專利名稱：鋰離子電池故障緩解的制作方法
技術領域：
鋰離子電池已經連同內燃機(ICE) —起使用。通常，電池組的空氣循環(huán)系統(tǒng)從電池組周圍的包括車輛結構元件但不包括客艙的環(huán)境吸取空氣并把空氣返回到該環(huán)境中。
背景技術：
盡管稀有，但是鋰離子電池單元偶爾會故障。當鋰離子電池單元故障時，從破裂的電池單元會散發(fā)氣態(tài)和液態(tài)電解質以及具有相應煙氣的某些燃燒材料蒸汽/煙霧。所述煙氣是碳酸鹽燃燒的結果，并含有細微的碳質微粒。會排出多種蒸汽/煙霧，例如碳酸二甲酯 (DMC)和其它高汽壓碳酸鹽、碳氫化物(HC，例如χ可為零的CxHy)以及碳氧化物，例如一氧化碳(CO)和二氧化碳(C02)。在現(xiàn)行實踐中，這些氣體被排向電池組周圍的包括車輛結構構件但不包括客艙的大氣環(huán)境中。期望處理在鋰離子電池單元故障事件中形成的蒸汽/煙霧。

發(fā)明內容
本發(fā)明滿足這一需求。本發(fā)明的一方面是緩解電池單元故障的方法。在一個實施例中，所述方法包括提供電池組與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池組與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥；檢測熱事件；響應于所述熱事件啟動風扇、氣泵或兩者都啟動，以強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接；以及在所述內燃機排氣系統(tǒng)中處理所述電池單元廢氣。本發(fā)明的另一方面是電池故障緩解系統(tǒng)。在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括位于電池組與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池組與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥。本發(fā)明提供下列技術方案。技術方案1 一種緩解電池單元故障的方法，包括 提供電池組與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括
位于所述電池組與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥； 檢測熱事件；
強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接；以及在所述內燃機排氣系統(tǒng)中處理所述電池單元廢氣。技術方案2 如技術方案1的方法，其中通過啟動風扇或氣泵或者兩者都啟動來強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接。技術方案3 如技術方案2的方法，其中所述風扇或氣泵或兩者都位于所述管道中。
技術方案4 如技術方案1的方法，其中所述電池組包括空氣入口和空氣出口，所述方法還包括在檢測到所述熱事件時關閉所述空氣出口。技術方案5 如技術方案2的方法，其中所述風扇或氣泵或兩者都連接到所述空氣入口。技術方案6 如技術方案1的方法，其中所述管道的至少一部分由柔性管制成。技術方案7 如技術方案1的方法，其中所述聯(lián)接還包括在所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的隔熱部件。技術方案8 如技術方案6的方法，其中所述隔熱部件從涂覆有熱障陶瓷涂層、絕緣體或兩者都有的柱體中選擇。技術方案9 如技術方案7的方法，其中所述隔熱部件為涂覆有熱障陶瓷涂層的柱體，并且其中空氣被從所述柱體排出。技術方案10 如技術方案1的方法，還包括在發(fā)生所述熱事件之后更換損壞的排氣系統(tǒng)部件。技術方案11 如技術方案1的方法，其中具有由隔熱部件分隔開的一對單向閥。技術方案12 —種電池故障緩解系統(tǒng)，包括
位于電池單元與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括 位于所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥。技術方案13 如技術方案12的系統(tǒng)，還包括風扇或氣泵或者兩者都包括。技術方案14 如技術方案12的系統(tǒng)，其中所述管道的至少一部分由柔性管制成。技術方案15 如技術方案12的系統(tǒng)，還包括在所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的隔熱部件。技術方案16 如技術方案15的系統(tǒng)，其中所述隔熱部件從涂覆有熱障陶瓷涂層、 絕緣體或兩者都有的柱體中選擇。技術方案17 如技術方案16的系統(tǒng)，其中所述隔熱部件為涂覆有熱障陶瓷涂層的柱體，并且其中空氣被從所述柱體排出。技術方案18 如技術方案12的系統(tǒng)，其中具有一對單向閥。技術方案19 如技術方案18的系統(tǒng)，其中所述一對單向閥被隔熱部件分隔開。技術方案20 如技術方案19的系統(tǒng)，其中所述隔熱部件從涂覆有熱障陶瓷涂層、 絕緣體或兩者都有的柱體中選擇。技術方案21 —種電池故障緩解系統(tǒng)，包括
位于電池單元與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括 位于所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，
定位在所述管道中允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥；
所述管道的至少在所述一對單向閥之間的部分涂覆有熱障陶瓷涂層，并且其中空氣被從所述管道在一對單向閥之間的部分中排出；以及風扇、氣泵或兩者都有， 其中所述管道的至少一部分由柔性材料制成。


圖1為本發(fā)明的聯(lián)接的一個實施例的視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及裝置熱故障效應的緩解。其可與在故障期間會產生煙霧和/或煙氣 (通常被排到大氣)的任意獨立裝置一起使用，該裝置連接至ICE排氣系統(tǒng)。所述裝置包括， 但不限于，電池單元(例如鋰離子電池單元)、電子裝置或機械裝置。為簡便起見，本發(fā)明參考電池單元描述。ICE的排氣系統(tǒng)設計成過濾微粒物質，并使部分燃燒的ICE成分充分反應，產生幾乎透明、無聲、無臭的排氣出口煙氣。ICE排氣系統(tǒng)的一個或多個部件(例如，過濾器、消音器和催化轉化器)可用于處理電池單元故障排出的氣體和微粒。供電池組用于處理在單元熱事件期間排出的可能氣體和微粒的排氣布置在下文中稱為替代的排氣布置。始終將電池單元組空氣循環(huán)廢氣供給到ICE排氣系統(tǒng)是不現(xiàn)實的。排氣管中的壓力潛在地允許(或強制)ICE的熱的排出煙氣透入電池單元組，對電池單元的冷卻起反作用。 另外，可具有其它不期望的機械、熱和/或化學效果。例如，因為ICE系統(tǒng)產生比大氣壓力高的廢氣，所以如果較高壓力的氣體進入電池組并且未足夠快速地排出，那么電池組的密封會失效。另外，熱氣體會損壞用來控制電池單元的電子設備。最后，燃燒中形成的反應氣體會與例如空氣中的濕氣反應，從而引起電池單元中的金屬或塑料降解。在本發(fā)明中，熱事件觸發(fā)閥系統(tǒng)的起動，強制電池組廢氣通過ICE的排氣系統(tǒng)。在正常操作期間，電池組與ICE排氣系統(tǒng)(包括閥系統(tǒng))之間的聯(lián)接防止了發(fā)動機廢氣、振動和熱量進入或影響電池單元組。當檢測到或預測有熱事件時，所述聯(lián)接強制電池單元組中的氣體排入ICE排氣系統(tǒng)。熱事件的存在或預測存在可以多種方式來確定。例如，通常不斷地測量系統(tǒng)的溫度、電壓和電流。觸發(fā)器可設定成使得如果這些條件中的一個或多個超過可接受范圍，那么激活替代的排氣布置?？蛇x地(或者在溫度、電壓和/或電流觸發(fā)之外)，該系統(tǒng)可設定成使得腐蝕和/或高壓事件會觸發(fā)替代排氣布置。如果需要，還可使用其它觸發(fā)器，包括，但不限于， 蒸汽傳感器或煙氣檢測器。所述觸發(fā)器可為手動的，例如駕駛員可在故障或事故中按壓的按鈕，或者遠程的，例如通過消防部或如OnSta/的系統(tǒng)激活。期望地，所述觸發(fā)器是自動的。電池組具有空氣入口和空氣出口。當替代排氣布置被觸發(fā)時，空氣入口保持打開， 空氣出口關閉。結果，空氣從周圍環(huán)境被吸入電池組，但不從電池組排入周圍環(huán)境。相反， 電池組廢氣流入ICE排氣系統(tǒng)以便處理。電池組與ICE排氣系統(tǒng)之間存在聯(lián)接。該聯(lián)接包括具有至少一個單向閥的管道。 在管道中可安裝有聯(lián)接到電池單元組的電驅動風扇或氣泵。在另一實施例中，電驅動風扇或氣泵連接至空氣入口。所述管道被機械地隔離并聯(lián)接至ICE排氣系統(tǒng)的延伸，并且所述管道保持與ICE排氣系統(tǒng)熱絕緣。適當?shù)臒嵴习?，但不限于，各種類型的陶瓷涂層和絕緣體。例如，所述管道可使用美國專利No. 7，041，383中描述的陶瓷涂層來隔熱，上述美國專利通過引用包含于本文。陶瓷涂層包括使用NiCrAlY的金屬粘接層涂覆在不銹鋼上的[Nda Jra95C^75Ya Ja93[Nd2O3] Q.Q7，并在從600°C到1100°C展現(xiàn)了在0. 72與1. 06 W/mK之間的導熱性能。

圖1示出了電池組10與ICE排氣系統(tǒng)15之間適當?shù)穆?lián)接。電池組(未示出)的空氣入口和空氣出口定位成遠離所述聯(lián)接。在該實施例中，電池組與ICE排氣系統(tǒng)之間具有管道20。兩個單向閥25、30安裝在柱體35內側各端，柱體35在內部涂覆有例如上述熱障陶瓷。如果需要，熱障陶瓷涂層還可用在閥的金屬閥瓣表面上。該布置應當隔絕通過傳導和對流傳遞的從一般ICE排氣到電池組的大部分熱量。熱輻射傳遞可使用另外適當?shù)姆瓷渫繉觼斫鉀Q。排出閥之間熱障內的空氣會進一步減少通過傳導和對流傳遞的熱量。兩個單向閥的使用有助于將電池組從ICE排氣系統(tǒng)熱隔離。然而，兩個單向閥的使用不是必需的， 可使用其它布置。根據(jù)需要，管道可為一體式零件，或者它可由分離的零件組成。單向閥25 (冷)位于熱障的電池組側。單向閥30 (熱)位于熱障的ICE排氣側。 單向閥25、30防止ICE廢氣進入電池單元組10。所述聯(lián)接與電池單元組10之間的柔性軟管或管道部分40將電池單元組10與ICE 排氣系統(tǒng)15中的振動機械地隔離開?？蛇x地，所有管道20可都由柔性管道制成。通常具有強制空氣從電池組到ICE排氣系統(tǒng)15的風扇或氣泵45。在一個實施例中，風扇或氣泵45位于管道20中。風扇/氣泵可在單向閥的冷側、單向閥的熱側或兩側都有。可選地，風扇或氣泵可連接至空氣入口或空氣出口。風扇或氣泵可連接至通常關閉的另一孔口，但是如果觸發(fā)所述替代排氣布置，則該孔口會變?yōu)榭諝馊肟?。可具有一個或多個風扇或氣泵。在某些情形下，因為電池組中的壓力可足以強制流到ICE排氣系統(tǒng)，所以可不需要風扇/氣泵。當發(fā)生熱事件時，觸發(fā)替代的電池組排氣路徑。風扇或氣泵45開始操作，強制電池組廢氣通過管道20、冷單向閥25、熱障和熱單向閥30，進入ICE排氣系統(tǒng)15，廢氣在這里使用已有的排氣系統(tǒng)部件(包括，但不限于，標準的或者變型的催化轉換器、微粒過濾器和消音器)被過濾和處理。例如，ICE排氣系統(tǒng)可包括與基于鉬族金屬(PGM)的三效催化轉化器串聯(lián)的碳氫化合物(HC)捕集器。HC捕集器可包括沸石和/或金屬有機骨架(M0F)。用于處理內燃機的發(fā)動機排出廢氣供給流的廢氣后處理系統(tǒng)可包括多級催化轉化器，該多級催化轉化器包括轉化器入口、轉化器出口、及基板，該基板具有與轉化器入口連接的第一端和與轉化器出口連接的第二端。所述基板還包括在所述基板的第一和第二端之間的許多流動通道、對應于基板第一端的第一表面位置和對應于基板第二端的第二表面位置。在對應于基板第一端的第一表面位置對所述基板應用第一涂層階段(washcoat stage)。在對應于基板第二端的第二表面位置對所述基板應用第二涂層階段。在ICE廢氣系統(tǒng)中可使用其它布置和部件，如本領域所公知的。ICE排氣系統(tǒng)可連接至發(fā)動機和所述聯(lián)接。例如，在發(fā)動機與ICE排氣系統(tǒng)之間的廢氣流路中可具有分支，可能形如“Y”或“T”。分支的一部分會將發(fā)動機連接到ICE排氣系統(tǒng)，分支的另一部分會將所述聯(lián)接連接到ICE排氣系統(tǒng)。如果當電池單元故障時發(fā)動機在運行，那么電池廢氣會通過催化轉化器處理。如果當發(fā)動機未運行時電池單元故障，那么催化轉化器將是冷的。在這種情形下，HC捕集器會存儲電池單元廢氣。然后，當發(fā)動機運行時(或借助于加溫HC捕集器的某些其它方法)，催化轉化器變暖，吸收的氣體從HC捕集器釋放并通過三效催化劑轉化。HC捕集器和/或在熱故障期間處理從電池組發(fā)出的化學物質的其它排氣部件可設計為單一用途系統(tǒng)。在發(fā)生熱事件和替代排氣路徑被觸發(fā)之后，所述部件可被破壞性地使用繼而被更換。電池組的一部分或全部可能需要因為其故障而更換。另外，依賴于必須處理的雜質的量，HC捕集器、微粒捕集器和催化轉化器可能需要在觸發(fā)替代排氣布置之后被更換。所述聯(lián)接、閥和風扇也可能不得不更換。邏輯上，這在電池熱事件之后，車輛不得不進行專業(yè)地維修是合理的。在經濟上，該策略免除了為適應可能永不會發(fā)生的事件而含有的更重和更高財務成本的過于堅固排氣部件的必要性。盡管已經詳細描述了實施本發(fā)明的優(yōu)選模式，但是 本發(fā)明所屬領域的技術人員會認識到在所附權利要求范圍內實施本發(fā)明的各種替代設計和實施方式。
權利要求
1.一種緩解電池單元故障的方法，包括提供電池組與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池組與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥；檢測熱事件；強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接；以及在所述內燃機排氣系統(tǒng)中處理所述電池單元廢氣。
2.如權利要求1的方法，其中通過啟動風扇或氣泵或者兩者都啟動來強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接。
3.如權利要求2的方法，其中所述風扇或氣泵或兩者都位于所述管道中。
4.如權利要求1的方法，其中所述電池組包括空氣入口和空氣出口，所述方法還包括在檢測到所述熱事件時關閉所述空氣出口。
5.如權利要求2的方法，其中所述風扇或氣泵或兩者都連接到所述空氣入口。
6.如權利要求1的方法，其中所述管道的至少一部分由柔性管制成。
7.如權利要求1的方法，其中所述聯(lián)接還包括在所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的隔熱部件。
8.如權利要求6的方法，其中所述隔熱部件從涂覆有熱障陶瓷涂層、絕緣體或兩者都有的柱體中選擇。
9.一種電池故障緩解系統(tǒng)，包括位于電池單元與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥。
10.一種電池故障緩解系統(tǒng)，包括位于電池單元與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池單元與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，定位在所述管道中允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥；所述管道的至少在所述一對單向閥之間的部分涂覆有熱障陶瓷涂層，并且其中空氣被從所述管道在一對單向閥之間的部分中排出；以及風扇、氣泵或兩者都有，其中所述管道的至少一部分由柔性材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池故障緩解，提供了一種緩解電池單元故障的方法。在一個實施例中，所述方法包括提供電池組與內燃機排氣系統(tǒng)之間的聯(lián)接，所述聯(lián)接包括位于所述電池組與所述內燃機排氣系統(tǒng)之間的管道，所述管道包括定位成允許電池單元廢氣從所述電池單元到所述內燃機排氣系統(tǒng)的至少一個單向閥；檢測熱事件；響應于所述熱事件啟動風扇、氣泵或兩者都啟動，以強制所述電池單元廢氣通過所述聯(lián)接；以及在所述內燃機排氣系統(tǒng)中處理所述電池單元廢氣。還描述了電池故障緩解系統(tǒng)。
文檔編號B60L3/00GK102310783SQ20111018322
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2010年7月2日
發(fā)明者T. 蒂蒙斯 A., H. 金 C. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司