TW202225723A

TW202225723A - 電芯裝置及電芯膨脹判定方法

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Publication number: TW202225723A
Application number: TW109144842A
Authority: TW
Inventors: 廖文琳; 江明澄; 李佳欣
Original assignee: 加百裕工業股份有限公司
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-07-01

Abstract

本發明公開一種電芯裝置及電芯膨脹判定方法。電芯裝置包含至少一個電芯、一拉伸感測元件。電芯具有一寬側面及一窄側面。拉伸感測元件設置於電芯上。拉伸感測元件包含一撓性體及一拉伸感測模組。撓性體設置於寬側面上，且能隨著所述寬側面的變形而發生拉伸。拉伸感測模組設置於撓性體上，拉伸感測模組依據撓性體的拉伸產生一電阻值。拉伸感測元件能電性耦接一處理元件。處理元能件取得電阻值，從而判定電芯是否發生膨脹現象。據此，電芯裝置配合處理元件就可以獨立判定電芯是否發生膨脹現象。

Description

電芯裝置及電芯膨脹判定方法

本發明涉及一種電芯裝置及電芯膨脹判定方法，尤其涉及一種能獨立判定電芯膨脹的電芯裝置及電芯膨脹判定方法。

一般電芯於使用一段時間後而發生老化現象時，電芯的表面會膨脹或隆起，從而進一步地導致電芯的供電對象的內部結構受擠壓而造成損毀。舉例來說，當安裝於智慧型手機內的電芯發生膨脹情況時，安裝於螢幕與背蓋之間的電芯會將兩者朝彼此遠離方向推移，使螢幕與背蓋之間產生間隙，從而讓水氣可以通過間隙滲入智慧型手機內部。

於是有人針對前述問題想出能偵測電池膨脹的電芯裝置。具體來說，現有的電芯裝置是由一殼體、一電芯及一接觸感測元件所組成，所述殼體的其中一內側面安裝所述接觸感測元件，所述接觸感測元件與所述電芯的表面保持一預定距離，當所述電芯發生膨脹現象時，所述電芯的表面隆起而與所述接觸感測元件之間不存在所述預定距離，從而使所述接觸感測元件與所述電芯接觸並發出一膨脹訊號。

然而，現有的電芯裝置的接觸感測元件必須安裝於所述殼體或其他與電芯表面對應的其他元件，才能實現偵測電池膨脹的功能。再者，當任一種設備採用現有的電芯設備作為電源時，設備必須預留一定的安裝空間，讓電芯的表面與接觸感測元件之間能保持所述預定距離，但這樣也造成設備內所能應用的空間受到限制。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電芯裝置及電芯膨脹判定方法，能有效地改善現有的電芯裝置所可能產生的缺陷。

本發明實施例公開一種電芯裝置，包括：至少一個電芯，包含有至少一個寬側面及至少一個窄側面；以及一拉伸感測元件，設置於至少一個所述寬側面上，所述拉伸感測元件包含：一撓性體，設置於至少一個所述寬側面上，所述撓性體能隨著至少一個所述寬側面的變形而發生拉伸；一拉伸感測模組，設置於所述撓性體上，所述拉伸感測模組通過所述撓性體的拉伸產生而產生長度變化，使所述拉伸感測模組通過長度變化產生一電阻值；其中，所述拉伸感測元件能用以電性耦接一處理元件，所述拉伸感測元件能傳送所述電阻值至所述處理元件。

本發明實施例另外公開一種電芯膨脹判定方法，適用於前述電芯裝置，所述電芯膨脹判定方法包含以下步驟：實施一安全判定步驟：判定至少一個所述電芯的一最大安全變化量；實施一預設步驟：利用所述最大安全變化量預設一危險電阻值；實施一偵測步驟：利用所述拉伸感測元件取得至少一個所述電芯的多個電阻值；實施一過度膨脹比對步驟：比對每個所述電阻值是否大於所述危險電阻值；若是，接著執行下一個步驟；若否，接著執行所述偵測步驟；實施一危險警訊步驟：發出一過度膨脹警訊。

綜上所述，本發明實施例所公開的電芯裝置及電芯膨脹判定方法，能通過“所述拉伸感測元件隨著所述電芯膨脹而拉伸所產生的所述電阻值”的設計，使所述電芯裝置不需要如現有的電芯裝置需通過其他構件（例如：殼體）安裝接觸感測元件，本發明的電芯裝置可以直接通過設置於其電芯表面的所述拉伸感測元件取得所述電阻值，從而進一步地提供給所述處理元件，就可以獨立判定所述電芯是否發生膨脹現象。也就是說，本發明的電芯裝置相較於現有的電芯裝置具有更少的構件（例如：殼體、或對應電芯表面的元件）及安裝條件（例如：電芯表面與接觸感測元件要保持一定間隔距離），從而更有利於安裝及空間利用。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電芯裝置及電芯膨脹判定方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

參閱圖1至圖4所示，本實施例提供一種電芯裝置100，所述電芯裝置100包含至少一個電芯1以及一拉伸感測元件2。至少一個所述電芯1於本實施例中為數量一個且大致呈板狀，但本發明不受限於本實施例所載。所述電芯1具有一頂面、一底面、及連接所述頂面及所述底面的四個環側面，所述頂面及所述底面的面積大致相同且分別大於四個所述環側面的面積。

為了方便說明，所述頂面及所述底面分別定義為一寬側面11，四個所述環側面分別定義為一窄側面12，也就是所述電芯1具有兩個所述寬側面11及四個所述窄側面12，且每個所述寬側面11於本實施例中具有一預定長度11L及一預定寬度11W。

配合圖1及圖2所示，所述拉伸感測元件2於本實施例中為條狀結構，並設置於所述電芯1的任一個所述寬側面11上。具體來說，所述拉伸感測元件2於本實施例中具有一撓性體21及一拉伸感測模組22。所述撓性體21為可撓性材質所製成，所述撓性體21貼附於所述寬側面11上，所述撓性體21能隨著所述寬側面11的變形而發生拉伸，也就是所述拉伸感測模組2由圖2所示狀態變化為圖4所示。所述拉伸感測模組22設置於所述撓性體21上，所述拉伸感測模組22通過所述撓性體21的拉伸產生而產生長度變化，使所述拉伸感測模組22通過長度變化產生一電阻值。所述拉伸感測元件2能用以電性耦接一處理元件（圖中未示），所述拉伸感測模組22能傳送所述電阻值至所述處理元件，從而使所述處理元件判定所述電芯1是否發生膨脹現象。所述處理元件可以是由安裝所述電芯裝置100的設備所提供，舉例來說：智慧型手機的處理單元。

詳細地說，如圖1、圖2及圖4所示，所述拉伸感測模組22於本實施例中為線徑200微米（μm）的線狀結構，所述拉伸感測模組22大致呈U字狀配置並具有相對的兩個連接段221及兩個拉伸段222，兩個所述連接段221用以電性耦接所述處理元件，兩個所述拉伸段222於本實施例中分別為弦波狀，兩個所述拉伸段222通過受應力時所產生的長度變化得出所述電阻值。具體來說，若以弦波形狀來形容，當所述拉伸感測模組22隨著所述撓性體21形變而拉伸時，任一個所述拉伸段222的相鄰的任兩個波峰會彼此遠離或振幅下降，從而使所述拉伸段222長度增加而讓阻抗增加，此阻抗變化與彎折角度呈線性關係從而能得出所述電阻值，但本發明不受限於本實施例所載。舉例來說，兩個所述拉伸段222也可以是方波狀或三角波等，也就是能任何能提供變形量的形狀。

進一步地說，如圖1及圖3所示，所述電芯1的所述窄側面12的寬度延伸方向定義為一膨脹方向D，當任一個所述寬側面11沿著所述膨脹方向D隆起值大於任一個所述窄側面12的寬度的8％時，所述拉伸感測模組22所產生的所述電阻值使所述處理元件判定所述電芯1膨脹，也就是說，所述窄側面12的寬度的8％為所述電芯1的膨脹臨界值，若超過膨脹臨界值就將可能發生危險（例如：爆炸）或造成設備損毀的情況，但一般來說，所述電芯1的膨脹臨界值是介於所述窄側面12的寬度的8％至10%之間，也就是電芯1的厚度的8％～10％之間。換個角度說，任何非通過拉伸變化產生電阻的電芯裝置，例如：採用間隙變化（也就是彎曲感測元件）的電芯裝置，並非本案所指的電芯裝置100。

需說明的是，所述電芯1於發生膨脹時，所述電芯1會由其面積較大的側面的中心位置，也就是於所述寬側面11的中心位置，最先發生膨脹（隆起）現象。依據前述現象，配合圖1及圖2所示，於設置所述電芯1的所述寬側面11中，所述寬側面11較短的一側邊為所述預定寬度11W的0％，而較短的另一側邊為所述預定寬度11W的100％，所述拉伸感測元件2沿著所述預定長度11L的延伸方向配置，並且位於所述預定寬度11W的20％至80％之間的位置，所述拉伸感測元件2的長度於實務上需不小於所述預定長度11L的50％。

反過來說，如果所述拉伸感測元件2的長度小於所述預定長度11L的50％時，例如：所述拉伸感測元件2的長度為所述預定長度11L的5％，所述寬側面11沿著所述預定長度11L的延伸方向的變形量不足以使所述撓性體21產生足夠的拉伸效果，也就是所述拉伸感測模組22無法產生所述電阻值。此外，當所述寬側面11位於所述預定寬度11W的0％至19％之間或81％至100％之間的位置且發生膨脹時，所述寬側面也不具有足夠的變形量使所述拉伸感測元件2形變。

值得一提得是，為了使所述拉伸感測元件2能具有靈敏的拉伸效果，所述拉伸感測元件2於實務上較佳的位置是位於所述預定寬度11W的45％至55％之間的位置，且所述拉伸感測元件2的長度較佳為所述預定長度11L的90％至100％之間。當然，所述電芯裝置100於其他未繪示的實施例中，也可以是有多個拉伸感測元件2設置於同一個所述寬側面11上。

[第二實施例]

如圖5及圖6所示，其為本發明的另一實施例，本實施例類似於上述實施例的電芯裝置100，兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例相較於上述電芯裝置100的第一實施例的差異主要在於：

所述拉伸感測元件2於本實施例中是沿著所述預定寬度11W的延伸方向配置，且所述拉伸感測元件2位於所述預定長度11L的25％至75％之間的位置。具體來說，於設置所述電芯1的所述寬側面11中，所述寬側面11的較長的一側邊為所述預定長度11L的0％，而較長的另一側邊為所述預定長度11L的100％，所述拉伸感測元件2位於所述預定長度11L的25％至75％之間的位置。此外，所述拉伸感測元件2的長度於本實施例中不小於所述預定寬度11W的50％。

值得一提得是，為了使所述拉伸感測元件2能與第一實施例一樣具有靈敏的拉伸效果，因此於此實施例中的所述拉伸感測元件2於實務上較佳的位置是位於所述預定長度11L的45％至55％之間的位置，且所述拉伸感測元件2的長度較佳為所述預定寬度11W的90％至100％之間。

[第三實施例]

如圖7及圖8所示，其為本發明的另一實施例，本實施例類似於上述實施例的電芯裝置100，兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而本實施例相較於上述電芯裝置100的第一實施例的差異主要在於：

所述電芯裝置100具有呈板狀的多個電芯1，也就是與第一實施例的所述電芯1相同，多個所述電芯1以其頂面或底面相互堆疊且彼此電性耦接。也就是說，多個所述電芯1共同組成一電芯組BC，所述電芯組BC由多個所述電芯1的環側面共同組成所述窄側面12，所述電芯組BC於彼此最遠離的兩個所述電芯1的頂面及底面分別形成所述寬側面11。所述拉伸感測元件2設置於任一個所述寬側面11上。值得一提的是，多個所述電芯1配置方式也可以根據設備或設計者需求進行合理地調整，例如：多個所述電芯1也可以是如圖8所示的平行方式配置，並且彼此相互電性耦接。

當然，本發明於其他未繪示的實施例中，所述電芯裝置100也可以具有多個拉伸感測元件2，多個所述拉伸感測元件2可以是分別設置於所述電芯組BC的多個所述電芯1的寬側面11上，又或者，設置於所述電芯組BC的兩個所述寬側面11上。

[第四實施例]

參閱圖9所示，其為本發明的電芯膨脹判定方法的一實施例，本實施例所提供的電芯膨脹判定方法是適用於前述第一實施例至第三實施例的電芯裝置100，因此請同時參照圖1至圖8所示。本實施例公開一種電芯膨脹判定方法，所述電芯膨脹判定方法包括步驟S101至步驟S109。需說明的是，上述多個步驟的其中任一個步驟能夠視設計者的需求而省略或是以合理的變化方式取代。

實施一安全判定步驟S101：判定一電芯1的一最大安全變化量。具體來說，所述最大安全變化量為所述電芯1膨脹值的容許值，所述最大安全變化量於實務上為任一個所述寬側面11沿著所述膨脹方向D隆起高度等於任一個所述窄側面的寬度的8％～10％之間的任一個數值。也就是說，當所述電芯1沿著所述膨脹方向D膨脹超過任一個所述窄側面12的寬度的8％～10％之間時，可能發生危險（例如：爆炸）或造成設備損毀的情況。

實施一預設步驟S103：利用所述最大安全變化量設定一危險電阻值。具體來說，所述拉伸感測元件2於不同程度的彎曲情況時具有不同的電阻變化，通過所述拉伸感測元件2的工作原理，針對所述最大安全變化量預設對應的所述危險電阻值。

實施一偵測步驟S105：利用一拉伸感測元件2取得所述電芯1各區域的多個電阻值。具體來說，所述拉伸感測元件2於實務上是通過石墨電阻上的多個微細縫(micro cracks)的距離變化得出多個所述電阻值。

實施一過度膨脹比對步驟S107：比對每個所述電阻值是否不小於所述危險電阻值。若是，接著執行下一個步驟。若否，接著執行所述偵測步驟S105。具體來說，所述拉伸感測元件2會將多個所述電阻值傳送至一處理元件進行比對，所述處理元件可以是安裝所述電芯裝置100的設備所提供，舉例來說：智慧型手機的處理單元。

實施一危險警訊步驟S109：發出一過度膨脹警訊。所述過度膨脹警訊能提供使用者或是系統得知所述電芯發生過渡膨脹的情況，從而進行後續的電芯膨脹處理行動。

[本發明實施例的技術效果]

綜上所述，本發明實施例所公開的電芯裝置100及電芯膨脹判定方法，能通過“所述拉伸感測元件2隨著所述電芯1膨脹而拉伸所產生的所述電阻值”的設計，使所述電芯裝置100不需要如現有的電芯裝置需通過其他構件（例如：殼體）安裝接觸感測元件，本發明的電芯裝置100可以直接通過設置於其電芯1表面的所述拉伸感測元件2取得所述電阻值，從而進一步地提供給所述處理元件，就可以獨立判定所述電芯1是否發生膨脹現象。

此外，本發明的電芯裝置100相較於現有的電芯裝置具有更少的構件（例如：殼體、或對應電芯表面的元件）及安裝條件（例如：電芯表面與接觸感測元件要保持一定間隔距離），從而更有利於安裝及空間利用。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100:電芯裝置 1:電芯 11:寬側面 11L:預定長度 11W:預定寬度 12:窄側面 2:拉伸感測元件 21:撓性體 22:拉伸感測模組 221:連接段 222:拉伸段 D:膨脹方向 BC:電芯組 S101~S109:步驟

圖1為本發明第一實施例的電芯裝置的立體示意圖。

圖2為本發明第一實施例的電芯裝置的俯視示意圖。

圖3為本發明第一實施例的電芯裝置於膨脹時的側視示意圖。

圖4為本發明第一實施例的電芯裝置於膨脹時的俯視示意圖。

圖5為本發明第二實施例的電芯裝置的立體示意圖。

圖6為本發明第二實施例的電芯裝置的俯視示意圖。

圖7為本發明第三實施例的電芯裝置的立體示意圖（一）。

圖8為本發明第三實施例的電芯裝置的立體示意圖（二）。

圖9為本發明第四實施例的電芯膨脹判定方法的流程示意圖。

100:電芯裝置

1:電芯

11:寬側面

12:窄側面

2:拉伸感測元件

21:撓性體

22:拉伸感測模組

221:連接段

222:拉伸段

D:膨脹方向

Claims

一種電芯裝置，包括：至少一個電芯，包含有至少一個寬側面及至少一個窄側面；以及一拉伸感測元件，設置於至少一個所述寬側面上，所述拉伸感測元件包含：一撓性體，設置於至少一個所述寬側面上，所述撓性體能隨著至少一個所述寬側面的變形而發生拉伸；一拉伸感測模組，設置於所述撓性體上，所述拉伸感測模組通過所述撓性體的拉伸產生而產生長度變化，使所述拉伸感測模組通過長度變化產生一電阻值；其中，所述拉伸感測元件能用以電性耦接一處理元件，所述拉伸感測元件能傳送所述電阻值至所述處理元件。
如請求項1所述的電芯裝置，其中，至少一個所述寬側面具有一預定長度及一預定寬度，所述拉伸感測元件沿著所述預定長度的延伸方向配置，且所述拉伸感測元件位於所述預定寬度的20％至80％之間的位置。
如請求項2所述的電芯裝置，其中，所述拉伸感測元件的長度不小於所述預定長度的50％。
如請求項1所述的電芯裝置，其中，至少一個所述寬側面具有一預定長度及一預定寬度，所述拉伸感測元件沿著所述預定寬度的延伸方向配置，且所述拉伸感測元件位於所述預定長度的25％至75％之間的位置。
如請求項4所述的電芯裝置，其中，所述拉伸感測元件的長度不小於所述預定寬度的50％。
如請求項1所述的電芯裝置，其中，至少一個所述窄側面的寬度延伸方向定義為一膨脹方向；當至少一個所述寬側面沿著所述膨脹方向隆起值大於至少一個所述窄側面的寬度的8％時，所述拉伸感測模組的所述電阻值使所述處理元件判定所述電芯膨脹。
如請求項1所述的電芯裝置，其中，至少一個所述電芯為多個，多個所述電芯相互堆疊且電性耦接，使多個所述電芯共同組成一電芯組，所述電芯組於彼此最遠離的兩個所述電芯的頂面及底面分別形成所述寬側面，所述拉伸感測元件設置於任一個所述寬側面上。
如請求項1所述的電芯裝置，其中，所述拉伸感測模組為一線狀結構，所述拉伸感測模組具有相對的兩個拉伸段，所述拉伸感測模組通過兩個所述拉伸段受應力時所產生的長度變化得出所述電阻值。
一種電芯膨脹判定方法，適用於請求項1的所述電芯裝置，所述電芯膨脹判定方法包含以下步驟：實施一安全判定步驟：判定至少一個所述電芯的一最大安全變化量；實施一預設步驟：利用所述最大安全變化量設定一危險電阻值；實施一偵測步驟：利用所述拉伸感測元件取得至少一個所述電芯各區域的多個電阻值；實施一過度膨脹比對步驟：比對每個所述電阻值是否不小於所述危險電阻值；若是，接著執行下一個步驟；若否，接著執行所述偵測步驟；實施一危險警訊步驟：發出一過度膨脹警訊。