对蓄电池系统中的热散逸事件的控制

技术领域

本公开涉及一种用于控制蓄电池系统中的热散逸事件的系统和方法。

背景技术

蓄电池系统或阵列可以包括彼此相对紧密接近的多个蓄电池单元。蓄电池可以大致分类成一次蓄电池和二次蓄电池。一次蓄电池（也称为一次性蓄电池）旨在用完直到耗尽，然后简单地用新蓄电池将其替换。二次蓄电池（更通常称为可再充电蓄电池）采用准许此类蓄电池被重复再充电和重新使用的特定化学成分，因此与一次性蓄电池相比，提供经济、环境和易于使用的益处。

可再充电蓄电池可以用于给例如玩具、消费者电子产品和机动车辆等各种物品供电。可再充电蓄电池（例如锂离子电池）的特定化学成分以及外部因素可能导致生成大量热能的内部反应速率。此类化学反应可能导致蓄电池生成的热量多于被有效吸收的热量。蓄电池单元在延长的周期内至升高温度的暴露可能导致所述单元经历热散逸事件。因此，在单独的单元内开始的热散逸事件可能导致热量散布到相邻单元，并且导致热散逸事件影响整个蓄电池阵列。

发明内容

一种控制包括第一蓄电池模块和第二蓄电池模块的蓄电池系统中的热散逸事件的方法。所述方法包括经由传感器检测所述第一蓄电池模块中的热散逸事件。所述方法还包括将指示所检测到的热散逸事件的信号通信到电子控制器。所述方法另外包括响应于所述信号经由所述电子控制器确定电流是否正在流过所述第一蓄电池模块。所述方法还包括如果所述电流没有正在流过所述第一蓄电池模块，则响应于所述信号经由所述电子控制器使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦。此外，所述方法包括如果确定所述电流正在流过所述第一蓄电池模块或者在解耦所述第一蓄电池模块之后，则使所述第二蓄电池模块电连接到电负载以通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电。因此，使所述第二蓄电池模块放电旨在控制所述热散逸事件通过所述第二蓄电池模块的传播。

使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦可以包括经由所述电子控制器闭合第一电路。

闭合所述第一电路可以包括闭合第一开关。

使所述第二蓄电池模块电连接到所述电负载可以包括经由所述电子控制器闭合第二电路。

闭合所述第二电路可以包括断开第二开关。

第一蓄电池模块可以包括多个第一蓄电池单元，并且第二蓄电池模块可以包括多个第二蓄电池单元。

通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电可以包括使所述第二蓄电池模块放电至50%的电荷。

所述负载可以是高压加热器或预充电电阻器。

所述传感器可以包括如下中的至少一者：被配置成检测所述第一蓄电池模块的温度的温度传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的电压降的电压传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的压力增加的压力传感器、以及用以检测气体在所述第一蓄电池模块中的存在的气体检测传感器。

所述电负载可以包括第一电阻设备和第二电阻设备。第一蓄电池模块可以经由第一电路连接到第一电阻设备，并且第二蓄电池模块可以经由第二电路连接到第二电阻设备。

还公开一种采用电子控制器来实施上文公开的方法的蓄电池系统。

当结合附图和所附权利要求考虑时，根据实施例的以下具体实施方式以及用于执行所描述公开的最佳模式，本公开的以上特征和优点以及其它特征和优点将容易显而易见。

本发明还包括如下技术方案。

技术方案1. 一种控制具有第一蓄电池模块和第二蓄电池模块的蓄电池系统中的热散逸事件的方法，所述方法包括：

经由传感器检测所述第一蓄电池模块中的热散逸事件；

将指示所检测到的热散逸事件的信号通信到电子控制器；

响应于所述信号经由所述电子控制器确定电流是否正在流过所述第一蓄电池模块；

如果所述电流没有正在流过所述第一蓄电池模块，则响应于所述信号经由所述电子控制器使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦；以及

如果确定所述电流正在流过所述第一蓄电池模块或者在解耦所述第一蓄电池模块之后，则使所述第二蓄电池模块电连接到电负载以通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电，并且从而控制所述热散逸事件通过所述第二蓄电池模块的传播。

技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦包括经由所述电子控制器闭合第一电路。

技术方案3. 根据技术方案2所述的方法，其中，闭合所述第一电路包括闭合第一开关。

技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，其中，使所述第二蓄电池模块电连接到所述电负载包括经由所述电子控制器闭合第二电路。

技术方案5. 根据技术方案4所述的方法，其中，闭合所述第二电路包括断开第二开关。

技术方案6. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一蓄电池模块包括多个第一蓄电池单元，并且所述第二蓄电池模块包括多个第二蓄电池单元。

技术方案7. 根据技术方案1所述的方法，其中，通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电包括使所述第二蓄电池模块放电至50%的电荷。

技术方案8. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述负载是高压加热器或预充电电阻。

技术方案9. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述传感器包括如下中的至少一者：被配置成检测所述第一蓄电池模块的温度的温度传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的电压降的电压传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的压力增加的压力传感器、以及用以检测气体在所述第一蓄电池模块中的存在的气体检测传感器。

技术方案10. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述电负载包括第一电阻设备和第二电阻设备，并且其中，所述第一蓄电池模块经由第一电路连接到所述第一电阻设备，并且所述第二蓄电池模块经由第二电路连接到所述第二电阻设备。

技术方案11. 一种蓄电池系统，其包括：

第一蓄电池模块和第二蓄电池模块；

传感器，所述传感器被配置成检测所述第一蓄电池模块中的热散逸事件并且生成指示所检测到的热散逸事件的信号；以及

电子控制器，所述电子控制器被编程为：

从所述传感器接收所述信号；

响应于所述信号确定电流是否正在流过所述第一蓄电池模块；

如果所述电流没有正在流过所述第一蓄电池模块，则响应于所述信号使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦；以及

如果确定所述电流正在流过所述第一蓄电池模块或者在解耦所述第一蓄电池模块之后，则使所述第二蓄电池模块电连接到电负载以通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电，并且从而控制所述热散逸事件通过所述第二蓄电池模块的传播。

技术方案12. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述电子控制器被配置成经由闭合第一电路来使所述第一蓄电池模块与所述第二蓄电池模块电解耦。

技术方案13. 根据技术方案12所述的蓄电池系统，其中，所述电子控制器被配置成经由闭合第一开关来闭合所述第一电路。

技术方案14. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述电子控制器被配置成经由闭合第二电路来使所述第二蓄电池模块电连接到所述电负载。

技术方案15. 根据技术方案14所述的蓄电池系统，其中，所述电子控制器被配置成经由断开第二开关来闭合所述第二电路。

技术方案16. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述第一蓄电池模块包括多个第一蓄电池单元，并且所述第二蓄电池模块包括多个第二蓄电池单元。

技术方案17. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述电子控制器被进一步编程为通过所述电负载使所述第二蓄电池模块放电至50%的电荷。

技术方案18. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述负载是高压加热器或预充电电阻。

技术方案19. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述传感器包括如下中的至少一者：被配置成检测所述第一蓄电池模块的温度的温度传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的电压降的电压传感器、被配置成检测所述第一蓄电池模块中的压力增加的压力传感器、以及用以检测气体在所述第一蓄电池模块中的存在的气体检测传感器。

技术方案20. 根据技术方案11所述的蓄电池系统，其中，所述电负载包括第一电阻设备和第二电阻设备，并且其中，所述第一蓄电池模块经由第一电路连接到所述第一电阻设备，并且所述第二蓄电池模块经由第二电路连接到所述第二电阻设备。

附图说明

图1是根据本公开的采用具有多个动力源的混合动力传动系以及被配置成生成和存储电能以用于向所述动力源供应电能的蓄电池系统的机动车辆的实施例的示意性顶视图。

图2是根据本公开的图1中所示的蓄电池系统的电路图。

图3是根据本公开的图2中所示的蓄电池系统的电路图，其描绘了连接到放电负载的多个蓄电池模块。

图4是根据本公开的图2中所示的蓄电池系统的电路图，其描绘了多个蓄电池模块，其中每一模块连接到单独的放电负载。

图5是根据本公开的图4中所示的蓄电池系统的另一实施例的电路图。

图6示出控制图1-图5中所示的蓄电池系统中的热散逸事件的方法。

具体实施方式

参考图1，描绘了具有动力传动系12的机动车辆10。车辆10可以包括（但不限于）商用车辆、工业车辆、客车、飞行器、船只、火车等等。还可以想到，车辆10可以是移动平台（例如飞机、全地形车辆(ATV)、船、个人移动装置、机器人等等）以实现本公开的目的。动力传动系12包括动力源14，动力源14被配置成生成动力源扭矩T（示出在图1中）用于经由从动轮16相对于道路表面18推进车辆10。动力源14描绘为电动马达-发电机。

如图1中所示，动力传动系12还可以包括额外的动力源20，例如内燃发动机。动力源14和20可以协力用于给车辆10供能。车辆10另外包括可编程电子控制器22和蓄电池系统24，蓄电池系统24被配置成通过产热电化学反应生成和存储电能以用于向动力源14和20供应电能。电子控制器22可以被编程为控制动力传动系12和蓄电池系统24，以便生成预先确定的量的动力源扭矩T以及控制各种其它车辆系统。电子控制器22可以包括调节车辆10上的各种功能的中央处理单元(CPU)，或者被配置为动力传动系控制模块(PCM)，其被配置成控制动力传动系12。在以上配置中的任何一者中，电子控制器22包括处理器以及有形非暂时性存储器，其包括编程在其中的用于动力传动系12和蓄电池系统24的操作的指令。所述存储器可以是参与提供计算机可读数据或过程指令的适当可记录介质。此可记录介质可以采用许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。

用于电子控制器22的非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘以及其它永久性存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。此类指令可以通过一种或多种传输介质（包括同轴电缆、铜线和光纤，包括各种线，所述各种线包括耦接到计算机的处理器的系统总线）或者经由无线连接传输。电子控制器22的存储器还可以包括软盘、硬盘、磁带、另一磁性介质、CD-ROM、DVD、另一光学介质等等。电子控制器22可以被配置或配备有其它所需的计算机硬件，例如高速时钟、必需模数(A/D)和/或数模(D/A)电路系统、输入/输出电路系统和设备(I/O)以及适当信号调节和/或缓冲电路系统。电子控制器22所需或者从而可存取的算法可以存储在存储器中，并且被自动执行以提供动力传动系12和蓄电池系统24的所需功能。

蓄电池系统24可以经由高压总线25连接到动力源14和20、电子控制器22以及其它车辆系统。如图2-图5中所示，蓄电池系统24可以包括多个蓄电池模块或部分，例如模块26-1和模块26-2。虽然示出两个模块26-1、26-2，但是并不排除蓄电池系统24具有更多数量的此类蓄电池模块。如图4中所示，第一蓄电池模块26-1可以包括第一蓄电池单元或单元阵列28-1中的一者或多者，并且第二蓄电池模块26-2可以类似地包括第二蓄电池单元或单元阵列28-2中的一者或多者。动力传动系12和蓄电池系统24的操作通常可以由电子控制器22调节。

如图2-图5中所示，蓄电池系统24包括传感器，例如传感器30-1和30-2，其被配置成检测影响单独的蓄电池模块（例如相应的第一模块26-1和第二模块26-2中）的热散逸事件。术语“热散逸事件”是指蓄电池系统中的不受控的温度升高。在热散逸事件期间，蓄电池系统或蓄电池单元内的热量生成超过热量消散，因此导致温度的进一步升高。热散逸事件可以由各种条件触发，包括电池内的短路、不当电池使用、物理滥用、制造缺陷或电池暴露至极端外部温度。目标传感器30-1、30-2中的每一者还被配置成生成指示对应的第一和第二蓄电池模块26-1、26-2中的检测到的热散逸事件的信号32。虽然示出两个传感器30-1和30-2，但是并不排除蓄电池系统24具有更多数量的此类传感器，每一传感器对应于其中现存的特定蓄电池模块，或者每一模块多个传感器。然而，为简单起见，本公开将专注于对具体来说具有两个模块26-1、26-2和两个对应的传感器30-1、30-2的蓄电池系统24的描述。

通常，根据单元和组设计，组中蓄电池单元之间的热散逸中的持续时间可能从30秒变化到大于3分钟。测试已经显示，对于15%的SOC下降，充电状态(SOC)的下降可能使此持续时间增加多达5倍。对于10%的SOC下降，SOC的下降可能使所测量的峰值单元表面温度下降多达200-300摄氏度。因此，在单元进入热散逸之前，SOC的任何下降都有益于增加所述单元达到临界温度的时间量和/或减少所述单元的热输出。在基线情况下，用以降低下一个单元的SOC的时间(t)通常在0.5分钟与3分钟之间，并且用以降低第n个单元的SOC的时间为n*t。对于组水平的放电，可以使用正常电流限制来使所述单元放电。电流水平可以相对于放电持续时间而变化（持续时间越长，电流越低）。

电子控制器22被编程为从传感器30-1和/或传感器30-2接收信号32。传感器30-1和30-2中的每一者可以是如下中的任一者：被配置成检测相应的第一和第二蓄电池模块26-1、26-2的温度的温度传感器、被配置成检测第一蓄电池模块26-2中的电压降的电压传感器、被配置成检测第一蓄电池模块中的压力增加的压力传感器、或用以检测气体在第一蓄电池模块中的存在的气体检测传感器。电子控制器22还被编程为响应于信号32来确定电流I是否正在流过经历热散逸事件并且由热散逸事件损坏的蓄电池模块。为简单起见，本公开将专注于对其中第一蓄电池模块26-1经历热散逸事件的情况的描述。

第一蓄电池模块26-1或第二蓄电池模块26-2任一者中的热散逸事件可以导致对应的蓄电池模块生成足以维持电流I通过目标蓄电池模块的流的内部气体量。在第一蓄电池模块26-1经历热散逸事件的本示例的情况下，电子控制器22还被编程为如果确定电流I没有正在流过第一蓄电池模块，则响应于信号32使第一蓄电池模块26-1与第二蓄电池模块26-2电解耦。当受损的蓄电池模块不再能够通过电流时，第一蓄电池模块26-1与第二蓄电池模块26-2的解耦有效地准许电流I绕过受损的第一蓄电池模块26-1。

电子控制器22还被编程为将第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34，从而通过所述放电负载使所述第二蓄电池模块放电。如果确定不足量的电流I正在流过第一蓄电池模块26-1，则所述第一蓄电池模块将必须与将第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34的电路断开。然而，如果第一蓄电池模块26-1或第二蓄电池模块26-2任一者中的热散逸事件生成准许电流I通过目标蓄电池模块的流的内部气体，则可能不需要绕过受损的模块。因此，可以使用电子控制器22来确定电流I是否继续流过受损的第一蓄电池模块26-1，并且如果这样，则可以准许第一蓄电池模块仍然是将第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34的电路的一部分。另外，电子控制器22被编程为如果确定电流I正在流过第一蓄电池模块26-1、并且当第一蓄电池模块生成足够内部气体时或者在第一蓄电池模块已经解耦之后，则使第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34，从而通过所述负载使所述第二蓄电池模块放电。如果电流I仍然正在流过第一蓄电池模块26-1，则所述第一蓄电池模块将连同第二蓄电池模块26-2一起通过负载34放电。

如图4和图5中所示，放电负载34可以包括第一电阻设备34-1和第二电阻设备34-2。在此实施例中，第一蓄电池模块26-1可以经由第一电路38单独连接到第一电阻设备34-1，并且第二蓄电池模块26-2可以经由第二电路42连接到第二电阻设备34-2。总体而言，第二蓄电池模块26-2通过放电负载34的放电旨在控制热散逸事件通过第二蓄电池模块26-2的传播，并且最小化蓄电池系统24内的目标事件的持续时间和严重程度。

电子控制器22可以被配置成经由闭合第一电路38来使第一蓄电池模块26-1与第二蓄电池模块26-2电解耦。如图3中所示，电子控制器22可以被配置成通过经由信号41命令第一开关40闭合来闭合第一电路38。尽管，通常，电阻已经存在于蓄电池内，但是可以实施专用放电负载或电阻来控制第二蓄电池模块26-2的放电。因此，电子控制器22还可以被配置成经由闭合第二电路42来将第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34。放电负载34可以是布置为第一电路38的一部分的高压加热器或预充电电阻。如图3中所示，电子控制器22可以被配置成通过经由信号45命令第二开关44断开来闭合第二电路42。可选地，如图3中所示，电子控制器22还可以被配置成通过经由信号41闭合第一开关40并且经由信号47闭合第三开关46来闭合第一电路38。一般来说，电子控制器22可以被具体编程为通过放电负载34使第二蓄电池模块26-2放电至50%的电荷，这可以被视为足以阻止热散逸事件通过第二蓄电池模块的传播，或者如果条件准许，实现更少传播。

控制蓄电池系统24中的热散逸事件的方法100示出在图6中，并且在下文参考图1-图5中所示的结构来描述。方法100在框102中以经由传感器30-1或传感器30-2检测相应的第一蓄电池模块26-1或第二蓄电池模块26-2中的热散逸事件而开始。如参考图1-图5，虽然热散逸事件可以发生在蓄电池系统24的一个或多个蓄电池模块中，但是方法100的本公开将专注于对第一蓄电池模块26-1经历此检测到的热散逸事件的情况进行描述。在框102之后，所述方法前进到框104。在框104中，所述方法包括将指示检测到的热散逸事件的信号32通信到电子控制器22。

所述方法从框104移动到框106，在框106，所述方法包括响应于信号32经由电子控制器22确定电流I是否正在流过第一蓄电池模块26-1。如上文关于图1-图5所论述的，第一蓄电池模块26-1中的热散逸事件可以指示第一蓄电池模块已经生成维持电流I通过第一蓄电池模块的流的内部气体。因此，确定电流I是否正在流过第一蓄电池模块可以用于决定第一蓄电池模块是否需要与将第二蓄电池模块26-2连接到放电负载34的电路解耦。因此，如果确定电流I仍然正在流过第一蓄电池模块26-1，则在框106之后，所述方法可以直接进行到框110。

可替代地，在框106之后，所述方法可以进行到框108，在框108，所述方法包括如果确定电流I没有正在流过第一蓄电池模块，则响应于信号32经由电子控制器22使第一蓄电池模块26-1与第二蓄电池模块26-2电解耦。如关于图1-图5所描述的，使第一蓄电池模块26-1与第二蓄电池模块26-2电解耦可以包括经由第一开关40、并且可选地经由第三开关46闭合第一电路。在框108之后，所述方法可以进行到框110。在框110中，所述方法包括如果确定电流I正在流过第一蓄电池模块26-1或者在解耦所述第一蓄电池模块之后，则将第二蓄电池模块26-2电连接到放电负载34以通过放电负载34使所述第二蓄电池模块放电。如果确定电流I正在流过第一蓄电池模块26-1，则所述第一蓄电池模块将连同第二蓄电池模块26-2一起放电。

如另外关于图1-图5所描述的，将第二蓄电池模块26-2电连接到放电负载34可以包括经由断开第二开关44来闭合第二电路42。可以想到，第二蓄电池模块26-2通过放电负载34的放电将控制热散逸事件通过第二蓄电池模块26-2的传播，并且最小化蓄电池系统24内的热散逸事件的持续时间和严重程度。在框110之后，所述方法可以循环回到框102以进行检测指示蓄电池系统24中的热散逸事件的另一控制循环。

具体实施方式以及附图或图是对本公开的支持和描述，但是本公开的范围仅由权利要求书限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的本公开的一些最佳模式和其它实施例，但是存在各种替代设计和实施例来实践在所附权利要求书中限定的本公开。此外，在附图中示出的实施例或在本说明书中提及的各种实施例的特性不必理解为彼此独立的实施例。相反，在实施例的一个示例中描述的特性中的每一者可以与其它实施例的一个或多个其它所期望的特性组合，从而产生未用文字或通过参考附图描述的其它实施例。因此，此类其它实施例落入所附权利要求的范围的框架内。