TWI426644B - 電極極板的金屬沉積防護裝置及其防護方法 - Google Patents

Description

電極極板的金屬沉積防護裝置及其防護方法

本發明為有關於一種電極極板的防護裝置及其防護方法，特別是指一種應用在三極電池中對第三極極板上的金屬沉積進行離子化之電極極板的金屬沉積防護裝置及其防護方法。

近年來，隨著電池科技的普及與蓬勃發展，為了能夠有效監控電池的各種狀態，因此發展出除了具有正極極板與負極極板之外，更具有第三極極板的三極電池。

一般而言，三極電池具有正極極板、負極極板與第三極極板，其中第三極極板是提供應用源的輸出端，此第三極極板可設置有微感測器(Sensor)用以感測三極電池的各種狀態。不過，當三極電池進行化學反應時，容易因本身電位的不同，造成第三極極板提供多餘負電荷並聚集在第三極極板與電解液中泳動的離子結合，進而使正電價的金屬離子結晶為零電價的金屬結晶而沉積在第三極極板上，亦即在第三極極板上沉積金屬，造成三極電池的使用壽命及電池容量大幅縮短，並且降低微感測器的準確性，而且第三極極板與電解液接觸，容易使微感測器受潮及鏽蝕。因此，如何有效保護第三極極板及感測器便成為各家廠商亟欲解決的問題。

有鑑於此，便有廠商提出使用高分子材料包覆微感測器的方式，用以保護第三極極板的微感測器，降低微感測器被濕氣或水分干擾產生鏽蝕的情況。然而，以此方式並無法有效防止第三極極板產生沉積金屬，因此三極電池的使用壽命仍然受到第三極極板的沉積金屬所影響。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在沉積金屬影響三極電池的使用壽命之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

有鑒於先前技術存在的問題，本發明遂揭露一種電極極板的金屬沉積防護裝置及其防護方法。

本發明所揭露之電極極板的金屬沉積防護裝置，應用於具有正極極板、負極極板及第三極極板的三極電池中，該裝置包含：反饋電壓源、開關及控制邏輯。其中，反饋電壓源提供電位用以對沉積在第三極極板的金屬進行電解；開關電性連接第三極極板、控制邏輯、反饋電壓源及應用輸出端，此開關提供切換作動，使第三極極板與反饋電壓源電性連接，或是使第三極極板與應用輸出端電性連接；控制邏輯於經過一週期時間後切換所述開關，使得第三極極板與反饋電壓源電性連接，以對沉積在第三極極板的金屬進行電解。

至於本發明之電極極板的金屬沉積防護方法，應用於具有正極極板、負極極板及第三極極板的三極電池中，其步驟包括：提供反饋電壓源；於經過一週期時間後切換開關，使得第三極極板與反饋電壓源電性連接，以對沉積在第三極極板的金屬進行電解。

本發明所揭露之裝置與方法如上，與先前技術之間的差異在於本發明是透過判斷週期時間來切換開關，使開關在經過週期時間後使第三極極板與反饋電壓源電性連接，以對沉積在第三極極板的金屬進行電解。

透過上述的技術手段，本發明可以達到提高三極電池的使用壽命之技術功效。

以下配合圖式對本發明電極極板的金屬沉積防護裝置及其防護方法作進一步說明，請參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第一實施例之電路示意圖，其應用於具有正極極板11、負極極板12及第三極極板13的三極電池10中，該裝置包含：開關20、控制邏輯30以及反饋電壓源40。其中，反饋電壓源40提供電位用以對沉積在第三極極板13的金屬進行電解；開關20電性連接第三極極板13、控制邏輯30、反饋電壓源40及第三極極板13的應用輸出端131，開關20提供切換作動，使三極電池10的第三極極板13與反饋電壓源40電性連接或與其應用輸出端131電性連接；控制邏輯30用以控制開關20切換作動，於本實施例，控制邏輯30是依據預先設定的電解時間切換開關20，使得三極電池10的第三極極板13與其應用輸出端131電性連接，之後，再經過預先設定的週期時間切換開關20，使得第三極極板13與反饋電壓源40電性連接，以對沉積在第三極極板13的金屬進行電解，再經過前述預先設定的電解時間後，控制邏輯30切換開關20，使得第三極極板13再次與其應用輸出端131電性連接，接著依上述步驟重複循環。所述電解時間及週期時間是由控制邏輯30的控制輸入端301設定與調整。特別要說明的是，在實際實施上，可於控制邏輯30輸出高低準位的端點增加一個應用致能輸出端302用以提供開關20的電性連接狀態，以便告知與此應用致能輸出端302電性連接的應用電路(圖中未示)目前的應用輸出端131是否與第三極極板13電性連接，以便提供具他應用之用，如：根據第三極極板13所輸出的應用源判斷三極電池10的各種狀態，如：電池容量、電池溫度、電池濕度......等等。

請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第二實施例之電路示意圖，第二實施例與第一實施例大致相同，其不同之處在於第二實施例更包含感測元件50，於本實施例，感測元件50為電流感測元件，感測元件50的第一端51及第二端52分別與反饋電壓源40及開關20電性連接，用以持續感測反饋電壓源40的電流反應，並且根據此電流反應透過第三端53傳送相應的反應訊號至控制邏輯30，使控制邏輯30對開關20進行切換。所述電流反應包含有電流及無電流，在實際實施上，感測元件50可使用霍爾元件來感測電流反應，並且分別針對有電流及無電流的情況產生相應的反應訊號，例如：有電流時反應訊號為高電位訊號、無電流時反應訊號為低電位訊號，或是有電流時反應訊號為低電位訊號、無電流時反應訊號為高電位訊號，本發明並未以此限定反應訊號的表示方式，換句話說，亦可以一連串的高低電位訊號來呈現反應訊號。特別要說明的是，當電流反應為有電流時(也就是第三極極板13的沉積金屬正還原為離子態)，控制邏輯30會使開關20維持第三極極板13與反饋電壓源40電性連接，以便對第三極極板13的沉積金屬進行電解。

本實施例之控制邏輯30與開關20及感測元件50的第三端53電性連接，用以在根據來自感測元件50的第三端53所傳送的反應訊號判斷出電流反應為無電流時，切換開關20使得三極電池10的第三極極板13與其應用輸出端131電性連接，並且在經過一週期時間後，切換開關20使第三極極板13與反饋電壓源40電性連接以對沉積在第三極極板13的金屬進行電解。相同地，在實際實施上，可於控制邏輯30輸出高低準位邏輯的端點增加一個應用致能輸出端302用以提供開關20的狀態，以便告知與此應用致能輸出端302電性連接的應用電路(圖中未示)目前的應用輸出端131是否與第三極極板13電性連接。該週期時間是由控制邏輯30的控制輸入端301設定與調整。較佳地，控制邏輯30可由微控制單元(Micro Control Unit,MCU)310及脈衝寬度調變器(Pulse Width Modulation,PWM)320所組成，其詳細電性連接方式如「第2圖」所示。

承上所述，其脈衝寬度調變器320係由微控制單元310所傳送的控制訊號來進行控制，並且根據此脈衝寬度調變器320的高低準位邏輯來控制開關20，使此開關20在反饋電壓源40及應用輸出端131之間進行切換。在實際實施上，應用致能輸出端302是電性連接於脈衝寬度調變器320輸出高低準位邏輯的端點，用以告知外部應用電路或元件(圖中未示)目前第三極極板13是否與應用輸出端131電性連接。特別要說明的是，雖然此第二實施例以微控制單元310及脈衝寬度調變器320來說明控制邏輯30，然而本發明並未以此作限定，任何能夠根據週期時間及感測元件50的反應訊號來控制開關20的邏輯電路皆不脫離本發明的應用範疇。

相較於第一實施例，此第二實施例係由感測元件50持續感測反饋電壓源40的電流反應，並且根據此電流反應使控制邏輯30判斷是否對開關20進行切換，當電流反應為有電流時(也就是第三極極板13的沉積金屬正還原為離子態)，控制邏輯30會使開關20維持第三極極板13與反饋電壓源40電性連接，持續對第三極極板13的沉積金屬進行電解，因此不會有沉積金屬電解不完全而不斷累積的缺點，可獲致較佳的保護效果。

請參閱「第3圖」，「第3圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第三實施例之電路示意圖，第三實施例與第一實施例大致相同，其不同之處在於第三實施例的反饋電壓源40是為三極電池10的正極極板11，也就是說開關20的一端21是電性連接於正極極板11，如此可更為簡化本發明電極極板的金屬沉積防護裝置之結構。較佳地，該開關20的一端21是先電性連接至昇壓器60後再經由昇壓器60與正極極板11電性連接，其目的係為了使反饋電壓源40為最高電位來完成電解。

請參閱「第4圖」，「第4圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第四實施例之電路示意圖，第四實施例與第二實施例大致相同，其不同之處在於第四實施例的反饋電壓源40是為三極電池10的正極極板11，也就是說感測元件50的第一端51與三極電池10的正極極板11電性連接，如此可更為簡化本發明電極極板的金屬沉積防護裝置之結構。較佳地，該感測元件50的第一端51是先電性連接至昇壓器60後再經由昇壓器60與正極極板11電性連接，其目的係為了使反饋電壓源40為最高電位來完成電解。

接著，請參閱「第5圖」，「第5圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護方法第一實施例之方法流程圖，應用於具有正極極板11、負極極板12及第三極極板13的三極電池10中，其步驟包括：提供反饋電壓源40(步驟510)；於經過一週期時間後切換開關20，使得第三極極板13與反饋電壓源40電性連接，以對沉積在第三極極板13的金屬進行電解(步驟520)。較佳地，於該電解步驟(步驟520)後更包含於經過一電解時間後切換開關20，使得第三極極板13與一應用輸出端131電性連接的步驟(步驟530)，其中，所述週期時間是由控制輸入端301設定與調整(步驟521)，而電解時間同樣也是由控制輸入端301設定與調整(步驟531)。

請參閱「第6圖」，「第6圖」為本發明電極極板的金屬沉積防護方法第二實施例之方法流程圖，第二實施例的提供反饋電壓源40步驟(步驟510)與電解步驟(步驟520)與第一實施例者相同，在此不再重複敘述，於該電解步驟(步驟520)後更包括下列步驟：持續感測此反饋電壓源40的電流反應，並且根據此電流反應傳送相應的反應訊號(步驟540)；根據此反應訊號判斷該電流反應為無電流時，切換開關20使第三極極板13與應用輸出端131電性連接，而該電流反應為有電流時，開關20維持第三極極板13與反饋電壓源40的電性連接以進行電解(步驟550)。相同地，所述週期時間是由控制輸入端301設定與調整(步驟521)。

透過上述步驟，即可使開關20經由控制邏輯30切換於應用輸出端131及反饋電壓源40之間，使得第三極極板13上的沉積金屬得以析出，並且在反饋電壓源40無電流時，提供穩定可靠的應用源至應用輸出端131。

承上所述，在實際實施上，上述二實施例更可透過一個應用致能輸出端302傳送所述開關20的電性連接狀態(步驟560)。如此一來，即可方便得知開關20的電性連接狀態，也就是說，即可得知第三極極板13是否與應用輸出端131電性連接，以便提供其他應用之用，如：根據第三極極板13所輸出的應用源判斷三極電池10的各種狀態，如：電池容量、電池溫度、電池濕度……等等。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過判斷週期時間來切換開關20，使開關20在經過一週期時間後使第三極極板13與反饋電壓源40電性連接以對沉積在第三極極板13的金屬進行電解，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在金屬沉積的問題，進而達成提高三極電池的使用壽命之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．三極電池

11．．．正極極板

12．．．負極極板

13．．．第三極極板

20．．．開關

21．．．開關的一端

30．．．控制邏輯

40．．．反饋電壓源

50．．．感測元件

51．．．第一端

52．．．第二端

53．．．第三端

60．．．昇壓器

131．．．應用輸出端

301．．．控制輸入端

302．．．應用致能輸出端

310．．．微控制單元

320．．．脈衝寬度調變器

步驟510　提供一反饋電壓源

步驟520　於經過一週期時間後切換一開關，使得第三極極板與該反饋電壓源電性連接，以對沉積在第三極極板的金屬進行電解

步驟521　由控制輸入端設定與調整該週期時間

步驟530　於經過一電解時間後切換開關，使得第三極極板與一應用輸出端電性連接

步驟531　由控制輸入端設定與調整該電解時間

步驟540　持續感測該反饋電壓源的一電流反應，並且根據該電流反應傳送相應的一反應訊號

步驟550　根據該反應訊號判斷該電流反應為無電流時，切換該開關使第三極極板與一應用輸出端電性連接，而電流反應為有電流時，開關維持第三極極板與反饋電壓源的電性連接以進行電解

步驟560　透過該應用致能輸出端傳送該開關的電性連接狀態

第1圖為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第一實施例之電路示意圖。

第2圖為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第二實施例之電路示意圖。

第3圖為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第三實施例之電路示意圖。

第4圖為本發明電極極板的金屬沉積防護裝置的第四實施例之電路示意圖。

第5圖為本發明電極極板的金屬沉積防護方法的第一實施例之方法流程圖。

第6圖為本發明電極極板的金屬沉積防護方法的第二實施例之方法流程圖。

10．．．三極電池

11．．．正極極板

12．．．負極極板

13．．．第三極極板

20．．．開關

30．．．控制邏輯

40．．．反饋電壓源

131．．．應用輸出端

301．．．控制輸入端

302．．．應用致能輸出端

Claims (16)

1. 一種電極極板的金屬沉積防護裝置，應用於一具有一正極極板、一負極極板及一第三極極板的三極電池中，該裝置包含：一反饋電壓源，提供一電位用以對沉積在該第三極極板的金屬進行電解；一開關，電性連接該第三極極板、一控制邏輯、該反饋電壓源及一應用輸出端，該開關提供切換作動，使該第三極極板與該反饋電壓源電性連接，或使該第三極極板與該應用輸出端電性連接；以及一控制邏輯，於經過一週期時間後切換該開關，使得該第三極極板與該反饋電壓源電性連接，以對沉積在該第三極極板的金屬進行電解。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該控制邏輯於經過一電解時間後切換該開關，使得該第三極極板與該應用輸出端電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該電解時間是由該控制邏輯的控制輸入端設定與調整。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，還包含一感測元件，該感測元件的第一端及第二端分別電性連接該反饋電壓源及該開關，用以持續感測該反饋電壓源的一電流反應，並且根據該電流反應透過一第三端傳送相應的一反應訊號；該控制邏輯根據該反應訊號判斷該電流反應為無電流時，切換該開關使該第三極極板與該應用輸出端電性連接，而該電流反應為有電流時，該開關維持該第三極極板與該反饋電壓源的電性連接以進行電解。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該控制邏輯包含一微控制單元及一脈衝寬度調變器，該微控制單元接收來自其控制輸入端的訊號及來自該感測元件的該反應訊號以控制該脈衝寬度調變器切換該開關。
6. 如申請專利範圍第1、2或4項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該反饋電壓源係由該三極電池之正極極板提供該電位。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中於該開關與該正極極板之間更電性連接一昇壓器，使該反饋電壓源的電位為最高電位。
8. 如申請專利範圍第1、2或4項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該控制邏輯更電性連接一應用致能輸出端，用以透過該應用致能輸出端傳送該開關的電性連接狀態。
9. 如申請專利範圍第1、2或4項所述之電極極板的金屬沉積防護裝置，其中該週期時間是由該控制邏輯的控制輸入端設定與調整。
10. 一種電極極板的金屬沉積防護方法，應用於一具有一正極極板、一負極極板及一第三極極板的三極電池中，其步驟包括：提供一反饋電壓源；以及於經過一週期時間後切換一開關，使得該第三極極板與該反饋電壓源電性連接，以對沉積在該第三極極板的金屬進行電解。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，於該電解步驟後更包括於經過一電解時間後切換該開關，使得該第三極極板與一應用輸出端電性連接的步驟。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，更包括由一控制輸入端設定與調整該電解時間的步驟。
13. 如申請專利範圍第10項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，於該電解步驟後更包括下列步驟：持續感測該反饋電壓源的一電流反應，並且根據該電流反應傳送相應的一反應訊號；以及根據該反應訊號判斷該電流反應為無電流時，切換該開關使該第三極極板與一應用輸出端電性連接，而該電流反應為有電流時，該開關維持該第三極極板與該反饋電壓源的電性連接以進行電解。
14. 如申請專利範圍第10、11或13項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，更包括由一控制輸入端設定與調整該週期時間的步驟。
15. 如申請專利範圍第10、11或13項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，更包括透過一應用致能輸出端傳送該開關的電性連接狀態的步驟。
16. 如申請專利範圍第10、11或13項所述之電極極板的金屬沉積防護方法，其中該反饋電壓源係由該三極電池之正極極板提供該電位。