用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的用于增強(qiáng)二次電池的設(shè)備包括：傳感器部分，包括被附接在二次電池的單體表面上并且感測在二次電池單體中的流動(dòng)的第一傳感器和被附接在外殼的內(nèi)壁上并且感測在二次電池包殼中的流動(dòng)的第二傳感器；存儲(chǔ)器部分，用于存儲(chǔ)關(guān)于在從第一傳感器測量的第一測量值與從第二傳感器測量的第二測量值之間的差的臨界值；以及控制部分，用于當(dāng)通過測量第一測量值和第二測量值的差值并且將差值與被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分中的臨界值進(jìn)行比較，差值大于臨界值時(shí)，阻斷二次電池單體的電力。根據(jù)本發(fā)明，能夠檢測被施加到二次電池組的沖擊，當(dāng)沖擊被施加時(shí)通過中斷二次電池的使用來增強(qiáng)安全性，并且通過向使用者通知沖擊來保護(hù)使用者。
【專利說明】用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備和方法，并且更加具體地，涉及一種用于通過檢測被施加到二次電池組的外部沖擊以避免諸如內(nèi)部短路的風(fēng)險(xiǎn)來增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備和方法。
[0002]本申請要求于2011年8月23日在韓國提交的韓國專利申請N0.10-2011-0084085和于2012年8月3日在韓國提交的韓國專利申請N0.10-2012-0085411的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用被包含在此。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著移動(dòng)裝置、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力車輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備、不間斷電源等等的發(fā)展和使用，作為主電源的二次電池的重要性日益增長。因此，已經(jīng)執(zhí)行對滿足其各種需求的二次電池進(jìn)行許多研究。
[0004]通常，棱形或者袋狀二次電池在形狀方面被過分地要求，并且在材料方面，由于每單位時(shí)間的它們的高能量密度和大的放電性能導(dǎo)致鋰基二次電池被主要地使用。
[0005]在這樣的二次電池的研究中，增強(qiáng)其安全性是重要方面。由于內(nèi)部短路、過充電或者過放電導(dǎo)致鋰二次電池可能被發(fā)熱，這能夠?qū)е码娊赓|(zhì)的分解和熱運(yùn)行，引起電池內(nèi)部的壓力快速地增加，從而導(dǎo)致電池不可避免地爆炸。
[0006]通過包括二次電池的跌落和其中被施加的外部沖擊的各種理由產(chǎn)生引起二次電池的爆炸的內(nèi)部短路。因此,二次電池由至少一個(gè)單元電池、電池管理單元(BMU)和包圍它們的包殼組成。每個(gè)單元電池和BMU通過電極引線被連接。在電極引線中，被連接到每個(gè)單元電池的多個(gè)電極突片被焊接。電極突片從薄鋁或者銅板延伸并且被附接到其，并且由于其內(nèi)在的特性呈現(xiàn)非常低的機(jī)械強(qiáng)度。
[0007]同時(shí)，如果二次電池跌落或者經(jīng)受外部沖擊，則被密封在包殼中的單元電池可能移動(dòng)。在這樣的情況下，沖擊能量可能集中于在單元電池和BMU之間的連接部分上。沖擊能量可能積累在二次電池的多個(gè)連接部分當(dāng)中的具有差的機(jī)械強(qiáng)度的連接部分中并且引起電極突片爆裂。電極突片的爆裂可能產(chǎn)生內(nèi)部短路以引起諸如二次電池的爆炸的安全事故。因此，有必要檢測外部沖擊以保護(hù)二次電池。
[0008]為此，韓國專利N0.10-0739080公開一種被裝備在車輛中以檢測被施加到車輛的外部沖擊的加速度傳感器。在本專利中，當(dāng)加速度傳感器檢測高于臨界值的沖擊水平時(shí)，大的沖擊被認(rèn)為被施加到二次電池，其停止二次電池的使用。
[0009]然而，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)僅考慮車輛中的加速度的變化，所以在控制二次電池的使用或者其停止中存在限制。例如，如果通過加速度傳感器檢測到高于臨界值的沖擊水平，但是該沖擊以不會(huì)引起其短路的水平而施加到二次電池，或者相反地，如果通過加速度傳感器檢測到低于臨界值的沖擊水平，但是該沖擊以引起其短路的水平而大大地施加到二次電池，難以正確地保護(hù)二次電池。因此，用于僅取決于加速度的變化來檢測被施加到二次電池的沖擊的系統(tǒng)具有低的精確度并且因此不能充分地保護(hù)二次電池免受外部沖擊。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]技術(shù)問題
[0011]本發(fā)明被設(shè)計(jì)以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，并且因此本發(fā)明的目的是為了提供一種用于通過更加精確地檢測被施加到二次電池的沖擊增強(qiáng)二次電池的安全性免受外部沖擊的設(shè)備和方法。
[0012]技術(shù)方案
[0013]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，包括:傳感器部分，該傳感器部分包括被附接到二次電池的單體的表面以檢測單體的移動(dòng)的第一傳感器和被附接到二次電池的包殼的內(nèi)部以檢測包殼的移動(dòng)的第二傳感器；存儲(chǔ)器部分，該存儲(chǔ)器部分用于存儲(chǔ)在從第一傳感器獲得的第一測量值與從第二傳感器獲得的第二測量值之間的差的臨界值；以及控制部分，該控制部分用于計(jì)算在第一測量值和第二測量值之間的差值并且將計(jì)算出的差值與被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分中的臨界值進(jìn)行比較以當(dāng)計(jì)算出的差值大于臨界值時(shí)停止單體的操作。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，包括:(a)將在從第一傳感器獲得的第一測量值與從第二傳感器獲得的第二測量值之間的差的臨界值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分中，第一傳感器被附接到二次電池的單體的表面以檢測單體的移動(dòng)，并且第二傳感器被附接到二次電池的包殼的內(nèi)部以檢測包殼的移動(dòng)；(b)存儲(chǔ)從第一傳感器獲得的第一測量值；(c)存儲(chǔ)從第二傳感器獲得的第二測量值；(d)計(jì)算在第一測量值與第二測量值之間的差值；以及(e)當(dāng)計(jì)算出的差值大于被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分中的臨界值時(shí)停止單體的操作。
[0015]有益效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，能夠精確地檢測被施加到二次電池的沖擊。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)二次電池經(jīng)受沖擊時(shí)，能夠停止二次電池的使用以增強(qiáng)其安全性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當(dāng)二次電池經(jīng)受沖擊時(shí)，能夠向使用者通知該事實(shí)，以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間保護(hù)和引導(dǎo)二次電池的維修。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖圖示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并且連同前述的公開一起用作提供本發(fā)明的技術(shù)精神的進(jìn)一步理解。然而，本發(fā)明沒有被解釋為限于附圖。
[0020]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備的配置的框圖。
[0021]圖2示出傳統(tǒng)的地磁傳感器的配置。
[0022]圖3示出當(dāng)電流流入激勵(lì)線圈時(shí)在磁芯中產(chǎn)生的磁力線。
[0023]圖4示出通過在磁芯中產(chǎn)生的磁力線在X和y軸的每個(gè)線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢。
[0024]圖5示出在其中施加沖擊之前地磁傳感器的狀態(tài)，地磁傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0025]圖6示出在其中施加沖擊之后地磁傳感器的狀態(tài)，地磁傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0026]圖7是示意性地示出擺式加速度傳感器的配置的概念圖。
[0027]圖8是示意性地示出振動(dòng)加速度傳感器的配置的概念圖。
[0028]圖9是示出是慣性加速度傳感器的示例的雙晶壓電元件的透視圖。
[0029]圖10是使用圖9的雙晶壓電元件的縱向加速度傳感器的截面圖。
[0030]圖11示出在其中施加沖擊之前的加速度傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0031]圖12示出在其中施加沖擊之后的加速度傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0032]圖13圖示用于解釋其操作的振動(dòng)陀螺儀傳感器的前視圖和側(cè)視圖。
[0033]圖14示出其中施加沖擊之前的陀螺儀傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0034]圖15示出其中施加沖擊之前的陀螺儀傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池的單體表面和其包殼的內(nèi)部。
[0035]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法的程序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在下文中，將會(huì)參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在描述之前，應(yīng)理解的是，在說明書和隨附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為限于一般和字典的意義，但是基于允許發(fā)明人限定適合用于最佳解釋的術(shù)語的原理基于與本發(fā)明的技術(shù)方面相對應(yīng)的意義和概念解釋。因此，僅為了圖示的目的在此提出的描述僅是優(yōu)選示例，沒有限制本公開的范圍，所以應(yīng)理解在沒有脫離本公開的精神和范圍的情況下可以對其做出其它的等同物和修改。
[0037]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備的配置的框圖。
[0038]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備包括傳感器部分130、控制部分140以及存儲(chǔ)器部分150。如在圖1中所示，二次電池的單體110包括至少一個(gè)單元電池并且不限于其類型。例如，二次電池單體110可以是鋰離子電池、鋰金屬電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池、或者鉛蓄電池。此外，二次電池單體100包括通過本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以容易地應(yīng)用的任何單體。
[0039]二次電池單體100被選擇性地連接到用于放電或者充電的負(fù)載或者充電器。負(fù)載沒有被特別地限于其類型，但是其示例可以包括視頻相機(jī)、移動(dòng)電話、諸如平板PC、PMP以及MP3播放器的便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)車輛或者混合動(dòng)力車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)、以及DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0040]傳感器部分130包括第一傳感器132和第二傳感器134。第一傳感器132被附接到二次電池單體110的表面以檢測二次電池單體110的移動(dòng)。第二傳感器134被附接到二次電池的包殼120的內(nèi)部以檢測包殼120的移動(dòng)。為了檢測二次電池單體110和二次電池包殼120的單獨(dú)的移動(dòng)的目的，第一傳感器132和第二傳感器134分別被附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。在下文中，為了便于解釋，從第一傳感器132獲得的測量值被稱為第一測量值，并且從第二傳感器134獲得的測量值被稱為第二測量值。在二次電池的充電或者放電期間定期地測量和存儲(chǔ)第一和第二測量值，但是本發(fā)明不限于此。
[0041]存儲(chǔ)器部分150存儲(chǔ)從第一傳感器132獲得的第一測量值和從第二傳感器134獲得的第二測量值之間的差的臨界值。臨界值指的是用于確定在傳感器部分130中檢測到的移動(dòng)，即，被施加到二次電池100的沖擊，是否為可能引起安全問題的水平的基準(zhǔn)值。取決于包括在二次電池單體100中使用的突片的材料、二次電池單體100的大小和結(jié)構(gòu)、以及二次電池包殼120的材料和結(jié)構(gòu)、以及二次電池100的使用環(huán)境的二次電池的各種規(guī)格可以確定臨界值。換言之，通過二次電池的制造商確定臨界值，并且雖然相同的二次電池100被使用，但是臨界值可以被可選地設(shè)置為較低或者較高的數(shù)值。
[0042]存儲(chǔ)器部分150可以是大體積的存儲(chǔ)介質(zhì)，例如，已知能夠記錄或者去除數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件，諸如RAM、ROM、EEPROM和閃存、和硬盤，但是本發(fā)明不限于此。
[0043]控制部分140計(jì)算在第一測量值和第二測量值之間的差值。差值指的是在第一測量值和第二測量值之間的差，并且通過下面的等式I表達(dá):
[0044]等式I
[0045]差=I第一測量值-第二測量值
[0046]在本發(fā)明中，當(dāng)沖擊被施加到二次電池100時(shí)，取決于在二次電池單體110和二次電池包殼120的每個(gè)移動(dòng)之間的相對差確定安全問題的發(fā)生。因此，計(jì)算差值作為在測量值之間的差的絕對值。即，差值意指被傳送到第一傳感器132和第二傳感器134的沖擊的相對程度。
[0047]而且，控制部分140將計(jì)算出的差值與臨界值進(jìn)行比較以檢查是否被施加到二次電池100的沖擊大于預(yù)定的臨界值。當(dāng)差值不大于臨界值時(shí)，被施加到二次電池100的沖擊被認(rèn)為弱，或者如果強(qiáng)的沖擊被施加，則不足以引起二次電池單體110的變形或者破損。當(dāng)差值大于臨界值時(shí)，二次電池單體Iio被認(rèn)為，通過被施加到二次電池100的沖擊在二次電池包殼120中移動(dòng)，由此二次電池單體110可能被變形或者破損。
[0048]另外，當(dāng)計(jì)算出的差值大于臨界值時(shí)，控制部分140切斷二次電池單體110的電源開關(guān)160以停止二次電池的充電或者放電。即，當(dāng)檢查安全問題的發(fā)生時(shí)，控制部分140停止二次電池的使用，從而防止諸如爆炸的安全事故。
[0049]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，傳感器部分130的第一傳感器132和第二傳感器134是地磁傳感器，該地磁傳感器檢測地球的磁場以找到物體的方向。在下文中，將會(huì)解釋用于借助于地磁傳感器檢測被施加到二次電池100的沖擊的原理。
[0050]圖2示出傳統(tǒng)的地磁傳感器的配置。
[0051]參考圖2，地磁傳感器包括磁芯200，該磁芯200是環(huán)狀透磁合金磁體；激勵(lì)線圈210，其沿著磁性200的周圍纏繞；以及線圈X220和線圈Y230，其是檢測線圈。線圈X220和線圈Y230在磁芯200的直徑方向中相互正交并且被獨(dú)立地纏繞。
[0052]圖3示出當(dāng)電流流入激勵(lì)線圈210時(shí)在磁芯200中產(chǎn)生的磁力線。
[0053]參考圖3，當(dāng)通過流入激勵(lì)線圈210的交流電激勵(lì)出現(xiàn)時(shí)，在磁芯200內(nèi)部的箭頭的方向中產(chǎn)生磁力線。由于其環(huán)形形狀導(dǎo)致磁芯200不能夠具有磁極。[0054]圖4示出通過在磁芯200中產(chǎn)生的磁力線在X軸220和y軸230的每個(gè)線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢。
[0055]參考圖4，盡管取決于磁通量的變化在X軸220和y軸230中產(chǎn)生電動(dòng)勢，但是磁力線在①和②的每一個(gè)處以及在③和④的每一個(gè)處在相對的方向中行進(jìn)，因此在X軸220和y軸230中不存在輸出。這時(shí)，當(dāng)外磁場被施加到地磁傳感器時(shí)，在X軸220和y軸230中產(chǎn)生輸出。例如，如果外磁場被施加到平行于I軸230的方向，則在X軸220中產(chǎn)生最大電壓，而如果外磁場被施加到與I軸230成45°的方向時(shí)，在X軸220和y軸230中的每一個(gè)中產(chǎn)生峰值電壓的一半。即，外磁場變成地磁場,并且通過在X軸220和y軸230中的每一個(gè)中產(chǎn)生的電壓之間的差可以檢測基于地磁場的地磁傳感器的方向。
[0056]圖5和圖6是示出用于通過使用兩個(gè)地磁傳感器檢測被施加到二次電池100的沖擊的方法的概念圖。
[0057]圖5示出在其中施加沖擊之前地磁傳感器的狀態(tài)，地磁傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0058]參考圖5，第一傳感器132和第二傳感器134中的每一個(gè)用作地磁傳感器并且檢測到地磁場的方向。通過第一傳感器132檢測到的相對于地磁場的方向(9:)對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134檢測到的相對于地磁場的方向(02)對應(yīng)于第二測量值。因此，在沖擊被施加之前，在從兩個(gè)傳感器獲得的測量值之間的差不大于臨界值。
[0059]圖6示出在其中施加足夠強(qiáng)大以引起二次電池單體110的變形或者破損的沖擊之后地磁傳感器的狀態(tài),地磁觸感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0060]參考圖6，由于強(qiáng)大的沖擊，第一傳感器132和第二傳感器134分別檢測二次電池單體110和二次電池包殼120的位置變化。這時(shí)，通過第一傳感器132檢測的相對于地磁場的方向(Q1')對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134檢測的相對于地磁場的方向(e2’)對應(yīng)于第二測量值。當(dāng)沖擊弱，或者強(qiáng)的沖擊被施加但是引起二次電池單體Iio和二次電池包殼120的非常小的移動(dòng)時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差不大于臨界值。然而，當(dāng)強(qiáng)的沖擊被施加以引起在二次電池包殼120中的二次電池單體110的移動(dòng)使得二次電池單體110可能被變形或者破損時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差大于臨界值。因此，當(dāng)在第一測量值和第二測量值之間的差大于臨界值時(shí)，控制部分140切斷二次電池100的電源開關(guān)160以停止二次電池100的充電或者放電。
[0061]雖然圖5和圖6圖實(shí)施例,在該實(shí)施例中兩個(gè)地磁傳感器僅在一個(gè)軸上檢測沖擊，但是被施加到二次電池100的沖擊可以處于到平面的橫向方向、以及縱向和垂直方向中。因此，第一傳感器132和第二傳感器134是地磁傳感器，其檢測由滾動(dòng)角、俯仰角和偏航角組成的軸當(dāng)中的兩個(gè)或者更多個(gè)方向。
[0062]在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，第一傳感器132的內(nèi)軸與第二傳感器134的內(nèi)軸一致。參考圖2，地磁傳感器測量通過線圈X220和線圈Y230與地磁場形成的角。當(dāng)?shù)谝粋鞲衅?32和第二傳感器134被附接使得第一傳感器132的線圈X220具有與第二傳感器134的相同的方向而第一傳感器134的線圈Y230具有與第二傳感器134相同的方向時(shí),可以更加精確地計(jì)算差值。
[0063]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，第一傳感器和第二傳感器可以是檢測被施加到物體的加速度的存在以及程度的加速度傳感器。
[0064]取決于用于物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測方式加速度傳感器可以被劃分成慣性、擺式以及振動(dòng)傳感器。
[0065]圖7是示意性地示出擺式加速度傳感器的配置的概念圖。
[0066]參考圖7，通過具有摩擦的樞軸承來支持?jǐn)[錘。當(dāng)在任意一個(gè)方向中加速度a被施加到擺錘時(shí)，擺錘被朝著相對的方向位移并且位移度通過自動(dòng)變壓器而被測量。自動(dòng)變壓器輸出與加速度的大小成比例的電壓，并且輸出電壓被用于確定加速度的方向和程度。
[0067]圖8是示意性地示出振動(dòng)加速度傳感器的配置的概念圖。
[0068]參考圖8，通過細(xì)繩在兩側(cè)處支撐可選的質(zhì)量m。當(dāng)在任何一個(gè)方向中加速度a被施加到質(zhì)量m時(shí)，通過細(xì)繩的張力在細(xì)繩中振動(dòng)發(fā)生。這時(shí)，通過加速度的程度細(xì)繩的頻率相互不同，其中細(xì)繩的頻率，fl和f2各自被測量以從其間的差確定加速度的程度。
[0069]慣性加速度傳感器被用于基于靜態(tài)系統(tǒng)測量慣性加速度，其使用從作用于質(zhì)量的加速度出現(xiàn)的力，即，慣性力。慣性加速度傳感器取決于測量慣性的方法變化。例如，壓電元件可以被用作一個(gè)示例，將會(huì)對于其基本原理和用于通過在下面使用其檢測被施加到二次電池100的沖擊的方法進(jìn)行解釋。
[0070]圖9是示出是慣性加速度傳感器的示例的雙晶壓電元件的透視圖。
[0071]參考圖9,壓電振動(dòng)器300包括雙晶壓電元件310作為壓電元件,該雙晶壓電元件310通過相互粘附由壓電材料制成的片，諸如壓電陶瓷片320形成。在此使用的術(shù)語“壓電元件”指的是具有“壓電效應(yīng)”的基板，當(dāng)將力施加給壓電主體時(shí)能夠產(chǎn)生電流。壓電主體可以是由鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇、水晶片、酒石酸、磷酸二氫銨、或者酒石酸二胺乙烯制成。電極340各自被連接到與每個(gè)壓電陶瓷片320相對的主平面。在壓電元件310的中心，突出被線性地形成在電極340上。
[0072]為了有效地產(chǎn)生柔性的振動(dòng)(彎曲振動(dòng))，優(yōu)選的是，壓電振動(dòng)器的長度至少是其寬度3.5倍，更加優(yōu)選地為5倍。突出330被優(yōu)選地形成在其縱向方向中的雙晶壓電元件310的中心附近并且在橫向方向中相對于中心線對稱地布置。當(dāng)在橫向方向中被形成在壓電振動(dòng)器300的中心附近時(shí)，在雙晶壓電元件310的兩個(gè)相對的主平面處線性突出330的數(shù)目和排列可以變化，但是優(yōu)選的是，在兩個(gè)相對的主平面處具有相同的數(shù)目和排列。
[0073]圖10是使用圖9的雙晶壓電元件的縱向加速度傳感器的截面圖。
[0074]參考圖10，雙晶壓電元件310被插入在被形成在封裝的頂部的內(nèi)部的凸起部分350與在被形成在雙晶壓電元件310以在封裝(支撐)中被支撐的突出330處的彈性支撐構(gòu)件360之間。彈性支撐構(gòu)件360將恒壓施加到雙晶壓電元件310以完全地支撐雙晶壓電元件，其在中心部分中被支撐。取決于要被輸出的沖擊的程度、雙晶壓電元件310的強(qiáng)度以及雙晶壓電元件310對加速度的靈敏度確定被施加到雙晶壓電元件310的壓力。
[0075]當(dāng)具有垂直分量的加速度被施加到在圖10中示出的加速度傳感器時(shí)，負(fù)載被添加到通過彈性支撐構(gòu)件360支撐的雙晶壓電元件310的中心部分以扭曲雙晶壓電元件310。雙晶壓電元件310的壓電效應(yīng)是在被扭曲的雙晶壓電元件210內(nèi)產(chǎn)生電流。
[0076]從而被產(chǎn)生的電流通過電極340被輸出。要被產(chǎn)生的電流的數(shù)量與扭曲度，即，加速度輸出外部的程度成比例，并且因此，可以根據(jù)電流的數(shù)量測量加速度的程度。
[0077]圖11和圖12是示出用于通過使用兩個(gè)加速度傳感器檢測被施加到二次電池100的沖擊的方法的概念圖。
[0078]圖11示出在其中施加沖擊之前加速度傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0079]參考圖11，第一傳感器132和第二傳感器134中的每一個(gè)檢測加速度的變化。通過第一傳感器132檢測的相對于加速度的程度的電壓(V1)對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134測量的相對于加速度的程度的電壓(V2)對應(yīng)于第二測量值。因此，在沖擊被施加之前，在從兩個(gè)傳感器獲得的測量值之間的差不大于臨界值。
[0080]圖12示出在足夠強(qiáng)以引起二次電池單體110的變形或者破損的沖擊被施加之后加速度傳感器的狀態(tài)，加速度傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0081]參考圖12，由于強(qiáng)的沖擊，第一傳感器132和第二傳感器134分別檢測二次電池單體110和二次電池包殼120的位置變化。這時(shí)，通過第一傳感器132檢測到的加速度的程度(V/ )對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134檢測的加速度的程度(V2’)對應(yīng)于第二測量值。當(dāng)沖擊弱，或者強(qiáng)的沖擊被施加但是引起二次電池單體110和二次電池包殼120的非常小的移動(dòng)時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差不大于臨界值。然而，當(dāng)強(qiáng)的沖擊被施加以引起二次電池包殼120中的二次電池單體110的移動(dòng)使得二次電池單體110可能被變形或者破損時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差大于臨界值。因此，當(dāng)?shù)谝粶y量值和第二測量值之間的差大于臨界值時(shí)，控制部分140切斷二次電池100的電源開關(guān)160以停止二次電池100的充電或者放電。
[0082]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，第一傳感器132和第二傳感器134中的每一個(gè)可以是陀螺儀傳感器，該陀螺儀傳感器通過在飛機(jī)、輪船、車輛、可攜式攝像機(jī)等等中的旋轉(zhuǎn)力檢測動(dòng)量的變化。根據(jù)本發(fā)明，下面將會(huì)解釋用于檢測被施加到二次電池100的沖擊的方法。
[0083]圖13圖示用于解釋其操作的振動(dòng)陀螺儀傳感器的前視圖和側(cè)視圖。
[0084]圖13的視圖(a)是用于振動(dòng)陀螺儀傳感器的前視圖，并且圖13的視圖(b)是其側(cè)視圖。參考圖13，振動(dòng)陀螺儀傳感器包括振蕩器430。振蕩器430被放置在被形成在基板460上的凹形的半圓形支撐410中。振蕩器430是圓柱形振動(dòng)器，其是具有壓電效應(yīng)的壓電主體。支撐構(gòu)件410被配置成緊固結(jié)點(diǎn)與硅420的共振模式以支撐振動(dòng)的振蕩器430。通過電線450支撐構(gòu)件410被電氣地連接到電極440，該電極440被裝備在振蕩器430的側(cè)面中。
[0085]通過將電壓施加到被連接到支撐構(gòu)件410的電極440，具有這樣的配置的陀螺儀傳感器在由x、y以及z軸組成的三維中在X或者y軸處產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)在軸z上在圓周方向中施加旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)，科里奧利力被產(chǎn)生。
[0086]當(dāng)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察時(shí)科里奧利力是被用于解釋移動(dòng)物體的偏斜的摩擦力，如與離心力相類似的視在力，并且其程度與物體的旋轉(zhuǎn)速度成比例并且垂直地作用于移動(dòng)方向。
[0087]因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角速度被應(yīng)用時(shí)，如果振蕩器430在X軸上振動(dòng)則在y軸上產(chǎn)生科里奧利力，而如果振蕩器430在y軸上振動(dòng)則在X軸上產(chǎn)生科里奧利力。在圓柱形振蕩器430的電極440中檢測被產(chǎn)生的力并且產(chǎn)生與科里奧利力成比例的電壓。因此，能夠檢測被施加到振蕩器430的移動(dòng)方向的變化，從而確定位置變化。[0088]圖14和圖15是示出用于通過使用兩個(gè)陀螺儀傳感器檢測被施加到二次電池100的沖擊的方法的概念圖。
[0089]圖14示出在其中施加沖擊之前陀螺儀傳感器的狀態(tài)，陀螺儀傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0090]參考圖14，第一傳感器132和第二傳感器134中的每一個(gè)檢測被施加到振蕩器430的移動(dòng)的方向。通過第一傳感器132檢測的相對于移動(dòng)的方向的電壓(V1)對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134檢測的相對于移動(dòng)的方向的電壓(V2)對應(yīng)于第二測量值。因此，在沖擊被施加之前，在從兩個(gè)傳感器獲得的測量值之間的差不大于臨界值。
[0091]圖15示出在其中施加足夠強(qiáng)以引起二次電池單體110的變形或者破損的沖擊之后陀螺儀傳感器的狀態(tài)，陀螺儀傳感器各自被獨(dú)立地附接到二次電池單體110的表面和二次電池包殼120的內(nèi)部。
[0092]參考圖15，由于強(qiáng)的沖擊，導(dǎo)致第一傳感器132和第二傳感器134分別檢測二次電池單體110和二次電池包殼120的位置變化。這時(shí)，通過第一傳感器132檢測到的移動(dòng)方向的程度(V/ )對應(yīng)于第一測量值，而通過第二傳感器134檢測到的移動(dòng)方向的程度(V2’ )對應(yīng)于第二測量值。當(dāng)沖擊弱，或者強(qiáng)的沖擊被施加但是引起二次電池單體110和二次電池包殼120的非常小的移動(dòng)時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差不大于臨界值。然而，當(dāng)強(qiáng)的沖擊被施加以引起二次電池包殼120中的二次電池單體110的移動(dòng)使得二次電池單體110可能變形或者破損時(shí)，在第一測量值和第二測量值之間的差大于臨界值。因此，當(dāng)?shù)谝粶y量值和第二測量值之間的差大于臨界值時(shí)，控制部分140切斷二次電池100的電源開關(guān)160以停止二次電池100的充電或者放電。
[0093]僅為了圖示的目的提供在上面提及的數(shù)個(gè)傳感器。因此，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然的是，在本發(fā)明中可以使用其它的各種傳感器。
[0094]優(yōu)選地，用于增強(qiáng)根據(jù)本發(fā)明的二次電池的安全性的設(shè)備進(jìn)一步包括警告部分，該警告部分用于當(dāng)計(jì)算出的差值大于臨界值時(shí)通知使用者二次電池的故障。
[0095]警告部分通知使用者大于臨界水平的沖擊被施加到二次電池的事實(shí)，由此使用者可以停止二次電池100的使用或者修理電池。
[0096]警告部分可以以燈、LED、蜂鳴器或者揚(yáng)聲器的形式。例如，在車輛的情況下，如果需要，與是聲音報(bào)警裝備的蜂鳴器或者揚(yáng)聲器一起，使用者可以從用于通知狀態(tài)的顯示器和車輛的駕駛信息確認(rèn)警告，但是本發(fā)明不限于此。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，控制部分140可以是微處理器。在這樣的情況下，控制部分140的組件可以被實(shí)現(xiàn)為程序模塊。程序模塊由計(jì)算機(jī)通過程序指令操作并且被記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
[0098]計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括程序指令、數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者其組合。被記錄在介質(zhì)中的程序指令可以被特別地設(shè)計(jì)并且為本發(fā)明配置或者可以是在計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域中已知的一個(gè)。
[0099]計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)包括存儲(chǔ)器部分150。而且，計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)包括諸如硬盤、軟盤以及磁帶的磁介質(zhì)、諸如CD-ROM和DVD的光介質(zhì)、諸如軟式光盤的磁光介質(zhì)、以及諸如ROM、RAM以及閃存的硬件裝置，用于存儲(chǔ)和執(zhí)行程序指令。
[0100]程序指令的示例包括通過編譯器生成的機(jī)器語言代碼，和可以通過計(jì)算機(jī)由解釋器運(yùn)行的高級(jí)語言代碼。
[0101]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，控制部分140的組件可以被值入到包括邏輯電路的電子電路模塊。電子電路模塊的示例可以是專用集成電路(ASIC)，但是本發(fā)明不限于此。
[0102]控制部分140和存儲(chǔ)器部分150可以被布置在二次電池組內(nèi)部，如在圖1中所示，但是本發(fā)明不限于此?？刂破鞑糠?40和存儲(chǔ)器部分150也可以被布置在二次電池組的外部，并且如有必要，控制部分140或者存儲(chǔ)器部分150可以被布置在二次電池組內(nèi)部。因此，取決于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)模式，控制部分140和存儲(chǔ)器部分150可以被布置在二次電池組的內(nèi)部或者外部。
[0103]用于增強(qiáng)根據(jù)本發(fā)明的二次電池的安全性的設(shè)備可以在其中從二次電池供應(yīng)電力的電池組驅(qū)動(dòng)單元中使用。
[0104]例如，本發(fā)明的設(shè)備可以在被裝備有電池的各種電力單元中使用，諸如使用化石燃料的車輛、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力車輛或者電動(dòng)自行車。
[0105]而且，可以在被裝備有來自電池的驅(qū)動(dòng)電壓的各種電子產(chǎn)品中使用本發(fā)明的設(shè)備，例如，筆記本、移動(dòng)電話以及個(gè)人多媒體再生器，但是本發(fā)明不限于此。
[0106]此外，用于增強(qiáng)根據(jù)本發(fā)明的二次電池的安全性的設(shè)備可以作為要在電池或者電池管理單元中使用的PCB電路或者專用集成電路(ASIC)被模塊化。
[0107]在根據(jù)本發(fā)明的另一方面中，本發(fā)明進(jìn)一步提供用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其通過用于增強(qiáng)二次電池的安全性的上述設(shè)備實(shí)現(xiàn)，下面將會(huì)進(jìn)行解釋。對于在上面已經(jīng)具體地解釋的組件或者術(shù)語，重復(fù)的解釋將會(huì)被省略。
[0108]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法的程序的流程圖。
[0109]首先，在S510步驟中，控制部分140將從第一傳感器132獲得的第一測量值與從第二傳感器134獲得的第二測量值之間的差的臨界值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分150中，第一傳感器被附接到二次電池單體110的表面以檢測二次電池單體110的移動(dòng)，并且第二傳感器被附接到二次電池包殼120的內(nèi)部以檢測二次電池包殼120的移動(dòng)。接下來，在S520步驟中，控制部分140將從第一傳感器132獲得的第一測量值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分150中。然后，在步驟S530步驟中，控制部分140將從第二傳感器134獲得的第二測量值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分150中。在二次電池的充電或者放電期間定期地測量和存儲(chǔ)第一和第二測量值，但是本發(fā)明不限于此。第一傳感器132和第二傳感器134可以是從陀螺儀傳感器、加速度傳感器(例如，慣性、擺式或者振動(dòng)傳感器)以及陀螺儀傳感器中選擇的任何一個(gè)。隨后，在S540步驟中，控制部分140計(jì)算在第一測量值和第二測量值之間的差值。然后，在S550步驟中，控制部分140確定計(jì)算出的差值是否大于被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分150中的臨界值。當(dāng)差值不大于臨界值時(shí)，被施加到二次電池100的沖擊被認(rèn)為弱或者不存在，從而返回到用于下一個(gè)沖擊檢測周期的過程的S520步驟。相反地，當(dāng)差值大于臨界值時(shí)，通過被施加到二次電池100的沖擊安全問題發(fā)生，從而進(jìn)入S560步驟。
[0110]在S560步驟中，控制部分140通過被施加到二次電池的沖擊確定二次電池很有可能被變形或者破損，并且從而切斷二次電池單體110的電源開關(guān)160以停止二次電池的充電或者放電。
[0111]優(yōu)選地，在S550步驟中，如果差值大于臨界值，則可以通過控制部分140進(jìn)行附加的步驟，即，S570步驟。S卩，在S570步驟中，控制部分140視覺地或者聽覺地通知使用者在二次電池中的安全問題的發(fā)生。
[0112]因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠精確地檢測被施加到二次電池的沖擊。另外，當(dāng)沖擊被施加到二次電池100時(shí)，二次電池的使用被停止以增強(qiáng)其安全性。此外，當(dāng)沖擊被施加到二次電池100時(shí)，通知使用者這樣的事實(shí)，從而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間保護(hù)使用者并且引導(dǎo)二次電池的修理。
[0113]同時(shí)，用于增強(qiáng)在圖1中示出的根據(jù)本發(fā)明的二次電池的安全性的設(shè)備的每個(gè)組件應(yīng)被理解為邏輯上被區(qū)別的組件，而不是在物理上被區(qū)別的組件。
[0114]換言之，每個(gè)組件對應(yīng)于為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的精神在邏輯上區(qū)別的元件，并且如果其可以實(shí)現(xiàn)其邏輯功能，則應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中，盡管其被單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)或者與另一組件集成，并且實(shí)現(xiàn)它們相同的或者類似的功能的組件應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中，盡管它們的名稱是不同的。
[0115]通過具體的實(shí)施例和附圖已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)理解的是，僅通過圖示給出具體地實(shí)施例和附圖，旨在沒有限制本發(fā)明，并且從而在也落入如隨附的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)本發(fā)明的領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，包括: 傳感器部分，所述傳感器部分包括第一傳感器和第二傳感器，所述第一傳感器被附接到所述二次電池的單體的表面以檢測所述單體的移動(dòng)，所述第二傳感器被附接到所述二次電池的包殼的內(nèi)部以檢測所述包殼的移動(dòng)； 存儲(chǔ)器部分，所述存儲(chǔ)器部分用于存儲(chǔ)在從所述第一傳感器獲得的第一測量值與從所述第二傳感器獲得的第二測量值之間的差的臨界值；以及 控制部分，所述控制部分用于計(jì)算在所述第一測量值和所述第二測量值之間的差值并且將計(jì)算出的差值與被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器部分中的所述臨界值進(jìn)行比較，以當(dāng)所述計(jì)算出的差值大于所述臨界值時(shí)停止所述單體的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是地磁傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器具有用于測量與所述地磁場線形成的角的至少一個(gè)軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述第一傳感器的內(nèi)軸與所述第二傳感器的內(nèi)軸一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是加速度傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述加速度傳感器是慣性、擺式或者振動(dòng)傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述慣性加速度傳感器是壓電元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是陀螺儀傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的設(shè)備，進(jìn)一步包括:警告部分，所述警告部分用于當(dāng)所述計(jì)算出的差值大于所述臨界值時(shí)向使用者通知所述二次電池的故障。
10.一種用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，包括: (a)將在從第一傳感器獲得的第一測量值與從第二傳感器獲得的第二測量值之間的差的臨界值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分中，所述第一傳感器被附接到所述二次電池的單體的表面以檢測所述單體的移動(dòng)，并且所述第二傳感器被附接到所述二次電池的包殼的內(nèi)部以檢測所述包殼的移動(dòng)； (b)存儲(chǔ)從所述第一傳感器獲得的所述第一測量值； (c)存儲(chǔ)從所述第二傳感器獲得的所述第二測量值； Cd)計(jì)算在所述第一測量值與所述第二測量值之間的差值；以及 Ce)當(dāng)計(jì)算出的差值大于被存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器部分中的所述臨界值時(shí)，停止所述單體的操作。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是地磁傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器具有用于測量與所述地磁場線形成的角的至少一個(gè)軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述第一傳感器的內(nèi)軸與所述第二傳感器的內(nèi)軸一致。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是加速度傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述加速度傳感器是慣性、擺式或者振動(dòng)傳感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述慣性加速度傳感器是壓電元件。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，其中，所述第一傳感器和所述第二傳感器是陀螺儀傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中的任意一項(xiàng)所述的用于增強(qiáng)二次電池的安全性的方法，進(jìn)一步包括:當(dāng)所述計(jì)算出的差值大于所述臨界值時(shí)，警告使用者所述二次電池的故障。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103733419SQ201280037845
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月23日
【發(fā)明者】權(quán)皓相, 李在璨 申請人:株式會(huì)社Lg化學(xué)