用于提高锂离子（Li离子）电池组的安全性和可靠性的系统技术方案

一种电池组(12)包括：一个或多个电池单体(18)；电池管理系统(20)，其包括至少一个电子处理器(24)，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述电池组的参数；至少一个故障检测传感器，其包括至少一个气体传感器(36)以及冲击传感器(30)中的至少一项，所述至少一个气体传感器被配置为测量从所述多个电池单体逸出的气体，所述冲击传感器被配置为测量对所述电池组的撞击；以及壳体(16)，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述至少一个故障检测传感器。所述电池管理系统被配置为响应于所述至少一个故障检测传感器检测到故障而执行补救动作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高锂离子（Li离子）电池组的安全性和可靠性的系统
下文总体上涉及电池单体技术，并且更具体地涉及电池单体监测技术、电池单体安全性技术、电池单体补救技术以及相关技术。
技术介绍
许多II类和III类医学设备(例如，患者监测器、机械通气机和心脏除颤器)在运行时且未连接到交流电源时依赖于电池供电。这些设备中的电池组通常由可充电锂离子(Li离子)光伏电池制成，并且由车载电池管理系统(BMS)进行监测，该车载BMS与主机设备就在操作期间的电池状态进行持续通信。虽然Li离子电池在电容量、高能量密度和长寿命周期方面表现出色，但它们容易受到电、热和/或机械滥用造成的损坏。偏离推荐的充电/放电指南或电池处理不当可能会导致单体损坏，并且最终导致被称为“热失控”(TRA)的现象。一般而言，TRA是单体内部的响应于电、机械或热滥用的化学事件和电学事件的组合，并且会导致单体温度升高、过热并最终以释放有毒气体、火灾或爆炸而告终。这样的医学设备通常被部署在诊所和医院之外，例如被部署在救护车、直升机或其他医学运输工具中，并且在这样的环境中在操作期间特别容易受到振动和机械冲击。另外，电池在运输过程中可能会遇到温度和机械极端情况。电池组在不使用时也可能被连接到非原始仪器制造商(OEM)外部充电器(例如在主机医学设备之外)，其操作不完全符合电池制造商的充电指南。商用Li离子电池有时包括安全性特征，如内部压力、温度和电流(PTC)开关、可撕标签、关闭分离器、绝缘体、接头和电池组上的排气口，并且制造商会发布关于充电/放电条件的指南，电池组的医学仪器设计者和用户必须遵守该指南。BMS控制器通过管理单体的充电/放电、监测单体的关键电操作参数以及在违反电操作条件时关闭电池来增加另一层安全性。下文公开了新的和改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种电池组包括：一个或多个电池单体；电池管理系统，其包括至少一个电子处理器，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述电池组的参数；至少一个故障检测传感器，其包括至少一个气体传感器以及冲击传感器中的至少一项，所述至少一个气体传感器被配置为测量从所述多个电池单体逸出的气体，所述冲击传感器被配置为测量对所述电池组的撞击；以及壳体，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述至少一个故障检测传感器。所述电池管理系统被配置为响应于所述至少一个故障检测传感器检测到故障而执行补救动作。在另一公开的方面中，一种电池组包括：多个电池单体；电池管理系统，其包括至少一个电子处理器，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述多个电池单体的参数；冲击传感器，其被配置为检测包括对所述电池组的撞击的故障；以及壳体，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述冲击传感器。所述电池管理系统被配置为响应于所述冲击传感器检测到故障而执行补救动作。在另一公开的方面中，一种电池组包括：多个电池单体；电池管理系统，其包括至少一个电子处理器，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述多个电池单体的参数；至少一个气体传感器，其被配置为检测包括从所述多个电池单体逸出的气体的故障；壳体，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述至少一个气体传感器。所述电池管理系统被配置为响应于所述至少一个气体传感器检测到故障而执行补救动作。一个优点在于提供了用于检测由电池单体生成的气体的电池管理系统。另一个优点在于提供了用于检测对电池组的撞击的电池管理系统。另一个优点在于提供了用于在检测到气体和/或对电池组的撞击时生成补救动作的电池管理系统。给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供其他优点，本领域普通技术人员在阅读和理解了本公开内容后，这将变得显而易见。附图说明本公开内容可以采取各种部件和部件的布置以及各个步骤和步骤的安排的形式。附图仅用于说明优选实施例的目的并且不应被解释为限制本公开内容。图1示意性地图示了根据一个方面的电池组；并且图2示出了图1的电池组的示例性流程图操作。具体实施方式在用于为医学设备供电的电池组中使用的现有的Li离子单体具有安全性特征，包括内部压力、温度和电流(PTC)开关、可撕标签、关闭分离器、排气口等。然而，尽管采取了这些措施，但是与由Li离子电池供电的医学设备有关的火灾和爆炸事故仍时有发生。在一些情况下，导致此类事件的故障序列可能非常快，以至于现有的安全性设备无法足够快地做出反应以防止灾难性故障。下文公开了添加冲击传感器和/或气体传感器以结合被编程为采取补救措施的车载电池管理系统(BMS)在灾难性事件发生之前检测故障的根本原因(例如分别为冲击撞击或初期气体释放)。在紧急事件(例如检测到的气体泄漏很可能会迅速导致火灾或爆炸)的情况下，BMS会直接响应，例如：通过操作保险丝来禁用电池组并防止故障。传感器数据还可以被存储在车载存储器中，并且在电池接下来与能够读取和处理所存储的传感器数据的医学设备连接时被读取。在检测到低能量撞击事件的情况(在这种情况下造成迫在眉睫的灾难性破坏的可能性很小)下，这可以是适当的补救措施。如果电池当前被安装在这样的医学设备中，则传感器数据传输和处理能够立即进行。在另一个(不一定是相互排斥的)变型中，Li离子电池组包括无线收发器(例如，蓝牙和/或Wi-Fi)，Li离子电池经由无线收发器将传感器数据与电池组序列号或其他独特标识符一起发射到医院的电池管理中心。在一些实施例中，冲击传感器是完全被动式的，因此除非检测到撞击事件，否则不从电池汲取电力。一些预期的冲击传感器包括具有弹簧触点的开路元件，该弹簧触点在经受足够的撞击时振动以形成电接触。在一个实施例中，几个这样的被动式冲击传感器被提供有不同的弹簧刚度水平，并且冲击的量值由这些冲击传感器中的哪个或哪些冲击传感器被触发来确定。在另一实施例中，单个基于弹簧的冲击传感器与主动式加速度计的“唤醒”引脚操作性连接，使得冲击传感器操作以唤醒加速度计，加速度计快速测量冲击的量值。同样，由于主动式加速度计处于睡眠状态或其他低功率状态，除非/直到被基于弹簧的冲击传感器激活，因此电功率消耗被最小化。气体传感器被设计用于测量通常从受损的Li离子电池单体逸出的气体。合适的检测气体包括氢气、苯、甲烷或一些其他易燃气体。为了节省电力并增强灵敏度，选择放置(一个或多个)气体传感器以提供有效的气体检测。每个Li离子电池通常在正端子附近都有一个排气口，因此可以放置气体传感器来嗅探每个电池单体的排气口，从而全面检测这些单体中的任何单体的气体泄漏。为了减少气体传感器的数量，可以将单个气体传感器放置在电池组壳体的排气口处。根据传感器数据的性质和量值以及医学设备的类型，补救措施能够采取多种形式。对于能够安全关闭的II类医学设备，如果检测到的冲击和/或气体泄漏量值高于阈值，则电池组的车载电池管理系统能够关闭电池。另一方面，如果冲击值较低，则可以简单地记录该冲击值，并且可以在医学设备显示器上显示指示应当更换电池的建议本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池组(12)，包括：/n一个或多个电池单体(18)；/n电池管理系统(20)，其包括至少一个电子处理器(24)，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述电池组的参数；/n至少一个故障检测传感器，其包括以下各项中的至少一项：/n至少一个气体传感器(36)，其被配置为测量从所述多个电池单体逸出的气体；以及/n冲击传感器(30)，其被配置为测量对所述电池组的撞击；以及/n壳体(16)，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述至少一个故障检测传感器；/n其中，所述电池管理系统被配置为响应于所述至少一个故障检测传感器检测到故障而执行补救动作。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181214 US 62/779,5181.一种电池组(12)，包括：
一个或多个电池单体(18)；
电池管理系统(20)，其包括至少一个电子处理器(24)，所述至少一个电子处理器被配置为监测所述电池组的参数；
至少一个故障检测传感器，其包括以下各项中的至少一项：
至少一个气体传感器(36)，其被配置为测量从所述多个电池单体逸出的气体；以及
冲击传感器(30)，其被配置为测量对所述电池组的撞击；以及
壳体(16)，其包围所述多个电池单体、所述电池管理系统和所述至少一个故障检测传感器；
其中，所述电池管理系统被配置为响应于所述至少一个故障检测传感器检测到故障而执行补救动作。


2.根据权利要求1所述的电池组(12)，其中，所述至少一个故障检测传感器包括冲击传感器(30)，所述冲击传感器被配置为检测包括对所述电池组的撞击的故障。


3.根据权利要求2所述的电池组(12)，其中，所述电池管理系统(20)响应于所述冲击传感器(30)检测到撞击而执行的所述补救动作包括以下各项中的至少一项：
当对所述多个电池单体(18)的所述撞击超过预定撞击阈值时关闭所述多个电池单体；
当对所述多个电池单体的所述撞击低于所述预定撞击阈值时将所述撞击的发生存储在存储器(48)中；
生成指示所述多个电池单体需要被更换的视觉或音频消息；以及
生成指示由所述电池组供电的医学设备(14)应被更换为新的医学设备的视觉或音频消息。


4.根据权利要求2和3中的任一项所述的电池组(12)，其中，所述冲击传感器(30)是包括至少一个弹簧触点(32)的被动式冲击传感器，所述至少一个弹簧触点被配置为响应于对所述多个电池单体(18)的撞击而振动以生成一个或多个电流脉冲。


5.根据权利要求4所述的电池组(12)，其中，所述被动式冲击传感器(30)包括具有不同刚度水平的多个弹簧触点(32)，并且
所述至少一个电子处理器(24)被编程为根据哪个或哪些弹簧触点被触发来确定对所述多个电池单体(18)的所述撞击的量值。


6.根据权利要求4和5中的任一项所述的电池组(12)，还包括与所述冲击传感器(30)操作性连接的加速度计(34)，所述冲击传感器被配置为激活所述加速度计以测量对所述多个电池组的所述撞击的量值。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电池组(12)，其中，所述至少一个故障检测传感器包括至少一个气体传感器(36)，所述至少一个气体传感器被配置为检测包括从所述多个电池单体(18)逸出的气体的故障。


8.根据权利要求7所述的电池组(12)，其中，所述至少一个气体传感器(36)包括：
第一气体传感器(36′)，其被配置为测量氢气；以及
第二气体传感器(36″)，其被配置为测量氢气、苯、甲烷和丙烯中的至少一项。


9.根据权利要求7-8中的任一项所述的电池组(12)，其中，所述电池管理系统(20)响应于所述至少一个气体传感器(36)检测到从所述多个电池单体(18)逸出的气体而执行的所述补救动作包括关闭所述多个电池单体。


10.根据权利要求7-9中的任一项所述的电池组(12)，其中，所述壳体(16)包括至少一个排气口(38)，并且所述至少一个气体传感器(36)被设置为邻近所述至少一个排气口。


11.根据权利要求1-10中的任一项所述的电池组(12)，其中，所述电池管理系统(20)包括至少一个无线发射器或收发器(44)，并且所述电池管理系统被编程为无线发射：
由所述至少一个故障检测传感器(30、36)测量的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·莱维，V·K·埃亚瓦尔，M·赵，J·德莫雷，J·J·郭，R·辛格，U·雷迪，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL