CN101128955B

CN101128955B - 二次电池的充电装置及方法

Info

Publication number: CN101128955B
Application number: CN2006800062552A
Authority: CN
Inventors: 张诚均; 李在宪; 李濬焕; 河秀玹; 崔相勋; 曹正柱
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: CN101128955A; KR20060094715A

Abstract

本发明是关于一种保护二次电池过度充电的装置。本发明的二次电池保护装置包括有二次电池，电源同时连接至该二次电池的两个电极端，是提供充电电压及充电电流以对该二次电池进行充电；以及二次电池保护单元，如果该二次电池已充电至预定电压时，是同时短路该电源的两个电极端以停止对该二次电池充电。

Description

二次电池的充电装置及方法

技术领域

本发明是关于一种二次电池的充电装置及方法，尤指一种可保护二次电池避免过度充电而损坏的装置及方法。

背景技术

一般而言，电池普遍地被分类成化学电池或物理电池，而化学电池又可能分成一次电池，二次电池以及燃料电池。就二次电池而言，其包括有镍镉二次电池、镍氢二次电池、SLA(密封式铅酸)二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池、以及可重覆使用的碱性二次电池等。

具体而言，当锂离子二次电池充电超过预定电压时，则阴极活性物质与电解液间会产生阴性反应，并当该电解液产生氧化反应时，则阴性反应会破坏阴极活性物质的结构。此时，锂则会淀积在阳极活性物质上。假如甚至在该二次电池已经过充时电压仍持续传送至该二次电池，则此二次电池有可能会产生意外着火或爆炸。

一般而言，为避免锂离子二次电池过度充电，将TS(温度调节装置)连接在供应充电电源的电源和锂离子二次电池之间。假如该锂离子二次电池的温度因过充而导致温度升高并超过特定温度值，则温度调节装置会立即关闭进而停止执行充电。

就现有技术而言，锂离子二次电池会因过充而导致温度过高进而中断充电的执行，因此，即使锂离子二次电池已经完全充电，但只要锂离子二次电池没有充电过度，则锂离子二次电池仍不中断充电。因此，锂离子二次电子的有效使用寿命则会缩短。

此外，就现有技术而言，锂离子二次电池过充与否取决于温度的高低。因此，在如热带地区的高温环境或如极地等的低温环境，则很难以温度来决定锂离子二次电池的过充与否。因此，在此条件下，则很难去保护锂离子二次电池。

因此，业界需要一种不管周遭的温度环境为何，都能保护二次电池避免过充，以及当锂离子二次电池已过充或充电完毕，则会自动停止充电的技术。

发明内容

因此，本发明则被用来解决上述现有技术的问题。本发明的目的是提供保护锂离子二次电池的装置及方法，当锂离子二次电池充电完毕或过度充电时，能自动停止对锂离子二次电池进行充电。

此外，本发明的另一目的是提供保护锂离子二次电池的装置及方法，以能在各种温度环境下都能防止锂离子二次电池的过充。

依据本发明的一方面，所提出的二次电池的保护装置包括：二次电池；电源同时连接至二次电池的两个电极端，提供充电电压及充电电流以对二次电池进行充电；以及二次电池保护单元，当二次电池已充电至预定电压时，同时短路电源的两个电极端以停止对二次电池充电。

在上述装置中，上述的二次电池保护单元包括：开关装置，耦合至二次电池的两个电极端，如果当施加控制电流时，用于同时连接至二次电池的两个电极端；以及稳压二极管，如果二次电池的充电电压高于预定的电压，则向开关装置提供控制电流。

上述的二次电池保护单元也可包括：开关装置，耦合至二次电池的两个电极端，如果施加施加控制电流，可同时连接至二次电池的两个电极端；以及压敏电阻，如果二次电池的充电电压高于特定的电压，则向开关装置提供控制电流。

依据本发明的另一方面，所提出的二次电池的保护装置包括：开关装置，耦合至二次电池的两个电极端，如果施加控制电流时，可同时连接至二次电池的两个电极端；以及恒压装置，如果二次电池的充电电压超过预定电压，其向开关装置提供控制电流。

在上述装置中，上述的恒压装置可为稳压二极管或压敏电阻。

依据本发明的另一方面，提出一种二次电池的保护方法，其包括以下步骤：对二次电池充电；如果二次电池的充电电压超过预定电压，则导通恒压装置以使控制电流流入开关装置；

如果控制电流被施加到开关装置时，则导通该开关装置以停止对二次电池的充电。

附图说明

参考以下附图及详细说明，可以使本发明的上述和其他目的、特征和有点更加清楚，其中：

图1是本发明第一实施例的二次电池保护装置的电路示意图。

图2及图3是显示在图1所示的二次电池保护装置中电流流动的电路图。

图4是根据本发明第二实施例的二次电池保护装置的电路图。

图5及图6是在图4所示的二次电池保护装置中电流流动的电路图。

图7是根据本发明第二实施例的二次电池保护装置的操作流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明第一实施例的二次电池保护装置的电路图。

电源100将商用电源转换成稳定电压，并将此稳定电压作为充电电压提供给锂离子二次电池102，且此电源100并联至锂离子二次电池102的阴极和阳极。

锂离子二次电池102由电源100所提供的充电电压进行充电。

二次电池保护单元104并联至锂离子二次电池102，此二次电池保护单元104包括作为恒压装置的稳压二极管106，以及作为开关装置的晶体管108。稳压二极管106连接在锂离子二次电池102的阴极与晶体管108的基极之间。晶体管108的发射极端和集电极端分别连接到锂离子二次电池102的阴极和阳极。

如果不小于击穿电压的电压加于稳压二极管106，则稳压二极管106会让电流通过，这即是所谓的齐纳效应。因此，当锂离子二次电池102已经充电完毕或过充时，为了让电流能流经稳压二极管106，选择具有与完全充电电压或过充电压相对应的击穿电压的稳压二极管106，或可以将包括有电阻器等的分压电路添加至稳压二极管106。

如图1所示，尽管当锂离子二次电池102充电完毕或过充时，除稳压二极管106可被用来当作可让电流流动的装置外，但是也可以使用压敏电阻。

此外，在图1中，尽管使用PNP晶体管108作为开关装置，但也可选用各种不同的晶体管，该晶体管在电流施加到其基极端时导通。举例而言，本领域技术人员可以理解，也可选用NPN晶体管或FET以及PNP晶体管作为图1中所示的晶体管108。

以下，将参考图2及图3描述根据本发明第一实施例的二次电池保护装置的操作。

电源100提供充电电压，随后充电电流I1流动。该充电电流I1被提供至稳压二极管106及锂离子二次电池102。因此，实际上流经锂离子二次电池的电流13等于(I1-I2)，其中，I1为充电电流，I2为供应给稳压二极管106的稳压电流。

如果锂离子二次电池102通过实际的充电电流I3而开始进行充电，并且等于完全充电或充电过度的电压时，则稳压二极管106会允许控制电流作为控制电流流动，且随后该控制电流流入晶体管108的基极端。假如控制电流流入晶体管108的基极端，则晶体管108导通并接着同时短路电源100的电极端。因此，充电电流没有提供至锂离子二次电池102。

如上所述，通过使用包括有稳压二极管、或压敏电阻及晶体管的简单结构的二次电池保护单元104，本发明的第一实施例可在锂离子二次电池充电完毕或过度充电时，自动停止执行充电的动作。

此外，由于决定锂离子二次电池过度充电与否是取决于充电电压，因此可以不论周遭的温度环境任何，都可防止锂离子二次电池过度充电。

以下将参考图4描述根据本发明第二实施例的二次电池保护装置。

电源200将商用电源转换成稳定电压，并将此稳定电压作为充电电压提供给锂离子二次电池202，且此电源200并联于锂离子二次电池202的阳极和阴极。

锂离子二次电池可通过电源200所提供的充电电压进行充电。

二次电池保护单元204并联至锂离子二次电池202。此二次电池保护单元204包含作为恒压装置的稳压二极管206，以及作为开关装置的SCR(硅控整流器)208。稳压二极管206连接在锂离子二次电池202的阴极与SCR208之栅极端。SCR208的发射极端及集电极端分别连接至锂离子二次电池202的阴极和阳极。

如果不小于击穿电压的电压加于稳压二极管206时，则稳压二极管206会让电流通过，这即是所谓的齐纳效应。因此，当锂离子二次电池202已经充电完毕或过充时，为了让电流能流经稳压二极管206，选择具有与完全充电或过充电压相对应的击穿电压的稳压二极管206，或将包括有电阻器等的分压电路添加至稳压二极管206。

如图4所示，当锂离子二次电池202充电完毕或过充时，尽管可以使用稳压二极管206作为可让电流流过的装置，但是压敏电阻也可被采用。

此外，在图4中，尽管使用SCR208作为开关装置，但也可选用各种不同的开关装置，在向其栅极端施加电流时所述开关装置导通。举例而言，在本实施例中，本领域技术人员可以理解，也可选用N型SCR，双栅极SCR，TRIAC，以及GTO(门极可关断)SCR等作为开关装置。

以下将参考图5及图6描述根据本发明第二实施例的二次电池保护装置的操作。

电源200提供充电电压，且随后充电电流I4流动。该充电电流14被提供至稳压二极管206及锂离子二次电池202。因此，实际上提供给锂离子二次电池的电流I6是(I4-I5)，其中，I4为充电电流，I5为供应给稳压二极管206的稳压电流。

如果锂离子二次电池202通过实际电流16而开始进行充电，并已达完全充电或充电过度时，则稳压二极管206会允许作为控制电流的电流流动，且该控制电流流入SCR208的栅极端。假如控制电流流入SCR208的栅极端，则SCR208导通，并接着同时短路电源200的电极端。因此，充电电流没有输入至锂离子二次电池。

图7是本发明第二实施例的二次电池保护装置的操作的流程图。

电源200提供充电电压及充电电流给锂离子二次电池202(S101)。假如锂离子二次电池202的充电电压低于稳压二极管206的击穿电压(S102)，则稳压二极管206不允许电流流经稳压二极管206，并且对锂离子二次电池202进行持续充电。

假如锂离子二次电池202的充电电压等于稳压二极管206的击穿电压(S102)，则稳压二极管206导通(S103)。因此，稳压二极管206则会允许控制电流流入SCR208的栅极端。

假如控制电流施加至SCR208的栅极端，则SCR208导通(S104)。接着，电源200的两个电极则会被短路(S105)。

因此，锂离子二次电池208的充电动作则会被中断。

如上所述，通过使用包括有稳压二极管、或压敏电阻及SCR等简单结构的二次电池保护单元204，当锂离子二次电池充电完毕或过度充电时，本发明的第二实施例可自动停止执行充电的动作。

此外，由于决定锂离子二次电池过度充电与否取决于其充电电压，因此可以不论周遭的温度环境如何，而都可有效地避免锂离子二次电池过度充电。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种保护锂离子二次电池的装置，包括：

电源，与所述二次电池的两个电极端相连接，用于向所述二次电池提供充电电压及充电电流以对所述二次电池进行充电；以及

二次电池保护单元，并联至所述锂离子二次电池，用于如果所述二次电池的充电电压高于预定电压则短路所述电源的两个电极端以停止对所述二次电池充电，

其中，所述二次电池保护单元包括：

开关装置，耦合至该二次电池的两个电极端，如果施加了控制电流，则用于短路该二次电池的两个电极端；以及

压敏电阻或稳压二极管，用于如果该二次电池的充电电压高于预定电压，则向该开关装置提供控制电流，

所述开关装置直接地连接该二次电池的两个电极端。

2.如权利要求1所述的装置，其中：

所述开关装置是NPN晶体管或PNP晶体管；以及

其中，所述稳压二极管连接在所述锂离子二次电池的阴极与所述NPN或PNP晶体管的基极端之间，以及

其中，选择具有与所述锂离子二次电池的完全充电电压或过充电压相对应的击穿电压的稳压二极管，或将分压电路添加至所述稳压二极管。

3.如权利要求1所述的装置，其中，该开关装置是硅控整流器。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述硅控整流器是下列装置之一：N型硅控整流器，双栅极硅控整流器，TRIAC，以及门极可关断硅控整流器。

5.一种保护锂离子二次电池的方法，其包括以下步骤：

利用与所述二次电池的两个电极端相连接的电源，对该二次电池充电；

将由开关装置和恒压装置组成的二次电池保护单元并联至所述锂离子二次电池，所述恒压装置为压敏电阻或稳压二极管，如果该二次电池的充电电压高于预定电压，则导通所述压敏电阻或稳压二极管以使控制电流流入开关装置；

如果该控制电流被施加到该开关装置，则导通该开关装置以停止对该二次电池的充电，

其中该开关装置是硅控整流器，

所述开关装置直接地连接该二次电池的两个电极端。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述硅控整流器是下列装置之一：N型硅控整流器，双栅极硅控整流器，TRIAC，以及门极可关断硅控整流器。