CN105518956A - 用于防止电池过充电的设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于防止电池过充电的设备包括：电压划分单元，其一端连接至电池的正极片并且另一端连接至电池的负极片；以及开关单元，其一端连接至正极片并且另一端连接至负极片，开关单元根据电压划分单元划分的电压而短路或断开。当正极片与负极片之间的电压大于或等于第一电压时，开关单元短路，电池短路，产生过电流，正极片被损坏，并且电池与充电电源电学隔离。该设备仅使用无源器件，不需要将防止过充电的功能添加到控制单元，并具有足够简单构造以添加到电池单元的检测电路。产生过充电时，可通过切断施加到电池模块内的电池单元的电压来进一步保护电池，并且可通过检测过电压来防止过充电。此外，由于意外电池电压的检测或者不可避免条件而产生过电压时，可通过切断施加到电池的电压防止电池达到危险状态。

Description

用于防止电池过充电的设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年9月2日提交的标题为“用于防止电池过充电的设备”的韩国专利申请第10-2013-0105110号的权益，其全部内容通过引用合并于本申请。
技术领域
本发明一般地涉及用于防止电池的过充电的设备，并且更具体地，涉及一种电池过充电防止设备，其能够通过检测电池的过充电并且切断充电功率来防止电池的过充电。
背景技术
通常，当锂离子电池(也就是可充电电池)被过充电至预定的电压或以上时，其可能爆炸或燃烧。此外，电池组通常包括多个电池单元以获得要求的输出。当包括在电池组中的电池单元中的至少一个被过充电并且爆炸或燃烧时，其他电池单元以及过充电的电池单元也受这样的过充电的影响，因此必需要求防止电池的过充电，以确保电池的安全。
在传统技术中，存在一种方法，其用于当电池单元的电压由于过充电而增加时，检测过电压并且关闭功率继电器组件(PRA)中的继电器，因此阻止电池的过充电。然而，这种方法的问题在于：当继电器短路时，其不能被关闭，因此使得不能防止过充电。
在下面的现有技术文件中描述的专利文件公开了一种技术，其中当电池单元中由于过充电而发生膨胀时，控制单元160熔化并烧断保险丝300，因此阻止电池组的充电/放电电流。参照下述的专利文件的图1，当电池单元200中发生膨胀时，附着于该单元的外部材料上的第一极板100以及附着于电极组件上的第二极板120彼此分隔开预定的距离，并且第一极板110和第二极板120由于填充在该单元的外部材料与电极组件之间的电解质而起电容器的作用。相位差检测单元150检测电流与电压之间的相位差，并且当相位差约为90°时确定由于过充电在单元200中发生了膨胀，因此控制单元160通过熔化并烧断保险丝300来阻止电池组的充电/放电电流。
然而，下面的专利文件的问题在于：必须添加复杂的多个组件，例如第一极板110、第二极板120、电阻器单元140、交变电流(AC)供电单元130、相位差检测单元150以及控制单元160，因此使配置复杂化并且增加了制造成本。
因此，需要这样的用于防止电池过充电的设备，其中通过仅使用无源元件而无需将防止过充电的功能添加到控制单元，并且其具有如此简单的配置，以致该设备能够被添加到电池单元的检测电路，并且其能够在发生过充电时通过切断施加到电池模块中的电池单元上的电压来确保电池的额外的安全。
[现有技术文件]
[专利文件]
(专利文件1)韩国专利第10-1262879号。
发明内容
技术问题
因此，考虑到现有技术中发生的上述问题做出了本发明，并且本发明旨在提供用于防止电池过充电的设备，其中通过仅使用无源元件而无需将防止过充电的功能添加到控制单元，并且其具有如此简单的配置，以致该设备能够被添加到电池单元的检测电路，并且其能够在发生过充电时通过切断施加到电池模块中的电池单元上的电压来确保电池的额外的安全。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种用于防止电池过充电的设备，其包括：电压划分单元，其第一端连接至电池的阳极片，并且其第二端连接至所述电池的阴极片；以及开关单元，其第一端连接至所述阳极片，并且其第二端连接至所述阴极片，并且所述开关单元配置为根据所述电压划分单元所划分的电压来闭合或断开，其中当所述阳极片与所述阴极片之间的电压等于或大于第一电压时，所述开关单元闭合，并且所述电池短路以引起过电流，使得所述阳极片损坏，从而允许所述电池在电学上与充电电源隔离。
在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述阳极片由导电材料制成，所述导电材料由于在所述电池短路时发生的过电流所引起的温度的上升而熔化并且损坏。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述阳极片可以由铝制成。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述电压划分单元可以包括：第一电阻器，其第一端连接至所述阳极片；以及第二电阻器，其第一端连接至所述第一电阻器的第二端，并且其第二端连接至所述阴极片。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述开关单元可以包括分路调节器。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述分路调节器可以包括控制终端，并且可以被配置为使得当等于或大于作为所述分路调节器的参考电压的第二电压的电压施加到所述控制终端时，所述分路调节器短路，并且当小于所述第二电压的电压施加到所述控制终端时，所述分路调节器断开。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述电池可以包括电池单元，并且所述设备可以安装在所述电池单元的检测单元中，并且所述设备可以连接至所述电池单元的阳极片和阴极片。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述电池可以包括包含多个电池单元的电池模块，并且所述设备可以安装在所述电池模块中的多个电池单元中的一个电池单元的检测单元中，并且所述设备可以连接至该电池单元的阳极片和阴极片。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述设备可以包括在所述电池模块中。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述多个电池单元可以彼此串联连接。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述电池模块可以包括八个电池单元。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述第一电压可以在从4.7伏到4.9伏的范围内。
此外，在根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备中，所述电池可以包括锂离子电池。
一种电池组可以包括上述用于防止电池过充电的设备。
本发明的各个特征和优点将从下面结合附图的详细描述中更加清楚地理解。
在描述之前，本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应解释为局限于基于它们的词典定义的通常的含义，而应在发明人可以用最好地描述本发明的方法来合适地定义各术语的含义的原则的基础上，解释为具有与本发明的技术精神相关的含义和概念。
有益效果
根据本发明的实施例，本发明通过仅使用无源元件而不需要将防止过充电的功能添加到控制单元，本发明具有如此简单的配置，以致其能够被添加到电池单元的检测电路，并且本发明能够在发生过充电时通过切断施加到电池模块中的电池单元上的电压来确保电池的额外的安全。此外，根据本发明，过充电可以通过检测过电压来防止，以及除此之外，即使在检测到的电池的电压在预料之外的情况下或者在由于不可避免的情况而发生过充电的情况下，也可以切断施加到电池上的电压，因此能够防止电池达到危险状态。
附图说明
图1为示出根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备的框图。
具体实施方式
本发明的各个对象、具体优点以及新特征将从下面结合附图的详细描述和优选实施例中更加清楚地理解。
应当注意，现在将在本说明书中对附图进行参照，其中相同的参考标号在不同附图中始终用于表示相同的组件。
此外，术语“第一”和“第二”仅用于将一个组件与其他组件区分开，并且这些组件不被这些术语所限制。
在下面的本发明的描述中，将省略对被认为使本发明的要点模糊的相关已知技术的详细描述。
在下文中，将参照附图来详细地描述本发明的优选实施例。
图1为示出根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备的框图。
根据本发明的实施例的用于防止电池过充电的设备包括：电压划分单元106，其第一端连接至电池单元100的阳极片102，并且其第二端连接至电池单元100的阴极片104；以及开关单元108，其第一端连接至阳极片102并且其第二端连接至阴极片104，并且配置为根据电压划分单元106所划分的电压来闭合或断开。
开关单元108在阳极片102与阴极片104之间的电压(即，电池单元100的电压)等于或大于第一电压时闭合。当开关单元108闭合时，电池单元100短路并且发生过电流，使得阳极片102损坏，从而使电池单元100在电学上与充电电源隔离。
阳极片102由铝制成，其温度由于在电池单元100短路时发生的过电流而增加至熔点温度之上，然后被熔化并损坏。然而，本发明的阳极片不限于此，而可以由在其温度由于过电流而增加至预定的温度之上时被熔化并损坏的任何类型的导电材料制成。
电压划分单元106包括：第一电阻器R1，其第一端连接至阳极片102；以及第二电阻器R2，其第一端连接至第一电阻器R1的第二端，并且其第二端连接至阴极片104，并且开关单元108包括分路调节器SR。
分路调节器SR包括控制终端CT，电压划分单元106所划分的电压施加在控制终端CT上。当等于或大于第二电压(即，分路调节器SR的参考电压)的电压施加到分路调节器SR的控制终端CT上时，分路调节器SR短路，而当小于第二电压的电压施加到控制终端CT上时，分路调节器SR在电学上断开。
电池过充电防止设备安装在电池单元100的检测单元(未示出)中，然后连接至电池单元100的阳极片102和阴极片104。
当电池实施为包括多个电池单元的电池模块时，电池过充电防止设备可以安装在电池模块中的电池单元之一的检测单元中，并且可以连接至电池单元100的阳极片102和阴极片104。在这种情况下，电池过充电防止设备可以包括在电池模块中，并且多个电池单元可以彼此串联连接。此外，电池模块可以包括八个电池单元。
第一电压为确定电池单元100是否过充电所要求的电压，并且可以在4.7伏到4.9伏的范围内，并且电池单元100可以包括锂离子电池单元。
具有上述配置的、根据本发明的实施例的电池过充电防止设备的工作将在下面参照图1来详细地描述。
当来自充电电源的功率施加到电池单元100的阳极片102和阴极片104时，电池单元100被用该充电功率进行充电。
当电池单元100由于在被用该充电功率进行充电时发生的某种问题而被过充电时，电池单元100的阳极片102与阴极片104之间的电压增加。
电池的充电状态(SOC)为100％的情况被称为电池单元的完全充电状态。通常地，在完全充电状态下电池单元100的两端之间感应到例如4.2伏的电压的情况被假设为是正常情况。假设电池单元100被过充电并且在电池单元100的两端之间感应到4.7伏或以上的电压。
在阳极片102与阴极片104之间感应的电压(也就是，在电池单元100处感应的电压)为4.7伏或以上，电压划分单元106所划分的电压也增加，因此超过参考电压的电压施加到分路调节器SR的控制终端CT上。
分路调节器SR以这样的方式根据施加到控制终端CT上的电压而短路或断开：当等于或大于参考电压的电压施加到控制终端CT上时，分路调节器SR短路，并且当小于参考电压的电压施加到控制终端CT上时，分路调节器SR在电学上断开。
因此，当电池单元100被过充电并且在阳极片102与阴极片104之间感应到大于4.7伏的过电压时，等于或大于参考电压的电压施加到分路调节器SR的控制终端CT上，因此分路调节器SR在电学上短路。
当分路调节器SR短路时，电池单元100也短路，因此发生作为很大电流的过电流。当由于过电流，阳极片102的温度超过660℃(铝的熔点温度)时，阳极片102熔化并损坏。因此，通过阳极片102施加到电池单元100的来自充电电源的功率被切断，因此防止了过充电，从而可以防止电池单元100的点燃和爆炸。
在电池过充电防止设备中，当作为确定是否发生过充电所要求的电压的过电压变化时，根据本发明的实施例的电池过充电防止设备(如图1所示)可以被操作来通过适当地改变构成电压划分单元106的第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻值，或者通过使用具有不同的参考电压的分路调节器SR，来根据变化了的过电压防止电池的过充电。
同时，在本发明的实施例中，当发生过充电时，考虑到在电池单元100短路时流过的短路电流，具有合适的横截面积的导电片可以用作阳极片102。在这种情况下，在发生过充电时，阳极片102的温度由于过电流而达到熔化温度以使阳极片102熔化，并且电池单元100在电学上与供应充电功率的充电电源隔离。因此，可以防止电池单元100的过充电并且也可以防止电池单元100的点燃和爆炸。
虽然已经参照具体实施例详细地描述了本发明，实施例仅旨在详细地描述本发明，并且显然的是，本发明不限于此，并且在不脱离本发明的技术精神的前提下，本领域技术人员可以实践其各种修改或替代。
本发明的所有的简单修改或变化属于本发明的范围，并且本发明的具体保护范围将通过随附的权利要求清楚地理解。
[参考标号说明]
100：电池单元，102：阳极片
104：阴极片，106：电压划分单元
108：开关单元，R1：第一电阻器
R2：第二电阻器，SR：分路调节器。

Claims (14)

1.一种用于防止电池过充电的设备，包括：
电压划分单元，其第一端连接至电池的阳极片，并且其第二端连接至所述电池的阴极片；以及
开关单元，其第一端连接至所述阳极片，并且其第二端连接至所述阴极片，并且所述开关单元配置为根据所述电压划分单元所划分的电压来闭合或断开，
其中当所述阳极片与所述阴极片之间的电压等于或大于第一电压时，所述开关单元闭合，并且所述电池短路以引起过电流，使得所述阳极片损坏，从而使得所述电池在电学上与充电电源隔离。
2.权利要求1所述的设备，其中所述阳极片由导电材料制成，所述导电材料由于在所述电池短路时发生的过电流所引起的温度的上升而熔化并且损坏。
3.权利要求2所述的设备，其中所述阳极片由铝制成。
4.权利要求3所述的设备，其中所述电压划分单元包括：
第一电阻器，其第一端连接至所述阳极片；以及
第二电阻器，其第一端连接至所述第一电阻器的第二端，并且其第二端连接至所述阴极片。
5.权利要求4所述的设备，其中所述开关单元包括分路调节器。
6.权利要求5所述的设备，其中所述分路调节器包括控制终端，并且被配置为使得当等于或大于作为所述分路调节器的参考电压的第二电压的电压施加到所述控制终端时，所述分路调节器短路，并且当小于所述第二电压的电压施加到所述控制终端时，所述分路调节器断开。
7.权利要求6所述的设备，其中所述电池包括电池单元，并且所述设备安装在所述电池单元的检测单元中，并且所述设备连接至所述电池单元的阳极片和阴极片。
8.权利要求6所述的设备，其中所述电池包括包含多个电池单元的电池模块，并且所述设备安装在所述电池模块中的多个电池单元中的一个电池单元的检测单元中，并且所述设备连接至该电池单元的阳极片和阴极片。
9.权利要求8所述的设备，其中所述设备包括在所述电池模块中。
10.权利要求9所述的设备，其中所述多个电池单元彼此串联连接。
11.权利要求10所述的设备，其中所述电池模块包括八个电池单元。
12.权利要求11所述的设备，其中所述第一电压在从4.7伏到4.9伏的范围内。
13.权利要求12所述的设备，其中所述电池包括锂离子电池。
14.一种电池组，包括权利要求1所述的用于防止电池过充电的设备。
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