用于防止傳導能量釋放的推進電池的保護裝置的制作方法

本申請涉及用于電驅動車輛的大型推進電池系統中的雜散電容的累積。

背景技術：

1、在開發重型電動車輛(諸如卡車、貨車和公共汽車)時，需要大型電池系統來提供必要的容量和充電之間的行駛里程。這些電池系統包括具有多個電池模塊的電池包，其中每個模塊包括多個電池單元。每個電池單元由陽極和陰極構成，陽極和陰極由隔板隔開并浸入電解質溶液中，電解質溶液可放置在金屬外殼中。電池單元可以是棱柱形的或圓柱形的。電池單元組裝或堆疊在隔室(通常被稱為模塊)中以形成電池組。然后，這些電池組通常被一起放置在結構中以形成電池包。需要大量能量的大型車輛通常在車輛的不同位置放置若干電池包，以便分配重量并且還能夠在維護或更換期間處理電池包。

2、由于電池棱柱形單元中的許多電池棱柱形單元具有通常由鋁制成的金屬外殼，因此電池單元中存在腐蝕的風險。為了處理這個問題，外殼通常電流連接到電池單元的陰極。這通常通過將陰極焊接到鋁外殼來實現，從而提供非常低歐姆的電流接觸。

3、雜散電容也是電動車輛，尤其是重型車輛中的一個問題。雜散電容可在車輛推進電氣系統與車輛的接地之間累積，電池模塊或電池包的金屬外殼連接到該接地。此外，當使用如上所述的低歐姆連接來處理腐蝕問題時，低歐姆連接會在雜散電容的潛在放電期間導致高峰值電流。因此，如果人與電動車輛推進系統的導體接觸，則存在雜散電容的高峰值電流放電的風險。

4、雜散電容放電的危險隨著電池系統的大小而增加。這是因為雜散電容產生在底盤的地(即，模塊的外殼和電池單元的外殼)之間的表面之間，從而形成多個板電容器，并且由于大型電池系統包括非常大量的電池單元，因此雜散電容可能相當顯著。這可通過板電容器的電容方程來理解：

5、

6、其中d是平板之間的距離，在具有電池的情況下是電池與模塊的周圍金屬外殼之間的距離。a是兩個平板相交的面積，并且ε是隔離材料的介電常數。為了產生盡可能緊湊的電池系統，期望使電池包的大小最小化，其中電池單元與模塊外體之間的距離減小，并且從上述方程可看出，距離d,的減小將導致雜散電容值增加。

7、對于大型電池系統，如果放電通過與導體接觸的人體，則存在雜散電容的放電可能達到對人體致命的水平的風險。進一步期望增加電池系統的工作電壓，尤其是對于大容量系統。然而，電壓的增加導致放電能量的增加，因為放電能量是u2的函數，因此甚至進一步增加了致命情況的風險。在車輛的維護、移除或更換電池模塊期間尤其可能是這種情況。因此，存在平衡具有大容量和較高電壓的緊湊電池系統的期望與關于這些系統中的雜散電容的安全方面的挑戰。

技術實現思路

1、本申請旨在降低如上所述的人身傷害的風險。該目的通過根據獨立專利權利要求的保護裝置來解決。優選實施方案形成從屬專利權利要求的主題。

2、根據主要方面，提供了一種防止通過人體放電的保護裝置，該保護裝置可包括導電元件，該導電元件電連接在車輛推進電池模塊的電池單元的陰極和圍繞電池單元的金屬外殼之間，該導電元件可顯示電阻特性，用于在人與電池單元的導體接觸的情況下限制通過人體的雜散電容能量。

3、這種解決方案將限制由電池外殼與模塊的表面之間的雜散電容引起的放電電流，其中通過與電池系統電接觸的人的雜散電容釋放的能量由于人的內部電阻(也被稱為內阻)與導電元件的電阻之間的分壓而減少，因為人的內阻現在與導電元件的電阻串聯連接。人體的內阻取決于許多因素，并且可從500歐姆及以上變化。采取謹慎的方法，內阻可被認為是大約500歐姆。為了減少通過人體的電流，導電元件可顯示具有至少與人體的內阻相當的電阻。優選地，導電元件設有的電阻為人體的內阻的例如5至10倍。因此，導電元件可顯示至少100歐姆，優選地至少500歐姆的電阻。更優選地，導電元件的電阻在1000-5000歐姆的范圍內，例如，2500-5000歐姆。因此，釋放的能量大大減少。此外，通過提供在2500-5000歐姆的范圍內的電阻，與具有較低電阻的導電元件相比，元件在隔離故障期間燒毀的風險較小。

4、通過提供連接在車輛推進電池模塊的電池單元的陰極和圍繞電池單元的金屬外殼之間的導電元件，其中導電元件顯示出如本文所述的電阻，確保了通過與電池系統電接觸的人釋放的雜散電容的能量被降低到安全水平，即，人可處理的水平。以上述方式提供上述大小的電阻實現了這個結果。

5、保護裝置的導電元件可包括電阻器。

6、根據另外的方面，提供了一種用于車輛推進電池的電池單元，該電池單元可設置有金屬外殼并且包括如上所述的保護裝置。就這一點而言，電池單元的陰極可與金屬外殼電連接。

7、根據又一方面，提供了一種包括若干電池單元的電池模塊，其中電池單元中的至少大部分電池單元可設置有如上所述的保護裝置。大部分在本文中是指“超過一半”。因此，電池單元中的超過一半的電池單元可設置有如上所述的保護裝置。此外，電池模塊可包括金屬外殼，該金屬外殼可連接到電動車輛的接地。優選地，若干此類電池模塊可包括在推進電池系統中。就這一點而言，推進電池系統的容量可大于300kwh，因為更大的推進電池通常需要更大量的電池單元，并且因為如果電池單元的數量增加，則導致雜散電容的面積增加，從而放電能量水平的增加，并且這需要如上所述的保護裝置。

8、本發明的這些和其他方面以及優點將從本發明的以下詳細描述和附圖中變得顯而易見。

技術特征：

1.一種防止通過人體放電的保護裝置，所述保護裝置包括導電元件(40)，所述導電元件電連接在車輛推進電池模塊(10)的電池單元(12)的陰極(14)與圍繞所述電池單元(12)的金屬外殼(20)之間，所述導電元件(40)顯示電阻特性，用于在人與所述電池單元(12)的導體接觸的情況下限制通過人體的雜散電容能量。

2.根據權利要求1所述的保護裝置，其中所述導電元件(40)顯示至少與人體的內阻相當的電阻。

3.根據權利要求1或2所述的保護裝置，其中所述導電元件(40)顯示出的電阻是人體的所述內阻的5至10倍。

4.根據權利要求1或2所述的保護裝置，其中所述導電元件(40)顯示至少100歐姆、優選地至少500歐姆的電阻。

5.根據權利要求1至4中任一項所述的保護裝置，其中所述導電元件(40)顯示在1000-5000歐姆范圍內、優選地2500-5000歐姆的電阻。

6.根據前述權利要求中任一項所述的保護裝置，其中所述導電元件(40)包括電阻器。

7.一種用于車輛推進電池的電池單元，所述電池單元設置有金屬外殼(20)并且包括根據前述權利要求中任一項所述的保護裝置。

8.根據權利要求7所述的電池單元，其中所述電池單元(12)的陰極(14)具有到所述金屬外殼(20)的電流連接(30)。

9.一種電池模塊(10)，所述電池模塊包括若干電池單元(12)，其中所述電池單元(12)中的至少大部分電池單元設置有根據權利要求1至6所述的保護裝置。

10.根據權利要求9所述的電池模塊(10)，包括金屬外殼(24,26)，所述金屬外殼能夠連接到電動車輛的接地。

11.一種推進電池系統(62)，所述推進電池系統包括若干根據權利要求8至10所述的電池模塊(10)。

12.根據權利要求11所述的推進電池系統(62)，其中所述推進電池系統(62)的容量大于300kwh。

13.一種車輛(60)，所述車輛包括根據權利要求11或12所述的推進電池系統(62)。

技術總結
本申請涉及一種防止通過人體放電的保護裝置，該保護裝置包括導電元件(40)，該導電元件電連接在車輛推進電池模塊(10)的電池單元(12)的陰極(14)與圍繞所述電池單元(12)的金屬外殼(20)之間，導電元件(40)顯示電阻特性，用于在人與電池單元(12)的導體接觸的情況下限制通過人體的雜散電容能量。

技術研發人員：J·林德斯特倫
受保護的技術使用者：斯堪尼亞商用車有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13