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CN215218649U - 电池安全检测装置、电池管理芯片及电池管理系统 - Google Patents

电池安全检测装置、电池管理芯片及电池管理系统 Download PDF

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CN215218649U
CN215218649U CN202190000021.7U CN202190000021U CN215218649U CN 215218649 U CN215218649 U CN 215218649U CN 202190000021 U CN202190000021 U CN 202190000021U CN 215218649 U CN215218649 U CN 215218649U
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capacitor
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Zhuhai Maiju Microelectronics Co Ltd
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Abstract

本公开提供了一种电池安全检测装置，所述电池安全检测装置用于测量电池安全，所述电池安全检测装置包括：电容感应装置；以及信号处理装置，所述信号处理装置与所述电容感应装置连接，从所述电容感应装置得到变化后的感应电容。本公开还提供了一种电池管理芯片及电池管理系统。

Description

电池安全检测装置、电池管理芯片及电池管理系统
技术领域
本公开涉及一种电池安全检测装置、电池管理芯片及电池管理系统。
背景技术
锂电池目前广泛地用于工业和生活中的各个方面，但是在锂电池的使用过程中存在一些问题，例如电池根据应用环境的不同，在锂电池包中可能会形成水汽，该水汽如果过多，可能会对锂电池造成损害，例如可能会导致锂电池短路等。另外，锂电池受到外力时将会发生形变，并且在电池老化后也会产生鼓包。当锂电池出现上述问题时，将会发生内部短路、起火爆炸等问题。因此锂电池的安全检测是必须的。
实用新型内容
为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种电池安全检测装置、电池管理芯片及电池管理系统。
根据本公开的一个方面，一种电池安全检测装置，所述电池安全检测装置用于测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量，所述电池安全检测装置包括：电容感应装置，所述电容感应装置包括一个或多个感应电容部，所述电容感应装置设置在所述电池的表面或附近，当发生所述形状变化和/或所述含水量的变化时，通过所述感应电容部所测量的感应电容发生变化；以及信号处理装置，所述信号处理装置与所述电容感应装置连接并且接收所述感应电容部测量的所述感应电容，从而根据所述感应电容来测量所述电池的所述形状变化和/ 或所述电池所处环境的所述含水量，所述电容感应装置包括第一电容感应装置和第二电容感应装置，所述第一电容感应装置设置在所述电池的表面或附近，所述第二电容感应装置设置在所述第一电容感应装置的附近。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置为电容极板，所述电容极板形成所述感应电容部。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置为所述电池包装用的导电体、半导体、和/或设置在所述电池的内表面、内表面附近、外表面或外表面附近的导电体、半导体和/或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置包括第一电容感应装置和第二电容感应装置，所述电池包括两个以上电池单元，并且所述两个以上电池单元中的相邻电池单元间隔预定空间排列，在所述相邻电池单元的一个电池单元设置所述第一电容感应装置，在所述相邻电池单元的另一电池单元设置所述第二电容感应装置。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置包括第一电容感应装置和第二电容感应装置，所述第一电容感应装置设置在所述电池的表面或附近，所述第二电容感应装置设置在所述第一电容感应装置的附近。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置包括一个或多个第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括一个或多个第二感应电容部，并且通过所述第一感应电容部和/或第二感应电容部来检测所述形状变化和/或所述含水量的变化所引起的感应电容的变化。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置为第一电容极板，所述第二电容感应装置为第二电容极板。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置包括两个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括两个以上第二感应电容部，所述两个以上第一感应电容部与所述两个以上第二感应电容部一一对应地设置。
根据至少一个实施方式，所述第一感应电容部和/或第二感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且所述两个以上第一感应电容部位于不同位置，所述两个以上第二感应电容部位于不同位置。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置包括一个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，并且所述第一感应电容部的数量与所述第二感应电容部的数量不同，以便两个以上第一感应电容部对应于一个第二感应电容部或者两个以上第二感应电容部对应于一个第一感应电容部。
根据至少一个实施方式，所述第一感应电容部和所述第二感应电容部为条状，第一感应电容部在第一方向中延伸，所述第二感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
根据至少一个实施方式，所述第一感应电容部和所述第二感应电容部的数量分别为两个以上，并且一个第一感应电容部分别与两个以上的第二感应电容部形成感应电容。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置还包括中间电容感应装置，所述中间电容感应装置设置在所述第一电容感应装置与所述第二电容感应装置之间，并且通过所述中间电容感应装置与所述第一电容感应装置生成的感应电容、和/或通过所述中间电容感应装置与所述第二电容感应装置生成的感应电容，来测量所述电池的所述形状变化和/或所述含水量。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置为第一电容极板，所述第二电容感应装置为第二电容极板，所述中间电容感应装置为导电体、半导体或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置包括两个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括两个以上第二感应电容部，所述中间电容感应装置包括两个以上中间感应电容部，所述两个以上第一感应电容部与所述两个以上中间感应电容部一一对应地设置，所述两个以上第二感应电容部与所述两个以上中间感应电容部一一对应地设置。
根据至少一个实施方式，所述第一感应电容部、第二感应电容部和/或中间感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且所述两个以上第一感应电容部位于不同位置，所述两个以上第二感应电容部位于不同位置，所述两个以上中间感应电容部位于不同位置。
根据至少一个实施方式，所述第一电容感应装置包括一个以上第一感应电容部，所述中间电容感应装置包括一个以上中间感应电容部，并且所述第一感应电容部的数量与所述中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第一感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第一感应电容部。
根据至少一个实施方式，所述第二电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，所述中间电容感应装置包括一个以上中间感应电容部，并且所述第二感应电容部的数量与所述中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第二感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第二感应电容部。
根据至少一个实施方式，所述第一感应电容部和所述中间感应电容部为条状，第一感应电容部在第一方向中延伸，所述中间感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
根据至少一个实施方式，所述第二感应电容部和所述中间感应电容部为条状，第二感应电容部在第一方向中延伸，所述中间感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
根据至少一个实施方式，所述中间电容感应装置设置有与所述第一电容感应装置对应的第一中间感应电容部和与所述第二电容感应装置对应的第二中间感应电容部，并且所述第一中间感应电容部和所述第二中间感应电容部之间设置有绝缘材料。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置包括电容设置部和两个以上感应电容部，所述两个以上感应电容部设置在所述电容设置部，并且通过两个以上感应电容部中的相邻感应电容部之间形成的感应电容来测量所述形状变化和/或所述含水量。
根据至少一个实施方式，通过测量所述一个或多个感应电容部相对于参考地所生成的感应电容来测量所述形状变化和/或所述含水量。
根据至少一个实施方式，所述电池容纳在电池容器中，所述电容感应装置设置在所述电池容器上、所述电池容器的内部或者外部。
根据至少一个实施方式，所述电容感应装置包括两个以上感应电容部，所述两个以上感应电容部间隔预定距离设置，所述信号处理装置通过检测每个感应电容部与所述参考地之间的感应电容，来测量所述形状变化和/或所述含水量。
根据至少一个实施方式，所述信号处理装置还通过检测所述两个以上感应电容部的每个感应电容部与相邻感应电容部之间的感应电容，来测量所述形状变化和/或所述含水量。
根据至少一个实施方式，所述两个以上感应电容部为条状并且沿第一方向设置。
根据至少一个实施方式，所述两个以上感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形和多边形，并且两个以上感应电容部位于不同位置。
根据本公开的另一方面，一种电池管理芯片，所述电池管理芯片集成有如上所述的电池安全检测装置。
根据至少一个实施方式，所述信号处理装置包括：采样单元，用于采集所述电容感应装置所生成的感应电容；模数转换单元，用于将采集的感应电容转换为数字信号；滤波单元，用于对所述数字信号进行滤波处理得到滤波后信号；计算单元，用于计算所述滤波后信号以得到所述感应电容的变化率或变化值；以及判断单元，基于所述感应电容的变化率或变化值来判断所述电池的故障。
根据至少一个实施方式，所述信号处理装置还包括复用单元，以便通过所述复用单元选择测量每个感应电容部的感应电容，并且将所述感应电容提供给所述采样单元。
根据至少一个实施方式，还包括施加单元，所述施加单元用于向所述电容感应装置提供激励信号。
根据本公开的再一方面，一种电池管理系统，包括如上所述的电池安全检测装置，通过所述电池安全检测装置来测量所述形状变化和/ 或所述含水量。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1示出了根据本公开一个实施方式的电池管理系统的示意图。
图2示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图3示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图4示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图5示出了根据本公开一个实施方式的电池安全监测装置的示意图。
图6示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图7示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图8示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图9示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图10示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图11示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图12示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图13示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图14示出了根据本公开一个实施方式的电池安全检测装置的示意图。
图15示出了根据本公开一个实施方式的电池管理芯片的示意图。
图16示出了根据本公开一个实施方式的信号处理装置的示意图。
图17示出了根据本公开一个实施方式的激励检测装置的示意图。
图18示出了根据本公开一个实施方式的激励检测装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧 (例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个 (种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的处理值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
根据本公开的一个实施方式，提供了一种电池安全检测装置。其中该电池安全检测装置可以测量电池所处环境的含水量，也可以来测量电池的形变。
图1示出了根据本公开的一个实施例的电池安全检测装置的示意图。
电池安全检测装置10用于测量电池100的形状变化和/或电池100所处环境的含水量。如图1所示，电池安全检测装置10可以包括：电容感应装置200、和信号处理装置300。
电池100可以为单个电池，也可以为容纳在电池包中的多个电池。
电容感应装置200可以设置在电池100的表面或附近，其中可以设置在电池100的内表面、内表面附近、外表面、外表面附近、或者与电池100的外表面间隔开预定距离设置。当电池100的形状发生变化或者含水量发生变化时，电容感应装置200所测量的感应电容发生变化。电容感应装置200可以包括一个或多个感应电容部，将结合具体实施例来描述感应电容部的设置方式。
信号处理装置可以与电容感应装置200进行电连接，并且可以接收来自电容感应装置200的感应电容，从而可以根据所接收的感应电容来测量电池100的形状变化或者含水量。
电容感应装置200可以为电容极板，通过该电容极板形成感应电容部。电容感应装置200为电池包装用的导电体、半导体和/或设置在电池100的内表面、内表面附近、外表面或外表面附近的导电体、半导体和/或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料，该绝缘材料可以用于防止短路等。
根据本公开的一个实施例，如图2所示，电容感应装置200可以包括第一电容感应装置210和第二电容感应装置220，电池100可以包括两个以上电池单元，并且两个以上电池单元中的相邻电池单元间隔预定空间排列，在相邻电池单元的一个电池单元设置第一电容感应装置210，在相邻电池单元的另一电池单元设置第二电容感应装置 220。
此外，电容感应装置200的第一电容感应装置210可以设置在电池100的表面或附近，并且第二电容感应装置220可以设置在第一电容感应装置210的附近，例如图2所示，第一电容感应装置210可以设置在电池100的表面或附近，而第二电容感应装置220可以设置在电池容器的壳体400上。
如图3所示，第一电容感应装置210可以包括一个或多个第一感应电容部211，第二电容感应装置220包括一个或多个第二感应电容部221，并且通过第一感应电容部211和/或第二感应电容部221来检测形状变化和/或含水量的变化所引起的感应电容的变化。其中，第一感应电容部211和第二感应电容部221的数量不做限定。
在该实施方式中，一个第一电容感应部211与一个第二电容感应部221可以构成一个电容感应单元，一个第一电容感应部211也可以与多个第二电容感应部221分别构成多个电容感应单元。
另外，第一电容感应装置210为第一电容极板，第二电容感应装置220为第二电容极板。例如，第一电容极板和第二电容极板仅包括一个，来获取两个电容极板之间的感应电容的变化。
此外，虽然在附图中示出了在两个电池的表面设置电容感应装置，但是相对应的第一电容感应装置和第二电容感应装置可以分别设置在相邻电池单元的间隔空间中。
如图4所示，第一电容感应装置210包括两个以上第一感应电容部211，第二电容感应装置220包括两个以上第二感应电容部221，两个以上第一感应电容部211与两个以上第二感应电容部222一一对应地设置。如图4所示，一一对应的第一感应电容部211和第二感应电容部222将会产生感应电容，第一感应电容部211与相邻的第二感应电容部222也会产生感应电容，此外相邻的第一感应电容部211之间也会产生感应电容。
第一感应电容部211和/或第二感应电容部221的形状可以选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且两个以上第一感应电容部可以位于不同位置，两个以上第二感应电容部可以位于不同位置。作为示例，第一感应电容部211和/或第二感应电容部221的形状可以为正方形、长方形、圆形、梯形、菱形、三角形、T形、叉指形、多边形等各种形状，在本公开中不做限定。此外，相对应的第一感应电容部211 和第二感应电容部221也可以分别为不同形状。在其他实施方式/实施例中，第一感应电容部211和/或第二感应电容部221的形状也可以为上述的形状或其他任意形状。
第一电容感应装置210可以包括一个以上第一感应电容部，第二电容感应装置220可以包括一个以上第二感应电容部，并且第一感应电容部211的数量与第二感应电容部221的数量不同，以便两个以上第一感应电容部211对应于一个第二感应电容部221或者两个以上第二感应电容部221对应于一个第一感应电容部212。
例如图5所示，例如一个第一感应电容部211可以对应于三个第二感应电容部221。
第一感应电容部211和第二感应电容部221可以为条状，第一感应电容部211在可以第一方向中延伸，第二感应电容部221可以在第二方向中延伸方向，第一方向与第二方向可以成预定角度。第一感应电容部211和第二感应电容部221的数量分别可以为两个以上，并且一个第一感应电容部211分别可以与两个以上的第二感应电容部221 形成感应电容。
如图6和图7所示，分别示出了四条第一感应电容部211和四条第二感应电容部221，第一感应电容部211和第二感应电容部221在相互垂直的第一方向和第二方向上延伸。需要注意的是，虽然在图6 和图7中示出了第一方向和第二方向之间的预定角度为90度，但是本公开并不限于该角度。
第一感应电容部211和第二感应电容部221的数量分别为两个以上，并且一个第一感应电容部211分别与两个以上的第二感应电容部 221形成感应电容。例如如图4所示，一个第一感应电容部211可以与多个第二感应电容部221形成感应电容，
根据本公开的进一步的实施例，如图8所示，第一电容感应装置 210包括两个以上第一感应电容部211，第二电容感应装置220包括两个以上第二感应电容部221，当每个感应电容的变化率或变化值不一致时，则认为感应电容的变化由形状变化所引起，当每个感应电容的变化率或变化值一致时，则认为感应电容的变化由含水量的变化所引起。
在本公开的各个实施方式或实施例中，当电池周围的含水量进行变化时，由于含水量的变化导致感应电容部之间的介电常数发生变化，相应地将会导致感应电容部之间的感应电容值进行变化。这样可以通过本公开的电容式电容感应装置可以有效地测量出含水量的变化。当含水量过高时，可以进行报警处理等。此外，当含水量发生变化，电池周围的含水量的变化所导致的介电常数将均匀变化，也就是说，通常在电池周围的水分所导致的介电常数的变化在整个电池周围(例如电池容器内部)变化量是一致的。
如图9所示，电池的形状进行变化时，同样也能引起感应电容的变化。因为电池的形状变化是不规则的，因此当通过多个感应电容部来分别测量各自的感应电容部的感应电容变化的情况下，因为各个感应电容部所处的位置不同并且各个位置的形状变化不同，因此各个感应电容部所生成的感应电容也不相同。通过测量每个感应电容的变化率或变化值能够测量电池的形状变化，当每个感应电容的变化率或变化值不一致时，则认为感应电容的变化由电池的形状变化所引起。
在本公开中，当对电池的形状变化进行测量时，能够测量电池的形变位置、形变量、形变范围和/或形变类型。
例如在包括两个以上的电容感应单元的情况下，通过设置在不同位置的电容感应单元及这些电容感应单元的感应电容的变化差异，可以得到电池的形变位置、形变量、形变范围和/或形变类型。
根据进一步的实施例，电容感应装置200还可以包括中间电容感应装置230，中间电容感应装置230可以设置在第一电容感应装置210 与第二电容感应装置220之间，并且通过中间电容感应装置230与第一电容感应装置210生成的感应电容、和/或通过中间电容感应装置 230与第二电容感应装置220生成的感应电容，来测量电池的形状变化和/或含水量。
如图9所示，中间电容感应装置230可以设置在第一电容感应装置210与第二电容感应装置220之间。第一电容感应装置210可以为第一电容极板，第二电容感应装置220为第二电容极板，中间电容感应装置230可以为导电体、半导体或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
虽然在图9中示出了第一电容感应装置210、第二电容感应装置 220和中间电容感应装置230为一个电容极板的形式，但是它们也可以采用如上所述的其他形式。例如，第一电容感应装置210包括两个以上第一感应电容部，第二电容感应装置220包括两个以上第二感应电容部，中间电容感应装置230包括两个以上中间感应电容部，两个以上第一感应电容部与两个以上中间感应电容部一一对应地设置，两个以上第二感应电容部与两个以上中间感应电容部一一对应地设置。第一感应电容部、第二感应电容部和/或中间感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且两个以上第一感应电容部位于不同位置，两个以上第二感应电容部位于不同位置，两个以上中间感应电容部位于不同位置。第一电容感应装置包括一个以上第一感应电容部，中间电容感应装置包括一个以上中间感应电容部，并且第一感应电容部的数量与中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第一感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第一感应电容部。第二电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，中间电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，并且第二感应电容部的数量与中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第二感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第二感应电容部。第一感应电容部和中间感应电容部为条状，第一感应电容部在第一方向中延伸，中间感应电容部在第二方向中延伸方向，第一方向与第二方向成预定角度。第二感应电容部和中间感应电容部为条状，第二感应电容部在第一方向中延伸，中间感应电容部在第二方向中延伸方向，第一方向与第二方向成预定角度。
中间电容感应装置设置有与第一电容感应装置对应的第一中间感应电容部和与第二电容感应装置对应的第二中间感应电容部，并且第一中间感应电容部和第二中间感应电容部之间设置有绝缘材料。该绝缘材料可以使得中间电容感应装置两侧的第一中间感应电容部和第二中间感应电容部不会受到相互的影响。
在上面的实施例中，均是通过设置对向的第一电容感应装置和第二电容感应装置来测量二者所生成的感应电容，但是根据本公开的进一步实施例，也可以通过设置在一个电容感应装置的多个感应电容部来测量电池的形状变化和/或电池所处环境的所述含水量。
图10提供了在一个电容感应装置设置多个感应电容部的实施例。其中电容感应装置可以包括电容设置部和两个以上感应电容部，两个以上感应电容部设置在所述电容设置部。通过两个以上感应电容部中的相邻感应电容部之间形成的感应电容来测量形状变化和/或含水量。例如，通过一个感应电容部201与相邻的感应电容部202之间的感应电容来测量形状变化和/或含水量。
在本公开中，第一电容感应装置、第二电容感应装置和/或中间电容感应装置中可以将一个或两个电容感应装置设置为激励电极，而其他的电容感应装置可以设置为接收电极，通过向激励电极提供激励，从接收电极接收感应电容的测量值。第一电容感应装置、第二电容感应装置和/或中间电容感应装置的感应电容部可以平行设置。
根据本公开的另一实施方式，还提供了一种电池安全检测装置。图12示出了根据本公开的该实施例的电池安全检测装置的示意图。电池安全检测装置20用于测量电池1000的形状变化和/或电池1000所处环境的含水量。如图1所示，电池安全检测装置20可以包括：电容感应装置1100、和信号处理装置1200。
电池1000可以为单个电池，也可以为容纳在电池包中的多个电池。
电容感应装置1100可以设置在电池1000的表面或附近，其中可以设置在电池1000的内表面、内表面附近、外表面、外表面附近、或者与电池1000的外表面间隔开预定距离设置。当电池1000的形状发生变化或者含水量发生变化时，电容感应装置1100所测量的感应电容发生变化。电容感应装置1100可以包括一个或多个感应电容部，将结合具体实施例来描述感应电容部的设置方式。
信号处理装置1300可以与电容感应装置1100进行电连接，并且可以接收来自电容感应装置1100的感应电容，从而可以根据所接收的感应电容来测量电池1000的形状变化或者含水量。
电容感应装置1100可以为电容极板，通过该电容极板形成感应电容部。电容感应装置1100为电池包装用的导电体、半导体、和/或设置在电池1000的内表面、内表面附近、外表面或外表面附近的导电体、半导体和/或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
电容感应装置1100可以包括一个或多个感应电容部，通过测量一个或多个感应电容部相对于参考地所生成的感应电容来测量电池的形状变化和/或含水量。
例如，在图12中示出了每个电容感应装置1100包括一个感应电容部的情况。电容感应装置1100可以设置在两个相邻电池的空间中，也可以设置在电池容器1300的壁体上，也可以设置在电池容器1300 的外部。
电容感应装置1100包括两个以上感应电容部，两个以上感应电容部间隔预定距离设置，信号处理装置1200通过检测每个感应电容部与参考地之间的感应电容，来测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量。其中参考地可以是下面所述的电池容器的地、电池包的地、处理电路的参考地、或者是下面所述的芯片的地。
如图13所示，电容感应装置1100包括两个以上感应电容部1110，感应电容部1110间隔开预定距离进行排列。感应电容部1110的形状可以为正方形、长方形、圆形、梯形、菱形、三角形、T形、叉指形、多边形等各种形状，在本公开中不做限定。当各个感应电容部被激励后将会与参考地之间形成感应电容，并且通过测量该感应电容来测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量。
如图14所示，两个以上感应电容部1110为条状并且沿第一方向设置。每个感应电容部被激励后将会与参考地形成感应电容，通过测量该感应电容来测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量。
此外，如图13和图14所示，也可以通过感应电容部与参考地之间的感应电容来进行检测，同样也可以通过感应电容部相互之间的感应电容来进行检测。
类似地，感应电容部的数量为两个以上，当每个感应电容部测量的感应电容的变化率或变化值不一致时，则认为感应电容的变化由形状变化所引起，当每个感应电容部测量的感应电容的变化率或变化值一致时，则认为感应电容的变化由含水量的变化所引起。形状变化包括形变位置、形变量、形变范围和/或形变类型，通过每个感应电容部测量的感应电容的变化率或变化值来获得形状变化。
在上面的实施方式中，可以通过感应电容的变化值或者变化率来作为判断标准。例如当每个感应电容单元的尺寸和形状相同时，当含水量发生变化，通过每个感应电容单元所检测的电容值的变化为相同的(因为在电池包中由含水量引起的介电常数的变化是均匀的)，但是当每个感应电容单元的尺寸和/或形状不相同时，当电池包内的含水量发生变化，通过每个感应电容单元所检测的电容值的变化可能为不同的，这时可以通过计算每个感应电容单元的电容值的变化率来得到含水量所引起的变化，例如前一时刻与后一时刻之间的电容值变化率。对于形状变化测量，也采用相同原理，在此不再赘述。
此外，在上面的实施方式中，可以采用电池包装用的铝箔来作为电容感应装置，并且该铝箔与电池本体之间可以设置有绝缘层。此外，也可以在感应电容部的外侧涂覆绝缘层，例如PET等，来避免发生短路。
根据本公开的进一步实施方式，如图15所示，还提供了一种电池管理芯片(虚线示出)，该电池管理芯片集成有如上信号处理装置(图 15所示的电池安全检测模块)。该芯片还可以集成有选通检测模块、电压放大模块、模数转换模块、控制逻辑模块、开关驱动模块和电压转换器。其中选通检测模块用于选择采样每节电池的电压，电压放电模块用于放大所采集的电压，模数转换模块用于将所采集的电压从模拟信号转换为数字信号，控制逻辑模块用于接收该数字信号以便向开关驱动模块来提供控制信号，开关驱动模块用于控制放电开关MD和充电开关MC的导通与断开。
如图16所示，信号处理装置包括：采样单元，用于采集电容感应装置所生成的感应电容；模数转换单元，用于将采集的感应电容转换为数字信号；滤波单元，用于对数字信号进行滤波处理得到滤波后信号；计算单元，用于计算滤波后信号以得到感应电容的变化率或变化值；以及判断单元，基于感应电容的变化率或变化值来判断电池的故障，或者当感应电容的变化超过预定阈值，则判断电池出现含水量过多或者形变过大的问题。信号处理装置还包括复用单元，以便在电容感应装置包括两个以上感应电容部的情况下，通过复用单元选择测量每个感应电容部的感应电容，并且将测量的感应电容提供给采样单元。电池管理芯片还包括施加单元，施加单元用于向电容感应装置提供激励信号。施加装置可以用于分时向两个以上感应电容部中的一个或两个以上感应电容部施加激励。
例如在第一时间向一个感应电容单元施加激励电压，后测量根据该激励得到的感应电压，然后向另一个感应电容单元施加激励电压，测量测量根据该激励得到的感应电压，……。最终可以得到各个感应电容单元施加激励电压后得到感应电容值。
图17和图18给出了针对多个感应电容单元进行激励测量的装置的示意图。激励测量装置包括一个或多个激励/检测信道和信道扫描部，信道扫描部可以访问RAM并且从激励/检测信道读取数据，并且可以为激励/检测信道提供控制信号，从而在各种频率和相位下生成激励信号，这些激励信号可以选择性地施加到感应电容单元中。电荷泵可以用于提供激励信号。
在图17所示的感应电容单元的配置中，行电极和列电极通过接口耦合至激励/检测信道，并且行电极和列电极的交点可以作为测量节点。例如行电极可以耦合至激励/检测信道中的激励信道，而列电极可以耦合至激励/检测信道中的检测信道。
在图18所示的感应电容单元的配置中，感应电容单元中的第一感应电容部可以耦合至激励/检测信道中的激励信道，而第二感应电容部可以耦合至激励/检测信道中的检测信道。
根据本公开的一个实施方式，还提供了一种电池管理系统(如图 1所示)，包括如上的电池安全检测装置，通过电池安全检测装置来测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量的变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (32)

1.一种电池安全检测装置，其特征在于，所述电池安全检测装置用于测量电池的形状变化和/或电池所处环境的含水量，所述电池安全检测装置包括：
电容感应装置，所述电容感应装置包括一个或多个感应电容部，所述电容感应装置设置在所述电池的表面或附近，当发生所述形状变化和/或所述含水量的变化时，通过所述感应电容部所测量的感应电容发生变化；以及
信号处理装置，所述信号处理装置与所述电容感应装置连接并且接收所述感应电容部测量的所述感应电容，从而根据所述感应电容来测量所述电池的所述形状变化和/或所述电池所处环境的所述含水量，
其中，所述电容感应装置包括第一电容感应装置和第二电容感应装置，所述第一电容感应装置设置在所述电池的表面或附近，所述第二电容感应装置设置在所述第一电容感应装置的附近。
2.如权利要求1所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置为电容极板，所述电容极板形成所述感应电容部。
3.如权利要求1所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置为所述电池包装用的导电体或半导体、和/或设置在所述电池的内表面、内表面附近、外表面或外表面附近的导电体、半导体和/或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
4.如权利要求1所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置包括第一电容感应装置和第二电容感应装置，所述电池包括两个以上电池单元，并且所述两个以上电池单元中的相邻电池单元间隔预定空间排列，在所述相邻电池单元的一个电池单元设置所述第一电容感应装置，在所述相邻电池单元的另一电池单元设置所述第二电容感应装置。
5.如权利要求4所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置包括一个或多个第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括一个或多个第二感应电容部，并且通过所述第一感应电容部和/或第二感应电容部来检测所述形状变化和/或所述含水量的变化所引起的感应电容的变化。
6.如权利要求5所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置为第一电容极板，所述第二电容感应装置为第二电容极板。
7.如权利要求5所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置包括两个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括两个以上第二感应电容部，所述两个以上第一感应电容部与所述两个以上第二感应电容部一一对应地设置。
8.如权利要求7所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一感应电容部和/或第二感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且所述两个以上第一感应电容部位于不同位置，所述两个以上第二感应电容部位于不同位置。
9.如权利要求5所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置包括一个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，并且所述第一感应电容部的数量与所述第二感应电容部的数量不同，以便两个以上第一感应电容部对应于一个第二感应电容部或者两个以上第二感应电容部对应于一个第一感应电容部。
10.如权利要求5所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一感应电容部和所述第二感应电容部为条状，第一感应电容部在第一方向中延伸，所述第二感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
11.如权利要求10所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一感应电容部和所述第二感应电容部的数量分别为两个以上，并且一个第一感应电容部分别与两个以上的第二感应电容部形成感应电容。
12.如权利要求5所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置还包括中间电容感应装置，所述中间电容感应装置设置在所述第一电容感应装置与所述第二电容感应装置之间，并且通过所述中间电容感应装置与所述第一电容感应装置生成的感应电容、和/或通过所述中间电容感应装置与所述第二电容感应装置生成的感应电容，来测量所述电池的所述形状变化和/或所述含水量。
13.如权利要求12所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置为第一电容极板，所述第二电容感应装置为第二电容极板，所述中间电容感应装置为导电体、半导体或导电材料，并且导电体、半导体和/或导电材料表面涂覆绝缘材料。
14.如权利要求12所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置包括两个以上第一感应电容部，所述第二电容感应装置包括两个以上第二感应电容部，所述中间电容感应装置包括两个以上中间感应电容部，所述两个以上第一感应电容部与所述两个以上中间感应电容部一一对应地设置，所述两个以上第二感应电容部与所述两个以上中间感应电容部一一对应地设置。
15.如权利要求14所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一感应电容部、第二感应电容部和/或中间感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形、和多边形，并且所述两个以上第一感应电容部位于不同位置，所述两个以上第二感应电容部位于不同位置，所述两个以上中间感应电容部位于不同位置。
16.如权利要求13所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一电容感应装置包括一个以上第一感应电容部，所述中间电容感应装置包括一个以上中间感应电容部，并且所述第一感应电容部的数量与所述中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第一感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第一感应电容部。
17.如权利要求13所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第二电容感应装置包括一个以上第二感应电容部，所述中间电容感应装置包括一个以上中间感应电容部，并且所述第二感应电容部的数量与所述中间感应电容部的数量不同，以便两个以上第二感应电容部对应于一个中间感应电容部或者两个以上中间感应电容部对应于一个第二感应电容部。
18.如权利要求14所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第一感应电容部和所述中间感应电容部为条状，第一感应电容部在第一方向中延伸，所述中间感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
19.如权利要求14所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述第二感应电容部和所述中间感应电容部为条状，第二感应电容部在第一方向中延伸，所述中间感应电容部在第二方向中延伸方向，所述第一方向与所述第二方向成预定角度。
20.如权利要求12所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述中间电容感应装置设置有与所述第一电容感应装置对应的第一中间感应电容部和与所述第二电容感应装置对应的第二中间感应电容部，并且所述第一中间感应电容部和所述第二中间感应电容部之间设置有绝缘材料。
21.如权利要求1所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置包括电容设置部和两个以上感应电容部，所述两个以上感应电容部设置在所述电容设置部，并且通过两个以上感应电容部中的相邻感应电容部之间形成的感应电容来测量所述形状变化和/或所述含水量。
22.如权利要求1所述的电池安全检测装置，其特征在于，通过测量所述一个或多个感应电容部相对于参考地所生成的感应电容来测量所述形状变化和/或所述含水量。
23.如权利要求22所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电池容纳在电池容器中，所述电容感应装置设置在所述电池容器上、所述电池容器的内部或者外部。
24.如权利要求23所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述电容感应装置包括两个以上感应电容部，所述两个以上感应电容部间隔预定距离设置，所述信号处理装置通过检测每个感应电容部与所述参考地之间的感应电容，来测量所述形状变化和/或所述含水量。
25.如权利要求24所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述信号处理装置还通过检测所述两个以上感应电容部的每个感应电容部与相邻感应电容部之间的感应电容，来测量所述形状变化和/或所述含水量。
26.如权利要求24所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述两个以上感应电容部为条状并且沿第一方向设置。
27.如权利要求24所述的电池安全检测装置，其特征在于，所述两个以上感应电容部的形状选自圆形、椭圆形、三角形和多边形，并且两个以上感应电容部位于不同位置。
28.一种电池管理芯片，其特征在于，所述电池管理芯片集成有如权利要求1至27中任一项所述的电池安全检测装置。
29.如权利要求28所述的电池管理芯片，其特征在于，所述信号处理装置包括：
采样单元，用于采集所述电容感应装置所生成的感应电容；
模数转换单元，用于将采集的感应电容转换为数字信号；
滤波单元，用于对所述数字信号进行滤波处理得到滤波后信号；
计算单元，用于计算所述滤波后信号以得到所述感应电容的变化率或变化值；以及
判断单元，基于所述感应电容的变化率或变化值来判断所述电池的故障。
30.如权利要求29所述的电池管理芯片，其特征在于，所述信号处理装置还包括复用单元，以便通过所述复用单元选择测量每个感应电容部的感应电容，并且将所述感应电容提供给所述采样单元。
31.如权利要求29所述的电池管理芯片，其特征在于，还包括施加单元，所述施加单元用于向所述电容感应装置提供激励信号。
32.一种电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1至27中任一项所述的电池安全检测装置，通过所述电池安全检测装置来测量所述形状变化和/或所述含水量。
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