用於蓄電池模塊的過充電保護組件的製作方法
2023-05-23 14:23:01
背景技術：
本公開整體涉及蓄電池和蓄電池模塊領域。更具體地，本公開涉及蓄電池單元的特徵，這些特徵可在過充電事件期間保護蓄電池模塊避免熱耗散。
該部分旨在向閱讀者介紹可能與本公開的各個方面有關的本領域的各個方面，這些方面在下文進行描述。該討論被認為有助於向閱讀者提供背景信息以有利於對本公開的各個方面的更好理解。因此，應當理解，這些陳述以該角度來閱讀，並且不視為現有領域的承認。
使用一個或多個蓄電池系統以用於對車輛提供全部或部分動力的車輛可稱為xev，其中術語「xev」在本文中定義為包括所有的將電力用作其車輛動力的全部或一部分的下述車輛,或其任何變型或組合。例如，xev包括將電力用作全部動力的電動車輛(ev)。如本領域的技術人員將理解，也視為xev的混合動力車輛(hev)將內燃機推進系統和蓄電池供能電動推進系統(諸如48伏(v)或130v系統)相組合。術語hev可包括混合動力車輛的任何變型。例如，全混合動力系統(fhev)可利用一個或多個電動機，僅利用內燃機或利用兩者將動力和其它電力提供至車輛。相比之下，當車輛怠速和利用蓄電池系統來對空氣調節單元、收音機或其它電子裝置持續供能以及需要推進時重新啟動引擎時，輕度混合動力系統(mhev)停用內燃機。輕度混合動力系統還可應用一定程度的動力輔助，例如在加速期間，以作為對內燃機的補充。輕度混合動力通常為96v至130v，並且通過皮帶或曲柄集成起動器發電機回收制動能量。另外，微混合動力車輛(mhev)也使用類似於輕度混合動力的「啟-停」系統，但是mhev的微混合動力系統可向內燃機供應或可以不供應動力輔助並且以低於60v的電壓操作。出於當前討論的目的，應當指出的是，mhev通常技術上不將直接提供至曲軸或傳動裝置的電力用作車輛的的動力的任何部分，但是mhev仍可視為xev，因為它在車輛通過停用內燃機而怠速和通過集成起動器發電機回收制動能量時的確使用電力來作為對車輛動力需求的補充。此外，插電式電動車輛(pev)為可從外部電源(諸如壁式插座)進行充電的任何車輛，並且儲存於可充電電池組中的能量驅動或有助於驅動車輪。pev為包括全電動或蓄電池電動車輛(bev)、插電式混合動力車輛(phev)、以及混合動力車輛和傳統內燃機車輛的改裝型電動車輛的ev的子類。
上文所描述的xev相比於僅使用內燃機和傳統電氣系統的較傳統的氣體供能車輛可提供多個優點，該傳統電氣系統通常為由鉛酸蓄電池供能的12v系統。例如，相比於傳統內燃機車輛，xev可產生更少的不期望的排放產物並且可表現出更大的燃料效率，並且在一些情況下，此類xev可完全消除汽油的使用，如同某些類型的ev或pev那樣。
隨著技術持續發展，存在對此類車輛提供改善的動力源(特別是蓄電池模塊)的需求。例如，蓄電池模塊可經受過充電測試來確定蓄電池模塊和它的單個蓄電池單元的邊界值和/或限值。另外，在某些情況下，例如，由於改變環境條件或其它操作條件，蓄電池單元可受過充電影響。過充電測試和過充電可導致由蓄電池單元的過熱所引起的熱耗散(例如，內部短路)。熱耗散可使得蓄電池單元和相關蓄電池模塊永久不可操作。因此，期望得到可防止或阻止熱耗散的裝置。
技術實現要素：
本文所公開的某些實施例的概述在下文解釋。應當理解，呈現這些方面僅用於向閱讀者提供這些特定實施例的簡要概述並且這些方面不旨在限制本公開的範圍。實際上，本公開可涵蓋下文可能未陳述的各個方面。
本公開涉及一種鋰離子蓄電池模塊，該鋰離子蓄電池模塊具有外殼和設置於該外殼中的多個鋰離子蓄電池單元。該多個鋰離子蓄電池單元的每個包括具有第一極性的第一端子、具有與第一極性相反的第二極性的第二端子、過充電保護組件和殼體，該殼體電聯接至第一端子使得殼體具有第一極性，其中殼體具有導電材料。鋰離子蓄電池模塊包括電聯接至殼體的過充電保護組件的排氣件和電聯接至第二端子的過充電保護組件的導電部件，並且排氣件被配置成，當殼體中的壓力達到閾值時，接觸導電部件以引起短路並將氣體從殼體放出至外殼中。
本公開還涉及一種蓄電池模塊，該蓄電池模塊包括設置於外殼中的多個蓄電池單元。多個蓄電池單元的每個具有包括導電材料的殼體、電聯接至殼體的第一端子、第二端子、排氣件、電聯接至第二端子的導電彈簧，和設置於導電彈簧和殼體之間的絕緣部件。排氣件被配置成，當殼體中的壓力超過閾值時，將氣體從殼體放出至外殼中，並且從導電彈簧和殼體之間推壓絕緣部件，以使得導電彈簧電接觸殼體。
本公開還涉及一種鋰離子蓄電池單元，該鋰離子蓄電池單元包括具有第一極性的第一端子、具有與第一極性相反的第二極性的第二端子、殼體和過充電保護組件，該殼體聯接至第一端子並且具有導電材料以使得殼體具有第一極性，該過充電保護組件具有排氣件、第一導電部件、中間導電部件和絕緣部件。第一導電部件電聯接至第二端子，中間導電部件電聯接至殼體，絕緣部件定位於第一導電部件和殼體之間以使得在第一導電部件和殼體之間形成間隙，並且排氣件被配置成，當殼體中的壓力達到閾值時，從殼體放出氣體和推壓中間導電部件跨越間隙並接觸第一導電部件從而使得短路發生。
附圖說明
本公開的各個方面在閱讀下述具體實施方式時和在參考附圖時可更好地理解，其中：
圖1為具有根據這些實施例被配置成對車輛的各種部件提供動力的蓄電池系統的車輛的立體圖；
圖2為圖1的車輛和蓄電池系統的實施例的剖面示意圖；
圖3為根據本公開的一個方面的包括過充電保護組件的鋰離子蓄電池單元的主視圖；
圖4為根據本公開的一個方面的圖3的蓄電池單元的一部分的展開剖面圖，該展開剖面圖示出了其中過充電保護組件的排氣盤處於第一位置的配置；
圖5為根據本公開的一個方面的圖4的剖面圖，該剖面圖示出了其中過充電保護組件的排氣盤處於第二位置的配置；
圖6示出了根據本公開的一個方面的圖4和圖5的排氣盤的立體圖；
圖7示出了根據本公開的一個方面的圖4至圖6的排氣盤的剖面主視圖；
圖8為根據本公開的一個方面的當排氣盤的凹面倒置時處於第二位置的圖4至圖7的排氣盤的主視圖；
圖9為根據本公開的一個方面的處於第二位置的圖4至圖8的排氣盤的主視圖，並且示出了其中凹面配置成保持大體剛性的方式的實例；
圖10為根據本公開的一個方面的包括多個開口的過充電保護組件的導電部件的實施例的剖面立體圖；
圖11為根據本公開的一個方面的當圖4至圖9的排氣盤處於第二位置並且導電部件被移除時圖3的蓄電池單元的俯視立體圖；
圖12為根據本公開的一個方面的其中導電部件附接至蓄電池單元的負端子的圖11的蓄電池單元的立體圖；
圖13為根據本公開的一個方面的過充電保護組件的另一實施例的剖面圖，該過充電保護組件包括中間導電部件並且排氣盤處於第一位置；
圖14為根據本公開的一個方面的當排氣盤處於第二位置時圖13的過充電保護組件的剖面側視圖；
圖15為根據本公開的一個方面的過充電保護組件的另一實施例的立體圖，該過充電保護組件包括處於第一位置的排氣翼片；
圖16為根據本公開的一個方面的其中排氣翼片處於第二位置的圖15的過充電保護組件的立體圖；和
圖17為根據本公開的一個方面的來自在利用過充電保護組件的蓄電池單元上執行的過充電測試的結果的圖形表示。
具體實施方式
下文將描述一個或多個具體實施例。為提供這些實施例的簡潔描述，該說明書未描述實際實施方式的全部特徵。應當理解，在任何此類實際實施方式的開發中，如在任何工程或設計項目中，必須做出許多特定於實施方式的決定以實現開發者的特定目標，諸如符合系統相關和業務相關的約束條件，這些約束條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，應當理解，此類開發工作可為複雜的並且耗時的，然而對於受益於本公開的普通技術人員而言將為設計、製作和製造的例行任務。
本文所描述的蓄電池系統可用於向各種類型的電動車輛(xev)和其它高壓能量儲存/消耗應用(例如，電網電力儲存系統)提供電力。此類蓄電池系統可包括一個或多個蓄電池模塊，每個蓄電池模塊具有多個蓄電池單元(例如，鋰離子(li離子)電化學電池)，該多個蓄電池單元被布置成提供可用於對例如xev的一個或多個部件供能的特定電壓和/或電流。作為另一個實例，根據這些實施例的蓄電池模塊可與固定式電力系統(例如，非機動系統)合併或將電力提供至該固定式電力系統。
在蓄電池模塊的設計和製造過程期間，各種測試可在蓄電池模塊和它的單個蓄電池單元上執行以確定最佳性能參數。例如，過充電測試可利用其電壓超出單個蓄電池單元的電壓的電源將過量的電流提供至蓄電池模塊的單個蓄電池單元。過充電測試可提供相關於溫度、熱輸出和/或過充電蓄電池單元的電壓的數據，該數據可使設計者或製造者能夠修改蓄電池單元的各個部件以增強性能(例如，使過充電蓄電池單元的損壞最小化)。因此，此類測試可為期望的以用於提供可使製造者能夠優化蓄電池模塊的信息。除過充電測試之外，蓄電池單元可由於環境條件或異常的操作參數而過充電。
在某些情況下，蓄電池單元的過充電可導致熱耗散(例如，內部短路)或引起蓄電池單元永久損壞的另一事件。例如，為蓄電池單元充電可由於陽極中陽離子的嵌入生成樹狀突起。當蓄電池單元進行過充電時(例如，過充電測試或在異常的操作條件下)，由於在蓄電池單元的隔板上樹狀突起的過量堆積(例如，樹狀突起可穿透隔板，從而使正極和負極能夠混合),可產生熱耗散。熱耗散可為不期望的，因為其生成過量熱，該過量熱可引起蓄電池單元的永久損壞和/或使得蓄電池單元永久不可操作。
各種特徵可包括於蓄電池單元中，當蓄電池單元過充電時，這些特徵防止或阻止熱耗散。一些蓄電池單元可包括當蓄電池單元中的壓力達到某一水平時完全斷開(例如，中斷電流的流動)至蓄電池單元的至少一個端子的電連接的機構。因此，此類機構中斷至蓄電池單元的至少一個端子的電流流動，這可最終導致蓄電池單元的電流容量降低。然而，現已認識到，可期望的是，在過充電期間保持至蓄電池單元的一個或兩個端子的電連接同時防止熱耗散。根據本公開的一些方面，當蓄電池單元中的壓力超出閾值水平時，通過經由例如蓄電池單元的殼體使蓄電池單元的正端子和負端子電聯接可觸發外部短路。因此，可防止熱耗散並且蓄電池單元端子的電流容量不減小，因為從外部負載至端子的電通路(例如，連接)保持完整。
本公開的某些實施例涉及一種用於具有蓄電池單元的蓄電池模塊的過充電保護組件，該蓄電池單元具有極化罐(例如，殼體)。如本文所用的「極化罐」可定義為一種蓄電池單元殼體，該蓄電池單元殼體電聯接至正端子或負端子(例如，正端子或負端子接觸蓄電池單元殼體)。相反，本公開的其它實施例涉及一種用於具有中性罐的蓄電池單元的過充電保護組件。如本文所用的「中性罐」可定義為一種蓄電池單元殼體，該蓄電池單元殼體不電聯接至單個蓄電池單元的正端子或負端子。
為便於說明，圖1為車輛10的實施例的立體圖，車輛10可利用再生制動系統。雖然下述討論被呈現相關於具有再生制動系統的車輛，但是本文所描述的技術可適於以蓄電池捕獲/儲存電能的其它車輛，該其它車輛可包括電動供能車輛和氣體供能車輛。
如上文所討論，將期望的是，蓄電池系統12很大程度上兼容傳統車輛設計。因此，蓄電池系統12可放置於車輛10中的已容納傳統蓄電池系統的位置。例如，如所示，車輛10可包括蓄電池系統12，蓄電池系統12類似於典型內燃機車輛的鉛酸蓄電池進行定位(例如，在車輛10的引擎蓋之下)。此外，如下文將更詳細地描述，蓄電池系統12可定位成便於管理蓄電池系統12的溫度。例如，在一些實施例中，將蓄電池系統12定位於車輛10的引擎蓋之下可使空氣導管能夠將空氣流引導於蓄電池系統12之上並且冷卻蓄電池系統12。
蓄電池系統12的更詳細視圖示出於圖2中。如所示，蓄電池系統12包括儲能器部件13，儲能器部件13聯接至點火系統14、交流發電機15、車輛控制臺16，並且任選地聯接至電動機17。一般來講，儲能器部件13可捕獲/儲存車輛10中所生成的電能，並且輸出電能以對車輛10中的電氣裝置供能。
換句話講，蓄電池系統12可將電力供應至車輛電氣系統的部件，這些部件可包括散熱器冷卻風扇、氣溫控制系統、電動助力轉向系統、主動懸架系統、自動泊車系統、電動油泵、電動增壓器/渦輪增壓器、電動水泵、加熱擋風玻璃/除霜器、車窗升降電機、閱讀燈、胎壓監測系統、天窗電機控制器、電動座椅、警示系統、信息娛樂系統、導航特徵、車道偏離報警系統、電動駐車制動器、外部燈，或其任何組合。示例性地，在所示實施例中，儲能器部件13將電力供應至車輛控制臺16和點火系統14，點火系統14可用於起動(例如，曲柄聯動)內燃機18。
另外，儲能器部件13可捕獲由交流發電機15和/或電動機17所生成的電能。在一些實施例中，交流發電機15在內燃機18運行時可生成電能。更具體地，交流發電機15可將內燃機18的旋轉所產生的機械能轉換成電能。另外或可替代地，當車輛10包括電動機17時，電動機17可通過將車輛10的移動(例如，車輪的旋轉)所產生的機械能轉換成電能而生成電能。因此，在一些實施例中，儲能器部件13可捕獲由交流發電機15和/或電動機17在再生制動期間所生成的電能。因此，交流發電機15和/或電動機17在本文中一般稱為再生制動系統。
為便於捕獲和供應電能，儲能器部件13可經由總線19電聯接至車輛的電力系統。例如，總線19可使儲能器部件13能夠接收由交流發電機15和/或電動機17所生成的電能。另外，總線19可使儲能器部件13能夠將電能輸出至點火系統14和/或車輛控制臺16。因此，當使用12伏蓄電池系統12時，總線19可承載通常在8伏至18伏之間的電力。
另外，如所示，儲能器部件13可包括多個蓄電池模塊。例如，在所示實施例中，儲能器部件13包括鋰離子(例如，第一)蓄電池模塊20和鉛酸(例如，第二)蓄電池模塊22，其每個包括一個或多個蓄電池單元。在其它實施例中，儲能器部件13可包括任何數量的蓄電池模塊。另外，雖然鋰離子蓄電池模塊20和鉛酸蓄電池模塊22被示出為彼此鄰近，但是它們可定位於車輛周圍的不同區域。例如，鉛酸蓄電池模塊22可位於車輛10的內部或其附近，而鋰離子蓄電池模塊20可位於車輛10的引擎蓋之下。
在一些實施例中，儲能器部件13可包括多個蓄電池模塊以利用多種不同蓄電池化學性質。例如，當使用鋰離子蓄電池模塊20時，蓄電池系統12的性能可改善，因為鋰離子蓄電池化學性質相比於鉛酸蓄電池化學性質一般具有更高的庫侖效率和/或更高的充電接受率(例如，更高的最大充電電流或充電電壓)。因此，蓄電池系統12的捕獲、儲存和/或分布效率可改善。
為便於控制電能的捕獲和儲存，蓄電池系統12可額外包括控制模塊24。更具體地，控制模塊24可控制蓄電池系統12中的部件的操作，諸如儲能器部件13、交流發電機15和/或電動機17內的繼電器(例如，開關)。例如，控制模塊24可調控由每個蓄電池模塊20或22所捕獲/供應的電能的量(例如，以對蓄電池系統12降低定額和重新定額)，執行蓄電池模塊20和22之間的負載平衡，確定每個蓄電池模塊20或22的充電狀態，確定每個蓄電池模塊20或22的溫度，控制由交流發電機15和/或電動機17所輸出的電壓，等等。
因此，控制模塊24可包括一個或多個處理器26和一個或多個存儲器部件28。更具體地，一個或多個處理器26可包括一個或多個專用集成電路(asic)、一個或多個現場可編程門陣列(fpga)、一個或多個通用處理器，或其任何組合。另外，一個或多個存儲器部件28可包括易失性存儲器，諸如隨機存取存儲器(ram)，和/或非易失性存儲器，諸如只讀存儲器(rom)、光碟機、硬碟驅動器或固態驅動器。在一些實施例中，控制模塊24可包括部分的車輛控制單元(vcu)和/或獨立蓄電池控制模塊。
如上文所討論，在蓄電池模塊可用於對xev供應電力之前，各種測試可在蓄電池模塊和它的單個蓄電池單元上進行以優化蓄電池模塊的操作參數。一種此類測試可為過充電測試，該過充電測試在蓄電池單元發生損壞之前確定蓄電池單元可接收的電流量，或蓄電池單元可接收電流的時長。然而，在某些情況下，過充電測試可導致熱耗散(例如，蓄電池單元內的內部短路)，該熱耗散由於過充電所生成的過量熱可引起蓄電池單元的永久損壞。現已認識到，可期望的是，通過在熱耗散發生之前觸發外部短路(例如，使蓄電池單元的正端子和負端子電聯接)來防止熱耗散(例如，內部短路)。在某些實施例中，外部短路可通過構建蓄電池單元的絕緣端子和蓄電池單元殼體(例如，罐)之間的電連接來觸發，以使得絕緣端子經由殼體電聯接至非絕緣端子(例如，直接接觸殼體的端子)。
圖3為包括過充電保護組件51的稜柱鋰離子蓄電池單元50的圖示。蓄電池單元50可用於對xev10供應電力的鋰離子蓄電池模塊20中。應當指出的是，雖然當前討論聚焦於鋰離子蓄電池單元中的過充電保護組件，但是過充電保護組件的實施例可用於可受過充電影響的任何合適的蓄電池單元中。
如圖3的所示實施例中所示出的，蓄電池單元50包括正(例如，第一)端子52和負(例如，第二)端子54。正端子52具有第一極性(例如，正極性)並且負端子54具有第二極性(例如，負極性)，其中第二極性(例如，負極性)與正端子52的第一極性(例如，正極性)相反。另外，蓄電池單元50包括殼體56。殼體56可容納各種化學品和使蓄電池單元50能夠對負載(例如，xev)供應電力的其它部件。在某些實施例中，殼體56可包括導電材料。當殼體包括導電材料時，蓄電池單元殼體可進行或不進行極化(例如，當極化時，殼體56電聯接至正端子52或負端子54，從而具有第一或第二極性)。在圖3的所示實施例中，殼體56被正極化：正端子52電聯接至殼體56並且殼體56具有第一極性(例如，正極性)。例如，正端子52延伸通過殼體56，以使得正端子52接觸殼體56並且構建與殼體56的電連接。此外，負端子54與殼體56電絕緣。例如，在某些實施例中，絕緣襯墊58設置於負端子54周圍以防止負端子54和殼體56之間的接觸。
儘管下述討論聚焦於被正極化的蓄電池殼體，但是應當理解，在其它實施例中，殼體56可被負極化。將殼體負極化可包括將負端子54電聯接(例如，經由觸點)至殼體56和將絕緣襯墊58設置於正端子52之上。在又一些實施例中，殼體56可為中性的(例如，未極化的)以使得正端子52和負端子54均未電聯接至殼體56，並且絕緣襯墊58設置於正端子52和負端子54兩者之上。
在其中殼體56被極化(例如，被正極化或負極化)的蓄電池單元50的實施例中，蓄電池單元可包括過充電保護組件51。過充電保護組件51可包括導電部件60，導電部件60設置於與殼體56絕緣的端子之上(例如，極性相反的端子52、54)。換句話講，當殼體56被正極化時，導電部件60可設置於負端子54之上，並且當殼體56被負極化時，導電部件60可設置於正端子52之上。
如圖3的所示實施例中所示出的，導電部件60可為z字形，以使得導電部件包括凹陷部62。凹陷部62可使導電部件60能夠電聯接置於不同平面上的兩個部件。在圖3的所示實施例中，凹陷部62形成於導電部件60的聯接部64(例如，聯接至負端子54的導電部件60的部分)和導電部件60的凸緣部66之間。因此，聯接部64可定位於第一平面上，並且凸緣部66可定位於第二平面(例如，平行於第一平面)上。應當指出的是，在其它實施例中，導電部件60可包括任何合適的形狀，該合適的形狀將導電部件60聯接至負端子54並且還將導電部件60定位成遠離殼體56合適的距離。
導電部件60的凸緣部66可與殼體56電絕緣以防止在蓄電池單元的正常操作期間(例如，當殼體56中的壓力低於閾值時)發生短路。在某些實施例中，導電部件60的凸緣部66可包括被配置成接觸殼體56的形狀(例如，z字形)，但絕緣部件68可設置於殼體56和凸緣部66之間以阻止殼體56(例如，當殼體56包括導電材料時)和導電部件60之間電連接的形成。在其它實施例中，導電部件60可包括被配置為形成凸緣部66和殼體56之間的間隙70的形狀(例如，導電部件60的形狀防止接觸殼體56)。在此類實施例中，可不包括絕緣部件68，因為間隙70可足以防止凸緣部66和殼體56之間的接觸。然而，應當認識到，在某些實施例中，當導電部件60形成間隙70時，可包括絕緣部件68。因此，絕緣部件68可被配置成裝配於間隙70內，並且還防止凸緣部66和殼體56之間的接觸。
當單個蓄電池單元50的正端子52和負端子54彼此電接觸時，短路可發生。短路可為相同蓄電池單元50的正端子52和負端子54之間的低電阻連接。低電阻可導致端子52,54之間的高電流流動，該高電流流動可引起蓄電池單元50放電(例如，至殼體56和/或定位成鄰近殼體56的導電部件的電流的流動)。在蓄電池單元50的過充電的情況下，正端子52和負端子54之間的外部短路可為期望的，以避免內部短路(例如，熱耗散)，該內部短路可永久地損壞蓄電池單元50。例如，由外部短路引起的放電可防止附加電流被蓄電池單元50的內部部件吸收，並且因此，避免熱耗散。因此，在過充電期間，可期望的是，負端子54(例如，被正極化的殼體的負端子)在熱耗散發生之前接觸殼體56並且生成外部短路(例如，正端子52和負端子54之間的外部電連接)。
圖4和圖5示出了過充電保護組件51的實施例，過充電保護組件51在蓄電池單元50的過充電期間可觸發外部短路並且防止熱耗散。根據當前實施例，外部短路可經由殼體56和絕緣負端子54(例如，對於被正極化的罐)之間的接觸來觸發。然而，正端子和/或負端子52,54和外部負載(例如，另一蓄電池)之間的電連接不中斷(例如，通過斷開端子和外部負載之間的連接)。
圖4示出了包括過充電保護組件51的蓄電池單元50的實施例的剖面圖。在某些實施例中，過充電保護組件51可包括排氣盤80。排氣盤80可凹陷於蓄電池單元50的殼體56中。在其它實施例中，殼體56可包括蓋81(例如，封蓋)，並且排氣盤80可定位於殼體56的蓋81內。另外，在某些實施例中，當蓄電池單元50內的壓力達到閾值時，排氣盤80可被配置成在方向82上移動(例如，通過倒置、塌縮或撕裂)。例如，為在蓄電池單元50中產生電力，一種或多種化學反應可發生。在一些情況下，此類反應形成作為副產物的氣體，並且因此，殼體56內的壓力隨著產生更多氣體而增大。當蓄電池過充電時，殼體56內的溫度可增大至可引起熱耗散的程度，這繼而還可增大殼體56中的壓力。在某些實施例中，當壓力達到閾值時，排氣盤80可使氣體能夠從殼體56逸出(例如，流出)並進入蓄電池模塊20的外殼中。例如，當殼體56中的壓力低於閾值時，排氣盤80可處於如圖4所示的第一位置。相反，當殼體56中的壓力等於或高於閾值時，排氣盤80可轉移(例如，倒置、塌縮、撕裂)至第二位置(例如，如圖5所示)。在某些實施例中，第一位置至第二位置的轉移可為永久性的(例如，當殼體56中的壓力返回至低於閾值的值時，排氣盤80可不返回至第一位置)。在其它實施例中，排氣盤80可被配置成當殼體56中的壓力返回至低於閾值的值時返回至第一位置。
如圖4的所示實施例中所示，開口84形成於絕緣部件68和殼體56兩者中，從而當排氣盤80轉移至第二位置(例如，圖5中的位置)時，使排氣盤80能夠向外移動(例如，遠離氣體源和/或蓄電池單元50的內部部件)並且接觸導電部件60。在某些實施例中，排氣盤80的至少一部分被配置成在到達第二位置時接觸導電部件60以構建負端子54和殼體56之間的電連接，從而形成短路(例如，當蓄電池單元包括被負極化的罐時)。如圖4的所示實施例可見，當排氣盤80處於第一位置時，排氣盤80可設置於絕緣部件68和殼體56的開口84內。
在某些實施例中，排氣盤80包括外環86，外環86可在開口84的邊緣周圍聯接(例如，電聯接)至殼體56。因此，外環86可包括大於開口84的直徑的直徑，以使得排氣盤80覆蓋開口84。當排氣盤80處於第一位置和第二位置兩者時，將外環86聯接至殼體56使排氣盤80能夠保持聯接至殼體56。在某些實施例中，外環86可物理地聯接(例如，雷射焊接或超聲焊接)至殼體56以形成排氣盤80和殼體56之間的電連接。在其它實施例中，外環86利用將排氣盤80固定至殼體56的任何合適的技術可電聯接(和物理地聯接)至殼體56。
當處於第一位置時，排氣盤80可包括凹面88，由此排氣盤80延伸通過開口84至殼體56(或蓋81)中。排氣盤80還可包括凸部89(例如，相對於蓄電池單元50的內部凸出)。凸部89可具有頂部部分90，當排氣盤80處於第一位置時，頂部部分90與殼體56(例如，殼體56的蓋81)的底部表面91大體齊平。在其它實施例中，當排氣盤80處於第一位置時，凸部89可處於任何合適的位置。然而，當排氣盤80處於第一位置時(例如，當殼體中的壓力低於閾值時)，凸部89並且因而排氣盤80不接觸導電部件60。
凹面88和凸部89可經由內環92彼此連接。在某些實施例中，內環92可包括小於凹面88和凸部89的組合厚度的厚度。內環92的更小厚度可允許內環92的第一部分撕裂，以使得凸部89的一部分可與凹面88分開並形成開口以用於捕集的氣體從殼體56逸出。然而，殼體56和凸部89之間的電通路可經由內環92的第二部分來保持，該第二部分保持凹面88和凸部89之間的接觸。例如，內環92可包括大體等於凸部89的圓周的圓周。然而，內環92的圓周的第一部分可被精壓(例如，穿孔)，以使得其以低於內環92的第二部分的壓力破裂(例如，斷開)，該第二部分可不精壓(例如，穿孔)。換句話講，位於內環92上的精壓件可限定內環92的第一部分和第二部分之間的邊界。對內環92的第一部分進行精壓可使凸部89的一部分能夠從凹面88撕裂並接觸導電部件60，而內環92的第二部分保持凸部89和殼體56之間的接觸(例如，電連接)(例如，經由外環86)。因此，電連接可構建於導電部件60和殼體56之間。內環92的精壓件參考圖6在下文更詳細地描述。在其它實施例中，內環92可為與凹面88和凸部89相同的厚度。
當排氣盤80處於第一位置時，排氣盤80可覆蓋開口84，以使得無氣體可從殼體56逸出。氣體則可積聚於殼體內並且致使殼體56內的壓力增大。隨著壓力堆積於殼體56中，排氣盤80可在方向82上移動(例如，通過鼓起或破裂)。在某些實施例中，排氣盤80由於凹面88的倒置(例如，凹面88在方向82上從低於外環86的位置移動至高於外環86的位置)可在方向82上移動。一旦倒置，則排氣盤80可到達第二位置，如圖5所示。在某些實施例中，當凹面88由於殼體56內堆積的壓力而倒置時，內環92的一部分可由於倒置所產生的張力而斷開(例如，破裂或撕裂)。例如，內環92可形成凹面88和凸部89之間的弱連接，以使得較小的力可斷開內環92的第一部分(例如，由於內環92或精壓件的更小厚度)。另外，隨著凹面88倒置，內環92可由於凸部89和凹面88同時在方向82上移動而被壓縮並且隨後接著被拉伸。這種移動可進一步弱化內環92，以使得內環92的第一部分更易於斷開。因此，斷開內環92的第一部分可形成間隙94，氣體96通過間隙94可從殼體56逸出。
現已認識到，可期望形成間隙94，以使得氣體96和因而壓力可從蓄電池單元殼體56釋放。例如，當殼體56中的壓力達到某一水平時，蓄電池單元50可引發永久損壞。在某些實施例中，排氣盤80的閾值水平可為預定壓力值，該預定壓力值小於可引起蓄電池單元50的永久損壞和/或熱耗散的壓力。本公開的實施例的排氣盤80可用於引起外部短路以防止熱耗散以及釋放殼體56內的不期望的壓力堆積。
在其它實施例中，凹面88可不被配置成倒置，而是保持大體剛性。例如，內環92的第一部分可由於壓力堆積和對排氣盤的凸部89施加力而斷開。因此，一旦殼體56中的壓力達到閾值，則壓力在凸部89上施加力，該力致使凸部89遠離凹面88斷開。內環92可具有使凸部89能夠在閾值壓力下遠離凹面88斷開的厚度。大體剛性的凹面88參考圖9在下文更詳細地討論。
當排氣盤80由於殼體56內的壓力堆積在方向82上移動時，遠離凹面88斷開的凸部89可被配置成接觸導電部件60。凸部89和導電部件60之間的接觸可產生負端子54和殼體56之間的電連接。因此，短路可由構建的電連接引起，在某些實施例中，該構建的電連接可導致蓄電池單元50的放電(例如，至殼體56和/或鄰近殼體56的另一導電部件的電流的流動)。因此，在某些情形下(例如，當進行過充電測試時)，當殼體56中的壓力達到閾值壓力時，排氣盤80可觸發外部短路，以使得熱耗散可得以防止。
圖6示出了根據本公開的一些方面的排氣盤80的立體圖。如圖6的所示實施例中所示出的，排氣盤80包括連接環100，連接環100將外環86聯接至凹面88。根據某些實施例，連接環100的一部分還可被配置成當殼體56中的壓力達到閾值並且排氣盤80從第一位置轉移至第二位置時斷開，以使得凹面88與外環86分開。
如圖6的所示實施例中所示出的，內環92包括精壓件101(例如，穿孔)，精壓件101可將內環92的第一部分102(例如，包括精壓件101的部分)與內環92的第二部分103(例如，不包括精壓件101的部分)分開。因此，當殼體56中的壓力達到閾值時，內環92的第一部分102可撕裂，以使得凸部89不再接觸凹面88。然而，內環92的第二部分103可保持凸部89和凹面88之間的接觸。因此，當第一部分102撕裂時，凸部89的部段可接觸導電部件60，從而構建導電部件60和殼體56之間和因此正端子52和負端子54之間的電連接。
在某些實施例中，排氣盤80的每個部件可包括相同材料。例如，排氣盤80的部件可為柔性金屬(例如，鋁)，該柔性金屬被配置成當將期望的力施加至排氣盤80(例如，至凸部89)時塌縮、斷開或撕裂。另外，凸部89和外環86可包括導電金屬(例如，鋁)，然而，連接環100、凹面88和/或內環92可包括另一種合適的材料。例如，在其中凹面88被配置成保持大體剛性的實施例中，凹面88可包括硬塑料、金屬，或被配置成承受閾值壓力的任何其它剛性材料。另外，內環92和/或連接環100可包括較弱材料，該較弱材料被配置成在低於其它材料的壓力(例如，閾值壓力)下斷開(例如，破裂或撕裂)。在此類實施例中，當連接環100、凹面88和/或內環92包括非導電部件時，導電引線可被配置成將外環86電聯接至凸部89。例如，導電引線可為設置於連接環100、凹面88和/或內環92之上的導電金屬帶。因此，當凸部89接觸導電部件60時(參見圖5)，電連接構建於殼體56和負端子54之間。
圖7示出了排氣盤80的橫截面。圖7的所示實施例示出了凸部89，凸部89包括與內環92和外環86之間的高度112大體相同的高度110。在其它實施例中，凸部89可包括任何合適的高度，以使得當凸部89遠離凹面88斷開時，凸部89的至少一部分以足以造成短路的量接觸導電部件60。另外，圖7的所示實施例示出了包括中空凸面114的凸部89。因此，隨著氣體堆積於殼體56內，所導致的壓力可在表面114上施加力。在某些實施例中，凸部89可包括被選擇成增大表面114的表面積的彎曲角度。增大或最大化表面積由於殼體56中的壓力可使表面114能夠經歷更大的整體力。表面114可具有允許排氣盤在閾值壓力值下從第一位置轉移至第二位置的任何合適的表面積。
圖8示出了當凹面88被配置成倒置(例如，凹面88為非剛性的，並且不能承受閾值壓力)時處於第二位置的排氣盤80的側視圖。如所示實施例中所示出的，由於內環92的一部分的破裂，間隙94形成於凹面88和凸部89之間。儘管形成間隙94，但是凸部89保持電聯接至外環86，並繼而電聯接至殼體56。因此，當凸部89接觸導電部件60時，電通路可形成於殼體56和負端子54之間，並且因而形成於負端子54和正端子52之間(例如，正端子電聯接至殼體56，從而致使殼體56被正極化)。
儘管圖8的所示實施例示出了在特定點破裂的內環92，但是內環92可取決於內環92的精壓件和/或其它特徵在沿著內環92的圓周的任何點斷開。然而，內環92的至少一部分保持完整(例如，將凹面88聯接至凸部89)。另外，應當指出的是，在其它實施例中，連接環100可破裂，從而致使凹面88的一部分與外環86分開。在此類實施例中，間隙94可形成於凹面88和外環86之間和/或凹面88和凸部89之間(例如，連接環100和內環92的任一者或兩者可撕裂)。鑑於前述內容，應當理解，凸部89被配置成當殼體56中的壓力達到閾值時接觸導電部件60，並且當排氣盤80處於第二位置(例如，凸部89接觸導電部件60)時，電連接保持存在於凸部89和外環86之間。
圖9示出了當凹面88被配置成保持大體剛性(例如，在閾值壓力下不塌縮)時處於第二位置的排氣盤80的側視圖。在圖9的所示實施例中，內環92被配置成當殼體56中的壓力達到閾值時破裂。然而，凹面88承受壓力，從而致使凸部89與凹面88分開並在凸部89和凹面88之間形成間隙94。因此，氣體96可經由間隙94流出殼體56，從而緩解蓄電池單元50內的壓力堆積。
在某些實施例中，導電部件60可形成氣體96流出間隙94的障礙物，這可為不期望的，因為該障礙物可減慢氣體96離開蓄電池單元50的流動。圖10示出了包括多個開口116的導電部件60的實施例。開口116可允許氣體96流經排氣盤80的間隙94並以最小障礙流入蓄電池模塊20的外殼中。另外，開口116可減少傳遞至導電部件60的熱量。減少傳遞至導電部件60的熱量可減輕由於導電部件60和氣體96(例如，蓄電池單元流出物)之間的接觸對導電部件60和/或負端子54的損壞。
另外，開口116允許氣體96流入蓄電池模塊20的外殼中，同時仍為排氣盤80的凸部89提供足夠的表面積以接觸導電部件60並在負端子54和殼體56之間構建電連接。因此，開口116可為充分的尺寸以允許氣體96穿過導電部件60，但不大到消除排氣盤80的凸部89的接觸區域。雖然圖10的所示實施例將開口116示出為圓形孔，但是在其它實施例中，開口116可為方形、橢圓形、矩形或任何其它合適的形狀。
圖11示出了當導電部件60移除時處於第二位置的排氣盤80的立體圖。如圖11所示，蓄電池單元殼體56因為正端子52直接聯接至殼體56而被正極化。在其它實施例中，蓄電池單元殼體56可被負極化，以使得負端子54直接聯接至殼體56並且正端子52經由絕緣襯墊58與殼體56絕緣。另外，圖11示出了設置於殼體56的表面118之上的絕緣部件68。如上文所描述，當蓄電池單元50在正常條件下(例如，當尚未部署排氣盤80時，在低於閾值壓力值下)操作時，絕緣部件68可阻止導電部件60接觸殼體56。
另外，正端子52和負端子54的每個具有開口120。在某些實施例中，開口120可包括被配置成接納螺釘或螺栓的螺紋122。開口120可允許將蓄電池單元50聯接至其它蓄電池單元。另外，開口可允許其它部件(例如，導電部件60)聯接至端子52,54中的一者。
圖12示出了其中導電部件60附接至負端子54的圖11的蓄電池單元50的立體圖。在圖12的所示實施例中，導電部件60經由螺釘124聯接至負端子54。因此，在某些實施例中，導電部件60可包括開口，該開口允許螺釘124或螺栓穿過導電部件60並進入負端子54的開口120中。因此，螺釘124可經由負端子54的開口120內的螺紋122將導電部件60固定至負端子54。在其它實施例中，導電部件60可經由另一種類型的緊固件、焊接或將導電部件60固定並電聯接至負端子54的另一種合適的技術被聯接至負端子54。在此類實施例中，蓄電池單元50可不包括螺釘124並且導電部件60可不包括用於接納螺釘124的開口。
另外，圖12的所示實施例示出了z字形的導電部件60。導電部件60可包括凹陷部62，凹陷部62使導電部件60能夠聯接位於不同平面中的兩個部件。例如，當排氣盤80轉移至第二位置時，導電部件60被聯接至負端子54並且定位成距排氣盤80足夠的距離以確保接觸。
在一些情況下，排氣盤80可能太短而不能接觸導電部件60和在導電部件60或殼體56之間構建電連接。當排氣盤80自身不能充分接觸導電部件60和避免關於可損壞當前實施例的部件的遭遇外部短路的電解質蒸汽的問題時，可利用中間導電部件。例如，中間導電部件可阻止氣體接觸外部短路，因為排氣盤80中的間隙94和外部短路的接觸區域在中間導電部件的相對側上。圖13和圖14示出了包括排氣盤80、導電部件60以及中間導電部件130的蓄電池單元50的實施例。在圖13的所示實施例中，殼體56被正極化(例如，正端子52直接或間接物理地和電力地聯接至殼體56)。然而，應當指出的是，殼體56還可被負極化(例如，負端子54可直接或間接物理地和電力地聯接至殼體56，並且正端子可與殼體56電絕緣)。當殼體56被負極化時，導電部件60將設置於正端子52之上而非負端子54之上。
另外，圖13的實施例示出了中間導電部件130，中間導電部件130設置於排氣盤80和導電部件60之間和開口84之上。在某些實施例中，中間導電部件130可為盤形並且完全覆蓋開口84。在其它實施例中，中間導電部件130可為矩形形狀，該矩形形狀覆蓋一部分或全部的開口84。在又一些實施例中，中間導電部件130可為當排氣盤80從第一位置移動至第二位置時而非在其之前接觸導電部件60的任何合適的形狀。換句話講，當排氣盤80處於第一位置時，中間導電部件130可不接觸導電部件60；但當排氣盤80處於第二位置時(例如，當排氣盤80轉移至第二位置時)，中間導電部件130可被推壓接觸導電部件60。另外，中間導電部件130可設置於絕緣部件68的凹槽132內。在其它實施例中，中間導電部件130可根本不接觸絕緣部件68。中間導電部件130可包括小於絕緣部件68的厚度的厚度，以使得中間導電部件130被排氣盤80帶動而與導電部件60接觸(例如，中間導電部件130不與導電部件60恆定地接觸)。
在某些實施例中，中間導電部件130可為當與導電部件60接觸時可構建電連接的任何柔性金屬(例如，鋁、鍍鎳銅、鋼或另一種金屬)。在其它實施例中，中間導電部件130可包括鋁。
在某些實施例中，中間導電部件130可直接設置於殼體56上，並且中間導電部件130的第一邊緣134可電聯接至殼體56(例如，經由雷射焊接、另一種焊接，或將中間導電部件130電聯接至殼體56的任何其它合適的技術)。中間導電部件130的第二邊緣136可保持不固定至殼體56，以使得當排氣盤80在方向82上移動時，中間導電部件130的第二邊緣136可在方向82上移動。在其它實施例中，中間導電部件130可設置於任何其它合適的位置，只要其被配置成當排氣盤80處於第二位置時充分與導電部件60接觸。
圖14示出了當排氣盤80處於第二位置時具有中間導電部件130的蓄電池單元50的剖面側視圖。如圖14的所示實施例中所示出的，當排氣盤80轉移至第二位置時，排氣盤80不僅形成允許氣體96從殼體56逸出的間隙94，而且排氣盤80接觸並在方向82上推壓中間導電部件130。中間導電部件130可接觸導電部件60以在殼體56和負端子54之間構建電通路。例如，電流可從負端子54流動至導電部件60、至中間導電部件130、至排氣盤80的凸部89、至排氣盤80的外環86，和至殼體56。因此，電連接構建於正端子52和負端子54之間，從而當殼體56中的壓力達到閾值時形成外部短路。外部短路可經由殼體56和絕緣負端子54之間的電連接來觸發。然而，正端子和/或負端子52,54和外部負載(例如，另一蓄電池)之間的電連接不中斷(例如，通過斷開端子和外部負載之間的連接)。
在一些情況下，蓄電池單元50可不包括排氣盤80。相反，在某些實施例中，蓄電池單元50可包括如圖15和圖16所示的排氣翼片150。因此，上文相對於圖3至圖14所討論的過充電保護組件51的實施例可不適於當殼體中的壓力達到閾值時形成外部短路。因此，當蓄電池單元50包括排氣翼片150而非排氣盤80時，可利用過充電保護組件51的另一種配置。
圖15為具有排氣翼片150的蓄電池單元50的立體圖。如圖15的所示實施例中所示，蓄電池單元50還包括過充電保護組件51，過充電保護組件51包括導電彈簧152和第二絕緣部件154。雖然圖15的蓄電池單元殼體56被正極化，但是本實施例還可用於被負極化的蓄電池單元殼體。導電彈簧152可聯接至極性相反的端子(例如，被正極化的殼體的負端子54或被負極化的殼體的正端子52)。如圖15的所示實施例中所示出的，導電彈簧152聯接至負端子54。在某些實施例中，導電彈簧152可經由緊固件(例如，螺釘或螺栓)聯接至負端子54。在其它實施例中，導電彈簧152可焊接(例如，雷射焊接)至負端子54。在又一些實施例中，導電彈簧152可利用用於在負端子54和導電彈簧152之間構建電連接的任何其它合適的裝置而被固定至負端子54。
另外，導電彈簧152可包括導電金屬(例如，鋁或銅)，該導電金屬成形為將導電彈簧152偏置朝向殼體56。例如，當導電彈簧152聯接至負端子54時，導電彈簧152的凹部156可接觸殼體56。這種接觸可足以在負端子54和殼體56之間並且因此在負端子54和正端子52之間構建電連接。
為避免在蓄電池單元50的正常操作期間(例如，當殼體56中的壓力低於閾值時)構建此類電連接，第二絕緣部件154可設置於導電彈簧152的凹部156和殼體56之間。第二絕緣部件154可包括被配置成防止電流流經第二絕緣部件154的任何材料(例如，塑料、陶瓷，或另一種非導電材料)。因此，在蓄電池單元50的正常操作期間，第二絕緣部件154可阻止電連接形成於負端子54(例如，經由導電彈簧152)和殼體56之間。
圖16示出了當殼體56中的壓力達到閾值時包括排氣翼片150的蓄電池單元50的立體圖。當殼體56中的壓力達到閾值時，排氣翼片150可被配置成打開，如圖16所示。因此，在正常操作期間，當壓力低於閾值時，排氣翼片150可偏置朝向閉合位置(例如，圖15所示的位置)。當殼體56中的壓力達到閾值時，壓力可足以克服排氣翼片150的偏置力並將排氣翼片150推壓至打開位置(例如，圖16所示的位置)。在某些實施例中，排氣翼片150可包括雙門配置，以使得排氣翼片150沿著排氣翼片150中心的折縫157(例如，圖15所示)打開(例如，如同排氣翼片150經由兩個折葉連接至殼體56，每個門一個折葉)。在其它實施例中，排氣翼片150可被配置成如同經由折葉連接至殼體56而被打開。在又一些實施例中，排氣翼片150可被配置成以可使第二絕緣部件154從導電彈簧152和殼體56之間移動的任何合適的方式打開。
因此，當殼體56中的壓力達到閾值時，排氣翼片150可移動至打開位置，並移動第二絕緣部件154以使得其不再位於導電彈簧152和殼體56之間。當第二絕緣部件154被排氣翼片150移動時，導電彈簧152可接觸殼體56並在負端子54和殼體56之間和因而在負端子54和正端子52(例如，對於被正極化的殼體)之間構建電連接。如上文所討論，電連接可引起短路，該短路可導致電流從蓄電池單元50的放電。當蓄電池單元50過充電時(例如，在過充電測試期間)，此類外部短路可避免蓄電池單元50內的熱耗散。外部短路可經由殼體56和絕緣負端子54之間的接觸來觸發。然而，正端子和/或負端子52,54和外部負載(例如，另一蓄電池)之間的電連接不中斷(例如，通過斷開端子和外部負載之間的連接)。
圖17示出了在利用本公開的過充電保護組件的蓄電池單元上執行過充電測試的數據的圖形表示170。圖表170包括表示作為包括過充電保護組件的蓄電池單元的充電狀態(soc)176的函數的電壓174的第一曲線172。第一曲線172示出了，對於包括過充電保護組件的蓄電池單元，電壓174通常如何隨著soc176增加而增加。然而，隨著soc176持續增加，蓄電池單元的殼體56中的壓力也增大。如圖17的所示實施例中所示，當壓力達到閾值時，過充電保護組件通過經由殼體56在正端子52和負端子54之間形成電連接而觸發外部短路。這在點178示出，其中短路發生並且蓄電池單元的電壓174顯著降低。因此，蓄電池單元50放電，從而防止熱耗散。
相反，第二曲線180示出了不包括本公開的過充電保護組件的蓄電池單元上的效應。因此，電壓174隨著soc176增加而超過點178持續增加。最終，熱耗散發生。另外，圖表170示出了表示作為包括過充電保護組件的蓄電池單元的soc176的函數的溫度186的第三曲線184。如所示，溫度186也隨著soc176增加而增加。另外，在點178(例如，當外部短路被觸發時)，溫度186持續增加。然而，溫度186不引起顯著峰值。相反，溫度186增加至最大點187，並且最終降低。因此，熱耗散不發生。
相反，第四曲線188示出了不包括過充電保護組件的蓄電池單元的溫度186。如所示，溫度186引發大幅增加，其中電壓174由於熱耗散而出現峰值。因此，蓄電池單元所經受的過高溫度可造成對蓄電池單元的永久損壞。因此，現已認識到，本公開的過充電保護組件可防止熱耗散並且可防止對蓄電池單元的永久損壞。
所公開實施例中的一個或多個(單獨或組合)可提供可用於蓄電池模塊和部分蓄電池模塊的製造的一個或多個技術效果。所公開實施例涉及包括過充電保護組件的蓄電池單元。過充電保護組件可包括排氣件，該排氣件當蓄電池單元的殼體中的壓力達到閾值時打開(例如，從第一位置轉移至第二位置)。因此，排氣件的打開可允許絕緣端子和蓄電池單元殼體之間的電接觸，該電接觸通過電聯接蓄電池單元的正端子和負端子可形成外部電路。此類外部短路可對蓄電池單元進行放電，但是外部短路可防止蓄電池單元的熱耗散和/或永久損壞。此外，此類外部短路可被觸發而不中斷外部負載至正端子和/或負端子的電流。因此，蓄電池單元的電流容量可不降低。應當指出的是，本說明書中所描述的實施例可具有其它技術效果，並且可解決其它技術問題。
上文所描述的具體實施例已通過實例的方式示出，並且應當理解，這些實施例可易於實施各種修改和替代形式。還應當理解，權利要求書不旨在限於所公開的特定形式，而是覆蓋落入本公開的精神和範圍內的全部修改、等同物和替代物。