電池監(jiān)控系統(tǒng)與其方法
【專利說(shuō)明】電池監(jiān)控系統(tǒng)與其方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種監(jiān)控技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種電池監(jiān)控系統(tǒng)與其方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池模塊（Battery module)內(nèi)，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)為通過(guò)多個(gè)電池 芯（Battery cell)組裝而成，并且電池模塊與電池芯之間以及電池芯彼此之間必須絕緣隔 離，以維持電池模塊的正常運(yùn)作。然而，若絕緣功能的結(jié)構(gòu)因老化、膨脹、受到碰撞而損壞， 使得電池模塊與電池芯、電池芯彼此之間、電池芯本身電極與殼體的電性接觸短路時(shí)，可能 造成電池模塊漏電、熱失控或電位差腐蝕（Galvanic correction)的危險(xiǎn)。
[0003] 近年來(lái)對(duì)于電池模塊的監(jiān)控技術(shù)大致上可分成下列三種：（1)對(duì)串聯(lián)的電池芯進(jìn) 行電壓監(jiān)控，當(dāng)電池模塊當(dāng)中的其中一串電池芯發(fā)生大幅電壓降時(shí)，再進(jìn)行保護(hù)及警示。 (2)利用溫度傳感器（Thermal sensor)對(duì)電池芯或電池模塊進(jìn)行溫度監(jiān)控，當(dāng)上述短路狀 況發(fā)生，造成電池芯溫度上升時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)到溫度異常，再進(jìn)行保護(hù)及警示。（3)利用 壓力傳感器對(duì)電池芯膨脹進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電池芯短路膨脹時(shí)，傳感器檢測(cè)到膨脹，再進(jìn)行保護(hù) 及警示。然而，以上三種監(jiān)控方式都不是在檢測(cè)到異常的當(dāng)下立即進(jìn)行保護(hù)及警示，而是通 過(guò)短路狀況發(fā)生后所造成的現(xiàn)象（例如電壓、溫度、壓力）來(lái)判斷短路狀況是否發(fā)生，因此 無(wú)法在電池模塊發(fā)生短路異常的第一時(shí)間直接進(jìn)行保護(hù)。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 為了即時(shí)檢測(cè)電池模塊內(nèi)部是否發(fā)生短路狀況，本揭示內(nèi)容的一態(tài)樣是提供一種 電池監(jiān)控系統(tǒng)，包含電池模塊與電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS)，其中電 池模塊包含一或多個(gè)電芯單元，獨(dú)立運(yùn)作或彼此電性連接，每一電芯單元均具有第一電極、 第二電極與殼體，電池管理系統(tǒng)電性耦接至電池模塊。電池管理系統(tǒng)用以判斷每一電芯單 元的任一電極與殼體之間的電位差是否均落于預(yù)設(shè)電壓范圍，或第二電極與殼體之間的電 位差是否均落于預(yù)設(shè)電壓范圍，當(dāng)一或多個(gè)電芯單元中有至少一者的第一電極與殼體之間 或第二電極與殼體之間的電位差未落于預(yù)設(shè)電壓范圍時(shí)，對(duì)電池模塊啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制。
[0005] 本揭示內(nèi)容的又一態(tài)樣為一種電池監(jiān)控方法，包含：監(jiān)測(cè)電池模塊中獨(dú)立運(yùn)作或 電性連接的一或多個(gè)電芯單元，其中每一電芯單元均具有第一電極、第二電極與殼體，進(jìn)而 判斷每一電芯單元的第一電極與殼體之間或第二電極與殼體之間的電位差是否均落于預(yù) 設(shè)電壓范圍；當(dāng)一或多個(gè)電芯單元中有至少一者的第一電極與殼體之間或第二電極與殼體 之間的電位差未落于預(yù)設(shè)電壓范圍時(shí)，對(duì)電池模塊啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制。
[0006] 綜上所述，本揭示內(nèi)容是以通過(guò)監(jiān)測(cè)電池模塊內(nèi)部每一個(gè)電芯單元的正電極與殼 體之間的電位差或者負(fù)電極與殼體之間的電位差，若電芯單元發(fā)生短路異常時(shí)受監(jiān)測(cè)的電 位差超出預(yù)設(shè)范圍之外，則立即對(duì)電池模塊啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，例如停止電力輸出。因此，本發(fā) 明可即時(shí)檢測(cè)短路情形，以減少因短路情形造成的損害，并且得知發(fā)生短路異常的電芯單 元位置，進(jìn)一步改善后續(xù)短路異常情形的排除流程。
[0007] 以下將以實(shí)施方式對(duì)上述的說(shuō)明作詳細(xì)的描述，并對(duì)本揭示內(nèi)容的技術(shù)方案提供 更進(jìn)一步的解釋。 【【附圖說(shuō)明】】
[0008] 為讓本揭示內(nèi)容的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附圖示 的說(shuō)明如下： 圖1是說(shuō)明本揭示內(nèi)容一實(shí)施例的電池監(jiān)控系統(tǒng)示意圖； 圖2是說(shuō)明本揭示內(nèi)容一實(shí)施例的電池監(jiān)控系統(tǒng)示意圖； 圖3是說(shuō)明本揭示內(nèi)容一實(shí)施例的電池監(jiān)控系統(tǒng)的電芯單元示意圖； 圖4是說(shuō)明電芯單元的正電極與負(fù)電極電位差與金屬殼體電位差的示意圖； 圖5是說(shuō)明電芯單元的正電極電位、負(fù)電極電位與金屬殼體電位與預(yù)設(shè)電壓范圍示意 圖； 圖6是說(shuō)明電芯單元的電位檢測(cè)位置示意圖；以及 圖7是說(shuō)明本揭示內(nèi)容另一實(shí)施例的電池監(jiān)控方法流程圖。 【符號(hào)說(shuō)明】
[0009] 為讓本揭示內(nèi)容的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，所附符號(hào) 的說(shuō)明如下： 100 :電池監(jiān)控系統(tǒng) 110 :電池模塊 112 :電芯單元 120 :電池管理系統(tǒng) 200 :電池監(jiān)控系統(tǒng) 222 :檢測(cè)裝置 224 :處理裝置 310 :正電極 320 :負(fù)電極 330 :金屬殼體 410、420、430 :電芯單元 Va :正電極與金屬殼體之間的電位差 Vb :負(fù)電極與金屬殼體之間的電位差 610、620、630、640、650、660 :電芯單元 670 :導(dǎo)線 Vpcisltlre :正電極電位 Vnegative· 負(fù)電極電位 Vshell. 金屬殼體電位 700 :電池監(jiān)控方法 S702~S706 :步驟 【【具體實(shí)施方式】】
[0010] 為了使本揭示內(nèi)容的敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述的各種實(shí)施 例。但所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍；步驟的描述亦非用以限制其執(zhí) 行的順序，任何由重新組合，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。
[0011] 于實(shí)施方式與申請(qǐng)專利范圍中，除非內(nèi)文中對(duì)于冠詞有所特別限定，否則「一」與 「該」可泛指單一個(gè)或多個(gè)。
[0012] 另外，關(guān)于本文中所使用的「耦接」及「連接」，均可指二或多個(gè)元件相互直接作實(shí) 體接觸或電性接觸，或是相互間接作實(shí)體接觸或電性接觸，而「耦接」還可指二或多個(gè)元件 相互操作或動(dòng)作。
[0013] 如圖1所繪示，其為本揭示內(nèi)容一實(shí)施例的電池監(jiān)控系統(tǒng)100示意圖。電池監(jiān)控系 統(tǒng)100包含電池模塊110與電池管理系統(tǒng)120 (Battery Management System，BMS)，其中電 池模塊110包含一或多個(gè)電芯單元112,獨(dú)立運(yùn)作或彼此電性連接，每一電芯單元112均具 有第一電極、第二電極與殼體，電池管理系統(tǒng)120電性耦接至該電池模塊110。實(shí)作上，電芯 單元112經(jīng)串聯(lián)（Series connection)、并聯(lián)（Parallel connection)或串聯(lián)并聯(lián)組合連接 以達(dá)到系統(tǒng)規(guī)格需求。電芯單元112可以是圓柱型（Cylinder type)、方罐型（Prismatic type)、軟包型（Pouch type)或其他合適型態(tài)的二次電池，上述二次電池可以是鋰猛電池、 鋰鈷電池、鋰三元電池、鎳鉻電池、高分子聚合物電池或其他可進(jìn)行重復(fù)充放電的電池。
[0014] 電池管理系統(tǒng)120用以判斷每一電芯單元112的任一電極與殼體之間的電位差是 否均落于預(yù)設(shè)電壓范圍，當(dāng)一或多個(gè)電芯單元112中有至少一者的第一電極與殼體之間或 第二電極與殼體之間的電位差落于預(yù)設(shè)電壓范圍時(shí)，表示電池模塊110中的電芯單元112 均正常運(yùn)作，電池管理系統(tǒng)120持續(xù)監(jiān)控電芯單元以即時(shí)掌握電芯單元112是否維持正常 運(yùn)作。反之，當(dāng)一或多個(gè)電芯單元112中有至少一者的第一電極與殼體之間或第二電極與 殼體之間的電位差未落于預(yù)設(shè)電壓范圍時(shí)，電池管理系統(tǒng)120對(duì)電池模塊110啟動(dòng)保護(hù)機(jī) 制。舉例而言，保護(hù)機(jī)制為電池管理系統(tǒng)120停止電池模塊110輸出電力，因此可以在當(dāng)電 芯單元112發(fā)生短路的時(shí)候停止損壞范圍擴(kuò)大，減少因短路情形進(jìn)一步造成電池模塊110 其他元件或是電池模塊110連接的系統(tǒng)（未繪示）發(fā)生損壞。
[0015] 為了進(jìn)一步描述電池管理系統(tǒng)120內(nèi)部組成，請(qǐng)參考圖2,圖2是說(shuō)明本揭示內(nèi)容 一實(shí)施例的電池監(jiān)控系統(tǒng)200示意圖。電池監(jiān)控系統(tǒng)200硬件架構(gòu)與電池監(jiān)控系統(tǒng)100大 致上相同，除了電池管理系統(tǒng)120包含檢測(cè)裝置222與處理裝置224,其中處理裝置224電 性耦接檢測(cè)裝置222。實(shí)作上，檢測(cè)裝置222可以是電池管理系統(tǒng)120的副板，處理裝置224 可以是電池管理系統(tǒng)120的主板。實(shí)作上，上述的監(jiān)測(cè)電芯單元的殼體的方式可通過(guò)裝設(shè) 電壓監(jiān)測(cè)線于每一個(gè)電芯單元的殼體以達(dá)成。上述的處理裝置224,其【具體實(shí)施方式】可為 軟件、硬件與/或固件。舉例來(lái)說(shuō)，若以執(zhí)行速度及精確性為首要考量，則處理裝置224基 本上可選用硬件與/或固件為主；若以設(shè)計(jì)彈性為首要考量，則處理裝置224基本上可選用 軟件為主；或者，處理裝置224可同時(shí)采用軟件、硬件及固件協(xié)同作業(yè)。應(yīng)了解到，以上所 舉的該多個(gè)例子并沒(méi)有所謂孰優(yōu)孰劣之分，亦并非用以限制本發(fā)明，熟習(xí)此項(xiàng)技藝者當(dāng)視 當(dāng)時(shí)需要，彈性選擇處理裝置224的【具體實(shí)施方式】。于一實(shí)施例中，處理裝