蓄电池隔离设备和方法技术

一种蓄电池隔离设备(2)，其适于将蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性，该设备包括：

【技术实现步骤摘要】
蓄电池隔离设备和方法


[0001]本专利技术涉及电能储存管理的领域，更具体地说，涉及该能量储存的安全性元件。
[0002]蓄电池、尤其是电化学蓄电池，一般设置为电池组的形式，其中，一般称作电池的单元元件串联和/或并联连接。串联这些电池的关联允许获得更高的电压，而并联这些电池的关联允许获得更高的容量，以便更多地储存能量。
[0003]用于诸如电动车辆、电子设备、电动工具等的各个领域中的大多数电池组一般包括串联的蓄电池或电池的至少一个分支。

技术介绍

[0004]在包括串联连接的蓄电池的至少一个分支的已知电池组中，蓄电池中一个的故障一般导致该分支的所有蓄电池不可用。
[0005]已知电池组一般与控制例如蓄电池的温度和电压的管理电路相关联。这些管理电路可以设有断路元件，例如晶体管或继电器，其在蓄电池故障的情况下作用，断开整个电池组或其中出故障的蓄电池与其它蓄电池串联安装的至少一个分支。为了弥补蓄电池的故障，由此一般使得电池组的一整个分支、甚至整个电池组不工作。
[0006]然而，存在用于隔离电池组内的出故障的蓄电池的解决方案。专利申请US20140272491描述了一种用于电池组电池的安全性元件，所述安全性元件包括在蓄电池中的压强升高时变形的内部导电膜。当蓄电池的内部压强超过预定值时，膜使得蓄电池的两个极短路，这导致由保护断路器关断电池组内部电路。所述蓄电池隔离设备由此允许相对于其连接的电路的其余部分来隔离蓄电池，同时使得出故障的电池组电池的端子短路。出故障的电池由此被隔离，电路继续由与出故障的电池串联连接的可能的其它电池供电。
[0007]这样的蓄电池隔离设备仅通过与电池组电池的内部压强升高相关的故障被激活。
[0008]此外，允许使得出故障的电池的端子短路的在文献US20140272491中所详细描述的电接触件可以在最好的情况下约为1mΩ。例如对于200A的电流，该寄生电阻对应于40W的损失，该损失产生该功率的转移和热排放的问题。该接触件的寄生电阻还非常取决于进行接触的零件的表面和氧化状态。
[0009]此外，发表在杂志IEEE(978
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5090
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4974
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5/18,DOI:10.1109/IESES.2018.8349850)中的V.R.H.Lorentz等人的科学出版物《Power Antifuse Device to Bypass or Turn
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off Battery Cells in Safety
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Critical and Fail
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Operational Systems》描述了一种类似于控制开关的蓄电池隔离设备，其由通过电绝缘材料分离的交错的两个功率导电体构成。该安装与可以通过信号触发的烟火元件相关联。烟火元件在其被激活时，允许使得填充金属储备熔融，其进行在两个功率导电体之间实现焊锡并由此使得这些功率导电体通过焊锡而互连，以隔离蓄电池，同时维持电路其余部分的连续性。设置该隔离设备外部的元件，以识别存在要求隔离蓄电池的故障并由此触发与该蓄电池相关的烟火元件。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于改善现有技术的蓄电池隔离设备和方法。
[0011]为此，本专利技术旨在一种蓄电池隔离设备，其适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性。该设备包括：
[0012]‑
旨在将隔离设备与蓄电池进行连接的第一端子；
[0013]‑
旨在将隔离设备与蓄电池和与电路进行连接的第二端子；
[0014]‑
旨在将隔离设备与电路进行连接的第三端子；
[0015]‑
旁通室，其中设置有旁通设备，所述旁通设备包括由间隙隔开的两个旁通导电体，旁通导电体中的一个连接到所述第二端子，另一个旁通导电体连接到所述第三端子；
[0016]‑
熔断器，其包括连接在第一端子与第三端子之间的由可熔融材料制成的导电体，该由可熔融材料制成的导电体设置在旁通室中，并适于在液态下转移到旁通设备上。
[0017]根据另一目的，本专利技术旨在一种电路，该电路包括第一蓄电池、至少一个第二蓄电池，和由这些蓄电池供电的负载。该电路包括如上所述的蓄电池隔离设备，其中：
[0018]‑
第一端子连接到第一蓄电池的端子；
[0019]‑
第二端子连接到第一蓄电池的另一端子和所述负载的端子；
[0020]‑
第三端子连接到所述负载的另一端子；
[0021]该蓄电池隔离设备适于使得第一蓄电池与第二蓄电池和所述负载隔离，同时确保所述负载由第二蓄电池供电的连续性。
[0022]表述“第二端子连接到所述负载的端子”在此定义该第二端子直接连接到负载，或通过第二蓄电池和其它可能的额外蓄电池间接连接到负载。
[0023]类似地，表述“第三端子连接到所述负载的另一端子”在此定义该第三端子直接连接到负载，或通过第二蓄电池和其它可能的额外蓄电池间接连接到负载。
[0024]根据一个优选的特征，第一蓄电池和至少第二蓄电池通过熔断器与负载串联安装。
[0025]根据另一目的，本专利技术旨在一种用于使得蓄电池相对于电路隔离的方法，其实施如上所述的蓄电池隔离设备，并包括以下步骤：
[0026]‑
使得熔断器经受将由可熔融材料制成的导电体加热到其熔融温度之上的过电流；
[0027]‑
使得处于液态的由可熔融材料制成的导电体的至少一部分转移到分隔旁通导电体的间隙中。
[0028]表述“适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性”精确地指，设备允许将蓄电池置于电路外(尤其是因为其出故障)并且该蓄电池在其之前连接到的电路中被旁通(英文为“bypass”)代替，允许维持该电路中的连续性。当该电路包括由与被隔离的蓄电池串联的其它蓄电池供电的负载时，该蓄电池的隔离和旁通允许其它蓄电池继续给负载供电。
[0029]在根据本专利技术的设备中，允许不包括蓄电池的电路的连续性的接触件的电阻先验地小于100μΩ，这对于非常大多数的电池组，包括电动车辆的高功率电池组，不造成任何能量排放问题。
[0030]在具有以小质量和体积储存更得多的能量并同时能够提供高放电功率和支持高
充电功率、因此能够具有例如数十分钟的充电时间的优点的锂离子技术蓄电池的情况下，本专利技术特别有利。锂离子化学的主要缺陷在于，可能会导致所涉及的蓄电池由于故障而起火的热失控风险，故障传播到相邻蓄电池，甚至可能会传播到整个电池组。根据本专利技术的蓄电池隔离设备允许通过隔离出故障的蓄电池，同时维持电池组的工作连续性(至少在降级模式下)，防止任何风险。
[0031]本专利技术避免在检测到故障之后，完全断开电路和停止供能。
[0032]目前，例如大多数电动车辆的电池组有串联锂离子蓄电池的单个分支构成。这些蓄电池的容量为数十安时，并且整体电压在300V至400V的范围中变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓄电池隔离设备(2)，其适于使得蓄电池与电路隔离，同时确保该电路的连续性，其特征在于，该设备包括：
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旨在将所述隔离设备(2)与蓄电池进行连接的第一端子(B1)；
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旨在将所述隔离设备(2)与蓄电池和与电路进行连接的第二端子(B2)；
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旨在将所述隔离设备(2)与电路进行连接的第三端子(B3)；
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旁通室(10)，其中设置有旁通设备(4)，所述旁通设备包括由间隙(8)隔开的两个旁通导电体(6、7)，所述旁通导电体中的一个连接到所述第二端子(B2)，另一个旁通导电体连接到所述第三端子(B3)；
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熔断器(3)，其包括连接在所述第一端子(B1)与第三端子(B3)之间的由可熔融材料制成的导电体(23)，该由可熔融材料制成的导电体(23)设置在所述旁通室(10)中，并适于在液态下转移到所述旁通设备(4)上。2.根据权利要求1所述的隔离设备，其特征在于，所述由可熔融材料制成的导电体(23)设置为面对所述旁通导电体(6、7)。3.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述熔断器(3)标定为确保在穿过其的电流强度超过预定阈值时的所述由可熔融材料制成的导电体(23)的熔融。4.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)设置在所述熔断器(3)之下，所述由可熔融材料制成的导电体(23)适于在其处于液态时，通过重力流动到所述旁通导电体(6、7)上。5.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)设置为围绕整个熔断器(3)，所述由可熔融材料制成的导电体(23)适于在其处于液态时，通过重力流动到所述旁通导电体(6、7)上。6.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述设备包括朝着所述旁通导电体(6、7)的方向促动所述由可熔融材料制成的导电体(23)的缓冲件(12)。7.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括放置在所述熔断器(3)与旁通导电体(6、7)之间的电绝缘体(11)，该电绝缘体(11)适于使所述由可熔融材料制成的导电体(23)在其处于液态时的材料通过。8.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述由可熔融材料制成的导电体(23)的熔融温度低于400℃。9.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)具有互补的交错几何图案，所述间隙(8)沿着这些几何图案设置。10.根据上述权利要求之一所述的隔离设备，其特征在于，所述旁通导电体(6、7)具有适于通过所述由可熔融材料制成的导电体(23)在其处于液态时的材料钎焊的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱利安，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：