CN110249476B - 防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组，更具体地，涉及一种能够在正在充电的电池单元的温度和电池电压分别保持等于或大于参考值时进行时间计数，并且当时间是参考时间或更长时，下降充电电压以降低电池单元的温度和电池电压，从而预先防止电池单元的膨胀现象发生条件的防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组。

Description

防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组
技术领域
本公开涉及一种防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组，更具体地，涉及一种根据正在充电的电池单元的温度和电压来控制充电电压，从而防止发生膨胀现象的防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组。
背景技术
电池容易根据产品组来应用于产品，并且具有优异保存性和高能量密度等特性。此外，电池具有能够减少化石燃料的使用的主要优点，并且作为用于提高能量效率的环境友好型能量供应源而受到关注，这是因为随着能量的使用没有产生副产物。
电池通常应用于电动车辆、能量存储***等以及移动装置。电池也是各行业的基础，为日常生活提供便利。
然而，根据使用环境，这种电池可能被异常驱动，例如，当电池过度充电或寿命耗尽时，由于电池内部产生的电化学过程引起电池的膨胀(swelling)现象。
电池的这种膨胀(swelling)现象不仅可能导致寿命缩短或容量降低，还可能与诸如起火和***的事故有关。因此，需要通过仔细监控和适当的控制来稳定地使用电池。
因此，已经进行了关于电池膨胀(swelling)现象的感测和电池保护的各种研究和开发，例如，已经使用了一种技术，该技术使用压力测量装置来感测电池单元的随着膨胀(swelling)的体积变化，并防止电流流过电池单元。
然而，因为电池单元的这种物理体积扩大是由于充分膨胀(swelling)导致的，所以难以在早期阶段感测和处理电池单元的膨胀(swelling)现象。即使当电流被切断时，已经充分进行的膨胀(swelling)导致起火也是非常危险的。
发明内容
技术问题
本公开涉及一种可通过预先防止电池单元膨胀的原因来有效地提高电池组的稳定性的防止电池单元膨胀的方法和使用该方法的电池组。
技术方案
根据示例性实施方式，一种防止电池单元膨胀的方法，包括：测量处理，用于测量正在充电的电池单元的温度和电池电压；确定处理，用于确定所述电池单元的测量温度和测量电池电压是否分别等于或大于参考温度和参考电池电压；计数处理，用于当所述电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压时，从所述电池单元的温度和电池电压分别变得等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的时间开始进行计数；电池充电处理，用于当计数时间是设定的参考时间或更长时，以所述电池单元的充电电压(CV)下降预设的设定电压(DV)而获得的下降的充电电压(NCV)对所述电池单元充电；和最小充电电压保持处理，用于将下降的充电电压(NCV)保持在预设的最小充电电压(MCV)或更大。
在所述确定处理中，当所述电池单元的测量温度或测量电池电压小于所述参考温度或所述参考电池电压时，保持所述充电电压以对所述电池单元充电。
在所述计数处理中，当计数时间短于所述参考时间时，保持所述充电电压(CV)以对所述电池单元充电。
在所述电池充电处理中，根据以下等式(1)计算所述下降的充电电压(NCV)，
下降的充电电压(NCV)＝充电电压(CV)-设定电压(DV)...等式(1)。
在所述最小充电电压保持处理中，当所述下降的充电电压(NCV)是所述电池充电处理中的最小充电电压(MCV)或更大时，所述电池单元以所述下降的充电电压(NCV)充电，并且当所述下降的充电电压(NCV)小于最小充电电压(MCV)时，所述电池单元以所述最小充电电压(MCV)充电。
根据另一示例性实施方式，一种电池组，包括：电池单元；温度感测单元，配置为测量所述电池单元的温度；电压测量单元，配置为测量所述电池单元的电池电压；和控制单元，配置为根据分别从所述温度感测单元和所述电压测量单元获取的温度和电压来控制充电电压(CV)，其中所述控制单元进一步包括：比较单元，配置为将所述温度感测单元和所述电压测量单元分别测量的温度和电池电压与参考温度和参考电池电压进行比较；计数单元，配置为从测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的时间开始进行时间计数；计算单元，配置为当所述计数单元计数的时间为参考时间或更长时，将所述充电电压下降预设电压；和充电电压调节单元，配置为调节所述充电电压。
所述比较单元可分别将所述温度感测单元和所述电压测量单元分别测量的温度和电池电压与所述参考温度和所述参考电池电压进行比较，并当电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压时，将计数信号传输到所述计数单元。
所述计数单元可进一步包括：秒计数器，配置为从传输所述计数信号的时间开始以秒为单位进行时间计数；和小时计数器，配置为当所述秒计数器所计数的时间是设定时间或更长时，另外进行计数。
当计数时间是设定时间或更长时，所述计算单元可根据下面的等式(1)计算由所述充电电压下降预设电压的下降的充电电压，
下降的充电电压(NCV)＝充电电压(CV)-预设电压(DV)....等式(1)。
所述充电电压调节单元可调节所述充电电压，使得所述电池单元以所述计算单元中计算的所述下降的充电电压充电，并且当所述下降的充电电压被计算为小于最小充电电压时，所述充电电压调节单元可调节所述充电电压，使得所述电池单元以所述最小充电电压充电。
有益效果
根据本公开，基于电池单元的膨胀(swelling)现象的产生条件，可不发生膨胀(swelling)现象，因此可预先防止由膨胀(swelling)现象引起的诸如电池组***或电解质泄漏的事故。
因此，可有效地提高电池组的稳定性。
附图说明
图1是示出根据示例性实施方式的防止电池单元膨胀的方法的流程图；和
图2是示意性地示出根据示例性实施方式的防止电池单元膨胀的电池组的配置的方框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述具体实施方式。这里使用的术语和词语不应该被限制性地解释为常见含义和词典含义，而应基于可由发明人适当地定义术语和词语的概念的原则，通过符合本发明的技术思想的含义和概念来解释，从而以最佳方式描述本公开内容。
因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，提供本公开的示例性实施方式的以下描述仅用于说明目的，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的目的。另外，下面将省略已被认为使本公开的主旨不必要地模糊的已知功能和配置的描述。
在描述根据本公开实施方式的防止电池单元膨胀的方法之前，将提供关于电池膨胀的描述。
电池单元的膨胀或膨胀现象是指电池单元内的压力突然增加，因此电池单元的外壳突然膨胀的现象。当由于加热或起火而在锂离子电池单元的电极处产生气体时，或当由于过电压条件导致的电解质分解而产生气体时，可主要由于电池内部的气体产生而发生这种膨胀现象。
在由于电池电极处的连续加热而长时间保持等于或高于参考温度的高温并且长时间保持等于或高于参考电压的电池单元的电池电压的条件下，很可能发生电池单元的膨胀现象。
通常，笔记本电脑被制造为在没有外部电源的情况下在电池完全充电的状态下使用，但是大多数笔记本电脑用户在对其电池充电时使用笔记本电脑。因此，很可能发生膨胀现象。因此，根据本公开实施方式的用于防止电池单元膨胀的方法涉及防止在这种情况下的电池单元膨胀。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。
图1是示出根据本公开实施方式的用于防止电池单元膨胀的方法的流程图。参考图1，根据本发明的用于防止电池单元膨胀的方法包括：测量处理S100，用于测量电池单元的温度和电池电压；确定处理S200，用于确定电池单元的测量温度和测量电池电压是否分别等于或大于参考值；计数处理S300，用于从电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于参考值的时间点开始进行时间计数；电池充电处理S400，用于以电池单元充电的充电电压下降预设的设定电压而获得的下降的充电电压对电池单元充电；和最小充电电压保持处理S500，用于将下降的充电电压保持在最小充电电压或更大。
在测量处理S100中，在电池单元以设定的充电电压(CV)充电时测量电池单元的当前温度和当前电池电压。这里，充电电压(CV)是电池单元当前进行充电的电压。
这里，设定的充电电压(CV)可根据电池单元的制造阶段中的规格而不同。例如，当笔记本电脑电池充电时，充电电压(CV)可以是经由适配器和充电电路输入的5V，或者充电电压(CV)可以是根据电池单元类型的12V。
在确定处理S200中，将测量处理S100中测量的电池单元的当前温度和当前电池电压分别与电池单元的预设的参考温度和预设的参考电池电压进行比较。
这里，电池单元的参考温度表示当电池单元的温度等于或高于参考温度时，电池单元在高温下暴露并且积极地产生气体。参考电池电压表示在电池单元的设计阶段中设定的适当电压。
因此，在确定处理S200中，将电池单元的测量的当前温度和测量的当前电池电压分别与参考温度和参考电池电压进行比较，并根据比较结果确定电池单元中是否发生异常状态。
这里，当电池单元的测量温度小于参考温度，或者测量电池电压小于参考电池电压时，充电电压保持处理S210运作，使得以充电电压(CV)对电池单元充电，该充电电压(CV)是用于电池单元的当前充电的电压。
在计数处理S300中，当确定处理S200中确定电池单元的当前温度为参考温度或更高且当前电池电压为参考电池电压或更高时，从该时间点开始进行时间计数。
在计数处理S300中，当计数时间小于参考时间时，保持充电电压(CV)(处理S210)，使得保持充电电压为用于电池单元的当前充电的电压。
这里，参考时间表示当电池单元的温度和电池电压分别长时间保持等于或大于参考温度和参考电池电压并且分别变得等于或大于参考温度和参考电池电压时，膨胀现象可能会突然发生。
在电池充电处理S400中，当计数处理S300中的计数时间是参考时间或更长时，将电池单元的当前进行充电的充电电压(CV)下降预设的设定电压(DV)来计算下降的充电电压(NCV)。
可以根据等式(1)计算下降的充电电压。
下降的充电电压(NCV)＝充电电压(CV)-设定电压(DV).........(1)
换句话说，计数时间是参考时间或更长意味着，当电池单元以充电电压CV连续充电时，由于电池单元的连续异常状态而导致很可能发生膨胀，所述充电电压CV是用于电池单元的当前充电的电压。因此，将电池当前进行充电的充电电压(CV)下降预设的设定电压(DV)来计算下降的充电电压(NCV)，然后将以下降的充电电压(NCV)对电池单元充电。
因此，所预计的是，允许电池单元以下降的充电电压(NCV)充电来降低随着连续施加高充电电压和电池的温度升高而发生膨胀现象的危险，所述下降的充电电压(NCV)是通过降低电池单元当前进行充电的充电电压(CV)而获得的。
这里，允许在制造电池单元时设定所述设定电压(DV)。
例如，对于充电电压(CV)为5V的特定电池单元，设定电压(DV)被设定为0.8V，并且可以在充电电路或装置的充电器中配置降压电路，使下降的充电电压(NCV)为4.2V。可以使用已知技术构成这种降压电路。
在电池充电处理S400中，以所计算的下降的充电电压(NCV)对电池单元充电，并且当下降的充电电压(NCV)是电池单元的最小充电电压(MCV)或更高时，电池单元以下降的充电电压(NCV)充电。然而，当下降的充电电压(NCV)小于电池单元的最小充电电压MCV时，最小电压保持处理S500运作，使电池单元以最小充电电压充电，而不是以下降的充电电压(NCV)充电。
这里，最小充电电压表示用于对电池单元充电而设定的充电电压中的最小充电电压，即用于对电池单元充电的最小电压。
因此，当将电池单元的当前充电电压(CV)下降预设的设定电压(DV)而计算的下降的充电电压小于最小充电电压(MCV)时，确定电池单元不以下降的充电电压(NCV)充电。
因此，因为电池单元不以下降的充电电压(NCV)充电，并且当电池单元以当前充电电压(CV)充电时很可能发生膨胀，所以预计以充电电压中的最小电压，即最小充电电压对电池单元充电，从而减少发生膨胀的危险。
在下文中，将提供关于根据本公开实施方式的防止在电池单元中发生膨胀的电池组的描述。
图2是示意性地示出根据本公开实施方式的防止电池单元膨胀的电池组的配置的方框图。
参照图2，根据本公开实施方式的防止在电池单元中发生膨胀的电池组10包括：电池单元100、温度感测单元200、电压测量单元300和控制单元400，所述控制单元400配置为根据电池单元100的测量温度和测量电池电压控制充电电压，并且控制单元400可进一步包括：比较单元410、计数单元420、计算单元430和充电电压调节单元440。
温度感测单元200包括温度传感器，用于在电池单元100开始以设定的充电电压充电并且电池单元100的温度由于内阻而增加时测量电池单元100的温度。
另外，为了测量电池单元100的温度，温度感测单元200可以附接到电池单元100外部或者***安装在电池单元100内部，但是不限于此，测量电池单元100的温度的任何方式都是允许的。
电压测量单元300被配置为连接到电池单元100的负端子和正端子，并测量正在充电的电池单元100的电压。
控制单元400被配置为能够控制电池单元100进行充电的充电电压。
此外，控制单元400进一步包括：比较单元410、计数单元420、计算单元430和充电电压调节单元440，所述充电电压调节单元440配置为控制电池单元100的充电电压。
比较单元410将温度感测单元200测量的电池单元100的温度与参考温度进行比较，将电压测量单元300测量的电池电压与参考电压进行比较，并且当电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于参考温度和参考电压时产生计数信号，以将计数信号传输给计数单元420。
相反，当温度感测单元200测量的温度小于参考温度或者电压测量单元300测量的电池电压小于参考电压时，比较单元410将充电电压保持信号传输给充电电压调节单元440，以允许电池单元100以电池单元当前进行充电的充电电压充电。
这里，参考温度表示当电池单元100长时间暴露于该温度或更高的温度，由电池单元100的内部温度引起的化学过程加速并且可能突然产生反应气体的温度。参考电池电压表示当电池以适当电平或更高电平充电，之后长时间保持高电压，由于电池单元100内部的电反应，可能突然产生反应气体的电压。
因此，当电池单元的当前温度和当前电池电压分别等于或大于参考温度和参考电压，并且持续这种状态时，确定很可能在电池单元中发生膨胀。从确定时间点开始，允许稍后描述的计数单元420在电池单元的当前温度和当前电池电压持续时进行时间计数，并确定电池单元是否处于异常状态。
这里，根据电池单元100的规格，可不同地设定电池单元的参考温度和参考电池电压。
从比较单元410传输计数信号的时间开始，计数单元420开始对温度和电池电压分别保持等于或大于参考值的时间进行计数。
此外，计数单元420可进一步包括：秒计数器421，配置为在计数开始时以秒为单位进行计数；和小时计数器422，配置为在经过规定时间之后以小时为单位进行计数。
另外，当计数单元420计数的时间等于或大于参考时间时，计数单元420将时间超出信号传输到计算单元430。
相反，当计数单元420计数的时间小于参考时间时，计数单元420将充电电压保持信号传输到稍后描述的充电电压调节单元440，并且允许电池单元100以设定的充电电压充电。
这里，充电电压(CV)表示电池单元当前正在充电的电压。
另外，参考时间表示当电池单元100暴露于分别等于或大于参考温度和参考电压的温度和电池电压以引起电池单元100内的反应气体能够突然增加时的暴露时间。
当从计数单元420接收到时间超出信号时，计算单元430计算下降的充电电压(NCV)，下降的充电电压(NCV)是从充电电压(CV)下降设定电压(DV)的电压，充电电压(CV)是电池单元当前正在充电的电压。
可通过以下等式(1)计算下降的充电电压(NCV)。
下降的充电电压(NCV)＝充电电压(CV)-设定电压(DV).........(1)
换句话说，确定已经传输时间超出信号，电池单元当前进行充电的充电电压(CV)将被降低，这是因为当以电池单元当前进行充电的充电电压(CV)持续充电时，由于持续电池单元的温度和电池电压分别等于或高于参考温度和参考电池电压的状态，因此确定很可能发生膨胀。
因此，预计通过从电池单元当前正在充电的充电电压(CV)降低预设的设定电压(DV)来计算下降的充电电压(NCV)，以下降的充电电压(NCV)对电池单元充电。
这里，可通过在制造电池组时进行设定来改变设定电压，并且设定电压被设定用于降低对电池单元充电的充电电压，以降低电池单元的温度和电池电压。
另外，计算单元430配置为将下降的充电电压的计算值传输到稍后将描述的充电电压调节单元440。
充电电压调节单元440配置为将电池充电电压改变为具有下降的充电电压的计算值，并且允许电池单元以下降的充电电压(NCV)充电。
以这种方式调节充电电压可通过已知的降压电路来实现，该压降电路被配置在其中安装电池的装置中，或者被实现在充电器的输出级中，或者调节充电电压可被配置为使得充电器通过与装置进行数据通信，将输出电压改变为下降的充电电压。
此外，当从比较单元410和计数单元420接收到充电电压保持信号时，充电电压调节单元440基于充电电压保持信号保持电池单元当前进行充电的充电电压(CV)作为对电池单元充电的电压。
此外，当从计算单元430传输的电压值是最小充电电压值或更大时，充电电压调节单元440允许以所计算的下降的充电电压对电池单元100充电，并且当从计算单元430传输的电压值小于最小充电电压值时，充电电压调节单元440调节电池单元100的充电电压，使得电池单元100以最小充电电压(MCV)充电。
这里，最小充电电压表示用于对电池单元充电而设定的充电电压中的最小充电电压，即用于对电池单元充电的最小电压。
因此，当通过将当前电池单元的充电电压(CV)下降预设的设定电压(DV)而计算的下降的充电电压(NCV)小于最小充电电压时，确定电池单元不以下降的充电电压(NCV)充电。
因此，电池单元可能不以下降的充电电压(NCV)充电，并且当电池单元以当前充电电压(CV)充电时很可能发生膨胀。因此，预计以充电电压中的最小电压，即最小充电电压对电池单元充电，从而减少发生膨胀的危险。
如上所述，根据本公开的防止电池单元膨胀的方法，当参考温度或更高的温度和参考电池电压或更高的电池电压保持参考时间或者更长时间时，通过下降充电电压(CV)并以下降的充电电压对电池单元充电，允许电池单元脱离膨胀发生条件，从而降低电池单元的温度并降低电池电压到参考电压或更小。因此，可预先防止发生膨胀现象。

Claims (8)

1.一种防止电池单元膨胀的方法，包括：
测量处理，用于测量正在充电的电池单元的温度和电池电压；
确定处理，用于确定所述电池单元的测量温度和测量电池电压是否分别等于或大于参考温度和参考电池电压；
计数处理，用于当所述电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压时，从所述电池单元的温度和电池电压分别变得等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的时间开始进行计数；
电池充电处理，用于当计数时间是设定的参考时间或更长时，以所述电池单元的充电电压（CV）下降预设的设定电压（DV）而获得的下降的充电电压（NCV）对所述电池单元充电；和
最小充电电压保持处理，用于将所述下降的充电电压（NCV）保持在预设的最小充电电压（MCV）或更大，
其中在所述最小充电电压保持处理中，当所述下降的充电电压（NCV）是所述电池充电处理中的所述最小充电电压（MCV）或更大时，所述电池单元以所述下降的充电电压（NCV）充电，并且当所述下降的充电电压（NCV）小于所述最小充电电压（MCV）时，所述电池单元以所述最小充电电压（MCV）充电，
其中所述参考温度表示当所述电池单元长时间暴露于所述参考温度或更高的温度，由所述电池单元的内部温度引起的化学过程加速并且突然产生反应气体的温度，
其中所述参考电池电压表示当所述电池单元以适当电平或更高电平充电，之后长时间保持高电压，由于所述电池单元内部的电反应突然产生反应气体的电压，
其中所述参考时间表示当所述电池单元暴露于分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的温度和电池电压以引起所述电池单元内的反应气体突然增加时的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述确定处理中，当所述电池单元的测量温度或测量电池电压小于所述参考温度或所述参考电池电压时，保持所述充电电压以对所述电池单元充电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述计数处理中，当所述计数时间短于所述参考时间时，保持所述充电电压（CV）以对所述电池单元充电。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述电池充电处理中，根据以下等式（1）计算所述下降的充电电压（NCV），
下降的充电电压（NCV）=充电电压（CV）-设定电压（DV）...等式（1）。
5.一种电池组，包括：
电池单元；
温度感测单元，配置为测量所述电池单元的温度；
电压测量单元，配置为测量所述电池单元的电池电压；和
控制单元，配置为根据分别从所述温度感测单元和所述电压测量单元获取的温度和电压来控制充电电压（CV），
其中所述控制单元进一步包括：
比较单元，配置为将所述温度感测单元和所述电压测量单元分别测量的温度和电池电压与参考温度和参考电池电压进行比较；
计数单元，配置为从测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的时间开始进行时间计数；
计算单元，配置为当所述计数单元计数的时间为参考时间或更长时，将所述充电电压下降预设电压而计算下降的充电电压；和
充电电压调节单元，配置为调节所述充电电压，
其中当所述下降的充电电压是用于对所述电池单元充电而设定的充电电压中的最小充电电压或更大时，所述充电电压调节单元调节所述充电电压，使得所述电池单元以所述下降的充电电压充电，并且当所述下降的充电电压小于所述最小充电电压时，所述充电电压调节单元调节所述充电电压，使得所述电池单元以所述最小充电电压充电，
其中所述参考温度表示当所述电池单元长时间暴露于所述参考温度或更高的温度，由所述电池单元的内部温度引起的化学过程加速并且突然产生反应气体的温度，
其中所述参考电池电压表示当所述电池单元以适当电平或更高电平充电，之后长时间保持高电压，由于所述电池单元内部的电反应突然产生反应气体的电压，
其中所述参考时间表示当所述电池单元暴露于分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压的温度和电池电压以引起所述电池单元内的反应气体突然增加时的时间。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中所述比较单元分别将所述温度感测单元和所述电压测量单元分别测量的温度和电池电压与所述参考温度和所述参考电池电压进行比较，并当电池单元的测量温度和测量电池电压分别等于或大于所述参考温度和所述参考电池电压时，将计数信号传输到所述计数单元。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中所述计数单元进一步包括：
秒计数器，配置为从传输所述计数信号的时间开始以秒为单位进行时间计数；和
小时计数器，配置为当所述秒计数器所计数的时间是设定时间或更长时，另外进行计数。
8.根据权利要求5所述的电池组，其中当计数时间是设定时间或更长时，所述计算单元根据下面的等式（1）计算由所述充电电压下降所述预设电压的下降的充电电压，
下降的充电电压（NCV）=充电电压（CV）-预设电压（DV）....等式（1）。
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