TW202034574A - 在一電池組單元單相浸入式冷卻系統中識別一過熱事件的方法 - Google Patents

在一電池組單元單相浸入式冷卻系統中識別一過熱事件的方法 Download PDF

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Abstract

一種在一電池組單元單相浸入式冷卻系統(90)中識別一過熱事件的方法，該電池組單元單相浸入式冷卻系統包含：一冷卻流體(40)，其在具有一固定容積的一封閉容器(50)中；一或多個電池組單元(10)，其浸入在該冷卻流體中；以及一壓力感測器(130)，其用於感測在該封閉容器中的一壓力。
該方法包含以下步驟：
a)使用該壓力感測器判定遍布在該封閉容器中的一瞬間壓力；
b)從該瞬間壓力導出遍布在該封閉容器中任一處的一瞬間最高溫度；及
c)當該瞬間最高溫度超過一預定臨限溫度時，產生一信號。

Description

在一電池組單元單相浸入式冷卻系統中識別一過熱事件的方法
本發明係關於用於電池組之冷卻系統，更具體而言係關於用於電推進車輛(亦稱為電動車(electric vehicle，「EV」))之電池組的單相浸入式冷卻系統。具體而言，其係關於用於在此類冷卻系統中偵測過熱事件(諸如熱失控事件)之方法。其亦關於執行此類方法的電池組管理系統，以及關於包含執行此類方法的軟體之資料儲存裝置。
在電動車之鋰離子電池組之模組中的熱失控為在一電池組模組中的電池組單元之失控的溫度上升，此係由於過高電流在電池組單元內流動，通常由於電池組單元之分隔件失效以及後續在電池組單元之陽極與陰極之間的內部短路所導致。該過熱的電池組單元在電池組模組內加熱相鄰的單元並導致彼等相鄰單元中的內部短路，使得該熱失控會在該模組內的單元間擴散且最終在電池組內的模組間擴散。
重要的是提早偵測一導熱失控事件，因為提早偵測得到更多時間來停止該事件，或使EV之乘客得到更多時間離開該車輛。傳 統上，此係藉由在冷卻系統中或在電池組之一元件上安裝溫度感測器來完成。美國專利申請案第US 2014/0335381 A1號描述此一用於電池組熱管理的此類系統，該系統包含一電池組單元，其至少部分沉浸在內含於電池組殼體的液體內；一泵，其用以將該液體從該電池組殼體循環至一冷卻單元並回到該電池組殼體；及至少一溫度感測器，其用以感測該電池組單元的溫度。該電池組單元的溫度與一最高臨限溫度比較，且當電池組單元的溫度高於該最高臨限溫度時，啟用該冷卻單元。
中國專利申請案第CN 107702801號描述一種用於鋰離子電池組之充電及放電期間的熱失控提早警示裝置。該裝置包括一紅外線溫度感測器，以判定電池組溫度，並在電池組充電/放電熱失控前執行提早警示。
以CN 204407448 U公開的一中國實用新型提到一種浸入式電池組箱之溫度控制系統，其中一溫度感測器係用於偵測該電池組套組的溫度。
由於諸如熱失控事件的過熱事件可在電池組模組內的任何電池組單元中、以及在電池組模組總成內的任何模組中開始，因此此類過熱事件的提早偵測需要許多分布在電池組模組內、及分布在模組總成內的溫度感測器。理想情況下，各電池組單元的溫度將經監測以在該等單元中之任一者過熱時提早偵測。然而，此並非實際的，因 為容納如此多的溫度感測器、向其等供應電力、以及收集並處理其等信號所必需的基礎結構係相當複雜的且消耗許多空間及電力。
本揭露企圖解決此等問題。其提供一種在一電池組單元單相浸入式冷卻系統中識別一過熱事件的方法，該電池組單元單相浸入式冷卻系統包含一冷卻流體，其在具有一固定容積的一封閉容器中；一或多個電池組單元，其浸入在該冷卻流體中；以及一壓力感測器，其用於感測在該封閉容器中的壓力，該方法包含以下步驟：
a)使用該壓力感測器判定遍布在該封閉容器中的一瞬間壓力；
b)從該瞬間壓力導出遍布在該封閉容器中任一處的一瞬間最高溫度；及
c)當該瞬間最大溫度超過一預定臨限溫度時，產生一信號。
在處於熱平衡的封閉單相浸入式冷卻系統中，壓力在任一處相等。在等容下，流體之壓力隨溫度上升，且在壓力與溫度之間存在著獨特的函數關係。一旦針對已知的流體及已知的容積而判定此關係，可從該壓力導出流體的溫度。
在單相浸入式冷卻系統中，冷卻液僅以液體存在。在此情況下，該冷卻流體之溫度可從該壓力導出，只要該冷卻系統係封閉的且具有一固定容積。
封閉單相浸入式冷卻系統中的壓力並非取決於形成該系統的元件(諸如管件、冷卻流體、及浸入在冷卻流體中的電池組單元)之平均溫度，而是取決於該系統之最熱元件的溫度，因為在最熱元件處的溫度決定整個容器中的壓力。在該最熱元件處的任何壓力變化以 實質無延遲的方式在封閉容器內擴散。因此，當許多電池組單元中的一者過熱時，該系統中的壓力會瞬間在各處上升。使用該冷卻流體之壓力與溫度之間的已知關係，可藉由測量該封閉冷卻系統中的壓力來判定在該封閉冷卻系統中任一處的該最熱元件之溫度。
熱失控事件在電池組單元中產生遠高於該單元或電池組模組之任何合理操作溫度的溫度。當該冷卻系統中的最熱元件之溫度上升超過一預定臨限溫度時，此為一熱失控事件開始的指示。
壓力變化在整個冷卻系統內立即擴散，且因此由一遠端壓力感測器對於該變化之偵測可遠快於由在距離該過熱電池組單元一特定距離下的一溫度感測器對於溫度變化之偵測。藉由使用壓力感測器來判定在冷卻系統中的最熱元件之溫度可因此比使用溫度感測器更早提供一熱失控事件開始之警示。
在封閉冷卻系統中的電池組單元之任一者中的過熱事件將導致整個系統突然上升至一相當高的壓力。單一個壓力感測器可因此判定在封閉冷卻系統中的任一處是否發生一過熱事件。單一個壓力感測器比數個溫度感測器更容易容納、更容易供應電力、且更容易讀出。
電動車(EV)藉由儲存在車輛上的可充電電池組系統中的電能而推進。電池系統一般由複數個電池組模組所形成，其等之各電池組具有含有複數個電池組單元的機架。為了獲得所欲的電壓及電流，該等單元經並聯及串聯電連接。一般的電池組模組進一步具有將電池組單元彼此連接的匯流排、電接觸件、及冷卻機制。電池組單元包含 陰極、陽極、及電解質。在常見的鋰離子電池組中，鋰離子在放電期間從負極通過電解質移動至正極，且當充電時返回。若干電池組模組可配置在電池組組件中，其等之幾個形成一般的電動車之電池組系統。
當電池組單元及電池組模組被充電以及當其等被放電時變熱。為了最佳化電池組系統容量，所欲的是將電池及模組的溫度維持在一工作範圍內，除此之外，其取決於用於陽極、陰極及電解質的材料。對於一些一般的鋰離子單元及模組，較佳的工作溫度範圍係介於+15℃與+35℃之間的範圍。在負載下或當充電時，未冷卻模組可變得比35℃熱得多，並且需要冷卻以保持其等溫度在該工作範圍內。
在電池組單元單相浸入式冷卻系統中，電池組模組內的電池組單元經配置在液體冷卻流體中，可藉由該液體冷卻流體自該等單元移除熱，例如藉由透過該液體的熱傳導或藉由重力或強制對流。用語「流體(fluid)」通常係指液體或氣體。在本揭露的內文中，封閉容器中的冷卻流體處於其液相，且因此在本文中亦被稱為冷卻液體。大致上，冷卻液體與經浸入之電池組單元的表面直接接觸，使得熱可從該單元有效轉移至液體。在單相浸入式冷卻系統中，冷卻流體保持液體狀態且不蒸發。電池組單元表面附近的熱液體被輸送到其經冷卻的冷卻單元(例如熱交換器)，並且經冷卻之液體被帶回與電池組單元接觸並可再次吸收熱。
電池組單元可完全浸入在冷卻流體中，即浸入在冷卻流體的液相中。
冷卻流體係配置在封閉容器中，例如在封閉槽中。該容器可包含冷卻流體以液相的狀態循環通過的管材、管子、泵及熱交換器、及/或其他元件。在操作中，整個容器(即其整個容積)係完全以處於液相狀態的冷卻流體填充。
該容器係封閉的(即其係壓力密封)使得當容器中的壓力在正常操作下上升時，沒有冷卻流體可逸出，並且使得氣體或液體不可進入該容器。即使容器具有用於在緊急情況下排氣之閥，仍將其視為封閉的。
該容器為冷卻流體提供固定、恆定的容積，使得可判定冷卻流體之壓力與溫度間的關係，從而可自容器中的壓力導出冷卻流體在容器中的溫度。
該壓力感測器感測該容器中之壓力。該壓力感測器較佳地係一絕對壓力感測器。其精確度應經選擇，使得作為一熱失控事件開始的指示之明顯的溫度上升可被明確地識別。為了能夠提早發出一警示信號，壓力感測器應最好具有低於一秒的短反應時間。此一反應時間係在大多數可商購的壓力感測器之常見性能範圍內。顯而易見的，壓力感測器應被連續或頻繁地訊問以避免警示延遲。
封閉容器中的壓力在各處係相等的，因此封閉容器中之壓力感測器的位置並非重要的。由壓力感測器在一已知時間所判定的壓力在本文中稱為「瞬間壓力(instant pressure)」，因此為遍布在整個封閉容器中的壓力。
可利用各種合適的方法用以從遍布在封閉容器中的瞬間壓力導出遍布在封閉容器中任一處的瞬間最高溫度。在本揭露之特定較佳實施例中，瞬間最高溫度係藉由使用冷卻流體之蒸氣壓力資訊所導出。
對於封閉容器的已知固定容積及經浸入之電池組單元的已知固定容積，可藉由針對處於一溫度範圍的各溫度判定在該封閉容器中的各別壓力來產生冷卻流體之各種蒸氣壓力資訊，只要該封閉容器除了處於液相狀態的冷卻流體之外不含有其他流體。此可例如在組裝電池組單元單相浸入式冷卻系統之前完成。事實上，各溫度之各別壓力係所使用之冷卻流體的特性，且已知為冷卻流體之蒸氣壓力曲線。
冷卻流體之蒸氣壓力曲線可自浸入式冷卻系統的實際設置(例如在實驗室中)而獨立地判定。該曲線表示該冷卻流體之蒸氣壓力資訊。相同資訊可在一查找表中表示，其中列出針對各溫度的對應壓力。
為了從瞬間壓力導出一瞬間最大溫度，該查找表可以反向模式使用，即從由壓力感測器所判定的瞬間壓力開始並從已知的壓力查找對應的溫度值。可使用插值法以從可能位於查找表中的兩個相鄰壓力值之間的一壓力值獲得一溫度值。
所導出之溫度為冷卻流體中任一處所存在的最高溫度。由於電池組單元經浸入在冷卻流體中，任何電池組單元的表面最高溫度為冷卻流體的最高溫度。
因此，一旦在封閉容器中的電池組單元開始過熱時，此單元的一部分會變得更熱且很快會成為在該封閉容器中最熱的元件。此熱部分可稱為「熱點(hotspot)」。該熱點附近的冷卻流體會比冷卻流體的剩餘部分更快變熱，且因此界定「在封閉容器中任一處的瞬間最高溫度」。根據先前所判定之冷卻流體的蒸氣壓力曲線，在該熱點附近的熱冷卻流體將使該封閉容器中的瞬間壓力瞬間上升。壓力感測器判定該瞬間壓力。以可操作的方式連接至該壓力感測器的相關電池組冷卻控制系統或電池組管理系統(battery management system,BMS)訊問壓力感測器、讀取瞬間壓力、並從該瞬間壓力導出瞬間最大溫度。
電池組管理系統可接著判定該瞬間最大溫度超過預定臨限溫度，且可例如產生一電信號，該電信號觸發一聽覺警示至電動車之(多個)乘客，使得其等可採取適當措施或離開該車輛。
過熱事件會非常快速地將冷卻流體加熱。根據本揭露之方法可因此判定容器中任一處的最大溫度之高峰，以識別一過熱事件。在正常操作期間，冷卻流體的熱膨脹可以一更慢的速率改變容器中的壓力。該容器可進一步包含一膨脹容積，其藉由一小直徑管連接至容器之主隔室。此管會以類似於高通頻率過濾器的方式作用，其將允許在主隔室中的冷卻流體的急速壓力上升可被偵測，但「吸收」較慢的壓力上升，諸如由電池組單元之操作範圍內的熱膨脹所引起者。
可在電池組模組上執行實驗或模擬，以判定電池組模組的溫度，超過該溫度，一過熱事件或熱失控事件極為可能發生。此預定臨限溫度經選擇，使得當藉由使用壓力感測器判定之在封閉容器中 之瞬間最大溫度超過該臨限溫度時，一過熱事件很可能快發生，或一熱失控事件很可能快發生。
預定臨限溫度值將很大程度取決於模組的機械及熱設計，以及其內之電池組單元的類型。對於鋰離子電池之特定類型模組的合適臨限溫度係100℃或200℃。
當發現到在容器中任一處所導出的瞬間最大值溫度超過一預定臨限溫度時，產生一信號。該信號可指示一警示，例如指示一過熱事件或熱失控事件。
該信號可係一電信號、光學信號、聽覺信號、視覺信號、或觸覺信號。
該信號可藉由例如下列裝置來產生：壓力感測器、壓力感測器所連接且具有儲存在其中的冷卻流體之蒸氣壓力資訊的一電池組控制系統、或壓力感測器係以直接或間接可操作方式所連接且具有儲存在其中的冷卻流體之蒸氣壓力資訊(或者其可透過例如一通訊連接存取該冷卻流體之蒸氣壓力資訊)的一另外裝置。
在本文中所述的方法中，可藉由使用冷卻流體之預儲存的蒸氣壓力資訊來執行從瞬間壓力導出遍布在該封閉容器中任一處的一瞬間最大溫度之步驟b)。使用預儲存資訊係一特別快速且符合成本效益的提供蒸氣壓力資訊方式。冷卻流體之蒸氣壓力資訊可能可例如在執行本文中所述之識別過熱事件的方法許久之前在校準試驗中產生。此資訊可以其可容易地被冷卻系統取得的方式而預儲存，使得可更快及/或更頻繁地執行步驟b)。
在執行步驟a)至步驟c)之前，儲存蒸氣壓力資訊可係有利的。因此，識別一過熱事件的方法可包含預儲存冷卻流體之蒸氣壓力資訊的一額外步驟，此額外步驟係在執行步驟a)之前執行。可在執行步驟a)至c)許久之前執行該額外步驟，以例如在製造封閉容器之前或將冷卻流體填充至該封閉容器中之前於電池組單元中識別一過熱事件。
許多電池組(例如在電動車中許多目前的電池組)係由電池組管理系統(亦稱為「BMS」)所管理。電池組管理系統通常為一電子系統，該電子系統諸如藉由下列方法管理一可充電電池組(通常由幾個模組構成，各模組由幾個電池組構成)：免於在其安全操作範圍之外操作來保護電池、監測其狀態、計算二次資料、報告彼資料、控制其環境、將其認證、並使其平衡。在電動車中，該BMS亦可藉由將回收的能量(例如來自再生制動)重新導回至電池組中來控制該電池組的再充電。該BMS一般與電池組充電基礎設施、負載、熱管理子系統、及緊急停機子系統通訊。
在本揭露之特定實施例中，從壓力導出瞬間最大溫度的步驟b)係在一電池組管理系統中執行，即在控制本揭露所關聯之包含浸入式冷卻單元之電池組的BMS中執行。
在BMS中導出瞬間最大溫度是有利的，至少因為BMS通常用於詢問在電池組侵入式冷卻系統中的感測器，且因此連接至彼系統中的感測器。此外，BMS通常配備有足夠的記憶體及計算能力，以包含必要資料並執行必要計算以從壓力導出溫度。
預儲存的蒸氣壓力資訊可儲存為一查找表。查找表可被特別快速地搜尋。如查找表中常見，查找表可含有複數個壓力值，並且針對各壓力值有著一對應溫度值。此等壓力值及溫度值可在校準運行中獲得，其中在固定容積之封閉容器中的瞬間壓力及瞬間最大溫度針對一廣泛的壓力範圍來記錄，並將所記錄之值編入至一查找表中。
因此在本揭露的特定實施例中，冷卻流體之預儲存蒸氣壓力資訊包含壓力值及對應溫度值之查找表，其中溫度值之至少一者指示在一壓力(其具有該溫度值所對應的值)下遍布在特定固定容積之封閉容器中的一溫度。
作為查找表的替代方案，可藉由以一數學函數近似該蒸氣壓力曲線並藉由儲存該函數之定義(例如其類型及其參數)來儲存蒸氣壓力資訊。該函數可例如接受一壓力值作為輸入並回傳一溫度值作為輸出。函數的類型(例如指數函數、多項式函數等)及其參數對於冷卻流體及其熱性質，以及容器之容積及其他特性通常會係特定的。函數類型及其參數可在例如模擬、或校準運行中獲得，其中針對一廣泛的壓力範圍來記錄固定容積之封閉容器中之瞬間壓力及瞬間最大溫度的資料點，且所記錄之資料點接著以具有合適參數的合適類型之函數近似。為了從瞬間壓力值導出遍布在該封閉容器中任一處的瞬間最大溫度，該壓力值經輸入至該函數，其給出該瞬間最大溫度作為輸出。
該函數可在一數位處理單元上運算，例如在一電池組管理系統中的CPU。
因此，在特定實施例中，冷卻流體的預儲存蒸氣壓力資訊包含函數的定義及可選地該函數的參數，該函數接受至少一壓力值作為輸入並提供至少一溫度值作為輸出，其中該函數包含從熱性質(諸如冷卻流體之蒸氣壓力性質)導出的參數。
為了在一過熱事件的情況下產生一提早警示，對容器中瞬間最大溫度頻繁取樣(諸如每秒或每幾秒)係必要的。根據本揭露，溫度取樣係藉由壓力取樣及隨後溫度的導出來完成。
因此，在本揭露的特定實施例中，步驟a)係每5秒或更頻繁地執行一次、或每2秒或更頻繁地執行一次、或每1秒或更頻繁地執行一次。
電池組單元中的過熱事件在該封閉容器中產生遠高於正常操作溫度的溫度。當電池組單元的溫度超過100℃時，從一個單元擴散過熱至相鄰單元(諸如鋰離子電池組單元模組中之熱失控事件)的風險變得值得注意，或者超過200℃更值得注意且更危險。因此，當遍布在封閉容器中任一處的瞬間最高溫度高於10℃或200℃時，應該觸發一警示。
因此，在本揭露的特定實施例中，預定臨限溫度係200℃或更高。在本揭露的特定其他實施例中，預定臨限溫度係100℃或更高。
當電池組模組在其所允許的溫度範圍內操作時，遍布在封閉容器中任一處的瞬間最高溫度可能波動，且該溫度可能超過該預定臨限溫度僅達一短暫時間。在此類情況下，不應產生警示。然而， 若瞬間最高溫度連續超過臨限溫度連續達至少一特定時間期間(諸如達至少一秒或幾秒時)，則可能即將發生一過熱事件，且應產生警示。
因此，在本文中所述方法的特定實施例中，在步驟c)中，當瞬間最高溫度超過預定臨限溫度達至少一秒、達至少五秒、或達至少十秒，產生該信號。
冷卻流體係在該封閉容器中的唯一的流體。在封閉容器中有著第二流體的污染通常不是所欲的，因為兩種流體的混合物可能具有不有利的冷卻性質，諸如與單一冷卻流體不同的黏度、不同的熱容量、或不同沸點。若該冷卻流體被存在於容器中的第二流體污染，從瞬間壓力導出瞬間最高溫度的步驟可能不會像其以未受污染的冷卻流體般準確。可能得出未受污染的冷卻流體之蒸氣壓力資訊的校準對於封閉容器中的冷卻流體與第二流體之混合物並不準確。將需要對流體之混合物進行新的校準，此將導致一組不同的蒸氣壓力資訊。
因此，在本揭露之特定較佳實施例中，冷卻流體係在該封閉容器中唯一的流體。
在用於電池組的單相浸入式冷卻系統中，冷卻流體僅以液相的狀態存在。單相氣體冷卻系統無法被視為浸入式冷卻系統，且現今不被認為對電動車中之電池組冷卻係有用的。
根據本揭露，本方法在EV電池組單元單相浸入式冷卻系統中識別一過熱事件，該系統包含由液相組成的冷卻流體。在此一冷卻系統中，僅有冷卻流體之液相存在於封閉容器中，而不存在氣相及其他相，或至少基本上不存在。在該單相冷卻系統中的冷卻流體之 可忽略氣相量(例如在該單相冷卻系統之最高正常操作溫度下低於容器容積的5%)不被視為足以使該系統被成為一兩相冷卻系統，特別是若此等數量係非所需的或非所欲的。
因此在特定實施例中，冷卻流體由液相組成。在此等實施例之特定者中，冷卻流體係由液相組成，該液相係處於在冷卻系統的正常操作溫度範圍內的至少一溫度下。
在電池組的單元係經單相浸入式冷卻的情況下，冷卻流體接近「活(live)」電性元件，即電極電位上的元件。存在著冷卻流體洩出風險，其使此等電性元件接觸並導致一電性短路。當介電質(即電絕緣)冷卻流體與活電性元件接觸時，介電質冷卻流體無法造成電性短路。因此，使用介電質冷卻流體對於電動車之電池組的冷卻元件特別有利。如本文中所使用，用語「介電質流體(dielectric fluid)」係指在25℃下具有容積電阻率為108Ohm-cm或更高的流體。
合適的介電質冷卻流體可從商購自商標名稱「3MTM NovecTM Engineered Fluids」(購自3M Deutschland GmbH,Neuss,Germany)的工業用液體之系列選擇。具體而言，「NovecTM 7300」品號被視為合適的介電質冷卻流體。因此，在電池組單元浸入式冷卻系統中識別一過熱事件的特定方法包含根據本揭露之封閉容器中的冷卻流體，該冷卻流體係(或包含)介電質流體，諸如包含3MTM NovecTM 7300流體的流體。
特定化學組成物可發現作為合適的冷卻流體，諸如特定氟化烯烴，且尤其是氟化烴。此等基團的一些材料係有用的冷卻流體， 因為其等具化學惰性且係電絕緣的。一實例為包含甲氧基十三氟庚烯(methoxytridecafluoroheptene)異構物的流體。因此在根據本揭露之方法的特定實施例中，冷卻流體係(或包含)氟化烴材料，諸如甲氧基十三氟庚烯異構物。
本揭露進一步提供一電池組管理系統，其可操作地連接或在操作上連接至一電池組單元單相浸入式冷卻系統，該電池組單元單相浸入式冷卻系統包含：一冷卻流體，其在具有一固定容積的封閉容器中；一或多個電池組單元，其浸入在該冷卻流體中；及一壓力感測器，其用於感測在該封閉容器中的一壓力，其中該電池組管理系統係可操作的，以執行在本文中所揭示之在冷卻系統中識別一過熱事件的方法之任一者。
根據本揭露之方法可藉由數位(即電腦化)裝置來執行，例如藉由一數位電池組管理系統來執行。此一BMS通常包含軟體碼儲存於其上的資料儲存裝置(諸如硬碟機、固態硬碟、或RAM記憶體)，該軟體碼可被載入至該BMS的數位記憶體中，且在運行時可使該BMS處理器執行本文中所揭示方法的任一者。本揭露因此亦提供包含資料的一資料儲存裝置，該資料適合在被載入至一電池組管理系統之資料處理單元之記憶體中時使該資料處理單元執行本文中所揭示的方法之任一者。
10:電池組單元/單元
30:匯流排
40:液體冷卻流體/冷卻流體
50:封閉容器/封閉槽/槽
80:鰭片
90:熱交換器
100:氣流
110:冷板
120:釋放閥
130:壓力感測器
140:電池組管理系統/BMS
200:蒸氣壓圖
210:蒸氣壓力曲線
220:x軸/溫度軸
230:y軸
240:瞬間壓力值
250:路徑
260:路徑
270:溫度值
現將參照下列圖式更詳細解釋本揭露：
圖1 用於電池組單元之單相浸入式冷卻系統的剖面；及
圖2 一冷卻流體的蒸氣壓力圖。
圖1係本揭露之方法可使用在其中之用於電池組單元的單相浸入式冷卻系統的概略剖面。十個稜柱形鋰離子電池組單元10經配置成彼此相鄰的列，從而形成一列電池組單元10。單元10係藉由匯流排30而彼此電性連接。電池組單元10係完全浸入在液體冷卻流體40中，該液體冷卻流體係容納在一封閉槽50中。槽50針對冷卻流體40提供固定、不可變的容積。槽50的整個容積係完全填充有冷卻流體40，使得槽50中不存在著氣體且不存在其他流體。
當電池組單元10加熱時，其等將熱轉移至液體冷卻流體40，使得在該等單元10的外表面旁邊的冷卻流體40被加熱，並藉由重力對流移動至熱交換器90的鰭片80。鰭片80在槽50之外側上熱耦合至冷板110，該冷板係藉由氣流100(例如透過對流)冷卻。來自電池組單元10的熱因此在槽50內部將冷卻流體40加熱並被轉移至鰭片80，且從鰭片80至槽50外側的冷板110。釋放閥120允許在槽中的壓力增加超過一緊急位準的情況下排出熱液體或蒸氣。
壓力感測器130附接至槽50之內側上的壁。其感測遍布在槽50中的瞬間壓力。壓力感測器130係可操作地連接至電池組管理系統(BMS)140，該BMS每秒訊問壓力感測器130一次。BMS 140 從壓力感測器130讀取遍布在槽50中的瞬間蒸氣壓力，並從該瞬間蒸氣壓力導出在冷卻流體40中任一處的瞬間最高溫度。為了彼目的，具有冷卻流體40之蒸氣壓力資訊的查找表經預儲存在BMS 140中，其含有蒸氣壓力值以及針對各蒸氣壓力值之對應溫度值的一列表。溫度值指示在一蒸氣壓力下遍布在槽50中的溫度，該蒸氣壓力在該表中具有該溫度值所對應的值。BMS 140可因此藉由對該表進行查找及在所列之蒸氣壓力值之間進行內插法，導出在冷卻流體40中任一處的瞬間最高溫度。
若槽50中任一處的電池組單元10之任一者過熱並開始一熱失控事件，則槽50中的壓力瞬間上升。此壓力之浮動可藉由BMS 140在一秒內經由壓力感測器130偵測，其從該瞬間蒸氣壓力導出遍布在冷卻流體40中的瞬間最高溫度。若瞬間最高溫度超過一預定臨限溫度，BMS 140產生一信號(例如，一警示信號)，該警示信號例如指示乘客應離開電動車。
圖2係在封閉容器50中之典型浸入式冷卻流體40之未經比例調整的蒸氣壓力圖200，該封閉容器即為容器50具有含有冷卻流體40的固定、不可變容積。蒸氣壓力曲線210顯示繪製在x軸220上的流體40之溫度與繪製在y軸230上對應的流體蒸氣壓力之間的關係。各冷卻流體40一般具有其自身的蒸氣壓力曲線210。
溫度軸220上的溫度值指的是遍布在封閉容器50中任一處的瞬間最高溫度。
根據本揭露，封閉容器50中的瞬間壓力係使用壓力感測器130來判定。蒸氣壓力圖200係從瞬間蒸氣壓力導出遍布在封閉容器50任一處中之瞬間最高溫度的一手段：開始於在y軸230上的瞬間壓力值240(其係由壓力感測器130所判定的瞬間蒸氣壓力)並沿著平行於x軸220的路徑250直至蒸氣壓力曲線210，接著沿著平行於y軸230的路徑260朝向x軸220並讀取在x軸220上的溫度值270允許從該瞬間壓力導出遍布在封閉容器50中的該瞬間最高溫度。
10:電池組單元/單元
30:匯流排
40:液體冷卻流體/冷卻流體
50:封閉容器/封閉槽/槽
80:鰭片
90:熱交換器
100:氣流
110:冷板
120:釋放閥
130:壓力感測器
140:電池組管理系統/BMS

Claims (15)

  1. 一種在一電池組單元單相浸入式冷卻系統(90)中識別一過熱事件的方法，該電池組單元單相浸入式冷卻系統包含：一冷卻流體(40)，其在具有一固定容積的一封閉容器(50)中；一或多個電池組單元(10)，其浸入在該冷卻流體中；以及一壓力感測器(130)，其用於感測在該封閉容器中的一壓力，
    該方法包含以下步驟：
    a)使用該壓力感測器判定遍布在該封閉容器中的一瞬間壓力；
    b)從該瞬間壓力導出遍布在該封閉容器中任一處的一瞬間最高溫度；及
    c)當該瞬間最高溫度超過一預定臨限溫度時，產生一信號。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟b)係藉由使用該冷卻流體(40)之預儲存蒸氣壓力資訊來執行。
  3. 如請求項2之方法，其包含預儲存該冷卻流體之蒸氣壓力資訊的一額外步驟，此額外步驟係在步驟a)之前執行。
  4. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟b)係在一電池組管理系統(140)中執行。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)之預儲存蒸氣壓力資訊包含壓力值及對應溫度值之一查找表，其中該等溫度值之至少一者指示在一壓力下遍布在一特定固定容積之一封閉容器(50)中的一溫度，該壓力具有該溫度值所對應的值。
  6. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)的該預儲存蒸氣壓力資訊包含一函數(210)的一定義及可選地該函數的參數，該函數接受至少一壓力值(240)作為輸入並提供至少一溫度 值(270)作為輸出，其中該函數包含從該冷卻流體(40)的熱性質，諸如蒸氣壓力性質，所導出的參數。
  7. 如前述請求項中任一項之方法，其中步驟a)係每5秒或更頻繁地執行一次、或每2秒或更頻繁地執行一次、或每1秒或更頻繁地執行一次。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中該預定臨限溫度係200℃或更高。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中在步驟c)中，當該瞬間最高溫度超過該預定臨限溫度達至少一秒、達至少五秒、或達至少十秒時，產生該信號。
  10. 如前述請求項中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)係該容器(50)中唯一的流體。
  11. 如前述請求項中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)係由一液相所組成。
  12. 如前述請求項中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)係或包含一介電質流體，諸如包含3MTM NovecTM 7300流體的一流體。
  13. 如前述請求項中任一項之方法，其中該冷卻流體(40)係或包含氟化烴材料，諸如甲氧基十三氟庚烯(methoxytridecafluoroheptene)異構物。
  14. 一種電池組管理系統(140)，其可操作地連接或在操作上連接至一電池組單元單相浸入式冷卻系統(90)，該電池組單元單相浸入式冷卻系統包含：一冷卻流體(40)，其在具有一固定容積的一封閉容器(50)中；一或多個電池組單元(10)，其浸入在該冷卻流體中；及一壓力感測器(130)，其用於感測在該封閉容器中的一壓力，其中該電池組管理系統係可操作的，以執行如請求項1至13中任一項之方法。
  15. 一種資料儲存裝置，其包含資料，該資料適合在被載入至一電池組管理系統(140)之一資料處理單元之一記憶體中時使該資料處理單元執行如請求項1至13中任一項之方法。
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