特斯拉專利解析報(bào)告.doc

精品文檔特斯拉專利解析報(bào)告北京新能源汽車股份有限公司2014年7月目錄1特斯拉專利簡(jiǎn)介11.1特斯拉公司簡(jiǎn)介11.2特斯拉專利總體介紹11.3專利初步篩選分析21.4重點(diǎn)專利介紹61.5重點(diǎn)專利分布統(tǒng)計(jì)61.6重點(diǎn)專利的專利所有權(quán)72鋰離子電池82.1電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)82.1.1冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化92.1.2溫度控制的結(jié)構(gòu)122.1.3溫度控制的控制策略152.1.4熱失控的檢測(cè)182.1.5防止或抑制熱失控蔓延的措施232.1.6小結(jié)412.2電池系統(tǒng)充電控制策略412.2.1不同充電倍率的控制策略412.2.2基于工況確定充電SOC閾值的控制策略492.2.3充電控制器492.2.4過(guò)充保護(hù)系統(tǒng)512.2.5小結(jié)522.318650電池單體結(jié)構(gòu)改進(jìn)報(bào)告522.3.1針對(duì)電池端蓋的改進(jìn)532.3.2針對(duì)電池外殼的改進(jìn)552.3.3針對(duì)電池中心銷的改進(jìn)582.3.4小結(jié)592.4電池箱密封592.4.1電池包外用密封膠方法及裝置592.4.2密封的電池包殼體612.4.3小結(jié)622.5冷卻液泄露的檢測(cè)和處理方法622.5.1高壓電解與低壓電解簡(jiǎn)介632.5.2低壓電解的監(jiān)測(cè)與響應(yīng)642.5.3高壓電解的監(jiān)測(cè)與響應(yīng)652.5.4小結(jié)652.6動(dòng)力電池安全性檢測(cè)技術(shù)652.6.1電池箱安全防護(hù)措施652.6.2安全性輔助評(píng)估技術(shù)712.6.3小結(jié)723電機(jī)部分733.1電機(jī)電壓超調(diào)估計(jì)反饋733.1.1電機(jī)電壓超調(diào)控制流程733.1.2電機(jī)空間矢量調(diào)節(jié)SVM753.2基于電機(jī)轉(zhuǎn)子組件溫度估計(jì)的矢量控制753.2.1電機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵溫度組件的替代物753.2.2電機(jī)關(guān)鍵溫度組件替代物溫度的測(cè)量763.2.3基于溫度的電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制773.3電機(jī)低速和高速加權(quán)控制773.3.1整個(gè)速度范圍電機(jī)磁通估計(jì)783.4低溫下電機(jī)發(fā)熱控制模式793.4.1低溫電機(jī)發(fā)熱系統(tǒng)793.4.2低溫電機(jī)供熱多通道系統(tǒng)803.5總結(jié)814整車部分824.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)824.1.1電動(dòng)車輛雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)824.1.2全驅(qū)電動(dòng)車輛控制系統(tǒng)874.2整車碰撞防護(hù)結(jié)構(gòu)904.2.1電池系統(tǒng)防護(hù)結(jié)構(gòu)914.2.2碰撞防護(hù)裝置954.2.3與國(guó)內(nèi)專利比較1004.3總結(jié)1025界面控制系統(tǒng)1035.1界面控制系統(tǒng)介紹1035.1.1控制系統(tǒng)模塊化1035.1.2控制界面?zhèn)€性化1045.1.3控制界面自適應(yīng)化1065.1.4聽(tīng)覺(jué)反饋控制系統(tǒng)1095.1.5接近激活系統(tǒng)1095.1.6觸摸屏在車內(nèi)的安裝位置1105.2總結(jié)110參考專利1114歡迎下載。精品文檔1 特斯拉專利簡(jiǎn)介1.1 特斯拉公司簡(jiǎn)介特斯拉(Tesla)汽車公司成立于2003年，總部設(shè)在美國(guó)加州的硅谷地帶，以生產(chǎn)和銷售電動(dòng)汽車為主要業(yè)務(wù)，2010年6月29日，特斯拉在納斯達(dá)克上市，其旗下的車型包括MODEL S、ROADSTER，以及即將上市的MODEL X。2014年6月12日，特斯拉電動(dòng)汽車公司創(chuàng)始人兼CEO伊隆馬斯克在其博客上發(fā)布文章，宣布“特斯拉將不會(huì)對(duì)任何處于善意使用我們技術(shù)的人發(fā)起專利訴訟”免費(fèi)公開(kāi)其所有專利。對(duì)于特斯拉公司公開(kāi)專利舉動(dòng)，業(yè)內(nèi)存在不同的觀點(diǎn)：(1)降低電動(dòng)汽車零部件供應(yīng)商成本，推動(dòng)更多電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，使電動(dòng)車更具吸引力、更便宜，這些最終都有利于特斯拉；(2)吸引其他汽車制造商使用特斯拉標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)涉及電池和部分特種電動(dòng)車時(shí)，選擇特斯拉作為供應(yīng)商；(3)利用特斯拉的曝光度引發(fā)深入對(duì)話，這可能最終帶來(lái)專利體系改革，但當(dāng)前美國(guó)三大汽車制造商(通用、克萊斯勒、福特汽車)并沒(méi)有合作的意象；(4)僅僅是一種特斯拉宣傳手段，特斯拉并沒(méi)有以任何方式切斷未來(lái)訴訟的可能。不論特斯拉公司基于哪種考慮公開(kāi)專利，特斯拉在電動(dòng)汽車銷售和技術(shù)集成方面的優(yōu)越性，伴隨著ROADSTER和MODEL S的上市變得越來(lái)越明顯。借此特斯拉公司公開(kāi)專利契機(jī)，開(kāi)展對(duì)特斯拉專利的分析和對(duì)標(biāo)比較，對(duì)于促進(jìn)自身技術(shù)的完善和提升，具有重要的價(jià)值和意義。針對(duì)特斯拉電動(dòng)汽車專利公開(kāi)事宜，北京汽車新能源汽車有限公司和北京理工大學(xué)合作，對(duì)特斯拉的專利進(jìn)行了梳理和分析。1.2 特斯拉專利總體介紹對(duì)特斯拉汽車公司在世界范圍內(nèi)的專利，進(jìn)行了查詢和整理，截止2014年共計(jì)671項(xiàng)專利，其中特斯拉公司在美國(guó)本土申請(qǐng)了絕不大部分的專利，其他少部分申請(qǐng)記錄分布在歐洲、日本和其他地區(qū)，具體分布和各區(qū)域數(shù)量，如圖 11示：圖 11特斯拉世界范圍內(nèi)專利申請(qǐng)分布1.3 專利初步篩選分析針對(duì)上述專利671項(xiàng)專利，除去：(1)和美國(guó)本土申請(qǐng)專利內(nèi)容一致的其他區(qū)域的的專利；(2)美國(guó)本土外觀設(shè)計(jì)類等非重點(diǎn)專利中內(nèi)容一致(權(quán)利要求不一致)的專利。經(jīng)篩選后還有360項(xiàng)申請(qǐng)記錄，并對(duì)這360項(xiàng)專利進(jìn)行了初步分析。（1） 年專利申請(qǐng)量下圖是特斯拉申請(qǐng)專利的時(shí)間分布，可以看出，申請(qǐng)專利數(shù)量主要集中在2010年2013年，且以2013年居多。申請(qǐng)數(shù)量逐年增加，2014年專利數(shù)量減少，可能由于兩種原因：(1)2014年申請(qǐng)的專利有較多還未進(jìn)行第一次公示；(2)2014年特斯拉公司未處于新車型開(kāi)發(fā)期。圖 12各年申請(qǐng)量（2） 專利分類統(tǒng)計(jì)初步篩選后的360項(xiàng)專利的總體結(jié)構(gòu)如圖 13所示：圖 13總體分類結(jié)構(gòu)外觀設(shè)計(jì)類主要包括整車、車門(mén)和輪轂三個(gè)子類。其中整車部分包括：觸摸屏設(shè)計(jì)、座椅安裝、車身外形設(shè)計(jì)、天窗控制；車門(mén)部分包括：車門(mén)的密封，車門(mén)的控制，車門(mén)的設(shè)計(jì)；輪轂部分包括：輪轂的外形設(shè)計(jì)。金屬電池相關(guān)專利共有6項(xiàng)，主要包括：金屬空氣電池和非金屬空氣電池的復(fù)合使用，金屬空氣的充電管理和金屬空氣電池的安全管理。金屬電池的優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，但金屬電池供氧要求高、放電率低、可循環(huán)次數(shù)少。常見(jiàn)的有鋁空氣電池、鋅空氣電池、鋰空氣電池和鐵空氣電池。鋰離子電池包括六個(gè)部分：(1)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其包括a)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；b)熱管理的控制策略；c) 熱失控的防護(hù)措施。(2)電池系統(tǒng)充電控制。(3)電池系統(tǒng)集成方法，其包括a)總體系統(tǒng)布置與裝配；b)排氣系統(tǒng)；c)電池箱密封。(4)電池安全監(jiān)測(cè)或改進(jìn)。(5)單體電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化。(6)電池其他方面的改進(jìn)，主要包括電池的容錯(cuò)性設(shè)計(jì)，電池的絕緣電阻測(cè)量，電池箱的干燥等。電機(jī)相關(guān)專利包括：(1)電機(jī)控制，其主要包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)管理。(2)電機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)或制造，包括a)轉(zhuǎn)子制造；b)電機(jī)繞組制造方法；c)轉(zhuǎn)子的冷卻。；(3)電機(jī)其他方面的改進(jìn)，主要包括轉(zhuǎn)子溫度估計(jì)和電機(jī)連接件整車部分的專利包括：(1)整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要包括a)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式；b)全驅(qū)動(dòng)模式；(2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要包括碰撞吸能結(jié)構(gòu)；(3)整車其他方面，主要包括整車熱管理和空氣懸架控制系統(tǒng)；在初步分析的專利中，未歸類的其他類專利主要包括：發(fā)電系統(tǒng)，充電站管理、出風(fēng)口設(shè)計(jì)。特斯拉公司在整車輕量化部分，沒(méi)有專利申請(qǐng)的記錄，其原因可能如下：(1)整車輕量化不是特斯拉公司的核心技術(shù)，在整車輕量化技術(shù)方面，特斯拉公司不如其他汽車廠商；(2)特斯拉電動(dòng)汽車的車身參照了其他汽車企業(yè)的設(shè)計(jì)(例如蓮花、菲斯克)。（3） 專利分類分布情況在初步篩選后的360項(xiàng)專利中，各部分專利的數(shù)目和在總體內(nèi)所占的比例如圖 14所示。圖 14總體分類的分布可以看出鋰離子電池系統(tǒng)方面的專利占總體專利的50%以上(184項(xiàng))，是特斯拉公司專利戰(zhàn)略的重點(diǎn)，也是該公司歷年來(lái)研究工作的重點(diǎn)。特斯拉公司在宣傳中多次提及自身獨(dú)特的動(dòng)力電池系統(tǒng)技術(shù)，在專利保護(hù)戰(zhàn)略中可以看出與宣傳是一致的。同時(shí)，特斯拉汽車獨(dú)特的18650小容量電池成組技術(shù)雖在電動(dòng)汽車業(yè)界存在不同的聲音，但現(xiàn)階段看，在商業(yè)應(yīng)用上是成功的。（4） 專利所有權(quán)初步篩選的360項(xiàng)專利中，特斯拉公司原申請(qǐng)了很多專利，并引進(jìn)了一部分專利；但目前很大一部分專利做了抵押。其分布情況如圖 15所示：圖 15初步篩選專利所有權(quán)特斯拉公司在鋰離子電池部分做了很重要的專利布局，申請(qǐng)了大量有關(guān)鋰離子電池的專利，并引進(jìn)了一部分專利；目前作為特斯拉公司戰(zhàn)略重點(diǎn)的鋰離子電池部分的專利，很大一部分做了抵押。其具體情況如圖 16所示。圖 16鋰離子電池部分專利所有權(quán)由上可知，特斯拉公司已經(jīng)失去了包括核心鋰離子電池技術(shù)方面的大部分專利的所有權(quán)，至于其宣稱專利公開(kāi)，并不能完全消除侵權(quán)的可能性。1.4 重點(diǎn)專利介紹針對(duì)上述初步篩選的360個(gè)專利，進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，進(jìn)一步篩選出75項(xiàng)專利，作為重點(diǎn)專利，進(jìn)行了創(chuàng)新點(diǎn)的整理。1.5 重點(diǎn)專利分布統(tǒng)計(jì)作為重點(diǎn)的專利，主要包括鋰離子電池部分(58項(xiàng))、電機(jī)部分(4項(xiàng))、整車部分(6項(xiàng))和界面控制系統(tǒng)(7項(xiàng))，其具體分類和分布情況如圖 17和圖 18所示：圖 17重點(diǎn)專利分類明細(xì)圖 18重點(diǎn)專利分類分布在重點(diǎn)專利分析中，主要是對(duì)特斯拉核心技術(shù)鋰離子電池部分做了詳細(xì)的專利解讀，并分析了電機(jī)部分、整車部分的比較新穎的結(jié)構(gòu)或控制和界面控制系統(tǒng)的組成。1.6 重點(diǎn)專利的專利所有權(quán)75項(xiàng)重點(diǎn)專利中，基本上都是特斯拉專利原有的專利，只有很少一部分是引進(jìn)的。重點(diǎn)專利部分的所有權(quán)和重點(diǎn)專利中鋰離子電池部分的專利所有權(quán)如圖 19和圖 110所示。圖 19重點(diǎn)專利所有權(quán)圖 110鋰離子電池部分專利所有權(quán)由圖 19和圖 110中可知，重點(diǎn)分析的75項(xiàng)專利中，有絕大部分專利做了抵押，其中特斯拉核心專利鋰離子電池部分，也絕大部分都做了抵押。經(jīng)咨詢，多數(shù)專家認(rèn)為，特斯拉此舉在戰(zhàn)略上是整合社會(huì)資源的一部分。2 鋰離子電池2.1 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)當(dāng)前，鋰離子電池是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池應(yīng)用的主體，其充放電性能、使用壽命等均受到溫度的影響，如圖 21圖 23 PNC BANK，NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Method of controlling system temperature to extend battery pack life（控制系統(tǒng)溫度與延長(zhǎng)電池壽命的方法）: US，2012/0021258 P. 2011-10-32012-1-26. （已抵押）。電池在放電過(guò)程中，要放出一定的熱量，動(dòng)力電池箱在狹小的空間中集中大量的鋰離子電池（特斯拉汽車使用了近8000塊電池單體），快速有效的散熱冷卻系統(tǒng)是必不可少的。當(dāng)電池的充放電倍率增加時(shí)，如產(chǎn)生的大量熱量不能及時(shí)排出，會(huì)進(jìn)一步加劇熱量的集聚，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致熱失控。熱失控也可能由電池內(nèi)部短路、不正當(dāng)?shù)氖褂?、機(jī)械濫用、制造缺陷，或者長(zhǎng)期暴露在極端溫度下等引起。熱失控的起始階段，主要體現(xiàn)在電池內(nèi)外部的溫度的異?？焖僭黾?，以及電池內(nèi)部副反應(yīng)導(dǎo)致的氣體排放引起的內(nèi)壓增加。單體電池出現(xiàn)熱失控的時(shí)候，高溫高壓有可能足以破壞電池封裝，出現(xiàn)著火、甚至爆炸事故。事故電池單體的高溫在缺乏電池間隔離防護(hù)的情況下也會(huì)傳播到鄰近的電池單體（圖 24所示 MIDLAND LOAN SERVICES，INC, KANSAS. Cell thermal runaway propagation resistant battery pack（防止熱失控蔓延的電池組）: US，7，820，319 P. 2009-11-252010-10-16. （已抵押）。圖 21不同溫度下動(dòng)力電池的放電特性圖 22不同溫度下動(dòng)力電池的循環(huán)放電容量圖 23 不同溫度下動(dòng)力電池儲(chǔ)能特性圖 24電池?zé)崾Э氐穆犹厮估竟_(kāi)的專利中涉及到電池?zé)峁芾淼膶＠灿?jì)68篇，其中熱管理結(jié)構(gòu)與控制策略共計(jì)36篇，熱失控的檢測(cè)及其防護(hù)措施共計(jì)32篇。具體的分類如圖 25所示。通過(guò)篩選，其中的28篇作為重點(diǎn)專利進(jìn)行分析。圖 25熱管理相關(guān)專利分布2.1.1 冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化特斯拉使用液體為導(dǎo)熱介質(zhì)，其冷卻系統(tǒng)的形式多種多樣。本類型專利包含了兩種，一是利用導(dǎo)熱管的空間布置對(duì)電池進(jìn)行冷卻；二是直接利用冷卻液對(duì)電池進(jìn)行冷卻。2.1.1.1 導(dǎo)熱管型冷卻系統(tǒng)優(yōu)化特斯拉專利針對(duì)圓柱形電池進(jìn)行導(dǎo)熱管的優(yōu)化 MIDLAND LOAN SERVICES，INC, KANSAS. Optimized cooling tube geometry for intimate thermal contact with cells(接觸式冷卻管路優(yōu)化設(shè)計(jì)): US，2008/0311468 P. 2007-6-182008-12-18. （已抵押） Tesla Motors, Inc. Overmolded thermal interface for use with a battery cooling system (二次成型熱界面電池冷卻系統(tǒng)): US，8541127 P. 2011-5-62013-9-24.，圖 26為優(yōu)化前的流道結(jié)構(gòu)，圖 27優(yōu)化后的流道結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的流道結(jié)構(gòu)更適應(yīng)電池的形狀，從而提高空間的利用率，且增大了與電池的接觸面積，提升了冷卻效果。圖 26優(yōu)化前水道布置圖 27優(yōu)化后水道布置雖然上述流道結(jié)構(gòu)具有多種優(yōu)點(diǎn)，但是在加工制造過(guò)程中，流道的弧度難以達(dá)到與電池嚴(yán)絲合縫的貼合，這就會(huì)導(dǎo)致電池與導(dǎo)熱管的接觸面積減小，造成導(dǎo)熱不通暢。采用熱界面材料制成導(dǎo)熱管的導(dǎo)熱套，與導(dǎo)熱流道結(jié)合，如圖 28和圖 29。鋸齒形的界面材料，不僅增大了與電池的接觸面積，而且降低了對(duì)導(dǎo)熱管生產(chǎn)工藝的要求4。701導(dǎo)熱管；703熱界面；705平滑面；707非平滑面；901波浪形凸起；903局部放大圖；905平滑面熱界面厚度；907非平滑面熱界面厚度701導(dǎo)熱管；703熱界面；203單體電池圖 28導(dǎo)熱管截面圖圖 29熱界面與電池表面接觸圖圖 28為導(dǎo)熱管的截面圖，導(dǎo)熱套套在管道外面，利用導(dǎo)熱套外側(cè)鋸齒形結(jié)構(gòu)增大與電池的接觸面積，如圖 29所示。電池單體單體插入冷卻管道時(shí)也需有特定的方向才能達(dá)到熱界面與電池表面良好的接觸情況，如圖 210所示。701導(dǎo)熱管；703熱界面；901波浪形凸起；1401單體電池安裝方向圖 210電池單體相對(duì)導(dǎo)熱管安裝方向示意圖2.1.1.2 冷卻水套型冷卻系統(tǒng)優(yōu)化冷卻水套由一個(gè)空心的外殼組成，冷卻液通過(guò)該殼體的入口和出口流入或流出，如圖 211所示 Tesla Motors, Inc. Battery coolant jacket (電池冷卻水套): US，8647763 P. 2011-6-302014-2-11.。電池以冷卻劑隔離墻為界被劃分若干組，冷卻劑隔離墻將電池組和液體冷卻劑隔離開(kāi)流量控制器控制冷卻液體流進(jìn)和流出冷卻水套的管道路徑，例如使冷卻劑流動(dòng)路徑在電池單體之間發(fā)生改變。圖 211冷卻水套整體結(jié)構(gòu)冷卻水套的尺寸與其相應(yīng)的電池單體數(shù)量相關(guān)，但也受制造工藝所限制，總體上來(lái)說(shuō)，水套越大，對(duì)其進(jìn)行密封就越難。此外，單個(gè)水套所能有效密封的單體數(shù)量受冷卻液的體積及流速、單體和導(dǎo)熱管之間的熱接觸面積、冷卻液流入的溫度、電池?zé)嶝?fù)載及期望的單體溫度范圍所限制。圖 212電池模塊隔離結(jié)構(gòu)圖 213隔離墻與冷卻液流動(dòng)1圖 214隔離墻與冷卻液流動(dòng)2圖 215隔離墻與冷卻液流動(dòng)3如圖 212所示，采用機(jī)械可壓縮的導(dǎo)熱材料包裹每個(gè)單體，即使單體和水套孔在溫度變化時(shí)會(huì)以不同速率膨脹、收縮，這層材料可以確保獲得必要的導(dǎo)熱性。隔離墻可以控制冷卻液的流動(dòng)方向，以滿足不同的功能需求，如圖 213圖 215所示，通過(guò)改變隔離墻的位置可以得到如圖所示的冷卻液流動(dòng)方式。2.1.2 溫度控制的結(jié)構(gòu)圖 216為溫度控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1，其中能量存儲(chǔ)系統(tǒng)ESS在本文中指動(dòng)力電池包。為將ESS（605）產(chǎn)生的熱量及時(shí)疏散，特斯拉設(shè)計(jì)了兩級(jí)冷卻系統(tǒng)：右側(cè)為電池冷卻子系統(tǒng)（601），通過(guò)冷卻泵驅(qū)動(dòng)冷卻液對(duì)ESS進(jìn)行液體冷卻；左側(cè)為制冷子系統(tǒng)（603），通過(guò)熱交換器（605），對(duì)右側(cè)高溫的冷卻液進(jìn)行冷卻，加強(qiáng)冷卻效果。若ESS溫度處于第一溫度范圍內(nèi)（較低溫度范圍，但需要冷卻），則開(kāi)啟液體冷卻（617）和散熱片（623）進(jìn)行散熱；若動(dòng)力電池放電電流較大，發(fā)熱量較高，使得ESS溫度達(dá)到第二溫度范圍內(nèi)，則在上述基礎(chǔ)上增加風(fēng)扇強(qiáng)制對(duì)流散熱；若動(dòng)力電池發(fā)熱量進(jìn)一步加大、或出現(xiàn)熱失控，使得ESS溫度高于第二溫度范圍，則在上述基礎(chǔ)上開(kāi)啟制冷子系統(tǒng)，即雙冷卻系統(tǒng)，對(duì)冷卻劑進(jìn)行降溫。在后續(xù)的專利申請(qǐng)中 MIDLAND LOAN SERVICES，INC, KANSAS. battery pack temperature optimization control system（電池組溫度優(yōu)化控制系統(tǒng)）: US，20100212338 P. ； 2009-3-182010-10-16. （已抵押），特斯拉對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，在ESS內(nèi)部布置多條流道結(jié)構(gòu)1001、1003，通過(guò)節(jié)流閥控制流道內(nèi)冷卻劑的流量，可實(shí)現(xiàn)ESS內(nèi)部的分區(qū)溫度控制，提高其內(nèi)部溫度的均勻性，如圖 217。501-能量存儲(chǔ)系統(tǒng)；601-電池冷卻系統(tǒng)；603-制冷系統(tǒng)；605-熱交換裝置；607-壓縮機(jī)；609冷凝室；611-風(fēng)扇；613-熱平衡閥；615-干燥分離裝置；617-導(dǎo)熱管；619-冷卻泵；621-冷卻劑存儲(chǔ)器；623-散熱片；625-風(fēng)扇；627-加熱器圖 216動(dòng)力電池溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)501-能量存儲(chǔ)系統(tǒng)；601-電池冷卻系統(tǒng)；603-制冷系統(tǒng)；605-熱交換裝置；607-壓縮機(jī)；609冷凝室；611-風(fēng)扇；613-熱平衡閥；615-干燥分離裝置；617-導(dǎo)熱管；619-冷卻泵；621-冷卻劑存儲(chǔ)器；623-散熱片；625-風(fēng)扇；627-加熱器；1001，1003-導(dǎo)熱管導(dǎo)熱管；1005-節(jié)流閥；圖 217改進(jìn)的動(dòng)力電池溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了滿足電池的正常工作條件以及給乘客制熱和制冷等需求，電動(dòng)汽車一般需要多個(gè)獨(dú)立的熱管理系統(tǒng)，這使得其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制難度大。特斯拉針對(duì)上述情況提出了一種解決方法 Tesla Motors, Inc. Centralized multi-zone cooling for increased battery efficiency (高效集中式多區(qū)冷卻): US，7890218 P. 2007-7-182011-2-15. （已抵押），其主要結(jié)構(gòu)分為冷卻子系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)，電池循環(huán)子系統(tǒng)和乘客艙循環(huán)子系統(tǒng)。如圖 218所示，冷卻子系統(tǒng)（202）有多種降溫的方法，例如，壓縮制冷劑降溫，制冷劑可以為四氟化碳或R134a（國(guó)際主流的環(huán)保制冷劑之一）等；通過(guò)電熱方法如帕爾貼效應(yīng) WILMINGTON TRUST COMPANY，DELAWARE. Electric vehicle thermal management system and method（電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)和方法）: US，8，658，299 P. ；2011-3-32014-4-25. （已抵押）（Peltier Effect, 利用電流通過(guò)兩種特殊物質(zhì)的結(jié)點(diǎn)處而產(chǎn)生溫度降低的現(xiàn)象）降溫。乘客艙空調(diào)子系統(tǒng)（206），用于為車廂降溫。在傳統(tǒng)汽車中，乘客艙空調(diào)子系統(tǒng)包括電風(fēng)扇，導(dǎo)管和通風(fēng)管等。如果該子系統(tǒng)中含有冷卻劑，則子系統(tǒng)中還應(yīng)有膨脹閥和蒸發(fā)器。可以通過(guò)電風(fēng)扇吹過(guò)蒸發(fā)器使得蒸發(fā)器為車廂提供冷卻空氣。控制子系統(tǒng)用于管理冷卻液或其他冷卻介質(zhì)在冷卻子系統(tǒng)與電池循環(huán)子系統(tǒng)或車廂冷卻子系統(tǒng)之間的流動(dòng)。202冷卻子系統(tǒng)；204電池循環(huán)子系統(tǒng)；206車廂循環(huán)子系統(tǒng)；208控制系系統(tǒng)圖 218集中式冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖將專利6與專利7結(jié)合，特斯拉給出了更廣義的分區(qū)控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)程序（310）控制電磁閥（308）調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)對(duì)不同區(qū)域冷卻劑的流量，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的溫度控制，如圖 219所示。302冷卻子系統(tǒng)；304除電池以外需要冷卻的區(qū)域1；306電池區(qū)域；308閥門(mén)；310控制子系統(tǒng)圖 219集中式冷卻系統(tǒng)功能模塊圖在上述專利基礎(chǔ)上，特斯拉從整車溫度控制出發(fā)，建立了整車熱管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖 220所示 MIDLAND LOAN SERVICES，INC, KANSAS. Electric vehicle thermal management system（電動(dòng)車電池管理系統(tǒng)）: US，7，841，431 P. 2009-10-72010-10-16. （已抵押）。驅(qū)動(dòng)冷卻子系統(tǒng)、電池冷卻子系統(tǒng)、乘客艙通風(fēng)冷卻子系統(tǒng)均以液體為主要的傳熱介質(zhì)，并配有風(fēng)扇和散熱片。當(dāng)散熱量不大時(shí)，各子系統(tǒng)可自行完成溫度控制；外界溫度較高時(shí)，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，乘客艙和電池箱進(jìn)行散熱降溫，制冷子系統(tǒng)通過(guò)熱交換裝置，吸收電池箱和乘客艙冷卻導(dǎo)管中的熱量，達(dá)到降低冷卻劑溫度的作用，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的冷卻劑可通過(guò)節(jié)流閥，從乘客艙的冷卻劑流道中引流低溫冷卻劑，從而加強(qiáng)冷卻效果；環(huán)境溫度較低時(shí)，需要對(duì)乘客艙進(jìn)行加熱，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)熱量較大，需進(jìn)行冷卻，可聯(lián)通節(jié)流閥（155）和（157），將驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)中已經(jīng)加熱的冷卻液倒流到乘客艙中，待加熱器和風(fēng)扇將這部分熱量散熱至乘客艙后，再通過(guò)節(jié)流閥（159）將低溫的冷卻劑倒流回驅(qū)動(dòng)冷卻系統(tǒng)。通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)各子系統(tǒng)冷卻劑的流向，合理調(diào)配車輛運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)了低能耗下的整車溫度的綜合控制。101-驅(qū)動(dòng)冷卻子系統(tǒng)； 103-制冷系統(tǒng)；105-電池冷卻系統(tǒng)；107-乘客艙空調(diào)；133-熱交換裝置；109、139、151導(dǎo)熱管；141-冷卻泵； 155、157、159-節(jié)流閥；137-能量存儲(chǔ)系統(tǒng)；圖 220整車熱管理系統(tǒng)2.1.3 溫度控制的控制策略2.1.3.1 冷卻系統(tǒng)控制策略針對(duì)不同復(fù)雜程度的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特斯拉給出了多個(gè)溫度控制策略，有的僅以ESS內(nèi)部溫度作為參考，有的也將環(huán)境溫度考慮在內(nèi)，而且環(huán)境溫度有多重獲取方法如傳感器直接檢測(cè)，根據(jù)歷史記錄查表，根據(jù)時(shí)間地點(diǎn)，去數(shù)據(jù)庫(kù)查詢等。本文給出了兩個(gè)典型的溫度控制策略6。圖 221為ESS分區(qū)溫度控制策略流程圖，首先判斷ESS平均溫度是否處于一定范圍內(nèi)（901），如高于該范圍，則開(kāi)啟雙冷卻系統(tǒng)（903）；若低于該溫度范圍則關(guān)閉冷卻系統(tǒng)（707）；若處于該范圍內(nèi)，則將環(huán)境溫度與ESS分區(qū)內(nèi)的平均溫度進(jìn)行對(duì)比（709），若環(huán)境溫度高于分區(qū)平均溫度則關(guān)閉該分區(qū)導(dǎo)熱管導(dǎo)熱管（1105、1107）；若環(huán)境溫度低于分區(qū)內(nèi)溫度則開(kāi)啟分區(qū)流道，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行冷卻（1109、1111）。低溫下動(dòng)力電池的充放電能力會(huì)下降，所以低溫環(huán)境下應(yīng)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱，以提高其充放電性能，所以圖 222給出了帶有加熱系統(tǒng)的控制策略。若ESS平均溫度低于第一個(gè)溫度范圍（T1，T2），則進(jìn)一步判斷是否低于第二個(gè)溫度范圍(T3，T1) （1503）；若低于該溫度范圍則需要對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱（1505），若處于該范圍則關(guān)閉冷卻系統(tǒng)（715）。圖 221 ESS溫度分區(qū)控制策略圖 222 ESS 溫度綜合控制策略2.1.3.2 加熱控制策略動(dòng)力電池預(yù)熱的熱量來(lái)源包括如下幾個(gè)方面：動(dòng)力電池上附加加熱器；弱化或停止冷卻系統(tǒng)；從環(huán)境中吸熱；主電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中的冷卻液；將散熱用的冷卻劑加熱。圖 223為預(yù)加熱系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) MIDLAND LOAN SERVICES，INC，KANSAS. System and method for battery reheating（電池預(yù)熱方法和系統(tǒng)）: US，7，741，816 P. 2008-7-282014-7-22. （已抵押），溫度比較裝置（208）監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池溫度并與預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)動(dòng)力電池溫度低于預(yù)設(shè)溫度值則向控制回路（210）發(fā)出低溫信號(hào)；控制回路會(huì)確定當(dāng)前溫度點(diǎn)至預(yù)設(shè)啟動(dòng)車輛時(shí)間點(diǎn)的剩余時(shí)間，并發(fā)出可預(yù)加熱指令；根據(jù)該指令，控制回路驅(qū)動(dòng)加熱系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行預(yù)加熱。能耗評(píng)估系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)預(yù)加熱能耗因數(shù)，并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，高于預(yù)設(shè)值時(shí)停止預(yù)加熱，低于預(yù)設(shè)值時(shí)會(huì)重新發(fā)送可預(yù)加熱指令至控制回路，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)加熱，如圖 224所示。若剩余時(shí)間低于一定數(shù)值時(shí)，預(yù)加熱則不受能耗因數(shù)限制，直到加熱至預(yù)設(shè)溫度值。206-動(dòng)力電池系統(tǒng)；214-加熱系統(tǒng)；208-溫度比較器；210-控制回路；212進(jìn)一步控制回路；能耗評(píng)價(jià)回路；用戶界面圖 223預(yù)加熱系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 224 預(yù)加熱能耗和電池溫度對(duì)時(shí)間的關(guān)系2.1.4 熱失控的檢測(cè)2.1.4.1 熱失控的檢測(cè)方法探測(cè)熱失控最好的方法就是盡可能提前預(yù)報(bào)熱事件，這樣可以提供充裕的時(shí)間消除或降低對(duì)電池的傷害。以下專利分別采用不同的方法預(yù)報(bào)熱失控，依據(jù)不同的檢測(cè)參數(shù)可分為：氣體壓力檢測(cè)法、熱敏電阻檢測(cè)法、絕緣電阻檢測(cè)法、電壓檢測(cè)法、光纖檢測(cè)法。（1） 氣體壓力檢測(cè)法通過(guò)檢測(cè)電池包內(nèi)部氣體壓力變化來(lái)判斷是否發(fā)生了熱失控 PNC BANK，NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Battery pack pressure monitoring system for thermal event detection（熱失控的檢測(cè)方法）: US，2013/0260192 P. 2012-3-292013-10-3. （已抵押）。其原理實(shí)：在一個(gè)密閉的電池箱內(nèi)，檢測(cè)發(fā)生熱失控時(shí)箱內(nèi)氣體壓力的變化。通過(guò)擬合檢測(cè)的壓力曲線（擬合的時(shí)間段是8-13秒），判斷其是否按照指數(shù)衰減的，如果是按指數(shù)衰減則未發(fā)生熱失控；如果不是按指數(shù)衰減，則表示出現(xiàn)熱失控。其檢測(cè)流程，如圖 225所示。將監(jiān)測(cè)的電池箱內(nèi)部最近100秒的壓力數(shù)值與壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（303）；若壓力異常，則擬合壓力曲線（305）；將擬合的壓力曲線與熱失控時(shí)的壓力曲線比較，是否是按照指數(shù)衰減；如果是，做出非熱失控的響應(yīng)（313）；如果不是，則有可能是熱失控引起的事件，再次檢測(cè)二次的響應(yīng)（505）；若再次確認(rèn)的二次影響在一定的時(shí)間內(nèi)，則確認(rèn)發(fā)生了熱失控并做出響應(yīng)（309）。為了避免外界環(huán)境或者其他因素的影響，需要二次檢測(cè)系統(tǒng)，它利用溫度、濕度、冷卻液的溫度作為參數(shù)，輔助判斷熱失控。檢測(cè)周期可分別設(shè)定為5s、30s、1min、5min、10min。記錄溫度、時(shí)間、壓力，并輸出：警告、啟動(dòng)熱管理系統(tǒng)、傳輸時(shí)間信息、滅火、功率輸出管理等信號(hào)。301-開(kāi)始?jí)毫z測(cè)；303-壓力異常檢測(cè)；305-擬合壓力曲線；313-非異常響應(yīng)；501-二次影響檢測(cè)；503-時(shí)間檢測(cè)；309-熱失控響應(yīng)圖 225 內(nèi)部壓力檢測(cè)流程圖（2） 熱敏電阻檢測(cè)法圖 226所示，熱敏電阻（103）測(cè)量電池（101）表面的電阻值變化 PNC BANK，NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Battery thermal event detection system using a thermally interruptible（使用可中斷電導(dǎo)體檢測(cè)電池箱熱事故）: US，20100302051 P. 2009-5-282011-11-15. （已抵押）（阻值隨溫度而變化）；以測(cè)量到的電阻值的連續(xù)性作為第一判斷條件，當(dāng)溫度升高的時(shí)候，電阻值的連續(xù)性被打斷（由于阻值的突然增大）；并結(jié)合第二判斷條件：溫度變化速率、溫度值(避免功率輸出帶來(lái)的溫升)。（301）是一個(gè)已知溫度特性的熱敏電阻，用來(lái)監(jiān)督裝置（105）是否正常工作，在正常工作時(shí)可以顯示準(zhǔn)確的（301）電阻值。101-電池；103熱敏電阻；105電阻檢測(cè)；109-控制系統(tǒng)；113-報(bào)警系統(tǒng)；115-負(fù)載控制；117-冷卻系統(tǒng)；119-火控系統(tǒng)；121-系統(tǒng)檢測(cè)；123輸出系統(tǒng)圖 226熱敏電阻值檢測(cè)原理（3） 絕緣電阻檢測(cè)法圖 227是通過(guò)檢測(cè)電池包的絕緣電阻值的變化來(lái)判斷是否發(fā)生了熱失控的事件 PNC BANK，NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Method for detecting battery thermal events via battery pack isolation resistance monitoring（通過(guò)絕緣電阻檢測(cè)電池?zé)崾Э氐姆椒ǎ? US，8，178，227 P. 2012-1-132012-5-15. （已抵押） TESLA MOTORS，INC. ，CALIFORNIA. Battery thermal event detection system utilizing battery pack isolation monitor（利用電池組隔離監(jiān)控電池?zé)崾录z測(cè)系統(tǒng)）: US, 2013004997 P. 2011-8-232013-2-28.。絕緣電阻的變化過(guò)程如下所述，（703）表示絕緣電阻降。由于電池箱內(nèi)部過(guò)熱產(chǎn)生的導(dǎo)電氣體，（705）是由于排氣閥打開(kāi)導(dǎo)電氣體釋放，使得絕緣電阻值恢復(fù)至初始值；基于第一次的后續(xù)的導(dǎo)電氣體的釋放，（707）絕緣電阻值下降，導(dǎo)致第二次的導(dǎo)電氣體的釋放，恢復(fù)過(guò)程有些緩慢。但是若發(fā)生了熱失控，則出現(xiàn)（709）絕緣電阻值降低后是無(wú)法恢復(fù)的。703-絕緣電阻降；705-絕緣電阻升；707-絕緣電阻降；709-失控時(shí)絕緣電阻圖 227電池包絕緣電阻阻值變化（4） 電壓檢測(cè)法圖 228為熱失控的電壓檢測(cè)方法 PNC BANK, NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Battery thermal event detection system using an electrical conductor with a thermally interruptible insulator（熱絕緣電導(dǎo)體檢測(cè)熱失控的系統(tǒng)）: US，8，154，256 P. 2009-5-282012-4-10. （已抵押）。該裝置將一個(gè)絕熱導(dǎo)電部件置于或接近電池或電池組的外表面。電壓測(cè)量系統(tǒng)（105），測(cè)量導(dǎo)熱部件內(nèi)部導(dǎo)電電芯（301）的電壓，若電池或電池組處于預(yù)定溫度范圍內(nèi)，則電壓測(cè)量系統(tǒng)輸出第一種信號(hào)；若電池或電池組超過(guò)或低于預(yù)定溫度范圍內(nèi)，則電壓測(cè)量系統(tǒng)輸出第二種信號(hào)。101-電池；301-導(dǎo)電體；303-導(dǎo)電體；305-絕緣部件；圖 228電阻阻值檢測(cè)方法圖 228中，（103）由同軸的兩種導(dǎo)體和中間的絕緣物質(zhì)組成，其中的一個(gè)導(dǎo)體（301）連接著參考電壓源和限流電阻，另一個(gè)導(dǎo)體（303）與電壓測(cè)量裝置連接。（105）是電壓測(cè)量裝置，（107）是參考電壓值，（301）和（303）分別是兩種不同的電導(dǎo)體，（305）是絕緣物質(zhì)。在發(fā)生熱失控時(shí)，（305）絕緣的物質(zhì)會(huì)融化，這樣使得（303）與（301）連接到一起，在（105）監(jiān)控（303）的電壓會(huì)變化，由此判斷熱事件的發(fā)生。如果是兩個(gè)導(dǎo)體分別包裹著不同融化溫度的絕緣物質(zhì)，則可檢測(cè)到兩種不同的熱事件的溫度。（5） 光纖檢測(cè)法圖 229提供了一種方法和裝置可用于判斷電池包中電池單體或多個(gè)電池出現(xiàn)異常的熱行為MIDLAND LOAN SERVICES，INC，KANSAS. Battery thermal event detection system using an optical fiber（利用光纖監(jiān)測(cè)電池?zé)崾录? US，8，092，081 P. 2009-5-282014-7-22. （已抵押）。如熱失控，該系統(tǒng)使用的光纖安裝在靠近或接觸要監(jiān)控的電池或電池組的外表面。光纖103一端耦合一個(gè)光源105，探測(cè)器107，通過(guò)檢測(cè)光纖另一端的輸出光的強(qiáng)度確定電池的健康狀態(tài)。101-電池；103光纖；105-光源；107-接收器；109-控制系統(tǒng)；113-報(bào)警系統(tǒng)；115-負(fù)載控制；117-冷卻系統(tǒng)；119-火控系統(tǒng)；121-系統(tǒng)檢測(cè)；123輸出系統(tǒng)圖 229光纖檢測(cè)熱失控方法圖 230所示，為了提高探測(cè)的靈敏度，對(duì)溫度變化的靈敏度，添加了濾光片（301），（301）是一個(gè)帶通濾光片；所以在發(fā)生熱事件使得溫度上升時(shí)，波長(zhǎng)變化帶較窄，就容易判斷出溫度的變化。為進(jìn)一步增加探測(cè)的靈敏度，添加了濾光片（403），（403）是一個(gè)帶通濾光片。增加了分光片（501），把一束光分成兩束光，這樣可檢測(cè)兩種不同波長(zhǎng)的光束，不同光束對(duì)溫度變化的敏感度不同，由此可以提供更多的溫度變化信息。為了增加系統(tǒng)的可靠性采用了斜置的分光片，把光源（105）發(fā)出的光引回到系統(tǒng)控制器。這樣在（10）7探測(cè)到光強(qiáng)度變化時(shí)，需要參考引回到的光是否是正常光源（105）發(fā)射的光。防止誤判斷的發(fā)生。圖 230光纖檢測(cè)熱失控方法2.1.4.2 熱失控檢測(cè)系統(tǒng)的自檢方法為保證上述熱失控檢測(cè)系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，專利PNC BANK, NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Method and apparatus electrically cycling a battery cell to simulate a internal short（利用電循環(huán)模擬電池單體內(nèi)部短路的方法和裝置）: US，8，421，469 P. 2009-5-282012-4-10. （已抵押）給出了對(duì)于熱失控檢測(cè)系統(tǒng)的自檢方法，如圖 231。測(cè)試電池單體（105）由專門(mén)的外部電源（111）供電，控制器（113）根據(jù)預(yù)設(shè)程序，對(duì)測(cè)試電池充電，模擬充電熱失控狀態(tài)。此外，該外部電源也可以是負(fù)載，通過(guò)控制器，模擬電池放電熱失控狀態(tài)。101-電池組包；105-測(cè)試電池單體；103-模型外殼（module housing）；107-電池；109-測(cè)試導(dǎo)線；111-測(cè)試電源；113-控制器；115-存儲(chǔ)器；117-人機(jī)交互系統(tǒng)。圖 231熱失控檢測(cè)系統(tǒng)的自檢方法該系統(tǒng)的控制策略如下：圖 232自檢系統(tǒng)的控制策略2.1.5 防止或抑制熱失控蔓延的措施18650動(dòng)力電池單體發(fā)生熱失控后，可在短時(shí)間內(nèi)釋放30kJ熱量，這些熱量若不能及時(shí)散出，將引起周圍電池的溫度升高，進(jìn)而發(fā)生熱失控的蔓延，若整箱動(dòng)力電池均出現(xiàn)熱失控，將釋放240MJ的熱量，這將對(duì)乘客帶來(lái)致命的傷害，所以必須采取措施阻止或抑制熱失控的蔓延。出現(xiàn)熱失控后，電池箱狹小的控制限制了散熱。特斯拉提出了熱屏障和熱熔斷兩種方法，用于防治熱失控的蔓延。2.1.5.1 防止熱失控蔓延的熱屏障在電池單體之間、電池組（電池模塊）之間、電池箱與乘客艙之間設(shè)置熱屏障，提高熱失控電池向其他電池傳熱的熱阻，可達(dá)到阻礙熱失控蔓延的目的。（1） 電池單體之間的熱屏障膨脹材料在受熱的情況可吸收熱能，在動(dòng)力電池外側(cè)或內(nèi)側(cè)加裝膨脹材料2，如圖 233A、B所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可有效的防止或減緩熱失控的蔓延，圖 24和圖 234。膨脹材料也可設(shè)計(jì)為多層結(jié)構(gòu)，如圖C所示。（801）和（803）為不同的熱膨脹材料，其材料屬性有以下幾種搭配方式：內(nèi)層熱熔高于外層，內(nèi)層可及時(shí)吸收動(dòng)力電池的熱量，電池進(jìn)一步產(chǎn)熱可由外層吸收；內(nèi)層膨脹臨界溫度低，外層高。內(nèi)層可及時(shí)吸收動(dòng)力電池?zé)崃?，使其維持在較低溫度環(huán)境下，若電池繼續(xù)發(fā)熱，溫度升高，可由外層繼續(xù)吸收；導(dǎo)熱能力內(nèi)高外低，內(nèi)層高導(dǎo)熱能力材料可迅速將熱量導(dǎo)出，外層材料可起到熱隔離作用。這幾種方式均可起到延緩熱失控蔓延的作用。ABC圖 233 動(dòng)力電池單體加裝膨脹材料結(jié)構(gòu)示意圖圖 234安裝膨脹材料可抑制熱失控的蔓延（2） 電池組之間的熱屏障為了加強(qiáng)電池箱的強(qiáng)度，在電池箱中加入了分區(qū)隔板，每個(gè)分區(qū)中有一定數(shù)量的電池。分區(qū)隔板采用耐高溫、低傳熱率的材料制成，可有效的阻礙熱失控蔓延到其他分區(qū)，如圖 235所示 MIDLAND LOAN SERVICES，INC，KANSAS. Thermal barrier structure for containing thermal runaway propagation within a battery pack（電池組中防熱失控傳播的熱量阻隔結(jié)構(gòu)）: US，8，541，126 P. 2009-8-312014-7-22. （已抵押）。此外分區(qū)隔板有多中結(jié)構(gòu)方式，圖 236A在隔熱板中增加了導(dǎo)熱管，在阻隔熱量蔓延的同時(shí)，將熱量導(dǎo)出；圖 236B將隔熱板做成分層結(jié)構(gòu)，外層具有較好的導(dǎo)熱特性，可及時(shí)的將熱量導(dǎo)出，而中間層的導(dǎo)熱能力較低，使傳遞到相鄰區(qū)域的熱量最小。201-分區(qū)隔板；203動(dòng)力電池；205、208、207-電池箱外殼；AB圖 235圓柱形動(dòng)力電池的熱隔離結(jié)構(gòu)圖 236分區(qū)隔板的結(jié)構(gòu)（3） 電池包和乘客艙之間的熱屏障若上述方式?jīng)]有有效的阻礙熱失控的蔓延，使電池箱內(nèi)出現(xiàn)大范圍的熱失控。為防止熱量會(huì)擴(kuò)散至乘客艙，在電池箱與乘客艙之間添加一層阻燃的隔熱層，如圖 237TESLA MOTORS，INC. ，CALIFORNIA. Vehicle battery pack thermal barrier（利用電池組隔離監(jiān)控電池?zé)崾录z測(cè)系統(tǒng)）: US, 2013/0153317 P. 2013-2-202013-6-20. （已抵押）。該隔熱層具有良好的高溫穩(wěn)定性和隔熱效果：環(huán)境溫度為1000oC時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)低于0.25W/mK?？稍?00oC高溫下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并能在1000oC高溫下堅(jiān)持10s。隔熱層具有分層結(jié)構(gòu)，如圖 238。外側(cè)是防水層（1305），內(nèi)部靠近電池箱的一層是隔熱層（1303），大約6毫米厚，由二氧化硅和氧化鈣的纖維與粘合劑組成；靠近乘客艙的一層經(jīng)過(guò)高度壓縮的塑料層（1301），大約3毫米厚，由閉孔發(fā)泡聚氨酯片材構(gòu)成。此外，隔熱層還具有良好的降噪減震作用。101-動(dòng)力電池箱；202-電池箱與乘客艙隔板；圖 237動(dòng)力電池與乘客艙的分隔結(jié)構(gòu)403乘客艙；501-動(dòng)力電池箱；1301-高壓縮塑料層；1305-防水層；1303-隔熱層圖 238 電池箱與乘客艙分隔層結(jié)構(gòu)示意圖（4） 差異化傳熱阻礙熱失控蔓延前文講述的抑制熱失控蔓延的措施可歸結(jié)為增大熱量向電池外部傳播的熱阻。若將該方法與電池箱內(nèi)的冷卻系統(tǒng)有效的結(jié)合，使熱量差異化的傳播也可有效的阻礙熱失控的蔓延 MIDLAND LOAN SERVICES, INC., KANSAS，Increased resistance to thermal runaway through different heat transfer (通過(guò)差別傳熱增加熱失控阻力)，US，20100151308P，2008-11-122010-1-17. （已抵押）。圖 239為某電池連接的俯視圖。電池單體（202）通過(guò)連接線將正負(fù)極連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的串并聯(lián)；導(dǎo)熱管通過(guò)熱界面材料（TIM）216與電池進(jìn)行熱交換。電池單體之間存在空氣間隙D1和D2。圖 240為電池傳熱數(shù)學(xué)模型。電池（202）處于電池箱的角落，由于電池箱外殼的限制，該電池的散熱環(huán)境最差。若電池（202）出現(xiàn)熱失控，其熱量會(huì)通過(guò)TIM(熱阻為R1)傳播到導(dǎo)熱管，也會(huì)傳播到相鄰電池上（熱阻為R2）。若要求熱量盡可能多的通過(guò)導(dǎo)熱管導(dǎo)出，則有如公式（1）要求，也就是使熱量大部分通過(guò)導(dǎo)熱管傳遞至電池箱以外，而不是傳遞到相鄰電池。202電池單體；204、206-導(dǎo)熱管；215-正極板；217-負(fù)極板；220-busbar；216-熱界面材料圖 239某電池連接的俯視圖圖 240電池傳熱數(shù)學(xué)模型2.1.5.2 防止熱失控蔓延的電池固定裝置圖 241為傳統(tǒng)的電池固定方式，動(dòng)力電池單體（101）固定于支架103和（105）上，出現(xiàn)熱失控時(shí)，電池單體會(huì)釋放大量的熱，電池溫度會(huì)迅速升高的900oC，這將導(dǎo)致電池支架變形，電池單體之間的間隙無(wú)法保證，可能會(huì)出現(xiàn)接觸。導(dǎo)熱方式就由輻射換熱和對(duì)流換熱轉(zhuǎn)變成了熱傳導(dǎo)，這將大大加快熱量傳播的速率。因此，要防止熱失控的蔓延還應(yīng)支架內(nèi)增加電池單體的隔板結(jié)構(gòu)，采用耐高溫材料，即使支架已經(jīng)變形，隔板依然能夠保持動(dòng)力電池位置。圖 241傳統(tǒng)的電池固定方式ABC圖 242動(dòng)力電池單體隔板結(jié)構(gòu)示意圖之一圖 242為一種動(dòng)力電池單體隔板結(jié)構(gòu)示意圖。曲型隔板（306）置于兩行動(dòng)力電池之間，動(dòng)力電池上下方向的位置分隔由隔板厚度實(shí)現(xiàn)固定；左右方向的位置分隔通過(guò)隔板的曲線弧度實(shí)現(xiàn)固定。該隔板由高熔點(diǎn)、低導(dǎo)熱性的絕緣材料構(gòu)成，例如：基于氧化鋁的織物、芳綸紙、玻璃纖維等。該隔板高度可與電池高度等高，也可分為上下兩部分，分別安裝于上下支架（401、303）上。圖 243動(dòng)力電池單體隔板結(jié)構(gòu)示意圖之二圖 243給出另一種隔板示意圖，圓形孔703內(nèi)放置動(dòng)力電池，電池之間的距離由短桿（705）保證。該隔板根據(jù)電池箱尺寸以及電池位置單獨(dú)加工。裝配時(shí)先將隔板放入電池箱支架（701）上，再將電池放入圓孔中。在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將定位孔和支架結(jié)合，在支架上加工短桿的安防溝槽就形成了圖 244所示的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)減輕了系統(tǒng)質(zhì)量也保證了強(qiáng)度。此外還有多個(gè)隔板結(jié)構(gòu)，請(qǐng)參照專利PNC BANK, NATIONAL ASSOCIATION，KANSAS. Rigid cell separator for minimizing thermal runaway propagation within battery pack（最小化電池組熱失控蔓延的剛性單體分離器）: US，8，481，191 P. 2012-12-52013-6-9. （已抵押）。圖 244