[发明专利]用于检测电池组件内挥发性有机物的方法和系统

说明书

本发明公开了具有电池组组件的电池系统，所述电池组组件包括电池单元和电池控制电路，其中所述电池控制电路包括内置的挥发性有机化合物(VOC)传感器和控制电路。所述电池单元连接于所述电池控制电路，所述电池控制电路依次连接于外部接口连接件。所述VOC传感器被配置为检测电池组组件内VOC的存在，指示该电池单元发生故障或即将发生故障。

技术领域

本公开的主题主要涉及监测电池组件的气体排放，更具体地，涉及检测电池组件内的挥发性有机物(VOC)。

背景技术

意外的电池故障可能引起麻烦的甚至是危险的状况，特别是在封闭环境中使用时或者处于易燃材料附近时。

特别地，采用锂离子(Li-离子)化学的电池已经发生了引起损害和死亡的重要故障。在飞行器中，当故障发生在头顶储物舱或行李存储区中时，可能是特别危险的，由此导致禁止在托运的行李中携带Li-离子电池。然而，这些电池在全世界仍是便携式电子设备中最广泛使用的电池类型。Li-离子电池故障的发生可能与功率密度容量、物理尺寸、或者使用它们的应用类型(个人应用、商业应用或工业应用)无关。尽管已有关于各种电池化学(例如，Li-离子电池技术)的合理构造、制造和安全操作的工业设计标准和各种政府规章制度，这种电池的故障仍在发生。Li-离子是一般性术语，涵盖了用于各种应用的几种类型的锂电池化学和几种电池装配格式(battery assemble formats)。

电池包括三个部分：阳极(-)、阴极(+)、和电解质(其可以为固态或液态形式)。液体有机电解质具有高的挥发性和可燃性，且升高的电压和/或温度导致所述电解质与活性电池材料反应，释放热和气态副产物。例如，在放气过程中Li-离子电池的副产物是：甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯和氟乙烷，以及一些其它气体。

电池组的故障周期涉及三个阶段。第一个阶段包括电池温度的升高，和开始发生VOC气体排放。第二个阶段被标记为“热失控”，即电池包含的热量增加到不再需要任何输入功率就能自行升高温度(自加热)的程度，这也增加了电池内的压力。第三个阶段是电池组中的化学品引燃，引起灾难性事故。

大多数的可充电电池系统由(一个或多个)电池单元、控制和保护电路(其包括固件和软件应用)、和接口连接件组成。这种系统通常被包装成一个组件，其带有接口连接器作为该组装件本体的一部分或松动的电连接器(loose electrical connector)。电池单元在物理上尽可能接近控制和保护电路板，以减少线路损耗，且包括包围所述系统的膜以保护公众免于直接接触这些部分。

已有某些保护方法可用于降低与各种电池化学的故障机制有关的危险。例如，存在某些工业标准涉及电池中的潜在危险状况，例如，过电压、过电流、过充电、过放电和温度。

本公开的主题涉及克服一个或多个上述问题，或者至少降低其影响。

发明概述

本发明公开了用于保护可充电电池系统组件免于因电池单元或电池组的放气而导致灾难性事故的系统和方法，其采用挥发性有机化合物(VOC)传感器检测由正在发生故障或已经发生故障的电池单元所产生的多种气体或单一碳基化合物。VOC是气态的、有气味的排放的结果，在一些实施例中，其具有30-300g/摩尔的非极性分子量(non-polarmolecular mass)。

VOC是碳基化学物质，且可以是例如初沸点低于或等于250℃的任何有机化合物，所述初沸点在101.3kPa的标准压力测量。VOC可以在环境温度以气体形式存在。在一个实施方案中，所包括的VOC传感器检测过量水平的碳基化学物质。还可以根据电池的环境应用定制VOC传感器来特异性地测量或监测某些化学物质。所述VOC传感器产生模拟或数字信号给随同的控制和保护电路，以进行进一步处理。传感器可以任选地提供将故障电池单元从系统物理断接的功能。