WO2008110350A1 - Vorrichtung zur kontrolle des ladevorgangs bei einem galvanischen element - Google Patents

Vorrichtung zur kontrolle des ladevorgangs bei einem galvanischen element Download PDF

Info

Publication number
WO2008110350A1
WO2008110350A1 PCT/EP2008/001963 EP2008001963W WO2008110350A1 WO 2008110350 A1 WO2008110350 A1 WO 2008110350A1 EP 2008001963 W EP2008001963 W EP 2008001963W WO 2008110350 A1 WO2008110350 A1 WO 2008110350A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
galvanic
charging
heat
lithium
charging process
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/001963
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Pytlik
Horst Dunst
Mario Feile
Dejan Ilic
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 WO2008110350A1 publication Critical patent/WO2008110350A1/de

Links

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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • 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
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection

Definitions

  • the invention relates primarily to a device for controlling the charging process in a rechargeable galvanic element as well as a galvanic element having such a device.
  • the object of the invention is to provide a new possibility for overcharge protection or overvoltage protection for galvanic elements.
  • the corresponding device should be suitable in particular for use in lithium-ion cells or lithium-polymer cells.
  • it should be able to be provided in embodiments that consist of comparatively cheap components and / or occupy a comparatively small volume.
  • the invention comprises a rechargeable galvanic element comprising at least one device according to the invention, and a method which can be carried out with the aid of the device according to the invention.
  • the wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification.
  • the claimed device for controlling the charging process in a rechargeable galvanic element comprises at least a first element which generates heat as a function of the charging voltage, and at least one second element that reduces or eliminates the charging current in dependence on the heat generated by the first element, wherein the first element and the second element are arranged to each other such that a heat transfer from the first element to the second element can take place.
  • the invention is thus based on the surprising finding that the charging voltage used for charging / recharging the galvanic element can also be used specifically for generating heat, wherein this heat in turn can be used for reducing or switching off the charging current.
  • the (construction) elements of the device used for this purpose are arranged to each other so that the heat generated by the first element can be transferred to the second element, which reduces or shuts off the charging current.
  • the invention accordingly provides a device for controlling the charging process in which no parameters need to be actively controlled, but which triggers itself (passively) to reduce the charging current or to completely switch it off.
  • all the components which allow heat generation as a function of the charging voltage can be used as the first element.
  • this will preferably take place in such a way that the heat generation starts at a certain charging voltage and increases with increasing charging voltage.
  • diodes with their characteristic current-voltage behavior.
  • Zener diodes also called Z-diodes
  • the Zener diode can be selected, the diode becomes low impedance, i. H. the current strength increases (strongly). As a result, heat is generated by this diode (as the first element of the device according to the invention).
  • the first element in particular the diode / Zener diode in the device according to the invention is preferably arranged so that it is connected during charging parallel to the (to be charged) galvanic element.
  • the element opens in this way with increasing charging voltage and thus passes a portion of the charging current to the charged galvanic element over. In this case, as already shown above, generates heat.
  • the second element of the device according to the invention can be any desired component which, depending on the temperature, ie. H. depending on the heat transferred to the component, can reduce or switch off the charging current.
  • the second element is preferably at least one so-called thermal switch (or temperature switch).
  • thermal switch or temperature switch
  • bimetal switch these are strips or plates made of bimetal, a composite of two metals with different thermal expansion coefficients. Depending on the temperature, the strip bends and actuates a snap switch, which causes an opening / closing of the circuit.
  • thermal switches or temperature switches are known in the art.
  • PTC resistors can be used as a second element.
  • PTC thermoswitch or PTC resistors also respond to the current flowing through them.
  • These are Conductive materials that conduct electricity better at lower temperatures than at high temperatures. Accordingly, their electrical resistance increases with increasing temperature.
  • PTC resistors are also known to the person skilled in the art.
  • the second element in the device according to the invention is preferably arranged so that it is connected in the charging process in series with the galvanic element. In this way, the increase in resistance occurring as the temperature increases leads to a reduction of the charging current and thus to a limitation of the voltage applied to the galvanic element to be charged.
  • the first element and the second element are in direct contact with one another in order to allow heat conduction between the first element and the second element.
  • at least one thermally conductive material may be provided. These are, in particular, what are known as heat-conducting pastes, as are known to the person skilled in the art, for example, in the field of electronics. Such materials are commercially available from various manufacturers.
  • the invention comprises the described overcharge protection / overvoltage protection device for rechargeable galvanic elements.
  • a device can of course be present as a separate component and, if appropriate, also sold commercially.
  • a device according to the invention can also be a charger for a rechargeable galvanic element or a corresponding rechargeable galvanic Be assigned element. Both applications are also intended to be encompassed by the invention. It is preferred if the device according to the invention is associated with the rechargeable galvanic element itself.
  • the invention also includes a rechargeable galvanic element comprising the device of the invention described so far.
  • the device according to the invention can be combined with the galvanic element to form a component, in particular also integrated into this galvanic element.
  • the galvanic element and the device according to the invention are arranged relative to one another such that a heat transfer can take place between them.
  • a heat transfer from the galvanic element to the device according to the invention take place.
  • the heat development which occurs during a charging process in the galvanic element can additionally be used to effect, if desired, a reduction of the charging current or its disconnection.
  • the galvanic element and the device can also be in direct contact with each other here, wherein additionally thermally conductive materials, in particular thermally conductive pastes, between the galvanic element and the device can be provided.
  • the galvanic element according to the invention which additionally has at least one device according to the invention, is preferably a lithium-ion cell or a lithium-polymer cell.
  • the knowledge according to the invention is also realized in the method described in claim 12. Accordingly, in a method of controlling the charging of a rechargeable galvanic cell, particularly a lithium-ion cell or a lithium-polymer cell, heat generated by a first element in response to the charging voltage is applied to transmitted second element. This second element then reduces the charging current during the charging process as a function of the transferred heat or switches off this charging current.
  • the invention is inter alia associated with the advantage that an effective Kochlade standing. Overvoltage protection can be provided without integrated circuits.
  • the invention can be realized with comparatively inexpensive components, such as diodes or thermal switches. Such components also occupy significantly less volume than is the case with integrated circuits.
  • Fig. 1 shows a device according to the invention, which represents the principle of operation of the invention in a comparatively general manner.
  • Fig. 2 shows a concrete embodiment of the device according to the invention with a Zener diode as a first element and a
  • Fig. 3 shows another concrete embodiment of the device according to the invention with a Zener diode as a first element and a thermal switch as a second element.
  • Fig. 1 the schematic circuit diagram of a device according to the invention is shown.
  • the contacts 1 represent the power supply by a charger, not shown.
  • the galvanic element (battery) to be charged which is likewise not shown, is connected to the contacts 2.
  • a zener diode 4 is provided as the first element (heat-generating element) and a second element 3, which is symbolized by the Greek letter theta, and which can reduce or switch off the charging current.
  • Second element 3 and Zener diode 4 are heat coupled together and are close to each other, which is represented by the rectangular peripheral line in FIG.
  • the second element 3 and the Zener diode 4 are connected by means of a thermal compound, not shown.
  • the zener diode 4 is chosen so that the current flowing through it greatly increases when the charging voltage is increased and approaches or reaches the maximum end voltage (end-of-charge voltage).
  • the Zener diode of the battery to be charged is connected in parallel.
  • FIG. 2 shows an embodiment with a Zener diode 4 as a first element and a PTC resistor as a second element 3. Again, the elements 3 and 4 are thermally coupled together by direct contact and a thermal grease (shown by the rectangular border).
  • the charging current flows from the positive pole 1 via the PTC resistor 3 to the positive pole 2.
  • the circuit is connected in total via the battery (contacts 2) and the negative poles which are connected to one another.
  • the charging current flows almost undisturbed due to the normal (low) temperature.
  • the charging voltage reaches the range of 4.2 V (for example, maximum voltage in lithium cells)
  • a current through the Zener diode 4 starts to flow.
  • the zener diode 4 is selected accordingly. This creates a power loss at the zener diode 4, this and the heat coupling and the PTC resistor 3 is heated.
  • the resistance of the appropriately selected PTC resistor 3 increases greatly and thus leads to a reduction of the charging current. As a result, the charge current flowing through the battery is greatly reduced.
  • Fig. 3 shows an embodiment with a Zener diode as the first element 4 and a thermal switch as a second element 3. These are also connected together under heat coupling with a sautpaste accordingly.
  • the charging current flows from the positive pole 1 via the thermal switch 3 to the positive pole 2.
  • the circuit via the battery at the contacts 2 and the negative poles, which are connected to each other, closed.
  • the charging current initially flows undisturbed until a current through the zener diode 4 begins to flow by increasing the charging voltage (range 4.2 V).
  • the thermal switch switches over and interrupts the charging current in this case completely. It then flows no charge current through the battery.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederaufladbaren galvanischen Element, insbesondere bei einer Lithium-Ionen-Zelle oder einer Lithium-Polymer-Zelle ist mindestens ein erstes Element, das in Abhängigkeit von der Ladespannung Wärme erzeugt, und mindestens ein zweites Element, das in Abhängigkeit von der von dem ersten Element erzeugten Wärme den Ladestrom verringert oder abschaltet, vorgesehen. Dabei sind das erste Element (4) und das zweite Element (3) derart zueinander angeordnet, daß eine Wärmeübertragung vom ersten Element (4) auf das zweite Element (3) stattfinden kann. Weiter umfaßt die Erfindung ein wiederaufladbares galvanisches Element, das die beschriebene Vorrichtung enthält.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem galvanischenElement
Die Erfindung betrifft in erster Linie eine Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederaufladbaren galvanischen Element so- wie ein galvanisches Element, das eine solche Vorrichtung aufweist.
Bei wiederaufladbaren galvanischen Elementen, insbesondere bei sogenannten Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen, ist es sehr wichtig, den Ladevorgang zu kontrollieren. Es muß dabei insbesondere ein Überladen der Elemente durch Anlegen einer zu hohen Ladespannung vermieden werden. Werden bestimmte Spannungsgrenzwerte beim Ladevorgang überschritten, insbesondere dauerhaft überschritten, so kann das entsprechende galvanische Element beschädigt oder zerstört werden. Insbesondere bei den genannten Lithium-Zellen besteht sogar die Gefahr, daß diese in Brand geraten.
Deshalb sind derzeit bei wiederaufladbaren galvanischen Elementen, insbesondere bei wiederaufladbaren Lithium-Zellen, elektronische Schaltungen (integrierte Schaltkreise, IC) als Überladeschutz bzw. Über- Spannungsschutz vorgesehen. Solche Schaltungen prüfen dabei aktiv und kontinuierlich definierte Parameter, wie z. B. die Ladespannung, und schalten im Falle einer Überschreitung bestimmter Grenzwerte bestimmte Bauteile der Schaltung, z. B. in Reihe geschaltete Halbleiterelemente (z. B. MOS-FET) definiert aus. Das entsprechende galvanische Element, das dem Ladevorgang unterworfen ist, wird dadurch aktiv von der Ladespannung getrennt. Die genannten elektronischen (Schutz-)Schaltungen sind jedoch zum einen vergleichsweise störanfällig. Zum anderen sind sie vergleichsweise teuer und nehmen auch ein großes Volumen ein, was bei vielen Anwendungen für galvanische Elemente, insbesondere Lithium-Zellen, nicht akzeptabel ist.
Dementsprechend stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine neue Möglichkeit für einen Überladeschutz bzw. Überspannungsschutz für galvanische Elemente bereitzustellen. Die entsprechende Vorrichtung soll da- bei insbesondere für eine Anwendung bei Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen geeignet sein. Darüber hinaus soll sie in Ausführungen bereitgestellt werden können, die aus vergleichsweise billigen Bauteilen bestehen und/oder ein vergleichsweise geringes Volumen einnehmen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die eingangs genannte Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben. Darüber hinaus umfaßt die Erfindung ein wiederaufladbares galvanisches Element, das mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, sowie ein Verfahren, das mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar ist. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Erfindungsgemäß umfaßt die beanspruchte Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederaufladbaren galvanischen Element mindestens ein erstes Element, das in Abhängigkeit von der La- despannung Wärme erzeugt, und mindestens ein zweites Element, das in Abhängigkeit von der Wärme, die vom ersten Element erzeugt wird, den Ladestrom verringert oder abschaltet, wobei das erste Element und das zweite Element derart zueinan- der angeordnet sind, daß eine Wärmeübertragung vom ersten Element auf das zweite Element stattfinden kann.
Die Erfindung beruht also auf der überraschenden Erkenntnis, daß die zum Laden/Wiederaufladen des galvanischen Elements benutzte Lade- Spannung auch gezielt zur Erzeugung von Wärme genutzt werden kann, wobei diese Wärme wiederum zum Verringern oder zum Abschalten des Ladestroms einsetzbar ist. Die dazu verwendeten (Bau-)Elemente der Vorrichtung sind dabei so zueinander angeordnet, daß die vom ersten Element erzeugte Wärme auf das zweite Element, das den Ladestrom verringert oder abschaltet, übertragen werden kann.
Durch die Erfindung wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bereitgestellt, bei der nicht aktiv irgendwelche Parameter kontrolliert werden müssen, sondern die sich von selbst (passiv) auslöst, um den Ladestrom zu verringern oder ganz abzuschalten.
Grundsätzlich können in der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Bauteile als erstes Element verwendet werden, die eine Wärmeerzeugung in Abhängigkeit von der Ladespannung ermöglichen. Dies wird in der Regel vorzugsweise so ablaufen, daß die Wärmeerzeugung ab einer bestimmten Ladespannung einsetzt und mit steigender Ladespannung zunimmt. Besonders geeignet sind hier Dioden mit ihrem charakteristischen Strom-Spannungs-Verhalten. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt einsetzbar sind die sogenannten Zener-Dioden (auch genannt Z-Dioden), die dem Fachmann ohne weiteres bekannt sind. Ab einer bestimmten Spannung, die durch Wahl - A -
der Zener-Diode ausgewählt werden kann, wird die Diode niederohmig, d. h. die Stromstärke steigt (stark) an. Dadurch wird von dieser Diode (als erstem Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung) Wärme erzeugt.
In Weiterbildung ist das erste Element, insbesondere die Diode/Zener- Diode bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise so angeordnet, daß es beim Ladevorgang parallel zu dem (zu ladenden) galvanischen Element geschaltet ist. Wie später noch erläutert wird, öffnet das Element auf diese Weise bei steigender Ladespannung und leitet so einen Teil des Ladestroms an dem zu ladenden galvanischen Element vorbei. Dabei wird, wie oben bereits dargestellt, Wärme erzeugt.
Bei dem zweiten Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich grundsätzlich um jedes beliebige Bauteil handeln, das in Abhängigkeit von der Temperatur, d. h. in Abhängigkeit von der auf das Bauteil übertragenen Wärme, den Ladestrom verringern oder abschalten kann.
Dementsprechend handelt es sich bei dem zweiten Element vorzugs- weise um mindestens einen sogenannten Thermoschalter (oder auch Temperaturschalter). Bei der Erfindung wird es sich hier in der Regel um sogenannte Bimetallschalter handeln. Dies sind Streifen oder Plättchen aus Bimetall, einem Verbund aus zwei Metallen mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten. In Abhängigkeit von der Temperatur verbiegt sich der Streifen und betätigt einen Sprungschalter, der ein Öffnen/Schließen des Stromkreises bewirkt. Derartige Thermoschalter bzw. Temperaturschalter sind dem Fachmann bekannt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch sogenannte PTC- Widerstände als zweites Element eingesetzt werden. Solche auch als PTC-Thermoschalter oder als Kaltleiter bezeichneten Widerstände reagieren auch auf den sie durchfließenden Strom. Es handelt sich hierbei um stromleitende Materialien, die bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten können als bei hohen. Dementsprechend vergrößert sich ihr elektrischer Widerstand bei steigender Temperatur. Auch solche PTC-Widerstände sind dem Fachmann bekannt.
In Weiterbildung ist das zweite Element bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise so angeordnet, daß es beim Ladevorgang in Reihe zu dem galvanischen Element geschaltet ist. Auf diese Weise führt die bei steigender Temperatur eintretende Erhöhung des Widerstands zu einer Verringerung des Ladestroms und damit zu einer Begrenzung der Spannung, die an dem aufzuladenden galvanischen Element anliegt.
Wie bereits erläutert, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlich, daß eine Wärmeübertragung vom ersten Element auf das zweite Element stattfinden kann. Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste Element und das zweite Element direkt miteinander in Kontakt stehen, um eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu ermöglichen. In diesen Fällen kann zur Verbesserung der Wärmeübertragung (hier: Wärmeleitung) zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element mindestens ein wärmeleitfähiges Material vorgesehen sein. Dabei handelt es sich insbesondere um sogenannte Wärmeleitpasten, wie sie dem Fachmann beispielsweise aus dem Gebiet der Elektronik bekannt sind. Derartige Materialien werden von verschiedenen Herstellern kommerziell angeboten.
Wie bisher erläutert, umfaßt die Erfindung die beschriebene Vorrichtung zum Überladeschutz/Überspannungsschutz für wiederaufladbare galvanische Elemente. Eine solche Vorrichtung kann dabei selbstverständlich als separates Bauteil vorliegen und gegebenenfalls auch kommerziell vertrieben werden. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch einem Ladegerät für ein wiederaufladbares galvanisches Element oder auch einem entsprechenden wiederaufladbaren galvanischen Element zugeordnet sein. Beide Anwendungen sollen ebenfalls von der Erfindung umfaßt sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung dem wiederaufladbaren galvanischen Element selbst zugeordnet ist.
Dementsprechend umfaßt die Erfindung auch ein wiederaufladbares galvanisches Element, das die bisher beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei mit dem galvanischen Element zu einem Bauteil zusammen- gefaßt, insbesondere auch in dieses galvanische Element integriert sein.
Bei den zuletzt genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen galvanischen Elements ist es bevorzugt, wenn das galvanische Element und die erfindungsgemäße Vorrichtung derart zueinander angeordnet sind, daß eine Wärmeübertragung zwischen ihnen stattfinden kann. Dabei soll insbesondere eine Wärmeübertragung vom dem galvanischen Element auf die erfindungsgemäße Vorrichtung stattfinden. Auf diese Weise kann die Wärmeentwicklung, die bei einem Ladevorgang im galvanischen Element auftritt, zusätzlich genutzt werden, um, sofern er- wünscht, eine Verringerung des Ladestroms oder dessen Abschaltung zu bewirken.
Wie bereits beschrieben, können in den zuletzt genannten Fällen auch hier das galvanische Element und die Vorrichtung direkt miteinander in Kontakt stehen, wobei auch hier zusätzlich wärmeleitfähige Materialien, insbesondere Wärmeleitpasten, zwischen dem galvanischen Element und der Vorrichtung vorgesehen sein können.
Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen gal- vanischen Element, das zusätzlich mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist, vorzugsweise um eine Lithium-Ionen-Zelle oder um eine Lithium-Polymer-Zelle. Schließlich verwirklicht sich die erfindungsgemäße Erkenntnis auch in dem in Anspruch 12 dargestellten Verfahren. Dementsprechend wird bei einem Verfahren zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederauf- ladbaren galvanischen Element, insbesondere bei einer Lithium-Ionen- Zelle oder einer Lithium-Polymer-Zelle, Wärme, die von einem ersten Element in Abhängigkeit von der Ladespannung erzeugt wird, auf ein zweites Element übertragen. Dieses zweite Element verringert dann den Ladestrom beim Ladevorgang in Abhängigkeit von der übertragenen Wärme oder schaltet diesen Ladestrom ab.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hiermit ausdrücklich auf die bisherigen Ausführungen Bezug genommen und verwiesen.
Wie aus den bisherigen Erläuterungen hervorgeht, ist die Erfindung unter anderem mit dem Vorteil verbunden, daß ein effektiver Überladebzw. Überspannungsschutz ohne integrierte Schaltungen bereitgestellt werden kann. Außerdem läßt sich die Erfindung mit vergleichsweise preisgünstigen Bauteilen, wie Dioden oder Thermoschaltern, realisieren. Solche Bauteile nehmen auch wesentlich weniger Volumen ein, als die bei integrierten Schaltungen der Fall ist. Diese Vorteile sind von entscheidender Bedeutung für viele Anwendungen von wiederaufladbaren galvanischen Elementen, beispielsweise auf dem Gebiet der Elektronik, insbesondere Unterhaltungselektronik und dergleichen.
Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der Abbildungen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale der Erfindung für sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Ver- ständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die in vergleichsweise allgemeiner Weise das Funktionsprinzip der Erfindung darstellt.
Fig. 2 eine konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung mit einer Zener-Diode als erstem Element und einem
PTC-Widerstand als zweitem Element, und
Fig. 3 eine weitere konkrete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Zener-Diode als erstem Element und einem Thermoschalter als zweitem Element.
In Fig. 1 ist das schematische Schaltungsbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Dabei repräsentieren die Kontakte 1 die Stromversorgung durch ein nicht dargestelltes Ladegerät. Das zu ladende gal- vanische Element (Batterie), das ebenfalls nicht dargestellt ist, wird an die Kontakte 2 angeschlossen.
Weiter sind als erstes Element (wärmeerzeugendes Element) eine Zener-Diode 4 vorgesehen und ein zweites Element 3, das durch den grie- chischen Buchstaben Theta symbolisiert ist und das den Ladestrom verringern oder abschalten kann. Zweites Element 3 und Zener-Diode 4 sind miteinander wärmegekoppelt und liegen dicht beieinander, was durch die rechteckförmige Umfangslinie in der Fig. 1 dargestellt ist. In der tatsächlichen Ausführung sind das zweite Element 3 und die Zener- Diode 4 mit Hilfe einer nicht dargestellten Wärmeleitpaste verbunden. Die Zener-Diode 4 wird so gewählt, daß sich der durch sie fließende Strom stark erhöht, wenn die Ladespannung erhöht wird und sich der maximalen Endspannung (Ladeschlußspannung) annähert oder diese erreicht. Zu diesem Zweck ist die Zener-Diode der zu ladenden Batterie parallel geschaltet.
Mit der Erhöhung der Stromstärke ist eine Wärmeentwicklung verbunden, die durch die Wärmekopplung zum großen Teil auf das zweite Element 3 übertragen wird. Wird an diesem zweiten Element 3 eine bestimmte, vorher ausgewählte Temperatur überschritten, reagiert dieses zweite Element dadurch, daß es entweder seinen Widerstand erhöht oder den Stromfluß vollständig unterbricht („abschaltet").
Auf diese Weise wird bei der Ausführung gemäß Fig. 1 der erforderliche Überladungsschutz gewährleistet.
In Fig. 2 ist eine Ausführung mit einer Zener-Diode 4 als erstem Element und einem PTC-Widerstand als zweitem Element 3 dargestellt. Auch hier sind die Elemente 3 und 4 durch direktem Kontakt und über eine Wärmeleitpaste miteinander wärmegekoppelt (Darstellung durch die rechteckförmige Umrandung).
Gemäß Fig. 2 fließt der Ladestrom vom Pluspol 1 über den PTC-Widerstand 3 zum Pluspol 2. Der Stromkreis wird insgesamt über die Batterie (Kontakte 2) und die Minuspole, die miteinander verbunden sind, ge- schlössen.
Zunächst fließt der Ladestrom aufgrund der normalen (niedrigen) Temperatur nahezu ungestört. Wenn die Ladespannung den Bereich von 4,2 V (beispielsweise maximale Spannung bei Lithium-Zellen) erreicht, be- ginnt ein Strom durch die Zener-Diode 4 zu fließen. Die Zener-Diode 4 ist entsprechend ausgewählt. Dadurch entsteht eine Verlustleistung an der Zener-Diode 4, die diese und durch die Wärmekopplung auch den PTC-Widerstand 3 erwärmt. Bei ansteigender und schließlich hinreichender Erwärmung erhöht sich der Widerstand des entsprechend ausgewählten PTC-Widerstands 3 stark und führt somit zu einer Verringerung des Ladestroms. Dadurch wird der durch die Batterie fließende La- dungsstrom sehr stark reduziert.
Auf diese Weise wird der erfindungsgemäß erwünschte Effekt des Überladeschutzes erreicht.
In entsprechender Weise zeigt Fig. 3 eine Ausführung mit einer Zener- Diode als erstem Element 4 und einem Thermoschalter als zweitem Element 3. Auch diese sind unter Wärmekopplung mit einer Wärmeleitpaste entsprechend zusammengeschaltet.
In vergleichbarer Weise wie in Fig. 2 fließt auch hier der Ladestrom vom Pluspol 1 über den Thermoschalter 3 zum Pluspol 2. Auch hier ist der Stromkreis über die Batterie bei den Kontakten 2 und die Minuspole, die miteinander verbunden sind, geschlossen. Auch hier fließt der Ladestrom zunächst ungestört, bis durch Erhöhung der Ladespannung (Bereich 4,2 V) ein Strom durch die Zener-Diode 4 zu fließen beginnt. Auch hier entsteht dann durch die Verlustleistung an der Zener-Diode 4 Wärme, die über die Wärmekopplung den Thermoschalter erwärmt. Nach Erreichen der durch die Ausgestaltung des Thermoschalters gewählten Temperatur schaltet der Thermoschalter um und unterbricht in diesem Fall den Ladestrom vollständig. Es fließt dann gar kein Ladestrom mehr durch die Batterie.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederauf- ladbaren galvanischen Element, insbesondere bei einer Lithium- Ionen-Zelle oder einer Lithium-Polymer-Zelle, umfassend
mindestens ein erstes Element (4), das in Abhängigkeit von der Ladespannung Wärme erzeugt, und
mindestens ein zweites Element (3), das in Abhängigkeit von der von dem ersten Element (4) erzeugten Wärme den Ladestrom verringert oder abschaltet,
wobei das erste Element (4) und das zweite Element (3) derart zueinander angeordnet sind, daß eine Wärmeübertragung vom ersten Element (4) auf das zweite Element (3) stattfinden kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem ersten Element (4) um mindestens eine Diode, vorzugsweise um mindestens eine Zener-Diode handelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (4) derart angeordnet ist, daß es beim Ladevorgang parallel zu dem galvanischen Element geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Element (3) um mindestens einen PTC-Widerstand handelt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Element (3) um mindestens einen sogenannten Thermoschalter handelt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (3) derart angeordnet ist, daß es beim Ladevorgang in Reihe zu dem galvanischen Element geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element (4) und das zweite Element (3) miteinander in Kontakt stehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element mindestens ein wärmeleitfähiges Material, insbesondere eine sogenannte Wärmeleitpaste, vorgesehen ist.
9. Wiederaufladbares galvanisches Element, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
10. Galvanisches Element nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, daß das galvanische Element und die Vorrichtung derart zueinander angeordnet sind, daß eine Wärmeübertragung zwischen ihnen, insbesondere von dem galvanischen Element auf die Vorrichtung, stattfinden kann.
11. Galvanisches Element nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem galvanischen Element um eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Polymer-Zelle handelt.
12. Verfahren zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem wiederauf- ladbaren galvanischen Element, insbesondere bei einer Lithium-
Ionen-Zelle oder einer Lithium-Polymer-Zelle, wobei Wärme, die von einem ersten Element in Abhängigkeit von der Ladespannung erzeugt wird, auf eine zweites Element übertragen wird, das in Abhängigkeit von der übertragenen Wärme den Ladestrom beim Ladevorgang verringert oder abschaltet.
PCT/EP2008/001963 2007-03-12 2008-03-12 Vorrichtung zur kontrolle des ladevorgangs bei einem galvanischen element WO2008110350A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007012255A DE102007012255A1 (de) 2007-03-12 2007-03-12 Vorrichtung zur Kontrolle des Ladevorgangs bei einem galvanischen Element
DE102007012255.3 2007-03-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008110350A1 true WO2008110350A1 (de) 2008-09-18

Family

ID=39672999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/001963 WO2008110350A1 (de) 2007-03-12 2008-03-12 Vorrichtung zur kontrolle des ladevorgangs bei einem galvanischen element

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007012255A1 (de)
WO (1) WO2008110350A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117691720A (zh) * 2024-01-31 2024-03-12 江苏纳通能源技术有限公司 电芯均衡方法、装置、设备及存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012215058A1 (de) 2012-08-24 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle, Batterie und Kraftfahrzeug

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999056374A1 (en) * 1998-04-15 1999-11-04 Tyco Electronics Corporation Protection systems for rechargeable elements
EP1189325A2 (de) * 2000-09-14 2002-03-20 Sony Corporation Schutzschaltung für ein elektronisches Gerät
EP1708208A1 (de) * 2005-03-28 2006-10-04 Tyco Electronics Corporation Ein oberflächenmontierbares Vielschicht-Bauteil für den Schutz elektrischer Schaltungen mit einem aktiven Element zwischen PPTC Schichten

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3742088A1 (de) * 1987-12-11 1989-06-22 Proxxon Werkzeug Gmbh Akkumulatoreneinheit
US5136231A (en) * 1990-10-12 1992-08-04 Compaq Computer Corporation Ni-cad battery charge rate controller
US6114839A (en) * 1997-11-20 2000-09-05 Hitachi Koki Co., Ltd. Battery charging apparatus with error detection
DE19753210A1 (de) * 1997-12-01 1999-07-01 Gruendl & Hoffmann Wiederaufladbare elektrische Stromquelle
WO1999039421A1 (en) * 1998-01-31 1999-08-05 Oglesbee John W Supplemental battery overcharge protection device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999056374A1 (en) * 1998-04-15 1999-11-04 Tyco Electronics Corporation Protection systems for rechargeable elements
EP1189325A2 (de) * 2000-09-14 2002-03-20 Sony Corporation Schutzschaltung für ein elektronisches Gerät
EP1708208A1 (de) * 2005-03-28 2006-10-04 Tyco Electronics Corporation Ein oberflächenmontierbares Vielschicht-Bauteil für den Schutz elektrischer Schaltungen mit einem aktiven Element zwischen PPTC Schichten

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117691720A (zh) * 2024-01-31 2024-03-12 江苏纳通能源技术有限公司 电芯均衡方法、装置、设备及存储介质
CN117691720B (zh) * 2024-01-31 2024-04-26 江苏纳通能源技术有限公司 电芯均衡方法、装置、设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007012255A1 (de) 2008-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3259792B1 (de) Batteriezelle für eine batterie eines kraftfahrzeugs, batterie und kraftfahrzeug
EP1811592B1 (de) Batterie
DE3002721A1 (de) Batterie und verfahren zum wiederaufladen einer batterie
DE10328862B4 (de) Lithiumbatterie mit Überladeschutz
DE1763162A1 (de) Ladeeinrichtung fuer eine gasdicht verschlossene Batterie
DE102014008516A1 (de) Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
WO2009000583A1 (de) Anordnung mit wenigstens einer batterie
DE112018006195T5 (de) Ladesteuervorrichtung, energiespeichervorrichtung und ladeverfahren
EP3381127B1 (de) Schaltungsanordnung zur temperaturabhängigen ansteuerung eines schaltelementes
DE102018125272A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug
DE102014105764B4 (de) Batterie mit mindestens einem Widerstand
EP3142172A1 (de) Batteriesystem mit einem überladungs- und/oder tiefentladungsschutz
DE102007051052A1 (de) Verfahren zum Laden von wiederaufladbaren Lithium-Akkumulatoren, Ladegerät und Lithium-Akkumulator
EP2978090A1 (de) Schutzeinrichtung für elektrische energieversorgungsnetze, energiequelle, energieversorgungsnetz sowie verwendung einer derartigen schutzeinrichtung
WO2013127550A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum absichern eines stromkreises für ein fahrzeug und stromkreis
WO2022128219A1 (de) Verfahren zur absicherung einer elektrischen anlage gegen einen kurzschluss sowie messsystem zur durchführung des verfahrens
DE102014202549A1 (de) Elektrische Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Entwärmen einer elektrischen Energiespeichereinrichtung
EP3142165A1 (de) Batteriesystem mit einem überladungs- und/oder tiefentladungsschutz
EP2051315A1 (de) Akkumulator-Gerät-Kombination und Akkumulator
WO2008110350A1 (de) Vorrichtung zur kontrolle des ladevorgangs bei einem galvanischen element
DE102012215058A1 (de) Batteriezelle, Batterie und Kraftfahrzeug
DE102019212678A1 (de) Verbindungselement zur elektrisch leitenden Verbindung mehrerer elektrischer Energiespeichereinheiten sowie elektrisches Energiespeichersystem
DE102013205062A1 (de) Batteriezelle mit einem auf leitfähigem Material basierenden Gehäuse und Verfahren zum sicheren Entladen einer Batteriezelle
DE102016222142A1 (de) Batteriezelle, Batteriemodul und Vorrichtung
EP3613124B1 (de) Unterbrechungsfreie stromversorgung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08716468

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08716468

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1