用于车辆的微混合动力电池模块的制作方法

用于车辆的微混合动力电池模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括至少一个电池单元(120)的微混合动力电池模块(12)，所述电池单元具有带有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物阳极活性材料和高压尖晶石(LiMn2?xMxO4)阴极活性材料。电池模块可以被配置成耦接到能量储存单元(28)以使得所述模块能够用于启停应用中。
【专利说明】用于车辆的微混合动力电池模块
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]此申请要求2014年I月2日提交的标题为“用于12V和48V锂离子电池汽车应用的基于钛酸锂的系统”美国临时申请序号61/923，114的优先权和权益，所述临时申请的全部内容以引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0003]本公开一般涉及电池和电池模块的领域。更具体来说，本公开涉及微混合动力电池模块。
[0004]此章节意欲为读者介绍可能与以下描述的本公开的各个方面有关的技术的各个方面。此论述据信有助于为读者提供背景信息以促进更好的理解本公开的各个方面。因此，应理解，这些陈述应从这个角度来阅读，而非作为先前技术的认可。
[0005]使用一个或多个电池系统为车辆提供所有或一部分原动力的的车辆可以称为xEV，其中术语“xEV”在本文被定义为包括以下所有车辆或者任何其变体或组合，所述车辆将电功率用于其车辆原动力的所有或一部分。例如，xEV包括将电功率用于所有原动力的电动车辆(EV)。如本领域技术人员将了解，混合动力车辆(HEV)(也被认为是xEV)将内燃发动机推进系统和电池供电的电力推进系统结合在一起，诸如48伏(V)或130V系统。术语HEV可以包括混合动力车辆的任何变体。例如，全混合动力系统(FHEV)可以使用一个或多个电动机、或使用仅一个内燃发动机或者使用两者，来将动力和其他电功率提供到车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆怠速时禁用内燃发动机并且使用电池系统来继续为空调单元、广播或其他电子器件供电，以及在需要推进时重新启动发动机。轻度混合动力系统还可以在例如加速期间施加某一水平的动力辅助，以补充内燃发动机。轻度混合动力通常是96V至130V，并且通过皮带或曲柄集成的启动发电机来恢复制动能量。另外，微混合动力车辆(mHEV)同样使用类似于轻度混合动力的“启停”系统，但是微混合动力系统可以对内燃发动机供应动力辅助或者可以不对其供应动力辅助，并且在低于60V的电压下工作。在一些状况下，微混合动力系统可以包括两个电池模块，第一电池模块(例如，12V)和第二电池模块(例如，48V)。第二电池模块(例如，48V)可以具有高的能量容量从而使得其适用于恢复制动能量，而第一电池模块(例如，12V)可以具有高的功率容量从而使得其适用于将发动机再点火。此外，充电式电动车辆(PEV)是可以从外部电力源(诸如壁式插座)充电的任何车辆，并且储存在可再充电电池组中的能量驱动或者有助于驱动车轮。PEV是EV的子类别，包括全电动或电池电动车辆(BEV)、充电式混合动力电动车辆(PHEV)以及混合动力车辆与常规内燃发动机车辆的电动车辆转换。
[0006]与仅使用内燃发动机的更传统的汽油动力车辆和传统的电动系统(其通常是由铅酸电池模块供电的12V系统)相比，如以上所描述的xEV可以提供若干优点。例如，与传统的内燃车辆相比，xEV可以产生较少的不良排放产物并且可以呈现出更大的燃料效率，并且在一些状况下，这些xEV可以完全消除汽油的使用，如在某些类型的EV和PEV的状况下。
[0007]随着技术持续发展，需要提供用于这些车辆和其他实施的改进的动力源(特别是电池模块)。例如，可以使用12V铅酸电池和48V锂离子电池构造微混合动力电池模块。微混合动力电池模块造成xEV的相对大量的重量，这最终导致降低的燃料经济性。通常，尽管配备有控制充电、控制冷却等的设备，但是相比铅酸电池模块，锂离子电池模块重量更轻并且具有更好的充电接收能力。现在认识到，可能需要简化锂离子电池模块，特别是微混合动力应用中的那些锂离子电池模块，以提高整体车辆性能。

【发明内容】

[0008]以下阐述本文披露的某些实施例的概述。应理解，呈现这些方面仅仅为了向读者提供这些某一实施例的简要概述并且这些方面并不旨在限制本发明的范围。事实上，本公开可以涵盖以下可能未被阐述的各种方面。
[0009]本公开涉及一种微混合动力电池模块，该微混合动力电池模块包括电池，所述电池具有一对电池端子和耦接到该对电池端子的至少一个电池单元。至少一个电池单元具有阴极和阳极，其中阳极是具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且阴极是具有化学式LiMn2—xMx04的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间。微混合动力电池模块还包括控制电路，该控制电路被配置成将至少一个电池单元耦接到能量储存单元以使得微混合动力电池模块能够在启停应用中工作。
[0010]本公开还涉及一种微混合动力电池系统，该系统包括锂离子电池模块，该模块具有第一对电池端子和耦接到第一对电池端子的至少一个电池单元。至少一个电池单元具有阴极和阳极，其中阳极是具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且阴极是具有化学式LiMn2—xMx04的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间。微混合动力电池系统还包括具有第二对电池端子的第二电池模块，并且锂离子电池模块和第二电池模块经由第一对电池端子和第二对电池端子并联地耦合。该系统还具有耦接到锂离子电池模块和第二电池模块的控制模块，控制模块具有处理器和存储器元件。控制模块被配置成控制锂离子电池模块和第二电池模块两者的工作。最后，微混合动力电池系统包括至少一个连接器，该连接器被配置成将锂离子电池模块和第二电池模块耦接到至少一个车辆部件。
[0011]本公开进一步涉及一种具有第一隔室和第二隔室的微混合动力电池系统外壳。第一隔室被配置成容纳(house)具有第一对电池端子和至少一个电池单元的锂离子电池模块。至少一个电池单元具有阳极和阴极，其中阳极是具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且阴极是具有化学式LiMn2-xMx04的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间。第二隔室被配置成容纳具有第二对电池端子的第二电池模块。外壳还包括配置成封闭第一隔室和第二隔室的盖子。盖子具有内模制的总线，该总线被配置成当第一隔室和第二隔室被封闭时经由第一对电池端子和第二对电池端子耦接锂离子电池模块和第二电池模块。最后，微混合动力电池系统外壳具有至少一个连接器，所述至少一个连接器被配置成将锂离子电池模块和第二电池模块耦接到至少一个车辆部件。
【附图说明】
[0012]本公开的各个方面可以在阅读以下详细描述并且在参照附图时变得更好理解，其中:
[0013]图1是根据本公开的一个方面的具有电池系统的xEV的透视图，该电池系统根据本发明实施例被配置成提供用于xEV的各个部件的电力；
[0014]图2是根据本公开的一个方面的具有使用图1的电池系统的启停系统的xEV的一个实施例的剖视示意图，该电池系统具有至少一个锂离子电池模块；
[0015]图3是根据本公开的一个方面的使用具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物(例如，“钛酸锂”或“LT0”)作为阳极活性材料的不同锂离子电池单元的电压分布的图形表示；
[0016]图4是根据本公开的一个方面的在室温下在不同的放电深度下对于含有石墨系阳极活性材料和!^附1/31]11/3(301/302(“匪(^’)作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0017]图5是根据本公开的一个方面的在室温下在不同的放电深度下对于含有LTO作为阳极活性材料和NMC作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0018]图6是根据本公开的一个方面的在室温下在不同的放电深度下对于含有LTO作为阳极活性材料和LiMn204(“LM0”)作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0019]图7是根据本公开的一个方面的在室温下在不同的放电深度下对于含有LTO作为阳极活性材料和LiNiQ.5Mm.504(“高压尖晶石”的实例或“HVS”)作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0020]图8是根据本公开的一个方面的在低温下在不同的放电深度下对于含有碳系的阳极活性材料和NMC作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0021]图9是根据本公开的一个方面的在低温下在不同的放电深度下对于含有LTO作为阳极活性材料和NMC作为阴极活性材料的锂离子电池单元的阻抗的图形表示；
[0022]图10是根据本公开的一个方面的图2的微混合动力电池系统的实施例的透视图；
[0023]图11是根据本公开的一个方面的图2的微混合动力电池系统的另一个实施例的透视图；
[0024]图12是根据本公开的一个方面的具有电池系统的图1的xEV的实施例的剖视示意图，该电池系统具有两个锂离子电池模块；
[0025]图13是根据本公开的一个方面的锂离子电池模块的棱柱形电池单元的透视图；
[0026]图14是根据本公开的一个方面的具有两个锂离子电池模块的图2的微混合动力电池系统的另一个实施例的透视图；以及
[0027]图15是根据本公开的一个方面的具有处于打开位置中的盖子的图14的微混合动力电池系统的透视图。
【具体实施方式】
[0028]以下将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中未描述实际实施方式的所有特征。应了解，在任何这些实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出若干实施方式特定决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些目标可能在各实施方式之间不同。此外，应了解，这些开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言将仍然是设计、生产和制造的例行任务。
[0029]本文描述的电池系统可以用来为各种类型的电动车辆(xEV)以及其他高压能量储存/消耗应用(例如，电网电力储存系统)提供电力。这类电池系统可以包括一个或多个电池模块，每个电池模块具有外壳和布置在外壳内的若干电池单元(例如，锂离子(Li离子)电化学单元)，以提供用于为例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。作为另一个实例，根据本实施例的电池模块可以与静止的电力系统(例如，非车载系统)合并或者为其供电。
[0030]本实施例是针对包括至少一个电化学单元(也称为电池单元)的微混合动力电池模块，所述电化学单元具有含有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物(“LT0”)作为阳极活性材料和高压尖晶石(“HVS”)作为阴极活性材料。微混合动力电池系统通常使用具有不同电压的两个电池模块。例如，某些微混合动力电池系统可以包括彼此以并联配置耦接彼此的铅酸电池模块(例如，12V的开路电压)和锂离子电池模块(例如，48V的开路电压)。在某些情况下，铅酸电池模块(例如，12V)可以用来启动或点火车辆的内燃发动机，而锂离子电池模块(例如，48V)可以用于在内燃发动机空转时从再生制动系统捕获功率并且将电力提供给车辆部件。微混合动力电池模块给车辆增加重量，这可以降低燃料经济性。锂离子电池模块尽管配备有控制充电、控制冷却等的设备，但是相比铅酸电池模块，锂离子电池模块重量更轻并且具有更好的充电接收能力。现在认识到，简化锂离子电池模块，特别是简化微混合动力应用中的那些锂离子电池模块可以提高整体车辆性能。
[0031 ]使用LTO作为阳极活性材料和HVS作为阴极活性材料的锂离子电池模块(“HVS/LT0锂离子电池模块”)可以具有满足重新启动内燃发动机所需的高功率需求的能力，因为HVS/LTO锂离子电池模块具有比使用石墨系阳极活性材料的锂离子电池更低的阻抗值。此外，HVS/LT0锂离子电池模块中的个别电池单元可以具有相对高的电压(例如，约3.2V)。因此，可以需要较少电池单元来形成所需电压的电池模块，并且因此微混合动力电池系统的总尺寸和重量可以潜在地减少。例如，典型的微混合动力电池系统可以通过用大约相同电压(例如，12V)的HVS/LT0锂离子电池模块替代铅酸电池模块或者用大约相同电压(例如，48V)的HVS/LT0锂离子电池模块替代具有石墨系阳极的锂离子电池模块，来减少尺寸和/或重量。用HVS/LT0锂离子电池模块替代典型微混合动力电池系统的任一个电池模块仍使得微混合动力电池系统满足xEV的高功率要求，但是减少整体微混合动力电池系统的尺寸和/或重量，由此提高燃料经济性并增加用于xEV中其他部件的可用的空间量。事实上，根据一个实施例，锂离子微混合动力电池模块具有冷启动能力、开路电压以及与符合标准形状因子的12V汽车铅酸电池相同的容量，并且具有低于12V汽车铅酸电池的重量。出于这种考虑，本公开涉及包括电池单元的微混合动力电池模块，所述电池单元具有包括LTO的阳极活性材料和包括HVS的阴极活性材料。
[0032]在本公开的某些实施例中，HVS可以具有LiMxMn2—x04的化学式，其中X可以在0.35与0.65之间，并且M代表金属，诸如过渡金属。作为一个实例，金属(M)可以是镍、铬、铁或另一种过渡金属。HVS具有尖晶石结构并且可以具有相对高的电压。尖晶石结构可以指代具有立方的紧密堆积晶格构造的化学物质。在某些实施例中，HVS可以具有例如Li N1.5Mm.504或LiNiQ.4Mm.604的化学式。另外，HVS的这些实施例可以在镍侧被金属掺杂(例如，以取代Ni的一部分)，或在锰侧被金属掺杂(例如，以取代Mn的一部分)。在某些实施例中，HVS具有相对于Li/Li+的约4.4V的平均电压。
[0033]此外，在某些实施例中，LTO可以具有尖晶石结构。作为非限制性实例，LTO可以具有Li4Ti5O12的化学式。LTO可以分别经由金属掺杂或电负性原子掺杂而被阳离子和/或阴离子掺杂。一个实例是金属氟掺杂。掺杂可以将LTO的化学式改变成M-Li4Ti5O12，其中M代表金属，诸如过渡金属。作为实例，金属(M)可以是钡、氟、锶、钼、钕、镍、锰、铬、钨、镧或者另一种过渡金属。此外地或替代地，LTO可以被碳涂覆，从而使得LTO可以包括以重量计在0.05 %与1%之间的碳纳米管或碳纳米纤维。碳涂层可以增强LTO的导电性，并且可以是钝化LTO(例如，经由钝化层)以抑制来自与电解质的反应的气体的产生。为了形成碳涂覆的LT0，可以使用机械混合过程，诸如碾磨。在某些实施例中，LTO可以具有相对于Li/Li+的约1.55V的平均电压。
[0034]为了帮助说明，图1是可以使用微混合动力电池系统的车辆10的实施例的透视图。尽管以下讨论是相对于具有微混合动力电池系统的车辆来呈现，但是本文描述的技术适用于在气动发动机空转时通过电池捕获和/或储存电能或者使用电能的其他车辆，其可以包括电动和气动车辆。
[0035]现在认识到，期望的是非传统电池系统12(例如，锂离子汽车电池)在很大程度上与传统的车辆设计相容。就此而言，本实施例包括各种类型的电池模块，其用于xEV和包括xEV的系统。因此，可以将电池系统12放置在车辆1中将会容纳传统电池系统(例如，标准12V铅酸电池)的位置中。例如，如图所示，车辆10可以包括类似于典型的燃烧发动机车辆的铅酸电池放置的电池系统12(例如，在车辆10的引擎盖下方)。
[0036]图2中描述电池系统12的更详细视图。如所描绘的，电池系统12包括能量储存部件14，所述能量储存部件14耦接到点火系统16、交流发电机18、车辆控制台20并且可选地耦接到电动机22。通常，能量储存部件14可以捕获/储存车辆10中产生的电能并将电能输出到车辆10中的功率电气部件。此外，能M储存部件14可以输出电能以启动(例如，重新启动或重新点火)内燃发动机24ο例如，在启停应用中，为了保持燃料，内燃发动机24可以在车辆10停止时空转。因此，在车辆10需要推进时，能量储存部件14可以供应能量以重新启动内燃发动机24。
[0037]因此，电池系统12可以将功率供应给车辆的电气系统的部件，所述部件可以包括散热器冷却风扇、气候控制系统、电动转向系统、主动悬挂系统、自动停车系统、电动油栗、电动超级/涡轮增压器、电动水栗、加热挡风玻璃/除霜装置、车窗升降电机、阅读灯、胎压监控系统、天窗电机控制、动力座椅、警报系统、信息娱乐系统、导航功能、车道偏离警告系统、电动停车制动、外部灯或者其任何组合。在所描绘的实施例中，能量储存部件14将功率供应给车辆控制台2 O和点火系统16，所述点火系统可以用来启动(例如，曲柄转动)内燃发动机24。
[0038]此外，能量储存部件14可以捕获由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。在一些实施例中，交流发电机18可以在内燃发动机24运行时产生电能。更具体来说，交流发电机18可以将由内燃发动机24的旋转产生的机械能转换为电能。此外或替代地，当车辆10包括电动机22时，电动机22可以通过将由车辆10的运动(例如，车轮的旋转)产生的机械能转换为电能来产生电能。因此，在一些实施例中，能量储存部件14可以捕获在再生制动期间由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。因此，交流发电机和/或电动机22在本文通常称为再生制动系统。
[0039]为了便于捕获和供应电能，能量储存部件14可以经由总线26电耦接到车辆的电动系统。例如，总线26可以使得能量储存部件14能够接收由交流发电机18和/或电动机22产生的电能。此外，总线26可以使得能量储存部件14能够将电能输出到点火系统16和/或车辆控制台20。
[0040]此外，如所描绘的，能量储存部件14可以包括多个电池模块。例如，在所描绘的实施例中，能量储存部件14包括锂离子(例如，第一)电池模块28和铅酸(例如，第二)电池模块30，所述电池模块各自包括一个或多个电池单元。在其他实施例中，铅酸电池模块30可以是第二锂离子电池模块，如将参照图8、10和11进一步详细论述。此外，能量储存部件14可以包括任何数量的电池模块。尽管锂离子电池模块28和铅酸电池模块30被描绘为彼此相邻，但是可以将它们放置在车辆周围的不同区域中。例如，可以将铅酸电池模块30放置在车辆10的内部或周围，同时可以将锂离子电池模块28放置在车辆10的引擎盖下方。
[0041]在一些实施例中，能量储存部件14可以包括多个电池模块以使用多种不同的电池化学性质。例如，当使用锂离子电池模块28时，可以提高电池系统12的性能，因为锂离子电池化学性质通常具有比铅酸电池化学性质更高的库仑效率和/或更高的功率充电接受率(例如，更高的最大充电电流或充电电压)。照此，可以提高电池系统12的捕获、储存和/或分配效率。
[0042]锂离子电池模块28本身可以包括多种配置。例如，电池单元可以包括阳极活性材料、阴极活性材料、盐、溶剂和隔膜。电池单元的电压取决于被包括在模块中的各种组分和在那些组分之间发生的化学作用。阳极活性材料、阴极活性材料、盐、溶剂和隔膜的一种组合可以呈现出胜过另一种组合的有利性质。例如，使用LTO作为锂离子电池的阳极活性材料可以比多种应用中的石墨系阳极有利。当相比于具有石墨系阳极的锂离子电池模块时，具有LTO作为阳极活性材料的锂离子电池模块可以具有较低阻抗、在低温下较高的充电功率和接收能力以及在正常温度下提高的热稳定性。此外，使用LTO作为阳极活性材料组合本文描述的其他方法(例如，使用HVS作为阴极活性材料)可以使得锂离子电池模块能够仅无源地(passively)冷却，这可以降低对额外热管理部件(例如，风扇、冷却管道等)的依赖。
[0043]此外，利用HVS作为阴极活性材料可以增加具有LTO阳极的锂离子电池单元的电压。增加的电压可以最终带来(lead to)含有较少电池单元的锂离子电池模块，且因此具有减少的重量和尺寸。例如，具有LTO作为阳极活性材料和HVS作为阴极活性材料的电池单元(“HVS/LT0电池单元”)可以具有在3.0￥与3.5￥之间的电压(例如，开路电压)。因此，可以仅使用四个HVS/LT0电池单元来形成具有约12V电压的锂离子电池模块。类似地，可以仅使用15个HVS/LT0电池单元来形成具有约48V电压的锂离子电池模块。较少电池单元可以带来较轻的、更紧凑的锂离子电池模块。此外，HVS/LT0锂离子电池模块可以具有5安时(“Ah”)与I OOAh之间的容量，这可比得上标准12V铅酸电池模块的容量。例如，HVS/LT0锂离子电池模块可以具有20、24、30、60、80或10Ah的最大容量。事实上，根据一个实施例，锂离子微混合动力电池模块具有冷启动能力(例如，能够在约-30°C的温度下提供某个功率量)、开路电压以及与符合标准形状因素的12V汽车铅酸电池相同或比得上的容量，并且具有低于12V汽车铅酸电池的重量。
[0044]为了便于控制电能的捕获和储存，电池系统12可以额外地包括控制模块32(例如，电池管理系统)。更具体来说，控制模块32可以控制电池系统12中的部件的工作，诸如能量储存部件14内的继电器(例如，开关)、交流发电机18和/或电动机22。例如，控制模块32可以调节由每个电池模块28或30捕获/供应的电能的量(例如，下估(de-rate)和重估(re-rate)电池系统12 )、执行电池模块28与30之间的负载平衡、确定每个电池模块28或30的充电状态、确定每个电池模块28或30的温度、控制由交流发电机18和/或电动机22输出的电压，等等。
[0045]因此，控制单元32可以包括一个或多个处理器单元34和一个或多个存储器部件
36。更具体来说，一个或多个处理器单元34可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个场可编程门阵列(FPGA)、一个或多个通用处理器，或者其任何组合。此外，一个或多个存储器部件36可以包括易失性存储器(诸如随机访问存储器(RAM))和/或非易失性存储器(诸如只读存储器(R0M)、光学驱动器、硬盘驱动器或固态驱动器)。在一些实施例中，控制单元32可以包括车辆控制单元(VCU)的部分和/或单独的电池控制模块。此外，如所描绘的，锂离子电池模块28和铅酸电池模块30横跨它们的端子并联连接。换言之，锂离子电池模块28和铅酸电池模块30可以经由总线26并联地耦接到车辆的电气系统。
[0046]现在认识到，LTO可以用作电池单元中的阳极活性材料，尽管事实上LTO具有相对高的电压。通常，当构造电池单元时，可能期望低电压阳极活性材料来增加在阴极活性材料与阳极活性材料的电压之间的差异。然而，如果较高电压的阴极活性材料也用于电池单元中，则LTO可以用作阳极活性材料。此外，使用LTO作为电池单元中的阳极活性材料可以具有若干优点，可以在图3-5中示出。
[0047]图3是使用LTO作为阳极活性材料的不同锂离子电池单元的电压分布的图形表示
37。图3的三个锂离子电池单元具有不同的阴极活性材料。图3中所示的三种阴极活性材料是LiMn204( “LMO” )、LiNi1/3Mm/3Co1/302(NMC)以及LiN1.5Mm.504(HVS的实例)。曲线图37展示了HVS/LT0电池单元具有三种阴极活性材料的最大电压，因为HVS具有最高电压，并且因此产生与LTO的最大电压差异。如曲线图37中所示，HVS/LT0电池单元具有约3.2V的平均电压。LM0/LT0电池单元具有下一个最高电压。如曲线图37中所示，LM0/LT0电池单元具有约2.5V的平均电压。最后，匪C/LT0电池单元具有最低电压。如曲线图37中所示，匪C/LT0电池单元具有约2.2V的平均电压。
[0048]在某些实施例中，可以通过测量电池模块或电池单元的平均放电电压来确定平均电压，无论可能是何种情况，该平均放电电压是在某个速率下放电。作为一个非限制性实例，可以在C/10的速率下执行放电并且测量平均放电电压。
[0049]图4-7是在室温下对于不同的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的图形表示。图4是在室温下对于含有石墨系阳极活性材料和NMC作为阴极活性材料的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的曲线图38。类似地，图5是在室温下对于含有LTO作为阳极活性材料和NMC作为阴极活性材料的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的曲线图39。如从图4和5可以看出，NMC/LT0电池单元的阻抗几乎是匪C/石墨系阳极活性材料电池单元的阻抗的一半。阻抗越低，电池单元可以具有的功率越多。因此，期望较低的阻抗。图6和7分别是在室温下对于含有LTO作为阳极活性材料和LMO作为阴极活性材料以及对于含有LTO作为阳极活性材料和HVS作为阴极活性材料的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的曲线图40和41。同样，在室温下对于具有LTO作为阳极活性材料的电池单元的阻抗值低于对于具有石墨系阳极活性材料的电池单元的阻抗值。因此，现在认识到，使用LTO作为阳极活性材料可以降低阻抗，并且带来在室温下具有较高功率输出的电池单元。
[0050]因此，图8和9是在低温(例如，约_25°C)下对于不同的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的图形表示。图8是在低温(例如，约_25°C)下对于含有石墨系阳极活性材料和匪C作为阴极活性材料的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的曲线图42。类似地，图9是在低温(例如，约-25°C)下对于具有LTO作为阳极活性材料和匪C作为阴极活性材料的锂离子电池单元在不同的放电深度下的阻抗的曲线图43。如从图8和9可以看出，匪C/LT0电池单元的阻抗几乎是NMC/石墨系阳极活性材料电池单元的阻抗的一半。阻抗越低，电池单元可以具有的功率越多。因此，现在认识到，使用LTO作为阳极活性材料可以降低阻抗并且带来在低温(例如，约_25°C)下具有较高功率输出的电池单元。
[0051]图3-9示出使用LTO作为阳极活性材料胜过石墨系阳极活性材料的优点。例如，LTO阳极活性材料可以使得电池模块能够拥有较少电池单元，这又使得整体电池系统的尺寸和重量减少。此外，相比于具有石墨系阳极活性材料的那些锂离子电池模块，具有LTO作为阳极活性材料的锂离子电池模块可以具有增加的功率输出。因此，现在认识到，期望具有LTO作为阳极活性材料的锂离子电池模块。因此，本公开的实施例可以用具有LTO作为阳极活性材料的锂离子电池模块取代具有石墨系阳极活性材料的锂离子电池模块和铅酸电池模块。另外，根据本公开的某些方面配置的锂离子电池模块被配置成使得微混合动力电池系统在无需铅酸电池模块的情况下起作用，这是因为与其他锂离子电池模块配置相比其增加的功率输出、降低的阻抗、较轻的重量等。
[0052 ]图1O是图2的微混合动力电池系统12的实施例的透视图。微混合动力电池系统12包括作为锂离子电池模块28的实施例的HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)和铅酸电池模块(例如，12V) 30。图1O的微混合动力电池系统12使用HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28而非具有石墨系阳极的锂离子电池模块(例如，48V)以减少微混合动力电池系统12的尺寸和重量并增加功率输出。HVS/LT0锂离子电池模块28可以包括仅15个HVS/LT0电池单元44ο与本发明公开的锂离子电池模块相反的，具有其他阳极活性材料的锂离子电池模块可能需要例如高达25个电池单元以实现总共48V。因此，通过并入HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28，整体微混合动力电池系统12可以由于在系统12中包括较少的电池单元而减少尺寸和重量两者。
[0053]在某些实施例中，HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28包括第一对电池端子46并且铅酸电池模块(例如，12V) 30包括第二对电池端子48 ο电池端子46、48可以将电池模块28、30连接或电耦接到车辆部件，从而使得电池模块28、30可以将电力供应到车辆部件或者从车辆部件接收电力。例如，铅酸电池模块(例如，12V) 30可以电耦接到车辆1的点火系统16，以使得其可以供应功率以启动或重新启动内燃发动机24。此外，HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28可以电耦接到交流发电机18(例如，经由到xEV1的电气总线的连接)以在车辆10制动时回收功率。在某些实施例中，HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28还可以经由电气总线26例如使用附接到总线26、模块28或者任何其他适合的位置的连接器来电耦接到其他车辆部件，诸如空调、收音机或车辆控制台28 ο在某些实施例中，电池端子46、48可以以并联连接彼此。将端子46、48并联连接可以使得控制单元32能够控制电力向给定模块28、30流动或者从给定模块28、30流动，并且还可以使得两个模块都能够连接到主车辆总线，从而简化布线。
[0054]图1O中所示的微混合动力电池系统12包括容纳锂离子电池模块(例如，48V)28和铅酸电池模块(例如，12V)30两者的外壳(enClOSure)50。然而，在某些实施例中，锂离子电池模块(例如，48V) 28和铅酸电池模块(例如，12V) 30可以在被放置到微混合动力电池系统12外壳50中之前容纳在单独的模块外壳中。
[0055]在某些实施例中，外壳50可被构造成具有符合标准形状因子12V铅酸电池模块的尺寸。例如，外壳50可以具有符合标准12V铅酸电池模块形状因子(例如，大于模块30但是仍符合铅酸标准的形状因子)的长度52、宽度54和高度56。构造具有基本上与标准12V铅酸电池相同尺寸的外壳50可以使得微混合动力电池系统12能够直接安装在车辆10的最初意欲用于标准12V铅酸电池模块的位置中。在某些实施例中，12V铅酸电池模块的标准形状因子可以是国际电池委员会指定组别21、22?、22册、22肥、221?、24、24?、24!1、241?、241'、25、26、26R、27、27F、27H、29NF、31、31A、31T、33、34、34/78、34R、35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、51R、52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、78、85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、l、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2SGC2H。
[0056]在某些实施例中，微混合动力电池系统12可以包括控制和监控HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V)28的控制单元32。控制单元32可以耦接到被包括在用于HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48 V) 28的单独的较小外壳中的各个传感器。例如，传感器可以监控HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的温度、电压、电容、电阻、电池单元压力和/或其他工作条件。传感器随后可以将与测量出的HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28的工作条件有关的信号发送到控制单元32，该控制单元可以包括处理器单元34和存储器部件36。控制单元32可以将测量出的工作条件与期望的工作条件相比较。如果测量出的工作条件与期望的工作条件相比过高或过低，则控制单元32可以发送信号到继电器或配置成停止来自HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的电力的流动的其他设备。例如，如果控制单元3 2从热电偶传感器接收表示HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28过热的温度值，则控制单元32可以断开到HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的电力流动。
[0057]可能期望具有一种微混合动力电池系统12，该微混合动力电池系统12适合装进车辆10的设计成安装标准形状铅酸电池模块的位置中，该标准形状铅酸电池模块大于铅酸电池模块30。另外，可能期望具有一种系统，该系统允许铅酸电池模块30的购买者将铅酸电池模块30放置在配备有锂离子电池模块28的集成外壳中。这样的系统可以使得微混合动力电池系统12的安装不太复杂且更为简单。
[0058]图11是图2的微混合动力电池系统12的另一个实施例的透视图，该实施例同样包括作为锂离子电池模块28的实施例的HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)和铅酸电池模块30。图11的微混合动力电池系统12包括集成外壳70，该集成外壳包括第一隔室72和第二隔室74。在某些实施例中，第一隔室72可以被配置成容纳HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28。如图11中所示，HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的15个HVS/LT0电池单元44也被容纳在模块外壳76中。
[0059]模块外壳76可以包括第一通风口78，该第一通风口被配置成允许积累在单独外壳76内的气体和其他化学物质溢出从而使得单独外壳76内的压力不会超出某个压力水平(例如，临界压力)。第一通风口 78可以是如图11中所示的倒钩配件(barbed fitting)的形式。可替代地，第一通风口 78可以是单独外壳76中的孔、检测阀或者可以用来允许流体从单独外壳76溢出的任何其他设备。在图11中所示的实施例中，第一通风口软管80连接到倒钩配件并且随后连接到外壳70中的第一开口 82。因此，积累在单独外壳76中的气体或其他流体可以流过第一通风口 78进入第一通风口软管80，并且离开第一开口 82到达大气或者xEV 10的通风口软管。
[0000]此外，一对电池端子46可以从单独外壳76伸出并且进入第一隔室72。在所不实施例中，一对电池端子46包括分别親接到正极电触点88和负极电触点90的正极端子84和负极端子86。触点88、90可以安置在外壳70的盖92上。在某些实施例中，可以沿着耦接正极端子84和正极电触点88的电路96来布置继电器94。在其他实施例中，可以沿着将负极端子86电耦接到负极电触点90的电路100安置继电器98。继电器94或继电器98可以被配置成将锂离子电池模块28与总线相耦接或断开，铅酸电池模块30和负载连接到所述总线。在某些实施例中，控制单元32可以通过发送命令继电器94或继电器98打开或关闭的信号来控制继电器94或继电器98的位置。例如，如以下将论述，可以将铅酸电池模块(例如，12V) 30和HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28经由正极电触点88和负极电触点90彼此耦接。因此，在某些实施例中，控制单元32可以能够控制电力流到电池模块28、30中的哪一个或者从哪一个流出。
[0061]外壳70的第二隔室74可以容纳铅酸电池模块(例如，12V)30。第二隔室74可以通过屏障102与第一隔室72分开。屏障102可以由与外壳70相同或不同的材料构成，这取决于与外壳70的性质相比屏障102的所期望的性质。在某些配置中，外壳70可以被配置成使得标准形状因子铅酸电池模块(例如，12V)30可以在无需任何修改的情况下直接安置到第二隔室72中。在某些实施例中，可以将铅酸电池模块(例如，12V)30直接放置在屏障102上。在其他实施例中，铅酸电池模块(例如，12V)30可以靠在安置于第二隔室72中的搁板或其他平台上。如先前所提及，12V铅酸电池模块的标准形状因子可以是国际电池委员会指定组别21、22F、22HF、22NF、22R、24、24F、24H、24R、24T、25、26、26R、27、27F、27H、29NF、31、31A、31T、33、
34、34/78、34R、35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、51R、52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、78、85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、1、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2SGC2H。
[0062]类似于HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V)28，铅酸电池模块(例如，12V)30也可以封闭在单独的模块外壳中。此外，铅酸电池模块(例如，12V) 30可以包括第二通风口 104，该第二通风口被配置成允许积累在铅酸电池模块(例如，12V)30内的气体和其他化学物质溢出从而使得压力不会超出某个压力水平(例如，临界压力)。第二通风口 104可以是如图11中所示的倒钩配件的形式。可替代地，第二通风口 104可以是单独外壳中的孔、检测阀或者可以用来允许流体从铅酸电池模块(例如，12V)30溢出的任何其他设备。在图11中所示的实施例中，第二通风口软管106连接到倒钩配件，并且随后连接到外壳70中的第二开口 108。因此，积累在铅酸电池模块(例如，12V) 30中的气体或其他流体可以流过第二通风口 104进入第一通风口软管106，并且离开第二开口 108到达大气或者xEV 10的通风口软管。
[0063]此外，铅酸电池模块(例如，12V)30包括可以从模块外壳伸出并且进入第二隔室74中的一对电池端子48。在所示实施例中，第二对电池端子48包括第二正极端子110和第二负极端子112。在某些实施例中，外壳70可以被配置成使得当标准形状因子铅酸电池(例如，根据标准形状因子设计)安置在外壳70中时，第二正极端子110与正极电触点88对准并且第二负极端子112与负极电触点90对准。因此，当关闭外壳70的盖92时，在正极电触点88与第二正极端子110之间以及在负极电触点90与第二负极端子112之间形成电连接。在某些配置中，第二端子110、112与电触点88、90之间的电连接可以将铅酸电池模块(例如，12V) 30以并联配置耦接到HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V) 28。
[0064]尽管铅酸电池模块30可以满足重新启动xEV车辆10的内燃发动机的高功率要求，但是与锂离子电池模块28相比，铅酸电池模块30通常具有相对短的寿命周期、低充电接收能力并且相对重。另一方面，锂离子电池模块28通常具有高充电容量，这使得其适合于捕获功率(例如，从再生制动系统)。然而，一些锂离子电池模块可能不具有满足再启动内燃发动机所需的高功率需求的能力。如以上所论述，含有HVS/LT0电池单元的锂离子电池模块可能仍满足这些高功率需求。此外，HVS/LT0电池单元具有比铅酸电池单元和其他具有LTO系阳极活性材料的锂离子电池单元更高的电压。因此，锂离子HVS/LT0电池模块可以比铅酸电池模块和具有石墨系阳极活性材料的锂离子电池模块更小、更轻并且具有更高的功率输出。因此，利用具有HVS/LT0电池单元的锂离子电池模块可以减少xEV的重量并且提高燃料效率。
[0065]图12是图2的微混合动力电池系统12的实施例的透视图，该实施例包括两个锂离子电池模块120、28。如图所示，微混合动力电池系统12具有作为锂离子电池模块28的实施例的第一锂离子电池模块(例如，48V)和第二锂离子电池模块(例如，12V) 120。在某些实施例中，第一锂离子电池模块(例如，48V)28可以包括至少一个HVS/LT0电池单元，或者具体来说，第一锂离子电池模块(例如，48V)28可以包括15个HVS/LT0电池单元。在其他实施例中，第一锂离子电池模块(例如，48V)28可以不包括HVS/LT0电池单元，但是可以使用其他锂离子化学物质来实现某些结果。此外，在某些实施例中，第二锂离子电池模块(例如，12V) 120可以包括至少一个HVS/LT0电池单元，或者具体来说，第二锂离子电池模块(例如，12V) 120可以包括4个HVS/LT0电池单元。在其他实施例中，第二锂离子电池模块(例如，12V) 120可以不包括任何HVS/LT0电池单元。因此，所述模块中的任一个或两个可以使用HVS/LT0电池单
J L ο
[0066]在某些实施例中，微混合动力电池系统12可以包括具有4个HVS/LT0电池单元的第二锂离子电池模块(例如，12V) 120和具有15个HVS/LT0电池单元的第一锂离子电池模块(例如，48V)28。因此，根据本公开的一个方面，微混合动力电池系统12可以包括替代例如大约相同电压(例如，48V)的铅酸电池模块的第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120。用包括4个HVS/LT0电池单元的第二锂离子电池模块(例如，48V) 120取代铅酸电池模块30可以是有利的。如先前所论述的，HVS/LT0电池单元可以具有相对高的电压(3.0V与3.5V之间)。高电压可以最终带来含有较少电池单元的锂离子电池模块。较少的电池单元可以使得能够制造更轻、更紧凑的电池系统。此外，铅酸电池模块可能比具有相同电压的锂离子电池模块更重并且使用更多的空间。减少锂离子电池模块中的电池单元的数量可以进一步增加铅酸电池模块与锂离子模块之间的尺寸和重量的差异，由此减少xEV 10的重量并且提高效率。
[0067]因为包括HVS/LT0电池单元的锂离子电池模块呈现出非常类似于铅酸电池性质的性质，所以此类取代可以是可能的。例如，包括HVS/LT0电池单元的锂离子电池模块呈现出类似于铅酸电池模块的容量和放电能力。因此，锂离子电池模块胜过铅酸电池模块的尺寸和重量优点不会被大幅度较差的性能所抵消。在某些实施例中，图12中所示的微混合动力电池系统可以具有在5Ah与10Ah之间的容量。
[0068]图13是可以使用在第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)20或第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120中的棱柱形电池单元(例如，HVS/LT0电池单元)的透视图。本文描述的电池单元44通常可以具有任何配置，诸如棱柱形、圆柱形或袋状，其中棱柱形形状通常包括矩形形状。如图13中所示，棱柱形电池单元44的尺寸包括沿着圆形侧130、132的单元长度(CL)，沿着顶部和底部部分134、136的单元宽度(CW)以及在第一面138与第二面140之间延伸的单元厚度(CT)。作为一个非限制性实例，使用具有适当地选择以适应此类尺寸的CL、CW和CT的电池单元44，电池模块28可以被设计成具有H5基极(base)，该基极具有12V或48V输出和1Ah或20Ah容量。然而，电池单元尺寸可以取决于模块28、120的期望的尺寸而变化。在此类实施例中，电池单元的化学应用可以包括HVS作为阴极活性材料和LTO作为阳极活性材料。
[0069]在更一般的意义上，图13中所示的棱柱形电池单元的实施例包括第一端子142和第二端子144，所述端子取决于阳极和阴极活性材料可以包括相同或不同的金属。通常，阴极端子(例如，端子144)可以是铝端子。然而，不同的阳极活性材料可以利用不同的端子材料。例如，在阳极活性材料包括石墨的实施例中，阳极端子(例如，端子142)通常将是铜。另一方面，在阳极活性材料是LTO的实施例中，阳极端子可以是铝。事实上，现在认识到在电池单元44使用LTO作为阳极活性材料(例如，如HVS/LT0电池单元中)的实施例中，可以减少或消除电池模块28中的双金属区域。例如，在此类实施例中，阳极与阴极单元端子之间的母线连接可以使用单个导电材料(例如，铝)而非导电材料的混合物(例如，铝和铜)，该混合物否则将会导致不希望的电偶效应。所示的端子142、144也展示为平坦的。然而，在其他实施例中，端子142、144可以是柱端子，或者具有任何其他适合的配置。
[0070]图14是微混合动力电池系统12的另一个实施例的透视图，该微混合动力电池系统具有在集成的外壳154中的第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120和第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28。如先前所论述的，在微混合动力电池系统12中包括两个HVS/LTO锂离子电池模块可以是有利的，例如，减少微混合动力电池系统12的尺寸和重量并且增加微混合动力电池系统12的寿命周期。在所示实施例中，第二 HVS/LT0锂离子电池模块120包括4个棱柱形电池单元44以产生约12V的电压，并且第一 HVS/LT0锂离子电池模块28具有15个棱柱形电池单元44以产生约48V的电压。在其他实施例中，第二HVS/LT0锂离子电池模块120和/或第一 HVS/LT0锂离子电池模块28可以具有在I与20个之间的HVS/LT0电池单元。
[0071]微混合动力电池系统12包括集成的外壳154、用于第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28的第一模块外壳156和用于第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)120的第二模块外壳158。第一模块外壳156可以被配置成封闭第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28的15个电池单元44，从而使得第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28可以作为单个单元被购买。因此，第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28单元的购买者可以简单地将该单元放置到外壳154中。类似地，第二模块外壳158可以被配置成封闭第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120的4个电池单元44，从而使得第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120可以作为单个单元被购买。第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120的购买者随后可以简单地将第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120单元放置到外壳154中。
[0072]在某些实施例中，外壳154可以被配置成使得单独电池模块的购买者可以创建自定义的或独特的微混合动力电池系统12，该微混合动力电池系统12包括铅酸电池模块和/或锂离子电池模块的组合。如将参照图15详细论述，外壳154可以包括内模制总线，所述总线将电池模块并联连接从而使得电池模块的购买者可以通过简单地将模块放置在外壳154中并关闭盖来连接电池模块。
[0073]在某些实施例中，第一模块外壳156可以包括第一通风口 160。第一通风口 160可以允许积累在第一模块外壳156内的气体溢出从而使得第一模块外壳156内的压力不会超出某个压力水平(例如，临界压力)。第一通风口 160可以是如图14中所示的倒钩配件的形式。或者，第一通风口 160可以是第一模块外壳156中的孔、检测阀或者可以用来允许流体从第一模块外壳156溢出的任何其他设备。在图14中所示的实施例中，第一通风口软管162连接到有倒钩的装置并且随后连接到外壳154中的开口 164。因此，积累在第一模块外壳156中的气体可以流过第一通风口 160进入第一通风口软管162，并且离开开口 164到达大气或者xEV10的通风口软管。
[0074]类似地，第二内外壳158可以包括第二通风口 166，该第二通风口被配置成允许积累在第二模块外壳158内的气体溢出从而使得压力不会超出某个压力水平(例如，临界压力)。第二通风口 166可以是如图14中所示的倒钩配件的形式、第二模块外壳158中的孔、检测阀或者可以用来允许流体从第二模块外壳158溢出的任何其他设备。第二通风口软管168可以在一端连接到倒钩配件并且在另一端在连接到在开口 164之前连接到第一通风口软管162。在其他实施例中，可以在外壳154中包括第二开口以使得第一通风口软管162耦接到开口 164并且第二通风口软管168连接到第二开口。
[0075]在某些实施例中，外壳154可以包括屏障170，该屏障在外壳154内产生第一隔室172和第二隔室174。第一隔室172可以包围第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28的第一模块外壳156，并且第二隔室174可以包围第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120的第二模块外壳158。
[0076]图14中所示的微混合动力电池系统12可以包括第一对电池端子46，该第一对电池端子46包括第一正极端子84和第一负极端子86。第一对电池端子46可以电親接到第一HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V)28。类似地，微混合动力电池系统12中可以包括电耦接到第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120的第三对电池端子182。第三对电池端子182可以包括第三正极端子184和第三负极端子186。第一对电池端子46和第三对电池端子182可以从外壳154伸出，从而使得它们可以经由总线26连接到车辆1中的部件。
[0077]在某些实施例中，外壳154可以被构造成具有符合标准形状因子12V铅酸电池模块的尺寸。由于图14的微混合动力电池系统12包括第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V)120和第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28，所以微混合动力电池系统12因为包括了较少的电池单元而可以比标准12V铅酸电池模块小或者至少与其大小相同。在某些实施例中，外壳154可以具有符合标准12V铅酸电池模块形状因子的长度188、宽度190和高度192。将外壳154构造成使得其具有与标准12V铅酸电池相同的尺寸，可以使得微混合动力电池系统12能够直接安装在车辆10的意欲用于标准12V铅酸电池模块的位置中。在某些实施例中，12￥铅酸电池模块的标准形状因子可以是国际电池委员会指定组别21、22?、22冊、22邪、22R、24、24F、24H、24R、24T、25、26、26R、27、27F、27H、29NF、31、31A、31T、33、34、34/78、34R、
35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、51R、52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、78、85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、1、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2或GC2H。
[0078]另外，第二HVS/LTO锂离子电池模块(例如，12V) 120和第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28可以耦接到控制单元32。控制单元32可以耦接到包括在第一模块外壳156和第二模块外壳158中的各个传感器。例如，传感器可以监控第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120和/或第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的温度、电压、电容、电阻、电池单元压力和/或其他工作条件。传感器可以将信号发送到控制单元32，该控制单元可以包括处理器单元34和存储器部件36。控制单元32可以将测量出的工作条件与期望的工作条件相比较。如果测量出的工作条件与期望的工作条件相比过高或过低，则控制单元32可以发送信号到继电器或者配置成停止来自第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V)120和/或第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 28的电力的流动的其他设备。例如，如果控制单元32从热电偶传感器接收指示第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28过热的温度值，则控制单元32可以发送信号到继电器以命令继电器打开并且断开电力流动。在图14中所示的实施例中，控制单元32电耦接到第二HVS/LT0锂离子电池模块(例如，12V) 120和第一HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V)28两者。在其他实施例中，可以包括第二控制单元从而使得控制单元32可以仅控制第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)120或第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28中的一个，并且第二控制器控制另一个模块。在某些实施例中，图14中所示的微混合动力电池系统可以具有在5Ah与I OOAh之间的电容。
[0079]图15是图14的微混合动力电池系统12的透视图，其中外壳154的盖子200处于打开位置中。在某些实施例中，第一对电池端子46可以从第一模块外壳156伸出并进入第一隔室172中。在某些实施例中，第一正极端子84和第一负极端子86可以分别耦接到第一正极电触点202和第一负极电触点204。在某些实施例中，第一正极电触点202和第一负极电触点204可以安置在盖子200上。类似地，第三对电池端子182可以从第二模块外壳158伸出并进入第二隔室174中。在某些实施例中，第三正极端子184和第三负极端子186可以分别耦接到第二正极电触点206和第二负极电触点208。在某些实施例中，第二正极电触点206和第二负极电触点208可以安置在盖子200上。
[0080]在某些实施例中，外壳154可以被配置成使得当将第一HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28放置在外壳154的第一隔室172中时，第一正极端子84与第一正极电触点202对准，并且第一负极端子86与第一负极电触点204对准。因此，当关闭外壳154的盖子200时，在第一正极电触点202与第一正极端子84之间以及在第一负极电触点204与第一负极端子86之间形成电连接。类似地，外壳154可以被配置成使得当将第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V) 120放置在外壳154的第二隔室174中时，第三正极端子184与第二正极电触点206对准，并且第三负极端子186与第二负极电触点208对准。因此，当关闭外壳154的盖子200时，在第二正极电触点206与第三正极端子184之间以及在第二负极电触点208与第三负极端子186之间形成电连接。
[0081]在某些实施例中，可以将内模制总线安置在盖子200上。内模制总线可以包括第一电路220和第二电路222。在某些实施例中，第一电路220可以耦接第一正极电触点202和第二正极电触点206。此外，第二电路222可以耦接第一负极电触点204和第二负极电触点208。第二电路222还可以将第一负极电触点204和第二负极电触点208耦接到地面224。在某些实施例中，电触点202、204、206和208的耦接可以将第二HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V)120和第一 HVS/LTO锂离子电池模块(例如，48V) 28以并联配置连接。因此，微混合动力电池系统12可以经由总线26连接到车辆10的各个部件，并且可以将电力从第二 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)120和第一 HVS/LT0锂离子电池模块(例如，48V)28中的任一个或两个供应到部件。
[0082]所公开的实施例中的一个或多个可以单独地或组合地提供一个或多个技术效应，包括制造具有较长寿命、较轻重量和较小尺寸但是可比得上铅酸电池模块的功率输出的电池模块。此类电池模块可以降低xEV的重量并且提高燃料效率。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性的而非限制性的。应注意，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
[0083]以上描述的特定实施例已通过实例的方式示出，并且应理解，这些实施例可能易受各种修改和替代形式的影响。应进一步理解，权利要求并不旨在限制所公开的特定形式，而是覆盖属于本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代物。
【主权项】
1.一种微混合动力电池系统，包括: 锂离子微混合动力电池模块，所述锂离子微混合动力电池模块包括: 一对电池端子； 耦接到所述一对电池端子的锂离子电池单元，其中所述锂离子电池单元包括阴极和阳极，其中所述阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料包括具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括具有化学式LiMn2IMxO4的高压尖晶石，并且其中M是镍、络、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间；以及 控制电路，所述控制电路被配置成使得所述锂离子电池单元能够并联地电连接到能量储存单元以使得所述微混合动力电池模块被配置成在启停应用中工作。2.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述能量储存单元包括铅酸电池。3.如权利要求2所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块包括15个锂离子电池单元，所述锂离子电池单元耦接到所述一对电池端子，从而使得所述锂离子微混合动力电池模块被配置成经由所述一对电池端子提供约48V，并且其中所述铅酸电池包括约12V的电压。4.如权利要求2所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块被配置成经由再生制动系统从交流发电机或电动机捕获能量。5.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述能量储存单元包括额外的锂离子电池模块。6.如权利要求5所述的微混合动力电池系统，其中所述额外的锂离子电池模块包括额外的锂离子电池单元，每个额外的锂离子电池单元均具有各自的阴极和各自的阳极，其中所述额外的锂离子电池单元的所述各自的阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料包括具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且所述额外的锂离子电池单元的所述各自的阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括具有化学式LiMn2-xMx04的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间。7.如权利要求6所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块包括4个锂离子电池单元，并且被配置成经由所述一对电池端子提供约12V，并且其中所述额外的锂离子电池模块包括耦接到各自的一对电池端子的15个各自的锂离子电池单元，并且其中所述额外的锂离子电池模块被配置成经由其各自的电池端子提供约48V的电压。8.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块被配置成经由所述一对电池端子提供约12V。9.如权利要求8所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块具有冷启动能力、开路电压以及与符合标准形状因子的12V汽车铅酸电池相同的容量，并且具有低于所述12V汽车铅酸电池的重量。10.如权利要求9所述的微混合动力电池系统，其中所述标准形状因子包括选自国际电池委员会以下组别21、22卩、22册、22,、221?、24、24?、24!1、241?、241'、25、26、261?、27、27卩、27!1、.29NF、31、31A、31T、33、34、34/78、34R、35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、51R、.52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、78、.85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、1、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2以及GC2H中的至少一个组别。11.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块被配置成经由所述一对电池端子提供约48V。12.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子微混合动力电池模块具有在5Ah与I OOAh之间的容量。13.如权利要求1所述的微混合动力电池系统，其中所述能量储存单元包括在5Ah与.10Ah之间的总容量。14.一种微混合动力电池系统，包括: 锂离子电池模块，所述锂离子电池模块包括: 第一对电池端子；以及 耦接到所述第一对电池端子的电池单元，其中所述电池单元包括阴极和阳极，其中所述阳极包括阳极活性材料，所述阳极活性材料包括具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括具有化学式LiMnhMxO4的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间； 第二电池模块，所述第二电池模块包括第二对电池端子，其中所述锂离子电池模块和所述第二电池模块经由所述第一对电池端子和所述第二对电池端子并联地耦接； 耦接到所述锂离子电池模块的控制模块，其中所述控制模块包括处理器和存储器部件，并且其中所述控制模块被配置成控制所述锂离子电池模块的工作，从而使得所述锂离子电池模块被配置成经由xEV的再生制动系统捕获电能；以及 连接器，所述连接器被配置成将所述锂离子电池模块和所述第二电池模块耦接到xEV的电气总线。15.如权利要求14所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子电池模块被配置成将约12V的电压提供到所述电气总线。16.如权利要求15所述的微混合动力电池系统，其中所述第二电池模块是配置成将约.48V的电压提供到所述电气总线的额外的锂离子电池模块，并且所述控制模块耦接到所述额外的锂离子电池模块并且被配置成控制所述锂离子电池模块和所述额外的锂离子电池模块两者的工作。17.如权利要求16所述的微混合动力电池系统，其中所述锂离子电池模块和所述额外的锂离子电池模块仅无源地冷却。18.如权利要求14所述的微混合动力电池系统，其中具有尖晶石结构的所述钛酸盐系氧化物是具有Li4Ti5O12的化学式的钛酸锂。19.如权利要求14所述的微混合动力电池系统，其中所述第二电池模块是符合标准形状因子的12V铅酸电池。20.如权利要求19所述的微混合动力电池系统，其中所述标准形状因子包括选自国际电池委员会以下组别21、22卩、22冊、22,、221?、24、24卩、24!1、241?、241'、25、26、261?、27、27卩、.27H、29NF、31、31A、31T、33、34、34/78、34R、35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、.51R、52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、.78、85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、1、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2以及GC2H中的至少一个组别。21.—种微混合动力电池系统，包括: 具有第一隔室和第二隔室的外壳； 安置在所述第一隔室中的锂离子电池模块，其中所述锂离子电池模块包括第一对电池端子和多个锂离子电池单元，所述多个锂离子电池单元中的每个锂离子电池单元包括阳极和阴极，所述阳极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括具有尖晶石结构的钛酸盐系氧化物，并且所述阴极包括阴极活性材料，所述阴极活性材料包括具有化学式LiMm—χΜχ04的高压尖晶石，并且其中M是镍、铬、铁、过渡金属或者其任何组合，且X在0.35与0.65之间；安置在所述第二隔室中的第二电池模块，其中所述第二电池模块包括第二对电池端子； 耦接到所述外壳并且配置成封闭所述第一隔室和所述第二隔室的盖子，其中所述盖子包括内模制总线，所述内模制总线被配置成当所述第一隔室和所述第二隔室被封闭时经由所述第一对电池端子和所述第二对电池端子耦接所述锂离子电池模块和所述第二电池模块；以及 配置成将所述锂离子电池模块和所述第二电池模块耦接到xEV的电气总线的连接器。22.如权利要求21所述的微混合动力电池系统，其中所述外壳包括通风口，其中所述第一隔室包括第一隔室通风口，所述第二隔室包括第二隔室通风口，并且所述通风口流体地连接至所述第一隔室通风口和所述第二隔室通风口。23.如权利要求21所述的微混合动力电池系统，其中所述第二电池模块是铅酸电池模块。24.如权利要求21所述的微混合动力电池系统，其中所述第二电池模块是锂离子电池丰旲块。25.如权利要求21所述的微混合动力电池系统，其中所述微混合动力电池系统外壳具有符合用于12V铅酸电池的标准形状因子的尺寸，并且其中所述标准形状因子包括选自国际电池委员会以下组别21、22卩、22册、22,、221?、24、24卩、24!1、241?、241'、25、26、261?、27、27卩、.27H、29NF、31、31A、31T、33、34、34/78、34R、35、36R、40R、41、42、43、45、46、47、48、49、50、51、.51R、52、53、54、55、56、57、58、58R、59、60、61、62、63、64、65、70、71、72、73、74、75、75/25、76、.78、85、86、90、91、92、93、95R、96R、97R、98R、1、2、2E、2N、17HF、4D、6D、8D、28、29H、30H、31、GC2以及GC2H中的至少一个组别。
【文档编号】H01M4/505GK105848969SQ201480071466
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月30日
【发明人】宋勇久, 罗燕婷, 伯恩哈德·M·梅茨, 布特罗斯·哈拉克, 金哲宇, 江俊伟, 克里斯托弗·R·费尔
【申请人】约翰逊控制技术公司