CN212136636U - 电池膨胀监测装置、电池及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电池膨胀监测装置、电池及电子设备，电池膨胀监测装置包括：计数器，与电池电连接，计数器用于记录电池的循环次数；柔性压力传感器，设置于电池的表面，并与计数器电连接，柔性压力传感器用于监测电池的膨胀形变量，并且将膨胀形变量发送至所述计数器，其中，计数器根据接收到的膨胀形变量与循环次数之间的对应关系，判断电池是否异常，在电池发生异常时，计数器输出电池异常报警讯息。通过本公开，能够实施监测电池表面的形变量，及时识别出电池的异常，消除安全隐患。

Description

电池膨胀监测装置、电池及电子设备

技术领域

本公开涉及电子设备技术领域，尤其涉及电池膨胀监测装置、电池及电子设备。

背景技术

电子设备是以电能为工作基础的相关设备。例如手机、平板电脑、笔记本电脑及智能穿戴等一般都内置可充电电池，并且需要为电池预留膨胀间隙。

由于电池一般会占整机20％的空间，为满足电子设备的超薄化，在整机有限的空间内不得不压缩电池的预留膨胀间隙，甚至没有预留膨胀间隙。当预留膨胀间隙不足时，电池膨胀产生形变，与电池盖相互挤压，容易发生爆炸，造成安全隐患。并且，电池产生形变时，电池内部正负极短路，容易引起电池起火。因此，需要及时识别出电池的异常，消除安全隐患。

实用新型内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种电池膨胀监测装置、电池及电子设备。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种电池膨胀监测装置，电池膨胀监测装置包括：计数器，与电池电连接，计数器用于记录电池的循环次数；柔性压力传感器，设置于电池的表面，与计数器电连接，柔性压力传感器用于监测电池的膨胀形变量，并且将膨胀形变量发送至计数器，其中，计数器根据接收到的膨胀形变量与循环次数之间的对应关系，判断电池是否异常，在电池发生异常时，计数器输出电池异常报警讯息。

在一实施例中，在计数器接收到的电池的膨胀形变量与电池的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第一设定值时，计数器判断电池异常，并输出电池老化报警讯息。

在一实施例中，在计数器接收到电池的膨胀形变量与电池的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第二设定值时，计数器判断电池异常，并输出电池缺陷报警讯息。

在一实施例中，柔性压力传感器设置在电池的表面的中心位置。

在一实施例中，柔性压力传感器的感应面积为电池的表面面积的1/3以上。

在一实施例中，柔性压力传感器设置有多个，多个柔性压力传感器铺设在电池的表面。

在一实施例中，柔性压力传感器通过柔性电路板与计数器电连接。

在一实施例中，电池为锂离子聚合物电池。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种电池，电池包括：外壳；电芯，设置于所述外壳内；保护电路，与所述电芯电连接；上述第一方面中任意一实施例所述的电池膨胀监测装置；其中，所述电池膨胀装置的计数器与所述保护电路电连接，所述柔性压力传感器设置在所述外壳的表面。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，电子设备包括设备本体，设备本体上设置有电池仓；上述第二方面所述的电池，电池设置于所述电池仓。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过柔性压力传感器，可以实时监测电池的膨胀形变量，并及时反馈给计数器，计数器根据电池的膨胀形变量与述循环次数之间的对应关系，判断所述电池是否异常，及时识别出电池的异常，消除安全隐患。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是相关技术中锂离子聚合物电池在初始状态下和电池循环后膨胀状态下电池内部结构变化对比示意图。

图2是根据本公开一示例实施例示出的一种带有电池膨胀监测装置的电池结构示意图。

图3是根据本公开一示例性实施例示出的柔性压力传感器监测电池膨胀形变变化结构示意图。

图4是根据本公开一示例性实施例示出的电池循环次数相对应的电池膨胀率的标准值柱状图。

图5是根据本公开一示例性实施例示出的电池膨胀监测装置采集不同类型电池的循环次数与电池膨胀率曲线图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是相关技术中锂离子聚合物电池在初始状态下和电池循环后膨胀状态下电池内部结构变化对比示意图。相关技术中，如图1所示，锂离子聚合物电池包括正极层和负极层，随着循环次数的增加，在电池循环后膨胀状态下，电芯的正负极间不断脱嵌锂离子，使得正负极片越来越厚，锂离子聚合物电池厚度方向上产生形变，与锂离子聚合物电池初始状态下相比，锂离子聚合物电池的整体厚度增加10％。使得锂离子聚合物电池与电池盖(未示出)相互挤压，严重时可能发生电池爆炸。

另外，对于自身设计上存在缺陷的锂离子聚合物电池，例如：由于电芯的主材设计不合理(如电解液与负极材料不匹配)，在循环100次数左右，电池就已经严重膨胀，不仅影响使用，而且容易造成安全隐患。针对电池膨胀引起的异常，需要及时识别出，降低安全风险。

为解决上述问题，本公开提供一种电池膨胀监测装置，该装置可应用于电子设备，电子设备包括电池。根据一些实施例，电子设备可以是以下设备中的至少一种：智能手机、平板个人计算机(PC)、移动电话、电子书阅读器、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器、相机及智能手表等。

图2是根据本公开一示例实施例示出的一种带有电池膨胀监测装置的电池结构示意图。如图2所示，电池100包括外壳10、电芯(图未标)、保护电路40及电池膨胀监测装置。

电芯设置在外壳10内。外壳10用以包覆电芯，保护电芯等部件避免与外界直接接触。外壳10可以是软包外壳。保护电路40与电芯电连接，用于避免电池100因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被损坏。

电池膨胀监测装置包括计数器20及柔性压力传感器30。

计数器20与电池100电连接，计数器20用于记录电池100的循环次数。具体地，计数器20可以集成于保护电路12上，通过保护电路12与电池100电连接。也可以是单独的一个计数器20与电池100电连接。其中，电池100可以为锂离子聚合物电池。

柔性压力传感器30设置于电池100的表面，并与计数器20电连接。柔性压力传感器30用于监测电池100的膨胀形变量，并且将膨胀形变量10发送至计数器20。计数器20根据接收到的膨胀形变量与循环次数之间的对应关系，判断电池100是否异常，在电池100发生异常时，计数器20输出电池100异常报警讯息。

本实施例中，柔性压力传感器30是基于压阻材料(聚偏氟乙烯、硅橡胶、聚酞亚胺等)作为基底材料制作而成的微压力应变器。与金属应变的测力传感器相比，柔性压力传感器30具有较好的柔韧性、导电性及压阻特性。其中，最小可监测1微米的形变，可以实施监测物体表面的微小形变量以及微压力，可以即贴即用。例如可以贴在电池的表面以实时监测电池表面的膨胀形变量以及膨胀力。

图3是根据本公开一示例性实施例示出的柔性压力传感器监测电池膨胀形变变化结构示意图。如图2和图3所示，柔性压力传感器30可以通过黏胶60粘贴在电池100的外壳10表面。其中，为了更准确的监测电池100的膨胀形变量，柔性压力传感器30的感应面积为电池100的表面面积的1/3以上。在一实施例中，也可以设置多个柔性压力传感器30平铺于电池100的表面，使柔性压力传感器30的感应区域全部覆盖整个电池100的表面。在一实施例中，柔性压力传感器30可以设置在电池的表面的中心位置。因为电池100的中心位置一般为膨胀的最高点，膨胀变形量较大，更容易监测电池100的膨胀形变。在另一实施例中，还可以只覆盖电池100的表面的中心的区域。因为电池100的表面的中心位置为电池100膨胀的最高点，容易监测电池100的膨胀形变，故，也可以采用能较小的柔性压力传感器30，只要能够覆盖电池中心部分的感应面积即可，以节约成本。

柔性压力传感器30通过过柔性电路板50与计数器20电连接。具体地，柔性压力传感器21可以通过电源线(未示出)、通讯信号线(未示出)以及接地线(未示出)与计数器20连接。电池100通过电源线为柔性压力传感器30供电。柔性压力传感器30通过通讯信号线将电池膨胀形变量反馈给计数器20。柔性压力传感器30和计数器20通过接地线接地。

在计数器20接收到的电池100的膨胀形变量与电池100的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第一设定值时，计数器10判断电池100异常，并输出电池老化报警讯息。其中，电池100的膨胀形变量可以根据电池循环后相对于初始状态的膨胀率来计算出。第一预设值可以为0.5％～1.5％。

图4是根据本公开一示例性实施例示出的与电池循环次数相对应的电池膨胀率的标准值柱状图。如图4所示，例如：循环次数为100次时，电池100的标准膨胀率为3.71％。例如：在电池循环次数为100次的状态下，计数器20接收到的电池100的膨胀形变量为4％，计数器10判断电池100异常，并输出电池老化报警讯息，表明电池异常。

在计数器接20收到电池100的膨胀形变量与电池100的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第二设定值时，计数器20判断电池100异常，并输出电池缺陷报警讯息。其中，第二设定值可以为1.5％～3％。如图4所示，例如，循环次数为100次时，电池100的标准膨胀率为3.71％。例如，在电池循环次数为100次的状态下，在计数器20接收到的电池100的膨胀形变量为5.60％，计数器10判断电池100异常，并输出电池老化报警讯息，表明电池异常。

图5是根据本公开一示例性实施例示出的电池膨胀监测装置采集不同类型电池的循环次数与电池膨胀率曲线图。如图5所示，本公开实施例，通过柔性压力传感器30能够实施收集不同类型的电池100的循环次数与膨胀形变量之间所对应的相关数据。一方面可以根据收集到的不同类型的电池数据，为整机设计预留膨胀间隙提供技术支持，另一方面可以识别出缺陷电池。例如，通过计数器20连接显示装置，将不同电池的循环次数所对应的电池膨胀形变一一记录，制作出电池循环次数与膨胀形变量率的曲线图a，曲线图b，曲线图c。一方面，通过曲线图可以分析出电池循环次数最大时(例如500次)，电池的膨胀率。通过膨胀率计算电池膨胀的最大厚度，为整机设计预留膨胀间隙提供技术支持。另一方面，通过与不同类型电池的循环次数所对应的标准电池膨胀形变量进行比对，识别出缺陷电池。

本公开实施例，通过柔性压力传感器30，可以实时监测电池100的膨胀形变量，并及时反馈给计数器20，通过计数器20判断电池的膨胀形变量与循环次数相对应的膨胀形变量是否一致，如果不一致，可及时识别出电池由于锂离子脱嵌导致的电池老化导致的电池异常，及时更换电池。还可以及时识别出电池本身的设计缺陷导致的电池异常，及时消除安全隐患。

基于相同的构思，本公开实施例第二方面提供一种电池。电池100包括外壳10、设置于外壳10内的电芯、与电芯电连接的保护电路40以及上述第一方面任意实施例所述的电池膨胀监测装置。其中，电池膨胀装置的计数器20与保护电路40电连接，柔性压力传感器30设置在外壳的表面。

通过柔性压力传感器30，可以实时监测电池100的膨胀形变量，并及时反馈给计数器20，通过计数器20判断电池的膨胀形变量与循环次数相对应的膨胀形变量是否一致，如果不一致，可及时识别出电池由于锂离子脱嵌导致的电池老化导致的电池异常，及时更换电池。还可以及时识别出电池本身的设计缺陷导致的电池异常，及时消除安全隐患。

基于相同的构思，本公开实施例第三方面提供一种电子设备。电子设备包括设备本体、设置在设备本体上的电池仓以及上述第二方面所述的电池，该电池设置于电池仓内。电子设备可以是以下设备中的至少一种：智能手机、平板个人计算机(PC)、移动电话、电子书阅读器、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器、相机及智能手表等。

通过柔性压力传感器30，可以实时监测电池100的膨胀形变量，并及时反馈给计数器20，通过计数器20判断电池的膨胀形变量与循环次数相对应的膨胀形变量是否一致，如果不一致，可及时识别出电池由于锂离子脱嵌导致的电池老化导致的电池异常，及时更换电池。还可以及时识别出电池本身的设计缺陷导致的电池异常，及时消除安全隐患。

另外，柔性压力传感器30具有轻薄的特点，不占用整机的空间，利于电子设备的超薄化。

可以理解的是，本公开中单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施例后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施例后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电池膨胀监测装置，其特征在于，所述电池膨胀监测装置包括：

计数器，与电池电连接，所述计数器用于记录所述电池的循环次数；以及

柔性压力传感器，设置于所述电池的表面，与所述计数器电连接，所述柔性压力传感器用于监测所述电池的膨胀形变量，并且将所述膨胀形变量发送至所述计数器，

其中，所述计数器根据接收到的所述膨胀形变量与所述循环次数之间的对应关系，判断所述电池是否异常，在所述电池发生异常时，所述计数器输出电池异常报警讯息。

2.根据权利要求1所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

在所述计数器接收到的所述电池的所述膨胀形变量与所述电池的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第一设定值时，所述计数器判断所述电池异常，并输出电池老化报警讯息。

3.根据权利要求1所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

在所述计数器接收到所述电池的所述膨胀形变量与所述电池的循环次数所对应的膨胀形变量之差为第二设定值时，所述计数器判断所述电池异常，并输出电池缺陷报警讯息。

4.根据权利要求1所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

所述柔性压力传感器设置在所述电池的表面的中心位置。

5.根据权利要求4所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

所述柔性压力传感器的感应面积为所述电池的表面面积的1/3以上。

6.根据权利要求1所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

所述柔性压力传感器设置有多个，多个所述柔性压力传感器铺设在所述电池的表面。

7.根据权利要求1所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

所述柔性压力传感器通过柔性电路板与所述计数器电连接。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的电池膨胀监测装置，其特征在于，

所述电池为锂离子聚合物电池。

9.一种电池，其特征在于，所述电池包括：

外壳；

电芯，设置于所述外壳内；

保护电路，与所述电芯电连接；

权利要求1至8中任意一项所述的电池膨胀监测装置；

其中，所述电池膨胀装置的计数器与所述保护电路电连接，所述柔性压力传感器设置在所述外壳的表面。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

设备本体，所述设备本体上设置有电池仓；

权利要求9所述的电池，所述电池设置于所述电池仓。

Images