CN102217120A - 通过比较满充电容量来保护电池的装置及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种通过比较满充电容量来保护电池的装置及方法。根据本发明的方法包括步骤：计算所述电池的满充电容量的实际值；计算所述电池的满充电容量的参考值；对计算得到的所述电池的满充电容量的所述实际值和计算得到的所述电池的满充电容量的所述参考值做比较；以及根据比较结果，截断所述电池中的电流。因此，可早期地发现并控制电池的异常状态，因而可防止如着火或热产生等问题发生，并改善电池的安全性。

Description

通过比较满充电容量来保护电池的装置及方法

技术领域

本发明涉及电池，特别涉及一种通过比较满充电容量来保护电池的装置及方法。

背景技术

近年来，对于诸如笔记本电脑、录影机、及蜂窝电话之类的便携式电子产品的需求迅速增加，并且电动车辆、能量储存电池、机器人及卫星等发展也处于积极的进展中。因此，正积极地对可重复充电的高效能二次电池进行研究。

最近，镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池及锂二次电池均做为二次电池而被商业化使用。其中，锂二次电池最受关注，因为锂二次电池相对于镍基电池而言，几乎不会产生记忆效应，使得锂二次电池可自由地被充电及放电。除此之外，锂二次电池展现出极低的自放电速率及极高的能量密度的特征。

由于电池具有使用时间的限制，所以用于诸如笔记本电之类的便携式电子产品的电池应该显示其剩余容量。电池剩余容量一般使用基于满充电容量(FCC)的百分比来进行显示。因此，为了显示电池的剩余容量，必须要实际检查以及更新电池满充电容量。当电池由工厂生产出来时，电池的满充电容量会被设定为一特定值，然而电池在经过重复地充放电之后，其满充电容量会渐渐减低。因此电池满充电容量应适当的更新，并且已经提出了各种用于更新如满充电容量的算法。电池的满充电容量可被计算为二次电池从完全放电时至完全充电时的实际充电容量。相对地，该满充电容量也可以被计算为二次电池从完全充电时至完全放电时的实际的放电容量。使用者通常不会等到电池放电完全时才进行再次充电，因此后者的方法是较常使用的。

近年来，关于电池的最重要问题是其安全性问题。尤其，随着笔记本电脑和蜂窝手机的使用率越来越高，若电池爆炸，则包含有此电池的便携式电子产品会因此被损坏，甚至会导致着火。因此，须确保电池的安全性。至今，许多保护装置被用来确保电池的安全性。如果这些保护装置在检测到电池发生异常状态时，则通过将熔断器融断或切断来截断充电/放电电流。然而，电池爆炸的意外仍不断地发生，这代表着电池安全性尚未达到令人满意的程度。此外，虽然传统的电池保护装置可以防止由于电池相关的意外所造成的着火情形，然而由于热所引起的电池烧焦仍无法避免，因此仍会对电子产品有所伤害。

发明内容

技术问题

本发明是为了解决上述问题而提出，因此本发明之一目的是在于提供一种用于保护电池的装置以及方法，其通过早期地发现电池发生异常从而可改善电池的安全性。

技术解决方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于保护电池的装置，其包括：熔断器，其连接到充电或放电电流流经的电路路径上；熔断器控制开关，其选择性地导通或断开施加到熔断器的操作电流；以及控制器，其计算电池的满充电容量的实际值以及参考值，对该实际值和该参考值做比较，并接着根据该比较结果而控制所述熔断器控制开关，从而熔融并切断所述熔断器。

在本发明的另一方面，提供一种通过比较电池的满充电容量来保护电池的方法，该方法包括步骤：(S1)计算该电池的满充电容量的实际值；(S2)计算该电池的满充电容量的参考值；(S3)对步骤(S1)中所计算得到的电池的满充电容量的实际值与步骤(S2)中所计算得到的电池的满充电容量的参考值做比较；以及(S4)根据步骤(S3)的比较结果，截断电池中的电流。

有利效果

本发明中，电池发生的异常状态可早期地发现并控制，因而可防止如着火等问题的产生，并且改善电池的安全性。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的用于保护电池的装置的方框图；

图2是根据本发明的一个实施例的电池保护装置中采用控制器的操作的方框图；

图3是根据本发明的一个实施例的通过比较电池满充电容量的实际值和参考值来保护电池的方法的流程图；以及

图4是根据本发明的一个实施例的示出电池满充电容量的实际值、理论值、以及参考值的曲线图。

具体实施方式

以下将参考附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。在说明之前，本领域的技术人员应该理解，在说明书及权利要求中使用的术语不应该被理解为受限于其一般的意义及其在字典上的意义，而是应根据发明人允许对所述术语进行适当的限定以进行最佳解释的原则，基于与本发明的技术方案相对应的意义及概念来进行理解。

因此，这里的描述仅仅是出于示例目的而提出的优选示例，而非用于限制本发明的范围，并且应该理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对其进行其他的等效和修改。

图1是示出根据本发明的一个实施例的用于保护电池的装置100的方框图。

根据本发明的电池保护装置100被连接到电池单体150，且装置100包含有熔断器110、感应电阻器140、熔断器控制开关120、以及控制器130。熔断器110被连接到充电或放电电流流经的电路路径上，并且当如过充电、过放电、短路或过电流等异常情形发生时，熔断器110会不可逆地截断电压路径，从而保护电池。此外，感应电阻器140被连接到充电或放电电流流经的电路路径，且感应电阻器140会感应到在电池保护装置100中流动的电流，而熔断器控制开关120选择性地导通或断开施加到熔断器的操作电流。

控制器130计算电池的满充电容量的实际值以及参考值，对该实际值和该参考值做比较，并接着根据比较结果来控制熔断器控制开关120，以熔融并切断该熔断器110。在此，满充电容量的实际值是指当下所使用的电池的满充电容量，而满充电容人量的参考值是指用来与满充电容量的实际值作比较的标准值。优选地，当比较结果为满充电容量的该实际值小于该满充电容量的参考值时，控制器130则会控制该熔断器控制开关120，用以熔融并切断该熔断器110。当熔断器110被熔融并切断时，充电或放电电流会被截断。

此外，控制器130优选地具有存储器，此存储器可储存执行控制器130的操作所需的数据。例如，此存储器可储存控制器130用以计算满充电容量的实际值以及参考值所需的数值或公式，或是控制器130操作时所需的程序。

图2是示出根据本发明一个实施例的电池保护装置中所采用的控制器的操作的方框图。

如图2所示，根据本发明的控制器的操作配置200包括：实际值计算单元201，用以计算电池满充电容量的实际值；参考值计算单元202，用以计算电池满充电容量的参考值；满充电容量比较单元203，用以对该充电容量的实际值和参考值做比较；以及熔断器切断单元204，用以当比较结果满足一特定条件时，熔融并切断熔断器。

以下，将参考流程图来说明根据本发明的控制器的操作过程。图3是示出根据本发明的一个实施例的通过比较电池满充电容量的实际值以及参考值来保护电池的方法的流程图。

如图3所示，首先控制器计算电池的满充电容量的实际值(步骤S1)。当满足某个条件时，计算出该满充电容量的实际值。例如，当充电/放电循环累积到一定次数时，或当电池的使用时间超过某个值时，满充电容量会被重新计算。随着电池使用时间增加，满充电容量会慢慢减小，因此满充电容量应被重新更新，并且更新的满充电容量应该被用于控制电池的充电或者放电，以防止电池的过充电或过放电。控制器会对充电/放电循环累积次数以及电池使用时间进行管理，并储存于存储器中。与初始化计算电池的满充电容量实际值的操作有关，电池的满充电容量实际值可通过对电池被充电至满充电电压的时间至电池被放电至满放电电压的时间的放电电流进行积分而得到。在另一情况中，满充电容量的实际值可通过对电池被放电至满放电电压的时间至电池被充电至满充电电压的时间的充电电流进行积分而得到。

同时，除了上述的积分方法，本领域中的多个公知方法可以被用以计算电池的满充电电压的实际值。因此，本发明中对于用来计算电池的满充电电压的实际值的方法并无任何特别限制。

在计算电池的满充电容量的实际值之后，控制器会计算电池的满充电容量的参考值(步骤S2)。满充电容量的参考值的计算方法会在后续作介绍。在此，本领域的技术人员应理解，步骤S1以及步骤S2执行的顺序可前后对调。

接着，控制器会比较电池的满充电容量的实际值以及参考值，并决定是否要将电池电流的流动截断(步骤S3)。步骤S3中，若控制器确定要截断电流，则控制器会控制该熔断器控制开关，以熔融并切断熔断器，由此不可逆地截断电池电流的流动(步骤S4)。

优选地，在步骤S3中，在电池的满充电容量的实际值比电池的满充电容量的参考值小一预设值的情况下，控制器决定切断电流的流动。

其他的情形也可能是，当确定电池的满充电容量的实际值小于满充电容量的参考值连续至少两次时，控制器则会切断电流的流动。

同时，步骤S2中，控制器优选地通过将电池的满充电容量的理论值与不大于1的预定值相乘来计算出所述参考值。在此，满充电容量的理论值是表示在正常状态下，当充电/放电循环时所得到的满充电容量。更优选地，步骤S2中，控制器通过将满充电容量的理论值与正常状态下的电池效率(即，放电效率或充电效率)、以及异常操作计数速率(AOCR)相乘来计算所述参考值。在该种情况下，满充电容量的参考值可根据下式1的计算得到。

[式1]

满充电容量的参考值＝满充电容量的理论值×电池效率×AOCR

在此，AOCR表示以电池满充电容量的理论值作基础，将电池满充电容量视为正常的最大允许范围。例如，假设AOCR为80％时，若电池的满充电容量的实际值具有正常电池满充电容量的80％以上的值时，电池可视为是正常的。并且，在充电过程中，AOCR亦可以称为ACCR(异常充电计数速率)，或在放电过程中，AOCR亦可以称为ADCR(异常放电计数速率)。

以下，将更加详细地说明根据本发明的优选实施例的用于电池的满充电容量的参考值的计算方法。

[表1]

表1示出根据本发明的一个实施例的电池的满充电容量的理论值的一个实例。如表1所示，当重复使用次数(或，充电/放电循环次数)增加时，换言之，即当电池经过重复的充电/放电后，满充电容量的理论值会减少。此时，若电池包含有数个并联的电池单体时，满充电容量的理论值需乘以并联的电池单体的数量。例如，如表1所示，当重复使用次数为50时，满充电容量的理论值则为2500mAh。然而，若有两个并联的电池单体，满充电容量的理论值会是5000mAh，而若是三个电池单体并联时，理论值则会是7500mAh。

[表2]

表2示出根据本发明一个实施例的电池效率的示例。表2中所示的效率值可以是电池放电效率或是电池充电效率。如表2中所示，电池效率可依照C-速率以及温度来决定。如表2中所示，当C-速率为1.0C且温度为25℃时，电池的充电/放电效率为98％。

以下，将参考式1以及表1及2来详细描述根据本发明的一个实施例的电池的满充电容量的参考值的计算。假设表1中所示之具有满充电容量的理论值的电池仅包含有一个电池单体，且重复使用次数为50，C-速率为1.0C，温度为25℃，且AOCR为80％。详见表1，电池满充电容量的理论值为2500mAh，并详见表2，电池效率则为98％。因此，电池满充电容量的参考值可依照式1进行计算。

参考值＝2500×0.98×0.8＝1960mAh

此外，本领域的技术人员应理解，如前所述，满充电容量的理论值、电池效率、以及AOCR会依据诸如电池种类以及使用条件的各种不同状况而有所不同。

再者，虽未示于图3中，若将步骤S3中电池满充电容量视为在正常范围内，控制器会将储存在存储器中的现行的满充电容量更新为重新计算出来的满充电容量。

图4是比较地示出根据本发明的一个实施例的电池的满充电容量的实际值、理论值、以及参考值的曲线图。

如图4所示，满充电容量的参考值是对应于将满充电容量的理论值减去一预设比例后所得到的数值。亦即，满充电容量的参考值可通过将电池满充电容量的理论值与不大于1的预定值相乘而得到。此实施例中，当满充电容量的实际值大于参考值时，电池可被视为正常状态。然而，若基于点a，满充电容量的实际值低于如图4的右方区域所示的参考值时，电池可被视为不正常状态，此时熔断器则会被熔融并切断，以截断电池中的电流流动。

已经详细地说明了本发明。然而，应该理解，虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅仅出于示例的目的而给出所述详细描述和特定的示例，因为从本详细描述中本领域的技术人员应显而易见的是，可以在本发明的精神和范围内进行各种的变化和修改。

Claims (8)

1.一种用于保护电池的装置，包括：

熔断器，所述熔断器被连接到充电或放电电流流经的电路路径；

熔断器控制开关，所述熔断器控制开关选择性地导通或断开施加到所述熔断器的操作电流；以及

控制器，所述控制器计算电池的满充电容量的实际值以及参考值，对所述实际值和所述参考值做比较，并接着根据所述比较的结果而控制所述熔断器控制开关，从而熔融并切断所述熔断器。

2.如权利要求1所述的用于保护电池的装置，其中，所述控制器控制所述熔断器控制开关，使得当满充电容量的实际值小于满充电容量的参考值时，熔融并切断所述熔断器。

3.如权利要求1所述的用于保护电池的装置，其中，所述控制器通过将满充电容量的理论值与不大于1的预定值相乘计算出所述参考值。

4.如权利要求3所述的用于保护电池的装置，其中，所述预定值通过将所述电池的效率与异常操作计数速率(AOCR)相乘而获得。

5.一种通过比较电池的满充电容量来保护电池的方法，所述方法包括步骤：

(S1)计算所述电池的满充电容量的实际值；

(S2)计算所述电池的满充电容量的参考值；

(S3)对步骤(S1)中计算得到的所述电池的满充电容量的所述实际值和步骤(S2)中计算得到的所述电池的满充电容量的所述参考值做比较；以及

(S4)根据步骤(S3)的比较结果，截断所述电池中的电流。

6.如权利要求5所述的用于保护电池的方法，其中，在步骤(S4)中，根据步骤(S3)的比较结果，当步骤(S1)的所述实际值小于步骤(S2)的所述参考值时，所述电流被截断。

7.如权利要求5所述的用于保护电池的方法，其中，在步骤(S2)中，通过满充电容量的理论值与不大于1的预定值相乘来计算所述参考值。

8.如权利要求7所述的用于保护电池的方法，其中，通过将所述电池的效率与异常操作计数速率(AOCR)相乘而获得所述预定值。

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