带有温度传感器的电池系统的制作方法

专利名称：带有温度传感器的电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池(例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍金属氢化物 (Ni腿)电池等)和使用该电池的系统。特别地，本发明涉及的是使用一 个或多个温度传感器来测量或检测电池系统内部电池单元的温度的电池系 统。
背景技术：
众所周知，在诸如汽车之类的交通工具内部提供了电池以供使用。例 如，在启动、照明和点火应用中已使用了铅酸电池。而在近来则生产了混 合动力车辆(hybrid vehicles),并且这类车辆使用了与其他系统(例如 内燃机)相结合的电池(例如镍金属氢化物电池)来为车辆提供电力。
众多周知，锂电池(例如锂离子电池、锂聚合物电池等)是以不同于 镍金属氢化物电池的方式运行的。在某些应用中，如果能够获得增强的锂 电池的电能/性能，那么将会是非常理想的。例如，与镍金属氢化物电池相 比，锂电池可以提供更高的比功率(specific power)。但是，锂电池技术 的应用有可能会出现某些设计和工程方面的难题，并且其难度要高于通常 会在传统镍金属氢化物电池技术的应用中出现的问题。
对可以在混合动力车辆中有利地使用的锂电池系统来说，其设计和管
理可以包括诸如电力性能监视、热管理以及流出物容器之类的考虑因素。
目前的热管理方法包括在电池模块上提供温度传感器。该传感器通过 使用附加部分和夹子而被附着于该模块，并且暴露于周围温度梯度，这会 影响到被测温度的性能和精度。
如果能在锂电池模块中提供用于监视温度的改进系统，那么将会是非 常有利的。此外，如果能够提供一种相对简单经济以及相对易于装配的温 度监视系统，那么同样是非常有利的。另外，如果能够提供一种系统，该 系统包括了可以为査看本公开的技术人员清楚了解的这些和其他有利特征 中的任何一个或多个有利特征，那么将会是非常理想的。

发明内容
根据一个示范实施例，电池系统包括多个电池单元以及至少一个温度 传感器，该温度传感器设置成紧邻多个电池单元中的至少一个电池单元。 该温度传感器通过柔性元件(例如，膜片)保持与该电池单元接触。
根据另一个示范实施例，电池系统包括多个电池单元以及用于检测或 监视电池单元温度的多个温度传感器。利用柔性元件(例如，膜片)，每个 温度传感器都被保持在与电池单元的表面相邻的位置。可以设置垫圈或其 他元件，以将温度传感器与冷却液等隔离。
根据另一个示范实施例，电池系统包括锂离子或NiMH电池单元，该锂 离子或NiMH电池单元具有通过弹性元件保持与其表面接触的温度传感器。 该弹性元件包括将该弹性元件固定于温度传感器的粘合剂。


图1是根据示范实施例包括多个电池单元的电池系统或模块的透视图。 图2是图1所示的电池系统或模块的一部分的透视图。 图3是根据示范实施例的电池座的透视图。
图4是根据示范实施例包括温度传感设备的电池系统或模块的一部分 的透视图。
图5是图4所示的电池系统部分中的一部分的横截面图。 图6是显示图4所示电池系统部分的另一个透视图。
图7是根据示范实施例具有温度传感设备的电池系统或模块的剖开平 面视图。
图8是根据示范实施例具有温度传感设备的电池系统或模块的剖开平 面视图。
具体实施例方式
根据示范实施例，提供了包括多个电池或电池单元(例如锂离子电池
单元，锂聚合物电池单元，NiMl电池单元等等)的电池系统或模块。应该 指出的是，虽然在本申请中显示并描述了关于电池单元和模块的特定的示 范实施例，但是这里描述的特征是可以与当前已知的任何结构或是未来可 能开发的其他结构的电池单元一起使用的。
在2004年10月28日提交的美国专利申请10/976， 169以及2005年8 月25日提交的国际申请PCT/US2005/030244中显示并描述了锂电池和锂电 池系统的各种非排他性的示范实施例，其全部公开在这里以引用的方式加 入。这里描述的电池、模块和其他特征包括了温度传感器以及相关的设备， 它们可以与美国专利申请10/976, 169和/或国际申请PCT/US2005/030244
中公开的特征结合使用，这一点是可以被查看本公开的本领域技术人员所 理解。
虽然图1-8描述了电池和电池系统的具体的示范实施例，但是根据不 同的示范实施例，多种电池或电池系统中的任何一个都是可以使用的。举 例来说，根据不同的示范实施例，个别电池单元和/或模块的物理结构可以 根据设计目标和考虑因素而改变(例如具有一般椭圆的截面形状的电池单 元，具有一般圆柱形状的电池单元，以及具有一般棱形形状的电池单元)。
示范电池或电池单元的特征可以与例如这里显示和描述的电池系统或 模块结合使用，并且在下文中将会对此详细描述。査看本公开的技术人员 可以理解的是，相似或相同的特征可以包括在根据这里显示的任何实施例 的电池单元中。根据其他的示范实施例，附加和/或不同的特征可以提供给 在此类实施例中使用的电池单元。
根据一个示范实施例，电池单元(如图1所示的电池单元150)包括了 用于密封电池单元的容器和覆盖物(其中举例来说，该覆盖物可以被称为
和/或是采用端盖、环、帽罩、顶部、底部等形式)。根据不同的示范实施 例，该覆盖物可以用任何适当的材料制成(例如金属、塑料、复合物等等)。 该电池单元的容器可以具有多种形状、大小和结构中的任何一种。例如，
容器可以是八边形、圆柱形、 一般平椭圆形、八面椭圆形(octal-oval)、 棱形或是多种其他形状中的任何一种。
在电池单元容器内部，该电池单元包含了电极(例如正电极和负电极) 和被缠绕或覆盖的分离器，从而它们具有一般椭圆或是椭圆形的形状(或 是其他形状，这取决于所用容器的形状)，以便形成电池单元构件。构件或 连接片(strap)可以与一个或多个单极类型的电极相耦合(例如一个或多 个正电极或一个或多个负电极)，并且可以耦合到相关端子，以便耦合相关 联的一个或多个电极和端子，并且聚集或收集来自电池单元内部的电流和/ 或热量。
提供了用于将电池单元相互电耦合以及与车辆电气系统和连接片相耦 合的端子。根据一个示范实施例，每个电池单元都包括了两个正端子和两 个负端子。根据其他的示范实施例，可以为每个电池单元提供不同数量的 正端子和负端子。
每个电池单元还可以包括一个或多个孔口 (vents)，以便允许流出物 (例如气体、液体和/或其他材料)从电池单元内部脱离(例如排出或挤出)。 该孔口可以是诸如安全阀或膜片阀之类的阀，以便允许流出物脱离电池单 元。孔隙可以与电池单元内部流体连通。当电池单元处于其正常操作模式 时，该孔隙将会被某个构件阻塞。如果流出物增大到预定阈值，那么该构 件可以移动，以便暴露该孔隙，从而流出物可以脱离电池单元。根据一个 示范实施例，当电池单元内部的压力达到特定阈值的时候(例如介于大约3 psi与30 psi之间的高压阈值)，孔口可以被配置成允许气体和/或其他材 料从电池单元中脱离。
多个电耦合在一起的电池单元可以布置在模块中，以便与本发明一起 使用，例如，在美国专利申请10/976， 169 (例如具有用于气流和流出物消 除等等的沟道)中所示。
在特定模块内部提供的电池单元数量可以根据不同的示范实施例而改 变。此外，应该注意的是，电池系统可以包括任意数量的模块，并且这些模块可以包括任意数量的电池(例如，在电池系统内可以提供三个模块， 其中每个模块都可以包括任何适当数量的电池单元)。根据不同的示范实施 例，用于电池系统和/或模块的特定结构可以优化，以便为特定应用提供电 力。
根据一个示范实施例，模块可以具有介于大约40与48伏之间的电压， 其额定电流量是12安培小时，并且其包含了 12个电池单元。这种模块的 尺寸可以是大约宽95腿、高143腿以及长421 mm，其重量约为7 kg。根 据不同的其他示范实施例，尺寸、额定容量或其他特性是可以根据多种预 期特性中的任何一种而不同的。
图1-2描述的是根据一个示范实施例并且包括多个电池单元150(例如 棱形、椭圆形或是圆柱形电池单元)的电池模块100。该模块100包括歧管 或冷却系统110，并且该系统被配置成提供以并行方式(举例来说，在这里 可以使用其中设置沟道的覆盖物102)流经模块100的电池单元150中的至 少一部分(例如端子)的冷却流体(例如空气)。也就是说，该冷却流体将 被划定线路，以使其不会经过模块100的所有电池单元150 (这样则会在空 气从一个电池单元传递到下一个电池单元的时候累积热量)，而是与之相 反，为该冷却流体划定线路，以使其仅仅经过电池单元150中的一个或两 个电池单元。流体(例如空气)的流动是用图2所示的线条120、 152以及 153来表示的。根据图2所示的示范实施例，冷却流体(在线条152中显示) 将会沿着电池单元150向下传递(例如经过端子并且沿着电池单元外壳向 下传递)，此后它会在模块100的元件或基底130处被排出(如线条153所 示)。虽然图1-2描述的电池模块是具有用于在模块电池单元附近提供冷却 流体的歧管系统，但是根据其他的示范实施例，也可以提供不同的歧管系 统或者不提供歧管系统。
根据一个示范实施例，电池系统或模块可以包括一个或多个元件或设 备，以便监视、感测、检测或是确定包括在电池系统或模块中的一个或多 个电池单元的温度。图3-8表示的示范实施例中，将温度感测元件或设备 242 (例如温度传感器)设置得邻近电池模块100中的至少一个电池单元或 者与电池模块100中的至少一个电池单元接触，以个别地感测电池单元150 的温度。应该注意的是，这种温度传感器可以在本公开所示的任何示范实
施例中提供，包括使用椭圆形、圆柱形和棱形电池单元的实施例。为了简 单起见，即使它们的结构不相同，相似的构件也还是用相同的附图标记来编号。
图3描述的是根据示范实施例的电池系统或模块的元件或基底230(例 如电池座)下侧的透视图。元件230与图1-2中显示的元件130的相似之 处在于元件230包含了多个部件(features)或平台232，电池或电池单 元250可以搁在这些部件或平台232上(参见图4，显示了布置或设置在部 件或平台232上的电池单元250)。
根据一个示范实施例，提供了一个或多个线路240 (图4),以使它们 延伸并通过在基底230的部分中形成的孔隙或孔洞。根据图4-6所示的示 范实施例，线路240延伸并通过在部件236中形成的孔隙或孔洞234 (例如 延伸到电池系统或模块中的相邻电池单元之间的空隙空间内的垫片或延伸 件)，部件236被设置为基底230的一部分。部件236被设置成相对紧密接 近平台232，并且相应地相对紧密接近电池单元，该电池单元可被设置在平 台232上。
用于测量或确定温度的元件或设备242 (例如温度传感器)与线路240 电耦合。根据一个示范实施例，在平台232上设置设备242，由此其被设置 成与电池单元(例如电池单元250)接近或接触，该电池单元被设置在平台 232上。根据不同的示范实施例，任何适当类型的温度传感器都是可以使用 的(例如，该传感器可以包括热敏电阻、热电偶等等)。
图4-6描述的是根据示范实施例的设备242的布局。平台232包括在 其顶部表面提供的孔隙或孔洞233。设备242则是设置在孔隙233上方并且 搁在例如膜片的柔性元件244上。提供柔性元件244的一个有利特征在于 温度传感器可以通过恰当的力度而被保持在与平台232上提供的电池单元 250的底部紧密接近的位置。例如，在将电池单元放置在平台232上的时候， 该电池单元有可能通过孔隙233而对设备242向下施力。该柔性元件244 则允许设备242的移动，同时保持设备242与电池单元250之间紧密接近 (例如，该柔性元件244可以用相对有弹性的材料制成)。图6描述的是基 底230的下侧的一部分，并且由此描述了处于与孔隙233相邻的位置的柔 性元件244。
根据一个示范实施例，在柔性元件244的上方提供了元件或构件246， 例如，该元件或构件246可以是垫圈或垫片(例如类似于环形的结构或元 件)。根据示范实施例，元件246围绕设备242，以便提供设备242在其中 可工作的相对隔离的环境(例如空气的流经电池单元的冷却流体可以不经 过设备242，由此允许对该电池单元进行更精确的温度感测)。通过提供垫 圈246，由于该垫圈会将温度传感器保持在电池单元邻近区域以内，所以可 以消除使用环氧树脂或其他材料来封装温度传感器的需要。
从设备242伸出的一个或多个线路240可以与系统(例如电池管理系
统、如车辆总线等的车辆通信系统)相耦合。该系统可以至少部分地根据 从设备242传送的信息进行操作来控制模块和/或模块内部的个别电池单元 的温度。举例来说，根据示范实施例，如果电池单元或模块的温度超出预 定阈值，那么该模块可以与车辆电力系统断开。根据另外的示范实施例， 个别电池单元可以与车辆电力系统断开。根据其他的示范实施例，其他旨 在管理模块中个别电池单元的温度的操作同样是可以采用的(例如将附加 的冷却流体传递到特定电池单元，减少特定电池单元提供的电量等等)。
图7显示的是在外壳202内部设置了多个电池单元250的电池模块 200。模块200的元件或基底230包括多个部件或平台232，并且在这些部 件或平台上放置了电池单元250。元件或设备242 (例如温度传感器)通过 例如膜片的柔性元件244以及来自电池单元250的力而与电池单元250的 底面保持接触，而所述电池单元250则由外壳202保持在元件244上方的 合适位置。应该注意的是，虽然图7仅仅描述了一个设备242，但是任何数 量的相似设备都是可以使用的。例如，每个平台(也就是模块中的每个电 池单元)都可以设置一个这样的设备。
图8描述的是元件或设备342的应用，其中该元件或设备342与在电 池系统或模块300中使用的设备242相似，并且该电池系统或模块300具 有多个一般棱形的电池单元350。电池单元350是在第一 (例如顶部)覆盖 物320与第二 (例如底部)覆盖物330之间提供的。元件或构件331采用 了盘或面板的形式，通过提供该元件或构件331，可以将第一和第二覆盖物 以及电池单元固定或夹紧在一起，成为电池组。在第二覆盖物330中提供 了孔隙或孔洞333，并且在柔性元件344上提供了具有耦合到其上的一个或
多个线路340的设备342，而柔性元件344则是在第二覆盖物330与构件 331之间提供的。在元件331内提供了陷进部或切口 337，当所提供的设备 342和柔性元件344与电池单元350相接触时，该设备342和柔性元件344 可以延伸到该陷进部或切口 337内部。如图8所示，柔性元件344限制了 设备342的移动，同时将保持其与电池单元350的一部分紧密接触。与这 里显示和描述的其他示范实施例一起，在模块300中可以提供任意数量的 设备342 (例如对于每个电池单元都提供一个设备等)。
根据示范实施例，柔性元件(例如柔性元件244和344)可以作为膜片 形式的单片背面粘性的氯丁橡胶(或是其他适当的材料)而被提供。该粘 合剂可以用于将柔性元件固定于温度传感器。根据其他的示范实施例，该 柔性元件并不包含用于将该元件固定于温度传感器的粘合剂。
査看本公开的技术人员应该理解，如这里所示，温度传感器可以在多 种不同的模块中提供，包括使用了椭圆形电池单元、棱形电池单元、圆柱 形电池单元或是其他类型的电池单元的模块。例如，在模块中可以提供所 显示的具有一般椭圆形的电池单元以及一个或多个温度传感器，其中该温 度传感器通过例如膜片的柔性元件与电池单元表面保持接触。
如果提供本申请中公开的类型的电池系统，那么将会是非常理想的， 在该类型的电池系统中包含了这样一种电池系统，该电池系统包括一个或 多个电池电池单元(例如锂离子电池单元、NiMH电池单元等)，用于为车辆 提供电力。此外，如果提供一种电池系统，并且该电池系统包含了用于监 视电池单元温度的系统，那么将会是非常理想的。另外，如果提供一种电 池系统，并且该电池系统包含了用于保持温度传感器与电池系统中的电池 单元相接触的部件，那么将会是非常有利的。
通过使用例如垫片的柔性元件来提供与电池或电池单元相接触的温度 传感器或类似物，可以实现各种优点。例如，对使用这种结构的电池模块 来说，其装配和分解相对简单，并且与具有不同的温度感测配置和设备的 其他电池模块相比，该电池模块可以使用相对较少的组件。例如，不需要 固定装置来将温度传感器固定在合适的位置上。
温度传感器装置的另外的有利特征在于该安装方法保持了将传感器 固定到电池单元上的相对一致和合适(例如不会过度)的力，而同时允许
组件的一些尺寸变化。此外，适当量的保持力可以减少或者消除对于传感 器的损害。
重要的是，注意在不同示范实施例中显示的系统和结构的构造和布置 仅仅是示范性的。虽然在本公开中仅仅详细描述了少量实施例，但是查看 本公开的本领域技术人员很容易就可以了解，在没有实质脱离权利要求所 述主题的新颖性教导和优点的情况下，众多的修改都是可行的(例如大小、 尺寸、结构、不同构件的形状和比例、参数值、安装装置、材料的使用、 颜色和方位等的变化)。例如，显示成是整体形成的构件可以是由多个部分 或构件构造的，这些构件的位置可以颠倒或者是其他的方式，而分立构件 的特性、数量或位置也是可以变更或改变的。相应地，所有这些修改都被 包含在所附权利要求限定的本发明的范围以内。任何过程或方法步骤的顺 序或序列可以依照替换实施例而被改变或重新排序。在不脱离本发明的范 围的情况下，在不同的示范实施例的设计、工作条件和布置方面可以进行 其他的替换、修改、变更和省略。
权利要求
1.一种电池系统，包括至少一个电池单元；至少一个温度传感器，其设置成紧邻所述至少一个电池单元；以及至少一个柔性元件；其中所述至少一个温度传感器通过所述柔性元件被保持成紧邻所述至少一个电池单元。
2. 根据权利要求l的电池系统，其中所述柔性元件包括单片的氯丁橡胶。
3. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述柔性元 件是膜片。
4. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述柔性元 件通过粘合材料被耦合到所述温度传感器。
5. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述柔性元 件被配置成允许所述温度传感器的移动，同时保持所述温度传感器紧邻所 述至少一个电池单元。
6. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，还包括至少一个 隔离元件，所述隔离元件至少部分地围绕所述温度传感器。
7. 根据权利要求6的电池系统，其中所述至少一个隔离元件是垫圈或 垫片。
8. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述至少一 个电池单元是锂离子电池单元。
9. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述至少一个电池单元是镍金属氢化物电池单元。
10. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述温度 传感器包括至少一条线路。
11. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，还包括用于监 视耦合到所述温度传感器的至少一个电池单元的温度的系统。
12. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，还包括用于调 整所述至少一个电池单元的温度的系统。
13. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述电池 系统包括多个电池单元以及多个温度传感器，其中每个电池单元都具有与 之相关的单个温度传感器。
14. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述电池 系统包括用于包含所述电池单元、所述温度传感器以及所述弹性元件的结 构。
15. 根据前述权利要求中的任何一项所述的电池系统，其中所述电池 系统包括座，所述至少一个电池单元搁在该座上并且所述至少一个温度传 感器被耦合于该座。
全文摘要
一种监视温度的电池系统，包括至少一个电池单元，该电池单元具有紧邻所述至少一个电池单元的温度传感设备。该电池系统还包括柔性元件，该柔性元件保持所述温度传感器紧邻所述至少一个电池单元。
文档编号H01M10/48GK101341625SQ200680047982
公开日2009年1月7日 申请日期2006年10月6日 优先权日2005年10月27日
发明者D·B·特雷斯特, S·J·伍德 申请人:约翰逊控制技术公司