(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリー保護装置であって、
充電または放電電流が流れる回路経路上に接続されたヒューズと、
前記ヒューズに印加される動作電流を選択的に開閉するヒューズ制御スイッチと、
バッテリーの満充電容量の実際値を算定し、バッテリーの充放電サイクル数を考慮して満充電容量の参照値を算定し、前記算定された実際値と前記参照値とを比べてその比較結果に応じて前記ヒューズ制御スイッチを制御し、前記ヒューズを溶断させる制御部とを備えてなる、バッテリー保護装置。
【請求項２】
前記制御部が、前記満充電容量の実際値が前記満充電容量の参照値より小さい場合、前記ヒューズ制御スイッチを制御して前記ヒューズを溶断させることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー保護装置。
【請求項３】
前記制御部が、満充電容量の理論値に１以下の予め定められた値を乗算して前記参照値を算定することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー保護装置。
【請求項４】
前記予め定められた値が、バッテリーの効率及びＡＯＣＲを乗算して得られることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリー保護装置。
【請求項５】
バッテリーの満充電容量を比べてバッテリーを保護する方法であって、
（Ｓ１）前記バッテリーの満充電容量の実際値を算定する段階と、
（Ｓ２）前記バッテリーの充放電サイクル数を考慮して満充電容量の参照値を算定する段階と、
（Ｓ３）前記（Ｓ１）段階で算定された満充電容量の実際値と前記（Ｓ２）段階で算定された満充電容量の参照値とを比べる段階と、
（Ｓ４）前記（Ｓ３）段階の比較結果に応じて前記バッテリーの電流の流れを遮断する段階とを含んでなる、バッテリーの保護方法。
【請求項６】
前記（Ｓ４）段階が、前記（Ｓ３）段階の比較結果、前記（Ｓ１）段階の実際値が前記（Ｓ２）段階の参照値より小さい場合、電流を遮断することを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーの保護方法。
【請求項７】
前記（Ｓ２）段階が、満充電容量の理論値に１以下の予め定められた値を乗算して前記参照値を算定することを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーの保護方法。
【請求項８】
前記予め定められた値が、バッテリーの効率及びＡＯＣＲを乗算して得られることを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーの保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーに関し、より詳しくは、バッテリーの満充電容量を比べてバッテリーを保護する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に増加し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化されるにつれて、繰り返して充放電することができる高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
【０００３】
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化されている。その中でもリチウム二次電池は、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起きなく充放電が自由であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いため、脚光を浴びている。
【０００４】
ノートパソコンのような携帯用電子製品に主に使用されるバッテリーは、使用時間に限界があるためにバッテリーの残量表示が重要である。バッテリーの残量は、バッテリーの満充電容量（ＦＣＣ、Ｆｕｌｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃａｐａｃｉｔｙ）に対する残量を百分率で表示する形態が一般的である。従って、バッテリーの残量を表示するためには、まずバッテリーの満充電容量を正確に把握し、それを更新することが必要である。バッテリーの満充電容量は、工場出荷時に一定の値で設定されるが、継続的な使用により充放電が繰り返されれば漸次減少する。そのために、バッテリーの満充電容量は継続的に更新されなければならず、このような満充電容量値を更新するために現在いくつかのアルゴリズムが存在する。バッテリーの満充電容量は、二次電池が満放電される時点から満充電される時点まで実際充電された容量、または逆に、二次電池が満充電される時点から満放電される時点まで実際放電した容量として計算することができる。一般にユーザは満放電される前に充電するため、後者の方法が多く用いられる。
【０００５】
近年、バッテリーと関連して社会的に最も論点になっていることがバッテリーの安全性の問題である。特に、ノートパソコンや携帯電話の場合、使用者が急激に増加しており、バッテリーの爆発は携帯用電子製品の破損だけでなく火事に繋がる恐れがあるという点で、バッテリーの安全性確保が至急に求められる。それ故に、従来から、バッテリーの異常状態を感知したとき、ヒューズを溶断させて電流の流れを遮断するなどの安全性を確保するための多様な装置が使用されている。しかし、バッテリーの爆発事故が引き続いていることからみて、バッテリーの安全性確保が十分な水準に達したとはいえない。また、従来のバッテリー保護装置によってバッテリー関連事故による火事が防止できたとしても、バッテリーの発熱によってバッテリーが焼き付いて電子製品が破損されるなどの問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーの異常状態を早期に見つけてバッテリーの安全性を向上させることができるバッテリー保護装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリー保護装置は、充電または放電電流が流れる回路経路上に接続されたヒューズと、前記ヒューズに印加される動作電流を選択的に開閉するヒューズ制御スイッチと、バッテリーの満充電容量の実際値及び満充電容量の参照値を算定し、前記実際値と前記参照値とを比べてその比較結果に応じて前記ヒューズ制御スイッチを制御し、前記ヒューズを溶断させる制御部と、を含む。
【０００８】
また、上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーの満充電容量を比べてバッテリーを保護する方法は、（Ｓ１）前記バッテリーの満充電容量の実際値を算定する段階と、（Ｓ２）前記バッテリーの満充電容量の参照値を算定する段階と、（Ｓ３）前記（Ｓ１）段階で算定された満充電容量の実際値と前記（Ｓ２）段階で算定された満充電容量の参照値とを比べる段階と、（Ｓ４）前記（Ｓ３）段階の比較結果に応じて前記バッテリーの電流の流れを遮断する段階と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バッテリーの異常状態を早期に見つけて制御することで発火または発熱のような問題を前もって防止し、バッテリーの安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリー保護装置を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施例により、バッテリー保護装置の制御部が行う動作をブロックとして示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施例により、バッテリーの満充電容量の実際値と参照値との比較を通じてバッテリーを保護する方法を示したフロー図である。
【図４】本発明の一実施例により、バッテリーの満充電容量の実際値、理論値、及び参照値を比べて示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリー保護装置１００を示したブロック図である。
【００１３】
本発明によるバッテリー保護装置１００は、バッテリーセル１５０に連結され、ヒューズ１１０、センス抵抗１４０、ヒューズ制御スイッチ１２０、及び制御部１３０を含む。前記ヒューズ１１０は充電または放電電流が流れる回路経路上に接続され、過充電、過放電、短絡、過電流などの異常状態が発生した場合、バッテリーを保護するために電圧経路を不可逆的に断線させて電流の流れを遮断する。また、前記センス抵抗１４０は充電または放電電流が流れる回路経路上に接続されて保護装置１００に流れる電流をセンシングし、前記ヒューズ制御スイッチ１２０はヒューズに印加される動作電流を選択的に開閉する。
【００１４】
前記制御部１３０は、バッテリーの満充電容量の実際値及び満充電容量の参照値を算定し、実際値と参照値とを比べてその比較結果に応じてヒューズ制御スイッチ１２０を制御し、ヒューズ１１０を溶断させる。ここで、満充電容量の実際値とは現在使用されているバッテリーの満充電容量値のことであり、満充電容量の参照値とは満充電容量の実際値と比較対象になる基準値のことである。望ましくは、満充電容量の実際値と参照値とを比べた結果、実際値が参照値より小さい場合、前記制御部１３０はヒューズ制御スイッチ１２０を制御してヒューズ１１０を溶断させる。ヒューズ１１０が溶断されれば、充電または放電電流の流れが遮断される。
【００１５】
また、制御部１３０はメモリ部を含むことが望ましく、前記メモリ部は制御部１３０が動作するために必要なデータを保存する。例えば、メモリ部は制御部１３０が満充電容量の実際値及び参照値を算定する過程で必要な数値や公式、動作を行うために必要なプログラムなどを保存し得る。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例によって、バッテリー保護装置の制御部が行う動作をブロックとして示したブロック図である。
【００１７】
図２に示されたように、本発明による制御部の動作構成２００は、バッテリーの満充電容量の実際値を算定する実際値算定部２０１、バッテリーの満充電容量の参照値を算定する参照値算定部２０２、満充電容量の実際値と参照値とを比較する満充電容量比較部２０３、及び前記比較結果に応じて一定条件でヒューズを溶断させるヒューズ遮断部２０４を含む。
【００１８】
以下、本発明による制御部の動作プロセスについてフローチャートを用いて説明する。図３は、本発明の一実施例によってバッテリーの満充電容量の実際値と参照値との比較を通じてバッテリーを保護する方法を示したフロー図である。
【００１９】
図３を参照すれば、まず制御部はバッテリーの満充電容量の実際値を算定する（Ｓ１段階）。満充電容量の実際値は、一定条件が満たされるとき算定される。例えば、充放電サイクルが一定回数累積したとき又はバッテリーの使用時間が一定時間経過したとき、満充電容量の実際値を再び算定する。バッテリーは使用時間が増加するほど満充電容量が徐々に減少するため、満充電容量を新たに更新してそれに基づいてバッテリーの充電と放電を制御しなければバッテリーの過充電や過放電を防止することができないためである。なお、制御部は充放電サイクルの累積回数やバッテリー使用時間をメモリに保存して管理する。バッテリー満充電容量の実際値を計算する動作を開始するための条件になると、バッテリーの満充電容量の実際値は、バッテリーが満充電電圧まで充電されてから満放電電圧まで放電するまでの放電電流を積算して求めることができ、バッテリーが満放電電圧まで放電してから満充電電圧まで充電されるまでの充電電流を積算して求めることもできる。
【００２０】
勿論、バッテリーの満充電電圧の実際値を計算する方法としては、上述した電流積算法の外にも本発明が属した技術分野で公知された多様な方法を採用することができる。したがって、本発明はバッテリーの満充電電圧の実際値を計算するために採用された方式によって限定されない。
【００２１】
制御部は、バッテリーの満充電容量の実際値を算定した後、バッテリーの満充電容量の参照値を算定する（Ｓ２段階）。満充電容量の参照値を算定する方式は後述する。ここで、Ｓ１段階とＳ２段階は順番を変えて行っても良いことは本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者にとって自明である。
【００２２】
次に、制御部はバッテリーの満充電容量の実際値と参照値とを比べてバッテリー電流の流れを遮断するか否かを決定する（Ｓ３段階）。Ｓ３段階で制御部が電流遮断を決定した場合、ヒューズ制御スイッチを制御してヒューズを溶断することでバッテリーの電流の流れを不可逆的に遮断する（Ｓ４段階）。
【００２３】
望ましくは、Ｓ３段階でバッテリー満充電容量の実際値がバッテリー満充電容量の参照値より所定レベル小さい場合、制御部は電流の流れを遮断することを決定する。
【００２４】
場合によっては、バッテリー満充電容量の実際値が参照値より連続して２回以上小さいと判定された場合、制御部が電流の流れを遮断しても良い。
【００２５】
一方、前記Ｓ２段階において、制御部はバッテリーの満充電容量の理論値に１以下の予め定められた値を乗算して参照値を算定することが望ましい。ここで、満充電容量の理論値とは、異常のない常態のバッテリーが現在の充放電サイクル数で有し得る満充電容量値のことを言う。より望ましくは、前記Ｓ２段階において、制御部は満充電容量の理論値に、常態のバッテリーの効率（放電効率または充電効率）及び正常許容範囲係数ＡＯＣＲ（Ａｂｎｏｒｍａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）を乗算して参照値を算定する。この場合、満充電容量の参照値は以下の数式１によって算定され得る。
【００２６】
【数１】
0005425925.tif 000002
ここで、ＡＯＣＲとは、バッテリーの満充電容量理論値を基準にしてバッテリーの満充電容量を正常であると判別できる最大許容範囲を示す。例えば、ＡＯＣＲが８０％のとき、バッテリーの満充電容量の実際値が正常なバッテリーが有する満充電容量の８０％以上に当たる値を有するのであれば、そのバッテリーは異常がないと見られる。一方、ＡＯＣＲは、充電時にはＡＣＣＲ（Ａｂｎｏｒｍａｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）、放電時にはＡＤＣＲ（Ａｂｎｏｒｍａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ）という用語で表され得る。
【００２７】
以下、表１及び表２を参照して、本発明の望ましい一実施例によってバッテリーの満充電容量の参照値を算定する方法についてより詳しく説明する。
【００２８】
【表１】
0005425925.tif 000003
表１は、本発明の一実施例によるバッテリーの満充電容量の理論値の一例を示す。表１に示されたように、再使用回数（充放電サイクル数）が増加するほど、すなわちバッテリーが充放電を繰り返すほど満充電容量の理論値は減少する。一方、バッテリーが並列で連結された複数のバッテリーセルを含めば、並列で連結されたバッテリーセルの個数ほど満充電容量の理論値は倍になる。例えば、表１を参照すれば、再使用回数が５０のとき、満充電容量の理論値は２５００ｍＡｈである。しかし、もしバッテリーセル２個が並列で連結されていれば満充電容量の理論値は５０００ｍＡｈになり、３個が並列で連結されていれば７５００ｍＡｈになる。
【００２９】
【表２】
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表２は、本発明の一実施例によるバッテリー効率の一例を示す。表２に提示された効率は、バッテリーの放電効率または充電効率であり得る。表２に示されたように、バッテリーの効率はＣ−レート（Ｃ−ｒａｔｅ）及び温度を考慮して決定することができる。表２を参照すれば、Ｃ−レートが１．０Ｃであり、温度が２５℃である場合、バッテリーは９８％の充放電効率を示す。
【００３０】
以下、数式１、表１及び表２を参照し、本発明の望ましい一実施例によってバッテリーの満充電容量に対する参照値を具体的に算定してみよう。表１のような満充電容量の理論値を有するバッテリーに対し、バッテリーセルは１つ、再使用回数は５０、Ｃ−レートは１．０Ｃ、温度は２５℃、ＡＯＣＲは８０％であると仮定する。表１を参照すれば、バッテリーの満充電容量の理論値は２５００ｍＡｈであり、表２を参照すれば、バッテリーの効率は９８％である。したがって、バッテリーの満充電容量の参照値は、数式１によって次のように計算することができる。
【００３１】
参照値＝2500×0.98×0.8＝1960 mAh
一方、バッテリーの種類、使用条件など様々な状況に応じて満充電容量の理論値、バッテリーの効率及びＡＯＣＲが変化し得ることは、本発明の技術分野で通常の知識を持つ者にとって自明である。
【００３２】
また、図３に示していないが、前記制御部は、Ｓ３段階でバッテリーの満充電容量が正常範囲にあると判断すれば、メモリに保存された既存の満充電容量を新たに算定された満充電容量に更新する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施例によってバッテリーの満充電容量の実際値、理論値、及び参照値を比べて示したグラフである。
【００３４】
図４を参照すれば、満充電容量の参照値は満充電容量の理論値に対して一定比率ほど減少した値に該当する。換言すれば、バッテリーの満充電容量の理論値に１以下の一定値を乗算すれば、満充電容量の参照値になる。本発明の一実施例によれば、満充電容量の実際値が参照値より大きいときは正常なバッテリーと判定される。しかし、図４において点ａを基準に右側のように、満充電容量の実際値が参照値より小さくなれば、バッテリーに異常が生じたと判定し、ヒューズを溶断してバッテリーに流れる電流を遮断するようになる。
【００３５】
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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