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    重庆时时彩三星v11.08: 电池测试系统及方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510002677.3

    申请日:

    2015.01.05

    公开号:

    CN104777428A

    公开日:

    2015.07.15

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/36申请日:20150105|||公开
    IPC分类号: G01R31/36 主分类号: G01R31/36
    申请人: 福特全球技术公司
    发明人: 杨晓光; 勒娜特·米凯拉·阿瑟诺; 希欧多尔·詹姆斯·米勒
    地址: 美国密歇根州迪尔伯恩市中心大道330号800室
    优先权: 14/155,644 2014.01.15 US
    专利代理机构: 北京连和连知识产权代理有限公司11278 代理人: 包红健
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510002677.3

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.01.25|||2015.07.15

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    根据本发明的示例性方面,一种电池测试系统,除了其他方面以外包括穿刺设备和电气连接到穿刺设备的阻抗计。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种电池测试系统,包含:
    穿刺设备;以及
    电气连接到所述穿刺设备的阻抗计。

    2.  根据权利要求1所述的系统,其中所述穿刺设备是钉子。

    3.  根据权利要求1所述的系统,其中所述穿刺设备在第一位置和第 二位置之间可移动来刺穿和短路电池单元。

    4.  根据权利要求3所述的系统,其中所述阻抗计连接到所述电池单 元的正极端子和负极端子,且配置为测量在所述穿刺设备和所述电池单 元的端子之间的阻抗和电压数据。

    5.  根据权利要求3所述的系统,其中所述阻抗计连接到正极端子, 第二阻抗计连接到所述电池单元的负极端子。

    6.  根据权利要求3所述的系统,包含配置为测量所述电池单元的正 极端子和负极端子两端电压的电压表。

    7.  根据权利要求3所述的系统,包含配置为测量所述电池单元温度 的温度传感器。

    8.  根据权利要求1所述的系统,包含工具,其在第一位置和第二位 置之间移动所述穿刺设备来刺穿电池单元。

    9.  根据权利要求1所述的系统,其中所述穿刺设备包括具有非导电 涂层的第一部分和不含所述非导电涂层的第二部分。

    10.  根据权利要求9所述的系统,其中所述穿刺设备的所述第二部分 包括尖头。

    说明书

    说明书电池测试系统及方法
    技术领域
    本发明涉及电气化车辆,且更具体地,但不排他地,涉及一种用于 评估电池单元对意外刺穿或其他单元损坏的反应的电池测试系统及方 法。
    背景技术
    混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯 电动车辆(BEV)、燃料电池车辆和其它已知的电气化车辆不同于传统机 动车辆,因为它们通过一个或多个电机(即,电动马达和/或发电机)替 代内燃发动机,或者除了内燃发动机之外还使用一个或多个电机进行供 电。高电压电流典型地通过一个或多个存储电力的电池提供给电机。
    电气化车辆的电池可以采用一个或多个电池单元,比如锂离子电池 单元。用于评估这些电池单元的安全性的测试是已知的。一个通常的评 估测试称为穿钉测试。在这个测试期间,钉子被推动穿过电池单元来造 成电池单元内的短路。响应于破坏性测试,电池温度和电压被测量。已 知电池穿透测试的一个缺点是这些测试几乎没有揭露关于电池单元内部 响应的细节。
    发明内容
    根据本发明的示例性方面,一种电池测试系统,除了其他方面以外 包括,穿刺设备和电气连接到穿刺设备的阻抗计。
    在前述系统的又一非限制性实施例中,穿刺设备是钉子。
    在任一前述系统的又一非限制性设备中,穿刺设备在第一位置和第 二位置之间可移动来刺穿和短路电池单元。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,阻抗计连接到电池单元的 正极端子或负极端子,并且配置为测量在穿刺设备和电池单元端子之间 的阻抗和电压数据。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,阻抗计连接到正极端子, 和第二阻抗计连接到电池单元的负极端子。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,电压表配置为测量电池单 元的正极端子和负极端子两端的电压。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,温度传感器配置为测量电 池单元的温度。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,工具在第一位置和第二位 置之间移动穿刺设备来刺穿电池单元。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,穿刺设备包括具有非导电 涂层的第一部分和不含非导电涂层的第二部分。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,穿刺设备的第二部分包括 尖头。
    根据本发明的另外一个示例性方面,一种电池测试系统,除了其他 方面以外包括,电池单元、配置为短路电池单元的穿刺设备、以及电气 连接到电池单元和穿刺设备且配置为至少测量在电池单元和穿刺设备之 间的阻抗数据的阻抗计。
    在前述系统的又一非限制性实施例中,阻抗计电气连接在电池单元 的正极端子或负极端子和穿刺设备之间。
    在任一前述系统的又一非限制性设备中,第二阻抗计电气连接到穿 刺设备和电池单元的端子。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,阻抗计连接到电池单元的 正极端子,和第二阻抗计连接到电池单元的负极端子。
    在任意前述系统的又一非限制性设备中,数据采集系统配置为收集 和分析来自于阻抗计的阻抗数据。
    根据本发明的另外一个示例性方面,一种方法,除了其他方面以外 包括,在电池单元内造成短路和响应于造成短路的步骤而测量与电池单 元相关联的阻抗数据。
    在前述方法的又一非限制性实施例中,造成短路的步骤包括采用穿 刺设备穿透电池单元。
    在任一前述方法的又一非限制性实施例中,方法包括测量与电池单 元相关联的电压数据。
    在任意前述方法的又一非限制性实施例中,方法包括使用阻抗数据 和电压数据计算通过短路的瞬时电流。
    在任意前述方法的又一非限制性实施例中,方法包括电气连接阻抗 计到穿刺设备和电池单元。
    前述段落、权利要求书、或下面的描述和附图中的实施例、实例和 替代物,包括任何它们的各种方面或各自单独的特征,可以独立地或以 任何组合使用。与一个实施例结合描述的特征适用于所有实施例,除非 这些特征是不相容的。
    从下面的详细描述中,对于本领域技术人员而言,本发明的各种特 征和优点将变得明显。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。
    附图说明
    图1示例性地说明了电气化车辆的动力传动系统。
    图2说明了电池测试系统的第一个实施例。
    图3说明了电池测试系统的第二个实施例。
    图4说明了电池测试系统的第三个实施例。
    图5说明了电池测试系统的第四个实施例。
    图6说明了可以通过电池测试系统采用的示例性穿刺设备。
    具体实施方式
    本发明涉及一种用于评估电池单元的安全性和设计的电池测试系统 及方法。本发明的电池测试系统收集在导电穿刺设备(比如钉子)和电 池单元之间的交流阻抗数据。阻抗数据可以使用一个或多个阻抗计收集。 阻抗数据被收集和分析来计算通过由穿刺设备在电池单元内造成的短路 的瞬时电流。瞬时电流的计算可以因此用来提高电池单元的设计和安全 性。
    图1示例性地说明了用于电气化车辆12(比如HEV)的动力传动系 统10。尽管描述为HEV,但应当理解的是,这里描述的概念不局限于混 合动力车辆,且可以扩展到其它的电气化车辆,包括但不限制于,PHEV, BEV,和燃料电池车辆。
    在一个实施例中,动力传动系统10是功率分流系统,其采用包括发 动机14和发电机16(即,第一电机)组合的第一驱动系统和包括至少一 个马达36(即,第二电机)、发电机16和电池50的第二驱动系统。例如, 马达36、发电机16和电池50可以构成动力传动系统10的电驱动系统 25。第一和第二驱动系统产生扭矩来驱动一组或多组电气化车辆12的车 辆驱动轮30。
    发动机14(比如内燃发动机)和发电机16可以通过动力传输单元 18连接。在一个非限制性的实施例中,动力传输单元18是行星齿轮组。 当然,动力传输单元的其他类型,包括其他齿轮组和变速器,也可以用 来连接发动机14到发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20, 太阳齿轮22和托架组件24。发电机16在充当发电机时由动力传输单元 18驱动,以将动能转换成电能。发电机16可以选择性地起到马达的作用 来将电能转换成动能,由此输出扭矩到连接到动力传输单元18的托架组 件24的轴26上。因为发电机16可以操作地连接到发动机14,所以发动 机14的速度可以通过发电机16进行控制。
    动力传输单元18的环形齿轮20可以连接到轴28上,其中轴28通 过第二动力传输单元32连接到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可 以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E、和34F的齿轮组。其 他动力传输单元也可以是合适的。齿轮34A-34F将扭矩从发动机14传递 到差速器38来提供牵引力到车辆驱动轮30。差速器38可以包括多个齿 轮,其使扭矩能够传递到车辆驱动轮30。第二动力传输单元32通过差速 器38机械地耦接到轮轴40来将扭矩分配到车辆驱动轮30。
    也可以采用马达36,通过输出扭矩到也被连接到第二动力传输单元 32的轴46来驱动车辆驱动轮30。在一个实施例中,马达36和发电机16 是再生制动系统的一部分,其中马达36和发电机16都可以用作马达来 输出扭矩。例如,马达36和发电机16可以各自输出电力到高电压总线 48和电池50。
    电池50可以是由一个或多个能够输出电力来操作马达36和发电机 16的电池单元组成的高电压电池。能量储存设备和/或输出设备的其他 类型也可以与电气化车辆12结合使用。
    马达36、发电机16、动力传输单元18和动力传输单元32一般可以 称为电气化车辆12的驱动桥42,或变速器。因此,当驾驶员选择特定换 档位置时,驱动桥42被适当地控制来通过提供牵引力到车辆驱动轮30 来提供相应的用于推进电气化车辆12的档位。
    动力传动系统10可以额外地包括用于监测和/或控制电气化车辆12 的各种方面的控制系统44。例如,控制系统44可以与电驱动系统25、 动力传输单元18、32或其他部件通信来监测和/或控制电气化车辆12。 控制系统44包括执行用于操作电气化车辆12的必要控制功能的电子器 件和/或软件。在一个实施例中,控制系统44是车辆系统控制器和动力传 动系统控制??榈淖楹?VSC/PCM)。尽管它被显示为单个硬件设备, 但是控制系统44可以包括以多个硬件设备、或在一个或多个硬件设备内 的多个软件控制器的形式的多个控制器。
    控制器区域网络(CAN)52允许控制系统44与驱动桥42通信。例 如,控制系统44可以接收来自于驱动桥42的信号来指示换档位置之间 的转换是否正在发生??刂葡低?4还可以与电池50的电池控制??榛?其他控制设备通信。
    此外,电驱动系统25可以包括一个或多个控制器54,比如逆变器系 统控制器(ISC)??刂破?4配置为控制驱动桥42内的特定组件,比如 发电机16和/或马达36,比如用于支撑双向功率流。在一个实施例中, 控制器54是结合可变电压转换器的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。
    图2说明了用于测试和评估电池单元62的电池测试系统60。例如, 正如在下面更详细地讨论的,电池测试系统60可以用来检测电池单元62 的内部短路(和相关联的短路电流),以评估电池单元62的安全性和设 计。
    电池单元62可以是相对于图1所描述的电气化车辆12的电池50的 一部分。然而,在本发明的范围之内,电池测试系统60可以用来评估其 他的电池单元以用于任何应用。
    在一个实施例中,电池单元62包括具有相对表面65的单元主体64。 相对表面65在电池单元62的正极端子66和负极端子68之间延伸。尽 管显示为棱柱形单元,但是电池单元62可以是任何类型的单元,包括但 不限制于层压袋、棱柱形金属罐或圆柱形罐。
    电池测试系统60的穿刺设备70可以用来穿刺电池单元62的单元主 体64,以造成正极端子66和负极端子68之间的短路。在一个实施例中, 穿刺设备70是钉子。其它设备可能潜在地用来穿透电池单元62的单元 主体64,并且这些设备可以包括任何尺寸、形状、材料和结构。在一个 实施例中,电池单元62在利用电池测试系统60执行电池穿透测试之前 被完全充电。然而,测试可以在任何荷电状态下执行,并且可以用来根 据荷电状态来探索变化的滥用耐受性能。
    在一个实施例中,穿刺设备70配置为造成通过一个或两个相对表面 65的刺穿84,以模拟电池单元62的内部短路条件。例如,穿刺设备70 可以包括用于穿透或刺穿电池单元62的尖头。
    穿刺设备70可以通过工具72在第一位置X和第二位置X'(以虚线 显示)之间移动,以穿刺电池单元62。例如,在第一位置X的穿刺设备 70远离电池单元62,并且在第二位置X',穿刺设备70移动到穿刺设备 70已经刺穿电池单元62的相对表面65的至少一个的位置。
    在一个实施例中,工具72可以在第一位置X和第二位置X'之间线 性地移动穿刺设备70。工具72可以被驱动来控制电池穿透测试的各种参 数,包括移动穿刺设备70以刺穿电池单元62的速度。在一个非限制性 的实施例中,工具72在电池穿透测试期间以80毫米/秒的速度移动穿刺 设备。在本发明的范围内还可预期其它测试参数,包括其他测试速度。 例如,较慢的测试速度可以提供更高质量的数据。
    阻抗计74可以电气连接到穿刺设备70和电池单元62的正极端子66 和负极端子68中的一个或两个。阻抗计74是诊断工具,其可操作的来 测量在穿刺设备70和电池单元62之间的阻抗和电压数据。在一个非限 制性的实施例中,阻抗计74是以一定的频率(即1kHz,10kHz等)操 作的商用产品。然而,其它的阻抗测量设备也可以在本发明的范围内使 用。
    在一个实施例中,阻抗计74通过第一电极86连接到电池单元62的 正极端子66和通过第二电极88连接到穿刺设备70(见图2)。在另一个 实施例中,阻抗计74采用第一电极86连接到电池单元62的负极端子68 (见图3)和通过第二电极88连接到穿刺设备70?;痪浠八?,阻抗数据 可以在穿刺设备70和电池单元62的正极端子66或负极端子68之间来 收集。
    电池测试系统60也可以采用电压表76。电压表76可以用来测量电 池单元62的正极端子66和负极端子68两端的电压数据。
    可选地,电池测试系统60也可以包括用于测量与电池单元62相关 联的温度的温度传感器78。在一个非限制性的实施例中,温度传感器78 的定位于靠近电池单元62的刺穿部84。然而,温度传感器78可以定位 在本发明范围内的其它位置。
    响应于穿刺装置70造成电池单元62内的短路,电池测试系统60分 别使用阻抗计74、电压表76和可选择地温度传感器78来测量阻抗数据、 电压数据和/或温度数据。这个数据可以传输到电池测试系统60的数据采 集系统82。数据采集系统82配置为接收、存储和分析阻抗数据、电压数 据和/或温度数据,以评估电池单元62的设计和安全性。数据采集系统 82可以包括用于将阻抗数据、电压数据和/或温度数据转换成能够通过计 算机操作的数字数值的必需的硬件和软件。
    例如,在一个非限制性实施例中,数据采集系统82可以用来分析这 些数据,以计算与响应于电池穿透测试的电池单元62的短路相关联的瞬 时电流和热量。这个信息可以因此被电池设计者使用来提高电池单元62 的设计和安全性。
    图4说明了电池测试系统160的另一个实施例。在本发明中,相同 的附图标记在适当情况下表示相同的元件,增加100或其倍数的附图标 记表示被理解为并入相应原始元件相同的特征和优点的改进元件。
    在这个实施例中,电池测试系统160包括第一阻抗计74A和第二阻 抗计74B。第一阻抗计74A电气连接到电池单元62的正极端子66,且 第二阻抗计74B电气连接到电池单元62的负极端子68。以这种方式, 响应于采用穿刺设备70造成的电池单元62的短路,两组阻抗数据可以 同时采集。
    图5说明了又一个电池测试系统260。在这个实施例中,电池测试系 统260结合了除了第一阻抗计74A和第二阻抗计74B以外的第三阻抗计 74C。在一个实施例中,第三阻抗计74C测量电池单元62的正极端子66 和负极端子68两端的阻抗数据。以这种方式,三组阻抗数据可以同时收 集(即,正极端子,负极端子,整个单元)。总之,电池单元62的安全 性和设计的更精确的分析可以通过收集更大量的阻抗数据完成。
    图6说明了穿刺设备170,其可以与任何上述描述的电池测试系统 60、160、260使用。在这个实施例中,穿刺设备170包括第一部分90和 第二部分92。在一个实施例中,第二部分92包括尖头189。尖头189使 穿刺设备170在电池穿透测试期间能够更容易地穿透电池单元。在本发 明的范围内,尖头189可以是尖锐形的或圆形的。
    在一个实施例中,第一部分90可以用防导电涂层94涂覆。在一个 非限制性的实施例中,防导电涂层94包括塑料,尽管其它非导电材料在 这里也可以考虑。与此相反,第二部分92不包括任何防导电涂层?;痪?话说,第一部分90被涂覆或以其它方式修改来将穿刺设备170的导电部 分限制为仅仅那些不是通过防导电涂层94涂覆的部分。这显著减少了与 引入来自电池单元的导电路径相关联的任何非理想情况,并预期更接近 于在真实的内部短路期间的单元行为。
    尽管不同的非限制性实施例示出为具有特定的组件或步骤,但是本 发明的实施例不限制于这些特定的组合??赡芙岷鲜褂美醋杂谌魏畏窍?制性实施例的组件或特征以及来自于任何其他非限制性的实施例的特征 和组件。
    应当理解的是,相同的附图标记在所有几个附图中标示相应的类似 的元件。应当理解的是,尽管特定的组件布置在这些示例性实施例中被 公开和说明,但是其它布置也可以从本发明的教导中受益。
    前面的描述应该解释为说明性而非任何限制意义的。本领域技术人 员将会理解,某些修改可能落入本发明的范围之内。由于这些原因,下 面的权利要求应该被研究来确定本发明的真实范围和内容。

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