TWI398660B - 電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法 - Google Patents

Description

電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法

本發明關於一種電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法，並且特別地，本發明關於一種在電池模組使用中即時量測連接裝置之電阻值以作為電池模組組裝品質指標的檢測裝置及檢測方法。

電池係一種將化學反應產生之能量轉換為電能的裝置。單一電池單元取決於其化學反應之種類，只能提供一固定範圍內之電壓。因此為了提供一較高電壓或其他特定電壓之電源，在實際應用上通常會將數個電池單元做串聯或並聯為一電池模組後再做電力輸出。

一個由多個電池單元串連或並連而成的電池模組，其品質好壞除了由各電池單元本身的品質所決定外，亦取決於各電池單元間的連接工藝。為了能得到品質較好的電池模組，在電池單元方面可以事先篩選出品質較好的電池單元來組成電池模組。而在電池單元連接工藝方面的品質，則有賴於不同電池單元間連接機構上的設計與組裝技巧。

在電池模組中，二電池單元間的連接是透過將分別位於不同電池單元上的二相異極性電極建立電性連接而完成。詳細而言，二電極可以是直接接觸，或是以金屬連接棒或金屬導線連接在一起。採用電極的直接接觸的方式，可能會造成設置上或使用上的不便或檢測維護上的麻煩。因此在實際應用上，常見到先將各電池單元並排排列而使各電極位於同一側後，再利用金屬連接棒做連接的方式。

若是使用金屬連接棒的連接方式，則在組裝品質的方面需要考慮到導電品質難以掌控的問題。更詳細而言，金屬連接棒與各電池單元之電極間之接觸點或接觸面，可能會發生氧化或接點鬆脫等情形，進而造成電阻值的上升。在此情況下若繼續使用電池模組，則很有可能在鬆脫處產生高溫而造成電路起火或其他電氣上的危害。

通常而言，金屬連接棒是藉由螺絲而鎖固於電池單元之電極上，因此習知上是以組裝螺絲的鎖固扭力值來認定電池單元間的組裝品質好壞。較大的螺絲鎖固扭力值通常代表較緊固的鎖固狀態，可以避免接觸面積變小造成的電阻上升，更可以減少因為鬆動而使金屬連接棒與電極之接觸面接觸到空氣的機會，進而降低接觸面被氧化而使電阻上升的可能性。

由於鎖固金屬連接棒與電極的螺絲，其緊固的程度可能隨時間而有所變化，因此必需時常檢測螺絲鎖固品質，才能確保電池模組的組裝品質以及維護使用上的安全。然而若欲量測螺絲的鎖固扭力值，則必需在電池模組未供電的狀態下才能實施，以避免觸電或引起電路短路等危險。基於上述限制，若欲在電池模組的使用過程中即時監控電池模組組裝品質，目前仍存在相當多困難。

另一方面，在組裝的過程中，金屬連接棒與電極的表面可能存在銅綠或沾染如電解液等不乾淨的物質，而使得金屬連接棒與電極間的接觸電阻上升，導致電池組失效的問題。然而此一電阻變化難以由一般市售低阻表所量測。詳言之，一般的低阻表通常用來量測被動元件，如電纜之電阻，量測範圍通常在毫歐姆級以上，而電池之端子與連接棒之接觸電阻，通常要求在毫歐姆級以下。因此以一般低阻表難以量測到金屬連接棒與電極間的接觸電阻變化。此外，一般低電阻表並非設計在金屬進行導電的狀況下進行電阻量測，因此若在電池供電的過程中量測金屬連接棒與電極間的接觸電阻，則極有可能造成使用上的危險。

上述的電阻變化狀況既無法由藉由低阻表而在電池供電過程中直接量測得到，亦無法由螺絲的鎖固扭力值變化反應出來。因此在實際應用上，除了螺絲鎖固扭力值無法做為代表電池模組之組裝品質的理想量化指標，亦缺乏其他有效手段能即時檢測電池模組的組裝品質。

因此，本發明之一範疇在於提供一種電池模組檢測方法，應用於一電池模組，以解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，該電池模組電性連接至負載並包含第一電池單元、第二電池單元及連接裝置，第一電池單元之正電極與第二電池單元之負電極經由連接裝置而電性連接。該電池模組檢測方法包含下列步驟。首先，量測正電極與負電極間橫跨於連接裝置上之電壓差值。接著，量測流經負載之一電流值。最後根據電壓差值與電流值計算正電極與負電極間之等效電阻值。

本發明之另一範疇在於提供一種電池模組檢測裝置，應用於一電池模組，以解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，該電池模組連接至負載並包含第一電池單元、第二電池單元及連接裝置。第一電池單元之正電極與第二電池單元之負電極經由連接裝置而電性連接。該電池模組檢測裝置包含分流器、電壓檢測模組及控制模組。電壓檢測模組用以量測正電極與負電極間之電壓差值。分流器串聯於電池模組與負載之間，電性連接電壓檢測模組，並且用以量測負載之電流值。控制模組電性連接電壓檢測模組，用以根據電流值及電壓差值，計算正電極與負電極間之等效電阻值。

綜上所述，根據本發明之電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法，可以在電池模組供電的同時，量測位於不同電池單元上二相互電性連接之電極間的電壓差值及負載之電流值。根據電壓差值及電流值，可以即時計算出上述二電極間的等效電阻值。此等效電阻值有效地反應了連接裝置與電極間之導電品質，因此可以做為電池組裝品質之一量化指標。藉由本發明之電池模組檢測裝置及檢測方法，可以即時觀察等效電阻值之變化以快速指出電池組組裝不良的位置所在，方便使用者可立即改善接觸不良的狀況，避免組裝品質持續惡化所造成的意外或損失，甚至釀成災害。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明提供一種電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法，用以即時檢測電池模組的組裝品質。關於本發明之電池模組之檢測裝置及檢測方法的若干具體實施例係揭露如下。

圖一繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測裝置1a之示意圖，圖二繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測裝置1b之示意圖，圖三繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測方法之流程圖。

請參考圖一，圖中所示係為根據本發明第一具體實施例之電池模組檢測裝置1a。電池模組檢測裝置1a係用以檢測電池模組2a，而電池模組2a包含了第一電池單元21、第二電池單元22及連接裝置23。第一電池單元21包含正電極211及相對極性之之第一輸出電極212。第二電池單元22包含負電極221及相對極性之第二輸出電極222。第一電池單元21之正電極211係藉由連接裝置23，而與第二電池單元22之負電極221電性連接。連接裝置23藉由二鎖固裝置24而分別緊固於正電極211及負電極221上，鎖固裝置24可以是螺帽或其他類似之鎖固件。電池模組2a電性連接至一負載3。更詳細而言，負載3之一端係藉由第一導線31而電性連接至第一電池單元之第一輸出電極212，另一端係藉由第二導線32及第三導線33電性連接至第二電池單元22之第二輸出電極222。

電池模組檢測裝置1a包含分流器11、電壓檢測模組12、控制模組13及顯示器14。分流器11串聯於電池模組2a與負載3之間，電性連接電壓檢測模組12，並且用以量測流經負載3之電流值，此電流值亦即流經連接裝置23之電流值。電壓檢測模組12主要用以量測正電極211及負電極221間之一電壓差值。控制模組13電性連接電壓檢測模組12及顯示器14，用以根據歐姆定律公式(V=I×R)及所測量到的電流值及電壓差值，計算正電極211與負電極221間之一等效電阻值。此外，控制模組13可以使顯示器14顯示電池模組2a之相關資訊，例如上述計算出來的等效電阻值。並將使該等效電阻值在顯示器14上顯示出來。

更詳細而言，電壓檢測模組12包含類比/數位轉換器121、毫伏特計122、類比掃描開關123及複數檢測端。各檢測端可以藉由檢測端固定裝置126而安置於電池模組2a、負載3及其所構成電路上之任何一點，以形成電壓監測點。在實際應用上，檢測端固定裝置126可以是一螺絲，以將檢測端鎖固於各個電極或其他接點上，亦可以是其他種類之夾持裝置。毫伏特計122則用以量測該等檢測端(或該等電壓監測點)之間之電壓差值。類比掃描開關123用以切換毫伏特計122當前欲量測之檢測端。類比/數位轉換器121用以將該毫伏特計122量測到電壓差值之類比訊號轉換為一數位訊號後，以傳送至控制模組13。

該等複數檢測端其中包含了第一檢測端124及第二檢測端125，藉由檢測端固定裝置126而分別電性連接並且固定於正電極211及負電極221上，以形成二電壓監測點。藉此，毫伏特計122可以藉由類比掃描開關123選擇第一檢測端124及第二檢測端125，而量測正電極211與負電極221間之電壓差值。

此外，電池模組檢測裝置1a更可以進一步具有複數個保護電阻127，串聯於各電壓監測點與電壓檢測模組12之間。舉例而言，串聯保護電阻127於電壓檢測模組12與正電極211之間或於電壓檢測模組12與負電極221之間，可以避免量測電壓時不慎短路所造成的危險。在實際應用上，保護電阻127亦可以如在圖一中所示，串聯於各檢測端與毫伏特計122或類比掃描開關123之間。

藉此，電池模組檢測裝置1a可以在電池模組2a供電的同時，即時求得連接裝置23之等效電阻值。由於影響等效電阻值的因素，除了連接裝置23本身之電阻值，亦包含了連接裝置23與正電極211及負電極221間之接觸電阻，故等效電阻值可以代表連接裝置23的組裝品質之量化數值。同理，藉由電壓檢測模組12之其他檢測端，電池模組檢測裝置1a更可以即時地量測第一導線31、第二導線32及第三導線33之等效電阻值。若監測到上述任一等效電阻值突然升高，則表示相應導線之任一連接點可能有鬆脫或老化之情形。

除了即時地量測各連接點之間之等效電阻值之外，電池模組檢測裝置1a更可以進一步具有一保護功能。詳言之，在電池模組2a初次使用或初次安裝完成時，電池模組檢測裝置1a可以使控制模組13記錄各個電壓監測點間之等效電阻值以作為一預設電阻值。而在電池模組2a供應負載3電源的同時，控制模組13將持續地計算即時之等效電阻值，同時根據預設電阻值及即時之等效電阻值計算出一品質參考值。當品質參考值大於一預設閥值時，電池模組檢測裝置1a將啟動一保護功能，以警示使用者電路異常的狀況。舉例而言，該品質參考值可以是即時之等效電阻值除以預設電阻值，而預設閥值可以設定為10。當計算出之品質參考值大於預設閥值時，則代表即時之等效電阻值已大於預設電阻值10倍以上。則電池模組檢測裝置1a可以透過顯示器14警示使用者，或是切斷電池模組2a的供電。

為了更清楚的說明本發明之電池模組檢測裝置之優點，以下將配合理論數據做進一步的說明。請參考圖二，圖中所示係為根據本發明第二具體實施例之電池模組檢測裝置1b。在本具體實施例中，電池模組2b係由六個電池單元25串聯而成，各電池單元係藉由連接裝置26而串聯。各電池單元25所供應之電壓係為3.33伏特。而各連接裝置26妥當安裝於各電池單元25之後，其各具有0.2mΩ之等效電阻值。

假設流經負載3之電流值為50A，則根據功率公式：(P=I×V)，電池模組2b在此輸出之電流值下所提供的總功率為P_2b =50A×3.33V×6=999W(瓦特)。根據功率公式(P=I² ×R)，各連接裝置26之起始消耗功率P₂₆ =50A×50A×0.2mΩ=0.5W。如果其中有一連接裝置26鬆脫或老化，使得等效電阻值上升10倍而變成2mΩ，則其即時消耗功率P₂₆ ’=50A×50A×2mΩ=5W。由此觀之，連接裝置26所增加的消耗功率值為4.5W，然而相較於電池模組2b所提供的總功率在比例上僅增加0.45%。當電池模組2b持續對負載3供電時，如此微小的功率變化對負載而言將會相當難以察覺。但由等效電阻值的觀點來看，等效電阻值上升了10倍則可以相當清楚的指出連接品質變化的所在

請參考圖三，圖中所示係為根據本發明之一具體實施例之電池模組檢測方法流程圖。本方法可適用於前述之電池模組檢測裝置1a，因此以下將以前述電池模組檢測裝置1a為例，說明本方法流程。

如圖三所示，本發明之方法包含下列步驟：首先鎖固電壓檢測模組12之第一檢測端124於正電極211上，並且鎖固第二檢測端125於負電極221上，以形成二電壓監測點(步驟S40)。接著分別串聯二保護電阻127於電壓檢測模組12與正電極211間以及電壓檢測模組12與負電極221間(步驟S41)，藉此以避免在量測的過程中因為不慎短路而造成的危險。接下來利用電壓檢測模組12量測正電極211及負電極221間之電壓差值(步驟S42)，並且利用分流器11量測流經負載3之電流值(步驟S43)。接著使控制模組13根據量測到的電壓差值與電流值，計算正電極211及負電極221間之一等效電阻值步驟(S44)。

進一步，使控制模組13根據等效電阻值及一預設電阻值，計算出一品質參考值(步驟S45)。該預設電阻值可以是在電池模組2a未供電時，利用電阻計量得之正電極211與負電極221間之等效電阻值，或者該預設電阻值可以是在電池模組2a組裝完成後初次供電時，利用本電池模組檢測裝置1a及檢測方法所量測到的等效電阻值。該品質參考值，舉例而言，可以是等效電阻值減去預設電阻值，或是等效電阻值除以預設電阻值。

接著使控制模組13比較品質值參值與一預設閥值(步驟S46)。若品質參考值大於預設閥值時，則啟動保護功能(步驟S47)。電池模組檢測裝置1a之保護功能可以是以文字、畫面顯示於顯示器14上，或是由電池模組檢測裝置1a另外預設之蜂鳴器警示。進一步，亦可以使電池模組檢測裝置1a具備斷路之功能，藉此在啟動保護功能後則可以停止電池模組2a之供電以保護電路。

綜上所述，藉由本發明之電池模組檢測裝置及電池模組檢測方法，可以快速在電池模組的使用過程中，即時並動態地計算電池模組與負載上任意連接裝置或連接導線之等效電阻值。藉此，解決了市售低電阻表無法量測本身帶電金屬連接裝置的接觸電阻之不便。而藉由監控等效電阻值之變化，可以有效地監測電池模組的各組裝部位是否鬆脫，或有接觸電阻變大的情形。本發明可運用於各種電池組如電動汽車電池組、魚雷電池組、潛艇電池組或其他必須使用電池組當電源之系統(如UPS之電池組)等之即時(Real Time)檢測與監測。透過本發明之電池模組檢測裝置，隨時可以掌握整個電池組之狀態，防患電池組之危險於未然，大幅降低維護成本並提昇使用電池組之安全性，真正做到工安零風險。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1a．．．電池模組檢測裝置

1b．．．電池模組檢測裝置

11．．．分流器

12．．．電壓檢測模組

121．．．類比/數位轉換器

122．．．毫伏特計

123．．．類比掃描開關

124．．．第一檢測端

125．．．第二檢測端

126．．．檢測端固定裝置

127．．．保護電阻

13．．．控制模組

14．．．顯示器

2a．．．電池模組

2b．．．電池模組

21．．．第一電池單元

211．．．正電極

212．．．第一輸出電極

22．．．第二電池單元

221．．．負電極

222．．．第二輸出電極

23．．．連接裝置

24．．．鎖固裝置

25．．．電池單元

26．．．連接裝置

3．．．負載

31．．．第一導線

32．．．第二導線

33．．．第三導線

S41～S47．．．流程步驟

圖一繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測裝置之示意圖。

圖二繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測裝置之示意圖。

圖三繪示根據本發明之一具體實施例的電池模組檢測方法流程圖。

1a．．．電池模組檢測裝置

11．．．分流器

12．．．電壓檢測模組

121．．．類比/數位轉換器

122．．．毫伏特計

123．．．類比掃描開關

124．．．第一檢測端

125．．．第二檢測端

126．．．檢測端固定裝置

127．．．保護電阻

13．．．控制模組

14．．．顯示器

2a．．．電池模組

21．．．第一電池單元

211．．．正電極

212．．．第一輸出電極

22．．．第二電池單元

221．．．負電極

222．．．第二輸出電極

23．．．連接裝置

24．．．鎖固裝置

3．．．負載

31．．．第一導線

32．．．第二導線

33．．．第三導線

Claims (9)

1. 一種電池模組檢測方法，應用於一電池模組，該電池模組電性連接至一負載並包含一第一電池單元、一第二電池單元及一連接裝置，該第一電池單元之一正電極與該第二電池單元之一負電極經由該連接裝置電性連接，該電池模組檢測方法包含下列步驟：量測該正電極與該負電極間之一電壓差值；量測流經該負戴之一電流值；根據該電壓差值與該電流值計算該正電極與該負電極間之一等效電阻值；根據該等效電阻值及一預設電阻值，計算一品質參考值；比較該品質參考值與一預設閥值；以及若該品質參考值大於該預設閥值時，啟動一保護功能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組檢測方法，進一步包含下列步驟：分別鎖固一電壓檢測模組之二檢測端於該正電極及該負電極上，以形成二電壓監測點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電池模組檢測方法，進一步包含下列步驟：串聯一保護電阻於該正電極或該負電極與該電壓檢測模組之間。
4. 一種電池模組檢測裝置，應用於一電池模組，該電池模組電性連接至一負載並包含一第一電池單元、一第二電池單元及一連接裝置，該第一電池單元之一正電極與該第二電池單元之一負電極經由該連接裝置而電性連接，該電池模 組檢測裝置包含：一電壓檢測模組，用以量測該正電極與該負電極間之一電壓差值；一分流器，串聯於該電池模組與該負載之間，電性連接該電壓檢測模組，並且用以量測流經該負載之一電流值；以及一控制模組，電性連接該電壓檢測模組，用以根據該電流值及該電壓差值，計算該正電極與該負電極間之一等效電阻值，並根據該等效電阻值及一預設電阻值，計算一品質參考值，接著比較該品質參考值與一預設閥值，若該品質參考值大於該預設閥值時，啟動一保護功能。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電池模組檢測裝置，進一步包含一顯示器，用以顯示一電池模組相關資訊。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電池模組檢測裝置，其中該電壓檢測模組包含一第一檢測端及一第二檢測端，該第一檢測端電性連接該正電極，該第二檢測端電性連接該負電極，該電壓檢測模組藉由該第一檢測端及該第二檢測端量測該電壓差值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電池模組檢測裝置，進一步包含二檢測端固定裝置，分別固定該第一檢測端及該第二檢測端於該正電極及該負電極上，以形成二電壓監測點。
8. 如申請專利範圍第4項所述之電池模組檢測裝置，進一步包含一保護電阻，串聯於該正電極及該負電極與該電壓檢測模組之間。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電池模組檢測裝置，其中該電壓檢測模組具有一毫伏特計、一類比/數位轉換器及一類比掃描開關，該毫伏特計用以量測該等檢測端之間之電壓差值，該類比掃描開關用以切換該毫伏特計所量測之該等檢測端，該類比/數位轉換器用以將該毫伏特計量測到之類比訊號轉換為一數位訊號以送至該控制模組。