專利名稱：通過比較滿充電容量來保護電池的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池，特別涉及一種通過比較滿充電容量來保護電池的裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，對于諸如筆記本電腦、錄影機、及蜂窩電話之類的便攜式電子產(chǎn)品的需求迅速增加，并且電動車輛、能量儲存電池、機器人及衛(wèi)星等發(fā)展也處于積極的進展中。因此， 正積極地對可重復(fù)充電的高效能二次電池進行研究。最近，鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池及鋰二次電池均做為二次電池而被商業(yè)化使用。其中，鋰二次電池最受關(guān)注，因為鋰二次電池相對于鎳基電池而言，幾乎不會產(chǎn)生記憶效應(yīng)，使得鋰二次電池可自由地被充電及放電。除此之外，鋰二次電池展現(xiàn)出極低的自放電速率及極高的能量密度的特征。由于電池具有使用時間的限制，所以用于諸如筆記本電之類的便攜式電子產(chǎn)品的電池應(yīng)該顯示其剩余容量。電池剩余容量一般使用基于滿充電容量(FCC)的百分比來進行顯示。因此，為了顯示電池的剩余容量，必須要實際檢查以及更新電池滿充電容量。當電池由工廠生產(chǎn)出來時，電池的滿充電容量會被設(shè)定為一特定值，然而電池在經(jīng)過重復(fù)地充放電之后，其滿充電容量會漸漸減低。因此電池滿充電容量應(yīng)適當?shù)母拢⑶乙呀?jīng)提出了各種用于更新如滿充電容量的算法。電池的滿充電容量可被計算為二次電池從完全放電時至完全充電時的實際充電容量。相對地，該滿充電容量也可以被計算為二次電池從完全充電時至完全放電時的實際的放電容量。使用者通常不會等到電池放電完全時才進行再次充電，因此后者的方法是較常使用的。近年來，關(guān)于電池的最重要問題是其安全性問題。尤其，隨著筆記本電腦和蜂窩手機的使用率越來越高，若電池爆炸，則包含有此電池的便攜式電子產(chǎn)品會因此被損壞，甚至?xí)?dǎo)致著火。因此，須確保電池的安全性。至今，許多保護裝置被用來確保電池的安全性。 如果這些保護裝置在檢測到電池發(fā)生異常狀態(tài)時，則通過將熔斷器融斷或切斷來截斷充電 /放電電流。然而，電池爆炸的意外仍不斷地發(fā)生，這代表著電池安全性尚未達到令人滿意的程度。此外，雖然傳統(tǒng)的電池保護裝置可以防止由于電池相關(guān)的意外所造成的著火情形， 然而由于熱所引起的電池?zé)谷詿o法避免，因此仍會對電子產(chǎn)品有所傷害。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明是為了解決上述問題而提出，因此本發(fā)明之一目的是在于提供一種用于保護電池的裝置以及方法，其通過早期地發(fā)現(xiàn)電池發(fā)生異常從而可改善電池的安全性。技術(shù)解決方案為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于保護電池的裝置，其包括熔斷器，其連接到充電或放電電流流經(jīng)的電路路徑上；熔斷器控制開關(guān)，其選擇性地導(dǎo)通或斷開施加到熔斷器的操作電流；以及控制器，其計算電池的滿充電容量的實際值以及參考值，對該實際值和該參考值做比較，并接著根據(jù)該比較結(jié)果而控制所述熔斷器控制開關(guān)，從而熔融并切斷所述熔斷器。在本發(fā)明的另一方面，提供一種通過比較電池的滿充電容量來保護電池的方法， 該方法包括步驟(Si)計算該電池的滿充電容量的實際值；(S》計算該電池的滿充電容量的參考值；(S3)對步驟(Si)中所計算得到的電池的滿充電容量的實際值與步驟(S2)中所計算得到的電池的滿充電容量的參考值做比較；以及(S4)根據(jù)步驟(S； )的比較結(jié)果，截斷電池中的電流。有利效果本發(fā)明中，電池發(fā)生的異常狀態(tài)可早期地發(fā)現(xiàn)并控制，因而可防止如著火等問題的產(chǎn)生，并且改善電池的安全性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于保護電池的裝置的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池保護裝置中采用控制器的操作的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的通過比較電池滿充電容量的實際值和參考值來保護電池的方法的流程圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示出電池滿充電容量的實際值、理論值、以及參考值的曲線圖。
具體實施例方式以下將參考附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。在說明之前，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在說明書及權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)該被理解為受限于其一般的意義及其在字典上的意義，而是應(yīng)根據(jù)發(fā)明人允許對所述術(shù)語進行適當?shù)南薅ㄒ赃M行最佳解釋的原則，基于與本發(fā)明的技術(shù)方案相對應(yīng)的意義及概念來進行理解。因此，這里的描述僅僅是出于示例目的而提出的優(yōu)選示例，而非用于限制本發(fā)明的范圍，并且應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對其進行其他的等效和修改。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于保護電池的裝置100的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的電池保護裝置100被連接到電池單體150，且裝置100包含有熔斷器 110、感應(yīng)電阻器140、熔斷器控制開關(guān)120、以及控制器130。熔斷器110被連接到充電或放電電流流經(jīng)的電路路徑上，并且當如過充電、過放電、短路或過電流等異常情形發(fā)生時，熔斷器110會不可逆地截斷電壓路徑，從而保護電池。此外，感應(yīng)電阻器140被連接到充電或放電電流流經(jīng)的電路路徑，且感應(yīng)電阻器140會感應(yīng)到在電池保護裝置100中流動的電流， 而熔斷器控制開關(guān)120選擇性地導(dǎo)通或斷開施加到熔斷器的操作電流?？刂破?30計算電池的滿充電容量的實際值以及參考值，對該實際值和該參考值做比較，并接著根據(jù)比較結(jié)果來控制熔斷器控制開關(guān)120，以熔融并切斷該熔斷器110。在此，滿充電容量的實際值是指當下所使用的電池的滿充電容量，而滿充電容人量的參考值是指用來與滿充電容量的實際值作比較的標準值。優(yōu)選地，當比較結(jié)果為滿充電容量的該實際值小于該滿充電容量的參考值時，控制器130則會控制該熔斷器控制開關(guān)120，用以熔
4融并切斷該熔斷器110。當熔斷器110被熔融并切斷時，充電或放電電流會被截斷。此外，控制器130優(yōu)選地具有存儲器，此存儲器可儲存執(zhí)行控制器130的操作所需的數(shù)據(jù)。例如，此存儲器可儲存控制器130用以計算滿充電容量的實際值以及參考值所需的數(shù)值或公式，或是控制器130操作時所需的程序。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護裝置中所采用的控制器的操作的方框圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的控制器的操作配置200包括實際值計算單元201，用以計算電池滿充電容量的實際值；參考值計算單元202，用以計算電池滿充電容量的參考值；滿充電容量比較單元203，用以對該充電容量的實際值和參考值做比較；以及熔斷器切斷單元204，用以當比較結(jié)果滿足一特定條件時，熔融并切斷熔斷器。以下，將參考流程圖來說明根據(jù)本發(fā)明的控制器的操作過程。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的通過比較電池滿充電容量的實際值以及參考值來保護電池的方法的流程圖。如圖3所示，首先控制器計算電池的滿充電容量的實際值(步驟Si)。當滿足某個條件時，計算出該滿充電容量的實際值。例如，當充電/放電循環(huán)累積到一定次數(shù)時，或當電池的使用時間超過某個值時，滿充電容量會被重新計算。隨著電池使用時間增加，滿充電容量會慢慢減小，因此滿充電容量應(yīng)被重新更新，并且更新的滿充電容量應(yīng)該被用于控制電池的充電或者放電，以防止電池的過充電或過放電?？刂破鲿Τ潆?放電循環(huán)累積次數(shù)以及電池使用時間進行管理，并儲存于存儲器中。與初始化計算電池的滿充電容量實際值的操作有關(guān)，電池的滿充電容量實際值可通過對電池被充電至滿充電電壓的時間至電池被放電至滿放電電壓的時間的放電電流進行積分而得到。在另一情況中，滿充電容量的實際值可通過對電池被放電至滿放電電壓的時間至電池被充電至滿充電電壓的時間的充電電流進行積分而得到。同時，除了上述的積分方法，本領(lǐng)域中的多個公知方法可以被用以計算電池的滿充電電壓的實際值。因此，本發(fā)明中對于用來計算電池的滿充電電壓的實際值的方法并無任何特別限制。在計算電池的滿充電容量的實際值之后，控制器會計算電池的滿充電容量的參考值(步驟S2)。滿充電容量的參考值的計算方法會在后續(xù)作介紹。在此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，步驟Sl以及步驟S2執(zhí)行的順序可前后對調(diào)。接著，控制器會比較電池的滿充電容量的實際值以及參考值，并決定是否要將電池電流的流動截斷(步驟S3)。步驟S3中，若控制器確定要截斷電流，則控制器會控制該熔斷器控制開關(guān)，以熔融并切斷熔斷器，由此不可逆地截斷電池電流的流動(步驟S4)。優(yōu)選地，在步驟S3中，在電池的滿充電容量的實際值比電池的滿充電容量的參考值小一預(yù)設(shè)值的情況下，控制器決定切斷電流的流動。其他的情形也可能是，當確定電池的滿充電容量的實際值小于滿充電容量的參考值連續(xù)至少兩次時，控制器則會切斷電流的流動。同時，步驟S2中，控制器優(yōu)選地通過將電池的滿充電容量的理論值與不大于1的預(yù)定值相乘來計算出所述參考值。在此，滿充電容量的理論值是表示在正常狀態(tài)下，當充電 /放電循環(huán)時所得到的滿充電容量。更優(yōu)選地，步驟S2中，控制器通過將滿充電容量的理論值與正常狀態(tài)下的電池效率(即，放電效率或充電效率)、以及異常操作計數(shù)速率(AOCR) 相乘來計算所述參考值。在該種情況下，滿充電容量的參考值可根據(jù)下式1的計算得到。[式1]滿充電容量的參考值=滿充電容量的理論值X電池效率XAOCR在此，AOCR表示以電池滿充電容量的理論值作基礎(chǔ)，將電池滿充電容量視為正常的最大允許范圍。例如，假設(shè)AOCR為80%時，若電池的滿充電容量的實際值具有正常電池滿充電容量的80%以上的值時，電池可視為是正常的。并且，在充電過程中，AOCR亦可以稱為ACCR (異常充電計數(shù)速率)，或在放電過程中，AOCR亦可以稱為ADCR (異常放電計數(shù)速率)。以下，將更加詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的用于電池的滿充電容量的參考值的計算方法。[表 1]
重復(fù)使用次數(shù)150100200300500滿充電容量的理論值(mAh)260025002400220021001900表1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池的滿充電容量的理論值的一個實例。如表1所示，當重復(fù)使用次數(shù)(或，充電/放電循環(huán)次數(shù))增加時，換言之，即當電池經(jīng)過重復(fù)的充電/放電后，滿充電容量的理論值會減少。此時，若電池包含有數(shù)個并聯(lián)的電池單體時，滿充電容量的理論值需乘以并聯(lián)的電池單體的數(shù)量。例如，如表1所示，當重復(fù)使用次數(shù)為50時，滿充電容量的理論值則為2500mAh。然而，若有兩個并聯(lián)的電池單體，滿充電容量的理論值會是5000mAh，而若是三個電池單體并聯(lián)時，理論值則會是7500mAh。[表 2]
C-速率溫度0.5C1.0C1.5C2.0C10°C90%89%85%80%25 0C100%98%95%90%45 "C100%100%98%95%60 100%100%98%95%表2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池效率的示例。表2中所示的效率值可以是電池放電效率或是電池充電效率。如表2中所示，電池效率可依照C-速率以及溫度來決定。 如表2中所示，當C-速率為1.0C且溫度為25°C時，電池的充電/放電效率為98%。以下，將參考式1以及表1及2來詳細描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池的滿充電容量的參考值的計算。假設(shè)表1中所示之具有滿充電容量的理論值的電池僅包含有一個電池單體，且重復(fù)使用次數(shù)為50，C-速率為1. 0C,溫度為25°C，且AOCR為80%。詳見表 1，電池滿充電容量的理論值為2500mAh，并詳見表2，電池效率則為98%。因此，電池滿充電容量的參考值可依照式1進行計算。參考值=2500X0. 98X0. 8 = 1960mAh此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，如前所述，滿充電容量的理論值、電池效率、以及 AOCR會依據(jù)諸如電池種類以及使用條件的各種不同狀況而有所不同。再者，雖未示于圖3中，若將步驟S3中電池滿充電容量視為在正常范圍內(nèi)，控制器會將儲存在存儲器中的現(xiàn)行的滿充電容量更新為重新計算出來的滿充電容量。圖4是比較地示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電池的滿充電容量的實際值、理論值、以及參考值的曲線圖。如圖4所示，滿充電容量的參考值是對應(yīng)于將滿充電容量的理論值減去一預(yù)設(shè)比例后所得到的數(shù)值。亦即，滿充電容量的參考值可通過將電池滿充電容量的理論值與不大于1的預(yù)定值相乘而得到。此實施例中，當滿充電容量的實際值大于參考值時，電池可被視為正常狀態(tài)。然而，若基于點a，滿充電容量的實際值低于如圖4的右方區(qū)域所示的參考值時，電池可被視為不正常狀態(tài)，此時熔斷器則會被熔融并切斷，以截斷電池中的電流流動。已經(jīng)詳細地說明了本發(fā)明。然而，應(yīng)該理解，雖然指示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是僅僅出于示例的目的而給出所述詳細描述和特定的示例，因為從本詳細描述中本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)顯而易見的是，可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行各種的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于保護電池的裝置，包括熔斷器，所述熔斷器被連接到充電或放電電流流經(jīng)的電路路徑；熔斷器控制開關(guān)，所述熔斷器控制開關(guān)選擇性地導(dǎo)通或斷開施加到所述熔斷器的操作電流；以及控制器，所述控制器計算電池的滿充電容量的實際值以及參考值，對所述實際值和所述參考值做比較，并接著根據(jù)所述比較的結(jié)果而控制所述熔斷器控制開關(guān)，從而熔融并切斷所述熔斷器。
2.如權(quán)利要求1所述的用于保護電池的裝置，其中，所述控制器控制所述熔斷器控制開關(guān)，使得當滿充電容量的實際值小于滿充電容量的參考值時，熔融并切斷所述熔斷器。
3.如權(quán)利要求1所述的用于保護電池的裝置，其中，所述控制器通過將滿充電容量的理論值與不大于1的預(yù)定值相乘計算出所述參考值。
4.如權(quán)利要求3所述的用于保護電池的裝置，其中，所述預(yù)定值通過將所述電池的效率與異常操作計數(shù)速率(AOCR)相乘而獲得。
5.一種通過比較電池的滿充電容量來保護電池的方法，所述方法包括步驟(51)計算所述電池的滿充電容量的實際值；(52)計算所述電池的滿充電容量的參考值；(53)對步驟(Si)中計算得到的所述電池的滿充電容量的所述實際值和步驟(S》中計算得到的所述電池的滿充電容量的所述參考值做比較；以及(54)根據(jù)步驟(S3)的比較結(jié)果，截斷所述電池中的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的用于保護電池的方法，其中，在步驟(S4)中，根據(jù)步驟(S3)的比較結(jié)果，當步驟(Si)的所述實際值小于步驟(S2)的所述參考值時，所述電流被截斷。
7.如權(quán)利要求5所述的用于保護電池的方法，其中，在步驟(S2)中，通過滿充電容量的理論值與不大于1的預(yù)定值相乘來計算所述參考值。
8.如權(quán)利要求7所述的用于保護電池的方法，其中，通過將所述電池的效率與異常操作計數(shù)速率(AOCR)相乘而獲得所述預(yù)定值。
全文摘要
公開了一種通過比較滿充電容量來保護電池的裝置及方法。根據(jù)本發(fā)明的方法包括步驟計算所述電池的滿充電容量的實際值；計算所述電池的滿充電容量的參考值；對計算得到的所述電池的滿充電容量的所述實際值和計算得到的所述電池的滿充電容量的所述參考值做比較；以及根據(jù)比較結(jié)果，截斷所述電池中的電流。因此，可早期地發(fā)現(xiàn)并控制電池的異常狀態(tài)，因而可防止如著火或熱產(chǎn)生等問題發(fā)生，并改善電池的安全性。
文檔編號H01M2/34GK102217120SQ200980145546
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者李錫勛 申請人:株式會社Lg化學(xué)