一个或多个电池单体的恒压调节的装置和方法与流程

1.本发明涉及对一个或多个电池单体施加和保持恒定压力的装置和方法。


背景技术：

2.电池通常包括多个相互连接的电池单体，这些电池单体可以以袋（软包）或方形形式提供。在充电和放电期间，由于电池单体内电化学化合物的相互作用，电池单体可能鼓起（膨胀）或缩小（收缩）。为了适应电池单体的这种膨胀和收缩，可以在电池单体之间提供泡沫垫或垫片。


技术实现要素：

3.根据一个实施例，一种用于对一个或多个电池单体进行恒压调节的装置包括底板，该底板具有顶面；顶板，该顶板具有相对的上下表面并且设置在底板的上方并与底板平行，其中，顶板被构造为朝着底板和远离底板的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积被限定在底板的顶面和顶板的下表面之间。提供了支撑结构，该支撑结构具有最下表面，该最下表面中限定有凹腔，其中顶板适配地设置在凹腔内，其中凹腔和顶板的上表面限定了腔室，其中顶板可密封且可竖直地紧靠袋的内侧壁滑动。支撑结构内限定有在腔室和设置在支撑结构的外表面上的端口之间流体连通的通道，并且提供与该端口流体连通的压力调节气体供应装置以用于向腔室供应气体并在腔室内产生气体压力。线性位移传感器可操作地连接到顶板以用于测量顶板的竖直位移，并且被配置为产生指示竖直位移的位移信号。还提供了控制器，该控制器被配置用于接收位移信号并向压力调节气体供应装置发送致动信号以用于增加或降低腔室内的气体压力。
4.当一个或多个电池单体设置在电池单体放置体积内时，顶板的竖直位移指示一个或多个电池单体的膨胀。压力调节气体供应装置和控制器可以被配置用于在腔室内保持恒定的气体压力，并且压力调节气体供应装置可以包括压力调节器和加压气源。线性位移传感器可以是线性可变差动变压器，并且可以可操作地连接到轴，该轴可以密封地延伸穿过支撑结构的最上表面并附接到腔室内的顶板。可替代地，线性位移传感器可以设置在支撑结构的最外侧表面上或与其相邻，并且可以可操作地连接到附接到顶板的连接构件。该装置可以进一步包括泄压阀，该泄压阀设置成与通道流体连通以用于在气体压力大于最大允许压力时从腔室释放气体。
5.控制器可以包括指令，其中，在一个或多个电池单体以堆叠排列设置在电池单体放置体积内并且通过腔室中的气体压力对一个或多个电池单体施加初始压力后，该指令可执行用于：（i）使用线性位移传感器检测一个或多个电池单体在预定时间跨度t期间的膨胀e；（ii）如果在预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加腔室内的气体压力；以及（iii）如果在预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定的测量误差δ，则降低腔室内的气体压力。该指令可进一步执行用于：（iv）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事
件，则提供指示临界事件的一个或多个信号。
6.根据另一实施例，一种用于一个或多个电池单体的恒压调节的装置包括：（i）具有顶面的固定底板；（ii）可移动的顶板，该顶板具有相对的上表面和下表面，并且设置在底板上方并与底板平行，其中，顶板被构造用于朝向底板和远离底板的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积被限定在底板的顶面和顶板的下表面之间；（iii）固定支撑结构，该支撑结构具有最下表面，该最下表面具有限定在该最下表面中的凹腔，其中顶板被适配地设置在凹腔内，其中凹腔和顶板的上表面限定腔室，其中顶板紧靠凹腔的内侧壁可密封地并且竖直地滑动；（iv）在支撑结构内限定的、在腔室与设置在支撑结构的外表面上的端口之间流体连通的通道；（v）与端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向腔室供应气体并在该腔室内产生气体压力；（vi）泄压阀，该泄压阀设置成与通道流体连通以用于在气体压力大于最高允许压力时，从腔室释放气体；（vii）线性位移传感器，该线性位移传感器可操作地连接到顶板以用于测量顶板的竖直位移，并被配置为产生指示竖直位移的位移信号；以及（viii）控制器，该控制器被配置用于接收位移信号并向压力调节气体供应装置发送致动信号，以增加或降低腔室内的气体压力；（ix）其中，压力调节气体供应装置和控制器被配置用于保持腔室内的恒定气体压力。
7.控制器可以包括指令，其中，在一个或多个电池单体以堆叠排列设置在电池单体放置体积内并且通过腔室中的气体压力对一个或多个电池单体施加初始压力后，该指令可执行用于：（i）使用线性位移传感器检测一个或多个电池单体在预定时间跨度t期间的膨胀e；（ii）如果在预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加腔室内的气体压力；以及（iii）如果在预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定的测量误差δ，则降低腔室内的气体压力。该指令可进一步执行用于：（iv）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示临界事件的一个或多个信号。
8.根据又一实施例，一种用于一个或多个电池单体的恒压调节的方法包括：（a）将一个或多个电池单体以堆叠排列设置在被配置为保持一或多个电池单体上的恒定压力的装置的电池单体放置体积内；（b）在该装置的腔室内提供气体压力，从而使初始压力施加在一个或多个电池单体上；（c）使用线性位移传感器检测一个或多个电池单体在预定时间跨度t期间的膨胀e；（d）如果在预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加腔室内的气体压力；以及（e）如果在预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定测量误差δ，则降低腔室内的气体压力。
9.该方法可以进一步包括对多个循环重复步骤（c）、（d）和（e）。该方法还可以包括：如果在预定时间跨度t期间气体压力大于最大允许压力，则从腔室释放气体，直到气体压力处于或低于最大允许压力。此外，该方法可包括：如果在预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示临界事件的一个或多个信号。
10.在这种方法中，最大允许膨胀e
max
可以是一个或多个电池单体的荷电状态、一个或多个电池单体的健康状态以及一个或多个电池单体的电池化学特性中的至少一个的函数。此外，在预定时间跨度t期间，一个或多个电池单体可能处于充电状态或放电状态。此外，本方法中使用的装置可包括：（i）具有顶面的底板；（ii）顶板，该顶板具有相对的上表面和下表面，并且设置在底板上方并与底板平行，其中，顶板被构造用于朝向底板和远离底板的受
约束的移动，并且其中，电池单体放置体积被限定在底板的顶面和顶板的下表面之间；（iii）支撑结构，该支撑结构具有最下表面，该最下表面具有限定在该最下表面中的凹腔，其中顶板被适配地设置在凹腔内，其中凹腔和顶板的上表面限定腔室，其中顶板紧靠凹腔的内侧壁可密封并且竖直地滑动；（iv）在支撑结构内限定的通道，在腔室与设置在支撑结构的外表面上的端口之间流体连通；（v）与端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向腔室供应气体并在该腔室内产生气体压力；（vi）线性位移传感器，该线性位移传感器可操作地连接到顶板以用于测量顶板的竖直位移，并被配置为产生指示竖直位移的位移信号；以及（vii）控制器，该控制器被配置用于接收位移信号并向压力调节气体供应装置发送致动信号，以增加或降低腔室内的气体压力。
11.本发明提供以下技术方案：1. 一种用于对一个或多个电池单体进行恒压调节的装置，包括：具有顶面的底板；顶板，所述顶板具有相对的上表面和下表面并且设置在所述底板的上方并与所述底板平行，其中，所述顶板被构造为朝着所述底板以及远离所述底板的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积被限定在所述底板的所述顶面和所述顶板的所述下表面之间；支撑结构，所述支撑结构具有最下表面，所述最下表面中限定有凹腔，其中所述顶板适配地设置在所述凹腔内，其中所述凹腔和所述顶板的所述上表面限定腔室，其中所述顶板紧靠所述凹腔的内侧壁可密封且可竖直地滑动；通道，所述通道限定在所述支撑结构内，以用于在所述腔室和设置在所述支撑结构的外表面上的端口之间的流体连通；与端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向所述腔室供应气体并在所述腔室内产生气体压力；线性位移传感器，所述线性位移传感器可操作地连接到所述顶板以用于测量所述顶板的竖直位移，并且被配置为产生指示所述竖直位移的位移信号；以及控制器，所述控制器被配置用于接收所述位移信号并向所述压力调节气体供应装置发送致动信号以用于增加或降低所述腔室内的气体压力。
12.2. 根据方案1所述的装置，其中，当所述一个或多个电池单体设置在所述电池单体放置体积内时，所述顶板的所述竖直位移指示所述一个或多个电池单体的膨胀。
13.3. 根据方案1所述的装置，其中，所述压力调节气体供应装置和所述控制器被配置用于保持所述腔室内的恒定气体压力。
14.4. 根据方案1所述的装置，其中，所述压力调节气体供应装置包括压力调节器和加压气源。
15.5. 根据方案1所述的装置，其中，所述线性位移传感器为线性可变差动变压器。
16.6. 根据方案1所述的装置，其中，所述线性位移传感器可操作地连接到轴，所述轴可密封地延伸穿过所述支撑结构的最上表面并在所述腔室内附接到所述顶板。
17.7. 根据方案1所述的装置，其中，所述线性位移传感器设置在所述支撑结构的最外侧表面上或与所述支撑结构的最外侧表面相邻，并且可操作地连接到附接到所述顶板的连接构件。
18.8. 根据方案1所述的装置，进一步包括：
泄压阀，所述泄压阀设置成与所述通道流体连通以用于在所述气体压力大于最大允许压力时从所述腔室释放气体。
19.9. 根据方案1所述的装置，其中，所述控制器包括指令，其中，在所述一个或多个电池单体以堆叠排列设置在所述电池单体放置体积内并且通过所述腔室中的所述气体压力对所述一个或多个电池单体施加初始压力后，所述指令可执行用于：使用所述线性位移传感器在预定时间跨度t期间检测所述一个或多个电池单体的膨胀e；如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加所述腔室内的气体压力；以及如果在所述预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于所述最大允许膨胀e
max
加上所述预定测量误差δ，则降低所述腔室内的气体压力。
20.10. 根据方案9所述的装置，其中，所述指令进一步可执行用于：如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示所述临界事件的一个或多个信号。
21.11. 一种用于对一个或多个电池单体进行恒压调节的装置，包括：具有顶面的固定底板；可移动顶板，所述可移动顶板具有相对的上表面和下表面并且设置在所述底板的上方并与所述底板平行，其中，所述顶板被构造为朝着所述底板和远离所述底板的受约束的移动，并且其中，所述电池单体放置体积被限定在所述底板的所述顶面和所述顶板的所述下表面之间；固定支撑结构，所述固定支撑结构具有最下表面，所述最下表面中限定有凹腔，其中所述顶板适配地设置在所述凹腔内，其中所述凹腔和所述顶板的所述上表面限定腔室，其中所述顶板紧靠所述凹腔的内侧壁可密封且可竖直地滑动；通道，所述通道限定在所述支撑结构内，以用于在所述腔室和设置在所述支撑结构的外表面上的端口之间的流体连通；与所述端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向所述腔室供应气体并在所述腔室内产生气体压力；泄压阀，所述泄压阀设置成与所述通道流体连通以用于在所述气体压力大于最大允许压力时从所述腔室释放气体；线性位移传感器，所述线性位移传感器可操作地连接到所述顶板以用于测量所述顶板的竖直位移，并且被配置为产生指示所述竖直位移的位移信号；以及控制器，所述控制器被配置用于接收所述位移信号并向所述压力调节气体供应装置发送致动信号以用于增加或降低所述腔室内的气体压力；其中，所述压力调节气体供应装置和所述控制器被配置用于保持所述腔室内的恒定气体压力。
22.12. 根据方案11所述的装置，其中，所述控制器包括指令，其中，在所述一个或多个电池单体以堆叠排列设置在所述电池单体放置体积内并且通过所述腔室中的所述气体压力对所述一个或多个电池单体施加初始压力后，所述指令可执行用于：使用所述线性位移传感器在预定时间跨度t期间检测所述一个或多个电池单体的
膨胀e；如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加所述腔室内的气体压力；以及如果在所述预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于所述最大允许膨胀e
max
加上所述预定测量误差δ，则降低所述腔室内的气体压力。
23.13. 根据方案12所述的装置，其中，所述指令进一步可执行用于：如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示所述临界事件的一个或多个信号。
24.14. 一种用于对一个或多个电池单体进行恒压调节的方法，包括：（a）将所述一个或多个电池单体以堆叠排列方式设置在被配置为对所述一或多个电池单体保持恒定压力的装置的电池单体放置体积内；（b）在所述装置的腔室内提供气体压力，从而使初始压力施加在所述一个或多个电池单体上；（c）使用线性位移传感器在预定时间跨度t期间检测所述一个或多个电池单体的膨胀e；（d）如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加所述腔室内的气体压力；以及（e）如果在所述预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于所述最大允许膨胀e
max
加上所述预定的测量误差δ，则降低所述腔室内的气体压力。
25.15. 根据方案14所述的方法，进一步包括：对多个循环重复步骤（c）、（d）和（e）。
26.16. 根据方案14所述的方法，其中，所述最大允许膨胀e
max
是所述一个或多个电池单体的荷电状态、所述一个或多个电池单体的健康状态以及所述一个或多个电池单体的电池化学特性中的至少一个的函数。
27.17. 根据方案14所述的方法，其中，在所述预定时间跨度t期间，所述一个或多个电池单体处于充电状态或放电状态。
28.18. 根据方案14所述的方法，进一步包括：如果在所述预定时间跨度t期间所述气体压力大于最大允许压力，则从所述腔室释放气体，直到所述气体压力处于或低于所述最大允许压力。
29.19. 根据方案14所述的方法，进一步包括：如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示所述临界事件的一个或多个信号。
30.20. 根据方案14所述的方法，其中，所述装置包括：具有顶面的底板；顶板，所述顶板具有相对的上表面和下表面并且设置在所述底板的上方并与所述底板平行，其中，所述顶板被构造为朝着所述底板和远离所述底板的受约束的移动，并且其中，所述电池单体放置体积被限定在所述底板的所述顶面和所述顶板的所述下表面之间；支撑结构，所述支撑结构具有最下表面，所述最下表面中限定有凹腔，其中所述顶板适配地设置在所述凹腔内，其中所述凹腔和所述顶板的所述上表面限定所述腔室，其中
所述顶板紧靠所述凹腔的内侧壁可密封且可竖直地滑动；通道，所述通道限定在所述支撑结构内，以用于在所述腔室和设置在所述支撑结构的外表面上的端口之间的流体连通；与所述端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向所述腔室供应气体并在所述腔室内产生所述气体压力；线性位移传感器，所述线性位移传感器可操作地连接到所述顶板以用于测量所述顶板的竖直位移，并且被配置为产生指示所述竖直位移的位移信号；以及控制器，所述控制器被配置用于接收所述位移信号并向所述压力调节气体供应装置发送致动信号以用于增加或降低所述腔室内的气体压力。
31.当结合附图考虑时，从以下对用于实施（如所附权利要求书中所限定的）本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述，本教导的以上特征和优点以及其他特征和优点将容易明了。
附图说明
32.图1是用于一个或多个电池单体的恒压调节的装置的第一实施例的示意图。
33.图2是用于一个或多个电池单体的恒压调节的装置的第二实施例的示意图。
34.图3是用于一个或多个电池单体的恒压调节的方法的流程图。
具体实施方式
35.现在参考附图，其中相似的标记在若干视图中指示相似的部分，本文示出并描述用于一个或多个电池单体10的恒压调节的装置20，以及用于一个或多个电池单体10的恒压调节的相关方法100。
36.本公开的装置20和方法100可用于保持一个或多个堆叠的电池单体10上的恒定压力，即使电池单体10可能由于电池单体10充电或放电或由于其他因素而膨胀（或收缩）。在电池单体10的测试和校准期间，以及当电池单体10在使用中（诸如在汽车中）时，可以使用装置20和方法100。如本文所用，“堆叠”或以“堆叠排列”布置的电池单体10可以包括一个或多个这样的电池单体10，并且其中，如果有两个或更多个电池单体10，则电池单体10可以彼此竖直堆叠。这种堆叠或堆叠排列可用于袋式电池单体、方形电池单体和独立电池单体10可相互竖直堆叠的任何其他构造。此外，如本文所用，电池单体10的“膨胀”，有时也用附图标记“e”表示，可以是堆叠电池单体10的测量竖直高度的任何变化，因此可以表示高度（和电池单体10）的膨胀或高度（和电池单体10）的收缩。
37.图1-2示出了装置20的两个不同实施例的示意图，图3示出了相关方法100的流程图。在两个实施例中，装置20包括底板22和顶板30，底板22具有相对的顶面24和底面26和其中的第一组导向孔28，顶板30具有相对的上下表面32、34和外侧表面36，其中顶板30位于底板22上方并与底板22平行。底板22的特征可以是相对固定的（例如，附着或靠在某个固定表面上），而顶板30的特征则可以是相对于固定底板22而言相对可移动的。需注意，在第一实施例中，顶板30没有任何导向孔，因为其横向宽度伸出不够宽，以至无法在其中具有任何导向孔；而在第二实施例，顶板30宽很多，并且在其中包括第二组导向孔38，这些导向孔与底板22中的第一组导向孔28竖直地对齐。
38.顶板30被构造用于朝向和远离底板22（即向上和向下）的受约束的竖直移动。电池单体放置体积90被限定在底板22的顶面24和顶板30的下表面34之间，其大小和体积是可变的，并且取决于顶板30和底板22之间的间距。电池单体放置体积90可以用作放置和堆叠一个或多个电池单体10的地方。
39.与大体上位于顶板30上方的支撑结构40协同可促进顶板30的受约束的竖直移动。支撑结构40具有相对的最上和最下表面42、44和最外侧表面46，在最下表面44中限定凹腔48。凹腔48由顶部50和内侧壁52限定和界定。顶板30适配地设置在凹腔48内，其中凹腔48和顶板30的上表面32限定腔室54。需注意，腔室54的大小或体积将随着顶板30在凹腔48内竖直向上和向下滑动而变化。顶板30紧靠凹腔48的内侧壁52可密封且可竖直地滑动；即，顶板30的外侧表面36可以配合在凹腔48的内侧壁52内并紧靠其滑动，第一密封件39被安置在围绕顶板30的外侧表面36的凹槽内。支撑结构40进一步包括第三组导向孔58，该组导向孔与第一实施例中的第一组导向孔28竖直对齐，与第二实施例中第一组和第二组导向孔28、38竖直对齐。相应地，一组导向件或导轨60被适配地设置在多组导向孔28、38、58内，以便有助于顶板30的竖直移动。
40.通道56限定在支撑结构40内，以用于腔室54和设置在支撑结构40外表面上的端口64之间的流体连通。（如图所示，该外表面可以是最外侧表面46，也可以是最上表面42或最下表面44。）提供了压力调节气体供应装置74，该装置与端口64流体连通以用于向腔室54供应气体并在腔室54内产生气体压力。气体可以是空气、氮气或任何其他合适的气体。线性位移传感器66，诸如线性可变差动变压器（lvdt），可操作地连接到顶板30以用于测量顶板30的竖直位移，并且被配置为产生指示竖直位移的位移信号84。线性位移传感器66可操作地连接到轴68，该轴可密封地延伸穿过支撑结构40的最上表面42，并附接到腔室54内的顶板30，如图1的第一实施例所示。竖直镗孔70可通过支撑结构40限定，镗孔70和轴68的尺寸和形状被设计为便于轴68在镗孔70内的可密封滑动竖直移动。第二密封件72可被安置在轴68圆周或外周周围的凹槽内。可替代地，如图2所示，线性位移传感器66可设置在支撑结构40的最外侧表面46上或与其相邻，并可以可操作地连接至附接至顶板30的连接构件69。在任一实施例中，由线性位移传感器66检测到的顶板30的竖直位移表明，当一个或多个电池单体10设置在电池单体放置体积90内并且正在充电或放电时一个或多个电池单体10的膨胀。
41.还提供了控制器86，该控制器被配置用于接收位移信号84并向压力调节气体供应装置74发送致动信号88以用于增加或降低腔室54内的气体压力。压力调节气体供应装置74和控制器86可被配置用于在腔室54内保持恒定的气体压力，诸如通过使用位移信号84和致动信号88。压力调节气体供应装置74可包括压力调节器76和加压气源80，诸如气体压缩机和储气罐。压力调节器76可通过气体入口/出口导管78连接至端口64，并通过连接管82连接至加压气源80。因此，压力调节器76可设置成经由气体入口/出口导管78、端口64和通道56与腔室54流体连通，使得压力调节器76可将腔室54内的气体压力p保持在指令的水平。装置20可以进一步包括泄压阀62，该泄压阀设置成与通道56流体连通（因此也与腔室54流体连通），以用于在气体压力p大于最大允许压力p
max
时从腔室54释放气体。
42.控制器86可以是任何合适的可编程或编程设备，它可以包括可在一个或多个预定时间跨度t期间执行的指令。（预定时间跨度t可以是控制器86的时钟速度的函数，或者它可以设置为任何任意选择的持续时间，诸如10毫秒、100毫秒、1秒、10秒等。）在一个或多个电
池单体10以堆叠排列的方式设置在电池单体放置体积90内并且通过腔室54中的气体压力对一个或多个电池单体10施加初始压力之后，该指令可以被执行用于：（i）使用线性位移传感器66检测一个或多个电池单体10在预定时间跨度t期间的膨胀e；（ii）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加腔室54内的气体压力（从而增加由顶板30施加在一个或多个电池单体10的堆叠排列上的压力）；以及（iii）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定测量误差δ，则降低腔室54内的气体压力（从而降低由顶板30施加在一个或多个电池单体10的堆叠排列上的压力）。预定测量误差δ可包括观察到的测量误差，以及与线性位移传感器66和其他设备或元件相关的已知或观察到的公差。（需注意，预定测量误差δ可以可选地任意设置为零。）该指令可进一步被执行用于：（iv）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于临界膨胀量e
crit
（从而定义临界事件），则提供指示临界事件的一个或多个信号。需注意，最大允许膨胀e
max
和临界膨胀量e
crit
可基于一个或多个电池单体10的荷电状态、一个或多个电池单体10的健康状态以及一个或多个电池单体10的电池化学特性中的至少一个来确定。还应注意，如果检测到的膨胀e超过临界膨胀量e
crit
，这可能表明可能的热失控事件；在这种情况下，所提供的指示该事件的一个或多个信号可以包括听觉信号（例如，蜂鸣警报）、视觉信号（例如闪烁灯或显示在显示屏上的消息）、振动信号等。
43.根据另一实施例，一种用于一个或多个电池单体10的恒压调节的装置20包括：（i）具有顶面24的固定底板22；（ii）可移动的顶板30，该顶板具有相对的上表面32和下表面34，并且设置在底板22的上方并与底板22平行，其中，顶板30被构造用于朝向底板22和远离底板22的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积90被限定在底板22的顶面24和顶板30的下表面34之间；（iii）固定支撑结构40，该支撑结构具有最下表面44，该最下表面具有限定在该最下表面44中的凹腔48，其中顶板30被适配地设置在凹腔48内，其中凹腔48和顶板30的上表面32限定腔室54，其中顶板30紧靠凹腔48的内侧壁52可密封且竖直地滑动；（iv）在支撑结构40内限定的、在腔室54与设置在支撑结构40外表面上的端口64之间流体连通的通道56；（v）与端口64流体连通的压力调节气体供应装置74，用于向腔室54供应气体并在该腔室54内产生气体压力p；（vi）泄压阀62，该泄压阀设置成与通道56流体连通以用于在气体压力p大于最高允许压力p
max
时，从腔室54释放气体；（vii）线性位移传感器66，该线性位移传感器可操作地连接到顶板30以用于测量顶板30的竖直位移，并被配置为产生指示竖直位移的位移信号84；以及（viii）控制器86，该控制器被配置用于接收位移信号84并向压力调节气体供应装置74发送致动信号88，以增加或降低腔室54内的气体压力p；（ix）其中，压力调节气体供应装置74和控制器86被配置用于保持腔室54内的恒定气体压力p。
44.在本实施例中，控制器86可以包括指令，其中，在一个或多个电池单体10以堆叠排列设置在电池单体放置体积90内并且通过腔室54中的气体压力p对一个或多个电池单体10施加初始压力后，该指令可执行用于：（i）使用线性位移传感器66检测一个或多个电池单体10在预定时间跨度t期间的膨胀e；（ii）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加腔室54内的气体压力p；以及（iii）如果在预定的时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定的测量误差δ，则降低腔室54内的气体压力p。该指令可进一步执行用于：（iv）如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于临界膨胀量e
crit
，从而定义临界事件，则提供指示临界事件的一个或多个信号。
45.现在转到图3，用于一个或多个电池单体10的恒压调节的方法100以流程图形式示出。该方法100可以使用图1-2所示的任一实施例以及未显示的其他实施例来执行。从框110开始，一个或多个电池单体10以堆叠排列方式设置在装置20的电池单体放置体积90内，该装置20被配置为保持一个或多个电池单体10上的恒定压力。在框120处，在装置20的腔室54内提供气体压力p（例如，通过压力调节气体供应装置74），从而使初始压力施加在一个或多个电池单体10上。在框130处，使用线性位移传感器66在预定时间跨度t期间检测一个或多个电池单体10的膨胀e。在框140处，如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ（即e《e
max-δ），则过程流程进行至框150，其中腔室54内的气体压力p增加，然后过程流程进行回到刚好框130之前。然而，如果不满足此条件，则过程流程将进行至框160。
46.在框160处，如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于临界膨胀量e
crit
（即e》e
crit
），从而定义了临界事件，则过程流程进行至框170，其中可以提供一个或多个指示临界事件的信号，然后过程流程进行至框180。（可替代地，临界事件可以通过检测到的膨胀e大于临界膨胀量e
crit
加上预定测量误差δ，即e》e
crit
+δ来定义。）在框180处，如果在预定时间跨度t期间，检测到的膨胀e大于最大允许膨胀e
max
加上预定测量误差δ（即e《e
max
+δ），则过程流程进行至框190，其中腔室54内的气体压力p减小，然后过程流程进行回到刚好框130之前。然而，如果不满足此条件，则过程流程将进行至框200。
47.在框200处，检测腔室54内的气体压力p，并且在框210处，如果在预定时间跨度t期间，气体压力p大于最大允许压力p
max
，则过程流程进行至框220，在该框中，气体从腔室54释放，直到气体压力p处于或低于最大允许压力p
max
，并且过程流程可以进行至框230。响应于条件p》p
max
，从腔室54的气体的此释放可通过泄压阀62和/或通过压力调节器76自动完成。因为这可以自动完成，框210和220的串可以可选地出现在流程图内的其他位置。
48.在框230处，如果过程流程的执行仍在当前预定时间跨度t内，则可将选定的一组过程步骤或流程框重复一个或多个附加循环，直到在当前时间跨度t中没有剩余时间开始并完成另一个循环为止。例如，在框230处，如果过程流程的执行仍在当前时间跨度t内，则过程流程可能会进行回到刚好框130之前，并且可以将框130-220的一些或全部重复一个或多个附加循环，直到当前循环中没有足够的剩余时间开始并完成另一个循环，此时，过程流程进行至框240。（作为一个示例，框160-170和200-220可以省略或跳过，并且在框230处，如果过程流程仍在当前时间跨度t内，则可以重复框130-150和180-190。）最后，在框240处，时间跨度t被重置为再次开始，并且过程流程再次进行至刚好在框130之前，然后另一个时间跨度t开始。可替代地，与框130-220在单个预定时间跨度t期间运行多次或多个循环不同，框130-220可在每预定时间跨度t只运行一次。在这种情况下，例如，预定时间跨度t可以是5秒，并且框130-220将每5秒只运行一次。
49.在该方法100中，最大允许膨胀e
max
（以及临界膨胀量e
crit
）可以是一个或多个电池单体10的荷电状态、一个或多个电池单体10的健康状态以及一个或多个电池单体10的电池化学特性中的至少一个的函数。此外，在预定时间跨度t期间，一个或多个电池单体10可能处于充电状态或处于放电状态。
50.本方法100中使用的装置20可包括图1-2所示的第一或第二实施例，或未显示的其他实施例。具体而言，装置20可包括：（i）具有顶面24的底板22；（ii）顶板30，该顶板具有相
对的上下表面32、34，并且设置在底板22的上方并与底板22平行，其中，顶板30被构造用于朝向底板22以及远离底板22的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积90被限定在底板22的顶面24和顶板30的下表面34之间；（iii）支撑结构40，该支撑结构具有最下表面44，该最下表面具有限定在该最下表面44中的凹腔48，其中顶板30被适配地设置在凹腔48内，其中凹腔48和顶板30的上表面32限定腔室54，其中顶板30紧靠凹腔48的内侧壁52可密封并且竖直地滑动；（iv）在支撑结构40内限定的、在腔室54与设置在支撑结构40外表面上的端口64之间流体连通的通道56；（v）与端口64流体连通的压力调节气体供应装置74，用于向腔室54供应气体并在腔室54内产生气体压力p；（vi）线性位移传感器66，该线性位移传感器可操作地连接到顶板30以用于测量顶板30的竖直位移，并被配置为产生指示竖直位移的位移信号84；以及（vii）控制器86，该控制器被配置用于接收位移信号84并向压力调节气体供应装置74发送致动信号88，以增加或降低腔室54内的气体压力p。
51.上面的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在为说明性的，但它们决不意味着是限制性的并且仅为示例性实施例。在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等的使用仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字或位置要求。如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应该被理解为不排除多个此类元件或步骤，除非明确说明这种排除。另外，短语“a和b中的至少一者”和短语“a和/或b”应分别理解为表示“仅a，仅b或a和b两者”。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”或“具有”具有特定特性的一个元件或多个元件的实施例可包括不具有该特性的其他此类元件。当本文使用“基本上”和“大致”等广义描述性副词来修饰形容词时，这些副词的意思是“大部分”、“主要”、“大多数”、“在相当程度上”、“在很大程度上“和/或“在100%的可能范围内至少51%-99%”，并不一定是指“完美地”、“完全地”、“严格地”、“整个地”或“100%”。另外，词语“邻近”在本文中可用于描述对象或其一部分相对于另一对象或其一部分的位置，和/或描述两个对象或其相应部分相对于彼此的位置关系，并且可以表示“接近”、“相邻”、“靠近”、“附近”、“在...处”等。
52.附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和/或操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、段或一部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还需指出，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行特定功能或动作的基于硬件的系统或硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指导控制器或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用，从而使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令的制品，以实现流程图和框图中指定的功能和/或动作。
53.根据本公开，该书面描述使用了包括最佳模式的示例，以使本领域技术人员能够制造和使用装置、系统和物质成分，并执行方法。所附权利要求，包括其等同物，限定了本公开的范围。

技术特征：
1.一种用于对一个或多个电池单体进行恒压调节的装置，包括：具有顶面的底板；顶板，所述顶板具有相对的上表面和下表面并且设置在所述底板的上方并与所述底板平行，其中，所述顶板被构造为朝着所述底板以及远离所述底板的受约束的移动，并且其中，电池单体放置体积被限定在所述底板的所述顶面和所述顶板的所述下表面之间；支撑结构，所述支撑结构具有最下表面，所述最下表面中限定有凹腔，其中所述顶板适配地设置在所述凹腔内，其中所述凹腔和所述顶板的所述上表面限定腔室，其中所述顶板紧靠所述凹腔的内侧壁可密封且可竖直地滑动；通道，所述通道限定在所述支撑结构内，以用于在所述腔室和设置在所述支撑结构的外表面上的端口之间的流体连通；与端口流体连通的压力调节气体供应装置，用于向所述腔室供应气体并在所述腔室内产生气体压力；线性位移传感器，所述线性位移传感器可操作地连接到所述顶板以用于测量所述顶板的竖直位移，并且被配置为产生指示所述竖直位移的位移信号；以及控制器，所述控制器被配置用于接收所述位移信号并向所述压力调节气体供应装置发送致动信号以用于增加或降低所述腔室内的气体压力。2.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述一个或多个电池单体设置在所述电池单体放置体积内时，所述顶板的所述竖直位移指示所述一个或多个电池单体的膨胀。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压力调节气体供应装置和所述控制器被配置用于保持所述腔室内的恒定气体压力。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压力调节气体供应装置包括压力调节器和加压气源。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线性位移传感器为线性可变差动变压器。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线性位移传感器可操作地连接到轴，所述轴可密封地延伸穿过所述支撑结构的最上表面并在所述腔室内附接到所述顶板。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线性位移传感器设置在所述支撑结构的最外侧表面上或与所述支撑结构的最外侧表面相邻，并且可操作地连接到附接到所述顶板的连接构件。8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：泄压阀，所述泄压阀设置成与所述通道流体连通以用于在所述气体压力大于最大允许压力时从所述腔室释放气体。9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制器包括指令，其中，在所述一个或多个电池单体以堆叠排列设置在所述电池单体放置体积内并且通过所述腔室中的所述气体压力对所述一个或多个电池单体施加初始压力后，所述指令可执行用于：使用所述线性位移传感器在预定时间跨度t期间检测所述一个或多个电池单体的膨胀e；如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e小于最大允许膨胀e
max
减去预定测量误差δ，则增加所述腔室内的气体压力；以及如果在所述预定的时间跨度t期间检测到的膨胀e大于所述最大允许膨胀e
max
加上所述
预定测量误差δ，则降低所述腔室内的气体压力。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述指令进一步可执行用于：如果在所述预定时间跨度t期间检测到的膨胀e大于临界膨胀量，从而定义临界事件，则提供指示所述临界事件的一个或多个信号。

技术总结
一种用于电池单体的恒压调节的方法包括将电池单体以堆叠排列方式设置在被配置为对电池单体保持恒定压力的装置的电池单体放置体积内，在装置的腔室内提供气体压力，从而使初始压力施加在电池单体上，并且使用线性位移传感器检测电池单体在预定时间跨度期间的膨胀。在预定的时间跨度期间，如果检测到的膨胀小于最大允许膨胀减去预定的测量误差，则增加腔室内的气体压力，并且如果检测到的膨胀大于最大允许膨胀加上预定的测量误差，则降低腔室内的气体压力。还提供了一种用于电池单体的恒压调节的装置。压调节的装置。压调节的装置。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.20
技术公布日：2023/9/22