CN114787604B - 用于测量电池单体压力的设备 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的一个实施例的一种用于测量电池单体的压力的设备包括：电池单体；压力传感器，该压力传感器被构造成测量电池单体的表面压力；和第一板，该第一板被布置在电池单体和压力传感器之间从而与电池单体和压力传感器接触。

Description

用于测量电池单体压力的设备
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求在2020年9月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0111588号的权益，其公开内容以其整体通过引用并入本文。
本公开涉及用于测量电池单体的压力的设备，更特别地，涉及一种如下所述的用于测量电池单体的压力的设备，该设备能够在发生电池单体的隆起现象时测量电池单体的压力。
背景技术
作为诸如移动装置和电动车辆的各种产品中的能源，二次电池已经吸引了大量关注。二次电池是能够替代使用化石燃料的现有产品的使用的有力的能量资源，并且作为环境友好能源而备受瞩目，因为二次电池不会由于能量使用而产生副产品。
近来，随着大容量二次电池结构的必要性的不断增加(包括利用二次电池作为能量存储源)，对多模块结构的电池组的需求正在增长，该多模块结构的电池组是电池模块的组件，在该电池模块中，多个二次电池被串联/并联连接。
同时，当多个电池单体被串联/并联连接以构造电池组时，常见的是如下方法：构造由至少一个电池单体构成的电池模块，然后将其它部件添加到至少一个电池模块，以构造电池组。这种电池组能够主要用作用于电动车辆的能源。
当设计这种电池模块时，通过以恒定压力挤压电池单体来进行开发，并且因此，电池单体在重复充电和放电的过程中隆起。然而，由于电池单体的隆起，存在可能发生隆起以至于将周围的模块框架和电池组外壳推出的担心。
因此，如果能够测量电池单体的压力，则能够在电池模块或电池组的外观变形之前通过测量出的压力来采取行动，由此确保电池模块和电池组的安全性。此时，电池单体的隆起压力能够通过使用压力传感器来测量，但是在以前经常用作压力传感器的FSR(力感测电阻器)传感器的情形中，存在FSR传感器的尺寸小并且因此无法测量在电池单体的整个表面上产生的所有隆起压力的问题。
此外，当使FSR传感器的尺寸更大以符合电池单体的表面尺寸时，在上板和下板之间支撑上板和下板的间隔器不再支撑上板和下板，这引起电池单体的隆起压力未被准确测量的问题。
发明内容
技术问题
本公开的目的在于提供一种用于测量电池单体的压力的设备，该设备能够准确地测量电池单体的隆起压力。
本公开的目的不限于前述目的，并且根据以下详细描述，本领域技术人员应该清楚地理解本文中未描述的其它目的。
技术方案
为了实现以上目的，本公开的一个实施例提供一种用于测量电池单体的压力的设备，该设备包括：电池单体；压力传感器，该压力传感器被构造成测量电池单体的表面压力；和第一板，该第一板被布置在电池单体和压力传感器之间从而与电池单体和压力传感器接触。
该设备可以进一步包括第二板，该第二板被形成为基于压力传感器在电池单体的相反方向上与压力传感器接触。
压力传感器可以包括多个压力测量单元，并且第二板可以包括多个孔，所述多个孔被形成在与所述多个压力测量单元中的每一个压力测量单元对应的位置处。
该设备可以包括第三板，该第三板被形成为基于电池单体在压力传感器的相反方向上与电池单体接触。
第一板、第二板和第三板可以经由固定构件彼此联接。
第一板、第二板和第三板可以被形成为比压力传感器和电池单体更宽，并且固定构件可以在压力传感器和电池单体的外部被联接到第一板、第二板和第三板。
第一板、第二板和第三板可以被形成为覆盖压力传感器和电池单体的尺寸。
第一板、第二板和第三板中的至少一个可以被形成为0.5mm的厚度。
第一板、第二板和第三板可以包括铝。
压力传感器可以包括：多个压力测量单元；连接单元，该连接单元将所述多个压力测量单元彼此连接；和输出单元，该输出单元被连接到连接单元，并且将经由压力测量单元测量的压力值合计并且输出结果。
输出单元可以分开地输出针对压力测量单元的每一列或每一行所测量的压力值。
有利效果
通过被布置成与电池单体和压力传感器接触的第一板，根据本公开的实施例的用于测量电池单体的压力的设备能够在使电解质溶液的失衡最小化的同时准确地测量隆起压力。
本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员将从所附权利要求的描述中清楚地理解上文未描述的另外的其它效果。
附图说明
图1是示出包括电池单体的电池模块的分解透视图；
图2是示出图1的电池单体的视图；
图3是示出根据本公开的实施例的压力传感器被形成在图2的单体本体的表面上的状态的视图；
图4是示出在根据图3的压力测量期间的传感器标记被形成在单体本体的表面上的状态的视图；
图5是示出根据本公开的一个实施例的用于测量电池单体的压力的设备的状态的视图；并且
图6是示出根据本公开的一个实施例的形成在第二板中的多个孔的视图。
具体实施方式
应该理解，下文将描述的示例性实施例被示意性地描述以帮助理解本公开，并且本公开可以被不同地修改，以与本文中描述的示例性实施例不同的方式来实施。然而，在本公开的描述中，当确定了公知功能或构成元件的具体描述和图示可能不必要地模糊本公开的主题时，将省略该具体描述和图示。另外，为了帮助理解本公开，附图未基于实际比例示出，而是构成元件的一些部分可能在尺寸上被夸大。
如本文中所使用地，诸如第一、第二等的术语可以用于描述各种部件，并且这些部件不受这些术语限制。这些术语仅用于将一个部件与另一个部件区分。
此外，本文中使用的术语仅用于描述具体示例性实施例，而非旨在限制本公开的范围。单数表达包括复数表达，除非它们在上下文中具有明确相反的含义。应该理解，如本文中所使用地，术语“包括”、“包含”和“具有”旨在表明存在所阐述的特征、数字、步骤、构成元件或其组合，但是应该理解，这些术语不排除存在或添加一个或多个其它的特征、数字、步骤、构成元件或其组合的可能性。
现在，将参考图1到图3描述根据本公开的实施例的电池单体以及附接到该电池单体的压力传感器。
图1是示出包括电池单体的电池模块的分解透视图。图2是示出图1的电池单体的视图。图3是示出根据本公开的实施例的压力传感器被形成在图2的单体本体的表面上的状态的视图。
参考图1到图3，根据本公开的实施例的用于测量电池单体的压力的设备包括压力传感器200，该压力传感器200被构造成测量在电池模块内部堆叠的电池单体100的压力。压力传感器200包括：多个压力测量单元210；连接单元220，所述连接单元220被构造成将多个压力测量单元210彼此连接；和输出单元230，该输出单元230被连接到连接单元220，并且被构造成输出经由压力测量单元210测量的压力值。多个压力测量单元210被布置在电池单体100的表面上，以测量电池单体100的压力。
电池单体100是二次电池，并且可以由袋型二次电池构造。电池单体100可以由多个电池单体形成，并且所述多个电池单体可以被堆叠在一起从而彼此电连接，由此形成电池单体堆101。
模块框架500能够容纳电池单体堆101和汇流条框架组件300，以从外部保护构成电池模块的电子部件。
汇流条框架组件300可以包括：汇流条框架310，该汇流条框架310被构造成覆盖电池单体堆101的前表面和后表面；和上板320，该上板320被构造成在电池单体堆101的上表面上连接两个汇流条框架310。汇流条框架310能够通过被安装在汇流条框架310上的汇流条来将形成在电池单体100中的电极引线与汇流条电连接。连接单元(未示出)可以被形成在上板320的下侧处，以将形成在电池单体堆101的两端处的汇流条框架310电连接。汇流条框架组件300可以被联接到电池单体堆101的前表面和后表面以及上表面。
端板400可以被置放成覆盖电池单体堆101的前表面和后表面。端板400可以通过焊接被联接到模块框架500的边缘部分。
置放在电池模块内部的电池单体100发生隆起现象，在该隆起现象中，在重复充电和放电的同时，电池单体100的体积膨胀，并且由于电池单体的隆起，可能在电池模块中和安装有电池模块的电池组中发生变形。因此，在电池模块和电池组变形之前，能够测量隆起压力并且基于测量出的压力值进行预处理。
根据本实施例，多个压力测量单元210在电池单体100的表面上被布置成矩形网格，并且压力测量单元210通过连接单元220彼此连接，以覆盖电池单体的表面的所有范围。此外，因为连接单元220被连接到一个输出单元230，由此通过多个压力测量单元210测量的压力值能够通过合计为一个输出值而经由被形成为一个的输出单元230输出，所以能够更容易地掌握隆起压力。
此外，输出单元230能够分开地输出针对压力测量单元210的每一列或每一行测量的值。由此，能够分开地测量被形成为对于电池单体100的表面上的每一个位置不同的压力值。
参考图2，电池单体100可以包括单体本体110、单体平台120和电极引线130，并且多个压力测量单元210可以被布置在单体本体110的本体表面上。
多个压力测量单元210中的每一个可以包括电流输入单元211和电流输出单元212，并且连接单元220可以包括用于连接电流输入单元211的电流输入侧连接单元221以及用于连接电流输出单元212的电流输出侧连接单元222。这里，输出单元230可以被连接到电流输入侧连接单元221和电流输出侧连接单元222，以输出从多个压力测量单元测量的压力值。
多个压力测量单元210可以被形成为具有图案的圆形形状。更详细地，参考图3，电流输入侧连接单元221和电流输出侧连接单元222可以形成圆形形状的压力测量单元210的外围(outskirt)，并且从电流输入侧连接单元221和电流输出侧连接单元222延伸的感测单元可以形成圆形形状的内部的图案。
以下，将参考图4到图6描述根据本公开的实施例的用于测量电池单体的压力的设备。
图4是示出在根据图3的压力测量期间的传感器标记被形成在单体本体的表面上的状态的视图。图5是示出根据本公开的一个实施例的用于测量电池单体的压力的设备的状态的视图。图6是示出根据本公开的一个实施例的形成在第二板中的多个孔的视图。
参考图4到图6，根据本实施例的用于测量电池单体的压力的设备包括：电池单体100；压力传感器200，该压力传感器200被构造成测量电池单体100的表面压力；和第一板，该第一板被布置在电池单体100和压力传感器200之间从而与电池单体100和压力传感器200接触。
当电池单体100的表面压力仅仅用压力传感器200来测量时，由于压力测量单元210的形状而引起的传感器标记M可以如图4中所示地被形成在单体本体110的表面上。压力测量单元210具有如下结构，在该结构中，在上端部被向下挤压并且电阻值由于微小电流的变化而改变的同时，压力被测量，并且通过允许压力测量单元210挤压单体本体110的表面，能够测量压力，由此能够在单体本体110的被挤压的表面上产生传感器标记M。由于此时产生的传感器标记M，所以电池单体100内部的电解质溶液可能以非平衡方式扩散，这导致电池单体100的性能劣化。
在这方面，根据本实施例，第一板600被布置在电池单体100和压力传感器200之间，以防止在电池单体100的单体本体110的表面上发生传感器标记M，由此最小化由于压力传感器200引起的电池单体100内部的电解质溶液的失衡。另外，通过允许由第一板600执行单体本体110的表面单位压力测量，能够提高感测准确度。
根据本实施例，该设备可以进一步包括第二板700，该第二板700被形成为基于压力传感器200在电池单体100的相反方向上与压力传感器200接触。由于第二板700被覆盖在压力传感器200的上表面上，所以第一板600和第二板700可以被布置在压力传感器200的上侧和下侧上。由此，即便压力传感器200的一侧比另一侧更受挤压，第一板600和第二板700也前后均匀地固定压力传感器200的整个表面，使得能够经由压力传感器200一致地测量单体本体110的表面压力。
参考图6，第二板700可以包括多个孔700a，所述多个孔700a被形成在与多个压力测量单元210中的每一个压力测量单元对应的位置处。空气可能填充在被形成为圆形图案的压力测量单元210的内部，并且第一板600和第二板700被布置在压力传感器200的上侧和下侧上，并且在冷空气不能在压力测量单元210内部泄漏的状态中被堆叠在第一板600和第二板700之间，并且可能未实现准确的压力测量。因此，根据本实施例，多个孔700a被形成在与多个压力测量单元210中的每一个压力测量单元对应的位置处，并且在压力测量单元210内部产生的空气能够被排放到外部，以更准确地测量电池单体100的表面压力。
根据本实施例，该设备可以进一步包括第三板800，该第三板800被形成为基于电池单体100在压力传感器200的相反方向上与电池单体100接触。第三板800被布置在被安装在电池单体100的一个表面上的压力传感器200的相反侧上，并且在通过压力传感器200进行压力测量期间固定电池单体100，以执行更准确的压力测量。
参考图5，为了使得压力传感器200准确地测量电池单体100的压力，第一板600、第二板700和第三板800能够经由固定构件900彼此联接。第一板600、第二板700和第三板800可以被形成为覆盖压力传感器200和电池单体100的尺寸。此时，第一板600、第二板700和第三板800可以被形成为比压力传感器200和电池单体100更宽。在此情形中，固定构件900能够在压力传感器200和电池单体100的外部被联接到第一板600、第二板700和第三板800。
根据本实施例，第一板600、第二板700和第三板800中的至少一个可以被形成为0.5mm的厚度。此外，第一板600、第二板700和第三板800可以包括铝。这些板由在是轻质的同时使压力传递优良的材料制成，这能够提高电池单体的压力测量的准确度。
根据本实施例的用于测量电池单体的压力的方法包括：在电池单体100隆起的同时将压力施加到压力传感器200的步骤；将压力传感器200的感测信息传送到BMS(电池管理系统)的步骤；以及将感测信息从BMS内部的MCU(微型控制器单元)传送到用户或ECU(电控制单元)的步骤。更详细地，在用于车辆的电池单体中，来自MCU的感测信息可以被传送到车辆的ECU，并且在用于ESS(能量存储系统)的电池单体中，来自MCU的感测信息可以被传送到用户。
从压力传感器200测量的隆起信息被传送到用户，使得用户能够在电池模块和电池组变形之前对产品进行预处理。
根据本实施例，在将感测信息传送到BMS的步骤中，当压力传感器200的电阻值为100000Ohm或者更小时，可以传输警告信号。此外，当压力传感器200的电阻值为10000Ohm或者更小时，可以传输危险信号。这意味着随着电阻值降低，压力更强烈地作用于压力传感器200。此外，随着压力传感器200的电阻值降低，取决于隆起的信号的类型变得不同，使得用户能够预先根据信号类型即刻地识别取决于隆起水平的危险水平。
为了更准确地执行压力传感器的信号传输，用于测量电池单体的压力的方法可以进一步包括：在电池单体100隆起的同时将压力施加到压力传感器200的步骤之前将压力传感器的电阻值设定为无穷大的步骤。当电阻值为无穷大时，这意味着未施加任何压力，并且随着电阻值降低，这意味着压力越来越大地作用于压力传感器200。
虽然上文已经参考优选实施例示出并且描述了本发明，但是本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员能够设计将落入所附权利要求中描述的本发明的原理的精神和范围内的多个其它修改和实施例。此外，这些修改实施例不应与本公开的技术精神或观点分开地理解。
附图标记说明
100：电池单体101：电池单体堆
110：单体本体120：单体平台
130：电极引线200：压力传感器
210：压力测量单元211：电流输入单元
212：电流输出单元220：连接单元
221：电流输入侧连接单元
222：电流输出侧连接单元
230：输出单元300：汇流条框架组件
310：汇流条框架320：上板
400：端板500：模块框架
600：第一板700：第二板
700a：多个孔800：第三板
900：固定构件M：传感器标记

Claims (9)

1.一种用于测量电池单体的压力的设备，所述设备包括：
电池单体；
压力传感器，所述压力传感器被构造成测量所述电池单体的表面压力；和
第一板，所述第一板被布置在所述电池单体和所述压力传感器之间从而与所述电池单体和所述压力传感器接触，
其中：
所述设备进一步包括第二板，所述第二板被形成为基于所述压力传感器在所述电池单体的相反方向上与所述压力传感器接触，
所述压力传感器包括多个压力测量单元，并且
所述第二板包括多个孔，所述多个孔被形成在与所述多个压力测量单元中的每一个压力测量单元对应的位置处。
2.根据权利要求1所述的设备，
进一步包括第三板，所述第三板被形成为基于所述电池单体在所述压力传感器的相反方向上与所述电池单体接触。
3.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一板、所述第二板和所述第三板经由固定构件彼此联接。
4.根据权利要求3所述的设备，其中：
所述第一板、所述第二板和所述第三板被形成为比所述压力传感器和所述电池单体更宽，并且
所述固定构件在所述压力传感器和所述电池单体的外部被联接到所述第一板、所述第二板和所述第三板。
5.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一板、所述第二板和所述第三板被形成为覆盖所述压力传感器和所述电池单体的尺寸。
6.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一板、所述第二板和所述第三板中的至少一个被形成为0.5mm的厚度。
7.根据权利要求2所述的设备，其中：
所述第一板、所述第二板和所述第三板包括铝。
8.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述压力传感器包括：
所述多个压力测量单元；连接单元，所述连接单元将所述多个压力测量单元彼此连接；和输出单元，所述输出单元被连接到所述连接单元，并且将经由所述压力测量单元测量的压力值合计并且输出结果。
9.根据权利要求8所述的设备，其中：
所述输出单元分开地输出针对所述压力测量单元的每一列或每一行所测量的压力值。
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