电池组惰性气体流系统的制作方法

1.本发明涉及电池组惰性气体流系统。


背景技术：

2.本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
3.需要高级储能装置和系统以满足各种产品（包括汽车产品，诸如启停系统（例如，12 v启停系统）、电池辅助系统、混合动力电动车辆（“hev”）和电动车辆（“ev”））的能量和/或动力要求。锂离子电化学或电池通常包括多个电芯，所述多个电芯可电连接成堆叠以增加整体输出。特别地，电池电芯可包括交替的正电极和负电极以及设置在其间以限定堆叠的隔膜。因此，这些电池电芯形成了电池模块。这些模块可被组装成电池组，该电池组设置在包装体（encasement）或电池壳体或覆盖物中。
4.电池单元具有高能量密度，从而产生热量。过热、由于sei生长所致的短路、li二元产物的形成和短路、或过度充电都可能导致热失控。安全特征通常已被结合到锂离子电池中，包括关闭的隔膜、用于压力释放的通风口和热中断，但并不是所有的电芯都使用这些特征，并且污染物和其他外部事件会超越这些安全特征。本公开提供了一种新的和非显而易见的方法来防止由于可燃气体（诸如，电池溶剂蒸气和脱气聚合物voc）在封闭的空间中的积聚所致的电池壳（外部袋）内的点火、火焰蔓延、火灾和可能的爆炸。然而，在热失控扩展（trp）事件期间，将有利的是，壳体供应有既能冷却电池电芯又能防止燃烧的惰性气体。


技术实现要素：

5.本节提供了本公开的总体概述，并且不是对其完整范围或其所有特征的全面公开。
6.本公开涉及一种电池组主动（active）惰性气体供应系统。
7.根据本公开的方面，一种电池系统包括电池壳体，该电池壳体具有内部隔间。包括多个电池电芯的电池组位于壳体的内部隔间中。容器限定内部腔室并且包括空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与内部腔室连通。氧气分离材料位于腔室中并且被构造成从通过空气入口供应的空气中分离出氧气并将该氧气引导到氧气排放端口。氧气分离材料还被构造成将剩余的缺氧空气引导到惰性气体排放端口。惰性气体排放端口与电池壳体的内部隔间连通。
8.根据另外的方面，氧气分离材料是中空纤维膜。
9.根据另外的方面，压缩机被构造成将加压的空气供应给容器的空气入口。
10.根据另外的方面，控制器基于电池组的操作条件来操作性地控制压缩机。
11.根据另外的方面，容器是圆柱形罐。
12.根据又另一方面，一种车辆包括车辆框架，该车辆框架由多个车轮支撑。电池壳体由车辆框架支撑并且具有内部隔间。电池组包括在内部隔间中的多个电池电芯。容器限定内部腔室，并且具有空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与内部腔室连
通。氧气分离材料位于腔室中并且被构造成从通过空气入口供应的空气中分离出氧气并将该氧气引导到氧气排放端口。氧气分离材料还被构造成将剩余的缺氧空气引导到惰性气体排放端口。惰性气体排放端口与电池壳体的内部隔间连通。
13.根据又另一方面，电池系统包括电池壳体，该电池壳体具有内部隔间。电池组包括在内部隔间中的多个电池电芯。容器限定内部腔室，并且具有空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与内部腔室连通。氧气分离材料位于腔室中并且被构造成从通过空气入口供应的空气中分离出氧气并将该氧气引导到氧气排放端口。氧气分离材料被构造成将剩余的缺氧空气引导到惰性气体排放端口。存储腔室与惰性气体排放端口连通以用于将加压的惰性气体存储在其中。存储腔室与电池壳体的内部隔间选择性连通，以将加压的缺氧空气供应给内部隔间。控制单元被构造成监测电池组的操作条件并激活阀，以从存储腔室递送加压的缺氧空气并且递送到电池壳体的内部隔间。
14.本公开提出了一种在电池壳内的主动惰性气体供应系统，该主动惰性气体供应系统能够将惰性气体供应给电池壳体内的腔室。主动抑制系统可以是连续的，和/或通过测量电池壳内的几个反馈机制（例如，温度、液体检测和电子系统）来激活。
15.1. 一种电池系统，其包括：电池壳体，其具有内部隔间；包括多个电池电芯的电池组，所述电池组位于所述壳体的所述内部隔间中；容器，其限定内部腔室并且具有：空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与所述内部腔室连通；以及氧气分离材料，其位于所述腔室中并且被构造成从通过所述空气入口供应的空气中分离出氧气并将所述氧气引导到所述氧气排放端口，所述氧气分离材料还被构造成将剩余的缺氧空气引导到所述惰性气体排放端口；以及所述惰性气体排放端口，其与所述电池壳体的所述内部隔间连通。
16.2. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述氧气分离材料是中空纤维膜。
17.3. 根据方案1所述的电池系统，其还包括压缩机，所述压缩机被构造成将加压的空气供应给所述容器的所述空气入口。
18.4. 根据方案3所述的电池系统，其还包括控制器，所述控制器基于所述电池组的操作条件来操作性地控制所述压缩机。
19.5. 根据方案1所述的电池系统，其中，所述容器是圆柱形罐。
20.6. 一种车辆，其包括：车辆框架；电池壳体，其由所述车辆框架支撑并且具有内部隔间；包括多个电池电芯的电池组，所述电池组位于所述内部隔间中；容器，其限定内部腔室并且具有：空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与所述内部腔室连通；以及氧气分离材料，其位于所述腔室中并且被构造成从通过所述空气入口供应的空气中分离出氧气并将所述氧气引导到所述氧气排放端口，所述氧气分离材料还被构造成将剩余的缺氧空气引导到所述惰性气体排放端口；以及所述惰性气体排放端口，其与所述电池壳体的所述内部隔间连通。
21.7. 根据方案6所述的车辆，其中，所述氧气分离材料是中空纤维膜。
22.8. 根据方案6所述的车辆，其还包括压缩机，所述压缩机被构造成将加压的空气
供应给所述容器的所述空气入口。
23.9. 根据方案8所述的车辆，其还包括控制器，所述控制器基于所述电池组的操作条件来操作性地控制所述压缩机。
24.10. 根据方案6所述的车辆，其中，所述容器是圆柱形罐。
25.11. 一种电池系统，其包括：电池壳体，其具有内部隔间；包括多个电池电芯的电池组，所述电池组位于所述内部隔间中；容器，其限定内部腔室并且具有：空气入口、氧气排放端口和惰性气体排放端口，每一者都与所述内部腔室连通；以及氧气分离材料，其位于所述腔室中并且被构造成从通过所述空气入口供应的空气中分离出氧气并将所述氧气引导到所述氧气排放端口，所述氧气分离材料还被构造成将剩余的缺氧空气引导到所述惰性气体排放端口；存储腔室，其与所述惰性气体排放端口连通以用于将加压的惰性气体存储在其中，所述存储腔室与所述电池壳体的所述内部隔间选择性连通，以将加压的缺氧空气供应给所述内部隔间；以及控制单元，其被构造成监测所述电池组的操作条件并激活阀，以从所述存储腔室递送加压的缺氧空气并且递送到所述电池壳体的所述内部隔间。
26.12. 根据方案11所述的电池系统，其中，所述氧气分离材料是中空纤维膜。
27.13. 根据方案11所述的电池系统，其还包括压缩机，所述压缩机被构造成将加压的空气供应给所述容器的所述空气入口。
28.14. 根据方案13所述的电池系统，其还包括控制器，所述控制器基于所述电池组的操作条件来操作性地控制所述压缩机。
29.15. 根据方案11所述的电池系统，其中，所述容器是圆柱形罐。
30.根据本文中提供的描述，其他应用领域将变得显而易见的。本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明目的并且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
31.本文中所描述的附图仅出于所选实施例而非所有可能的实施方式的说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。
32.图1是根据本公开的原理的用于电池组的惰性气体连续流系统的示意图；图2是根据本公开的原理的惰性气体分离器的局部剖切透视图；以及图3是根据本公开的原理的用于电池组的惰性气体按需流系统的示意图。
33.贯穿附图的若干视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施方式
34.提供了示例实施例，使得本公开将是透彻的，并且将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了众多具体细节，诸如具体组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域技术人员将显而易见的是，无需采用具体细节，可以以许多不同的形式体现示例实施例，并且两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，未详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构以及众所周知的技术。
35.本文中所使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，并且不旨在为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括（comprises）”、“包括（comprising）”、“包含（including）”和“具有”是包括性的，且因此指定所陈述的特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。尽管开放式术语“包括”将被理解为用于描述和要求保护本文中所阐述的各种实施例的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代地被理解为反而更具限制性和约束性的术语，诸如“由
…
组成”或“基本由
…
组成”。因此，对于叙述组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤的任何给定实施例，本公开还特定地包括由或基本由这种所叙述的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤组成的实施例。在“由
……
组成”的情况下，替代性实施例排除任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，而在“基本由
……
组成”的情况下，从这种实施例排除实质上影响基本的和新颖的特性的任何附加组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤，但在实施例中能够包括不实质上影响基本的和新颖的特性的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或过程步骤。
36.除非被特定地识别为执行的顺序，否则本文中所描述的任何方法步骤、过程和操作将不被解释为必须要求它们的执行以所讨论或图示的特定顺序。还将理解，除非另有指示，否则可采用附加的或替代的步骤。
37.当部件、元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层时，其可直接在另一部件、元件或层上、直接接合到、直接连接到或直接联接到另一部件、元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以相似的方式解释（例如，“在
……
之间”对“直接在
……
之间”、“相邻”对“直接相邻”等）。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一者或多者的任何和全部组合。
38.为便于描述，本文中可使用空间或时间相关术语，诸如“前”、“后”、“内”、“外”、“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，以描述如附图中所图示的一个元件或特征与另一个或另一些元件或特征的关系。除了附图中所描绘的取向之外，空间或时间相关术语还可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。
39.贯穿本公开，数值表示近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的较小偏差和约具有所提及值的实施例以及确切地具有所提及值的实施例。除了在具体实施方式的结尾所提供的工作示例中之外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如，量或条件）的所有数值都将被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“约”。“约”指示所陈述的数值允许一定的轻微不精确（通过某种方法接近该值的准确性；近似地或合理地接近该值；几乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中不另外地以该普通意义来理解，则如本文中所使用的“约”至少指示可由测量和使用这种参数的普通方法产生的变化。例如，“约”可包括小于或等于5%的变化、可选地小于或等于4%的变化、可选地小于或等于3%的变化、可选地小于或等于2%的变化、可选地小于或等于1%的变化、可选地小于或等于0.5%的变化，并且在某些方面中可选地小于或等于0.1%的变化。
40.另外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步划分的范围的公开，包括针对这些范围给出的端点和子范围。
41.现在将参考附图更充分地描述示例实施例。
42.参考图1，示出了用于电池组的惰性气体连续流系统10。惰性气体连续流系统10包括压缩机12，该压缩机将压缩的大气空气供应给氧气分离器装置16的入口14。氧气分离器装置16从压缩空气供应中分离出含氧物质（例如，o2、co2、h2o）的一部分并从氧气排放端口18排放分离出的氧气。剩余的且丧失氧气的空气从惰性气体排放端口20排放并被递送到电池组22的壳体中，该电池组包括多个电池电芯。惰性气体系统使引入到电池组中的氧化剂物质（例如，氧气（o2）气体）的浓度最小化，且因此可相应地减轻电池溶剂蒸气和因脱气产生的聚合物voc的潜在反应，从而准许存在较高浓度的电池溶剂蒸气和聚合物voc。该同一惰性流还能够充当富氮空气（nea）吹扫流冷却系统以用于去除产生的电池袋热贡献。该同一惰性流能够在存在袋发热的情况下减轻voc和空气之间的潜在反应，袋发热会导致热失控事件。能够提供控制单元30以用于在电池组22操作时在预定的或间歇的时间控制压缩机12的操作。
43.能够在车辆50上（在图1中大体示出）采用惰性气体连续流系统10，该车辆能够包括车辆框架52和多个车轮54。惰性气体连续流系统10能够被支撑在车辆框架52上。应理解，车辆能够呈现众多形式，包括电动车辆、混合动力电动车辆、氢燃料电池车辆和以发动机为动力的车辆。车辆能够呈汽车、卡车、suv（运动型多用途车辆）和摩托车的形式。另外，车辆能够是陆地、水上或空中车辆。
44.参考图2，氧气分离器装置16能够包括容器24，该容器具有与空气入口14、氧气排放端口18和惰性气体排放端口20连通的内部腔室26。容器24能够呈圆柱形罐的形式。中空纤维膜28设置在内部腔室26中。中空纤维膜28通过允许氮气分子（尺寸较小）通过它而不允许氧气或含氧分子（尺寸较大）通过它来分离出空气中的氧气和含氧物质。因此，中空纤维膜28将供应的压缩空气分离成1）氧气以及2）富氮且丧失氧气的惰性气体，并且容器24从氧气排放端口18排放氧气并通过惰性气体排放端口20排放富氮且丧失氧气的空气。容器24内部的中空纤维膜材料28将供应的空气（通常具有大约21体积%的氧气、78体积%的氮气和约1体积%的其他成分）分离成具有大于或等于约88体积%至小于或等于约92体积%的氮气的富氮空气（nea）以及大于或等于约8体积%至小于或等于约12体积%的氧气的丧失氧气的空气（oda）。
45.根据如图3中所示的替代性实施例，示出了用于电池组的惰性气体按需流系统110。惰性气体连续流系统110包括压缩机12，该压缩机将压缩空气供应给氧气分离器装置16的入口14。氧气分离器装置16从压缩空气供应中分离出氧气并从氧气排放端口18排放分离出的氧气。剩余的缺氧空气从惰性气体排放端口20排放并递送到存储加压的惰性气体的存储装置112。电池组22通过阀114或其他控制装置与存储装置112选择性通信。能够提供与各种传感器通信的控制单元116，这些传感器能够包括但不限于温度传感器118、液体检测传感器120、气体传感器122和电子系统异常检测传感器123，这些传感器能够将信号提供给控制单元116。在接收到指示热失控或其他潜在损坏条件的信号时，控制单元116将激活阀114以将一阵惰性气体供应到电池组22的壳体中，从而在被激活时提供不易燃的环境。所存储的压缩缺氧空气的量能够足以代替电池壳体内的现有空气。控制单元116还能够控制压
缩机12，以在加压的惰性气体已被排放到电池组22之后用惰性气体重新填充存储装置112。存储装置112能够包括压力传感器124以用于将压力信号提供给控制单元116，从而允许控制单元确定何时需要重新填充存储装置112。
46.上文所公开的元件中的一个或多个可包括一个或多个处理电路或在一个或多个处理电路中实施，诸如包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，诸如执行软件的处理器；或其组合。例如，处理电路更具体地可包括但不限于中央处理单元（cpu）、算术逻辑单元（alu）、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列（fpga）、片上系统（soc）、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路（asic）等。
47.已出于说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在为穷举的或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使未具体示出或描述，也能够在所选实施例中使用。其也可以以许多方式变化。这种变型将不被认为是背离本公开，并且所有这种修改都旨在被包括在本公开的范围内。