TWI714978B - 鋰離子電池模組及其運用之健康監視和安全保護裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

一種鋰離子電池模組之安全保護裝置包含一健康監視元件及一安全保護元件，健康監視元件建構用以偵測鋰離子電池模組中一鋰離子電芯之退化程度、並傳送一輸出訊號，而安全保護元件則是建構以接收輸出訊號、並至少使鋰離子電池模組之操作失能。

Description

鋰離子電池模組及其運用之健康監視 和安全保護裝置與方法
本發明係有關於一種監視與預防鋰離子電池及其相關運用危機狀況之裝置與方法。
傳統上，鉛酸蓄電池用以提供電力至各類運用上，包括不斷電系統(UPS)的備用電源。鉛酸蓄電池因其價格低廉故已長久以來廣為運用；然而，鉛酸蓄電池之運用亦有其缺點，比如其鉛毒性、低能量密度、無預警的失效、以使用壽命不長等。這些問題使鉛酸蓄電池無法滿足各方面、包括UPS系統、的運用，而鋰離子電池剛好在這些方面可為替代。但鋰離子電池在確定其自身之健康狀態(State of health，SOH)及後續相關電池操作狀態之安全預防問題上皆有困難，這些問題使鋰離子電池在某些運用上不受歡迎，特別是在較大電量的運用上，例如繁重的UPS系統(如800kVA、500V的UPS系統)。因此，在現今運用上，若是能解決或改善上述的安 全考量，鋰離子電池不失為取代鉛酸蓄電池的方案。
本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種鋰離子電池模組之安全裝置，係包括一健康監視元件及一安全保護元件，其中，該健康監視元件，係構建以偵測在該鋰離子電池模組中一鋰離子電芯的退化程度、並傳送一輸出訊號，且該健康監視元件係偵測該鋰離子電芯之外形或尺寸之一改變；而該安全保護元件，係構建以接收該輸出訊號、並至少使該鋰離子電池模組的操作失能。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該鋰離子電池模組的操作失能係藉由將該鋰離子電芯自該鋰離子電池模組之一頂板接點上實質分離來達成。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該鋰離子電池模組的操作失能係藉由將該鋰離子電芯自該鋰離子電池模組之一頂板接點上電性分離來達成，而該電性分離即是於該鋰離子電芯一接點與該鋰離子電池模組該頂板接點間之一電性路徑上產生一開放電路來達成。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該鋰離子電池模組的操作失能係藉由將供應充電電力至該鋰離子電池模組之一備電系統停機來達成；較佳者，該備電系統係為一不斷 電系統。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該安全保護元件更傳送一該鋰離子電池模組健康違和之通知訊號。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為更包括該鋰離子電池模組。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該健康監視元件包括一紅外線感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而產生之該鋰離子電芯之一位移。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該健康監視元件包括一壓力靈敏感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而產生該鋰離子電池模組一外框架中之一壓力改變。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該健康監視元件係量測因該鋰離子電芯之退化膨脹而施加在該鋰離子電芯至少一接點上之力。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全裝置所衍生之一附屬技術手段為該健康監視元件包括一電壓感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而導致之一斷接狀況。
在上述必要技術手段的基礎下，上述安全 裝置所衍生之一附屬技術手段為該鋰離子電芯包括一氧化鋰鐵磷(LFPO)電芯、一磷酸鋰鐵(LFP)電芯、一高鎳錳鈷(NMC)電芯、一鎳鈷鋁(NCA)電芯、或一鈷酸鋰(LCO)電芯。
本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為另外提供一種保護鋰離子電池模組之方法，係包括：偵測該鋰離子電池模組中一鋰離子電芯之外形或尺寸之一改變；傳送一輸出訊號至一安全保護元件；以及，藉由該安全保護元件，使該鋰離子電池模組的操作失能。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為該偵測該鋰離子電池模組中該鋰離子電芯之外形或尺寸之該改變的步驟包括偵測該電芯跨越一紅外線偵測路徑之一位移。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為該偵測該鋰離子電池模組中該鋰離子電芯之外形或尺寸之該改變的步驟包括偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而產生該鋰離子電池模組一外框架中之一壓力改變。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為該偵測該鋰離子電池模組中該鋰離子電芯之外形或尺寸之該改變的步驟包括量測因該鋰離子電芯之退化膨脹而施加在該鋰離子電芯至少一接點上之力、並將該力與一閥值進行比較。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法 所衍生之一附屬技術手段為該偵測該鋰離子電池模組中該鋰離子電芯之外形或尺寸之該改變的步驟包括偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而而導致之一斷接狀況。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為使該鋰離子電池模組的操作失能的步驟包括藉由將該鋰離子電芯自該鋰離子電池模組之一頂板接點上實質分離、藉由於該鋰離子電芯一接點與該鋰離子電池模組該頂板接點間之一電性路徑上產生一開放電路來電性分離該鋰離子電芯與該鋰離子電池模組之該頂板接點、或是藉由將供應充電電力至該鋰離子電池模組之一備電系統停機來達成。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為更包括傳送一該鋰離子電池模組健康違和之通知訊號。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為該鋰離子電芯包括一氧化鋰鐵磷(LFPO)電芯、一磷酸鋰鐵(LFP)電芯、一高鎳錳鈷(NMC)電芯、一鎳鈷鋁(NCA)電芯、或一鈷酸鋰(LCO)電芯。
本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為又提供一種保護鋰離子電池模組之方法，係包括：於一第一鋰離子電芯一第一接點與一第二鋰離子電芯一第二接點間連接一串聯之鋰離子電芯接點連接板，該電芯接點連接板具有一開放端與一封閉 端，該開放端連接至該第一鋰離子電芯之該第一接點，而該封閉端則連接至該第二鋰離子電芯之該第二接點，其中，該鋰離子電池模組包括至少該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯；以及在該第一鋰離子電芯或該第二鋰離子電芯因退化而膨脹時，藉由切斷該電芯接點連接板之該開放端與該第一鋰離子電芯之該第一接點間之接觸、來產生該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯間之一開路狀況。
在上述必要技術手段的基礎下，上述方法所衍生之一附屬技術手段為更包括：偵測該鋰離子電池模組之該開路狀況；以及，當偵測到該開路狀況時，觸發一警報、以指示該鋰離子電池模組具有一問題。
100‧‧‧鋰離子電池模組
110‧‧‧鋰離子電芯
120‧‧‧擴張力
130‧‧‧限制帶體
150‧‧‧外框架
200‧‧‧健康監視元件
210‧‧‧紅外線感測器
220‧‧‧電芯堆
230‧‧‧間隙
320‧‧‧壓力靈敏感測器
410‧‧‧電芯接點
420‧‧‧電芯接點
430‧‧‧彈簧
440‧‧‧施力感測器
450‧‧‧電芯接點連接板
460‧‧‧開放端
480‧‧‧封閉端
510‧‧‧電壓感測器
611‧‧‧接點
620‧‧‧頂板
621‧‧‧後牆板
623‧‧‧頂板接點
630‧‧‧接點纜線
651‧‧‧箭頭方向
652‧‧‧箭頭方向
700a，700b‧‧‧安全保護元件
710‧‧‧繼電元件
720‧‧‧接點
740，740a，740b‧‧‧外側訊號
760‧‧‧低熔點金屬材料
761‧‧‧加熱元件
762‧‧‧繼電元件
810‧‧‧備電系統
T、T1、T2‧‧‧頂板接點
第1a圖至第1d圖係顯示在一鋰離子電池模組中、因一鋰離子電芯退化導致膨脹效應之示意圖；第2圖係為本發明之健康監視元件一實施例運用在一鋰離子電池模組上之示意圖，其中之健康監視元件係使用一紅外線感測器；第3a圖至第3b圖係為本發明之健康監視元件另一實施例運用在一鋰離子電池模組上之示意圖，其中之健康監視元件係使用一壓力靈敏感測器；第4a圖至第4c圖係為本發明之健康監視元件再一實施例 運用在一鋰離子電池模組上之示意圖，其中之健康監視元件係使用一施力感測器及/或一電芯接點連接板；第5圖和第6圖係為本發明之健康監視元件又一實施例運用在一鋰離子電池模組上之示意圖，其中之健康監視元件係使用一偵測接觸狀況之電壓感測器；第7a圖至第7b圖係為本發明之鋰離子電池模組之安全保護元件一實施例之示意圖，乃用以電性切斷鋰離子電池模組之接點；以及第8圖係為一備電系統實施例之示意圖，乃運用一具有本發明健康監視與安全保護元件之鋰離子電池模組。
當安全問題是運用鋰離子電池之主要考量時，習知之鋰離子電池通常利用診斷電子電路去持續電池的安全操作。因此，電壓過大(過度充電)、電壓太低(充電不足)、電流過大以及温度太高等狀態的確定即為習知診斷電子設備所需進行的診斷試驗，然而，經多年的操作(除鋰離子電池之外)，此診斷電子設備本身亦極有可能會失能或部份失能，此即為使用習知鋰離子電池作為電源主要的風險。
本發明中，用以監視電池健康狀態與啟動鋰離子電池模組安全保護方案或步驟的系統、裝置與方加將依序描述，而這些設計將可延伸至各式各樣的鋰離子電池模組，包括氧化鋰鐵磷(LFPO)電池、磷酸鋰鐵(LFP)電池、高鎳錳鈷(NMC)電池、鎳鈷鋁(NCA)電池、 及鈷酸鋰(LCO)電池等等。為簡化說明，以下將以LFPO電池和LFPO電池模組為例，而熟悉此類技藝之人士亦應了解本發明技術非僅限於LFPO電池，而是可廣泛運用於一般之鋰離子電池。
以LFPO電池模組為例，在現今技術下，其已顯示在很多方面都優於現存鉛酸蓄電池系統的特點，例如，以氧化鋰鐵磷(LFPO)作為陰極材料的使用與優點，已在美國專利第7,494,744、7,585,593、7,629,084及7,718,320號中證明；而使用氧化鋰鐵磷(LFPO)在電池平衡系統中之使用與優點，也顯現於美國專利第7,782,013、7,808,207及7,825,632號中；而氧化鋰鐵磷(LFPO)在電池系統控制/操作相關之使用與優點，亦見於美國專利第7,777,451、8,217,625、7,821,231及8,159,191號中。
首先，第1a圖顯示之鋰離子電池模組100包含四個串聯之鋰離子電芯110(例如，四個LFPO電芯串接成具OCV=13.2V之開放電路電壓)。如前所述，當一鋰離子電芯110長期過度充電後，鋰離子電芯110的體積會因電解質分解所增加的內部壓力而膨脹，雖然鋰離子電芯110在此狀況下仍可運作，但性能會因有效電解質的缺乏而加速退化(因芯體膨脹造成)。
例如，如第1b圖所示，當鋰離子電池模組100因過度充電，鋰離子電芯110即可能會開始產生側向膨脹(如箭頭方向指示之擴張力120)，此時，內部的鋰離子電芯110即會向外對鋰離子電池模組100之限制帶體 130施加靜力(如第1c圖所示)、或是直接施加靜力在鋰離子電池模組100的外框架150上(如第1d圖所示)。
因此，本發明以下之實施例即提供鋰離子電池模組100監視電池健康狀態與啟動安全保護步驟的技術。緣此，本發明的實施例包括一健康監視元件與一安全保護元件，例如，健康監視元件監視並偵測鋰離子電芯在外形或尺寸上的改變(通常因鋰離子電芯退化而逐漸產生)。在另一實施例中，健康監視元件偵測鋰離子電芯實質體積的改變。在前述與後續的討論中，係假設LFPO電池模組包含四個串聯成一堆之鋰離子電芯。然而，熟悉此類技藝之人士亦應了解本發明技術並非限制一鋰離子電池模組中僅具有四個鋰離子電芯，且鋰離子電池模組本身亦可以串聯方式形成一可組合於各類電壓與系統需求之複雜電池系統中，例如UPS系統。
請參閱第2圖所示，在此實施例中，健康監視元件200使用一紅外線感測器210，乃構建以監測鋰離子電芯110邊緣近處或其位移，如圖所示，紅外線感測器210是設置於堆疊鋰離子電芯的上方正交處，且紅外線感測器210位置與電芯堆220之邊緣處相距有一間隙230(可在毫米與數公分間)。因此，當鋰離子電芯110因退化而膨脹時，電芯堆220之邊緣因會於紅外線感測器210的紅外線偵測範圍內移動，故可被偵測到。而紅外線感測器210可於偵測後輸出一訊號，提供紅外線偵測範圍內鋰離子電芯110邊緣的偵測結果，此一輸出訊號亦可發送到至安全保護元件，此技術稍後討論。
請參閱第3a圖與第3b圖之實施例，此一健康監視元件200係使用一壓力靈敏感測器320、用以偵測鋰離子電池模組100外框架150內之壓力變化，例如，當鋰離子電芯110因退化而膨脹時，鋰離子電芯110可施加静應力(以壓力改變形式呈現)到將鋰離子電芯包圍在一起之外框架150上。如第3a圖所示，壓力靈敏感測器320(例如一壓電感測器)係貼附在鋰離子電芯110或電芯堆220之頂部。因此，壓力靈敏感測器320可偵測鋰離子電池模組100外框架150內因鋰離子電芯110膨脹造成的壓力變化。在另一實施例中，壓力靈敏感測器320亦可直接設置於外框架150上(如第3b圖所示)。此外，在其他的實施例中，壓力靈敏感測器320亦可設置於束縛所有鋰離子電芯110之限制帶體130上。
因此，當鋰離子電芯110或電芯堆220膨脹時，在鋰離子電芯110與外框架150間會產生一壓力觸動到壓力靈敏感測器320，而輸出一訊號、指示鋰離子電池模組100中壓力改變之偵測結果，此時一訊號亦可輸出至安全保護元件，此一技術討論於后。
請參閱第4a~4c圖，在此一實施例中，健康監視元件200係構建以量測、當鋰離子電芯110退化時、施加在電芯接點410、420或束縛所有鋰離子電芯110之限制帶體130上之外力。如第4a圖所示，此實施例又包括一彈簧430與設置在一電芯接點連接板450上方之施力感測器440，此電芯接點連接板450具有一開放端460與一封閉端480；如圖所示，此開放端460係連接至一第一鋰 離子電芯的一電芯接點410(例如，一正極接點)，而另一封閉端480則連接至一第二鋰離子電芯的一電芯接點420(例如，一負極接點)，且第二鋰離子電芯係串聯至第一鋰離子電芯。再者，電芯接點連接板450係以導電材料製成，比如說金屬材料。
當鋰離子電芯110膨脹時，例如第4b圖中變形之鋰離子電芯，因鋰離子電芯膨脹導致之額外位移會使此電芯接點連接板450斷開連接，而當鋰離子電芯並無膨脹之正常操作狀況下，此電芯接點連接板450之開放端460會連接至鄰近的電芯接點(如第4a圖所示)。
如第4a圖所示，當鋰離子電芯110膨脹時，施加在電芯接點410、420上之擴張力會造成彈簧430之延展，此時之施力感測器440即會偵測與量測到彈簧430的位移。而當達到或超過位移限制或閥值時，此施力感測器440亦可構建去輸出一訊號、以將施加在彈簧上之力量改變偵測值傳送至安全保護元件。
在其他繁多的實施例中，用以偵測施力與產生輸出訊號之施力感測器與彈簧元件可為一力量傳感器電路元件之型式者。一類似型式之裝置(含施力感測器與彈簧元件)亦可設置於綑縛鋰離子電芯110之外框架150上(如第4c圖所示)，當鋰離子電芯110或電芯堆220膨脹而產生擴張力120時(如箭頭指示方向)，此裝置可用以量測一個或多個彈簧430上之位移。
請參閱第5圖，在此實施例中，健康監視元件200係使用一電壓感測器510偵測一斷接狀況，此斷 接狀況會導致鋰離子電池模組100外框架150二頂板接點T1、T2間電壓量測值之改變。緣此，電壓感測器510可設置於鋰離子電池模組100之二頂板接點T1、T2間。因此，當鋰離子電芯110因退化膨脹導致斷接狀況時(如下所述)，電壓感測器510可輸出一訊號至安全保護元件、用以指偵測到一斷接狀況。
為斷接狀況之偵測，一健康監視元件200之實施例更包括一接點纜線630，此接點纜線630具有至少一開放端，乃構建用以於鋰離子電芯膨脹時、將鋰離子電池模組100一個別鋰離子電芯110之接點611與頂板接點623實質分離，藉此產生斷接狀況，亦稱為一開路狀況。如第6圖所示，當鋰離子電芯膨脹時(因擴張力120施加在外框架150之後牆板621上)，而使鋰離子電芯110與外框架150頂板620反向移動(如箭頭方向651、652)，導致連結鋰離子電芯110與外框架150頂板620間之接點纜線630產生分離現象。如圖所示，頂板620的移動與鋰離子電芯膨脹係為反向、以強化位移量。同樣地，在某些實施例中，當鋰離子電芯110膨脹時，因額外的位移而使電芯接點連接板450(如第4b圖所示)產生分離的狀況。如前所述，變形的鋰離子電芯會導致電性接觸的直接分離，因之形成開路狀況，由此容許電壓感測器510去偵測電壓的改變、並輸出一訊號至安全保護元件。在另一實施例中，為替代使用電壓感測器510去傳送一輸出訊號至安全保護元件、以指示鋰離子電池模組100之問題，乃包括一外部系統，例如一備電系統810(如第8圖所示)、用 以對鋰離子電池模組100進行充電，其亦可藉由偵測一提供至電池模組之浮動充電電流來自我確認問題(此浮動充電電流會因開路狀況而降至零)。緣此，外部系統可接著觸發一局限警訊指明外部系統與鋰離子電池模組100中確有問題存在。
在前述之實施例中，輸出訊號係提供至所述系統的安全保護元件、以監視電池健康狀態，且啟動相對鋰離子電池模組100的安全保護措施。例如，在一實施例中，安全保護元件700a包含一接收來自健康監視元件200輸出訊號740之繼電元件710，藉此輸出訊號740，此繼電元件710乃構建以是否切斷鋰離子電池模組100中頂板接點T與個別鋰離子電芯110接點720間之電性路徑，亦即是否啟動一開路狀況。例如，可觸發(如開路)此繼電元件710、以產生一開路狀況，喪失鋰離子電池模組100接點T與鋰離子電芯110間之電性連接。
在其他的實施例中，繼電元件亦可以一替代元件取代，此替代元件具有一段低熔點金屬(如錫、鋁或其他合金)，如在第7b圖所示之實施例中，設計用以熔化該段低熔點金屬之安全保護元件700b溶化後會導致鋰離子電芯110至鋰離子電池模組100頂板接點T間的電性連接喪失。在第7b圖中，可利用一加熱元件761圍繞低熔點金屬材料760，藉此，當一來自健康監視元件200的輸出訊號740觸發繼電元件762以提供一閉合狀態時，使電池能量增温此加熱元件761。而當此低熔點金屬材料760熔化後，鋰離子電芯110即可切斷與鋰離子電池模組 100頂板接點T間的電性連接。
請參閱第8圖所示，在此實施例中，藉由輸出訊號740a繼電至安全保護元件700a、700b以電性切斷鋰離子電池模組100，其中，所示系統之安全保護元件700b啟動備電系統810之停機，鋰離子電池模組100即可因此並聯作為第二電池。例如，健康監視元件200之輸出訊號740b可繼電至備電系統810(如一UPS系統)的輸入端，以使備電系統810停機；緣此，當備電系統810停機後，因鋰離子電池模組100充電動力的停機，鋰離子電池模組100即不會有更進一步的退化。否則，當備電系統810仍處操作狀態時，來自主要供電系統的主電源或是來自備電系統810的次電源會供電至與備電系統810連接之一負載。
若是將備電系統810之電池健康狀態設定在一高標準上(例如，對鋰離子電芯膨脹零容忍)，即可能無需執行鋰離子電池模組100或備電系統810的切斷電性連接操作；此時，在某些實施例中，來自健康監視元件200的輸出訊號740可扮演系統核驗通知的角色，因此，可依據鋰離子電芯膨脹的感測與輸出訊號的傳送、來建立一個簡單的電池健康狀態監視系統，其中之輸出訊號係為鋰離子電池模組100健康違和通知與系統核驗需求之警報或通知訊號。在本發明中，可實施的警報型式包括聽覺警報、視覺警報、或其他任何形式(如RS-232、RS-485、CAN協定等等)的通知。是以，警報可產生在鋰離子電池模組100本身或在外的備電系統 810。
為能預防與極小化系統通訊失敗的發生率，在某些實施例中，除鋰離子電池模組100中之實質接點斷接措施外，亦可啟動附加的保護措施，例如，電池模組與備電系統層級的電性斷接措施。
前述實施例僅為本發明諸多可能運用中之其中少數幾個，其他的實施例與運用亦可為下列。例如，在其中之一實施例中，鋰離子電池模組100之安全裝置包括一健康監視元件200，乃構建以偵測鋰離子電池模組100內一鋰離子電芯110之退化程度、並傳送一輸出訊號。例如，健康監視元件200可偵測鋰離子電芯之外形或尺寸之改變，此一裝置更包括一安全保護元件700a，乃構建以接收輸出訊號、且至少使鋰離子電池模組100之操作失能。
在其他的實施例中，藉由將鋰離子電芯110自鋰離子電池模組100之頂板接點T上實質分離，使鋰離子電池模組100之操作失能。在某些實施例中，亦可將鋰離子電芯110自鋰離子電池模組100之頂板接點T上電性分離，即是於鋰離子電芯110接點720與鋰離子電池模組100頂板接點T間之一電性路徑上產生一開放電路來達成，藉此使鋰離子電池模組100之操作失能。在其中之一實施例中，鋰離子電池模組100操作的失能亦可藉由供應充電電力至鋰離子電池模組100之備電系統810的停機來達成。在又一實施例中，備電系統810係為一不斷電系統。在其他的實施例中，安全保護元件700b更會傳送一 鋰離子電池模組100健康違和的通知訊號。
在一實施例中，安全裝置更包括一鋰離子電池模組100。此外，在某些實施例中，健康監視元件200包括一紅外線感測器210，乃構建以偵測因退化中鋰離子電芯110的膨脹所產生的鋰離子電芯110位移。在又一實施例中，健康監視元件200包括一壓力靈敏感測器320，乃構建以偵測因退化中鋰離子電芯110的膨脹所產生鋰離子電池模組100外框架150中的壓力變化。更甚者，在一實施例中，健康監視元件200量測因退化中鋰離子電芯110的膨脹所產生施加在鋰離子電芯110電芯接點410、420上的力，如此一個健康監視元件200亦可包括一電壓感測器510，乃建構以偵測因退化中鋰離子電芯110的膨脹所造成的斷接狀況。再者，在各式的實施例中，此一裝置的鋰離子電芯110包括一LFPO電芯、一LFP電芯、一NMC電芯、一NCA電芯或一LCO電芯。
在本發明之一實施例中，一種保護鋰離子電池模組100之方法包括偵測因鋰離子電芯110的膨脹所造成鋰離子電池模組100內鋰離子電芯110外形或尺寸的改變；傳送一輸出訊號至一安全保護元件700b；以及，藉由安全保護元件700a，使鋰離子電池模組100的操作失能。在某些實施例中，鋰離子電芯110退化程度的偵測包括偵測跨越一紅外線偵測路徑的鋰離子電芯110位移。在一實施例中，鋰離子電芯110退化程度的偵測包括偵測因鋰離子電芯110膨脹所造成的鋰離子電池模組100外框架150內的壓力改變。
此外，在一實施例中，鋰離子電芯110退化程度的偵測包括量測因退化中鋰離子電芯110的膨脹所產生施加在鋰離子電芯110電芯接點410、420上的力、並將此力與一閥值作比較。再者，在一實施例中，鋰離子電芯110退化程度的偵測包括偵測因退化中鋰離子電芯110的膨脹而導致的斷接狀況。再者，在一實施例中，使鋰離子電池模組100的操作失能係包括至少將鋰離子電芯110自鋰離子電池模組100之頂板接點T上電性分離，而將鋰離子電芯110自鋰離子電池模組100之頂板接點T上電性分離之作法，乃是於鋰離子電芯110接點720與鋰離子電池模組100頂板接點T間之一電性路徑上產生一開放電路來達成，或是藉由供應充電電力至鋰離子電池模組100之備電系統810的停機來達成。
在各種不同的實施例中，前述之方法更包括傳送一鋰離子電池模組100健康違和的通知訊號。再者，在某些實施例中，鋰離子電芯110包括一LFPO電芯、一LFP電芯、一NMC電芯、一NCA電芯或一LCO電芯。
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。
110‧‧‧鋰離子電芯
120‧‧‧擴張力
200‧‧‧健康監視元件
210‧‧‧紅外線感測器
220‧‧‧電芯堆
230‧‧‧間隙

Claims (14)

  1. 一種鋰離子電池模組之安全裝置，係包括：一電芯接點連接板，係串聯於一第一鋰離子電芯一第一接點與一第二鋰離子電芯一第二接點間，該電芯接點連接板具有一開放端與一封閉端，該開放端係以部分包覆形式連接至該第一鋰離子電芯之該第一接點，而該封閉端則以完全包覆形式連接至該第二鋰離子電芯之該第二接點，其中，該鋰離子電池模組包括至少該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯；其中，在該第一鋰離子電芯或該第二鋰離子電芯因退化而膨脹時，藉由切斷該電芯接點連接板之該開放端與該第一鋰離子電芯之該第一接點間之接觸、來產生該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯間之一開路狀況。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，又包括一接點纜線，係構建用以將該第一鋰離子電芯自該鋰離子電池模組之一頂板接點上實質分離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，又包括：一健康監視元件，係構建以偵測在該鋰離子電池模組中一鋰離子電芯的退化程度、並傳送一輸出訊號，其中，該健康監視元件係偵測該鋰離子電芯之外形或尺寸之一改變，該鋰離子電池模組係至少包括該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯；以及一安全保護元件，係構建以使該鋰離子電池模 組操作失能，並傳送該鋰離子電池模組一健康違和之通知訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之安全裝置，其中該鋰離子電池模組的操作失能係藉由將該鋰離子電芯自該鋰離子電池模組之一頂板接點上電性分離來達成，而該電性分離即是於該鋰離子電芯一接點與該鋰離子電池模組該頂板接點間之一電性路徑上產生一開放電路來達成。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之安全裝置，其中該鋰離子電池模組的操作失能係藉由將供應充電電力至該鋰離子電池模組之一備電系統停機來達成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之安全裝置，其中該備電系統係為一不斷電系統。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，更包括該鋰離子電池模組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中該健康監視元件包括一紅外線感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而產生之該第一或該第二鋰離子電芯之一位移。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中該健康監視元件包括一壓力靈敏感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而產生該鋰離子電池模組一外框架中之一壓力改變。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中該健康監視元件係量測因該鋰離子電芯之退化膨脹 而施加在該第一或該第二鋰離子電芯至少一接點上之力。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中該健康監視元件包括一電壓感測器，乃構建以偵測因該鋰離子電芯之退化膨脹而導致之一斷接狀況。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中該鋰離子電芯包括一氧化鋰鐵磷(LFPO)電芯、一磷酸鋰鐵(LFP)電芯、一高鎳錳鈷(NMC)電芯、一鎳鈷鋁(NCA)電芯、或一鈷酸鋰(LCO)電芯。
  13. 一種保護鋰離子電池模組之方法，係包括：於一第一鋰離子電芯一第一接點與一第二鋰離子電芯一第二接點間連接一串聯之電芯接點連接板，該電芯接點連接板具有一開放端與一封閉端，該開放端係以部分包覆形式連接至該第一鋰離子電芯之該第一接點，而該封閉端則以完全包覆形式連接至該第二鋰離子電芯之該第二接點，其中，該鋰離子電池模組包括至少該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯；以及在該第一鋰離子電芯或該第二鋰離子電芯因退化而膨脹時，藉由切斷該電芯接點連接板之該開放端與該第一鋰離子電芯之該第一接點間之接觸來產生該第一鋰離子電芯與該第二鋰離子電芯間之一開路狀況。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，更包括： 偵測該鋰離子電池模組之該開路狀況；以及當偵測到該開路狀況時，觸發一警報以指示該鋰離子電池模組具有一問題。
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