專利名稱：具有平均溫度及熱點(diǎn)回授之熱感測(cè)器裝置的制作方法
具有平均溫度及熱點(diǎn)回授之熱感測(cè)器裝置相關(guān)申請(qǐng)案本申請(qǐng)案主張2010年3月I日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/339，178號(hào)的權(quán)利。以上申請(qǐng)案的全部教示以引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
在多電池鋰離子電池組系統(tǒng)中，必須為了安全性以及性能最佳化兩者而監(jiān)視溫度。各種技術(shù)通常用于多電池電池組溫度監(jiān)視。第一種技術(shù)實(shí)施熱敏電阻裝置以監(jiān)視電池組的每一電池的溫度。第二種方法包含用單一熱敏電阻裝置監(jiān)視一組電池的溫度，藉此降低系統(tǒng)費(fèi)用以及復(fù)雜性。第三種方法包含用一串正溫度系數(shù)(PTC)熱保護(hù)裝置監(jiān)視每一電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例使用多個(gè)PTC裝置以及額外溫度感測(cè)器來在多電池電池組系統(tǒng)中提供安全性以及最佳化特征。系統(tǒng)提供溫度故障檢測(cè)以及可用于電池組系統(tǒng)性能最佳化的信息兩者。單一負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻以及多個(gè)PTC熱保護(hù)裝置可集成到電池組區(qū)塊中，且可進(jìn)一步實(shí)施為與電池組區(qū)塊中的電池組電池中的每一個(gè)熱接觸的單一感測(cè)器封裝。本發(fā)明的實(shí)施例包含一種用于監(jiān)視多電池電池組的系統(tǒng)，此系統(tǒng)包含多個(gè)正溫度系數(shù)(PTC)裝置，每一 PTC裝置經(jīng)配置以檢測(cè)在多電池電池組的多個(gè)電池中的各自電池處的相對(duì)溫度。熱感測(cè)器經(jīng)配置以測(cè)量在多個(gè)電池當(dāng)中的平均溫度。此外，控制電路經(jīng)配置以基于多個(gè)PTC裝置以及熱感測(cè)器的輸出而選擇性地啟用以及停用多個(gè)電池中的電池。熱感測(cè)器可包含負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻。控制電路可經(jīng)配置以獨(dú)立于多個(gè)電池的剩余部分而選擇性地啟用以及停用多個(gè)電池的子集，或可啟用以及停用全部多個(gè)電池。回應(yīng)于在熱感測(cè)器或PTC裝置處檢測(cè)到故障，控制電路可基于仍操作的裝置(PTC裝置或熱感測(cè)器)而啟用或停用電池?？刂齐娐芬部煽刂评鋮s單元(諸如，風(fēng)扇)冷卻多個(gè)電池。在其他實(shí)施例中，熱總線可耦接到熱感測(cè)器，且可并入到印刷電路板(PCB)、電力總線，或支撐多個(gè)電池的外殼中。監(jiān)視電路可經(jīng)配置以基于跨越多個(gè)PTC裝置的所測(cè)量電阻而確定多個(gè)電池中的每一個(gè)的溫度狀態(tài)。PTC裝置可以串聯(lián)電路配置連接，其中多個(gè)PTC裝置各自包含并聯(lián)連接的PTC電阻器以及識(shí)別電阻器，且識(shí)別電阻器在多個(gè)PTC裝置中的每一個(gè)當(dāng)中具有獨(dú)特電阻器值。


前述內(nèi)容將從本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例的以下更特定描述顯而易見，如隨附圖式中所說明，其中相似參考字符遍及不同視圖指代相同部分。圖式未必按比例繪制，重點(diǎn)替代地放在說明本發(fā)明的實(shí)施例上。、
圖I為可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的電池組系統(tǒng)的框圖。圖2A-E為本發(fā)明的各種實(shí)施例中的電池組區(qū)塊的框圖。圖3為用于監(jiān)視以及控制多電池電池組的方法的流程圖。圖4A為用于一個(gè)NTC熱敏電阻的監(jiān)視器的示意圖。圖4B為用于多個(gè)NTC熱敏電阻的監(jiān)視器的示意圖。圖5A為用于一個(gè)PTC裝置的監(jiān)視器的示意圖。圖5B為用于多個(gè)PTC裝置的監(jiān)視器的示意圖。
圖6A為實(shí)施熱傳導(dǎo)路徑的電池組區(qū)塊的示意圖。圖6B為在另一實(shí)施例中實(shí)施熱傳導(dǎo)路徑的電池組區(qū)塊的示意圖。圖7A為在一個(gè)實(shí)施例中安裝于熱感測(cè)器印刷電路板上的熱指示器的電阻以及溫度數(shù)據(jù)的曲線。圖7B為安裝于熱印刷電路中的熱敏電阻的負(fù)熱系數(shù)(NTC)電阻對(duì)溫度的曲線。圖7C為安裝于熱印刷電路板中的正熱系數(shù)(PTC)溫度對(duì)電阻的曲線。
具體實(shí)施例方式需要避免大多數(shù)電池組電池在60°C以上的操作。在60°C以上的溫度下的操作將嚴(yán)重地限制電池組電池的循環(huán)壽命。另外，鋰離子(Li離子)電池組電池可在高溫(通常>75°C)下進(jìn)入熱逸散情況。熱逸散可在多電池電池組系統(tǒng)中引入安全危害；因此，確保電池組系統(tǒng)中的所有電池在75°C以下操作為重要的。盡管熱敏電阻裝置將提供主要溫度故障檢測(cè)的構(gòu)件，但也具有次要溫度故障檢測(cè)的故障保險(xiǎn)構(gòu)件以便避免熱逸散也是重要的。三種技術(shù)通常用于多電池電池組溫度監(jiān)視。第一種技術(shù)實(shí)施數(shù)個(gè)熱敏電阻裝置以監(jiān)視每一電池的溫度。此方法針對(duì)提供最高級(jí)別的安全性以及性能最佳化為最有效的。然而，實(shí)施此技術(shù)關(guān)于組件的數(shù)量以及系統(tǒng)復(fù)雜性為昂貴的。第二種方法包含用單一熱敏電阻裝置監(jiān)視一組電池的溫度，藉此降低系統(tǒng)費(fèi)用以及復(fù)雜性。用單一裝置監(jiān)視一組電池的溫度引入掩飾不安全情況的風(fēng)險(xiǎn)，在此不安全情況中，電池中的一個(gè)變得顯著熱于其它。第三種方法包含用一串正溫度系數(shù)(PTC)熱保護(hù)裝置監(jiān)視每一電池。此PTC監(jiān)視的實(shí)例描述于美國(guó)專利第6，356，424號(hào)中。此技術(shù)為費(fèi)用低的且提供足夠的安全保護(hù)。然而，PTC監(jiān)視自身歸因于其非線性的電阻對(duì)溫度特性以及滯后效應(yīng)而不能供應(yīng)性能最佳化。本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例使用多個(gè)PTC裝置以及額外溫度感測(cè)器來在多電池電池組系統(tǒng)中提供安全性以及最佳化特征。系統(tǒng)提供溫度故障檢測(cè)以及可用于電池組系統(tǒng)性能最佳化的信息兩者。單一負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻以及多個(gè)PTC熱保護(hù)裝置可集成到電池組區(qū)塊中，且可進(jìn)一步實(shí)施為與電池組區(qū)塊中的電池組電池中的每一個(gè)熱接觸的單一感測(cè)器封裝。圖I為可實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的電池組系統(tǒng)150的框圖。電池組系統(tǒng)包含電池組控制電子設(shè)備160以及一或多個(gè)電池組區(qū)塊100、170、175，電池組控制電子設(shè)備控制電池組區(qū)塊100、170、175中的每一個(gè)通過電力總線120進(jìn)行的充電以及放電，以及監(jiān)視并控制每一電池組區(qū)塊100、170、175內(nèi)的電池(例如，電池組電池101a-n)。電池組區(qū)塊100可包含多個(gè)電池組電池101a-n、將電池連接到電力總線120的接觸器110、多個(gè)PTC裝置104a-n、至少一個(gè)NTC感測(cè)器106 (例如，熱敏電阻)，以及熱總線107 (例如，并入于印刷電路板(PCB)中的銅區(qū)域)。PTC裝置104a-n可各自經(jīng)配置以檢測(cè)在各自電池組電池101a-n處的相對(duì)溫度，而NTC熱敏電阻可通過熱總線107測(cè)量電池組電池101a-n中的一些或全部的平均溫度，熱總線107熱耦接到電池組電池101a_n中的一些或全部。電池組區(qū)塊100可按如下文參看圖2A-E所述的數(shù)個(gè)不同結(jié)構(gòu)以及操作模式來配置。電池組區(qū)塊170、175可按類似方式配置。電池組控制電子設(shè)備160包含數(shù)字控制處理器180，數(shù)字控制處理器180從電池組區(qū)塊100、170、175中的每一個(gè)接收溫度回授信息。PTC多路復(fù)用器186以及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)電路185從每一電池組區(qū)塊100、170、175接收PTC數(shù)據(jù)，且將PTC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)遞到數(shù)字控制處理器180。下文參看圖5B以及6B描述實(shí)例PTC多路復(fù)用器以及ADC電路。NTC多路復(fù)用器187以及ADC電路188從每一電池組區(qū)塊100、170、175接收NTC數(shù)據(jù)，且將NTC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)遞到數(shù)字控制處理器180。下文參看圖4A-B描述實(shí)例NTC多路復(fù)用器187以及ADC電路。在其他實(shí)施例中，數(shù)字控制處理器180可接收額外信息作為輸入，諸如對(duì)電池組區(qū)塊100、170、175的電流需求的當(dāng)前測(cè)量值，且組合此信息與PTC以及NTC溫度回授以提 供電池組區(qū)塊100、170、175的熱模型。此模型可由數(shù)字控制處理器180處的溫度控制邏輯用于控制電池組區(qū)塊100、170、175的溫度，諸如通過停用一或多個(gè)電池組電池101a-n、停用整個(gè)電池組區(qū)塊100，或通過啟用或調(diào)整冷卻風(fēng)扇190。在其他實(shí)施例中，電池組控制電子設(shè)備的一或多個(gè)組件(例如，數(shù)字控制處理器180以及信號(hào)模塊185-188)可并入到電池組區(qū)塊100、170、175中的一或多個(gè)中。電池組系統(tǒng)150可按下文特定參看圖3所述的方式操作。圖2A-E說明呈多個(gè)不同配置的電池組區(qū)塊100，其中每一個(gè)可實(shí)施于上文參看圖I所述的系統(tǒng)中。如圖2A中所示，電池組區(qū)塊100包含多電池電池組的多個(gè)電池組電池101a-n、102a-n。電池組電池101a_n、102a_n中的每一個(gè)熱耦接到各自正溫度系數(shù)(PTC)裝置104a-n、105a-n。每一PTC裝置104a_n、105a_n可物理上耦接到各自電池組電池101a_n、102a-n，或可位于電池組電池101a-n、102a-n附近，以便檢測(cè)電池組電池101a_n、102a_n的溫度。印刷電路板(PCB) 103配置為支撐件，多個(gè)電池組電池101a-n、102a_n，PTC裝置104a-n、105a-n或兩者可安裝到此支撐件。此外，諸如負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻106的溫度感測(cè)器也可安裝到PCB板。PCB板103可為薄且柔性的，使得其可支撐多種物理多電池電池組配置。在一些實(shí)施例中，PCB板103可包含熱傳遞總線，諸如銅層，如下文所述。熱傳遞總線可熱耦接到NTC熱敏電阻106以及多個(gè)電池組電池101a-n、102a-n，以便傳導(dǎo)電池組電池101a-n、102a-n的平均溫度以供NTC熱敏電阻106測(cè)量。在替代實(shí)施例中，PTC裝置104a-n、105a-n以及NTC熱敏電阻106可由用于檢測(cè)相對(duì)溫度或測(cè)量溫度的任何其它合適的組件或裝置替換。圖2B說明在另一實(shí)施例中的電池組區(qū)塊100的部分。此處，PCB板103在兩組電池組電池101a-n、102a-n之間撓曲。通過在存在偏移的情況下將組件放置于PCB的兩面上，PTC裝置104a-n、105a-n可在窄的間隙(例如，小于Imm)中適配于兩行電池組電池之間。每一 PTC裝置104a-n、105a_n可伴隨有各自電池ID電阻器107a_n、108a_n，此各自電池ID電阻器107a-n、108a-n的操作在下文中進(jìn)行描述。
圖2C說明包括數(shù)個(gè)電池組區(qū)塊100a-n的電池組模塊200。電池組區(qū)塊100a_n通過各自柔性PCB 103a-n連接到共同底板PCB 201。底板201可進(jìn)一步將電池組區(qū)塊100a_n中的每一個(gè)連接到系統(tǒng)電子設(shè)備以用于控制電池組區(qū)塊100a-n。圖2D以及2E說明呈另外配置的電池組區(qū)塊100以說明對(duì)熱效應(yīng)的回應(yīng)。下文參看圖6A以及6B進(jìn)一步詳細(xì)地描述圖2D以及2E中的電池組區(qū)塊100的操作。圖3為用于監(jiān)視以及控制電池組區(qū)塊(諸如，在上文所述的實(shí)施例中的電池組區(qū)塊100)的多電池電池組的過程的流程圖。此過程可由電池組控制器(諸如，上文參看圖I所述的電池組控制電子設(shè)備160 )來完成。在起動(dòng)301之后，比較NTC溫度與閾值75°C (310 )。如果NTC溫度超過此閾值，且PTC溫度中的任一個(gè)超過75°C(330)，那么系統(tǒng)歸因于熱逸散情況而關(guān)機(jī)(335)。如果無PTC溫度超過75°C，那么發(fā)出NTC故障情況警告(340)，且監(jiān)視繼續(xù)。NTC故障情況警告可使電池組控制器采取額外操作，諸如調(diào)整電池組電池中的一或多個(gè)的電力輸出、停用電池組電池中的一或多個(gè)，或控制諸如風(fēng)扇的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。如果NTC溫度超過60°C (而非75°C) (315)，且PTC溫度中的任一個(gè)超過60°C (340)，那么發(fā)出超溫警告(345)。電池組控制器可接著限制或停用各自電池組電池，或者起始或調(diào)整電池組冷卻器以防止電池組區(qū)塊中的過熱。如果無PTC裝置超過此閾值，那么發(fā)出NTC故障情況警告(350)，且監(jiān)視繼續(xù)。如果NTC溫度不超過60°C但PTC溫度中的任一個(gè)超過75°C (320)或60°C (325)，那么發(fā)出各自的NTC故障情況警告(360、370)。此情況可導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)機(jī)(335)或超溫警告(345 )。NTC故障情況警告可進(jìn)一步使電池組控制器采取額外操作，諸如調(diào)整各自電池組電池的電力輸出、停用電池組電池，或控制諸如風(fēng)扇的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。在替代實(shí)施例中，圖3的過程可經(jīng)配置以基于不同的溫度閾值控制電池組區(qū)塊，或可執(zhí)行不同或額外的控制操作，諸如基于各自PTC信息停用單一電池組電池或一組電池組電池，或控制電池組冷卻系統(tǒng)。額外溫度信息(諸如，多個(gè)NTC以及PTC閾值)可用于控制電池組區(qū)塊。圖4A為可并入于上文參看圖I所述的電池組系統(tǒng)中的用于NTC熱敏電阻301的監(jiān)視器的示意圖。NTC熱敏電阻301的輸出被接收作為對(duì)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)電路的輸入，此模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)電路將NTC熱敏電阻301的依賴于溫度的電阻轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度讀數(shù)。此溫度讀數(shù)可接著并入到電池組系統(tǒng)電子設(shè)備固件算法中，以最佳化充電狀態(tài)(S0C)、健康狀態(tài)(SOH)以及壽命狀態(tài)(SOL)估計(jì)以及提供溫度故障檢測(cè)性能。類似的ADC裝置也可用于電池組系統(tǒng)中以測(cè)量電池電壓，藉此有助于此最佳化以及監(jiān)視。圖4B為用于多個(gè)NTC熱敏電阻的監(jiān)視器的示意圖。此監(jiān)視器可與上文以及圖4A中所述的監(jiān)視器相當(dāng)，但進(jìn)一步包含用于接收多個(gè)NTC熱敏電阻301a-n的輸出且將輸出轉(zhuǎn)遞到ADC電路的多路復(fù)用器。此方法可適用于需要具有相關(guān)聯(lián)的溫度感測(cè)器的多個(gè)電池組區(qū)塊的大電池組系統(tǒng)，且可通過使用單一監(jiān)視器模塊降低費(fèi)用以及系統(tǒng)復(fù)雜性。圖5A為可并入于上文參看圖I所述的電池組系統(tǒng)中的用于熱感測(cè)器裝置(例如，包括串聯(lián)連接的若干PTC感測(cè)器PTC1-PTCN的PTC裝置)的監(jiān)視器的示意圖。PTC裝置的輸出被接收作為對(duì)數(shù)字處理器電路的輸入，此數(shù)字處理器電路處理此輸入以檢測(cè)在PTC感測(cè)器中的一或多處的溫度情況(例如，高溫故障)。此溫度讀數(shù)可接著并入到電池組系統(tǒng)電子設(shè)備固件算法中，以最佳化充電狀態(tài)(S0C)、健康狀態(tài)(SOH)以及壽命狀態(tài)(SOL)估計(jì)以及提供溫度故障檢測(cè)性能。電池組系統(tǒng)可并有NTC熱敏電阻監(jiān)視器(圖4A)以及PTC監(jiān)視器兩者，以提供電池組電池的平均溫度以及針對(duì)電池組電池中的每一個(gè)的溫度故障檢測(cè)兩者。圖5B為用于多個(gè)PTC裝置的監(jiān)視器的示意圖。此監(jiān)視器可與上文以及圖5A中所述的監(jiān)視器相當(dāng)，但進(jìn)一步包含用于接收多個(gè)PTC裝置的輸出(數(shù)字輸入1-n)且將輸出轉(zhuǎn)遞到數(shù)字處理器電路的多路復(fù)用器。此方法可適用于需要具有相關(guān)聯(lián)的溫度感測(cè)器的多個(gè)電池組區(qū)塊的大電池組系統(tǒng)，且可通過使用單一監(jiān)視器模塊降低費(fèi)用以及系統(tǒng)復(fù)雜性。圖6A為實(shí)施熱傳導(dǎo)路徑或熱總線的電池組區(qū)塊(諸如，上文所述的電池組區(qū)塊100)的示意圖。PCB板提供支撐件，電池組電池(電池I、電池2、……、電池n)以及各自PTC裝置(PTC1、PTC2、……、PTCn)可安裝到此支撐件。每一 PTC裝置可物理上耦接到各自電池組電池或定位為緊密接近各自電池組電池，以便獨(dú)立于其他電池組電池而檢測(cè)電池組電池的溫度。可作為在PCB板處或PCB板內(nèi)的層并入的銅區(qū)域提供將電池組電池連接到NTC熱敏電阻的熱傳遞總線，藉此使NTC熱敏電阻能夠獲得電池組電池的平均溫度的準(zhǔn)確 讀數(shù)。在正常情況下，此串PTC裝置的串聯(lián)阻抗為預(yù)定值(例如，小于IOOkQ )。PTC裝置可經(jīng)調(diào)適以使得如果所監(jiān)視的電池中的一或多個(gè)達(dá)到大于閾溫度的溫度(例如，65°C)，那么串聯(lián)阻抗將上升高于IOMQ。接收PTC裝置的串聯(lián)阻抗的電池組系統(tǒng)可接著確定溫度故障已發(fā)生于電池組電池中的一或多處，且可采用適當(dāng)?shù)陌踩胧﹣碜骰貞?yīng)，諸如停用電池組電池中的一或多個(gè)，或使用冷卻系統(tǒng)。NTC熱敏電阻以及PTC裝置進(jìn)一步提供關(guān)于彼此的故障保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，從而在裝置中的一個(gè)失效的情況下啟用溫度故障檢測(cè)以及最佳化。圖6B為在另一實(shí)施例中實(shí)施熱傳導(dǎo)路徑的電池組區(qū)塊的示意圖。在一些電池組系統(tǒng)中，確切地確定哪一電池高于溫度閾值為有益的。為了獲得此信息，可通過添加與每一PTC感測(cè)器(PTC1、……、PTCn)并聯(lián)的具有不同值的ID電阻器(R1、……、Rn)而修改PTC裝置，使得故障阻抗針對(duì)所監(jiān)視的每一電池將為獨(dú)特的。PTC裝置的串聯(lián)阻抗可接著通過連接到ADC電路而確定，且所測(cè)量阻抗值可指示已超過溫度閾值的特定電池。說明識(shí)別特定電池組電池的其他實(shí)施例展示于圖2D以及2E中。在圖2D中，電池組電池101a-n中的每一個(gè)與獨(dú)特固定的獨(dú)立于溫度的ID電阻器并聯(lián)稱接,每一各自PTC裝置有一個(gè)獨(dú)特固定的獨(dú)立于溫度的ID電阻器。在溫度閾值(例如，25°C)下，ID電阻應(yīng)選擇為PTC電阻的至少10倍。與相關(guān)聯(lián)的PTC裝置并聯(lián)組合的每一 ID電阻器形成動(dòng)態(tài)電阻，此動(dòng)態(tài)電阻具有范圍為小于Rid/10 (電阻由PTC裝置支配的情況下的低溫)到值Rid (電阻由ID電阻支配的情況下的高溫)的依賴于溫度的值Rti，其中Rid針對(duì)每一 ID電阻器為獨(dú)特的。電池組電池IOla以及IOln在溫度閾值(例如，25°C)下操作，且因此其ID電阻器具有相對(duì)小的值Rti〈Rid/10。電池組電池IOlb在高溫(60°C)下操作，且因此其與PTC裝置并聯(lián)的ID電阻器具有值Rti=Rid。結(jié)果，接收PTC裝置的輸出的監(jiān)視器可測(cè)量與ID電阻并聯(lián)的PTC裝置的串聯(lián)梯形電路的阻抗，以確定電池組IOlb高于溫度閾值。另外，通過測(cè)量串聯(lián)梯形電路的阻抗且假設(shè)僅一個(gè)高溫電池組電池，整個(gè)串聯(lián)梯形的電阻將大致對(duì)應(yīng)于在高溫下的電池的ID電阻。電池組系統(tǒng)可接著通過停用所識(shí)別的電池組電池IOlb或?qū)⑵渌踩胧┨峁┙o電池組區(qū)塊來回應(yīng)。再次轉(zhuǎn)到圖2E，電池組區(qū)塊100以類似于圖2D中所示的電池組區(qū)塊的方式配置，不同之處在于散熱片墊以及熱通路110a-n用以在電池101a-n中的每一個(gè)與PCB 103之間提供熱耦接。由于沿著PCB 103處的銅熱傳遞總線109的較大導(dǎo)熱性，電池組電池以較大的效率將熱傳遞到NTC熱敏電阻。結(jié)果，NTC裝置測(cè)量更能表示電池組電池101a-n的溫度的平均溫度,且可檢測(cè)一個(gè)電池組電池(例如，電池組電池IOln)高于溫度閾值的情況。NTC溫度信號(hào)可接著通過如圖4A中所示的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)連接到電池組系統(tǒng)電子設(shè)備。也可通過監(jiān)視兩種模擬信號(hào)且與電池組系統(tǒng)的熱模型比較來達(dá)成預(yù)測(cè)性熱診斷算法?；诖藘蓚€(gè)信號(hào)的改變速率，此算法可預(yù)測(cè)熱故障的開始且在達(dá)到故障情況之前降低負(fù)載電流。另外，電池包電流需求以及熱模型可結(jié)合熱敏電阻溫度輸入信號(hào)使用，以用前饋控制回路實(shí)施有效的熱管理系統(tǒng)。圖7A為在一個(gè)實(shí)施例中安裝于熱感測(cè)器印刷電路板上的熱指示器(PTC裝置)的電阻以及溫度數(shù)據(jù)的曲線。從此曲線可見，在大多數(shù)板溫度下，PTC裝置的電阻保持恒定的低值?；貞?yīng)于高于臨限值(例如，65°C)的溫度，電阻值實(shí)質(zhì)上以非線性方式增大。PTC裝置可經(jīng)配置以回應(yīng)于不同溫度，藉此適于用于電池組電池的一范圍的溫度閾值。 圖7B為安裝于熱印刷電路中的熱敏電阻的負(fù)熱系數(shù)(NTC)電阻對(duì)溫度的曲線。從此曲線可見，NTC熱敏電阻可提供與給定溫度相關(guān)的一致電阻，藉此提供準(zhǔn)確的溫度測(cè)量。圖7C為安裝于熱印刷電路板中的正熱系數(shù)(PTC)溫度對(duì)電阻的曲線。如在圖7A的曲線中，可見，在到閾值為止的大多數(shù)溫度下，PTC裝置的電阻保持最小值。在此閾值以及高于此閾值，PTC裝置電阻實(shí)質(zhì)上增大。隨著裝置再次冷卻，大的滯后效應(yīng)可出現(xiàn)。當(dāng)在無額外信息的情況下使用某些PTC裝置時(shí)，高程度的非線性以及滯后效應(yīng)可使準(zhǔn)確的溫度測(cè)量具有挑戰(zhàn)性。盡管已參考本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例特定地展示且描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不脫離由附加權(quán)利要求書所涵蓋的本發(fā)明的范疇的情況下，可在本發(fā)明中進(jìn)行形式以及細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)視多電池電池組的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 多個(gè)正溫度系數(shù)PTC裝置，每一 PTC裝置經(jīng)配置以檢測(cè)在多電池電池組的多個(gè)電池中的各自電池處的相對(duì)溫度； 熱感測(cè)器，其經(jīng)配置以測(cè)量在所述多個(gè)電池當(dāng)中的平均溫度；以及控制電路，其經(jīng)配置以基于所述多個(gè)PTC裝置以及所述熱感測(cè)器的輸出而選擇性地啟用以及停用所述多個(gè)電池中的電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述熱感測(cè)器包含負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以獨(dú)立于所述多個(gè)電池的剩余部分而選擇性地啟用以及停用所述多個(gè)電池的子集。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)配置以選擇性地啟用以及停用所述多個(gè)電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以獨(dú)立于所述熱感測(cè)器的所述輸出基于所述多個(gè)PTC裝置的所述輸出而選擇性地啟用以及停用所述多個(gè)電池的電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以檢測(cè)所述熱感測(cè)器處的故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以獨(dú)立于所述多個(gè)PTC裝置的所述輸出基于所述熱感測(cè)器的所述輸出而選擇性地啟用以及停用所述多個(gè)電池的電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以檢測(cè)所述PTC裝置處的故障。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述控制電路經(jīng)進(jìn)一步配置以基于所述多個(gè)PTC裝置以及所述熱感測(cè)器的輸出而選擇性地啟用冷卻單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述冷卻單元包含對(duì)準(zhǔn)所述多個(gè)電池中的至少一個(gè)的風(fēng)扇。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括耦接到所述熱感測(cè)器的熱總線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述熱總線并入到印刷電路板PCB中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述熱總線并入到連接所述多個(gè)電池的電力總線中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其中所述熱總線并入到支撐所述多個(gè)電池的外殼中。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其進(jìn)一步包含監(jiān)視電路，所述監(jiān)視電路經(jīng)配置以基于跨越所述多個(gè)PTC裝置的所測(cè)量電阻而確定所述多個(gè)電池中的每一個(gè)的溫度狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)PTC裝置是以串聯(lián)電路配置連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)PTC裝置各自包含并聯(lián)連接的PTC電阻器以及識(shí)別電阻器，所述識(shí)別電阻器在所述多個(gè)PTC裝置中的每一個(gè)當(dāng)中具有獨(dú)特值。
全文摘要
一種電池組系統(tǒng)使用多個(gè)PTC裝置以及額外溫度感測(cè)器來在多電池電池組系統(tǒng)中提供安全性以及最佳化特征。此系統(tǒng)提供溫度故障檢測(cè)以及可用于電池組系統(tǒng)性能最佳化的信息兩者。單一負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻以及多個(gè)PTC熱保護(hù)裝置集成到電池組區(qū)塊中，且可實(shí)施為與電池組區(qū)塊中的電池組電池中的每一個(gè)熱接觸的單一感測(cè)器封裝。
文檔編號(hào)H01M10/48GK102792513SQ201180011487
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者查德·索莎, 柯堤斯·馬丁 申請(qǐng)人:波士頓電力公司