一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置及方法，所述通过传感器模块实现电池形变检测的装置包括：电池模块、电路基板、固定基槽、传感器模块和电池腔，所述电池模块、电路基板和固定基槽设置于所述电池腔内，所述固定基槽设置于所述电池腔内；所述传感器模块设置于所述固定基槽内，并位于所述固定基槽靠近电池模块的一侧；所述电池模块和传感器模块分别与所述电路基板电连接。本发明所述传感器模块与电路基板组成保护系统，当电池模块的整体型态或局部形态出现异常形变达到异常阀值后，将触发传感器模块中的传感器发出触发信号，电路基板停止对电池模块充放电，避免产生更严重的后果，保护产品本身以及使用者的人身与财产安全。
【专利说明】
一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电池形变检测装置，尤其涉及一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置，并涉及应用于该通过传感器模块实现电池形变检测的装置的方法。
【背景技术】
[0002]目前在移动储能应用领域当中，锂电池因体积小、能量密度高、长循环寿命以及无记忆效应逐步成为储能应用产品的能量载体，但由于锂电池属于化学品，受化学材料配方、制造与生产工艺、环境温度、物理损伤、充放电使用不规范、自身循环寿命以及各种意外操作等影响，有可能导致电池内部化学物质发生变化，诸如产生气体气压，致使电池发生一定形态变化，电池发生物理与化学性损伤，性能下降;此时若未被使用者察觉，继续使用产品的功能，继续对电池进行充放电操作，长此以往将使得电池内部化学物质进一步发生反应，内部气压进一步上升，电池形态发生不可逆转的损坏，诸如鼓包。而当压力超过电池保护皮或保护壳可承受的范围时，将可能产生不可意料的后果。
[0003]传统的电池形变检测方法中采用的是温度传感器，只是简单将温度探头贴合于电池某一位置，不但可侦测温度的电池方位、面积相当有限，而且也仅限侦测到电池或电池组的温度是否超过安全值来作为电池保护板判断电池是否处发生异常依据。而电池若发生物理与化学性损伤，不一定表现为温度过高，鼓包的过程可以是缓慢的，温度不一定会发生明显的变化;此时传统温度传感器无法检测到电池形态是否产生物理与化学性质损伤变化，如鼓包。而由于产品外壳通常对电池做了一定的热胀冷缩空间缓冲，电池或电池组轻微的鼓包或者局部的形态异常并不会造成产品外观发生变化，不会引起使用者的注意，产品的危险系数则将与日倶增。另外对已经鼓包的电池继续充电将可能产生起火甚至爆炸风险。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是需要提供一种在电池或电池组发生异常形变时能够及时关闭对电池和电池组的充放电，进而保护产品，保护使用者人身和财产安全的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，并提供应用于该通过传感器模块实现电池形变检测的装置的方法。
[0005]对此，本发明提供一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置，包括:电池模块、电路基板、固定基槽、传感器模块和电池腔，所述电池模块、电路基板和固定基槽设置于所述电池腔内，所述固定基槽设置于所述电池腔内；所述传感器模块设置于所述固定基槽内，并位于所述固定基槽靠近电池模块的一侧;其中，所述电池模块和传感器模块分别与所述电路基板电连接。
[0006]本发明的进一步改进在于，所述固定基槽以独立模块的方式安装于所述电池腔内，或者，所述固定基槽直接制作于所述电池腔上。
[0007]本发明的进一步改进在于，所述传感器模块位于所述电池模块的上方。
[0008]本发明的进一步改进在于，所述固定基槽为沟状槽或方形槽。
[0009]本发明的进一步改进在于，所述电路基板包括M⑶。
[0010]本发明的进一步改进在于，所述电池模块的一面固定设置于所述固定基槽上，且与所述固定基槽连接;所述电池模块的另一面与所述电池腔连接。
[0011 ]本发明的进一步改进在于，所述传感器模块包括横向分布和纵向分布的点阵式传感器。
[0012]本发明还提供一种通过传感器模块实现电池形变检测的方法，所述通过传感器模块实现电池形变检测的方法应用于如上所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，并包括以下步骤:
[0013]步骤SI，所述电路基板实时检测，直到接收到所述传感器模块中至少一个传感器所传递过来的触发信号；
[0014]步骤S2，所述电路基板发出中止信号至所述电池模块以关闭对电池模块的充电和放电；
[0015]步骤S3，等待直到所述传感器模块复位，则发送复位信号至所述电路基板；
[0016]步骤S4，所述电路基板发送复位信号至所述电池模块以恢复对电池模块的充电和放电。
[0017]本发明的进一步改进在于，所述步骤SI中，当所述电池模块的整体形态或局部形态达到异常阈值时，判定电池模块形态异常，所述传感器模块发出触发信号至所述电路基板。
[0018]本发明的进一步改进在于，所述异常阈值设置为Xozh+Xi+Xs，其中，Xo为所述电池模块的整体形态或局部形态的异常阈值，h为电池模块的整体高度，X1为电池模块正常工作时所产生的热胀缓冲空间，X2为触发任意一个传感器所需的挤压键程或量程。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:将传感器模块设置于电池腔中，所述传感器模块与电路基板组成保护系统；当电池模块的整体型态或局部形态出现异常形变时，形变值达到或突破预先设定的异常阀值将触发传感器模块中的传感器发出中断信号，所述电路基板上的MCU接收到触发信号后将关闭对电池模块的充电与放电操作，并关闭该电池模块的其它产品功能，避免产生更严重的后果，保护产品本身以及使用者的人身与财产安全。
【附图说明】
[0020]图1是本发明一种实施例中独立设置固定基槽的整体结构示意图；
[0021]图2是本发明一种实施例中独立设置固定基槽的整体剖面结构视图；
[0022]图3是本发明一种实施例的电路原理不意图；
[0023]图4是本发明一种实施例在电池腔内直接制作固定基槽的整体结构示意图；
[0024]图5是本发明一种实施例在电池腔内直接制作形状为沟状槽的固定基槽的剖面结构示意图；
[0025]图6是本发明一种实施例中在电池腔内直接制作形状为方形槽的固定基槽的剖面结构示意图；
[0026]图7是本发明另一种实施例的工作流程示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
[0028]实施例1:
[0029]如图1至图6所示，本例提供一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置，包括:电池模块1、电路基板20、固定基槽30、传感器模块40和电池腔50，所述电池模块1、电路基板20和固定基槽30设置于所述电池腔50内，所述固定基槽30设置于所述电池腔50内；所述传感器模块40设置于所述固定基槽30内，并位于所述固定基槽30靠近电池模块10的一侧；其中，所述电池模块1和传感器模块40分别与所述电路基板20电连接。
[0030]所述传感器模块40设置于所述固定基槽30内，并位于所述固定基槽30靠近电池模块10的一侧，优选的，所述传感器模块40设置于所述电池模块10的上方，如图1所示，所述传感器模块40设置于所述固定基槽30之内，于所述电池模块10的上方；比如，传感器模块40可以单独做成一个贴在电池模块1上的模块，所述电池模块1和传感器模块40分别与所述电路基板20电连接。
[0031]本例所述电路基板20固定设置于所述电池腔50之中；如图1和图2所示，所述固定基槽30可以以独立模块的方式安装于电池腔50内，或者，如图4至图6所示，将固定基槽30直接制作于电池腔50上。如图5和图6所示，固定基槽的形状可以是沟状槽或方形槽，所述传感器模块40设置于固定基槽30之中；所述电池模块10的一面固定设置于所述固定基槽30上，且与固定基槽30紧密连接不留缝隙；所述电池模块10的另一面则与所述电池腔50紧密连接不留缝隙；此时传感器模块40正好面向电池模块10，该传感器模块40上的精密机械压力传感器和/或精密电子传感器在纵向与横向两个方向上面向电池模块10排布。如图2所示，所述传感器模块40包括横向分布和纵向分布的点阵式传感器，所述传感器模块40上的传感器数量可以根据产品的特点进而设置，可以设定I个或多个，多个的可组成点阵式矩阵分布，如图2所示；而小型产品则使用I个传感器就可以达到目的；所述电池模块10包括电池或电池组。
[0032]本例所述电路基板20为控制电路基板，如图3所示，所述电路基板20上设置有单片机，即设置有MCU。本例所述电路基板20与该传感器模块40可以根据产品设计要求组合在一起，或者通过电路排线连接。
[0033]如图1和图2所示，本例在固定基槽30中安装传感器模块40，传感器模块40上布置一定数量呈矩阵式排布的精密机械压力传感器或精密电子传感器，即所述传感器模块40包括矩阵式的精密机械压力传感器和/或精密电子传感器，所述传感器模块40可以是精密机械压力传感器和精密电子传感器中的任意一种或几种的混合组合;所述电池模块10的一个表面贴合固定于固定基槽30上，而固定基槽30之中的传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器则正好面向电池模块10的一面，如图1和图2所示，固定基槽30可以以独立模块的方式安装于电池腔内，或者，如图4至图6所示，直接将固定基槽30制作于电池腔50上。电池模块10的一面固定设置于所述固定基槽30上，且与固定基槽30紧密连接不留缝隙;所述电池模块10的另一面则与所述电池腔50紧密连接不留缝隙；此时精密机械压力传感器或精密电子传感器与电池模块10之间的距离为安全缓冲区间。正常情况下，这些矩阵式排列的精密机械压力传感器或精密电子传感器并不会被触发，若电池模块10因意外情况发生鼓起，无论是整体还是局部，将会挤压到这些精密机械压力传感器或精密电子传感器，触发它们任意一个发出触发信号，被触发的精密机械压力传感器或精密电子传感器将会即时反馈触发信号给到电路基板20上的MCU，该MCU将会即时关停对电池模块10的充电或放电以及其它产品功能操作，以此保护产品不在电池模块10处于损伤的状态下继续工作，保护产品本身以及使用者人身与财产安全。
[0034]值得一提的是，本例将传感器模块40设置于电池腔50中，所述传感器模块40与电路基板20组成保护系统;所述传感器模块40与电池模块10之间设置有安全缓冲区间，即所述传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器，没有直接与电池模块10接触，而是通过固定基槽30隔离，这样设置的目的在于，健康的电池模块10形态正常，整体形态与局部形态均无法触及精密机械压力传感器或精密电子传感器的点阵中的任意一个传感器，电池模块10工作时正常的热胀冷缩同样也不会触及所述精密机械压力传感器或精密电子传感器中的任意一个传感器；而当电池模块10的整体型态或局部形态出现异常形变时，形变值达到或突破预先设定的异常阀值将突破固定基槽30，触发传感器模块40中的传感器发出中断信号，所述电路基板20上的MCU接收到中断信号后将关停对电池模块10的充电与放电操作，并关闭该电池模块10的其它产品功能，避免产生更严重的后果，保护产品本身以及使用者的人身与财产安全。
[0035]实施例2:
[0036]如图7所示，本例还提供一种通过传感器模块实现电池形变检测的方法，所述通过传感器模块实现电池形变检测的方法应用于如实施例1所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，并包括以下步骤:
[0037]步骤SI，所述电路基板20实时检测，直到接收到所述传感器模块40中至少一个传感器所传递过来的触发信号；
[0038]步骤S2，所述电路基板20发出中止信号至所述电池模块10以关闭对电池模块10的充电和放电；
[0039]步骤S3，等待直到所述传感器模块40复位，则发送复位信号至所述电路基板20;
[0040]步骤S4，所述电路基板20发送复位信号至所述电池模块10以恢复对电池模块10的充电和放电。
[0041 ]本例所述步骤SI中，当所述电池模块10的整体形态或局部形态达到异常阈值时，判定电池模块10形态异常，所述传感器模块40发出触发信号至所述电路基板20;其中，所述异常阈值设置为Xo = I^XdX2,其中，Xo为所述电池模块10的整体形态或局部形态的异常阈值，h为电池模块10的整体高度，X1为电池模块10正常工作时所产生的热胀缓冲空间，X2为触发任意一个传感器所需的挤压键程或量程。
[0042]设定电池模块10的整体或局部的安全形态变化动态距离变量为X。根据上述描述，正常情况下，健康的电池模块1形态正常，整体与局部均无法触及传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器，电池模块10工作时正常的热胀冷缩同样不会触及传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器。
[0043]而当电池模块10发生意外，如发生内部化学物质氧化，产生化学气体而鼓包，电池模块10的整体或局部形态将达到甚至于突破异常阀值Xo，触及传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器，任意一个精密机械压力传感器或精密电子传感器被触发，电路基板20将会即时停止对已经故障的电池模块10进行充电或放电以及产品其它功能。
[0044]所述电路基板20判断是否正常为电池充放电的依据如下:第一、正常情况:X〈Xo，传感器阵列40不被触发，判定电池模块10形态健康，产品处于正常工作状态;第二、异常情况:X 2Xo，传感器阵列40被触发，判定电池模块10形态异常，电路基板20关闭对电池模块10的充电与放电操作及其它功能，产品处于不工作状态。
[0045]所述电路基板20中的MCU的工作过程如下:第一、传感器模块40上的精密机械压力传感器或精密电子传感器中的任意一个被触发，传递触发信号到MCU;第二、MCU接收到精密机械压力传感器或精密电子传感器的触发信号后，即时传递一个中止信号给到电池模块10的BMS电池充放电管理系统;第三、BMS电池充放电管理系统接收到mj传来的中止信号后，立即关停对电池模块10的充电与放电功能，以及产品的其它功能;第四、精密机械压力传感器和精密电子传感器复位，传递复位信号给到MCU;第五、MCU接收到精密机械压力传感器或精密电子传感器的复位信号后，即时传递该复位信号给到BMS电池充放电管理系统;第六、BMS电池充放电管理系统接收到MCU传来的复位信号后，即时恢复对电池模块10的充电与放电功能，以及产品的其它功能。
[0046]本例将传感器模块40设置于电池腔50中，并与电路基板20组成保护系统；当电池模块10的整体型态或局部形态出现异常形变时，形变值达到或突破预先设定的异常阀值将触发传感器模块40中的传感器发出中断信号，所述电路基板20上的MCU接收到代表中断的触发信号后将关闭对电池模块10的充电与放电操作，并关闭该电池模块10的其它产品功能，避免产生更严重的后果，保护产品本身以及使用者的人身与财产安全。
[0047]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，包括:电池模块、电路基板、固定基槽、传感器模块和电池腔，所述电池模块、电路基板和固定基槽设置于所述电池腔内，所述固定基槽设置于所述电池腔内；所述传感器模块设置于所述固定基槽内，并位于所述固定基槽靠近电池模块的一侧;其中，所述电池模块和传感器模块分别与所述电路基板电连接。2.根据权利要求1所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述固定基槽以独立模块的方式安装于所述电池腔内，或者，所述固定基槽直接制作于所述电池腔上。3.根据权利要求1所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述传感器模块位于所述电池模块的上方。4.根据权利要求1至3任意一项所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述固定基槽为沟状槽或方形槽。5.根据权利要求1至3任意一项所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述电路基板包括MCU。6.根据权利要求1至3任意一项所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述电池模块的一面固定设置于所述固定基槽上，且与所述固定基槽连接;所述电池模块的另一面与所述电池腔连接。7.根据权利要求1至3任意一项所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，其特征在于，所述传感器模块包括横向分布和纵向分布的点阵式传感器。8.—种通过传感器模块实现电池形变检测的方法，其特征在于，所述通过传感器模块实现电池形变检测的方法应用于如权利要求1至7任意一项所述的通过传感器模块实现电池形变检测的装置，并包括以下步骤: 步骤SI，所述电路基板实时检测，直到接收到所述传感器模块中至少一个传感器所传递过来的触发信号； 步骤S2，所述电路基板发出中止信号至所述电池模块以关闭对电池模块的充电和放电； 步骤S3，等待直到所述传感器模块复位，则发送复位信号至所述电路基板； 步骤S4，所述电路基板发送复位信号至所述电池模块以恢复对电池模块的充电和放电。9.根据权利要求8所述的通过传感器模块实现电池形变检测的方法，其特征在于，所述步骤SI中，当所述电池模块的整体形态或局部形态达到异常阈值时，判定电池模块形态异常，所述传感器模块发出触发信号至所述电路基板。10.根据权利要求9所述的通过传感器模块实现电池形变检测的方法，其特征在于，所述异常阈值设置为Xo = I^XdX2,其中，Xo为所述电池模块的整体形态或局部形态的异常阈值，h为电池模块的整体高度，X1为电池模块正常工作时所产生的热胀缓冲空间，X2为触发任意一个传感器所需的挤压键程或量程。
【文档编号】H01M10/48GK105846003SQ201610327992
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】陈章盛
【申请人】深圳市思倍生电子科技有限公司