[发明专利]用于电化学装置的热传播减轻的热机械熔丝

说明书

提供用于减轻电化学装置上的热传播的热机械熔丝、用于制造这样的熔丝的方法和用于使用这样的熔丝的方法，以及具有负载承载的牺牲热机械熔丝以帮助防止热失控状况的牵引电池组。电池组件包括电绝缘电池壳体，其中多个电池单元设置在电池壳体内部。这些电池单元以串联或并联的方式电互连，并且以并排面对的关系堆叠，以形成相邻的相互平行的电池单元的堆叠。热机械熔丝热连接电池单元的相邻堆叠。每个热机械熔丝全部或部分由在预定临界温度下经历劣化或变形的介电材料形成；在这样做时，热机械熔丝将第一电池堆与相邻的第二电池堆热断开。

技术领域

本公开总体地涉及电化学装置。更具体地，本公开的方面涉及用于减轻可再充电牵引电池组的热传播的热管理特征。

背景技术

当前生产的机动车辆，例如现代汽车，最初配备有动力系，该动力系操作以推进车辆并为车辆的车载电子器件提供动力。例如，在汽车应用中，车辆动力系通常以原动机为代表，原动机通过自动或手动换档动力变速器将驱动扭矩传递到车辆的最终驱动系统(例如，差速器、车轴、车轮等)。由于往复活塞式内燃发动机(ICE)组件的易得性和相对便宜的成本、轻的重量和总效率，所以历史上汽车一直由往复活塞式内燃发动机(ICE)组件提供动力。作为一些非限制性示例，这种发动机包括压缩点火(CI)柴油发动机、火花点火(SI)汽油发动机、二冲程、四冲程和六冲程架构以及旋转发动机。另一方面，混合动力电动和全电动(统称为“电驱动”)车辆利用替代动力源来推进车辆，并因此最小化或消除对用于牵引动力的基于化石燃料的发动机的依赖。

全电动车辆(FEV) (俗称“电动汽车”)是一种电驱动车辆配置，其完全省略了内燃发动机和动力系系统的附属外围部件，依赖于可再充电能量存储系统(RESS)和用于车辆推进的牵引马达。基于ICE的车辆的发动机组件、燃料供应系统和排气系统被基于电池的FEV中的单个或多个牵引马达、牵引电池组以及电池冷却和充电硬件所替代。对比来说，混合动力电动车辆(HEV)动力系采用多个牵引动力源来推进车辆，最通常地是结合电池供电或燃料电池供电的牵引马达来操作内燃发动机组件。由于混合动力型电驱动车辆能够从发动机之外的源获得其动力，因此当车辆由电动马达推进时，HEV发动机可全部或部分地关闭。

许多商业上可获得的混合动力电动和全电动车辆采用可再充电的牵引电池组来存储和供应用于操作动力系的牵引马达单元的必需功率。为了产生具有足够的车辆范围和速度的牵引功率，牵引电池组比标准12伏起动、照明和点火(SLI)电池大得多、更强大且容量(安培-小时)更高。与SLI电池的单个电池单元相比，当前的牵引电池组将电池单元的堆叠组合成单独的电池模块，然后例如通过电池组壳体或支撑托架将其安装到车辆底盘上。堆叠的电化学电池单元可以通过使用电互连板(ICB)串联或并联连接。在这种情况下，电池单元的电气凸片（electrical tab）从模块壳体突出出来，抵靠模块壳体弯曲，然后焊接到共用的母线板。专用电池组控制模块(BPCM)通过与动力系控制模块(PCM)的协作操作来调节电池组接触器的断开和闭合，以管理电池组的操作，以用于为车辆的牵引马达提供动力。

在HEV和FEV操作期间（包括车辆推进和车辆充电过程），车辆的高压(HV)电气系统内的热传播相对于传递到车辆或通过车辆的电流的增加而放大。随着功率传输的增加，在功率电子器件封装、电池单元、电缆和母线中产生的热量急剧地增加。温度是影响电池性能和工作寿命的最重要因素之一。极端的环境温度和硬件滥用条件（例如制造缺陷、过充电/过放电、物理变形、短路等）可能不利地影响电池正确地工作的能力，并且在严重的情况下可能永久地损坏电池。可能发生电池超过临界开始温度的热事件，在该临界开始温度下，在电化学能量产生期间发生放热副反应。同时，电池可以保持与维持该放热反应相关的反应热，这继而加速了反应动力学，导致热输出的循环增加。如果这种自加速的热事件未被抑制，则热发展可能发展成“热失控”状况；一旦启动，电池的冷却系统可能无法改善热失控状况。

发明内容