CN117996384A - 压力保持装置及包括其的电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压力保持装置和一种包括压力保持装置的电池系统，压力保持装置包括：与多个电池单体一起在电池模组的壳体内的液压装置，液压装置被配置为改变其体积以抵消由于多个电池单体的变形引起的壳体内的压力变化；储集器，通过管道连接至液压装置，储集器被配置为存储流体并根据液压装置的体积的变化将流体排放至管道或者存储从管道引入的流体；加热器，被配置为加热储集器；以及控制器，被配置为根据室外空气温度控制加热器。

Description

压力保持装置及包括其的电池系统
技术领域
本公开的实施方式的多个方面涉及压力保持装置以及包括压力保持装置的电池系统。
背景技术
二次电池是被设计来反复充电和放电的电池，且区别于一次电池，一次电池被设计来提供化学能到电能的不可逆转换。低容量二次电池经常被用作诸如移动电话、膝上型计算机或便携式摄像机的小型电子设备的电源，而高容量二次电池经常被用作混合动力车辆等的电源。
一般而言，二次电池单体包括电极组件、容纳电极组件的外壳以及被电连接至电极组件的电极端子，电极组件包括正电极、负电极以及插置于正电极和负电极之间的隔膜。电解质溶液被注入到外壳内，从而由于正电极、负电极和电解质溶液间的电化学反应而使得电池单体的充电和放电可行。诸如圆柱形或矩形形状的外壳的形状根据电池单体的期望用途或应用而改变。
二次电池单体由于反复充电和放电而反复收缩和膨胀，使得直接疲劳载荷被施加到电池结构上。此外，随着电极组件劣化，二次电池单体可持续膨胀，并且由于持续膨胀，与单体的早期寿命阶段相比，在单体的后期寿命阶段中施加到电池结构的压力可增大，从而由于性能劣化和结构变形，安全问题可发生。
发明内容
本公开的实施方式提供压力保持装置以及包括压力保持装置的电池系统，压力保持装置用于即使电池单体的体积变化也保持电池结构的恒定内部压力。
根据本公开的一实施方式的一种压力保持装置包括：与多个电池单体一起在电池模组的壳体内的液压装置，液压装置被配置为改变其体积以抵消由于多个电池单体的变形引起的壳体内的压力变化；储集器，其通过管道连接到液压装置，储集器被配置为存储流体并根据液压装置的体积的变化将流体排放至管道或者存储从管道引入的流体；加热器，被配置为加热储集器；以及控制器，被配置为根据外部空气温度控制加热器。
当多个电池单体膨胀时，液压装置可以被配置为收缩以将流体排放至管道，当多个电池单体收缩时，液压装置可以被配置为通过从管道引入的流体而膨胀。
液压装置可以包括液压缸或液压袋。
压力保持装置可以进一步包括被配置为检测外部空气温度的温度传感器。
压力保持装置可以进一步包括连接至管道的保持阀。保持阀可以被配置为被开启以补充流体至管道。
压力保持装置可以进一步包括连接至管道的减压阀。减压阀可以被配置为当管道内的压力超过参考值时被开启以从管道排出流体。
压力保持装置可以进一步包括：补充管道；电磁阀，其连接在管道和补充管道之间，并且被配置为在电磁阀被开启时将补充管道的流体供应到管道；以及辅助储集器，被配置为储存流体，并在补充管道的内部压力由于电磁阀的开启而降低时将流体排放到补充管道。电磁阀可以被配置为当管道的内部压力比补充管道的内部压力低参考值或更多时被开启。
压力保持装置可以进一步包括连接至补充管道的保持阀。保持阀可以被配置为被开启以补充流体至补充管道。
压力保持装置可以进一步包括：第一压力传感器，其联接至管道并被配置为检测管道的内部压力；以及第二压力传感器，其联接至补充管道并被配置为检测补充管道的内部压力。控制器可以被配置为当由第一压力传感器检测到的第一压力低于由第二压力传感器检测到的第二压力时开启电磁阀。
压力保持装置可以进一步包括：第一压力传感器，其联接至储集器并被配置为检测储集器的内部压力；以及第二压力传感器，其联接至辅助储集器并被配置为检测辅助储集器的内部压力。控制器可以被配置为当由第一压力传感器检测到的第一压力低于由第二压力传感器检测到的第二压力时开启电磁阀。
压力保持装置可以进一步包括：泵，其联接至管道且被配置为供应额外的流体至管道；以及被配置为驱动泵的电动机。控制器可以被配置为当管道的内部压力降低到参考值或更低时控制电动机以驱动泵。
根据本公开的一实施方式的电池系统包括：如以上所述的压力保持装置；以及电池模组。电池模组可以包括：彼此相邻堆叠的多个电池单体；以及具有密封空间的壳体，多个电池单体和液压装置布置在密封空间内。
根据本公开的实施方式，即使电池单体膨胀，电池结构的内部压力也可以保持恒定。
附图说明
图1是根据本公开的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
图2是根据本公开的另外的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
图3是根据本公开的另外的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
一些附图标记的说明
1a、1b、1c：电池系统 11：电池单体
12：模组壳体 13：缓冲板
21：液压装置 22：储集器
23：流体管道 24：保持阀
25：减压阀 26：加热器
27：温度传感器 28：控制器
31：补充管道 32：辅助储集器
33：电磁阀 34、35：压力传感器
41：泵 42：电动机
具体实施方式
现在将结合附图详细描述本公开的实施方式。现在将结合附图详细描述实施方式的方面和特征及其提供方式。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施方式可以以各种不同的方式修改，全都不脱离本公开的精神或范围。实施方式作为示例被提供，使得本公开可以彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分地描述本公开的方面和特征。
应理解，当一元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“连接至”另一元件或层或者“联接至”另一元件或层时，其可以直接在该另一元件或层上、直接连接至该另一元件或层或者直接联接至该另一元件或层，或者一个或更多个居间元件或层也可以出现。当一元件或层被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”另一元件或层或者“直接联接到”另一元件或层时，没有居间元件或层出现。例如，当第一元件被描述为“联接”或“连接”至第二元件时，第一元件可以直接联接或连接至第二元件，或者第一元件可以经由一个或更多个居间元件间接联接或连接至第二元件。
图中，为了图示的清楚，各种元件、层等的尺寸可以被夸大。相同的附图标记标示相同的元件。当在本文中使用时，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或更多个项目的任何和所有组合。此外，在描述本公开的实施方式时，“可以”的使用涉及“本公开的一个或更多个实施方式”。诸如“中的至少一个”和“中的任何一个”的表述，在出现在一列元素之后时，修饰整列元素，而不修饰该列中的单个元素。例如，表述“a、b或c中的至少一个”表示仅a，仅b，仅c，a和b两者，a和c两者，b和c两者，a、b和c全部，或者它们的变化。当在本文中使用时，术语“使用”、“正使用”和“被使用”可以被认为分别与术语“利用”、“正利用”和“被利用”同义。当在本文中使用时，术语“基本上”、“大约”和类似术语用作近似术语，而不是程度术语，并且旨在说明本领域普通技术人员将会认识到的测量或计算值的固有偏差。
应理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语用于将一元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不脱离示例实施方式的教导。
为了描述的容易，诸如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……上方”、“上部”等的空间关系术语可以在本文中被使用，以描述如图中所示的一元件或特征的与另外的元件(们)或特征(们)的关系。应理解，除了图中描绘的取向之外，空间关系术语旨在还包括装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，那么被描述为“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件将被取向“在”所述另外的元件或特征的“上方”或“之上”。因此，术语“在……下面”可以包括在上方和在下面的取向两者。装置可以被另外取向(旋转90度或处于另外的取向)，本文中使用的空间关系描述词应被相应地解释。
本文中使用的术语是为了描述本公开的实施方式，不是旨在限制本公开。当在本文中使用时，单数形式“一”和“一个”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地另行表示。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“正包括”、“包含”和/或“正包含”指明所述及特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个另外的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或添加。
根据本文中描述的本公开的实施方式的控制器和/或任何另外的相关装置或组件可以利用任何适当的硬件、固件(例如专用集成电路)、软件和/或软件、固件和硬件的适当组合来实施。例如，控制器的各种组件可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或在分开的IC芯片上。此外，控制器的各种组件可以实施在柔性印刷电路膜、带载封装(TCP)、印刷电路板(PCB)上，或者形成在与控制器相同的基板上。此外，控制器的各种组件可以是一个或更多个计算装置中在一个或更多个处理器上运行的进程或线程，其执行计算机程序指令并与用于执行本文中描述的各种功能的另外的系统组件交互。计算机程序指令存储在存储器中，该存储器可以实施在使用诸如例如随机存取存储器(RAM)的标准存储装置的计算装置中。计算机程序指令也可以存储在诸如例如CD-ROM、闪存驱动器等的另外的非暂时性计算机可读介质中。此外，本领域技术人员应当认识到，在不脱离本公开的示例性实施方式的范围的情况下，各种计算装置的功能可以被组合或集成到单个计算装置中，或者特定计算装置的功能可以分布在一个或更多个另外的计算装置上。
下文，将参照必要的附图详细描述根据本公开的实施方式的压力保持装置以及包括压力保持装置的电池系统。
图1是根据本公开的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
参考图1，根据一实施方式，电池系统1a可以包括电池模组和电池模组的压力保持装置。
电池模组可以包括多个电池单体11和模组壳体12，多个电池单体11彼此串联和/或并联连接，模组壳体12是容纳多个电池单体11的结构。多个电池单体11可以在模组壳体12内按堆叠布置设置。
密封空间(例如内部空间或隔室)14可形成在模组壳体12内。多个电池单体11和压力保持装置的液压装置21(在下面被更详细地描述)可以容纳在模组壳体12的内部空间14中。缓冲板13可以布置在模组壳体12的内部空间14中在液压装置21和电池单体11之间。缓冲板13可以根据电池单体11中的一个或更多个的体积的变化而变形或移动。如果电池单体11收缩，则缓冲板13可以由于来自液压装置21的膨胀压力而朝向电池单体11移动或变形。在电池单体11膨胀期间，缓冲板13可以由于电池单体11的膨胀压力而朝向液压装置21移动或变形。
根据一实施方式的压力保持装置可以包括液压装置21、储集器22、流体管道23、保持阀24、减压阀25、加热器26、温度传感器27和控制器28。
液压装置21可以通过抵消(例如消除)由于电池单体11的变形(例如体积的变化)导致的模组壳体12内的压力变化来减小或最小化模组壳体12的疲劳载荷。如果电池单体11收缩(例如如果电池单体11中的一个或更多个收缩)，则液压装置21可以膨胀以使缓冲板13朝向电池单体11移动或变形。如果电池单体11膨胀，则液压装置21可以通过经由缓冲板13从电池单体11传递的膨胀压力而收缩。
液压装置21可以包括被配置为响应于液压压力而膨胀和收缩的装置(例如液压袋、液压缸等)。液压装置21可以通过流体(例如油)的流入和排出而膨胀或收缩。如果液压装置21收缩，则流体可以从液压装置21排出。如果液压装置21膨胀，则流体可以流入液压装置21。
储集器22可以储存加压流体，并且可以抵消由液压装置21的膨胀和收缩引起的液压压力变化。例如，如果液压压力变化由于液压装置21的膨胀或收缩而在流体管道23内发生，则储集器22可以将流体排放至流体管道23，或者可以通过将流体管道23的流体引入储集器22来抵消流体管道23内的液压压力变化。如果电池单体11收缩使得液压装置21膨胀，则储集器22可以通过将流体排放至流体管道23来防止液压压力的降低。如果电池单体11膨胀使得液压装置21收缩，则储集器22可以通过将流体从液压装置21引入储集器22来防止液压压力的增加。在一些实施方式中，储集器22的内部压力可以与电池单体11的内部压力的变化成比例地变化。例如，如果电池单体11的内部压力增加(例如电池单体11膨胀)，则储集器22的压力可以由于流体的流入而增加，如果电池单体11的内部压力降低(例如电池单体11收缩)，则储集器22的压力可以由于流体的排出而降低。
流体管道23可以延伸穿过(或延伸进入)模组壳体12，并且可以联接至模组壳体12。流体管道23可以分别连接到液压装置21的流体入口/出口和储集器22的流体入口/出口。流体管道23可以是用于液压装置21和储集器22之间的流体交换的通道。
保持阀24可以连接至流体管道23的流体入口，以补充流体管道23内的流体。保持阀24可以手动或自动操作。
保持阀24可以通过用户的手动操作被开启，以将流体提供至流体管道23的内部。
保持阀24的开启和关闭可以由控制器28控制。例如，如果流体管道23内部的压力降低到参考(或预定)值或更低，或者达到设定的时间段，则控制器28可以开启保持阀24，使得存储在流体罐(未示出)中的流体被供应到流体管道23的内部。在一些实施方式中，压力保持装置可以进一步包括压力传感器34(见例如图2)，压力传感器34被配置为检测流体管道23或储集器22的内部压力。如果由压力传感器检测到的流体管道23或储集器22的内部压力降低到参考值或更低，则控制器28可以开启保持阀24，使得额外的流体被供应到流体管道23。
减压阀25可以连接到流体管道23的流体出口，以将流体管道23内的流体排放到流体管道23的外部。如果流体管道23内的压力超过参考(或预定)值，则减压阀25可以被开启，使得流体管道23内的流体被排放到外部。如果流体管道23内的压力降低到参考值或更低，则减压阀25可以被关闭，以停止流体的排放。
除了保持阀24被开启使得流体被供应至流体管道23的内部的时候，或减压阀25被开启使得流体管道23内的流体被排放至外部的情况以外，流体管道23可以保持密封状态。在一些实施方式中，当保持阀24和减压阀25都关闭时，流体管道23内的流体可以仅在液压装置21和储集器22之间交换。
加热器26可以加热储集器22。
温度传感器27可以测量储集器22外部的外部空气温度(例如外部温度)。
控制器28可以通过温度传感器27检测外部空气温度，并可以调节流经加热器26的电流，使得加热器加热储集器22。为了防止储集器22内的压力变化由于储集器22内的温度变化而发生，控制器28可以通过根据检测到的外部空气温度控制加热器26的操作来减小或最小化储集器22的内部温度的变化。因为如果在储集器22内充入氮气，将压力为200巴的1L氮气升高30摄氏度所需的能量为约2Wh(瓦特小时)，所以储集器22内的温度变化可以用很少的能量来减小或最小化。
根据上述实施方式，电池单体11的位移可以由压力保持装置吸收，使得由于电池单体11的充电和放电而施加至模组壳体12的疲劳载荷被降低或最小化。例如，即使在电池单体11的寿命期间膨胀因劣化而发生，与电池单体11的早期寿命阶段相比，模组壳体12内的压力也可以保持恒定，使得模组壳体12的结构变形被减小或最小化。在一些实施方式中，如果安装电池模组，则电池单体11的紧固力可以通过使用压力保持装置对电池单体11加压来提高。在一些实施方式中，储集器22、加热器26等可以被使用以响应外部温度变量、流体泄漏等。
图2是根据本公开另外的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
与用于描述上述的图1所示的电池系统1a的附图标记相同的用于描述图2所示的电池系统1b的附图标记可以表示相同的组件，并且对它们的重复描述被省略。
将图2所示的实施方式与图1所示的实施方式比较，电池系统1b可以进一步包括补充管道31、辅助储集器(例如补充储集器)32、电磁阀33和压力传感器34和35。
补充管道31可以是电磁阀33、辅助储集器32和保持阀24之间的流体通道。
辅助储集器32可以存储加压状态下的流体。如果流体通过保持阀24被供应到补充管道31，则辅助储集器32可以在其中存储所供应的流体。如果电磁阀33被开启，使得补充管道31内的液压压力降低，则辅助储集器32可以通过排出存储在辅助储集器32内的流体来将流体供应至补充管道31。
电磁阀33的开启可以由控制器28控制，流体管道23和补充管道31之间的流体的流动可以被控制。例如，在流体管道23的内部液压压力比补充管道31的内部液压压力低参考值或更多时，开启电磁阀33。
压力传感器34可以联接至流体管道23，以检测流体管道23的内部液压压力(P1)。压力传感器35可以联接至补充管道31，以检测补充管道31的内部液压压力(P2)。
控制器28可以比较压力传感器34和35检测到的压力，并且在流体管道23的内部液压压力(P1)低于补充管道31的内部液压压力(P2)时，可以开启电磁阀33，使得补充管道31的流体流入流体管道23。如果流体从补充管道31供应到流体管道23，则补充管道31内的液压压力可以降低，使得存储在辅助储集器32中的流体被排放至补充管道31。
在以上描述中，电磁阀33的开启通过使用联接至流体管道23和补充管道31的压力传感器34和35来控制，但这仅是一示例。在另一实施方式中，用来确定电磁阀33是否应该开启的压力传感器34和35可以分别联接至储集器22和32。例如，压力传感器34和35可以分别检测储集器22和辅助储集器32的内部压力，并且控制器28可以比较内部压力以确定电磁阀33是否应该被开启。在一些实施方式中，如果储集器22的内部压力变得低于辅助储集器32的内部压力，则控制器28可以开启电磁阀33，使得补充管道31的流体流入流体管道23。
根据本公开的实施方式，辅助储集器32可以被使用以在储集器(例如主或主要储集器)22的压力降低的情况下补充流体，使得保持周期增长。
图3是根据本公开另外的实施方式的包括压力保持装置的电池系统的示意图。
与用于描述上述的图1所示的电池系统1a的附图标记相同的用于描述图3所示的电池系统1c的附图标记可以表示相同的组件，并且对它们的重复描述被省略。
将图3所示的实施方式与图1所示的实施方式比较，电池系统1c可以进一步包括用于补充流体管道23中的流体的泵41以及用于驱动泵41的电动机42，作为保持阀24的替代。
如果流体管道23内的压力降至参考(或预定)值或更低，或者达到设定的时间段，则控制器28可以通过使用(或通过控制)电动机42来驱动泵41，使得存储在流体罐(未示出)中的流体被供应至流体管道23的内部。在一些实施方式中，压力保持装置可以进一步包括用于检测流体管道23或储集器22的内部压力的压力传感器34(见例如图2)。如果由压力传感器检测到的流体管道23或储集器22的内部压力降低到参考值或更低，则控制器28可以驱动泵41，使得额外的流体被供应至流体管道23。
根据本公开的实施方式，如果压力保持装置确定需要流体补充以保持压力，则压力保持装置可以驱动泵41以自动补充储集器22内的流体，即使在安装有电池系统的车辆的行驶期间。
虽然已经参照附图示出和描述了本公开的实施方式，但是本文中使用的特定术语仅仅是为了描述这些实施方式，并不旨在限定其含义或者限制权利要求中阐述的本公开的范围。因此，本领域普通技术人员将理解，本公开的各种修改和另外的等同实施方式是可能的。因此，本公开的范围应当基于所附权利要求及其等同物的技术精神来确定。

Claims (12)

1.一种压力保持装置，包括：
与多个电池单体一起在电池模组的壳体内的液压装置，所述液压装置被配置为改变其体积以抵消由于所述多个电池单体的变形引起的所述壳体内的压力变化；
储集器，通过管道连接至所述液压装置，所述储集器被配置为存储流体并根据所述液压装置的体积的变化将所述流体排放至所述管道或者存储从所述管道引入的所述流体；
加热器，被配置为加热所述储集器；以及
控制器，被配置为根据外部空气温度控制所述加热器。
2.根据权利要求1所述的压力保持装置，其中，当所述多个电池单体膨胀时，所述液压装置被配置为收缩以将所述流体排放至所述管道，并且
当所述多个电池单体收缩时，所述液压装置被配置为通过从所述管道引入的所述流体而膨胀。
3.根据权利要求2所述的压力保持装置，其中所述液压装置包括液压缸或液压袋。
4.根据权利要求1所述的压力保持装置，进一步包括温度传感器，所述温度传感器被配置为检测所述外部空气温度。
5.根据权利要求1所述的压力保持装置，进一步包括连接至所述管道的保持阀，并且
其中所述保持阀被配置为被开启以补充所述流体至所述管道。
6.根据权利要求1所述的压力保持装置，进一步包括连接至所述管道的减压阀，并且
其中所述减压阀被配置为当所述管道内的压力超过参考值时被开启以从所述管道排出所述流体。
7.根据权利要求1所述的压力保持装置，进一步包括：
补充管道；
电磁阀，连接在所述管道和所述补充管道之间，并且被配置为当所述电磁阀被开启时供应所述补充管道的流体到所述管道；以及
辅助储集器，被配置为存储流体，并且当所述补充管道的内部压力由于所述电磁阀的开启而降低时排放所述流体至所述补充管道，
其中所述电磁阀被配置为当所述管道的内部压力比所述补充管道的所述内部压力低参考值或更多时被开启。
8.根据权利要求7所述的压力保持装置，进一步包括连接到所述补充管道的保持阀，并且
其中所述保持阀被配置为被开启以补充所述流体至所述补充管道。
9.根据权利要求7所述的压力保持装置，进一步包括：
第一压力传感器，联接至所述管道，并被配置为检测所述管道的所述内部压力；以及
第二压力传感器，联接至所述补充管道，并被配置为检测所述补充管道的所述内部压力，
其中所述控制器被配置为当由所述第一压力传感器检测到的第一压力低于由所述第二压力传感器检测到的第二压力时开启所述电磁阀。
10.根据权利要求7所述的压力保持装置，进一步包括：
第一压力传感器，联接至所述储集器，并被配置为检测所述储集器的内部压力；以及
第二压力传感器，联接至所述辅助储集器，并被配置为检测所述辅助储集器的内部压力，
其中所述控制器被配置为当由所述第一压力传感器检测到的第一压力低于由所述第二压力传感器检测到的第二压力时开启所述电磁阀。
11.根据权利要求1所述的压力保持装置，进一步包括：
泵，联接至所述管道，并被配置为供应额外的流体至所述管道；以及
电动机，被配置为驱动所述泵，
其中所述控制器被配置为当所述管道的内部压力降低到参考值或更低时控制所述电动机以驱动所述泵。
12.一种电池系统，包括：
根据权利要求1所述的压力保持装置；以及
所述电池模组，所述电池模组包括：
彼此相邻堆叠的所述多个电池单体；以及
所述壳体，其具有密封空间，所述多个电池单体和所述液压装置布置在所述密封空间中。
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