用于电池冷却系统的温度相关的保险丝技术方案

公开了用于液体冷却的车辆电池中的过热保护的系统及方法。系统可以包括包围至少一个电化学电池的电池壳体以及与所述至少一个电化学电池串联连接的温度相关的保险丝。冷却系统可以使液体冷却剂循环通过所述电池壳体。在冷却系统故障的情况下，所述温度相关的保险丝可以在所述至少一个电化学电池的温度增加到足以损坏所述电池的程度之前熔断。

A temperature dependent fuse for battery cooling systems

Systems and methods for overheating protection in a liquid cooled vehicle battery are disclosed. The system may include a battery housing enclosing at least one electrochemical cell, and a temperature dependent fuse connected in series with the at least one electrochemical cell. The cooling system allows the liquid coolant to circulate through the battery housing. In the case of a cooling system failure, the temperature dependent fuse may fuse until the temperature of the at least one electrochemical cell is increased enough to damage the battery.

【技术实现步骤摘要】
用于电池冷却系统的温度相关的保险丝
本公开涉及电池保护系统，并且更具体地涉及用于液体冷却的电池系统中的电池过温保护的系统及方法。
技术介绍
电动车辆通常使用一个或多个电动机来推进并且由电池系统供电。这种车辆包括道路和轨道车辆、水上和水下船舶、电动飞行器以及电子娱乐设备。电动车辆释放零空气污染物并且生成比常规的内燃发动机车辆更小的噪声。目前，经常使用锂离子电池。过热的锂离子电池造成严重的火灾危险，使得需要保护系统来阻止锂离子电池在过热时充电或放电。
技术实现思路
本公开的系统及方法各自具有若干创新方面，这些方面的任何单一方面都不应单独对其期望的属性负责。在限制所附权利要求书所表达的范围的情况下，现在将更简要地讨论其更显著的特征。在一个实施例中，描述了一种具有过热保护的电池。所述电池可以包括包围至少一个电化学电池的壳体以及与所述至少一个电化学电池串联电连接的温度相关的电路中断元件。所述温度相关的电路中断元件可以具有随着所述电路中断元件的温度增加而减小的连续电流容量。所述电池可以进一步包括位于所述壳体内的冷却剂，所述冷却剂与所述电路中断元件的至少一部分热接触。在另一个实施例中，描述了一种具有电池冷却和保护系统的电动车辆。所述车辆可以包括至少一个电动机和用于为所述至少一个电动机供电的液体冷却的电池。所述液体冷却的电池可以包括与液体冷却剂热接触的电池。所述车辆可以进一步包括电池保护系统，所述电池保护系统包括与所述液体冷却剂热接触的至少一个温度相关的电路中断元件。所述电路中断元件可以与所述电池串联布置并且可以具有随着所述电路中断元件的温度增加而减小的连续电流容量。在另一个实施例中，描述了一种电池保护设备。所述电池保护设备可以包括用于包围至少一个电化学电池的装置以及用于中断与所述至少一个电化学电池串联电连接的电路的装置。所述电路中断装置可以被配置成当大于连续电流容量的电流流经所述电路中断装置时中断所述电路。所述电路中断装置可以具有随着所述电路中断装置的温度增加而减小的连续电流容量。所述电池保护设备可以进一步包括用于冷却所述至少一个电化学电池和所述电路中断装置的装置。在另一个实施例中，一种电池过温保护方法包括使一个或多个电化学电池和至少一个温度相关的电路中断元件浸入同一种液体冷却剂。附图说明现在将结合各种实现方式参照附图描述本技术的上述方面以及其他特征、方面和优点。所示出的实现方式仅是示例并且不意图是限制性的。贯穿附图，类似的符号通常表示类似的组件，除非上下文以其他方式指明。图1是描绘根据示例性实施例的温度相关的保险丝的连续电流容量的示例温度相关性的曲线图。图2是描绘根据示例性实施例的具有温度相关的保险丝的液体冷却的电池的布置与操作的框图。图3描绘根据示例性实施例的具有温度相关的保险丝的液体冷却的电池的配置。图4A描绘根据示例性实施例的具有温度相关的保险丝的液体冷却的电池的示例配置。图4B描绘根据示例性实施例的具有温度相关的保险丝的液体冷却的电池的示例配置。图5是描绘根据示例性实施例的并入温度相关的保险丝的电动车辆的底盘的简化图。图6是描绘根据示例性实施例的电动车辆内的多个电池串的简化图。具体实施方式以下描述涉及为了描述本公开的创新方面的某些实现方式。然而，本领域技术人员将容易地认识到本文的教导可以根据许多不同的方式应用。所描述的实现方式可以在任何电路中实现。在一些实现方式中，词语“电池(battery)”或“电池(batteries)”将用于描述本文描述的实施例的某些元件。需要说明的是，“电池(battery)”不一定指仅单个电池单元。而是，被描述为“电池(battery)”或在附图中被示出为电路中的单个电池单元的任何元件可以等效地由任何更大数量的单个电池单元组成或者可以是位于更大电池结构内的单个模块，而不背离所公开的系统和方法的精神或范围。一个或多个电池可以使用液体冷却剂来维持适当的操作温度。例如，一个或多个电池可以由壳体包围并且由液体冷却剂围绕。在一些实施例中，冷却剂或冷却液体或冷却流体可以包括例如以下各项中的一项或多项：合成油、聚烯烃(例如，聚α-烯烃(“PAO”))、乙二醇、乙二醇和水以及相变材料(“PCM”)。在一些方面，电池冷却系统采用液体电解质作为冷却剂。冷却剂可以被配置成将热量从液体冷却剂传递到壳体。壳体可以包括一个或多个散热片。在一些实施例中，液体可以循环通过壳体和/或通过热交换器。如果冷却剂在操作条件期间由于例如热交换故障、电池故障而变得过热或者如果冷却剂泄露、蒸发或与其他方式离开电池冷却系统，液体冷却的电池系统可能经历不期望的温度波动。在后一种情况下，因为系统中不存在足够的总冷却剂来提供足够的总冷却，冷却剂温度可能上升。冷却剂的损耗或过热可能导致可能的电池损坏、火灾或其他危害。检测冷却剂的损耗或过热具有挑战性。如果电池或其周围的冷却剂被测量为高于预定的温度阈值，电池可以断开连接。因为液体电解质通常由于正常电池操作的温度波动而经历显著的热膨胀和收缩，使用常规的浮点传感器检测冷却剂的损耗不够高效。其他热传感器也可能故障。数字热传感器可能需要电力来操作。其他计算机辅助的热传感器可能易于故障或失效。为了减少或消除这些问题和/或提供除了上述系统及方法之外的额外的保护水平，在冷却剂损耗的情况下或者出于冷却剂过热的任何其他原因(诸如电池过载或失效)，可以使用温度相关的保险丝将液体冷却的电池断开连接。常规的保险丝被形成为由于电阻性加热而随着电流增加而变热的电阻性金属。当电阻器融化或蒸发时，电流无法流经保险丝。当电阻器融化和/或蒸发时，保险丝“跳闸”或“熔断”。因为当保险丝材料周围的环境温度增加时，融化或蒸发电阻器所需的电流量可能降低，这种保险丝呈现出温度相关的熔断特征。为了定义这种保险丝的这个特征，在此使用术语“连续电流容量”，这个术语是指保险丝将无限地承载的电流而不存在熔断并且不存在随着保险丝的预期使用寿命而造成的材料特性的显著的热应力相关的降级。流经保险丝的大于保险丝的连续电流容量的电流降熔断保险丝并中断电路。稍微高于保险丝的连续电流容量的电流需要数小时或更长时间来熔断保险丝，而显著地超过承载保险丝的容量的连续电流的电流可以在几分之一秒内熔断保险丝。本文使用的连续电流容量通常与保险丝制造商为其产品分配的保险丝的额定“值”有关但是可以在某种程度上更低。例如，许多保险丝制造商建议保险丝将在使用中承载的连续电流仅为保险丝额定值的70-80％。在温度相关的保险丝中，连续电流容量将随着保险丝的操作环境温度的增加而降低。图1是描绘根据示例性实施例的温度相关的保险丝的连续电流容量的示例温度相关性的曲线图100。X轴102表示保险丝周围环境的环境温度，而Y轴104表示连续电流容量。线106和108表示示例温度相关的保险丝的连续电流容量的可能温度相关性曲线。电池系统可以被设计成在正常的温度范围内操作，低于最大温度110，在曲线图100中标记为Tmax。在一些实施例中，可以允许在超过Tmax110的温度下操作电池系统，尽管电池损坏或故障可能在更高温度下或者如果长时间暴露于过高的温度而发生。电池系统可以另外具有最大电流Imax114，此最大电流是在正常操作条件下待从电池汲取的最大电流。大于Imax114的电流也可能由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池保护系统，包括：包围至少一个电化学电池的壳体以及与所述至少一个电化学电池串联电连接的温度相关的电路中断元件；所述温度相关的电路中断元件具有随着所述电路中断元件的温度增加而减小的连续电流容量，以及位于所述壳体内的冷却剂，所述冷却剂与所述温度相关的电路中断元件的至少一部分热接触。

【技术特征摘要】
2016.02.22 US 15/050,2691.一种电池保护系统，包括：包围至少一个电化学电池的壳体以及与所述至少一个电化学电池串联电连接的温度相关的电路中断元件；所述温度相关的电路中断元件具有随着所述电路中断元件的温度增加而减小的连续电流容量，以及位于所述壳体内的冷却剂，所述冷却剂与所述温度相关的电路中断元件的至少一部分热接触。2.如权利要求1所述的电池保护系统，其中，所述电路中断元件被浸入所述冷却剂中。3.如权利要求1所述的电池保护系统，其中，所述壳体包围串联电连接的多个电化学电池。4.如权利要求1所述的电池保护系统，其中，所述壳体包围并联电连接的多个电化学电池。5.如权利要求1所述的电池保护系统，进一步包括与所述壳体流体连通的泵和热交换器。6.如权利要求1所述的电池保护系统，其中，所述温度相关的电路中断元件包括电阻性金属。7.如权利要求1所述的电池保护系统，其中，所述温度相关的电路中断元件被配置成用于在不需要温度测量的情况下断开。8.一种具有电池冷却和保护系统的电动车辆，所述车辆包括：至少一个电动机；用于为所述至少一个电动机供电的液体冷却的电池系统，所述液体冷却的电池系统包括与液体冷却剂热接触的电池；以及电池保护系统，包括与所述液体冷却剂热接触的至少一个温度相关的电路中断元件，所述电路中断元件与所述电池串联布置并且具有随着所述电路中断元件的温度增加而减小的连续电流容量。9.如权利要求8所述的电动车辆，其中，所述电路中断元件的至少一部分被布置在所述液体冷却剂中。10.如权利要求8所述的电动车辆，其中，所述液体冷却的电池系统包含在所述电动车辆的操作期间具有第一温度的第一量值的液体冷却剂。11.如权利要求10所述的电动车辆，其中，所述液体冷却的电池系统被配置成使得当所述液体冷却的电池系统包含少于所述第一量值的液体冷却剂的第二量值的液体冷却剂时，所述第二量值的液体冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·韦克，
申请(专利权)人：法拉第未来公司，
类型：发明
国别省市：美国,US