專利名稱：帶有溫度傳感器的電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池(例如鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳金屬氫化物 (Ni腿)電池等)和使用該電池的系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及的是使用一 個或多個溫度傳感器來測量或檢測電池系統(tǒng)內(nèi)部電池單元的溫度的電池系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，在諸如汽車之類的交通工具內(nèi)部提供了電池以供使用。例 如，在啟動、照明和點火應用中已使用了鉛酸電池。而在近來則生產(chǎn)了混 合動力車輛(hybrid vehicles),并且這類車輛使用了與其他系統(tǒng)(例如 內(nèi)燃機)相結(jié)合的電池(例如鎳金屬氫化物電池)來為車輛提供電力。
眾多周知，鋰電池(例如鋰離子電池、鋰聚合物電池等)是以不同于 鎳金屬氫化物電池的方式運行的。在某些應用中，如果能夠獲得增強的鋰 電池的電能/性能，那么將會是非常理想的。例如，與鎳金屬氫化物電池相 比，鋰電池可以提供更高的比功率(specific power)。但是，鋰電池技術(shù) 的應用有可能會出現(xiàn)某些設計和工程方面的難題，并且其難度要高于通常 會在傳統(tǒng)鎳金屬氫化物電池技術(shù)的應用中出現(xiàn)的問題。
對可以在混合動力車輛中有利地使用的鋰電池系統(tǒng)來說，其設計和管
理可以包括諸如電力性能監(jiān)視、熱管理以及流出物容器之類的考慮因素。
目前的熱管理方法包括在電池模塊上提供溫度傳感器。該傳感器通過 使用附加部分和夾子而被附著于該模塊，并且暴露于周圍溫度梯度，這會 影響到被測溫度的性能和精度。
如果能在鋰電池模塊中提供用于監(jiān)視溫度的改進系統(tǒng)，那么將會是非 常有利的。此外，如果能夠提供一種相對簡單經(jīng)濟以及相對易于裝配的溫 度監(jiān)視系統(tǒng)，那么同樣是非常有利的。另外，如果能夠提供一種系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括了可以為査看本公開的技術(shù)人員清楚了解的這些和其他有利特征 中的任何一個或多個有利特征，那么將會是非常理想的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個示范實施例，電池系統(tǒng)包括多個電池單元以及至少一個溫度 傳感器，該溫度傳感器設置成緊鄰多個電池單元中的至少一個電池單元。 該溫度傳感器通過柔性元件(例如，膜片)保持與該電池單元接觸。
根據(jù)另一個示范實施例，電池系統(tǒng)包括多個電池單元以及用于檢測或 監(jiān)視電池單元溫度的多個溫度傳感器。利用柔性元件(例如，膜片)，每個 溫度傳感器都被保持在與電池單元的表面相鄰的位置。可以設置墊圈或其 他元件，以將溫度傳感器與冷卻液等隔離。
根據(jù)另一個示范實施例，電池系統(tǒng)包括鋰離子或NiMH電池單元，該鋰 離子或NiMH電池單元具有通過彈性元件保持與其表面接觸的溫度傳感器。 該彈性元件包括將該彈性元件固定于溫度傳感器的粘合劑。


圖1是根據(jù)示范實施例包括多個電池單元的電池系統(tǒng)或模塊的透視圖。 圖2是圖1所示的電池系統(tǒng)或模塊的一部分的透視圖。 圖3是根據(jù)示范實施例的電池座的透視圖。
圖4是根據(jù)示范實施例包括溫度傳感設備的電池系統(tǒng)或模塊的一部分 的透視圖。
圖5是圖4所示的電池系統(tǒng)部分中的一部分的橫截面圖。 圖6是顯示圖4所示電池系統(tǒng)部分的另一個透視圖。
圖7是根據(jù)示范實施例具有溫度傳感設備的電池系統(tǒng)或模塊的剖開平 面視圖。
圖8是根據(jù)示范實施例具有溫度傳感設備的電池系統(tǒng)或模塊的剖開平 面視圖。
具體實施例方式
根據(jù)示范實施例，提供了包括多個電池或電池單元(例如鋰離子電池
單元，鋰聚合物電池單元，NiMl電池單元等等)的電池系統(tǒng)或模塊。應該 指出的是，雖然在本申請中顯示并描述了關(guān)于電池單元和模塊的特定的示 范實施例，但是這里描述的特征是可以與當前已知的任何結(jié)構(gòu)或是未來可 能開發(fā)的其他結(jié)構(gòu)的電池單元一起使用的。
在2004年10月28日提交的美國專利申請10/976， 169以及2005年8 月25日提交的國際申請PCT/US2005/030244中顯示并描述了鋰電池和鋰電 池系統(tǒng)的各種非排他性的示范實施例，其全部公開在這里以引用的方式加 入。這里描述的電池、模塊和其他特征包括了溫度傳感器以及相關(guān)的設備， 它們可以與美國專利申請10/976, 169和/或國際申請PCT/US2005/030244
中公開的特征結(jié)合使用，這一點是可以被查看本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員所 理解。
雖然圖1-8描述了電池和電池系統(tǒng)的具體的示范實施例，但是根據(jù)不 同的示范實施例，多種電池或電池系統(tǒng)中的任何一個都是可以使用的。舉 例來說，根據(jù)不同的示范實施例，個別電池單元和/或模塊的物理結(jié)構(gòu)可以 根據(jù)設計目標和考慮因素而改變(例如具有一般橢圓的截面形狀的電池單 元，具有一般圓柱形狀的電池單元，以及具有一般棱形形狀的電池單元)。
示范電池或電池單元的特征可以與例如這里顯示和描述的電池系統(tǒng)或 模塊結(jié)合使用，并且在下文中將會對此詳細描述。査看本公開的技術(shù)人員 可以理解的是，相似或相同的特征可以包括在根據(jù)這里顯示的任何實施例 的電池單元中。根據(jù)其他的示范實施例，附加和/或不同的特征可以提供給 在此類實施例中使用的電池單元。
根據(jù)一個示范實施例，電池單元(如圖1所示的電池單元150)包括了 用于密封電池單元的容器和覆蓋物(其中舉例來說，該覆蓋物可以被稱為
和/或是采用端蓋、環(huán)、帽罩、頂部、底部等形式)。根據(jù)不同的示范實施 例，該覆蓋物可以用任何適當?shù)牟牧现瞥?例如金屬、塑料、復合物等等)。 該電池單元的容器可以具有多種形狀、大小和結(jié)構(gòu)中的任何一種。例如，
容器可以是八邊形、圓柱形、 一般平橢圓形、八面橢圓形(octal-oval)、 棱形或是多種其他形狀中的任何一種。
在電池單元容器內(nèi)部，該電池單元包含了電極(例如正電極和負電極) 和被纏繞或覆蓋的分離器，從而它們具有一般橢圓或是橢圓形的形狀(或 是其他形狀，這取決于所用容器的形狀)，以便形成電池單元構(gòu)件。構(gòu)件或 連接片(strap)可以與一個或多個單極類型的電極相耦合(例如一個或多 個正電極或一個或多個負電極)，并且可以耦合到相關(guān)端子，以便耦合相關(guān) 聯(lián)的一個或多個電極和端子，并且聚集或收集來自電池單元內(nèi)部的電流和/ 或熱量。
提供了用于將電池單元相互電耦合以及與車輛電氣系統(tǒng)和連接片相耦 合的端子。根據(jù)一個示范實施例，每個電池單元都包括了兩個正端子和兩 個負端子。根據(jù)其他的示范實施例，可以為每個電池單元提供不同數(shù)量的 正端子和負端子。
每個電池單元還可以包括一個或多個孔口 (vents)，以便允許流出物 (例如氣體、液體和/或其他材料)從電池單元內(nèi)部脫離(例如排出或擠出)。 該孔口可以是諸如安全閥或膜片閥之類的閥，以便允許流出物脫離電池單 元?？紫犊梢耘c電池單元內(nèi)部流體連通。當電池單元處于其正常操作模式 時，該孔隙將會被某個構(gòu)件阻塞。如果流出物增大到預定閾值，那么該構(gòu) 件可以移動，以便暴露該孔隙，從而流出物可以脫離電池單元。根據(jù)一個 示范實施例，當電池單元內(nèi)部的壓力達到特定閾值的時候(例如介于大約3 psi與30 psi之間的高壓閾值)，孔口可以被配置成允許氣體和/或其他材 料從電池單元中脫離。
多個電耦合在一起的電池單元可以布置在模塊中，以便與本發(fā)明一起 使用，例如，在美國專利申請10/976， 169 (例如具有用于氣流和流出物消 除等等的溝道)中所示。
在特定模塊內(nèi)部提供的電池單元數(shù)量可以根據(jù)不同的示范實施例而改 變。此外，應該注意的是，電池系統(tǒng)可以包括任意數(shù)量的模塊，并且這些模塊可以包括任意數(shù)量的電池(例如，在電池系統(tǒng)內(nèi)可以提供三個模塊， 其中每個模塊都可以包括任何適當數(shù)量的電池單元)。根據(jù)不同的示范實施 例，用于電池系統(tǒng)和/或模塊的特定結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化，以便為特定應用提供電 力。
根據(jù)一個示范實施例，模塊可以具有介于大約40與48伏之間的電壓， 其額定電流量是12安培小時，并且其包含了 12個電池單元。這種模塊的 尺寸可以是大約寬95腿、高143腿以及長421 mm，其重量約為7 kg。根 據(jù)不同的其他示范實施例，尺寸、額定容量或其他特性是可以根據(jù)多種預 期特性中的任何一種而不同的。
圖1-2描述的是根據(jù)一個示范實施例并且包括多個電池單元150(例如 棱形、橢圓形或是圓柱形電池單元)的電池模塊100。該模塊100包括歧管 或冷卻系統(tǒng)110，并且該系統(tǒng)被配置成提供以并行方式(舉例來說，在這里 可以使用其中設置溝道的覆蓋物102)流經(jīng)模塊100的電池單元150中的至 少一部分(例如端子)的冷卻流體(例如空氣)。也就是說，該冷卻流體將 被劃定線路，以使其不會經(jīng)過模塊100的所有電池單元150 (這樣則會在空 氣從一個電池單元傳遞到下一個電池單元的時候累積熱量)，而是與之相 反，為該冷卻流體劃定線路，以使其僅僅經(jīng)過電池單元150中的一個或兩 個電池單元。流體(例如空氣)的流動是用圖2所示的線條120、 152以及 153來表示的。根據(jù)圖2所示的示范實施例，冷卻流體(在線條152中顯示) 將會沿著電池單元150向下傳遞(例如經(jīng)過端子并且沿著電池單元外殼向 下傳遞)，此后它會在模塊100的元件或基底130處被排出(如線條153所 示)。雖然圖1-2描述的電池模塊是具有用于在模塊電池單元附近提供冷卻 流體的歧管系統(tǒng)，但是根據(jù)其他的示范實施例，也可以提供不同的歧管系 統(tǒng)或者不提供歧管系統(tǒng)。
根據(jù)一個示范實施例，電池系統(tǒng)或模塊可以包括一個或多個元件或設 備，以便監(jiān)視、感測、檢測或是確定包括在電池系統(tǒng)或模塊中的一個或多 個電池單元的溫度。圖3-8表示的示范實施例中，將溫度感測元件或設備 242 (例如溫度傳感器)設置得鄰近電池模塊100中的至少一個電池單元或 者與電池模塊100中的至少一個電池單元接觸，以個別地感測電池單元150 的溫度。應該注意的是，這種溫度傳感器可以在本公開所示的任何示范實
施例中提供，包括使用橢圓形、圓柱形和棱形電池單元的實施例。為了簡 單起見，即使它們的結(jié)構(gòu)不相同，相似的構(gòu)件也還是用相同的附圖標記來編號。
圖3描述的是根據(jù)示范實施例的電池系統(tǒng)或模塊的元件或基底230(例 如電池座)下側(cè)的透視圖。元件230與圖1-2中顯示的元件130的相似之 處在于元件230包含了多個部件(features)或平臺232，電池或電池單 元250可以擱在這些部件或平臺232上(參見圖4，顯示了布置或設置在部 件或平臺232上的電池單元250)。
根據(jù)一個示范實施例，提供了一個或多個線路240 (圖4),以使它們 延伸并通過在基底230的部分中形成的孔隙或孔洞。根據(jù)圖4-6所示的示 范實施例，線路240延伸并通過在部件236中形成的孔隙或孔洞234 (例如 延伸到電池系統(tǒng)或模塊中的相鄰電池單元之間的空隙空間內(nèi)的墊片或延伸 件)，部件236被設置為基底230的一部分。部件236被設置成相對緊密接 近平臺232，并且相應地相對緊密接近電池單元，該電池單元可被設置在平 臺232上。
用于測量或確定溫度的元件或設備242 (例如溫度傳感器)與線路240 電耦合。根據(jù)一個示范實施例，在平臺232上設置設備242，由此其被設置 成與電池單元(例如電池單元250)接近或接觸，該電池單元被設置在平臺 232上。根據(jù)不同的示范實施例，任何適當類型的溫度傳感器都是可以使用 的(例如，該傳感器可以包括熱敏電阻、熱電偶等等)。
圖4-6描述的是根據(jù)示范實施例的設備242的布局。平臺232包括在 其頂部表面提供的孔隙或孔洞233。設備242則是設置在孔隙233上方并且 擱在例如膜片的柔性元件244上。提供柔性元件244的一個有利特征在于 溫度傳感器可以通過恰當?shù)牧Χ榷槐３衷谂c平臺232上提供的電池單元 250的底部緊密接近的位置。例如，在將電池單元放置在平臺232上的時候， 該電池單元有可能通過孔隙233而對設備242向下施力。該柔性元件244 則允許設備242的移動，同時保持設備242與電池單元250之間緊密接近 (例如，該柔性元件244可以用相對有彈性的材料制成)。圖6描述的是基 底230的下側(cè)的一部分，并且由此描述了處于與孔隙233相鄰的位置的柔 性元件244。
根據(jù)一個示范實施例，在柔性元件244的上方提供了元件或構(gòu)件246， 例如，該元件或構(gòu)件246可以是墊圈或墊片(例如類似于環(huán)形的結(jié)構(gòu)或元 件)。根據(jù)示范實施例，元件246圍繞設備242，以便提供設備242在其中 可工作的相對隔離的環(huán)境(例如空氣的流經(jīng)電池單元的冷卻流體可以不經(jīng) 過設備242，由此允許對該電池單元進行更精確的溫度感測)。通過提供墊 圈246，由于該墊圈會將溫度傳感器保持在電池單元鄰近區(qū)域以內(nèi)，所以可 以消除使用環(huán)氧樹脂或其他材料來封裝溫度傳感器的需要。
從設備242伸出的一個或多個線路240可以與系統(tǒng)(例如電池管理系
統(tǒng)、如車輛總線等的車輛通信系統(tǒng))相耦合。該系統(tǒng)可以至少部分地根據(jù) 從設備242傳送的信息進行操作來控制模塊和/或模塊內(nèi)部的個別電池單元 的溫度。舉例來說，根據(jù)示范實施例，如果電池單元或模塊的溫度超出預 定閾值，那么該模塊可以與車輛電力系統(tǒng)斷開。根據(jù)另外的示范實施例， 個別電池單元可以與車輛電力系統(tǒng)斷開。根據(jù)其他的示范實施例，其他旨 在管理模塊中個別電池單元的溫度的操作同樣是可以采用的(例如將附加 的冷卻流體傳遞到特定電池單元，減少特定電池單元提供的電量等等)。
圖7顯示的是在外殼202內(nèi)部設置了多個電池單元250的電池模塊 200。模塊200的元件或基底230包括多個部件或平臺232，并且在這些部 件或平臺上放置了電池單元250。元件或設備242 (例如溫度傳感器)通過 例如膜片的柔性元件244以及來自電池單元250的力而與電池單元250的 底面保持接觸，而所述電池單元250則由外殼202保持在元件244上方的 合適位置。應該注意的是，雖然圖7僅僅描述了一個設備242，但是任何數(shù) 量的相似設備都是可以使用的。例如，每個平臺(也就是模塊中的每個電 池單元)都可以設置一個這樣的設備。
圖8描述的是元件或設備342的應用，其中該元件或設備342與在電 池系統(tǒng)或模塊300中使用的設備242相似，并且該電池系統(tǒng)或模塊300具 有多個一般棱形的電池單元350。電池單元350是在第一 (例如頂部)覆蓋 物320與第二 (例如底部)覆蓋物330之間提供的。元件或構(gòu)件331采用 了盤或面板的形式，通過提供該元件或構(gòu)件331，可以將第一和第二覆蓋物 以及電池單元固定或夾緊在一起，成為電池組。在第二覆蓋物330中提供 了孔隙或孔洞333，并且在柔性元件344上提供了具有耦合到其上的一個或
多個線路340的設備342，而柔性元件344則是在第二覆蓋物330與構(gòu)件 331之間提供的。在元件331內(nèi)提供了陷進部或切口 337，當所提供的設備 342和柔性元件344與電池單元350相接觸時，該設備342和柔性元件344 可以延伸到該陷進部或切口 337內(nèi)部。如圖8所示，柔性元件344限制了 設備342的移動，同時將保持其與電池單元350的一部分緊密接觸。與這 里顯示和描述的其他示范實施例一起，在模塊300中可以提供任意數(shù)量的 設備342 (例如對于每個電池單元都提供一個設備等)。
根據(jù)示范實施例，柔性元件(例如柔性元件244和344)可以作為膜片 形式的單片背面粘性的氯丁橡膠(或是其他適當?shù)牟牧?而被提供。該粘 合劑可以用于將柔性元件固定于溫度傳感器。根據(jù)其他的示范實施例，該 柔性元件并不包含用于將該元件固定于溫度傳感器的粘合劑。
査看本公開的技術(shù)人員應該理解，如這里所示，溫度傳感器可以在多 種不同的模塊中提供，包括使用了橢圓形電池單元、棱形電池單元、圓柱 形電池單元或是其他類型的電池單元的模塊。例如，在模塊中可以提供所 顯示的具有一般橢圓形的電池單元以及一個或多個溫度傳感器，其中該溫 度傳感器通過例如膜片的柔性元件與電池單元表面保持接觸。
如果提供本申請中公開的類型的電池系統(tǒng)，那么將會是非常理想的， 在該類型的電池系統(tǒng)中包含了這樣一種電池系統(tǒng)，該電池系統(tǒng)包括一個或 多個電池電池單元(例如鋰離子電池單元、NiMH電池單元等)，用于為車輛 提供電力。此外，如果提供一種電池系統(tǒng)，并且該電池系統(tǒng)包含了用于監(jiān) 視電池單元溫度的系統(tǒng)，那么將會是非常理想的。另外，如果提供一種電 池系統(tǒng)，并且該電池系統(tǒng)包含了用于保持溫度傳感器與電池系統(tǒng)中的電池 單元相接觸的部件，那么將會是非常有利的。
通過使用例如墊片的柔性元件來提供與電池或電池單元相接觸的溫度 傳感器或類似物，可以實現(xiàn)各種優(yōu)點。例如，對使用這種結(jié)構(gòu)的電池模塊 來說，其裝配和分解相對簡單，并且與具有不同的溫度感測配置和設備的 其他電池模塊相比，該電池模塊可以使用相對較少的組件。例如，不需要 固定裝置來將溫度傳感器固定在合適的位置上。
溫度傳感器裝置的另外的有利特征在于該安裝方法保持了將傳感器 固定到電池單元上的相對一致和合適(例如不會過度)的力，而同時允許
組件的一些尺寸變化。此外，適當量的保持力可以減少或者消除對于傳感 器的損害。
重要的是，注意在不同示范實施例中顯示的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和布置 僅僅是示范性的。雖然在本公開中僅僅詳細描述了少量實施例，但是查看 本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易就可以了解，在沒有實質(zhì)脫離權(quán)利要求所 述主題的新穎性教導和優(yōu)點的情況下，眾多的修改都是可行的(例如大小、 尺寸、結(jié)構(gòu)、不同構(gòu)件的形狀和比例、參數(shù)值、安裝裝置、材料的使用、 顏色和方位等的變化)。例如，顯示成是整體形成的構(gòu)件可以是由多個部分 或構(gòu)件構(gòu)造的，這些構(gòu)件的位置可以顛倒或者是其他的方式，而分立構(gòu)件 的特性、數(shù)量或位置也是可以變更或改變的。相應地，所有這些修改都被 包含在所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍以內(nèi)。任何過程或方法步驟的順 序或序列可以依照替換實施例而被改變或重新排序。在不脫離本發(fā)明的范 圍的情況下，在不同的示范實施例的設計、工作條件和布置方面可以進行 其他的替換、修改、變更和省略。
權(quán)利要求
1.一種電池系統(tǒng)，包括至少一個電池單元；至少一個溫度傳感器，其設置成緊鄰所述至少一個電池單元；以及至少一個柔性元件；其中所述至少一個溫度傳感器通過所述柔性元件被保持成緊鄰所述至少一個電池單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的電池系統(tǒng)，其中所述柔性元件包括單片的氯丁橡膠。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述柔性元 件是膜片。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述柔性元 件通過粘合材料被耦合到所述溫度傳感器。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述柔性元 件被配置成允許所述溫度傳感器的移動，同時保持所述溫度傳感器緊鄰所 述至少一個電池單元。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，還包括至少一個 隔離元件，所述隔離元件至少部分地圍繞所述溫度傳感器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的電池系統(tǒng)，其中所述至少一個隔離元件是墊圈或 墊片。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述至少一 個電池單元是鋰離子電池單元。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述至少一個電池單元是鎳金屬氫化物電池單元。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述溫度 傳感器包括至少一條線路。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，還包括用于監(jiān) 視耦合到所述溫度傳感器的至少一個電池單元的溫度的系統(tǒng)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，還包括用于調(diào) 整所述至少一個電池單元的溫度的系統(tǒng)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述電池 系統(tǒng)包括多個電池單元以及多個溫度傳感器，其中每個電池單元都具有與 之相關(guān)的單個溫度傳感器。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述電池 系統(tǒng)包括用于包含所述電池單元、所述溫度傳感器以及所述彈性元件的結(jié) 構(gòu)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的電池系統(tǒng)，其中所述電池 系統(tǒng)包括座，所述至少一個電池單元擱在該座上并且所述至少一個溫度傳 感器被耦合于該座。
全文摘要
一種監(jiān)視溫度的電池系統(tǒng)，包括至少一個電池單元，該電池單元具有緊鄰所述至少一個電池單元的溫度傳感設備。該電池系統(tǒng)還包括柔性元件，該柔性元件保持所述溫度傳感器緊鄰所述至少一個電池單元。
文檔編號H01M10/48GK101341625SQ200680047982
公開日2009年1月7日 申請日期2006年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者D·B·特雷斯特, S·J·伍德 申請人:約翰遜控制技術(shù)公司