電池?zé)峒铀贆C(jī)制的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及電池，并且更具體地涉及與電池充電有關(guān)的技術(shù)和電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電池被用于許多不同的電氣或電子設(shè)備中。在一些示例中，電池可以是可再充電的。因此，用于對這樣的電池充電的系統(tǒng)，在一些情況下，用于對這樣的電池更快速地充電的系統(tǒng)可能是有用的。例如，移動電話、平板電腦和其它電氣或電子設(shè)備通常會變得更復(fù)雜。因此，在許多情況下，這些設(shè)備正在使用更多的功率并且正在運行要求更多功率的應(yīng)用。在一些情況下，為了提供更多的功率，這樣的設(shè)備內(nèi)的電池通常變得越來越大。隨著電池尺寸的增大，充電可能花費更長時間。因此，提高充電速度以使得設(shè)備可以被快速充電可能是重要的。
[0003]對電池充電可能導(dǎo)致電池發(fā)熱。例如，在高溫下，陰極材料可能潛在地釋放氧氣，其能夠消耗電解質(zhì)并且導(dǎo)致失控(runaway)反應(yīng)。陰極可以包括層狀LiCo02、LiN1jPLiMn204，其當(dāng)在高氧化充電狀態(tài)下被加熱時可能遇氧分解。通常，從陰極放電相比于氧釋放相對穩(wěn)定。因此，從陰極放電可能通常受到較少的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—般而言，描述了技術(shù)和電路，其可以使用電池溫度變化的加速變化來停止與電池相關(guān)聯(lián)的電流流動(例如到電池的充電電流、從電池供給的電流或者兩者)以防止進(jìn)一步的熱升溫而保護(hù)系統(tǒng)和用戶免于熱失控。
[0005]在一些示例中，本公開涉及基于處理器的方法，該方法可以從電池上的溫度傳感器讀取溫度數(shù)據(jù)。用于實施該方法的指令可以存儲在例如固件或存儲器上，或者可以利用數(shù)字邏輯或者一個或多個處理器和數(shù)字邏輯的一些組合來實施該方法，上述處理器和數(shù)字邏輯可以被用于處理溫度數(shù)據(jù)(諸如溫度、溫度變化、溫度變化的加速或者其它依賴于溫度的因素)以考慮熱失控的特征，并且在一些示例中提供對充電期間溫度加速的早期檢測并因此停止對電池充電以允許電池冷卻。
[0006]在一個示例中，本公開涉及一種電池支持裝置，該裝置包括:溫度測量裝置；被耦合至溫度測量裝置的控制器，控制器被配置為確定溫度的加速變化；以及被耦合至控制器的開關(guān)，被配置為當(dāng)測量到溫度加速的變化時斷開與電池相關(guān)聯(lián)的電流。
[0007]在另一個示例中，本公開涉及一種包括電池支持裝置和電池的電池支持系統(tǒng)，電池支持裝置包括:溫度測量裝置；被耦合至溫度測量裝置的控制器，控制器被配置為確定溫度的加速變化；以及被耦合至控制器的開關(guān)，被配置為當(dāng)測量到溫度加速的變化時斷開與電池相關(guān)聯(lián)的電流。電池被耦合至電池充電器并且被配置為由電池充電器充電。
[0008]在另一個示例中，本公開涉及一種對電池充電的方法，該方法包括:測量溫度；確定溫度變化的加速；以及當(dāng)測量到溫度的加速的變化時停止充電電流。
[0009]—個或多個示例的細(xì)節(jié)在以下附圖和描述中被闡述。本公開的其他特征、目的和優(yōu)點從說明書和附圖以及權(quán)利要求書中將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0010]圖1是圖示對于根據(jù)本公開的一個或多個方面的可以被充電的電池而言在電池外部的溫度傳感器和電池內(nèi)部的溫度傳感器之間的示例溫差的曲線圖。
[0011]圖2是圖示電池充電的示例熱失控場景的一系列曲線圖。
[0012]圖3是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的示例電池系統(tǒng)的框圖。
[0013]圖4是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的示例充電電路的框圖。
[0014]圖5是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的溫度和充電電流隨時間的示例的曲線圖。
[0015]圖6是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的溫度和充電電流隨時間的另一示例的另一曲線圖。
[0016]圖7是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的溫度和充電電流隨時間的另一示例的另一曲線圖。
[0017]圖8A和圖8B是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的平均電流和溫度分別隨時間的示例的曲線圖。
[0018]圖9是圖示根據(jù)本公開的一個或多個方面的用于對電池充電的示例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]關(guān)于電池故障的一些監(jiān)測和預(yù)防機(jī)制包括過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過充電保護(hù)和過電流保護(hù)。這些或其他監(jiān)測和預(yù)防機(jī)制可以被用于電池供電的電子設(shè)備中，以保護(hù)電池免受這些故障。例如，保護(hù)關(guān)機(jī)和電池充電百分比測量可以被用于欠壓和過充電保護(hù)。電池的充電狀態(tài)和絕對溫度也可以被用于確定電池的充電電流。例如，可以通過測量例如當(dāng)電流小于電池的額定電流的一小部分時電池的電壓并且計算隨時間所使用的充電電流來確定充電狀態(tài)。一些現(xiàn)有系統(tǒng)在比可能被用作主要機(jī)制的充電電流低得多的充電電流下對電池充電，以避免熱失控。
[0020]在較大電池單元的情況下，充電電流可能變得較大，并且可能需要不同的電流量針對不同電池電壓對電池充電。此外，電池溫度的測量可以被用于確保電池的隨著充電的反復(fù)循環(huán)的低電池容量退化。例如，可以基于電池溫度來限制充電電流。然而，在這樣的機(jī)制中利用溫度來確保電池容量的不退化并不總是有助于電池的熱保護(hù)，特別是在熱失控的情況下。
[0021]熱失控可能發(fā)生在電池充電期間。例如，來自流入正被充電的電池的電流的一些能量可能作為熱量被消散。因此，對電池充電可能是放熱的，這意味著它產(chǎn)生熱量。在一些示例中，在較低充電狀態(tài)下，對電池充電可以是放熱的或吸熱的，但是在接近正常操作下的完全充電時是放熱的。這可以取決于電池的類型而不同。如果由電池正在消散的熱量不斷增加，則可能發(fā)生熱失控。
[0022]熱失控也可以發(fā)生在電池放電期間。來自流出電池的電流的一些能量可以作為熱量被消散。從電池產(chǎn)生電流也可以是放熱過程。再次，如果由電池正在消散的熱量不斷增加，則可能發(fā)生熱失控。此外，由于來自與電池操作相關(guān)的諸如保護(hù)電路和充電電路之類的電路的功率消散，電池溫度可能升高。例如當(dāng)電池正在被充電或者放電時，電池中的化學(xué)過程也可能升高電池的溫度。這些潛在的溫度升高也可能導(dǎo)致熱失控。這樣的熱故障(即熱失控)一般是放熱反應(yīng)，溫度在此期間可能升高直到電池故障。
[0023]在一些示例中，提出的方法可以在電池充電、放電或者兩者期間利用溫度變化的加速和減速來幫助電池的熱保護(hù)。例如，在充電期間電池溫度的加速上升可以指示熱失控。溫度變化的加速和減速也可以在其他正常的電池充電操作中提供過充電的指示。因此，監(jiān)測或檢測溫度的加速和/或減速可以對電池退化起到改進(jìn)的保護(hù)作用。例如，過充電可以由溫度加速上升來指示。雖然加速可以是正的或負(fù)的，但是如本文所用，“加速”將通常被用來表示上升而“減速”將被用來表示下降，盡管加速也可以更一般地被用于表示任何變化(正的或負(fù)的)。
[0024]可以監(jiān)測電池溫度，并且可以基于以下各項停止電池充電、電池放電或者兩者:超過最高溫度的一個或多個測量、指示溫度的最大變化(例如升高)率的測量、指示溫度變化的加速(通常是正加速)的測量、或者這些測量的其它積分或?qū)?shù)。相反地，可以監(jiān)測電池溫度，并且可以基于以下各項再次啟動例如先前已經(jīng)停止的充電:低于預(yù)定溫度的一個或多個測量、指示低于最大值的溫度變化(例如升高)率的測量、指示溫度下降的預(yù)定變化率的測量、指示溫度變化的減速或者溫度變化的加速減速的預(yù)定值測量、或者這些測量的其它積分或?qū)?shù)。此外，在一些示例中，可以組合使用以下各項中的一項或多項:電池溫度、指示溫度的最大變化(例如升高和/或下降)率的測量、指示溫度變化的加速和/或減速的測量、或者這些項的其它積分或?qū)?shù)，以確定是否應(yīng)該將電池充電/放電電流從一個或多個電池連接或斷開，例如使用這些項中的一項或多項來進(jìn)一步改進(jìn)檢測。例如，隨著實際溫度的升高，溫度升高的加速可能是更大的問題，例如當(dāng)電池處于較高的起始溫度時，電池可能從正常充電或放電變?yōu)闊徇^載。因此，在一些示例中，可能導(dǎo)致充電或放電停止的溫度變化的加速量可以是溫度的函數(shù)。此外，用于中斷充電的溫度可以不同于用于中斷放電的溫度。對于不同類型的電池，用于中斷充電的溫度與用于中斷放電的溫度也可能不同。
[0025]在一些示例中，可能導(dǎo)致或允許電池充電或放電開始、允許充電或放電繼續(xù)、導(dǎo)致充電或放電中斷、或者導(dǎo)致充電或放電保持中斷或關(guān)閉的正或負(fù)溫度加速、溫度加速的正或負(fù)增加、或者這些項的其它正或負(fù)積分或者正或負(fù)導(dǎo)數(shù)的值可以是電池溫度的函數(shù)，并且溫度可以在充電和放電之間變化。此外，一些示例可以組合這些測量中的一個或多個測量。
[0026]在一些示例中，當(dāng)達(dá)到絕對值(例如某一絕對溫度)時，電池溫度可以主要被用于使電池停止充電或放電。在實踐中，熱熔絲可以被用于中斷電池充電或放電。例如，熱熔絲可以在熱升溫期間被用作熱隔離。這在棱形電池或柱形電池中是可能的，并且可以被內(nèi)置。在柱形電池中，也可以使用打開的氣體拱頂或者熱氣體形成。對于具有與其薄的厚度相比平坦的寬表面的聚合物電池，不存在這樣的內(nèi)置熔絲。在一些示例中，外部溫度傳感器可以被放置在這樣的電池的中心以感測其絕對溫度。但是，當(dāng)電池處于或接近其最大電荷時，真實的內(nèi)部電池溫度可能已經(jīng)處于高溫。
[0027]圖1是圖示外部溫度傳感器和測量到的電池的內(nèi)部溫度之間的示例溫差的曲線圖。該曲線圖圖示了溫度(以。C為單位)隨時間(以分鐘為單位)的變化。更具體地，圖1圖示了在短路測試期間被充電至+4.1V的1.5Ah棱形鋰離子電池的示例溫度疊加圖。圖102是在電池的外部殼體上測量到的溫度，而圖104是在電極堆中內(nèi)部測量到