用于高能量密度裝置的圍護(hù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種圍護(hù)系統(tǒng)，包括：初級圍護(hù)層，至少部分地限定初級圍護(hù)體積，所述初級圍護(hù)層包括熱材料；次級圍護(hù)層，至少部分地限定次級圍護(hù)體積，所述次級圍護(hù)層包括氣體捕獲材料，其中初級圍護(hù)層定位在次級圍護(hù)體積中；以及第三級圍護(hù)層，至少部分地限定第三級圍護(hù)體積，所述第三級圍護(hù)層包括防彈材料，其中次級圍護(hù)層定位在第三級圍護(hù)體積中。
【專利說明】
用于高能量密度裝置的圍護(hù)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請設(shè)及高能量密度裝置，如裡離子電池，并且特別地，設(shè)及用于在發(fā)生如熱失 控的故障時圍護(hù)(con化in,容納，包圍)運樣的高能量密度裝置的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可充電電池用于各種應(yīng)用中，諸如用在飛行器上和電子裝置中（例如，計算機(jī)和移 動電話）。雖然在市場上可W獲得各種類型的可充電電池，但裡離子電池（如裡鉆氧化物 化iC〇〇2)電池）由于其相對高的能量密度W及在部分充電之后不具有電池記憶效應(yīng)而通常 被使用。
[0003] 已知裡離子電池在負(fù)荷下和充電期間都會產(chǎn)生熱量。因此，在電池應(yīng)用得益于由 裡離子電池提供的高能量密度時，通常采用熱管理。裡離子電池的熱管理的一個實例設(shè)及 物理分離裡離子電池的各個電池單元。裡離子電池的熱管理的另一個實例設(shè)及將裡離子電 池容納在能夠承受高壓的容器中。熱管理的又一個實例設(shè)及監(jiān)測裡離子電池的每個電池單 元的溫度，W使得使歷經(jīng)過熱(overheating)的任何電池單元可W停止工作。
[0004] 盡管已經(jīng)取得了進(jìn)展，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可繼續(xù)努力進(jìn)行裡離子電池圍護(hù)領(lǐng)域 的研究與開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括:初級圍護(hù)層，至少部分地限定初級 圍護(hù)體積，初級圍護(hù)層包括熱材料;次級圍護(hù)層，至少部分地限定次級圍護(hù)體積，次級圍護(hù) 層包括氣體捕獲材料，其中初級圍護(hù)層定位在次級圍護(hù)體積中；W及第Ξ級圍護(hù)層，至少部 分地限定第Ξ級圍護(hù)體積，第Ξ級圍護(hù)體積包括防彈材料，其中次級圍護(hù)層定位在第Ξ級 圍護(hù)體積中。
[0006] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括初級圍護(hù)層和次級圍護(hù)層;初級 圍護(hù)層至少部分地限定初級圍護(hù)體積，其包括熱材料;次級圍護(hù)層至少部分地限定次級圍 護(hù)體積，其包括氣體捕獲材料，其中初級圍護(hù)層定位在次級圍護(hù)體積中。
[0007] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括初級圍護(hù)層和第Ξ級圍護(hù)層;初 級圍護(hù)層至少部分地限定初級圍護(hù)體積，其包括熱材料;第Ξ級圍護(hù)層至少部分地限定第 Ξ級圍護(hù)體積，其包括防彈材料，其中初級圍護(hù)層定位在第Ξ級圍護(hù)體積中。
[000引在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括次級圍護(hù)層和第Ξ級圍護(hù)層;次 級圍護(hù)層至少部分地限定次級圍護(hù)體積，其包括氣體捕獲材料;第Ξ級圍護(hù)層至少部分地 限定第Ξ級圍護(hù)體積，其包括防彈材料，其中次級圍護(hù)層定位在第Ξ級圍護(hù)體積中。
[0009] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括初級圍護(hù)層和高能量密度裝置； 初級圍護(hù)層至少部分地限定初級圍護(hù)體積，其包括熱材料，高能量密度裝置至少部分地接 收在初級圍護(hù)體積中。
[0010] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括次級圍護(hù)層和高能量密度裝置； 次級圍護(hù)層至少部分地限定次級圍護(hù)體積，其包括氣體捕獲材料，高能量密度裝置至少部 分地接收在次級圍護(hù)體積中。
[0011] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括第Ξ級圍護(hù)層和高能量密度裝 置;第Ξ級圍護(hù)層至少部分地限定第Ξ級圍護(hù)體積，其包括防彈材料，高能量密度裝置至少 部分地接收在第Ξ級圍護(hù)體積中。
[0012] 在另一個實施例中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)可W包括:初級圍護(hù)層，至少部分地限定初 級圍護(hù)體積，其中初級圍護(hù)層包括相變材料和載體，其中相變材料由載體支撐;次級圍護(hù) 層，至少部分地限定次級圍護(hù)體積，其中初級圍護(hù)層定位在次級圍護(hù)體積中，且其中次級圍 護(hù)層包括透氣層、不透氣層W及位于透氣層與不透氣層之間的氣體捕獲材料；W及第Ξ級 圍護(hù)層，至少部分地限定第Ξ級圍護(hù)體積，其中次級圍護(hù)層定位在第Ξ級圍護(hù)體積中，且其 中第Ξ級圍護(hù)層包括襯墊材料W及連接至襯墊材料的膨脹材料。
[0013] 在又一個實施例中，所公開的圍護(hù)方法可W包括:步驟（1)提供高能量密度裝置； 步驟(2)至少部分地將高能量密度裝置封裝在包括熱材料的初級圍護(hù)層內(nèi)；步驟(3)將初級 圍護(hù)層封裝在包括氣體捕獲材料的次級圍護(hù)層內(nèi)；步驟(4)將次級圍護(hù)層封裝在包括防彈 材料的第Ξ級圍護(hù)層內(nèi)。
[0014] 從W下詳細(xì)描述、附圖W及所附權(quán)利要求中，所公開的用于高能量密度裝置的圍 護(hù)系統(tǒng)及方法的其他實施例將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0015] 圖1為所公開的用于高能量密度裝置的圍護(hù)系統(tǒng)的一個實施例的剖面圖；
[0016] 圖2為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的初級圍護(hù)層的俯視圖，其示出為應(yīng)用于具有多個電池單元 的高能量密度裝置；
[0017]圖3為圖2所示初級圍護(hù)層的側(cè)視圖；
[0018] 圖4為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的初級圍護(hù)層的一個方面的剖面圖；
[0019] 圖5為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的初級圍護(hù)層的另一個方面的透視圖；
[0020] 圖6為圖5的初級圍護(hù)層的特寫視圖；
[0021] 圖7為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的次級圍護(hù)層的剖面圖；
[0022] 圖8為用于將次級圍護(hù)層支撐在初級圍護(hù)層之上的支撐結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；
[0023] 圖9為定位在圖8的支撐結(jié)構(gòu)之上的次級圍護(hù)層的示意性側(cè)視圖；
[0024] 圖10為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的第Ξ級圍護(hù)層的一個方面的剖面圖；
[0025] 圖11為圖1的圍護(hù)系統(tǒng)的第Ξ級圍護(hù)層的另一個方面的剖面圖；
[0026] 圖12為用于將第Ξ級圍護(hù)層支撐在次級圍護(hù)層之上的支撐結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；
[0027] 圖13為定位在圖12的支撐結(jié)構(gòu)之上的第Ξ級圍護(hù)層的示意性側(cè)視圖；
[0028] 圖14為描述所公開的用于高能量密度裝置的圍護(hù)方法的一個實施例的流程圖；
[0029] 圖15為飛行器制造及保養(yǎng)方法的流程圖；W及
[0030] 圖16為飛行器的框圖。
【具體實施方式】
[0031] 參照圖1，公開的是用于高能量密度裝置12的圍護(hù)系統(tǒng)的一個實施例，圍護(hù)系統(tǒng)通 常標(biāo)為1 ο。高能量密度裝置12可定位在圍護(hù)系統(tǒng)10內(nèi)。因此，圍護(hù)系統(tǒng)1 ο可w至少部分地容 納來自高能量密度裝置12的熱量、氣體、液體和/或固體(例如，顆?；蛏K）。
[0032]如本文所用的"高能量密度裝置"廣義上指：不論是通過存儲或發(fā)電 (generation),對于裝置的每單位體積(或質(zhì)量)產(chǎn)生相對高的電能量的任何電能源。作為 一個非限制性實例，高能量密度裝置12可W是電池，如裡離子電池。作為另一個非限制性實 例，高能量密度裝置12可W是燃料電池，諸如質(zhì)子交換膜燃料電池或固體氧化物燃料電池。 作為又一個非限制性實例，高能量密度裝置12可W是超級電容器。
[0033 ]圍護(hù)系統(tǒng)10包括初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層16和/或第Ξ級圍護(hù)層18。次級圍護(hù)層 16可W定位在第Ξ級圍護(hù)層18內(nèi)。初級圍護(hù)層14可W定位在次級圍護(hù)層16內(nèi)。高能量密度 裝置12可W定位在初級圍護(hù)層14內(nèi)。
[0034] 雖然示出并描述了具有Ξ個圍護(hù)層(初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層16和第Ξ級圍護(hù) 層18)的圍護(hù)系統(tǒng)10,但在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，可W將一個或多個附加圍護(hù) 層并入圍護(hù)系統(tǒng)10中。附加圍護(hù)層可W具有與初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層16或第Ξ級圍護(hù) 層18相同（或相似)的功能。可替換地，附加圍護(hù)層的功能可W與初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層 16或第Ξ級圍護(hù)層18的功能不同。
[0035] 此外，盡管示出并描述了具有Ξ個圍護(hù)層(初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層16和第Ξ級 圍護(hù)層18)的圍護(hù)系統(tǒng)10,但可W通過使用具有少于所公開的Ξ個圍護(hù)層14、16、18的圍護(hù) 層的圍護(hù)系統(tǒng)10來獲得優(yōu)點。運種修改將不會導(dǎo)致脫離本公開內(nèi)容的范圍。例如，在一種變 型中，圍護(hù)系統(tǒng)10只包括初級圍護(hù)層14和次級圍護(hù)層16。在另一種變型中，圍護(hù)系統(tǒng)10只包 括初級圍護(hù)層14和第Ξ級圍護(hù)層18。在另一種變型中，圍護(hù)系統(tǒng)10只包括次級圍護(hù)層16和 第Ξ級圍護(hù)層18。在又一種變型中，圍護(hù)系統(tǒng)10只包括一個圍護(hù)層，諸如，只包括初級圍護(hù) 層14,只包括次級圍護(hù)層16,或只包括第Ξ級圍護(hù)層18。
[0036] 如圖1所示，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10可安裝于基座結(jié)構(gòu)2 0。例如，圍護(hù)系統(tǒng)10的圍護(hù) 層14、16、18中的一個或多個圍護(hù)層可連接至基座結(jié)構(gòu)20?；Y(jié)構(gòu)20可W是地面(floor， 地板），例如飛行器的貨物（cargo)地面，或者可W是具體指定為使用高能量密度裝置12的 結(jié)構(gòu)，例如安裝基座、板、支架或艙板。
[0037] 在一個特定結(jié)構(gòu)中，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10可W通過次級圍護(hù)層16和第Ξ級圍護(hù)層 18安裝至基座結(jié)構(gòu)20。例如，次級圍護(hù)層16可W固定連接至基座結(jié)構(gòu)20, W使得次級圍護(hù)層 16和基座結(jié)構(gòu)20兩者限定次級圍護(hù)體積22,次級圍護(hù)體積可包括初級圍護(hù)層14和高能量密 度裝置12。此外，第Ξ級圍護(hù)層18可W固定連接至基座結(jié)構(gòu)20, W使得第Ξ級圍護(hù)層18和基 座結(jié)構(gòu)20兩者限定第Ξ級圍護(hù)體積24,第Ξ級圍護(hù)體積可包括次級圍護(hù)層16、初級圍護(hù)層 14W及高能量密度裝置12。
[0038] 可W采用機(jī)械緊固件、粘合劑等來實現(xiàn)基座結(jié)構(gòu)20與次級圍護(hù)層16和第Ξ級圍護(hù) 層18之間的連接。例如，可W使用支架26(如L形支架)和螺栓2則尋次級圍護(hù)層16和第Ξ級圍 護(hù)層18連接至基座結(jié)構(gòu)20?？蛇x地，可將諸如墊圈或密封劑的密封材料(未示出）定位于基 座結(jié)構(gòu)20與次級圍護(hù)層16和第Ξ級圍護(hù)層18之間，W確保其間的氣密連接。
[0039] 可替換地，次級圍護(hù)體積22和第Ξ級圍護(hù)體積24可由圍護(hù)系統(tǒng)10來充分限定，而 非基座結(jié)構(gòu)20限定圍護(hù)系統(tǒng)10的次級圍護(hù)體積22和第Ξ級圍護(hù)體積24的至少一部分。例 如，次級圍護(hù)體積22可W由次級圍護(hù)層16來充分限定，而第Ξ級圍護(hù)體積24可W由第Ξ級 圍護(hù)層18來充分限定。
[0040] 仍然參照圖1，高能量密度裝置12可W至少部分地封裝在初級圍護(hù)層14內(nèi)。因此， 初級圍護(hù)層14可W至少部分地限定初級圍護(hù)體積30,且高能量密度裝置12可W至少部分地 接收在初級圍護(hù)體積30內(nèi)。
[0041] 高能量密度裝置12與初級圍護(hù)層14之間可W存在間隙G。盡管還可W考慮將其他 材料(諸如絕熱或熱傳導(dǎo)材料）引入間隙G中，但可用環(huán)境空氣填充間隙G。盡管圖1中示出了 間隙G，但還可采取步驟使該間隙G最小化(如果不消除該間隙的話）。例如，高能量密度裝置 12可W緊密地接收在初級圍護(hù)層14內(nèi)。
[0042] 初級圍護(hù)層14可W采取各種構(gòu)型。作為一個示例，初級圍護(hù)層14可構(gòu)造為套筒，該 套筒可W接收在高能量密度裝置12的至少一部分上。作為另一個示例，初級圍護(hù)層14可構(gòu) 造為罩(wrap,包裹物），該罩可W包繞高能量密度裝置12的至少一部分。作為又一個示例， 初級圍護(hù)層14可構(gòu)造為容器，例如箱子，該容器可W至少部分地接收高能量密度裝置12。
[0043] 參照圖2和圖3,在一個特定應(yīng)用中，圖1中示為單個塊體的高能量密度裝置12可W 具有多個子單元124、128、12(：、120。子單元124、128、12(：、120可^電互連，例如串聯(lián)或并聯(lián)。 盡管圖2和圖3示出了四個子單元124、128、12(：、120，但還可^使用具有少于四個子單元或 多于四個子單元的子單元的高能量密度裝置12。
[0044] 當(dāng)高能量密度裝置12具有多個子單元124、128、12(：、120時，初級圍護(hù)層14可包括 多個初級圍護(hù)單元144、148、1此、140。初級圍護(hù)單元144、148、1此、140的數(shù)量可^基本上等 于子單元124、128、12(：、120的數(shù)量。因此，高能量密度裝置12的每個子單元124、128、12(：、 12D可W封裝在初級圍護(hù)層14的相關(guān)初級圍護(hù)單元144、148、14(：、140內(nèi)?？商鎿Q地，初級圍 護(hù)單元14A、14B、14C、14D的數(shù)量可W少于子單元124、128、12(：、120的數(shù)量。因此，高能量密 度裝置12的兩個或更多個子單元124、128、12(：、120可^封裝在初級圍護(hù)層14的相同的初級 圍護(hù)單元144、148、1此、140內(nèi)。
[0045] 作為一個具體的非限制性實例，高能量密度裝置12可W是電池，如裡離子電池(例 如，裡鉆氧化物化iCo〇2)電池）。因此，高能量密度裝置12可W包括多個電互連的電化學(xué)電 池單元（子單元）12A、12B、12C、12D。電池（高能量密度裝置）12的每個電池單元(子單元） 12A、12B、12C、12D均可封裝（例如，包裹）在初級圍護(hù)層14的相關(guān)聯(lián)的初級圍護(hù)單元14A、 14B、14C、14D 中。
[0046] 初級圍護(hù)層14可W由熱材料形成(或可包括熱材料）。因此，來自高能量密度裝置 12的熱量可W例如通過熱傳導(dǎo)而轉(zhuǎn)移至初級圍護(hù)層14的熱材料。可對熱材料的組成加 W選 擇，W使初級圍護(hù)層14可W吸收來自高能量密度裝置12的熱量，而不易轉(zhuǎn)移初級圍護(hù)層14 外部的熱量(例如，轉(zhuǎn)移至次級圍護(hù)層16及之外）。因此，初級圍護(hù)層14可W起到容納來自高 能量密度裝置12的熱量的作用。
[0047] 如圖2和圖3所示，當(dāng)高能量密度裝置12包括多個子單元12A、12B、12C、12D時，初級 圍護(hù)層14的熱材料可抑制來自高能量密度裝置12的一個子單元的熱量向其他子單元的轉(zhuǎn) 移。因此，初級圍護(hù)層14還可W起到使高能量密度裝置12的各個子單元124、128、12(：、120相 互熱隔離的作用。
[0048] 在第一實施方式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括)聚合物，如高溫 聚合物。因此，熱材料可賦予初級圍護(hù)層14絕熱性能，同時能夠承受高溫。
[0049] 適于用作初級圍護(hù)層14的熱材料的高溫聚合物能夠被加熱到至少約為100°C的溫 度，而不經(jīng)歷聚合物材料的實質(zhì)性軟化。作為一個示例，高溫聚合物熱材料能夠被加熱到至 少約為150°C的溫度，而不經(jīng)歷聚合物材料的實質(zhì)性軟化。作為另一個示例，高溫聚合物熱 材料能夠被加熱到至少約為20(TC的溫度，而不經(jīng)歷聚合物材料的實質(zhì)性軟化。作為另一個 示例，高溫聚合物熱材料能夠被加熱到至少約為300°C的溫度，而不經(jīng)歷聚合物材料的實質(zhì) 性軟化。作為另一個示例，高溫聚合物熱材料可W是具有至少約l〇〇°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的熱 塑性聚合物。作為另一個示例，高溫聚合物熱材料可W是具有至少約125Γ的玻璃轉(zhuǎn)變溫度 的熱塑性聚合物。作為又一個示例，高溫聚合物熱材料可W是具有至少約15(TC的玻璃轉(zhuǎn)變 溫度的熱塑性聚合物。
[0050] 在第一實施方式的第一表現(xiàn)形式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括） 聚芳酸酬。還可W考慮改性聚芳酸酬的使用。已知聚芳酸酬是高溫下保持其強(qiáng)度的熱塑性 聚合物。事實上，已經(jīng)批準(zhǔn)各種聚芳酸酬用在且的確用在飛行器上。
[0051] 各種聚芳酸酬及相關(guān)熱塑性聚合物可W用作初級圍護(hù)層14的熱材料。作為一個具 體的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由聚酸酸酬(PEEK)形成（或可W包括聚酸酸酬）。作 為另一個具體的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由聚酸酬酬(PEKK)形成（或可W包括聚 酸酬酬）。作為另一個具體的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由聚酸酬(PEK)形成(或可W 包括聚酸酬）。作為另一個具體的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由聚酸酬酸酬酬 (PEKEKK)形成（或可W包括聚酸酬酸酬酬）。作為又一個具體的非限制性實例，初級圍護(hù)層 14可W由聚酸酷亞胺(PEI)形成(或可W包括聚酸酷亞胺）。
[0052] 在第一實施方式的第二表現(xiàn)形式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括） 娃酬，如高溫娃酬。高溫娃酬具有相對低的熱導(dǎo)率，并因此能夠?qū)碜愿吣芰棵芏妊b置12的 熱量容納在初級圍護(hù)層14內(nèi)。由于高溫娃酬能夠承受高溫，因此由高溫娃酬形成初級圍護(hù) 層14可W確保高能量密度裝置12在高溫下保持封裝在初級圍護(hù)層14內(nèi)。
[0053] 各種高溫娃酬可用作初級圍護(hù)層14的熱材料。作為一個具體的非限制性實例，初 級圍護(hù)層14可W由室溫硫化(RTV)娃酬形成（或可W包括室溫硫化娃酬）。作為另一個具體 的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由高溫硫化化TV)娃酬形成（或可W包括高溫硫化娃 酬）。作為另一個具體的非限制性實例，初級圍護(hù)層14可W由娃酬泡沫形成（或可W包括娃 酬泡沫）。
[0054] 初級圍護(hù)層14可利用各種技術(shù)由聚合熱材料形成。作為一個示例，聚合熱材料可 被模制(例如，通過注射成型)為形成具有所需形狀和尺寸的固體(例如，尺寸設(shè)計為緊密接 收高能量密度裝置12的容器或套筒）。作為另一個示例，聚合熱材料可W誘鑄成相對薄的片 或膜，并且該片/膜可W用來包裹高能量密度裝置12。片/膜罩(wrap,包裹物)可W形成初級 圍護(hù)層14。作為又一個示例，聚合熱材料最初可W是液體形式，且高能量密度的裝置12可W 浸入在聚合熱材料中，從而形成高能量密度裝置12上的聚合覆蓋物。固化后，聚合覆蓋物可 形成初級圍護(hù)層14。
[0055] 在第二實施方式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括)相變材料。例如， 相變材料在25Γ的溫度和1個大氣壓下可W是固體。隨著相變材料的溫度增加，相變材料達(dá) 到其烙點，其在烙點處開始烙化。進(jìn)一步加熱將不會增加相變材料的溫度，直到該相變材料 已經(jīng)完全從固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合?。從固體到液體的轉(zhuǎn)變期間，所吸收的熱量的量將取決于所使 用的相變材料的量及其烙化熱。大多數(shù)相變材料的烙化熱將介于約lOOOkJ/kg與約化J/kg 之間。
[0056] 在第二實施方式的第一表現(xiàn)形式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括） 有機(jī)相變材料。作為一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由石蠟形成(或 可W包括石蠟）。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由脂肪酸形 成(或可W包括脂肪酸），例如具有14至34個碳原子W及在5°C至76°C的范圍內(nèi)的烙點的脂 肪酸。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由苯酪形成(或可W包 括苯酪）。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由蜂蠟形成(或可 W包括蜂蠟）。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由釀形成(或 可W包括釀）。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由苯甲酸形成 (或可W包括苯甲酸）。作為又一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由二 氯對二甲苯形成(或可W包括二氯對二甲苯）。
[0057] 在第二實施方式的第二表現(xiàn)形式中，初級圍護(hù)層14的熱材料可W是(或可W包括） 無機(jī)相變材料。作為一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由娃酸鋼形成 (或可W包括娃酸鋼）。作為另一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由裡 形成(或可W包括裡）。作為又一個非限制性實例，含有相變材料的初級圍護(hù)層14可W由氯 化鋼形成(或可W包括氯化鋼）。
[005引各種市售的相變材料都可用作初級圍護(hù)層14的熱材料。一個合適的實例為 化reTemp-53，其可購自明尼蘇達(dá)州普利茅斯的En化opy Solutions股份有限公司。另一個 合適的實例為化reTemp-103，其也可購自化tropy Solutions股份有限公司。另一個合適的 實例為Climsel?C 70,其可購自瑞典舍夫德的Climator Sweden AB公司。又一個合適的實 例為Plus-ICE?S89,其可購自英國劍橋郡的化ase Qiange Material Products有限公司。
[0059] 相變材料本身可W形成初級圍護(hù)層14。例如，初級圍護(hù)層14可W是由蜂蠟形成(例 如，模制）的容器(例如，箱子），其能夠至少部分地接收高能量密度裝置12。然而，由于相變 材料可經(jīng)歷相變(例如，固體到液體），因此相變材料可W由載體支撐(例如，位于載體上或 載體中）。各種技術(shù)可用于支撐與初級圍護(hù)層14連接的相變材料。
[0060] 參照圖4,在一個示例性構(gòu)造中，初級圍護(hù)層14可構(gòu)造為片40,已將如相變材料42 的熱材料并入片中。片40可W包括載體44和由載體44支撐的相變材料42。載體44可限定凹 室(pocket) 46，凹室可填充有相變材料42。
[0061] 載體44可構(gòu)造為層狀結(jié)構(gòu)48,層狀結(jié)構(gòu)包括連接至第二層52的第一層50W限定其 間的凹室46。相變材料42可容納在由載體44限定的凹室46內(nèi)。作為一個常規(guī)的非限制性實 例，層狀結(jié)構(gòu)48的第一層50和第二層可W是已經(jīng)連接在一起的聚合膜，諸如通過層壓、熱 封、使用粘合劑等?？墒褂酶鞣N聚合膜。作為具體的非限制性實例，層狀結(jié)構(gòu)48的第一層50 和第二層可W由聚乙締形成，并且第一聚乙締層50可熱封至第二聚乙締層52, W限定凹室 46并將相變材料42容納在凹室46內(nèi)。
[0062] 參照圖5和圖6,在另一個示例性構(gòu)造中，初級圍護(hù)層14可構(gòu)造為本體60,已將如相 變材料62(圖6)的熱材料合并至該本體上(或并入該本體中）。本體60可W包括載體64(圖6) 和相變材料62。相變材料62可由載體64支撐。
[0063] 載體64可W是能夠支撐相變材料62的框架，如剛性(或半剛性)框架。作為一個常 規(guī)的非限制性實例，載體64可W是網(wǎng)格。該網(wǎng)格可W由各種材料形成，諸如金屬和/或金屬 氧化物，從而使載體64耐熱降解。作為一個具體的非限制性實例，載體64可W是由氧化侶 (A102)形成的網(wǎng)格。作為另一個常規(guī)的非限制性實例，載體64可W是織物。該織物可W由各 種材料形成，諸如金屬氧化物和/或高溫聚合物。作為另一個具體的非限制性實例，載體64 可W是氧化侶(A102)織物。
[0064] 因此，載體64可W限定本體60的形狀。如圖5所示，本體60可構(gòu)造為尺寸和形狀設(shè) 計成在其中緊密接收高能量密度裝置12的容器(例如，直線式容器）。然而，還可W考慮本體 60的其他構(gòu)造(例如，抵靠高能量密度裝置12放置的片或貼片(patch))。
[0065] 相變材料62可W合并至載體64上（或并入載體64中）。作為一個非限制性實例，如 圖6所示，相變材料62可W涂覆在載體64上。對載體64的涂覆可利用各種技術(shù)來實現(xiàn)，諸如， 噴涂、浸入等。作為另一個非限制性實例，例如當(dāng)載體64是由多孔或半多孔材料(例如，金屬 氧化物織物)形成時，相變材料62可W浸潰到載體64中。用相變材料62浸潰載體64可利用各 種技術(shù)來實現(xiàn)，如浸泡。
[0066] 重新參照圖1，高能量密度裝置12和初級圍護(hù)層14可W封裝在次級圍護(hù)層16內(nèi)。因 此，高能量密度裝置12和初級圍護(hù)層14可W占據(jù)由次級圍護(hù)層16限定的次級圍護(hù)體積22的 一部分。然而，次級圍護(hù)體積22可大于由高能量密度裝置12和初級圍護(hù)層14占據(jù)的空間的 體積，從而在初級圍護(hù)層14與次級圍護(hù)層16之間留出氣隙(air space,空氣空間）23。
[0067] 可選地，一個或多個傳感器25可W定位成感測次級圍護(hù)層16的氣隙23。作為一個 實例，傳感器25可W是氣體傳感器，諸如氨氣傳感器、二氧化碳傳感器、一氧化碳傳感器和/ 或控傳感器。作為另一個實例，傳感器25可W是溫度傳感器。作為又一個實例，傳感器25可 W是壓力傳感器。
[0068] 次級圍護(hù)層16可W采取各種構(gòu)構(gòu)型。如圖1所示，在一個特定構(gòu)型中，次級圍護(hù)層 16可W構(gòu)造為支撐在基座結(jié)構(gòu)20上的圓頂狀物。盡管圖1示出了具有弓形截面的圓頂狀次 級圍護(hù)層16,但是可W考慮各種可替換的截面，如圓形(例如，半球形圓頂狀物）。在不限制 于任何特定理論的情況下，相比具有另一種非圓頂構(gòu)型的次級圍護(hù)層16,圓頂狀的次級圍 護(hù)層16可W具有更好的彈道(ballistic)完整性。運就是說，將次級圍護(hù)層16構(gòu)造成非圓頂 構(gòu)造將不會導(dǎo)致脫離本公開內(nèi)容的范圍。
[0069] 次級圍護(hù)層16可W由氣體捕獲(gas capturing)材料形成(或可W包括氣體捕獲 材料）。因此，來自高能量密度裝置12的某些氣體(如果不是全部氣體)可W被次級圍護(hù)層16 捕獲，例如通過吸附或吸收的方式。次級圍護(hù)層16可構(gòu)造成使得來自高能量密度裝置12的 氣體可W進(jìn)入次級圍護(hù)層16而與氣體捕獲材料接觸，但可W不通到次級圍護(hù)層16之外（例 如，通至第Ξ級圍護(hù)層18及之外）。運樣，次級圍護(hù)層可W起到容納來自高能量密度裝置12 的氣體的作用。
[0070] 參照圖7,次級圍護(hù)層16可W形成為層狀結(jié)構(gòu)70,層狀結(jié)構(gòu)可W包括氣體捕獲材料 72、透氣層74W及不透氣層76。氣體捕獲材料72可W定位在透氣層74與不透氣層76之間。透 氣層74可W限定次級圍護(hù)層16的內(nèi)側(cè)78,而不透氣層76可W限定次級圍護(hù)層16的外側(cè)80。
[0071] 氣體捕獲材料層72的截面厚度Tg可W是一個設(shè)計考慮并可由各種因素決定，除其 他可能的因素外，諸如，氣體捕獲材料層72的組成，使用的高能量密度裝置12(圖1)的類型， W及圍護(hù)系統(tǒng)10的總體尺寸。例如，氣體捕獲材料層72的截面厚度Tg的范圍可W是從約 ο. 5cm至約15cm，諸如從約1 cm至約10cm，或從約2cm至約8cm。
[0072] 在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，附加層可W包括在次級圍護(hù)層16的層狀結(jié) 構(gòu)70內(nèi)。例如，在一個變型中，層狀結(jié)構(gòu)70可W包括多個交替的透氣層74和氣體捕獲材料層 72。
[0073] 因此，如箭頭A所示，來自高能量密度裝置12(圖1)的氣體可W通過透氣層74進(jìn)入 次級圍護(hù)層16的內(nèi)側(cè)78上的層狀結(jié)構(gòu)70中。一旦進(jìn)入層狀結(jié)構(gòu)70內(nèi)部，則氣體可W與氣體 捕獲材料72接觸。不透氣層76可W抑制(如果不是絕對阻止)氣體從次級圍護(hù)層16的外側(cè)80 向外穿過。
[0074] 各種材料可W用于形成次級圍護(hù)層16的層狀結(jié)構(gòu)70的透氣層74。作為一個常規(guī)的 非限制性實例，透氣層74可W由織物形成(或可W包括織物），諸如機(jī)織物或非機(jī)織物。作為 一個具體的非限制性實例，透氣層74可W由金屬氧化物纖維的織物形成(或可W包括金屬 氧化物纖維的織物）。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，各種金屬氧化物纖維通常都能承受高溫 而不被降解。合適的金屬氧化物包括而不限于:氧化侶(Ab化)纖維、二氧化娃(Si〇2)纖維W 及二氧化鐵(Ti〇2)纖維。作為一個常規(guī)的非限制性實例，透氣層74可W由透氣聚合膜形成 (或可W包括透氣聚合膜）。
[0075] 同樣地，各種材料可W用于形成次級圍護(hù)層16的層狀結(jié)構(gòu)70的不透氣層76。作為 一個常規(guī)的非限制性實例，不透氣層76可W由聚合材料形成(或可W包括聚合材料）。作為 一個具體的非限制性實例，不透氣層74可W由聚酸酸酬（PEEK)形成（或可W包括聚酸酸 酬）。作為另一個具體的非限制性實例，不透氣層74可W由聚酸酷亞胺(PEI)形成(或可W包 括聚酸酷亞胺）。作為另一個具體的非限制性實例，不透氣層74可W由聚氨醋(TPU)形成(或 可W包括聚氨醋）。作為另一個具體的非限制性實例，不透氣層74可W由聚苯諷(PPSU)形成 (或可W包括聚苯諷）。作為另一個常規(guī)的非限制性實例，不透氣層76可W由金屬材料形成 (或可W包括金屬材料）。作為另一個具體的非限制性實例，不透氣層74可W由金屬化膜(例 如，侶金屬化聚對苯二甲酸乙二醇醋或侶金屬化聚丙締)形成(或可W包括金屬化膜）。
[0076] 氣體捕獲材料72可W是例如在高能量密度裝置12的操作瞬態(tài)期間，能夠捕獲可來 自高能量密度裝置12(圖1)的一種或多種氣體的任何材料。目標(biāo)氣體包括但不限于:氨、二 氧化碳和一氧化碳W及各種揮發(fā)性有機(jī)化合物。因此，考慮了各種方式的氣體捕獲。
[0077] 在第一實施方式中，氣體捕獲材料72可W是(或可W包括)吸附劑(或吸附劑的組 合物）。吸附氣體捕獲材料72的組合物可W由來自高能量密度裝置12(圖1)的氣體決定的。 在適當(dāng)?shù)牟牧线x擇下，來自高能量密度裝置12的氣體可W進(jìn)入次級圍護(hù)層16的層狀結(jié)構(gòu)70 并被吸附到氣體捕獲材料72上。
[0078] 吸附氣體捕獲材料72的物理形式可W由氣體捕獲材料72的組合物決定。可W考慮 使用吸附顆粒、層狀吸附劑、泡沫等，但在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，也可W采用 各種其他形式。
[0079] 在第一實施方式的第一表現(xiàn)形式中，氣體捕獲材料72可W是(或可W包括)氨選擇 性吸附劑。氨選擇性吸附劑的一個常規(guī)的非限制性實例是金屬-有機(jī)骨架(metal-organic framework)。金屬-有機(jī)骨架類的氨選擇性吸附劑的一個具體的非限制性實例是ZruO (BBC)2,其中BBC為4,4'，4"-[苯-1，3,5-Ξ基Ξ(苯-4,1-二基）]Ξ苯甲酸醋（（4,4'，4"- [benzene-1,3,5-t;ri5d-t;r is (benzene-4,1-diyl) ]t;ribenzoate))。氨選擇性吸附劑的另 一個常規(guī)的非限制性實例是沸石。沸石類的氨選擇性吸附劑的一個具體的非限制性實例是 絲光沸石。沸石類的氨選擇性吸附劑的另一個具體的非限制性實例是八面沸石。
[0080] 在第一實施方式的第二表現(xiàn)形式中，氣體捕獲材料72可W是(或可W包括)二氧化 碳選擇性吸附劑。二氧化碳選擇性吸附劑的一個常規(guī)的非限制性實例是金屬-有機(jī)骨架。金 屬-有機(jī)骨架類的二氧化碳選擇性吸附劑的一個具體的非限制性實例是Mg2(D0BDC)，其中 DO抓C為2,5-二氧化-1,4-苯二甲酸醋（2,5-dioxid〇-l,4-benzenedica;rbo巧late)。二氧化 碳選擇性吸附劑的另一個常規(guī)的非限制性實例是沸石。沸石類的二氧化碳選擇性吸附劑的 一個具體的非限制性實例是沸石13X。
[0081] 在第一實施方式的第Ξ表現(xiàn)形式中，氣體捕獲材料72可W是(或可W包括)控選擇 性吸附劑?？剡x擇性吸附劑的一個常規(guī)的非限制性實例是金屬-有機(jī)骨架。金屬-有機(jī)骨架 類的Cl至Ci3控選擇性吸附劑的一個具體的非限制性實例是化-M0F-74。金屬-有機(jī)骨架類的 Cl至Ci3控選擇性吸附劑的另一個具體的非限制性實例是Mg-MOF-74。
[0082] 在第二實施方式中，氣體捕獲材料72可W是吸附劑(或吸附劑的組合）。吸收氣體 捕獲材料72的組合物可W由來自高能量密度裝置12(圖1)的氣體決定。在適當(dāng)?shù)牟牧线x擇 下，來自高能量密度裝置12的氣體可W進(jìn)入次級圍護(hù)層16的層狀結(jié)構(gòu)70并可被氣體捕獲材 料72吸收。
[0083] 吸附氣體捕獲材料72的物理形式可W由氣體捕獲材料72的組合物決定?？蒞考慮 使用液體吸附劑，但在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，也可W采用各種其他形式（例 如，固體）。
[0084] 在第二實施方式的第一表現(xiàn)形式中，氣體捕獲材料72可W是(或可W包括)液體溶 劑，例如用于吸收二氧化碳的液體溶劑。二氧化碳吸收液體溶劑的一個常規(guī)的非限制性實 例是胺。胺類二氧化碳吸收液體溶劑的一個具體的非限制性實例是單乙醇胺。二氧化碳吸 收液體溶劑的另一個常規(guī)的非限制性實例是堿性溶液。堿性二氧化碳吸收液體溶劑的一個 具體的非限制性實例是氨氧化鋼。堿性二氧化碳吸收液體溶劑的另一個具體的非限制性實 例是氨氧化裡。
[0085] 盡管將層狀結(jié)構(gòu)70示出并描述為用于將氣體捕獲材料72并入次級圍護(hù)層16的合 適方法，但還可W考慮各種可替代的技術(shù)。例如，氣體捕獲材料72可W合并(例如，分散)到 泡沫或其它多孔材料中，并且不透氣層76可層壓在泡沫之上W抑制氣體穿過到次級圍護(hù)層 16的外部。
[0086] 參照圖8和圖9,次級圍護(hù)層16(圖9)可W定位在支撐結(jié)構(gòu)82之上。支撐結(jié)構(gòu)82可W 構(gòu)造為框架，該框架具有次級圍護(hù)層16所需的構(gòu)造。例如，支撐結(jié)構(gòu)82可W是金屬框架，該 金屬框架將不會妨礙氣體從高能量密度裝置12向次級圍護(hù)層16的轉(zhuǎn)移。
[0087] 因此，當(dāng)次級圍護(hù)層16不具有足夠的固有剛性時，次級圍護(hù)層16可W覆蓋在支撐 結(jié)構(gòu)82上。因此，支撐結(jié)構(gòu)82可W支撐次級圍護(hù)層16的重量，而次級圍護(hù)層16可W采取支撐 結(jié)構(gòu)82的形狀。
[0088] 再次參照圖1，高能量密度裝置12、初級圍護(hù)層14W及次級圍護(hù)層16可W封裝在第 Ξ級圍護(hù)層18內(nèi)。因此，高能量密度裝置12、初級圍護(hù)層14W及次級圍護(hù)層16可占據(jù)由第Ξ 級圍護(hù)層18限定的第Ξ級圍護(hù)體積24的一部分。然而，第Ξ級圍護(hù)體積24可W大于由高能 量密度裝置12、初級圍護(hù)層14 W及次級圍護(hù)層16所占據(jù)的空間的體積，從而在次級圍護(hù)層 16與第Ξ級圍護(hù)層18之間留出氣隙27。
[0089] 可選地，一個或多個傳感器29可W定位成感測第Ξ級圍護(hù)層18的氣隙27。作為一 個實例，傳感器29可W是氣體傳感器，諸如氨氣傳感器、二氧化碳傳感器、一氧化碳傳感器 和/或控傳感器。作為另一個實例，傳感器29可W是溫度傳感器。作為又一個實例，傳感器29 可W是壓力傳感器。
[0090] 第Ξ級圍護(hù)層18可W采取各種構(gòu)型。如圖1所示，在一個特定構(gòu)型中，第Ξ級圍護(hù) 層18可W構(gòu)造為支撐在基座結(jié)構(gòu)20上的圓頂狀物。盡管圖1示出了具有弓形截面的圓頂狀 第Ξ級圍護(hù)層18,但是可W考慮各種可替換的截面，如圓形(例如，半球形圓頂狀物）。在不 限制于任何特定理論的情況下，相比具有另一種非圓頂構(gòu)造的第Ξ級圍護(hù)層18,圓頂狀的 第Ξ級圍護(hù)層18可W具有更好的彈道完整性。運就是說，將第Ξ級圍護(hù)層18構(gòu)造成非圓頂 構(gòu)造將不會導(dǎo)致脫離本公開內(nèi)容的范圍。
[0091] 第Ξ級圍護(hù)層18可W由防彈（ballistic,彈道的）材料形成（或可包括該防彈材 料）。因此，第Ξ級圍護(hù)層18可W抵抗在相對高速下運動的物質(zhì)的刺穿。運樣，第Ξ級圍護(hù)層 18可W起到容納來自高能量密度裝置12的顆粒的作用。
[0092] 在第一實施方式中，第Ξ級圍護(hù)層18的防彈材料可W是(或可W包括)膨脹材料。 因此，第Ξ級圍護(hù)層18可W是相對軟、柔性和輕量的。然而，當(dāng)受到運動顆粒的沖擊時，第Ξ 級圍護(hù)層18中的膨脹材料可發(fā)生剪切增稠 (shear thickening)，從而呈現(xiàn)出具有剛性表面 的顆粒，該顆粒能夠分散來自沖擊的能量。
[0093] 在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，各種膨脹材料可W用作第Ξ級圍護(hù)層18的 防彈材料。合適的膨脹材料的一個非限制性實例是購自英國東薩賽克斯的D30 Lab的 D30?膨脹材料。合適的膨脹材料的另一個非限制性實例是購自英國Armourgel有限公司 的ARMOURGEL?能量吸收材料。
[0094] 膨脹材料在不處于壓力下時可W流動。因此，將膨脹材料并入所公開的圍護(hù)系統(tǒng) 10的第Ξ級圍護(hù)層18中可能需要將膨脹材料支撐在基底上(或基底中）。在不脫離本公開內(nèi) 容的范圍的情況下，可W利用各種技術(shù)來支撐膨脹材料。
[00M]參照圖10,在第一實施方式的一個表現(xiàn)形式中，第Ξ級圍護(hù)層18形成為層狀結(jié)構(gòu) 100,其包括膨脹材料102、第一襯墊層104并且可選地包括第二襯墊層106。膨脹材料層102 定位在第一襯墊層104與可選的第二襯墊層106之間。
[0096] 第一和第二襯墊層104、106可W由各種基底材料形成。功能性地，第一和第二襯墊 層104、106可W將膨脹材料102支撐在層狀結(jié)構(gòu)100內(nèi)，從而抑制膨脹材料的流動并保持層 狀結(jié)構(gòu)100的層狀構(gòu)型。作為一個常規(guī)的非限制性實例，第一和第二襯墊層104、106可W是 (或可W包括)織物，如防彈織物。作為一個具體的非限制性實例，第一和第二襯墊層104、 106可W是（或可W包括)購自特拉華州威爾明頓的E.I.杜邦公司（du Pont de Nemours and company)的KEVLAR9哨位芳絕合成纖維。作為另一個具體的非限制性實例，第一和 第二襯墊層104、106可W是(或可W包括)防彈尼龍。
[0097] 膨脹材料層102的截面厚度Td可W是一個設(shè)計考慮并可由各種因素決定，除其他 可能因素外，諸如，膨脹材料層102的組成，所用高能量密度裝置12(圖1)的類型，W及圍護(hù) 系統(tǒng)10的總體尺寸。例如，膨脹材料層102的截面厚度Td的范圍可W是從約0.1cm至約10cm， 諸如從約0.5cm至約5cm，或從約1cm至約3cm。
[0098] 在不脫離本公開內(nèi)容的范圍的情況下，附加層可W包括在第Ξ級圍護(hù)層18的層狀 結(jié)構(gòu)100內(nèi)。例如，在一個變型中，層狀結(jié)構(gòu)100可W包括多個交替的膨脹材料和襯墊材料 層。
[0099] 可選地，第Ξ級圍護(hù)層18的層狀結(jié)構(gòu)100可W是巧縫的（quilted)。層狀結(jié)構(gòu)100的 巧縫可W將膨脹材料102容納在由第一和第二襯墊層104、106限定的多個凹室內(nèi)，從而抑制 膨脹材料102的流動并保持層狀結(jié)構(gòu)100的總體構(gòu)型。
[0100] 在第二實施方式中，第Ξ級圍護(hù)層18的防彈材料可W是(或可W包括)防彈織物。 因此，第Ξ級圍護(hù)層18可W是相對軟、柔性和輕量的，還可W抑制運動顆粒穿過其中。
[0101] 參照圖11，在第二實施方式的一個表現(xiàn)形式中，第Ξ級圍護(hù)層18可W形成為層狀 結(jié)構(gòu)120，其包括多個防彈織物層122、124、126、128、130、132、134。層狀結(jié)構(gòu)120的各防彈織 物層122、124、126、128、130、132、134均可W具有相同的組成?？商鎿Q地，層狀結(jié)構(gòu)120的至 少一個層(例如，層124、128、132)可W與其他層不同（例如，層122、126、130、134)。
[0102] 因此，第Ξ級圍護(hù)層18可W形成為多層結(jié)構(gòu)。然而，還可W考慮使用單層第Ξ級圍 護(hù)層18并且將不會導(dǎo)致脫離本公開內(nèi)容的范圍。
[0103] 各種防彈織物(或防彈織物的結(jié)合)可W用于構(gòu)造第Ξ級圍護(hù)層18。適用于形成層 狀結(jié)構(gòu)120的防彈織物的一個非限制性實例是KEV LAR'K對位芳絕合成纖維。適用于形成 層狀結(jié)構(gòu)120的防彈織物的另一個非限制性實例是購自盧森堡的英威達(dá)北美有限責(zé)任公司 (Invista No;rth America S.a r.l.)的CORDURA"'防彈織物。適用于形成層狀結(jié)構(gòu)120 的防彈織物的又一個非限制性實例是購自弗吉尼亞州科洛尼爾海茨的霍尼韋爾高級纖維 和復(fù)合材料公司化oneywell Advanced Fibers and Composites)的SPECTRA?纖維織 物。
[0104] 參照圖12和圖13,第Ξ級圍護(hù)層18(圖13)可W定位在支撐結(jié)構(gòu)140之上。支撐結(jié)構(gòu) 140可W構(gòu)造為框架，該框架具有第Ξ級圍護(hù)層18所需的構(gòu)型。例如，支撐結(jié)構(gòu)140可W是金 屬框架，該金屬框架能夠支撐第Ξ級圍護(hù)層18的重量。
[0105] 因此，當(dāng)?shù)讦墖o(hù)層18不具有足夠的固有剛性時，第Ξ級圍護(hù)層18可W覆蓋在 支撐結(jié)構(gòu)140上。因此，支撐結(jié)構(gòu)140可W支撐第Ξ級圍護(hù)層18的重量，而第Ξ級圍護(hù)層18可 W采取支撐結(jié)構(gòu)140的形狀。
[0106] 因此，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10可W包括多個圍護(hù)層(初級圍護(hù)層14、次級圍護(hù)層16和 第Ξ級圍護(hù)層18)。圍護(hù)系統(tǒng)10的各個圍護(hù)層14、16、18可有助于圍護(hù)系統(tǒng)10的至少一個特 定功能。因此，當(dāng)用圍護(hù)系統(tǒng)10容納高能量密度裝置12時，來自高能量密度裝置12的熱量、 氣體、液體和/或固體可W容納在系統(tǒng)10內(nèi)。圍護(hù)系統(tǒng)10可W相對于高能量密度裝置12來設(shè) 計尺寸，W使得幾乎不需要或不需要排放到大氣(例如，高能量密度裝置12可W完全封裝在 圍護(hù)系統(tǒng)10內(nèi)）。
[0107] 還公開了用于高能量密度裝置的圍護(hù)方法。參照圖14,總體上標(biāo)為200的公開方法 的一個實施例可W開始于方框202,其具有的步驟是提供高能量密度裝置12(圖1)。作為一 個非限制性實例，高能量密度裝置12可W是電池(battery,蓄電池），如裡離子電池。作為另 一個非限制性實例，高能量密度裝置12可W是燃料電池 (fuel cell)。
[0108] 在方框204處，高能量密度裝置12(圖1)可W至少部分地封裝在初級圍護(hù)層14(圖 1)內(nèi)。初級圍護(hù)層14可包括熱材料，例如相變材料42(圖4)。因此，通過將高能量密度裝置12 封裝在初級圍護(hù)層14內(nèi)，來自高能量密度裝置12的熱量可W轉(zhuǎn)移至初級圍護(hù)層14的熱材料 42。
[0109] 在方框206處，高能量密度裝置12(圖1)和初級圍護(hù)層14可W至少部分地封裝在次 級圍護(hù)層16(圖1)內(nèi)。次級圍護(hù)層16可包括氣體捕獲材料72(圖7)。因此，通過將高能量密度 裝置12封裝在次級圍護(hù)層16內(nèi)，來自高能量密度裝置12的氣體可W由次級圍護(hù)層16的氣體 捕獲材料72容納。
[0110] 在方框208處，高能量密度裝置12(圖1)、初級圍護(hù)層14(圖1)W及次級圍護(hù)層16 (圖1)可W至少部分地封裝在第Ξ級圍護(hù)層18(圖1)內(nèi)。第Ξ級圍護(hù)層18可包括防彈材料， 如膨脹材料1〇2(圖10)。因此，通過將高能量密度裝置12封裝在第Ξ級圍護(hù)層18內(nèi)，來自高 能量密度裝置12的顆?？蒞由第Ξ級圍護(hù)層18的防彈材料102容納。
[0111] 因此，所公開的方法200可W將高能量密度裝置12(圖1)封裝在多個圍護(hù)層內(nèi)，其 中各個圍護(hù)層具有至少一種特定功能。因此，來自高能量密度裝置12的熱量、氣體和/或顆 粒可W由相應(yīng)的層所容納。
[0112] 所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10及方法200的實例可W在飛行器制造及保養(yǎng)方法400(如圖15 所示)和飛行器402(如圖16所示）的背景下來進(jìn)行描述。在預(yù)生產(chǎn)期間，飛行器制造及保養(yǎng) 方法400可W包括飛行器402的規(guī)范和設(shè)計404W及材料采購406。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛行器 402的部件/子組件制造408和系統(tǒng)集成410。此后，飛行器402可通過認(rèn)證和交付412, W便投 入使用中414。當(dāng)通過客戶而處于使用中時，對飛行器402定期進(jìn)行日常維修和保養(yǎng)416,其 還可W包括修整、重新配置、翻新等。
[0113] 方法400的各個過程可W通過系統(tǒng)集成商、第Ξ方和/或操作員（例如，客戶）來執(zhí) 行或?qū)嵤?。出于本描述的目的，系統(tǒng)集成商可W包括但不限于任何數(shù)量的飛行器制造商和 主系統(tǒng)分包商;第Ξ方可W包括但不限于任何數(shù)量的售貨商、分包商和供應(yīng)商;操作員可W 是航空公司、租賃公司，軍事實體、服務(wù)組織等。
[0114] 如圖16所示，由示例方法400所生產(chǎn)的飛行器402可W包括機(jī)身418,機(jī)身具有多個 系統(tǒng)420W及內(nèi)部422。多個系統(tǒng)420的實例可W包括推進(jìn)系統(tǒng)424、電氣系統(tǒng)426、液壓系統(tǒng) 428W及環(huán)境系統(tǒng)430中的一個或多個?？蒞包括任何數(shù)量的其他系統(tǒng)。所公開的圍護(hù)系統(tǒng) 10可W并入飛行器402的各種系統(tǒng)420中，諸如電氣系統(tǒng)426和/或環(huán)境系統(tǒng)430。
[0115] 在飛行器制造和保養(yǎng)方法400的階段中的任何一個或多個階段期間，均可W使用 所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10及方法200。例如，對應(yīng)于部件/子組件制造408、系統(tǒng)集成410和/或維 修和保養(yǎng)416的部件或子組件可W使用所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10來制造或加工。此外，在部件/ 子組件制造408和/或系統(tǒng)集成410期間可W采用一個或多個裝置實例、方法實例或其組合， 例如通過大體加快飛行器402(諸如機(jī)身418和/或內(nèi)部422)的組件或降低飛行器的成本。類 似地，在飛行器402處于使用中時，可W采用一個或多個系統(tǒng)實例、方法實例或其組合，例如 但不限于維修和保養(yǎng)416。
[0116] 在飛行器的背景下對所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10及方法200進(jìn)行了描述;然而，本領(lǐng)域中 的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，所公開的保養(yǎng)系統(tǒng)可W用于各種不同類型的交通工具的各 種不同的部件。作為一個實例，本文所述實施例的實施方式可任何類型的交通工具來 實施，包括:例如，直升機(jī)、客船、汽車等。作為另一個示例，所公開的圍護(hù)系統(tǒng)10可W在航運 或存儲電池的情況下使用。
[0117] 此外，本公開內(nèi)容包括根據(jù)W下條款的實施例：
[0118] 條款1. 一種圍護(hù)系統(tǒng)，包括:初級圍護(hù)層，至少部分地限定初級圍護(hù)體積，所述初 級圍護(hù)層包括熱材料;次級圍護(hù)層，至少部分地限定次級圍護(hù)體積，所述次級圍護(hù)層包括氣 體捕獲材料，其中所述初級圍護(hù)層定位在所述次級圍護(hù)體積中；W及第Ξ級圍護(hù)層，至少部 分地限定第Ξ級圍護(hù)體積，所述第Ξ級圍護(hù)層包括防彈材料，其中所述次級圍護(hù)層定位在 所述第Ξ級圍護(hù)體積中。
[0119] 條款2.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括高能量密度裝置，其中所述高能量密度裝 置至少部分地定位在所述初級圍護(hù)體積中。
[0120] 條款3.如條款2所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述高能量密度裝置包括電池(battery， 蓄電池）。
[0121] 條款4.如條款3所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述電池為裡離子電池。
[0122] 條款5.如條款2所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述高能量密度裝置包括燃料電池 (fuel cell) 〇
[0123] 條款6.如條款2所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述高能量密度裝置包括多個子單元，其 中所述初級圍護(hù)層包括多個初級圍護(hù)單元，且其中所述多個子單元中的每個子單元至少部 分地定位在所述多個初級圍護(hù)單元的相關(guān)初級圍護(hù)單元中。
[0124] 條款7.如條款2所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述高能量密度裝置緊密地接收在所述初 級圍護(hù)層中。
[0125] 條款8.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括基座結(jié)構(gòu)，其中所述次級圍護(hù)層連接至所 述基座結(jié)構(gòu)W限定所述次級圍護(hù)體積，且其中所述第Ξ級圍護(hù)層連接至所述基座結(jié)構(gòu)W限 定所述第Ξ級圍護(hù)體積。
[0126] 條款9.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述初級圍護(hù)層構(gòu)造為套筒、罩和容器中 的一者。
[0127] 條款10.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述熱材料包括聚合物。
[0128] 條款11.如條款10所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述聚合物為具有至少10(TC的玻璃轉(zhuǎn) 變溫度的熱塑性聚合物。
[0129] 條款12.如條款10所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述聚合物為具有至少125Γ的玻璃轉(zhuǎn) 變溫度的熱塑性聚合物。
[0130] 條款13.如條款10所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述聚合物包括聚芳酸酬。
[0131] 條款14.如條款10所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述聚合物選自包括聚酸酸酬、聚酸酬 酬、聚酸酬、聚酸酬酸酬酬、聚酸酷亞胺及其組合的組。
[0132] 條款15.如條款10所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述聚合物包括娃酬。
[0133] 條款16.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述熱材料包括相變材料。
[0134] 條款17.如條款16所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述相變材料為固-液相變材料。
[0135] 條款18.如條款16所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述相變材料選自包括石蠟、脂肪酸、苯 酪、蜂蠟、釀、苯甲酸、二氯對二甲苯、娃酸鋼、裡、氯化鋼及其組合的組。
[0136] 條款19.如條款16所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述初級圍護(hù)層還包括載體，且其中所 述熱材料由所述載體支撐。
[0137] 條款20.如條款19所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述載體限定多個凹室，且其中所述熱 材料接收在所述多個凹室中。
[0138] 條款21.如條款19所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述載體包括聚合膜。
[0139] 條款22.如條款19所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述載體包括由金屬和金屬氧化物中的 至少一者構(gòu)造的框架。
[0140] 條款23.如條款19所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述載體包括用所述熱材料浸潰的金屬 氧化物。
[0141 ]條款24.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述次級圍護(hù)層為圓頂形。
[0142] 條款25.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述次級圍護(hù)層包括層狀結(jié)構(gòu)，且其中所 述氣體捕獲材料并入所述層狀結(jié)構(gòu)中。
[0143] 條款26.如條款25所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)包括透氣層和不透氣層， 且其中所述氣體捕獲材料定位在所述透氣層與所述不透氣層之間。
[0144] 條款27.如條款26所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述透氣層包括織物
[0145] 條款28.如條款27所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述織物包括金屬氧化物織物。
[0146] 條款29.如條款27所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述不透氣層包括聚合材料。
[0147] 條款30.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述氣體捕獲材料包括吸附劑。
[0148] 條款31.如條款30所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述吸附劑包括金屬-有機(jī)骨架和沸石 中的至少一者。
[0149] 條款32.如條款30所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述吸附劑包括氨選擇性吸附劑、二氧 化碳選擇性吸附劑和控選擇性吸附劑中的至少一者。
[0150] 條款33.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述氣體捕獲材料包括吸收劑。
[0151] 條款34.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括支撐結(jié)構(gòu)，其中，所述次級圍護(hù)層由所述 支撐結(jié)構(gòu)支撐。
[0152] 條款35.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括定位在所述次級圍護(hù)體積中的傳感器。
[0153] 條款36.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述第Ξ級圍護(hù)層為圓頂形。
[0154] 條款37.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述防彈材料包括膨脹材料。
[0155] 條款38.如條款37所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述第Ξ級圍護(hù)層包括層狀結(jié)構(gòu)，且其 中所述膨脹材料并入所述層狀結(jié)構(gòu)中。
[0156] 條款39.如條款38所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)包括至少一種襯墊層，且 所述襯墊層應(yīng)用于所述膨脹材料。
[0157] 條款40.如條款39所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述襯墊層包括防彈織物。
[0158] 條款41.如條款39所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)是巧縫的。
[0159] 條款42.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述防彈材料包括防彈織物。
[0160] 條款43.如條款42所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述防彈織物為多層結(jié)構(gòu)。
[0161 ]條款44.如條款42所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述防彈織物包括對位芳絕合成纖維。
[0162] 條款45.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括支撐結(jié)構(gòu)，其中所述第Ξ級圍護(hù)層由所 述支撐結(jié)構(gòu)支撐。
[0163] 條款46.如條款1所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括定位在所述第Ξ級圍護(hù)體積中的傳感 器。
[0164] 條款47.-種圍護(hù)系統(tǒng)，包括:初級圍護(hù)層，至少部分地限定初級圍護(hù)體積，其中所 述初級圍護(hù)層包括相變材料和載體，其中所述相變材料由所述載體支撐;次級圍護(hù)層，至少 部分地限定次級圍護(hù)體積，其中所述初級圍護(hù)層定位在所述次級圍護(hù)體積中，其中所述次 級圍護(hù)層包括透氣層、不透氣層和氣體捕獲材料，所述氣體捕獲材料定位在所述透氣層與 所述不透氣層之間；W及第Ξ級圍護(hù)層，至少部分地限定第Ξ級圍護(hù)體積，其中所述次級圍 護(hù)層定位在所述第Ξ級圍護(hù)體積中，其中所述第Ξ級圍護(hù)層包括襯墊材料W及連接至所述 襯墊材料的膨脹材料。
[0165] 條款48.如條款47所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述載體包括用所述相變材料浸潰的金 屬氧化物。
[0166] 條款49.如條款47所述的圍護(hù)系統(tǒng)，其中，所述氣體捕獲材料包括吸附劑。
[0167] 條款50.-種圍護(hù)系統(tǒng)，包括至少部分地限定初級圍護(hù)體積的初級圍護(hù)層和高能 量密度裝置，所述初級圍護(hù)層包括熱材料，所述高能量密度裝置至少部分地接收在所述初 級圍護(hù)體積中。
[0168] 條款51.如條款50所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括至少部分地限定次級圍護(hù)體積的次級 圍護(hù)層，其中所述初級圍護(hù)層定位在所述次級圍護(hù)體積中，所述次級圍護(hù)層包括氣體捕獲 材料。
[0169] 條款52.如條款50所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括至少部分地限定第Ξ級圍護(hù)體積的第 Ξ級圍護(hù)層，其中所述第Ξ級圍護(hù)層包括防彈材料，其中所述初級圍護(hù)層定位在所述第Ξ 級圍護(hù)體積中。
[0170] 條款53.-種圍護(hù)系統(tǒng)，包括至少部分地限定次級圍護(hù)體積的次級圍護(hù)層和高能 量密度裝置，所述次級圍護(hù)層包括氣體捕獲材料，所述高能量密度裝置至少部分地接收在 所述次級圍護(hù)體積中。
[0171] 條款54.如條款53所述的圍護(hù)系統(tǒng)，還包括至少部分地限定第Ξ級圍護(hù)體積的第 Ξ級圍護(hù)層，所述第Ξ級圍護(hù)層包括防彈材料，其中所述次級圍護(hù)層定位在所述第Ξ級圍 護(hù)體積中。
[0172] 條款55.-種圍護(hù)方法，包括:提供高能量密度裝置;將所述高能量密度裝置至少 部分地封裝在包括熱材料的初級圍護(hù)層內(nèi)；將所述初級圍護(hù)層封裝在包括氣體捕獲材料的 次級圍護(hù)層內(nèi)；W及將所述次級圍護(hù)層封裝在包括防彈材料的第Ξ級圍護(hù)層內(nèi)。
[0173] 盡管已經(jīng)示出并描述了所公開的用于高能量密度裝置的圍護(hù)系統(tǒng)及方法的各種 實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W在閱讀說明書后作出修改。本申請包括運樣的修改并僅 由權(quán)利要求的范圍來限定。
【主權(quán)項】
1. 一種圍護(hù)系統(tǒng)（10)，包括： 初級圍護(hù)層(14)，至少部分地限定初級圍護(hù)體積(30)，所述初級圍護(hù)層包括熱材料； 次級圍護(hù)層（16)，至少部分地限定次級圍護(hù)體積(22)，所述次級圍護(hù)層包括氣體捕獲 材料(72)，其中所述初級圍護(hù)層定位在所述次級圍護(hù)體積中；以及 第三級圍護(hù)層（18)，至少部分地限定第三級圍護(hù)體積（24)，所述第三級圍護(hù)層包括防 彈材料，其中所述次級圍護(hù)層定位在所述第三級圍護(hù)體積中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，所述圍護(hù)系統(tǒng)還包括高能量密度裝置（12)，其 中所述高能量密度裝置至少部分地定位在所述初級圍護(hù)體積中，其中所述高能量密度裝置 包括電池和燃料電池中的一者。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述高能量密度裝置(12)包括多個子單 元（12A-12D)，其中所述初級圍護(hù)層（14)包括多個初級圍護(hù)單元（14A-14D)，并且其中所述 多個子單元中的每個子單元至少部分地定位在所述多個初級圍護(hù)單元中的相關(guān)初級圍護(hù) 單元中。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，所述圍護(hù)系統(tǒng)還包括基座結(jié)構(gòu)(20)，其中所述 次級圍護(hù)層（16)連接至所述基座結(jié)構(gòu)以限定所述次級圍護(hù)體積(22)，并且其中所述第三級 圍護(hù)層(18)連接至所述基座結(jié)構(gòu)以限定所述第三級圍護(hù)體積(24)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述初級圍護(hù)層（14)構(gòu)造為套筒、罩和 容器中的一者。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述熱材料包括聚合物，所述聚合物包 括： 具有至少100 °c的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性聚合物， 具有至少125 °C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的熱塑性聚合物， 所述聚合物選自包括聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚醚酰亞胺及其組 合的組或包括硅酮。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述熱材料包括相變材料(42、62)，所述 相變材料包括： 固-液相變材料，或 選自包括石蠟、脂肪酸、苯酚、蜂蠟、醌、苯甲酸、二氯對二甲苯、硅酸鈉、鋰、氯化鈉及其 組合的組的材料。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述初級圍護(hù)層（14)還包括載體(44、 64 )，并且其中所述熱材料由所述載體支撐，其中所述載體： 限定多個凹室(46)，并且其中所述熱材料接收在所述多個凹室中， 包括聚合膜，或 包括框架，所述框架由金屬和金屬氧化物中的至少一者構(gòu)造，其中所述金屬氧化物用 所述熱材料浸漬。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述次級圍護(hù)層（16)包括層狀結(jié)構(gòu) (70)，并且其中所述氣體捕獲材料(72)并入所述層狀結(jié)構(gòu)中。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述層狀結(jié)構(gòu)（70)包括透氣層(74)和 不透氣層(76)，并且其中所述氣體捕獲材料(72)定位在所述透氣層與所述不透氣層之間， 其中所述透氣層包括織物，并且其中所述不透氣層包括聚合材料。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述氣體捕獲材料(72)包括吸附劑，所 述吸附劑包括： 金屬-有機(jī)骨架和沸石中的至少一者，或 氫選擇性吸附劑、二氧化碳選擇性吸附劑和烴選擇性吸附劑中的至少一者。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，所述圍護(hù)系統(tǒng)還包括支撐結(jié)構(gòu)(82)，其中所 述次級圍護(hù)層(16)由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述防彈材料包括膨脹材料（102)，其 中所述第三級圍護(hù)層（18)包括層狀結(jié)構(gòu)（100、120)，并且其中所述膨脹材料并入所述層狀 結(jié)構(gòu)中，所述層狀結(jié)構(gòu)包括至少一個襯墊層，其中所述襯墊層應(yīng)用于所述膨脹材料。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，其中，所述防彈材料包括防彈織物，所述防彈 織物為多層結(jié)構(gòu)和對位芳綸合成織物中的至少一者。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圍護(hù)系統(tǒng)（10)，所述圍護(hù)系統(tǒng)還包括支撐結(jié)構(gòu)（140)，其中所 述第三級圍護(hù)層(18)由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐。
【文檔編號】H01M10/61GK105870535SQ201610069053
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】約翰·N·哈里斯, 丹尼爾·B·斯萊頓
【申請人】波音公司