专利名称：：锂电池管理系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电池和电池系统。更具体地说，本发明涉及锂电池(例如锂离子电池、锂聚合物电池等等)以及使用这种电池的系统，所述系统包括用于在满足预定条件时对一个或多个电池、电池模块、或者电池单元(batterycell)进行管理的系统。
背景技术：
：众所周知的是提供了供诸如机动车这样的车辆使用的电池。例如，已在发动、照明、以及点火应用中使用铅酸电池。近年来，己生产出了利用电池(例如镍一金属氢化物电池)与其他系统(例如内燃机)相结合以为车辆提供动力的混合动力车辆。通常为大家熟知的是锂电池与镍一金属氢化物电池的性能不同。在一些应用中，合乎需要的是获得动力/性能提高的锂电池。然而，除了典型地存在于传统镍一金属氢化物电池技术的应用中的那些挑战之外，锂电池技术的应用还带来了设计与工艺的挑战。可有利地用在混合动力车辆中的锂电池系统的设计和管理涉及考虑诸如电性能监控、热管理、以及流出物(例如从电池单元放出的气体)密封这样的问题。例如，合乎需要的是对锂电池系统之内的各个电池单元的温度进行监控以确保不满足热失控条件。当满足预定条件时，合乎需要的是提供一种用于对一个或多个电池、电池模块、或者电池单元进行管理的系统。对于此电池管理系统而言进一步合乎需要的是使单元或模块均衡(balance)以直至条件变化为止。此外，合乎需要的是提供这样一种系统，该系统用于在电池单元接近预定温度门限值时使电池、电池模块、或者单元与该系统断幵连接。
发明内容合乎需要的是提供一种在本申请中所公开的包括有下列或其他有益特征中的一个或多个的电池系统。—种利用锂电池或者单元(例如锂离子电池、锂聚合物电池等等)以为车辆提供动力的电池系统。—种在包括用于对电池系统中的一个或多个电池的温度进行监控的设备或机构的车辆中使用的锂电池系统。—种在包括在预定条件满足的情况下使电路的一个或多个电池单元均衡的设备或机构的车辆中使用的锂电池系统。—种在包括在预定条件满足的情况下从电路中移除一个或多个电池单元的设备或机构的车辆中使用的锂电池系统。—种在包括在电路的一个或多个电池、电池模块、或者单元的温度超过预定门限值的情况下使这种电池均衡的设备或机构的车辆中使用的锂电池系统。—种在包括在一个或多个电池、电池模块、或者单元的温度超过预定门限值的情况下使这种电池与电路断开连接的设备或机构的车辆中使用的锂电池系统。—种包括用于确定系统中电池温度并减少这种电池的热失控的出现的相对简单且准确的系统的锂电池系统。示意性实施例涉及一种用于对具有多个单元的锂电池系统进行管理的系统。该电池系统包括可变阻抗元件，该可变阻抗元件与单元电连接并且位于与单元的一部分临近的位置上；以及设备，用于利用可变阻抗元件来确定单元的温度是否超过预定门限值。另一示意性实施例涉及一种用于对锂电池系统的温度进行管理的方法，该方法包括确定与电池系统电连接且位于与该系统中的任何一个单元临近位置上的可变阻抗元件的电压；利用可变阻抗元件的电压来确定单元的温度；确定单元的温度是否超过预定门限值；以及在单元的温度到达预定门限值温度的情况下使该系统均衡。从以下描述、所附权利要求书、以及在如下简述的附图上所示的示意性实施例中可显而易见的得知本发明的这些及其他特征、方面、以及优点。图1是根据示意性实施例的锂电池或单元的透视图；图2是图1所示的电池的另一透视图3是根据示意性实施例的按照包括有多个锂电池或单元的模块形式的电池系统的分解透视图4是锂电池或单元以及在满足预定条件的情况下用于使电池均衡、断开相连、或者对其进行管理的系统的示意图。具体实施方式根据示意性实施例，提供了这样一种锂电池系统，该锂电池系统包括用于在出现预定条件的情况下对一个或多个锂电池、电池模块、或者单元(例如任何一种目前已知结构的锂离子单元、锂聚合物单元等等或将来会开发出的其他结构)进行管理(例如使其均衡或断开连接)的系统或机构。这种锂电池系统可应用到单独的锂电池或包含在模块之内的一个或多个锂电池上，所述模块包括多个锂电池或单元。此外，根据其中提供了包括有多个锂电池的模块的示意性实施例，可以将该模块包含在下述系统之内，所述系统包括任何一种目前已知结构或者将来可能开发的任何其他结构的多个锂电池模块。于2004年10月28日提交的美国专利申请No.10/976,169中描述和示出了锂电池和锂电池系统的各种非排他的示意性实施例，其全部内容以引用方式并入本文。图l-2对锂电池或者单元进行了说明，以及图3对包括根据在美国专利申请No.10/976,169中描述和示出的示意性实施例的多个锂电池的模块进行说明(图1-3中所示的参考数字与美国专利申请No.lO/976，169中所使用的参考数字相对应)。虽然图l-3对特定的锂电池和电池系统的示意性实施例进行了说明，但是也可使用根据各种其他示意性实施例的多种锂电池或者电池系统中的任何一个。例如，根据各种示意性实施例，各个单元和/或模块的物理结构根据设计对象和考虑因素而变。根据一个示意性实施例，系统可以包括具有十个单元的模块。根据其他示意性实施例，模块中可包括不同数目的单元。如图4所示，根据示意性实施例，提供了系统300以用于在满足预定条件时使一个或多个电池或者单元310均衡、与电路断开连接、或者从电路中移除一个或多个电池或者单元310。根据示意性实施例，将系统300配置成在满足预定温度门限值时使一个或多个模块(每个模块包括多个单元)与负载(例如车辆负载)断开连接。按照这种方式，结束单元提供给车辆的电力以避免使任何一个单元中的热状态继续升高。根据示意性实施例，单元310是完全充电电压在大约0与5伏之间的锂离子单元。根据特定示意性实施例，单元310具有大约3.0至4.2伏之间的完全充电电压。系统300包括与单元310临近设置的元件，将该元件配置成用于对温度进行检测和/或配置成其呈现出随温度而变的特征。根据如图4所示的示意性实施例，可变电阻器(例如诸如正或负温度系数电阻器这样的热敏电阻器)形式的元件330与单元310的至少一个端极(例如正极端312)电耦合。为了方便起见，以下将元件330称为"可变电阻器330"，但应该明白的是这种元件可以包括根据各种其他示意性实施例的其他类型的设备。将可变电阻器330设置为相对紧密相邻于单元310的上表面316(例如接近正极端312)。根据示意性实施例，这种可变电阻器与单元310的一部分接触。根据特定的示意性实施例，诸如可变电阻器这样的元件可以包括(例如集成)在单元310的壳盖(例如诸如图l中所示的壳盖142这样的壳盖)中。根据另一特定示意性实施例，包括可变电阻器以作为单元310的电池端极或电池端极组件的一部分。虽然图4示出了与单元310的上表面316相对紧密相邻的可变电阻器330，但是应该注意的是，根据其他示意性实施例，可变电阻器可与单元310的下表面318相对紧密临近，例如靠近负极端314(例如其可以包含在单元的壳盖之内等等)。根据特定的示意性实施例，可变电阻器330是具有随温度线性变化的阻抗并且在大约8(TC的温度时阻抗大约为300欧姆的正温度系数(PTC)电阻器。根据其他示意性实施例，一个或多个可变电阻器代替或添加到具有不同阻抗的可变电阻器330(例如阻抗可以随温度非线性变化、阻抗在大约S(TC的温度时具有不同阻抗等等)。在其他示意性实施例中，可变电阻器330具有随温度线性变化或随对数变化的阻抗。已提供或可以提供诸如可变电阻器330这样的各种可变电阻器的公司包括Raychem、Littelflise、以及BurroughsCorp。根据可变电阻器是正温度系数(PTC)电阻器的示意性实施例，将可变电阻器330配置成将其阻抗随温度的升高而变(例如增大)。根据使用负温度系数电阻器的示意性实施例，阻抗随着温度的增大而降低。由于其位置，可变电阻器330具有与可变电阻器330相邻位置上的单元310的温度相似的温度。知道可变电阻器330的特征(例如其阻抗怎样随温度而变等等)，估计或者确定与可变电阻器330相邻的单元310的温度。根据示意性实施例，提供了包括有下述多个元件的系统，所述多个元件被配置成在可变电阻器330的阻抗增大至预定门限值吋用于使单元310或者其中设置有单元310的电池模块均衡或断开连接。图4中所示的系统300示出了这种系统的一个示意性实施例，但应该注意的是，还可使用根据其他示意性实施例的各种其他系统。根据示意性实施例，当单元310在正常温度下进行操作时，可变电阻器330具有大约1.0欧姆的阻抗，并且在单元310的温度超过大约8(TC时，具有大约300欧姆或者更大的阻抗。根据其他示意性实施例，可使用具有不同阻抗值和/或功能(例如在大约0.1与10欧姆之间的阻抗)的其他可变电阻器。如图4所示，电阻器340(例如具有恒定阻抗的固定电阻器)和诸如MOSFET这样的开关350与可变电阻器330串连。根据示意性实施例，将开关350配置成在单元310的电压超过预定值时通过电阻器340消耗单元310的电压(以例如使单元与模块中的其他单元的电压均衡)。在单元310的温度低于预定门限值(例如80°C)的正常操作条件下，可变电阻器330两端的电压与电阻器340两端的电压相比相对较小。根据示意性实施例，在正常操作条件下电阻器340的阻抗至少是可变电阻器330的阻抗的10至100倍。当单元310的温度增大到超过预定门限值时，可变电阻器330的阻抗也增大，这会导致可变电阻器330两端的电压相应增大。在这种状况下，电阻器340和开关350两端的电压降低。在电阻器340和开关350两端的电压低于预定门限值(例如2.8伏)的情况下，可以确定出单元310损坏。系统300的一个实施例在正常操作条件期间(例如利用在操作温度的可接受范围之内的单元310)进行操作，以便开关350可使电流穿过该电路。该电路用作其中相对小比例的电压施加在电阻器330的两端(即可变电阻器330在正常操作温度下具有相对较低的阻抗)并且该电路中的较大比例的电压施加在电阻器340的两端的电压分压器。当然，施加在每个元件两端的电压量取决于根据其他示意性实施例所使用的部件的性质(例如在正常操作条件期间电阻器330和340两端的电压近似相等或者否则是根据设计考虑因素来选择的)。当可变电阻器330的温度增大到超过预定门限值温度时，可变电阻器330的阻抗变化，这会引起可变电阻器330和电阻器340两端的电压(并且因此开关350两端的电压)相应变化。如图4所示，根据示意性实施例，提供了用于对电阻器340和开关350两端的电压进行测量的设备360。所测量的电压与单元310的端极312附近的温度相关以提供单元310的温度的近似值(即知道固定电阻器340两端的电压以及固定电阻器340的阻抗就可以确定可变电阻器330的电压和阻抗，这可用于在知道温度与阻抗之间的关系的情况下确定出可变电阻器330的温度)。根据另一示意性实施例，提供了与设备360相似的设备以便其可以对可变电阻器330两端的电压进行测量。进一步如图4所示，提供了计算设备等等形式的设备370以对电池系统、模块、或者单元进行管理。根据示意性实施例，设备370是(例如包括有或耦合到CAN总线处理器的)计算机。设备370可对一个或多个单元的温度进行监控。设备370可通过推断出单元的温度来对单元进行监控。设备370通过对电阻器340和开关350两端的电压进行检査来推断出单元的温度。在一个实施例中，设备370接收来自设备360的电压信息。设备370根据温度及其他因素来执行各种动作(例如使单元均衡或移除模块)。特定作用的开始取决于所检测到的环境。例如，在一个实施例中，当存在一个或多个电压条件时设备370采取动作。在一个示意性实施例中，当设备370确定出已满足了下面三个条件中的任何一个或多个时，设备370断开整个模块或模块组的连接。这三个条件包括(a)温度到达某个预定门限值(例如温度到达或超过80°C);(b)在小于某个预定时段的时段期间温度增大某个预定温度量(例如温度在不到一分钟的时间内增加了10°C;以及(c)单元或单元组在超过一个时段内保持比其他单元要高的某个预定温度(例如单元在比一分钟更长的时段内保持比模块中的其他单元要高的温度20°C)。在一个特定实施例中，设备370使用一个或多个査找表或真值表380来确定将采取动作的设备中是否存在预定条件。査找表380包括电阻器340和开关350的与单元310的一列相应推断温度相匹配的一列可能的电压条件。查找差300的一个可能示例如下面的表格I所示。在使用表格I的示意性实施例中，单元310具有4.0伏中间抽头电压(例如表格I中的"电路断开"列所示，其与开关350打开的情况相对应)，电阻器330具有0.2毫欧的正常阻抗，并且电阻器340是4欧姆的电阻器。当单元310和电阻器330的温度增大时，设备360和设备370所读取的电阻器340两端的相应电压降低了。设备370使用诸如表格I所示的査找表380以使所读取的电压与单元310的温度条件相关。例如，随着电路接通，在设备360和370读取了0.1伏的电压时，设备370通过使表格I的"电路接通"列中的电压与表格I的"摄氏温度"列相匹配来推断出单元310的温度为80°C("电路接通"列与闭合开关350的情况相对应)。根据一个实施例，当到达或超过了该温度条件时，设备370可采取使电池模块断开连接的动作。在其他实施例中，设备370可使整个电池断开连接或熄灭车辆。表格I摄氏温度电路断开电路接通<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>根据另一示意性实施例，在单元的电压低于或者上升到超过某个预定门限值时，设备370可相关于其他单元来使该单元均衡。在一个实施例中，(例如诸如夜间这样的在车辆不操作的期间)设备370通过使用电阻器340作为放电电阻器来消耗单元的电压。为了开始使单元均衡的处理，设备370将闭合开关350。在闭合开关350时，包括有放电电阻器340的结果电路会使单元310中的电压下降。当单元310到达期望的电压电平时，打开开关350。在该实施例中，电路300用于使单元310均衡。在正常状态下，打开开关350，设备360和370读取正常的单元电压。在该示意性实施例中，很低的电流或者没有电流流过设备360和设备370(设备360具有1-10兆(mega)欧姆的阻抗)。如果单元310的电压增大了，那么设备360和370所读取的电压也会增大。如果设备360和370所读取的电压增大而超过了某个预定门限值，那么设备370闭合开关350。当开关350闭合时，流过放电电阻器340的电流会使单元310的电压开始降低。通过电阻器340让单元310放电会使单元310与电池模块中的其他单元进行均衡。在示意性实施例中，设备370还可包括处理，在所述处理中，计算机记录其使特定单元或者模块均衡的频率。在设备370检测到或识别出相对频繁地使一个或多个单元或者模块均衡的情况下，设备370可使损坏的单元或者整个模块与车辆的电力输送系统断开连接。对于审阅了本公开的本领域普通技术人员来说应该明白的是，可根据各种示意性实施例来使用各种可变电阻器、电阻器(例如包括有一个或多个电阻器的电阻器340)、以及开关中的任何一个。例如，根据其他示意性实施例，可变电阻器和固定电阻器的阻抗可以不同。可基于包括可用性、成本、及其他设计考虑的各种因素来选择系统300的各个部件。可使用上述部件的任何适当组合以提供在达到预定条件(例如温度)时使诸如上述的单元或者电池模块均衡、断开连接、或者对其进行管理的系统。选择各种部件以在温度超过8(TC或任何其他预定门限值温度或者其他温度事件或条件出现时均衡、移除或管理单元、电池模块、或者电路中的电池。应该注意的是，可使用诸如上述系统300这样的系统以在模块中包括的一个或多个电池的温度超过预定门限值的情况下使整个模块均衡、使其与车辆电气系统断开连接、或者对其进行管理。在模块中包括的每一单元的临近或该模块之内的一个或多个位置上设置可变电阻器或相似元件(以例如对整个模块的"复合"温度进行检测)。在一个或多个电池的温度(或者整个模块的复合温度)超过了预定门限值温度的情况下，(例如使用诸如MOSFET这样的开关)使该模块与电路断开连接(例如以使该模块与车辆电气系统断开连接)。需要着重注意的是，各种示意性实施例中所示的系统的结构和布置仅仅是说明性的。虽然在本公开中仅对本发明的几个实施例进行了详细描述，但是审阅了本公开的本领域技术人员很容易理解的是，在实质上不脱离权利要求书中所述主题的新颖性教诲和优势的前提下，可以对本公开进行各种各样的修改(例如可对各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、以及参数值、装配布置、使用材料、颜色、方位等等进行修改)。例如，示为一体的元件可以是由多个部件或元件构造而成的，元件的位置可以是反向的或者是可改变的(例如在电池的负极端的临近设置可变温度电阻器)，并且可修改或改变独立元件的性质或数目或者位置(例如设置多个电阻器来代替单个电阻器)。因此，所有这些修改均包括在所附权利要求所定义的本发明的范围之内。可根据替换实施例来改变或重新排列所有处理或方法步骤的次序或顺序。在不脱离本发明范围的前提下，可对各种示意性实施例的设计、操作条件、以及布置进行其他的替换、修改、改变、以及省略。虽然在附图中所说明的以及如上所述的示意性实施例在当前是优选的，但是应该明白的是，这些实施例仅是示意性的。例如，即可以将本文中的教诲应用于任何电池系统而并不局限于车辆中的锂电池系统。因此，电池系统并不局限于特定实施例，而是扩展包括落入所附权利要求书的范围中的各种各样的修改。权利要求1、一种用于对具有多个单元的锂电池系统进行管理的系统，包括可变阻抗元件，所述可变阻抗元件与一个单元电连接并且位于与所述单元的一部分临近的位置上；以及设备，用于利用所述可变阻抗元件来确定所述单元的温度是否超过预定门限值。2、根据权利要求1的系统，其中，在所述设备检测到单元温度超过所述预定门限值的情况下，所述设备使所述单元与所述系统断开连接。3、根据权利要求2的系统，还包括用于对所述系统的元件两端的电压进行测量的电压表；其中，所述设备是访问查找表的计算机，所述查找表包括所述元件两端的与测量温度相关的测量电压，其中，所述计算机通过参考所述查找表来确定所述单元的温度。4、根据权利要求2的系统，其中，所述设备确定所述单元超过所述预定门限值温度的频率，并且在所述预定门限值温度超过预定次数的情况下使所述单元与所述系统断开连接。5、根据权利要求1的系统，还包括放电电阻器，所述放电电阻器与所述单元有选择地电连接并且在与所述单元相连时消耗所述单元的电压，并且在所述设备检测到单元温度超过所述预定门限值的情况下有效地使所述系统均衡。6、根据权利要求5的系统，还包括开关，所述开关使所述放电电阻器与所述单元有选择地电连接并且通过所述放电电阻器消耗所述单元的电压。7、根据权利要求5的系统，其中，所述设备确定所述单元超过所述预定门限值温度的频率，并且在所述预定门限值温度超过预定次数的情况下消耗所述单元的电压。8、根据权利要求1的系统，其中，所述多个单元中的每一个具有与其相耦合的可变阻抗元件，并且所述设备确定所述多个单元中的任何一个的温度是否超过所述预定门限值。9、根据权利要求8的系统，其中，在所述多个单元中的至少一个超过所述预定门限值时，所述设备使所述锂电池系统与车辆电气系统断开连接。10、根据权利要求1的系统，其中，所述可变阻抗元件的电压随温度而变化。11、根据权利要求10的系统，其中，所述可变阻抗元件是热敏电阻器。12、根据权利要求1的系统，其中，在所述多个单元中的至少一个超过所述预定门限值时，所述设备使所述锂电池系统与车辆电气系统断开连接。13、一种用于对锂电池系统的温度进行管理的方法，包括确定可变阻抗元件的电压，所述可变阻抗元件与所述电池系统电连接并且位于与所述系统内多个单元中的任何一个临近的位置上；利用所述可变阻抗元件的电压来确定所述单元的温度；确定所述单元的温度是否超过预定门限值；以及在所述单元的温度到达所述预定门限值温度的情况下，使所述系统均衡。14、根据权利要求13的方法，还包括在超过所述预定门限值温度的情况下，使所述单元与所述系统断开连接。15、根据权利要求13的方法，还包括在超过所述预定门限值温度的情况下，通过与所述多个单元中的任何一个有选择地电连接的放电电阻器来消耗所述多个单元中的任何一个的电压。全文摘要提供了一种用于对具有多个单元的锂电池系统进行管理的系统。该电池系统包括可变阻抗元件，该可变阻抗元件与单元电连接并且位于与单元的一部分临近的位置上；以及设备，用于利用可变阻抗元件来确定单元的温度是否超过预定门限值。还包括一种用于对锂电池系统的温度进行管理的方法。文档编号H01M10/48GK101228659SQ200680027082公开日2008年7月23日申请日期2006年2月1日优先权日2005年6月2日发明者T·J·多尔蒂申请人:约翰逊控制技术公司