JP2011115040A - バッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック及びその方法が開示される。
【解決手段】一例として、バッテリーセルの温度及び電圧をセンシングする段階と、前記センシングされたバッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する段階と、前記バッテリーセルの温度が基準温度を超過している場合、前記センシングされたバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する段階と、前記バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、充電、放電または待機時に前記バッテリーセルを自己放電させる段階と、を含むバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法が開示される。
【選択図】図４

Description

本発明の一実施例は、バッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック及びその方法に関するものである。

一般的に、バッテリーパックは多数のバッテリーセルと、バッテリーセルの過充電及び過放電を防止するための充電スイッチ及び放電スイッチと、前記充電スイッチ及び放電スイッチを制御する制御部とからなる。

前記制御部は、バッテリーセルの電圧を感知することで、バッテリーセルが過充電されると前記充電スイッチをターンオフして充電が停止されるようにし、バッテリーセルが過放電されると前記放電スイッチをターンオフして放電が停止されるようにする。

ところが、充電されたバッテリーセルが高温に長時間放置されると、バッテリーセルの内部で多量のガスが発生する。これによって、バッテリーセルがスウェリングされ、液が漏れることで、バッテリーパックの安全性及び信頼性が低下する。

例えば、車両の電子装置の一つであるナビゲーションの場合、一般的にナビゲーションは電源線に常に連結されているので、通常ナビゲーションのバッテリーセルは充電されている。よって、夏季に車両の内部温度が急上昇した場合、前記ナビゲーションのバッテリーセルから多量の内部ガスが発生し、これによってバッテリーセルでスウェリング及び液漏れが非常に発生してしまう。

本発明の一実施例は、バッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック及びその方法を提供する。

本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法は、バッテリーセルの温度及び電圧をセンシングする段階と、前記センシングされたバッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する段階と、前記バッテリーセルの温度が基準温度を超過している場合、前記センシングされたバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する段階と、前記バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、充電、放電または待機時に前記バッテリーセルを自己放電させる段階と、を含む。

前記基準温度は４５〜７０℃であってもよい。

前記基準電圧は３．８５Ｖであってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルを０．１〜２Ｃで放電して行ってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルを０．１〜０．５Ｃで放電して行ってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの残存容量が５０〜１００％である場合に行ってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの残存容量が５０％になるまで行ってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの電圧が３．８Ｖになるまで行ってもよい。

前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、バッテリーセル放電段階と、バッテリーセル容量が５０％より小さいかを判断する段階と、前記バッテリーセル容量が５０％より小さい場合、前記バッテリーセル電圧が３．８Ｖより低いかを判断する段階とを含み、前記バッテリーセル容量が５０％より小さければ、バッテリーセルの放電を停止し、前記バッテリーセル電圧が３．８Ｖより高ければ、バッテリーセル放電段階に復帰してもよい。

また、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックは、バッテリーセルと、前記バッテリーセルの温度を感知する温度センサーと、前記バッテリーセルに電気的に連結された自己放電部と、前記温度センサーから得た温度値によって、充電、放電または待機時に前記自己放電部を制御して前記バッテリーセルが自己放電するようにする制御部とを含む。

前記バッテリーセルの大電流経路に電気的に連結された充電スイッチング素子をさらに含み、前記制御部は前記充電スイッチング素子及び前記自己放電部を独立的に制御してもよい。

前記自己放電部は、直列連結された自己放電スイッチング素子及び少なくとも一つの放電抵抗を含み、前記自己放電スイッチング素子及び放電抵抗は、前記バッテリーセルに並列に連結してもよい。

前記自己放電部は、前記自己放電スイッチング素子と放電抵抗の間に発光ダイオードがさらに連結してもよい。

前記自己放電スイッチング素子と放電抵抗に少なくとも一つの放電抵抗が並列にさらに連結してもよい。

前記温度センサーは、サーミスタ及びそれに連結された分圧抵抗からなってもよい。

前記制御部は、バッテリーセルの温度が基準温度を超過し、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、充電、放電または待機時に前記自己放電部を動作させてもよい。

前記制御部は、前記バッテリーセルの残存容量が５０〜１００％である場合、前記自己放電部を動作させてもよい。

前記バッテリーパックはナビゲーション装置に装着してもよい。

前記バッテリーパックは車両用電子装置に装着してもよい。

本発明の一実施例によると、バッテリーセルの温度が基準温度を超過し、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過した場合、バッテリーセルが自己放電することで、高温スウェリング及び漏液現象が効率的に防止される。尚、バッテリーセルの容量が５０〜１００％である区間で、上記のようなバッテリーセルの自己放電が行われることで、高温スウェリング及び漏液現象がもっと効率的に防止される。

さらに、このような自己放電動作が充電、放電または待機時に行われることで、バッテリーパックの動作モードにかかわらず常にバッテリーパックの安全性及び信頼性が保証される。

本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックを示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックのうち自己放電部の構成を示す回路図である。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックのうち自己放電部の構成を示す回路図である。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックのうち自己放電部の構成を示す回路図である。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックが装着されたナビゲーションを示す分解斜視図である。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち一般モードの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち充電または放電停止モードの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち自己放電モードの動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるように、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックを示すブロック図である。

図１に示すように、本発明に係るバッテリーパック１００は、バッテリーセル１１０、温度センサー１２０、自己放電部１３０、制御部１４０、放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０を含む。また、前記バッテリーパック１００は、充電器または外部負荷に電気的に連結または分離可能なパック正極端子Ｐ＋及びパック負極端子Ｐ−を含む。

前記バッテリーセル１１０は充電及び放電が可能であり、セル正極端子Ｂ＋及びセル負極端子Ｂ−を含む。このようなバッテリーセル１１０は通常のリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池及びその等価物のうち選択された何れか一つであってもよいが、これにその種類を限定するわけではない。また、前記セル正極端子Ｂ＋はパック正極端子Ｐ＋と電気的に連結され、前記セル負極端子Ｂ−は放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０を経由して、パック負極端子Ｐ−と電気的に連結される。さらに、前記セル正極端子Ｂ＋及び前記パック正極端子Ｐ＋の間の経路、前記セル負極端子Ｂ−及び前記パック負極端子Ｐ−の間の経路は、充電電流または放電電流が流れる経路であって、大電流経路と定義することができる。

前記温度センサー１２０は、前記バッテリーセル１１０またはその近くに設けられて、前記バッテリーセル１１０の温度を感知し、これを電気的信号に変換して前記制御部１４０に入力する。このような温度センサー１２０は、サーミスタ１２１及び分圧抵抗１２２を含むことができる。周知のように、前記サーミスタ１２１は、温度によって抵抗値が変わる。また、前記分圧抵抗１２２は電圧を分圧する。即ち、前記サーミスタ１２１は、一電極がセル正極端子Ｂ＋とパック正極端子Ｐ＋の間のノードＮ１に電気的に連結され、他電極が前記分圧抵抗１２２に電気的に連結される。前記分圧抵抗１２２は、一電極が前記サーミスタ１２１に電気的に連結され、他電極が制御部１４０に電気的に連結される。また、前記サーミスタ１２１と分圧抵抗１２２の間のノードＮ２は、制御部１４０のＶＴＨ端子に連結され、前記分圧抵抗１２２は、制御部１４０のＶＳＳＴＨ端子に連結される。ここで、前記サーミスタ１２１は、周知のように温度の上昇によって抵抗値が減少するので、温度が上昇すると前記ＶＴＨ端子に電圧を増加させて入力する。さらに、前記分圧抵抗１２２としては、感知しようとする温度範囲に適切なものが選択することができる。即ち、前記分圧抵抗１２２の抵抗値を調整することで、感知しようとする温度範囲を調節することができる。

前記自己放電部１３０は、前記バッテリーセル１１０の正極端子Ｂ＋及び負極端子Ｂ−に並列に連結されている。また、前記自己放電部１３０は、前記制御部１４０のＴＳ端子に電気的に連結されている。よって、前記自己放電部１３０は、前記制御部１４０の制御信号によって動作または停止する。このような自己放電部１３０は、前記バッテリーセル１１０の容量または電圧を減少させるために、前記バッテリーセル１１０を強制的に放電させる。このような自己放電部１３０の構成及び動作については下記でまた説明する。

前記制御部１４０は、前記温度センサー１２０及び前記自己放電部１３０に電気的に連結されている。勿論、図示されてはいないが、前記制御部１４０には前記バッテリーセル１１０の電圧及び電流を感知するために電圧センサー及び電流センサーも連結されている。しかし、このような電圧センサー及び電流センサーは当業者に周知のものであるので、ここではその連結関係及び動作の説明を省略する。前記制御部１４０は、前記温度センサー１２０から得た温度値によって、充電、放電または待機時に前記自己放電部１３０を制御して、前記バッテリーセル１１０を自己放電させる。もっと具体的に説明すると、前記制御部１４０は、前記バッテリーセル１１０の温度が基準温度を超過し、バッテリーセル１１０の電圧が基準電圧を超過し、バッテリーセル１１０の容量が基準容量を超過した場合、充電、放電または待機時に前記自己放電部１３０を動作させることで、前記バッテリーセル１１０を強制的に放電させる。このようにして、前記バッテリーセル１１０の高温スウェリング及び漏液現象が防止される。このような制御部１４０の具体的な動作は下記で再び説明する。

一方、前記制御部１４０は、論理回路１４１及び温度センシング回路１４２を含む。前記論理回路１４１は、前記自己放電部１３０にＴＳ端子を介して電気的に連結される。また、前記温度センシング回路１４２はＶＴＨ端子及びＶＳＳＴＨ端子に電気的に連結され、前記温度センサー１２０で感知された値を電気的信号に変換して前記論理回路１４１に入力する。即ち、前記論理回路１４１は、前記温度センシング回路１４２から得た温度値が基準温度を超過し、バッテリーセル１１０の電圧が基準電圧を超過し、バッテリーセル１１０の容量が基準容量を超過した場合、ＴＳ端子を介して前記自己放電部１３０を動作させる。ここで、前記制御部１４０は、基本的にバッテリーセル１１０の電圧及び電流などを感知してバッテリーセル１１０の容量を計算する。上述したように、前記バッテリーセル１１０の電圧センサー及び電流センサーだけでなく、前記容量計算方法も当業者に周知のものであるので、ここでは説明を省略する。

さらに、ここで前記バッテリーセル１１０の容量は考慮されなくてもよい。即ち、前記論理回路１４１は、前記温度センシング回路１４２から得た温度値が基準温度を超過し、バッテリーセル１１０の電圧が基準電圧を超過した場合、ＴＳ端子を介して前記自己放電部１３０を動作させることもできる。このようにして、バッテリーセル１１０の容量を犠牲にする代わりに、バッテリーセル１１０のスウェリング及び漏液現象がもっと積極的に防止することができる。

一方、前記セル負極端子Ｂ−とパック負極端子Ｐ−の間には、放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０が電気的に連結されている。前記放電スイッチ１５０は、ソースがセル負極端子Ｂ−に連結され、ゲートが制御部１４０のＤＯＵＴ端子に連結されており、ドレインが充電スイッチ１６０のドレインに連結されている。また、前記放電スイッチ１５０には、セル負極端子Ｂ−からパック負極端子Ｐ−の方向に順方向を有するボディダイオードが並列に形成されている。また、充電スイッチ１６０は、ソースがパック負極端子Ｐ−に連結され、ゲートが制御部１４０のＣＯＵＴ端子に連結されており、ドレインが放電スイッチ１５０のドレインに連結されている。また、前記充電スイッチ１６０には、パック負極端子Ｐ−からセル負極端子Ｂ−の方向に順方向を有するボディダイオードが並列に形成されている。

前記放電スイッチ１５０は、前記バッテリーセル１１０が過放電電圧であると前記制御部１４０が判断した場合、ＤＯＵＴ端子を介してゲートに制御信号を出力することでターンオフされる。よって、バッテリーセル１１０の放電が停止される。しかし、放電スイッチ１５０のボディダイオードによって、バッテリーセル１１０の充電は可能である。バッテリーセル１１０の放電時に過電流が発生した場合も、上記のように動作する。

前記充電スイッチ１６０は、前記バッテリーセル１１０が過充電電圧であると前記制御部１４０が判断した場合、ＣＯＵＴ端子を介してゲートに制御信号を出力することでターンオフされる。よって、バッテリーセル１１０の充電が停止される。しかし、充電スイッチ１６０のボディダイオードによって、バッテリーセル１１０の放電は可能である。バッテリーセル１１０の充電時に過電流が発生した場合も、上記のように動作する。

ここで、実質的に前記放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０は、前記論理回路１４１によって制御される。即ち、前記論理回路１４１は、実質的に前記自己放電部１３０、放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０をそれぞれ個別的に制御する。言い換えれば、前記論理回路１４１は、前記放電スイッチ１５０または充電スイッチ１６０のターンオンまたはターンオフ状態にかかわらず、独立的に前記自己放電部１３０を制御する。勿論、このために前記自己放電部１３０と放電スイッチ１５０、または前記自己放電部１３０と充電スイッチ１６０は互いに電気的に連結されていない。即ち、制御部１４０のＴＳ端子、ＤＯＵＴ端子及びＣＯＵＴ端子は互いに電気的に連結されていない。

一方、図１において、前記放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０は、Ｎチャネル電界効果トランジスタとして示されているが、このようなスイッチの種類に本発明を限定するわけではない。即ち、前記放電スイッチ１５０及び充電スイッチ１６０は、Ｐチャネル電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴ及びその等価物のうち選択された何れか一つであることができる。

このようにして、本発明の一実施例に係る方法によると、バッテリーセル１１０の温度、電圧及び容量が所定条件を満たす場合、バッテリーセル１１０は自己放電する。例えば、バッテリーセル１１０の温度が４５〜７０℃を超過し、バッテリーセル１１０の電圧が３．８５Ｖを超過し、バッテリーセル１１０の容量が５０〜１００％である場合、バッテリーセル１１０を強制的に放電することができる。よって、バッテリーセル１１０のスウェリング及び漏液現象を予め防止することができる。勿論、このようなバッテリーパック１００が装着された電子装置の安全性及び信頼性もより向上する。さらに、前記温度範囲、電圧範囲及び容量範囲はバッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更できるものであって、ここでその範囲を限定するわけではない。

図２ａ〜図２ｃは、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングをできるバッテリーパックのうち自己放電部の構成を示す回路図である。

図２ａに示すように、自己放電部１３０は、放電スイッチング素子１３１と放電抵抗１３２からなることができる。前記放電スイッチング素子１３１は、例えば、Ｎチャネル電界効果トランジスタであることができる。しかし、このようなトランジスタの種類に本発明を限定するわけではない。

前記放電スイッチング素子１３１のソースは、バッテリーセル１１０のセル負極端子Ｂ−に電気的に連結され、ドレインは放電抵抗１３２に電気的に連結されている。さらに、前記放電スイッチング素子１３１のゲートは、ＴＳ端子に電気的に連結されている。また、前記放電抵抗１３２は、一電極が前記バッテリーセル１１０のセル正極端子Ｂ＋に連結され、他電極が前記放電スイッチング素子１３１のドレインに電気的に連結されている。

このようにして、ＴＳ端子を介して、例えばハイシグナルが入力される場合、前記Ｎチャネル電界効果トランジスタはターンオンされる。よって、バッテリーセル１１０のセル正極端子Ｂ＋から放電抵抗１３２、放電スイッチング素子１３１及びバッテリーセル１１０のセル負極端子Ｂ−を介して電流が流れる。これによって、前記放電抵抗１３２を介して、バッテリーセル１１０が自己放電する。

図２ｂに示すように、自己放電部２３０は、追加的に発光ダイオード２３３をさらに含むことができる。即ち、発光ダイオード２３３のカソードは、放電抵抗１３２に電気的に連結され、アノードは、放電スイッチング素子１３１のドレインに電気的に連結される。

これによって、自己放電部２３０の動作時に、前記発光ダイオード２３３が発光することで、使用者はバッテリーパックの自己放電動作を認識することができる。勿論、前記発光ダイオード２３３によってバッテリーセル１１０の自己放電率はもっと大きくなる。

図２ｃに示すように、自己放電部３３０は、追加放電抵抗３３４をさらに含むことができる。即ち、追加放電抵抗３３４は、一電極がバッテリーセル１１０のセル正極端子Ｂ＋に連結され、他電極が発光ダイオード２３３と放電スイッチング素子１３１の間のノードＮ３に連結されることが可能である。このように、追加放電抵抗３３４がさらに連結されることで、自己放電部３３０の自己放電率はもっと大きくなる。

図３は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパックが装着されたナビゲーションを示す分解斜視図である。

図３に示すように、本発明の一実施例に係るバッテリーパック１００は、車両内部に設けられたナビゲーション４００に装着することができる。この他にも、本発明の一実施例に係るバッテリーパック１００は、各種の車両用電子装置に装着することができる。

従って、車両用電子装置に装着された本発明の一実施例に係るバッテリーパック１００は、夏季の高温環境に露出した場合に自己放電することで、スウェリング及び漏液現象が発生しなくなる。

以下の説明では、前記バッテリーパックのうち制御部の動作を説明する。即ち、前記制御部のうち特に論理回路の動作を説明する。

図４は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法を示すフローチャートである。

図４に示すように、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法は、バッテリーセルの温度及び電圧をセンシングし、バッテリーセルの残存容量を計算する段階Ｓ１００、前記バッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する段階Ｓ２００、前記バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する段階Ｓ４００、前記バッテリーセルの容量が基準容量を超過しているかを判断する段階Ｓ６００及び自己放電モード段階Ｓ７００を含む。

ここで、前記段階Ｓ２００でバッテリーセルの温度が基準温度を超過していないと判断された場合、一般モード段階Ｓ３００が行われる。また、前記段階Ｓ４００でバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過してないと判断された場合、充電停止モード段階Ｓ５００が行われる。

さらに、以下の説明で別途の説明がなくても各段階の主体は、バッテリーパックの制御部、即ち、論理回路であると理解される。

前記バッテリーセルの温度及び電圧をセンシングし、バッテリーセルの残存容量を計算する段階Ｓ１００では、制御部が温度センサーを利用してバッテリーセルの温度を感知し、電圧センサーを利用してバッテリーセルの電圧を感知する。また、制御部は、バッテリーセルの電圧または電流値を利用して、バッテリーセルの残存容量を計算する。

前記バッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する段階Ｓ２００では、制御部が上記のようにセンシングされたバッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する。ここで、前記基準温度は４５〜７０℃に設定することができるが、このような温度範囲に本発明を限定するわけではない。即ち、前記基準温度はバッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更することができる。しかし、一般的にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池は約４５℃からスウェリングが始まる危険性があるので、前記基準温度は少なくとも約４５℃に設定されることが好ましい。

前記段階Ｓ２００でバッテリーセルの温度が基準温度を超過している場合、段階Ｓ４００が行われる。

前記バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する段階Ｓ４００では、制御部が上記のようにセンシングされたバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する。ここで、前記基準電圧は３．８５Ｖに設定することができるが、このような電圧に本発明を限定するわけではない。即ち、前記基準電圧はバッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更することができる。しかし、一般的にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池は、約４５℃を超過する温度で約３．８５Ｖを超過する電圧の場合にスウェリングが始まる危険性が大きいので、前記基準電圧は少なくとも３．８５Ｖに設定されることが好ましい。

前記段階Ｓ４００でバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、段階Ｓ６００が行われる。

前記バッテリーセルの容量が基準容量を超過しているかを判断する段階Ｓ６００では、制御部が上記のように計算されたバッテリーセルの容量が基準容量を超過しているかを判断する。ここで、前記基準容量は５０〜１００％であることができるが、このような容量範囲に本発明を限定するわけではない。即ち、前記基準容量はバッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更することができる。しかし、一般的にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池は、約４５℃を超過する温度、約３．８５Ｖを超過する電圧及び約５０〜１００％の容量の場合、スウェリングが殆ど確実に発生するので、前記基準容量は少なくとも５０〜１００％に設定されることが好ましい。

前記段階Ｓ６００でバッテリーセルの容量が基準容量を超過している場合、段階Ｓ７００が行われる。

前記自己放電モード段階Ｓ７００では、制御部が前記バッテリーセルの電圧が所定レベルになるまで自己放電させる。即ち、前記制御部は自己放電部を動作させることで、バッテリーセルの電圧が約３．８Ｖになるまで自己放電させる。しかし、このような電圧に本発明を限定するわけではない。即ち、前記バッテリーセルの自己放電停止電圧はバッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更することができる。さらに、このような自己放電は、バッテリーセルの容量が約５０％まで減少すると直ちに停止されることが好ましい。即ち、現在のバッテリーセルの電圧が３．８Ｖを超過したとしても、バッテリーセルの容量が５０％まで減少すると直ちに自己放電が停止される。

一方、前記バッテリーセルの自己放電は、約０．１〜２Ｃの速度で行うことができる。より好ましくは、前記バッテリーセルの自己放電は、約０．１〜０．５Ｃの速度で行うことができる。ここで、前記自己放電速度は、バッテリーセルの種類、形状、構造及び容量によって変更することができる。しかし、一般的にリチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池の場合、自己放電速度が０．１Ｃ未満であれば、バッテリーセルの高温スウェリング現象を抑制することが困難であり、前記自己放電速度が０．５Ｃを超過すれば、バッテリーセルの劣化が早く進行する恐れがある。よって、前記バッテリーセルの自己放電速度は約０．１〜０．５Ｃが適切である。

さらに、本発明で前記バッテリーセルの容量は考慮されなくてもよい。即ち、前記バッテリーセルの温度及び電圧だけが考慮されて自己放電可否が決まることもできる。言い換えれば、バッテリーセルの温度が基準温度を超過し、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過した場合、すぐバッテリーセルが自己放電してもよい。勿論、このような方法によってバッテリーセルの残存容量が過度に低下して、バッテリーパックの使用可能時間が減少する可能性もある。しかし、バッテリーパックの残存容量または使用可能時間が減少するにもかかわらず、バッテリーセルのスウェリング及び漏液現象などをもっと確実に防止するためには、上記のように自己放電時バッテリーセルの容量が考慮されなくてもよい。

一方、図４のように、本発明は前記段階Ｓ２００、段階Ｓ４００及び段階Ｓ６００の順番で行うことができるが、本発明でこのような順番が限定されるのではない。即ち、本発明は段階Ｓ２００、段階Ｓ６００及び段階Ｓ４００の順番、段階Ｓ４００、段階Ｓ２００及び段階Ｓ６００の順番、段階Ｓ４００、段階Ｓ６００及び段階Ｓ２００の順番、段階Ｓ６００、段階Ｓ２００及び段階Ｓ４００の順番、段階Ｓ６００、または段階Ｓ４００及び段階Ｓ２００の順番で行うことができる。勿論、最終的に前記三つの段階（条件）を全て満たす場合、充電、放電または待機時に自己放電モード段階Ｓ７００が行われる。

即ち、バッテリーセルの温度が４５〜７０℃を超過し、バッテリーセルの電圧が３．８５Ｖを超過し、バッテリーセルの容量が５０〜１００％である場合、自己放電モード段階Ｓ７００が行われる。さらに、自己放電モード段階Ｓ７００は、バッテリーセルの電圧がまだ３．８Ｖまで下降しなくても、バッテリーセルの容量が５０％まで低下した場合、直ちに停止される。

図５は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち一般モードの動作を示すフローチャートである。

一般モードは、バッテリーセルの温度が基準温度より以下である場合に行われる。即ち、図４の段階Ｓ２００で「いいえ」の場合に一般モードが行われる。

前記一般モードは、バッテリーセルの電圧が過充電電圧より大きいかを判断する段階Ｓ３１０、前記段階Ｓ３１０で「はい」の場合に充電を停止する段階Ｓ３２０、前記段階Ｓ３１０で「いいえ」の場合にバッテリーセルの電圧が過放電電圧より低いかを判断する段階Ｓ３３０及び前記段階Ｓ３３０で「はい」の場合に放電を停止する段階Ｓ３４０を含む。勿論、前記段階Ｓ３３０で「いいえ」の場合に前記段階Ｓ３１０に復帰する。

前記バッテリーセルの電圧が過充電電圧より大きいかを判断する段階Ｓ３１０では、制御部が電圧センサーを利用してバッテリーセルの電圧が過充電電圧（例えば、４．３Ｖ）より大きいかを判断する。

前記充電を停止する段階Ｓ３２０では、制御部が充電スイッチに充電停止信号を出力して、前記充電スイッチがターンオフされるようにする。よって、バッテリーセルの充電は停止される。しかし、この状態でも充電スイッチのボディダイオードによってバッテリーセルの放電は可能である。

前記バッテリーセルの電圧が過放電電圧より低いかを判断する段階Ｓ３３０では、制御部が電圧センサーを利用してバッテリーセルの電圧が過放電電圧（例えば、２．３Ｖ）より低いかを判断する。

前記放電を停止する段階Ｓ３４０では、制御部が放電スイッチに放電停止信号を出力して、前記放電スイッチがターンオフされるようにする。よって、バッテリーセルの放電は停止される。しかし、この状態でも放電スイッチのボディダイオードによってバッテリーセルの充電は可能である。

さらに、前記段階３１０及び段階３３０は、上述した順番と逆の順番で行われてもよい。即ち、前記段階３３０が先に行われ、その後段階３１０が行われてもよい。

図６は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち充電または放電停止モードの動作を示すフローチャートである。

充電または放電停止モードは、バッテリーセルの温度が基準温度を超過しているが、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過していない場合に行われる。即ち、図４の段階Ｓ４００で「いいえ」の場合に充電または放電停止モードが行われる。また、前記充電または放電停止モードは、バッテリーセルの温度が基準温度を超過し、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているが、バッテリーセルの容量が基準容量を超過していない場合に行われる。即ち、図４の段階Ｓ６００で「いいえ」の場合に充電または放電停止モードが行われる。

このような充電または放電停止モードは、充電または放電停止段階Ｓ５１０及びバッテリーセルの温度が基準温度以下であるかを判断する段階Ｓ５２０を含む。

前記充電または放電停止段階Ｓ５１０では、制御部が充電または放電スイッチをターンオフしてバッテリーセルの充電または放電が停止されるようにする。即ち、バッテリーセルの温度が基準温度を超過している状態であるので、バッテリーセルが安定化されるようにバッテリーセルの充電または放電が停止される。

前記バッテリーセルの温度が基準温度以下であるかを判断する段階Ｓ５２０では、バッテリーセルの温度が基準温度、即ち、４５〜７０℃以下であるかを判断する。

前記判断結果、バッテリーセルの温度が基準温度以下である場合、バッテリーセルが安定化されたことを意味するので、充電または放電停止モードが解除される。しかし、前記判断結果、バッテリーセルの温度が基準温度より高い状態である場合、バッテリーセルがまだ安定化されていないことを意味するので、前記充電または放電停止段階Ｓ５１０に復帰する。

図７は、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できる方法のうち自己放電モードの動作を示すフローチャートである。

自己放電モードは、上述したようにバッテリーセルの温度、電圧及び容量が所定条件を満たす場合に行われる。例えば、バッテリーセルの温度が４５〜７０℃を超過し、バッテリーセルの電圧が３．８５Ｖを超過し、バッテリーセルの容量が５０〜１００％である場合、バッテリーセルの自己放電が行われる。勿論、前記バッテリーセルの容量は前記自己放電モードで考慮されなくてもよい。

このような自己放電モードは、バッテリーセル放電段階Ｓ７１０、バッテリーセルの容量が停止容量以下であるかを判断する段階Ｓ７２０及びバッテリーセルの電圧が停止電圧以下であるかを判断する段階Ｓ７３０を含む。ここで、上記のような自己放電モードは、バッテリーセルの充電、放電または待機時に行われる。即ち、本発明の一実施例に係るバッテリーセルの自己放電は、バッテリーセルが充電、放電または待機中の時に行われることで、バッテリーセルが何れの状況にあっても、バッテリーセルのスウェリング及び漏液現象が積極的に防止される。

前記バッテリーセル放電段階Ｓ７１０では、制御部が自己放電部に自己放電信号を出力することで、バッテリーセルが自己放電するようにする。

前記バッテリーセルの容量が停止容量以下であるかを判断する段階Ｓ７２０では、制御部がバッテリーセルの容量が５０％以下であるかを判断する。もしバッテリーセルの容量が５０％以下であると判断されたら、制御部は自己放電部に自己放電停止信号を出力することで、バッテリーセルの自己放電が直ちに停止されるようにする。即ち、制御部は自己放電モードを解除する。

一方、前記段階Ｓ７２０でバッテリーセルの容量が５０％を超過していると判断されると、段階Ｓ７３０が行われる。

前記バッテリーセルの電圧が停止電圧以下であるかを判断する段階Ｓ７３０では、制御部がバッテリーセルの電圧が約３．８Ｖ以下であるであるか判断する。もしバッテリーセルの電圧が約３．８Ｖより高いと判断されたら、前記バッテリーセル放電段階Ｓ７１０に復帰する。しかし、バッテリーセルの電圧が約３．８Ｖ以下であったら、バッテリーセルの自己放電は停止される。即ち、制御部は自己放電モードを解除する。

さらに、前記段階７２０及び段階７３０は、上述した順番と逆の順番で行われてもよい。即ち、前記段階７３０が先に行われ、それから段階７２０が行われてもよい。

このように、本発明の一実施例に係る方法によると、バッテリーセルの温度、電圧及び容量が所定条件を満たす場合、バッテリーセルが自己放電する。即ち、バッテリーセルの温度が４５〜７０℃を超過し、バッテリーセルの電圧が３．８５Ｖを超過し、バッテリーセルの容量が５０〜１００％である場合、充電、放電または待機時にバッテリーセルが３．８Ｖまで強制的に放電される。よって、本発明の一実施例によると、バッテリーセルのスウェリング及び漏液現象が積極的に防止される。勿論、このような方法が適用されたバッテリーパックは安全性及び信頼性がもっと向上する。特に、本発明は高温状態でよく使用される電子装置、例えば車両用電子装置またはナビゲーションなどに装着されるバッテリーパックに適合する。

以上で説明したものは本発明に係るバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック及びその方法を実施するための一つの実施例に過ぎないものであって、本発明は上記の実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲で主張するように、本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば誰でも様々な変更実施が可能な範囲にまで本発明の技術的趣旨は存在する。

１００ 本発明に係るバッテリーパック
１１０ バッテリーセル
１２０ 温度センサー
１２１ サーミスタ
１２２ 分圧抵抗
１３０ 自己放電部
１３１ 放電スイッチング素子
１３２ 放電抵抗
１４０ 制御部
１４１ 論理回路
１４２ 温度センシング回路
１５０ 放電スイッチ
１６０ 充電スイッチ

Claims (19)

1. バッテリーセルの温度及び電圧をセンシングする段階と、
   前記センシングされたバッテリーセルの温度が基準温度を超過しているかを判断する段階と、
   前記バッテリーセルの温度が基準温度を超過している場合、前記センシングされたバッテリーセルの電圧が基準電圧を超過しているかを判断する段階と、
   前記バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、充電、放電または待機時に前記バッテリーセルを自己放電させる段階と、を含むことを特徴とするバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
2. 前記基準温度は４５〜７０℃であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
3. 前記基準電圧は３．８５Ｖであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
4. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルを０．１〜２Ｃで放電して行われることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
5. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルを０．１〜０．５Ｃで放電して行われることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
6. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの残存容量が５０〜１００％である場合に行われることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
7. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの残存容量が５０％になるまで行われることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
8. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、前記バッテリーセルの電圧が３．８Ｖになるまで行われることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
9. 前記バッテリーセルを自己放電させる段階は、
   バッテリーセル放電段階と、
   バッテリーセル容量が５０％より小さいかを判断する段階と、
   前記バッテリーセル容量が５０％より小さい場合、前記バッテリーセル電圧が３．８Ｖより低いかを判断する段階とを含み、
   前記バッテリーセル容量が５０％より小さければ、バッテリーセルの放電を停止し、
   前記バッテリーセル電圧が３．８Ｖより高ければ、バッテリーセル放電段階に復帰することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーセルの高温スウェリング防止方法。
10. バッテリーセルと、
    前記バッテリーセルの温度を感知する温度センサーと、
    前記バッテリーセルに電気的に連結された自己放電部と、
    前記温度センサーから得た温度値によって、充電、放電または待機時に前記自己放電部を制御して前記バッテリーセルが自己放電するようにする制御部とを含むことを特徴とするバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
11. 前記バッテリーセルの大電流経路に電気的に連結された充電スイッチング素子をさらに含み、
    前記制御部は、前記充電スイッチング素子及び前記自己放電部を独立的に制御することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
12. 前記自己放電部は、直列連結された自己放電スイッチング素子及び少なくとも一つの放電抵抗を含み、
    前記自己放電スイッチング素子及び放電抵抗は、前記バッテリーセルに並列に連結されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
13. 前記自己放電部は、前記自己放電スイッチング素子と放電抵抗の間に発光ダイオードがさらに連結されることを特徴とする請求項１２に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
14. 前記自己放電スイッチング素子と放電抵抗に少なくとも一つの放電抵抗が並列にさらに連結されることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
15. 前記温度センサーは、サーミスタ及びそれに連結された分圧抵抗からなることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
16. 前記制御部は、バッテリーセルの温度が基準温度を超過し、バッテリーセルの電圧が基準電圧を超過している場合、充電、放電または待機時に前記自己放電部を動作させることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
17. 前記制御部は、前記バッテリーセルの残存容量が５０〜１００％である場合、前記自己放電部を動作させることを特徴とする請求項１６に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
18. 前記バッテリーパックは、ナビゲーション装置に装着されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。
19. 前記バッテリーパックは、車両用電子装置に装着されることを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーセルの高温スウェリングを防止できるバッテリーパック。

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