开的实施例和最佳模式的详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的多单元可充电能量存储系统(RESS)的电路图，该系统具有连接到电池管理系统(BMS)的可充电锂离子(Li-ion)电池单元，该电池管理系统配备有传感器阵列微芯片，该传感器阵列微芯片使用硅化学敏感场效应晶体管(CS-FET)来检测由电池单元排出的多种不同气体。
图2是图1所示的锂离子电池单元的三个示例性实施例的示意性侧视图。
图3是示出导致电池单元故障的典型锂离子电池单元排气的气体量作为时间的函数的数据图。
图4是根据本公开的图1所示的单个微芯片的示意性俯视图，描绘了多个CS-FET以及微型加热器和温度传感器。
图5是根据本公开的图4所示的微芯片的示意性截面侧视图，具体描绘了单个CS-FET中的一个。
图6示出了使用图1-5所示的BMS管理锂离子电池单元的操作和检测即将发生的故障的方法。
具体实施方式
参考图1，多电池可充电能量存储系统(RESS)10。RESS 10包括单独的电池模块12，每个电池模块具有一个或多个可充电的锂离子电池单元14(如图2所示)。RESS 10被配置为通过产生热量的电化学反应来产生和存储电能，以供应电能来为电气负载供电。在具有多个锂离子(Li-ion)电池单元14的电池模块12中，目标单元可以串联或并联布置，即连接。然后，多个这样的模块12可以布置在电池组中，作为RESS 10的一部分。尽管示出了四个模块12-1、12-2、12-3、12-4，但是并不排除RESS 10具有更多数量的这种电池模块。图1所示的RESS 10的一般化版本及其锂离子电池单元14可用于为各种产品供电，例如电动车辆和消费电子设备，如智能手机和笔记本电脑。
图2描绘了锂离子电池单元14的三个示例性实施例。锂离子电池单元14的每个目标实施例包括外壳，该外壳被配置为封装相应的负电极或阳极、正电极或阴极以及电池的电解质、垫圈等。具体地，图2中所示的三个电池单元14的相应外壳包括通常被配置为硬金属容器的圆柱形外壳16A、被配置为相对柔性的层压材料容器的袋16B、以及被配置为刚性的平行四边形容器的棱柱形外壳16C。外壳16的每个目标实施例可以包括排气口18，诸如被配置为排出由锂离子电池单元14发出的气体的开口或烟道。具有圆柱形外壳16A的电池单元14可以具有专用的排气口18，其被配置为通风口或烟道。另一方面，具有袋16B或棱柱形外壳16C的电池单元14可以是不通风的。在这种袋状或棱柱形电池组电池中，当外壳16的密封故障并且电池已经开始以降低的容量操作时，通常检测到痕量气体。
继续参考图1，RESS 10可操作地连接到电池管理系统(BMS)20。BMS 20被配置为调节RESS 10的操作，并且特别是检测锂离子电池单元14的故障和即将发生的故障。换句话说，BMS 20被设计和构造成对锂离子电池组14的故障进行早期检测，并发出相关警告。当经历高内部反应速率时，锂离子电池单元14可产生大量热能，这可导致热失控事件和灾难性的单元故障。一般来说，术语“热失控事件”指的是电池系统中不受控制的温度升高。在热失控事件期间，电池系统或电池单元内产生的热量超过了热量的散发，从而导致温度进一步升高。通常，热失控事件可由各种条件触发，包括电池内短路、电池使用不当、物理滥用、制造缺陷或电池暴露于极端外部温度。
众所周知，诸如电池单元14的锂离子电池单元在发生灾难性电池故障之前，在经历热链式反应时会释放或排出气体，诸如氢气(H2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、乙烯(C2H4)。如图3所示，导致电池单元故障的典型锂离子电池单元排出的气体量由曲线G描述，其中图中的X轴代表时间，Y轴代表电池单元排出的特定气体量。由曲线G描述的气体排出量的增加可以分为三个一般类别或阶段。在阶段1中，排放气体的量可以被定性为痕量。在阶段2中，排放气体的量可以被定性为中等，并且通常伴随可见的烟雾。在阶段3中，排放气体的量可以被定性为显著或大量，通常伴随有热失控、电池故障，以及短暂的可见火灾和爆炸。
继续参考图1，BMS 20包括一个或多个多气体传感器阵列片上系统(SoC)或微芯片22(如图1、2、4和5所示)。如图2所示，在锂离子电池单元14的任一实施例中，每个微芯片22可以布置在排气口18附近。如上所述，锂离子电池单元14可以是RESS 10的一部分，其具有布置在单个电池模块12中的多个类似的锂离子电池单元14。因此，在这样的实施例中，例如，如图2所示，BMS 20可以包括多个微芯片22，每个电池单元14一个微芯片。可替换地，如图1所示，每个微芯片22可以被布置在相对于单个电池模块12-1、12-2、12-3、12-4的中心位置或内部，诸如靠近相应的模块排气口12A-1、12A-2、12A-3、12A-4或在其内部，以在模块级上检测由锂离子电池单元14排出的多种不同气体。换句话说，在这样的实施例中，每个微芯片22可以被布置成检测由位于特定电池模块12中的一个或多个锂离子电池单元14排出的气体。
如图4和5所示，微芯片22包括多个硅化学敏感场效应晶体管(CS-FET)。CS-FET 24被配置为功能上检测由锂离子电池单元14排出的显著量的多种化学性质不同的气体。每个单独的CS-FET 24被配置为检测由锂离子电池单元14排出的气体中的一种。每个单独的CS-FET 24通过不同的纳米材料催化剂元件与其他CS-FET相区别，在图4中描绘为元件24-1、24-2、24-3和24-4。在图4所示的横截面5-5中，图5具体描绘了安装在微芯片22上的单个传感器24-4的示意性截面。在单个CS-FET 24内，纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3或24-4负责与排出的气体相互作用。各个纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3和24-4可以由金属如铂(用于检测C2H4气体)、钯-铂(用于检测CO气体)、或金属混合物如镍-钯(用于检测H2气体)和金-铜(用于检测CO2气体)构成。每个纳米材料催化剂元件的厚度可以在1-10nm的范围内。
如图5所示，微芯片22包括用于支撑各个纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3和24-4的硅晶体管主体22A。如另外示出的，硅晶体管主体22A形成局部硅岛以支撑连接到地的多个源极端子22-1(每个纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3和24-4一个源极端子)。硅晶体管主体22A还支撑多个漏极端子22-2，每个漏极端子经由数字或模拟转换器(未示出)将相应的纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3和24-4连接到电源。纳米材料催化剂元件24-1、24-2、24-3和24-4彼此电绝缘，并且不连接到电压源。每个纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3和24-4被特别地配置为与特定气体相互作用并检测特定气体，而不受其他气体的干扰，这是目标催化剂的特定材料属性的结果。
功能上，嵌入在硅晶体管主体22A中的每个CS-FET 24类似于硅电子晶体管。通常，电子晶体管具有三个电极，源电极、栅电极和漏电极。源电极向晶体管提供电荷载流子。漏电极收集或排出电荷载流子或电子。当在漏极和源极之间施加电压时，电荷载流子通常从源电极流向漏电极。栅电极的作用是控制电荷载流子的这种流动，其中这种流动由施加到栅极的电压量来调节。
每个CS-FET 24的操作类似于上述电子晶体管，除了电荷载流子从源电极到漏电极的流动由特定栅电极和特定气体之间的相互作用控制，而不是向栅极施加固定电压。更具体地，在每个CS-FET 24中，相应的纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3和24-4作为不连接到电压源的栅电极操作。当特定的气体与特定的纳米材料催化剂发生化学反应时，在目标纳米材料催化剂中引发通常被描述为“功函数变化”的现象。所产生的功函数变化又改变了电荷载流子从源极到漏极的流动，导致对排出气体的检测事件。
特定气体和特定纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3或24-4之间的相互作用导致从硅晶体管主体22A中的相应源极端子流到相应漏极端子的电流的调制或变化。微芯片22可以另外包括微型加热器28和温度传感器30，每个都布置在各个CS-FET 24的外围。微型加热器28和温度传感器30用于双重目的：1)相对于周围环境保持恒定的微芯片温度，以及2)最小化环境湿度干扰。微型加热器28和温度传感器30可以由厚度在50-500nm范围内的金属薄膜构成，如钨、金-钛或多晶硅。如图4所示和图5所示的横截面5-5所示，微芯片22可以包括凹腔31，该凹腔31被配置为最小化微型加热器的热损失和整个微芯片功耗。
同样如图4所示，单独的CS-FET 24可以在单个平面中并排布置在传感器阵列微芯片22上。具体地，各个CS-FET 24相对于彼此基本平行地布置。多个纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3、24-4中的每一个都对由锂离子电池单元14排出的气体中的一种敏感，即被配置为检测该气体中的一种。具体而言，单独的纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3、24-4可以被配置为以不特定的顺序检测排出的气体，诸如氢气、二氧化碳、一氧化碳和乙烯。尽管示出了四个单独的纳米材料催化剂24-1、24-2、24-3、24-4，但是不排除用更少或更多数量(如图4中两个额外的未被占据的传感器空间所示)的单独的纳米材料催化剂来构造微芯片22。
继续参考图1，BMS 20还包括与CS-FET 24可操作通信的电子电池监测单元(CMU)32。CMU 32可以是被配置为管理电池模块12的操作的电池控制器网络(未示出)的一部分。在各种通信、处理和管理功能中，CMU 32被配置(即被构造和编程)为从CS-FET 24接收指示由锂离子电池组14排出的至少一种气体的检测量或水平的数据35。由微芯片22产生的数据信号35可以首先被传输到模拟或数字转换器(未示出),然后传输到CMU 32。由每个CS-FET24传输的、指示数据35的信号可以表示图3所示的气体排放中的离散阶段，即阶段1、阶段2和阶段3，或者对应于特定排出气体的具体检测量。传输数据35显示为叠加在图3中的曲线G上，以示出检测到的并被传输到CMU 32的量如何对应于排出气体的量增加的三个阶段。
包括CS-FET 24的微芯片22可以物理有线连接到特定的CMU 32(如图1所示),或者与CMU无线通信。为了实现无线通信，CMU 32可以包括用于从微芯片22接收数据35的天线32-1，为此目的，每个微芯片也可以配备有各自的天线(未示出)。为了支持电池模块12的必要管理，CMU 32特别包括处理器和有形的非暂时性存储器，其包括编程在其中的BMS 20的操作指令。存储器可以是参与提供计算机可读数据或过程指令的适当的可记录介质。这种可记录介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。
用于CMU 32的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其他永久性存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。编程到CMU 32中的指令可以通过一个或多个传输介质传输，包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含耦合到计算机处理器的系统总线的线，或者通过无线连接。CMU 32的存储器还可以包括软盘、硬盘、磁带、另一种磁介质、CD-ROM、DVD、另一种光学介质等。CMU 32可以配置或配备有其他所需的计算机硬件，诸如高速时钟、必要的模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、输入/输出电路和设备(I/O),以及适当的信号调节和/或缓冲电路。CMU 32所需的或可访问的算法(通常由数字34表示)可存储在CMU 32的存储器中，并自动执行以促进BMS 20的操作。具体而言，算法34可以包括库存模式，该库存模式被配置为以预定的时间间隔监控CS-FET 24和/或询问CS-FET，以验证与CS-FET的有效通信线路和CS-FET的操作。
CMU 32还被特别配置为将接收到的排出气体数据35与目标排出气体的相应预定阈值量38进行比较。目标排出气体的预定阈值量38可在代表性锂离子电池单元(诸如电池单元14)的测试期间根据经验确定，并被编程到CMU 32中。CMU 32还被配置为当检测到的由锂离子电池单元排出的气体量超过目标排出气体的预定阈值量38时，触发指示电池故障并预测热失控(即，锂离子电池单元14即将发生故障)的信号40。对于各个锂离子电池单元14，编程到CMU 32中的相应预定阈值量38可以是H2的10ppm(百万分率)、CO2的500ppm、CO的10ppm和C2H4的10ppm。在图1所示的BMS 20的实施例中，可调节编程到CMU 32中的相应预定阈值量38，以说明特定电池模块12中的锂离子电池单元14的具体数量。在任一实施例中，当检测到的至少一种排出气体的量超过相应的阈值量38时，CMU 32可触发信号40。
信号40可以是听觉和/或视觉感官信号或警报。例如，信号40可以是听觉指示器，诸如高分贝和/或高频率警报。信号40也可以是视觉指示器，诸如故障指示灯(MIL),存储在CMU 32的存储器中的生成的数字故障代码。存储在CMU 32的存储器中的数字故障代码可以由授权的技术人员检索，或者通信到包括数据库的中央机构，诸如IT云服务器42(如图1所示)。如图所示，IT云服务器42被布置在远离CMU 32的位置，并且诸如经由天线32-1和/或与RESS 10进行无线通信，从而实现集中式系统访问和管理。在这样的实施例中，外部IT云服务器42可以是BMS 20的一部分，BMS 20监督多单元可充电能量存储系统的网络，诸如RESS10，具有独立的CMU，类似于CMU 32。各个CMU和IT云服务器42之间的必要通信可以是蜂窝的，或者经由无线局域网(Wi-Fi),或者经由地球轨道卫星(未示出),所述无线局域网由驻留在蜂窝基站上的云边缘促进以减少等待时间。
CMU 32可以另外被配置为检测特定的锂离子电池单元14何时电连接到电池充电器44，即，从其接收充电电流。CMU 32可还被配置为响应于由目标电池单元排出的气体的检测量(由数据35表示)超过目标排出气体的预定阈值量38，将锂离子电池单元14从电池充电器44电气断开。CMU 32可被配置为与信号40的触发或设置并行地或响应于信号40的触发或设置而断开电池充电器44。电池充电器44的断开可以经由打开将充电器连接到锂离子电池单元14的电路中的开关46来实现。
CMU 32可被额外地配置为检测锂离子电池单元14何时连接到电气负载48，例如车辆子系统，诸如加热、通风和空调(HVAC)系统或牵引马达(未示出)。特别地，当在机动车辆中使用时，RESS 10可以经由高压总线50(如图1所示)连接到电气负载48和CMU 32。在这样的实施例中，CMU 32还可被配置为响应于由锂离子电池单元排出的气体的检测量(由数据35表示)超过目标排出气体的预定阈值量38，将锂离子电池单元14从电气负载48断开。电气负载48的断开可以经由打开将负载连接到锂离子电池单元14的电路中的开关52来实现。类似于上述断开充电器44的情况，CMU 32可被配置为与信号40的触发或设置并行地或响应于信号40的触发或设置而断开电气负载48。
BMS 20还可包括被配置为扑灭电气火灾的灭火系统54。灭火系统54可以例如包括喷水灭火系统，该喷水灭火系统具有向流体分配管道系统提供足够压力和流速的水或泡沫供应系统，该流体分配管道系统连接到单独的喷水灭火单元(未示出)。灭火系统54的另一个示例可以利用被配置为自动分配推进惰性气体和超细气溶胶颗粒的策略性排列的罐来扑灭电解质火，防止复燃，并降低电池外壳爆炸的风险。CMU 32可被配置为响应于检测到的由锂离子电池单元14排出的气体量超过目标排出气体的预定阈值量38而启动灭火系统54。
总的来说，具有CS-FET 24的多气体传感器阵列微芯片22用于检测从锂离子电池单元14排出的气体，以在锂离子电池故障的情况下实现早期警告。与现有的气体感测技术相比，结合到本公开的BMS 20中的多气体传感器阵列微芯片22提供了一种显著更灵敏且更具成本效益的方法来检测即将发生的锂离子电池单元14故障。被编程到CMU 32中的所公开的方法可以被用来提供单个锂离子电池单元14和锂离子电池模块12的增强的安全性，并且有助于防止锂离子电池单元的灾难性故障、火灾和爆炸。
经由BMS 20管理锂离子电池单元14的操作并检测其即将发生的故障的方法100在图6中示出，并在下面参照图1-5所示的结构进行描述。方法100从框102开始，经由布置在微芯片22上的CS-FET 24检测由锂离子电池单元14排出的多种不同气体中的至少一种。在框102之后，该方法前进到框104。在框104中，该方法包括经由CMU 32从CS-FET 24接收指示由至少一个锂离子电池单元14排出的检测到的气体量的数据35。该方法从框104前进至框106，其中该方法包括经由CMU 32将指示排出气体的检测量的数据35与编程到CMU中的目标排出气体的相应预定阈值量38进行比较。如参考图1-5所述，编程到CMU 32中的预定阈值量38可以从H2的10ppm、CO2的500ppm、CO的10ppm和C2H4的10ppm中选择。
在框106之后，该方法进行到框108。在框108中，该方法包括当由数据35表示的由锂离子电池单元14排出的特定气体的检测量超过目标排出气体的相应预定阈值量38时，经由CMU 32触发指示锂离子电池单元14即将发生故障的信号40。在框108之后，该方法可前进至框110。在框110中，该方法可包括经由CMU 32确定或检测锂离子电池单元14何时连接到电池充电器44并从中汲取电流。在确定锂离子电池单元14连接到电池充电器44之后，该方法可以前进到框112。在框112中，该方法可包括响应于排出气体的检测量超过相应的预定阈值量38，经由CMU 32将锂离子电池单元14从电池充电器44电气断开。
替代地，在框108或112之后，该方法可前进至框114。在框114中，该方法可包括经由CMU 32确定或检测锂离子电池单元14何时连接到电气负载48。在确定锂离子电池单元14连接到电气负载48之后，该方法可以前进到框116。在框116中，该方法可包括响应于排出气体的检测量超过相应的预定阈值量38，经由CMU 32将锂离子电池单元14从电气负载48电气断开。在框108、112或116中的任一个之后，该方法可以前进到框118。在框118中，该方法可包括响应于排出气体的检测量超过相应的预定阈值量38，经由CMU 32启动灭火系统54。
因此，如所预想的，方法100能够连续监测锂离子电池单元14，以检测目标锂离子电池单元的即将发生的故障，并且在确定这种情况的情况下进一步发出警报。此外，方法100能够限制目标电池单元14的充电和放电，并且如果这种即将发生的故障成立，则进一步激活灭火。因此，在框108、112、116或118之后，该方法可循环回到框104，以经由BMS 20继续监测锂离子电池单元14，并经由CS-FET 24检测由锂离子电池单元14排出的气体。替代地，该方法可以在框120中结束。
详细描述和附图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在各种替代设计和实施例来实践所附权利要求中限定的公开内容。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征不一定被理解为彼此独立的实施例。相反，在一个实施例的一个示例中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望的特征相结合，导致其他实施例没有用文字或参考附图来描述。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围的框架内。

Claims (20)

1.一种被配置为检测锂离子电池单元的即将发生的故障的电池管理系统，所述电池管理系统包括：
传感器阵列微芯片，包括多个硅化学敏感场效应晶体管(CS-FET)，所述多个CS-FET被配置为检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体；以及
电池监测单元(CMU)，与所述传感器阵列微芯片可操作地通信，并且被配置为：
从至少一个CS-FET接收指示由所述锂离子电池单元排出的气体的检测量的数据；
将指示排出气体的所述检测量的数据与编程到所述CMU中的目标排出气体的预定阈值量进行比较；以及
当排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的所述预定阈值量时，触发指示所述锂离子电池单元的即将发生的故障的信号。
2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述CMU还被配置为：
确定所述锂离子电池何时连接到电池充电器；以及
响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量，将所述锂离子电池单元从所述电池充电器电气断开。
3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述CMU还被配置为：
确定所述锂离子电池单元何时连接到电气负载；以及
响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量，将所述锂离子电池单元从所述电气负载断开。
4.根据权利要求1所述的电池管理系统，还包括被配置为扑灭电气火灾的灭火系统，其中所述CMU还被配置为响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量而启动所述灭火系统。
5.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述CS-FET在单个平面中并排布置在所述传感器阵列微芯片上，并且其中每个所述CS-FET被配置为检测由所述锂离子电池单元排出的气体中的一种。
6.根据权利要求5所述的电池管理系统，其中，由所述锂离子电池单元排出的每种检测到的气体选自包括氢气(H2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和乙烯(C2H4)的列表。
7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中，编程到所述CMU中的所述预定阈值量选自H2的10ppm、CO2的500ppm、CO的10ppm和C2H4的10ppm。
8.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述锂离子电池单元是多单元可充电能量存储系统(RESS)的一部分，所述RESS具有布置在单个电池模块中的多个锂离子电池单元，其中所述传感器阵列微芯片布置在所述RESS内并且靠近单个电池模块，并且其中所述传感器阵列微芯片被配置为在模块级上检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体。
9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述锂离子电池单元包括具有排气口的外壳，所述排气口被配置为排出气体，并且其中所述传感器阵列微芯片被布置为靠近所述排气口。
10.根据权利要求9所述的电池管理系统，其中，所述外壳被配置为袋状、棱柱形外壳和圆柱形外壳中的一种。
11.一种管理锂离子电池单元的操作和检测所述锂离子电池单元的即将发生的故障的方法，所述方法包括：
经由布置在传感器阵列微芯片上的硅化学敏感场效应晶体管(CS-FET)检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体中的至少一种，所述传感器阵列微芯片具有被配置为检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体的多个CS-FET；
经由与所述CS-FET可操作地通信的电池监测单元(CMU)从所述CS-FET接收指示由所述锂离子电池单元排出的气体的检测量的数据；
经由所述CMU将指示排出气体的所述检测量的数据与编程到所述CMU中的目标排出气体的预定阈值量进行比较；以及
当排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的所述预定阈值量时，经由所述CMU触发指示所述锂离子电池单元的即将发生的故障的信号。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
经由所述CMU确定所述锂离子电池单元何时连接到电池充电器；以及
响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量，经由所述CMU将所述锂离子电池单元从所述电池充电器电气断开。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
经由所述CMU确定所述锂离子电池单元何时连接到电气负载；以及
响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量，经由所述CMU将所述锂离子电池单元从所述电气负载断开。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于排出气体的所述检测量超过所述目标排出气体的相应预定阈值量，经由所述CMU启动灭火系统。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述CS-FET在单个平面中并排布置在所述传感器阵列微芯片上，并且其中检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体中的至少一种包括检测由所述锂离子电池单元经由每个所述CS-FET排出的气体中的一种。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，由所述锂离子电池单元排出的每种检测到的气体选自包括氢气(H2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和乙烯(C2H4)的列表。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，编程到所述CMU中的所述预定阈值量选自H2的10ppm、CO2的500ppm、CO的10ppm和C2H4的10ppm。
18.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述锂离子电池单元是多单元可充电能量存储系统(RESS)的一部分，所述RESS具有布置在单个电池模块中的多个锂离子电池单元；
所述传感器阵列微芯片布置在所述RESS内并且靠近单个电池模块；以及
检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体中的至少一种包括在模块级上检测由所述锂离子电池单元排出的多种不同气体。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述锂离子电池单元包括具有排气口的外壳，所述排气口被配置为排出气体，并且其中所述传感器阵列微芯片被布置为靠近所述排气口。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述外壳被配置为袋状、棱柱形外壳和圆柱形外壳中的一种。
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