[發明專利]超溫電池保護

在審

• 申請號: 202011151860.7
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112820953A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 邁克爾·A·扎格羅德尼克
• 申請（專利權）人: 勞斯萊斯有限公司
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M50/51;H01M50/502;B64D27/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王瑋

本發明提供了一種溫度致動的保護裝置、包括該保護裝置的電池模塊、包括多個串聯連接的電池模塊的電池組以及保護電池組免受熱失控影響的方法。電池組700、800包括：多個串聯連接的電池模塊700a、700b；800a、800b。該多個串聯連接的電池模塊中的每個電池模塊包括：一個或多個單元430_1?n；與一個或多個單元430_1?n串聯連接的熔斷器431；以及溫度激活的保護裝置432，該溫度激活的保護裝置跨該一個或多個單元430_1?n和熔斷器431并聯連接并且包括被配置為感測電池模塊的溫度的熱響應部件433。每個保護裝置432被配置為響應于由每個保護裝置的熱響應部件433感測到的溫度超過溫度閾值而自動地跨每個保護裝置跨其連接的該一個或多個單元430_1?n產生短路并使每個保護裝置跨其連接的該熔斷器431熔斷，從而將其電池模塊與該電池組的其他電池模塊隔離。

技術領域

本公開涉及一種用于為電池模塊以及為具有多個此類電池模塊的電池組提供超溫保護的裝置。

背景技術

未來航空應用諸如電動飛行器和混合電動飛行器將可能使用由多個串聯連接的電池模塊組成的高壓電池組。這些電池組可用于為用于推進飛行器的一個或多個馬達供電和/或向一個或多個輔助系統提供電力。

出于各種原因，可發生電池單元超過其正常操作范圍的加熱。例如，該模塊中的一個或多個模塊可能出現故障，或者該模塊可能暴露于外部熱源，諸如火、直射陽光或來自氣體渦輪引擎的廢氣。來自一個電池模塊的熱量可擴散到其他電池模塊，這可導致整個電池組的熱失控。加熱還產生電擊的風險，例如，通過對電絕緣以及支撐該單元和匯流條的結構造成損壞。

顯然，希望防范過度單元加熱的后果。為此，電池組可與電池管理系統(BMS)相關聯，該電池管理系統監測電池單元的溫度并且例如控制斷路器以隔離過熱的模塊。然而，BMS通常是一種復雜的基于微處理器的系統，其易受故障或斷電的影響。

發明內容

期望電池具有基于硬件的第二保護層，尤其是對于其中必須保證功能設計的航空應用。

此外，期望此類基于硬件的保護層隔離過熱電池模塊或易受熱失控影響的電池模塊。

根據第一方面，提供了一種防范熱失控的電池組。該電池組包括多個串聯連接的電池模塊，該電池模塊中的每個電池模塊包括：一個或多個單元；電路斷開部件，諸如與該一個或多個單元串聯連接的熔斷器；以及溫度激活的保護裝置，該溫度激活的保護裝置跨該一個或多個單元和該電路斷開部件并聯連接。該溫度激活的保護裝置包括對該電池模塊的溫度敏感的熱響應部件。每個保護裝置被配置為響應于由每個保護裝置的熱響應部件感測到的溫度超過溫度閾值而自動地跨每個保護裝置跨其連接的該一個或多個單元產生短路并激活每個保護裝置跨其連接的該電路斷開部件，從而將其電池模塊與該電池組的其他電池模塊隔離。

在一種布置結構中，該熱響應部件具有第一狀態和第二狀態。該熱響應部件可被配置為響應于溫度超過溫度閾值而自動從第一狀態改變為第二狀態，從而使該保護裝置產生短路并激活電路中斷部件。

在一種布置結構中，每個保護裝置還包括具有正常非導電狀態和導電狀態的半導體開關裝置。該溫度敏感部件可被配置為響應于溫度超過溫度閾值而將該半導體開關裝置從非導電狀態自動切換到導電狀態以跨該一個或多個單元產生短路并激活該電路斷開部件。

在一種布置結構中，該熱響應部件連接至該半導體開關裝置的柵極端子。響應于溫度超過溫度閾值，該熱響應部件可自動將半導體開關裝置從非導電狀態切換至導電狀態。

在一種布置結構中，每個保護裝置還包括跨該一個或多個單元和熔斷器并聯連接的旁通電流路徑，使得如果熔斷器熔斷，則電流可繞過該模塊的該單元和熔斷器。該旁通電流路徑可包括二極管，該二極管被布置成使得電池組可通過該旁通路徑放電，但不能通過該旁通路徑再充電。