TWI473319B - 電池模組及其偵測方法 - Google Patents

Description

電池模組及其偵測方法

本案是有關於一種電池模組，且特別是有關於一種具有內部電容的電池模組。

由於鋰離子電池具有高能量密度的特性，其應用於電子產品的安全性也越來越受到重視。鋰離子電池一般為若干電池單體組成，在其外加上電池機殼，再於電池機殼內注入電解液，抽空、密封後形成。不過，短路、高溫、腐蝕等情況皆會造成電池內的電解液分解，使電池發生問題，甚至造成膨脹(swelling)而有爆炸的風險。

為了避免前述情形，習知的作法是在鋰電池間加入壓電元件，當鋰電池發生膨脹時會對壓電元件施加壓力而產生電壓，藉以偵測鋰電池是否有膨脹的情形發生。

本案關於一種具有電池機殼的電池模組，電池模組包含第一導電層、至少一電池單體、第二導電層、絕緣層以及偵測電路。第一導電層配置於電池機殼內側，電池單體於電池機殼內側與第一導電層相對配置，第二導電層配置於電池單體上，而絕緣層配置於第一導電層和該二導電層之間，使得第一導電層、第二導電層與絕緣層形成一內部電容。偵測電路電性連接第一導電層以及第二導電層，並用以偵測內部電容之電容值。

本案內容之另一實施方式係關於一種用於電池模組中之偵測方法，其中前述電池模組包含第一導電層、第二導電層、絕緣層以及至少一電池單體，第二導電層配置於電池單體上，絕緣層配置於第一導電層和第二導電層之間，使得第一導電層、第二導電層與絕緣層形成內部電容，其中前述內部電容具有預設的第一電容值，上述之偵測方法包含下列步驟：當至少一電池單體變化時，偵測內部電容之第二電容值；判斷第二電容值是否大於第一電容值；以及當第二電容值大於第一電容值，且兩者之差值大於預定臨界電容值時，輸出一警告信號。

根據本案之技術內容，應用前述本案之實施例，可在電池剛發生異常時即偵測出來，使用者能即時更換電池，避免電池異常現象更為嚴重而損害電子產品或影響安全。此外，應用本案所揭露的電池模組，更可於偵測到電池異常時發出警告信號，讓使用者得以在電池故障前就予以更換，不會有電子產品因電池故障而無法正常運作的情形發生。

關於本案中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本案，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。

另外，本案中所使用之『耦接』或『連接』，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

第1圖係依照本案一實施例所繪示之一種具有電池機殼的電池模組示意圖。電池模組100包含電池機殼110、第一導電層120、電池單體140、第二導電層160、絕緣層180以及偵測電路300。

電池機殼110內側設置第一導電層120與第二導電層160，並在兩者之間設置絕緣層180。絕緣層180可設置於第一導電層120之表面或第二導電層160之表面，使第一導電層120、第二導電層160以及絕緣層180三者形成一內部電容(如第3圖所示之電容Cin)。在本實施例中，絕緣層180係設置於第一導電層120之表面，但不以此為限。偵測電路300電性連接第一導電層120以及第二導電層160，用以偵測內部電容之電容值。

第2圖係繪示如第1圖所示之電池模組中的電池單體發生膨脹現象(swelling)的示意圖。當電池單體140發生膨脹現象時，偵測電路300所偵測到的電容值，便會由未發生膨脹時所預設的第一電容值C1(見第1圖)變化為膨脹後的第二電容值C2。

第3圖係依照本案一實施例所繪示之一種偵測電路示意圖。偵測電路300a可應用於第1圖所示之電池模組100，但不以此為限。偵測電路300a包含電阻320、參考電壓340、比較器360，但不以此為限。比較器360之一輸入端耦接電阻320與內部電容Cin；另一輸入端耦接參考電壓340。輸入電壓Vin對內部電容Cin充電至充電電壓Vch，比較器360用以比較參考電壓Vref與充電電壓Vch。

於一實施例中，由於電池單體140於未膨脹時的第一 電容值C1與膨脹後的第二電容值C2不同(其中第二電容值C2大於第一電容值C1)，因此當電池單體140膨脹時，內部電容Cin達到充電電壓Vch大於參考電壓Vref之時間將大於未膨脹時內部電容Cin達到充電電壓Vch大於參考電壓Vref的時間。此時，比較器360輸出相應的輸出信號所需的時間亦將隨之改變，意即，當內部電容Cin的電容值為C1時，比較器360所輸出的訊號由參考電壓Vref訊號轉換為輸出內部電容Cin的充電電壓Vch訊號的時間為t1；當內部電容Cin的電容值為C2時，比較器所輸出的訊號由參考電壓Vref訊號轉換為輸出內部電容Cin的充電電壓Vch訊號的時間為t2，其中t2大於t1。據此，判斷第二電容值C2是否大於第一電容值C1。其中，當第二電容值C2與第一電容值C1之差值大於一預定臨界電容值時，偵測電路300a會輸出一警告信號，表示電池模組100中的電池單體140發生膨脹之情形。

第4圖係依照本案另一實施例所繪示之一種偵測電路示意圖。偵測電路300b與偵測電路300a包含相似或相同的元件，兩者的不同之處在於偵測電路300b更可包含處理單元370。於本實施例中，內部電容Cin係預設充電至具有充電電壓Vch，且具有第一電容值C1的內部電容Cin所需的第一充電時間為t1，而具有第二電容值C2的內部電容Cin所需的第二充電時間為t2。

處理單元370與比較器360電性連接，用以接收比較器360所輸出之相應的輸出信號，且依據輸出信號計算內部電容Cin之充電時間t1以及t2。處理單元370判斷第二 充電時間t2大於第一充電時間t1時，其代表第二電容值C2大於第一電容值C1，當兩者之差值大於預定臨界電容值，偵測電路300b會輸出警告信號，表示電池單體140發生膨脹情形。

第5圖係依照本案另一實施例所繪示之一種偵測電路示意圖。相較於第3圖所示之偵測電路300a，偵測電路300c更包含運算電路380以及微控制器390。運算電路380與比較器360電性連接，用以接收比較器360所輸出之相應的輸出信號，並據此輸出信號計算內部電容Cin充電所需的充電時間。意即，當內部電容Cin具第一電容值C1時，運算電路380計算其所需之第一充電時間t1，而當內部電容Cin具第二電容值C2時，運算電路380計算其所需之第二充電時間t2。微控制器390與運算電路380電性連接，用以判斷第二充電時間t2是否長於第一充電時間t1，使偵測電路300c藉此判斷第二電容值C2是否大於第一電容值C1。當微控制器390判斷第二充電時間t2大於第一充電時間t1時，表示第二電容值C2大於第一電容值C1，並且，當兩者之差值大於預定臨界電容值，偵測電路300c輸出警告信號，表示電池單體140發生膨脹情形。

需注意的是，第3、4以及5圖所示之偵測電路僅為例示性的實施例，並非用以限定本案，任何能測量電容值變化的偵測電路或偵測方式，皆在本案所保護之範圍內。

第6圖係依照本案一實施例所繪示之一種用於電池模組中之偵測方法的流程圖。本實施例之偵測方法可用於第1圖所示電池模組100中，但不以此為限。以下將以第1 圖和第2圖搭配第6圖作說明。

步驟602，當電池單體140變化時(例如：第2圖中電池單體140發生膨脹)，偵測內部電容Cin的第二電容值C2；步驟604，判斷第二電容值C2是否大於預設的第一電容值C1；步驟606，當第二電容值C2大於第一電容值C1時，並且兩者之差值大於預定臨界電容值，則輸出警告信號，以表示電池單體發生膨脹之情形。

此外，步驟604更可包含判斷該第二電容C2的第二充電時間t2是否長於該第一電容C1的第一充電時間t1。若第二充電時間t2長於第一充電時間t1的話，則可藉此判斷第二電容值C2大於預設的第一電容值C1。

本案係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本案所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本案所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。

100‧‧‧電池模組

110‧‧‧電池機殼

120‧‧‧第一導電層

140‧‧‧電池單體

160‧‧‧第二導電層

180‧‧‧絕緣層

300、300a、300b、300c‧‧‧偵測電路

320‧‧‧電阻

340‧‧‧參考電壓

360‧‧‧比較器

370‧‧‧處理單元

380‧‧‧運算電路

390‧‧‧微控制器

602、604、606‧‧‧步驟

為讓本案之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係依照本案一實施例所繪示之一種具有電池機殼的電池模組示意圖。

第2圖係繪示如第1圖所示之電池模組其中電池單體變化時的示意圖。

第3圖係依照本案一實施例所繪示之一種偵測電路示 意圖。

第4圖係依照本案另一實施例所繪示之一種偵測電路示意圖。

第5圖係依照本案再一實施例所繪示之一種偵測電路示意圖。

第6圖係依照本案一實施例所繪示之一種用於電池模組中之偵測方法流程圖。

100‧‧‧電池模組

110‧‧‧電池機殼

120‧‧‧第一導電層

140‧‧‧電池單體

160‧‧‧第二導電層

180‧‧‧絕緣層

300‧‧‧偵測電路

Claims (10)

1. 一種具有電池機殼的電池模組，包含：一電池單體，設置於該電池機殼內側；一第一導電層，設置於該電池機殼內側；一第二導電層，設置於該電池單體之一側；以及一絕緣層，設置於該第一導電層和該第二導電層之間，使第一導電層、第二導電層以及絕緣層三者形成一內部電容。
2. 如請求項1所述之電池模組，其中當該電池單體未發生膨脹時該內部電容具有一第一電容值；以及當該電池單體發生膨脹時該內部電容具有一第二電容值。
3. 如請求項2所述之電池模組，其中更包含一偵測電路，用以偵測該內部電容之電容值的變化。
4. 如請求項3所述之電池模組，其中該偵測電路更包含一比較器，該比較器之一輸入端耦接於該內部電容及一輸入電壓，並且另一輸入端耦接一參考電壓。
5. 如請求項4所述之電池模組，其中該偵測電路更包含一處理單元，耦接該比較器之輸出端，用以判斷該內部電容的該第二電容值是否大於該第一電容值。
6. 如請求項5所述之電池模組，其中該處理單元依據 該內部電容的充電時間，判斷該第二電容值是否大於該第一電容值。
7. 如請求項4所述之電池模組，其中該偵測電路更包含一運算電路，耦接該比較器之輸出端，以及一微控制器，耦接該運算電路。
8. 如請求項7所述之電池模組，其中該運算電路用以計算該第二電容以及該第一電容的充電時間，並且該微控制器用以判斷該第二電容的充電時間是否大於該第一電容的充電時間。
9. 一種用於電池模組中之偵測方法，其中該電池模組包含一第一導電層、一第二導電層、一絕緣層、一電池單體以及一偵測電路，並且該第一導電層、該第二導電層以及該絕緣層形成一內部電容，並設置於該電池單體上，其中當該電池單體未發生膨脹時該內部電容具有一預設第一電容值，該偵測方法包含：當該電池單體發生膨脹時，偵測該內部電容之一第二電容值；判斷該第二電容值是否大於該第一電容值；以及當該第二電容值大於該第一電容值，且該第二電容值與該第一電容值之差值大於一預定臨界電容值時，輸出一警告信號。
10. 如請求項9所述之偵測方法，其中判斷該第二電 容值是否大於該第一電容值的步驟更包含：判斷該第二電容的一第二充電時間以及該第一電容的一第一充電時間；若該第二充電時間大於該第一充電時間，則表示該第二電容值大於該第一電容值。