本申請(qǐng)要求2015年6月10日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2015-0082100號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文中。

本發(fā)明涉及一種用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)，并且更特別地，涉及一種感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法，其中分別在一個(gè)或多個(gè)電池單元之間所形成的具有預(yù)定間隔的空間中設(shè)置壓力測(cè)量傳感器，并且測(cè)量根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)電池單元各自的體積變化施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力從而基于測(cè)量結(jié)果控制外部電源的供應(yīng)，從而防止因?yàn)殡姵貑卧呐蛎洭F(xiàn)象可產(chǎn)生的事故如著火和爆炸以及電池單元和電池組的結(jié)構(gòu)變形。

背景技術(shù)：

電池具有如下特征：根據(jù)產(chǎn)品群容易應(yīng)用、優(yōu)良的保存性、高的能量密度等。此外，電池作為用于改進(jìn)環(huán)境友好特征和能量效率的能源而引起關(guān)注，因?yàn)槠洳粫?huì)因?yàn)槟芰康氖褂枚a(chǎn)生副產(chǎn)物，而且其具有可以減少化石燃料的使用的主要優(yōu)點(diǎn)。

因此電池普遍應(yīng)用于便攜式設(shè)備、電動(dòng)車輛(ev)和儲(chǔ)能系統(tǒng)(ess)，并且用作各種工業(yè)中的基礎(chǔ)并且同時(shí)為日常生活提供便利。

然而，電池可能因?yàn)槭褂铆h(huán)境而被異常地驅(qū)動(dòng)，并且電池的該異常驅(qū)動(dòng)造成各種事故，因此需要借助于小心監(jiān)測(cè)和適當(dāng)控制來穩(wěn)定地保護(hù)電池。

例如，當(dāng)將電池置于異常環(huán)境如過度充電、短路和反向接觸中，或者電池的壽命耗盡時(shí)，電池內(nèi)因?yàn)殡娀瘜W(xué)作用而產(chǎn)生氣體，并且過量的氣體產(chǎn)生引起電池的膨脹現(xiàn)象。

電池的膨脹現(xiàn)象可能導(dǎo)致事故如著火和爆炸，以及縮短電池壽命和減少電池容量，因此需要考慮安全性。

因此，相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)提供了各種技術(shù)來感測(cè)電池的膨脹現(xiàn)象，例如，韓國(guó)專利申請(qǐng)公開第10-2009-0131573號(hào)公開了一種用于在電池過度充電期間切斷電源的裝置，其中當(dāng)電池中產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象時(shí)，電極組件與電極引線之間的連接斷開，使得單電池之間的電源連接單元斷開，從而防止過度充電。

然而，在相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)中，只有當(dāng)一些元件由于電池膨脹現(xiàn)象而損壞時(shí)才會(huì)防止過度充電，因此不能容易地借助于再生進(jìn)行電池的再使用，并且損壞期間可產(chǎn)生的火花會(huì)充當(dāng)著火源，使得火花可能是另一個(gè)著火原因。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[技術(shù)問題]

本發(fā)明旨在解決上述問題，并且本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法，其中分別在一個(gè)或多個(gè)電池單元之間所形成的具有預(yù)定間隔的空間中設(shè)置壓力測(cè)量傳感器，并且測(cè)量根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)電池單元各自的體積變化施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力從而基于測(cè)量結(jié)果控制外部電源的供應(yīng)，從而防止由電池單元的膨脹現(xiàn)象可產(chǎn)生的事故如著火和爆炸以及電池單元和電池組的結(jié)構(gòu)變形。

此外，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法在電池單元異常膨脹時(shí)阻斷電源的供應(yīng)并且同時(shí)控制外圍設(shè)備如風(fēng)扇和冷卻閥從而將其操作成關(guān)閉(off)，從而防止因?yàn)橥鈬O(shè)備的不必要的驅(qū)動(dòng)而致電力消耗。

[技術(shù)方案]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)包含：嵌入電池組中的一個(gè)或多個(gè)電池單元；感測(cè)單元，其包含壓力測(cè)量傳感器并且根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)電池單元各自的體積變化測(cè)量施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力；開關(guān)單元，其設(shè)置在電池組與外部電源之間的連接路徑中；以及控制單元，其基于感測(cè)單元的測(cè)量結(jié)果控制開關(guān)單元的開路(opening)/閉路(closing)操作。

所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包含輸出單元，其輸出所述一個(gè)或多個(gè)電池單元的狀態(tài)和開關(guān)單元的開路/閉路操作。

所述一個(gè)或多個(gè)電池單元可以形成具有預(yù)定間隔的空間并且可以被嵌入電池組中。

所述壓力測(cè)量傳感器可以設(shè)置在電池組的內(nèi)壁與鄰接于電池組的內(nèi)壁的電池單元之間、和設(shè)置在各個(gè)所述空間處。

所述感測(cè)單元可以將施加至各個(gè)壓力測(cè)量傳感器的壓力轉(zhuǎn)換為電壓值或電流值，并且向控制單元提供轉(zhuǎn)換的電壓值或電流值。

所述控制單元可以比較從感測(cè)單元接收的電壓值或電流值與預(yù)定閾值，并且在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)，所述控制單元可以向開關(guān)單元提供開路操作信號(hào)。

在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)，所述控制單元可以向單獨(dú)的外圍設(shè)備提供關(guān)閉操作信號(hào)，并且所述單獨(dú)的外圍設(shè)備可以是空氣冷卻型風(fēng)扇和水冷卻型冷卻閥中的一者。

在電壓值或電流值不超過預(yù)定閾值時(shí)，所述控制單元可以向開關(guān)單元提供閉路操作信號(hào)。

在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)，所述輸出單元可以以圖像和聲音的形式輸出報(bào)警信號(hào)。

所述開關(guān)單元可以由場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器中的一者或多者形成。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的方法包括：根據(jù)嵌入電池組中的一個(gè)或多個(gè)電池單元各自的體積變化測(cè)量施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力；以及基于所述測(cè)量施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力中的測(cè)量結(jié)果控制設(shè)置在電池組與外部電源之間的連接路徑中的開關(guān)的開路/閉路操作。

所述方法可以進(jìn)一步包括輸出所述一個(gè)或多個(gè)電池單元的狀態(tài)和所述開關(guān)的開路/閉路操作。

所述一個(gè)或多個(gè)電池單元可以形成具有預(yù)定間隔的空間并且可以被嵌入電池組中。

所述壓力測(cè)量傳感器可以設(shè)置在電池組的內(nèi)壁與鄰接于電池組的內(nèi)壁的電池單元之間，和設(shè)置在各個(gè)所述空間處。

所述測(cè)量施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力可以包括將施加至各壓力測(cè)量傳感器的壓力轉(zhuǎn)換為電壓值或電流值，以及控制開關(guān)的開路/閉路操作。

所述控制開關(guān)的開路/閉路操作可以包括比較從所述測(cè)量施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力接收的電壓值或電流值與預(yù)定閾值，以及控制開關(guān)以在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)將其操作成開路。

所述控制開關(guān)的開路/閉路操作可以包括控制單獨(dú)的外圍設(shè)備以在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)將其操作成關(guān)閉，并且所述單獨(dú)的外圍設(shè)備可以是空氣冷卻型風(fēng)扇和水冷卻型冷卻閥中的一者。

所述控制開關(guān)的開路/閉路操作可以包括控制開關(guān)以在電壓值或電流值不超過預(yù)定閾值時(shí)將其操作成閉路。

所述輸出所述一個(gè)或多個(gè)電池單元的狀態(tài)和所述開關(guān)單元的開路/閉路操作可以包括在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)以圖像和聲音的形式輸出報(bào)警信號(hào)。

所述開關(guān)可以由場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器中的一者或多者形成。

[有益效果]

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以提供感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法，在嵌入電池組中的電池單元中產(chǎn)生異常膨脹現(xiàn)象時(shí)，所述系統(tǒng)和方法快速地感測(cè)所述異常膨脹現(xiàn)象，并且控制電池組與外部電源之間的連接路徑中的開關(guān)的操作，使得對(duì)電池組的電源的供應(yīng)被阻斷。

因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以防止由電池單元的異常膨脹現(xiàn)象所致的電池壽命縮短和結(jié)構(gòu)變形，并且防止如著火和爆炸的事故。

此外，本發(fā)明阻斷了對(duì)電池組的電源供應(yīng)，并且同時(shí)控制了外圍設(shè)備以將其操作成關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)防止因?yàn)椴槐匾尿?qū)動(dòng)而致電力消耗的效果。

附圖說明

圖1是示意性地說明如下電動(dòng)車輛的圖，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法適用于所述電動(dòng)車輛。

圖2是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。

圖3是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)的電路圖的圖。

圖4是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明將參考附圖在下文中詳細(xì)描述。在本文中，將省去已公知的功能和構(gòu)造的重復(fù)描述和詳細(xì)描述，這些描述可能使本發(fā)明的主旨不必要地含糊。提供本發(fā)明的示例性實(shí)施方式以便更完整地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員說明本發(fā)明。因此，圖中要素的形狀、尺寸等可能為了更清晰地說明而被放大。

在整個(gè)說明書中，除非明確地相反描述，否則詞語“包括/包含”還意欲包含其它組成要素，并不排除其它組成要素。

此外，說明書中所述的術(shù)語“…單元”意指用于執(zhí)行至少一個(gè)功能和操作的單元，且可以由硬件部件或軟件部件及其組合實(shí)施。

圖1是示意性地說明如下電動(dòng)車輛的圖，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法適用于所述電動(dòng)車輛。

然而，應(yīng)注意，除電動(dòng)車輛1以外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法適用于應(yīng)用電池的各種技術(shù)領(lǐng)域。

參考圖1，電動(dòng)車輛1可以包含電池10、電池管理系統(tǒng)(bms)20、電子控制單元(ecu)30、逆變器40以及發(fā)動(dòng)機(jī)50。

電池10是向發(fā)動(dòng)機(jī)50提供驅(qū)動(dòng)力并且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛1的電能源，并且可以通過逆變器40根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)50和/或內(nèi)燃機(jī)(未示出)的驅(qū)動(dòng)充電或放電。

bms20可以估計(jì)電池10的狀態(tài)，通過使用關(guān)于狀態(tài)的信息控制電池10的充電/放電電流，并且還控制接觸器的開路/閉路操作。

ecu30是控制電動(dòng)車輛1的狀態(tài)的電子控制設(shè)備。例如，ecu30基于關(guān)于加速器、制動(dòng)器、速度等的信息確定轉(zhuǎn)矩水平，并且控制發(fā)動(dòng)機(jī)50的輸出來對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)矩信息。

逆變器40基于ecu30的控制信號(hào)使電池10充電或放電。

發(fā)動(dòng)機(jī)50基于電池10的電能和從ecu30傳輸?shù)目刂菩畔Ⅱ?qū)動(dòng)電動(dòng)車輛1。

如上所述，在電動(dòng)車輛1中，電池10是提供動(dòng)量的核心要素，并且在電池10呈異常狀態(tài)時(shí)，可能發(fā)生電動(dòng)車輛1的故障和各種事故。

例如，在將電池10置于如過度充電、短路和反向接觸的環(huán)境中或電池的壽命耗盡時(shí)，因?yàn)殡姵?0內(nèi)部的電和化學(xué)作用產(chǎn)生氣體，從而增加了電池10的內(nèi)壓力，使得電池10可能膨脹而引起爆炸或著火。

因此，適當(dāng)保護(hù)電池關(guān)系到應(yīng)用了電池的機(jī)器裝置和設(shè)備的穩(wěn)定操作，并且下文將參考圖2至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)和方法。

圖2是示意性地說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)的構(gòu)造的圖，并且圖3是示意性地說明用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)的電路圖的圖。

參考圖2和圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)100可以包含一個(gè)或多個(gè)電池單元110、感測(cè)單元120、控制單元130、開關(guān)單元140以及輸出單元150。

然而，圖2和圖3中所說明的用于感測(cè)電池單元膨脹的系統(tǒng)100是一個(gè)示例性實(shí)施方式，其組成要素不限于圖2和圖3中所說明的示例性實(shí)施方式，并且應(yīng)注意一些組成要素可以根據(jù)需要增加、改變或去除。

一個(gè)或多個(gè)電池單元110可以在電池單元之間形成空間并且可以嵌入電池組中。特別地，所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110串聯(lián)連接，并且在此情況下，所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110可以彼此隔開預(yù)定間隔而形成具有預(yù)定尺寸的空間。

所述空間的尺寸可以根據(jù)下述壓力測(cè)量傳感器121的厚度來確定，使得可以將壓力測(cè)量傳感器121插入在左側(cè)電池單元110與右側(cè)電池單元110之間，同時(shí)與左側(cè)電池單元110和右側(cè)電池單元110接觸。

此處，包括電池單元110和電池組的電池的種類不受特別限制，并且電池的實(shí)例可以包括鋰離子電池、鋰聚合物電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鎳鋅電池。

感測(cè)單元120可以被設(shè)置在電池組的內(nèi)部或一個(gè)外側(cè)來用于感測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110各自的體積變化。

特別地，感測(cè)單元120包含一個(gè)或多個(gè)壓力測(cè)量傳感器121，并且各壓力測(cè)量傳感器121可以插入在由所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110形成的空間中，同時(shí)一對(duì)一地對(duì)應(yīng)于所述空間。此外，壓力測(cè)量傳感器121還可以插入在由所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110中的最外面的電池單元與電池組的內(nèi)壁形成的空間中。

也就是說，所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110各自的一個(gè)表面與壓力測(cè)量傳感器121的一個(gè)表面可以彼此緊密接觸而緊密地填充電池組的內(nèi)部空間，使得在所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110的每個(gè)中產(chǎn)生體積變化時(shí)，可以對(duì)緊密接觸的壓力測(cè)量傳感器121施加壓力。

如上所述，將壓力測(cè)量傳感器121插入在由所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110形成的空間中，并且使電池單元110與壓力測(cè)量傳感器121緊密接觸，使得可以根據(jù)電池單元110的體積變化靈敏地感測(cè)壓力并且改進(jìn)電池組內(nèi)部的空間利用。

所述一個(gè)或多個(gè)壓力測(cè)量傳感器121各自可以根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)電池單元110各自的體積變化測(cè)量所施加的壓力，并且在此情況下，所述壓力測(cè)量傳感器121可以測(cè)量從緊密接觸的左側(cè)電池單元110和右側(cè)電池單元110施加的所有壓力，或測(cè)量從左側(cè)電池單元110和右側(cè)電池單元110施加的壓力之間相對(duì)較高的所施加壓力，并且向感測(cè)單元120提供所測(cè)量的壓力。

感測(cè)單元120可以將所測(cè)量的壓力轉(zhuǎn)換為電學(xué)值如電壓值或電流值，并且向下述控制單元130提供所轉(zhuǎn)換的電學(xué)值。

控制單元130可以用于基于從感測(cè)單元120提供的電壓值或電流值控制下述開關(guān)單元140的開路/閉路操作，并且可以作為bms本身實(shí)施或可以被包含在bms中。

可以在控制單元130中設(shè)置用于通過與電壓值或電流值比較來確定電池單元110的膨脹的閾值。

特別地，控制單元130比較電壓值或電流值與預(yù)定閾值，并且在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)，控制單元130可以向開關(guān)單元140提供開路操作信號(hào)，并且同時(shí)向與驅(qū)動(dòng)電池有關(guān)的外圍設(shè)備(未示出)、電路部件等提供關(guān)閉操作信號(hào)來防止因?yàn)橥鈬O(shè)備和電路部件的不必要的驅(qū)動(dòng)而致電力消耗。

在本文中，外圍設(shè)備可以包括空氣冷卻型風(fēng)扇、水冷卻型冷卻閥等。

此外，在電壓值或電流值不超過預(yù)定閾值時(shí)，控制單元130可以向開關(guān)單元140提供閉路操作信號(hào)。

一個(gè)或多個(gè)開關(guān)單元140可以被設(shè)置在電池組與外部電源之間的連接路徑中，并且可以根據(jù)從控制單元130接收的操作信號(hào)將電池組與外部電源之間的連接路徑開路或閉路。

也就是說，在從控制單元130提供開路操作信號(hào)時(shí)，開關(guān)單元140可以被操作成開路以阻斷從外部電源供應(yīng)到電池組的電流的路徑，并且與此相對(duì)，在從控制單元130提供閉路操作信號(hào)時(shí)，開關(guān)單元140可以保持閉路操作。

開關(guān)單元140可以由場(chǎng)效應(yīng)晶體管和繼電器之間的一者或多者形成，但應(yīng)注意，形成開關(guān)單元140的接觸器的種類不受限制并且可以進(jìn)行各種選擇。

輸出單元150可以用于輸出關(guān)于狀態(tài)的信息，如電池單元110的體積變化、根據(jù)開關(guān)單元140的開路/閉路操作的充電/放電狀態(tài)等。

例如，輸出單元150可以用終端設(shè)備(如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(pda)和便攜式多媒體播放器(pmp))來實(shí)施，并且可以用能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入/輸出的各種類型的設(shè)備來實(shí)施。

來自輸出單元150的信息輸出可以以圖像形式顯示或可以以聲音形式提供。特別地，在通過控制單元130進(jìn)行電壓值或電流值與閾值之間的比較，結(jié)果電壓值或電流值超過閾值時(shí)，輸出單元150可以以圖像和聲音的形式輸出報(bào)警信號(hào)。

圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的方法的流程圖。

在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的感測(cè)電池單元膨脹的方法開始時(shí)，首先測(cè)量根據(jù)電池單元的體積變化施加至壓力測(cè)量傳感器的壓力(s410)，將用感測(cè)單元測(cè)量的壓力轉(zhuǎn)換為電學(xué)值如電壓值或電流值，并且向控制單元提供轉(zhuǎn)換的電學(xué)值(s420)?？刂茊卧容^電壓值或電流值與預(yù)定閾值(s430)，并且在電壓值或電流值超過預(yù)定閾值時(shí)，控制單元向與驅(qū)動(dòng)電池有關(guān)的外圍設(shè)備提供關(guān)閉操作信號(hào)(s440-1)并且向開關(guān)單元提供開路操作信號(hào)(s440-2)。因此，外圍設(shè)備被操作成關(guān)閉，并且開關(guān)單元被操作成開路以阻斷電池組與外部電源之間的連接路徑(s450-1)。

在電壓值或電流值不超過預(yù)定閾值時(shí)，控制單元向開關(guān)單元提供閉路操作信號(hào)(s440-3)，使得開關(guān)單元保持閉路操作(s450-2)。

然后，輸出單元以圖像和聲音的形式輸出關(guān)于狀態(tài)的信息，如電池單元的體積變化、根據(jù)開關(guān)單元的開路/閉路操作的電池組的充電/放電狀態(tài)等(s460)。

在上文中，已經(jīng)說明并且描述本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見，本發(fā)明的技術(shù)主旨不受附圖和所述內(nèi)容限制，并且可以在不背離本發(fā)明的精神的情況下以各種形式修改，并且在不背離本發(fā)明的主旨的情況下所述修改被認(rèn)為屬于本發(fā)明的權(quán)利要求書。