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TW201349627A - 電池監控及保護裝置及其系統與方法 - Google Patents

電池監控及保護裝置及其系統與方法 Download PDF

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TW201349627A
TW201349627A TW101119528A TW101119528A TW201349627A TW 201349627 A TW201349627 A TW 201349627A TW 101119528 A TW101119528 A TW 101119528A TW 101119528 A TW101119528 A TW 101119528A TW 201349627 A TW201349627 A TW 201349627A
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sensing
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battery
sensing unit
unit
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English (en)
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Shy-Jing Hsu
Chien-Chih Liao
Chi-Sheng Chuang
Yu-Ting Tai
Kuan-Ching Liang
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Emerald Battery Technologies Co Ltd
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Abstract

一種電池監控及保護裝置，與一電池模組配合使用，電池監控及保護裝置包含一感測模組及一電連接電池模組及感測模組的控制模組。感測模組包括一感測電池模組的傾角及加速度變化的加速度感測單元、一感測電池模組的溫度與濕度變化的溫濕度感測單元，及一感測電池模組的氣體變化的氣體感測單元其中至少一，控制模組根據其中至少一感測單元的感測結果控制電池模組供電與否，以達到感測電池模組的溫溼度、電壓、電流、電池容量計算、短路偵測、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀態，並於發生異常時，即時切斷電池模組的電力輸出之功效。

Description

電池監控及保護裝置及其系統與方法
本發明是有關於一種監控裝置，特別是指一種電池監控及保護裝置。
隨著科技產業快速發展，各項領域紛紛與電子科技技術進行應用整合，以進一步提升競爭的價值及優勢。
以車用電子技術來說，車用電池是主要支援發光二極體(LED)、多媒體影音、全球定位系統(GPS)等相關周邊設備的電力來源，然而，現今車輛中的電池管理系統僅能感測電池的充放電狀態(例如：過充或過放)，對於車輛發生強烈撞擊、翻倒、落下、燃燒等意外，或是電池之電解槽出現漏液等情況時，並不能進行適當地監控與保護，使得當該些特殊情況發生時，電池會持續供電給車輛中的主系統電路，導致發生短路、火光甚至爆炸的危險。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以感測電池的溫溼度、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀態的電池監控及保護裝置。
於是，本發明電池監控及保護裝置，與一電池模組配合使用，該電池監控及保護裝置包含一感測模組，及一電連接電池模組及感測模組的控制模組。感測模組包括一用以感測電池模組的傾角及加速度變化的加速度感測單元、一用以感測電池模組的溫度與濕度變化的溫濕度感測單 元，及一用以感測電池模組的氣體變化的氣體感測單元其中至少一，控制模組根據加速度感測單元、溫濕度感測單元及氣體感測單元其中至少一的感測結果控制電池模組供電與否。如此一來，本電池監控及保護裝置可感測電池模組的溫溼度、電壓、電流、電池容量計算、短路偵測、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等各種狀態，且於發生異常情況時，即時切斷電池模組的電力輸出，使得本電池監控及保護裝置更趨向於安全、穩定、可靠。
較佳地的方式是感測模組包括加速度感測單元、溫濕度感測單元及氣體感測單元三個感測單元，以有更多方面的感測內容，而控制模組是根據加速度感測單元、溫濕度感測單元及氣體感測單元的其中至少一感測結果控制電池模組供電與否。
此外，電池監控及保護裝置還包含一電連接控制模組的警示模組，該警示模組可為蜂鳴器、車輛中的顯示或燈光設備，或是警示訊號收發器等，當控制模組控制電池模組停止供電時，會同步控制警示模組發出警示，以告知相關人員。
再者，電池監控及保護裝置還包含一電連接控制模組的儲存模組，當控制模組控制電池模組停止供電前，會先將感測模組的感測結果儲存於儲存模組中，以便於事後的分析與維修。
本發明之另一目的，即在提供一種可以感測電池的溫溼度、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀 態的電池監控及保護系統。
本發明電池監控及保護系統，包含一電池模組及上述的電池監控及保護裝置。
較佳地，電池模組包括一電池單元及一電連接電池單元的切換單元，控制模組電連接切換單元，且根據加速度感測單元、溫濕度感測單元及氣體感測單元其中至少一的感測結果控制切換單元於一使電池單元放電的導通狀態，及一使電池單元無法放電的非導通狀態之間切換，進而控制電池模組供電與否。
本發明之另一目的，即在提供一種可以根據電池的溫溼度、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀態即時切斷電源的電池監控及保護方法。
本發明電池監控及保護方法，應用於一電池監控及保護裝置，電池監控及保護裝置與一電池模組配合使用，電池監控及保護方法包含以下步驟：(A)感測電池模組的傾角、加速度、溫溼度及氣體其中至少一的變化；(B)判斷步驟(A)中是否其中一感測結果達一保護條件，若是，則執行步驟(C)；及(C)停止電池模組供電。
本發明之功效在於，可以藉由感測電池模組的溫溼度、電壓、電流、電池容量計算、短路偵測、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀態，即時切斷電池模組的電力輸出，以維持電池監控及保護系統的安全。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1，為本發明電池監控及保護系統100之較佳實施例，本電池監控及保護系統100是應用於一車輛中，其中包含一電池模組10及一電池監控及保護裝置20，電池監控及保護裝置20用以監控電池模組10的傾斜角度、有無發生浸水、漏液等現象，進而控制電池模組10的供電與否，以維持車輛的安全。
電池模組10包括一用以儲存電能的電池單元11，該電池單元11可為車輛的一電池箱或任何儲存元件，用以儲存電能或釋放電能至車輛的一主系統電路200，例如：引擎、音響等。電池模組10還包括一電連接電池單元11及主系統電路200之間的切換單元12，該切換單元12受控於電池監控及保護裝置20而在一使電池單元11與主系統電路200電連接的導通狀態，以及一使電池單元11與主系統電路200不電連接(即斷路)的非導通狀態之間切換。
電池監控及保護裝置20包含一控制模組21及一電連接於控制模組21的感測模組22，在本實施例中，感測模組22包括一加速度感測單元221、一溫濕度感測單元222、一氣體感測單元223及一電力感測單元224。
控制模組21為一微控制器(MCU)，其電連接於電池模組10的切換單元12，用以根據感測模組22的感測結果， 控制切換單元12在導通狀態及非導通狀態之間切換。
加速度感測單元221為一陀螺儀感測晶片(Chip)，其可以感測靜態重力加速度、透過三軸(X、Y、Z軸)變化檢測有無運動發生、可感測任意方向的振動以進行敲擊檢測、可感測車輛是否正在掉落以進行自由落體檢測等，本實施例之加速度感測單元221可選擇的感測範圍達±16G，且電連接於控制模組21，用以感測電池模組10的傾角(相對於X、Y、Z軸)變化並對應產生一傾斜角度與撞擊力道變化並對應產生一加速度訊號，使得控制模組21根據該傾斜角度或該加速度訊號切換切換單元12的狀態，進而控制電池模組11供電與否。舉例來說，若加速度感測單元221感測到電池模組10處於傾斜狀態(例如：傾斜角度大於45度以上)，或者處於傾倒狀態(例如：車輛翻滾)，亦或者車輛已掉落山谷、落海等落下狀態或遭受撞擊時，控制模組21會將切換單元12切換至非導通狀態，以切斷電池單元11的電力輸出，以保護主系統電路200的安全。
溫濕度感測單元222電連接於控制模組21，用以感測電池模組10的溫度與濕度變化並對應產生一溫溼度訊號，使得控制模組21根據該溫溼度訊號切換切換單元12的狀態，進而控制電池模組11供電與否。換句話說，溫濕度感測單元222可以感測電池模組10中是否有浸水、或是所擺放的位置是否過於潮濕等情況，以避免電池單元11的接點或金屬接點(圖未示)長期處於潮濕環境而導致發生金屬氧化生鏽腐蝕或漏電。若控制模組21判斷電池模組10的溫度 或濕度出現異常，例如：濕度達90%或溫度達85℃，則將切換單元12切換至非導通狀態，以切斷電池單元11的電力輸出，以維持電池單元11的使用壽命。
氣體感測單元223電連接於控制模組21，用以感測電池單元11的氣體變化並對應產生一氣味訊號，使得控制模組21根據該氣味訊號切換切換單元12的狀態，進而控制電池模組11供電與否。在本實施例中，氣體感測單元223感測電池模組10的氣體變化主要是偵測電池單元11本體是否有產生漏液，或是電池單元11內部是否有燒毀/燃燒產生焦臭味等，在本實施例中，在電解液漏出前，電池單元11中的氣體會為LiPF(六氟磷酸鋰)，而在電解液漏出後，電池單元11中的氣體會為HF(氫氟酸)及POF3(三氟一氧化磷)。因此，當控制模組21判斷電池模組10的氣體出現異常時，則將切換單元12切換至非導通狀態，以切斷電池單元11的電力輸出。
電力感測單元224電連接於控制模組21，用以感測電池模組10的電壓或電流變化並對應產生一電力訊號，使得控制模組21根據該電力訊號切換切換單元12的狀態，進而控制電池模組11供電與否，以對電池模組10做電壓過低、電壓過高、電流過載、短路偵測等保護。若在電池模組10儲能或釋能的過程中發生電流過大或過充等情況，電力感測單元224會感測出電池模組10的電流異常，進而使控制模組21將切換單元12切換至非導通狀態，以切斷電池單元11的電力輸出。
因此，透過感測模組22感測電池模組10的溫溼度、電流充放電狀態，或是感測是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等狀態，並於發生異常情況時，即時切斷電池模組10的電力輸出，使其對外絕緣隔離避免發生短路產生火花發生危險。特別說明的是，本實施例的感測模組22是包括加速度感測單元221、溫濕度感測單元222及氣體感測單元223，以有更多方面的感測內容，當然，感測模組22也可以只包括加速度感測單元221、溫濕度感測單元222及氣體感測單元223其中至少一，同樣能達到本案維持車輛安全的功效，故並不以本實施例為限。
此外，本電池監控及保護裝置20還可包括一電連接於控制模組21的儲存模組23，該儲存模組23可為一記憶體，當控制模組21判斷發生異常情況時，可先將感測模組22的感測結果儲存於儲存模組23中，以便於事後的分析及維修。再者，本電池監控及保護裝置20也可包括一電連接於控制模組21的警示模組24，當異常情況發生時，控制模組21可同步控制警示模組24發出警示訊號，本實施例之警示模組24可為蜂鳴器、車輛中的顯示或燈光設備等，所對應之警示訊號可為聲音訊號、光訊號等，警示模組24還可以為一警示訊號收發器，用以傳送警示訊號至一中繼站或中央控制系統(圖未示)，以告知相關人員。
配合參閱圖2，以下將詳細說明本電池監控及保護裝置20的控制流程。
步驟S10，加速度感測單元221感測電池模組10的傾 角及加速度變化，並將感測結果傳送至控制模組21。
步驟S20，溫濕度感測單元222感測電池模組10的溫度與濕度變化，並將感測結果傳送至控制模組21。
步驟S30，氣體感測單元223感測電池模組10的氣體變化，並將感測結果傳送至控制模組21。
步驟S40，電力感測單元224感測電池模組10儲能或釋能時的電流變化，並將感測結果傳送至控制模組21。
特別說明的是，上述步驟S10至S40是分別由加速度感測單元221、溫濕度感測單元222、氣體感測單元223及電力感測單元224四個感測單元執行，因此，上述步驟S10至S40的執行順序可以任意對調或是同步執行。此外，上述已說明感測模組22可以只包括加速度感測單元221、溫濕度感測單元222及氣體感測單元223其中至少一，故步驟S10至S40可配合感測模組22中感測單元的數量作對應的增減。
步驟S50，控制模組21判斷加速度感測單元221、溫濕度感測單元222、氣體感測單元223及電力感測單元224其中之一的感測結果是否達一保護條件，若是，則執行步驟S60；若否，則重複執行步驟S10~S40。上述的保護條件是指該些感測單元的感測結果的安全臨界值，例如：若車輛已傾斜45度角以上，則控制模組21即判定車輛處於傾斜狀態，故加速度感測單元221的感測之傾角若超過45度(即保護條件)，則執行步驟S60，或是加速度感測單元221的感測之加速度若超過4G(即保護條件)，控制模組21即判 定車輛遭受撞擊，故同樣執行步驟S60。
步驟S60，控制模組21控制切換單元12切換至非導通狀態，以切斷電池單元11的電力輸出，並同時控制警示模組24發出警示。電池監控及保護裝置20若包括儲存模組23，則控制模組21會先各感測單元的感測結果儲存於儲存模組23中，才控制切換單元12切換至非導通狀態。
綜上所述，本電池監控及保護系統100藉由電池監控及保護裝置20中的感測模組22感測電池模組10的各種狀態，例如：溫溼度、電壓、電流、電池容量計算、短路偵測、是否處於強烈撞擊、傾斜、翻倒、落下、浸水等，並於發生異常情況時，即時切斷電池模組10的電力輸出，使得本電池監控及保護系統100更趨向於安全、穩定、可靠，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
S10~S60‧‧‧步驟
21‧‧‧控制模組
100‧‧‧電池監控及保護系統
22‧‧‧感測模組
221‧‧‧加速度感測單元
200‧‧‧主系統電路
222‧‧‧溫濕度感測單元
10‧‧‧電池模組
223‧‧‧氣體感測單元
11‧‧‧電池單元
224‧‧‧電流感測單元
12‧‧‧切換單元
23‧‧‧儲存模組
20‧‧‧電池監控及保護裝置
24‧‧‧警示模組
圖1是說明本發明電池監控及保護系統的電路方塊圖；及圖2是說明本發明電池監控及保護方法的流程圖。
100‧‧‧電池監控及保護系統
21‧‧‧控制模組
22‧‧‧感測模組
200‧‧‧主系統電路
221‧‧‧加速度感測單元
10‧‧‧電池模組
222‧‧‧溫濕度感測單元
11‧‧‧電池單元
223‧‧‧氣體感測單元
12‧‧‧切換單元
224‧‧‧電流感測單元
20‧‧‧電池監控及保護裝置
23‧‧‧儲存模組
24‧‧‧警示模組

Claims (9)

  1. 一種電池監控及保護裝置，係與一電池模組配合使用，該電池監控及保護裝置包含：一感測模組，包括一用以感測該電池模組的傾角及加速度變化的加速度感測單元、一用以感測該電池模組的溫度與濕度變化的溫濕度感測單元，及一用以感測該電池模組的氣體變化的氣體感測單元其中至少一；及一控制模組，電連接該電池模組及該感測模組，該控制模組根據該加速度感測單元、該溫濕度感測單元及該氣體感測單元其中至少一的感測結果控制該電池模組供電與否。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之電池監控及保護裝置，其中，感測模組包括該加速度感測單元、該溫濕度感測單元及該氣體感測單元，且該控制模組係根據該加速度感測單元、該溫濕度感測單元及該氣體感測單元其中至少一的感測結果控制該電池模組供電與否。
  3. 依據申請專利範圍第1或2項所述之電池監控及保護裝置，還包含一電連接該控制模組的警示模組，該控制模組控制該電池模組停止供電時，控制該警示模組發出警示。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之電池監控及保護裝置，還包含一電連接該控制模組的儲存模組，該控制模組控制該電池模組停止供電前，將該感測模組的感測結果儲存於該儲存模組中。
  5. 依據申請專利範圍第4項所述之電池監控及保護裝置，其中，該感測模組還包含一用以感測該電池模組儲能或釋能時的電流變化的電力感測單元，該控制模組係根據該加速度感測單元、該溫濕度感測單元、該氣體感測單元及該電力感測單元的感測結果控制該電池模組供電與否。
  6. 依據申請專利範圍第1項所述之電池監控及保護裝置，其中，該角度感測模組為一陀螺儀感測晶片。
  7. 一種電池監控及保護系統，包含：一電池模組；及一如申請專利範圍第1至6項任一項所述的電池監控及保護裝置。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之電池監控及保護系統，其中，該電池模組包括一電池單元及一電連接該電池單元的切換單元，該控制模組電連接該切換單元，且根據該加速度感測單元、該溫濕度感測單元及該氣體感測單元其中至少一的感測結果控制該切換單元於一使該電池單元放電的導通狀態，及一使該電池單元無法放電的非導通狀態之間切換，進而控制該電池模組供電與否。
  9. 一種電池監控及保護方法，應用於一電池監控及保護裝置，該電池監控及保護裝置與一電池模組配合使用，該電池監控及保護方法包含以下步驟：(A)感測該電池模組的傾角、加速度、溫溼度及氣體其中至少一的變化； (B)判斷該步驟(A)中是否其中一感測結果達一保護條件，若是，則執行步驟(C)；及(C)停止該電池模組供電。
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