CN108258183A - 电池安全设备 - Google Patents

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金珉成
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Abstract

本发明涉及一种电池安全设备。该电池安全设备包括：一端与电池电连接并根据温度来确定其打开/闭合状态的第一开关；以及并联地电连接到第一开关并根据温度来确定其打开/闭合状态的第二开关，其中第一开关的打开/闭合状态阈值温度不同于第二开关的打开/闭合状态阈值温度。

Description

电池安全设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月19日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0173392的韩国专利申请的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种电池安全设备。
背景技术
近来，由于考虑到交通环境的重要性，插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电动车辆(EV)等已经具有较高的公众可见度。对于PHEV和EV，电池的技术发展被认为是非常重要的。这是因为这种电池的电容和输出应该明显高于其他环保型车辆。然而，电池的电容和输出的过度增加可能对电池的安全性有不利影响。
另外，电池的技术发展对于诸如便携式终端的小型电子装置也被认为是非常重要的。在这种小型电子装置中使用的电池中，电池安全性与电池的电容和输出一起被认为是非常重要的。然而，因为电池的电容和输出与电池的安全性是权衡关系，所以在可用空间有限的情况下难以提高电池的安全性。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种能够提高电池安全性的电池安全设备。
根据本公开的一个方面，电池安全设备包括：一端电连接到电池并根据温度确定其打开/闭合状态的第一开关；以及并联地电连接到第一开关并根据温度确定其打开/闭合状态的第二开关。此处，第一开关的打开/闭合状态阈值温度不同于第二开关的打开/闭合状态阈值温度。
附图说明
从结合附图的下面详细描述中将更清楚地理解本公开的上述和其它的方面、特征和优点，其中：
图1是示出根据示例性实施例的电池安全设备的视图；
图2是示出第一开关与第二开关之间的连接关系的视图；
图3是示出第三开关的视图；
图4是示出第四开关的视图；
图5是示出继电器的视图；以及
图6是具体示出根据示例性实施例的电池安全设备的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图如下描述本公开的实施例。
然而，本公开可以许多不同的形式实施，并不应被解释为受限于本文所阐述的具体实施例。相反地，提供这些实施例以使本公开彻底且完整，并且将本公开的范围全面地传达给本领域的技术人员。
在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或晶片(衬底)的元件被称为在另一元件“上”、“连接到”或“联接到”另一元件时，其可以是直接在另一元件“上”，“连接到”或“联接到”另一元件或存在介于其间的其它元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”，“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时，可能不存在介于其间的其它元件或层。相同的数字始终表示相同的元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和全部组合。
将显而易见的是，虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种构件、部件、区域、层和/或部分，但是任何这样的构件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个构件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、部件、区域、层或部分可以被称为第二构件、部件、区域、层或部分。
为便于描述，可以在本文中使用诸如“上方”、“上部”、“下方”和“下部”等空间相对术语来描述如图所示的一个元件相对于另一元件的关系。将理解的是，除图中所示的定向以外，空间相对术语旨在包含装置在使用或操作中的不同定向。例如，如果附图中的装置被翻转，则相对于其它元件被描述为“上方”或“上部”的元件将相对于其它元件或特征被定位为“下方”或“下部”。因此，术语“上方”可以根据附图的特定方向而包括上方和下方两种定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或其它定向)，并且可以相应地以本文中使用的空间相关的描述符来解释。
本文使用的术语仅描述特定的实施例，并且本公开不限于此。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”以及“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，其指定所述特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或其组合。
在下文中，将参照示出本公开的实施例的示意图来描述本公开的实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可以估计所示出的形状的变型。因此，本公开的实施例不应该被解释为限于本文中示出的区域的特定形状，例如包括制造中形状结果的改变。以下实施例也可以单独构成、组合或部分组合构成。
以下描述的本公开的内容可以具有各种配置并且在本文中仅提出所需的配置，但是不限于此。
图1是示出根据示例性实施例的电池安全设备的视图。
参照图1，根据示例性实施例的电池安全设备可包括第一开关110和第二开关120，并且可提高电池10的安全性。
例如，电池10可具有其中多个电池单元(battery cell)以串联或并联连接的结构，并且可以是诸如镍金属电池、锂离子电池等混合电池，但示例性实施例不限于此。而且，电池10可用于电动车辆或混合动力车辆。
当环境温度较高时，电池10可能损坏。另外，当电池处于不良状态时，电池10可能在充电和放电过程中产生过多的热量。换言之，电池10的安全性可能随着电池10周围的温度上升而进一步劣化。
第一开关110的一端电连接到电池10，并且第一开关110的打开/闭合状态可根据温度来确定。如果电池10周围的温度升高，则可打开第一开关110。因此，可使电池10的操作停止，并且可提高电池10的安全性。
第二开关120可并联连接到第一开关110，并且第二开关120的打开/闭合状态可根据温度来确定。因此，当第一开关110和第二开关120打开时，可使电池10的操作停止。
在第一开关110和第二开关120中的一个中，可能由于局部热量集中、焊接等而发生瞬时故障。瞬时故障可能使电池10的不必要操作停止。然而，当第一开关110和第二开关120并联连接时，可显著降低瞬时故障使电池10的不必要操作停止的频率。因此，电池10的安全性可得到提高。
第一开关110和第二开关120可具有其中当第一开关和第二开关的温度高于打开/闭合状态阈值温度时，第一开关和第二开关处于打开状态的特性。另外，第一开关110的打开/闭合状态阈值温度可不同于第二开关120的打开/闭合状态阈值温度。
例如，当第一开关110的打开/闭合状态阈值温度为70℃并且第二开关120的打开/闭合状态阈值温度为80℃时，可当第一开关的温度达到70℃时打开第一开关110，并且第二开关120可保持在闭合状态。
在这种情况下，在第二开关120中流动的电流可由于第一开关110的打开而增加，因此第二开关120的发热值可能增加。
第二开关120的温度可根据发热值的增加而升高。在下文中，可当第二开关的温度达到80℃时打开第二开关120。在这种情况下，可使电池10的操作停止。
换言之，当第一开关110的打开/闭合状态阈值温度不同于第二开关120的打开/闭合状态阈值温度时，可以获得从当打开第一开关110时到当打开第二开关120时的时间余量(time margin)。
如果导致第一开关110打开的热量是由于局部热量集中、焊接等的暂时性热量，则第一开关110和第二开关120的温度可在经过时间余量之前被降低。因此，可保持电池10的操作状态。
如上所述，时间余量使得停止电池10的不必要操作的频率进一步降低。因此，电池10的安全性可得到进一步提高。
图2是示出第一开关与第二开关之间的连接关系的视图。
参照图2，第一开关111和第二开关121可并联地连接到电池10。
当第一开关111和第二开关121打开时，电池10可正常操作。
因此，第一开关111和第二开关121具有其中当第一开关和第二开关的温度高于打开/闭合状态阈值温度时，第一开关和第二开关处于闭合状态的特性，因此电池10可受到保护。
同时，第一开关111可由双金属形成(bimetal)。双金属可处于其中由于温度变化而具有不同长度变化特性的两种金属彼此结合的状态。因此，双金属可根据温度变化而弯曲。根据双金属的弯曲程度，双金属可电连接到电池10或者可与电池10电隔离。
第二开关121可由保险丝形成。换言之，第二开关121可使用与第一开关111的原理不同的原理来操作。以不同原理进行操作的第一开关111和第二开关121的组合可使得从当打开第一开关111和第二开关121中的一个时到打开另一个时的时间余量变化，因此电池10的安全性可得到进一步地提高。
图3是示出第三开关的视图。
参照图3，根据示例性实施例的电池安全设备可进一步包括：与第一开关112和第二开关122并联连接并根据温度来确定打开/闭合状态的第三开关130。
第三开关130的打开/闭合状态阈值温度不同于第一开关112的打开/闭合状态阈值温度，并且可不同于第二开关122的打开/闭合状态阈值温度。
例如，当第一开关112的打开/闭合状态阈值温度为70℃，第二开关122的打开/闭合状态阈值温度为80℃，并且第三开关130的打开/闭合状态阈值温度为65℃时，可在第三开关的温度达到65℃时打开第三开关130，并且第一开关112和第二开关122的温度可升高。在下文中，当第一开关的温度达到70℃时，可打开第一开关112，并且第二开关122的温度可进一步升高。在下文中，当第二开关的温度达到80℃时，可打开第二开关122，并且可使得电池10的操作停止。
换言之，因为第三开关130并联连接到第一开关112和第二开关122，所以可增加从当打开单个开关时到当打开所有开关时的时间余量。另外，可增加第一开关112、第二开关122和第三开关130的最大打开/闭合状态阈值温度和最小打开/闭合状态阈值温度之间的差值。因此，电池10的安全性可得到进一步提高。
图4是示出第四开关的视图。
参照图4，根据示例性实施例的电池安全设备可进一步包括：一端电连接到第一开关113且另一端电连接到电池10的第四开关140。
第四开关140的打开/闭合状态阈值温度不同于第一开关113的打开/闭合状态阈值温度，并且可以不同于第二开关123的打开/闭合状态阈值温度。
例如，第一开关113的打开/闭合状态阈值温度为70℃，第二开关123的打开/闭合状态阈值温度为80℃，并且第四开关140的打开/闭合状态阈值温度为80℃，可当第一开关的温度达到70℃时，打开第一开关113，并且第二开关123和第四开关140的温度可升高。在下文中，可在第二开关的温度达到80℃时打开第二开关123，并且可在第四开关的温度达到80摄氏度时闭合第四开关140。当第二开关123和第四开关140中的至少一个的打开/闭合状态改变时，可使电池10的操作停止。
此处，第一开关113可用于防止第二开关123的瞬时故障并防止第四开关140的瞬时故障。
图5是示出继电器的视图。
参照图5，根据示例性实施例的电池安全设备可进一步包括并联连接到第一开关114和第二开关124、接收开关信号、并且根据开关信号确定打开/闭合状态的继电器150。
此处，可从开关以外的配置接收开关信号，或者可从外部源接收开关信号。
在第一开关114和第二开关124中流动的电流可根据继电器150的打开/闭合状态而不同。如果继电器150打开，则在第一开关114和第二开关124中流动的电流可能增加。
此处，可根据继电器150与第一开关114和第二开关124相比较的相对电阻值大小来确定根据继电器150的打开而改变的电流大小。如果继电器150的电阻值低于第一开关114和第二开关124的电阻值，则继电器150的打开/闭合状态的改变可能对第一开关114和第二开关124的电流具有显著影响，并且可能对第一开关114和第二开关124的温度具有显著影响。
因此，继电器150使得第一开关114和第二开关124的温度通过打开继电器而升高，从而可使第一开关114和第二开关124打开。此处，第一开关114和第二开关124可在打开继电器150并且已经经过时间余量之后被打开。换言之，第一开关114和第二开关124可在接收到开关信号并且已经经过时间余量之后被打开。
因此，根据示例性实施例的电池安全设备可使第一开关114和第二开关124的打开延迟时间余量，可提供在特定时间段内有限地操作电池10或在特定温度范围内有限地操作电池10的环境，并且可提高电池10的有效使用环境，同时提高电池10的安全性。
图6是具体示出根据示例性实施例的电池安全设备的视图。
参照图6，根据示例性实施例的电池安全设备可包括第一开关115、第二开关125、继电器150、传感器160、控制器170、电池管理***(BMS)180和功率继电器组件190。
第一开关115和第二开关125可以与图1至图5中所示的第一开关和第二开关基本相同的方式被实施。第一开关115和第二开关125可在不使用电池10、电池管理***180或功率继电器组件190的能量的情况下被打开或闭合。因此，第一开关115和第二开关125可与电池10、电池管理***180和功率继电器组件190隔离，并且可不受电池10、电池管理***180和功率继电器组件190的故障的影响。因此，根据示例性实施例的电池安全设备可提高处理电池10的紧急情况的性能。
传感器160可感测第一开关115或第二开关125的电流、电压和电阻值中的至少一个。当继电器150以及第一开关115和第二开关125中的至少一个的打开/闭合状态改变时，第一开关115或第二开关125的电流、电压和电阻值中的至少一个可能会改变。因此，传感器160感测第一开关115或第二开关125的电流、电压和电阻值中的至少一个，继电器150以及第一开关115和第二开关125中的至少一个的打开/闭合状态发生改变。同时，传感器160可被设置成针对每个预定时段重复采样电压的采样电路。
控制器170可生成传输到继电器150的开关信号。例如，控制器170可从电池管理***180接收关于电池状态的信息，并且可生成对应于关于电池状态的信息的开关信号。
另外，控制器170可接收来自传感器160的感测信息，并且可当由传感器160感测到的电流超出参考电流范围、由传感器160感测到的电压超出参考电压范围或由传感器160感测的电阻值超出参考电阻值范围时生成开关信号。因此，控制器170可调节从当打开单个开关时到当打开所有开关时的时间余量的长度。
BMS 180可根据正常模式或紧急模式中的一个操作模式来控制电池10的充电状态、电压、电流和温度中的至少一个。例如，当电池管理***在紧急模式下操作时，电池管理***180可控制电池10的***模块以使得电池10的充电状态为安全充电状态，使得电池10的电压为安全电压，使得电池10的电流为安全电流，或使得电池10的温度为安全温度。
另外，电池管理***180可接收来自传感器160的感测信息，并且当由传感器160感测到的电流超出参考电流范围、由传感器160感测到的电压超出参考电压范围或由传感器160感测到的电阻值超出参考电阻值范围时，电池管理***180可在紧急模式下操作。因此，电池10的安全性可得到进一步提高。
同时，电池管理***180可包括控制第一电池11、第二电池12和第三电池13的充电状态、电压、电流和温度中的至少一个的第一电池管理***181、第二电池管理***182和第三电池管理***183。
当第一电池11、第二电池12和第三电池13之间发生电压不平衡时，功率继电器组件190可执行电池平衡操作。功率继电器组件190可包括第一功率继电器191、第二功率继电器192和第三功率继电器193以及可变电阻器195。
可变电阻器195可电连接到第一开关115或第二开关125，并且可具有可变电阻值。可根据可变电阻器195的电阻值来确定在第一开关115或第二开关125中流动的电流的大小。因此，可变电阻器195可对电池10的安全性产生影响。
例如，可变电阻器195可接收来自控制器170的电阻值改变信号，并且可具有对应于电阻值改变信号的电阻值。此处，控制器170可接收来自传感器160的感测信息，并且可当由传感器160感测到的电流超出参考电流范围、由传感器160感测到的电压超出参考电压范围或由传感器160感测到的电阻值超出参考电阻值范围时生成电阻值改变信号。因此，电池10的安全性可得到进一步提高。
如上所述，根据示例性实施例，电池的安全性可得到提高。
另外，根据示例性实施例的电池安全设备可根据开关的打开/闭合状态的瞬时变化或故障来减少电池的不必要操作，从而提高电池的寿命。
另外，根据示例性实施例的电池安全设备可提供其中在特定时间段内有限地操作电池或在特定温度范围内有限地操作电池的环境，从而提供电池的有效使用环境，同时提高电池的安全性。
另外，根据示例性实施例的电池安全设备可独立于电池管理***(BMS)和功率继电器组件(PRA)进行操作，从而提高处理电池的紧急情况的性能。
另外，根据示例性实施例的电池安全设备可提高开关的容许电流以被普遍用于具有各种容量和输出的电池。
另外，根据示例性实施例的电池安全设备可安装在电池的外部，因此可容易地进行维护。
虽然以上已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行修改和变化。

Claims (10)

1.一种电池安全设备，包括：
第一开关，一端电连接到电池，并且根据温度来确定所述第一开关的打开/闭合状态；以及
第二开关，并联地电连接到所述第一开关，并且根据温度来确定所述第二开关的打开/闭合状态，
其中所述第一开关的打开/闭合状态阈值温度不同于所述第二开关的打开/闭合状态阈值温度。
2.根据权利要求1所述的电池安全设备，进一步包括：
第三开关，并联地电连接到所述第一开关和所述第二开关，并且根据温度来确定所述第三开关的打开/闭合状态，
其中所述第三开关的打开/闭合状态阈值温度不同于所述第一开关的打开/闭合状态阈值温度，并且不同于所述第二开关的打开/闭合状态阈值温度。
3.根据权利要求1所述的电池安全设备，进一步包括：
第四开关，一端电连接到所述第一开关，并且另一端电连接到所述电池；
其中所述第四开关的打开/闭合状态阈值温度高于所述第一开关的打开/闭合状态阈值温度和所述第二开关的打开/闭合状态阈值温度中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的电池安全设备，其中所述第一开关由双金属形成，并且所述第二开关由保险丝形成。
5.根据权利要求1所述的电池安全设备，进一步包括：
继电器，并联地电连接到所述第一开关和所述第二开关，接收开关信号，并且通过所述开关信号来确定所述继电器的打开/闭合状态。
6.根据权利要求5所述的电池安全设备，进一步包括：
传感器，被配置成感测所述第一开关的电流、电压和电阻值中的至少一个；以及
控制器，被配置成当所述电流超出参考电流范围、所述电压超出参考电压范围或所述电阻值超出参考电阻值范围时生成所述开关信号。
7.根据权利要求1所述的电池安全设备，进一步包括：
传感器，被配置成感测所述第一开关的电流、电压和电阻中的至少一个；以及
电池管理***，被配置成在正常模式或紧急模式下控制电池的充电状态、电压、电流和温度中的至少一个，
其中当由所述传感器感测到的电流超出参考电流范围、由所述传感器感测到的电压超出参考电压范围或由所述传感器感测到的电阻值超出参考电阻值范围时，所述电池管理***在所述紧急模式下操作。
8.根据权利要求1所述的电池安全设备，进一步包括：
传感器，被配置成感测所述第一开关的电流、电压和电阻中的至少一个；以及
可变电阻器，电连接到所述第一开关，
其中当所述电流超出参考电流范围、所述电压超出参考电压范围或所述电阻值超出参考电阻值范围时，所述可变电阻器的电阻值发生改变。
9.根据权利要求1所述的电池安全设备，其中当所述第一开关和所述第二开关处于打开状态时，所述电池的操作被停止。
10.根据权利要求1所述的电池安全设备，其中所述第一开关和所述第二开关由双金属形成，
其中所述第一开关的双金属的长度变化特性不同于所述第二开关的双金属的长度变化特性。
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