本申请总体上涉及电池单元排气和密封。
背景技术：
电池组可用于为电气化车辆供电。电池组由以串联和/或并联方式布置的电池单元组成。电池单元被制造并组装在电池组中。在制造期间，电池单元被填充有液体电解质。在操作期间，在电池单元内会产生气体。因此，对于电池单元的设计而言，存在电池单元密封和排气的挑战。
技术实现要素：
一种电池单元包括接头，所述接头限定有用于利用电解质填充电池单元的开口。电池单元还包括插头，所述插头插入在所述开口中，限定有位于电池单元的内部和电池单元的外部之间的通道，并包括设置在所述通道上的盖，所述盖被构造为响应于预定条件而打开，以对电池单元进行排气。
所述预定条件可包括电池单元内部的压力超过预定压力。所述预定条件可包括插头的温度超过预定温度。所述预定条件可包括与电池单元中的电解质退化的副产物接触预定持续时间，其中，所述副产物侵蚀所述盖。所述盖可以是金属箔。所述盖可以是塑料层。所述盖可设置在位于插头的与电池单元的外部邻近的表面上的通道上。所述盖可设置在位于插头的与电池单元的内部邻近的表面上的通道上。
一种用于电池单元的填充口的插头包括结合到轴部的头部，其中，头部和轴部限定有通道，所述通道从与头部关联的第一端延伸到与轴部关联的第二端。所述插头包括盖，所述盖设置在所述通道上，并被构造为响应于预定条件而打开，以对电池单元进行排气。
轴部上可形成有螺纹。头部的横截面积可大于轴部的横截面积。轴部上可形成有用于一次性插入的倒钩。所述预定条件可包括所述盖两侧的压差超过预定压差。所述预定条件可包括所述盖的温度超过预定温度。所述盖可以是金属箔。所述盖可以是塑料层。所述盖可设置在头部上
一种用于电池单元的填充口的插头包括主体和薄膜盖，所述主体限定有穿过主体的通道，所述薄膜盖结合到主体并覆盖所述通道，并被构造成响应于薄膜盖两侧的压差超过预定压差而打开。
主体可被构造成被插入到开口中和从开口中移出。主体可被构造成一次性地插入到开口中。
附图说明
图1描述了包括牵引电池的车辆的可能配置。
图2描述了具有集成式密封插头/排气口的棱柱形电池单元的示图。
图3描述了第一集成式密封插头/排气口构造的下侧视图。
图4描述了第一集成式密封插头/排气口构造的上侧视图。
图5描述了第一集成式密封插头/排气口构造的变型的下侧视图。
图6描述了第二集成式密封插头/排气口构造的下侧视图。
图7描述了第二集成式密封插头/排气口构造的上侧视图。
图8描述了第二集成式密封插头/排气口构造的变型的下侧视图。
图9描述了具有集成式密封插头/排气口的袋型电池单元的示图。
具体实施方式
在此描述了本公开的多个实施例。然而，应当理解，公开的实施例仅仅为示例并且其它实施例可采取各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一幅或更多幅其它附图中示出的特征结合，以产生未明确说明或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。
图1描述了可称为插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电气化车辆112。插电式混合动力电动车辆112可包括机械地连接到齿轮箱或混合动力传动装置116的一个或更多个电机114。电机114能够作为马达和发电机运行。另外，混合动力传动装置116机械地连接到发动机118。混合动力传动装置116还机械地连接到驱动轴120，该驱动轴120机械地连接到车轮122。电机114可在发动机118打开或关闭时提供推进和减速能力。电机114还可用作发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常作为热而损失的能量来提供燃料经济性的益处。电机114还可通过允许发动机118以更有效的转速运转并且允许混合动力电动车辆112在发动机118于特定条件下关闭时以电动模式运行来降低车辆排放。电气化车辆112还可以是电池电动车辆(BEV)。在BEV配置中，发动机118可能不存在。在其他配置中，电气化车辆112可以是没有插电能力的纯混合动力电动车辆(FHEV)。在其他配置中，车辆112可以是燃料电池电动车辆(FCEV)。
电池组或牵引电池124储存可被电机114使用的能量。牵引电池124可提供高电压直流(DC)输出。接触器模块142可包括一个或更多个接触器，所述一个或更多个接触器被配置为：在断开时将牵引电池124与高电压总线或负载总线152断开，并且在闭合时将牵引电池124连接到高电压负载总线152。高电压负载总线152可包括在高电压负载总线152上传输电流的供电导线和返回导线。接触器模块142可位于牵引电池124中。一个或更多个电力电子模块126(也称为逆变器)可电连接到高电压负载总线152。电力电子模块126还电连接到电机114并在牵引电池124和电机114之间提供双向传递能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可利用三相交流电(AC)运行以执行功能。电力电子模块126可将DC电压转换成三相AC电流以操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可将来自作为发电机的电机114的三相AC电流转换成与牵引电池124兼容的DC电压。
除了提供推进能量以外，牵引电池124还可为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可包括DC/DC转换器模块128，其将来自高电压负载总线152的高电压DC输出转换成低电压负载总线154的与低电压负载156兼容的低电压DC水平。DC/DC转换器模块128可电连接到辅助电池130(例如，12V电池)用来为辅助电池130充电。低电压负载156可经由低电压负载总线154电连接到辅助电池130。一个或更多个高电压电负载146可连接到高电压负载总线152。高电压电负载146可具有相关联的控制器，其在适当的时间操作和控制高电压电负载146。高电压电负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电气化车辆112可被配置为通过外部电源136为牵引电池124再充电。外部电源136可以连接至电插座。外部电源136可电连接到充电站或电动车辆供应设备(EVSE)138。外部电源136可以是电力公司提供的配电网络或电网。EVSE 138可提供电路和控制以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传输。外部电源136可将DC或AC电力提供给EVSE 138。EVSE 138可具有充电连接器140，用于连接到车辆112的充电端口134。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传输到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电连接到车载电力转换模块或充电器132。充电器132可调节从EVSE 138供应的电力，以将合适的电压和电流水平提供给牵引电池124和高电压负载总线152。充电器132可与EVSE 138交互，以协调至车辆112的电力传输。EVSE连接器140可具有与充电端口134的相应凹部匹配的插脚。替代地，被描述为电连接或联接的各个部件可使用无线电感耦合来传输电力。
可设置一个或更多个车轮制动器144用于使车辆112减速并防止车辆112运动。可液压致动、电致动或以其组合的方式致动车轮制动器144。车轮制动器144可以是制动系统150的一部分。制动系统150可包括其他部件以操作车轮制动器144。为了简洁起见，附图描述了制动系统150和其中一个车轮制动器144之间的单个连接。制动系统150和其他车轮制动器144之间的连接被隐含。制动系统150可包括用于监测并协调制动系统150的控制器。制动系统150可监测制动部件并控制车轮制动器144以进行车辆减速。制动系统150可对驾驶员命令作出响应，并且还可自主地操作以实现诸如稳定性控制的特征。制动系统150的控制器可实现当另一控制器或子功能请求时施加所请求的制动力的方法。
车辆112中的电子模块可经由一个或更多个车辆网络通信。车辆网络可包括用于通信的多个通道。车辆网络的一个通道可以是诸如控制器局域网络(CAN)的串行总线。车辆网络的一个通道可包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网网络。车辆网络的其他通道可包括模块之间的离散连接并可包括来自辅助电池130的功率信号。不同的信号可通过车辆网络的不同通道传送。例如，视频信号可通过高速通道(例如以太网)传送，而控制信号可以通过CAN或离散信号传送。车辆网络可包括有助于在模块之间传送信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图1中示出，但是可隐含的是，车辆网络可连接到存在于车辆112中的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148，用以协调各个部件的操作。
牵引电池124可由多个电池单元组成。每个电池单元均具有电压和电流容量。电池单元可以以串联和/或并联的方式电连接，以实现牵引电池124的期望的总电压和电流容量。电池单元中的活性材料可包括基于锂离子的材料。
图2描述了棱柱形电池单元200的可能的构造。棱柱形电池单元200可包括正极端子202和负极端子204。棱柱形电池单元200可以是被容纳在刚性的矩形壳体内的阳极、隔膜和阴极材料的组合层。正极端子202和负极端子204可分别结合到阴极材料和阳极材料。正极端子202和负极端子204可允许电流流入电池单元和从电池单元流出。棱柱形电池单元200可包括位于棱柱形电池单元200一侧的电池单元接头(header)210。电池单元接头210可限定有开口206，以利用电解质填充电池单元。棱柱形电池单元200可在其他表面(包括棱柱形电池单元200的壳体)上以其他方式密封。电池单元接头210可被构造成安装或穿过正极端子202和负极端子204。正极端子202和负极端子204可被构造为延伸穿过电池单元接头210的柱或接线片。在一些构造中，正极端子202和负极端子204可以是电池单元接头210上的导电贴片。在构造和密封(除了开口206)之后，可通过电池单元接头210中的开口206输送电解质。
在填充之后，可利用密封插头永久地密封电池单元接头中的开口。电池单元可经历一段被称为化成或磨合的时间。在化成期间，电池单元可在受控的充电/放电循环下操作，以激发电池单元的化学过程。在化成期间电池单元内的化学反应可能会产生副产物气体。电池单元可设计有一定容积，使得在化成期间产生的任何气体保持在低压下。棱柱形电池单元还可包括集成在电池单元接头中的排气口。排气口可以是在电池单元接头中限定的另一个开口，该开口被塑料或金属材料的薄层覆盖。排气口被构造为当电池单元内的压力超过预定阈值时打开。该预定阈值可指示电池单元中的气体过量累积。电池单元接头的设计代表与电池单元相关联的很大一部分成本。因此，额外的开口和其他特征会增大电池单元接头的复杂性和成本。在永久地密封填充口之后，在磨合期之后便没有机会对电池单元进行排气。为了弥补这一点，棱柱形电池单元可设计有额外的内部空间以容纳未被除去的气体。
为了消除这些问题，可使用集成式密封插头/排气口208。集成式密封插头/排气口208消除了效率低下的单独的填充口和排气口。电池单元接头的制造被简化。在一些构造中，集成式密封插头/排气口208可允许电池单元在化成之后进行排气。因为不需要用于积聚气体的额外的空间，因此这能够减小电池单元的尺寸。
集成式密封插头/排气口208可被构造为插入并保持在电池单元接头210的开口206中。在一些构造中，集成式密封插头/排气口208的顶部可从电池单元接头210凸出。在一些构造中，在插头被完全插入时，集成式密封插头/排气口208的顶部可与电池单元接头210的表面齐平。
图3和图4描述了集成式密封插头/排气口300的可能的构造的不同视图。集成式密封插头/排气口300的主体可包括头部310和轴部306。集成式密封插头/排气口300的头部310可以是圆的并可具有比轴部306的横截面积大的横截面积。头部310的其他形状是可能的(例如，六角形、方形)。轴部306的截面可以是圆的并且尺寸可适于装配在开口206内。集成式密封插头/排气口300可包括密封元件304，该密封元件304被构造成在头部310的下表面和电池单元接头210之间提供密封。密封元件304可由诸如橡胶的弹性材料形成。在一些构造中，密封元件304可以是位于头部310的底侧上的密封剂涂层或层。在一些构造中，密封元件304可以是头部310的一体式元件(例如，集成式密封插头/排气口300由具有密封性能的弹性材料制成)。在一些构造中，头部和轴部可具有相同的横截面积而形成可被插入到开口中的主体，使得头部与电池单元接头齐平。
集成式密封插头/排气口300可限定有延伸穿过轴部306和头部310的通道302。在被安装在开口206中时，集成式密封插头/排气口300可在电池单元200的内部和电池单元200的外部之间提供排气路径。在一些构造中，通道302可延伸穿过集成式密封插头/排气口300的整个长度。在这样的构造中，通道302可延伸穿过头部310和轴部306中的每个的整个长度。因此，在头部310和轴部306中可限定开口。在一些构造中，限定在头部310中的开口可以被排气盖308覆盖。在一些构造中，通道302的被限定在轴部306中的开口可被排气盖覆盖。在一些构造中，两个开口可都被排气盖覆盖。
排气盖308被构造为覆盖并密封开口。排气盖308可以是薄的金属箔或塑料层，其利用粘结剂被施加到集成式密封插头/排气口300的头部310。在一些构造中，排气盖308可以是被插入到开口中的软的材料。在密封电池单元200时，电池单元内的气体的形成使电池单元200内的压力升高。排气盖308可被构造成在预定压力下打开。排气盖308可响应于排气盖308两侧的压差超过预定压差而打开。在一些构造中，排气盖308可被构造成在预定温度下打开。在一些构造中，排气盖308可被构造成当电池单元200内的副产物溶液或气体接触排气盖308的持续时间比预定持续时间长时打开。例如，电解质的退化会使电池单元内的氢氟酸(HF)的浓度增大。排气盖308可被构造为由于暴露于退化副产物(例如，HF)而被侵蚀。排气盖308可通过溶解、破损、撕裂和/或排出而打开。
在一些构造中，通道302可不完全延伸穿过集成式密封插头/排气口300。通道302被形成为使得在一端(例如，头部310的表面)保持有材料层。即，排气盖310可作为集成式密封插头/排气口300的一部分而一体地形成。例如，机加工或模制工艺可被配置为在限定通道302之处的上方留有薄膜来覆盖头部310。排气盖308的厚度可被选择为在预定压力、预定温度或预定暴露持续时间下打开。
轴部306可包括一个或更多个脊312，以在插入到开口206中时协助将集成式密封插头/排气口300保持就位。脊312可被构造成增大轴部306的横截面，使得轴部306和脊312的组合横截面稍大于开口206。当被推挤着通过开口206时，轴部306可被构造成同心地变形以适配开口206。脊312可以是柔性的并可随着轴部306插入到开口206中而变形。在一些构造中，脊312可被形成为倒钩状，以允许容易地插入到开口206中并抵抗轴部306从开口206中移出。轴部306、头部310和脊312可以是一体地形成的。通道302可通过去除材料(例如，钻孔)而一体地模制或形成。集成式密封插头/排气口300可由塑料或橡胶材料构造。在一些构造中，轴部306可被构造为夹子。在夹子构造中，轴部306可以是弹性构件，该弹性构件可变形以适配地通过开口206，并且在夹子部穿过开口206时该弹性构件扩张，以接合电池单元接头的处于电池单元接头内侧的表面。
图5描述了在轴部306的端部处的开口上具有排气盖314的集成式密封插头/排气口350。在一些构造中，排气盖314可以是覆盖头部310的表面处的开口的排气盖308的补充。这种多排气盖构造可在其中一个盖破损时防止污染物进入电池单元。在一些构造中，排气盖314可以是唯一的排气盖。
图6和图7描述了集成式密封插头/排气口400的可能的构造的不同视图。集成式密封插头/排气口400的主体可包括头部410和轴部406。头部410可以呈六边形且轴部406可具有圆形的横截面。在其他构造中，头部410可具有不同的形状(例如，圆形、方形)。集成式密封插头/排气口400可包括密封元件404，密封元件404被构造成在头部410和电池单元接头210之间提供密封。密封元件404可由诸如橡胶的弹性材料形成。在一些构造中，密封元件404可以是位于头部410的底侧上的密封剂涂层或层。在一些构造中，密封元件404可以是头部410的一体式元件(例如，集成式密封插头/排气口400由具有密封性能的弹性材料制成)。
集成式密封插头/排气口400可限定有延伸穿过轴部406和头部410的通道402。在被安装在开口206中时，集成式密封插头/排气口400可在电池单元200的内部和电池单元200的外部之间提供排气路径。在一些构造中，通道402可延伸穿过集成式密封插头/排气口400的整个长度。在这样的构造中，通道402可延伸穿过头部410和轴部406中的每个的整个长度。因此，在头部410和轴部406中可限定开口。在一些构造中，在头部410中限定的开口可被排气口408覆盖。在一些构造中，通道402的被限定在轴部406中的开口可被排气盖覆盖。在一些构造中，两个开口可都被排气盖覆盖。
排气盖408被构造为覆盖并密封开口。排气盖408可以是薄的金属箔或塑料层，其利用粘结剂被施加到集成式密封插头/排气口400的头部410。在一些构造中，排气盖408可以是被插入到开口中的软的材料。在密封电池单元200时，电池单元内的气体的形成使压力升高。排气盖408可被构造成在预定压力下打开。排气盖408可响应于排气盖408两侧的压差超过预定压差而打开。在一些构造中，排气盖408可被构造成在预定温度下打开。在一些构造中，排气盖408可被构造成当电池单元200内的副产物溶液或气体接触排气盖408的持续时间比预定持续时间长时打开。例如，电解质的退化会使电池单元内的氢氟酸(HF)的浓度增大。排气盖408可被构造为由于暴露于退化副产物(例如，HF)而被侵蚀。排气盖408可通过溶解、破损、撕裂和/或排出而打开。
轴部406可形成有螺纹，从而沿着一个方向的旋转使轴部406进一步深入到开口206中。类似地，在相反方向的旋转使轴部406从开口206中退出。螺纹轴部406允许插入并移除集成式密封插头/排气口400。头部410可被构造成允许工具(例如，扳手、套筒)旋转轴部406以插入或移除集成式密封插头/排气口400。在其他构造中，头部410可被构造为允许侧面上具有改善的抓握部，以允许用手旋转(例如，在侧面周围具有凹槽的圆形头部)。在某些情况下，移除集成式密封插头/排气口400的能力可能是有用的。例如，在磨合期之后，可暂时移除集成式密封插头/排气口400以允许排气。然后可更换集成式密封插头/排气口400以密封电池单元200。
图8描述了在轴部406的端部处的开口上具有排气盖414的集成式密封插头/排气口450。在一些构造中，排气盖414可以是覆盖头部410的表面处的开口的排气盖408的补充。这种多排气盖构造可在其中一个盖破损时防止污染物进入电池单元。在一些构造中，排气盖414可以是唯一的排气盖。
牵引电池124可以由多个袋型(pouch-type)电池单元组成。具有排气的密封插头也可被应用到袋型电池单元。图9描述了袋型电池单元500。袋型电池单元500可包括正极接线片504和负极接线片506。正极接线片504和负极接线片506可结合到电池结构512。电池结构512可包括阳极、阴极和隔膜材料的层。袋型电池单元500还可包括袋状接头502，其可在正极接线片504和负极接线片506周围形成。袋状接头502可被构造为容易地层压袋状材料514以密封电池单元。袋状接头502还可限定有开口508，以允许电解质插入和排气。集成式密封插头/排气口510可插入到开口508中，以密封袋型电池单元500。集成式密封插头/排气口510可如本文之前所描述的那样构造。
集成式密封插头/排气口简化了电池单元接头制造和设计，并允许电池单元排气。另外，在制造或服务访问期间，可用一个新的插头来替代破损的插头，以再次密封电池单元200。集成式密封插头/排气口可被构造用于一次性插入或者可被构造成能够移除。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机或由处理装置、控制器或计算机来实现，处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可按照许多形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如ROM装置)上的信息和可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其它磁介质和光介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可以以软件可执行对象的方式实现。可选地，所述处理、方法或算法可利用适合的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，可以组合各个实施例的特征以形成本发明可能未明确描述或说明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为提供优点或者就一个或更多个期望特性来说优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，为了达到期望的整体系统属性，可以对一个或更多个特征或特性进行折衷。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性上不如其它实施例或现有技术实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定的应用。