CN215005790U - 测量装置、电池安全管理器件和电池安全管理系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种测量装置，包括：激励电路，所述激励电路用于提供激励信号，转换电路，所述转换电路用于进行转换以便输出；以及处理电路，所述处理电路根据所述转换电路的输出进行处理，以便对所述电池/电池包的安全进行监控和/或对所述电池/电池包的电量进行计算。本公开还提供了一种电池安全管理系统和器件。

Description

测量装置、电池安全管理器件和电池安全管理系统

技术领域

本公开提供了一种测量装置、电池安全管理器件和电池安全管理系统。

背景技术

在锂电池等可充电电池的使用过程中，随着电池的老化，电池内部的电化学材料等会发生变化，并且电池的表面会形成鼓包等变形。如果电池的变形超过了一定的程度，其可能会发生爆炸，将会造成不可避免的损失。

目前在对电池的形变测量中，通常采用压电方式，但是对于压电方式，其成本较高，并且其测量的精度不高，如果提高测量精度(例如整个电池表面测量)，其势必将会极大地增加电池的成本。

在采用前端传感器进行测量之后，对测量信号如何进行处理，以便精确地得到电池的形变量也是本领域所要解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种测量装置、电池安全管理器件和电池安全管理系统。根据本公开的技术方案，可以准确有效地测得电池的形状变化量。

根据本公开的一个方面，一种测量装置，包括：

激励电路，所述激励电路用于提供激励信号，并且所述激励信号提供至电容极板部以便所述电容极板部根据所述电容极板部的感应电容生成感应电压，所述电容极板部设置在电池/电池包的外表面或者所述电池/电池包的内表面或者与所述电池/电池包间隔开一定距离设置，所述电容极板部能够在所述电池/电池包发生形状变化时感应电容发生变化，

采集电容，所述采集电容能够接收所述电容极板部被激励后所述感应电容所生成的电荷，并且所述采集电容接收所述电荷后能够反映所述感应电容的感应电压；

转换电路，所述转换电路用于将所述采集电容的电压进行转换以便输出；以及

处理电路，所述处理电路根据所述转换电路的输出进行处理，以便对所述电池/电池包的安全进行监控和/或对所述电池/电池包的电量进行计算，

其中，所述采集电容在从所述感应电容接收电荷完成后，所述采集电容的电压能够被调整，以便得到所述采集电容的电压值，并且根据所述采集电容的电压值来获得所述感应电容的电压值，从而得到所述电池/电池包的形状变化量。

根据本公开的至少一个实施方式，所述激励信号为恒定电压信号或者脉宽信号。

根据本公开的至少一个实施方式，根据所述转换电路的输出来控制所述采集电容的电压的调整。

根据本公开的至少一个实施方式，所述测量装置还包括控制电路和施加电路，所述控制电路根据所述转换电路的输出来生成控制信号，所述施加电路能够向所述采集电容施加不同电压以便增加或减小所述采集电容的电压值。

根据本公开的至少一个实施方式，所述施加电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关由所述控制信号进行控制以便导通或断开，当所述第一开关导通时，将第一电压施加至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值降低，当所述第二开关导通时，将所述第二电压施加至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值升高。

根据本公开的至少一个实施方式，所述感应电容的电容值比所述采集电容的电容值大一个或多个数量级。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括标准电容，所述标准电容与所述第一开关和所述第二开关连接，所述第一电压或所述第二电压施加至所述标准电容以对所述标准电容进行充电，并且通过所述标准电容与所述采集电容之间的电荷转移来实现所述采集电容的电压值的升高或降低。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括标准电阻，所述标准电阻与所述第一开关和第二开关连接，当所述第一开关导通时，通过所述第一电压和所述标准电阻将第一电流提供至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值降低，并且当所述第二开关导通时，通过所述第二电压和所述标准电阻将第二电流提供至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值升高。

根据本公开的至少一个实施方式，在使得所述采集电容的电压值降低或升高的情况下，使得所述采集电容的电压值等于或接近阈值电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述转换电路包括比较器，所述比较器比较所述采集电容的电压与阈值电压，并且根据所述采集电容的电压和所述阈值电压输出检测信号。

根据本公开的至少一个实施方式，所述比较器的数量为多个，并且每个比较器分别对应于不同阈值电压，以便将所述采集电容的电压与不同的阈值电压进行比较，从而确定所述采集电容的电压的所处的阈值电压的范围。

根据本公开的至少一个实施方式，当确定所述采集电容的电压的所处的阈值电压的范围之后，通过降低或升高所述采集电容的电压来使得所述采集电容的电压等于或接近所述不同阈值电压中的一个阈值电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述采集电容从所述感应电容接收电荷的接收次数为多次。

根据本公开的至少一个实施方式，根据所述激励信号的电压、所述转换电路的输出、所述接收次数、以及所述采集电容与所述感应电容的比值来确定所述感应电容的感应电压，从而根据所确定的感应电压来确定所述电池/电池包的形状变化量。

根据本公开的至少一个实施方式，所述转换电路包括模数转换器，所述模数转换器将所述采集电容的电压转换为数字信号，并且根据所述数字信号来调整所述采集电容的电压。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述转换电路的输出进行滤波处理。

根据本公开的另一方面，一种电池安全管理器件，包括如上所述的测量装置。

根据本公开的另一方面，一种电池安全管理系统，包括：

如上任一项所述的测量装置；以及

所述电容极板部，所述电容极板部设置在所述电池/电池包的外表面或者所述电池/电池包的内表面或者与所述电池/电池包间隔开一定距离设置，

其中，所述测量装置通过测量所述电容极板部的感应电压来得到所述电池/电池包的形状变化量。

根据本公开的至少一个实施方式，所述电容极板部包括第一电容极板部和第二电容极板部，所述第一电容极板部和第二电容极板部间隔预定距离进行设置，当所述电池/电池包发生形状变化时，所述第一电容极板部和所述第二电容极板部之间的互电容发生变化。

根据本公开的至少一个实施方式，所述测量装置通过测量所述电容极板部的自电容的感应电压来得到所述电池/电池包的形状变化量。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括过压保护单元，所述过压保护单元根据所述电池/电池包的形状变化量来调整过压阈值。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括过流保护单元，所述过流保护单元根据所述电池/电池包的形状变化量来调整过流阈值。

根据本公开的至少一个实施方式，还包括电量计算单元，所述电量计算单元根据所述电池/电池包的形状变化量来计算所述电池/电池包的电量。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1示出了根据本公开的一个实施方式的电池包的示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图3示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图5示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图6示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图7示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图8示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。

图9示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的测量装置的示意图。

图10示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的测量装置的示意图。

图11示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的测量装置的示意图。

图12示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的测量装置的示意图。

图13示出了根据本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的测量装置的示意图。

图14示出了根据本公开的一个实施方式的电池安全管理系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧 (例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个 (种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

本公开提供了一种电池安全检测装置，其中该电池安全检测装置至少可以用于检测电池单元的形变，其中该形变可以是由于电池鼓包型形变，也可以是电池收到外部挤压后所形成的形变。外部挤压的原因例如可以包括碰撞、或者因为加速度等。

图1示出了根据本公开的一个实施方式的电池包的示意图。如图1 所示，电池包100可以包括多个电池110、第一极板部120、压电部130、第二极板部140、及壳体150。

需要说明的是，虽然在图1中示出了容纳在壳体150中的多个电池的安全检测装置，但是本领域的技术人员应当理解，本公开的电池安全检测装置也可以用于其他形式的电池结构，例如仅在相邻的两节电池之间设置电池安全检测装置(包括第一极板部120、压电部130、第二极板部140)。

如图1所示，电池安全检测装置可以设置在两个相邻的电池110之间，也可以设置在一个电池110与壳体150之间。

第一极板部120可以是设置在一个电池110的表面的薄板，也可以是设置在一个电池110的表面的薄膜，还可以使涂覆在一个电池110的表面上的涂层。第一极板部120可以是导体、半导体或者导电材料。此外，第一极板部120也可以由电池包装用的铝箔所形成。

第二极板部140可以是设置在相邻的另一电池110的表面的薄板，也可以是设置在另一电池110的表面的薄膜，还可以使涂覆在另一电池 110的表面上的涂层。第二极板部140可以是导体、半导体或者导电材料。此外，第二极板部130也可以由电池包装用的铝箔所形成。

此外，在第一极板部120和电池表面之间可以设置绝缘层以防止第一极板部120与电池表面形成短路。第二极板部140和电池表面之间可以设置绝缘层以防止第二极板部140与电池表面形成短路。该绝缘层也可以作为粘合层以便将第一极板部120和第二极板部140分别粘合到电池表面。

压电部130设置在第一极板部120和第二极板部140之间，并且压电部可以是压电板、压电薄膜，或者可以是涂覆在第一极板部120和/或第二极板部140之间的压电材料。该压电部130可以响应于电池的变形来生成电荷，电荷可以传导至第一极板部120或第二极板部140，并且第一极板部120和第二极板部140可以用于检测所生成的电荷，并且通过与第一极板部120和第二极板部140所连接的接口将电荷信息传递至处理电路，从而处理电路根据所生成的电荷来确定施加至压电部130的形变。

在下面的实施例中，将以设置在两个相邻电池之间的电池安全检测装置为例进行说明。

图2示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池210之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部220、第二极板部230和压电部240。

压电部240可以根据电池210的形变来产生电荷。在压电部240的两侧设置第一极板部220和第二极板部230。第一极板部220和第二极板部230可以包括一个或多个电极。在图2的实施例中，第一极板部220 和第二极板部230分别包括一个电极。

第一极板部220和第二极板部230与压电部240的形状基本一致，并且沿着压电部240的表面延伸。第一极板部220和第二极板部230与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一极板部220可以接地并且第二极板部230可以作为检测电荷变化的电极，例如该第二极板部230可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第二极板部230的电荷变化。当电池发生形变时，压电部 240将会相应地变形，压电部240将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第二极板部230上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部240的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。

在另一个示例中，第二极板部230可以接地并且第一极板部220可以作为检测电荷变化的电极，例如该第一极板部220可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第一极板部220的电荷变化。当电池发生形变时，压电部230将会相应地变形，压电部240将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第一极板部220上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部240的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。

图3示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池310之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部320、第二极板部330和压电部340。

压电部340可以根据电池310的形变来产生电荷。在压电部340的两侧设置第一极板部320和第二极板部330。第一极板部320和第二极板部330可以包括一个或多个电极。在图3的实施例中，第一极板部320 可以包括多个电极320-1、320-2、……，第二极板部330可以包括多个电极330-1、330-2、……。其中在图3中示出了，电极的形状为正方形，但是其形状也可以是长方形、菱形、三角形、梯形、T形、圆形、椭圆形等。

另外，虽然在图3中示出了第一极板部320和第二极板部330分别包括十六个电极，但是本领域的技术人员应当理解，可以在第一极板部 320和第二极板部330可以包括任意数目的电极，并且电极的排布方式也可以是任意的。

第一极板部320和第二极板部330与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一极板部320可以接地并且第二极板部330可以作为检测电荷变化的电极，例如该第二极板部330可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第二极板部330的电荷变化。当电池发生形变时，压电部 340将会相应地变形，压电部340将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第二极板部330上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部340的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。因为第一极板部320和第二极板部 330包括多个电极，因此可以通过第一极板部320和第二极板部330来测量电池是否发生形变，还可以测量形变位置。因为形变不同，生成的电荷量也不相同。通过多个电极所检测的电荷量可以测量形变的位置。第一极板部320和第二极板部330的多个电极可以均连接至检测电路来进行检测。在本公开的一个可选实施方式中，一个电极也可以连接至一个检测电路，从而可以通过多个检测电路来实现对多个电极的同时检测。这样可以检测电池不同位置的形变。

在另一个示例中，第二极板部330可以接地并且第一极板部320可以作为检测电荷变化的电极，例如该第一极板部320可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第一极板部320的电荷变化。当电池发生形变时，压电部330将会相应地变形，压电部340将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第一极板部320上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部340的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。因为第一极板部320和第二极板部330包括多个电极，因此可以通过第一极板部320 和第二极板部330来测量电池是否发生形变，还可以测量形变位置。因为形变不同，生成的电荷量也不相同。通过多个电极所检测的电荷量可以测量形变的位置。第一极板部320和第二极板部330的多个电极可以均连接至检测电路来进行检测。在本公开的一个可选实施方式中，一个电极也可以连接至一个检测电路，从而可以通过多个检测电路来实现对多个电极的同时检测。这样可以检测电池不同位置的形变。

图4示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池410之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部420、第二极板部430和压电部440。

压电部440可以根据电池410的形变来产生电荷。在压电部440的两侧设置第一极板部420和第二极板部430。第一极板部420和第二极板部430可以包括一个或多个电极。在图4的实施例中，第一极板部420 可以包括多个电极420-1、420-2、……，第二极板部430可以包括多个电极430-1、430-2、……。电极的形状可以为条状。

另外，虽然在图4中示出了第一极板部420和第二极板部430分别包括四个电极，但是本领域的技术人员应当理解，可以在第一极板部420 和第二极板部430可以包括任意数目的电极，并且电极的排布方式也可以是任意的，只要第一极板部420的电极和第二极板部430的电极成预定角度即可，优选地为90度。

第一极板部420和第二极板部430与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一极板部420可以接地并且第二极板部430可以作为检测电荷变化的电极，例如该第二极板部430可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第二极板部430的电荷变化。当电池发生形变时，压电部 440将会相应地变形，压电部440将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第二极板部430上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部440的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部440也发生相应的变形。压电部440根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第二极板部430的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第二极板部430的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部430的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

在另一个示例中，第二极板部430可以接地并且第一极板部420可以作为检测电荷变化的电极，例如该第一极板部420可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第一极板部420的电荷变化。当电池发生形变时，压电部430将会相应地变形，压电部440将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第一极板部420上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部440的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部440也发生相应的变形。压电部440根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第一极板部420的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第一极板部420的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部430的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

图5示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池510之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部520、第二极板部530和压电部540。

压电部540可以根据电池510的形变来产生电荷。在压电部540的两侧设置第一极板部520和第二极板部530。第一极板部520和第二极板部530可以包括一个或多个电极。在图5的实施例中，第一极板部520 可以包括多个电极520-1、520-2、……，第二极板部530可以包括一个电极。

另外，虽然在图5中示出了第一极板部520和第二极板部530分别包括四个电极和一个电极，但是本领域的技术人员应当理解，可以在第一极板部520和第二极板部530可以包括任意数目的电极、任意形状的电极。

第一极板部520和第二极板部530与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一极板部520可以接地并且第二极板部530可以作为检测电荷变化的电极，例如该第二极板部530可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第二极板部530的电荷变化。当电池发生形变时，压电部 540将会相应地变形，压电部540将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第二极板部530上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部540的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部540也发生相应的变形。压电部540根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第二极板部530的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第二极板部530的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部530的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

在另一个示例中，第二极板部530可以接地并且第一极板部520可以作为检测电荷变化的电极，例如该第一极板部520可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第一极板部520的电荷变化。当电池发生形变时，压电部540将会相应地变形，压电部540将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第一极板部520上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部540的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部540也发生相应的变形。压电部540根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第一极板部520的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第一极板部520的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部530的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

图6示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池610之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部620、第二极板部630和压电部640。

压电部640可以根据电池610的形变来产生电荷。在压电部640的两侧设置第一极板部620和第二极板部630。第一极板部620和第二极板部630可以包括一个或多个电极。在图6的实施例中，第一极板部620 可以包括多个电极620-1、620-2、……，第二极板部630可以包括一个电极。

另外，虽然在图6中示出了第一极板部620和第二极板部630分别包括十六个电极和一个电极，但是本领域的技术人员应当理解，可以在第一极板部620和第二极板部630可以包括任意数目的电极，并且电极的排布方式也可以是任意的。

第一极板部620和第二极板部630与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一极板部620可以接地并且第二极板部630可以作为检测电荷变化的电极，例如该第二极板部630可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第二极板部630的电荷变化。当电池发生形变时，压电部 640将会相应地变形，压电部640将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第二极板部630上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部640的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部640也发生相应的变形。压电部640根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第二极板部630的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第二极板部630的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部630的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

在另一个示例中，第二极板部630可以接地并且第一极板部620可以作为检测电荷变化的电极，例如该第一极板部620可以连接至检测电路，并且通过该检测电路来检测第一极板部620的电荷变化。当电池发生形变时，压电部640将会相应地变形，压电部640将会基于形变量来生成预定量的电荷，电荷集聚在第一极板部620上，这样所形成的电荷可以通过检测电路进行检测。因为检测电路所检测的电荷量可以表示压电部640的形变量，因此相应地可以表示电池的形变量。当电池发生变形时，压电部640也发生相应的变形。压电部640根据变形产生预定量的电荷。生成电荷的位置将会对应于变形的位置。变形位置处或者附近的第一极板部620的电极将生成的电荷传输至检测电路。这样将会检测到电池变形的位置。第一极板部620的多个电极可以连接至独立的检测电路。检测电路可以确定第二极板部630的多个电极的电荷量和位置，这样可以同时检测不同位置处的电池形变。

图7示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池710之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部720-1、第二极板部730-1和压电部740-1；以及第一极板部720-2、第二极板部730-2和压电部740-2。其中第一极板部720-1、第二极板部730-1和压电部740-1可以构成第一电池安全检测装置，第一极板部720-2、第二极板部730-2和压电部740-2可以构成第二电池安全检测装置。第一电池安全检测装置和第二电池安全检测装置之间可以设置有绝缘层。

压电部740-1和740-2可以根据电池710的形变来产生电荷。在压电部740-1的两侧设置第一极板部720-1和第二极板部730-1，在压电部 740-2的两侧设置第一极板部720-2和第二极板部730-2。

第一极板部720-1与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。第二极板部730-2与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一电池安全检测装置和第二电池安全检测装置可以用于测量不同的物理量。例如第一电池安全检测装置可以用于检测形变，例如第二电池安全检测装置可以用于测量加速度引发的电荷量的变化。

第一极板部720-1、720-2和第二极板部730-1、730-2的形状和布置方式可以参照上面的描述，在此不再赘述。

图8示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置设置在两个电池810之间，电池安全检测装置可以包括第一极板部820、第一压电部830、第二极板部840、第二压电部850 和第三极板部860。第一极板部820、第一压电部830和第二极板部840 可以构成第一电池安全检测装置，第二极板部840、第二压电部850和第三极板部860可以构成第二电池安全检测装置。

第一压电部830和第二压电部850可以根据电池810的形变来产生电荷。第一极板部820与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。第三极板部860与电池表面之间还可以包括绝缘层，并且可以通过该绝缘层设置在电池表面上。

第一电池安全检测装置和第二电池安全检测装置可以用于测量不同的物理量。例如第一电池安全检测装置可以用于检测形变，例如第二电池安全检测装置可以用于测量加速度引发的电荷量的变化。

第一极板部820、第二极板部840和第三极板部860的形状和布置方式可以参照上面的描述，在此不再赘述。

在图7和图8的示例中，通过分别设置两个电池安全检测装置来检测不同的物理量。但是在本公开中，也可以设置一个电池安全检测装置来检测不同的物理量。

对于用于测量电池形变的极板部的形变测量，可以通过极板部的感应电容的变化来进行测量。其中该感应电容可以是自电容也可以是互电容。

当极板部的形状发生变化后，极板部之间的互电容将会发生变化，或者一个极板的自电容发生变化。此外感应电容的变化可以通过极板部输出电压的变化来进行测量。

在上面的实施方式中，虽然说明了具有压电部的情况，但是在没有压电部，而是通过两个极板部之间的互电容、或者一个极板所产生的自电容，均可以适用于下面的测量装置。

图9示出了根据本公开的实施方式的测量装置。如图9所示，该测量装置可以包括激励部分和测量部分。

激励部分中的激励电路可以向被测极板提供激励信号，该激励信号可以是脉冲电压信号，也可以是固定电压信号。

此外，在采集多个感应电压的情况下，也可以包括复用电路，可以通过复用电路的选择功能来选择合适的被测极板。当被测极板被选择后，激励电路将会向被选择极板施加激励信号，这样被选择极板将会被充电。在对被选择极板进行检测时，停止激励电路的激励，并且通过复用电路的开关将被选择的极板与接收电路连通。

接收电路中可以包括采集电容，并且当所述采集电容与被选择的极板连通后，被选择的极板的电荷将会流入采集电容。在本公开中采集电容的电容值大于被选择极板的感应电容的电容值的一个或多个数量级，即二者电容值的比例为一个或多个数量级。这样在通过采集电容接收被选择极板的电荷之后，相当于采集电容的电压乘以二者的数量级将会等于或大致等于被选择极板被激励信号激励后所形成的电压，例如当采用固定电压信号时，采集电容的电压乘以二者的数量级之后将会等于该固定电压信号的电压值。此外，在本公开中，可以采用一次或多次激励采样周期，一个采样周期包括一次激励和一次检测。例如采用多次激励采样周期的情况下，在第一次周期中，对极板进行施加电压，并且通过采集电容进行采集；在第二次周期中，再对极板施加电压，然后再次通过采集电容进行采集；……；直至达到预设的采样周期次数。这样如果存在三个采样周期的情况下，可以将采集电容的电压值乘以二者的相差数量级除以三得到感应电容所产生的电压值。

接收电路可以包括转换电路，以输出采集电容的电压的相关值，并且提供至滤波电路，滤波电路对采集电容的电压相关值进行滤波后可以提供给后续的处理电路。

在接收电路输出的过程中，可以将采集电容的电压值通过接收电路所包括的比较器来对该电压值与阈值电压进行比较。例如在该电压值大于该阈值电压的情况下，比较器输出高电平信号，而在该电压值低于该阈值电压的情况下，比较器可以输出低电平信号。此外该阈值电压可以选择一标准电压，也可以选择为接地电压。

另外，接收电路可以包括多个比较器，每个比较器将对应不同的阈值电压。例如，采集电容的电压值可以逐次地与多个比较器进行比较，也就是说与多个阈值进行比较，从而得到采集电容电压值等于或接近于哪个阈值，从而得到采集电容的电容值。

此外，该测量装置还可以包括控制电路和施加电路，其中控制电路可以根据接收电路的输出，来对施加电路进行控制。在控制电路中可以根据接收电路所输出的信号来进行控制。例如在接收电路输出高电平和低电平的情况下，控制电路可以进行不同的控制。

施加电路可以控制施加至采集电容的电压/电荷量。在本公开中以施加电压为例进行说明。

例如接收电路存在一个比较器的情况下，在进行多个周期的情况下，在采集电容中多次累计了来自极板的电荷，并且相应地反映了极板的感应电容所产生的电压。这样在采样阶段，将采集电容的电压值与一个阈值电压进行比较，当采集电容的电压值大于阈值电压时，接收电路将会输出高电平信号，但是此时并不能得到准确的采集电容的电容值。因此在这种情况下，控制电路将会根据输出的该高电平信号来生成控制信号，并且该控制信号将会施加到施加电路，从而来对采集电容的电压进行调整。

施加电路所施加的电压次数可以为一次也可以为多次。例如在高电平信号的情况下，控制电路控制施加电路向采集电容施加第一参考电压，以便降低所述采集电容的电压值，在施加一次之后，如果接收电路的输出仍然是高电平信号，则继续向采集电容施加第一参考电压，继续降低采集电容的电压值、……、直至接收电路的输出为低电平信号。这样可以根据比较器输入的阈值电压，以及施加的第一参考电压和施加第一参考电压的次数来计算得到采集电容的电压值的准确值。

例如在上面的情况中，加入施加三次第一参考电压，接收电路的输出才从高电平信号转换为低电平信号。这时采集电容的电压值的准确值可以为以下关系：阈值电压的电压值+第一参考电压值*施加次数。如果在本公开中，通过第一参考电压为一个电容充电/放电，然后在通过该电容与采集电容的电荷共享来实现采集电容的变化，这时采集电容的电压值的准确值的确定时需要考虑该电容与采集电容之间的电容值的比值。采集电容的电压值的准确值＝阈值电压的电压值+(一参考电压值*施加次数)*电容比值。根据本公开的方式，这样可以通过尽量少的步骤来测量得到采集电容的电压值。

此外，当比较器的输出为低电平时，表明采集电容的电压值小于比较器输入的阈值电压，这样可以通过控制电路控制施加电路，以便使得采集电容的电压值增加，直至比较器的输出为高电平信号。

另外在存在两个以上比较器的情况下，可以通过与比较器的不同阈值进行比较，在比较完成之后，可以通过控制电路控制施加电路来使得采集电容的电压值接近或等于某个阈值。

通过该上述方式可以精确地得到采集电容的电压值，从而也相应得到感应电容的电压值，这样相应地得到极板的形变量，从而得到电池的形变量。

图10示出了根据本公开的测量装置(仅以一个感应电容为例进行说明)，其与图9所述的框图相对应。

根据图9和图10所述的测量装置可以用于检测极板的自电压，也可以检测极板的互电压。在图10中，可以提供充电电压Va施加至极板上，从而使得极板电容积聚电荷，从而极板电容C的电压值将会等于充电电压Va。完成充电过程后，断开第一开关S1且闭合第二开关S2，使得电荷从极板电容C转移到采集电容C1，其中采集电容的电容值可以高于极板电容C的电容值的一个或几个数量级。

采集电容C1接收极板电容C的电荷，这样采集电容C1的电压值将会变成一个电压，该电压的电压值将等于k*Va，其中k为极板电容C的电容值与采集电容C1的电容值的比值，当然本领域的技术人员应当理解，在接收极板电容C的电荷之前，可以通过采集电容两端并联的开关来进行放电。

在图10中示出了采集电容C1设置在地与极板电容的输出端之间，但是采集电容C1也可以设置在比较器CP1(在一个比较器的情况下)的一个输入端和输出端之间。虽然在图1中示出了三个比较器，但是也可以为一个比较器或者其他数量的比较器。

此外，可以通过多次的第一开关S1和第二开关S2的断开或闭合来实现采集电容C1的多次充电。这样经过n次后，采集电容C1的电压值将会变成n*k*Va。

在比较器仅存在一个的情况下，例如仅存在比较器CP1，将第三开关S3闭合，并且将采集电容C1的电压与第一阈值电压V1进行比较，例如当采集电容C1的电压大于第一阈值电压V1，比较器CP1可以输出高电平信号1，当小于第一阈值电压V1，比较器CP1可以输出低电平信号0。可以根据比较器CP1的输出来控制施加电路的第一控制开关S6和第二控制开关S7。

另外，存在多个比较器的情况下，例如如图所示，存在比较器CP1、比较器CP2和比较器CP3的情况下，例如可以通过比较器CP1的对应开关S3来将采集电容C1的电压与第一阈值电压V1进行比较，如果在比较器的输出端或者模数转换电路的输出端检测到采集电容C1的电压大于第一阈值电压V1(例如输出高电平)，则可以切换成开关S4导通使得采集电容C1的电压与第二阈值电压V2进行比较，如果仍然大于第二阈值电压V2，则可以继续切换成开关S5进行导通，与第三阈值电压V3进行比较，……。这样可以通过多个比较器得知采集电容C1的电压位于哪两个阈值电压之间。例如在上面的这种情况下，V3＞V2＞V1。在得知之后，可以控制开关S6和S7从而完成相应的工作。例如如果得知位于V3 和V2之间，那么可以保持S5进行导通，并且控制开关S6和S7从而使得采集电容C1的电压等于或接近于V3。

此外，虽然在图中示出了在比较器后连接滤波器，可以如图10所示，根据比较器的输出来控制开关S6和S7，也可以如图11所示，根据滤波器的输出来控制开关S6和S7。例如，在比较器输出高电平信号时，可以控制第一控制开关S6导通，以便向采集电容C1施加第一参考电压Vref1，其中第一参考电压可以设置成为能够使得采集电容C1的电压降低的电压，例如可以为负电压。在比较器输出低电平信号时，可以控制第二控制开关S7导通，以便向采集电容C1施加第二参考电压Vref2，其中第二参考电压可以设置成为能够使得采集电容C1的电压升高的电压，例如可以为正电压。其中Vref1可以等于-Vref2。

此外，如图12所示，也可以采用一个比较器CP1，并且该比较器的一个输入端可以连接多个阈值电压，例如图中示出了三个阈值电压V1至 V3，并且可以通过与各个阈值电压相连接的开关的导通或断开来控制提供至比较器的阈值电压。具体控制思路跟图10的描述相同，在此不再赘述。

此外，根据本公开的另一实施例，也可以通过将Vref1和/或Vref2 连接至一个标准电容，并且通过参考电压为该标准电容进行充电，充电完成后将标准电容与采集电容连接，从而实现采集电容的电压升高或降低的目的。根据本公开的再一实施例，也可以在第一参考电压至采集电容的支路中设置第一电阻，并且通过第一电阻来向采集电容提供第一电流，在第二参考电压至采集电容的支路中设置第二电阻，并且通过第二电阻来向采集电容提供第二电流，从而实现同样的目的。

另外，关于图10的其他内容，可以参照与图9相关的描述。在此将不再赘述。

根据本公开的进一步实施方式，如图13所示，还提供了一种测量装置。其中该测量装置可以用于测量感应电容C的感应电压。相关具体内容的描述可以参照图9和图10的描述，在此不再赘述。

通过闭合开关S11施加激励电压Va1(恒定电压或者脉冲电压)至感应电容C从而对其进行充电，在充电完成后，感应电容C的电压将会达到激励电压的电压值。然后可以将开关S11断开并且开关S12导通(S13 断开)，从而将感应电容C的电压转移至采集电容C11(采集电容C11的电容值大于感应电容C的电容值一个或多个数量级)。并且可以通过多次导通和断开开关S11和S12，从而实现通过感应电容C向采集电容C11 的多次充电，这样采集电容C11的电压将会等于Va1*C的电容值/C11的电容值。

通过比较器CP11来输出采集电容C11的电压信号，并且通过模数转换电路来将其转换为数字信号进行输出。其中，电容C11的连接方式也可以采用图10的方式。

此外，还包括电容C12，通过开关S13和S12的导通及断开(S11 断开)来通过电压Vb1对采集电容C11进行充放电控制，从而与上述方式相同或者类似地达到采集电容C11的电压的调整功能。其中电压Vb1 与电压Va1可以相反，也可以为其他值。

图14示出了根据本公开的一个实施方式的电池安全管理系统。其中该管理系统可以包括上述测量装置，并且还可以包括过压保护单元、过流保护单元、电量计算单元和模型更新单元等等。这里，因为这些单元均需要得知电池形状变化量，因此形状变化量将对各个单元产生影响。各个单元能够根据测量装置的输出来进行各个功能的计算等。这些单元的根据电池形状变化量的变化可以根据现有技术得到，本文不再描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (23)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

激励电路，所述激励电路用于提供激励信号，并且所述激励信号提供至电容极板部以便所述电容极板部根据所述电容极板部的感应电容生成感应电压，所述电容极板部设置在电池/电池包的外表面或者所述电池/电池包的内表面或者与所述电池/电池包间隔开一定距离设置，所述电容极板部能够在所述电池/电池包发生形状变化时感应电容发生变化，

采集电容，所述采集电容能够接收所述电容极板部被激励后所述感应电容所生成的电荷，并且所述采集电容接收所述电荷后能够反映所述感应电容的感应电压；

转换电路，所述转换电路用于将所述采集电容的电压进行转换以便输出；以及

处理电路，所述处理电路根据所述转换电路的输出进行处理，以便对所述电池/电池包的安全进行监控和/或对所述电池/电池包的电量进行计算，

其中，所述采集电容在从所述感应电容接收电荷完成后，所述采集电容的电压能够被调整，以便得到所述采集电容的电压值，并且根据所述采集电容的电压值来获得所述感应电容的电压值，从而得到所述电池/电池包的形状变化量。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激励信号为恒定电压信号或者脉宽信号。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，根据所述转换电路的输出来控制所述采集电容的电压的调整。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括控制电路和施加电路，所述控制电路根据所述转换电路的输出来生成控制信号，所述施加电路能够向所述采集电容施加不同电压以便增加或减小所述采集电容的电压值。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述施加电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关和第二开关由所述控制信号进行控制以便导通或断开，当所述第一开关导通时，将第一电压施加至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值降低，当所述第二开关导通时，将第二电压施加至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值升高。

6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述感应电容的电容值比所述采集电容的电容值大一个或多个数量级。

7.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，还包括标准电容，所述标准电容与所述第一开关和所述第二开关连接，所述第一电压或所述第二电压施加至所述标准电容以对所述标准电容进行充电，并且通过所述标准电容与所述采集电容之间的电荷转移来实现所述采集电容的电压值的升高或降低。

8.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，还包括标准电阻，所述标准电阻与所述第一开关和第二开关连接，当所述第一开关导通时，通过所述第一电压和所述标准电阻将第一电流提供至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值降低，并且当所述第二开关导通时，通过所述第二电压和所述标准电阻将第二电流提供至所述采集电容，以便使得所述采集电容的电压值升高。

9.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，在使得所述采集电容的电压值降低或升高的情况下，使得所述采集电容的电压值等于或接近阈值电压。

10.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述转换电路包括比较器，所述比较器比较所述采集电容的电压与阈值电压，并且根据所述采集电容的电压和所述阈值电压输出检测信号。

11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述比较器的数量为多个，并且每个比较器分别对应于不同阈值电压，以便将所述采集电容的电压与不同的阈值电压进行比较，从而确定所述采集电容的电压的所处的阈值电压的范围。

12.如权利要求11所述的测量装置，其特征在于，当确定所述采集电容的电压的所处的阈值电压的范围之后，通过降低或升高所述采集电容的电压来使得所述采集电容的电压等于或接近所述不同阈值电压中的一个阈值电压。

13.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述采集电容从所述感应电容接收电荷的接收次数为多次。

14.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，根据所述激励信号的电压、所述转换电路的输出、所述接收次数、以及所述采集电容与所述感应电容的比值来确定所述感应电容的感应电压，从而根据所确定的感应电压来确定所述电池/电池包的形状变化量。

15.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述转换电路包括模数转换器，所述模数转换器将所述采集电容的电压转换为数字信号，并且根据所述数字信号来调整所述采集电容的电压。

16.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述转换电路的输出进行滤波处理。

17.一种电池安全管理器件，其特征在于，包括如权利要求1至16中任一项所述的测量装置。

18.一种电池安全管理系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至16中任一项所述的测量装置；以及

所述电容极板部，所述电容极板部设置在所述电池/电池包的外表面或者所述电池/电池包的内表面或者与所述电池/电池包间隔开一定距离设置，

其中，所述测量装置通过测量所述电容极板部的感应电压来得到所述电池/电池包的形状变化量。

19.如权利要求18所述的电池安全管理系统，其特征在于，所述电容极板部包括第一电容极板部和第二电容极板部，所述第一电容极板部和第二电容极板部间隔预定距离进行设置，当所述电池/电池包发生形状变化时，所述第一电容极板部和所述第二电容极板部之间的互电容发生变化。

20.如权利要求18所述的电池安全管理系统，其特征在于，所述测量装置通过测量所述电容极板部的自电容的感应电压来得到所述电池/电池包的形状变化量。

21.如权利要求18所述的电池安全管理系统，其特征在于，还包括过压保护单元，所述过压保护单元根据所述电池/电池包的形状变化量来调整过压阈值。

22.如权利要求19所述的电池安全管理系统，其特征在于，还包括过流保护单元，所述过流保护单元根据所述电池/电池包的形状变化量来调整过流阈值。

23.如权利要求19所述的电池安全管理系统，其特征在于，还包括电量计算单元，所述电量计算单元根据所述电池/电池包的形状变化量来计算所述电池/电池包的电量。

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