电池安全检测装置及电池管理系统
阅读说明：本技术 电池安全检测装置及电池管理系统 (Battery safety detection device and battery management system ) 是由 周号 于 2021-02-24 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种电池安全检测装置,包括：至少一个应变感应部,至少一个应变感应部被设置在电池装置的电池的至少一个表面上,应变感应部至少能够基于电池装置的电池的形变生成应变电信号,应变电信号至少指示形变的发生；其中,应变感应部包括至少一个应变感应器件,应变感应器件包括多个导电元件,多个导电元件均匀排列成二维阵列,每个导电元件与其他导电元件之间均绝缘；应变感应器件能够响应于电池的形变而使得二维阵列的与电池的形变对应的位置发生形变,应变感应部基于二维阵列的形变生成应变电信号。本公开还提供了一种电池管理系统。(The present disclosure provides a battery safety detection device, including: at least one strain sensing part disposed on at least one surface of a battery of the battery device, the strain sensing part being capable of generating a strain electrical signal based on at least a deformation of the battery device, the strain electrical signal being indicative of at least an occurrence of the deformation; the strain sensing part comprises at least one strain sensing device, the strain sensing device comprises a plurality of conductive elements, the conductive elements are uniformly arranged into a two-dimensional array, and each conductive element is insulated from other conductive elements; the strain sensing device can enable the position, corresponding to the deformation of the battery, of the two-dimensional array to deform in response to the deformation of the battery, and the strain sensing portion generates a strain electric signal based on the deformation of the two-dimensional array. The present disclosure also provides a battery management system.)
技术领域
本公开属于电池安全检测技术领域，本公开尤其涉及一种电池安全检测装置及电池管理系统。
背景技术
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。
如何有效准确地检测电池形变并且如何预测电池将会出现的故障，是电池安全领域需要解决的问题。
发明内容
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及电池管理系统。
根据本公开的一个方面，提供一种电池安全检测装置，包括：
至少一个应变感应部，所述至少一个应变感应部被设置在电池装置的电池的至少一个表面上，所述应变感应部至少能够基于电池装置的电池的形变生成应变电信号，所述应变电信号至少指示所述形变的发生；
其中，所述应变感应部包括至少一个应变感应器件，所述应变感应器件包括多个导电元件，多个所述导电元件均匀排列成二维阵列，每个导电元件与其他导电元件之间均绝缘；所述应变感应器件能够响应于电池的形变而使得所述二维阵列的与电池的形变对应的位置发生形变，所述应变感应部基于所述二维阵列的所述形变生成所述应变电信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变电信号包括所述二维阵列的任意一个导电元件的自电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变电信号包括所述二维阵列的相邻的两个导电元件之间的互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述二维阵列包括沿第一方向排列的多个导电元件以及沿第二方向排列的多个导电元件，所述第一方向垂直于所述第二方向。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述相邻的两个导电元件为沿第一方向相邻的两个导电元件或者沿第二方向相邻的两个导电元件，所述第一方向垂直于所述第二方向。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变电信号包括所述二维阵列的任意两个不相邻的导电元件之间的互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部包括两个应变感应器件，两个所述应变感应器件相对地设置，且两个所述应变感应器件之间设置有绝缘间隙。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部包括第一应变感应器件以及第二应变感应器件，所述导电元件为导电条，所述第一应变感应器件包括沿第一方向排列的多个第一导电条，所述第二应变感应器件包括沿第二方向排列的多个第二导电条，相邻的两个第一导电条之间绝缘，相邻的两个第二导电条之间绝缘，所述第一方向垂直于所述第二方向。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变电信号包括所述第一应变感应器件的各个第一导电条与所述第二应变感应器件的各个第二导电条之间的互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部包括第一应变感应器件以及第二应变感应器件，所述第一应变感应器件包括第一矩形导电元件阵列，第一矩形导电元件阵列的各个第一导电元件之间绝缘，所述第二应变感应器件包括第二矩形导电元件阵列，第二矩形导电元件阵列的各个第二导电元件之间绝缘，第一矩形导电元件阵列的各个第一导电元件与第二矩形导电元件阵列的各个第二导电元件相对设置。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变电信号包括所述第一矩形导电元件阵列与所述第二矩形导电元件阵列的相对设置的第一导电元件与第二导电元件之间的互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述绝缘间隙被柔性绝缘物质填充。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对所述应变感应器件的所有导电元件同时施加驱动电信号，并同时对各个导电元件的自电容进行测量，如果导电元件的自电容发生变化则生成自电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对所述应变感应器件的所有导电元件的各个导电元件依次施加驱动电信号，并依次对各个导电元件的自电容进行测量，如果导电元件的自电容发生变化则生成自电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，基于所述自电容变化信号的大小判断形变程度，以及基于自电容发生变化的导电元件在二维阵列中的位置判断形变位置。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第一方向排列的导电元件，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件同时进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第一方向排列的导电元件，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件按序进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第二方向排列的导电元件，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件同时进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第二方向排列的导电元件，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件按序进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第一方向排列的导电元件，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件同时进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第二方向排列的导电元件，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件同时进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第一方向排列的导电元件，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件按序进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对于所述二维阵列的沿第二方向排列的导电元件，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件的各组导电元件按序进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述二维阵列包括第一子阵列以及第二子阵列，所述第一子阵列与所述第二子阵列设置在同一平面区域之内；
所述第一子阵列包括多个第一串联导电元件组，所述第一串联导电元件组包括沿第一方向串联的多个导电元件，多个所述第一串联导电元件组沿第二方向排列；各个第一串联导电元件组之间绝缘；
所述第二子阵列包括多个第二串联导电元件组，所述第二串联导电元件组包括沿第二方向串联的多个导电元件，多个所述第二串联导电元件组沿第一方向排列；各个第二串联导电元件组之间绝缘；
所述第一子阵列与所述第二子阵列之间绝缘；
所述第一方向与所述第二方向互相垂直。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述第一子阵列的导电元件的形状与所述第二子阵列的导电元件的形状相同。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对所述第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及所述第二子阵列的所有第二串联导电元件组同时施加驱动电信号，并同时对所述第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及所述第二子阵列的所有第二串联导电元件组的自电容进行测量，如果自电容发生变化则生成自电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，基于所述第一子阵列的至少一个自电容发生变化的第一串联导电元件组在第一子阵列中的位置信息以及所述第二子阵列的至少一个自电容发生变化的第二串联导电元件组在第二子阵列中的位置信息确定所述二维阵列的形变位置。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，对所述第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及所述第二子阵列的所有第二串联导电元件组同时施加驱动电信号，并同时对所述第一子阵列的各个第一串联导电元件组与所述第二子阵列的各个第二串联导电元件组形成的各个互电容器的互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，基于互电容发生变化的所述互电容器的第一串联导电元件组在第一子阵列中的位置信息，以及第二串联导电元件组在第二子阵列中的位置信息，确定所述二维阵列的形变位置。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，其特征在于，所述应变感应部还包括第一衬底层以及第二衬底层，所述应变感应器件设置在所述第一衬底层与所述第二衬底层之间，并被所述第一衬底层以及第二衬底层保持。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述第一衬底层以及所述第二衬底层均为绝缘材料。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述第一衬底层与所述第二衬底层均为柔性衬底。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部还包括第一衬底层以及第二衬底层，两个所述应变感应器件分别设置在所述第一衬底层上以及所述第二衬底层上。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部还包括支撑部，所述支撑部设置在所述第一衬底层与所述第二衬底层之间。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述支撑部设置在所述第一衬底层与所述第二衬底层的边缘处。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述支撑部包括多个分立的支撑部，或者，所述支撑部为一体结构。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述第一衬底层以及所述第二衬底层均为绝缘材料。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述第一衬底层以及所述第二衬底层均为柔性材料。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部能够被设置在两个相邻的电池之间。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部能够被设置在电池与壳体之间。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述应变感应部还能够基于电池装置的壳体的形变生成所述应变电信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，还包括驱动检测部，所述驱动检测部对所述应变感应部施加驱动电信号以及对所述应变感应部生成的所述应变电信号进行检测。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述驱动检测部包括：驱动电路，所述驱动电路用于向所述应变感应部提供驱动电信号；检测电路，所述检测电路用于对所述应变电信号进行检测；以及控制器，所述控制器控制所述驱动电路向所述应变感应部提供驱动信号，以及对所述检测电路获得的应变电信号进行处理，生成处理后的应变电信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述驱动检测部还包括存储器，所述存储器对所述控制器处理后的应变电信号进行存储。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述检测电路包括电容检测电路，所述电容检测电路对各个导电元件的自电容变化信号进行检测，和/或对两个导电元件之间的互电容变化信号进行检测。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路包括电荷信号转换子电路，所述电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为电压信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为电压信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路还包括信号后处理电路，所述信号后处理电路对所述电荷信号转换子电路输出的电压信号进行后处理，所述后处理包括滤波处理以及模数转换处理。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括第一放大器；驱动信号被施加至所述自电容或者所述互电容；所述第一放大器将所述自电容或所述互电容的累积电荷转换为电压信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述信号后处理电路还包括解调器、振荡器、累加器以及寄存器。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路包括电荷信号转换子电路，所述电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为频率信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为频率信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括恒流源、第一比较器、第二比较器以及多路复用器，所述恒流源被控制以对所述自电容或者所述互电容进行充电或者放电，所述自电容或者所述互电容的充放电生成的三角波形电压信号被分别输入至所述第一比较器以及所述第二比较器，所述第一比较器具有第一阈值电压，所述第二比较器具有第二阈值电压，所述第一比较器和所述第二比较器将所述三角波形电压信号转换为方波电信号，所述多路复用器对所述方波电信号的幅值进行调整，所述多路复用器输出的方波电信号的频率为所述自电容或者所述互电容的充放电电流的函数。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路包括电荷信号转换子电路，所述电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为脉宽信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为脉宽信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括恒流源、跨导放大器以及比较器，所述恒流源被控制以对所述自电容或者所述互电容进行充电或者放电，所述自电容或者互电容跨接在所述跨导放大器的输入端和输出端，所述跨导放大器的输出为三角波形电压信号，所述比较器对所述三角波形电压信号和阈值电压信号进行比较，当三角波形电压信号大于所述阈值电压信号时，所述比较器输出高电平。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路包括电荷信号转换子电路，所述电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为数字信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为数字信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括积分器及比较器，所述积分器被控制以对所述互电容或者所述自电容的累积电荷进行累积并转换为电压信号，以及所述积分器被控制以对所述自电容或所述互电容与参考电容的电容差的累积电荷进行累积并转换为电压信号，基于所述电压信号的正负，所述比较器输出高电平或者低电平。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路包括电荷信号转换子电路以及信号放大子电路，所述电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为电压信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为电压信号，所述信号放大子电路对所述电压信号进行放大，生成放大后的电压信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电容检测电路还包括信号后处理子电路，所述信号后处理子电路至少包括滤波器以及模数转换器。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括参考电容、第一放大器以及第二放大器，所述第一放大器将所述自电容或者所述互电容的累积电荷转换为第一电压信号，所述第二放大器将所述参考电容的累积电荷转换为第二电压信号。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述信号放大子电路包括共模放大器，所述共模放大器对所述第一电压信号以及所述第二电压信号的差值进行放大后输出。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述电荷信号转换子电路包括参考电容、第一放大器、第二放大器以及整流&滤波器，所述第一放大器将所述自电容或者所述互电容的累积电荷转换为第一电压信号，所述第二放大器将所述参考电容的累积电荷转换为第二电压信号，所述整流&滤波器对所述第一电压信号以及所述第二电压信号分别进行整流滤波后输出。
根据本公开的至少一个实施方式的电池安全检测装置，所述信号放大子电路包括仪表放大器，所述仪表放大器对所述第一电压信号以及所述第二电压信号的差值进行放大后输出。
根据本公开的又一个方面，提供一种电池管理系统，包括：上述任一项的电池安全检测装置。
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为本公开的一个实施方式的设置有电池安全检测装置的电池装置的结构示意图。
图2为本公开的又一个实施方式的设置有电池安全检测装置的电池装置的结构示意图。
图3为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。
图4为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。
图5为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。
图6为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的导电元件之间能够组成互电容器的方式的示意图之一。
图7为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。
图8为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之一的结构示意图。
图9为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之二的结构示意图。
图10为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。
图11为图10中示出的应变感应器件的第一子阵列的结构示意图。
图12为图10中示出的应变感应器件的第二子阵列的结构示意图。
图13为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。
图14为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的结构示意图。
图15为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。
图16为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。
图17为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。
图18为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。
图19为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。
图20为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。
图21为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。
图22为图21中的时钟信号(ck)和比较器的输出(D)的时序图。
图23为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。
图24为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。
图25为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。
图26为根据本公开的一个实施方式的电池管理系统的示意图。
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测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
本公开提供了一种电池安全检测装置，其中该电池安全检测装置至少可以用于检测电池的形变，其中该形变可以是电池鼓包型形变，也可以是电池受到外部挤压后所形成的形变。外部挤压的原因例如可以包括碰撞或者加速度等。
图1为本公开的一个实施方式的设置有电池安全检测装置的电池装置的结构示意图。图2为本公开的又一个实施方式的设置有电池安全检测装置的电池装置的结构示意图。图3为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。图4为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。图5为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。图6为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的导电元件之间能够组成互电容器的方式的示意图之一。图7为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。图8为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之一的结构示意图。图9为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之二的结构示意图。图10为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。图11为图10中示出的应变感应器件的第一子阵列的结构示意图。图12为图10中示出的应变感应器件的第二子阵列的结构示意图。图13为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件的结构示意图。图14为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的结构示意图。图15为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。图16为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。图17为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。图18为本公开的一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。图19为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。图20为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。图21为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的电荷信号转换子电路的结构示意图。图22为图21中的时钟信号(ck)和比较器的输出(D)的时序图。图23为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。图24为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。图25为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的驱动检测部的检测电路的结构示意图。图26为根据本公开的一个实施方式的电池管理系统的示意图。
下文结合图1至图26对本公开的电池安全检测装置以及电池管理系统做详细说明。
根据本公开的一个实施方式，电池安全检测装置，包括：
至少一个应变感应部12，至少一个应变感应部12被设置在电池装置10的电池11的至少一个表面上，应变感应部12至少能够基于电池装置10的电池11的形变生成应变电信号，应变电信号至少指示形变的发生；
其中，应变感应部12包括至少一个应变感应器件121，应变感应器件121包括多个导电元件1211，多个导电元件1211均匀排列成二维阵列，每个导电元件1211与其他导电元件1211之间均绝缘；应变感应器件121能够响应于电池的形变而使得二维阵列的与电池的形变对应的位置发生形变，应变感应部12基于二维阵列的形变生成应变电信号。
导电元件1211可以为片状导电薄膜，例如ITO(氧化铟锡)。
由图1可以看出，电池装置10可以只包括一个电池11，电池11可以是包括多个电池单体的电池组，也可以是电池单体。由图2可以看出，电池装置10包括多个电池11，图2示例性地示出了四个电池11，电池11可以是包括多个电池单体的电池组，也可以是电池单体。
图1中示出的电池安全检测装置具有四个应变感应部12，四个应变感应部12分别设置在电池11的四个侧面与壳体15之间。应变感应部12也可以设置在电池11的顶面与壳体15之间，也可以设置在电池11的底面与壳体15之间。
图2中示出的电池装置10的各个电池11之间设置有应变感应部12，电池11的侧面与壳体15之间也设置有应变感应部12。
本领域技术人员应当理解，图1和图2示出的电池11的数量、应变感应部12的设置位置均是示例性的。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，应变电信号包括二维阵列的任意一个导电元件1211的自电容变化信号。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，应变电信号包括二维阵列的相邻的两个导电元件1211之间的互电容变化信号。
根据本公开的一个实施方式的电池安全检测装置，如图4所示，二维阵列包括沿第一方向排列的多个导电元件1211以及沿第二方向排列的多个导电元件1211，第一方向垂直于第二方向。
上述实施方式中，相邻的两个导电元件1211为沿第一方向相邻的两个导电元件或者沿第二方向相邻的两个导电元件，第一方向垂直于第二方向。
根据本公开的可替换的优选实施方式的电池安全检测装置，应变电信号包括二维阵列的任意两个不相邻的导电元件1211之间的互电容变化信号。
图3示出的应变感应部12只具有一个应变感应器件121，图5示出的应变感应部12具有两个应变感应器件121。
如图5所示，应变感应部12包括两个应变感应器件121，两个应变感应器件121相对地设置，且两个应变感应器件121之间设置有绝缘间隙。
上述绝缘间隙可以通过柔性绝缘物质实现，上述绝缘间隙也可以是空气或者真空。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，对应变感应器件121的所有导电元件1211同时施加驱动电信号，并同时对各个导电元件1211的自电容进行测量，如果导电元件1211的自电容发生变化则生成自电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，对应变感应器件121的所有导电元件1211的各个导电元件1211依次施加驱动电信号，并依次对各个导电元件1211的自电容进行测量，如果导电元件1211的自电容发生变化则生成自电容变化信号。
上述各个实施方式中，基于自电容变化信号的大小判断形变程度，以及基于自电容发生变化的导电元件1211在二维阵列中的位置判断形变位置。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第一方向(图示的水平方向)排列的导电元件1211，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211同时进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第一方向(图示的水平方向)排列的导电元件1211，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211按序进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第二方向(图示的竖直方向)排列的导电元件1211，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211同时进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第二方向(图示的竖直方向)排列的导电元件1211，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211按序进行以下操作：
对于由两个相邻的导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第一方向(图示的水平方向)排列的导电元件1211，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211同时进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第二方向(图示的竖直方向)排列的导电元件1211，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211同时进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第一方向(图示的水平方向)排列的导电元件1211，沿第二方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211按序进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图4所示，对于二维阵列的沿第二方向(图示的竖直方向)排列的导电元件1211，沿第一方向划分为多组，对于多组导电元件1211的各组导电元件1211按序进行以下操作：
对于具有预定导电元件间隔的两个导电元件1211构成的互电容器按序施加驱动电信号，并对互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
图7为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的结构示意图。图8为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之一的结构示意图。图9为本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部的应变感应器件之二的结构示意图。
如图7至图9所示，电池安全检测装置的应变感应部包括第一应变感应器件121以及第二应变感应器件122，导电元件为导电条，第一应变感应器件121包括沿第一方向(图示水平方向)排列的多个第一导电条1211，第二应变感应器件122包括沿第二方向(图示竖直方向)排列的多个第二导电条1221，相邻的两个第一导电条1211之间绝缘，相邻的两个第二导电条1221之间绝缘，第一方向垂直于第二方向。
其中，应变电信号包括第一应变感应器件121的各个第一导电条1211与第二应变感应器件122的各个第二导电条1221之间的互电容变化信号。
如图5所示，根据本公开的又一个实施方式，应变感应部12包括第一应变感应器件以及第二应变感应器件，第一应变感应器件包括第一矩形导电元件阵列，第一矩形导电元件阵列的各个第一导电元件之间绝缘，第二应变感应器件包括第二矩形导电元件阵列，第二矩形导电元件阵列的各个第二导电元件之间绝缘，第一矩形导电元件阵列的各个第一导电元件与第二矩形导电元件阵列的各个第二导电元件相对设置。
其中，应变电信号包括第一矩形导电元件阵列与第二矩形导电元件阵列的相对设置的第一导电元件与第二导电元件之间的互电容变化信号。
图7至9示出了本公开的又一个实施方式的应变感应器件121的结构示意图。
如图7至9所示，电池安全检测装置的应变感应部12的应变感应器件121的二维阵列包括第一子阵列(V1、V2、V3、V4)以及第二子阵列(H1、H2、H3、H4)，第一子阵列与第二子阵列设置在同一平面区域之内；
第一子阵列包括多个第一串联导电元件组(V1、V2、V3、V4)，第一串联导电元件组包括沿第一方向串联的多个导电元件，多个第一串联导电元件组沿第二方向排列；各个第一串联导电元件组之间绝缘；
第二子阵列包括多个第二串联导电元件组(H1、H2、H3、H4)，第二串联导电元件组包括沿第二方向串联的多个导电元件，多个第二串联导电元件组沿第一方向排列；各个第二串联导电元件组之间绝缘；
第一子阵列与第二子阵列之间绝缘；
第一方向与第二方向互相垂直。
本领域技术人员应当理解，图3、图5中示出的应变感应器件121可以采用图7至图9中示出的应变感应器件121。
本领域技术人员应当理解，图7至图9中示出的第一子阵列的第一串联导电元件组的数量以及第二子阵列的第二串联导电元件组的数量仅是示例性的。
本实施方式的电池安全检测装置，第一子阵列的导电元件的形状与第二子阵列的导电元件的形状相同。
导电元件可以采用如图7至9中的菱形形状，也可以采用其他形状，图7至图9中示出的导电元件的形状仅是优选的形状。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，优选地，对第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及第二子阵列的所有第二串联导电元件组同时施加驱动电信号，并同时对第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及第二子阵列的所有第二串联导电元件组的自电容进行测量，如果自电容发生变化则生成自电容变化信号。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，优选地，基于第一子阵列的至少一个自电容发生变化的第一串联导电元件组在第一子阵列中的位置信息以及第二子阵列的至少一个自电容发生变化的第二串联导电元件组在第二子阵列中的位置信息确定二维阵列的形变位置。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，优选地，对第一子阵列的所有第一串联导电元件组以及第二子阵列的所有第二串联导电元件组同时施加驱动电信号，并同时对第一子阵列的各个第一串联导电元件组与第二子阵列的各个第二串联导电元件组形成的各个互电容器的互电容进行测量，如果互电容发生变化则生成互电容变化信号。
对于上述实施方式的电池安全检测装置，优选地，基于互电容发生变化的互电容器的第一串联导电元件组在第一子阵列中的位置信息，以及第二串联导电元件组在第二子阵列中的位置信息，确定二维阵列的形变位置。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，如图3和图5所示，应变感应部12还包括第一衬底层125以及第二衬底层126，应变感应器件121设置在第一衬底层125与第二衬底层126之间，并被第一衬底层125以及第二衬底层126保持。
优选地，第一衬底层125以及第二衬底层126均为绝缘材料。
优选地，第一衬底层125与第二衬底层126均为柔性衬底。
优选地，两个应变感应器件121分别设置在第一衬底层125上以及第二衬底层126上。
根据本公开的优选实施方式的电池安全检测装置，应变感应部12还包括支撑部124，支撑部124设置在第一衬底层125与第二衬底层126之间。
优选地，支撑部124设置在第一衬底层125与第二衬底层126的边缘处。
其中，支撑部124包括多个分立的支撑部，或者，支撑部124为一体结构。
上述各个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部12能够被设置在两个相邻的电池11之间。
上述各个实施方式的电池安全检测装置的应变感应部12能够被设置在电池11与壳体15之间，应变感应部12还能够基于电池装置10的壳体15的形变生成应变电信号。
对于上述各个实施方式的电池安全检测装置，优选地，如图11所示，电池安全检测装置还包括驱动检测部13，驱动检测部13对应变感应部12施加驱动电信号以及对应变感应部12生成的应变电信号进行检测。
优选地，驱动检测部13包括：
驱动电路，驱动电路用于向应变感应部12提供驱动电信号；检测电路，检测电路用于对应变电信号进行检测；以及控制器，控制器控制驱动电路向应变感应部12提供驱动信号，以及对检测电路获得的应变电信号进行处理，生成处理后的应变电信号。
优选地，驱动检测部13还包括存储器，存储器对控制器处理后的应变电信号进行存储。
下文结合图15至图25对本公开的电池安全检测装置的检测电路132做详细说明。
根据本公开的一个实施方式的电池安全检测装置，检测电路132包括电容检测电路，电容检测电路对各个导电元件的自电容变化信号进行检测，和/或对两个导电元件之间的互电容变化信号进行检测。
根据本公开的一个实施方式，电容检测电路包括电荷信号转换子电路，电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为电压信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为电压信号。
上述实施方式的电池安全检测装置的电容检测电路还包括信号后处理电路，信号后处理电路对电荷信号转换子电路输出的电压信号进行后处理，后处理包括滤波处理以及模数转换处理。
根据本公开的一个实施方式的电池安全检测装置，如图16至18所示，电荷信号转换子电路包括第一放大器，驱动信号(VStim)被施加至自电容(Cx)或者互电容(Cx)；第一放大器将自电容或互电容的累积电荷转换为电压信号Vout1。
本领域技术人员应当理解，图16至图18中的第一放大器的具体结构是本公开的优选结构，本领域技术人员在本公开的启示下能够对第一放大器的具体结构做出适当调整。
如图18所示，根据本公开的一个实施方式，信号后处理电路还包括解调器325、振荡器326、累加器327以及寄存器328。
本领域技术人员应当理解，图18中的信号后处理电路的具体结构仅是示例性地。
根据本公开的又一个实施方式，电容检测电路包括电荷信号转换子电路，电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为频率信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为频率信号。
如图19所示，优选地，电荷信号转换子电路包括恒流源(Ib)、第一比较器、第二比较器以及多路复用器，恒流源被控制以对自电容(Cx)或者互电容(Cx)进行充电或者放电，自电容或者互电容的充放电生成的三角波形电压信号被分别输入至第一比较器以及第二比较器，第一比较器具有第一阈值电压(Vth1)，第二比较器具有第二阈值电压(Vth2)，第一比较器和第二比较器将三角波形电压信号转换为方波电信号，多路复用器对方波电信号的幅值进行调整，多路复用器输出的方波电信号的频率为自电容或者互电容的充放电电流的函数。基于此，可以生成自电容或者互电容的电容变化信号。
根据本公开的又一个实施方式，电容检测电路包括电荷信号转换子电路，电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为脉宽信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为脉宽信号。
如图20所示，优选地，电荷信号转换子电路包括恒流源(Ib)、跨导放大器(Gm)以及比较器，恒流源被控制以对自电容(Cx)或者互电容(Cx)进行充电或者放电，自电容或者互电容跨接在跨导放大器的输入端和输出端，跨导放大器的输出为三角波形电压信号，比较器对三角波形电压信号和阈值电压信号进行比较，当三角波形电压信号大于阈值电压信号时，比较器输出高电平。
根据本公开的又一个实施方式，电容检测电路包括电荷信号转换子电路，电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为数字信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为数字信号。
优选地，电荷信号转换子电路包括积分器及比较器，积分器被控制以对互电容或者自电容的累积电荷进行累积并转换为电压信号，以及积分器被控制以对自电容或互电容与参考电容的电容差的累积电荷进行累积并转换为电压信号，基于电压信号的正负，比较器输出高电平或者低电平。
优选地，如图21至22所示，在其反馈环路中具有Cint的放大器用作积分器。假设积分器的输出电压在测量开始时为负。因此，比较器(D)的输出为零，如图21和图22所示，当D为零时，两个控制信号φ1、φ2为低。当时钟CK为高时，Cx由Vref充电，在第二相(CK为低)，电荷量VrefCx被转移到积分电容器Cint。只要积分器的输出VrefCx/Cint为负，比较器输出为零。当积分器的输出VrefCx/Cint为正时，电荷量(Cx-Cref)Vref被转移到积分电容器Cint。因此，在第一时间段(D为1时)，(Cx-Cref)Vref/Cint被施加到积分器的输出，在第二时间段(D为0时)，VrefCx/Cint被施加到积分器的输出，第一时间段在第一时间段与第二时间段之和中的占比即等于Cx与Cref的比值。
根据本公开的又一个实施方式的电池安全检测装置，电容检测电路包括电荷信号转换子电路以及信号放大子电路，电荷信号转换子电路将各个导电元件的自电容累积电荷转换为电压信号，和/或将两个导电元件之间的互电容累积电荷转换为电压信号，信号放大子电路对电压信号进行放大，生成放大后的电压信号。
如图23所示，优选地，电容检测电路还包括信号后处理子电路，信号后处理子电路至少包括滤波器以及模数转换器。
根据本公开的又一个实施方式，如图24所示，电荷信号转换子电路包括参考电容(Cref)、第一放大器(OP1)以及第二放大器(OP2)，第一放大器将自电容(Cx)或者互电容(Cx)的累积电荷转换为第一电压信号，第二放大器将参考电容(Cref)的累积电荷转换为第二电压信号。
优选地，上述实施方式中，如图24所示，信号放大子电路包括共模放大器(CM1)，共模放大器对第一电压信号以及第二电压信号的差值进行放大后输出。
根据本公开的又一个实施方式，如图25所示，电荷信号转换子电路包括参考电容(Cref)、第一放大器、第二放大器以及整流&滤波器，第一放大器将自电容(Cx)或者互电容(Cx)的累积电荷转换为第一电压信号，第二放大器将参考电容(Cref)的累积电荷转换为第二电压信号，整流&滤波器对第一电压信号以及第二电压信号分别进行整流滤波后输出。
优选地，如图25所示，信号放大子电路包括仪表放大器，仪表放大器对第一电压信号以及第二电压信号的差值进行放大后输出。
本公开还提供了一种电池管理系统，包括上述任一个实施方式的电池安全检测装置。图26示出了该电池管理系统，其中上面描述的驱动检测部13可以集成至芯片中，并且芯片的管脚应变感应部连接。
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。
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