充電電池單元及其缺陷檢測方法

2023-06-12 14:58:51 2

充電電池單元及其缺陷檢測方法
【專利摘要】充電電池單元以及充電電池單元缺陷檢測方法，所述充電電池單元包括：至少一個充電電池串，配置來在放電時向所述充電電池單元的負載提供電源；電池管理單元，與所述至少一個充電電池串連接，其中所述電池管理單元判斷所述充電電池單元是否處於第一放電狀態；如果所述充電電池單元處於第一放電狀態，則所述電池管理單元基於預設的條件以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及如果所述電壓變化超過預設的第一閾值，則所述電池管理單元判斷所述充電電池單元異常。
【專利說明】充電電池單元及其缺陷檢測方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種充電電池單元及其缺陷檢測方法。
【背景技術】
[0002]當前，諸如鋰離子電池之類的可充電電池被廣泛用於移動終端、電動工具、電動汽車、儲能系統等設備中。在諸如鋰離子電池之類的可充電電池中一般採用可燃燒的液態有機化合物(如碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯等)作為其電解液溶劑，當其在儲存能量狀態(高電壓充電態)時，這類可充電電池的正、負極材料具有非常強的化學反應活性，因此一旦出現特殊狀況，很可能使電池材料組分間發生劇烈化學反應，從而導致電池過熱、起火甚至爆炸。可充電電池外部及內部誘因均可能造成上述特殊狀況的發生。這裡，外部誘因通常指濫用、誤操作或不按照要求使用鋰電池(如，過充電，外部短路電池，高溫環境使用等)，而內部誘因為各種原因造成的電芯內短路(如，混入雜質，極片毛刺，隔膜有瑕疵等)。在現有技術中，通常在可充電電池的管理單元中加入了一段、二段保護，甚至對可充電電池的電芯均單獨加裝了保護器件(如，溫度保險絲，Breaker等)，從而基本上避免了外部誘因造成的電池安全性風險。然而，目前的可充電電池的製作工藝無法挑出所有的內短路電芯，特別是有些缺陷電芯只有在終端用戶的不斷使用中才會暴露。因此，需要在可充電電池的管理單元中設置放電和充電偵測機制，從而可在缺陷電芯劣化初期就將其篩選出來並停止使用，從而有效避免了惡性安全事故(起火、爆炸)的發生。

【發明內容】

[0003]為了解決現有技術中的上述技術問題，根據本發明的一方面，提供一種充電電池單元，應用於終端設備，所述充電電池單元包括:至少一個充電電池串，配置來在放電時向所述充電電池單元的負載提供電源；電池管理單元，與所述至少一個充電電池串連接，其中所述電池管理單元判斷所述充電電池單元是否處於第一放電狀態；如果所述充電電池單元處於第一放電狀態，則所述電池管理單元基於預設的條件以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及如果所述電壓變化超過預設的第一閾值，則所述電池管理單元判斷所述充電電池單元異常。
[0004]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述預設的條件為所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間；以及如果所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間，則電池管理單元以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化。
[0005]此外，根據本發明的一個實施例，其中在所述第一放電狀態下，所述充電電池單元的放電電流小於50mA。
[0006]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述第一區間包括4~4.15V以及
3.3(T3.55V。
[0007]此外，根據本發明的一個實施例，其中在所述充電電池單元與所述終端設備的適配器連接時，所述電池管理單元指示所述適配器以第一充電狀態向所述充電電池單元充電；在所述充電電池單元處於第一充電狀態下，則所述電池管理單元以第二時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及如果所述電壓變化小於預設的第二閾值，則所述電池管理單元判斷所述充電電池單元中存在內短路。
[0008]此外，根據本發明的一個實施例，其中在所述第一充電狀態下，所述提供給所述充電電池單元的充電電流小於100mA。
[0009]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述電池管理單元基於所述充電電池單元的當前滿電容量與額定滿電容量之間的對應關係更新所述第一閾值以及所述第二閾值。
[0010]此外，根據本發明的另一方面，提供一種充電電池單元缺陷檢測方法，應用於充電電池單元，所述充電電池單元包括用於在放電時向所述充電電池單元的負載提供電源的至少一個充電電池串，所述缺陷檢測方法包括:判斷所述充電電池單元是否處於第一放電狀態；如果所述充電電池單元處於第一放電狀態，則基於預設的條件以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及如果所述電壓變化超過預設的第一閾值，則判斷所述充電電池單元異常。
[0011]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述預設的條件為所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間。
[0012]此外，根 據本發明的一個實施例，其中在所述第一放電狀態下，所述充電電池單元的放電電流小於50mA。
[0013]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述第一區間包括4~4.15V以及3.3(T3.55V。
[0014]此外，根據本發明的一個實施例，其中所述方法進一步包括:在所述充電電池單元與適配器連接時，指示所述適配器以第一充電狀態向所述充電電池單元充電；在所述充電電池單元處於第一充電狀態下，以第二時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及如果所述電壓變化小於預設的第二閾值，則判斷所述充電電池單元中存在內短路。
[0015]此外,根據本發明的一個實施例，其中在所述第一充電狀態下，提供給所述充電電池單元的充電電流小於100mA。
[0016]此外，根據本發明的一個實施例，其中基於所述充電電池單元的當前滿電容量與額定滿電容量之間的對應關係更新所述第一閾值以及所述第二閾值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是圖解根據本發明實施例的充電電池的結構的示意圖；以及
[0018]圖2是圖解根據本發明實施例的充電電池單元缺陷檢測方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]將參照附圖詳細描述根據本發明的各個實施例。這裡，需要注意的是，在附圖中，將相同的附圖標記賦予基本上具有相同或類似結構和功能的組成部分，並且將省略關於它們的重複描述。
[0020]下面，將參照圖1描述根據本發明實施例的充電電池單元。這裡，根據本發明實施例的充電電池可以應用在諸如移動終端、電動工具、電動汽車、儲能系統之類的設備中。
[0021]如圖1所示，根據本發明實施例的充電電池單元I可以包括至少一個充電電池串11。充電電池串11可以由任意類型的多個可充電電芯實現，並且可以在放電時向充電電池單元I的負載提供電源。這裡，在充電電池單元I中的充電電池串11多於一個時，可以將多個充電電池串11串聯或並聯以提供具有更大容量的充電電池單元I。
[0022]電池管理單元12可以由任意的微控制器或模塊實現，電池管理單元12可以與至少一個充電電池串11連接並且可以檢測至少一個充電電池串11的電壓以及電流。例如，如果充電電池單元I中包含單個充電電池串11，則電池管理單元12可以測量該充電電池串11兩端的電壓。此外,在充電電池單元I中包含多個充電電池串11的情況下,如果多個充電電池串11並聯,則充電電池單元I可以測量充電電池串11的並聯節點兩端的電壓,而如果多個充電電池串11串聯，則充電電池單元I可以測量多個充電電池串11兩端(充電電池單元的正負極)的電壓。
[0023]根據本發明的實施例，電池管理單元12可以執行充電電池單元缺陷檢測處理。
[0024]具體地，電池管理單元12可以判斷充電電池單元I是否處於第一放電狀態。如果充電電池單元I處於第一放電狀態，則電池管理單元12基於預設的條件以第一時間間隔測量充電電池串11的電壓變化。
[0025]這裡，第一放電狀態可以是穩定的小電流放電狀態，並且在第一放電狀態下，充電電池單元I的放電電流小於50mA。例如，第一放電狀態可以是充電電池單元I所連接的終端設備的待機狀態、睡眠或關機狀態，此時由於終端設備的功耗很低(通常放電電流小於50mA)並且基本保持恆定，因此有利於檢測單位時間內充電電池串11的電壓變化(電壓變化率不會劇烈變動)。此時，電池管理單元12可以通過充電電池單元I的放電電流確定充電電池單元I是否處於第一放電狀態。
[0026]此外，預設的條件可以為至少一個充電電池串11的電壓在第一區間內。在這種情況下，如果至少一個充電電池串11的電壓在第一區間內，則電池管理單元12以第一時間間隔測量至少一個充電電池串11的電壓變化。具體地，在充電電池單元I為諸如手機或平板電腦的充電電池的情況下，第一區間可以包括4~4.15V以及3.3(T3.55V的範圍。這裡，由於在4-4.15V以及3.3(T3.55V的範圍內，所述至少一個充電電池串11的電壓隨所述至少一個充電電池串11電量的變化的變化率較大，並且在充電電池單元I的第一放電狀態下，至少一個充電電池串11的電壓的變化率基本上是穩定的，因此選擇4~4.15V以及3.3(T3.55V作為第一區間有利於將單位時間內充電電池串11的電壓變化與特定的閾值進行比較。
[0027]此外，本發明不限於此，由於不同種類的充電電池單元I的用途可能不同，並且其本身的額定輸出電壓以及在充電電池單元I放電時輸出電壓變化的特性區域也可能不同，因此第一區間不限於之前描述的4-4.15V以及3.3(T3.55V。這裡，可以選擇在充電電池單元I放電時輸出電壓變化的特性區域來作為第一區域。
[0028]另外，例如，第一時間間隔可以是30分鐘。此外，本發明不限於此，只要在充電電池單元I以第一放電狀態放電時，第一時間間隔能夠使至少一個充電電池串11的電壓發生一定的變化，還可以採用其它的時間間隔作為第一時間間隔。
[0029]在這種情況下，如果電池管理單元12確定至少一個充電電池串11的電壓變化超過預設的第一閾值，則電池管理單元12判斷充電電池單元I異常。
[0030]具體地，預設的第一閾值可以是大於在正常的充電電池單元I以第一放電狀態進行放電時在第一時間間隔上至少一個充電電池串11的電壓變化的值。這裡，假設在正常的至少一個充電電池串以第一放電狀態進行放電時在第一時間間隔上的電壓變化為Λ VI，則預設的第一閾值可以大於Λ VI。根據本發明的一個實施例，第一閾值Vrefl可以是Λ Vl的
1.5倍。這裡，將第一閾值Vrefl設置為大於Λ Vl的原因在於:如果至少一個充電電池串11中的特定充電電池串發生了內短路，則在充電電池單元I以第一放電狀態進行放電時至少一個充電電池串(單個或串並聯)11的電壓變化會大於正常的電壓變化。因此,如果電池管理單元12確定至少一個充電電池串11的電壓變化超過第一閾值，則電池管理單元12判斷充電電池單元I異常。
[0031 ] 此外，充電電池單元I還可以包括存儲單元或者可以在電池管理單元12設置存儲單元以存儲第一閾值。這裡，由於不同類型的充電電池單元I可能具有不同的特性，因此這裡可以通過大量實驗的方式來獲得正常的充電電池單元I以第一放電狀態進行放電時在第一時間間隔上至少一個充電電池串11的電壓變化的值。例如，可以獲得充電電池單元I以不同的放電電流放電第一時間間隔時至少一個充電電池串的多個電壓變化值，並且將該多個電壓變化值乘以預定的係數來獲得不同的第一閾值。在這種情況下，在電池管理單元12將至少一個充電電池串11的電壓變化與第一閾值進行比較時，電池管理單元12可以基於充電電池單兀I的放電狀態(如，放電電流)來選擇對應的第一閾值來進一步提高充電電池單元I的缺陷檢測精度。
[0032]在電池管理單元12判斷充電電池單元I異常時，電池管理單元12可以直接向所連接的終端設備發送表示充電電池單元I異常的信息，或者電池管理單元12還可以進一步判斷充電電池單元I是否異常。
[0033]具體地，充電電池單元I與終端設備的適配器(未示出)連接時，電池管理單元12可以指示適配器以第一充電狀態向充電電池單元充電I。這裡，與現有技術類似，在充電電池單元I與終端設備的適配器連接時，電池管理單元12可以向終端設備發送與充電電流相關的信息，並且終端設備可以基於該信息控制適配器，使得適配器以電池管理單元12提供的充電電流向充電電池單元I充電。這裡,第一充電狀態可以是小電流充電狀態。這裡,在小電流充電狀態下，從適配器提供給充電電池單元I的充電電流可以小於100mA。以諸如小於IOOmA的小電流對充電電池單元I進行充電有利於檢測單位時間內充電電池串11的電壓變化(電壓變化率不會劇烈變動)。
[0034]在充電電池單元I處於第一充電狀態下，電池管理單元12可以以第二時間間隔測量至少一個充電電池串11的電壓變化。如果該電壓變化小於預設的第二閾值，則電池管理單元12判斷至少一個充電電池串中存在內短路。這裡，第二時間間隔也可以是30分鐘。此夕卜，本發明不限於此，只要在充電電池單元I在第一充電狀態下，第二時間間隔能夠使至少一個充電電池串11的電壓發生一定的變化，還可以採用其它的時間間隔作為第二時間間隔。此外，由於通常在充電電池單元I的第一充電狀態下，在單位時間上至少一個充電電池串11的電壓變化在大部分電壓區間內基本可視為為線性，因此除了在充電電池單元I處於完全耗電附近的區間之外，可以在任意電壓區間上測量至少一個充電電池串11的電壓變化。
[0035]在這種情況下，如果電池管理單元12確定至少一個充電電池串11的電壓變化小於預設的第二閾值，則電池管理單元12判斷至少一個充電電池串中存在內短路。具體地，預設的第二閾值可以是小於在正常的充電電池單元I以第一充電狀態進行充電時在第二時間間隔上至少一個充電電池串的電壓變化的值。這裡，假設在正常的至少一個充電電池串以第一充電狀態進行充電時在第二時間間隔上的電壓變化為Λ V2，則預設的第二閾值可以小於M2。根據本發明的一個實施例，第一閾值Vref2可以是AV2的0.8倍。這裡，將第二閾值Vref2設置為小於M2的原因在於:如果至少一個充電電池串11中的特定充電電池串發生了內短路,則在充電電池單元I以第一充電狀態進行充電時至少一個充電電池串(單個或串並聯)11的電壓變化會小於正常的電壓變化。因此，如果電池管理單元12確定至少一個充電電池串11的電壓變化小於第二閾值，則電池管理單元12判斷至少一個充電電池串中存在內短路。
[0036]在這種情況下，在電池管理單元12判斷至少一個充電電池串11中存在內短路時，電池管理單元12可以向所連接的終端設備發送表示充電電池單元I中的至少一個充電電池串11中存在內短路的信息。
[0037]這裡，在充電電池單元I處於第一放電狀態時，電池管理單元12可以多次基於預設的條件以第一時間間隔測量至少一個充電電池串的電壓變化，並且將所獲得的多次電壓變化與第一閾值進行比較以降低由於單次比較而出現的錯誤的可能。類似地，在充電電池單元I處於第一充電狀態時，電池管理單元12可以多次以第二時間間隔測量至少一個充電電池串的電壓變化，並且將所獲得的多次電壓變化與第二閾值進行比較以降低由於單次比較而出現的錯誤的可能。
[0038]另外，根據本發明的另一個實施例，電池管理單元12還可以基於充電電池單元I的當前滿電容量與額定滿電容量之間的對應關係更新第一閾值以及第二閾值。 [0039]這裡，由於隨著充電電池單元I的不斷使用其容量不斷降低，因此在充電電池單元I處於第一放電狀態時，至 少一個充電電池串11在單位時間上的電壓變化會不斷增加，即在充電電池I的不斷放電時，容量減少的充電電池單元I中的至少一個充電電池串11在單位時間上的電壓變化(下降)會變大。此外，在充電電池單元I處於第一充電狀態時，至少一個充電電池串11在單位時間上的電壓變化會也會不斷增加，即在充電電池I充電時，容量減少的充電電池單元I中的至少一個充電電池串11在單位時間上的電壓變化(上升)會變大
[0040]基於上述情況，可以基於充電電池單元I的當前容量與其額定容量修正第一閾值以及第二閾值。這裡，可以基於任意的容量測量技術來獲得充電電池單元I的當前容量。
[0041]這裡，假設充電電池單元I的當前容量為Ceurrait，充電電池單元I的額定容量為Crated,而Δ Vl為在正常的至少一個充電電池串以第一放電狀態進行放電時在第一時間間隔上的電壓變化。
[0042]在這種情況下，使用過一段時間的充電電池單元I中的至少一個充電電池串11以第一放電狀態進行放電時在第一時間間隔上的電壓變化AVI』可以變為:
【權利要求】
1.一種充電電池單元，應用於終端設備，所述充電電池單元包括: 至少一個充電電池串，配置來在放電時向所述充電電池單元的負載提供電源； 電池管理單元，與所述至少一個充電電池串連接， 其中所述電池管理單元判斷所述充電電池單元是否處於第一放電狀態； 如果所述充電電池單元處於第一放電狀態，則所述電池管理單元基於預設的條件以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及 如果所述電壓變化超過預設的第一閾值，則所述電池管理單元判斷所述充電電池單元異常。
2.如權利要求1所述的充電電池單元，其中 所述預設的條件為所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間；以及如果所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間，則電池管理單元以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化。
3.如權利要求2所述的充電電池單元，其中 在所述第一放電狀態下，所述充電電池單元的放電電流小於50mA。
4.如權利要求2所述的充電電池單元，其中 所述第一區間包括4~4.15V以及3.30~3.55V。
5.如權利要求1所述的充電電池單元，其中` 在所述充電電池單元與所述終端設備的適配器連接時，所述電池管理單元指示所述適配器以第一充電狀態向所述充電電池單兀充電； 在所述充電電池單元處於第一充電狀態下，則所述電池管理單元以第二時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及 如果所述電壓變化小於預設的第二閾值，則所述電池管理單元判斷所述至少一個充電電池串中存在內短路。
6.如權利要求5所述的充電電池單元，其中 在所述第一充電狀態下，所述提供給所述充電電池單元的充電電流小於100mA。
7.如權利要求5所述的充電電池單元，其中 所述電池管理單元基於所述充電電池單元的當前滿電容量與額定滿電容量之間的對應關係更新所述第一閾值以及所述第二閾值。
8.一種充電電池單元缺陷檢測方法,應用於充電電池單元,所述充電電池單元包括用於在放電時向所述充電電池單元的負載提供電源的至少一個充電電池串，所述缺陷檢測方法包括: 判斷所述充電電池單元是否處於第一放電狀態； 如果所述充電電池單元處於第一放電狀態，則基於預設的條件以第一時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及 如果所述電壓變化超過預設的第一閾值，則判斷所述充電電池單元異常。
9.如權利要求8所述的方法，其中 所述預設的條件為所述至少一個充電電池串的電壓在第一區間。
10.如權利要求9所述的方法，其中 在所述第一放電狀態下，所述充電電池單元的放電電流小於50mA。
11.如權利要求9所述的方法，其中 所述第一區間包括4~4.15V以及3.30~3.55V。
12.如權利要求8所述的方法，進一步包括: 在所述充電電池單元與適配器連接時，指示所述適配器以第一充電狀態向所述充電電池單元充電； 在所述充電電池單元處於第一充電狀態下，以第二時間間隔測量所述至少一個充電電池串的電壓變化；以及 如果所述電壓變化小於預設的第二閾值，則判斷所述至少一個充電電池串中存在內短路。
13.如權利要求12所述的方法，其中 在所述第一充電狀態下，提供給所述充電電池單元的充電電流小於100mA。
14.如權利要求13所述的方法，進一步包括: 基於所述充電電池單元的當前滿電容量與額定滿電容量之間的對應關係更新所述第一閾值以及所述第二閾 值。
【文檔編號】H02J7/00GK103545564SQ201210246854
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月16日 優先權日:2012年7月16日
【發明者】李濤, 趙雙成, 林威志 申請人:聯想(北京)有限公司