电池组件的动态压力控制的制作方法
【专利说明】电池组件的动态压力控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年6月11日提交的美国申请第13/493592号的优先权，其内容通过引用的方式并入本文。
技术背景
[0003]诸如锂离子电池等高性能可充电电池广泛用于电动车辆。影响这类电池的性能的一个操作特性在于在电池组件内的电池单元所经受的压力。一些电池组件包括:使用在堆叠内的电池单元上维持相对恒定压力的结构而压缩的电池单元的堆叠。在不具有金属外罩的袋装电池单元的情况下，这也为电池单元提供了所需的支持。选择该压力从而实现电池的最佳性能并且该压力通常由电池单元制造商规定。例如，对于一些具有约14-20Ah容量的电池单元，推荐压力约为35-50kPa。在一些情况下，由制造商规定的压力设计为防止在使用期间电池单元发生分层。
【发明内容】
[0004]在一个方面，通常，一种操作包括一个或多个可充电电池单元的电池组件的方法，其包括:监测所述电池单元的一个或多个操作参数；以及至少部分地基于监测到的一个或多个操作参数对施加至所述一个或多个电池单元的压力进行动态控制。
[0005]方面可包括一个或多个以下特征。
[0006]所述电池组件包括多个可充电电池单元，以及其中，对压力进行动态控制涉及对施加至所述多个电池单元的压力进行动态控制。
[0007]对所述压力进行动态控制包括:根据监测到的一个或多个操作参数对施加至所述多个电池单元的所述压力进行控制。
[0008]所述方法进一步包括:通过使冷却剂在相邻电池单元之间流动来冷却所述电池单
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[0009]对所述压力进行动态控制包括:对在相邻电池单元之间流动的所述冷却剂的压力进行调节。
[0010]对在相邻电池单元之间流动的所述冷却剂的压力进行调节包括:改变在相邻电池单元之间流动的所述冷却剂的流速。
[0011]对所述压力进行动态控制包括:向所述电池单元施加偏压并且相对于所述偏压对施加至所述多个电池单元的压力进行调节。
[0012]至少一个所述操作参数为充电速率、电荷状态或所述电池的温度。
[0013]至少一个所述操作参数为充电速率。
[0014]监测所述一个或多个操作参数包括:监测在所述电池单元充电期间至少一个所述操作参数的变化。
[0015]所述方法进一步包括:检测在所述电池组件内的冷却剂区域的容积的变化。
[0016]在另一方面，通常，一种设备，其包括:一个或多个可充电电池单元；至少一个传感器，其配置为监测所述电池单元的一个或多个操作参数；以及压力控制系统，其配置为:至少部分地基于监测到的一个或多个操作参数对施加至所述一个或多个电池单元的压力进行动态控制。
[0017]方面可包括一个或多个以下特征:
[0018]所述一个或多个可充电电池单元为多个电池单元。
[0019]所述压力控制系统配置为根据监测到的一个或多个操作参数对施加至所述多个电池单元的所述压力进行控制。
[0020]所述压力控制系统包括:具有所述多个电池单元的刚性壳体，所述多个电池单元包含在所述刚性壳体内；以及压力调节器，其配置为调节施加至所述多个电池单元的压力从而控制施加至所述多个电池单元的压力。
[0021]所述压力控制系统进一步包括:配置为监测施加至所述多个电池单元的压力的一个或多个压力传感器。
[0022]所述压力控制系统进一步包括:配置为从所述一个或多个压力传感器接收输入并且向所述压力调节器提供调节信号的控制电路系统。
[0023]所述设备进一步包括:包括在所述多个电池单元之间交错的多个冷却剂流板的冷却剂系统。
[0024]所述压力调节器配置为:对流经所述多个冷却剂流板的冷却剂的压力进行调节从而对施加至所述多个电池单元中的所述电池单元的压力进行调节。
[0025]所述压力调节器包括用于使冷却剂流经所述多个冷却剂流板的泵，以及其中，所述压力调节器配置为:改变流经所述多个冷却剂流板的所述冷却剂的流速从而调节施加至所述多个电池单元的所述压力。
[0026]至少一个所述操作参数为充电速率、电荷状态或所述电池的温度。
[0027]至少一个所述操作参数为充电速率，以及其中，所述压力控制系统配置为:根据所述充电速率对施加至所述多个电池单元的压力进行动态控制。
[0028]所述设备进一步包括:用于检测在所述电池组件内的冷却剂区域的容积的变化的传感器。
[0029]所述传感器包括膜片或活塞
[0030]方面可具有一个或多个以下优点:
[0031]如上面所提及的，一些电池组件包括:使用在堆叠内的电池单元上维持相对恒定压力的结构而压缩的电池单元的堆叠。(见，例如，标题为“A Mult1-Cell BatteryAssembly”的U.S.S.N.13/445458，其以引用的方式并入本文。)可通过在电池单元的操作期间(例如，在充电和/或放电期间)对施加至电池单元的压力进行动态控制来提高可充电电池单元的性能和/或寿命。例如，在超快充电期间增加施加至电池单元的压力有助于防止分层或对电池单元的损坏。对于可经受每500个周期膨胀5-10%的锂离子袋装电池单元，该机构还可防止电池单元超压。作为安装的一部分，在袋装电池单元中，还需要使应力和弯曲度最小化。在电池单元袋之上的电池压力还应是均匀的，这可利用压力控制系统实现。将压力控制系统的部分并入用于电池组件的冷却剂系统中提高了在堆叠内和在各个电池单元的表面上均匀控制施加至不同电池单元的压力的能力。由于无论怎样都需要冷却剂系统，所以，压力控制系统可利用冷却剂系统的特征来有效地完成两个目标(压力控制和温度控制)。在一些操作环境下，诸如在电动车辆中，由于例如快速加速或快速制动，电池可能会意外经受高负载。这类高负载可能会生成大电流，由于锂离子电池的内部电阻，电流又可能会引起锂离子电池单元的明显升温。可通过在包含对一些生成的热量进行散热的冷却剂流的电池单元之间进行分层交错来控制电池的温度。在锂离子电池的情况下，例如，实现有效操作需要在具体范围内对电池单元进行操作。在大于约40°C的操作温度下，电池的使用寿命可能会大幅减小。另外，在多芯电池中的电池单元之间的温度梯度不应大于约5-10°C。交错的流板限定了平行流动通道的阵列，冷却剂通过平行流动通道传递，以相对于偏压冷却电池单元并且控制施加至电池单元的压力。冷却剂被限制在流板限定出的流动通道内，由此不与电池单元直接接触。
[0032]对压力和容积的变化的监测还实现了对电池单元袋中的气体积聚的早期检测和对故障的预防。
[0033]本发明的其他特征和优点通过以下说明和权利要求变得显而易见。
【附图说明】
[0034]图1是电池组件的框图；
[0035]图2A是电池组件的辅助图；
[0036]图2B是图2A所示电池组件的横截面图；
[0037]图3图示了用于图2A和图2B的电池组件的扁平或棱柱形电池单元；
[0038]图4示出了用于图2A和图2B的电池组件的波状流板的一个部分的侧视图；
[0039]图5A和图5B分别示出了组成图2A和图2B的电池组件的歧管的盖板和背板的前后视图。
【具体实施方式】
[0040]参考图1，电池组件10包括电池堆叠12，电池堆叠12在各自的相邻电池单元对之间包括大量具有压力层(未示出)的电池单元14。在堆叠两端处的刚性端板在堆叠12内的电池单元14上施加一定的最小压力。压力层配置为改变厚度以便改变施加至电池单元14的压力大小。在所描述的实施例中，压力层为用于包含冷却剂流体流的冷却剂流板，如下面更详细地描述的，冷却剂流体流同时用于冷却电池单元以及改变流板的厚度。
[0041]电池组件10包括用于控制施加至电池单元14的压力控制系统。压力控制系统使用压力调节器16来实际上调节压力层的厚度，从而对施加至在堆叠12内的电池单元14的压力进行相应调节。压力调节器16可为各种类型。例如，其可包括使冷却剂流经在电池单元14之间的流