JP4353671B2 - 再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及び回路装置 - Google Patents

再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及び回路装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4353671B2
JP4353671B2 JP2002024158A JP2002024158A JP4353671B2 JP 4353671 B2 JP4353671 B2 JP 4353671B2 JP 2002024158 A JP2002024158 A JP 2002024158A JP 2002024158 A JP2002024158 A JP 2002024158A JP 4353671 B2 JP4353671 B2 JP 4353671B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
battery
temperature
threshold
switches
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002024158A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2002289264A (ja
Inventor
ハルト ライナー
ビルケ ペーター
ホル コンラート
イリック デジャン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
VARTA Microbattery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VARTA Microbattery GmbH filed Critical VARTA Microbattery GmbH
Publication of JP2002289264A publication Critical patent/JP2002289264A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4353671B2 publication Critical patent/JP4353671B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池電圧及び電池温度を測定することにより再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及びこの方法を実施する回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
再充電可能なリチウム／イオン電池は特殊な充電技術を必要とし、例えば所定の遮断電圧を正確に維持しなければならず、充電器が故障した場合には保護回路はさらに充電することを中止及び抑止しなければならない。またそのような電池を放電するときにも、回復不能な電池の損傷を回避するために、電圧の所定の下限を下回ることは許されない。したがってリチウムイオン電池には特殊な電子保護回路が設けられており、この保護回路は充電器または装置が誤って作動した場合には、所定の充電終止電圧及び放電終止電圧において遮断し、特別な安全装置を用いて電池を許容できない電圧レベル及び電流から保護し、また回復不能な電解液の分解及び電池の損傷を導く可能性のある危険な状態を阻止する。このような監視機能を有する充電器は例えばWO96/15563に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、再充電可能なリチウム電池の動作信頼性が改善される方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、所定の電池限界電圧及び所定の周囲限界温度を同時に超過した場合に、所定の下側電圧レベルまたは所定の下側周囲温度に達するまで電池を放電する、ことによって解決される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の方法よって、リチウム電池は高温時での電気化学的な分解及び臨界の充電状態から保護される。この保護によって、まだ十分な容量を使用できるが、電池はもはや臨界の充電状態または臨界の温度ではない限り、この電池を放電させる。
【０００６】
以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明の方法を実施するのに適した回路装置の原理図を示す。図２は、Ｃ／２の電流で行われる充電／放電サイクルにおける充電ＣＬ及び放電ＣＥＬでの電池電圧に依存する電池容量経過である。
【０００８】
バッテリ電圧ＵＢから回路素子Ａにおいて補助電圧ＵＨが形成され、この補助電圧ＵＨは回路全体における閾値スイッチ及び論理ゲートの適切な動作を保証するために必要とされる。この安定した補助電圧ＵＨは有利には、最小バッテリ電圧よりも相当に小さい。バッテリ電圧は、ここで使用されるリチウム電池では２．７Ｖから４．２Ｖの間であり、よって安定した補助電圧は例えば約２．５Ｖとすることができる。
【０００９】
温度センサＢは周囲温度に比例する電圧信号を形成し、この電圧信号は閾値スイッチＣに供給される。所定の上側限界温度ＴＧを超過した場合、閾値スイッチＣは接続状態に切り替わる。この閾値スイッチＣはヒステリシスを持たせて構成されている。この閾値スイッチＣは、限界温度ＴＧよりも相当に低い新たな温度を下回ったときに初めて遮断状態に切り替えられる。別の閾値スイッチＤは、バッテリ電圧が所定の上側限界値ＵＧに達した場合に接続状態に切り替わる。この閾値スイッチＤもヒステリシスを持たせて構成されており、以前に達した限界電圧ＵＧとその後に生じた電圧との間の差が明確になったときに初めて、この閾値スイッチＤは遮断状態に切り替えられる。２つの閾値スイッチＣ及びＤの出力信号は論理ゲートに供給され、この論理ゲートを介して負荷抵抗Ｇは、温度と電圧の両方が所定の限界値に達したときにスイッチＦを用いてバッテリに接続される。この放電過程は、電池電圧が閾値スイッチＤの限界電圧ＵＧより格段に降下しているか、または周囲温度が閾値スイッチＣの下側スイッチ閾値に降下している場合には中断される。上側限界電圧として有利には約４Ｖの電圧が選定される。これは９０％の電池の充電状態に相当し、また上側限界温度ＴＧは８０℃に設定される。２つの限界値を超過した場合に行われる電池の放電は、電圧が約３．８２Ｖ、すなわち７０％の充電状態になるまで行われる。しかしながら、放電によって単に約３．９Ｖまで電圧が降下し、かつ温度の下側限界値として７０℃または６０℃が選定されても良い。
【００１０】
電圧及び温度の限界値は各システム固有に決定及び設定されるべきである。下側電圧値を設定するために、放電が終わったときに電圧が再び上側限界値を超えて復帰し、そして回路が振動してしまわないように、下側限界電圧が選定されることが重要である。
【００１１】
ヒステリシスを持たせて閾値スイッチを構成することによって、振動する傾向は十分に抑えられる。記述の原理回路の機能を、再充電可能なリチウム電池の動作を監視する公知のＩＣ回路に取り入れることができる。
【００１２】
本発明による手段によって、再充電可能なリチウム電池、例えばリチウムポリマー電池も、電池電圧及び周囲温度が高いために電気化学的な副次反応が生じる可能性のある充電状態に起因する、高温時での機械的損傷及び電気化学的損傷から保護することができる。この電気化学的な副次反応とは内部抵抗や容量損失が高まることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を実施するのに適した回路装置の原理図である。
【図２】電池電圧の電池容量経過である。
【符号の説明】
Ａ 回路素子、 Ｂ 温度センサ、 Ｃ 第２の閾値スイッチ、 Ｄ 第１の閾値スイッチ、 Ｅ 論理回路、 Ｆ スイッチ、 Ｇ 負荷抵抗

Claims (1)

  1. 電池電圧及び電池温度を測定することによる再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する回路装置において、
    該回路装置は第１の閾値スイッチ（Ｄ）、第２の閾値スイッチ（Ｃ）及び論理回路（Ｅ）を有し、
    該第１の閾値スイッチ（Ｄ）は、電池の所定の上側限界電圧（ＵＧ）を超過した場合に応答し、
    該第２の閾値スイッチ（Ｃ）は、周囲温度の所定の限界（ＴＧ）を超過した場合に応答し、
    該論理回路（Ｅ）は、前記の第１及び第２の閾値スイッチが同時に応答した場合に電池を負荷に接続（Ｇ）し、
    ２つの前記閾値スイッチ（Ｃ、Ｄ）は、下側電池電圧または下側周囲温度に達すると該閾値スイッチが遮断されるように構成されていることを特徴とする、回路装置。
JP2002024158A 2001-02-03 2002-01-31 再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及び回路装置 Expired - Fee Related JP4353671B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10104981A DE10104981A1 (de) 2001-02-03 2001-02-03 Verfahren zur Überwachung der Betriebssicherheit von wiederaufladbaren Li-Zellen
DE10104981.1 2001-02-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002289264A JP2002289264A (ja) 2002-10-04
JP4353671B2 true JP4353671B2 (ja) 2009-10-28

Family

ID=7672797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002024158A Expired - Fee Related JP4353671B2 (ja) 2001-02-03 2002-01-31 再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及び回路装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6570364B2 (ja)
EP (1) EP1229339B1 (ja)
JP (1) JP4353671B2 (ja)
KR (1) KR100881817B1 (ja)
CN (1) CN1221056C (ja)
AT (1) ATE490473T1 (ja)
DE (2) DE10104981A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081737B2 (en) * 2003-06-19 2006-07-25 O2Micro International Limited Battery cell monitoring and balancing circuit
US20070257642A1 (en) * 2003-06-19 2007-11-08 Sean Xiao Battery cell monitoring and balancing circuit
DE10361360A1 (de) * 2003-12-18 2005-07-14 Varta Microbattery Gmbh Galvanisches Element
DE102007031557A1 (de) 2007-07-06 2009-01-08 Robert Bosch Gmbh Akkumulator mit interner Entladevorrichtung
US8872478B2 (en) * 2010-03-09 2014-10-28 O2Micro Inc. Circuit and method for balancing battery cells
JP5794104B2 (ja) * 2011-10-27 2015-10-14 ソニー株式会社 電池パック、蓄電システム、電子機器、電動車両および電力システム
DE102011089700A1 (de) 2011-12-22 2013-06-27 Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft Mbh & Co. Kg Batterie mit pneumo-elektrischem Schalter
DE102012213100B4 (de) 2012-07-25 2015-08-06 Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft Mbh & Co. Kg Batterie mit Thermoschalter und pneumatisch betätigbarem Schalter und Verfahren zum sicheren Betreiben der Batterie
DE102013208555A1 (de) 2013-05-08 2014-11-13 Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft Mbh & Co. Kg Batterie mit rückstellbarer Sicherheitseinrichtung sowie dafür geeigneter Polbolzen
DE102014201054A1 (de) * 2014-01-22 2015-07-23 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Batterie, insbesondere einer Lithium Ionen Batterie, in einem Verbraucher
DE102015207043A1 (de) 2015-04-17 2016-11-17 Varta Microbattery Gmbh Batterie mit pneumo-elektrischem Sicherheitsschalter
US20170264105A1 (en) * 2016-03-08 2017-09-14 Lucas STURNFIELD Method and apparatus for electric battery temperature maintenance
KR20220045450A (ko) * 2020-10-05 2022-04-12 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지의 스웰링 관리 장치 및 그 제어 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2961853B2 (ja) * 1990-09-26 1999-10-12 ソニー株式会社 二次電池の保護装置
US5633573A (en) 1994-11-10 1997-05-27 Duracell, Inc. Battery pack having a processor controlled battery operating system
FR2740554A1 (fr) * 1995-10-31 1997-04-30 Philips Electronique Lab Systeme de controle de la phase de decharge des cycles de charge-decharge d'une batterie rechargeable, et dispositif hote muni d'une batterie intelligente
JP3294754B2 (ja) * 1996-02-20 2002-06-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 二次電池の保護回路
JPH1056742A (ja) * 1996-08-06 1998-02-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池の過充電保護回路
JP3248851B2 (ja) * 1996-10-29 2002-01-21 エヌイーシーモバイルエナジー株式会社 二次電池の保護装置
US6081101A (en) * 1998-09-04 2000-06-27 Yang; Tai-Her Temperature switch controlled charging circuit
JP3988324B2 (ja) * 1999-07-02 2007-10-10 株式会社デンソー 組電池の異常判定装置及び組電池の異常判定方法
JP3926518B2 (ja) * 1999-08-27 2007-06-06 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両のバッテリ制御装置
DE10361360A1 (de) * 2003-12-18 2005-07-14 Varta Microbattery Gmbh Galvanisches Element

Also Published As

Publication number Publication date
DE10104981A1 (de) 2002-08-08
KR100881817B1 (ko) 2009-02-03
EP1229339A3 (de) 2003-06-18
US20020105304A1 (en) 2002-08-08
ATE490473T1 (de) 2010-12-15
CN1379499A (zh) 2002-11-13
JP2002289264A (ja) 2002-10-04
EP1229339B1 (de) 2010-12-01
DE50214793D1 (de) 2011-01-13
EP1229339A2 (de) 2002-08-07
US6570364B2 (en) 2003-05-27
CN1221056C (zh) 2005-09-28
KR20020064866A (ko) 2002-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101459267B (zh) 电池组
US6222346B1 (en) Battery protection device
CN101740801B (zh) 电池组和控制电池组的方法
KR100193736B1 (ko) 배터리 보호 기능을 갖는 배터리 팩
KR101093888B1 (ko) 배터리 팩 및 이의 단선 검출 방법
KR101016825B1 (ko) 배터리 팩 및 과방전 보호 방법
KR102028170B1 (ko) 셀 밸런싱 회로 및 이를 구비한 배터리 팩
US8866441B2 (en) Interlock mechanism for a multiple battery pack
US7816889B2 (en) Method of charging rechargeable battery and protection circuit for rechargeable battery
KR100393436B1 (ko) 전지의 급속충전 방법
US20090295335A1 (en) Battery pack and charging method for the same
JP4353671B2 (ja) 再充電可能なリチウム電池の動作信頼性を監視する方法及び回路装置
CN101800418A (zh) 用于电池包的保护电路以及包括该保护电路的电池包
US20100079112A1 (en) Battery controller, battery control method, and battery
US7605565B2 (en) Battery pack with protection circuit
JP2000030765A (ja) 再充電可能電池用の電圧モニタ回路
KR20150107032A (ko) 배터리 팩
JP7235423B2 (ja) 蓄電池パックでの接触不良に対処する方法、蓄電池パック、電気器具、および、システム
JP2009254165A (ja) 電池状態検出回路、電池パック、及び充電システム
US20140103877A1 (en) Battery management system
JP3249261B2 (ja) パック電池
CN109565181B (zh) 电池组
JP3872134B2 (ja) 二次電池の保護装置
KR100591431B1 (ko) 배터리 팩
US9172260B2 (en) Efficient battery management system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080201

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20080501

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20080508

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20081219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090317

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20090501

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090708

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090728

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4353671

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120807

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120807

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120807

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120807

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313114

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120807

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130807

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees