电池故障的分层气体监测制造技术

本公开涉及电池故障的分层气体监测。气体监测系统可以包括具有导电加热器元件的化学浓度次级气体传感器，可以被加热到略高于气体周围环境的周围温度水平的待机温度。环境的热特性可以由热特性初级传感器监测，并且被配置为响应于满足至少一个标准的导电加热器元件的物理特性来提供触发输出。响应于触发输出，加热器是可控的，以将化学浓度次级气体传感器加热到次级操作温度，在该次级操作温度下，化学浓度次级气体传感器可以检测环境中特定气体的存在。体的存在。体的存在。

【技术实现步骤摘要】
电池故障的分层气体监测


[0001]本文件通常但不限于监测环境中的气体浓度，例如电动汽车或其他电池环境中的浓度。

技术介绍

[0002]电池可以包括电池单元或电池模块，其中任何一个都可以包括在电池组或电池隔室中。希望监测电池健康状况，例如预测或检测伴随电池故障的热失控。早期检测是有帮助的，因为热失控事件可能导致电池起火或爆炸。在汽车应用中，对电池故障或热失控迹象的早期检测和警报可以帮助乘客及时下车以达到安全。

技术实现思路

[0003]可以在电池单元级别、电池模块级别或电池组级别监测电池健康状况，例如通过使用电池隔室中的温度传感器来检测热失控事件。虽然监测电池健康状况的一种方法可以包括使用压力传感器来测量电池隔室内的压力，但电池组通常包括压力均衡通风口，这可使缓慢的压力变化难以检测，使得当发生更强的压力变化时，基于压力的电池故障检测可以被限制为在故障进展中比期望的晚。这种压力传感器也可能受到不相关事件的影响，并且在热失控事件开始之前难以用于检测电池故障。
[0004]还可以使用一个或多个气体传感器来监测电池健康状况，以监测电池环境中的气体成分，例如电池隔室顶部空间内的气体成分。光学非色散红外(NDIR)传感器可用于气体检测，例如检测CO2或CO。然而，CO2和CO可能只出现在电池故障的后期，此时热失控迫在眉睫。通过挥发性气体传感进行的电池健康监测可以使用一个或多个金属氧化物传感器来检测故障进展的早期阶段的电池故障。然而，金属氧化物传感器的寿命有限。在操作中，金属氧化物传感器的加热的金属氧化物层可能被污染。这种污染会显著改变传感器响应，使传感器无法使用，尤其是在要求苛刻的应用中。例如，汽车和工业电池可能需要超过10年的可用寿命。
[0005]本专利技术人已经认识到，除其他事项外，需要一种不易受外部影响的监测电池健康状况的稳健方法，以及需要一种能够在电池故障进展的早期(例如在热失控事件开始之前)检测到电池故障的监测电池健康状况的方法。目前的技术可以帮助提供这个问题的解决方案。本技术可以包括监测环境中气体的热性质，以寻找可能指示电池健康的一个或多个变化。当通过监测热性能满足主要变化指标时，可以测量次要变化指标，并将其与至少一个标准进行比较。例如，次级气体传感器可以被打开或进入操作模式，并用于基于气体成分的测量浓度进一步确定主要变化指示器是否确实上升为电池故障的迹象。类似的气体监测技术也可用于汽车电池健康监测以外的应用。
[0006]本概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其并非旨在提供对本专利技术的排他性或详尽的解释。包括详细描述是为了提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
[0007]在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。附图以示例的方式但不以限制的方式概括地示出了本文件中讨论的各种实施例。
[0008]图1是示出传感器的示例的透视图，该传感器可以位于电池单元、电池模块或电池组附近，例如可以位于电池隔室的顶部空间中。
[0009]图2是气体监测系统的配置示例的侧视图。
[0010]图3是表示金属氧化物气体浓度传感器的一个例子的截面图。
[0011]图4是表示金属氧化物气体浓度传感器的一例的立体图。
[0012]图5是用于测量一个或多个热特性的“热线”方法的示意图。
[0013]图6是可以使用一个或多个单片集成的气体监测系统来配置的系统的示例的框图。
具体实施方式
[0014]本文档描述了可以包括用于监测电池隔室中的气体的气体监测系统的技术，例如可以与电池组、电池模块、电池单元或其他感兴趣的环境相关联的技术。该系统可以包括热特性初级气体传感器，例如检测环境的热特性，例如环境的热导率、环境的热容或环境的热扩散率。初级气体传感器可以被配置为响应于所确定的环境的热特性的变化而提供触发输出，从该触发输出可以推断出环境的气体成分的变化。然后，响应于来自热特性初级气体传感器的触发输出，可以启用化学浓度次级气体传感器(例如金属氧化物(“MOx”)化学浓度传感器)，例如将其置于用于检测环境中指定的第一气体组分的量的操作模式。
[0015]初级气体传感器可检测到的一个或多个热特性的示例可以包括环境的导热性、环境的热容或环境的热扩散率，其中一个或更多可能随环境的气体成分而变化。在特定示例中，与次级气体传感器相关联的加热器元件的电阻或导电性可以用作初级气体传感器的热特性。初级传感器可以触发第二传感器的启用，例如通过将辅助传感器的加热器元件的温度从待机温度升高到操作温度，在该操作温度下辅助传感器可以检测环境中第一气体成分的浓度。
[0016]电池监测
[0017]对于电池监测，可以监测附近的气体成分，例如电池隔室顶部空间中的气体成分以帮助早期检测电池故障。这有助于通过早期检测潜在的灾难性故障来提高电池的安全性。对潜在灾难性故障的早期检测可以帮助电池管理或其他系统对检测到的事件做出反应，例如开始用校正动作进行响应或向用户通知潜在故障。纠正措施可以包括断开受影响的电池隔室或使其放电，增加冷却以抵消可能导致热失控事件的加热，或限制对电池的需求，其中一项或多项可有助于停止或扭转电池故障或热失控。例如，气体监测系统可用于检测一种或多种挥发性气体，所述挥发性气体可指示电池隔室的顶部空间中的电池即将发生故障。
[0018]图1示出了诸如用于电池监测的气体监测系统的布置的示例。气体监测系统100可以位于电池隔室101内部或附近，例如电池组102、电池模块104或电池单元105附近。例如，气体监测系统100可以位于电池隔室101内，例如位于电池隔室的顶部空间103中。随着电池
经历故障阶段，电池可能产生挥发性气体，其成分取决于并指示电池故障阶段。
[0019]在电解液泄漏的情况下，处于故障早期的电池可能主要产生气体，如碳酸乙烯酯(“EC”)、碳酸二甲酯(“DMC”)、碳酸二乙酯(“DEC”)和碳酸甲基乙酯(“EMC”)。在电解水的情况下，电池可以主要产生诸如H2和O2的气体。电池故障后期的电池，即所谓的“第一次排气”，可能主要产生DEC、DMC、EMC和H2O等气体，以及产生少量的CO、CO2、EC和C4H
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等气体。处于电池故障阶段的电池，燃烧迫在眉睫，即所谓的“热失控”，可能主要产生CO2、CO、C2H4和H2等气体，以及C2H2、C2H6、CH4、DEC、DMC、EMC、H2O、C4H
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和O2等少量气体。已经燃烧的电池可主要产生诸如CO、CO2和HF之类的气体。[参见Essl,Christiane,Lauritz Seifert,Michael Rabe,and Anton Fuchs.“Early Detection of Failing Automotive Batteries Using Gas Sensors”.Batteries 7,no.2(June 2021):25.https://doi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测环境中的气体的气体监测系统，该系统包括：热特性初级气体传感器，被配置为响应于确定指示所述环境的气体成分变化的环境热特性的变化而提供触发输出；和化学浓度次级气体传感器，响应于来自所述热特性初级气体传感器的触发输出而启用，用于检测所述环境中指定的第一气体组分的量。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述化学浓度次级气体传感器通过使所述化学浓度次级气体传感器通电或者将所述化学浓度次级气体传感器的加热器元件加热到所述化学浓度次级气体传感器能够检测所述环境中的所述指定的第一气体组分的量的操作温度中的至少一个来启用。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述化学浓度次级气体传感器是在没有响应于来自所述热特性初级气体传感器的触发输出而被启用的情况下由所述加热器元件断电或在待机温度下操作中的至少一个，其中所述待机温度小于所述操作温度。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述热特性初级气体传感器被配置为检测热特性，所述热特性包括所述环境的热导率、所述环境的热容或所述环境的热扩散率中的至少一个，其中所述热特性随所述环境内的气体成分而变化。5.根据权利要求1所述的系统，进一步包含接口电路，所述接口电路接收来自所述热特性初级气体传感器的触发输出，以及向所述化学浓度次级气体传感器的加热器元件提供响应控制输入，以将所述化学浓度次级气体传感器加热到所述化学浓度次级气体传感器能够检测所述环境中指定的第一气体组分的量的操作温度。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述化学浓度次级气体传感器的加热器元件还被配置为热特性初级气体传感器，其中用于确定所述环境的热特性的变化的加热器元件的电阻或导电率用于提供所述触发输出。7.根据权利要求1所述的系统，包括接口电路，所述接口电路被配置为当所述化学浓度次级气体传感器指示所述指定的第一气体组分的浓度下降到阈值标准以下时禁用所述化学浓度次级气体传感器并重置所述热特性初级气体传感器的触发输出。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述化学浓度次级气体传感器包括金属氧化物(MOx)气体传感器。9.根据权利要求1所述的系统，其中通过监测与所述热特性初级气体传感器或所述化学浓度次级气体传感器中的至少一个相关联的...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：亚德诺半导体国际无限责任公司，
类型：发明
国别省市：